专利名称：甘氨酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氨基腈法或内酰脲混合物直接酸解、中和获得甘氨酸的制备方法，特别是以羟基乙腈或可产生羟基乙腈的混合物为起始原料，通过氨取代获得含氨基乙腈的氨化反应液，通过无机酸酸解，石灰乳中和，制备甘氨酸的方法。
背景技术：
甘氨酸是化工、医药、农药等工业的重要原料，具有广泛的用途。目前，有多种方法生产甘氨酸，其中，α-卤代酸法是国内主要的工业化生产方法，它是以氯乙酸、氨气为原料，在催化剂乌洛托品(六亚甲基四胺)存在下于溶剂相中反应。采用α-卤代酸法，溶剂相可以是水相，但此水相法生产甘氨酸的方法有诸多的缺陷，例如存在催化剂不能回收，消耗量大，催化效率低，未反应完的原料不能回用，且由于体系碱性强和含水等原因，易生成水解物羟基乙酸，造成浪费，污染环境；反应中产生的氯化铵等无机盐分离困难，后处理难度大，合成反应终点判断困难等等。另外，文献中还报道了溶剂为醇相的制备甘氨酸的方法，但它仍存在反应时间较长，且反应不好控制，催化剂效率较低，经NMR检测(见
图1)，有5％-7％的两种副产物生成，所以仍存在收率较低的缺陷，且溶剂回收困难，溶剂消耗大等缺陷，不适合工业大生产。
近年来陆续有文献报道采用羟基乙腈、氨化物和二氧化碳反应制备甘氨酸的方法。此方法又可以大致分为以下三类1)采用碱液进行后处理的方法，参见例如JP-A-06-065168、JP-A-05-320106、JP-A-53-031616、US5225592A、JP-A-02-250854、WO92/06069、JP-A-53-028115、CN1107139A。这些专利文献公开了采用碱液进行后处理，在后续操作中多采用酸尤其是硫酸中和，因此产生大量的硫酸钠、硫酸钾等盐溶液，产品纯度低，无机盐夹带严重，难以进行三废处理，并且成品颜色较深；2)采用酸液进行后处理的方法，例如JP-A-2-286651、JP-A-04-066559、物进行水解时，中和一般采用碱金属水溶液如氢氧化钠或氢氧化钾进行中和，同样存在产品纯度低，无机盐夹带、三废处理难的问题，并且得到的产品色泽较深。
3)采用强碱阳离子树脂进行后处理的方法，例如JP-A-03-190851。此方法反应收率和甘氨酸的纯度不理想。上述方法采用氨气进行反应，需要在高温高压的条件下进行，反应条件苛刻，设备投资大，且无机盐的分离问题尚未得到有效解决。
因此，需要开发一种更好的生产甘氨酸的工业化方法。
针对现有技术的不足，本发明者进行了深入的研究，结果发现，例如采用下文所述的羟基乙腈或可得到羟基乙腈的混合物进行氨解，之后用廉价易得的石灰乳中和酸解液，并经中和生成钙盐沉淀的方法，可以很好的解决甘氨酸与无机盐分离难的问题，从而发现了低成本、高收率、高纯度获得甘氨酸的方法。经NMR检测，其副产物羟基乙酸、亚氨基二乙酸和氨三乙酸的生成可得到有效控制，更适合工业化生产，于是完成了本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种将氨基乙腈或内酰脲混合物直接酸解、中和获得甘氨酸的制备方法。
优选的是，本发明提供一种采用羟基乙腈或可产生羟基乙腈的混合物和氨类化合物为初始原料，经氨化，酸解，中和步骤，高收率、高纯度地制备甘氨酸的方法。
具体地说，本发明提供一种制备甘氨酸的方法，该方法包括如下步骤1)将氨基乙腈与无机酸混合，得到含甘氨酸无机酸盐的酸解液；2)将上述酸解液用石灰乳中和，得到中和液(主要含甘氨酸和无机酸钙)；3)后处理中和液，得到甘氨酸产品。
本发明方法可以采用例如如下具体实施方案1)将氨基乙腈、无机酸混合，反应物料的摩尔比为氨基乙腈∶无机酸＝1∶0.2-4.0，优选为1∶0.5-2.5，反应温度控制不超过200℃，优选为80-160℃，反应1-8小时，抽滤得到含甘氨酸无机酸盐的酸解液；
2)将步骤1)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量为中和无机酸的用量，例如，反应时采用的摩尔比为甘氨酸无机酸盐∶石灰乳＝1∶0.2-4.0，优选为1∶0.5-2.5，得到中和滤液；滤渣水洗液可进行套用。
3)预处理步骤2)得到的中和滤液，脱水，结晶，烘干，得到白色甘氨酸固体。
上述方法中，氨基乙腈采用将羟基乙腈或可产生羟基乙腈的混合物氨化的方法制备氨化反应液，直接进行酸解步骤。
因此，本发明方法优选的是采用羟基乙腈或可产生羟基乙腈的混合物和氨类化合物为初始原料，经氨化，酸解，中和步骤来制备甘氨酸，所述方法包括如下步骤1)将羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物与氨类化合物混合，得到含氨基乙腈的氨化反应液；2)将步骤1)得到的氨化反应液与无机酸混合，得到含甘氨酸无机酸盐的酸解液；3)将上述酸解液用石灰乳中和，得到中和液；4)后处理步骤3)得到的中和液，得到甘氨酸。
实施上述优选方法时，在步骤1)中，羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物与氨类化合物的反应控制温度不高于100℃，例如，0-90℃，反应0.2-3小时；反应时采用的摩尔比为羟基乙腈∶氨类化合物＝1∶0.5-12.0，优选为1∶0.8-8.5。
在步骤2)中，反应时采用的摩尔比为氨基乙腈∶无机酸＝1∶0.2-4.0，优选为1∶0.5-2.5，控制反应温度不超过200℃，例如在80-160℃下，反应1-8小时。
在步骤3)中，反应时采用的摩尔比为甘氨酸无机酸盐∶石灰乳＝1∶0.2-4.0，优选为1∶0.5-2.5。
本发明优选方法可以采用例如如下具体实施方案1)在-10℃至100℃下，例如在0-90℃下，将羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物和氨类化合物混合，反应0.2-3小时，反应物料的摩尔比为羟基乙腈∶氨类化合物＝1∶0.8-8.5，优选1∶0.8-5.5，得到含氨基乙腈的氨化反应液；2)将上述氨化反应液、无机酸混合，反应物料的摩尔比为氨基乙腈∶无机酸＝1∶0.2-4，优选为1∶0.5-2.5，控制反应温度不超过200℃，例如在80-160℃下，反应1-8小时，得到甘氨酸无机酸盐；3)将步骤2)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量为中和无机酸的用量，例如，反应时采用的摩尔比为甘氨酸无机酸盐∶石灰乳＝1∶0.2-4.0，优选为1∶0.5-2.5，得到中和滤液。
4)后处理步骤3)得到的中和滤液，脱水，结晶，烘干，得到白色甘氨酸固体。
在本发明中，所述的羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物，例如后果者可以是氢氰酸和甲醛的混合液、碱土金属氰化物和甲醛的混合物、氰化铵和甲醛的混合物，优选是羟基乙腈。反应中采用的羟基乙腈的摩尔量，当只采用羟基乙腈时，以羟基乙腈的摩尔量计，当采用混合物时，以混合物中甲醛的摩尔量计。
在本发明中，所述的氨类化合物是指氨气或可产生氨的化合物，例如可以是氨气，氨水，硝酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵等无机铵盐等，优选是氨气和碳酸铵。反应中采用的氨类化合物的摩尔量，当只采用氨气时，以氨气的摩尔量计，当采用可产生氨的化合物时，以化合物中可产生氨的摩尔当量计。
在本发明中，所述的石灰乳可以是氢氧化钙、氢氧化钙与氧化钙的水合混合物或固体混合物、氢氧化钙与氧化钙和/或碳酸钙的水合混合物或固体混合物、氢氧化钙与氧化钙和/或硫酸钠的水合混合物或固体混合物，优选是氢氧化钙、氢氧化钙和氧化钙的混合物。反应中采用碱的摩尔量，当只采用氢氧化钙时，以氢氧化钙的摩尔量计，当采用混合物时，以混合物中钙离子的摩尔当量计。
在本发明中，所述的无机酸可以是硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸等。优选是硫酸、磷酸。
采用上述反应方法可以通过控制反应原料、反应条件有效控制反应平衡，根据需要得到甘氨酸、羟基乙酸、亚氨基二乙酸和氨三乙酸。
本发明方法具有如下优点其一，在采用羟基乙腈类和氨类为起始原料的方法时，可以有效减少乙内酰脲的生成，更易于产品中间体水解。
其二，在采用羟基乙腈类和氨类为起始原料的方法中，即可先将氨化反应液酸解的步骤，既可以保证水解彻底，克服了水解和与无机盐分离的困难。
其三，中和步骤使用较便宜的碱——石灰乳为原料，既可以有效降低生产成本，又巧妙的解决了无机盐与产品难以分离的问题；同时采用石灰乳调节等电点得到的滤出液，浓缩结晶即得到高品质的甘氨酸。
其四，本发明方法中，石膏有多种用途，该工艺的原子利用率可达100％，为真正的绿色工艺，不但可以保证甘氨酸的品质，而且具有成本低、无污染。
其五，采用本发明方法制备的甘氨酸产品纯度＞99％，钙离子含量＜0.1％，且本发明方法的综合收率可达到95％以上。此外，本发明方法整个反应条件极易控制，例如，经NMR检测证实，其副产物羟基乙酸、亚氨基二乙酸和氨三乙酸的生成可得到有效控制，因而更适合进行工业化生产。
具体实施例方式
本发明可用下文中的非限定性实施例作进一步的说明。
实施例1甘氨酸的制备在室温下向反应器中加入400克50％羟基乙腈溶液，通入90克氨气，反应45分钟后，得到氨化反应液。将得到的氨化反应液和377克98％硫酸溶液混合，反应4小时，得到酸解液。向其中加入281克氢氧化钙，充分混合后抽滤，收集得到中和液，滤渣用水洗涤，合并滤液。将得到的中和滤液预处理，进行脱水，降至室温，析出结晶，抽滤，用水洗结晶至洗水无色，将得到的固体烘干，得到纯度为99.5％的甘氨酸，产品相对羟基乙腈的原位收率95.8％。
实施例2甘氨酸的制备在常温下向反应器中加入100克氢氰酸和300克甲醛混合物，通入336克碳酸铵，反应40分钟后，得到氨化反应液。将得到的氨化反应液和588克硫酸溶液混合，反应5小时，得到酸解液。向其中加入444克氢氧化钙/氧化钙/硫酸钠混合物，充分混合后抽滤，收集得到中和滤液，滤渣用水洗涤两次，合并滤液。将得到的中和滤液预处理，进行脱水，降至室温，析出结晶，抽滤，用水洗结晶至洗水无色，将得到的固体烘干，得到纯度为99.2％的甘氨酸，产品相对于羟基乙腈的原位转化率96.7％。
实施例3甘氨酸的制备在室温下向反应器中加入400克羟基乙腈，通入237克氨水，反应30分钟后脱氨，得到546克氨化反应液。将得到的氨化反应液和248克盐酸溶液混合，反应4小时，得到酸解液。向其中加入493克氢氧化钙混合物，充分混合后抽滤，收集得到中和滤液，滤渣用水洗涤两次，合并滤液。将得到的中和滤液预处理，进行脱水，降至室温，析出结晶，抽滤，用水洗结晶至洗水无色，将得到的固体烘干，得到纯度为99.3％的甘氨酸，产品相对于羟基乙腈的原位收率95.5％。
实施例4甘氨酸的制备在室温下向反应器中加入350克羟基乙腈，加入2844克碳酸氢铵，反应40分钟后脱氨，得到2563克氨化反应液。将得到的氨化反应液和345克磷酸溶液混合，反应6小时，得到酸解液。向其中加入2975克氢氧化钙/氧化钙混合物，充分混合后抽滤，收集得到中和滤液，滤渣用水洗涤两次，合并滤液。将得到的中和滤液预处理，进行脱水，降至室温，析出结晶，抽滤，用水洗结晶至洗水无色，将得到的固体烘干，得到纯度为99.7％的甘氨酸，产品相对于羟基乙腈的原位收率97.1％。
对比实施例1甘氨酸的制备向羟基乙腈溶液中分别通入氨气和二氧化碳，加水，反应原料的摩尔比为羟基乙腈∶氨气∶二氧化碳∶水＝1∶2∶2∶50，控制反应温度为165℃，14标准大气压，3小时后，反应混合液在80℃下减压，降至室温，分离固体，固体在水和甲醇的混合液中洗涤，过滤，110℃减压干燥，纯度得到98.5％的甘氨酸。
权利要求
1.一种制备甘氨酸的方法，该方法包括如下步骤1)将氨基乙腈与无机酸混合，得到含甘氨酸无机酸盐的酸解液；2)将上述得到的酸解液用石灰乳中和，得到中和液；3)后处理步骤2)得到的中和液，得到甘氨酸。
2.根据权利要求1的方法，它包括如下步骤1)将氨基乙腈、无机酸混合，反应料液的摩尔比为氨基乙腈∶无机酸＝1∶0.2-4，控制反应温度在60-200℃之间，反应1-8小时，得到含甘氨酸无机酸盐的酸解液；2)将步骤1)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量为中和无机酸的用量，得到中和滤液；3)后处理步骤2)得到的中和滤液，浓缩结晶即得到甘氨酸。
3.根据权利要求1-2之任一的方法，其中，步骤1)中反应料液的摩尔比为氨基乙腈∶无机酸＝1∶0.5-2.5。
4.根据权利要求1-2之任一的方法，其中，步骤1)中反应温度在80-160℃之间。
5.根据权利要求1-4之任一的方法，其中，步骤2)中反应料液的摩尔比为甘氨酸无机酸盐∶石灰乳＝1∶0.2-4.0。
6.根据权利要求1-5之任一的方法，其中，石灰乳是氢氧化钙、氢氧化钙和氧化钙的水合混合物或固体混合物，氢氧化钙与氧化钙和/或碳酸钙的水合混合物或固体混合物、氢氧化钙与氧化钙和/或硫酸钠的水合混合物或固体混合物。
7.根据权利要求1-6之任一的方法，其中，无机酸是硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸。
8.根据权利要求7的方法，其中，无机酸是硫酸、磷酸。
9.一种制备甘氨酸的方法，该方法包括如下步骤1)向羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物中通入氨类化合物，得到含氨基乙腈的氨化反应液；2)将上述得到的氨化反应液与无机酸混合，得到含甘氨酸无机酸盐的酸解液；3)将上述得到的酸解液用石灰乳中和，得到中和液；4)后处理上述得到的中和液，得到甘氨酸。
10.根据权利要求9的方法，它包括如下步骤1)在-10℃至100℃下，向羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物中通入氨类化合物，反应0.2-3小时，反应物料的摩尔比为羟基乙腈∶氨类化合物＝1∶0.5-12.0，得到含氨基乙腈的氨化反应液；2)将上述氨化反应液、无机酸混合，反应料液的摩尔比为氨基乙腈∶无机酸＝1∶0.2-4，控制反应温度在60-200℃之间，反应1-8小时，得到含甘氨酸无机酸盐的酸解液；3)将步骤2)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量为中和无机酸的用量，得到中和滤液；4)后处理步骤3)得到的中和滤液，得到甘氨酸。
11.根据权利要求9或10的方法，其中氨化步骤中反应料液的摩尔比为羟基乙腈∶氨类化合物＝1∶0.8-8.5。
12.根据权利要求9或10的方法，其中酸化步骤中反应温度在80-160℃之间。
13.根据权利要求9-13之任一的方法，其中，酸解步骤中反应料液的摩尔比为氨基乙腈∶无机酸＝1∶0.5-2.5。
14.根据权利要求9-13之任一的方法，其中，中和步骤中反应料液的摩尔比为甘氨酸无机酸盐∶石灰乳＝1∶0.2-4.0。
15.根据权利要求9-14之任一的方法，其中，羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物是羟基乙腈溶液、氢氰酸和甲醛的混合液、碱土金属氰化物和甲醛的混合物、氰化铵和甲醛的混合物。
16.根据权利要求9-15之任一的方法，其中，氨气或可产生氨的化合物是氨气、氨水、硝酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵。
17.根据权利要求9-16之任一的方法，其中，石灰乳是氢氧化钙、氢氧化钙和氧化钙的水合混合物或固体混合物，氢氧化钙与氧化钙和/或碳酸钙的水合混合物或固体混合物、氢氧化钙与氧化钙和/或硫酸钠的水合混合物或固体混合物。
18.根据权利要求9-17之任一的方法，其中，无机酸是硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸。
19.根据权利要求18的方法，其中，无机酸是硫酸、磷酸。
全文摘要
本发明涉及一种制备甘氨酸的方法，该方法包括如下步骤1)将羟基乙腈溶液或可产生羟基乙腈的混合物与氨类化合物混合，得到氨化反应液；2)将上述氨化反应液与无机酸混合，得到酸解液；3)将上述酸解液用石灰乳中和，得到中和液；4)后处理上述中和液，得到甘氨酸。
文档编号C07C229/06GK1616413SQ20031010036
公开日2005年5月18日 申请日期2003年10月14日 优先权日2003年10月14日
发明者尹应武, 田金平, 张立塔, 李明成, 韩扶军, 罗小凤, 冯倩 申请人:北京清华紫光英力化工技术有限责任公司