專利名稱：苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法
技術領域：
本發明涉及一種苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的生產方法，特別是一種氯芐雙羰基化合成苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的方法。
苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽是一種有機酸鹽，它可作為酶法生產L-苯丙氨酸的主要原料。特別是近年來，由于新型甜味劑天苯二肽的生產在歐美、日等國家實現了規模產業化，使得L-苯丙氨酸的市場需求逐年急增，因而刺激了國內外對苯丙酮酸及其鹽合成工藝的研究工作。
近三十年來，若干合成苯丙酮酸及基鹽方法的文獻報道多達五十多種，但真正用于工業生產的只不過幾種，而且由于工藝路線或生產成本方面的問題都不令人滿意。近二十年來，以過渡金屬羰基化合物為催化劑的羰基合成的興起，則陸續出現了以氯芐與一氧化碳為原料，以八羰基二鈷為催化劑，在水醇混合溶液中，以氫氧化鈣為中和劑在2.0-5.0MPa壓力下羰基化合成苯丙酮酸鹽，并經后處理得到苯丙酮酸的專利報道。譬如，美國的US4447644、US4948920專利，歐洲的EP0195530專利，日本的昭62-158239、昭62-116541、昭60-61550專利等等。但是八羰基二鈷需要在10MPa以上的高壓條件下，在專用的耐壓反應器中合成，且它極不穩定，貯運、轉銷都有困難，故使這些專利都難以實現工業化生產。隨著人們對氯芐雙羰基反應機理的認識的深入，知道了起催化劑作用的是四羰基鈷而不是八羰基二鈷，因此法國人重溫了本世紀三、四十年代以來的文獻報道中有關四羰基鈷鹽合成方法的內容。譬如在堿性溶液中加入氰化鉀，半胱氨酸、酒石酸等助劑，氯化鈷或硝酸鈷和一氧化碳在常壓下反應制得四羰基鈷鹽；在一氧化碳氣氛下硝酸鈷與連二亞硫酸鈉的氨水溶液反應制成四羰基鈷汞鹽或銀鹽；在甲醇——水混溶液中，加入氫氧化鈣、氯化鈷、鐵/錳合金粉和含硫還原劑制得四羰基鈷鹽等。在此基礎上，法國人發明了在同一反應器中合成四羰基鈷鹽和苯丙酮酸堿金屬鹽的工藝方法，見法國專利Fr2629816-A1。該專利的優點是免去了高壓合成羰基化催化劑八羰基二鈷的工序，省去了貯運八羰基二鈷的麻煩，簡化了合成工藝，降低了生產成本，而苯丙酮酸和苯丙酮酸堿金屬鹽的純度和收率不受任何影響。但該專利仍存在下列不足，一是還原劑使用硫化鈉。硫化鈉易潮解，又需預先研碎，不但操作麻煩，而且反應過程中生成黑色硫化鈷，使產品提純困難。二是反應前，需在一氧化碳氣氛下連續流加醇/水石灰乳到反應釜中與還原劑氯化鈷接觸，這種加料方式易使加料閥口堵塞，操作麻煩，對加料設備要求高，還原劑效果不穩定，因此對后面的氯芐雙羰基化合成苯丙酮酸鈣鹽有直接影響。三是反應產物過濾分離采用帶式薄層分離器，該分離器設計復雜，造價高，難以應用于工業化生產。四是羰基化反應周期仍較長(長達5小時以上)，如此長的周期，產品中的累積雜質增加，質量和收率必受影響。五是用氫氧化鈉水溶液中和萃取醚液生成苯丙酮酸鈉。雖然鈉鹽較苯丙酮酸相對穩定些，但水溶性較差，則到酶轉氨生產L-苯丙氨酸工藝中配制培養液時較困難，在酶轉氨溫度37-40℃條件下仍易氧化。六是廢水中氯化鈷放棄排污，其損失鈷價值并不算少，不僅提高了生產成本，而且污染環境。此外，到目前為止，用氯芐羰基化合成苯丙酮酸銨鹽的方法還未見報道。
本發明的目的就是為了解決上述問題，提出一種工藝更簡，工藝條件要求低，容易操作且生產成本更低并無污染，能夠工業化生產的苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法。
本發明的技術解決方案一種苯丙酮酸堿金屬鹽的合成方法，其特征在于
A、將熟石灰、水、異丙醇和除硫化鈉以外的含硫還原劑通過固體加料口敞口一次倒入反應釜中混合，然后換氣，加入氯化鈷，并在一氧化碳原料氣氣氛下連續加入氯芐，就先后得到四羰基鈷鹽和含有過量氫氧化鈣的苯丙酮酸鈣鹽及苯乙酸鈣等雜質；B、將反應釜中氧化處理后的產物在0.1-0.8MPa的釜內外壓差條件下排出反應釜并立即過濾分離，就得到薄而散的苯丙酮酸鈣鹽濾餅；C、將上述濾餅經洗滌后通以低于50℃的氮氣進行干燥，以去除濾餅中殘存的醇；D、將干燥后的濾餅加入酸醚(或酸酯)混合液中酸化，產生的苯丙酮酸進入有機相萃取分離，氯化鈣、氯化鈷和其它無機雜質留在水相；E、含有苯丙酮酸的萃取液在氮氣保護下加入堿金屬氫氧化物水溶液并攪拌均勻就得到苯丙酮酸堿金屬鹽。
一種苯丙酮酸銨鹽的合成方法，其特征在于它的第A——第E步工序與堿金屬鹽的完全相同，只是將含有苯丙酮酸的萃取液在氮氣保護下加入氨水即制得苯丙酮酸銨鹽。
本發明制備羰基鈷催化劑時不使用硫化鈉，免去產生硫化鈷沉淀的可能，加料時將熟石灰、醇、水等原料和還原劑一次性倒入反應釜中，使操作十分簡單容易，還能避免流加石灰乳堵塞閥門，還原劑部分失效等問題，同時一氧化碳直接采用工業尾氣，降低了原料氣成本，并強制原料氣強烈循環，使氣、液、固三相物料充分混合，故使反應周期縮短，反應溫度降低，原料氣壓力也降低，這樣可有效降低動力消耗和生產運行成本，而產品雜質積累減少，產品質量和收率高，能工業化生產。本發明方法的溶劑和鈷在反應體系中循環使用，回收率高達85％以上，且整個生產過程沒有“三廢”污染。本發明方法還提供了從苯丙酮酸萃取液轉化為銨鹽溶液，直接用于制取L-苯丙氨酸的聯產工藝路線，其效果省去了結晶、精制工序，大大節省設備投資和生產運行成本，產品質量不受影響。本發明方法除能利用工業尾氣外，還利用了化肥廠自產的過氧化氫和氨水，可使得生產成本明顯下降，顯示了極大的競爭力，經中試試驗，產品質量各項技術指標與美國Sigma公司的同類產品相當，成功地為固定化細胞酶轉化生產L-苯丙氨酸工藝路線推向工業化生產提供了可靠的基礎。
實施例本發明方法的主設備采用100立升不銹鋼反應釜，通過其固體加料口將8公斤熟石灰、7.5公斤水、30公斤異丙醇、6.3克亞硫酸鈉和6.9克五水合硫代硫酸鈉還原劑一次倒入到反應釜中混合并擰緊釜蓋，用0.5MPa壓力的氮氣將反應釜內氣氛置換三次，趕盡釜內氧氣，再用一氧化碳原料氣以0.5MPa壓力置換三次。溫度升至65℃，一氧化碳原料氣壓力升至1.8MPa。反應所用的含硫還原劑為硫的化合價等于或低于+4價的可溶于水或醇的化合物。反應所用的一氧化碳原料氣可用工業尾氣，最好為合成氨精煉再生氣，該再生氣一氧化碳濃度不低于75％，含氧量不高于0.1％。換氣后，再將69克六水合氯化鈷溶于200毫升醇水中，加入反應釜，讓其反應1小時。氯化鈷與含硫還原劑的用量摩爾比一般在1∶0.05-0.8之間，估算氯化鈷轉化為四羰基鈷鈣的轉化率約75-80％。接著加入7.7公斤的氯芐，3小時加完料，溫度維持在65℃，氣壓維持在1.8MPa繼續反應1小時。氯芐與氯化鈷的用量摩爾比一般為1∶4×10-3-9×10-3。反應釜內可采用類似礦山機械混料方式，強制釜內一氧化碳原料氣強烈循環，使釜內氣、固、液三相反應物料霧化充分混合，使得反應同期縮短，反應溫度降低，反應壓力可低于2.0MPa，一般反應溫度控制在40-70℃。這樣4小時內反應釜能完成氯芐羰基化反應工序，先后得到四羰基鈷鹽和含有過量氫氧化鈣的苯丙酮酸鈣鹽及苯乙酸鈣等雜質。羰基化反應結束后，可根據生產廠家現有生產產品情況，加入相對于鈷鹽0.5-8摩爾的雙氧水(或次氯酸鈉)，以氧化羰基鈷催化劑，防止后部工序中鈷鹽隨苯丙酮酸進入有機相，加入時先將反應釜放氣，使表壓力降至零，再通入氮氣，壓力升至0.1MPa，加入10％雙氧水850毫升，攪拌10分鐘，把釜內氮氣壓升至0.8MPa，趁熱利用釜內外壓差將反應物料排放出反應釜隨即過濾分離，其濾餅薄而散，省洗滌溶劑，易洗滌干凈。洗滌時用體積比為1∶1的異丙醇和水的混合液淋洗濾餅，然后用45℃的熱氮氣干燥濾餅，得到約13.8公斤的干粉。用化學滴定法分析測算結果，其中苯丙酮酸鈣含量約60.1％，以氯芐投料量計算，苯丙酮酸鈣得率為74.4％。本發明的羰基化反應產物的洗滌溶劑和反應溶劑都是異丙醇，因此便于蒸餾回收，蒸餾共沸物可直接返回羰基化反應器使用，回收率達90％以上。再在300立升帶夾套的搪瓷釜中加入甲基叔丁醚、38％的濃鹽酸和水的混合液，三者體積比為80∶50∶50，在攪拌情況下緩緩加入上述得到的含鈣鹽的干粉進行酸化萃取，夾套冷卻水保證釜內溫度在20℃以下，酸化時間維持1小時。從釜底放出含有氯化鈷、氯化鈣的水相，留下有機相，有機相內含苯丙酮酸。有機相加水洗滌。如果制備苯丙酮酸堿金屬鹽，以鈉鹽為例，則向釜中留下的醚液中慢慢流加8mol/L的氫氧化鈉，保證水相PH值在7.5左右，20分鐘加完料，靜置3小時，過濾分離，得到本發明所要的苯丙酮酸鈉鹽。如果制備苯丙酮酸銨鹽溶液，則向醚液中流加入飽和濃度的氨水，仍控制水相PH值在7.5左右，即得到本發明所要的苯丙酮酸銨鹽溶液。該溶液可直接用于酶法生產L-苯丙氨酸的生產中。上述苯丙酮酸鈣鹽轉化為苯丙酮酸鈉鹽或銨鹽溶液收率達90％以上。
本發明方法中，從羰基化反應后的過濾分離、酸化萃取、鹽化各工序均是在密封的除氧空氣系統中進行，且處理溫度均不高于50℃，從而減少溶劑損失，降低生產成本。
本發明中羰基化反應所用的鈷鹽用量雖不大，但鈷鹽價格非常昂貴，如果不回收再用，經濟損失仍不能忽視，大約每噸苯丙酮酸堿金屬鹽或銨鹽要消耗的鈷鹽約4000元。同時排放廢水中含有鈷鹽，對環境的污染也不能忽視。本發明采用了一種常用的含鈷廢水處理方法，即含鈷廢水經沉淀、水洗、氧化、分離、酸化、精制、濃縮結晶即較容易地將氯化鈷回收再用，回收率高達90％。回收鈷鹽后的含酸廢水再經石灰中和得氯化鈣副產品，最后廢水經活性炭吸附處理后排放，就解決了“三廢”污染問題。
權利要求
1.一種苯丙酮酸堿金屬鹽的合成方法，其特征在于A、將熟石灰、水、異丙醇和除硫化鈉以外的含硫還原劑通過固體加料口敞口一次倒入反應釜中混合，然后換氣，加入氯化鈷，并在一氧化碳原料氣氣氛下連續加入氯芐，就先后得到四羰基鈷鹽和含有過量氫氧化鈣的苯丙酮酸鈣鹽及苯乙酸鈣等雜質；B、將反應釜中氧化處理后的產物在0.1-0.8MPa的釜內外壓差條件下排出反應釜并立即過濾分離，就得到薄而散的苯丙酮酸鈣鹽濾餅；C、將上述濾餅經洗滌后通以低于50℃的氮氣進行干燥，以去除濾餅中殘存的醇；D、將干燥后的濾餅加入酸醚(或酸酯)混合液中酸化，產生的苯丙酮酸進入有機相萃取分離，氯化鈣、氯化鈷和其它無機雜質留在水相；E、含有苯丙酮酸的萃取液在氮氣保護下加入堿金屬氫氧化物水溶液并攪拌均勻就得到苯丙酮酸堿金屬鹽。
2.一種苯丙酮酸銨鹽的合成方法，其特征在于它的第A——第E步工序與堿金屬鹽的完全相同，只是將含有苯丙酮酸的萃取液在氮氣保護下加入氨水即制得苯丙酮酸銨鹽。
3.按權利要求1、2所述的苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法，其特征在于在A工序中應強制一氧化碳氣流在反應釜內強烈循環流動，使反應釜內的三相物料霧化充分混合，使得反應壓力可低于2.0MPa，反應釜內的反應溫度控制在40-70℃范圍。
4.按權利要求1、2所述的苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法，其特征在于在A工序中所用的一氧化碳原料氣可為工業尾氣，最好為合成氨精煉再生氣，該再生氣中一氧化碳濃度不低于75％，含氧量不高于0.1％，以降低生產成本。
5.按權利要求1、2所述的苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法，其特征在于在A工序中，在反應物出釜前應加入相對于鈷鹽0.5-8摩爾的雙氧水(或次氯酸鈉)，將四羰基鈷鹽氧化成氫氧化鈷，以防止后部工序中鈷鹽隨苯丙酮酸進入有機相。
6.按權利要求1、2所述的苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法，其特征在于從C-D工序均在密封除氧空氣系統中進行，且處理溫度均不高于50℃。
7.按權利要求1、2所述的苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法，其特征在于所述的除硫化鈉以外的含硫還原劑為硫的化合價等于或低于+4價的可溶于水或醇的化合物。
8.按權利要求1、2所述的苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的合成方法，其特征在于在D工序中含酸廢水中的氯化鈷可回收再用。
全文摘要
本發明涉及一種氯芐雙羰基化合成苯丙酮酸堿金屬鹽及銨鹽的方法，它先將熟石灰、水、異丙醇和含硫還原劑一次倒入反應釜中，然后換氣，加入氯化鈷，并在一氯化碳氣氛下連續加入氯芐，得到四羰基鈷鹽和苯丙酮酸鈣鹽，它們在0.1-0.8MPa壓差條件下排出釜外并立即過濾分離，再經干燥、酸化處理得到苯丙酮酸萃取液，在該萃取液中加入堿金屬氫氧化物水溶液或氨水就得到本發明的苯丙酮酸堿金屬鹽或銨鹽。
文檔編號C07C59/84GK1138022SQ9611685
公開日1996年12月18日 申請日期1996年3月8日 優先權日1996年3月8日
發明者范偉平, 歐陽平凱 申請人:南京化工大學