(57)【要約】 【課題】  加工食品の食品添加剤や、医薬、農薬などの原料として広く使用されているグリシンを製造するための工業的に優れた改良方法を提供すること。【解決手段】  グリシノニトリルとアルカリ金属水酸化物とを水溶媒の存在下に反応させてグリシンアルカリ金属塩を製造する方法に於いて、反応器形式が、多段槽型流通反応器と液封方式管型流通反応器の組み合わせであって、かつ、一方の原料であるグリシノニトリルは、各槽型反応器に分割供給し、他方の原料であるアルカリ金属水酸化物は、その全てを第一段目の槽型流通反応器から供給する。【選択図】  無し。【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリシノニトリルとアルカリ金属水酸化物とを水溶媒の存在下に反応させてグリシンのアルカリ金属塩を製造する方法に於いて、反応器形式が、多段に接続した槽型流通反応器の後に液封方式管型流通反応器を接続したものであって、一方の原料であるグリシノニトリルは、各槽型流通反応器に分割供給し、他方の原料であるアルカリ金属水酸化物は、その全てを第一段目の槽型流通反応器から供給することを特徴とするグリシンのアルカリ金属塩の製造方法。
【請求項２】
前記グリシノニトリルと前記アルカリ金属水酸化物との供給モル比が、１：１〜１：１．２の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のグリシンのアルカリ金属塩の製造方法。
【請求項３】
前記槽型流通反応器及び前記液封方式管型流通反応器の反応温度がそれぞれ５０〜９５℃であり、該槽型流通反応器の操作圧力が常圧であり、かつ、前記液封方式管型流通反応器の操作圧力が、多段槽型流通反応器出口液の溶解アンモニアが液相を維持できる圧力であることを特徴とする請求項１又は２に記載のグリシンアルカリ金属塩の製造方法。
【請求項４】
反応器形式が、２段の槽型流通反応器と液封方式管型流通反応器との組み合わせであって、かつ、原料であるグリシノニトリルを、２段槽型反応器のそれぞれに２分割供給し、一方の原料であるアルカリ金属水酸化物は、第一槽目の槽型反応器のみに供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のグリシンアルカリ金属塩の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工食品の食品添加剤や、医薬、農薬などの原料として広く使用されているグリシンをグリシノニトリルのアルカリ金属水酸化物による加水分解により製造する方法についての工業的に優れた改良方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、水溶媒の存在下に、シアンヒドリンとアンモニアを反応させ、これを加水分解してα−アミノ酸を得る方法が開示されており、この反応はいわゆるシュトレッカー反応として公知である。
【０００３】
特許文献１には、ホルムアルデヒド、青酸及びアンモニアをそれぞれのモル比を制御しつつ、反応温度を１００〜１１０℃、ｐＨを７以上として反応させることにより、グリシノニトリルを製造する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、シアンヒドリンとアンモニアとの反応においてα−アミノニトリルの他、二級アミン、シッフ塩基類、遊離青酸を生じるため、この反応液をそのまま加水分解すると、これらの副生物に起因する不純物が副生し、選択率を低下させることが推察される。
【０００４】
特許文献２には、アルデヒドと青酸又はアルデヒドシアンヒドリンをアンモニアと反応させて得られるα−アミノニトリルを中性またはアルカリ性で亜硫酸塩または酸性亜硫酸塩により処理した後にアルカリ加水分解することによりα−アミノ酸のアルカリ塩を製造する方法が報告されている。
【０００５】
この方法は、原料グリシノニトリル水溶液の安定化を図るものであり、その実施例によれば、攪拌槽反応器を用い苛性ソーダ水溶液中へグリシノニトリルを滴下する反応の例のみであって、連続流通反応の例は記載されていない。又、発生するアンモニアを除去しつつ反応を実施することが記載されているが、かかる方法では工業的に実施する場合、アンモニアの回収が不連続バッチ式となってしまい、運転管理上不利である。又、当該実施例によれば、グリシンソーダ収率は９６％、或いは９９％との記載もあるが、加水分解反応での副生物に関する記載は無い。
【０００６】
特許文献３には、グリコロニトリルとアンモニアとをアンモニア／グリコロニトリルのモル比５以上２０以下で、反応液の流れがピストンフローになる様な管型流通反応器を用い、８０〜１５０℃の温度範囲下に反応させ、ついでグリコロニトリルと等モル以上のアルカリ金属水酸化物で加水分解することによってグリシンのアルカリ金属塩を製造する方法が報告されている。
【０００７】
この方法も、主として原料グリシノニトリルの製造方法に関するものであり、その実施例によれば、アミノ化反応において青酸の発生が大きく、加水分解後のグリシンソーダの収率は９１．８％に留まっている。この方法では加水分解反応は攪拌槽バッチ反応方式で行われており、反応時間や反応圧力の記載は無く、また、流通反応系で実施された例の記載はない。
【０００８】
上記の方法はいずれも、原料グリシノニトリルの製法、安定化に関するものであって、加水分解反応方法に関するものでは無く、工業的に実施するには好ましくないバッチ加水分解反応例のみである。
【０００９】
特許文献４には、グリシノニトリルとアルカリ金属水酸化物とを水溶媒の存在下に反応させてグリシンのアルカリ金属塩を製造する方法であって、加水分解反応を、アンモニア分圧が少なくとも０．２ＭＰａ以上に保持された攪拌槽流通型反応器で行い、得られた反応液の反応を液封方式管型流通反応器で完結させる方法が報告されている。
【００１０】
この方法では、加水分解流通反応方式により、選択率向上の効果が得られてはいるが、アンモニア共存下での反応では、反応完結度（即ち、中間体であるアミド化合物の残存）の点で問題がある。アミド化合物の残存は、極微量であったとしても経時的なアンモニアの発生等、製品の安定性に、又、グリシンのアルカリ金属塩の脱塩方法として一般的なイオン交換樹脂処理に影響を与えるといった問題となる。
【００１１】
【非特許文献１】Ｚ．ａｎａｌ，Ｃｈｅｍ．，１６９（３）１８４
【特許文献１】米国特許第３，１６７，５８２号
【特許文献２】特公昭５１−２４４８１号公報
【特許文献３】特公昭５６−８０２３号公報
【特許文献４】特開２００３−１９２６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記に列挙した方法では、上記のような問題点があり、工業的に実施する上では極めて不利であった。また、本発明者らの検討によれば、反応を工業的に有利な流通反応方式で実施しようとする場合、攪拌槽反応器を用いると滞留時間分布は大きく、原料のショートパスや反応液の過滞留は不可避である。このことが、併発するグリシノニトリルの変性反応を加速し、グリシン選択率の低下、反応液の着色の進行、或いは、反応完結度の低下を招き工業的実施を極めて不利にしていると言える。これらの課題の解決は、特許文献２、３に提案されている様な、原料グリシノニトリルの製法の制御のみでは不可能である。
本発明は、上記の課題を解決するため、簡便なる反応方法でグリシノニトリルのアルカリ金属水酸化物による加水分解反応を高選択率でかつ、効率的に完結せしめ、高収率かつ高選択率でグリシンアルカリ金属塩水溶液を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記の課題を解決する為に、鋭意検討を重ねた結果、グリシノニトリルとアルカリ金属水酸化物とを水溶媒の存在下に反応させてグリシンのアルカリ金属塩を製造する方法が次の構成を備えることにより、簡便なる反応方法で高選択率で、かつ、効率的に反応を完結せしめ、高収率、高選択率でグリシンアルカリ金属塩水溶液を得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は次に記載する通りのものである。
（１）グリシノニトリルとアルカリ金属水酸化物とを水溶媒の存在下に反応させてグリシンのアルカリ金属塩を製造する方法に於いて、反応器形式が、多段に接続した槽型流通反応器の後に液封方式管型流通反応器を接続したものであって、一方の原料であるグリシノニトリルは、各槽型流通反応器に分割供給し、他方の原料であるアルカリ金属水酸化物は、その全てを第一段目の槽型流通反応器から供給することを特徴とするグリシンのアルカリ金属塩の製造方法。
（２）前記グリシノニトリルと前記アルカリ金属水酸化物との供給モル比が、１：１〜１：１．２の範囲であることを特徴とする上記（１）のグリシンのアルカリ金属塩の製造方法。
（３）前記槽型流通反応器及び前記液封方式管型流通反応器の反応温度がそれぞれ５０〜９５℃であり、該槽型流通反応器の操作圧力が常圧であり、かつ、前記液封方式管型流通反応器の操作圧力が、多段槽型流通反応器出口液の溶解アンモニアが液相を維持できる圧力であることを特徴とする上記（１）、（２）のグリシンアルカリ金属塩の製造方法。
（４）反応器形式が、２段の槽型流通反応器と液封方式管型流通反応器との組み合わせであって、かつ、原料であるグリシノニトリルを、２段槽型反応器のそれぞれに２分割供給し、一方の原料であるアルカリ金属水酸化物は、第一槽目の槽型反応器のみに供給することを特徴とする上記（１）〜（３）のグリシンアルカリ金属塩の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡便なる反応方法でグリシノニトリルのアルカリ金属による加水分解反応を高選択率でかつ、効率的に反応を完結せしめ、高収率かつ高選択率でグリシンアルカリ金属塩水溶液を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明における反応原料であるアリカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどが用いられるが、好ましくは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムであり、より好ましくは、水酸化ナトリウムである。これらのアルカリ金属水酸化物は、予め、水溶液とされて反応器へ供給される。
【００１６】
本発明における原料供給モル比は、アルカリ金属水酸化物／グリシノニトリルモル比として、少なくとも等モル以上が必要である。過剰のアルカリ金属水酸化物の供給は、グリシンアルカリ金属塩からのグリシンの取得に際して、精製負荷の増大を招き不利であるので、好ましくは、１〜１．２５の範囲であり、より好ましくは、１．０５〜１．１５の範囲である。
【００１７】
本発明における反応原料であるグリシノニトリルは、通常、ホルムアルデヒドと青酸から得られるグリコロニトリルにアンモニアを反応させて得られるものである。このグリシノニトリルの製法に関しては多くの提案がなされており、それらを参考に合成したものが用いられるが、本発明においては、アミノ化反応後のグリシノニトリル反応液をそのまま、即ち、アンモニアを含んだまま反応原料に用いることができる。
【００１８】
グリシノニトリル反応液中には、多くの場合、未反応のグリコロニトリル、二級アミンであるイミノジアセトニトリルが不純物として含まれている。この反応液をそのまま加水分解に供する場合、反応液に含有されるイミノジアセトニトリルは加水分解されてイミノジ酢酸アルカリ金属塩に転換され、グリコロニトリルは、加水分解されてグリコール酸アルカリ金属塩に転換されるか、或いは、グリシノニトリルと反応しイミノジアセトニトリルを経由してイミノジ酢酸アルカリ金属塩に転換される。従って、本来、原料であるグリシノニトリル中の副生物が少ないことが有利であることは言うまでもない。
【００１９】
一方、本発明者らの検討によれば、加水分解反応を流通反応系で実施する場合に、反応方式、反応条件が適切でない場合には、選択率の低下と反応完結度の低下が起こることが明らかとなった。選択率低下の主たる原因は、イミノジ酢酸アルカリ金属塩の副生が大きくなること、即ち、加水分解反応条件下に、グリシノニトリル変性反応が併発し、イミノジアセトニトリルを経由し、イミノジ酢酸アルカリ金属塩が副生し、原料グリシノニトリル中に含まれるイミノジアセトニトリル含有量以上の副生率となってしまうことである。また、反応完結度の低下とは、グリシンアミド等の中間体アミド化合物を完全に転化できないことを示す。
【００２０】
以上の問題は、グリシンアルカリ金属塩の収率低下、グリシンアルカリ金属塩水溶液からグリシンを得る精製工程の負荷増大、製品の安定性に影響するものであり、工業的に実施する場合、不利である。
【００２１】
本発明における反応器形式は、以上の問題を解決せしめるものであり、グリシノニトリルの加水分解反応を、多段槽型流通反応器と液封方式管型流通反応器とを組み合わせた反応器形式によって行い、原料であるグリシノニトリルを各槽型反応器に分割供給し、一方の原料であるアルカリ金属水酸化物を第一槽目の槽型反応器からその全てを供給する。
【００２２】
本発明を図１に基づいて説明する。
反応の原料であるグリシノニトリル水溶液及びアルカリ金属水溶液はタンクＴ１及びタンクＴ２にそれぞれ収容されている。
一方の原料であるグリシノニトリル水溶液はタンクＴ１からポンプＰ１−１、Ｐ１−２によって多段に構成した槽型流通反応器１及び槽型流通反応器２のそれぞれに分割して供給される。他方の原料であるアルカリ金属水溶液はポンプＰ２によって反応器１に供給される。
【００２３】
反応器１で反応した反応液は、ポンプＰ３によって反応器２に供給される。
次いで、反応器２で反応した反応液は液封方式管型流通反応器３に供給され、反応を完結した反応液は製品タンクＴ３に貯留される。
反応器１、２の気相部出口はベントに導かれて微量窒素ガスと共にアンモニアトラップを介して大気に放出される。４はコンデンサである。
【００２４】
槽型流通反応器１、２としては、例えば、ジャケット付きステンレス製オートクレーブ反応器を用いることができる。また、液封方式管型流通反応器３は、一般に、栓流（プラグフロー）管型流通反応器と言われ、管内を流れる流体の流速分布は一様であり、原料液のショートパス、過滞留を抑制する反応器形式のものを用いる。
【００２５】
アルカリ金属水酸化物とグリシノニトリルの供給比は反応速度、選択率の面からは高い程好ましいが、過剰なアルカリ金属水酸化物の供給は、精製工程への負荷が余りにも大きく現実的ではない。本発明の様に多段槽型反応器にグリシノニトリルを分割供給することにより、反応開始時のアルカリ金属／グリシノニトリル供給比を高くすることで、現実的なアルカリ金属／グリシノニトリルモル比で実施される工業的に有利な連続反応方式に於いて、選択率を高めることが可能となった。
【００２６】
一方、本発明のグリシノニトリル分割供給方式では、グリシノニトリルを反応途中から、追添する方式であるので、反応完結が達成され難い欠点があるが、本発明の方法では、攪拌槽反応器でアンモニアを除去しつつ反応を行なうこと、又、後段反応器に液封方式管型流通反応器を用いることで解決している。
本発明においては、加水分解反応の後段反応器（フィニッシャー反応器）に液封方式管型流通反応器を用いることにより、反応を効率的に完結せしめることが達成され、反応完結度は極めて高く、中間体アミド化合物の残存率０％を達成することができる。
【００２７】
本発明における反応時間、即ち、平均滞留時間は反応温度との兼ね合いによって設定されるが、時間が短いと反応が完結し難く、時間が長いと過滞留による変性着色が懸念される。反応時間は、前段の多段槽型流通反応器で各槽３０〜９０分、液封方式管型流通反応器で３０〜９０分の範囲である。好ましくは、攪拌槽２段＋管型完結器の組み合わせで全工程での滞留時間が、９０〜２４０分、より好ましくは、１２０〜１８０分の範囲である。
【００２８】
本発明における反応温度は、上記、反応時間との兼ね合いによって設定されるが、低い場合には反応が完結し難く、高い場合には選択率低下、着色進行に至る為、通常、５０〜９５℃の範囲である。好ましくは、６０〜９０℃の範囲、より好ましくは、７５〜８５℃の範囲である。
【００２９】
本発明における前段攪拌槽流通反応器の操作圧力は、原料に含有されるアンモニア、及び、反応により発生するアンモニアを除去、回収する為に、常圧で実施されることが好ましい。後段管型流通反応器では、攪拌槽型反応器出口で溶解するアンモニアが液相を維持できるように圧力が選ばれる。
【００３０】
以下、実施例を挙げて本発明を説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものでは無く、その要旨を変えない限り、様々な変更、修飾などが可能である。
【実施例１】
【００３１】
ジャケット付きステンレス製オートクレーブ反応器に、和光純薬製２５％アンモニア水３０００ｇを仕込んで密閉し、攪拌下、温水を循環させ内温を４５℃にした。そこへ、東京化成工業株式会社製グリコール酸ニトリル水溶液（グリコロニトリル５６重量％）９００ｇを１時間で供給し、供給終了後、２Ｈｒ攪拌を続け、温水循環を水循環に切り替えて内液を２０℃まで冷却した。
一方、４８重量％の水酸化ナトリウム水溶液を調製し、窒素置換により液中溶存酸素を取り除いておいた。
【００３２】
図１に示す反応装置を用いて下記の要領にてグリシノニトリル加水分解連続流通反応を行った。
反応器１，２は、攪拌器を備えた内容積２００ミリリットルのジャケット式ステンレス製オートクレーブであり、ジャケットに温水を循環させ内温を８０℃に維持し、反応器１には、グリシノニトリル水溶液を６３．２５ｇ／Ｈｒにて、水酸化ナトリウム水溶液を２６．５ｇ／Ｈｒにて供給し、反応器２には、グリシノニトリル水溶液を６３．２５ｇ／Ｈｒにて供給した。
【００３３】
反応器１，２は、それぞれ付属の液面計の作動によりホールドアップ９０ミリリットルに保つ様に、ポンプ３、４が作動し、反応液を反応器１の出口から反応器２へ送液し、また、反応器２の出口から反応器３へ送液する。反応器１、２の気相部出口はベントへ導かれ、微量窒素ガスと伴にアンモニアトラップ（水）を介して大気開放した。
【００３４】
反応器３は内容積８８ミリリットルのジャケット式管型流通反応器であって、ジャケットには温水を循環させ内温を８０℃に保った。反応器３の出口には、背圧弁が設置され系内圧を０．４ＭＰａ／Ｇに設定した。背圧弁の出口製品グリシンソーダ水溶液は、製品タンクＴ３に導かれ、予め窒素雰囲気に保圧された製品タンクＴ３に貯えられた。
【００３５】
反応開始後６時間経過後より、反応器３出口液を希硫酸水溶液中にサンプリングし組成分析を行った。組成分析には、以下の液体クロマトグラフィー法を用いることにより、グリシン等のアミノ酸、イミノジ酢酸、蟻酸、グリコール酸等の有機酸、グリシンアミド等のアミド化合物、及び、アンモニア、ナトリウムカチオンを分析した。
【００３６】
（１）イオンペア法：イオンペア剤添加により中性イオン対を形成させて分離する。
（２）ＯＰＡ法：オルトフタルアルデヒドを蛍光誘導体として用い、ポストカラム蛍光検出にて測定する。
（３）イオンクロマト法
（４）イオン排除クロマト法：ポストカラムｐＨ緩衝化法
【００３７】
反応開始１２時間での反応成績は、以下の通りであった。
供給モル比：Ｎａ／グリシノニトリル＝１．１１
反応成績（二トリル基準選択率）
グリシン                    ９７．２２  ｍｏｌ％
サルコシン等アミノ酸類        ０．０１
イミノジ酢酸                  ２．４３  
グリコール酸                  ０．３４
グリシンアミド                ０．００  
その他アミド化合物            ０．００
【００３８】
本実施例から、本発明の方法によれば、グリシノニトリルの連続流通加水分解反応によりグリシンアルカリ金属塩を製造する際に、極めて高選択率でかつ、反応が完全に完結していることが判る。
［比較例１］
【００３９】
図２の反応装置（図１の反応装置から反応器２を取り除いたもの）を用い、下記の要領でグリシノニトリル加水分解連続流通反応を行った。
反応器１を内容積３００ミリリットル、ホールドアップ１８０ミリリットルとし、反応器１にグリシノニトリル水溶液１２６．５ｇ／Ｈｒ、水酸化ナトリウム水溶液２６．５ｇ／Ｈｒの供給速度で供給しながら反応を行った他は、実施例１と同様に反応を行った。
【００４０】
反応成績（ニトリル基準選択率）
グリシン                    ９４．４４  ｍｏｌ％
サルコシン等アミノ酸類        ０．０１
イミノジ酢酸                  ５．１１  
グリコール酸                  ０．４４
グリシンアミド                ０．００  
その他アミド化合物            ０．００
【００４１】
本比較例から、グリシノニトリルを分割供給しないで反応を行う場合には、本発明の反応器形式を用いたとしても、グリシンソーダの収率は９４％に留まってしまうことが判る。
［比較例２］
【００４２】
攪拌槽反応器内の操作圧力を０．３ＭＰａ／Ｇとして反応を行った他は、比較例１と同様に反応を行った。
【００４３】
反応成績（二トリル基準選択率）
グリシン                    ９７．１7  ｍｏｌ％
サルコシン等アミノ酸類        ０．０１
イミノジ酢酸                  ２．４４  
グリコール酸                  ０．３３
グリシンアミド                ０．０２  
その他アミド化合物            ０．０３
【００４４】
本比較例から、加水分解反応を加圧系で実施した場合には、選択率向上の効果は窺えるが、効率的に反応を完結せしめるに至らず、中間体アミド化合物の残存率が０．０５％であることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、加工食品の食品添加剤や、医薬、農薬などの原料として広く使用されているグリシンをグリシノニトリルのアルカリ金属水酸化物による加水分解により製造する方法についての工業的に優れた改良方法である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１において用いた反応装置図である。
【図２】比較例１、２において用いた反応装置図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、２  槽型流通反応器
３  液封方式管型流通反応器
４  コンデンサー
５  背圧弁
Ｔ１  タンク（グリシノニトリル水溶液貯留用）
Ｔ２  タンク（アルカリ金属水酸化物貯留用）
Ｔ３  タンク（製品貯留用）
Ｐ１−１ ポンプ
Ｐ１−２  ポンプ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  ポンプ
【図１】
2005145904.tif 000002
【図２】
2005145904.tif 000003