专利名称：苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的生产方法，特别是一种氯苄双羰基化合成苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的方法。
苯丙酮酸碱金属盐及铵盐是一种有机酸盐，它可作为酶法生产L-苯丙氨酸的主要原料。特别是近年来，由于新型甜味剂天苯二肽的生产在欧美、日等国家实现了规模产业化，使得L-苯丙氨酸的市场需求逐年急增，因而刺激了国内外对苯丙酮酸及其盐合成工艺的研究工作。
近三十年来，若干合成苯丙酮酸及基盐方法的文献报道多达五十多种，但真正用于工业生产的只不过几种，而且由于工艺路线或生产成本方面的问题都不令人满意。近二十年来，以过渡金属羰基化合物为催化剂的羰基合成的兴起，则陆续出现了以氯苄与一氧化碳为原料，以八羰基二钴为催化剂，在水醇混合溶液中，以氢氧化钙为中和剂在2.0-5.0MPa压力下羰基化合成苯丙酮酸盐，并经后处理得到苯丙酮酸的专利报道。譬如，美国的US4447644、US4948920专利，欧洲的EP0195530专利，日本的昭62-158239、昭62-116541、昭60-61550专利等等。但是八羰基二钴需要在10MPa以上的高压条件下，在专用的耐压反应器中合成，且它极不稳定，贮运、转销都有困难，故使这些专利都难以实现工业化生产。随着人们对氯苄双羰基反应机理的认识的深入，知道了起催化剂作用的是四羰基钴而不是八羰基二钴，因此法国人重温了本世纪三、四十年代以来的文献报道中有关四羰基钴盐合成方法的内容。譬如在碱性溶液中加入氰化钾，半胱氨酸、酒石酸等助剂，氯化钴或硝酸钴和一氧化碳在常压下反应制得四羰基钴盐；在一氧化碳气氛下硝酸钴与连二亚硫酸钠的氨水溶液反应制成四羰基钴汞盐或银盐；在甲醇——水混溶液中，加入氢氧化钙、氯化钴、铁/锰合金粉和含硫还原剂制得四羰基钴盐等。在此基础上，法国人发明了在同一反应器中合成四羰基钴盐和苯丙酮酸碱金属盐的工艺方法，见法国专利Fr2629816-A1。该专利的优点是免去了高压合成羰基化催化剂八羰基二钴的工序，省去了贮运八羰基二钴的麻烦，简化了合成工艺，降低了生产成本，而苯丙酮酸和苯丙酮酸碱金属盐的纯度和收率不受任何影响。但该专利仍存在下列不足，一是还原剂使用硫化钠。硫化钠易潮解，又需预先研碎，不但操作麻烦，而且反应过程中生成黑色硫化钴，使产品提纯困难。二是反应前，需在一氧化碳气氛下连续流加醇/水石灰乳到反应釜中与还原剂氯化钴接触，这种加料方式易使加料阀口堵塞，操作麻烦，对加料设备要求高，还原剂效果不稳定，因此对后面的氯苄双羰基化合成苯丙酮酸钙盐有直接影响。三是反应产物过滤分离采用带式薄层分离器，该分离器设计复杂，造价高，难以应用于工业化生产。四是羰基化反应周期仍较长(长达5小时以上)，如此长的周期，产品中的累积杂质增加，质量和收率必受影响。五是用氢氧化钠水溶液中和萃取醚液生成苯丙酮酸钠。虽然钠盐较苯丙酮酸相对稳定些，但水溶性较差，则到酶转氨生产L-苯丙氨酸工艺中配制培养液时较困难，在酶转氨温度37-40℃条件下仍易氧化。六是废水中氯化钴放弃排污，其损失钴价值并不算少，不仅提高了生产成本，而且污染环境。此外，到目前为止，用氯苄羰基化合成苯丙酮酸铵盐的方法还未见报道。
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种工艺更简，工艺条件要求低，容易操作且生产成本更低并无污染，能够工业化生产的苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法。
本发明的技术解决方案一种苯丙酮酸碱金属盐的合成方法，其特征在于
A、将熟石灰、水、异丙醇和除硫化钠以外的含硫还原剂通过固体加料口敞口一次倒入反应釜中混合，然后换气，加入氯化钴，并在一氧化碳原料气气氛下连续加入氯苄，就先后得到四羰基钴盐和含有过量氢氧化钙的苯丙酮酸钙盐及苯乙酸钙等杂质；B、将反应釜中氧化处理后的产物在0.1-0.8MPa的釜内外压差条件下排出反应釜并立即过滤分离，就得到薄而散的苯丙酮酸钙盐滤饼；C、将上述滤饼经洗涤后通以低于50℃的氮气进行干燥，以去除滤饼中残存的醇；D、将干燥后的滤饼加入酸醚(或酸酯)混合液中酸化，产生的苯丙酮酸进入有机相萃取分离，氯化钙、氯化钴和其它无机杂质留在水相；E、含有苯丙酮酸的萃取液在氮气保护下加入碱金属氢氧化物水溶液并搅拌均匀就得到苯丙酮酸碱金属盐。
一种苯丙酮酸铵盐的合成方法，其特征在于它的第A——第E步工序与碱金属盐的完全相同，只是将含有苯丙酮酸的萃取液在氮气保护下加入氨水即制得苯丙酮酸铵盐。
本发明制备羰基钴催化剂时不使用硫化钠，免去产生硫化钴沉淀的可能，加料时将熟石灰、醇、水等原料和还原剂一次性倒入反应釜中，使操作十分简单容易，还能避免流加石灰乳堵塞阀门，还原剂部分失效等问题，同时一氧化碳直接采用工业尾气，降低了原料气成本，并强制原料气强烈循环，使气、液、固三相物料充分混合，故使反应周期缩短，反应温度降低，原料气压力也降低，这样可有效降低动力消耗和生产运行成本，而产品杂质积累减少，产品质量和收率高，能工业化生产。本发明方法的溶剂和钴在反应体系中循环使用，回收率高达85％以上，且整个生产过程没有“三废”污染。本发明方法还提供了从苯丙酮酸萃取液转化为铵盐溶液，直接用于制取L-苯丙氨酸的联产工艺路线，其效果省去了结晶、精制工序，大大节省设备投资和生产运行成本，产品质量不受影响。本发明方法除能利用工业尾气外，还利用了化肥厂自产的过氧化氢和氨水，可使得生产成本明显下降，显示了极大的竞争力，经中试试验，产品质量各项技术指标与美国Sigma公司的同类产品相当，成功地为固定化细胞酶转化生产L-苯丙氨酸工艺路线推向工业化生产提供了可靠的基础。
实施例本发明方法的主设备采用100立升不锈钢反应釜，通过其固体加料口将8公斤熟石灰、7.5公斤水、30公斤异丙醇、6.3克亚硫酸钠和6.9克五水合硫代硫酸钠还原剂一次倒入到反应釜中混合并拧紧釜盖，用0.5MPa压力的氮气将反应釜内气氛置换三次，赶尽釜内氧气，再用一氧化碳原料气以0.5MPa压力置换三次。温度升至65℃，一氧化碳原料气压力升至1.8MPa。反应所用的含硫还原剂为硫的化合价等于或低于+4价的可溶于水或醇的化合物。反应所用的一氧化碳原料气可用工业尾气，最好为合成氨精炼再生气，该再生气一氧化碳浓度不低于75％，含氧量不高于0.1％。换气后，再将69克六水合氯化钴溶于200毫升醇水中，加入反应釜，让其反应1小时。氯化钴与含硫还原剂的用量摩尔比一般在1∶0.05-0.8之间，估算氯化钴转化为四羰基钴钙的转化率约75-80％。接着加入7.7公斤的氯苄，3小时加完料，温度维持在65℃，气压维持在1.8MPa继续反应1小时。氯苄与氯化钴的用量摩尔比一般为1∶4×10-3-9×10-3。反应釜内可采用类似矿山机械混料方式，强制釜内一氧化碳原料气强烈循环，使釜内气、固、液三相反应物料雾化充分混合，使得反应同期缩短，反应温度降低，反应压力可低于2.0MPa，一般反应温度控制在40-70℃。这样4小时内反应釜能完成氯苄羰基化反应工序，先后得到四羰基钴盐和含有过量氢氧化钙的苯丙酮酸钙盐及苯乙酸钙等杂质。羰基化反应结束后，可根据生产厂家现有生产产品情况，加入相对于钴盐0.5-8摩尔的双氧水(或次氯酸钠)，以氧化羰基钴催化剂，防止后部工序中钴盐随苯丙酮酸进入有机相，加入时先将反应釜放气，使表压力降至零，再通入氮气，压力升至0.1MPa，加入10％双氧水850毫升，搅拌10分钟，把釜内氮气压升至0.8MPa，趁热利用釜内外压差将反应物料排放出反应釜随即过滤分离，其滤饼薄而散，省洗涤溶剂，易洗涤干净。洗涤时用体积比为1∶1的异丙醇和水的混合液淋洗滤饼，然后用45℃的热氮气干燥滤饼，得到约13.8公斤的干粉。用化学滴定法分析测算结果，其中苯丙酮酸钙含量约60.1％，以氯苄投料量计算，苯丙酮酸钙得率为74.4％。本发明的羰基化反应产物的洗涤溶剂和反应溶剂都是异丙醇，因此便于蒸馏回收，蒸馏共沸物可直接返回羰基化反应器使用，回收率达90％以上。再在300立升带夹套的搪瓷釜中加入甲基叔丁醚、38％的浓盐酸和水的混合液，三者体积比为80∶50∶50，在搅拌情况下缓缓加入上述得到的含钙盐的干粉进行酸化萃取，夹套冷却水保证釜内温度在20℃以下，酸化时间维持1小时。从釜底放出含有氯化钴、氯化钙的水相，留下有机相，有机相内含苯丙酮酸。有机相加水洗涤。如果制备苯丙酮酸碱金属盐，以钠盐为例，则向釜中留下的醚液中慢慢流加8mol/L的氢氧化钠，保证水相PH值在7.5左右，20分钟加完料，静置3小时，过滤分离，得到本发明所要的苯丙酮酸钠盐。如果制备苯丙酮酸铵盐溶液，则向醚液中流加入饱和浓度的氨水，仍控制水相PH值在7.5左右，即得到本发明所要的苯丙酮酸铵盐溶液。该溶液可直接用于酶法生产L-苯丙氨酸的生产中。上述苯丙酮酸钙盐转化为苯丙酮酸钠盐或铵盐溶液收率达90％以上。
本发明方法中，从羰基化反应后的过滤分离、酸化萃取、盐化各工序均是在密封的除氧空气系统中进行，且处理温度均不高于50℃，从而减少溶剂损失，降低生产成本。
本发明中羰基化反应所用的钴盐用量虽不大，但钴盐价格非常昂贵，如果不回收再用，经济损失仍不能忽视，大约每吨苯丙酮酸碱金属盐或铵盐要消耗的钴盐约4000元。同时排放废水中含有钴盐，对环境的污染也不能忽视。本发明采用了一种常用的含钴废水处理方法，即含钴废水经沉淀、水洗、氧化、分离、酸化、精制、浓缩结晶即较容易地将氯化钴回收再用，回收率高达90％。回收钴盐后的含酸废水再经石灰中和得氯化钙副产品，最后废水经活性炭吸附处理后排放，就解决了“三废”污染问题。
权利要求
1.一种苯丙酮酸碱金属盐的合成方法，其特征在于A、将熟石灰、水、异丙醇和除硫化钠以外的含硫还原剂通过固体加料口敞口一次倒入反应釜中混合，然后换气，加入氯化钴，并在一氧化碳原料气气氛下连续加入氯苄，就先后得到四羰基钴盐和含有过量氢氧化钙的苯丙酮酸钙盐及苯乙酸钙等杂质；B、将反应釜中氧化处理后的产物在0.1-0.8MPa的釜内外压差条件下排出反应釜并立即过滤分离，就得到薄而散的苯丙酮酸钙盐滤饼；C、将上述滤饼经洗涤后通以低于50℃的氮气进行干燥，以去除滤饼中残存的醇；D、将干燥后的滤饼加入酸醚(或酸酯)混合液中酸化，产生的苯丙酮酸进入有机相萃取分离，氯化钙、氯化钴和其它无机杂质留在水相；E、含有苯丙酮酸的萃取液在氮气保护下加入碱金属氢氧化物水溶液并搅拌均匀就得到苯丙酮酸碱金属盐。
2.一种苯丙酮酸铵盐的合成方法，其特征在于它的第A——第E步工序与碱金属盐的完全相同，只是将含有苯丙酮酸的萃取液在氮气保护下加入氨水即制得苯丙酮酸铵盐。
3.按权利要求1、2所述的苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法，其特征在于在A工序中应强制一氧化碳气流在反应釜内强烈循环流动，使反应釜内的三相物料雾化充分混合，使得反应压力可低于2.0MPa，反应釜内的反应温度控制在40-70℃范围。
4.按权利要求1、2所述的苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法，其特征在于在A工序中所用的一氧化碳原料气可为工业尾气，最好为合成氨精炼再生气，该再生气中一氧化碳浓度不低于75％，含氧量不高于0.1％，以降低生产成本。
5.按权利要求1、2所述的苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法，其特征在于在A工序中，在反应物出釜前应加入相对于钴盐0.5-8摩尔的双氧水(或次氯酸钠)，将四羰基钴盐氧化成氢氧化钴，以防止后部工序中钴盐随苯丙酮酸进入有机相。
6.按权利要求1、2所述的苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法，其特征在于从C-D工序均在密封除氧空气系统中进行，且处理温度均不高于50℃。
7.按权利要求1、2所述的苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法，其特征在于所述的除硫化钠以外的含硫还原剂为硫的化合价等于或低于+4价的可溶于水或醇的化合物。
8.按权利要求1、2所述的苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的合成方法，其特征在于在D工序中含酸废水中的氯化钴可回收再用。
全文摘要
本发明涉及一种氯苄双羰基化合成苯丙酮酸碱金属盐及铵盐的方法，它先将熟石灰、水、异丙醇和含硫还原剂一次倒入反应釜中，然后换气，加入氯化钴，并在一氯化碳气氛下连续加入氯苄，得到四羰基钴盐和苯丙酮酸钙盐，它们在0.1-0.8MPa压差条件下排出釜外并立即过滤分离，再经干燥、酸化处理得到苯丙酮酸萃取液，在该萃取液中加入碱金属氢氧化物水溶液或氨水就得到本发明的苯丙酮酸碱金属盐或铵盐。
文档编号C07C59/84GK1138022SQ9611685
公开日1996年12月18日 申请日期1996年3月8日 优先权日1996年3月8日
发明者范伟平, 欧阳平凯 申请人:南京化工大学