制备结晶l-mgda三碱金属盐的方法
【专利摘要】本发明涉及一种通过从L-MGDA三碱金属盐的水溶液结晶以制备结晶L-MGDA三碱金属盐的方法，其中所述水溶液是通过斯特雷克尔合成工艺从L-α-丙氨酸获得的，其中L-α-丙氨酸与甲醛和氢氰酸反应得到L-α-丙氨酸-N,N-二乙腈，并随后将L-α-丙氨酸-N,N-二乙腈进行碱性水解以得到L-MGDA三碱金属盐，其特征在于在碱性水解期间的温度不超过150℃。
【专利说明】制备结晶L-MGDA三碱金属盐的方法
[0001]描述
[0002]用于碱土金属离子和重金属离子的络合剂广泛用于工业领域中，例如用于洗涤剂和清洁剂工业中，或用于金属表面的处理中。通常，它们是在水溶液中合成的。对于某些应用，要求它们是固体形式。
[0003]从水溶液制备固体的常规方法尤其是结晶和喷雾干燥工艺。已经知道例如在蒸发结晶或冷却结晶期间产生的结晶固体可以含有结晶水，并且在环境条件下在大多数情况下具有与无定形固体相比较小的吸湿性，或是能储存稳定的。相比之下，由于喷雾干燥工艺，例如在喷雾塔中或在喷雾流化床中，固体是以无定形的形式获得的。以此形式，固体通常是高度吸湿性的，并且在开放储存的情况下在短时间内会损失能倾倒的能力，这显著阻碍了进一步的加工性，例如在压片工艺中等。
[0004]甲基甘氨酸二乙酸在下文中简称为MGDA，也称为α-丙氨酸二乙酸(α-ADA)，是可生物降解的强络合剂，其可以用于各种技术应用中，例如参见W0-A94/29421。
[0005]在外消旋三钠盐混合物的形式中，结晶受到不对称分子形式的严格抑制，这导致相应冗长和不经济的大量结晶过程(蒸发结晶和冷却结晶)。
[0006]EP-A0845456描述了一种制备具有改进的结晶度的MGDA_Na3粉末的方法，其中原料尤其是水比例为10-30%的起始物质，优选加入晶体种子。此方法主要获得结晶粉末，但是考虑到在制备期间的粘性和糊状相，需要使用复杂和昂贵的混合器-捏合器装置来确保向结晶改性形式的转化。
[0007]因此，本发明的目的是提供一种在技术上简单的制备结晶L-MGDA三碱金属盐的方法。`
[0008]此技术方案包括一种制备结晶L-MGDA三碱金属盐的方法，其中从L-MGDA三碱金属盐的水溶液结晶，所述水溶液是通过斯特雷克尔(Strecker)合成工艺从L-α -丙氨酸获得的，其中L- α -丙氨酸与甲醛和氢氰酸反应得到L- α -丙氨酸-N，N- 二乙腈，并随后将L-α-丙氨酸-N，N- 二乙腈进行碱性皂化以得到L-MGDA三碱金属盐，其中在碱性皂化期间的温度不超过150°C。
[0009]惊奇地发现L-MGDA三碱金属盐的结晶明显优于相应外消旋体的结晶，其中具有与结晶相关的应用优点。
[0010]根据本发明，所用的原料是α-丙氨酸的L-对映异构体，其与甲醛和氢氰酸按照斯特雷克尔合成工艺进行反应得到L- α -丙氨酸-N，N- 二乙腈，后者在下文中简称为L-ADAN。L-ADAN然后用碱皂化以得到L-MGDA三碱金属盐。
[0011]斯特雷克尔合成工艺可以按照任何公知的方式进行，例如根据W0-A94/29421描述的方法。
[0012]与具体的斯特雷克尔合成工序无关，对于本发明而言必要的是=L-ADAN的碱性皂化反应总是在能确保从L- α -丙氨酸获得的L-MGDA三碱金属盐不会外消旋化的条件下进行。为此，确保在碱性皂化期间的温度不超过150°C是足够的。
[0013]有利的是，碱性皂化的温度应当不超过130°C。特别有利的是在不超过110°C的温度下进行碱性皂化。
[0014]L-ADAN的碱性皂化可以用氢氧化钠溶液进行。相应地获得L-MGDA三钠盐。
[0015]通过上述斯特雷克尔合成以及随后的碱性水解，获得优选具有L-MGDA三碱金属盐含量为至少50重量％的L-MGDA三碱金属盐溶液,基于所述溶液的总重量计；或者所述L-MGDA三碱金属盐含量为至少40重量％，基于所述溶液的总重量计。惊奇地发现相应的L-MGDA三碱金属盐可以容易地从这些溶液结晶出来。
[0016]为此目的，可以有利地使用蒸发结晶。
[0017]蒸发结晶可以有利地连续地进行。
[0018]在另一个工艺方案中，蒸发结晶可以不连续地进行。
[0019]对于连续和不连续蒸发结晶都优选的工艺参数是在50-130°C范围内的温度，优选在70-120°C范围内的温度，更优选在80-100°C范围内的温度。
[0020]连续或不连续的蒸发结晶有利地进行1-24小时的时间，优选5-24小时，更优选5-10小时。
[0021]蒸发率是由蒸发时间和在蒸发结晶结束时的晶体含量定义的，对于连续蒸发结晶而言尤其是1_50%，优选10-30%，更优选10-20% ;对于不连续蒸发结晶而言尤其是1_60%，优选 10-40%，更优选 10-20%。
[0022]在另一个实施方案中，结晶可以通过冷却结晶进行。
[0023]此方法不受用于进行结晶的设`备的限制。
[0024]本发明还提供可通过上述方法获得的结晶L-MGDA三碱金属盐。
[0025]优选的结晶L-MGDA三碱金属盐是L-MGDA三钠盐。
[0026]MGDA三碱金属盐的L-对映异构体从其水溶液根据本发明进行的结晶与从相应D, L-外消旋体结晶相比具有明显的优点:晶体在种子的存在下逐渐形成，这促进了结晶的控制。相比之下，外消旋体在高度过饱和情况下自发地结晶，在这种情况下播种没有带来显著的改进。
[0027]与从外消旋体的溶液进行结晶相比，在根据本发明从L-对映异构体的溶液进行结晶的情况下能更好地控制在悬浮体中的固含量；结果，出现有缺陷批次的可能性减少，结晶设备不会出现堵塞。
[0028]与从外消旋体的溶液进行结晶相比，通过本发明方法获得的晶体具有显著更好的形态，和与针状体相比，尤其是具有三维粒子。这使得悬浮体的可搅拌性显著改进，并且时空产率显著更高。因此，例如，具有12重量％D，L-MGDA三钠盐针状体的悬浮体基本上是固体，而具有30重量％L-MGDA三钠盐晶体的悬浮体仍然是可搅拌的。此外，可离心的能力更好。考虑到较小的比表面积，纯度更高。在三维粒子情况下的破裂显著低于针状体的情况，所以细裂纹更少，以及储存和运输性能也更好。尤其是，与例如通过喷雾干燥获得的粉末相t匕，在本发明方法中获得的晶体不是吸湿性的。
[0029]下面通过工作实施例和附图更详细地说明本发明。
[0030]在每种情况下，分别从D，L- α -丙氨酸或L- α -丙氨酸如下制备约40重量％浓度的D，L-MGDA三钠盐或L-MGDA三钠盐的起始溶液:
[0031]在约40°C下，在冷却下在约60分钟内将203g的30%浓度的甲醛(2.03mol)计量加入178g(2.0mol)的α _丙氨酸在910g水中的溶液(约18%浓度)。然后，向所得溶液在冷却下在60分钟内计量加入203g的30%浓度的甲醛(2.03mol)和109.6g氢氰酸(4.06mol)。此混合物然后在40°C下进行后反应1小时。在约30°C下，然后在约I小时内将此溶液计量加入496g的50%浓度的氢氧化钠溶液(6.20mol)。在30°C下进行后搅拌2小时之后，温度升高到95-102°C，转化在约4小时内完成，同时将所形成的氨和水汽提出去。这得到1330g的约40%浓度的MGDA三钠盐溶液(MGDA-Na3)。
[0032]产率:98.2% ；NTA-Na3 含量:0.06% (通过 HPLC 测定)
[0033]对比例:D，L-MGDA三钠盐的不连续蒸发结晶
[0034]在配备有搅拌器的3L结晶器中，将1200g的40%浓度的D，L-MGDA三钠盐溶液作为初始装料加入，并且通过蒸发达到在80°C下的饱和(对于D，L-MGDA是46%)。然后将溶液用约0.5g的来自预先实验的晶体进行播种。然后按照50g/h在80°C下进行蒸发。没有发生结晶，直到在蒸发95g之后才得到大量块状种子，并且结晶器内完全结晶。以此方式获得的悬浮体不再能搅拌或过滤(在结束时在悬浮体中的理论固体比例是9%)。晶体具有长度低于100微米的细针形状。
[0035]实施例1 ：L-MGDA钠盐的不连续蒸发结晶
[0036]在配备有搅拌器的3L结晶器中，将2154g的40%浓度的L-MGDA钠盐溶液作为初始装料加入，并且通过蒸发达到浓度为58%，这对应于在80°C下的轻微过饱和。然后将溶液用基于溶液固含量计的1%晶体进行播种。所述晶体是在预先实验中制备的。然后按照52g/h在80°C下进行蒸发。在蒸发期间，形成尺寸为约20-100微米的具有良好限定形状的紧实晶体。悬浮体直到实验结束时都能搅拌(在结束时在悬浮体中的固体比例是36%)。在过滤期间的过滤阻力是2.25X1013mPas/m2,即晶体能通过过滤分离出去。
[0037]实施例2 =L-MGDA钠盐的连续蒸发结晶
[0038]在开始时，在配备有搅拌器的IL结晶器中，将1280g的过饱和65%浓度的L-MGDA钠盐溶液作为初始装料加入。然后对溶液进行播种以制备悬浮体。然后按照454g/h进料和204g/h蒸发速率进行连续的蒸发结晶。这对应于停留时间为5小时，在悬浮体中的理论固体比例是41%。在蒸发期间，形成尺寸为约10-500微米的具有良好限定形状的紧实晶体。悬浮体直到实验结束时都能搅拌。在过滤期间的过滤阻力是12.7X1013mPas/m2,即晶体能通过过滤分离出去。
[0039]附图详细地显示出:
[0040]图1:根据对比例获得的针状体的显微镜图，
[0041]图2:根据实施例1获得的晶体的显微镜图，和
[0042]图3:根据实施例2获得的晶体的显微镜图。
[0043]在图1中可见，获得了长度低于100微米的细针。
[0044]相比之下，图2和3显示出清晰的晶体。
【权利要求】
1.一种制备结晶L-MGDA三碱金属盐的方法，其中从L-MGDA三碱金属盐的水溶液结晶，所述水溶液是通过斯特雷克尔合成工艺从L- α -丙氨酸获得的，其中L- α -丙氨酸与甲醛和氢氰酸反应得到L- α -丙氨酸-N，N- 二乙腈，并随后将L- α -丙氨酸-N，N- 二乙腈进行碱性皂化以得到L-MGDA三碱金属盐，其中在碱性皂化期间的温度不超过150°C。
2.根据权利要求1的方法，其中在碱性皂化期间的温度不超过130°C。
3.根据权利要求1的方法，其中在碱性皂化期间的温度不超过110°C。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中结晶是作为蒸发结晶进行的。
5.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中结晶是作为冷却结晶进行的。
6.根据权利要求4的方法，其中蒸发结晶是在50-130°C范围内的温度下进行，优选在70-120°C范围内的温度，更优选在80-100°C范围内的温度。
7.根据权利要求4或6的方法，其中蒸发结晶进行1-24小时的时间，优选5-24小时，更优选5-10小时。
8.根据权利要求4、6或7的方法，其中蒸发结晶是不连续地进行的。
9.根据权利要求4、6或7的方法，其中蒸发结晶是连续地进行的。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中结晶是在配备有搅拌器的结晶器中进行的。`
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中L-MGDA三碱金属盐是L-MGDA三钠盐。
12.—种可以通过从L-MGDA三碱金属盐的水溶液结晶获得的结晶L-MGDA三碱金属盐，所述水溶液是通过斯特雷克尔合成工艺从L-α -丙氨酸获得的，其中L-α -丙氨酸与甲醛和氢氰酸反应得到L- α -丙氨酸-N，N- 二乙腈，并随后将L- α -丙氨酸-N，N- 二乙腈进行碱性皂化以得到L-MGDA三碱金属盐，其中在碱性皂化期间的温度不超过150°C。
13.根据权利要求12的结晶L-MGDA三碱金属盐，其中碱金属是钠。
【文档编号】C07C227/42GK103517894SQ201280021434
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年4月25日 优先权日:2011年5月3日
【发明者】A·奥弗特因, M·韦伯, G·布劳恩, A·劳特巴赫 申请人:巴斯夫欧洲公司