JP3990475B2

JP3990475B2 - メチオニンおよびその塩の製造方法

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Publication number: JP3990475B2
Application number: JP33416996A
Authority: JP
Inventors: ガイガーフリートヘルム; ハルスベルゲバウドゥイン; ハッセルバッハハンス−ヨアヒム; ヘンチェルクラウス; フートマッハークラウス; ケルファーマルティン; マンスフェルトスヴェン−ペーター; タナーヘルベルト; タイセンフェルディナント; ヴァンロベイスジョセ; ヴィリゲロットクラウス
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: US5990349A; IL119839A0; DE19547236A1; ES2191731T3; CN1160043A; IL119839A; BR9606040A; CN1636975A; BY5258C1; CA2193161A1; EP0780370A3; UA47404C2; EP0780370A2; JP2007099778A; JP4499706B2; CN1184199C; MX9606011A; JPH09176111A; EP1256571B1; DE59611374D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成分３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド、シアン化水素、アンモニアおよび二酸化炭素ならびに５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインならびにメチオニンの塩、または上記の成分を製造できる成分から場合により水の存在下で出発するＤ，Ｌ−メチオニンまたはＤ，Ｌ−メチオニンの塩の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合成工程は、下記の反応式により具体的に説明できる。
【０００３】
５−（２−メチルメルカプト）−ヒダントイン形成：
【０００４】
【化１】

【０００５】
Ｄ，Ｌ−メチオニンの塩形成：
【０００６】
【化２】

【０００７】
Ｄ，Ｌ−メチオニンの遊離：
【０００８】
【化３】

【０００９】
上記式中、Ｍはアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、殊にはカリウムを表す。
【００１０】
工程５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン形成、メチオニン塩の形成ならびにメチオニンの遊離は、有利には自体有利な連続的に実施でき、かつ互いに連続して連結し、殊には全体が連続的に操作されるプロセスに統合すると有利である。
【００１１】
成分アンモニアおよび二酸化炭素をプロセスの可能性に従ってリサイクリング、すなわち前に行う工程に再び加えると著しく有利である。殊には、カリウムを使用する場合には、アルカリを含む薬剤をできるだけ全てプロセスに還流する。
【００１２】
５−（２−メチルメルカプト）−ヒダントイン形成は、基本的には公知である。一般に、その際、１）に記載した成分から、またはこれらの成分を製造できる成分から出発する。これらは、以下にさらに記載するように、殊には成分シアン化水素、アンモニアまたは二酸化炭素の場合にはアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、ならびに成分３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドの場合にはアクロレインおよびメチルメルカプタンである。すなわち、ケミカル・レビユー誌［Chem. Rev. 46 (1959) 422〜425］には、アルカリ金属シアン化物および炭酸アンモニウムとを用いる相当するアルデヒドまたはケトンの転化による置換ヒダントインの製造が記載されている。この転化は、物質の化学量論的量を用いて８０℃および３バールでも、化学量論的量の数倍のアンモニアを用いて温度６０℃および常圧でも行われる（ドイツ国特許第１１６６２０１号明細書）。３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド、炭酸アンモニウムおよびシアン化物から、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインが製造されることも公知である。転化は、開始時は４０〜１２０℃で行い、次いで、反応混合物をｐＨ値４以下に調整し、反応を５０〜１００で終了させる（米国特許第２５５７９１３号明細書）。さらに、アンモニア、二酸化炭素およびシアン化水素、またはこれらの塩の水溶液中に３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドを溶解して製造した水溶液を装入し、その中で必要ならば部分的または全体をヒダントインへ転化させ、この溶液中にアンモニア、二酸化炭素およびシアン化水素、またはこれらの塩の水溶液、およびそれとは別に３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドを装入し、転化は混合物の加熱により１００℃以下、常圧で行う５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの製造も公知である（ドイツ国特許出願公開第１６２０３３２号明細書）。特開昭４８−００５７６３号公報中では、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドをシアン化水素、またはその塩および炭酸アンモニウムと一緒にして、アンモニアの存在下で、８０℃で１．５時間で５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインに９８．５％の収率で転化している。添加した金属イオン錯化剤は水の存在下で収率９７．８％とする（特開昭４８−００４４６５号公報）。有機溶剤の存在下、５０〜２００℃、加圧下の液相中の同様な転化は、特開昭４０−３６６７６号公報に記載されている。水中のアクロレイン、メチルメルカプタン、シアン化水素および炭酸アンモニウムから出発する一段法では、５０〜７０℃において２時間以内にヒダントインに導き、これをＤ，Ｌ−メチオニンに鹸化する（特開昭５０−００４０１８号公報）。
【００１３】
特開昭５２−０２７７６８号公報に記載の反応も同様に進むが、ただし、アミノ酸、例えばメチオニン、トレオニン、グリシン、アラニンまたはロイシンを加える。３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド、二酸化炭素、アンモニア、シアン化水素および苛性アルカリは、８０℃において２時間以内に９７％が５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインとなる（特開昭５０−０１８４６７号公報）。
【００１４】
水中の３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド、シアン化ナトリウムおよび炭酸アンモニウムは、チオ硫酸カリウムまたは炭酸カリウムの存在下で、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインを生成する（ソ連国特許第７４０７７０号明細書）。アクロレインのメチルメルカプタン、シアン化水素および炭酸アンモニウムを用いる一段転化では、収率８５％で５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインが生成する（Asahi Chem. Ind., Agric.Biol. Chem. 52,589 (1988) ）。また、中国特許第８５−１０８５９０５号明細書にも一段法が記載されており、この場合には、酢酸中のメチオニンを加えて変換率９１％で５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインが得られている。
【００１５】
公知の方法で製造された５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインは、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン酸、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン酸アミド、メチオニンアミド、メチオニンニトリルならびにメチルメルカプトプロピオンアルデヒドシアンヒドリン、イミノニトリルおよびポリマーによるかなりの量の不純物を含んでいる。上記の最初の３種の化合物は、アルカリ性加水分解により、例えばヒダントインがメチオニンに転換されるけれども、その他の化合物ならびにその鹸化生成物は、鹸化溶液中およびその後は単離されるべきメチオニンに達するが、その中では分離が著しく困難である。メチオニンをヒダントインから製造し、二酸化炭素を用いて反応混合物から分離し、母液を循環系に導く場合には、これはさらに困難となる。得られたメチオニンは着色し、貯蔵安定性が良くない。
【００１６】
５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインのアルカリ性加水分解は、以前から公知である。すなわち、米国特許第２５２７３６６（Ａ）号および米国特許第２５５７９１３（Ａ）号の各明細書には、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの水酸化バリウム水溶液中、加圧、高温における加水分解を記載している。しかしこの方法は高価な水酸化バリウムを大量に必要とし、さらにバリウムを中性塩として再び分離しなければならない。
【００１７】
米国特許第２５５７９２０（Ａ）号明細書から、水酸化ナトリウムを用いるヒダントインの鹸化によりα−アミノ酸が生成することが公知である。しかしこの方法では、ヒダントイン１モル当たりに水酸化ナトリウム少なくとも３モルが必要である。水酸化カリウムを用いても事情は同じである。
【００１８】
さらに、米国特許第４２７２６３１（Ａ）号明細書から、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物の混合物を５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの鹸化に使用できることが公知である。しかしこの方法では、アルカリ土類金属イオンをメチオニンの遊離の際に最初に分離しなければならず、従って収率は最高８０．５％に達するだけである。
【００１９】
米国特許第４２５９９２５（Ａ）号明細書では、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解を加圧下、１０５〜２３０℃において、金属水酸化物および沸点１２５〜１３０℃のアルコールを含む媒体中で行っている。これは、高沸点のアルコールを再生しなければならないという欠点がある。その外にも収率が６５％に過ぎない。
【００２０】
ドイツ国特許第１９０６４０５号明細書中には、アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属炭酸水素塩の水溶液を用いる５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解が記載されている。加水分解の間に、アンモニアおよび二酸化炭素を絶えず取り出す。アルカリ金属炭酸塩の中では炭酸カリウムが有利である。これをヒダントインのアルカリに対するモル比１：１〜１：５で使用する。加水分解は、加圧下、１２０〜２２０℃で行う。連続式圧力装置は、３基の互いに連続して設置された高価な循環蒸発器から成っている。アルカリ金属メチオニン酸塩溶液は、二酸化炭素を用いるＤ，Ｌ−メチオニンの遊離のために使用される。晶出したメチオニンの分離後の母液を循環系に送るが、必要ならば１〜２％を取り出してヒダントインの加水分解に再び使用する。
【００２１】
ドイツ国特許出願公告第１５１８３３９号明細書には、反応平衡をアミノ酸の方に移動させ、これにより収率を上昇させるために、加水分解の間に生成する気体状反応生成物（アンモニアおよび二酸化炭素）を反応器から除去する方法が記載されている。しかしこれを達成するためには、気体流の圧力制御のために複雑な装置の配列が必要となる。
【００２２】
特公昭４９−１１６００８号公報は、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解の際に、バナジニウム酸、モリブデン酸、タングステン酸またはこれらの誘導体の存在下で実施する方法を記載している。収率は、約７０％である。触媒の分離が困難である。高濃度のメチオニン含有溶液を調製するために、アルカリ金属、例えばカリウム化合物を加えなければならない。
【００２３】
特開昭５０−１０６９０１号公報（C.A.84，44666k（1976））から、水酸化ナトリウム約１．２当量およびアンモニア約９当量の存在下、１８０℃における５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解により、メチオニンを製造することが公開されている。しかし、この操作方法により中間に生成するメチオニン酸ナトリウム溶液は、必然的にメチオニン酸ナトリウムの他に炭酸ナトリウムを含み、これはこの反応操作の際に析出し、そのために殊に連続プロセスの障害となる。同様なことは、水酸化カリウムを使用する場合ならびにドイツ国特許第１９０６４０５号明細書に記載の操作方法でも該当する。
【００２４】
ドイツ国特許第２６１４４１１Ａ号明細書には、水を用い、イミダゾールの存在下、１６０℃における５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解を記載している。その収率は低く、またこの場合にも高い溶液濃度を得るためにアルカリ性化合物を加えなければならない。
【００２５】
特開平３−９５１４５号公報および特開平３−９５１４６号公報には、水を用い高温および高圧において、金属酸化物または金属酸化物混合物、例えばＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５またはＴｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５の存在下におけるヒダントインの加水分解が記載されている。しかし、その収率は６５〜６６％にすぎない。これらの溶液はアルカリ性化合物を用いて中和しなければならない。
【００２６】
すべてのこれらの方法は、低い収率か、またはメチオニンまたは塩、例えば炭酸塩がプロセスの間に析出し、これにより別の工程が必要となり、また殊には大規模の方法、殊に有利には連続方法がほとんど不可能であるという欠点を有する。
【００２７】
アルカリ金属塩からのメチオニンの遊離は、一般に公知である。強酸は弱酸をその塩から遊離させるという原理によると、例えば塩酸、硫酸、リン酸または強酸性イオン交換体を用いて遊離Ｄ，Ｌ−メチオニンを析出させることができる［ドイツ国特許第２１４０５０６（Ｃ）号、ドイツ国特許第２１２２４９１（Ｃ）号、ドイツ国特許出願公開第２９１２０６６（Ａ）号、ベルギー国特許第８７７２００号、米国特許第３４３３８３２（Ａ）号、フランス国特許第１５３２７２３号の各明細書］。さらに副産物として析出するアルカリ金属塩を分離しなければならない。使用する酸は一般に回収できないので、これらの操作方法は連続、経済的で環境保護的な製造方法には適合しない。
【００２８】
従って、例えば米国特許第２５５７９１３（Ａ）号、ドイツ国特許第１９０６４０５号の各明細書および特開昭４２−４４０５６号公報に記載のように、水溶液中で二酸化炭素を用いる５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解溶液からＤ，Ｌ−メチオニンが有利に析出した。この方法では、通常Ｄ，Ｌ−メチオニンは薄い小平板またはフレークの形で析出する。これは生成物の不良なろ過性となり、結晶ケーキの成長を妨げる。その外にも、Ｄ，Ｌ−メチオニンは流れ特性が不良で、そのために閉塞の傾向がある。このような欠点を解決するために、特開昭４２−４４０５６号公報に記載のように、添加物、例えばカゼインまたは水溶性で高分子量のセルロース誘導体を二酸化炭素を用いるメチオニン析出の際に使用する。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、できるだけ少ない副産物でメチオニンまたはメチオニンの塩を製造する方法およびそのそれぞれの成分が良好に分離でき、殊には生成物の析出の際にこれらが良好にろ過されなければならないことである。それぞれの成分は、十分リサイクリング可能または再生可能でなければならない。その上、得られたメチオニンは低い着色および良い貯蔵安定性を有していなければならない。この方法は、殊に大規模装置でまた連続操作が可能でなければならない。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、成分３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド、シアン化水素、アンモニアおよび二酸化炭素、またはそれから上記の成分を製造できる成分を、必要ならば水の存在下で５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインに転化し、これを引き続きメチオニンまたはその塩に転化することによるメチオニンまたはメチオニンの塩の製造方法において、成分の転化は少なくとも一種の下記の予備混合物を介して導入し、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドの少なくとも大部分（少なくとも５／１０）および成分シアン化水素、またはそれからこの成分を製造できる成分の相当する量の少なくとも１／１０、および成分アンモニア、二酸化炭素、またはそれからアンモニアまたは二酸化炭素を製造できる成分の５／１０以下を含む第一混合物を構成し、かつこの第一混合物を１種または数種の追加の成分と一緒に５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインへの反応変換のために一緒にし、その際これらの後者の成分を１種または数種の追加の混合物として予備混合してもよいことにより解決される。
【００３１】
上記の成分を製造できる成分には、例えばシアン化水素、アンモニアおよび二酸化炭素の塩、例えばシアン化ナトリウムまたはシアン化カリウム、炭酸アンモニウムまたは炭酸水素アンモニウム、ナトリウムまたはカリウムの炭酸塩または炭酸水素塩、および当然のことながらこれらの水溶液が含まれる。３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドに相当する成分は、アクロレインおよびメチルメリカプタンである。基本的にこの反応において、使用される場合もある金属塩をできるだけ少量を使用し、すなわち、使用される場合もある金属イオン成分に対してアルデヒド成分および／またはシアン化物成分は化学量論的な量より多量であると有利である。著しく有利には、この場合にできるだけ金属塩、例えばシアン化ナトリウムまたはシアン化カリウムを用いず、代わりに上記の化合物を導入する。しかし殊には連続プロセスにおいて、追加して他の金属塩、例えば触媒などが存在していてもよい。これらの添加量は、反応成分に関する上記の有利な金属イオンの制限は適用されない。
【００３２】
以後に、与えられた使用条件下で異なる使用形態となる上記の成分も、上記の成分と解釈する。すなわち、例えば水中のアンモニアおよび二酸化炭素を添加する場合に、これらの成分の一部を炭酸（水素）アンモニウムとして装入する。
【００３３】
この方法により、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインは無色であり、実際的に定量的な収率が得られ、従って不純物含有量が十分少ない製品が得られ、これからメチオニンならびにその塩が母液をリサイクルする連続プロセスにより得られ、これは着色およびフレーク化に関して極めて貯蔵安定性が優れている。
【００３４】
第一混合物は、シアン化水素成分の少なくとも５／１０、有利には９／１０および殊には少なくとも９９／１００、またはそれからシアン化水素を製造できる成分の相当する量を含むと有利である。上記の部分量（例えば５／１０）ならびに下記のものは、常にそれぞれの記載成分自身に適用するものである（方法の化学量論に基づくものではない）。すなわち、化学量論とは無関係に、成分の全使用量は１／１である。
【００３５】
殊には、アンモニアおよび二酸化炭素またはそれからアンモニアまたは二酸化炭素を製造できる成分を、それぞれこれらの使用量の５／１０以下、有利には多くとも１／１０、および殊には多くとも１／１００を混合物内に使用すると本方法に有利である。
【００３６】
場合により反応に加える水を第一混合物中で多くとも５／１０、有利には多くとも１／１０、殊には多くとも１／１００含んでいても有利である。
【００３７】
転化の開始時において、すべての成分においてその予定する使用量のすべてが存在し、すなわちどの成分も後から加えない場合も有利である。さらに、それぞれの成分をすべて２種の予備混合物中に集め、これを引き続き転化のために一緒に混合すると殊に有利である。
【００３８】
すべての転化において、それぞれの成分ならびに予備混合物を迅速にかつできるだけ緊密に互いに混合させると著しく有利である。
【００３９】
有機溶剤を使用する場合に、反応混合物は有機溶剤を含まないと有利であり、その際水１００重量％に対して、有利には２０重量部以下、殊には１０重量部以下である。
【００４０】
予備混合物および場合によりそれぞれの成分（１種または数種の予備混合物を一緒に反応させ、その際２種の予備混合物の場合には、場合によりすべてのそれぞれの成分がこの中に入っていてもよい）を、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインを含むすでに得られた反応混合物中に混入しても著しく有利である。その際すべての予備混合物および場合によりそれぞれの成分を引き続きまたは時間的（バッチ製造の場合）または流れに沿って（連続製造の場合）多くとも３０秒の遅れで反応混合物中に導入すると著しく有利である。
【００４１】
反応は、上記の方法の場合に、温度８０℃以上で行うと有利である。さらに、反応は有利には加圧下、著しく有利には発生する平衡圧力（反応圧力）よりも高い圧力、殊には少なくとも３バール、また著しく有利には１０バール以上で行う。
【００４２】
上記の方法は、別法を含め殊に連続法に好適である。
【００４３】
メチオニンまたはメチオニンの塩の製造方法において、殊にはそれ自身でも著しく有利である上記の操作方法の２種類を用い、これにより本発明は、成分３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド、シアン化水素、アンモニアおよび二酸化炭素、またはそれから上記の成分を製造できる成分を、必要ならば水の存在下で５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインに転化し、これをさらにメチオニンまたはその塩に転化することによるメチオニンまたはメチオニンの塩を連続的に製造する方法であって、上記の成分から構成され、かつすでに５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの理論的に形成可能な量の少なくとも１／１０の量を含む反応混合物中に成分を混入し、かつ転化を少なくとも３バールの圧力で行う、メチオニンまたはメチオニンの塩の連続製造のための方法に関する。
【００４４】
ここで、少なくとも７バールの圧力および殊には少なくとも１０バールの圧力で操作すると殊に有利である。さらに、成分を直ちに、または流れに沿って多くとも３０秒間の予備反応時間をもって反応混合物中に導入する、すなわち、それぞれの成分を多くとも３０秒間は反応性接触させ、次いで反応混合物中に導入すると著しく有利である。
【００４５】
さらに、この別法において、上記のそれぞれの有利な手段も実施できる。
【００４６】
これまでに記載した方法は、１方法として実施すると著しく有利であり、その際、以下にこれに相当して要約するこの方法の説明を再び記載する。その際に、記載するその他の仕様、例えば化学量論、温度などは、それぞれ単独にもまた有利に上記に一般的に記載した方法にも該当する。
【００４７】
本発明により、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド中のシアン化水素溶液およびアンモニアと二酸化炭素との水溶液を調製し、これらの溶液を迅速に緊密に混合、転化させて、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインが著しく有利に製造される。アンモニアおよび二酸化炭素は、ヒダントインのこの加水分解工程から返還してもよい。３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド中のシアン化水素溶液は、等モル量のシアン化水素と３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドとから成るか、または過剰量のシアン化水素を含むように調製すると有利である。一般に溶液中のシアン化水素の割合は、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド１モルに対して１．１モル以上にならないように選定すると有利であり、この溶液は３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド１モルに対して１．００５〜１．０５モルを含むと有利である。
【００４８】
アンモニアと二酸化炭素との水溶液は、飽和または希薄溶液であってもよい。アンモニアの含有量が約５重量％以下ではないと有利である。この溶液中に、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、カルバミン酸、カルバミン酸アンモニウム、シアン酸またはこれらの成分の混合物が存在してもよい。アンモニアの二酸化炭素に対するモル比は、二酸化炭素１モルに対して、アンモニア約１．２〜４．０モル、有利には１．６〜１．８モルであると有利である。３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド中のシアン化水素溶液は、アンモニアと二酸化炭素との水溶液と、混合物中に有利にはアンモニアの３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドに対するモル比が約１．２〜６：１、有利には２．０〜４．０：１、殊には２．５〜３．０：１となるように混合すると有利である。
【００４９】
転化は、周囲温度またはそれ以上、有利には６０℃以上、殊には約８０〜１４０℃で行う。有利には温度は８０〜１３０℃、殊には９０〜１２０℃に選定する。転化は任意の圧力で行えるが、加圧下で行うと有利である。有利には圧力２０バール以下、殊には反応混合物の平衡圧力より２〜３バール高い圧力である。反応時間は、反応条件、殊には温度および量比率に依存する。
【００５０】
有利な操作方法では、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド中のシアン化水素溶液およびアンモニアと二酸化炭素との水溶液をこれらの物質の反応混合物中、すなわち溶液の転化の前に生成し、その中で完全または部分的にヒダントインの転化が起きている混合物中に入れ、この混合物中で転化を行わせると著しく有利である。
【００５１】
連続操作法を選択すると著しく有利であり、その場合に反応混合物を循環系内に導き、その循環系中で２箇所の隣接した位置に絶えず３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド中のシアン化水素溶液およびアンモニアと二酸化炭素との水溶液を供給し、他の位置で循環系から相当する量の反応混合物を絶えず取り出す。循環系中に供給する溶液と循環系を流れる反応混合物の混合比は任意であってもよいが、溶液の１体積部に対して反応混合物の多数の体積部、必要ならば反応混合物が１０００以上、有利には５〜１００、殊には１０〜２５体積部となるように混合比を選定すると有利である。循環系中に供給する溶液は、循環系中に流れる反応混合物と迅速に緊密に混合すると決定的に有利である。これは必要ならば混合ノズル、スタティック・ミキサー、高い循環率またはすべての手段の組み合わせにより実現できる。循環系から取り出す反応混合物中で転化が時には完全には終了していないで、この部分をさらにある時間、後反応器中で反応を十分進めると有利である。溶液に対して反応混合物が５体積部より少ない場合には、出発原料の重合の危険がある。混合物は暗く着色し、析出物生成となり、そのために収率低下および／または技術的な障害となる。
【００５２】
本発明により、上記のようにして製造されるか、または別の方法により製造された５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインを、さらにメチオニンアルカリ金属塩および必要ならばさらにメチオニンに転化できる。従って、アルカリおよび二酸化炭素を含む水溶液の存在下における５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解、および必要ならば引き続くメチオニンへの転化により、その際加水分解を少なくとも開始時は５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの１当量当たりにアンモニアを少なくとも０．１当量、殊には７当量以下の存在下で行う、メチオニンまたはメチオニンアルカリ金属塩の製造方法も本発明に含まれる。同様に、アルカリおよび二酸化炭素を含む水溶液の存在下における５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解、および必要ならば加水分解を金属ジルコニウム、または少なくとも１０重量％のジルコニウムを含むジルコニウム合金を用いて行う引き続くメチオニンへの転化によるメチオニンのアルカリ金属塩の製造方法も本発明に含まれる。
【００５３】
両方の本発明による操作方法を結合すると殊に有利である。
【００５４】
加水分解を最初からアルカリおよび二酸化炭素の存在下、すなわち殊にはアリカリ金属化合物、殊にはアリカリ金属炭酸水素塩、アリカリ金属炭酸塩、アリカリ金属水酸化物の混合物を装入すると著しく有利であることが知られており、その際アルカリ金属は殊にはカリウムおよびナトリウムを意味する。その際アルカリおよび二酸化炭素の量は、少なくともヒダントインに対する化学量論的量が有利である。これはさらに過剰となってもよい。ヒダントインに対して約３：１の過剰のモル比が著しく有利である。基本的には、さらに大きい過剰がさらに有利であることから由来している。しかし実施のためには、約１．５：１〜２：１の比率が著しく有利である。その際本発明によるとさらに若干のアンモニアを加え、これは適当な場合には一部をアンモニウム化合物の形で装入する。その際、加水分解の開始時において、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン１モル当たりアンモニア（アンモニウム化合物も含む）最大７モルを装入すると著しく有利である。これにより加水分解は実際的に副製品がなく、かつ良好な収率で進行し、他方では全くまたはごくわずかなアルカリ金属炭酸塩が析出するだけである。その際加水分解の間に、アンモニアおよび／または二酸化炭素を、必要ならば水と一緒に反応系から取り出すと著しく有利である。これによりこれ以上アルカリ金属炭酸塩が析出せず、また反応を完全に進行させるように反応条件を殊に有利に制御できる。加水分解装置自身にジルコニウム内部装置（ジルコニウム製または相当するジルコニウム合金製）を有すると特に有利である。ジルコニウムは、加水分解に対して著しく有利と考えられる触媒作用を及ぼすことが確認された。その際有利な副作用として、この装置が強い耐久性があり、そのために寿命が長く、従ってジルコニウム装置の使用は、他の装置に対して装置的に不利にはならないことが明らかになっている。
【００５５】
加水分解工程は、温度１２０〜２５０℃、およびこれに相当して圧力５〜３０バールで行うと有利である。この範囲内で、良好な転化および少ない副産物が得られる。また５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインに対して少なくとも等モルのアルカリ成分を使用すると有利である。これにより、完全な加水分解の他にも、実際的に定量的にメチオニンの相当するメチオニンのアルカリ金属塩が得られる。加水分解の開始時にすでにメチオニンならびにその塩を含有していると有利であり、またこれは有利で自己触媒と考えられる作用を加水分解に対して有する。
【００５６】
この方法により、加水分解の進行の間、ならびにその後に、実際的にアンモニア全部および二酸化炭素全部を加水分解溶液から取り去り、加水分解生成物を実質的にアンモニアおよび二酸化炭素を含まないで取り出せるようにすると有利である。
【００５７】
またこの場合に、本方法を連続的に行うと極めて有利である。その際、以上に記載した本方法を一緒に組み合わせ、殊には総括した連続プロセスとし、二酸化炭素およびアンモニアをリサイクリングできると極めて著しく有利である。
【００５８】
以下にはヒダントインの加水分解に関する本発明を詳細に説明するが、ここでそれぞれの詳細な仕様は、それ自身のみに対してもまた上記の一般的方法に対しても該当する。以下に記載する方法では適当なカリウム化合物に関して記載するが、それはこれが最も有利な態様であるからである。
【００５９】
本発明によるとメチオニン酸カリウム溶液は、水酸化カリウム、炭酸カリウムおよび／または炭酸水素カリウムまたはこれらの混合物の存在下、また過剰量のアンモニア、二酸化炭素、炭酸、シアン酸またはこれらの混合物の水中の存在下で、温度１２０〜２５０℃および圧力５〜３０バールにおける５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解により得られる。ヒダントインの加水分解は、ヒダントインに対して一種またはそれ以上のカリウム化合物（例えばＫＯＨ、ＫＨＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、メチオニン酸カリウム）１〜１５当量の存在下で行うと有利である。加水分解の間およびその後に、生成またはまだ存在するアンモニアおよび／または二酸化炭素の全部または一部を反応系から分離すると殊に有利である。基本的にはどのような５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインも加えることができるが、上記のようにして得られたヒダントインを加えると有利である。
【００６０】
加水分解の開始時のアンモニアは、二酸化炭素に対するモル比１．１〜８．０が有利である。また、アンモニアのヒダントインに対するモル比０．２〜５も有利である。上記の方法において、アンモニアおよび二酸化炭素を直ちに上記の方法、すなわちヒダントイン製造から引き取り、ヒダントインをヒダントイン製造工程からまだ残っているアンモニアおよび二酸化炭素と一緒に直ちに加水分解中に導入できるようにすることも可能であり、その際さらに希望すれば異なるアンモニアおよび／または二酸化炭素濃度に調整もできる。
【００６１】
本発明による方法の場合に、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解は、温度１２０〜２５０℃、有利には１５０〜２００℃、殊には１６０〜１８０℃で起きる。反応の間の圧力は５〜３０バール、有利には５〜１０バール、殊には７〜９バールでなければならない。
【００６２】
この方法は、水蒸気で加熱され、内部装置を有し、内壁および内部装置はジルコニウムまたはジルコニウムを少なくとも１０重量％含むジルコニウム合金から構成されている塔内で行うと有利である。５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン溶液は、加水分解生成物、すなわちメチオニン酸カリウム溶液を、塔底において加水分解が定量的に進行するように適当に取り出せるような速度で、塔頂において連続的に加えると有利である。気体状成分である水蒸気、アンモニアおよび二酸化炭素は、有利には塔頂から取り出し、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの製造のためのアンモニア／二酸化炭素水溶液の再調製のために有利に使用できる。
【００６３】
本発明によると、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解のために、水酸化カリウム、炭酸カリウムおよび／または炭酸水素カリウムから成り、カリウムイオン含有量が加水分解溶液１ｌ中にカリウムを有利には１００〜２００ｇ、殊には１４０〜１６０ｇ含む水溶液を使用し、その際ジルコニウムから成る装置の壁および内部装置は、加水分解に対して有利な触媒作用を及ぼし、副製品の形成がなく、十分に進行させる。連続プロセスのこの位置に、母液をメチオニン固体分離の後に再び加えると有利である。その際母液は溶解度に相当して、さらにまだ残留メチオニンを含み、これも本方法に有利なことが分かっている。
【００６４】
加水分解塔内の反応溶液の平均滞留時間は、１０〜２０分であると有利である。カリウムイオン量の５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン＋メチオニンの和に対するモル比は、１０以下、有利には１．３〜５、殊には１．５〜２が有利である。反応溶液中のメチオニン酸カリウムで得られる収率は、この方法において代表的には９９．０〜１００％である。メチオニン酸カリウムの濃度は、ヒダントイン濃度の適当な選定により、または加水分解の後に得られる溶液の希釈または濃縮により調整できる。
【００６５】
アルカリ金属メチオニン酸塩から、有利には上記の方法により得られた水溶液からのメチオニンの遊離も本発明に属する。従って本発明は、二酸化炭素を用いる遊離による水溶液中のアルカリ金属メチオニン酸塩からのメチオニンの製造方法であって、その際アルカリ金属メチオニン酸塩を含む水溶液をメチオニンの遊離の前に消泡剤を加える方法にも関する。さらに本発明は、二酸化炭素を用いる遊離による水溶液中のアルカリ金属メチオニン酸塩からのメチオニンの製造方法であって、その際強力な内部混合を有する攪拌セル反応器または完全に近い内部混合を有する攪拌反応器を用いて遊離を行う方法にも関する。
【００６６】
これらの両方の方法は、一緒に組み合わせると有利である。消泡剤として、発泡を減らす作用を有するあらゆる化合物が適する。消泡剤は分散液の形で溶液中に加えると有利である。これにより溶液中に著しく良好な分散が得られ、また実質的に水溶液表面に集中することはない。これによりメチオニンの遊離に対する消泡剤の有利な作用、殊には薄い小平板またはフレークの形成の防止に有利である。大部分が直径１００〜２００μｍの固体球状の結晶として生成する。消泡剤は、メチオニンの合計量（メチオニン＋メチオニン酸、メチオニンに換算）に対して濃度１０００〜１００００ｐｐｍを加えると有利である。
【００６７】
二酸化炭素を用いる水溶液からのメチオニンの遊離の場合に、二酸化炭素をノズル装置を通じて底部で水溶液中に導入すると著しく有利である。この場合にも、これはメチオニンの遊離にも有利である。さらに遊離は、有利には圧力１〜３０バールにおいて、また有利には温度０〜１００℃で行うと有利である。
【００６８】
実質的にアンモニアを含まない溶液を用いると、極めて著しく有利である。
【００６９】
後者の方法を連続的に実施しても著しく有利である。この方法を上記の方法と一緒にアルカリ金属メチオニン酸塩の製造に組み合わせると有利であり、その際上記の方法全ての組み合わせも殊に有利に可能である。
【００７０】
以下には有利なＤ，Ｌ−メチオニン酸カリウムを用いるメチオニンの遊離のための方法を記載するが、ここで他のアルカリ金属、例えばナトリウムも可能である。ここに記載する別の有利なまたは一般的な操作条件は、上記の一般方法においても同様に該当する。
【００７１】
二酸化炭素の導入によるＤ，Ｌ−メチオニン酸カリウムからのＤ，Ｌ−メチオニンの遊離において、殊には５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解溶液中において、この溶液が実際的にアンモニアを含まない場合に著しく有利である。さらに溶液が溶解したＤ，Ｌ−メチオニンを含むと有利である。さらに、一定の量の炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムが存在していてもよい。この溶液は、希望する場合には、二酸化炭素供給の前に活性炭上で精製することもできる。二酸化炭素供給は、通常、温度０〜１００℃、有利には２０〜３５℃、かつ通常、圧力１〜３０バール、有利には２〜５バールで行う。二酸化炭素は、ｐＨ値が約７〜９、有利には７．５〜８．５に到達するまでおよび／またはＤ，Ｌ−メチオニンの析出が終了するまで反応混合物中に導入すると有利である。その際二酸化炭素を反応器の底に直接、または有利にはノズル装置を通じて細かく分割して導入すると著しく有利である。反応器は、攪拌セル反応器としてまたは完全に近い攪拌反応器として構成すると有利である。さらに殊に連続法の場合に、消泡剤を追加すると処理量を多くすることもできる。消泡剤は通常、反応溶液中に存在する全メチオニンに対して、少なくとも１０００および有利には１００００ｐｐｍ、殊には３０００〜５０００ｐｐｍの量を、殊には水性エマルションとして添加する。遊離したメチオニンは、有利には母液から分離すると、乾燥の後でダストが十分に少なく、良好な流れ特性および高いかさ密度で優れる。メチオニン粒子は、大部分が直径１００〜２００μｍを有する。この方法によると、分離されたＤ，Ｌ−メチオニンの収率は、通常９８〜１００％である。Ｄ，Ｌ−メチオニンの分離の後、殊にはろ過の後に得られる母液は、必要ならば濃縮および／またはＣＯ_２の分離の後にさらに５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解に有利に使用できる。
【００７２】
本発明は、図および実施例により以下に詳しく説明する。
【００７３】
以下には、簡単化のために副産物、例えば取り出しの際のＮＨ_３／ＣＯ_２の過剰は記載しない。
【００７４】
【実施例】
実施例１〜４
５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの製造のための実施例
実施例１〜４の共通工程を図１に示す。連続操作の場合に、シアン化水素を混合ノズル１を通じて３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドと一緒にして、後続のスタティック・ミキサー２により混合させる。混合反応器３中で、アンモニアおよび二酸化炭素の水溶液を製造し、その際これらの成分を後続の工程からリサイクリングしてもよい。両方の混合物を循環反応器２０中で反応混合物中に供給する。混合装置４中で、溶液と循環している反応混合物とを良く瞬間的に混合させる。循環混合物は、希望する温度に調整されている熱交換器５を通り、ポンプ６で送られる。反応混合物から連続的に相当する部分を循環系から取り出す。次いで反応の完結のために後反応器７にこれを送る。このようにして得られた製品混合物は次いで必要ならば直ちに次の反応工程に送ることができる。
【００７５】
例１
図１に記載の装置を用いた。最初に、９０℃に昇温した水を循環系に導いた。次いで循環系中に、１時間当たりに３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド１０モル中のシアン化水素１０．５モルの溶液およびアンモニア９．６重量％および二酸化炭素１５．２重量％を含む炭酸アンモニウム水溶液６．８ｌを供給した。循環系の循環量は、１時間当たり３００ｌであった。温度は９０℃に維持した。圧力は１４バールであった。循環系から絶えず供給量に相当する体積の反応混合物を取り出し、後反応に送った。平均滞留時間は、循環系中で１０分間、後反応で２時間であった。使用した３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドに対する５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインおよびメチオニンに鹸化できる化合物の収率は９９．８％であった。（数値は、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドを１００％として算出したものである）
例２
実施例１と同様に操作したが、ただし最初に水の代わりに室温で飽和したアンモニア９．６重量％および二酸化炭素１５．２重量％を含む炭酸アンモニウム溶液を循環系に導入した。収率は９９．７％であった。
【００７６】
例３
実施例１と同様に操作したが、ただし循環系内および後反応における温度を１１５℃に維持した。圧力は１６バールであった。循環系内の循環量は、１時間当たり１５０ｌであった。平均滞留時間は循環系中で６分間、後反応中では２０分間であった。到達した収率は９９．９％であった。
【００７７】
例４
実施例１と同様に操作したが、ただし１時間当たりに３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド１０．０モル中のシアン化水素１０．１モルの溶液およびアンモニア５．５重量％および二酸化炭素８．５重量％を含む炭酸アンモニウム水溶液６．８ｌを供給した。温度は循環系中および後反応において１１５℃に維持した。圧力は１６バールであった。循環系中の流速は１時間当たりに１５０ｌであった。循環系中の平均滞留時間は、６分間、後反応では４０分間であった。収率は９９．８％であった。
【００７８】
例５および６
メチオニン酸カリウム溶液製造の例
メチオニン酸カリウム溶液の製造のための一般的な工程は、図１に記載してある。
【００７９】
例５
ジルコニウム内部装置を持たない加圧装置を用いる比較例
ポンプ圧力を用いて水蒸気で駆動しているステンレス鋼製の連続操作の加圧塔８（図２参照）中に、１時間当たりに水溶液状の炭酸水素カリウム１００ｋｇの溶液および水４００ｌ中の５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン４１ｋｇを供給する。その際反応混合物を１８０℃に加熱し、約８バールにおいて平均滞留時間約１５分である。遊離したアンモニアおよび二酸化炭素を反応塔の塔頂において圧力保持弁を通じて取り出す。加圧反応器の底部において反応溶液を減圧し、熱交換器９を用いて冷却する。その際、１時間当たりに溶液中のメチオニン酸カリウム４１．９ｋｇが得られる（理論値の９４．５％）。
【００８０】
例６
ジルコニウム製内部装置を有する加圧反応器を利用する図２の装置を使用する。
【００８１】
ポンプを用いて、１時間当たりに、図１のヒダントイン製造からの反応溶液１６００ｌ中の５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントイン５５３ｋｇおよびジルコニウム内部装置を有する加圧加水分解塔８の頂部からリットル当たりカリウム含有量１４０ｇおよびリットル当たりに残留メチオニン含有量１２０ｇを有するメチオニン固体分離の後の母液還流からの水溶液中の炭酸カリウム／炭酸水素カリウムおよび水酸化カリウムから成る混合物３５５０ｌとを供給する。反応温度は１６５℃である。反応圧力は７バールである。遊離したアンモニアおよび二酸化炭素を塔の頂部において圧力保持弁を通じて取り出し、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインを合成し、あらためて送る。
【００８２】
加圧装置の底部液は、リットル当たりカリウム９６．５ｇおよびリットル当たりメチオニン１７５ｇを含む水性混合物を１時間当たり５１５０ｌ得る（全システムにおいて全体でメチオニン４７６ｋｇ／ｈの増加に相当）（収率：１００％）。反応溶液は、熱交換器９を通して冷却し、メチオニン遊離工程に送る。
【００８３】
実施例７
Ｄ，Ｌ−メチオニン酸カリウムからのＤ，Ｌ−メチオニンの遊離の実施例（図３）
容量３４０ｌの攪拌反応器１０の頂部に、１時間当たりにＤ，Ｌ−メチオニン酸カリウム８３．６ｋｇを含む水溶液（５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの加水分解溶液）６８６ｌおよび追加して循環メチオニンおよびカリウム化合物３９．７７ｋｇを連続的に供給する。同時に、反応器が圧力２〜３バールとなるように、反応器の底部に二酸化炭素を導入する。同様に、水性エマルションの形の消泡剤１時間当たり０．３８ｋｇを反応器内に供給する。この量は全メチオニンｋｇに対して消泡剤約３９４０ｐｐｍに相当する。反応温度は２５℃に保持する。反応器内に一定の水準を保つために、反応器の下部に供給量に相当する量の反応溶液を取り出す。取り出した懸濁液をろ過し、その際固体Ｄ，Ｌ−メチオニン１時間当たり６６．５ｋｇ（乾燥物質として計量）が得られ、Ｄ，Ｌ−メチオニン残留含有量３９．７７ｋｇの母液をヒダントイン加水分解段階の鹸化剤としてリサイクルできる。収率は定量的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインの連続的製造工程のフローチャートである。
【図２】５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインのアルカリ金属メチオニン酸塩への連続的加水分解工程のフローチャートである。
【図３】アルカリ金属Ｄ，Ｌ−メチオニン酸塩からＤ，Ｌ−メチオニンの連続的遊離および単離工程フローチャートである。
【符号の説明】
１混合ノズル、２スタティック・ミキサー、３混合反応器、４混合装置、５熱交換器、６ポンプ、７後反応器、８加圧加水分解塔、９熱交換器、１０撹拌反応器、２０循環反応器

Claims

成分３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド、シアン化水素、アンモニアおよび二酸化炭素を、５−（２−メチルメルカプトエチル）−ヒダントインに転化し、これを引き続きメチオニンまたはその塩に転化することによるメチオニンまたはメチオニンの塩の連続的な製造方法において、成分の転化は少なくとも一種の予備混合物を介して導入し、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドおよびシアン化水素からなる第一混合物を構成し、かつこの第一混合物を５−（２−メチルメルカプトエチル）ヒダントインへの転化のためにアンモニアと二酸化炭素との水溶液と一緒にすることを特徴とする、メチオニンまたはその塩の連続的な製造方法。
第一混合物において、溶液中のシアン化水素のモル割合は、３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド１モルに対して１．１モル以上でないことを特徴とする、請求項１記載の方法。
すべての成分をすべて２種の予備混合物で使用することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
前記の第一の予備混合物を、アンモニアと二酸化炭素との水溶液と混合し、転化させることを特徴とする、請求項３記載の方法。
予備混合物を、すでに得られた５−（２−メチルメルカプトエチル）ヒダントインを含む反応混合物中に導入することを特徴とする、請求項１記載の方法。
３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド中のシアン化水素溶液を、アンモニアと二酸化炭素との水溶液と、この混合物がアンモニアの３−メチルメルカプトプロピオンアルデヒドに対するモル比１．２〜６対１．０を含むように混合することを特徴とする、請求項１記載の方法。
アンモニアと二酸化炭素との水溶液を使用し、その際アンモニアの二酸化炭素に対するモル比は、二酸化炭素１モルに対して、アンモニア１．２〜４．０モルであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記ヒダントインへの転化は、８０〜１４０℃の温度において行うことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
前記ヒダントインへの転化は、２０バール以下の加圧下において行うことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。