含硫アミノ酸またはその塩の製造方法
【課題】含硫アミノ酸の新たな製造方法の提供。
【解決手段】遷移金属触媒の存在下、式（２）
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを反応させる工程を有する式（１）
（式中、Ｒ１およびｎはそれぞれ上記で定義した通り。）で示される含硫アミノ酸またはその塩の製造方法。
【解決手段】遷移金属触媒の存在下、式（２）
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを反応させる工程を有する式（１）
（式中、Ｒ１およびｎはそれぞれ上記で定義した通り。）で示される含硫アミノ酸またはその塩の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含硫アミノ酸またはその塩の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メチオニンやＳ−アルキルシステイン等の含硫アミノ酸は、全ての生物に普遍的に存在し、多くの重要な生物反応に有用な成分である。特に、メチオニンは必須アミノ酸であり、飼料添加剤としても用いられる重要な化合物である。
【０００３】
含硫アミノ酸の製造方法として、例えば非特許文献１には、アクロレインにメタンチオールを付加させて得られる３−メチルチオプロピオンアルデヒドとシアン化水素とを反応させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルを得、これを炭酸アンモニウムと反応させて置換ヒダントインに導いた後、置換ヒダントインをアルカリで加水分解する方法が記載されている。また、非特許文献２には、２−クロロアクリル酸メチルエステルにメタンチオールを付加させ、得られた付加体をアジ化ナトリウムと反応させた後、酸性条件下で水素添加する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】工業有機化学、東京化学同人、２７３〜２７５頁（１９７８年）
【非特許文献２】Ｃｈｅｍ．Ｂｅｒ．，第１２１巻，２２０９〜２２２３頁（１９８８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載される方法は、取り扱いに注意を要するシアン化水素を原料として用いる必要がある。非特許文献２に記載される方法も、取り扱いに注意を要するアジ化ナトリウムを原料として用いる必要がある。
かかる状況下、取り扱いに注意を要するシアン化水素やアジ化ナトリウム等を原料として用いることのない含硫アミノ酸の新たな製造方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決するべく鋭意検討し、本発明に至った。
【０００７】
即ち本発明は、以下の通りである。
〔１〕 遷移金属触媒の存在下、式（２）
【０００８】
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素と
を反応させる工程を有する式（１）
【０００９】
【化２】
（式中、Ｒ１およびｎはそれぞれ上記で定義した通り。）
で示される含硫アミノ酸またはその塩の製造方法。
〔２〕 前記工程において、さらに溶媒の存在下に前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを反応させる前記〔１〕記載の製造方法。
〔３〕 溶媒がメタノールまたは水である前記〔２〕記載の製造方法。
〔４〕 遷移金属触媒が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウムからなる群より選ばれる一種以上を担体に担持させた触媒である前記〔１〕〜〔３〕のいずれか記載の製造方法。
〔５〕 担体が、活性炭、アルミナ、シリカおよびゼオライトからなる群より選ばれる一種以上である前記〔４〕記載の製造方法。
〔６〕 遷移金属触媒が、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒およびスポンジ銅触媒からなる群より選ばれる一種以上である前記〔１〕〜〔３〕のいずれか記載の製造方法。
〔７〕 前記工程において、前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを、０〜１００℃の範囲から選ばれる温度で反応させる前記〔１〕〜〔６〕のいずれか記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、取り扱いに注意を要するシアン化水素やアジ化ナトリウム等を原料として用いることのない含硫アミノ酸の新たな製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩、および式（１）で示される含硫アミノ酸またはその塩について説明する。
【００１２】
式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸の塩は、式（２）において−ＣＯＯＨで表される基から解離し得るＨ＋が任意の陽イオンに置き換わってなる塩を意味する。かかる陽イオンとしては、例えばリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン；カルシウムイオン、マグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンの４級アンモニウムイオン；およびアンモニウムイオンが挙げられる。
以下、式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸と、式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸の塩とを総称して、化合物（２）と記載することがある。
【００１３】
式（１）で示される含硫アミノ酸の塩は、式（１）で示される含硫アミノ酸と、塩酸、安息香酸、酒石酸等の任意の酸との塩、または式（１）において−ＣＯＯＨで表される基から解離し得るＨ＋が任意の陽イオンに置き換わってなる塩を意味する。かかる陽イオンとしては、例えばリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン；カルシウムイオン、マグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンの４級アンモニウムイオン；およびアンモニウムイオンが挙げられる。
以下、式（１）で示される含硫アミノ酸と、式（１）で示される含硫アミノ酸の塩とを総称して、化合物（１）と記載することがある。
【００１４】
式（２）および式（１）において、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。
【００１５】
式（２）および式（１）において、Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基における、炭素数１〜１２のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、オクチル基およびデシル基が挙げられ、置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基における、炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基およびシクロヘキシル基が挙げられる。
【００１６】
炭素数１〜１２のアルキル基が有していてもよい置換基および炭素数３〜１２のシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、
フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、４−メチルフェニル基等の炭素数６〜２０のアリール基；メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルコキシ基；フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基等の炭素数６〜２０のアリールオキシ基；トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基等の炭素数１〜６のペルフルオロアルキルオキシ基；およびフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子からなる群より選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
ここで、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数１〜１２のアルコキシ基および炭素数６〜２０のアリールオキシ基は、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数１〜１２のアルコキシ基および炭素数６〜２０のアリールオキシ基からなる群から選ばれる基をさらに有していても良い。
【００１７】
Ｒ１で表される置換基を有する炭素数１〜１２のアルキル基およびＲ１で表される置換基を有する炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては、具体的には例えば、ベンジル基、ナフタレン−１−イルメチル基、ナフタレン−２−イルメチル基、４−メチルベンジル基、３，４−ジメチルベンジル基、４−メトキシベンジル基、３，４−ジメトキシベンジル基、４−フェニルベンジル基、４−フェノキシベンジル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、イソプロピルオキシメチル基、ブチルオキシメチル基、イソブチルオキシメチル基、ｓｅｃ−ブチルオキシメチル基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシメチル、フェノキシメチル基、２−メチルフェノキシメチル基、４−メチルフェノキシメチル基、１−フェニルエチル基、２−フェニルエチル基、１−（ナフタレン−１−イル）エチル基、１−（ナフタレン−２−イル）エチル基、１−（４−メチルフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメチルフェニル）エチル基、１−（４−メトキシフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメトキシフェニル）エチル基、１−（４−フェニルフェニル）エチル基、１−（４−フェノキシフェニル）エチル基、２−（メトキシ）エチル基、２−（エトキシ）エチル基、２−（イソプロピルオキシ）エチル基、２−（ブチルオキシ）エチル基、２−（イソブチルオキシ）エチル基、２−（ｓｅｃ−ブチルオキシ）エチル基、２−（ｔｅｒｔ−ブチルオキシ）エチル、２−（フェノキシ）エチル基、２−（２−メチルフェノキシ）エチル基、２−（４−メチルフェノキシ）エチル基、２−フェニルシクロプロピル基および４−フェニルシクロヘキシル基が挙げられる。
【００１８】
Ｒ１は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル、イソプロピル基、ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基またはベンジル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
【００１９】
化合物（２）としては、具体的には例えば、３−メチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ｔｅｒｔ−ブチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ベンジルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−エチルチオ−２−オキソプロピオン酸、４−メチルチオ−２−オキソ酪酸、４−エチルチオ−２−オキソ酪酸、２−オキソ−４−プロピルチオ酪酸、４−ベンジルチオ−２−オキソ酪酸、５−メチルチオ−２−オキソペンタン酸、５−（エチルチオ）−２−オキソペンタン酸、２−オキソ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、５−（ベンジルチオ）−２−オキソペンタン酸、６−メチルチオ−２−オキソヘキサン酸、６−（エチルチオ）−２−オキソヘキサン酸、２−オキソ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、６−（ベンジルチオ）−２−オキソヘキサン酸およびそれらの塩が挙げられる。
化合物（２）は、市販品でもよいし、例えば「Ｂｕｌｌ．Ａｇｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ，第２１巻，第６号，３３３〜３３６頁（１９５７年）」、「Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｌａｂｅｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｎｄ Ｒａｄｉｏｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，第ＸＸＸＶＩ巻，第５号，４３１〜４３７頁（１９９５年）」に記載される方法に準じて製造することもできる。
【００２０】
化合物（１）としては、具体的には例えば、２−アミノ−３−（メチルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−３−（ｔｅｒｔ−ブチルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−３−（ベンジルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−３−（エチルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸（即ち、メチオニン）、２−アミノ−４−（エチルチオ）酪酸、２−アミノ−４−（プロピルチオ）酪酸、２−アミノ−４−（ベンジルチオ）酪酸、２−アミノ−５−（メチルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−５−（エチルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−５−（ベンジルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−６−（メチルチオ）ヘキサン酸、２−アミノ−６−（エチルチオ）ヘキサン酸、２−アミノ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、２−アミノ−６−（ベンジルチオ）ヘキサン酸およびそれらの塩が挙げられる。
【００２１】
次いで、遷移金属触媒の存在下、化合物（２）と、アンモニアおよび水素とを反応させる工程を説明する。かかる工程において、化合物（２）は化合物（１）に変換される。
【００２２】
遷移金属触媒は、例えば還元ニッケル触媒、スポンジニッケル触媒（ラネー（登録商標）ニッケル）等のニッケル触媒；還元コバルト触媒、スポンジコバルト触媒（ラネー（登録商標）コバルト）等のコバルト触媒；スポンジ銅触媒（（ラネー（登録商標）銅））等の銅触媒；並びにルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウム等の貴金属触媒が挙げられる。なお、還元ニッケル触媒、還元コバルト触媒等の還元金属触媒は、金属酸化物又は金属水酸化物を還元することにより調製される触媒、或いは担体に担持された金属酸化物又は担体に担持された金属水酸化物を還元することにより調製される触媒である。また、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒、スポンジ銅触媒等のスポンジ金属触媒は、ニッケルとアルミニウムとの合金、コバルトとアルミニウムとの合金、銅とアルミニウムとの合金に水酸化ナトリウム水溶液を作用させてアルミニウムを溶解して調製される触媒である。
遷移金属触媒は、好ましくは、スポンジ金属触媒または貴金属触媒であり、より好ましくは、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒およびスポンジ銅触媒からなる群より選ばれる一種以上の触媒、或いは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウムからなる群より選ばれる一種以上を担体に担持させた触媒である。担体としては、例えば活性炭、アルミナ、シリカおよびゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。なかでも、遷移金属触媒は、活性炭に担持されたパラジウムまたは活性炭に担持されたロジウムであることが好ましい。
【００２３】
遷移金属触媒は市販品でもよいし、任意の公知の方法により調製されたものでもよい。
遷移金属触媒の使用量は、化合物（２）１重量部に対して、遷移金属原子が好ましくは２重量部以下であり、より好ましくは０．０００１〜０．２重量部含まれる範囲の量であり、さらに好ましくは０．００１〜０．１重量部含まれる範囲内の量である。
【００２４】
アンモニアとしては、液体アンモニア、アンモニアガスまたはアンモニア溶液のいずれの形態でも用いることができるが、好ましくはアンモニア溶液であり、より好ましくアンモニア水またはアンモニア−メタノール溶液が用いられる。アンモニア水を用いる場合、その濃度は１０〜３５重量％であることが好ましい。また、アンモニアは、例えば塩酸、硫酸等の無機酸、またはギ酸、酢酸等のカルボン酸と塩を形成していてもよい。
アンモニアの使用量は、化合物（２）１モルに対して、１モル以上であることが好ましい。アンモニアの使用量の上限は限定されず、化合物（２）１モルに対して、例えば５００モルである。
【００２５】
水素は、市販の水素ガスを用いることもできるし、例えばギ酸またはその塩から、任意の公知の方法により発生させて用いることもできる。水素ガスを用いる場合、その分圧は、好ましくは１０ＭＰａ以下であり、より好ましくは０．０１〜５ＭＰａの範囲内であり、さらに好ましくは０．０２〜２ＭＰａの範囲内であり、より一層好ましくは０．０５〜０．８ＭＰａの範囲内である。
【００２６】
化合物（２）と、アンモニアおよび水素との反応は、好ましくは溶媒の存在下で行われる。かかる溶媒は、反応に対して不活性なものであることが好ましく、例えば、ペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、イソヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、イソノナン、デカン、イソデカン、ウンデカン、ドデカン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキサン、石油エーテル等の脂肪族炭化水素溶媒；テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル、ジオクチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル溶媒；メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、イソペンチルアルコール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、イソヘキシルアルコール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、イソペプチルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノｔｅｒｔ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノｔｅｒｔ−ブチルエーテル等のアルコール溶媒；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｔｅｒｔ−ブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル等のエステル溶媒；ジメチルスルホキシド、スルホラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピオンアミド、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリジノン等の非プロトン性極性溶媒；水；それらの混合物が挙げられる。なかでも、好ましくはアルコール溶媒または水であり、より好ましくはメタノールまたは水である。溶媒の使用量は、化合物（２）１ｇに対して、好ましくは１〜２００ｍＬの範囲内であり、より好ましくは１０〜１５０ｍＬの範囲内である。
【００２７】
反応試剤の混合順序は特に規定されず、例えば、化合物（２）とアンモニアと遷移金属触媒とを混合し、得られた混合物に水素を加える方法や、化合物（２）とギ酸アンモニウムとを混合し、必要に応じてギ酸を添加して任意のｐＨに調整した後、得られた混合物に遷移金属触媒を加える方法が挙げられる。
【００２８】
反応温度は、好ましくは０〜１００℃の範囲から選ばれ、より好ましくは２０〜９０℃の範囲から選ばれる。反応時間は、反応温度、反応試剤や溶媒の使用量、水素分圧等にもよるが、例えば１〜２４時間の範囲内である。反応の進行度合いは、薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー等の分析手段により確認できる。
【００２９】
反応終了後、得られる反応混合物を、必要に応じて温度調整した後、例えば、濾過、中和、抽出、水洗等の後処理、蒸留、結晶化及び固液分離等の単離処理に供することにより、化合物（１）を取り出すことができる。具体的には、例えば、得られる反応混合物を、室温付近等に温度調整した後又は温度調整することなく、ろ過することにより遷移金属触媒を除去した後、得られたろ過液を中和することにより化合物（１）を析出させ、析出した化合物（１）をろ過等により回収することができる。中和は、例えば、得られる反応混合物が塩基性を示す場合には、反応混合物と塩酸、炭酸等の酸とを混合することにより行われ、得られる反応混合物が酸性を示す場合には、反応混合物と炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の塩基とを混合することにより行われる。ろ過により除去した遷移金属触媒やろ過等により回収した化合物（１）は、上述の溶媒で洗浄することもできる。また、回収した化合物（１）は、減圧乾燥等により乾燥することもできる。反応混合物にアンモニアが含まれる場合には、例えば、反応混合物中に窒素ガスを吹き込むことにより、アンモニアを反応混合物から取り除くことができる。
単離された化合物（１）は、再結晶；抽出精製；蒸留；活性炭、シリカ、アルミナ等への吸着処理；シリカゲルカラムクロマトグラフィー等のクロマトグラフィー法等の精製処理により、精製することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１〜１１において、高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて下記分析条件により反応混合物を分析し、下式に基づいて転化率および選択率を算出した。また、実施例１２において、別途調製した２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸を内部標準物質として使用し、高速液体クロマトグラフィー内部標準法により、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の含量を決定した。
＜分析条件＞
ＬＣカラム ：Ｌｉｃｈｒｏｓｏｒｂ−ＲＰ−８
カラム温度 ：４０℃
移動相 ：アセトニトリル／水＝５／９５
添加剤 １−ペンタンスルホン酸ナトリウム
添加剤濃度 ２．５ｍｍｏｌ／Ｌ
移動相のｐＨ ３（４０％リン酸を添加して調整）
流速 ：１．５ｍＬ／分
検出波長 ：２１０ｎｍ
測定時間 ：６０分
＜転化率の算出＞
転化率（％）＝１００（％）−（化合物（２）のピーク面積（％））
＜選択率の算出＞
選択率（％）＝（化合物（１）のピーク面積）／（全生成物のピーク面積）X１００
【００３１】
＜実施例１＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は９０％であった。
【００３２】
＜実施例２＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。混合物を、水素雰囲気（常圧）下、５０℃で６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は８３％であった。
【００３３】
＜実施例３＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、２８重量％アンモニア水５．４ｇおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して１．０ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を１．０ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、５０℃で６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は３４％であった。
【００３４】
＜実施例４＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸４４ｍｇ、２８重量％アンモニア水５．４ｇおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は７０％であった。
【００３５】
＜実施例５＞
１０ｍＬフラスコに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、ギ酸アンモニウム３７０ｍｇおよび水５．０ｇを加え、得られた混合物にギ酸を添加することによりｐＨ５．０に調整した。この混合物に５重量％Ｒｈ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）６０．５ｍｇを加えた後、８０℃まで昇温し、同温度で１５時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は８４％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は４２％であった。
【００３６】
＜実施例６＞
内容量５０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５１ｍｇおよび２８重量％アンモニア水５．４ｇを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）ニッケル（デグサ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９４％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は１０％であった。
【００３７】
＜実施例７＞
内容量５０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５１ｍｇおよび２８重量％アンモニア水５．４ｇを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）コバルト（アルドリッチ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９６％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は２７％であった。
【００３８】
＜実施例８＞
内容量５０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５１ｍｇおよび２８重量％アンモニア水５．４ｇを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）銅（ストレムケミカル社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９３％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は９．５％であった。
【００３９】
＜実施例９＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇおよび７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）ニッケル（デグサ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９５％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は５０％であった。
【００４０】
＜実施例１０＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇおよび７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）コバルト（アルドリッチ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９１％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は５２％であった。
【００４１】
＜実施例１１＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇおよび７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）銅（ストレムケミカル社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は８２％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は１３％であった。
【００４２】
＜実施例１２＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸カリウム水溶液（２．１１６ｇ、含量１４．５％）、２８重量％アンモニア水１．５８ｇおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）９５ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、４０℃まで昇温し、１３時間攪拌した。得られた反応混合物を室温まで冷却し、オートクレーブ内の圧力を開放して常圧とした後にろ過し、ろ過により除去された固形物を水で洗浄した。ろ過液および洗浄液を混合して得られた溶液７．９２１ｇ中の２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸含量を高速液体クロマトグラフィー内部標準法により分析し、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の生成率を求めたところ、７２．９％であった。
次いで、得られた前記溶液に炭素ガス（ＣＯ２ガス）を３０分間吹き込むことで、固体を析出させた。析出させた固体をろ過することにより回収し、回収したろ物を水０．５ｇで洗浄し、減圧乾燥することで２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸（即ち、メチオニン）０．１２１ｇ（含量９６％、収率６８％）を得た。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、メチオニン等の含硫アミノ酸またはその塩の製造方法として利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含硫アミノ酸またはその塩の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メチオニンやＳ−アルキルシステイン等の含硫アミノ酸は、全ての生物に普遍的に存在し、多くの重要な生物反応に有用な成分である。特に、メチオニンは必須アミノ酸であり、飼料添加剤としても用いられる重要な化合物である。
【０００３】
含硫アミノ酸の製造方法として、例えば非特許文献１には、アクロレインにメタンチオールを付加させて得られる３−メチルチオプロピオンアルデヒドとシアン化水素とを反応させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルを得、これを炭酸アンモニウムと反応させて置換ヒダントインに導いた後、置換ヒダントインをアルカリで加水分解する方法が記載されている。また、非特許文献２には、２−クロロアクリル酸メチルエステルにメタンチオールを付加させ、得られた付加体をアジ化ナトリウムと反応させた後、酸性条件下で水素添加する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】工業有機化学、東京化学同人、２７３〜２７５頁（１９７８年）
【非特許文献２】Ｃｈｅｍ．Ｂｅｒ．，第１２１巻，２２０９〜２２２３頁（１９８８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載される方法は、取り扱いに注意を要するシアン化水素を原料として用いる必要がある。非特許文献２に記載される方法も、取り扱いに注意を要するアジ化ナトリウムを原料として用いる必要がある。
かかる状況下、取り扱いに注意を要するシアン化水素やアジ化ナトリウム等を原料として用いることのない含硫アミノ酸の新たな製造方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決するべく鋭意検討し、本発明に至った。
【０００７】
即ち本発明は、以下の通りである。
〔１〕 遷移金属触媒の存在下、式（２）
【０００８】
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素と
を反応させる工程を有する式（１）
【０００９】
【化２】
（式中、Ｒ１およびｎはそれぞれ上記で定義した通り。）
で示される含硫アミノ酸またはその塩の製造方法。
〔２〕 前記工程において、さらに溶媒の存在下に前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを反応させる前記〔１〕記載の製造方法。
〔３〕 溶媒がメタノールまたは水である前記〔２〕記載の製造方法。
〔４〕 遷移金属触媒が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウムからなる群より選ばれる一種以上を担体に担持させた触媒である前記〔１〕〜〔３〕のいずれか記載の製造方法。
〔５〕 担体が、活性炭、アルミナ、シリカおよびゼオライトからなる群より選ばれる一種以上である前記〔４〕記載の製造方法。
〔６〕 遷移金属触媒が、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒およびスポンジ銅触媒からなる群より選ばれる一種以上である前記〔１〕〜〔３〕のいずれか記載の製造方法。
〔７〕 前記工程において、前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを、０〜１００℃の範囲から選ばれる温度で反応させる前記〔１〕〜〔６〕のいずれか記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、取り扱いに注意を要するシアン化水素やアジ化ナトリウム等を原料として用いることのない含硫アミノ酸の新たな製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩、および式（１）で示される含硫アミノ酸またはその塩について説明する。
【００１２】
式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸の塩は、式（２）において−ＣＯＯＨで表される基から解離し得るＨ＋が任意の陽イオンに置き換わってなる塩を意味する。かかる陽イオンとしては、例えばリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン；カルシウムイオン、マグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンの４級アンモニウムイオン；およびアンモニウムイオンが挙げられる。
以下、式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸と、式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸の塩とを総称して、化合物（２）と記載することがある。
【００１３】
式（１）で示される含硫アミノ酸の塩は、式（１）で示される含硫アミノ酸と、塩酸、安息香酸、酒石酸等の任意の酸との塩、または式（１）において−ＣＯＯＨで表される基から解離し得るＨ＋が任意の陽イオンに置き換わってなる塩を意味する。かかる陽イオンとしては、例えばリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン；カルシウムイオン、マグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンの４級アンモニウムイオン；およびアンモニウムイオンが挙げられる。
以下、式（１）で示される含硫アミノ酸と、式（１）で示される含硫アミノ酸の塩とを総称して、化合物（１）と記載することがある。
【００１４】
式（２）および式（１）において、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。
【００１５】
式（２）および式（１）において、Ｒ１で表される置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基における、炭素数１〜１２のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、オクチル基およびデシル基が挙げられ、置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基における、炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基およびシクロヘキシル基が挙げられる。
【００１６】
炭素数１〜１２のアルキル基が有していてもよい置換基および炭素数３〜１２のシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、
フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、４−メチルフェニル基等の炭素数６〜２０のアリール基；メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、ｓｅｃ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基等の炭素数１〜１２のアルコキシ基；フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−メチルフェノキシ基等の炭素数６〜２０のアリールオキシ基；トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基等の炭素数１〜６のペルフルオロアルキルオキシ基；およびフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子からなる群より選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
ここで、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数１〜１２のアルコキシ基および炭素数６〜２０のアリールオキシ基は、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数１〜１２のアルコキシ基および炭素数６〜２０のアリールオキシ基からなる群から選ばれる基をさらに有していても良い。
【００１７】
Ｒ１で表される置換基を有する炭素数１〜１２のアルキル基およびＲ１で表される置換基を有する炭素数３〜１２のシクロアルキル基としては、具体的には例えば、ベンジル基、ナフタレン−１−イルメチル基、ナフタレン−２−イルメチル基、４−メチルベンジル基、３，４−ジメチルベンジル基、４−メトキシベンジル基、３，４−ジメトキシベンジル基、４−フェニルベンジル基、４−フェノキシベンジル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、イソプロピルオキシメチル基、ブチルオキシメチル基、イソブチルオキシメチル基、ｓｅｃ−ブチルオキシメチル基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシメチル、フェノキシメチル基、２−メチルフェノキシメチル基、４−メチルフェノキシメチル基、１−フェニルエチル基、２−フェニルエチル基、１−（ナフタレン−１−イル）エチル基、１−（ナフタレン−２−イル）エチル基、１−（４−メチルフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメチルフェニル）エチル基、１−（４−メトキシフェニル）エチル基、１−（３，４−ジメトキシフェニル）エチル基、１−（４−フェニルフェニル）エチル基、１−（４−フェノキシフェニル）エチル基、２−（メトキシ）エチル基、２−（エトキシ）エチル基、２−（イソプロピルオキシ）エチル基、２−（ブチルオキシ）エチル基、２−（イソブチルオキシ）エチル基、２−（ｓｅｃ−ブチルオキシ）エチル基、２−（ｔｅｒｔ−ブチルオキシ）エチル、２−（フェノキシ）エチル基、２−（２−メチルフェノキシ）エチル基、２−（４−メチルフェノキシ）エチル基、２−フェニルシクロプロピル基および４−フェニルシクロヘキシル基が挙げられる。
【００１８】
Ｒ１は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル、イソプロピル基、ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基またはベンジル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
【００１９】
化合物（２）としては、具体的には例えば、３−メチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ｔｅｒｔ−ブチルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−ベンジルチオ−２−オキソプロピオン酸、３−エチルチオ−２−オキソプロピオン酸、４−メチルチオ−２−オキソ酪酸、４−エチルチオ−２−オキソ酪酸、２−オキソ−４−プロピルチオ酪酸、４−ベンジルチオ−２−オキソ酪酸、５−メチルチオ−２−オキソペンタン酸、５−（エチルチオ）−２−オキソペンタン酸、２−オキソ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、５−（ベンジルチオ）−２−オキソペンタン酸、６−メチルチオ−２−オキソヘキサン酸、６−（エチルチオ）−２−オキソヘキサン酸、２−オキソ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、６−（ベンジルチオ）−２−オキソヘキサン酸およびそれらの塩が挙げられる。
化合物（２）は、市販品でもよいし、例えば「Ｂｕｌｌ．Ａｇｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ，第２１巻，第６号，３３３〜３３６頁（１９５７年）」、「Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｌａｂｅｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｎｄ Ｒａｄｉｏｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，第ＸＸＸＶＩ巻，第５号，４３１〜４３７頁（１９９５年）」に記載される方法に準じて製造することもできる。
【００２０】
化合物（１）としては、具体的には例えば、２−アミノ−３−（メチルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−３−（ｔｅｒｔ−ブチルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−３−（ベンジルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−３−（エチルチオ）プロピオン酸、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸（即ち、メチオニン）、２−アミノ−４−（エチルチオ）酪酸、２−アミノ−４−（プロピルチオ）酪酸、２−アミノ−４−（ベンジルチオ）酪酸、２−アミノ−５−（メチルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−５−（エチルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−５−（プロピルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−５−（ベンジルチオ）ペンタン酸、２−アミノ−６−（メチルチオ）ヘキサン酸、２−アミノ−６−（エチルチオ）ヘキサン酸、２−アミノ−６−（プロピルチオ）ヘキサン酸、２−アミノ−６−（ベンジルチオ）ヘキサン酸およびそれらの塩が挙げられる。
【００２１】
次いで、遷移金属触媒の存在下、化合物（２）と、アンモニアおよび水素とを反応させる工程を説明する。かかる工程において、化合物（２）は化合物（１）に変換される。
【００２２】
遷移金属触媒は、例えば還元ニッケル触媒、スポンジニッケル触媒（ラネー（登録商標）ニッケル）等のニッケル触媒；還元コバルト触媒、スポンジコバルト触媒（ラネー（登録商標）コバルト）等のコバルト触媒；スポンジ銅触媒（（ラネー（登録商標）銅））等の銅触媒；並びにルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウム等の貴金属触媒が挙げられる。なお、還元ニッケル触媒、還元コバルト触媒等の還元金属触媒は、金属酸化物又は金属水酸化物を還元することにより調製される触媒、或いは担体に担持された金属酸化物又は担体に担持された金属水酸化物を還元することにより調製される触媒である。また、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒、スポンジ銅触媒等のスポンジ金属触媒は、ニッケルとアルミニウムとの合金、コバルトとアルミニウムとの合金、銅とアルミニウムとの合金に水酸化ナトリウム水溶液を作用させてアルミニウムを溶解して調製される触媒である。
遷移金属触媒は、好ましくは、スポンジ金属触媒または貴金属触媒であり、より好ましくは、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒およびスポンジ銅触媒からなる群より選ばれる一種以上の触媒、或いは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウムからなる群より選ばれる一種以上を担体に担持させた触媒である。担体としては、例えば活性炭、アルミナ、シリカおよびゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。なかでも、遷移金属触媒は、活性炭に担持されたパラジウムまたは活性炭に担持されたロジウムであることが好ましい。
【００２３】
遷移金属触媒は市販品でもよいし、任意の公知の方法により調製されたものでもよい。
遷移金属触媒の使用量は、化合物（２）１重量部に対して、遷移金属原子が好ましくは２重量部以下であり、より好ましくは０．０００１〜０．２重量部含まれる範囲の量であり、さらに好ましくは０．００１〜０．１重量部含まれる範囲内の量である。
【００２４】
アンモニアとしては、液体アンモニア、アンモニアガスまたはアンモニア溶液のいずれの形態でも用いることができるが、好ましくはアンモニア溶液であり、より好ましくアンモニア水またはアンモニア−メタノール溶液が用いられる。アンモニア水を用いる場合、その濃度は１０〜３５重量％であることが好ましい。また、アンモニアは、例えば塩酸、硫酸等の無機酸、またはギ酸、酢酸等のカルボン酸と塩を形成していてもよい。
アンモニアの使用量は、化合物（２）１モルに対して、１モル以上であることが好ましい。アンモニアの使用量の上限は限定されず、化合物（２）１モルに対して、例えば５００モルである。
【００２５】
水素は、市販の水素ガスを用いることもできるし、例えばギ酸またはその塩から、任意の公知の方法により発生させて用いることもできる。水素ガスを用いる場合、その分圧は、好ましくは１０ＭＰａ以下であり、より好ましくは０．０１〜５ＭＰａの範囲内であり、さらに好ましくは０．０２〜２ＭＰａの範囲内であり、より一層好ましくは０．０５〜０．８ＭＰａの範囲内である。
【００２６】
化合物（２）と、アンモニアおよび水素との反応は、好ましくは溶媒の存在下で行われる。かかる溶媒は、反応に対して不活性なものであることが好ましく、例えば、ペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、イソヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、イソノナン、デカン、イソデカン、ウンデカン、ドデカン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキサン、石油エーテル等の脂肪族炭化水素溶媒；テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル、ジオクチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル溶媒；メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、イソペンチルアルコール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、イソヘキシルアルコール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、イソペプチルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノｔｅｒｔ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノｔｅｒｔ−ブチルエーテル等のアルコール溶媒；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｔｅｒｔ−ブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル等のエステル溶媒；ジメチルスルホキシド、スルホラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピオンアミド、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリジノン等の非プロトン性極性溶媒；水；それらの混合物が挙げられる。なかでも、好ましくはアルコール溶媒または水であり、より好ましくはメタノールまたは水である。溶媒の使用量は、化合物（２）１ｇに対して、好ましくは１〜２００ｍＬの範囲内であり、より好ましくは１０〜１５０ｍＬの範囲内である。
【００２７】
反応試剤の混合順序は特に規定されず、例えば、化合物（２）とアンモニアと遷移金属触媒とを混合し、得られた混合物に水素を加える方法や、化合物（２）とギ酸アンモニウムとを混合し、必要に応じてギ酸を添加して任意のｐＨに調整した後、得られた混合物に遷移金属触媒を加える方法が挙げられる。
【００２８】
反応温度は、好ましくは０〜１００℃の範囲から選ばれ、より好ましくは２０〜９０℃の範囲から選ばれる。反応時間は、反応温度、反応試剤や溶媒の使用量、水素分圧等にもよるが、例えば１〜２４時間の範囲内である。反応の進行度合いは、薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー等の分析手段により確認できる。
【００２９】
反応終了後、得られる反応混合物を、必要に応じて温度調整した後、例えば、濾過、中和、抽出、水洗等の後処理、蒸留、結晶化及び固液分離等の単離処理に供することにより、化合物（１）を取り出すことができる。具体的には、例えば、得られる反応混合物を、室温付近等に温度調整した後又は温度調整することなく、ろ過することにより遷移金属触媒を除去した後、得られたろ過液を中和することにより化合物（１）を析出させ、析出した化合物（１）をろ過等により回収することができる。中和は、例えば、得られる反応混合物が塩基性を示す場合には、反応混合物と塩酸、炭酸等の酸とを混合することにより行われ、得られる反応混合物が酸性を示す場合には、反応混合物と炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の塩基とを混合することにより行われる。ろ過により除去した遷移金属触媒やろ過等により回収した化合物（１）は、上述の溶媒で洗浄することもできる。また、回収した化合物（１）は、減圧乾燥等により乾燥することもできる。反応混合物にアンモニアが含まれる場合には、例えば、反応混合物中に窒素ガスを吹き込むことにより、アンモニアを反応混合物から取り除くことができる。
単離された化合物（１）は、再結晶；抽出精製；蒸留；活性炭、シリカ、アルミナ等への吸着処理；シリカゲルカラムクロマトグラフィー等のクロマトグラフィー法等の精製処理により、精製することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１〜１１において、高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて下記分析条件により反応混合物を分析し、下式に基づいて転化率および選択率を算出した。また、実施例１２において、別途調製した２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸を内部標準物質として使用し、高速液体クロマトグラフィー内部標準法により、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の含量を決定した。
＜分析条件＞
ＬＣカラム ：Ｌｉｃｈｒｏｓｏｒｂ−ＲＰ−８
カラム温度 ：４０℃
移動相 ：アセトニトリル／水＝５／９５
添加剤 １−ペンタンスルホン酸ナトリウム
添加剤濃度 ２．５ｍｍｏｌ／Ｌ
移動相のｐＨ ３（４０％リン酸を添加して調整）
流速 ：１．５ｍＬ／分
検出波長 ：２１０ｎｍ
測定時間 ：６０分
＜転化率の算出＞
転化率（％）＝１００（％）−（化合物（２）のピーク面積（％））
＜選択率の算出＞
選択率（％）＝（化合物（１）のピーク面積）／（全生成物のピーク面積）X１００
【００３１】
＜実施例１＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は９０％であった。
【００３２】
＜実施例２＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。混合物を、水素雰囲気（常圧）下、５０℃で６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は８３％であった。
【００３３】
＜実施例３＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、２８重量％アンモニア水５．４ｇおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して１．０ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を１．０ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、５０℃で６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は３４％であった。
【００３４】
＜実施例４＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸４４ｍｇ、２８重量％アンモニア水５．４ｇおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）３２ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸の転化率は９９％以上であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は７０％であった。
【００３５】
＜実施例５＞
１０ｍＬフラスコに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇ、ギ酸アンモニウム３７０ｍｇおよび水５．０ｇを加え、得られた混合物にギ酸を添加することによりｐＨ５．０に調整した。この混合物に５重量％Ｒｈ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）６０．５ｍｇを加えた後、８０℃まで昇温し、同温度で１５時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は８４％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は４２％であった。
【００３６】
＜実施例６＞
内容量５０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５１ｍｇおよび２８重量％アンモニア水５．４ｇを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）ニッケル（デグサ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９４％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は１０％であった。
【００３７】
＜実施例７＞
内容量５０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５１ｍｇおよび２８重量％アンモニア水５．４ｇを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）コバルト（アルドリッチ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９６％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は２７％であった。
【００３８】
＜実施例８＞
内容量５０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５１ｍｇおよび２８重量％アンモニア水５．４ｇを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）銅（ストレムケミカル社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９３％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は９．５％であった。
【００３９】
＜実施例９＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇおよび７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）ニッケル（デグサ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９５％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は５０％であった。
【００４０】
＜実施例１０＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇおよび７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）コバルト（アルドリッチ社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は９１％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は５２％であった。
【００４１】
＜実施例１１＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウム５０ｍｇおよび７ｍｏｌ／Ｌ アンモニア−メタノール溶液１２．６ｍＬを入れ、得られた混合物を攪拌後、この混合物にラネー（登録商標）銅（ストレムケミカル社製）５１ｍｇ（湿重量）を加えた。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、５０℃まで昇温し、６時間攪拌した。得られた反応混合物の一部を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸ナトリウムの転化率は８２％であり、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の選択率は１３％であった。
【００４２】
＜実施例１２＞
内容量６０ｍＬのオートクレーブに、４−（メチルチオ）−２−オキソ酪酸カリウム水溶液（２．１１６ｇ、含量１４．５％）、２８重量％アンモニア水１．５８ｇおよび５重量％Ｐｄ／Ｃ（和光純薬工業株式会社製）９５ｍｇを入れ、得られた混合物を攪拌した。オートクレーブに水素を圧入して０．５ＭＰａＧ（ゲージ圧）、即ち水素ガスの分圧を０．５ＭＰａとした後、４０℃まで昇温し、１３時間攪拌した。得られた反応混合物を室温まで冷却し、オートクレーブ内の圧力を開放して常圧とした後にろ過し、ろ過により除去された固形物を水で洗浄した。ろ過液および洗浄液を混合して得られた溶液７．９２１ｇ中の２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸含量を高速液体クロマトグラフィー内部標準法により分析し、２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸の生成率を求めたところ、７２．９％であった。
次いで、得られた前記溶液に炭素ガス（ＣＯ２ガス）を３０分間吹き込むことで、固体を析出させた。析出させた固体をろ過することにより回収し、回収したろ物を水０．５ｇで洗浄し、減圧乾燥することで２−アミノ−４−（メチルチオ）酪酸（即ち、メチオニン）０．１２１ｇ（含量９６％、収率６８％）を得た。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、メチオニン等の含硫アミノ酸またはその塩の製造方法として利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遷移金属触媒の存在下、式（２）
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素と
を反応させる工程を有する式（１）
【化２】
（式中、Ｒ１およびｎはそれぞれ上記で定義した通り。）
で示される含硫アミノ酸またはその塩の製造方法。
【請求項２】
前記工程において、さらに溶媒の存在下に前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを反応させる請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
溶媒がメタノールまたは水である請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
遷移金属触媒が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウムからなる群より選ばれる一種以上を担体に担持させた触媒である請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。
【請求項５】
担体が、活性炭、アルミナ、シリカおよびゼオライトからなる群より選ばれる一種以上である請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
遷移金属触媒が、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒およびスポンジ銅触媒からなる群より選ばれる一種以上である請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。
【請求項７】
前記工程において、前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを、０〜１００℃の範囲から選ばれる温度で反応させる請求項１〜６のいずれか記載の製造方法。
【請求項１】
遷移金属触媒の存在下、式（２）
【化１】
（式中、Ｒ１は置換基を有していてもよい炭素数１〜１２のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数３〜１２のシクロアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数を表す。）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素と
を反応させる工程を有する式（１）
【化２】
（式中、Ｒ１およびｎはそれぞれ上記で定義した通り。）
で示される含硫アミノ酸またはその塩の製造方法。
【請求項２】
前記工程において、さらに溶媒の存在下に前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを反応させる請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
溶媒がメタノールまたは水である請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
遷移金属触媒が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金およびイリジウムからなる群より選ばれる一種以上を担体に担持させた触媒である請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。
【請求項５】
担体が、活性炭、アルミナ、シリカおよびゼオライトからなる群より選ばれる一種以上である請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
遷移金属触媒が、スポンジニッケル触媒、スポンジコバルト触媒およびスポンジ銅触媒からなる群より選ばれる一種以上である請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。
【請求項７】
前記工程において、前記式（２）で示される含硫２−ケトカルボン酸またはその塩と、アンモニアおよび水素とを、０〜１００℃の範囲から選ばれる温度で反応させる請求項１〜６のいずれか記載の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−１０６９７５（Ｐ２０１２−１０６９７５Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０２９９（Ｐ２０１１−６０２９９）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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