(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含むことを特徴とする２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の製造方法。
（Ａ）：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルおよび／または２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを硫酸存在下に加水分解反応させ、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を含む反応液を得る工程、
（Ｂ）：（Ａ）で得られた反応液と塩基性アルカリ金属化合物とを混合する工程、
（Ｃ）：（Ｂ）で得られた混合液を２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を含む油層と水層とに分離する工程。
【請求項２】
さらに、以下の（Ｄ）および（Ｅ）の工程を含む請求項１記載の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の製造方法。
（Ｄ）：（Ｃ）で得られた油層を濃縮する工程、
（Ｅ）：（Ｄ）で得られた濃縮液から不溶物を除去する工程。
【請求項３】
（Ｅ）において除去した不溶物の全量または一部を（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかの工程に加える請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
（Ｂ）における塩基性アルカリ金属化合物が、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウムである請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
（Ｂ）における塩基性アルカリ金属化合物の使用量が、（Ａ）で得られる反応液中に含まれる重硫酸アンモニウム１モルに対し、アルカリ金属として０．５〜１．２モルである請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は飼料添加物等として有用である２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を製造する方法に関する。詳しくは、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルおよび／または２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを硫酸存在下に加水分解反応させ２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸は、硫酸等の酸存在下に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルや２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを加水分解反応させることにより生成することが知られている。
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルまたは２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドの硫酸加水分解反応液から、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を取り出す方法としては、有機溶媒を用いて抽出する方法が一般的に知られている（特公平５−１７８７号公報等）。しかしながら、この方法では、有機溶媒の使用に伴う変動費の増加や容積効率の低下を招くと共に、有機溶媒を回収、精製するためや、製品、排水から有機溶媒を除去するための、設備、操作が必要となる。
一方、有機溶媒を用いない方法として、反応液をアンモニアで中和し、油水分離させる方法が提示されている（米国特許第４９１２２５７号公報）。しかしながら、この方法では、油水の分液性が悪い、水層中の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の残存量が多く取り出し効率が悪い、等の問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、操作性に優れ、効率的な２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルおよび／または２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを硫酸存在下に加水分解反応させ、得られる反応液を特定の方法で後処理することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含む２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の製造方法に係るものである。
（Ａ）：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルおよび／または２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを硫酸存在下に加水分解反応させ、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を含む反応液を得る工程、
（Ｂ）：（Ａ）で得られた反応液と塩基性アルカリ金属化合物とを混合する工程、
（Ｃ）：（Ｂ）で得られた混合液を２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を含む油層と水層とに分離する工程。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の製造方法においては、原料として、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド、またはこれらの混合物が用いられ、該原料を硫酸存在下に加水分解反応させて、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を含む反応液を得ることができる［工程（Ａ）］。該反応においては、硫酸アンモニウムや重硫酸アンモニウムが生成するため、これらアンモニウム塩も反応液に含まれる。硫酸アンモニウムと重硫酸アンモニウムの生成比は、硫酸の使用量や反応率等により異なる。
【０００６】
原料の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルは、例えば、アクロレインとメチルメルカプタンとを反応させて、３−メチルチオプロピオンアルデヒドを得、これとシアン化水素とを反応させることにより、合成することができる。また、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドは、例えば、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを水和反応させることにより、合成することができる。
【０００７】
原料として２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを用いる場合、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸への加水分解反応は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルから２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドへの水和反応と、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドから２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸への加水分解反応とからなる。両反応は、併せて単一の操作により、所謂一段階で行ってもよいが、それぞれ最適条件が異なることから、主に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルから２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドへの水和反応を行うための一段目反応と、主に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドから２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸への加水分解反応を行うための二段目反応とに分けて、二段階で行うのが好ましい。
【０００８】
一段目反応は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル、硫酸および水を、通常、４０〜７０℃、１〜３時間の範囲で、反応させて行うことができる。硫酸の使用量は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル１モルに対して、通常０．５〜１モル、好ましくは０．６〜０．８モルであり、水の使用量は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル１００重量部に対して、通常、２０〜７０重量部、好ましくは２５〜５０重量部である。２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル、硫酸および水を混合する際、水は、あらかじめ２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルや硫酸と混合された状態で、すなわち２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル水溶液や硫酸水溶液に含まれる状態で用いてもよい。この場合、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル水溶液の中に硫酸水溶液を添加してもよいし、硫酸水溶液の中に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル水溶液を添加してもよいし、両者を併注してもよいが、硫酸水溶液の中に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル水溶液を添加するのが好ましい。
【０００９】
二段目反応は、通常、一段目反応で得られた反応液と水とを混合し、９０〜１３０℃、２〜６時間の範囲で、反応させて行うことができる。該混合に用いる水の使用量は、一段目反応において用いた硫酸１００重量部に対して、通常１００〜２００重量部である。混合方法としては、一段目反応液に水を添加してもよいし、水に一段目反応液を添加してもよいし、両者を併注してもよい。
【００１０】
一方、原料として２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを用いる場合は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを硫酸および水と混合し、上記二段目反応と同等の条件で反応させればよい。硫酸の使用量は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド１モルに対して通常０．５〜１モル、好ましくは０．６〜０．８モルであり、水の使用量は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド１００重量部に対して通常４０〜１８０重量部、好ましくは５０〜１４０重量部である。
【００１１】
工程（Ａ）で得られた反応液を、塩基性アルカリ金属化合物と混合することにより、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を含む油層と水層とからなる混合液を得ることができる［工程（Ｂ）］。混合方法としては、反応液に塩基性アルカリ金属化合物を添加してもよいし、塩基性アルカリ金属化合物に反応液を添加してもよいし、両者を併注してもよいが、通常、反応液に塩基性アルカリ金属化合物を添加することにより行われる。
【００１２】
混合する際の温度は、通常１５〜８０℃、好ましくは３０〜７０℃であり、また、混合に要する時間は、通常０．１〜３時間、好ましくは０．１〜２時間である。混合の際、重硫酸アンモニウムと塩基性アルカリ金属化合物との中和反応による中和熱が発生し、また、塩基性アルカリ金属化合物として炭酸水素塩または炭酸塩を用いた場合には、炭酸ガスが発生することがあるので、必要に応じて、除熱やガス抜きを行う。
【００１３】
塩基性アルカリ金属化合物としては、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウム塩；水酸化カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム等のカリウム塩；水酸化リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム等のリチウム塩；等が挙げられ、必要に応じてその２種以上を用いてもよい。中でも、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウム塩が好ましい。塩基性アルカリ金属化合物は固体として用いてもよいし、水溶液として用いてもよい。
【００１４】
塩基性アルカリ金属化合物の使用量は、反応液に含まれる重硫酸アンモニウム１モルに対し、アルカリ金属として、油水の分液性や製品中の硫酸イオン低減の観点から、通常０．５モル以上、好ましくは０．６モル以上であり、また、製品の動粘度低減の観点から、通常１．２モル以下、好ましくは０．８モル以下である。
【００１５】
反応液中に含まれる重硫酸アンモニウムの量は、分析により求めてもよいが、硫酸の使用量が、反応に用いた２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルおよび２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドの和１モルに対して、０．５モルを越え１モル未満であり、かつ、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルおよび２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドが反応で完全に消費された場合は、下記式により算出することができる。
重硫酸アンモニウム（ｍｏｌ）＝２×硫酸（ｍｏｌ）−［２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル（ｍｏｌ）＋２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド（ｍｏｌ）］
【００１６】
塩基性アルカリ金属化合物の使用量は、混合液の水素イオン濃度（ｐＨ）によって管理することもできる。例えば、重硫酸アンモニウム１モルに対して０．６〜０．８モルの水酸化ナトリウムを用いた場合、混合液のｐＨは、２５℃において約１．４〜約１．９となり、６０℃において約１．９〜約２．２となる。
【００１７】
工程（Ｂ）で得られた混合液を静置、遠心分離等により油層と水層とに分離させることにより、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を含む油層を混合液から取り出すことができる［工程（Ｃ）］。水層中に含まれる無機塩量や温度により水層中に無機塩が析出していることがあるが、その場合、そのまま油水分離させてもよいし、加温して析出無機塩を溶解させた後に油水分離させてもよいし、濾過やデカンテーションにより析出無機塩を除去した後に油水分離させてもよい。油水分離の際の温度は、通常３０〜８０℃の範囲である。
【００１８】
工程（Ｃ）で得られた油層中には、工程（Ａ）〜（Ｃ）の条件により異なるが、通常、４０〜６０重量％の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸、２０〜３０重量％の水分および１０〜３０重量％の無機塩が含まれる。該油層から製品を得る操作としては、要求される製品の形態、品質により異なるが、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の高濃度化および無機塩の低減が要求される場合には、油層を濃縮して水分を除去した後［工程（Ｄ）］、得られた濃縮液から濃縮時に析出した無機塩等の不溶物の除去を行う［工程（Ｅ）］のが好ましい。
【００１９】
濃縮時の条件としては、温度は通常３０〜９０℃、好ましくは５０〜８０℃の範囲であり、圧力は通常１〜２０ｋＰａ、好ましくは２〜１５ｋＰａである。濃縮液中の液相部の水分が、通常５重量％以下、好ましくは２重量％以下、さらに好ましくは１重量％以下になる様にするのが、下記不溶物除去後に得られる製品中の硫酸イオン濃度低減、製品の動粘度低減の観点から好ましい。
【００２０】
得られた濃縮液（スラリー）からの不溶物の除去は、濾過やデカンテーションにより行うことができる。濾過する場合、濾過比抵抗低減の観点から加温するのが好ましい。濾過温度は通常５０〜８０℃の範囲である。また、デカンテーションする場合、静置や遠心分離により十分に不溶物を沈降させるのが好ましい。
【００２１】
上記濾過により得られた濾液やデカンテーションにより得られた上澄液に、必要に応じて成分濃度調整や他の処理を行うことにより、飼料添加物用等の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の製品を得ることができる。製品の品質は、上記各工程の条件により影響されるが、例えば、工程（Ｂ）における塩基性アルカリ金属化合物の使用量を反応液中の重硫酸アンモニウム１モルに対し、アルカリ金属として０．６〜０．８モルとし、かつ、工程（Ｄ）で得られる濃縮液中の液相部の水分を２重量％以下にすることにより、硫酸イオン濃度が１％以下で、かつ、動粘度が１００ｍｍ2／ｓ以下の製品を得ることができる。
【００２２】
上記濾過やデカンテーションにより除去した不溶物には、通常、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸が表面に付着していたり、内部に含まれているので、回収するために、上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかの工程に該不溶物の全部又は一部を添加してリサイクルするのが好ましい。この際、不溶物を水で洗浄して２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を溶出させ、得られる水溶液をリサイクルさせてもよい。
【００２３】
本製造方法で発生する水層や無機塩などの副産物（廃棄物）を処理する方法としては、例えば、存在する硫酸アンモニウム、重硫酸アンモニウムに対して過剰の水酸化ナトリウムを加え、発生するアンモニアをガスとしてストリッピングすれば、環境負荷の小さい硫酸ナトリウムとして処理することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１、比較例１、２
８５．６重量％硫酸水溶液４０．１ｇ（０．３５モル）の中に、攪拌下、７９．２重量％２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチルニトリル水溶液８２．７ｇ（０．５０モル）を５０℃にて３０分かけて滴下した後、５０℃にて２時間保持した。この中に水５７．２ｇを加え、１１０℃にて４時間攪拌した。反応液を分析した結果、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の収率は９５〜９６％であった。
得られた反応液にそれぞれ以下の操作をおこなった。
実施例１：粒状の水酸化ナトリウム８．０ｇ（０．２０モル）を加えて攪拌した後、油層と水層とに分離した。
比較例１：メチルイソブチルケトン２００ｇを加えて抽出し、油層と水層とに分離した。
比較例２：２５％アンモニア水溶液１３．６ｇ（０．２０モル）を加え、攪拌した後、油層と水層（スラリー層）とに分離した。
各操作で得られた水層を液体クロマトグラフィーにより分析し、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の水層中の残存量を求めた。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0003932757.tif 000002
【００２６】
実施例２
実施例１と同様の操作で反応を行い、得られた反応液（１８０ｇ）に表２に示す量の４８重量％水酸化ナトリウム水溶液を加え、十分に攪拌した。得られた混合液の２５℃におけるｐＨを表２に示す。該混合液を６０℃にて油層と水層とに分離した。該油層の液相部の水分（カールフィッシャー法で測定）が表２に示す値になるまでエバポレーターを用いて濃縮した。得られた濃縮液（スラリー）を７０℃にて濾過し、得られた濾液に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の含有量が８９．０重量％（電位差滴定で測定）になる様に水を添加したものを製品とした。
該製品の硫酸イオン濃度をイオンクロマトグラフィーで測定した結果および２５℃における動粘度をキャノンフェンスケ粘度計で測定した結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
0003932757.tif 000003
【００２８】
実施例３
以下の▲１▼〜▲６▼の操作を７回繰り返した。
▲１▼：８５．２重量％硫酸水溶液８０．５ｇ（０．７モル）の中に、攪拌下、７９．２重量％２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチルニトリル水溶液１６５．０ｇ（１．０モル）を５０℃にて３０分かけて滴下した後、５０℃にて２時間保持した。この中に、水１２０ｇを加え、１１０℃にて４時間攪拌した。
▲２▼：▲１▼で得られた反応液に▲５▼で得られた濾過残渣を加え（ただし、１回目は除く）、攪拌下、表３に示す量の４８重量％水酸化ナトリウム水溶液を加えた。
▲３▼：▲２▼で得られた混合液を７０℃にて油層と水層とに分離した。
▲４▼：▲３▼で得られた油層を液相部の水分が表３に示す値になるまでエバポレーターを用いて濃縮した。
▲５▼：▲４▼で得られた濃縮液（スラリー）を７０℃にてグラスフィルターを用いてろ過した。
▲６▼：▲５▼で得られた濾液に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の含有量が８９．０重量％（電位差滴定で測定）になる様に水を添加し、これを製品とした。
該製品の硫酸イオン濃度をイオンクロマトグラフィーで測定した結果、２５℃における動粘度をキャノンフェンスケ粘度計で測定した結果および収率を表３に示す。
【００２９】
【表３】
0003932757.tif 000004
【００３０】
実施例３において、１回目の収率が少ないのは、濾過残渣に収率２０％分以上の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸が含まれるためである。また、２回目以降の収率が安定していないのは、濾過残渣に含まれる２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の量が一定でないためである。２〜７回目の平均収率は９５％となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルおよび／または２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを硫酸加水分解して得られる反応液から、有機溶媒を用いることなく、操作性良く、効率的に２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を取り出すことができる。