WO2022185018A1 - Procédé de préparation du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile ou de son équivalent sélénié et applications - Google Patents

Procédé de préparation du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile ou de son équivalent sélénié et applications Download PDF

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hcn
methionine
hydroxy
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Virginie Belliere-Baca
Aymeric Guinaudeau
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Adisseo France S.A.S.
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    • C07C323/58—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides substituted by halogen, oxygen or nitrogen atoms, or by sulfur atoms not being part of thio groups containing thio groups and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having the sulfur atoms of the thio groups bound to acyclic carbon atoms of the carbon skeleton the carbon skeleton being further substituted by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups with amino groups bound to the carbon skeleton
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    • C07C323/51—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides substituted by halogen, oxygen or nitrogen atoms, or by sulfur atoms not being part of thio groups containing thio groups and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having the sulfur atoms of the thio groups bound to acyclic carbon atoms of the carbon skeleton
    • C07C323/60—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides substituted by halogen, oxygen or nitrogen atoms, or by sulfur atoms not being part of thio groups containing thio groups and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having the sulfur atoms of the thio groups bound to acyclic carbon atoms of the carbon skeleton with the carbon atom of at least one of the carboxyl groups bound to nitrogen atoms

Definitions

  • TITLE Process for the preparation of 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile or its selenium equivalent and applications
  • the invention relates to an improvement in a process for the manufacture of 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile (HMTBN) or 2-hydroxy-4-methylselenobutyronitrile (HMSeBN), from 3-methylthiopropanal (MTP) or 3- methylselenopropanal (MSeP), respectively, and hydrocyanic acid (HCN).
  • HMTBN 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile
  • MSeBN 2-hydroxy-4-methylselenobutyronitrile
  • MTP 3-methylthiopropanal
  • MSeP 3- methylselenopropanal
  • HN hydrocyanic acid
  • HMTBN and HMSeBN are precursors for the synthesis of methionine and its selenium equivalent, selenomethionine.
  • a synthesis of methionine from I ⁇ MTBN is described in document W001/60790A1.
  • I ⁇ MTBN is transformed into 2-amino-4-methylthiobutyronitrile (AMTBN) which is in turn reacted with acetone in a basic medium to form 2-amino-4-methylthiobutyramide (AMTBM).
  • AMTBM 2-amino-4-methylthiobutyramide
  • Catalytic hydrolysis of AMTBM leads to ammonium methionine from which methionine is recovered.
  • HMTBN is also an intermediate in the manufacture of the hydroxy analogue of methionine, 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid (HMTBA).
  • HMTBA 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid
  • HMTBM 2-hydroxy-4-methylthiobutyramide
  • Comparable syntheses can be carried out in the selenium series to lead to 2-hydroxy-4-methylselenobutyric acid (HMSeBA).
  • HMTBA 2-Hydroxy-4-methylthiobutyric acid
  • the liquid equivalent of methionine, its salts, its chelates, including metal chelates (of Ca, Zn, Co, Mn, Cu, Fe, Mg... ) and its esters, such as the isopropyl and tert-butyl esters of I ⁇ MTBA, are also widely used in animal nutrition.
  • metal chelates of Ca, Zn, Co, Mn, Cu, Fe, Mg...
  • esters such as the isopropyl and tert-butyl esters of I ⁇ MTBA
  • selenium derivatives of this acid, of these salts, of these chelates and of these esters are of major interest in animal nutrition.
  • the preparation of I ⁇ MTBN from hydrocyanic acid (HCN) and 3-methylthiopropanal (MTP) is well known and widely used on an industrial scale, for example the process disclosed in document US2012/215022A1.
  • This process comprises the following steps: the MTP is reacted with the HCN in the presence of a catalyst chosen from amines, in a multizone reactor, to lead to a reaction mixture containing the I ⁇ MTBN formed as well as the reagents, MTP and HCN and the catalyst, and the Unreacted HCN from the reaction medium to an absorption zone containing MTP and catalyst, where it reacts again.
  • reaction medium always contains, in addition to I ⁇ MTBN, residual HCN and MTP.
  • the process according to US2012/215022A1 makes it possible to improve the profitability of the process.
  • the use of an amine-type catalyst makes it possible to limit the formation of by-products from MTP compared to other basic catalysts.
  • HMTBA 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid
  • MTP 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid
  • SUBSCRIBER UNITA1 in the context of the manufacture of 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid (HMTBA) from HMTBN, a step for the preparation of HMTBN from MTP and HCN is illustrated.
  • the reaction is carried out in an HCN: MTP molar ratio of 1.1, in the presence of NaOH, then sulfuric acid is added to lower the pH to 3.
  • the unreacted HCN is extracted by distillation under pressure , making it possible to limit the formation of the aforementioned formic acid.
  • the MTP content remains high and affects the purity of the products formed downstream and in particular I ⁇ MTB.
  • the presence of MTP in the reaction medium is indeed just as detrimental because this aldehyde leads to the formation of degradation products of the aldol type, crotomers and derivatives, resulting from reactions of oligomerization of MTP, which contribute just as much as HCN to the decrease in methionine or HMTBA yields and possibly a lower quality of the final product if these products are not extracted.
  • the present invention provides a solution making it possible to lower the contents of MTP and HCN in the reaction medium and therefore to reduce the disadvantages associated with their presence, having the consequence of increasing the synthesis yields, avoiding costly treatments of the process effluents and improve the quality of the final product.
  • the invention provides a process for the preparation of 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile (HMTBN) or 2-hydroxy-4-methylselenobutyronitrile (HMSeBN) from 3- methylthiopropanal (MTP) or 3-methylselenopropanal (MSeP), respectively, and hydrocyanic acid (HCN), which comprises at least the following steps: the molar ratio of HCN to MTP or to MSeP is adjusted to a higher value or equal to 1 and the pH is adjusted and maintained at a value greater than or equal to 3.5, to obtain a reaction medium in which I ⁇ MTBN or HMSeBN is formed, then the pH of the reaction medium is lowered to a value lower than or equal to 1. equal to 2.5 and the HCN is extracted from the reaction medium, and the I ⁇ MTBN or the HMSeBN is recovered.
  • HMTBN 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile
  • HMSeBN 2-hydroxy-4-methylselenobutyronitrile
  • HMSeBN 2-
  • the equilibrium of the reaction leads to a low residual concentration of MTP when it is greater than 1.
  • it is determined at a value of at least 1; advantageously this value remains close to 1, it can in particular vary from 1 to 2, the value of 2 having to be considered as maximum since beyond that the excess of HCN is highly detrimental economically.
  • the pH of the reaction medium is determined at a value of at least 3.5, but it is preferably at least 4 and even better still at least 5, for an optimal reaction, which is an important parameter during the implementation of this synthesis on an industrial scale.
  • aldehyde in the present text, is meant either MTP (which is also equivalent to MMP for methyl mercapto propionaldehyde and to AMTP for methylthiopropionic aldehyde) and MSeP.
  • the molar ratio of HCN to MTP is adjusted to a value greater than or equal to 1.02. Below, we observe that the performance of the process tends to decrease. But advantageously, this value does not exceed 1.5, the energy required to extract the HCN becoming too high compared to the expected gains.
  • Another advantage of a process of the invention lies in the very wide range of temperatures in which it can be carried out.
  • a preferred range is 50°C to 110°C.
  • HCN is in liquid or gaseous state.
  • the HCN is fed in gaseous form into the reaction medium and the temperature of said medium is maintained above 30° C., better still above 50° C., or even above 60°C.
  • the pressure conditions in the reaction medium are of the order of 1 to 1.5 bara (bar absolute).
  • the adjustment of the pH to a value of at least 3.5 and its maintenance at this value are generally ensured by a buffer solution.
  • This can be chosen from all the suitable pairs to which those skilled in the art have recourse, such as citric acid/sodium citrate, citric acid/caustic soda, sodium citrate/phosphoric acid.
  • the pH of the reaction medium is lowered to a value less than or equal to 2.2, in particular to a value less than or equal to 2, or even to a value less than or equal to 1.5.
  • the pH of the reaction medium is lowered to a value less than or equal to 2.5 by an acid which the person skilled in the art is able to choose on the basis of his skills. It is chosen in particular from mineral acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid and any mixture thereof.
  • the HCN can be extracted from the reaction medium by any appropriate technique such as stripping (using a vector gas such as steam, nitrogen, air, CO2 and any mixture of those -ci), evaporation, distillation, membrane processes. In a preferred variant of the invention, evaporation is used.
  • stripping using a vector gas such as steam, nitrogen, air, CO2 and any mixture of those -ci
  • evaporation is used.
  • the extraction of the HCN makes it possible to recycle it at the stage of reaction with the aldehyde. It can be recycled directly, it can also be treated by one or more operations before being reintroduced into the reaction medium.
  • the method of the invention can be carried out continuously, which is moreover a preferred mode of use of this method.
  • applications of a process of the invention include the manufacture of methionine, selenomethionine, 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid (HMTBA) and 2-hydroxy-4- methylselenobutyric (HMSeBA),
  • the invention provides a process for the manufacture of methionine or selenomethionine, starting respectively from 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile (HMTBN) or from 2-hydroxy-4-methylselenobutyronitrile (HMSeBN), the process comprising at least the following steps: I ⁇ MTBN or HMSeBN is prepared by a method as defined previously, generally or in any one of its variants, and I ⁇ MTBN or HMSeBN is converted into methionine or selenomethionine, respectively, by one of following routes: a) directly converting I ⁇ MTBN or HMSeBN into methionine or selenomethionine; by way of example, this conversion can be carried out in the presence of at least water and of a catalyst comprising at least one of alumina, titanium dioxide and zirconia, and optionally, even preferably in presence of ammonia, or b) GHMTBN is reacted with NH3 and CO 2 to produce methionine hy
  • the conversion of GAMTBN or AMSeBN into methionine or selenomethionine, respectively, according to route d) can be carried out in the presence of at least water and a catalyst comprising at least one of alumina, titanium dioxide and zirconia, and optionally in the presence of ammonia.
  • the invention also provides a process for the manufacture of 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid (HMTBA) or 2-hydroxy-4-methylselenobutyric acid (HMSeBA), respectively from 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile (HMTBN) or 2-hydroxy-4-methylselenobutyronitrile (HMSeBN), the process comprising at least the following steps: I ⁇ MTBN or HMSeBN is prepared by a process as defined above, generally or in any of its variants , and converting I ⁇ MTBN or HMSeBN to HMTBA or to HMSeBA.
  • HMTBA 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid
  • HMSeBA 2-hydroxy-4-methylselenobutyric acid
  • HMTBN 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile
  • HMSeBN 2-hydroxy-4-methylselenobutyronitrile
  • I ⁇ MTBN or HMSeBN is converted into HMTBA or HMSeBA, in the presence of at least water, a weak acid such as acetic acid, formic acid and propionic acid, and a catalyst comprising at least one of alumina, titanium dioxide and zirconia.
  • a weak acid such as acetic acid, formic acid and propionic acid
  • a catalyst comprising at least one of alumina, titanium dioxide and zirconia.
  • Example 1 Synthesis of HMTBN according to the invention in a molar ratio of HCN: MTP of 1.1: 1
  • HMTBN synthesis is carried out by bringing a stream of gaseous HCN containing 10% HCN, 61% N2, 1% CO2, 4% CO and 24% water, expressed as mass percentages, into contact with Liquid MTP.
  • the molar ratio is 1.1:1.
  • the HMTBN solution obtained contains 70.5% (mass) of HMTBN, 4000 ppm of HCN, 1000 ppm of MTP and 29% (mass) of water.
  • the pH of this mixture is lowered to 2 by sulfuric acid.
  • the HCN is extracted from the mixture by evaporation, by heating said mixture to 65°C at 250 mbar.
  • the final medium contains only 65 ppm of HCN and 1200 ppm of MTP, 72% (mass) of HMTBN and 27.9% (mass) of water.
  • the vapors are partly condensed.
  • the remaining gases composed of 75% (mass) HCN, 9% (mass) air and 16% (mass) water are returned with the HCN stream to the synthesis.
  • Example 2 Synthesis of HMTBN according to the invention in a molar ratio of HCN: MTP of 105:1 HMTBN synthesis is carried out by bringing a stream of HCN gas containing 10% HCN, 61% N2, 1% CO2, 4% CO and 24% water, expressed as mass percentages, into contact with MTP. liquid.
  • the molar ratio is 1.05:1.
  • the HMTBN solution obtained contains 70.5% (mass) of HMTBN, 2000 ppm of HCN,
  • the pH of this mixture is lowered to 2 by sulfuric acid.
  • the HCN is extracted from the mixture by evaporation, by heating the mixture to 65°C at 250 mbar.
  • the final medium contains only 50 ppm of HCN, 2100 ppm of MTP, 72% (mass) of HMTBN and 27.8% (mass) of water.
  • the vapors are partly condensed.
  • the remaining compressed gases composed of 66% HCN by weight, 18% air and 16% water are returned with the HCN stream to the synthesis.
  • the liquid composed of 97% (mass) water, 0.5% (mass) MTP and 2.5% (mass) HCN is returned with the MTP in the synthesis.
  • HMTBN The synthesis of HMTBN is carried out under the conditions of Example 1 above, with the difference that, once I ⁇ MTBN obtained, the pH is lowered respectively to 3.4 (for comparison), to 2.2, at 2 and at 1.5 (according to the invention).
  • the pH is lowered by adding sulfuric acid.
  • the content, before (A) and after removal (B) of HCN from the reaction medium, of HMTBN, HCN, MTP and HMTBM resulting from the hydration of the I ⁇ MTBN formed is measured.
  • Those of I ⁇ MTBN, MTP and I ⁇ MTBM are determined by HPLC, that of HCN by Raman analysis.
  • the HCN is removed by stripping with nitrogen at a flow rate of 0.5 L/min and collected in a trap containing sodium hydroxide whose HCN content corresponding substantially to the extracted HCN is also determined (C).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou de son équivalent sélénié (HMSeBN) à partir d'acide cyanhydrique et de 3- méthylthiopropanal (MTP) ou de l'aldéhyde sélénié correspondant (MSeP) comprenant les étapes suivantes : on ajuste le rapport molaire de l'HCN au MTP ou au MSeP à une valeur supérieure ou égale à 1 et on ajuste et on maintient le pH à une valeur supérieure ou égale à 3,5, pour obtenir un milieu réactionnel dans lequel l'HMTBN ou le HMSeBN est formé, puis on abaisse le pH du milieu réactionnel à une valeur inférieure ou égale à 2,5 et on extrait l'HCN du milieu réactionnel, et on récupère l'HMTBN ou l'HMSeBN. L'invention concerne aussi les applications de ce procédé.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de préparation du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile ou de son équivalent sélénié et applications
L’invention porte sur une amélioration d’un procédé de fabrication du 2-hydroxy-4- méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou du 2-hydroxy-4-méthylsélénobutyronitrile (HMSeBN), à partir de 3-méthylthiopropanal (MTP) ou de 3-méthylsélénopropanal (MSeP), respectivement, et d’acide cyanhydrique (HCN).
L’HMTBN et l’HMSeBN sont des précurseurs de la synthèse de la méthionine et de son équivalent sélénié, la sélénométhionine. A titre d’illustration, une synthèse de la méthionine à partir de IΉMTBN est décrite dans le document W001/60790A1. Par réaction avec l’ammoniac, IΉMTBN est transformé en 2-amino-4-méthylthiobutyronitrile (AMTBN) lequel est à son tour mis à réagir avec l’acétone en milieu basique pour former le 2-amino-4-méthylthiobutyramide (AMTBM). Une hydrolyse catalytique de l’AMTBM conduit au méthioninate d’ammonium depuis lequel la méthionine est récupérée. L’HMTBN est aussi un intermédiaire de fabrication de l’analogue hydroxy de la méthionine, l’acide 2-hydroxy-4-méthylthiobutyrique (HMTBA). Par exemple, on connaît, selon le document US2001/0001105A1, un procédé en continu d’une synthèse de l’acide 2-hydroxy- 4-méthylthiobutyrique (HMTBA) à partir du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile (HMTBN) qui consiste, dans une première étape, à hydrater IΉMTBN en 2-hydroxy-4-méthylthiobutyramide (HMTBM) en présence d’une solution aqueuse d’un acide minéral tel que l’acide sulfurique, puis, dans une seconde étape, à hydrolyser IΉMTBM en HMTBA. Des synthèses comparables peuvent être conduites en série séléniée pour mener à l’acide 2-hydroxy-4- méthylsélénobutyrique (HMSeBA).
La dimension du marché de la méthionine n’est plus à présenter, notamment en nutrition animale, et ses procédés de fabrication sont toujours le champ de nombreux développements.
L’acide 2-hydroxy-4-méthylthiobutyrique (HMTBA), l’équivalent liquide de la méthionine, ses sels, ses chélates, notamment les chélates métalliques (de Ca, Zn, Co, Mn, Cu, Fe, Mg ...) et ses esters, comme les esters isopropylique et tertiobutylique de IΉMTBA, sont eux aussi largement utilisés en nutrition animale. De même, les dérivés séléniés de cet acide, de ces sels, de ces chélates et de ces esters ont un intérêt majeur en nutrition animale.
La préparation de IΉMTBN à partir d’acide cyanhydrique (HCN) et de 3- méthylthiopropanal (MTP) est bien connue et amplement utilisée à l’échelle industrielle, à l’exemple du procédé divulgué dans le document US2012/215022A1. Ce procédé comporte les étapes suivantes : on fait réagir le MTP avec l’HCN en présence d’un catalyseur choisi parmi des amines, dans un réacteur multizone, pour conduire à un mélange réactionnel contenant IΉMTBN formé ainsi que les réactifs, MTP et HCN et le catalyseur, et on extrait l’HCN non réagi du milieu réactionnel vers une zone d’absorption contenant du MTP et du catalyseur, où il réagit de nouveau.
Selon ce procédé, on obtient des rendements en HMTBN supérieurs à 99% molaire.
La réaction du MTP avec l’HCN en HMTBN étant équilibrée, le milieu réactionnel contient toujours, en plus de IΉMTBN, de l’HCN et du MTP résiduels.
En utilisant un ratio HCN / MTP proche de 1 et en extrayant l’HCN résiduel du milieu réactionnel, le procédé selon US2012/215022A1 permet d’améliorer la rentabilité du procédé. En outre, le recours à un catalyseur de type amine permet de limiter la formation de sous-produits issus du MTP par rapport à d’autres catalyseurs basiques.
Les inconvénients de ces procédés sont des concentrations résiduelles en HCN et en MTP significatives dans IΉMTBN obtenu. La présence d’HCN résiduel dans IΉMTBN conduit à la formation d’acide formique dans les étapes aval responsable d’une baisse de la qualité du produit final et/ou d’une augmentation de la demande chimique en oxygène (DCO) des effluents aqueux les rendant coûteux à traiter.
Selon EP0601195A1 , dans le cadre de la fabrication de l’acide 2-hydroxy-4- méthylthiobutyrique (HMTBA) à partir d’HMTBN, il est illustré une étape de préparation d’HMTBN à partir de MTP et d’HCN. La réaction est réalisée dans un rapport molaire HCN : MTP de 1 ,1 , en présence de NaOH, puis de l’acide sulfurique est ajouté pour abaisser le pH à 3. L’HCN n’ayant pas réagi est extrait par distillation sous pression, permettant de limiter la formation d’acide formique précité. La teneur en MTP reste toutefois importante et nuit à la pureté des produits formés en aval et notamment IΉMTB. La présence de MTP dans le milieu réactionnel est en effet tout aussi préjudiciable car cet aldéhyde entraîne la formation de produits de dégradation de type aldol, crotomères et dérivés, issus de réactions d’oligomérisation du MTP, qui contribuent tout autant que l’HCN à la diminution des rendements en méthionine ou en HMTBA et possiblement à une moindre qualité du produit final si ces produits ne sont pas extraits. La présente invention fournit une solution permettant d’abaisser les teneurs en MTP et en HCN dans le milieu réactionnel et donc de réduire les inconvénients liés à leur présence, ayant pour conséquence d’accroitre les rendements de synthèse, d’éviter des traitements coûteux des effluents du procédé et d’améliorer la qualité du produit final.
L’invention apporte un procédé de préparation du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou du 2-hydroxy-4-méthylsélénobutyronitrile (HMSeBN) à partir de 3- méthylthiopropanal (MTP) ou de 3-méthylsélénopropanal (MSeP), respectivement, et d’acide cyanhydrique (HCN), qui comprend au moins les étapes suivantes : on ajuste le rapport molaire de l’HCN au MTP ou au MSeP à une valeur supérieure ou égale à 1 et on ajuste et on maintient le pH à une valeur supérieure ou égale à 3,5, pour obtenir un milieu réactionnel dans lequel IΉMTBN ou le HMSeBN est formé, puis on abaisse le pH du milieu réactionnel à une valeur inférieure ou égale à 2,5 et on extrait l’HCN du milieu réactionnel, et on récupère IΉMTBN ou l’HMSeBN.
Il a été découvert qu’en combinant des valeurs déterminées du rapport de HCN au MTP et des valeurs déterminées du pH du milieu réactionnel dans la synthèse et l’extraction de l’HCN, respectivement, selon le procédé ci-dessus, on parvient à favoriser la consommation de MTP dans le milieu réactionnel, ce qui permet de récupérer un flux d’HMTBN ou d’HMSeBN ne contenant pas ou très peu d’aldéhyde et d’HCN. Ce procédé présente en outre un intérêt majeur en ce que pour être implémenté, la ligne de production classique peut être adaptée sans transformation substantielle.
L’ajustement des valeurs respectivement du rapport de HCN au MTP et du pH du milieu réactionnel, à la première étape du procédé, est nécessaire pour favoriser la formation de IΉMTBN ou l’HMSeBN, avec une concentration en MTP résiduelle aussi faible que possible.
S’agissant du rapport de HCN au MTP, on sait que l’équilibre de la réaction conduit à une concentration résiduelle faible en MTP lorsqu’il est supérieur à 1. Selon l’invention, il est déterminé à une valeur d’au moins 1 ; avantageusement cette valeur reste proche de 1, elle peut notamment varier de 1 à 2, la valeur de 2 devant être considérée comme maximale puisqu’au- delà l’excès d’HCN est fortement préjudiciable économiquement. Le pH du milieu réactionnel est déterminé à une valeur d’au moins 3,5, mais elle est préférentiellement d’au moins 4 et encore mieux d’au moins 5, pour une réaction optimale, ce qui est un paramètre important lors de la mise en œuvre de cette synthèse à l’échelle industrielle.
Avant d’aborder l’invention en détails, certains termes et expressions employées dans le présent texte sont définis.
Par « valeur supérieure ou égale à » ou « valeur d’au moins », on entend que la limite supérieure n’est évidemment pas illimitée. Comme dit précédemment, la réaction du MTP avec l’HCN est connue de l’homme du métier et il appartient à ses connaissances générales d’estimer la valeur au-delà de laquelle l’étape concernée ne peut plus être réalisée. Ainsi, à la première étape, le rapport HCN / aldéhyde ne dépassera généralement pas 2 ; de même le pH du milieu réactionnel n’excédera pas 8. Egalement, par « valeur inférieure ou égale à » ou « valeur d’au plus », l’homme du métier comprend qu’en-deçà d’une limite inférieure, l’étape concernée ne peut plus être conduite. Ainsi, lorsque la valeur du pH du milieu réactionnel est abaissée à une valeur de 3,5 ou en- dessous, on comprend qu’elle ne peut pas descendre en-dessous de 0.
Par aldéhyde dans le présent texte, on désigne indifféremment le MTP (qui est aussi équivalent à MMP pour méthyl mercapto propionaldéhyde et à AMTP pour aldéhyde méthylthiopropionique) et le MSeP.
Des caractéristiques préférentielles du procédé de l’invention sont ci-après mentionnées, elles peuvent être considérées seules ou en combinaison.
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, on ajuste le rapport molaire de l’HCN au MTP à une valeur supérieure ou égale à 1 ,02. En-dessous, on observe que les performances du procédé ont tendance à diminuer. Mais avantageusement, cette valeur ne dépasse pas 1 ,5, l’énergie nécessaire pour extraire l’HCN devenant trop importante par rapport aux gains espérés.
Un autre avantage d’un procédé de l’invention réside dans la gamme très large de températures dans laquelle il peut être mené. Une gamme préférée va de 50°C à 110°C. Selon la température, l’HCN est à l’état liquide ou gazeux. Dans une variante d’exécution, l’HCN est alimenté sous forme gazeuse dans le milieu réactionnel et la température dudit milieu est maintenue au-dessus de 30°C, mieux encore au-dessus de 50°C, voire même au-dessus de 60°C.
Les conditions de pression dans le milieu réactionnel sont de l’ordre de 1 à 1 ,5 bara (bar absolu). L’ajustement du pH à une valeur d’au moins 3,5 et son maintien à cette valeur sont généralement assurés par une solution tampon. Celle-ci peut être choisie parmi tous les couples adaptés auxquels l’homme du métier a recours, comme l’acide citrique/citrate de sodium, acide citrique/soude caustique, citrate de sodium/acide phosphorique.
Selon une caractéristique principale d’un procédé de l’invention, à la deuxième étape, on abaisse le pH du milieu réactionnel à une valeur inférieure ou égale à 2,2, en particulier à une valeur inférieure ou égale à 2, voire à une valeur inférieure ou égale à 1 ,5.
Le pH du milieu réactionnel est abaissé à une valeur inférieure ou égale à 2,5 par un acide que l’homme du métier est à même de choisir sur la base de ses compétences. Il est notamment choisi parmi les acides minéraux tels que l’acide sulfurique, l’acide nitrique, l’acide chlorhydrique et tout mélange de ceux-ci.
L’HCN peut être extrait du milieu réactionnel par toute technique appropriée telle que le stripage (à l’aide d’un gaz vecteur tel que la vapeur d’eau, l’azote, l’air, le CO2 et tout mélange de ceux-ci), l’évaporation, la distillation, des procédés membranaires. Dans une variante préférée de l’invention, on utilise l’évaporation. L’extraction de l’HCN permet de le recycler à l’étape de réaction avec l’aldéhyde. Il peut être recyclé directement, il peut aussi être traité par une ou plusieurs opérations avant d’être réintroduit dans le milieu réactionnel.
Le procédé de l’invention peut être conduit en continu, c’est d’ailleurs un mode préféré d’utilisation de ce procédé.
Comme dit précédemment, les applications d’un procédé de l’invention comprennent la fabrication de la méthionine, de la sélénométhionine, de l’acide 2-hydroxy-4-méthylthiobutyrique (HMTBA) et de l’acide 2-hydroxy-4-méthylsélénobutyrique (HMSeBA),
Ainsi, l’invention apporte un procédé de fabrication de la méthionine ou de la sélénométhionine, à partir respectivement du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou du 2-hydroxy-4-méthylsélénobutyronitrile (HMSeBN), le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : on prépare IΉMTBN ou l’HMSeBN par un procédé tel que défini précédemment, généralement ou dans l’une quelconque de ses variantes, et on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en méthionine ou sélénométhionine, respectivement, par l’une des voies suivantes : a) on convertit directement IΉMTBN ou l’HMSeBN en méthionine ou sélénométhionine ; à titre d’exemple, cette conversion peut être réalisée en présence au moins d’eau et d’un catalyseur comprenant au moins l’un de l’alumine, du dioxyde de titane et de la zircone, et éventuellement, voire de préférence en présence d’ammoniac, ou b) on fait réagir GHMTBN avec NH3 et CO2 pour conduire à l'hydantoïne de la méthionine qui est saponifié avec une base telle que NaOH, K2CO3, pour conduire au méthioninate de Na ou de K ; ce méthioninate est ensuite acidifié pour former la méthionine, tel que décrit par exemple dans US5990349A, ou c) on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en 2-amino-4-méthylthiobutyronitrile (AMTBN) ou en 2-amino-4-méthylsélénobutyronitrile (AMSeBN), on convertit GAMTBN ou l’AMSeBN en 2-amino-4-méthylthiobutyramide (AMTBM) ou en 2-amino-4-méthylsélénobutyramide (AMSeBM), puis on hydrolyse GAMTBM ou l’AMSeBM en méthionine ou en sélénométhionine, tel que décrit par exemple dans W001/60790A1 , ou d) on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en 2-amino-4-méthylthiobutyronitrile (AMTBN) ou en 2-amino-4-méthylsélénobutyronitrile (AMSeBN), on convertit GAMTBN ou l’AMSeBN en méthionine ou en sélénométhionine ;
A titre d’exemple, la conversion de GAMTBN ou l’AMSeBN en méthionine ou en sélénométhionine, respectivement, selon la voie d) peut être réalisée en présence au moins d’eau et d’un catalyseur comprenant au moins l’un de l’alumine, du dioxyde de titane et de la zircone, et éventuellement en présence d’ammoniac.
L’invention fournit aussi un procédé de fabrication de l’acide 2-hydroxy-4- méthylthiobutyrique (HMTBA) ou de l’acide 2-hydroxy-4-méthylsélénobutyrique (HMSeBA), à partir respectivement du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou du 2-hydroxy-4- méthylsélénobutyronitrile (HMSeBN), le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : on prépare IΉMTBN ou l’HMSeBN par un procédé tel que défini précédemment, généralement ou dans l’une quelconque de ses variantes, et on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en HMTBA ou en HMSeBA. A titre d’exemple, on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en HMTBA ou en HMSeBA, en présence au moins d’eau, d’un acide faible tel que l’acide acétique, l’acide formique et l’acide propionique, et d’un catalyseur comprenant au moins l’un de l’alumine, du dioxyde de titane et de la zircone.
L’invention et ses avantages sont illustrés dans les exemples ci-après.
Exemple 1 : Synthèse d’HMTBN selon l’invention dans un ratio molaire de HCN : MTP de 1.1 : 1
La synthèse HMTBN est réalisée en mettant en contact un flux d’HCN gazeux contenant 10% d’HCN, 61% de N2, 1% de CO2, 4% de CO et 24% d’eau, exprimés en pourcentages massiques, avec du MTP liquide. Le ratio molaire est 1 ,1 : 1. Le milieu est tamponné à pH = 5 par un mélange acide citrique / citrate de sodium et la réaction a lieu à 70°C.
La solution d’HMTBN obtenue contient 70.5% (massiques) d’HMTBN, 4000 ppm d’HCN, 1000 ppm de MTP et 29% (massiques) d’eau.
Le pH de ce mélange est abaissé à 2 par de l’acide sulfurique. L’HCN est extrait du mélange par évaporation, en chauffant ledit mélange à 65°C à 250 mbars. Le milieu final ne contient plus que 65 ppm d’HCN et 1200 ppm de MTP, 72% (massiques) d’HMTBN et 27,9% (massiques) d’eau.
Les vapeurs sont en partie condensées. Les gaz restants composés de 75% (massiques) d’HCN, 9% (massiques) d’air et 16% (massiques) d’eau sont renvoyés avec le flux d’HCN dans la synthèse.
Le liquide composé de 97% (massiques) d’eau, 0,2% (massique) de MTP et 2,8% (massiques) d’HCN est renvoyé avec le MTP dans la synthèse.
Exemple 2 : Synthèse d’HMTBN selon l’invention dans un ratio molaire de HCN : MTP de 1 05 : 1 La synthèse HMTBN est réalisée en mettant en contact un flux d’HCN gaz contenant 10% d’HCN, 61% de N2, 1% de CO2, 4% de CO et 24% d’eau exprimés en pourcentages massiques, avec du MTP liquide. Le ratio molaire est 1 ,05 : 1. Le milieu est tamponné à pH = 5 par un mélange acide citrique / citrate de sodium et la réaction a lieu à 70°C. La solution d’HMTBN obtenue contient 70.5% (massiques) d’HMTBN, 2000 ppm d’HCN,
1900 ppm de MTP et 29.1% (massiques) d’eau.
Le pH de ce mélange est abaissé à 2 par de l’acide sulfurique. L’HCN est extrait du mélange par évaporation, en chauffant le mélange à 65°C à 250 mbars. Le milieu final ne contient plus que 50 ppm d’HCN, 2100 ppm de MTP, 72% (massiques) d’HMTBN et 27,8% (massiques) d’eau.
Les vapeurs sont en partie condensées. Les gaz restants comprimés composés de 66% massiques d’HCN, 18% d’air et 16% d’eau sont renvoyés avec le flux d’HCN dans la synthèse.
Le liquide composé de 97% (massiques) d’eau, 0,5% (massiques) de MTP et 2,5% (massiques) d’HCN est renvoyé avec le MTP dans la synthèse.
Exemple 3 : Synthèse d’HMTBN à différents pH
La synthèse d’HMTBN est réalisée dans les conditions de l’Exemple 1 ci-dessus, à la différence que, une fois IΉMTBN obtenu, le pH est abaissé respectivement à 3,4 (à titre de comparaison), à 2,2, à 2 et à 1 ,5 (selon l’invention). Le pH est abaissé par l’ajout d’acide sulfurique. Pour chaque essai, la teneur, avant (A) et après le retrait (B) d’HCN du milieu réactionnel, en HMTBN, en HCN, en MTP et en HMTBM résultant de l’hydratation de IΉMTBN formé, est mesurée. Celles de IΉMTBN, du MTP et de IΉMTBM sont déterminées par HPLC, celle de l’HCN l’est par analyse Raman. L’HCN est retiré par stripage à l’azote à un débit de 0,5 L/min et collecté dans un piège contenant de la soude dont la teneur en HCN correspondant sensiblement à l’HCN extrait est aussi déterminée (C).
Le tableau ci-dessous présente les résultats obtenus. Tableau
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000009_0001
nd signifie non déterminé
Ces résultats démontrent que lorsque le pH du milieu réactionnel est abaissé à un pH inférieur ou égal à 2,5, en particulier à un pH de 2,2, de 2, ou de 1 ,5, l’augmentation de la teneur en MTP est fortement réduite, limitant ainsi la formation de produits de dégradation du MTP et conduisant à de IΉMTBN de haute qualité.
On observe en outre qu’aux valeurs de pH auxquelles le milieu réactionnel est abaissé selon l’invention, la quantité d’HCN collecté (C) correspond sensiblement à la quantité d’HCN extrait, alors que lorsque le pH n’est abaissé qu’à 3,4, elle est beaucoup plus élevée, ce qui signifie que l’HCN se reforme au détriment de IΉMTBN. Cette observation est d’ailleurs cohérente avec la quantité de MTP mesurée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou du 2- hydroxy-4-méthylsélénobutyronitrile (HMSeBN) à partir de 3-méthylthiopropanal (MTP) ou de 3- méthylsélénopropanal (MSeP), respectivement, et d’acide cyanhydrique (HCN), caractérisé en ce que, on ajuste le rapport molaire de l’HCN au MTP ou au MSeP à une valeur supérieure ou égale à 1 et on ajuste et on maintient le pH à une valeur supérieure ou égale à 3,5, pour obtenir un milieu réactionnel dans lequel IΉMTBN ou le HMSeBN est formé, puis on abaisse le pH du milieu réactionnel à une valeur inférieure ou égale à 2,5 et on extrait l’HCN du milieu réactionnel, et on récupère IΉMTBN ou l’HMSeBN.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’on ajuste le rapport molaire de l’HCN au MTP à une valeur supérieure ou égale à 1 ,02.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’on ajuste et on maintient le pH à une valeur supérieure ou égale à 4, de préférence supérieure ou égale à 5.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est conduit à une température allant de 50 à 110°C.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on ajuste et on maintient le pH par une solution tampon choisie parmi les couples acide citrique/citrate de sodium, acide citrique/soude caustique, citrate de sodium/acide phosphorique.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à la deuxième étape, on abaisse le pH du milieu réactionnel à une valeur inférieure ou égale à 2,2, en particulier à une valeur inférieure ou égale à 2, voire à une valeur inférieure ou égale à 1 ,5.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on abaisse le pH du milieu réactionnel par un acide choisi parmi l’acide sulfurique, l’acide nitrique, l’acide chlorhydrique et tout mélange de ceux-ci.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on extrait l’HCN du milieu réactionnel par évaporation, stripage, distillation ou procédé membranaire.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’HCN extrait est recyclé dans ledit procédé.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est conduit en continu.
11. Procédé de fabrication de la méthionine ou de la sélénométhionine, à partir respectivement du 2-hydroxy-4-méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou du 2-hydroxy-4- méthylsélénobutyronitrile (HMSeBN), caractérisé en ce que on prépare IΉMTBN ou l’HMSeBN par un procédé tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 10, et on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en méthionine ou sélénométhionine, respectivement, par l’une des voies suivantes : a) on convertit directement IΉMTBN ou l’HMSeBN en méthionine ou sélénométhionine, ou b) on fait réagir IΉMTBN avec NH3 et CO2 pour conduire à l'hydantoïne de la méthionine qui est saponifié avec une base telle que NaOH, K2CO3, pour conduire au méthioninate de Na ou de K ; ce méthioninate est ensuite acidifié pour former la méthionine, ou c) on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en 2-amino-4-méthylthiobutyronitrile (AMTBN) ou en 2-amino-4-méthylsélénobutyronitrile (AMSeBN), on convertit GAMTBN ou l’AMSeBN en 2-amino-4-méthylthiobutyramide (AMTBM) ou en
2-amino-4-méthylsélénobutyramide (AMSeBM), puis on hydrolyse GAMTBN ou l’AMSeBM en méthionine ou en sélénométhionine, ou d) on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en 2-amino-4-méthylthiobutyronitrile (AMTBN) ou en 2-amino-4-méthylsélénobutyronitrile (AMSeBN), on convertit GAMTBN ou l’AMSeBN en méthionine ou en sélénométhionine.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la conversion de IΉMTBN ou de l’HMSeBN en méthionine ou sélénométhionine, respectivement, selon la voie a), est effectuée en présence au moins d’eau et d’un catalyseur comprenant au moins l’un de l’alumine, du dioxyde de titane et de la zircone, et éventuellement en présence d’ammoniac.
13. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la conversion de GAMTBN ou l’AMSeBN en méthionine ou en sélénométhionine, respectivement, selon la voie d), est effectuée en présence au moins d’eau et d’un catalyseur comprenant au moins l’un de l’alumine, du dioxyde de titane et de la zircone, et éventuellement en présence d’ammoniac.
14. Procédé de fabrication de l’acide 2-hydroxy-4-méthylthiobutyrique (HMTBA) ou de l’acide 2-hydroxy-4-méthylsélénobutyrique (HMSeBA), à partir respectivement du 2-hydroxy-4- méthylthiobutyronitrile (HMTBN) ou du 2-hydroxy-4-méthylsélénobutyronitrile (HMSeBN), caractérisé en ce que on prépare IΉMTBN ou l’HMSeBN par un procédé tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 10, et on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en HMTBA ou en HMSeBA.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu’on convertit IΉMTBN ou l’HMSeBN en HMTBA ou en HMSeBA, respectivement, en présence au moins d’eau, d’un acide faible et d’un catalyseur comprenant au moins l’un de l’alumine, du dioxyde de titane et de la zircone.
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