説明

2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の製造方法

本発明は、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルから2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を製造する方法、及び上記方法によって製造された2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の用途に関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の製造方法、及び上記方法によって製造された2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の用途に関する。特に、本発明は2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルの代案としての加水分解方法に関する。
【背景技術】
【0002】
栄養-強化飼料添加剤は、今日では現在動物栄養の必須成分である。これは、供給された栄養分の使用を改善して、成長を刺激してタンパク質の生成を促進するために使用される。上記添加剤のうち、最も重要なものは必須アミノ酸であるメチオニンであって、これは、特に家禽類の飼育における飼料添加剤として重要な位置を占めている。しかし、この分野において、いわゆるメチオニン代用品またはメチオニンヒドロキシ類似体(ethionine ydroxy nalogue:MHAと略称する)は、上記目的のために公知にされているアミノ酸と類似する成長-刺激特性を示すという理由でますますその重要性が大きくなっている。
【0003】
2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸のラセミ形態は、飼料添加剤として長い間知られていたメチオニンの代用品であって、これは、主に動物の栄養、特に家禽類の飼育に利用される。上記MHAは、メチオニンの代わりに使われて飼料のうちタンパク質の利用率を向上させる。さらに、そのカルシウム塩の形態はまた腎不全症の治療において薬学的にも利用される。
【0004】
上記MHAの工業的な製造は、通常3−メチルチオプロピオンアルデヒドをシアン化水素と反応させて2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリル(MMPシアノヒドリン)を生成した後、これを2ステップにわたって加水分解してMHAを生成する方法からなる。ニトリルをカルボキサミドステップを経て化学量論的な量(stoichiometric quantities)の硫酸のような強い無機酸(mineral acid)で2ステップ加水分解して、MHA及び無機酸のアンモニウム塩を生成する反応が多くの特許文献(例えば、EP 0143100)に記載されている。有機溶媒を利用した複雑な抽出工程及びMHAの水性相への逆洗工程(backwash)において、生成物が過量で使用された無機酸及びそのアンモニウム塩から分離される。上記工程において無機系廃棄物が相当量生成される。
【0005】
酸加水分解の代案として、酵素的工程が記載されている。WO 96/09403には、MMPシアノヒドリンの二つの鏡像異性質体(enantiomer)を加水分解してラセミMHAアンモニウム塩を生成することができるニトリラーゼ(nitrilase)が記載されている。しかし、上記酵素は得られ難く、反応液から回収するのが非常に複雑である。WO 02/00869は不水溶性、酵素−含有顆粒を使用することで酵素の回収問題を解決している。しかし、酵素−含有顆粒の製作が難しく、酵素活性の半減期は70時間以下の範囲で与えられる。経済的な工程のためにかなり長期間持続する触媒活性が要求される。
【0006】
他の合成方法においては、第1ステップでニトリルをアミドに加水分解した後、アミドをまたMHAのアンモニウム塩に加水分解する。WO 02/070717は、特にMMPシアノヒドリンをMHAアミドに鹸化するニトリル水和酵素(nitrile hydratase)を開示している。異種触媒を補助としたシアノヒドリンの加水分解方法もまた公知にされている。二酸化マンガン及び酸化剤を利用してアセトンシアノヒドリンから対応する酸アミドを製造する方法は、特許EP 0433611に開示されている。1998年度日本国特開平10−128113において、触媒的活性を有する酸化マンガンの製法が請求されているところ、これは、MMPシアノヒドリンからアミドへの反応を高い選択性で触媒する。しかし、シアノヒドリンの硫酸加水分解においてアミドを単離することも可能である。WO 01/60789は、メチオニンアミド及びそのヒドロキシ類似体をチタン−含有触媒で加水分解してメチオニンまたはMHAのアンモニウム塩を生成することができることを示している。しかし、これには二つの異なる触媒を使用した2ステップ反応及び中間生成物の単離工程という短所がある。
【0007】
MHAの主な商業的形態は高濃縮水溶液である。保存する間、モノマー化合物とジ(di)−、トリ(tri)−及びオリゴマーMHAの間に平衡がなされる。その飼料添加剤としての効果は、メチオニンに比べて、高分子量化合物の割合によってさらに減少する。固体及び溶解された形態のMHA塩は安定的で高分子量化合物が生成されないものと知られている。
【0008】
発明の開示
本発明の目的
本願に記載の先行技術を考慮した場合、本発明の目的は、高栄養価のMHA形態を製造する技術的に簡単、かつ経済的な方法であって、製造に係る上述した短所が解消または少なくとも画期的に減少された方法及び公知にされたメチオニンヒドロキシ類似体の用途を見い出すことである。
【0009】
MHAの製造方法を改善するための相当な努力にもかかわらず、必要な加水分解の条件下でアルデヒド及びシアン化水素への逆反応が優先的に起きるためMMPシアノヒドリンのニトリル基のアルカリ加水分解は知られていない。本発明は、シアノヒドリンの触媒的加水分解でMHAのアンモニウム塩を生成することに関するものであって、この時廃棄物として無機塩が生成されずに全体反応において一つの触媒だけが使用される。
【0010】
発明の要約
2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルの加水分解を、適切な触媒を利用して、2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を生成する反応が驚くべきことに1工程ステップのみで起きるように行うことができる。
【0011】
発明の詳細な説明
触媒として、チタン−含有固体、このうち窒化チタン(titanium nitride)または硫化チタン(titanium sulfide)のようなチタン化合物が適切であり、特に二酸化チタン(Ti0)が適切である。Ti0は多様な結晶変形体であるものと知られており、そのうち、アナターゼ(anatase)が触媒的に更に活性な形態である。一部オキサイド作用基がヒドロキシドとして存在すれば触媒的活性が更に向上する。アナターゼは純粋な形態で使用することができ、金紅石(rutile)またはその他の金属化合物、例えばマンガン、モリブデン、ニオビウム、バナジウムまたはタングステンの酸化物或いはゼオライトまたは2以上の上記化合物の混合物とともに混合して使用することもできる。
【0012】
上記触媒は、例えば酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムのような支持物(support material)とともに、粉末、圧出成形物または圧搾形態で使用することができる。触媒の形態は、その効果に及ぼされる影響が微々たるものであるので工場設計上の必要に応じて調節される。
【0013】
MMPシアノヒドリンは室温で水に混和されないということが公知にされている。しかし、温度が上がるにつれてその水溶解度は急激に増加して、57℃の飽和水溶液には既にMMPシアノヒドリンが約25%含有されている。
【0014】
適切なチタン−含有触媒の存在下の加水分解反応は約60℃乃至190℃、好ましくは70℃乃至150℃の温度で行われる。このために、溶液の沸点を超過する温度においては、反応を耐圧(pressure−proof)反応容器で行う必要がある。圧力自体は反応に何の影響も及ぼさないが、溶液の沸点を超過する反応温度で要求され、これは液体の蒸気圧に該当する。
【0015】
水2モルがシアノヒドリン1モルと反応してMHAアンモニウム塩を形成する。水を過量で使用するのが有利である。水に対する混合物中のシアノヒドリンの割合は1乃至60重量%、好ましくは3乃至40重量%の範囲であることが可能である。
チタン化合物で触媒された加水分解を連続式及び回分式のいずれによっても行うことができる。よって、例えば、シアノヒドリンを加熱された触媒サスペンションで水とともにポンピングするか、または二つの反応物の予備加熱された溶液を触媒とともに加熱された固定層(fixed bed)に通過させることができる。その他の技術的解決方案も可能である。
【0016】
使用された触媒の量は、その活性及び選択された反応条件(温度、水の量)、及び反応が行われる方式に従って異なる。反応時間を短縮するために、できるだけ多量の触媒を選択するのが有利である。よって、例えば、表面積が300m/gである粉末触媒をシアノヒドリン1g当たり0.1乃至2g超過の量で使用することができる。比表面積(specific surface)が45m/gである圧出成形物を使用する場合、必要な触媒の量はシアノヒドリン1g当たり0.3乃至5gである。触媒の量は重要ではないが、必要とする反応時間に主に影響を及ぼす。触媒は何回かにかけて使用することができる。
【0017】
反応が終われば、固体触媒を公知にされた方法によって反応液から分離して再使用することができ、任意に溶液を活性炭で浄化した後、目的とする濃度で濃縮するかまたは水酸化カルシウムを利用してMHAカルシウム塩に転換する。
【0018】
反応が進行する様相に伴って加水分解過程において少量のメチオニンが生成され得る。これは動物栄養において同一の応用範疇に属するためこれを分離する必要はない。
【0019】
本発明の他の側面は、飼料添加剤としてD,L−メチオニンの代わりに本発明によって製造されたMHAアンモニウム塩の用途、及び本発明によって製造された上記MHAアンモニウム塩を含んだ飼料添加剤である。
【0020】
下記の実施例は、制限なしに本発明の主題を説明するためのものである。使用されたMMPシアノヒドリンを含水量が1.6%である工業的MMPからシアン化水素との反応による公知にされた方法によって製造した後、燐酸で安定化させた。HPLCを利用した含量測定結果は96.5%であった。
【0021】
発明を実施するための最良の形態
【実施例】
【0022】
実施例1
撹拌機を備えた、自由体積250mlの圧力容器に、23.8gの圧出二酸化チタン(d=4mm)、Aerolyst 7708(R)(Degussa AGで市販中である)を含んだ金属バスケット(basket)を堅く固定した。触媒はアナターゼ及び金紅石の混合物からなる。7.5gのMMPシアノヒドリン(96.5%)及び143gの水を添加した後、反応器を密閉して撹拌しながら120℃に加熱した。3時間後、上記溶液にこれ以上シアノヒドリンは含有されていなかったが、5.7重量%のMHAアンモニウム塩及び0.2%MHAアミドは含有されていた。
【0023】
実施例2
実施例1で使用された圧力容器に22gの圧出二酸化チタン(d=1mm)、Aerolyst 7710(R)(Degussa AG製造)、15gのMMPシアノヒドリン及び135gの水を満たした。130℃で5時間撹拌した後、温度を100℃に下げて反応液をディップパイプ(dip pipe)を通じてとり除いた。引き続き、10gのMMPシアノヒドリン及び90gの水を供給して撹拌しながら130℃に加熱した。5.5時間後、上記溶液にはこれ以上シアノヒドリンが含有されていなかったが、11.1重量%のMHAアンモニウム塩、0.8重量%のメチオニン及び0.1重量%のMHAアミドは含有されていた。
【0024】
実施例3
15gのMMPシアノヒドリン、135gの水及び24gの二酸化チタンを、撹拌機及び還流コンデンサーを備えたガラス容器で還流下に沸騰させた。使用された二酸化チタンである、Kemira製造のFINNTi S140は粉末形態で、表面積が250乃至350m/gであった。4.5時間後、冷却を行って触媒を濾過除去した。反応液には11.2重量%のMHAアンモニウム塩、0.3重量%のメチオニン、0.4重量%のMHAアミドが含有されているがシアノヒドリンは含有されていなかった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
3−メチルチオプロピオンアルデヒドをシアン化水素と反応させて2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルを生成し、引き続き加水分解することにより、2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を製造する方法であって、ニトリルの2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸のアンモニウム塩への触媒的加水分解を単一工程ステップで行う方法。
【請求項2】
全体反応において一つの触媒が加水分解反応に使用される請求項1に記載の方法。
【請求項3】
触媒がチタン−含有固体であり窒化チタン、硫化チタンまたは二酸化チタンのようなチタン化合物を含む請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
チタン化合物が二酸化チタンである請求項3に記載の方法。
【請求項5】
二酸化チタンがアナターゼの結晶変形体(crystal modification)を含む請求項4に記載の方法。
【請求項6】
触媒が酸化(oxidic)チタン化合物であり、ここで一部のオキサイド作用基がヒドロキシドとして存在する請求項3に記載の方法。
【請求項7】
触媒として、純粋な形態のアナターゼまたはアナターゼと金紅石またはその他の金属化合物、例えばマンガン、モリブデン、ニオビウム、バナジウムまたはタングステンの酸化物或いはゼオライトまたは2以上の前記化合物の混合物との混合物を使用する請求項3に記載の方法。
【請求項8】
反応完了時、触媒を反応液から分離して再使用する請求項1または3に記載の方法。
【請求項9】
触媒を連続工程で使用する請求項1または3に記載の方法。
【請求項10】
請求項1乃至9のいずれか一項によって製造された2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の飼料添加剤としての用途。
【請求項11】
請求項1乃至9のいずれか一項によって製造された2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を含む飼料添加剤。

【公表番号】特表2006−522755(P2006−522755A)
【公表日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−504870(P2006−504870)
【出願日】平成16年3月26日(2004.3.26)
【国際出願番号】PCT/EP2004/003208
【国際公開番号】WO2004/089863
【国際公開日】平成16年10月21日(2004.10.21)
【出願人】(501073862)デグサ アクチエンゲゼルシャフト (837)
【氏名又は名称原語表記】Degussa AG
【住所又は居所原語表記】Bennigsenplatz 1, D−40474 Duesseldorf, Germany
【Fターム(参考)】