一种无臭的蛋氨酸的合成方法
【专利摘要】本发明为一种不使用不产生臭味物质的蛋氨酸合成路线：3-氯丙醛与氢氰酸和碳酸氢铵反应合成5-(β-氯乙基)乙内酰脲。5-(β-氯乙基)乙内酰脲与硫脲反应得到硫脲鎓盐后再与硫酸二甲酯反应合成5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲。5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲碱水解后中和结晶、除盐再结晶得到蛋氨酸。合成路线不使用也不产生甲硫醇、硫化氢等臭味物质有利于环保。
【专利说明】一种无臭的蛋氨酸的合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明为一种无臭的蛋氨酸的合成方法。本发明蛋氨酸合成方法包括以下步骤： 3-氯丙醛与氢氰酸和碳酸氢铵水溶液反应得到5- ( β -氯乙基）乙内酰脲，再与硫脲反应然 后与硫酸二甲酯反应得到5-( β -甲硫基乙基）乙内酰脲，然后5-( β -甲硫基乙基）乙内 酰脲加碱水解，中和结晶得到蛋氨酸产品。
【背景技术】
[0002] 传统的蛋氨酸生产方法都是以丙烯醛、甲硫醇为原料生产甲硫基丙醛，然后 再通过氰氨化反应最后获得蛋氨酸产品。恶臭的甲硫醇对环境影响很大。中间体甲 硫基丙醛必须精馏除臭避免恶臭物质对后续产品产生影响。文献（J. Amer. Chem. Soc. 1944 (66) 511-512)用3, 6-双-(β -氯乙基）-2, 5-二酮哌嗪为原料与硫脲反应然后与 硫酸二甲酯反应获得甲硫基取代的中间体，然后水解得到蛋氨酸。但是该合成路线的中间 体需要以丁内酯衍生物为原料，通过多步合成反应才能得到，合成路线长收率低而且原料 成本高没有工业价值。
【发明内容】
[0003] 本发明以3-氯丙醛为原料进行合成反应。3-氯丙醛可以用氯化氢与丙烯醛加成 获得，也可以用氯乙烯与C0和H 2进行氢甲酰化反应获得。本发明用硫脲和硫酸二甲酯代 替甲硫醇，虽然比用甲硫醇（用甲醇和硫化氢生产）的传统工业过程成本高，但生产过程不 接触有臭味的硫化氢和恶臭的甲硫醇，原料、产物及三废处理简单。对于有氢氰酸的蛋氨酸 合成工厂，可以用氰化物与硫磺反应制备硫氰酸铵，硫氰酸铵加热转晶获得硫脲，整个过程 不接触臭味物质，生产成本也可以得到控制。
[0004] 本发明采用以下的合成路线： 将3-氯丙醛与氢氰酸和碳酸氢铵溶液在50-KKTC合成5-(β -氯乙基）乙内酰脲，力口 入硫脲在70-100°C反应得到硫脲鎗盐，然后加硫酸二甲酯并滴加液碱控制pH值反应得到 5-(β-甲硫基乙基）乙内酰脲溶液，再加碱在130-200°C在加压条件水解得到蛋氨酸钠盐 溶液，通过调pH值、结晶、浓缩、甲醇提取除盐、再结晶等过程得到蛋氨酸产品。
[0005] 现详细说明本发明技术方案： 第一步：反应合成5-(β-氯乙基）乙内酰脲。反应分两步进行。首先将3-氯丙醛滴 加到氢氰酸水溶液中，与弱酸性的氢氰酸加成获得氰醇中间体。在弱酸性条件反应避免活 泼的醛在碱性条件发生缩聚副产物。然后将过量的碳酸氢铵加入反应液中升温发生环合 反应生成5-(β-氯乙基）乙内酰脲。后一步反应在中性到弱碱性条件进行。pH值不超过 8(碳酸氢铵的pH值）。反应温度控制在100°C以下。碱性太强除了会使醛缩聚外，还会破 坏氯基团。反应温度超过l〇〇°C会使氯基团与过量氨反应生成副产物。因此必须控制温度 和碱度。在环合反应温度下，过量的碳酸氢铵会挥发产生氨和二氧化碳气体，需要密闭反 应釜带压反应。反应完成后，放出过量氨和二氧化碳气体，然后用真空抽吸能除去过量碳酸 氢铵及氢氰酸。在控制好的反应条件下，液相色谱分析表明反应物β-氯丙醛完全转化为 氯乙基）乙内醜脈。
[0006] 第二步：甲硫基化合成5- ( β -甲硫基乙基）乙内酰脲。向上一步得到的5- ( β -氯 乙基）乙内酰脲溶液中加入硫脲，摩尔比为约1 : 1，然后加热到70-KKTC进行缩合反应。 反应温度越高反应时间越短，通常需要5-10小时完成缩合反应获得硫脲鎗盐中间体。反应 过程用液相色谱监测。反应完成后，反应溶液降温到l〇°C以下，滴加硫酸二甲酯进行甲基 化反应。同时滴加液体NaOH控制pH值为7-8。滴加时反应温度控制在10-20°C。滴加完 成后在室温继续搅拌完成反应。氯代物与硫脲的缩合反应必须控制氯代物与硫脲为等摩尔 t匕。反应过程硫脲有少量分解因此氯代物少量过量。如果硫脲过量，必须补加氯代物溶液 使过量硫脲反应完全。如果在过量硫脲存在下继续进行甲基化反应，将会生成恶臭的甲硫 醇，因此必须避免甲基化反应时存在硫脲。如果氯代物过量过多，反应总收率降低。而且氯 代物通过下一步水解反应得到4-羟基氨基酸。最后的溶液中过量的4-羟基氨基酸将会和 主产物蛋氨酸同时析出影响产品质量。因此氯代物也不能过量太多，最佳的反应条件为等 摩尔比。
[0007] 第三步：水解结晶获得蛋氨酸产品。往上一步获得的5-(β_甲硫基乙基）乙内酰 脲溶液中加入NaOH，乙内酰脲与NaOH的摩尔比为1 : 2-3. 5,密闭反应釜加热到130-200°C 带压进行水解反应，水解反应完全后，用硫酸或盐酸中和反应液到pH 6,冷却到40°C结晶 得到蛋氨酸第一批蛋氨酸产品。结晶后母液真空浓缩后加盐酸调pH值为1，真空蒸干，加甲 醇提取，过滤除盐。甲醇溶液浓缩，用三乙胺调到中性，第二批蛋氨酸析出。5-(β-甲硫基 乙基）乙内酰脲水解制备蛋氨酸的反应已经有很多专利研究报道。本发明由于几步反应连 续在同一溶液中进行，上一步甲硫化反应已经产生等摩尔的氯化钠和硫酸钠，水解反应中 和后又产生2摩尔以上的钠盐，最终获得的蛋氨酸溶液中盐含量较高，第一次结晶蛋氨酸 时必须控制条件使无机钠盐留在母液中。加盐酸使蛋氨酸成稳定的盐酸盐后，真空蒸干母 液，甲醇提取过滤除掉无机盐，三乙胺调节甲醇溶液为中性结晶可以获得第二批蛋氨酸。有 机杂质留在甲醇母液中，三乙胺盐酸盐也溶解在甲醇中。无机盐以固体形态滤除也比较容 易处理，整个工艺的废水量很少。
[0008] 与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明以3-氯丙醛为原料通过 5-( β -氯乙基）乙内酰脲中间体合成蛋氨酸的合成路线还没有报道过。通过硫脲和硫酸二 甲酯与氯代中间体反应引入甲硫基团，避免使用恶臭的甲硫醇中间体。通过控制反应条件 使反应过程不产生甲硫醇等臭味物质。整个合成过程避开臭味物质能有效保护环境，三废 处理成本低，对环境的污染小。
【具体实施方式】
[0009] 实施例：在室温下将93克3-氯丙醛（lmol)滴加到94. 5克30%氢氰酸（1. 05mol) 水溶液中搅拌反应1小时，用水冷控制温度不超过30°C，加入240克碳酸氢铵（3mol)和100 克水，密闭反应釜，搅拌升温80°C反应1小时，放出过量氨气和二氧化碳气，真空抽出50克 水，搅拌下冷却反应釜，有大量固体析出为5-(β-氯乙基）乙内酰脲。
[0010] 向反应液中加入76克硫脲（lmol)，搅拌升温90°C反应6小时，分析表明硫脲已 经完全反应，得到氯化硫脲鎗盐溶液。将硫脲鎗盐溶液降温到l〇°C以下，滴加硫酸二甲酯 126克（lmol)同时滴加30%氢氧化钠溶液控制pH值为7-8,滴加过程控制温度10-20°C，然 后在室温反应2小时使反应完全并用氢氧化钠溶液控制最终pH值为8,得到甲硫化中间体 5-(β-甲硫基乙基）乙内酰脲。
[0011] 向反应液中加入120克固体氢氧化钠（3mol)，搅拌加热，密闭反应釜升温150°C反 应2小时，降温加活性炭热过滤脱色，加80%硫酸调pH值为6,冷却到40°C结晶得到第一批 蛋氨酸产品。结晶母液加热抽真空脱水，体积减小一半时加浓盐酸调pH为1，用蒸汽加热防 止局部过热，继续抽真空浓缩至干，将固体搅拌降温并加入200毫升甲醇溶解蛋氨酸盐酸 盐，过滤除掉无机盐。将三乙胺滴加到蛋氨酸盐酸盐甲醇溶液中直到溶液用刚果红检测为 中性，冷却到5°C析出大量固体为第二批蛋氨酸产品。合并两批蛋氨酸产品有114克，纯度 为97%，以3-氯丙醛计总收率为74%。
【权利要求】
1. 一种无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征在于：3-氯丙醛和氢氰酸、碳酸氢铵反应合 成5-(β-氯乙基）乙内酰脲；5-(β-氯乙基）乙内酰脲和硫脲反应合成硫脲鎗盐然后与 硫酸二甲酯反应合成5-(β -甲硫基乙基）乙内酰脲；5-(β -甲硫基乙基）乙内酰脲碱水 解后中和结晶、浓缩除盐再结晶得到蛋氨酸产品。
2. 根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是所用的起始原料是3-氯丙 醛，并用该起始原料合成5-(β -氯乙基）乙内酰脲中间体。
3. 根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是3-氯丙醛和氢氰酸、碳酸 氢铵反应采用高浓体系带压进行，反应完后通过放出二氧化碳和氨气然后真空蒸水，除去 过量碳酸氢铵和氢氰酸从而不影响后续反应。
4. 根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是通过5-(β-氯乙基）乙内 酰脲与硫脲和硫酸二甲酯反应合成蛋氨酸的通用中间体5-( β -甲硫基乙基）乙内酰脲而 不使用甲硫醇、硫化氢臭味物质。
5. 根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是在甲硫基化反应时，控制 反应条件使硫脲完全反应生成氯化鎗盐而不过剩，避免了过剩硫脲与硫酸二甲酯反应产生 甲硫醇臭味物质。
6. 根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是几步反应在同一溶液中进 行。
【文档编号】C07C319/20GK104193661SQ201410477479
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】王洪林 申请人:云南大学