专利名称：S,s－乙二胺－n,n′－二琥珀酸铁碱性盐及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐，它是一种螯形化合物，可用作照相漂白剂、肥料等，并且由于它的良好的生物降解性而对环境具有很小的不良影响，还涉及生产所述盐的方法。
本发明人在JP，8-34764，A中公开了，一种S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁铵盐(它适用作照相漂白剂等的化合物)具有高生物降解性。但是，在生产该公开的化合物的生产方法中，需要获得一种高度粘稠的、完全呈浆状的浓缩物(因为所需化合物很高的溶解性)以便获得高收率的所需化合物。因此，一直需要一种作为工业生产方法的、具有更高产率的生产方法。通过浓缩至干或者连续热气干燥而获得所需化合物的方法实现了对收率的改善，但有损产品质量，例如，通过所述方法获得的粉末贮存稳定性太差以致它着色或者溶解性劣化。
与应用无机盐(例如硫酸铁)的生产方法不同，应用氧化铁的生产方法有望能获得具有较高纯度的所需化合物，该方法通过将反应溶液直接蒸发至干(除非原料被分解)而进行。然而，当应用乙二胺-N，N′-二琥珀酸的内消旋/外消旋混合物时，通过这种方法获得的产物在某些情况下具有很高的吸湿性，况且它的纯度不够。此外，当应用S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸时，生成的固体稳定性低，例如，一段时间后它就着色或给出不溶性物质。此外，该固体纯度低，应用的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的物料衡算显然不合要求。
本发明的一个目的是解决这些问题并提供具有高贮存稳定性的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐和高收率地生产该盐的方法。
本发明人进行了广泛研究试图实现上述目的，结果发现了，S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐含有一种杂质，该杂质即使在HPLC分析条件下(在该条件下能分析微量螯形化合物)也难以检测，因为该杂质的螯合能力比其它组分的低得多。另外，本发明人通过各种分析技术(例如质谱和NMR)发现了，所述杂质是从S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸通过形成内酰胺环而产生的化合物。本发明人还发现了，S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的着色和贮存稳定性劣化是由于存在作为反应副产物的下列通式(1)的化合物或下列通式(2)的化合物，并且由于这些化合物的铁络合物稳定性低，所以一段时间后这些化合物就释放出螯合的铁。因此，本发明人发现了，减少反应副产物的量是重要的。
(其中M是铵离子或碱金属离子。)
(其中M是铵离子或碱金属离子。)此外，本发明人发现了，即使这些化合物含于S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐中，但当这些化合物的每一种含量是7wt％或更小时，该盐的贮存稳定性也未严重劣化。本发明人还发现了下列现象通过适当地控制反应温度、反应时间和反应时的pH并添加还原剂，就能抑制这些杂质的形成；就形成的杂质来说，所述内酰胺化合物易溶于低级醇，而S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐则不溶于其中，所以，只有该杂质才可通过利用该杂质和所述内酰胺化合物之间的溶解度差异而被溶解；并且，当应用连续热气干燥法时，可将S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸在氧化过程中的分解减至最小，并且在干燥时容易同时进行亚铁的氧化。这样，就完成了本发明。
也就是说，本发明一方面涉及S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐，它含由下列通式(1)表示的内酰胺化合物和由下列通式(2)表示的乙二胺单琥珀酸(它们的含量分别为7wt％或更小)
其中，M是铵离子或碱金属离子，
其中，M是铵离子或碱金属离子。
本发明另一方面涉及生产上述S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的方法。
S，S-乙二胺-N，N’-二琥珀酸铁碱性盐本身在室温下是稳定的，并且具有很高的水溶解度(60g/50g H2O或更大)，它们的水溶液是弱酸性物质(pH约为5)并且可以稳定地贮存。
另一方面，在通过铁螯合反应生产S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的方法中，被用作原料的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸在酸性溶液中是不稳定的化合物，它经历内酰胺环形成反应或者通过胺消去反应而被分解。另外，该化合物具有强酸性(在水溶液中pH约为2)。因此，该化合物具有这一性能，即甚至在室温下当存在水时，不用添加酸性物质，它的环化也逐渐进行；并且，环化产物的形成以及通过胺的消去反应而形成富马酸和乙二胺单琥珀酸可通过加热而加速。
但是，在碱性条件下铁的螯合反应导致氧化铁反应性的急剧下降以及形成大量氢氧化铁和氨合铁络合物。此外，当S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐是以粉末形式获得时，过量碱的存在会不利地引起吸湿而劣化产品的稳定性。因此，该反应不可避免地是在3～6的弱酸性pH范围内加热下进行的，结果形成了上述副产物。此外，由于这些副产物(即所述环化产物和通过胺消去反应而产生的副产物)比S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸具有更低的螯合能力，所以它们(因为pH变化，由添加剂引起的液体成分的变化和时间的推移)释放铁离子，以致形成水不溶性铁水合物，从而引起水溶液中出现浑浊。
本发明人发现了如下现象通过减小上述副产物中每一种的含量至7wt％或更小，可以避免混浊的出现至它在实施中不引起任何问题的程度；而且可通过采取下述防范措施将副产物中每一种的含量减小至7wt％或更小。于是，就完成了本发明。
由于分解产物和环化产物的形成依赖于铁或氧化铁与S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸螯合反应的温度、反应时间和反应pH，所以通过使这些条件适宜并添加稳定剂可以获得只含少量副产物的所需化合物。
用于本发明方法中的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸可通过已知方法合成。例如，该化合物可通过在碱金属氢氧化物存在下将1，2-二卤乙烷与L-天冬氨酸加热反应(无机化学(Inorganic Chemistry)，7(11)，2405(1968))来合成，或者通过利用微生物酶来合成。
就本发明中应用的碱来说，常用于S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的氨和碱金属是优选的。碱土金属和有机一元胺(例如烷基胺)也可用作该碱。
作为本发明方法中应用的氧化铁，呈粉末形式的磁铁矿、针铁矿和赤铁矿等的任一种都可应用，磁铁矿是最优选的，赤铁矿是第二优选的。当应用赤铁矿时，按BET值，比表面积为10(m2/g)或更大、更优选为15(m2/g)或更大的赤铁矿是优选的。当应用磁铁矿时，按BET值，比表面积为5(m2/g)或更大、更优选为6(m2/g)或更大的磁铁矿是优选的。当应用针铁矿时，按BET值，比表面积为85(m2/g)或更大、更优选为95(m2/g)或更大的针铁矿是优选的。这里，术语“BET值”表示通过低温N2气吸附法测定的比表面积值。
至于本发明方法中原料的加料顺序，可采用下列任一种方法即先在反应器中加入含水介质和S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸再往其中添加氧化铁粉末的方法，或者先在反应器中加入含水介质和氧化铁粉末再往其中添加S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的方法，后一种方法更优选。作为含水介质，可应用水或含醇的水，优选应用水。
在先往反应器中加入含水介质和氧化铁粉末再往其中添加S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的方法中，在70～100℃、优选75～95℃、更优选80～90℃下加热得自含水介质和氧化铁粉末的分散液，再往其中连续地或间歇地添加呈粉末形式或者呈含水介质中的分散液或溶液形式的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸或S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸单碱性盐。在该情况下，将反应混合物的pH优选保持在4.5～7，更优选为5～6。
更具体地说，将应用的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸与碱水溶液(该溶液中含碱量为每摩尔S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸用1当量～1.4摩尔、优选1.05～1.25摩尔碱)混合，获得S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸碱性盐的分散液或水溶液，将它连续地或间歇地加到氧化铁分散液中。还可以不预先混合它们而独立地以及连续地或间歇地将S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸粉末和碱水溶液加到氧化铁分散液中，从而进行反应。在该情况下，当S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的添加速度比碱水溶液的更快时，pH就降低。因此，优选在进行该反应时通过添加碱水溶液调节pH使pH总是处于4.5～7的范围内。虽然取决于反应温度，但该添加所需的时间可以适当地在0.2～4小时、优选在1～3小时的范围内选择。
此外，环化产物的形成可通过在螯合反应时添加还原剂来抑制。还原剂的具体实例有呈金属粉末、金属丝、金属条等形式的无机还原剂，例如铁粉、锌粉、镁粉、铝粉等；以及有机还原剂，例如抗坏血酸、异抗坏血酸、草酸等。铁优选被用于抑制杂质对产品的污染。这类添加剂的量基于S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的量为0.1～20mol％，优选约为1～10mol％。
当将赤铁矿或针铁矿用作氧化铁时，有少量二价铁存在于通过氧化铁的溶解作用和螯合作用获得的反应混合物中。当应用磁铁矿时，反应混合物中存在的二价铁量基于反应混合物中存在的铁总量为百分之几至百分之十以上。要将二价铁氧化成三价铁，可应用分子氧。当作为粉末获得所需的组合物时，不必往反应混合物中引入分子氧而进行氧化反应再将它干燥(这些是常规操作)。如果需要的话，通过将上述反应混合物过滤而除去该反应混合物中的不溶性物质，再应用连续热气干燥器干燥残余物。二价铁被在干燥过程中引入的空气有效地氧化。此外，由于处理时间短，所以，当空气吹入时发生的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的分解被抑制了。所以，可以有效地获得所需的组合物粉末。连续热气干燥器包括例如喷雾干燥器和连续造粒干燥器。应用的热气温度在70℃～200℃范围内。
减少了含上述通式(1)和(2)表示的化合物(含量大于7％)的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐反应混合物中的水含量或者使之呈干燥状态，然后用含水的低级醇洗涤该处理过的反应混合物，于是就可有效地获得具有预期低含量的通式(1)和(2)的化合物的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐。上述低级醇的实例包括1～4个碳原子的低级醇。其具体实例包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、异丁醇、叔丁醇等。
具体地说，通过在反应混合物的减压下浓缩而蒸发含于S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐反应混合物(该混合物含高含量的副产物)中的水直至水含量基于固体组分的量为60％或更少。然后，在残余物中添加无水的或含水的低级醇以便形成水含量为3～35％、优选5～20％的含水低级醇，于是晶体被分散了。通过过滤分离晶体，就可以容易地获得上述各种副产物的含量都不大于7％的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐。
另一种处理方法如下在用连续热气干燥器(例如在喷雾干燥中)将反应混合物干燥后，可这样洗涤干燥后的物质，即通过将它分散入水含量为3～35％、优选5～20％的含水的醇中，接着通过过滤分离；或者通过将干燥后的物质装入瓷漏斗或类似装置中，再用含水的醇淋洗干燥后的物质，于是可容易地获得上述各种副产物的含量都不大于7％的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐。
下列实施例和对比例将更详细地阐述本发明，但不能将它们视为限制本发明的范围。
铁收率以及铁组分和螯合组分的分析方法如下所示铁收率＝[(通过滴定法测定的溶解铁的量)/(反应中应用的全部铁原子的总量)]×100铁组分的分析方法将样品中所有溶解的铁离子转化成正铁离子，将这样处理过的样品与碘化钾反应，然后应用淀粉作指示剂用硫代硫酸钠滴定。螯合组分的分析方法将氢氧化钠水溶液加到铁络合物中而除去其中的铁，然后将形成的物质溶于含铜溶液中形成铜络合物，通过液相色谱法(柱ODS-2，波长254nm，洗脱液含铜的缓冲溶液，分析温度40℃)分析该铜络合物。实施例1将146g S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸、300g水和21g 98％氢氧化钠加入装有搅拌器和温度计的反应器中，在室温下搅拌、混合。往其中添加37.7g BET值为6.5(m2/g)的磁铁矿和1.4g铁粉，在80℃下加热进行反应并充分搅拌2小时。反应混合物中副产物的含量如下具有内酰胺环的环化产物含量为2.7％，脱胺的乙二胺单琥珀酸含量为2％。通过过滤从所得反应混合物中除去不溶性物质，然后用S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸调节残余物至pH5。用喷雾干燥器干燥在完成该pH调节后获得的液体，得到S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁钠盐组合物(该组合物中的内酰胺环含量为2.5％，乙二胺单琥珀酸含量为2％，铁收率为98％)。实施例2～10表1示出按与实施例1相同的方法(但改变稳定剂)进行反应得到的结果。
表1
对比例1在与实施例1中相同的条件下(但未添加稳定剂)进行反应和后处理。表1示出了得到的结果。实施例11在减压下浓缩对比例1中获得的、完成了pH调节后的液体，直至它的水含量基于产生的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁钠盐的重量为60wt％。在充分搅拌下，往形成的已浓缩液体残余物中缓慢地添加多达含于形成的残余物中水体积的2、3倍的甲醇。在完成甲醇的添加之后，就这样搅拌形成的液体达1小时，滤出沉淀的晶体，然后干燥而得S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁钠盐(收率为80％)。在该情况下，具有内酰胺环的环化产物含量(内酰胺环含量)是0.5％，乙二胺单琥珀酸的含量是0.2％。实施例12将一重量份在对比例1中获得的、喷雾干燥后的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐产物分散于2体积份含20vol％水的乙醇中，在室温下搅拌形成的分散液达60分钟。然后，通过过滤分离晶体，干燥后得S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐，它含2％具有内酰胺环的环化产物和1.5％乙二胺单琥珀酸，纯化后的收率是80％。实施例13和14通过与实施例1中相同的操作进行了反应，但应用BET值为95(m2/g)的针铁矿或者BET值为18(m2/g)的赤铁矿代替BET值为6.5(m2/g)的磁铁矿。表2示出了获得的结果。对比例2～4
通过与实施例1中相同的操作进行了反应，但应用BET值为80(m2/g)的针铁矿或者BET值为9(m2/g)的赤铁矿代替BET值为6.5(m2/g)的磁铁矿。表2示出了获得的结果。
表2
实施例15将实施例1、10和13以及对比例1和3中获得的每种粉末溶解而得40％水溶液。在50℃下将该溶液贮存1周然后稀释到1％，观察到形成的稀溶液的溶解状态。当应用任何对比例中获得的晶体时，发现了不溶性物质。反之，当应用任何实施例中获得的晶体时，未发现不溶性物质。实施例16将200g水、40g磁铁矿(铁含量70.5％)和3g铁粉加入一个装有搅拌器、温度计和加料口的1升圆柱形瓶中，在85℃下加热。然后，将146g S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸分散于365g含10.2g氨的水中，再应用浆液泵在约2小时中将形成的分散液加到已预先制备好的氧化铁分散液中，同时保持混合物温度在80～85℃。在添加过程中，该反应混合物的pH从7逐渐下降并在5.5～6的范围内变动。添加完毕，保持反应混合物在80℃达30分钟，再冷却到室温。该反应混合物含具有内酰胺环的环化产物(形成的量基于应用的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的量只有0.5％)和二价铁离子(它的含量基于全部铁离子的总量为10％)。
接着，通过过滤从获得的反应混合物中除去不溶性组分，将7g S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸加到液体残余物中而调节铁离子和S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的量至等摩尔。然后，用喷雾干燥器干燥形成的混合物而得193g S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁铵盐，它含0.5％具有内酰胺环的化合物和0.2％乙二胺单琥珀酸，并且具有基于全部铁离子含量为0.5％的二价铁离子，纯度为98％或更大。实施例17将200g水、40g磁铁矿(铁含量70.5％)和3g铁粉加入一个装有搅拌器、温度计和加料口的1升圆柱形瓶中，在80℃下加热。然后，用匙在2.5小时内往其中添加146g S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸，同时保持混合物温度在80～85℃。在该添加过程中，将150g含20.4g氢氧化钠的水溶液加到该反应混合物中同时调节反应混合物的pH至5～6。添加完毕，保持反应混合物在80℃达15分钟，然后冷却到室温。该反应混合物含具有内酰胺环的环化产物(形成的量基于应用的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的量只有0.4％)。在通过将空气鼓泡通入反应混合物氧化二价铁离子(残留的量基于全部铁离子的总量约为8％)之后，过滤除去不溶性物质。
在这样获得的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁钠盐水溶液中，具有内酰胺环的化合物量基于应用的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的量为0.4％。实施例18将200g水和40g磁铁矿(铁含量70.5％)加入一个装有搅拌器、温度计和加料口的1升圆柱形瓶中，并在85℃下加热。然后，将146g S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸分散于365g含10.2g氨的水中，再应用浆液泵在2小时内将形成的分散液加到已预先制备好的氧化铁分散液中，同时保持混合物温度在80～85℃。在添加过程中，该反应混合物的pH从7逐渐下降并在5.5～6的范围内变动。添加完毕，保持反应混合物在80℃达30分钟，再冷却到室温。通过将空气鼓泡通入反应混合物氧化反应混合物中残留的二价铁离子(含量基于全部铁离子的总量约为10％)，再通过过滤除去不溶性物质。在这样获得的溶液中，形成了具有内酰胺环的环化产物，它的量基于应用的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的量为0.9％。对比例5将200g水、40g磁铁矿(铁含量70.5％)和3g铁粉加入一个装有搅拌器、温度计和加料口的1升圆柱形瓶中，在80℃下加热。然后，用匙在约2.5小时内往其中添加146g S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸，同时保持混合物温度在80～85℃。在该添加过程中，将150g含20.4g氢氧化钠的水溶液加到该反应混合物中同时将反应混合物的pH调节在3.0～4.0，最后添加配制的全部氢氧化钠水溶液。添加完毕，保持反应混合物在80℃达15分钟，然后冷却到室温。在该反应混合物中，形成了具有内酰胺环的环化产物，它的量基于应用的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸的量为2.1％。
本发明的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐是一种适用作照像漂白剂、肥料等的螯形化合物，并且由于它的良好的生物降解性而对环境具有很小的不良影响。
权利要求
1.一种S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐，它含如下通式(1)表示的内酰胺化合物
其中，M是铵离子或碱金属离子，以及如下通式(2)表示的乙二胺单琥珀酸
其中，M是铵离子或碱金属离子，含量分别为7wt％或更小。
2.权利要求1的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐，其中，该S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐中的碱性盐是铵盐或碱金属盐。
3.一种生产权利要求1的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的方法，该方法包括用含水的低级醇洗涤含多于7wt％由上述通式(1)或(2)表示的化合物的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐水溶液的浓缩液体或干物质，所述低级醇含至少一种选自下组的醇甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、异丁醇和叔丁醇。
4.一种生产权利要求1的S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的方法，该方法包括在至少一种选自铁、铝、镁和锌的呈粉末或丝状物形式的金属，和/或至少一种选自抗坏血酸、异抗坏血酸、甲酸和草酸的化合物存在下，将氧化铁与S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸碱性盐反应。
5.权利要求4的生产S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的方法，其中，亚铁变成正铁的氧化和干燥是应用连续热气干燥器同时进行的。
6.权利要求4或5的生产S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的方法，其中，所述氧化铁选自BET值为10(m2/g)或更大的赤铁矿，BET值为5(m2/g)或更大的磁铁矿，以及BET值为85(m2/g)或更大的针铁矿。
7.一种生产S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸铁碱性盐的方法，该方法包括将氧化铁分散在含水介质中，往其中连续地或间歇地添加S，S-乙二胺-N，N′-二琥珀酸或其碱性盐而进行反应，同时保持反应液的pH在4.5～7以及反应温度在70～100℃。
全文摘要
S,S－乙二胺－N,N′－二琥珀酸的铁碱性盐,其中,通式(1)(其中,M表示铵离子或碱金属离子)的内酰胺化合物含量以及通式(2)(其中,M表示铵离子或碱金属离子)的乙二胺单琥珀酸含量分别为7wt%或更小。
文档编号C07D241/06GK1278242SQ98810760
公开日2000年12月27日 申请日期1998年10月30日 优先权日1997年10月31日
发明者山川敏武, 坂井春夫 申请人:三菱丽阳株式会社