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JP2013522269A - 副生成物が少ないアミノカルボキシレートを製造するための方法 - Google Patents

副生成物が少ないアミノカルボキシレートを製造するための方法 Download PDF

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JP2013522269A JP2012557524A JP2012557524A JP2013522269A JP 2013522269 A JP2013522269 A JP 2013522269A JP 2012557524 A JP2012557524 A JP 2012557524A JP 2012557524 A JP2012557524 A JP 2012557524A JP 2013522269 A JP2013522269 A JP 2013522269A
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Abstract

本発明は、アミンから処理して、及びアミノアルコールへのエトキシル化、及び次の対応するアミノカルボキシレート、特に、錯化剤MGDA(メチルグリシンアセト酢酸)、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)及びGLDA(グルタミン酸アセト酢酸)、又はこれらの遊離酸のアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩への酸化による脱水素から構成される反応順序を使用して、アミノキシレートを製造するための方法に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、アミン1〜4から開始して、所定の反応順序を使用し、アミノカルボキシレートを製造するための方法に関するもので、ここで上記所定の反応順序は、アミノアルコール2及び5へのエトキシル化、及び次の対応するアミノカルボキシレート3及び6(例えば錯化剤MGDA(メチルグリシンアセト酢酸)、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)又はGLDA(グルタミン酸アセト酢酸)、又はこれらの遊離酸のアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩)への酸化性脱水素化から成るものである。
Figure 2013522269
R=アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アラルキル、アルキレンカルボキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアラルキル、アルキレンスルホネート
Figure 2013522269
但し、
A=C1〜C12アルキレンブリッジ、又は化学結合
R’=COOX、CHOH
=アルキレン
X=アルカリ金属、又はアルカリ土類金属、好ましくはナトリウム及びカリウム
N=1〜10
アミンのエトキシル化は、典型的には120℃を超える温度で、工業的規模で行われる。例えば、エタノールアミンは、約150℃の温度、及び30〜150バールの圧力で、アンモニア(水中20〜30質量%の溶液)及びエチレンオキシドから開始して製造される(非特許文献1:H.−J.Arpe,Industrielle Organische Chemie[Industrial Organic Chemistry])。N−アルキルエタノールアミンは、170℃以下の温度ででも製造される(Ullmann’s Encyclopedia)。特許文献1(WO98/38153)には、溶媒としてのイソプロパノール中の、4等量のエチレンオキシドを使用した、標準圧力及び140〜180℃の反応温度での、エチレンジアミンのエトキシル化が開示されている。純粋な物質中の対応するエトキシル化は、特許文献2(US3907745)に記載されており、幾分か低い温度、120〜130℃が使用されている。
アルカリ金属ヒドロキシドを使用した、アミノアルコールの酸化的な脱水素化は典型的には、圧力下に、140〜220℃の温度で、銅触媒を使用して行われる。触媒は、例えば、ドープした、又はドープしていないRaney Cu(Raney 銅)から構成される(例えば特許文献3:EP1125633、特許文献4:EP1125634、特許文献5:WO04/24091、特許文献6:WO00/066539、特許文献7:EP1067114、特許文献8:WO00/032310に記載されている)。使用されるドープ剤は通常、1種以上の金属、例えばPt、Fe、Cr(特許文献9:EP1125633、特許文献10:EP1125634)、Cr、Mo、V、Bi、Sn、Sb、Pb、Ge(特許文献11:WO04/24091)又はAg(特許文献12:EP1067114)である。他の例では、Cuがアルカリ−安定担体に直接的に施され、又はアンカー金属(例えば、Os、Ir、Rh、Pt、Pd)を介して施される(例えば特許文献13:WO01/77054、特許文献14:WO03/022140、特許文献15:WO98/50150)。更なる金属酸化物を使用して沈殿したCuが記載されている(例えば、特許文献16:WO03/051513(Cu、Fe)、特許文献17:EP0506973、特許文献18:WO98/13140(Cu、Zr、Ca))。貴金属系を使用した変換についての個別の報告もなされている(例えば、特許文献19:EP0201957)。
WO98/38153 US3907745 EP1125633 EP1125634 WO04/24091 WO00/066539 EP1067114 WO00/032310 EP1125633 EP1125634 WO04/24091 EP1067114 WO01/77054 WO03/022140 WO98/50150 WO03/051513 EP0506973 WO98/13140 EP0201957
H.−J.Arpe,Industrielle Organische Chemie[Industrial Organic Chemistry]
特に錯化剤、例えばMGDA(メチルグリシンアセト酢酸)、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、又はGLDA(グルタミン酸アセト酢酸)、及びこれらの塩を製造する上での問題は、両方の工程を単に実施すると、複製生物の含有量が比較的多くなるということである。このような副生成物の、最終生成物中における量を低く維持するために、(最終生成物及び/又は中間生成物を精製するために)費用がかかり、及び装置的に複雑な操作が必要とされる。
従って、本発明の目的は、上述した不利な点を有していない方法、すなわち、副生成物の含有量が低い最終生成物を提供し、及び最終生成物及び/又は中間生成物を精製する必要のない方法を提供することにある。
この目的は、驚くべきことに、請求項1〜10に記載の方法によって達成される。
本発明に従えば、この目的は、第1の工程で、アミンを30〜100℃の範囲の反応温度でエトキシル化して、アルカノールアミンを得、そして第2の工程で、このようにして形成されたアルカノールアミンを酸化的に脱水素化してアミノカルボキシレートを得る(ここで、形成する塩は、対応するアミノカルボン酸に変換することができる)ことを特徴とするアミノカルボキシレートを製造するための方法によって達成される。
アミンが式1〜4のアミンの群から選ばれる方法が好ましい。
Figure 2013522269
ここで、
Rが、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アラルキル、アルキレンカルボキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアラルキル、アルキレンスルホネート、又は置換基
Figure 2013522269
(但し、
A=C1〜C12アルキレンブリッジ、又は化学結合、
R’が、COOX又はCHOHであり、
が、アルキレン基であり、
Xが、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属であり、及び
nが1〜10
である)
である。
Rは、より好ましくは、C1〜C30アルキル及びC2〜C30アルケニルの比較的長いアルキル又はアルケニル基、アルキレンカルボキシレート、又は他に、アルキレンスルホネート、ヒドロキシアルキル、又はヒドロキシアリール基、及び2重アルキルグリシンアセト酢酸、例えばジアミノコハク酸(以下の式で、A=「化学結合」)又はジアミノピメリン酸(以下の式で、A=−(CH−)、
Figure 2013522269
(但し、A=C1〜C12アルキレンブリッジ又は化学結合である)
である。
アミンがアラニン、グルタミン酸、及びこれらの塩、及びエチレンジアミンから成る群から選ばれる方法が特に好ましい。
工程パラメーターに関し、好ましい実施の形態が存在する。従って、第1の工程での反応温度が40〜90℃の範囲、好ましくは60〜80℃の範囲の方法が好ましい。
温度プロフィールについても、好ましい変形例が存在する。第1の工程での反応温度が、反応時間にわたって60℃未満、好ましくは40℃未満で変動する方法が好ましい。
バッチ的、半バッチ的、又は連続的方法を行うことが好ましい。攪拌タンク反応器、ループ反応器、及び管型反応器から成る群から選ばれる(少なくとも1種の)反応器が使用される方法が特に好ましい。種々の反応器モデル、例えば種々のデザインの攪拌タンク反応器、ループ反応器(ガス循環反応器、プランジングジェット反応器、又は高積載充填カラム)、又は管型反応装置(ガス相無し、又はガス相有)を使用することが可能である。
反応器が、5W/Kmよりも大きい熱伝導率係数(thermal conductivity coefficient)を有する材料から基本的に構成される方法が特に適切である。「基本的に」は、反応器の材料の50%以上、好ましくは80%以上、及びより好ましくは90%以上の反応器材料が、対応する熱伝導率係数を有する材料から構成されることを意味する。
この目的にために特に適切な材料は、(工業的な工程での熱の効果的な除去を可能とするために)熱伝導率係数が5W/Kmよりも大きい、1.4541(V2Aスチール)、1.4571(V4Aスチール)、2.4610(HC4)を含むことがわかった。
同様に好ましいものは、第1の工程での溶媒が、プロトン性溶媒、例えば水、アルコール、好ましくは短鎖アルコール、及び特にメタノール、エタノール、2−プロパノール及び/又は極性非プロトン性溶媒、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、又はN−メチルピロリドンから選ばれる方法である。
第1の工程で形成されたアルカノールアミンが直接的に脱水素される方法が、更なる好ましい実施の形態を構成する。直接的な脱水素化は、第1と第2の工程の間で、異なる沸点に基づいて、沸点が(標準圧力で)200℃を超える物質を除去するための装置が存在しない方法が好ましいことを意味する。このことは、装置の観点で単純であり、そして従って最終生成物の比較的良好な品質を提供する、一つの工程段階を形成する。
最終生成物もまた更に精製されることがなく、対応する用途に直接的に使用される方法が特に好ましい。例えば、金属、プラスチック、被覆材料、又はガラスの硬質表面のための、工業的洗浄処方物のための添加剤として、飲料及び食品工業用の、特に飲料工業のボトル洗浄のための、アルカリ性洗浄処方物に、乳製品製造所で、醸造所で、貯蔵食料工業、ベーカリー工業、砂糖工業、脂肪処理工業、及び肉処理工業で洗浄する装置に、皿洗器の洗浄処方物に、特に家庭用の、又は商業的な施設、例えば、大きなキッチン、又はレストランにおける機械的な皿洗器のためのホスフェートを有しない組成物に、紙工業の漂白バスに、写真的な漂白、及び漂白固定バスに、予備処理に、及びテキスタイル工業の漂白に、重金属カチオンの汚染のマスクのための電気的バスに、及び銅、鉄、マンガン、及び亜鉛錯体等の重金属の欠損を救済するために、肥料の分野に、使用することが好ましい。原則として、カルシウム、マグネシウム、又は重金属塩の沈殿が、工業工程を混乱させ、及び防止するべき場合に、タンク、パイプライン、スプレーノズル、又は通常平滑な表面への沈殿と付着の防止、及び)、及びアルカリ脱脂バス内のフォスフェイトの安定化、及び石灰ソープの沈殿の防止のために(従って、非鉄表面の変色を防止し、及びアルカリ性洗浄バスの耐用年数を延長するために)、使用することが有利である。更に、材料(builder)及び保存料として、テキスタイル洗浄のための粉状の、又は液体の洗浄剤に使用可能である。ソープ(せっけん)中(及び調合薬、化粧品、及び食品中)で、これらは金属触媒作用による、酸化性の分解を防止する。
脱水素化は、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属ヒドロキシドの群からの塩基、好ましくはNOH又はKOH、特に好ましくはNaOHを使用して行われる。第2工程の温度は、典型的には、140〜240℃の範囲、好ましくは150〜210℃の範囲、及びより好ましくは160〜200℃の範囲である。圧力は、典型的には、標準圧力〜100バールの範囲、好ましくは5〜50バールの範囲、及びより好ましくは8〜20バールの範囲、及び更に好ましくは10〜20バールの範囲である。
触媒を使用して脱水素化を行う方法の場合、その主、及び副成分は、周期表の4〜12属から選ばれることが特に好ましく;Cu、Fe、Co、Ni、Zr、Hf、Ag、Pd及びPtから成る群から選ばれる(少なくとも)1種の金属を含む触媒を使用して脱水素化を行う方法が極めて好ましい。触媒は例えば、粉又は成形体(例えば、押出物、タブレット、等)の状態、又は非担持の触媒又は担持された触媒の状態で使用することができ、及び金属及び金属酸化物で構成されても良い。
第2工程の直接生成物中のNTA含有量が、主生成物に対して1質量%未満である方法は、本発明の対象の一部を形成する。
塩自体(アミノカルボキシレート)に加え、酸性化の後、対応するアミノカルボン酸も得ることができる。第2の工程の直接生成物は、酸化による脱水素化で得られる反応排出物を意味すると理解される。懸濁法の場合には、この後、触媒を沈殿させ、及び濾過除去することができる。更に、次に所望の水含有量を設定可能であり、又は(例えば、過酸化水素又はUV光を使用して)漂白を行うことができる。
以下に(非限定的な)実施例を使用して、本発明を説明する。
実施例1:
3.743kg(20.00モル)のグルタミン酸モノナトリウム塩一水和物を、5.599kgの水中に懸濁させ、そして1.578kg(20.00モル)の50.7質量%の水酸化ナトリウム溶液と混合した。得られた混合物を、20lのオートクレーブ(2.4610材料)中に装入し、適当な不活性化(inertization)を行った後、窒素を注入して20バールにした。次に、2.026kg(46.00モル)のエチレンオキシドを40〜45℃で、8時間以内に計量導入し、そして混合物をこの温度で更に2時間攪拌した。エチレンオキシドの未変換の残留物を除去した後、オートクレーブを空にした。このようにして、12.862kgの水性の反応排出物が、澄んだ無色の、粘性のある溶液として得られた。
418g(グルタミン酸モノナトリウム塩一水和物に対して0.650モル)のこの粗製生成物を、最初に53.0g(1.33モル)の水酸化ナトリウム粉、12.7gの水、及びWO03/051513に従って製造された7.5gの銅−鉄触媒と一緒に、1.2lのオートクレーブ(2.4610材料)に装入した。反応器を閉め、窒素を注入して5バールにし、そして次に反応器を190℃に加熱した。この温度を6時間維持した。実験の経過全体にわたり、攪拌速度は700rpmであった。形成された水素を、15バール圧力調整バルブを通して、連続的に除去した。実験の終了後に、反応器を室温で窒素でパージし、そして空にした。生成物が、澄んだ無色の、粘性のある溶液として得られた。鉄結合能(iron binding capacity)によって、含有量が42.2%質量%のグルタミン酸−N,N−アセト酢酸テトラナトリウム塩(GLDA−Na)が測定され、これは、使用したグルタミン酸モノナトリウム塩一水和物に対して、理論的に88.6%の収率に対応する。
実施例2:
4.365kg(49.00モル)のアラニンを、2.600kgの水中に懸濁させ、そして3.920kg(49.00モル)の50質量%の水酸化ナトリウム溶液と混合した。得られた混合物を、20lのオートクレーブ(2.4610材料)中に装入し、適当な不活性化を行った後、窒素を注入して20バールにした。次に、4.749kg(107.8モル)のエチレンオキシドを40〜45℃で、8時間以内に計量導入し、そして混合物をこの温度で更に2時間攪拌した。エチレンオキシドの未変換の残留物を除去した後、オートクレーブを空にした。このようにして、15.597kgの水性の反応排出物が、澄んだ無色の、粘性のある溶液として得られた。
328g(アラニンに対して1.03モル)のこの粗製生成物を、最初に197g(2.46モル)の50質量%の水酸化ナトリウム溶液、18gの水、及び45gのRaney銅(Evonik Degussa GmbHより)と一緒に、1.7lのオートクレーブ(2.4610材料)に装入した。反応器を閉め、窒素を注入して5バールにし、そして次に反応器を2.25時間以内に190℃に加熱した。この温度を16時間維持した。実験の経過全体にわたり、攪拌速度は500rpmであった。形成された水素を、10バール圧力調整バルブを通して、連続的に除去した。実験の終了後に、反応器を室温で窒素でパージし、そして反応排出物を484gの水で希釈し、そして反応器を空にした。生成物が、澄んだ無色の、粘性のある溶液として得られた。HPLCを使用して、メチルグリシン−N,N−アセト酢酸トリナトリウム塩(MGDA−Na)の、(使用したアラニンに対して、)理論上92.0%の収率が測定された。
実施例3:
178g(2.00モル)のアラニンを、106gの水中に懸濁させ、そして160g(2.00モル)の50質量%の水酸化ナトリウム溶液と混合した。得られた混合物を、2.5lのオートクレーブ(1.4571材料)中に装入し、適当な不活性化を行った後、窒素を注入して1バールにした。次に、189g(4.30モル)のエチレンオキシドを80〜89℃で、2時間以内に計量導入し、そして混合物をこの温度で更に3時間攪拌した。エチレンオキシドの未変換の残留物を除去した後、オートクレーブを空にした。このようにして、624gの水性の反応排出物が、澄んだ無色の、粘性のある溶液として得られた。
328g(アラニンに対して1.05モル)のこの粗製生成物を、最初に208g(2.60モル)の50質量%の水酸化ナトリウム溶液、39gの水、及び45gのRaney銅(Evonik Degussa GmbHより)と一緒に、1.7lのオートクレーブ(2.4610材料)に装入した。反応器を閉め、窒素を注入して5バールにし、そして次に2.25時間以内に190℃に加熱した。この温度を16時間維持した。実験の経過全体にわたり、攪拌速度は500rpmであった。形成された水素を、10バール圧力調整バルブを通して、連続的に除去した。実験の終了後に、反応器を室温で窒素でパージし、そして反応排出物を403gの水で希釈し、そして反応器を空にした。生成物が、澄んだ無色の、粘性のある溶液として得られた。HPLCを使用して、メチルグリシン−N,N−アセト酢酸トリナトリウム塩(MGDA−Na)の、(使用したアラニンに対して、)理論上91.3%の収率が測定された。
比較例:
267g(3.00モル)のアラニンを、159gの水中に懸濁させ、そして240g(3.00モル)の50質量%の水酸化ナトリウム溶液と混合した。得られた混合物を、2.5lのオートクレーブ(1.4571材料)中に装入し、適当な不活性化を行った後、窒素を注入して20バールにした。次に、291g(6.60モル)のエチレンオキシドを140〜145℃で、5時間以内に計量導入し、そして混合物をこの温度で更に2時間攪拌した。エチレンオキシドの未変換の残留物を除去した後、オートクレーブを空にした。このようにして、930gの水性の反応排出物が、澄んだ黄色がかった、粘性のある溶液として得られた。
322g(アラニンに対して1.04モル)のこの粗製生成物を、最初に208g(2.60モル)の50質量%の水酸化ナトリウム溶液、40gの水、及び45gのRaney銅(Evonik Degussa GmbHより)と一緒に、1.7lのオートクレーブ(2.4610材料)に装入した。反応器を閉め、窒素を注入して5バールにし、そして次に2.25時間以内に反応器を190℃に加熱した。この温度を16時間維持した。実験の経過全体にわたり、攪拌速度は500rpmであった。形成された水素を、10バール圧力調整バルブを通して、連続的に除去した。実験の終了後に、反応器を室温で窒素でパージし、そして反応排出物を424gの水で希釈し、そして次に反応器を空にした。生成物が、澄んだ無色の、粘性のある溶液として得られた。(HPLCを使用して、)完全な変換にもかかわらず、メチルグリシン−N,N−アセト酢酸トリナトリウム塩(MGDA−Na)の、(使用したアラニンに対して、)74.4%の理論上の収率しか測定されなかった。

Claims (10)

  1. 第1の工程で、アミンを30〜100℃の範囲の反応温度でエトキシル化して、アルカノールアミンを得、そして第2の工程で、このようにして形成されたアルカノールアミンを酸化的に脱水素化してアミノカルボキシレートを得ることを特徴とするアミノカルボキシレートを製造するための方法。
  2. アミンがアラニン、グルタミン酸、及びこれらの塩、及びエチレンジアミンから成る群から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 第1の工程での反応温度が、反応時間の間、60℃未満で変動することを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の方法。
  4. バッチ的、半バッチ的、又は連続的に行われることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の方法。
  5. 攪拌タンク反応器、ループ反応器、及び管型反応器から成る群から選ばれる反応器が使用されることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の方法。
  6. 反応器が、5W/Kmよりも大きい熱伝導率係数を有する材料から基本的に構成されることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の方法。
  7. 第1工程での溶媒が、プロトン性溶媒、及び/又は極性非プロトン性溶媒から選ばれることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の方法。
  8. 第1工程で形成されたアルカノールアミンが、直接的に脱水素化されることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の方法。
  9. 脱水素化が所定の触媒を使用して行われ、該触媒は、Cu、Fe、Co、Ni、Zr、Hf、Ag、Pd及びPtから成る群から選ばれる金属を含むことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の方法。
  10. 第2工程における直接生成物内のNTA含有量は、主生成物に対して1質量%未満であることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の方法。
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