專利名稱：氫氰酸與醛的縮合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氰酸與醛縮合的新催化劑。本發(fā)明還涉及氫氰酸與醛縮合的方法。
長久以來人們知道，例如根據(jù)US 4 518 801按如下方法制備蛋氨酸在0.3-5當量堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽或它們的混合物存在下，水解5-(β甲基巰基乙基)海因，然后分離在水解時得到的堿金屬蛋氨酸鹽與聯(lián)產(chǎn)鹽，最后將得到的堿金屬鹽水解成蛋氨酸。海因是通過甲基硫代丙醛的氰醇、氨與二氧化碳進行接觸制備的。
人們還知道一個實例，根據(jù)US4 960 932采用包括四個步驟的方法制備蛋氨酸。第一步是，在三乙胺存在下，由甲基硫代丙醛與氫氰酸縮合制備甲基硫代-α-羥基丁腈。然后，第二步是，讓甲基硫代-α-羥基丁腈與氨進行接觸，以便生成甲基硫代-α-氨基丁腈，然后，第三步是，在酮和堿金屬氫氧化物存在下讓甲基硫代-α-氨基丁腈水解生成甲基硫代丁酰胺，最后將甲基硫代丁酰胺水解成蛋氨酸堿金屬鹽，再用酸進行皂化。
在制備甲基硫代-α-羥基丁酸(還被稱為蛋氨酸的羥基類似物)的情況下，在含吡啶或胺的介質(zhì)中，由甲基硫代丙醛與氫氰酸反應(yīng)得到的甲基硫代-α-羥基丁腈(參見US2 745 745第2欄第52-55行)是用硫酸水解的，以便生成甲基硫代-α-羥基丁酸的酰胺這一中間體，最后生成甲基硫代-α-羥基丁酸(參見歐洲專利No330527或US 2 745 745)。
甲基硫代丙醛與氫氰酸進行接觸時所使用的堿可提高反應(yīng)的速度，便它們會很快地引起所生成的氰醇降解和原料醛的降解，得到顏色很深的溶液。另外，這些堿是揮發(fā)性的和有毒的，這在工業(yè)上使用時成為一個嚴重的障礙，因為它們在使用時需要安全的條件和循環(huán)使用，這在任何情況下都是費錢的。除了這些缺陷以外，這些堿因是揮發(fā)性的，它們可能引起局部積累，導(dǎo)致堿性很強的介質(zhì)。這樣一方面因氫氰酸的聚合，另一方面因甲基丙醛的降解而導(dǎo)致溶液的顏色加深。
非常令人驚奇的是，若在確切限定的pH范圍內(nèi)，和現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的胺不存在的情況下進行操作，可能降低這些降解反應(yīng)，還可能有利于該縮合反應(yīng)。
因此，本發(fā)明涉及在除了胺之外能將溶液的pH固定在4.0以上的緩沖溶液存在的情況下醛與氫氰酸的縮合。所述溶液的pH優(yōu)選地固定在4.0-6.0。所述溶液的pH更優(yōu)選地固定在約5。根據(jù)實施本發(fā)明的較好方式，為了尤其能夠通過反應(yīng)性吸收，即通過諸如氫氰酸之類的氣體與諸如甲基硫代丙醛這類的液體接觸催化反應(yīng)，更可取的是一種與現(xiàn)有技術(shù)中使用的揮發(fā)胺相反的，最好選用非揮發(fā)性的和無毒的緩沖液。
在能將pH固定在所研究的范圍內(nèi)的緩沖液中，更可取的是使用選自下述混合物的緩沖液，這些混合物是作為實例列出的，并不限制本發(fā)明—檸檬酸和檸檬酸鈉或檸檬酸和氫氧化鈉，—磷酸和酸式磷酸鈉或磷酸和氫氧化鈉，
—琥珀酸和琥珀酸鈉或琥珀酸和氫氧化鈉，—乙酸和乙酸鈉或乙酸和氫氧化鈉，—鄰苯二甲酸氫鉀和氫氧化鈉。
更一般地，可以使用酸的堿金屬鹽和酸的混合物，或酸和堿金屬氫氧化物的混合的作為緩沖液。
使用緩沖液的優(yōu)點是，避免原料和所希望得到產(chǎn)物的降解，和中和用于穩(wěn)定氫氰酸這些酸，例如硫酸。
在這些醛中，更可取的是使用含1-6個碳原子的脂族醛，這些醛或許被烷基或烷氧基或烷基硫取代，尤其更可取的是使用甲基硫代丙醛。
按照實施本發(fā)明的較好方式，用蘇打中和檸檬酸就地制備緩沖液，檸檬酸/蘇打的摩爾比為0.3-0.7，優(yōu)選地為約0.5。
按照實施本發(fā)明的較好方式，根據(jù)主要工藝，縮合使用含有以體積計約7％氫氰酸氫氰酸氣體混合物和醛的水溶液，氫氰酸具體的地是根據(jù)Andrussow方法制備的，然后除去其中含有的氨。
按照實施本發(fā)明的第二種方式，在水中含有約20％(重量)氫氰酸的氫氰酸水溶液與醛進行接觸。在任何情況下，氫氰酸與醛的摩爾比優(yōu)選地是氫氰酸稍微過量。這樣，更可取的是采用摩爾過量0.1-10％，更優(yōu)選地2-5％。
采用作為縮合催化劑使用的緩沖液，以便將其pH固定在所確定的范圍內(nèi)，例如優(yōu)選使用以醛計的摩爾比為0.01-0.001，更好地為約0.0001的檸檬酸—檸檬酸鹽緩沖液。所述的緩沖液以水溶液形式使用，結(jié)果是生成氰醇在柱出口的重量濃度具體地為約50％。
正如上面指出的，該反應(yīng)可以在氣體與液體之間進行，這時這種反應(yīng)優(yōu)選地在氣—液接觸器中進行，如—層板蒸餾塔—填充塔—氣泡塔—管式反應(yīng)器—滴塔—帶機械攪拌槽的反應(yīng)器—浸入噴射(jet immerge)反應(yīng)器根據(jù)第一種更可取的使用設(shè)備，也就是說當使用層板反應(yīng)性吸收塔時，含有氫氰酸的氣流從層板蒸餾塔底加入，而含有緩沖液的醛水溶液從塔頂加入。代替醛水溶液，可能的是在塔頂獨立的物流進口，即水的進口，加緩沖液的水溶液進口和醛溶液進口加入各種物流。很顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員將使物流的數(shù)目與有待使用的設(shè)備相一致。
有利地，在反應(yīng)吸收塔頂安裝一個附加的洗滌塔，以便回收來自反應(yīng)吸收塔的氣體中存在的醛，以及微量未反應(yīng)的氫氰酸。這個洗滌塔允許由塔底加入的氣體與由塔頂加入的水之間進行交換。對于這種洗滌來說，例如可以使用層板蒸餾塔或填充塔。有利地，將從塔底回收的水再加入反應(yīng)性吸收塔，將已純化的氣體送到煅燒爐。
如果所述的反應(yīng)是在氫氰酸水溶液與醛之間進行的話，那么這個反應(yīng)優(yōu)選地在諸如絕熱活塞反應(yīng)器之類的管式反應(yīng)器中進行。在任何情況下，所述的反應(yīng)是快速的和放熱的。
按照實施本發(fā)明的第一種方式，當所述的反應(yīng)是在開放式塔中進行時，則優(yōu)選地在溫度50-100℃，更優(yōu)選地在約70℃，和在大氣壓力下進行該反應(yīng)。其溫度可通過隨緩沖液一起加入的水量進行調(diào)節(jié)。
當按照實施本發(fā)明的第二種方式在管式反應(yīng)器中操作時，其溫度優(yōu)選地固定在30-110℃，壓力具體為1-10巴。
由任何一種本發(fā)明的實施方法得到的原料醛的氰醇，尤其是甲基硫代丙醛的氰醇，或者被胺化，或者用氨與二氧化碳的混合物處理，以便然后得到能直接水解生成甲基硫代α羥基丁酸的蛋氨酸。
通過下述的實施例將更加完全地描述本發(fā)明，而這些實施例不應(yīng)該被認為是限制本發(fā)明的。
實施例1使用OLDERSHAW型直徑為50毫米、高為1米并且配備了20塊孔板的塔A和具有相同塔直徑和高為20厘米并且配備了多層網(wǎng)(multiknit)填料的塔B(填充)。這種設(shè)備圖附在附圖中(參見

圖1/2)。
由進料30往塔A以1556.2克/小時的速率加入合成氫氰酸的原料氣體，其中含有(以重量計)-HCN109.12-CH40.77-CO 88.45-CO233.02-H218.12-N2895.46
-H2O 402.75-其他 8.52由進料35以流量408.36克/小時往塔A加入甲基硫代丙醛，由進料41往塔B頂部以150克/小時加入水，和由進料36以364.89克/小時加入由1.13克檸檬酸和0.49克蘇打組成的混合物。
在塔A底回收1013克/小時水溶液，其中含有-2-羥基甲基硫代丁腈514.25-HCN 1.54-甲基硫代丙醛0.04-H2O 495.85-檸檬酸 1.13-蘇打0.49將塔A出來的氣體以流量1531克/小時送到塔B，并以流量1106克/小時從塔B排出，其組成如下-HCN 1.65-CH40.77-CO 88.45-CO233.02-H218.12-N2895.46-H2O 60.68-其他8.52將這些氣體送到煅燒爐。在塔B中，讓回流(物流44)以流量11181.91克/小時冷卻的水溶液流到所述塔的底部，其中含有
-HCN 3.90-N27.72-H2O 10434.91-甲基硫代丙醛 0.09-羥基甲基硫代丁腈 703.59-檸檬酸22.12-蘇打 9.59在塔B出口(物流45)以580.06克/小時的流量將具有與塔B回流溶液同樣組成的水溶液再送回到塔A。
實施例2 調(diào)節(jié)NaOH/檸檬酸摩爾比重復(fù)實施例1，但改變pH值。在不同塔板測量甲基硫代丙醛轉(zhuǎn)化率隨pH的變化。
PH5.6 PH4.7 PH3.6 PH4.5PH5.2第2塊板50.32 38.31 39.00 47.2973.92第4塊板95.74 53.48 47.17 49.8282.21第7塊板100.00 96.15 70.09 69.8698.79第9塊板100.00 99.86 75.76 73.9299.95第11塊板 100.00 99.94 84.21 84.1799.99第13塊板 100.00 99.96 90.84 99.63100.00第15塊板 100.00 99.98 98.48 99.93100.00第17塊板 100.00 100.00 98.30 99.95100.00第19塊板 100.00 100.00 99.27 99.87100.00將反應(yīng)結(jié)束后得到的羥基甲基硫代丁腈溶液加到保持在70℃的烘箱里，以便研究所述腈的降解隨時間的變化。根據(jù)國際標準ISO2211-1973測量APHA色彩來評估所述的降解。
緩沖液的pHpH5.6 pH4.7 pH3.6 pH4.5 pH5.2腈的pH 7.25.23.84.7 6.6烘烤時間(小時) 4 48 48 48/72 72烘烤之前APHA色彩 966190300238 881烘烤之后APHA色彩 17380 1071 1642 333/2837 8769實施例3合成2-羥基甲基硫代丁腈在150毫升帶夾套的玻璃反應(yīng)器中在攪拌下加入甲基硫代丙醛 47.43克水 30.97克介質(zhì)呈非均相(2種不相混的液相)。加入0.6669克催化溶液。將下述化合物混合得到所述的催化溶液氫氧化鈉 9克檸檬酸 20.77克水 70.30克將介質(zhì)的溫度確定在20℃左右。因催化系統(tǒng)所達到的pH是約5。
借助有出口的燒瓶，盡可能快地加入42.37克30.7％(質(zhì)量)氫氰酸水溶液。瞬間將反應(yīng)介質(zhì)的溫度升高到70℃。這相應(yīng)于反應(yīng)熱。通過循環(huán)夾套中的熱流體使反應(yīng)物在5分鐘時間內(nèi)保持該溫度水平(70℃)。
在反應(yīng)期間，其pH處在5左右。在70℃停留時間結(jié)束之后，檢測以甲基硫代丙醛計甲基硫代丁腈合成反應(yīng)的產(chǎn)率是100％。
一旦溫度和甲基硫代丙醛的轉(zhuǎn)化水平達到足夠高的水平，反應(yīng)介質(zhì)便呈現(xiàn)均勻狀態(tài)。
實施例4 實施本發(fā)明的第二種方法在絕熱反應(yīng)器中使甲基硫代丙醛與20％氫氰酸水溶液連續(xù)地進行縮合。由100％液體氫氰酸和水制備這種溶液。反應(yīng)的催化劑是在線加入水中的。根據(jù)圖2/2流程圖，以流量為1941公斤/小時加入水①，以流量10公斤/小時加入檸檬酸/檸檬酸鈉催化劑②，以流量398公斤/小時加入20％氫氰酸溶液③和以流量1444公斤/小時加入甲基硫代丙醛④。
將390克50％含水蘇打溶液和450克無水檸檬酸加入1340克水中制備出催化劑溶液②。加這二種反應(yīng)物中的一種可將溶液的pH調(diào)節(jié)到5.0±0.2。
已生成的羥甲基硫代丁腈與氨水⑤反應(yīng)，氨水是以流量8400公斤/小時加入的。氨水含有13.7％(質(zhì)量)二氧化碳、9.7％(質(zhì)量)氨和水。生成的海因用50％(重量)蘇打水溶液進行水解，該溶液的加入流量為2310公斤/小時⑥。通過98％硫酸的作用將蛋氨酸鈉水解生成蛋按酸，而硫酸是以流量2890公斤/小時加入到⑦。由⑧以流量1986公斤/小時回收含15％(重量)蛋氨酸的水溶液。以甲基硫代丙醛計蛋氨酸的產(chǎn)率是96.0％。
權(quán)利要求
1.醛與氫氰酸的縮合方法，該方法在除胺以外的能將溶液的pH固定在4.0以上的緩沖液存在下進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于溶液的pH被固定在4.0-6.0，優(yōu)選地固定在約5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于緩沖液是不揮發(fā)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的方法，其征在于這些緩沖液選自下述的緩沖液—檸檬酸和檸檬酸鈉或檸檬酸和氫氧化鈉，—磷酸和酸式磷酸鈉或磷酸和氫氧化鈉，—琥珀酸和琥珀酸鈉或琥珀酸和氫氧化鈉，—乙酸和乙酸鈉或乙酸和氫氧化鈉，—鄰苯二甲酸氫鉀和氫氧化鈉。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于醛是含1-6個碳原子的脂族醛，這些醛或許被烷基或烷氧基或烷基硫取代。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的醛是甲基硫代丙醛。
7.醛與氫氰酸縮合的方法，其特征在于所述的縮合是在液體醛與氣態(tài)氫氰酸之間發(fā)生的反應(yīng)性吸收反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于反應(yīng)性吸收在選自如下氣—液接觸器中進行—層板蒸餾塔—填充塔—氣泡塔—管式反應(yīng)器—滴塔—帶機械攪拌槽的反應(yīng)器—浸入噴射反應(yīng)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于在反應(yīng)性吸收塔的頂部增設(shè)洗滌塔。
10.醛與氫氰酸縮合的方法，其特征在于所述的縮合是液體醛與氫氰酸水溶液之間的反應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)在絕熱活塞反應(yīng)器中進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使氫氰酸與醛縮合的新型催化劑。本發(fā)明還涉及氫氰酸與醛縮合的方法。
文檔編號C07B43/08GK1148041SQ9610508
公開日1997年4月23日 申請日期1996年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月24日
發(fā)明者C·卡斯, F·克雷斯, P·莫里爾 申請人:羅納-普朗克動物營養(yǎng)素公司