製備副產物含量低的甲基甘氨酸-n，n-二乙酸三(鹼金屬)鹽的方法
2023-12-09 11:41:06
專利名稱：製備副產物含量低的甲基甘氨酸-n，n-二乙酸三(鹼金屬)鹽的方法
製備副產物含量低的曱基甘氨酸-N，N-二乙酸三(鹼金屬)鹽的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過甘氨酸-N,N-二乙腈水解製備副產物含量低的淺 色甲基甘氨酸-N，N-二乙酸三(鹼金屬)鹽的方法。
常常在例如清潔劑中用作配合劑的氨基多膦酸鹽、多羧酸鹽或氨基多 羧酸鹽，例如乙二胺四乙酸(EDTA)，僅僅能夠在很小的程度上生物降 解。甘氨酸-N，N-二乙酸衍生物，例如本身非毒性且容易生物降解的甲基 甘氨酸-N，N-二乙酸(MGTA)提供了一種廉價的替代品。MGDA以及 相關的甘氨酸-N，N-二乙酸衍生物在清潔劑中的用途及其合成已經在 WO-A94/29421和US5，849，950中描述。為了以低成本生產甘氨酸-N，N-二 乙 酸衍生 物 ， 對各個合成步驟的收率和分離的中間體純度的要求較高。
MGDA通過下述步驟製備亞氨基二乙腈與乙醛和氫氰酸反應，或 a-丙氨腈與甲醛和氫氰酸反應，所得的中間體曱基甘氨酸二乙腈 (MGDN )用氫氧化鈉溶液鹼性水解以獲得MGDA的三鈉鹽。為了達到 高MGDA收率和純度，MGDA作為中間體分離而且在以後的水解步驟中 用作純物質。
烷基甘氨腈-N，N-二乙腈水解中的問題在於其熱穩定性，特別是在鹼 性介質中。有立體要求的烷基取代基促進離解反應。在MGDA的情況下， 主要的離解產物特別為氰化物、乙醛、亞氨基二乙腈(IDN)和甲醛。在 鹼性條件下，水解或其它副反應可尤其另外產生下述副產物(以鈉鹽或鉀 鹽的形式)亞氨基二乙酸鹽(IDA)、次氮基三乙酸鹽(NTA)、碳酸 鹽、乙酸鹽、曱酸鹽、乙醇酸鹽、乳酸鹽、甘氨酸鹽或丙氨酸鹽。氰化物 是劇毒性的。NTA對腎臟的危害已有描述。氰化物和乙醛存在聚合的趨 勢並且能夠形成有色副產物。作為揮發性組分，乙醛另外可能汙染鹼性水 解的輔助產物-氨的蒸餾物。
US5，849，950披露了通過a -丙氨腈與甲醛和氫氰酸反應，並且用氫氧
化鈉溶液鹼性水解所得的中間體曱基甘氨酸二乙腈(MGDN )製備甲基甘 氨酸二乙酸的方法。為了水解，在20。C下將晶體MGDN引入20%重量氫 氧化鈉水溶液，在40'C下攪拌3小時後，在95"C下再攪拌5小時。在水 解中，以不可忽略的程度形成副產物例如NTA。
本發明的目的是提供一種製備副產物含量低的淺色曱基甘氨酸-N，N-二乙酸鹽的方法。
所述目的通過一種通過鹼性水解曱基甘氨酸二乙腈製備副產物含量 低的淺色曱基甘氨酸-N，N-二乙酸三(鹼金屬)鹽的方法實現，所述方法包括 下述步驟(a)-(f):
(a) 在<30匸的溫度下混合曱基甘氨酸二乙腈(MGDN)和含水鹼；
(b) 使MGDN的鹼性含水懸浮液在10-30。C下反應O，l-lO小時以形成 溶液；
(c) 使來自步驟(b)的溶液在30-40。C溫度下反應0.1-10小時；
(d) 任選地，使來自步驟(c)的溶液在50-80。C溫度下反應0.5-2小時；
(e) 任選地，使來自步驟(c)或(d)的溶液在110-:200。C溫度下反應5-60
分鐘；
(f) 水解並且通過在90-105。C下汽提除去步驟(c)、(d)或(e)獲得的溶液 中的氨。
在步驟(a)中，曱基甘氨酸二乙腈(MGDN)在《刈'C的混合溫度下 與含水鹼混合。通常，混合溫度為10-30'C,優選20-:25。C。 MGDN可以 固體形式使用，優選以粉末、潮溼的漿體或水懸浮液使用。含水鹼可首先 裝入合適的混合容器(例如攪拌反應器)，然後MGDN作為固體或水懸 浮液計量加入。鹼和MGDN可平行地計量加入混合容器或管式反應器。 合適的含水鹼為含水NaOH (氫氧化鈉水溶液)或含水KOH (氫氧化鉀 水溶液)，具有的鹼金屬氫氧化物含量通常為5-50重量％，優選20-50 重量％。優選使用氫氧化鈉溶液。MGDN與鹼的摩爾比通常為1:3.0-3.5, 優選1:3.05-3.1。
接著，MGDN的鹼性水溶液在步驟(b)和(c)中反應，並且經歷兩個不
同的溫度階段。首先，在第一階段(b), MGDN的鹼性水溶液在溫度範圍 20-30。C、優選25-30'C下反應0.1-10小時，優選l-5小時，更優選2-3小 時；之後，在第二階段(c)， MGDN的鹼性水溶液在溫度範圍30-40"C、優 選35-40'C下反應0.1-10小時，優選l-5小時，更優選3-4小時。
在任選的步驟(d)中，從步驟(c)獲得的溶液進一步在溫度50-80匸、優 選70-80匸下反應0.5-2小時，優選l-2小時。
步驟(c)或(d)之後可進行所謂的加壓水解，如步驟(e)。在該步驟中， 所獲得的溶液在溫度110-200。C、優選140-180。C下水解5-60分鐘。在該 步驟中，所述溶液處於與所述溫度相適應的壓力下("自生壓力")。
然後，在步驟(f)中，通過在90-105'C、優選95-105'C下汽提將氨從獲 得的溶液中除去。在此過程中，溶液中存在的可水解組分也進行殘餘水解， 形成氨。例如，通過在700-960毫巴的減壓下汽提^f吏所述溶液基本不含氨。 優選另外使用空氣作為汽提氣體。
在步驟(f)獲得的溶液可隨後通過進行漂白步驟基本或完全去極性，漂 白步驟使用過氧化氫和/或活性碳作為"漂白劑"。
本發明的MGDN水解可間歇、半連續或連續地進行。所述水解在例 如攪拌反應器內間歇或連續地進行；在例如由攪拌反應器組成的反應器組 和/或在管式反應器和/或在迴路反應器中連續進行。
依照本發明方法獲得的工業級MGDA三鈉鹽具有的副產物含量通常 <5重量％，基於固體重量計。NTA三鈉鹽的含量通常《,3重量。/。。
通過下述方法可獲得包含MGDN的含水粗製混合物
1. 亞氨基二乙腈(IDN)與HCN和乙醛在水溶液中反應。亞氨基二 乙腈可在前面階段中由六亞曱基四胺和氫氰酸或由甲醛羥腈和氨以水乳 液的形式獲得。
2. 丙氨腈與HCN和曱醛在水溶液中反應。丙氨腈可以在前面階段由 乙醛、HCN和氨或乙醛羥腈和氨獲得。
優選獲得如下所述的包含MGDN的含7jc粗製聚合物混合物
la.通過六亞甲基四胺與氫氰酸在？115.5-6.3和溫度20-90°(:下反應獲
得亞氨基二乙腈(IDN)，其中六亞甲基四胺可由氨和甲醛就地獲得。氨 曱醛氫氰酸的摩爾比一般為1: 1.5: 1.5-1.9; IDN在所得水乳液中的 濃度通常為15-40重量％。然後，用無機酸將IDN水乳液的pH調節為 2-1.0。酸化的IDN乳液然後與乙醛和氫氰酸反應以生成MGDN。 IDN: 乙醛:HCN的摩爾比為1: 1-1.2: 1-1.2;反應溫度通常為40-90'C。所得 水乳液的MGDN濃度通常為20-50重量％ 。
IDN還可通過曱醛羥腈與氨反應製備。作為選擇，起始反應物可以是 懸浮於水中的晶體1DN。
2a. a-丙氨腈(AN)通過過量氨與乙醛和HCN反應或乙醛羥腈與 過量氨反應製備，氨可以以水溶液、氣體或液體形式使用。所述反應可以 在壓力下進行。過量氨優選在減壓下蒸除。粗AN與甲醛和氫氰酸反應以 生成MGDN。為此，用無機酸將AN水溶液的pH調節為2-1.0。 AN:曱 醛:HCN的摩爾通常為1:1.0-1.2:1.0-1.2;反應溫度通常為40-90°C。
MGDN在所得水乳液中的濃度通常為20-50重量％ 。 MGDN可通過 結晶從中除去。為此，在進行結晶之前，所迷水乳液優選用水稀釋到 MGDN含量為15-40重量°/。
制混合物。在這種情況下，MGDN的鹼性水解也形成少量的副產物。但 是，該方案是不太優選的，原因在於MGDN粗製混合物中的副產物含量 較高。因此，優選首先通過結晶和固/液分離從粗製混合物中除去MGDN。 在結晶的優選實施方式中，包含MGDN且通常以MGDN在飽和 MGDN水溶液中的乳液的形式存在的粗製產物混合物僅僅非常緩慢地冷 卻到固化點之下，即以較小的時間平均冷卻速率(以K/h表示)冷卻。僅 在基本上所有乳化的MGDN已經固化時優選用較大的冷卻速率冷卻。本 身可隨後從水溶液中結晶除去的已溶解的MGDN包含已經固化的晶體 MGDN,使得新晶種的形成減少或者被基本完全抑制。因此，顯著減少或 基本完全無細晶形成。在結晶操作中，水被蒸發，而且這種蒸發操作可伴 隨冷卻和/或混合物的濃縮。蒸發在緊鄰含水混合物的液/氣空間界面上形
成超飽和區。在該超飽和區，可以形成晶體並且然後轉移到液體內部並在 那裡進一步長大。因為由於慢速蒸發，僅在顯著低於液面的非常狹窄的超 飽和區形成新晶體而且僅僅這些新晶體在液體內部進一步生長，所以整體
上形成較少的大晶體。較少的母液粘附其上；特別是，沒有母液可以"混 入"超細晶體的聚集體內，或者粘附的母液可容易地除去，例如通過簡單 的過濾和離心分離。這樣顯著地降低了提純的複雜性。這種"真空冷卻結 晶，，還有效地防止了結晶器壁結垢。
包含MGDN的含水混合物可通過水蒸發冷卻，在此期間混合物的 MGDN濃度基本保持恆定。該方案還可稱為"真空冷卻結晶"，其可在 全回流下進行。所述含水混合物還可以通過蒸發水來濃縮，在此期間混合 物的溫度保持基本恆定。該方案又稱為"等溫蒸髮結晶"。這兩種操作， 即所述含水混合物的冷卻和濃縮也可以連續或同時進行。
在含水混合物的特定溫度下，通常低於約30。C，由於此時的水蒸汽 壓較低而不再僅通過蒸發冷卻除去熱量，而是通過結晶器的容器壁除去熱 量，優選通過鹽水冷卻。
結晶器可以是任何設計類型。例如，可以是攪拌槽結晶器、強制循環 結晶器、導管結晶器或流化床結晶器，例如Oslo類型。
本發明將通過下述實施例詳細說明。
實施例 對比例1
在大約80匸和劇烈攪拌下在大約2小時內將l化g( l.Omol)純MGDN 引入608g (3.04mol) 20重量％的氫氧化鈉溶液中。接著，在SO'C在氮氣 下攪拌該混合物3小時。之後，混合物在951000): MGDN-Na3: 230g(0.85mo1，收 率=85 %)，相當於657g的濃度大約35重量％的MGDN-Na3溶液；NTA-Na3: 1.9重量％; IDA-Na3: 3.7重量％; Na2C03: 1.5重量％; NaOH:
0.2重量％;乙酸鈉0.4重量％;曱酸鈉0.3%;乙醇酸鈉0.5重量％; 乳酸鈉0.4重量％;甘氨酸鈉0.2重量％;丙氨酸鈉0.3重量％;乙 醛1.5重量％;水55重量％。
對比例2
在大約40'C和劇烈攪拌下在大約2小時內將148g( l.Omol)純MGDN 引入608g (3.04mol) 20重量％的氫氧化鈉溶液中。接著，在40。C在氮氣 下攪拌該混合物3小時。之後，混合物在95匸下用氮氣汽提大約5小時。 在此期間，通過添加水將固體濃度保持在45重量％之下。這樣形成具有 以下組成的棕色溶液(黑氏色值445): MGDN-Na3: 247g(0.91mo1，收 率=91 % ),相當於705g的濃度大約35重量％的MGDN-Na3溶液；NTA-Na3: 0.3重量％; IDA-Na2: 2.5重量％; Na2C03: 0.3重量％; NaOH: 0.3重量％;乙酸鈉0.2重量％;曱酸鈉0.15%;乙醇酸鈉0.2重量 %;乳酸鈉0.1重量％;甘氨酸鈉0.1重量％;丙氨酸鈉0.1重量％; 乙醛720ppm;水60重量％ 。
實施例1
在大約25。C和劇烈攪拌下在大約2小時內將148g( l.Omol )純MGDN 引入608g (3.04mol) 20重量％的氫氧化鈉溶液中。接著，在氮氣下，先 在30。C下攪拌混合物3小時，然後在40"C下攪拌2小時。之後，混合物 在95。C下用氮氣汽提大約5小時。在此期間，通過添加水將固體濃度保 持在45重量％之下。這樣形成具有以下組成的桔黃色溶液(黑氏色值 95) : MGDNNa3: 260g(0.96mo1，收率=96%)，相當於650g的濃度大 約40重量％的MGDN-Na3溶液；NTA- Na3: <0.1重量％ ; IDA-Na2: 0.8 重量％; Na2C03: 0.1重量％; NaOH: 0.2重量°/。；乙酸鈉0.6重量％; 曱酸鈉0.07%;乙醇酸鈉0.07重量％;乳酸鈉0.0重量°/。；甘氨酸 鈉0.06重量％;丙氨酸鈉0.1重量％;乙醛80ppm;水55重量％。
實施例2
在大約25。C和劇烈攪拌下在大約2小時內將148g( l.Omol )純MGDN 引入608g (3.04mol) 20重量％的氫氧化鈉溶液中。接著，在氮氣下，先 在30。C下攪拌混合物3小時，然後在40'C下攪拌2小時。與實施例l不 同，在壓力下於管式反應器內將混合物加熱15分鐘至170X:。然後，混 合物在100-104t:下用氮氣汽提大約5小時。在此期間，通過添加水將固 體溶液保持在45重量％之下。這樣形成具有以下組成的桔黃色溶液(黑 氏色值105) : MGDN-Na3: 257g(0.95mo1，收率=95%)，相當於643g 的濃度40重量％的MGDN-Na3溶液；乙醛<10ppm。'
權利要求
1.一種通過鹼性水解甲基甘氨酸二乙腈(MGDN)製備副產物含量低的淺色甲基甘氨酸-N，N-二乙酸三(鹼金屬)鹽的方法，所述方法包括下述步驟(a)-(f)(a)在≤30℃的溫度下混合MGDN和含水鹼；(b)使鹼性MGDN的含水懸浮液在10-30℃下反應0.1-10小時以形成溶液；(c)使來自步驟(b)的溶液在30-40℃溫度下反應0.1-10小時；(d)任選地，使來自步驟(c)的溶液在50-80℃溫度下反應0.5-2小時；(e)任選地，使來自步驟(c)或(d)的溶液在110-200℃溫度下反應5-60分鐘；(f)水解並且通過在90-105℃下汽提除去步驟(c)、(d)或(e)獲得的溶液中的氨。
2. 如權利要求1所述的方法，其中步驟(b)的溫度為25-30°C ,步驟(c) 的溫度為35-40 °C。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其中所用的含水鹼是濃度為5-50 重量％的氫氧化鈉水溶液。
4. 如權利要求1-3中任一項所述的方法，該方法間歇、半連續或連續 地進行。
5. 通過如權利要求1-4中任一項所述方法製備的工業級MGDA三鈉 鹽，其具有的NTA三鈉鹽含量低於0.3重量％ 。
全文摘要
本發明涉及一種通過鹼性水解甲基甘氨酸二乙腈製備副產物含量低的、淺色甲基甘氨酸-N，N-二乙酸三(鹼金屬)鹽的方法，所述方法包括下述步驟(a)-(f)(a)在≤30℃的溫度下混合甲基甘氨酸二乙腈和含水鹼；(b)使鹼性甲基甘氨酸二乙腈的含水懸浮液在10-30℃下反應0.1-10小時以形成溶液；(c)使來自步驟(b)的溶液在30-40℃溫度下反應0.1-10小時；(d)任選地使來自步驟(c)的溶液在50-80℃溫度下反應0.5-2小時；(e)任選地使來自步驟(c)或(d)的溶液在110-200℃溫度下反應5-60分鐘；(f)水解並且通過在90-105℃下汽提除去步驟(c)、(d)或(e)獲得的溶液中的氨。
文檔編號C07C227/26GK101171226SQ200680015457
公開日2008年4月30日 申請日期2006年5月2日 優先權日2005年5月6日
發明者A·奧弗特因, A·施塔姆, F·韋興, G·布勞恩, K-U·鮑爾代紐斯 申請人:巴斯福股份公司