２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドの製造方法
【課題】大容量の冷却器や大量の無機酸を使用しなくても、比較的短時間で２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを高転化率で水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造し得る方法の提供。
【解決手段】２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルに対して０．５〜１モル倍の無機酸(例えば硫酸）の存在下、温度４０〜７０℃で、連続反応器、回分反応器３などを用いて転化率８０％〜９８％となるように連続式にて水和させ、さらに水和反応液に含まれる未反応ニトリルを転化率９９．９％以上となるように回分式にて水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造する。
【解決手段】２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルに対して０．５〜１モル倍の無機酸(例えば硫酸）の存在下、温度４０〜７０℃で、連続反応器、回分反応器３などを用いて転化率８０％〜９８％となるように連続式にて水和させ、さらに水和反応液に含まれる未反応ニトリルを転化率９９．９％以上となるように回分式にて水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド〔以下、アミドと略称することがある。〕は式（Ａ）
で示される化合物であって、式（Ｇ）
で示される２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸〔以下、ＨＭＢＡと略称することがある。〕の製造中間体として有用である。このアミド(A)の製造方法としては、式（Ｂ）
で示される２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル〔以下、ニトリルと略称することがある。〕を無機酸(D)の存在下に水〔Ｈ2Ｏ〕(C)と水和させる方法が知られており、特許文献１〔特開２００１−１８７７７９号公報の段落番号００１３、００３８、００４６および００５２〕には、反応装置として槽型反応器を用い、この反応器にニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を導入し、導入完了後も十分な時間をかけて水和させる回分式にてアミド(A)を製造する方法が開示されている。かかる方法では、ニトリル等の原料を導入した後に十分な時間をかけて水和させるので、導入されたニトリル(B)のうちの９９．９％以上を水和することができる。
【０００３】
ところで、ニトリルを水和させる際の温度が高いと、生成したアミドの加水分解が起こりＨＭＢＡが生成するが、同時にアンモニア〔ＮＨ3〕も副生する。アンモニアが副生すると、無機酸と塩を形成して無機酸を消費するため、水和が進行しにくくなって、未反応のニトリルが残り易くなる。このため、少ない量の無機酸で、高い転化率でニトリルを水和させるには、生成したアミドが加水分解されないよう、７０℃以下の温度で水和させることが好ましい。
【０００４】
しかし、ニトリルの水和反応は発熱量が非常に大きく、しかも反応の初期には極めて速やかに進行し、特にニトリル、水および無機酸の導入時には温度が急激に上昇し易い。このため、７０℃以下の温度を維持して水和させるためには、急激な温度の上昇に見合った大容量の冷却器を用いて除熱しながら水和させるか、あるいはニトリル等の原料を極めて長時間かけて、少量ずつ反応器に導入する必要があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８７７７９号公報の段落番号００３８、００４６および００５２
【非特許文献１】「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁
【非特許文献２】「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１０２８頁〜第１０３０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
小容量の冷却器であっても、反応熱による急激な温度上昇を抑えながら反応させうる方法としては、連続反応器を用いて連続式にて反応させる方法が一般的であるが、連続式での反応だけでニトリルを高い転化率で水和させてアミドを得るには、ニトリルを速やかに水和させなければならず、そのために大量の無機酸を用いる必要がある。
【０００７】
そこで本発明者は、大容量の冷却器や大量の無機酸を使用しなくても、ニトリルを高転化率で水和させてアミドを製造し得る方法を開発するべく鋭意検討した結果、連続式にて転化率８０％以上９８％以下となるようにニトリルを水和させると共に、得られた水和反応液中の未反応にトリルを回分式にて水和させることにより、連続式での水和では９８％以下の比較的低い転化率でニトリルを水和させればよいので、無機酸の使用量を少なくでき、また回分式での水和では、既に転化率８０％以上で水和された後であるので、急激な反応の進行がなくて発熱も少なく、小容量の冷却器でも十分に除熱できることを見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド(A)を製造する方法であって、
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に転化率が８０％以上９８％以下となるように連続式にて水和させて水和反応液(E)を得、
得られた水和反応液(E)に含まれる未反応の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を転化率９９．９％以上となるように回分式にて水和させる
ことを特徴とする２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド(A)の製造方法を提供するものである。図１〜図６には、本発明の製造方法でニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に水(C)と反応させてアミド(A)を製造するための製造設備(1)の一例を模式的に示す。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によれば、ニトリルを先ず連続反応器で水和させるので、大容量の冷却
器や、大量の無機酸を用いる必要がなく、また、高い転化率でアミドを製造することがで
きる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図９を用いて本発明の製造方法について説明する。図１〜図６に示す製造設備(1)は、本発明の製造方法でアミド(A)を製造するためのものであり、連続反応器(2)および回分反応器(3)を備えている。図７〜図９には、この製造設備(1)に使用し得る連続反応器(2)の例を模式的に示す。
【００１１】
本発明の方法は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド(A)を製造する方法である。水和に用いる水(C)の使用量は、化学量論的にはニトリル(B)に対して１モル倍以上であればよいが、好ましくは０．１質量倍以上であり、通常は０．４質量倍以下である。
【００１２】
ニトリルの水和は無機酸(D)の存在下に行われる。無機酸としては、例えば硫酸が好ましく用いられ、その使用量はニトリルに対して通常０．５モル倍以上、好ましくは０．６モル倍以上であり、１モル倍を超えてもよいが、本発明の製造方法では１モル倍以下であっても転化率よくアミドを得ることができるので、通常は１モル倍以下、好ましくは０．８モル倍以下程度である。
【００１３】
本発明の製造方法では、先ずニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に連続式にて水和させて水和反応液(E)を得る。通常はニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続反応器(2)に導入し、この連続反応器(2)にて連続式にて水和させる。連続反応器(2)とは、連続操作によってニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に水(C)と反応させるための反応器である。
【００１４】
ニトリル(B)は、無機酸と混合されることなく、あるいは無機酸(D)のうちの少量と予め混合されて連続反応器(2)に導入される。ニトリル(B)は、水(C)とあらかじめ混合し、ニトリル水溶液として導入されてもよいし、水(C)と混合することなく導入されてもよいし、ニトリル(B)の製造方法によっては、ニトリルの製造過程で含まれる水を含んだまま導入されてもよい。
【００１５】
無機酸(D)および水(C)はそれぞれ独立して連続反応器(2)に導入されてもよいが、通常は、あらかじめ混合して無機酸水溶液(D')として導入される。
【００１６】
連続反応器(2)としては、例えば図７（ａ）に示すように、槽型反応器本体(20a)を単独で用い、これにニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続的に導入し、攪拌しながら、内部の水和反応液(E)を連続的に抜き出す連続攪拌槽型反応器（ＣＳＴＲ、Continuous Stirred Tank Reactor）(2a)が挙げられる〔非特許文献１：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁〕。図７（ａ）に示す連続攪拌槽型反応器(2a)は、本体(20a)にニトリル(B)を導入するニトリル導入管(21)と、無機酸水溶液(D')として水(B)および無機酸(D)を導入する無機酸水溶液導入管(22)とを備えている。本体(20a)はジャケット(23)で覆われており、このジャケット(23)内の冷媒によって冷却されている。冷媒は、ポンプ(24)によって循環され、冷却器(25)によって冷却されている。本体(20a)には、攪拌機(26)が設けられており、導入されたニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)は、この攪拌機(26)によって攪拌されながら反応する。得られた水和反応液(E)は、抜出管(27)から連続的に抜き出される。図１には、連続反応器(2)として、この連続攪拌槽型反応器(2a)を用いた例を示している。
【００１７】
連続反応器(2)として、図７（ｂ）に示すように、上記連続攪拌槽型反応装置(2a)を２台以上用い、これらを直列に連結した直列連続攪拌槽型反応器(2b)も挙げられる〔非特許文献１：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁〕。直列連続攪拌槽型反応器(2b)において、連続攪拌槽型反応器(2a)は通常、２台〜５台程度が直列に連結された構成となっている。図７（ｂ）には、２台を直列に連結した例を示している。また、図２には、連続反応器として、この直列連続攪拌槽型反応器(2b)を用いた例を示している。
【００１８】
連続反応器(2)として、図８（ａ）に示すような管型反応器(2c)も挙げられる。管型反応器(2c)とは、管状の反応器本体(20c)を備え、その一端(21c)からニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続的に導入し、他端(27c)に向けて流通させながら反応させて、他端(27c)から連続的に抜き出す反応器であり、例えばプラグフローリアクターなどが挙げられる。図８（ａ）に示す管型反応器(2c)は、反応器本体(20c)と、該反応器本体の一端(21c)に接続されたニトリル導入管(21)および無機酸水溶液導入管(22)と、該反応器本体の他端(27c)に接続された抜出管(27)とを備え、この反応器本体(20c)の周囲はジャケット(23)で覆われている。ジャケット(23)には冷媒が充填されていて、例えば、この冷媒をポンプ(24)によって循環させながら冷却器(25)で冷却することで、反応器本体(20)での水和により生ずる水和熱が除熱される。図８（ａ）では、管状の反応器本体(20)として直管状のものを例示しているが、コイル状になっていてもよい。管型反応器(2c)は、図８（ｂ）に示すように管状の反応器本体(20c)を複数並列に接続してジャケット(23)で覆われた構成になっていてもよい。図３および図４には、連続反応器として、この管型反応器(2c)を用いた例を示している。
【００１９】
連続反応器(2)として、図９に示すようなループ型反応器(2d)も挙げられる。ループ型反応器(2d)とは、内部で反応液が循環するループ管(20d)を備え、このループ管(20d)にニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続的に導入し、ループ管(20d)内を循環させながら連続的に水和させると共に、ループ管(20d)から反応液を連続的に抜き出すことにより、連続的に反応させる反応器である〔非特許文献２：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１０２８頁〜第１０３０頁〕。図９に示すループ管型反応器(2d)では、ループ管(20d)にポンプ(24)および冷却器(25)が設けられており、このポンプ(24)によってループ管(20)内部の反応液(E)を循環させながら、冷却器(25)で除熱する。ループ型反応器(2)によれば、ニトリル(B)を連続的に水和させることができる。また、ループ管(20d)には、ニトリル(B)を導入するニトリル導入管(21)と、無機酸水溶液(D')として水(B)および無機酸(D)を導入する無機酸水溶液導入管(22)とが接続され、反応液(E)の一部を抜き出すための抜出管(27)も接続されている。抜出管(27)は、ループ管(20)に直接接続されていてもよいが、ループ管(20)に導入されるニトリル(B)、水(C)および無機酸の液量が変動しても一定の液量で抜き出せるように、ループ管(20)の途中に設けられたタンク部(28)で接続されていることが好ましい。図５および図６には、連続反応器として、このループ型反応器(2d)を用いた例を示している。
【００２０】
かかる連続反応器(2)により、ニトリル(B)を連続式にて水和させることができるが、この連続反応器(2)では通常４０℃〜７０℃程度の水和温度で水和させる。水和温度が４０℃未満では水和が十分に進行しない。また、７０℃を超えたのでは、ＨＭＢＡと共にアンモニアが副生してアミド(A)を高転化率で得にくい傾向にあり、この傾向は無機酸の使用量がニトリルに対して１モル倍以下の場合に顕著である。
【００２１】
ニトリル(B)の連続式にて水和させる際の転化率は８０％以上、好ましくは８５％以上、９８％以下、好ましくは９５％以下である。ニトリルの転化率が８０％未満で、導入したニトリルのうちの２０％を超える量が水和されないまま未反応ニトリルとして残ると、次の回分式にて未反応ニトリルを水和させるときに生ずる発熱が大きくなり、また、連続式にてニトリルを転化率９８％を超えて水和させるには、無機酸(D)の使用量を多くする必要があるため、いずれも好ましくない。
【００２２】
連続反応器(2)により連続式にて水和させる際におけるニトリル(B)の転化率は、水和温度の他、滞留時間により調整できる。滞留時間が短いと転化率は低くなり、長いと転化率は高くなる。滞留時間を短くするには、連続反応器(2)として内容積の小さいものを用いたり、連続反応器(2)へのニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)の導入量を多くすればよい。滞留時間を長くするには、内容量の大きな連続反応器(2)を用いたり、ニトリル等の導入量を少なくすればよい。連続式にてニトリル(B)を水和させる際における滞留時間は通常０．２時間〜２時間程度である。
【００２３】
連続反応器(2)からは抜出管(27)を通じて、連続的に、ニトリル(B)が水和された後の水和反応液(E)が抜き出される。抜き出された水和反応液(E)には、目的の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドや、未反応の水、無機酸などの他、未反応の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルが含まれている。また、アミドが加水分解して生成したＨＭＢＡが含まれていることもある。
【００２４】
抜出管(27)から抜き出された水和反応液(E)には未反応のニトリルが含まれるが、かかるニトリルはを回分式にて水和させる。未反応ニトリルを回分式にて水和させるには、水和反応液(E)を回分反応器(3)に導入し、この回文反応器(3)にて回分式にて水和させる。回分反応器(3)とは、回分操作によって、水和反応液(E)に含まれる未反応のニトリルを水和するための反応器であって、例えば槽型反応器(30)が用いられる〔非特許文献１：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁〕。
【００２５】
回分式にて未反応のニトリルを水和するには、例えば、かかる回分反応器(3)に水和反応液(E)を導入し、その後、水和反応液(E)を水和温度に維持しながら反応させる回分操作により、反応反応液に含まれる未反応のニトリルを水と反応させて水和させればよい。
【００２６】
水和反応液(E)は、連続反応器(2)から連続的に抜き出される。これに対して、回分反応器(3)へは、回分操作によって間欠的に導入される。このため、例えば図１、図３および図５に示すように、連続反応器(2)と回分反応器(3)との間に水和反応液貯蔵タンク(4)を挿入しておき、連続反応器(2)から連続的に抜き出された水和反応液(E)を、この水和反応液貯蔵タンク(4)に連続的に貯蔵しつつ、このタンク(4)から必要量を抜き出して回分反応器(3)に導入してもよい。水和反応液貯蔵タンク(4)に貯蔵される間にも、水和反応液(E)に含まれる未反応ニトリルが水和されてアミドとなり、発熱することがあるので、水和反応液貯蔵タンク(4)にもジャケット(43)を設けておき、ポンプ(44)によって、冷却器(45)で冷却された冷媒をこのジャケット(43)の中に循環させて、除熱してもよい。
【００２７】
また、図２、図４および図６に示すように、２以上の回分反応器(3、3')を用い、これら複数の回分反応器(3、3')を交互に使用することとして、これら複数の回分反応器のうちの１台(3)で水和させている間に、他の回分反応器(3')に連続反応器(2)から抜き出された水和反応液(E)を導入してもよい。
【００２８】
なお、水和反応液(E)を連続反応器(2)から回分反応器(3)へ導入する間や、水和反応液貯蔵タンク(4)に貯蔵している間にも水和が進み、水和反応液(E)に含まれる未反応のニトリル(B)の一部が水和されてアミドとなってもよい。
【００２９】
図１〜図６に示す回分反応器(3)は、槽型反応器本体(30)の周囲にジャケット(33)が設けられており、ポンプ(34)によって、このジャケット(33)に冷却器(35)からの冷媒を通すことで、除熱することができる。
【００３０】
かかる回分反応器(3)により、未反応にトリルを回分式にて水和させることができるが、この回分反応器(3)では通常４０℃〜７０℃程度の水和温度で水和させる。かかる温度で水和させるために通常は、槽型反応器本体(30)内がこの温度範囲となるように、通常はジャケット(33)により除熱しながら水和させる。水和温度が４０℃未満では水和が十分に進行しない。また、７０℃を超えたのでは、ＨＭＢＡと共にアンモニアが副生して、ニトリルの転化率が却って低下する傾向にあり、この傾向は無機酸の使用量がニトリルに対して１モル倍以下の場合に顕著である。
【００３１】
水和は通常、攪拌下に行われ、図１および図２に示す回分反応器(3)では、攪拌機(36)により攪拌しながら水和させている。
【００３２】
回分反応器の本体(30)で水和されるニトリルはは、既に８０％以上の転化率でニトリルが水和された後の水和反応液(E)に含まれる未反応ニトリルであるので、水和速度は比較的緩やかで、発熱量も少なく、比較的容量の小さな冷却器(35)であっても７０℃以下の水和温度を維持しながら水和させることができる。
【００３３】
回分式で水和させるにあたり、未反応ニトリルは、先の連続反応器(2)に導入されたニトリルのうちでアミド(A)に転化されたものの割合を示す転化率で９９．９％以上、実質的には１００％となるまで水和させる。回分反応器(3)における水和に要する時間は、通常０．２時間〜２時間程度である。
【００３４】
かくして水和させることで、実質的にニトリルを含まない反応液としてアミド(A)を得ることができる。また、この反応液には目的のアミド(A)の他、未反応の水および無機酸が含まれ、またアミドが加水分解されて生成するＨＭＢＡが僅かに含まれていてもよい。
【００３５】
かくして本発明の方法で反応液としてアミド(A)得るが、得られたアミド(A)を加水分解することで、ＨＭＢＡを得ることができる。アミド(A)は通常、反応液のまま加水分解される。
【００３６】
アミド(A)を加水分解するには、例えば得られた反応液に水(F)を加え、加熱すればよい。加える水(F)の量は、先の水和で用いた無機酸(D)に対して１質量倍〜２質量倍程度である。無機酸(D)として硫酸を用いた場合には、水(F)と共に、硫酸アンモニウムや重硫酸アンモニウムを加えてもよい〔特許文献１：特開２００１−１８７７７９号公報の段落番号００３８、００４６および００５２〕。
【００３７】
加水分解温度は通常９０℃〜１３０℃である。９０℃未満では十分に加水分解できない傾向にある。大気圧下での反応液の沸点が１３０℃未満である場合もあり、その場合には加圧下に加熱することで大気圧下での沸点を超える加水分解温度まで加熱することもできるが、加圧のための設備が不要である点で、大気圧下での反応液の沸点以下の温度で加水分解することが好ましい。加水分解の過程で沸点の低い軽沸分が揮発することもあるが、この軽沸分は加水分解中、または加水分解後にパージすればよい。加水分解に要する時間は通常、２時間〜５時間程度である。
【００３８】
加水分解は、先の水和に用いた回分反応器(3)の抜出管(37)から反応液(A)を抜き出し、別の回分反応器に移送して行われてもよいが、先に用いた回分反応器(3)から反応液を抜き出すことなく、そのまま水導入管(38)から水(F)を加え、加熱して加水分解してもよい。アミドの加水分解により生ずる発熱は比較的少ないので、回分反応器であっても、小容量の冷却器で十分に除熱することができる。
【００３９】
かくして加水分解することで、加水分解液として２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸（ＨＭＢＡ）(G)を得ることができる。得られたＨＭＢＡは、精製して飼料添加物などとして用いられる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
図１に示すような、連続反応器(2)として槽型反応器本体(20a)を一台用いた連続攪拌槽型反応器(2a)を用い、これ(2a)に、５５℃にて、ニトリル導入管(21)を通じて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を１３１．２０ｇ／時間（１モル／時間）で、また無機酸水溶液導入管(23)を通じて６３％硫酸水溶液(D')を１１６．７６ｇ／時間（硫酸換算で０．７５モル／時間、水４３．２０ｇ／時間）で、それぞれ連続的に導入しつつ、ジャケット(23)により除熱して内温を５５℃に維持しながら、平均滞留時間４５分（０．７５時間）でニトリルを水和させ、抜出管(27)より水和反応液(E)を連続的に抜き出す。
【００４２】
ニトリル １３１．２０ｇ（１モル）を６３％硫酸１１６．７６ｇと混合すると、０．９２Ｊの混合熱を生ずる。ニトリルを水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドとすると、ニトリル １モルあたり９３．５６Ｊの水和熱が生じ、５５℃で反応させた場合に４５分後にはニトリルの約９０％が水和されるので、この槽型反応器本体(20a)での水和反応による発熱量は１時間あたり８４．２０Ｊ（＝９３．５６Ｊ×０．９０）である。よって、この槽型反応器(20a)からは、８５．１２Ｊ／時間（＝０．９２＋８４．２０）の速度で除熱すればよい。
【００４３】
抜き出された水和反応液(E)は、水和反応液貯蔵タンク(4)に送り、５５℃で貯蔵する。この貯蔵タンク(4)には、６時間分の水和反応液(E)（１４８８ｇ）が貯蔵される。６時間の貯蔵中にも水和が進行し、転化率は９９％となるが、このときの水和反応は、概ね均等の速度で進行し、その間に生ずる発熱量は５０．５２J（＝９３．５６Ｊ×０．０９×６）であるので、この貯蔵タンク(4)からは８．４２Ｊ／時間（＝５０．５２／６）の速度で除熱すればよい。
【００４４】
水和反応液貯蔵タンク(4)に貯蔵された６時間分の水和反応液(E)を５５℃のまま回分反応器(3)を構成する空の槽型反応器本体(30)に送って充填し、充填完了後、更に１時間の間５５℃を維持すると、水和反応液(E)に含まれていた未反応ニトリルを実質的に転化率１００％で水和させることができる。このときの水和反応は、ほぼ均等の速度で進行し、その間に生ずる発熱量は５．６１Ｊ（＝９３．５６Ｊ×０．０１×６）であるので、この槽型反応器(30)からは、０．９３５Ｊ／時間（＝５．６１Ｊ／６時間）の速度で除熱すればよい。
【００４５】
実施例２
図２に示すように、連続反応器(2)として２台の連続攪拌槽型反応器(2a)を直列に連結した直列連続攪拌槽型反応器(2b)を用い、これ(2b)に、ニトリル導入管(21)を通じてニトリル(B)を１３１．２０ｇ／時間（１モル／時間）で、また無機酸水溶液導入管(23)を通じて６３％硫酸水溶液(D')を１１６．７６ｇ／時間（硫酸換算で０．７５モル／時間、水４３．２０ｇ／時間）で、それぞれ連続的に導入しつつ、冷却器(25)によりジャケット(33)から除熱して内温を５５℃に維持しながら、２台の連続攪拌槽型反応器(2a)での合計の平均滞留時間が４５分（０．７５時間）となるように抜出管(27)より水和反応液(E)を連続的に抜き出すことにより、ニトリルを水和させる。この２台の連続攪拌槽型反応器(2a、2a)からは、合計、８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよい。
【００４６】
直列連続槽型反応器(2b)の抜出管(27)から抜き出された水和反応液(E)は、５５℃のまま回分反応器(3)を構成する空の槽型反応器本体(30)に直接送って６時間かけて充填し、充填完了後、更に６時間の間５５℃を維持すると、水和反応液(E)に含まれていた未反応ニトリルは実質的に転化率１００％で水和される。このときの水和反応は、ほぼ均等の速度で進行し、その間に生ずる発熱量は５６．１４Ｊ（＝９３．５６Ｊ×０．１×６）であるので、この槽型反応器(30)からは、９．３６Ｊ／時間（＝５６．１４Ｊ／６時間）の除熱速度で除熱すればよい。
【００４７】
実施例３
図１に示す製造設備に代えて、図３に示すように連続反応器(2)として管型反応器(2c)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例１と同様に操作することにより、ニトリルを水和させる。この製造設備(1)では、管型反応器(2c)からは８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で、貯蔵タンク(4)からは８．４２Ｊ／時間の除熱速度で、槽型反応器(30)からは０．９３６Ｊ／時間の除熱速度でそれぞれ除熱すればよい。
【００４８】
実施例４
図２に示す製造設備に代えて、図４に示すように連続反応器(2)として管型反応器(2c)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例２と同様に操作することにより、ニトリルを水和させる。この製造設備では、管型反応器(2c)からは１時間あたり８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよく、また、槽型反応器(30)からは合計９．３６Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよい。
【００４９】
実施例５
図１に示す製造設備に代えて、図５に示すように連続反応器(2)としてループ型反応器(2d)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例１と同様に操作することによりニトリルを水和させる。この製造設備(1)では、ループ型反応器(2d)からは８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で、貯蔵タンク(4)からは８．４２Ｊ／時間の除熱速度で、槽型反応器(30)からは０．９３５Ｊ／時間の除熱速度でそれぞれ除熱すればよい。
【００５０】
実施例６
図２に示す製造設備に代えて、図６に示すように連続反応器(2)としてループ型反応器(2d)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例２と同様に操作することによりニトリルを水和させる。この製造設備では、ループ型反応器(2d)からは８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよく、また、槽型反応器(30)からは、１時間あたり９．３６Ｊ／時間で除熱すればよい。
【００５１】
比較例１
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル １３１．２０ｇと６３％流酸水溶液 １１６．７６ｇとを空の槽型反応器(30)に５５℃でそれぞれ独立して同時に導入すると、速やかに反応が進行し、１分後には転化率９０％で水和されてアミドが生成する。この間の発熱量は混合による混合熱０．９２Ｊと、水和による発熱量８４．２０Ｊとの合計８５．１２Ｊであるが、この間、温度を５５℃に維持するには、この合計熱量８５．１２Ｊを１分間で除熱しなければならないため、５１０７Ｊ／時間の除熱速度で除熱しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図６】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図７】連続反応器の一例を模式的に示す図である。
【図８】連続反応器の一例を模式的に示す図である。
【図９】連続反応器の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド（アミド）
Ｂ：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル（ニトリル）
Ｃ：水 Ｄ：無機酸 Ｄ':無機酸水溶液（水＋無機酸）
Ｅ：水和反応液 Ｆ：水
Ｇ：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸（ＨＭＢＡ）
１：製造設備
２：連続反応器
2a：連続攪拌槽型反応器 20a:槽型反応器本体
2b：直列連続攪拌槽型反応器
2c：管型反応器 20c:管型反応器本体
2d：ループ型反応器 20d:ループ型反応器本体
21：ニトリル導入管 22：無機酸水溶液導入管
23：ジャケット 24：ポンプ 25：冷却器
26：攪拌機 27：抜出管
３、３'：回分反応器
30：槽型反応器本体
33：ジャケット 34：ポンプ 35：冷却器
36：攪拌機 37：抜出管 38：水導入管
４：水和反応液貯蔵タンク
43：ジャケット 44：ポンプ 45：冷却器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド〔以下、アミドと略称することがある。〕は式（Ａ）
で示される化合物であって、式（Ｇ）
で示される２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸〔以下、ＨＭＢＡと略称することがある。〕の製造中間体として有用である。このアミド(A)の製造方法としては、式（Ｂ）
で示される２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル〔以下、ニトリルと略称することがある。〕を無機酸(D)の存在下に水〔Ｈ2Ｏ〕(C)と水和させる方法が知られており、特許文献１〔特開２００１−１８７７７９号公報の段落番号００１３、００３８、００４６および００５２〕には、反応装置として槽型反応器を用い、この反応器にニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を導入し、導入完了後も十分な時間をかけて水和させる回分式にてアミド(A)を製造する方法が開示されている。かかる方法では、ニトリル等の原料を導入した後に十分な時間をかけて水和させるので、導入されたニトリル(B)のうちの９９．９％以上を水和することができる。
【０００３】
ところで、ニトリルを水和させる際の温度が高いと、生成したアミドの加水分解が起こりＨＭＢＡが生成するが、同時にアンモニア〔ＮＨ3〕も副生する。アンモニアが副生すると、無機酸と塩を形成して無機酸を消費するため、水和が進行しにくくなって、未反応のニトリルが残り易くなる。このため、少ない量の無機酸で、高い転化率でニトリルを水和させるには、生成したアミドが加水分解されないよう、７０℃以下の温度で水和させることが好ましい。
【０００４】
しかし、ニトリルの水和反応は発熱量が非常に大きく、しかも反応の初期には極めて速やかに進行し、特にニトリル、水および無機酸の導入時には温度が急激に上昇し易い。このため、７０℃以下の温度を維持して水和させるためには、急激な温度の上昇に見合った大容量の冷却器を用いて除熱しながら水和させるか、あるいはニトリル等の原料を極めて長時間かけて、少量ずつ反応器に導入する必要があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８７７７９号公報の段落番号００３８、００４６および００５２
【非特許文献１】「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁
【非特許文献２】「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１０２８頁〜第１０３０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
小容量の冷却器であっても、反応熱による急激な温度上昇を抑えながら反応させうる方法としては、連続反応器を用いて連続式にて反応させる方法が一般的であるが、連続式での反応だけでニトリルを高い転化率で水和させてアミドを得るには、ニトリルを速やかに水和させなければならず、そのために大量の無機酸を用いる必要がある。
【０００７】
そこで本発明者は、大容量の冷却器や大量の無機酸を使用しなくても、ニトリルを高転化率で水和させてアミドを製造し得る方法を開発するべく鋭意検討した結果、連続式にて転化率８０％以上９８％以下となるようにニトリルを水和させると共に、得られた水和反応液中の未反応にトリルを回分式にて水和させることにより、連続式での水和では９８％以下の比較的低い転化率でニトリルを水和させればよいので、無機酸の使用量を少なくでき、また回分式での水和では、既に転化率８０％以上で水和された後であるので、急激な反応の進行がなくて発熱も少なく、小容量の冷却器でも十分に除熱できることを見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド(A)を製造する方法であって、
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に転化率が８０％以上９８％以下となるように連続式にて水和させて水和反応液(E)を得、
得られた水和反応液(E)に含まれる未反応の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を転化率９９．９％以上となるように回分式にて水和させる
ことを特徴とする２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド(A)の製造方法を提供するものである。図１〜図６には、本発明の製造方法でニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に水(C)と反応させてアミド(A)を製造するための製造設備(1)の一例を模式的に示す。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によれば、ニトリルを先ず連続反応器で水和させるので、大容量の冷却
器や、大量の無機酸を用いる必要がなく、また、高い転化率でアミドを製造することがで
きる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図９を用いて本発明の製造方法について説明する。図１〜図６に示す製造設備(1)は、本発明の製造方法でアミド(A)を製造するためのものであり、連続反応器(2)および回分反応器(3)を備えている。図７〜図９には、この製造設備(1)に使用し得る連続反応器(2)の例を模式的に示す。
【００１１】
本発明の方法は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド(A)を製造する方法である。水和に用いる水(C)の使用量は、化学量論的にはニトリル(B)に対して１モル倍以上であればよいが、好ましくは０．１質量倍以上であり、通常は０．４質量倍以下である。
【００１２】
ニトリルの水和は無機酸(D)の存在下に行われる。無機酸としては、例えば硫酸が好ましく用いられ、その使用量はニトリルに対して通常０．５モル倍以上、好ましくは０．６モル倍以上であり、１モル倍を超えてもよいが、本発明の製造方法では１モル倍以下であっても転化率よくアミドを得ることができるので、通常は１モル倍以下、好ましくは０．８モル倍以下程度である。
【００１３】
本発明の製造方法では、先ずニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に連続式にて水和させて水和反応液(E)を得る。通常はニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続反応器(2)に導入し、この連続反応器(2)にて連続式にて水和させる。連続反応器(2)とは、連続操作によってニトリル(B)を無機酸(D)の存在下に水(C)と反応させるための反応器である。
【００１４】
ニトリル(B)は、無機酸と混合されることなく、あるいは無機酸(D)のうちの少量と予め混合されて連続反応器(2)に導入される。ニトリル(B)は、水(C)とあらかじめ混合し、ニトリル水溶液として導入されてもよいし、水(C)と混合することなく導入されてもよいし、ニトリル(B)の製造方法によっては、ニトリルの製造過程で含まれる水を含んだまま導入されてもよい。
【００１５】
無機酸(D)および水(C)はそれぞれ独立して連続反応器(2)に導入されてもよいが、通常は、あらかじめ混合して無機酸水溶液(D')として導入される。
【００１６】
連続反応器(2)としては、例えば図７（ａ）に示すように、槽型反応器本体(20a)を単独で用い、これにニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続的に導入し、攪拌しながら、内部の水和反応液(E)を連続的に抜き出す連続攪拌槽型反応器（ＣＳＴＲ、Continuous Stirred Tank Reactor）(2a)が挙げられる〔非特許文献１：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁〕。図７（ａ）に示す連続攪拌槽型反応器(2a)は、本体(20a)にニトリル(B)を導入するニトリル導入管(21)と、無機酸水溶液(D')として水(B)および無機酸(D)を導入する無機酸水溶液導入管(22)とを備えている。本体(20a)はジャケット(23)で覆われており、このジャケット(23)内の冷媒によって冷却されている。冷媒は、ポンプ(24)によって循環され、冷却器(25)によって冷却されている。本体(20a)には、攪拌機(26)が設けられており、導入されたニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)は、この攪拌機(26)によって攪拌されながら反応する。得られた水和反応液(E)は、抜出管(27)から連続的に抜き出される。図１には、連続反応器(2)として、この連続攪拌槽型反応器(2a)を用いた例を示している。
【００１７】
連続反応器(2)として、図７（ｂ）に示すように、上記連続攪拌槽型反応装置(2a)を２台以上用い、これらを直列に連結した直列連続攪拌槽型反応器(2b)も挙げられる〔非特許文献１：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁〕。直列連続攪拌槽型反応器(2b)において、連続攪拌槽型反応器(2a)は通常、２台〜５台程度が直列に連結された構成となっている。図７（ｂ）には、２台を直列に連結した例を示している。また、図２には、連続反応器として、この直列連続攪拌槽型反応器(2b)を用いた例を示している。
【００１８】
連続反応器(2)として、図８（ａ）に示すような管型反応器(2c)も挙げられる。管型反応器(2c)とは、管状の反応器本体(20c)を備え、その一端(21c)からニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続的に導入し、他端(27c)に向けて流通させながら反応させて、他端(27c)から連続的に抜き出す反応器であり、例えばプラグフローリアクターなどが挙げられる。図８（ａ）に示す管型反応器(2c)は、反応器本体(20c)と、該反応器本体の一端(21c)に接続されたニトリル導入管(21)および無機酸水溶液導入管(22)と、該反応器本体の他端(27c)に接続された抜出管(27)とを備え、この反応器本体(20c)の周囲はジャケット(23)で覆われている。ジャケット(23)には冷媒が充填されていて、例えば、この冷媒をポンプ(24)によって循環させながら冷却器(25)で冷却することで、反応器本体(20)での水和により生ずる水和熱が除熱される。図８（ａ）では、管状の反応器本体(20)として直管状のものを例示しているが、コイル状になっていてもよい。管型反応器(2c)は、図８（ｂ）に示すように管状の反応器本体(20c)を複数並列に接続してジャケット(23)で覆われた構成になっていてもよい。図３および図４には、連続反応器として、この管型反応器(2c)を用いた例を示している。
【００１９】
連続反応器(2)として、図９に示すようなループ型反応器(2d)も挙げられる。ループ型反応器(2d)とは、内部で反応液が循環するループ管(20d)を備え、このループ管(20d)にニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)を連続的に導入し、ループ管(20d)内を循環させながら連続的に水和させると共に、ループ管(20d)から反応液を連続的に抜き出すことにより、連続的に反応させる反応器である〔非特許文献２：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１０２８頁〜第１０３０頁〕。図９に示すループ管型反応器(2d)では、ループ管(20d)にポンプ(24)および冷却器(25)が設けられており、このポンプ(24)によってループ管(20)内部の反応液(E)を循環させながら、冷却器(25)で除熱する。ループ型反応器(2)によれば、ニトリル(B)を連続的に水和させることができる。また、ループ管(20d)には、ニトリル(B)を導入するニトリル導入管(21)と、無機酸水溶液(D')として水(B)および無機酸(D)を導入する無機酸水溶液導入管(22)とが接続され、反応液(E)の一部を抜き出すための抜出管(27)も接続されている。抜出管(27)は、ループ管(20)に直接接続されていてもよいが、ループ管(20)に導入されるニトリル(B)、水(C)および無機酸の液量が変動しても一定の液量で抜き出せるように、ループ管(20)の途中に設けられたタンク部(28)で接続されていることが好ましい。図５および図６には、連続反応器として、このループ型反応器(2d)を用いた例を示している。
【００２０】
かかる連続反応器(2)により、ニトリル(B)を連続式にて水和させることができるが、この連続反応器(2)では通常４０℃〜７０℃程度の水和温度で水和させる。水和温度が４０℃未満では水和が十分に進行しない。また、７０℃を超えたのでは、ＨＭＢＡと共にアンモニアが副生してアミド(A)を高転化率で得にくい傾向にあり、この傾向は無機酸の使用量がニトリルに対して１モル倍以下の場合に顕著である。
【００２１】
ニトリル(B)の連続式にて水和させる際の転化率は８０％以上、好ましくは８５％以上、９８％以下、好ましくは９５％以下である。ニトリルの転化率が８０％未満で、導入したニトリルのうちの２０％を超える量が水和されないまま未反応ニトリルとして残ると、次の回分式にて未反応ニトリルを水和させるときに生ずる発熱が大きくなり、また、連続式にてニトリルを転化率９８％を超えて水和させるには、無機酸(D)の使用量を多くする必要があるため、いずれも好ましくない。
【００２２】
連続反応器(2)により連続式にて水和させる際におけるニトリル(B)の転化率は、水和温度の他、滞留時間により調整できる。滞留時間が短いと転化率は低くなり、長いと転化率は高くなる。滞留時間を短くするには、連続反応器(2)として内容積の小さいものを用いたり、連続反応器(2)へのニトリル(B)、水(C)および無機酸(D)の導入量を多くすればよい。滞留時間を長くするには、内容量の大きな連続反応器(2)を用いたり、ニトリル等の導入量を少なくすればよい。連続式にてニトリル(B)を水和させる際における滞留時間は通常０．２時間〜２時間程度である。
【００２３】
連続反応器(2)からは抜出管(27)を通じて、連続的に、ニトリル(B)が水和された後の水和反応液(E)が抜き出される。抜き出された水和反応液(E)には、目的の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドや、未反応の水、無機酸などの他、未反応の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルが含まれている。また、アミドが加水分解して生成したＨＭＢＡが含まれていることもある。
【００２４】
抜出管(27)から抜き出された水和反応液(E)には未反応のニトリルが含まれるが、かかるニトリルはを回分式にて水和させる。未反応ニトリルを回分式にて水和させるには、水和反応液(E)を回分反応器(3)に導入し、この回文反応器(3)にて回分式にて水和させる。回分反応器(3)とは、回分操作によって、水和反応液(E)に含まれる未反応のニトリルを水和するための反応器であって、例えば槽型反応器(30)が用いられる〔非特許文献１：「改訂六版 化学工学便覧」（平成１１年２月２５日、丸善(株)発行）第１８６頁〜第１８７頁〕。
【００２５】
回分式にて未反応のニトリルを水和するには、例えば、かかる回分反応器(3)に水和反応液(E)を導入し、その後、水和反応液(E)を水和温度に維持しながら反応させる回分操作により、反応反応液に含まれる未反応のニトリルを水と反応させて水和させればよい。
【００２６】
水和反応液(E)は、連続反応器(2)から連続的に抜き出される。これに対して、回分反応器(3)へは、回分操作によって間欠的に導入される。このため、例えば図１、図３および図５に示すように、連続反応器(2)と回分反応器(3)との間に水和反応液貯蔵タンク(4)を挿入しておき、連続反応器(2)から連続的に抜き出された水和反応液(E)を、この水和反応液貯蔵タンク(4)に連続的に貯蔵しつつ、このタンク(4)から必要量を抜き出して回分反応器(3)に導入してもよい。水和反応液貯蔵タンク(4)に貯蔵される間にも、水和反応液(E)に含まれる未反応ニトリルが水和されてアミドとなり、発熱することがあるので、水和反応液貯蔵タンク(4)にもジャケット(43)を設けておき、ポンプ(44)によって、冷却器(45)で冷却された冷媒をこのジャケット(43)の中に循環させて、除熱してもよい。
【００２７】
また、図２、図４および図６に示すように、２以上の回分反応器(3、3')を用い、これら複数の回分反応器(3、3')を交互に使用することとして、これら複数の回分反応器のうちの１台(3)で水和させている間に、他の回分反応器(3')に連続反応器(2)から抜き出された水和反応液(E)を導入してもよい。
【００２８】
なお、水和反応液(E)を連続反応器(2)から回分反応器(3)へ導入する間や、水和反応液貯蔵タンク(4)に貯蔵している間にも水和が進み、水和反応液(E)に含まれる未反応のニトリル(B)の一部が水和されてアミドとなってもよい。
【００２９】
図１〜図６に示す回分反応器(3)は、槽型反応器本体(30)の周囲にジャケット(33)が設けられており、ポンプ(34)によって、このジャケット(33)に冷却器(35)からの冷媒を通すことで、除熱することができる。
【００３０】
かかる回分反応器(3)により、未反応にトリルを回分式にて水和させることができるが、この回分反応器(3)では通常４０℃〜７０℃程度の水和温度で水和させる。かかる温度で水和させるために通常は、槽型反応器本体(30)内がこの温度範囲となるように、通常はジャケット(33)により除熱しながら水和させる。水和温度が４０℃未満では水和が十分に進行しない。また、７０℃を超えたのでは、ＨＭＢＡと共にアンモニアが副生して、ニトリルの転化率が却って低下する傾向にあり、この傾向は無機酸の使用量がニトリルに対して１モル倍以下の場合に顕著である。
【００３１】
水和は通常、攪拌下に行われ、図１および図２に示す回分反応器(3)では、攪拌機(36)により攪拌しながら水和させている。
【００３２】
回分反応器の本体(30)で水和されるニトリルはは、既に８０％以上の転化率でニトリルが水和された後の水和反応液(E)に含まれる未反応ニトリルであるので、水和速度は比較的緩やかで、発熱量も少なく、比較的容量の小さな冷却器(35)であっても７０℃以下の水和温度を維持しながら水和させることができる。
【００３３】
回分式で水和させるにあたり、未反応ニトリルは、先の連続反応器(2)に導入されたニトリルのうちでアミド(A)に転化されたものの割合を示す転化率で９９．９％以上、実質的には１００％となるまで水和させる。回分反応器(3)における水和に要する時間は、通常０．２時間〜２時間程度である。
【００３４】
かくして水和させることで、実質的にニトリルを含まない反応液としてアミド(A)を得ることができる。また、この反応液には目的のアミド(A)の他、未反応の水および無機酸が含まれ、またアミドが加水分解されて生成するＨＭＢＡが僅かに含まれていてもよい。
【００３５】
かくして本発明の方法で反応液としてアミド(A)得るが、得られたアミド(A)を加水分解することで、ＨＭＢＡを得ることができる。アミド(A)は通常、反応液のまま加水分解される。
【００３６】
アミド(A)を加水分解するには、例えば得られた反応液に水(F)を加え、加熱すればよい。加える水(F)の量は、先の水和で用いた無機酸(D)に対して１質量倍〜２質量倍程度である。無機酸(D)として硫酸を用いた場合には、水(F)と共に、硫酸アンモニウムや重硫酸アンモニウムを加えてもよい〔特許文献１：特開２００１−１８７７７９号公報の段落番号００３８、００４６および００５２〕。
【００３７】
加水分解温度は通常９０℃〜１３０℃である。９０℃未満では十分に加水分解できない傾向にある。大気圧下での反応液の沸点が１３０℃未満である場合もあり、その場合には加圧下に加熱することで大気圧下での沸点を超える加水分解温度まで加熱することもできるが、加圧のための設備が不要である点で、大気圧下での反応液の沸点以下の温度で加水分解することが好ましい。加水分解の過程で沸点の低い軽沸分が揮発することもあるが、この軽沸分は加水分解中、または加水分解後にパージすればよい。加水分解に要する時間は通常、２時間〜５時間程度である。
【００３８】
加水分解は、先の水和に用いた回分反応器(3)の抜出管(37)から反応液(A)を抜き出し、別の回分反応器に移送して行われてもよいが、先に用いた回分反応器(3)から反応液を抜き出すことなく、そのまま水導入管(38)から水(F)を加え、加熱して加水分解してもよい。アミドの加水分解により生ずる発熱は比較的少ないので、回分反応器であっても、小容量の冷却器で十分に除熱することができる。
【００３９】
かくして加水分解することで、加水分解液として２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸（ＨＭＢＡ）(G)を得ることができる。得られたＨＭＢＡは、精製して飼料添加物などとして用いられる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
図１に示すような、連続反応器(2)として槽型反応器本体(20a)を一台用いた連続攪拌槽型反応器(2a)を用い、これ(2a)に、５５℃にて、ニトリル導入管(21)を通じて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル(B)を１３１．２０ｇ／時間（１モル／時間）で、また無機酸水溶液導入管(23)を通じて６３％硫酸水溶液(D')を１１６．７６ｇ／時間（硫酸換算で０．７５モル／時間、水４３．２０ｇ／時間）で、それぞれ連続的に導入しつつ、ジャケット(23)により除熱して内温を５５℃に維持しながら、平均滞留時間４５分（０．７５時間）でニトリルを水和させ、抜出管(27)より水和反応液(E)を連続的に抜き出す。
【００４２】
ニトリル １３１．２０ｇ（１モル）を６３％硫酸１１６．７６ｇと混合すると、０．９２Ｊの混合熱を生ずる。ニトリルを水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドとすると、ニトリル １モルあたり９３．５６Ｊの水和熱が生じ、５５℃で反応させた場合に４５分後にはニトリルの約９０％が水和されるので、この槽型反応器本体(20a)での水和反応による発熱量は１時間あたり８４．２０Ｊ（＝９３．５６Ｊ×０．９０）である。よって、この槽型反応器(20a)からは、８５．１２Ｊ／時間（＝０．９２＋８４．２０）の速度で除熱すればよい。
【００４３】
抜き出された水和反応液(E)は、水和反応液貯蔵タンク(4)に送り、５５℃で貯蔵する。この貯蔵タンク(4)には、６時間分の水和反応液(E)（１４８８ｇ）が貯蔵される。６時間の貯蔵中にも水和が進行し、転化率は９９％となるが、このときの水和反応は、概ね均等の速度で進行し、その間に生ずる発熱量は５０．５２J（＝９３．５６Ｊ×０．０９×６）であるので、この貯蔵タンク(4)からは８．４２Ｊ／時間（＝５０．５２／６）の速度で除熱すればよい。
【００４４】
水和反応液貯蔵タンク(4)に貯蔵された６時間分の水和反応液(E)を５５℃のまま回分反応器(3)を構成する空の槽型反応器本体(30)に送って充填し、充填完了後、更に１時間の間５５℃を維持すると、水和反応液(E)に含まれていた未反応ニトリルを実質的に転化率１００％で水和させることができる。このときの水和反応は、ほぼ均等の速度で進行し、その間に生ずる発熱量は５．６１Ｊ（＝９３．５６Ｊ×０．０１×６）であるので、この槽型反応器(30)からは、０．９３５Ｊ／時間（＝５．６１Ｊ／６時間）の速度で除熱すればよい。
【００４５】
実施例２
図２に示すように、連続反応器(2)として２台の連続攪拌槽型反応器(2a)を直列に連結した直列連続攪拌槽型反応器(2b)を用い、これ(2b)に、ニトリル導入管(21)を通じてニトリル(B)を１３１．２０ｇ／時間（１モル／時間）で、また無機酸水溶液導入管(23)を通じて６３％硫酸水溶液(D')を１１６．７６ｇ／時間（硫酸換算で０．７５モル／時間、水４３．２０ｇ／時間）で、それぞれ連続的に導入しつつ、冷却器(25)によりジャケット(33)から除熱して内温を５５℃に維持しながら、２台の連続攪拌槽型反応器(2a)での合計の平均滞留時間が４５分（０．７５時間）となるように抜出管(27)より水和反応液(E)を連続的に抜き出すことにより、ニトリルを水和させる。この２台の連続攪拌槽型反応器(2a、2a)からは、合計、８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよい。
【００４６】
直列連続槽型反応器(2b)の抜出管(27)から抜き出された水和反応液(E)は、５５℃のまま回分反応器(3)を構成する空の槽型反応器本体(30)に直接送って６時間かけて充填し、充填完了後、更に６時間の間５５℃を維持すると、水和反応液(E)に含まれていた未反応ニトリルは実質的に転化率１００％で水和される。このときの水和反応は、ほぼ均等の速度で進行し、その間に生ずる発熱量は５６．１４Ｊ（＝９３．５６Ｊ×０．１×６）であるので、この槽型反応器(30)からは、９．３６Ｊ／時間（＝５６．１４Ｊ／６時間）の除熱速度で除熱すればよい。
【００４７】
実施例３
図１に示す製造設備に代えて、図３に示すように連続反応器(2)として管型反応器(2c)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例１と同様に操作することにより、ニトリルを水和させる。この製造設備(1)では、管型反応器(2c)からは８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で、貯蔵タンク(4)からは８．４２Ｊ／時間の除熱速度で、槽型反応器(30)からは０．９３６Ｊ／時間の除熱速度でそれぞれ除熱すればよい。
【００４８】
実施例４
図２に示す製造設備に代えて、図４に示すように連続反応器(2)として管型反応器(2c)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例２と同様に操作することにより、ニトリルを水和させる。この製造設備では、管型反応器(2c)からは１時間あたり８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよく、また、槽型反応器(30)からは合計９．３６Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよい。
【００４９】
実施例５
図１に示す製造設備に代えて、図５に示すように連続反応器(2)としてループ型反応器(2d)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例１と同様に操作することによりニトリルを水和させる。この製造設備(1)では、ループ型反応器(2d)からは８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で、貯蔵タンク(4)からは８．４２Ｊ／時間の除熱速度で、槽型反応器(30)からは０．９３５Ｊ／時間の除熱速度でそれぞれ除熱すればよい。
【００５０】
実施例６
図２に示す製造設備に代えて、図６に示すように連続反応器(2)としてループ型反応器(2d)を用いた製造設備(1)を用いる以外は実施例２と同様に操作することによりニトリルを水和させる。この製造設備では、ループ型反応器(2d)からは８５．１２Ｊ／時間の除熱速度で除熱すればよく、また、槽型反応器(30)からは、１時間あたり９．３６Ｊ／時間で除熱すればよい。
【００５１】
比較例１
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル １３１．２０ｇと６３％流酸水溶液 １１６．７６ｇとを空の槽型反応器(30)に５５℃でそれぞれ独立して同時に導入すると、速やかに反応が進行し、１分後には転化率９０％で水和されてアミドが生成する。この間の発熱量は混合による混合熱０．９２Ｊと、水和による発熱量８４．２０Ｊとの合計８５．１２Ｊであるが、この間、温度を５５℃に維持するには、この合計熱量８５．１２Ｊを１分間で除熱しなければならないため、５１０７Ｊ／時間の除熱速度で除熱しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図６】本発明の製造方法により２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造するための設備の一例を模式的に示す図である。
【図７】連続反応器の一例を模式的に示す図である。
【図８】連続反応器の一例を模式的に示す図である。
【図９】連続反応器の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミド（アミド）
Ｂ：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリル（ニトリル）
Ｃ：水 Ｄ：無機酸 Ｄ':無機酸水溶液（水＋無機酸）
Ｅ：水和反応液 Ｆ：水
Ｇ：２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸（ＨＭＢＡ）
１：製造設備
２：連続反応器
2a：連続攪拌槽型反応器 20a:槽型反応器本体
2b：直列連続攪拌槽型反応器
2c：管型反応器 20c:管型反応器本体
2d：ループ型反応器 20d:ループ型反応器本体
21：ニトリル導入管 22：無機酸水溶液導入管
23：ジャケット 24：ポンプ 25：冷却器
26：攪拌機 27：抜出管
３、３'：回分反応器
30：槽型反応器本体
33：ジャケット 34：ポンプ 35：冷却器
36：攪拌機 37：抜出管 38：水導入管
４：水和反応液貯蔵タンク
43：ジャケット 44：ポンプ 45：冷却器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを無機酸の存在下に水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造する方法であって、
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを無機酸の存在下に転化率が８０％以上９８％以下となるように連続式にて水和させて水和反応液を得、
得られた水和反応液に含まれる未反応の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを転化率９９．９％以上となるように回分式にて水和させる
ことを特徴とする２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドの製造方法。
【請求項２】
無機酸が硫酸であり、その使用量が２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルに対して０．５モル倍〜１モル倍である請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
連続槽型反応器、直列連続槽型反応器、管型反応器またはループ型反応器を用いてニトリルを連続式にて水和させる請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
４０℃〜７０℃で連続式にて水和させ、４０℃〜７０℃で回分式にて水和させる請求項１または請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の製造方法で２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを得、
得られた２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを加水分解する
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。
【請求項１】
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを無機酸の存在下に水和させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを製造する方法であって、
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを無機酸の存在下に転化率が８０％以上９８％以下となるように連続式にて水和させて水和反応液を得、
得られた水和反応液に含まれる未反応の２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルを転化率９９．９％以上となるように回分式にて水和させる
ことを特徴とする２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドの製造方法。
【請求項２】
無機酸が硫酸であり、その使用量が２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンニトリルに対して０．５モル倍〜１モル倍である請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
連続槽型反応器、直列連続槽型反応器、管型反応器またはループ型反応器を用いてニトリルを連続式にて水和させる請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
４０℃〜７０℃で連続式にて水和させ、４０℃〜７０℃で回分式にて水和させる請求項１または請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の製造方法で２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを得、
得られた２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタンアミドを加水分解する
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１６１４９９（Ｐ２００９−１６１４９９Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９８９（Ｐ２００８−２９８９）
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【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２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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