甘氨酸及其衍生物的清洁生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机化合物的生产、分离和纯化的技术领域，具体涉及一种甘氨酸及 其衍生物的清洁生产方法。
【背景技术】
[0002] 甘氨酸又名氨基乙酸，是一种重要的精细化工合成中间体，已广泛应用于医药、食 品、化工、农药等领域。食品、医药行业逐渐成为使用甘氨酸的最大需求领域，其市场需求量 很大，2010年全球需求量将接近lOOOkt。
[0003] 由于甘氨酸的特殊结构，甘氨酸及甘氨酸衍生物已广泛用于工业、农业、生物医药 等领域，常见的甘氨酸衍生物有N，N-二甲基甘氨酸、N，N-二乙基甘氨酸、N-甲基甘氨酸、 N-乙基甘氨酸等，如在工业上可作为金属离子的有效螯合剂，在农业上被用作杀虫剂、除草 剂、植物生长调节剂等，甘氨酸衍生物在医药方面的应用是近年来较为活跃的研宄领域，如 甘氨酸衍生物可增强甲砜霉素和β-内酰胺抗生素的药效.合成抗肿瘤药物的中间体等。 如 Ν, N-二甲基甘氨酸（Dimethyl glycine, Ν,Ν-dimethyl glycine,简称 DMG，即维生素 B16)是N，N-二烷基甘氨酸中R基团为甲基时的一种具体形式，其外观为白色结晶，溶于水 和乙醇。N，N-二甲基甘氨酸作为药物可以用于治疗中老年忧郁症，刺激人体免疫反应，降低 公害污染物对身体的伤害，降低体内胆固醇含量等；此外，在食品行业可用作抗氧剂，在医 药行业可用作医药中间体，合成多种生化药物。N-甲基甘氨酸（肌氨酸）是合成肌酸的中 间体，也是制造高级表面活性剂的中间体。可以用于工业用品的染料稳定剂、日用化学品氨 基酸型表面活性剂。
[0004] 目前，国内合成甘氨酸衍生物的主要方法是氯乙酸法，即氯乙酸与氨或者有机胺 在催化剂的作用下反应，然后酸化，分离甘氨酸衍生物和无机盐；该方法是缺点是：副产无 机盐太多，产品纯度不高，产品与盐、产品与副产物亚氨基二乙酸、甲基亚氨基二乙酸、乙基 亚氨基二乙酸、氨三乙酸的分离困难，产生大量的含盐、含酸废水，产品难以达到食品级医 药级质量要求，生产成本较高。
[0005] 国外公司开发了以氢氰酸和甲醛、氨基化合物为原料，或者以羟基乙腈和氨基化 合物为原料制备氨基乙腈衍生物，再经过氢氧化钠碱解，酸化得到甘氨酸衍生物和无机盐， 虽然该技术生产的甘氨酸衍生物质量高，但是同样面临上述产品与盐、产品与副产物亚氨 基二乙酸、甲基亚氨基二乙酸、乙基亚氨基二乙酸、氨三乙酸的分离困难问题，产生大量的 含盐、含酸废水。再者，根据选择的所有起始化合物的化学计量比例，反应剩余的各起始物 仍然保留在所得的甘氨酸衍生物盐溶液中，尽管过量的氨基化合物以及在水解时释放的氨 根据现有的技术能够经过精馏被完全除去，但是起始化合物氰化物或者甲醛（对于氢氰酸 或者甲醛在工艺条件下不是以等摩尔使用的情况来说）仍大部分保留在产物中。而且，氰 化物以及甲醛已经证明在强碱性的甘氨酸衍生物钠水溶液中是非常稳定的，甚至在保持了 几个小时的沸腾条件下也不会充分分解。由于毒性，氰化钠经常是以不足的量使用，使得甲 醛保留在所得的甘氨酸衍生物钠水溶液中和在工业生产中可能远远高于1000 ppm的剩余 量，甲醛的过量，必然又要与甘氨酸衍生物反应，降低甘氨酸衍生物的质量和产量。
[0006] 基于上述现有技术，本发明研宄人员致力于开发一种节约能耗、环境友好的甘氨 酸及其衍生物的清洁生产工艺。
【发明内容】
[0007] 经本发明人研宄团队发现，将含有氨基乙腈衍生物的水溶液经氢氧化钙、氢氧化 钡、氢氧化锶、氧化钙、氧化钡和氧化锶中的一种或多种无机碱水解反应，排除氨及有机胺 化合物，分离，得到甘氨酸衍生物盐的水溶液和白色沉淀，白色沉淀除了过量的氢氧化钙、 氢氧化钡、氢氧化锶外，水解产生的副产物亚氨基二乙酸、甲基亚氨基二乙酸、乙基亚氨基 二乙酸、氨三乙酸等也会以不溶的钙盐、钡盐及锶盐形式沉淀下来，通过简单的过滤方式即 可分离，从而解决了副产物分离困难的问题；甘氨酸衍生物盐的水溶液再经二氧化碳中和， 得到无机碳酸盐沉淀和甘氨酸衍生物溶液，无机碳酸盐沉淀通过简单的过滤方式即可分 离，解决了无机盐与产物分离困难的问题，且分离得到的无机碳酸盐经过煅烧得到的氧化 物和二氧化碳可以循环套用，该工艺无废水废渣产生，生产工艺环保清洁。
[0008] 本发明是基于上述发现而得以完成的。
[0009] 因此，本发明提供了一种甘氨酸及其衍生物的清洁生产方法，该生产方法中产生 的副产物及无机盐均容易分离纯化，提高了甘氨酸及其衍生物产品的品质，避免了副产物 及无机盐的污染，另外，该方法操作成本低，对环境友好。
[0010] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0011] 式II所示的甘氨酸衍生物的生产方法，具体包括以下步骤：
[0012] (1)式I所示的氨基乙腈衍生物水溶液经无机碱水解反应，排出氨及有机胺化合 物，分离液体和固体，得到甘氨酸衍生物盐的水溶液和白色沉淀；所述无机碱为氢氧化钙、 氢氧化钡、氢氧化锁、氧化妈、氧化钡和氧化锁中的一种或多种；
[0013]
[0014] 其中，式 I 中：R1、!?2均为 CH3，或R1、!?2均为 CH2CH3，或R1为H，R2为扎01 3或012013;
[0015] 式 II 中：R3、R4均为 CH 3，或 R3、R4均为 CH 2CH3，或 R3为 H，R 4为 H、CH 3或 CH 2CH3;
[0016] (2)向步骤（1)所得的甘氨酸衍生物盐的水溶液中通入二氧化碳，分离液体和固 体，得到无机碳酸盐沉淀和甘氨酸衍生物溶液，由所述的甘氨酸衍生物溶液得到甘氨酸衍 生物。
[0017] 式II所示的甘氨酸衍生物为N，N-二甲基甘氨酸、N，N-二乙基甘氨酸、N-甲基甘氨 酸、N-乙基甘氨酸以及甘氨酸。
[0018] 所述步骤⑴中的白色沉淀除了过量的氢氧化钙、氢氧化钡、氢氧化锶外，水解产 生的副产物亚氨基二乙酸、甲基亚氨基二乙酸、乙基亚氨基二乙酸、氨三乙酸等也会以不溶 的钙盐、钡盐及锶盐形式沉淀下来，这将有助于甘氨酸衍生物的钙、钡、锶盐能够与副产物 亚氨基二乙酸、甲基亚氨基二乙酸、乙基亚氨基二乙酸、氨三乙酸的钙盐、钡盐、锶盐有效的 分离，分离得到的白色沉淀亚氨基二乙酸钙、亚氨基二乙酸钡或者亚氨基二乙酸锶，或者氨 三乙酸钙、氨三乙酸钡或者氨三乙酸锶，或者甲基亚氨基二乙酸钙、甲基亚氨基二乙酸钡、 甲基亚氨基二乙酸锶，或者乙基亚氨基二乙酸钙、乙基亚氨基二乙酸钡、乙基亚氨基二乙酸 锶等，可经过硫酸酸化，分别得到亚氨基二乙酸、氨三乙酸、甲基亚氨基二乙酸、乙基亚氨基 二乙酸和硫酸盐；分离得到的甘氨酸衍生物盐的水溶液再经二氧化碳中和，得到无机碳酸 盐沉淀和甘氨酸衍生物溶液，无机碳酸盐沉淀通过简单的过滤方式即可分离，解决了无机 盐与产物分离困难的问题，甘氨酸衍生物溶液经过浓缩、水洗、干燥等操作得到甘氨酸衍生 物产品，而无机碳酸盐经过煅烧得到的氧化物和二氧化碳可以循环套用。
[0019] 进一步，所述的甘氨酸衍生物的生产方法，所述步骤（1)中，所述分离在加热至 70-80°C条件下进行分离。
[0020] 进一步，所述的甘氨酸衍生物的生产方法，所述步骤（1)中，所述的无机碱是过量 的，水解反应温度为40°C -90°C，特别优选75°C -90°C，水解反应时间为3-5小时，水解完毕 后进行排氨，所述的排氨即排反应体系产生的氨气以及过量未反应的有机氨化合物。
[0021] 进一步，所述的甘氨酸衍生物的生产方法，所述步骤（2)中，所述的通入二氧化 碳的压力可以为常压，优选为0.1 Mpa-O. 7MPa，特别优选0.1 Mpa-O. 2MPa，中和反应温度为 0°〇-100°〇，特别优选30°〇-60°〇。
[0022] 进一步，所述的甘氨酸衍生物的生产方法，所述步骤（2)中，由所述的甘氨酸衍生 物溶液可经任何的常规步骤如经浓缩、冷却结晶、过滤、烘干的步骤得到甘氨酸衍生物。
[0023] 进一步，所述的甘氨酸衍生物的生产方法，所述步骤（2)中，所得到的无机碳酸盐 沉淀经过煅烧，分别得到二氧化碳和氧化物，回收二氧化碳循环至所述步骤（2)的二氧化 碳中和步骤；所述氧化物加水得到无机碱循环至所述步骤（1)的无机碱水解反应步骤。
[0024] 进一步，所述的甘氨酸衍生物的生产方法，所述步骤（1)中，式I所示的氨基乙腈 衍生物是采用将羟基乙腈与氨基化合物混合进行氨化反应制备得到；所述氨基化合物为氨 或者低分子量的有机氨如二甲胺、二乙胺、甲胺、乙胺，其结构式如式III所示；
[0025]
[0026] 其中，式III中：R5、R6均为 CH 3，或 R5、R6均为 CH2CH3，或 R5为 H，R6为 H、CH 3或 CH2CH3。
[0027] 羟基乙腈与氨基化合物混合进行氨化反应的反应式为：
[0028]
[0029] 本发明使用羟基乙腈，避免了剧毒物质氰化钠或者氢氰酸的使用，而且在甘氨酸 衍生物盐中无氰根的残留，羟基乙腈可采用甲醛与氢氰酸反应制备，所得的羟基乙腈中可 残留氢氰酸〇. 1% _5%，羟基乙腈中氢氰酸残留有利于使其甲醛完全转化为羟基乙腈。
[0030] 进一步，所述的甘氨酸衍生物的生产方法，所述羟基乙腈与氨基化合物的投料摩 尔比为I :1. 0-6. 0,优选的，根据氨基乙腈衍生物的不同可分为以下几种情况：
[0031] 1)N，N_二甲基氨基乙腈：羟