苏氨酸二乙酸的新型盐、晶体、络合物和衍生物，制备苏氨酸二乙酸的方法及其用图
【专利说明】苏氨酸二乙酸的新型盐、晶体、络合物和衍生物，制备苏氨 酸二乙酸的方法及其用途
[0001] 本发明涉及螯合剂苏氨酸-N，N-二乙酸的新型盐、晶体、络合物和衍生物，制备该 苏氨酸二乙酸及其盐、络合物、晶体和衍生物的方法及其用途。
[0002] 清洁剂市场目前正在经历重要变化。由于生态和监管原因，完全禁止或必须至少 大大降低在清洁剂配制剂中使用高浓度磷酸盐。清洁剂产品的配方设计师不得不发现代替 磷酸盐化合物的替代品，其中最有希望的代替为可生物降解的螯合剂。在其中使用酸的其 它领域中，存在利用更生态友好的材料代替酸的增长趋势。在石油工业中，操作员也正在寻 找替代品，且在此再次证明可以其酸形式分离的可生物降解的螯合剂是有希望的替代品。
[0003] 不断寻找易制备和可用于其中使用螯合剂的各种应用的新型可生物降解的螯合 剂。
[0004] -种有用的可容易生物降解的螯合剂是丝氨酸-N，N-二乙酸。US 5, 019, 296公开 了其在洗涤剂中作为络合剂，漂白剂稳定剂和增效剂的用途。然而，为了螯合剂适于结合在 清洁剂配制剂中，螯合剂应可以良好产率通过简单方法具有一些或没有颜色地获得。
[0005] US 5, 019, 296公开了通过使甲醛和氰化氢与丝氨酸反应制备丝氨酸-N, N-二乙 酸，且 S Korman 等，Journal of Biological Chemistry，第 22 卷，第 18 期，1956 年 1 月 1 日，第113-132页公开了通过使丝氨酸与单溴乙酸反应制备丝氨酸二乙酸，从工业角度看 其因为产率更低和原料贵而是更不引人注意的路线。
[0006] 当根据现有技术公开的方法时，例如上述US 5, 019, 296文献，丝氨酸-N，N-二乙 酸仅可以红色至褐色获得，有时几乎为黑色。此类有色产物非常不理想，例如当将它们用于 洗涤剂或漂白中时。
[0007] 因此，本领域需要提供丝氨酸-N，N-二乙酸的替代品或替代方法，所述方法获得 具有类似性能的螯合剂，但不产生相同的不需要颜色，或不需要额外处理以从螯合剂去除 颜色。
[0008] 本发明现在提供了制备苏氨酸N，N-二乙酸及其盐或络合物的方法，提供了式 CH3-CHOH-C (H) (COOM) -N- (CH2-COOM) 2的苏氨酸N，N-二乙酸的盐，其中至少一个M为钠、钾、 锂、铯、铵，和提供了苏氨酸二乙酸与二价或三价阳离子的络合物，其中阳离子选自钙、镁、 铁、锌、锰、铝、铜和钴。
[0009] 此外，本发明覆盖了各上述产物，其中L-对映体（即2S，3R苏氨酸对映体；基于天 然氨基酸的对映体）的量为至少50摩尔％，以及任何上述产物的晶体和包含一种或多种上 述产物和溶剂的液体，及其包含连续液相的分散体。
[0010] 应注意的是，许多文献，例如 JP 11021584、JP 2004204055 和 WO 2011/154875,提 及了化合物苏氨酸二乙酸。然而，从它们清楚和毫无疑义地表明如何制备该化合物或在何 处获得它的意义上来说，这些文献均没有使所述化合物成为可能。因此，在这些文献中没 有表明所述性能确实接近根据本发明获得的分子或其任何衍生物。而且，上述文献没有公 开苏氨酸二乙酸或其任何衍生物的盐、衍生物、络合物、液体、溶液或分散体或其制备方法 或特性。在WO 2011/154875中，与例如上文讨论的丝氨酸-N，N-二乙酸一起提及了苏氨 酸-N，N-二乙酸，如所述，其是具有不太不同化学结构的螯合剂。
[0011] 如上所示，本发明提供了制备苏氨酸N，N-二乙酸的方法。本发明方法确实获得了 颜色明显更浅至没有颜色的螯合剂苏氨酸N，N-二乙酸及其盐，由其也可制备浅颜色的络 合物，尽管应认识到，一些络合物本身因为阳离子的选择而是有色的，例如铁、铜、锰和钴络 合物通常是有色的。
[0012] 本发明制备苏氨酸N，N-二乙酸的方法是包括两个或更多个步骤的方法，其中在 一个步骤中，使苏氨酸、其钠或钾盐或其混合物与甲醛和氰化氢在等于或小于7的pH下反 应，和在另一步骤中，在碱存在下，或更不优选在酸存在下（Singer方法）将在第一步中形 成的腈化合物水解；是包括如下步骤的方法：使苏氨酸、其钠或钾盐或其混合物与甲醛，氰 化氢、其钾或钠盐或其混合物和氢氧化钾、氢氧化钠或其混合物在水溶液中于大于7的pH 和以除去形成的NH3的升高温度下反应（Strecker/Bersworth方法）；和如下方法，其中使 苏氨酸与单卤代乙酸（CH2X-C00H，X为卤素原子，例如氯、溴或碘）在20-80°C的温度和碱 性pH下反应释放形成的HX，进而生成可任选酸化的苏氨酸-N，N-二乙酸盐。
[0013] 因此，尽管现有技术制备丝氨酸-N，N-二乙酸的方法与本发明制备苏氨酸N，N-二 乙酸的那些之间存在相似性，但是，非常出人意料的是，本发明方法获得颜色浅至没有颜色 的螯合剂产物，无需进行任何颜色处理步骤。
[0014] 本发明此外涉及分子4-(羧甲基）-2-甲基-6-氧代吗啉-3-羧酸，其根本上是苏 氨酸N，N-二乙酸进行闭环反应的分子。该闭环在容易取出水的条件下将苏氨酸-N，N-二 乙酸进行处理之后发生，其通常是酸性条件，例如加入酸、离子交换树脂或将分子进行酸化 电渗析，但也提高温度或降低压力，如在下图中所示。
[0016] 如上所示苏氨酸-N，N-二乙酸能闭环的事实使其为具有延迟功能的螯合剂，这在 其中螯合能力应缓慢和非立即产生的许多应用中是优势，例如所述化合物在油田或气田中 的用途。应注意的是，苏氨酸N，N-二乙酸比丝氨酸-N，N-二乙酸（从化学结构角度看其是 最相似的分子）明显更容易和更完全地进行闭环，这是本发明产物的另一个益处。
[0017] 此外，苏氨酸-N，N-二乙酸可以高产率制备，与许多阳离子形成相对稳定的络合 物（换而言之，在不与阳离子结合如此强以致于它们难以再次释放阳离子的螯合剂中它是 一种较强的螯合剂）。此外，所述化合物可容易地生物降解。
[0018] 本发明盐也覆盖式NaxKyHzTHDA的苏氨酸-N，N-二乙酸（THDA)的碱金属盐，其中X 和y大于〇, z大于并包括0, X和y为至多并包括3, z小于3,和x+y+z = 3。
[0019] 其中y大于1的碱金属盐在低粘度和可通过使用在工业现场以低价格获得的原料 的方法之间取得了良好平衡。同时，这些碱金属盐具有合理的分子量与粘度平衡，即它们具 有足够低的粘度使得它们可传输，和足够低的分子量以取得每重量单位碱金属螯合物盐足 够的螯合活性。
[0020] 与THDA的全酸或THDA的三钠盐相比，THDA的混合盐具有如下益处：它们可以高 浓度传输（60%没有问题，以重量％表示），同时仍具有足够低的粘度以便在低温（<40°C ) 下可栗送。这也意味着在目标位置获得相同量螯合物需要传输量更少的材料。
[0021] 混合盐的其它优势为混合THDA盐溶液的固体含量低于具有相同螯合能力的全钾 形式的溶液。THDA三钠盐的分子量为301. 1，三钾盐将变为349. 5。因此，就螯合能力而言， 为了获得相同活性成分，将需要溶解几乎多20%材料。本发明THDA -钾二钠仅需要溶解多 5%产物而非20%，且当与三钠形式比较时，其不含在更高浓度溶液具有高粘度负面影响的 产物。
[0022] 优选，在本发明THDA碱金属盐中，X为1. 5-2. 5, y为0. 5-1. 5,最优选X为约2和 y为约1。
[0023] 本发明一个实施方案提供了制备上述苏氨酸-N，N-二乙酸（THDA)(碱金属盐）的 方法，包括使苏氨酸、其钠或钾盐或其混合物与甲醛，氰化氢、其钾或钠盐或其混合物和氢 氧化钾、氢氧化钠或其混合物在水溶液中于以除去形成的NH 3的升高温度下反应。
[0024] 在一个实施方案中，在所述方法的过程中，反应物中钠与钾的摩尔比为 优选，反应物中钠与钾的摩尔比为1:1-3:1，最优选约2:1。
[0025] 在该实施方案中，新型苏氨酸-N, N-二乙酸盐通过所谓的Strecker/Bersworth路 线在碱性条件下利用1锅合成制备。所述反应路线包括在氢氧化钠和氢氧化钾存在下使苏 氨酸与甲醛和氰化氢反应。所需过量氰化物/甲醛为10%或更多；每当量苏氨酸最少使用 2. 2当量氰化物/甲醛。
[0026] 也可将甲醛和HCN的单独加料合并产生乙醇腈（HO-CH2-CN)。该乙醇腈与苏氨酸 或其钠或钾盐在碱性环境中反应（Strecker/Bersworth方法）。
[0027] 1 苏氨酸 +2H0-CH2-CN+3M0H->THDA-M3+2NH3+2H 20
[0028] 优选，本发明苏氨酸二乙酸及其（碱金属）盐通过Singer方法制备，包括两个或 更多个步骤，其中在第一步骤中，使苏氨酸、其钠或钾盐或其混合物与甲醛和氰化氢在等于 或小于7的pH下反应，和在随后的步骤中，利用碱金属氢氧化物将在第一步骤中形成的腈 化合物水解，和任选在下一步骤中酸化。
[0029] 酸化步骤可通过加入有机或无机酸进行，但优选通过与