專利名稱：生產(chǎn)2－羥基－4－甲基硫代丁酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)可用作飼料添加劑等的2-羥基-4-甲基硫代丁酸(thiobutanoic acid)的方法。具體地說，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)2-羥基-4-甲基硫代丁酸的方法，該方法包括使2-羥基-4-甲基硫代丁腈(butanenitrile)和/或2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺在硫酸存在下水解的步驟。
背景技術(shù)：
已知，2-羥基-4-甲基硫代丁酸可通過使2-羥基-4-甲基硫代丁腈或2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺在硫酸之類的酸存在下水解生成。
又知，采用有機溶劑的萃取方法通常作為從2-羥基-4-甲基硫代丁腈或2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺以硫酸水解獲得的反應(yīng)混合物中分離2-羥基-4-甲基硫代丁酸的方法(例如公開在日本審查的專利公開號5-1787(1993)中)。然而，該方法存在由于使用有機溶劑致使產(chǎn)品成本增加和容積效率降低的問題，以及為回收及提純有機溶劑和從生產(chǎn)的產(chǎn)品和廢水中除去有機溶劑都需要設(shè)備和操作等問題。
針對上述方法，已有人提出一種不使用有機溶劑的方法，其中反應(yīng)混合物以氨中和，所形成的混合物分成油層和水層(參見，美國專利4,912,257)。然而，該方法的問題在于油層與水層之間可分離性很差，大量2-羥基-4-甲基硫代丁酸層依然留在水層中，從而導(dǎo)致從反應(yīng)混合物中萃取2-羥基-4-甲基硫代丁酸的萃取效率很差。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)2-羥基-4-甲基硫代丁酸的方法，其可操作性和效率極佳，且不使用有機溶劑，從而解決了上述種種問題。
本發(fā)明人開展了專門研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述目的可通過2-羥基-4-甲基硫代丁腈在硫酸存在下進(jìn)行水解，生成的反應(yīng)混合物以某種方式后處理來實現(xiàn)，最終達(dá)到上述目的并完成本發(fā)明。
就是說，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)2-羥基-4-甲基硫代丁酸的方法，該方法包括下列步驟(A)使選自2-羥基-4-甲基硫代丁腈和2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺中的至少一種在硫酸存在下進(jìn)行水解，獲得一種包含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的反應(yīng)混合物；(B)使在步驟(A)中獲得的反應(yīng)混合物與堿性堿金屬化合物混合從而獲得一種包括含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的油層和水層的混合物；以及(C)從步驟(B)中獲得的混合物中分離出含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的油層。
發(fā)明詳述本發(fā)明生產(chǎn)2-羥基-4-甲基硫代丁酸的方法包括步驟(A)，其中選自2-羥基-4-甲基硫代丁腈和2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺當(dāng)中的至少一種在硫酸存在下進(jìn)行水解，結(jié)果獲得一種包含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的反應(yīng)混合物。這里所使用的原料是2-羥基-4-甲基硫代丁腈、2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺或其混合物。鑒于在上述水解反應(yīng)中生成了諸如硫酸銨和硫酸氫銨之類的銨鹽，故反應(yīng)混合物中還包含這些銨鹽。生成的硫酸銨與硫酸氫銨的比例隨硫酸的用量、反應(yīng)比(reaction ratio)等因素而變化。
2-羥基-4-甲基硫代丁腈，可例如通過使丙烯醛與甲硫醇反應(yīng)獲得3-甲基硫代丙醛，后者隨后與氫氰酸反應(yīng)而獲得。2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺例如可通過2-羥基-4-甲基硫代丁腈的水合來獲得。
在采用2-羥基-4-甲基硫代丁腈作為原料的情況下，水解為2-羥基-4-甲基硫代丁酸的反應(yīng)包括使2-羥基-4-甲基硫代丁腈生成2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺的水合反應(yīng)，以及使2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺生成2-羥基-4-甲基硫代丁酸的水解反應(yīng)。這些反應(yīng)可由一個操作在單一步驟中完成，然而鑒于二種反應(yīng)的最佳條件彼此有別，故這兩個反應(yīng)優(yōu)選分兩步進(jìn)行，即，第一步主要是2-羥基-4-甲基硫代丁腈到2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺的水合反應(yīng)，以及第二步反應(yīng)主要是2-羥甲基-4-甲基硫代丁酰胺到2-羥基-4-甲基硫代丁酸的水解反應(yīng)。
第一步反應(yīng)可這樣實施使2-羥基4-甲基硫代丁腈、硫酸和水在40℃～70℃的溫度反應(yīng)1h～3h。這里，硫酸的用量可介于0.5mol～1mol，優(yōu)選0.6mol～0.8mol，基于1mol2-羥基-4-甲基硫代丁腈計。這里水的用量可介于20重量份～70重量份，優(yōu)選25重量份～50重量份，基于100重量份2-羥基-4-甲基硫代丁腈計。在使2-羥基-4-甲基硫代丁腈、硫酸和水混合中，水可這樣加入，即使水與2-羥基-4-甲基硫代丁腈或硫酸先行混合，也就是，水被包含在所形成的用的2-羥基-4-甲基硫代丁腈水溶液或所要使用的硫酸水溶液中。在這種情況下，該硫酸水溶液可加入到2-羥基-4-甲基硫代丁腈水溶液中；該2-羥基-4-甲基硫代丁腈水溶液可加入到硫酸水溶液中；或者它們二者可同時倒入到容器中。優(yōu)選的是，2-羥基-4-甲基硫代丁腈水溶液加入到硫酸水溶液中。
第二步反應(yīng)可這樣實施使在第一步反應(yīng)中獲得的反應(yīng)混合物與水混合，并使它們在90℃～130℃的溫度下彼此反應(yīng)2h～6h。混合中水的用量可為100重量份～200重量份，基于100重量份在第一步反應(yīng)中使用的硫酸計。在其混合中，水可加入到第一步反應(yīng)混合物中，第一步反應(yīng)混合物可加入到水中，或者它們二者同時倒入到容器中。
另一方面，在使用2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺作為原料的情況下，2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺可與硫酸和水進(jìn)行混合，使它們在與上面提到的第二步反應(yīng)相同的條件下進(jìn)行反應(yīng)從而獲得2-羥基-4-甲基硫代丁酸。這里，硫酸的用量可介于0.5mol～1mol，優(yōu)選0.6mol～0.8mol，基于1mol2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺計。水的用量可介于40重量份～180重量份，優(yōu)選50重量份～140重量份，基于100重量份2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺計。
在本發(fā)明的步驟(B)中，使步驟(A)中獲得的反應(yīng)混合物與堿性堿金屬化合物進(jìn)行混合，結(jié)果獲得一種包括含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的油層和水層的混合物。在混合中，堿性堿金屬化合物可加入到反應(yīng)混合物中；反應(yīng)混合物可加入到堿性堿金屬化合物中；或者它們二者可同時倒入到容器中。一般而言，該混合是通過將堿性堿金屬化合物加入到反應(yīng)混合物中來實施的。
在步驟(B)中混合時的溫度可介于15℃～80℃，優(yōu)選30℃～70℃。混合要求的時間長短可介于0.1h～3h，優(yōu)選0.1h～2h?；旌掀陂g，由于硫酸氫銨與堿性堿金屬化合物中和會產(chǎn)生中和熱，而在采用碳酸氫鹽或碳酸鹽作為堿性堿金屬化合物的情況下還將產(chǎn)生二氧化碳。因此，必要的話可在步驟(B)中實施撤熱或排氣等措施。
在步驟(B)中使用的堿性堿金屬化合物的例子包括鈉鹽，例如氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉；鉀鹽，例如氫氧化鉀、碳酸氫鉀和碳酸鉀；鋰鹽，例如氫氧化鋰、碳酸氫鋰和碳酸鋰；以及諸如此類。需要的話，可使用兩種或更多種堿性堿金屬化合物。在上述鹽當(dāng)中，優(yōu)選使用諸如氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉之類的鈉鹽。堿性堿金屬化合物可以固態(tài)形式或者以其水溶液形式使用。
從油/水可分離性和減少產(chǎn)物中硫酸根離子的角度考慮，堿性堿金屬化合物的用量按堿金屬計基于1mol包含在所用反應(yīng)混合物中的硫酸氫銨，為介于0.5mol或更高，優(yōu)選0.6mol或更高，；而從減少產(chǎn)物的運動粘度考慮以堿金屬計可介于1.2mol或更低，優(yōu)選0.8mol或更低。
包含在步驟(A)中獲得的反應(yīng)混合物中的硫酸氫銨數(shù)量可采用分析方法確定。替代地，在步驟(A)中硫酸用量大于0.5mol但小于1mol基于1mol2-羥基-4-甲基硫代丁腈與2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺這兩種用于反應(yīng)步驟(A)中的組分之和計，的情況下，以及在認(rèn)為基本上全部2-羥基-4-甲基硫代丁腈和2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺已在反應(yīng)中消耗的情況下，包含在步驟(A)中獲得的反應(yīng)混合物中的硫酸氫銨數(shù)量可采用下式計算包含在步驟(A)中獲得的反應(yīng)混合物中的硫酸氫銨數(shù)量(mol)＝2x步驟(A)中使用的硫酸量(mol)-[步驟(A)反應(yīng)中使用的2-羥基-4-甲基硫代丁腈量(mol)+步驟(A)反應(yīng)中使用的2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺量(mol)]另一方面，堿性堿金屬化合物的用量可通過步驟(B)中獲得的混合物的氫離子濃度(pH)加以控制。例如，當(dāng)使用0.6mol～0.8mol氫氧化鈉每1mol硫酸氫銨時，形成的混合物的pH在25℃時將介于約1.4～約1.9；以及在60℃時為約1.9～約2.2。
在本發(fā)明的步驟(C)中，含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的油層通過某種維持混合物靜置或者對其進(jìn)行離心等的操作使混合物分成油層和水層，從而從步驟(B)中獲得的混合物中分離出來。無機鹽可能在水層中沉淀出來，具體視水層中包含的無機鹽量以及分離時的溫度而定。在此種情況下，油/水分離可直接進(jìn)行；油/水分離可在通過加熱溶解了無機鹽沉淀之后進(jìn)行；或者油/水分離可在通過過濾或潷析除掉無機鹽沉淀之后進(jìn)行。油/水分離時的溫度可介于30℃～80℃的范圍。
步驟(C)中獲得的油層可包含40wt％～60wt％2-羥基-4-甲基硫代丁酸、20wt％～30wt％水和10wt％～30wt％無機鹽，不過各個含量具體視步驟(A)～(C)的條件而變化。為從油層獲得產(chǎn)物，雖然依所需產(chǎn)物的形式和質(zhì)量而有所不同，但優(yōu)選的是，在要求較高濃度2-羥基-4-甲基硫代丁酸和降低產(chǎn)物中無機鹽含量的情況下，先實施通過濃縮油層而除水的步驟(D)，隨后實施步驟(E)從獲得的濃縮液中除掉在濃縮時沉淀出來的無機鹽之類不溶物。
關(guān)于濃縮時的條件，溫度可介于30℃～90℃，優(yōu)選50℃～80℃，壓力可介于1kPa～20kPa，優(yōu)選2kPa～15kPa。從降低(下面提到的)不溶物去除后可獲得的產(chǎn)物中硫酸根離子濃度以及降低產(chǎn)物運動粘度的角度考慮，濃縮液的液相中的水含量優(yōu)選為5wt％或更低，更優(yōu)選2wt％或更低，最優(yōu)選1wt％或更低。
不溶物從如此獲得的濃縮液(淤漿)中的去除可采用過濾或潷析來實施。在采用過濾的情況下，優(yōu)選的是，從改善過濾效率考慮，過濾在加熱后進(jìn)行。過濾溫度可介于50℃～80℃。在采用潷析的情況下，優(yōu)選的是，通過維持靜置或離心處理使不溶物充分沉降之后再進(jìn)行潷析。
經(jīng)如上所述過濾獲得的濾液或潷析獲得的上層清液，需要的話可就其中各組分的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)或者進(jìn)行其他處理，從而獲得一種可用作飼料添加劑等的2-羥基-4-甲基硫代丁酸產(chǎn)物。產(chǎn)物的質(zhì)量受上面描述的每一步驟中條件的影響。例如，當(dāng)步驟(B)中堿性堿金屬化合物的用量，按堿金屬計，介于0.6mol～0.8mol每1mol反應(yīng)混合物中的硫酸氫銨，并且步驟(D)中獲得的濃縮液的液相水含量是2wt％或更低時，就可能獲得一種硫酸根離子濃度是1％或更低且其運動粘度是100mm2/s或更低的產(chǎn)物。
鑒于通過過濾或潷析除掉的上述不溶物通?？赡軘y帶2-羥基-4-甲基硫代丁酸，包括附著在其表面或包含在其內(nèi)部的，為收集這部分產(chǎn)物，優(yōu)選將一部分或全部不溶物加入到上述步驟(A)～(D)中的任何一步中進(jìn)行循環(huán)。在此種情況下，這些不溶物可以水洗滌以便洗脫2-羥基-4-甲基硫代丁酸并將這里獲得的水溶液循環(huán)。
為處置本發(fā)明生產(chǎn)方法中產(chǎn)生的諸如水層和無機鹽之類副產(chǎn)物(廢物)，例如處置硫酸銨和硫酸氫銨，向它們之中加入過量氫氧化鈉并除去產(chǎn)生的氨氣，借此便可以對環(huán)境造成較小負(fù)擔(dān)的硫酸鈉形式來處置。
如上所述，按照本發(fā)明，2-羥基-4-甲基硫代丁酸可由2-羥基-4-甲基硫代丁腈和/或2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺以硫酸水解的反應(yīng)混合物中獲得，其中可操作性和效率均極佳，且不使用有機溶劑。
實施例本發(fā)明將通過下面的實施例加以說明，然而它們不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
實施例1和對比例1和2向40.1g(0.35mol)85.6wt％硫酸水溶液中，在50℃和攪拌下、30min內(nèi)滴加82.7g(0.50mol)79.2wt％2-羥基-4-甲基硫代丁腈水溶液，獲得的混合物在50℃下維持2h。向該混合物中加入57.2g水，然后，混合物在110℃攪拌4h。形成的反應(yīng)混合物的分析結(jié)果表明，2-羥基4-甲基硫代丁酸的收率為95％～96％。
實施例1向與上述相同方式獲得的反應(yīng)混合物中加入8.0g(0.20mol)粒狀氫氧化鈉之后，所得的反應(yīng)混合物經(jīng)攪拌分成油層和水層。
對比例1按如下方式進(jìn)行萃取向與上述相同方式獲得的反應(yīng)混合物中加入200g甲基異丁基酮，所得的反應(yīng)混合物分成油層和水層。
對比例2向與上述相同方式獲得的反應(yīng)混合物中加入13.6g(0.20mol)25％銨鹽(ammonium)水溶液，所得的反應(yīng)混合物攪拌，并分成油層和水層(淤漿層)。
以上每一種操作中獲得的每一水層通過液相色譜法進(jìn)行分析并確定水層中2-羥基-4-甲基硫代丁酸的殘余量。結(jié)果載于表1中。
表1

實施例2-1～實施例2～15
按照與實施例1相同的方式進(jìn)行反應(yīng)，向每種獲得的反應(yīng)混合物(180g)中，分別加入特定數(shù)量(如表2所示)48wt％氫氧化鈉水溶液，形成的混合物充分?jǐn)嚢?。獲得的混合物在25℃的pH值載于表2。每種混合物在60℃分成油層和水層。每種油層通過在蒸發(fā)器中蒸發(fā)至油層液相水含量(按卡爾費歇爾法測定)達(dá)到如表2所示數(shù)值而濃縮。如此獲得的每一種濃縮液(淤漿)在70℃進(jìn)行過濾。向如此獲得的每一濾液中加入水，使得2-羥基-4-甲基硫代丁酸的含量達(dá)到89.0wt％(按電位滴定測定)，從而獲得每一種產(chǎn)物。
每種產(chǎn)物按離子色譜法測定的硫酸根離子濃度和25℃時的運動粘度載于表2。
表2

*1cSt＝1mm2/s實施例3重復(fù)以下操作(i)～(iv)共7次。
(i)向80.5g(0.7mol)85.2wt％硫酸水溶液中，在50℃攪拌下30min內(nèi)滴加165.0g(1.0mol)79.2wt％2-羥基-4-甲基硫代丁腈水溶液，獲得的混合物在50℃下維持2h。向該混合物中加入120g水，然后所得的混合物在110℃攪拌4h。
(ii)向操作(i)中獲得的反應(yīng)混合物中加入過濾操作(v)中獲得的殘余物(然而在第一個操作(ii)中不實施此種加入)。在攪拌下，向形成的混合物中加入數(shù)量如表3所示的48wt％氫氧化鈉水溶液。
(iii)在操作(ii)中獲得的混合物在70℃分成油層和水層。
(iv)在操作(iii)中獲得的油層通過在蒸發(fā)器中蒸發(fā)至液相中的水含量達(dá)到表3所示數(shù)值而實現(xiàn)濃縮。
(v)在操作(iv)中獲得的濃縮液(淤漿)采用玻璃過濾器在70℃下進(jìn)行過濾。
(vi)向在操作(v)中獲得的濾液中加入水，使得2-羥基-4-甲基硫代丁酸的含量是89.0wt％(按電位滴定測定)，從而獲得產(chǎn)物。
不同次操作中獲得的每種產(chǎn)物按離子色譜法測定的硫酸根離子濃度和25℃時的運動粘度(用Cannon-Fenske粘度計測定)，載于表3。
表3

*1cSt＝1mm2/s實施例3中第一次操作獲得的收率之所以低，是因為其濾渣中包含的2-羥基-4-甲基硫代丁酸數(shù)量對應(yīng)于20％或更高的收率。第二次和以后的操作中收率不穩(wěn)定歸咎于濾渣中包含的2-羥基-4-甲基硫代丁酸數(shù)量不穩(wěn)定，并且被帶入到各自下一次不同操作的反應(yīng)中。第二次到第七次操作的平均收率是95％。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)2-羥基-4-甲基硫代丁酸的方法，該方法包括下列步驟(A)使選自2-羥基-4-甲基硫代丁腈和2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺中的至少一種在硫酸存在下進(jìn)行水解，獲得一種包含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的反應(yīng)混合物；(B)使在步驟(A)中獲得的反應(yīng)混合物與堿性堿金屬化合物混合從而獲得一種包括含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的油層和水層的混合物；以及(C)從步驟(B)中獲得的混合物中分離出含2-羥基-4-甲基硫代丁酸的油層。
2.權(quán)利要求1的生產(chǎn)方法，還包括下列步驟(D)使油層進(jìn)行濃縮以從其中除去水而獲得濃縮液；以及(E)從濃縮液中除去不溶物。
3.權(quán)利要求2的生產(chǎn)方法，還包括下列步驟(F)使在步驟(E)中獲得的不溶物全部或一部分加入到步驟(A)～(D)任何一步中。
4.權(quán)利要求1～3中任何一項的生產(chǎn)方法，其中步驟(B)中使用的堿性堿金屬化合物是選自氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉當(dāng)中的至少一種。
5.權(quán)利要求1～3中任何一項的生產(chǎn)方法，其中步驟(B)中使用的堿性堿金屬化合物的用量，按堿金屬計，基于1mol包含在步驟(A)中獲得的反應(yīng)混合物中的硫酸氫銨為0.5mol～1.2mol。
全文摘要
一種生產(chǎn)2－羥基－4－甲基硫代丁酸的方法，該方法包括使2－羥基－4－甲基硫代丁腈和/或2－羥基－4－甲基硫代丁酰胺在硫酸存在下水解，從而獲得一種含2－羥基－4－甲基硫代丁酸的反應(yīng)流體，該反應(yīng)流體與堿金屬化合物混合形成由包含2－羥基－4－甲基硫代丁酸的油層與水層組成的混合流體，最后從混合流體中回收油層。該方法提供2－羥基－4－甲基硫代丁酸的高效制備，不使用有機溶劑，操作性良好。
文檔編號C07B61/00GK1400967SQ01805169
公開日2003年3月5日 申請日期2001年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月18日
發(fā)明者幾留健二, 鹽崎哲也 申請人:住友化學(xué)工業(yè)株式會社