FR2890964A1 - Hydrolyse ammoniacale d'une cyanhydrine d'acide a-amine, en continu et sans isoler de produits intermediaires - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de préparation d'un acide a-aminé (ou alpha-aminoacide) en continu, d'un acide alpha-aminé de formule générale (I) par hydrolyse ammoniacale et à partir de la cyanhydrine d'acide alpha-aminé correspondante de formule générale (II) dans laquelle R et R', identiques ou différents, forment éventuellement un cycle, représentent chacun :-H;- un groupe alkyle, haloalkyle ou hétéroaryle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée ;- un groupe alcènyle ou alcynyle contenant entre 2 à 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée ;- un ou plusieurs groupes cycloalkyle, cycloacènyle, ou cycloalcynyle contenant entre 3 à 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée ;- un ou plusieurs groupes aryle ou hétéroaryle contenant entre 3 à 10 atomes de carbone par cycle et éventuellement substitué par R ;- un groupe alkaryle ou aralkyle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, les termes aryle et alkyle ayant les définitions ci-dessus ;- un groupe alkoxyalkyle, alkylthioalkyle, alkylsulfonylalkyle, alkylaminoalkyle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée ;- un ou plusieurs groupes hétérocyclique contenant entre 5 et 10 atomes de carbone par cycle ;ou- une combinaison de un ou plusieurs groupes ci-dessus,lesdits groupes étant éventuellement substitués par R, par un plusieurs groupes nitro, cyano, hydroxy, carboxy, carbonyl ou amino, par un ou plusieurs halogènes ou par une ou plusieurs fonctions nitrile, cyanhydrine, aldéhyde, et, dans le cas où R et R' forment ensemble un cycle, ce cycle est tel que ci-dessus défini.
Description
R R'-TCOOH (I) H2N
R
R'--T-CN
HO
Le domaine de la présente invention est celui de la préparation d'un acide a-aminé (ou a-aminoacide), à partir de la cyanhydrine d'acide a- aminé correspondante, par hydrolyse ammoniacale.
La réaction d'hydrolyse ammoniacale concernée par la présente invention est la suivante: R H20, NH4OH - R' j COOH H2N R et R' ayant les significations définies ci-après.
Les procédés de préparation des acides a-aminés impliquent en général diverses étapes réactionnelles. Par exemple, le procédé de préparation de la méthionine passe depuis de nombreuses années par le 2-hydroxy-4(méthylthio)butyronitrile (ou HMTBN), puis par l'hydantoïne de la méthionine, qui doivent tous deux être isolés.
Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de préparation d'un acide a-aminé à partir de la cyanhydrine d'acide a-aminé correspondante, sans isoler de produits intermédiaires tels que, par exemple, définis précédemment.
En outre, la préparation d'acide a-aminé implique, par exemple, bien souvent une hydrolyse par NaOH, ce qui présente l'inconvénient de générer du sel de sodium (Na2SO4 et/ou NaCl) en quantité importante. C'est notamment le cas lors de la saponification de l'hydantoïne de la méthionine, qui conduit à la méthionine.
Un autre objet de la présente invention consiste à obtenir de l'acide aaminé à partir de sa cyanhydrine correspondante, sans coproduction de sel.
La présente invention permet de passer directement de la cyanhydrine d'un acide a-aminé donné audit acide a-aminé par hydrolyse ammoniacale, sans isoler ou séparer de produits intermédiaires, ce qui n'a jamais été décrit jusqu'à ce jour. L'invention présente une valeur industrielle
R
CN HO
considérable. En effet, elle procure de nombreux avantages techniques, et notamment elle diminue considérablement l'appareillage industriel à mettre en oeuvre et les interventions à réaliser au cours du procédé de préparation des acides a-aminés.
La présente invention propose un procédé de préparation, en continu, d'un acide a-aminé de formule générale (I)
R H2N
COOH (I) dans laquelle R et R', identiques ou différents, forment éventuellement un cycle, représentent chacun: -H; - un groupe alkyle, haloalkyle ou hétéroaryle contenant entre 1 et 30 atomes de 15 carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un groupe alcènyle ou alcynyle contenant entre 2 à 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un ou plusieurs groupes cycloalkyle, cycloacènyle, ou cycloalcynyle contenant entre 3 à 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un ou plusieurs groupes aryle ou hétéroaryle contenant entre 3 à 10 atomes de carbone par cycle et éventuellement substitué par R; - un groupe alkaryle ou aralkyle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, les termes aryle et alkyle ayant les définitions ci-dessus; - un groupe alkoxyalkyle, alkylthioalkyle, alkylsulfonylalkyle, alkylaminoalkyle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un ou plusieurs groupes hétérocyclique contenant entre 5 et 10 atomes de carbone par cycle; ou - une combinaison de un ou plusieurs groupes ci- dessus, lesdits groupes étant éventuellement substitués par R, par un plusieurs groupes nitro, cyano, hydroxy, carboxy, carbonyl ou amino, par un ou plusieurs halogènes ou par une ou plusieurs fonctions nitrile, cyanhydrine, aldéhyde, et, dans le cas où R et R' forment ensemble un cycle, ce cycle est tel que ci-dessus défini, à partir de la cyanhydrine correspondante de formule générale (II)
R
R'-TCN (II)
HO
dans laquelle R et R' sont tels que définis ci-dessus, procédé selon lequel on procède à une hydrolyse ammoniacale (1) de (II), caractérisé en ce que (a) on procède à l'hydrolyse (1), en phase aqueuse, en continu et sans isoler de produits intermédiaires, à une température n'excédant pas 250 C, en partant d'une proportion molaire NH3/(II) comprise entre 5 et 50, et d'une proportion molaire CO2/(II) comprise entre 1 et 10, pour obtenir un mélange de sortie (5) comprenant à titre principal l'acide aminé (I), du dioxyde de carbone et de l'ammoniac dissous, et des produits dérivés de (II) ; (b) on recycle les produits dérivés de (II), le dioxyde de carbone et l'ammoniac vers l'hydrolyse (a).
Par "en continu", on entend que le procédé est effectué avec une 20 alimentation continue en produits de départ. Ceci implique en outre un soutirage continu des produits formés.
Selon l'invention, le terme "alkyle" désigne un radical hydrocarboné linéaire ou ramifié de 1 à 30 atomes de carbone, tel que, à titre indicatif, méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, tert-butyle, isobutyle, pentyle, hexyle, heptyle, octyle, nonyle, décyle, undécyle, dodécyle, tridécyle, tétradécyle, pentadécyle, hexadécyle, heptadécyle, octadécyle, nonadécyle ou icosyle. Le groupe alkyle ci-dessus défini peut comporter un ou plusieurs atomes d'halogène (fluor, chlore, brome ou iode) . Dans ce cas, on parle de groupe "haloalkyle". Le groupe alkyle peut en outre comprendre des hétéroatomes choisis parmi P, O, N, S et Se. On parle dans ce cas de groupe "hétéroalkyle".
Par "alcényle", on entend une chaîne hydrocarbonée linéaire ou ramifiée de 2 à 30 atomes de carbone comprenant une ou plusieurs doubles liaisons. Des exemples de groupes alcényle sont les groupes alcényle portant une seule double liaison tels que -CH-CH=CH-CH2, vinyle ou allyle.
Par "alcynyle", on entend une chaîne hydrocarbonée linéaire ou ramifiée de 2 à 30 atomes de carbone comprenant une ou plusieurs triples liaisons. Des exemples de groupes alcynyle sont les groupes alcynyle portant une seule triple liaison tel que CH2-CE CH.
Le terme "cycloalkyle" désigne des groupements hydrocarbonés saturés qui peuvent être mono- ou polycycliques et comprennent de 3 à 10 atomes de carbone. Il s'agit, par exemple, de groupements cycloalkyle monocycliques tels que cyclopropyle, cyclobutyle, cyclopentyle, cyclohexyle, cycloheptyle, cyclooctyle, cyclononyle, cyclodécyle, cycloundécyle et cyclododécyle.
Par "cycloalcényle", on entend selon l'invention un groupe dérivé d'un groupe cycloalkyle tel que défini ci-dessus, présentant une ou plusieurs 15 doubles liaisons, par exemple deux doubles liaisons.
Par "cycloalcynyle" entend selon l'invention un groupe dérivé d'un groupe cycloalkyle tel que défini ci-dessus, présentant une ou plusieurs triples liaisons, par exemple une triple liaison.
Le terme "aryle" représente un groupement hydrocarboné mono-20 ou polycyclique aromatique comprenant 3 à 10 atomes de carbone par cycle, tel que phényle ou naphtyle.
Le terme "hétéroaryle" désigne des groupes aromatiques monocycliques ou polycycliques comprenant entre 3 et 10 atomes de carbone par cycle et comprenant 1, 2 ou 3 hétéroatomes endocycliques par cycle choisis parmi P, O, N, S et Se. Des exemples en sont les groupes furyle, thiényle, pyrrolyle, oxazolyle, isoxazolyle, thiazolyle, isothiazolyle, imidazolyle, pyrazolyle, oxadiazolyle, triazolyle, thiadiazolyle, pyridyle, pyridazinyle, pyrazinyle et triazinyle.
Par "alkaryle", on entend un groupe alkyle tel que défini ci-dessus, 30 substitué par un groupe aryle.
Par "aralkyle", on entend un groupe alkyle tel que défini ci-dessus, substitué par un groupe aryle.
Par "alkoxyalkyle", on entend un groupe 0-alkyle ayant de 1 à 30 atomes de carbone, notamment méthoxy, éthoxy, propoxy et butoxy. Les groupes "alkylthioalkyle", "alkylsulfonylalkyle" et "alkylaminoalkyle" comportent en outre respectivement un ou plusieurs atomes de soufre, un ou plusieurs groupes sulfonyl et un ou plusieurs fonctions amine.
Le terme "groupe hétérocyclique" désigne des cycles carbonés saturés ou insaturés, monocycliques ou polycycliques, présentant 1, 2 ou 3 hétéroatomes endocycliques choisis parmi P, O, N, S et Se. Ce sont généralement des dérivés des groupes hétéroaryles décrits ci-dessus. Des exemples d'hétérocycles insaturés sont dihydrofuryle, dihydrothiényle, dihydropyrrolyle, pyrrolinyle, oxazolinyle, thiazolinyle, imidazolinyle, pyrazolinyle, isoxazolinyle, isothiazolinyle, oxadiazolinyle, pyranyle et les dérivés mono- insaturés de la pipéridine, du dioxane, de la pipérazine, du trithiane, de la morpholine du dithiane, de la thiomorpholine, ainsi que tétrahydropyridazinyle, tétrahydropyrimidinyle, et tétrahydrotriazinyle.
Les groupes ci-dessus définis, peuvent selon l'invention être substitués par R, par un plusieurs groupes nitro, cyano, hydroxy, carboxy, carbonyl ou amino, par un ou plusieurs halogènes, ou par une ou plusieurs fonctions nitrile, cyanhydrine, aldéhyde, Par "sans isoler de produits intermédiaires", on entend le fait qu'à aucun moment au cours de l'étape d'hydrolyse, on isole ou sépare un produit intermédiaire, en particulier pour l'évacuer. En d'autres termes, la réaction d'hydrolyse est effectuée en "one-pot". Selon la présente invention, l'hydrolyse ammoniacale est effectuée de manière continue, sans séparation ou fractionnement intermédiaire, et ce de manière connue en soi, par exemple avec un réacteur tubulaire, ou de manière étagée avec une cascade de réacteurs agités, disposés en série.
La réalisation du procédé selon l'invention en "one-pot" offre un avantage tout particulier lorsque le procédé est conduit à l'échelon industriel.
Par "produit dérivé de (II)", on entend tout composé qui dérive directement ou indirectement du composé (I). Ce composé est en outre susceptible de conduire directement ou indirectement à l'acide aminé (I).
A titre d'exemple, dans le cas de la préparation de la méthionine, il s'agit de produits dérivés du 2-hydroxy-4-(méthylthio)butyronitrile, cyanhydrine de la méthionine. Dans ce cas, il peut notamment s'agir de 2amino-4-(méthylthio)butanenitrite (AMTBN), de bicarbonate d'AMTBN, d'hydantoïne de la méthionine, d'uréidobutyramide, d'acide hydantoïque ou de 2-amino-4-(méthylthio)butanamide (AMTBM). Ces composés peuvent ou non être "méthioninogène", c'est-à-dire être susceptibles de conduire, directement ou indirectement, à la méthionine par hydrolyse ammoniacale.
La figure 1 représente, de manière générique, une installation de production d'acide a-aminé à partir à partir de la cyanhydrine d'acide aaminé correspondante, par hydrolyse ammoniacale.
La figure 2 représente une installation de production d'acide 10 a-aminé selon un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 3 représente sous forme graphique la cinétique de réaction de l'hydrolyse de 2-hydroxy-4-(méthylthio)butyronitrile en méthionine par hydrolyse ammoniacale.
La figure 4, quant à elle, représente sous forme graphique la 15 cinétique de production de phénylglycine, à partir du mandélonitrile, par hydrolyse ammoniacale.
A titre indicatif, des exemples d'acides a-aminés pouvant être obtenus selon la présente invention sont les suivants: méthionine, phénylglycine, glycine, norleucine, a-méthylleucine, (3,(3-diphénylalanine, (3méthylphénylalanine, lysine.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on procède à 25 l'hydrolyse ammoniacale sans catalyseur, par exemple sans catalyseur solide, notamment du type oxyde métallique.
Par "catalyseur", on entend tout composé n'étant pas consommé dans la réaction d'hydrolyse et se retrouvant intégralement lorsque la réaction est terminée. De manière générale, il n'y a pas de rapport stoechiométrique entre le catalyseur et les réactifs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé se déroule en l'absence de catalyseur, ce qui présente des avantages considérables, industriellement parlant.
Le procédé de préparation de l'acide a-aminé à partir de la cyanhydrine correspondante implique diverses étapes réactionnelles, lesquelles selon la présente invention se déroulent concomitamment. Ces différentes étapes réactionnelles consomment et produisent du NH3 et du CO2. En procédant de manière continue, il se créé un équilibre entre les moles de NH3 et de CO2 produites et celles consommés, de sorte que ces composés bien que n'apparaissant pas dans le bilan global de la réaction, ne peuvent être considérés comme des catalyseurs.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, avant l'étape de recyclage, on détend le mélange de sortie, puis on sépare le mélange de sortie détendu en un flux liquide enrichi en acide a-aminé, et un flux gazeux enrichi en ammoniac et dioxyde de carbone.
En outre, selon un mode de réalisation de la présente invention, on sépare le flux liquide enrichi en acide a-aminé, en acide a-aminé solide, évacué, et en eaux mères appauvries en acide a-aminé et contenant les produits dérivés de la cyanhydrine d'acide a-aminé, lesdites eaux mères étant recyclées, après relevage de leur pression vers l'hydrolyse.
Le procédé de base selon la présente invention est maintenant 20 décrit par référence à la figure 1.
Le procédé met en oeuvre une hydrolyse 1 en continu, en phase aqueuse. Cette hydrolyse se déroule sans isoler ou séparer de produits intermédiaires, conformément à la définition ci-dessus. L'hydrolyse 1 est alimentée par une solution aqueuse 2, industrielle, comprenant la cyanhydrine d'acide a-aminé (composé de formule générale Il) correspondant à l'acide a-aminé (composé de formule générale I) que l'on souhaite préparer. L'alimentation du réacteur 1 en solution aqueuse 2, dont on a préalablement relevé la pression par une pompe 4, est réalisée par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation.
Avant introduction dans le réacteur 1, à la solution aqueuse 2 comprenant le composé de formule générale II est ajouté une phase aqueuse contenant de l'ammoniaque et du CO2, via la conduite d'alimentation 3, laquelle 35 se trouve mélangée dans la solution aqueuse 2 comprenant le composé II.
La solution aqueuse de cyanhydrine présente une concentration en cyanhydrine de l'acide a-aminé qui est préférentiellement supérieure à 40%. Par exemple, on peut utiliser une solution de cyanhydrine industrielle à 65% ou plus. La solution comprend en outre de l'eau et des produits dérivés associés, provenant principalement de la synthèse de ladite cyanhydrine, par exemple de l'acide cyanhydrique et de l'acide sulfurique.
Selon l'invention, l'hydrolyse ammoniacale a lieu à partir d'une solution aqueuse de cyanhydrine, ce qui présente de nombreux avantages industriels. Notamment, l'utilisation d'une solution aqueuse de cyanhydrine évite d'avoir à utiliser une colonne de "stripping" (ou colonne d'entraînement à la vapeur) afin de récupérer le solvant. En outre, cela présente des avantages en terme de coût et de manipulation.
Selon la présente invention, tandis que la température est fixée, la pression est imposée pour avoir une phase homogène. On élève la température dans le réacteur 1, à une température s'étageant, de l'entrée à la sortie de ce dernier, entre la température du mélange (i.e. entre 20 C et 90 C) et 250 C. Selon un mode préféré de l'invention, l'hydrolyse 1, selon l'étape (a), est effectuée à une température s'étageant entre 20 et 200 C. Pour un fonctionnement en phase homogène aqueuse, la pression doit être comprise entre 5 et 100 bars (de préférence environ 20 bars).
Lors de la réaction, la température dans le réacteur augmente de la température du mélange (i.e. entre 20 C et 90 C) jusqu'à une température 25 relativement haute.
Les proportions molaires (11)/NH3 sont comprises entre 1/5 et 1/50, par exemple de l'ordre de 1/20 à l'entrée du réacteur 1, et par conséquent il existe un excès molaire très important d'ammoniaque par rapport composé de formule générale II. Les proportions molaires (11)/CO2 sont comprises entre 1 et 1/10, par exemple de l'ordre de 1/3 à l'entrée du réacteur 1.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on procède à l'hydrolyse (a) en présence d'acide cyanhydrique, présent dans une proportion 35 molaire HCN/(II) n'excédant pas 0,1.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, HCN peut se trouver sous forme d'ions cyanure.
Un mélange de sortie 5 comprenant à titre principal du composé de 5 formule générale I, du CO2 et du NH3 dissous est obtenu en sortie de réacteur 1 par hydrolyse du composé de formule générale II.
Ce mélange est détendu, par exemple à pression atmosphérique, par une vanne de détente 6, dans la conduite 5, avant d'être introduit dans une colonne de "stripping" 10 (également appelée colonne d'entraînement à la vapeur).
Dans la colonne 10, on sépare le mélange détendu introduit en un flux 12 liquide enrichi en acide a-aminé et en un flux 11 gazeux enrichi en NH3 et 002.
En tête de colonne 10, le flux gazeux enrichi en NH3 et CO2 et qui comprend également de l'eau, est condensé. Le flux 22 est ensuite stocké en 20. Le stockage 20 comprend éventuellement une purge gazeuse 21.
La phase aqueuse 3 contenant de l'ammoniaque et du CO2 est recyclée vers le réacteur d'hydrolyse 1, par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 3, et après relevage de sa pression 7.
Il est également possible selon la présente invention de prévoir une conduite d'alimentation 8 qui alimente la conduite 3 en ammoniac, CO2 et/ou eau, avant relevage de la pression. Une telle conduite permet l'ajustement du titre en ammoniac, 002 et/ou eau si nécessaire.
Selon la présente invention, par "ammoniac", on entend une phase gazeuse contenant substantiellement NH3; tandis que par "ammoniaque", on entend une phase liquide contenant substantiellement NH4OH.
De manière similaire, lorsqu'il est fait état de "phase gazeuse contenant du CO2", on entend une phase contenant substantiellement du CO2 sous forme gazeuse; tandis que, lorsqu'il est fait état de "phase aqueuse contenant du 002", on entend une phase contenant substantiellement du H2CO3.
Le terme "substantiellement" signifie que la phase dont il est question comprend un excès du composé considéré supérieur à 50%, plus particulièrement supérieur à 70%.
On soutire au pied de la colonne de "stripping" 10, par l'intermédiaire de la conduite de soutirage 12, un flux liquide enrichi en acide a-aminé, i.e. une solution aqueuse d'acide a-aminé, "acidifiée", c'est-à-dire dont le pH a été abaissé.
Selon la figure 1, ce flux est refroidi dans un échangeur de chaleur 10 30, qui permet de précipiter l'acide a-aminé. Mais tout autre moyen connu de l'homme du métier, par exemple l'évaporation, est applicable en l'espèce.
La liqueur ainsi obtenue est ensuite envoyée vers un séparateur 40 qui permet de séparer l'acide a-aminé sous forme solide, des produits dérivés de la cyanhydrine d'acide a-aminé, n'ayant pas réagi, demeurant en phase aqueuse, appelés eaux mères.
On récupère, en 41, I' acide a-aminé sous forme solide, tandis que lesdits produits dérivés sont renvoyés vers le réacteur 1, via la conduite d'alimentation 48, après relevage de leur pression par la pompe 49. Cette boucle de recyclage est particulièrement avantageuse, comme cela apparaît dans la présente invention.
Le procédé de base selon la présente invention défini par référence à la figure 1 est maintenant précisé par référence à la figure 2.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on sépare le flux 12 liquide enrichi en acide a-aminé par cristallisation étagée 45, pour obtenir, d'une part, de l'acide a-aminé sous forme solide, filtrée 46 puis séchée 47, et, d'autre part, les eaux-mères 48.
La cristallisation étagée 45 génère en outre un flux gazeux 41, 35 contenant de l'eau et des produits légers, appelés "condensats". Après condensation 42, le flux 43 est stocké en 44.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, on procède à l'hydrolyse 1 selon l'étape (a), dans un réacteur tubulaire ou dans une pluralité de réacteurs agités (la, lb, 1c, 1d), disposés en série, tel que cela est représenté à la figure 2.
Le nombre de réacteurs agités est indifférent. De préférence, il est supérieur à 3, mais le nombre maximum n'est pas limité.
Les exemples suivants permettront de comprendre l'intérêt de l'hydrolyse ammoniacale selon la présente invention, et par voie de conséquence l'intérêt d'un procédé selon l'invention.
Exemples
Les exemples 1 à 10 illustrent la réaction d'hydrolyse ammoniacale suivante:
H H
CN
COOH
HO H2N c'est-à-dire la préparation de l'acide 2-amino-4-(méthylthio) butanoïque (ci-après appelé méthionine), à partir de 2-hydroxy-4(méthylthio)butyronitrile (ci-après appelé HMTBN), donc avec R=CH3-S-CH2CH2 et R'=H.
L'exemple 11 illustre la réaction d'hydrolyse ammoniacale suivante:
H
CN COOH
HO H2N c'est-à-dire la préparation de la glycine, à partir de glyconitrile, et donc avec R=H et R'=H.
L'exemple 12 illustre la réaction d'hydrolyse ammoniacale suivante:
H -
H Ph T CN H Ph--r-COOH HO H2N c'est-à-dire la préparation de phénylglycine, à partir du mandélonitrile, et donc avec R=Ph et R'=H.
Exemple 1 (AME 130)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de 5 températures et de pression, on introduit: 285,25 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 72,34 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,78 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 42,10 g d'HMTBN (solution de 10 concentration en HMTBN à 94,7% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 20 CO2 /HMTBN: 3 CN- / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiomètrie.
Le taux de transformation de I'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 37% au bout de 77 minutes.
La figure 3 montre l'évolution des différents produits, avec les significations 25 suivantes: MTN = méthionine HMTBN = 2-hydroxy-4(méthylthio)butyronitrile AMTBM = 2-amino-4-(méthylthio)butanamide AMTBN = 2-amino-4-(méthylthio)butanenitrile
Exemple 2 (AME 137)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 238,7 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 102,4 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 1,09 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 58,1 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 13 CO2 / HMTBN: 3 CN" / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 C pendant 75 15 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 42% au bout de 75 minutes.
Exemple 3 (AME 138)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 203,5 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 124,85 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 1,28 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 70,7 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 10 CO2 / HMTBN: 3 CN- / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I'HMTBN est de 100% Le rendement de transformation en méthionine est de 37 % au bout de 75 minutes.
Exemple 4 (AME 139)
Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 298,6 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 39,70 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 1,15 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 60,90 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 13 CO2 / HMTBN: 1,1 CN" / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 39 % au bout de 75 minutes.
Exemple 5 (AME 140) sans ajout de cyanure de sodium Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 262,5 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 34,70 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium et après homogénéisation du milieu 53,4g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 13 CO2 / HMTBN: 1,1 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 C pendant 15 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 36 % au bout de 75 minutes.
Exemple 6 (AME 141) - Baisse du ratio CO2 / HMTBN Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 288,45 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 24,03 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,68 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 37g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 20 CO2 / HMTBN: 1,1 CN" / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 41 % au bout de 75 minutes.
Exemple 7 (AME 142) - Baisse du ratio CO2 / HMTBN Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 236,7 d de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 61,38 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,97 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 51,8g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 13 CO2 / HMTBN: 2 CN" / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement jusqu'à 152 C pendant 75 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation du HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 39% au bout de 75 minutes.
Exemple 8 (AME 143) - Effet de la dilution Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 150,7 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 64,76 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,72 g de cyanure de sodium g d'eau etaprès homogénéisation du milieu 36,6 g d'HMTBN (concentration en 10 HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 13 CO2 /HMTBN: 3 CN- / HMTBN: 0,05 Cet exemple diffère de l'exemple 2 en ce que de l'eau est chargée dans le réacteur.
Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 152 C pendant 75 20 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation du HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 50% au bout de 75 minutes.
Exemple 9 (AME 146) - Température de 185 C Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 208,85 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 89,7 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,96 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 50,8 g d'HMTBN (concentration en HMTBN à 97% dans l'eau).
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3! HMTBN: 13 CO2 /HMTBN: 3 CN" / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnelle est progressivement chauffé jusqu'à 185 C en 20 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation du HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 30% au bout de 20 minutes.
Exemple 10 (AME 147) - Température de 185 C Dans un réacteur parfaitement agité muni d'un chauffage, de mesures de températures et de pression, on introduit: 208,65 g de solution ammoniacale à 30,5 % poids en NH3 89,7 g d'hydrogénocarbonate d'ammonium 0,94 g de cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu 51 g d'HMTBN.
Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: 10 NH3/HMTBN: 13 CO2 / HMTBN: 3 CN" / HMTBN: 0,05 Le mélange réactionnel est progressivement chauffé jusqu'à 185 C en 47 15 minutes.
L'avancement de la réaction est suivi par des prélèvements au cours du temps et analysés par HPLC et potentiométrie.
Le taux de transformation de I'HMTBN est de 100%.
Le rendement de transformation en méthionine est de 39 % au bout de 47 minutes.
Exemple 11 (AME 118)
Dans un réacteur parfaitement agité en hastelloy C 276, sont chargées: 365,7 g de solution ammoniacale à 30 % (365,7 g à 31.2 % poids NH3) 94,7 g de carbonate d'ammonium 1,1 g le cyanure de sodium et après homogénéisation du milieu, à 20 C, le 40,7 g de glyconitrile (soit 0,392 moles).
La concentration molaire est de 9.64 moles/kg Les ratios molaires à l'entrée de l'hydrolyse ammoniacale sont les suivants: NH3/ glyconitrile: 20 002 / glyconitrile: 3 CN" / glyconitrile: 0,05 Le réacteur est chauffé jusqu'à 115 C en 33 minutes et la masse réactionnelle est refroidie à température ambiante.
L'analyse HPLC de la masse réactionnelle, montre: - une conversion totale de la cyanhydrine du formol (glyconitrile) et - un taux de conversion en glycine de 57,6 % molaire par rapport au glyconitrile.
Exemple 12 (AME 120)
On charge dans un réacteur parfaitement fermé, agité en phase aqueuse: 1, 153 moles de carbonate acide d'ammonium, 6,483 moles d'ammoniaque et 0,02 mole de cyanure de sodium.
Le mélange est chauffé à 120 C sous agitation est refroidi à 20 C.
On ajoute ensuite par l'intermédiaire d'une bouteille 0,381 moles de mandélonitrile.
Les ratios par rapport à NH3 / CO2 / CN-, sont respectivement de 20 /3 / 0,05.
La concentration en mandélonitrile est de 7,135 moles/kg de mélange réactionnel.
On chauffe jusqu'à 145 C et l'on maintient la température du mélange réactionnel à cette température pendant 50 minutes.
Des prélèvements du milieu sont effectués au court du temps et analysés par chromatographie phase liquide.
La figure 4 montre l'évolution du mandélonitrile et de la phénylglycine au cours de la réaction.
Le tableau ci-dessous montre l'évolution des produits (affecté d'un coefficient moyen). Le taux de transformation est exprimé en % molaire par rapport au mandélonitrile chargé.
Temps en minutes 13 24 45 114 177 Phénylglycine 0,11% 0,19% 2,58% 34,78% 43,88% AMphegly 0,07% 0,71 % 5,60% 22,96% 24,85% ANphegyl 61,75% 14,21 % 1,01 % 0,07% UREIDOphegly 1,18% 17,02% 18,06% 4,42% 1,87% AcHYDphegly 0, 30% 4,85% 6,91 % 7,79% HYDphegly 6,23% 68,39% 80,17% 22,55% 8,36% Mandélonitrile 100,00% 0,60% 0,50% 0,11% 0,33% 0,36% Total 100,00% 70,59% 102,42% 112,76% 97,32% 95,22%
Tableau dans lequel:
AMphegly = Aminoamide de la phénylglycine ANphegyl = Aminonitrile de la phénylglycine UREIDOphegly = Uréidobutyramide de la phénylglycine AcHYDphegly = Hydantoïne de la phénylglycine HYDphegly = Acide hydantoïque de la phénylglycine.
Après refroidissement à 20 C, le milieu réactionnel est soutiré.
Le taux de transformation du mandélonitrile est supérieur à 99%.
Le rendement de transformation est de 44%.
Dans un réacteur en verre muni d'une colonne à distiller, on élimine l'ammoniaque, le gaz carbonique et une partie de l'eau.
Après refroidissement à 20 C, on filtre et on récupère un précipité que l'on 15 sèche à poids constant à 100 C.
Le gâteau est analysé par HPLC et titre plus de 98% en phénylglycine. Son spectre IR est identique au produit de référence.
Claims (10)
1. Procédé de préparation, en continu, d'un acide a-aminé de formule générale (I)
R H2N
COOH (I) dans laquelle R et R', identiques ou différents, forment éventuellement un cycle, représentent chacun: -H; - un groupe alkyle, haloalkyle ou hétéroaryle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un groupe alcènyle ou alcynyle contenant entre 2 à 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un ou plusieurs groupes cycloalkyle, cycloacènyle, ou cycloalcynyle contenant entre 3 à 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un ou plusieurs groupes aryle ou hétéroaryle contenant entre 3 à 10 atomes de carbone par cycle et éventuellement substitué par R; - un groupe alkaryle ou aralkyle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, les 20 termes aryle et alkyle ayant les définitions ci-dessus; - un groupe alkoxyalkyle, alkylthioalkyle, alkylsulfonylalkyle, alkylaminoalkyle contenant entre 1 et 30 atomes de carbone, en chaîne linéaire ou ramifiée; - un ou plusieurs groupes hétérocyclique contenant entre 5 et 10 atomes de carbone par cycle; ou - une combinaison de un ou plusieurs groupes ci- dessus, lesdits groupes étant éventuellement substitués par R, par un plusieurs groupes nitro, cyano, hydroxy, carboxy, carbonyl ou amino, par un ou plusieurs halogènes ou par une ou plusieurs fonctions nitrile, cyanhydrine, aldéhyde, et, dans le cas où R et R' forment ensemble un cycle, ce cycle est tel que ci-dessus défini, à partir de la cyanhydrine correspondante de formule générale (Il) 27 R HOCN (II) dans laquelle R et R' sont tels que définis ci-dessus, procédé selon lequel on procède à une hydrolyse ammoniacale (1) de (Il), caractérisé en ce que: (a) on procède à l'hydrolyse (1), en phase aqueuse, en continu et sans isoler de produits intermédiaires, à une température n'excédant pas 250 C, en partant d'une proportion molaire NH3/(II) comprise entre 5 et 50, et d'une proportion molaire CO2/(11) comprise entre 1 et 10, pour obtenir un mélange de sortie (5) comprenant à titre principal l'acide aminé (I), du dioxyde de carbone et de l'ammoniac dissous, et des produits dérivés de (II) ; (b) on recycle les produits dérivés de (Il), le dioxyde de carbone et l'ammoniac vers l'hydrolyse (a).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède à l'hydrolyse ammoniacale (1) sans catalyseur.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'avant l'étape (b), on détend (6) le mélange de sortie (5), puis on sépare (10) le mélange de sortie détendu en un flux (12) liquide enrichi en acide aminé (I), et un flux (11) gazeux enrichi en ammoniac et dioxyde de carbone.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on sépare (40) le flux (12) liquide enrichi en acide aminé (I), en acide aminé (I) solide (41), évacué, et en eaux mères (48) appauvries en acide aminé (I) et contenant lesdits produits dérivés n'ayant pas réagi, lesdites eaux mères (48) étant recyclées, après relevage (49) de leur pression vers l'hydrolyse (a).
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on sépare le flux (12) liquide enrichi en acide aminé (I) par cristallisation étagée (45), pour obtenir l'acide aminé (I) solide, filtré (46) puis séché (47), et les eaux-mères (48).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'après condensation, on stocke (20) le flux (22) enrichi en ammoniac et en dioxyde de carbone et on le recycle (3) vers l'hydrolyse (a), après relevage (7) de sa pression.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrolyse (1), selon l'étape (a), est effectuée à une température s'étageant entre 20 et 200 C.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrolyse (1), selon l'étape (a), est effectuée à une pression comprise entre 5 et 100 bars.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on procède à l'hydrolyse (a) en présence d'acide cyanhydrique, présent dans une proportion molaire HCN/(II) n'excédant pas 0,1.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on procède à l'hydrolyse (1) selon (a), ou dans un réacteur tubulaire, ou dans une pluralité de réacteurs agités (la, lb, 1c, Id), disposés en série.
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