第３１卷第６期 化学工业与工程技术 Ｖｏ１．３１ Ｎ０．６ ２０１０年１２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｃ．，２０１０ 氯乙酸氨解法甘氨酸合成工艺的研究 张汉铭 （盐城生物工程高等职业技术学校生物工程系，江苏盐城２２４０５１） 摘要：研究了氯乙酸氨解法制备甘氨酸的工艺条件，讨论了反应温度、催化剂用量和氨水浓度对氨 解过程中氯乙酸转化率和甘氨酸产率的影响；研究了甲醇加入量和醇析温度对醇析过程中甘氨酸得率 和纯度的影响。结果表明，氨解反应适宜温度为７Ｏ～８０℃，催化剂适宜用量为氯乙酸添加量的１５％左 右，氨水质量分数高有利于反应，在此工艺条件下氯乙酸的转化率达９９．０ 以上，反应液中甘氨酸的产 率达９８．０ 以上；醇析过程中甲醇适宜加入量为氨解反应液体积的４．０～４．５倍，醇析温度选择在７Ｏ～ ７５℃之间，醇析过程中甘氨酸的得率大于７９．０ ，析出甘氨酸的纯度大于９０．０ 。 关键词：甘氨酸；合成工艺；氨解过程；醇析过程 中图分类号：０６２９．７ 文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７９０６（２０１０）０６—０００１—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｉｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｇｌｙｃｉｎｅ ｂｙ ａｍｍｏｎｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ＺＨＡＮＧ Ｈａｎｍｉｎｇ （Ｙａｎｃｈｅｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈｉｇｈｅｒ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ ２２４０５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｇｌｙｃｉｎｅ ｂｙ ａｍｍｏｎｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ，Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅａｃ— ｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃａｔａｌｙｓｔ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｇｌｙ— ｃｉｎｅ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｏｌ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ａｌｃｏｈｏｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ ｇｌｙｃｉｎｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ａｍｍｏｎｏｌｙｓｉｓ ｉｓ ｉｎ ７Ｏ一８Ｏ℃，ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃａｔａｌｙｓｔ ｉｓ ａｂｏｕｔ １ ５ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｗａｔｅｒ ｉｓ ｉｎ ｆａｖｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃ— ｔｉｏｎ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｅｘｃｅｅｄｓ ９９．０ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｇｌｙｃｉｎｅ ｅｘｃｅｅｄｓ ９８．０ ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｓｏ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｖｏｌｕｍｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｓ ４．０—４．５ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｌｉｑｕｉｄ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ａｌ— ｃｏｈｏｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ ７０—７５℃．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｇｌｙｃｉｎｅ ｙｉｅｌｄ ｅｘｃｅｅｄｓ ７９．０ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｕｒｉｔｙ ｅｘｃｅｅｄｓ ９０．０ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｇｌｙｅｉｎｅ；Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ；Ａｍｍｏｎｏｌｙｓｉｓ；Ａｌｃｏｈｏｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ 甘氨酸又名氨基乙酸，分子式为 腈法的优点是原料便宜，缺点是副产物亚氨基化合 ＮＨ ＣＨ Ｃ００Ｈ，是结构最简单的氨基酸类化合物， 物与产品分离困难，精制工艺复杂。氯乙酸氨解法 广泛用于医药、农药、食品、化肥、饲料等各个领域， 是以乌洛托品、氯乙酸、氨水为原料，在常温、常压下 是十分重要的有机合成中间体。甘氨酸化学合成工 于水相或醇相中合成，该法具有原料易得、反应条件 艺主要有氯乙酸氨解法、氰化钠法、氢氰酸一羟基乙 温和、设备投资少等优点，但反应收率偏低，只有 腈法［１ ］。目前国内甘氨酸生产企业约２Ｏ余家，总 ７Ｏ 左右，且生产的甘氨酸质量较差＿３ ］。笔者对 生产能力超过２００ ｋｔ，技术上除重庆三峡英力化工 氯乙酸氨解法生产甘氨酸的工艺条件进行了研究， 有限公司利用其天然气资源采用天然气一氢氰酸一羟 考察了反应温度、催化剂用量、氨水浓度、醇析温度 基乙腈一甘氨酸生产工艺，河北涿州新兴化工采用羟 等对氯乙酸转化率和甘氨酸产率的影响，讨论了甲 基乙腈工艺外，基本都采用氯乙酸氨解生产工艺。 氰化钠法生产甘氨酸，产品易精制，生产成本 收稿日期：２０１０—０９—１９ 低，约为氯乙酸氨解法的一半，适合大规模工业化生 作者简介：张汉铭（１９７４一），男，江苏盐城人，本科，讲师，现从 产，但原料氰化钠为剧毒物，操作条件苛刻，反应后 事化学、化工专业课程教学。 的脱盐操作较繁杂，反应路线较长。氢氰酸一羟基乙 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｈｍ６５４３２１＠１６３．ｃｏｒｎ · ２ · 化学工业与工程技术 ２０１０年第３１卷第６期 醇重结晶工艺条件对甘氨酸得率和纯度的影响。 １ 实验部分 １．１ 实验试剂 外称取一定量的氨水装于另一个恒压滴液漏斗。水 浴加热三口烧瓶，同时以２～３滴／ｓ的速率滴加上 述２种物质，控制一定的反应温度，并维持ｐＨ一６ ～氯乙酸（大于９７％），氨水（２０ ～３２ ），乌洛 托品（环六亚甲基四胺Ｃ。Ｈ Ｎ ，大于９９ ），水，甲 醇（大于９５ ）。 １．２ 实验方法 ７，滴加结束后升温至７８℃，保温２～３ ｈ。 醇析过程：将反应液降温至７Ｏ～７５℃，滴加一 定量的甲醇，搅拌３０ ｍｉｎ，静置２～３ ｈ，冷却到一定 温度，抽滤得白色固体，送烘箱于７Ｏ℃烘２ ｈ。 １．３分析方法 甘氨酸合成过程：将一定量的乌洛托品溶于水 加入到５００ ｍＬ的三口烧瓶内。称取一定量的氯乙 酸溶于水，搅拌均匀溶清后装于恒压滴液漏斗。另 用化学分析法分析样品中氯乙酸和甘氨酸的含 量Ｌ６ ］，各参数计算式如下： 氯乙酸的转化率一（ 一氢 襄 詈器 ）Ｘ １００％ 合成反应中甘氨酸的产率：＝ 誓笺譬差 ￣１ＯＯ％ｏ 醇析过程中甘氨酸的得率一 蔫誊答霁 器 ￣１ｏｏ％ 醇析过程中甘氨酸的纯度一苴童 藿 口安Ｉ Ｕ 亘 Ａ Ｘ １００％２实验结果与讨论 ２．１甘氨酸合成过程 ２．１．２ 催化剂用量对氯乙酸转化率和甘氨酸产率 的影响 氨化反应过程中，采用原料氯乙酸的转化率和 控制反应温度７５℃，按照１．２实验步骤，加入 不同量的乌洛托品作催化剂，考察催化剂用量对氯 乙酸转化率和甘氨酸产率的影响，结果见表２。 表２催化剂用量对氯乙酸转化率和甘氨酸产率的影响 甘氨酸的产率来衡量各个工艺条件的优劣。 ２．１．１ 反应温度对氯乙酸转化率和甘氨酸产率的 影响 按照１．２实验步骤，试验反应温度对氯乙酸转 化率和甘氨酸产率的影响，结果见表１。 表１反应温度对氯乙酸转化率和甘氨酸产率的影响 反应温度／℃ 氯乙酸的转化率， ６Ｏ ６５ ７Ｏ ７５ 甘氨酸的产率， ８１．３ ８８．６ ９７．１ ９８．３ ９７．８ ８６．４ ９２．５ ９８．７ ９９．３ ８Ｏ ８５ ９９．７ ９９．６ 由表２可见，催化剂加入量少于１Ｏ％时，氨解 ９６．８ 反应进行很缓慢；当催化剂用量从１Ｏ 增加到 １５ ，氯乙酸的转化率和甘氨酸的产率都逐渐增加； 当催化剂加入量超过１５ 后，氯乙酸的转化率和甘 由表１可见，当温度从６０℃升到８０℃，氯乙酸 的转化率从８６．４ 逐渐增加到９９．７ ，甘氨酸的产 氨酸的产率增加幅度变缓。考虑到实际生产中乌洛 托品分离回收困难及成本消耗，乌洛托品的添加量 选择在１５ 左右。 ２．１．３氨水质量分数对氯乙酸转化率和甘氨酸产 率也从８１．３ 增加到９７．８ ，可见提高反应温度有 利于甘氨酸的生成。温度继续升高，氯乙酸的转化 率几乎不变，甘氨酸的产率反而下降。这是因为反 应温度为８０℃时，氯乙酸的转化率已经达到 ９９．７ ，反应基本完全，但反应温度升高导致副反应 增多，故甘氨酸产率降低。因此，氯乙酸氨解温度选 择在７０￣８０℃的范围内为宜。 率的影响 控制反应温度７５℃，乌洛托品加入量为氯乙酸 质量的１５ ，考察氨水质量分数对氯乙酸转化率和 甘氨酸产率的影响，结果见表３。 张汉铭等 氯乙酸氨解法甘氨酸合成工艺的研究 · ３ · 表３氨水质量分数对氯乙酸转化率和甘氨酸产率的影响 由表３可见，随着氨水质量分数从２Ｏ 增加到 ３２％，氯乙酸的转化率和甘氨酸的产率明显增大，因 此建议工业生产中用液氨配制高浓氨水或直接用液 氨进行氯乙酸的氨解反应。 ２．２甘氨酸醇析过程 氯乙酸氨解反应结束得到的是甘氨酸、氯化铵、 乌洛托品等的水溶液，要得到甘氨酸产品还需经过 结晶提纯工序。本实验采用醇析的方法得到甘氨酸 产品，醇析溶剂为甲醇溶液。由于甲醇和水可以互 溶，甘氨酸易溶于水而微溶于甲醇，氯化铵、乌洛托 品溶于甲醇，因此在结晶工序加人的甲醇与水互溶， 使甘氨酸大量失去溶剂水而变得过饱和，发生盐析 结晶从母液中析出，与其他物质得以分离＿３］。 影响醇析效果的主要因素有甲醇的加入量和醇 析温度。 在结晶过程中甲醇的加入量对醇析过程有很大 影响，甲醇量少，醇析不完全，且生成的甘氨酸中氯 离子增加；甲醇量多，甘氨酸的收率下降，因为甘氨 酸在甲醇中也有一定的溶解度，且甲’醇量的增加也 增加了回收工段的工作量，增加了生产成本。 醇析温度过高，甘氨酸在甲醇～水中的溶解度增 大，甘氨酸收率降低；醇析温度过低，氯化铵、乌洛托 品在甲醇一水中的溶解度也低，这些物质也夹杂在甘 氨酸中析出，影响甘氨酸的纯度［８］。 ２．２．１ 甲醇加入量对甘氨酸醇析过程的影响 醇析过程如１．２所述，加入不同量的甲醇，考察甲 醇加入量对甘氨酸醇析过程的影响。结果见表４。 表４ 甲醇加入量对甘氨酸醇析过程的影响 甲醇与醇析反应液体积比甘氨酸的得率， 甘氨酸的纯度，％ ２．０ ５８．７ ７８．４ ２．５ ６４．８ ８３．２ ３．Ｏ ７０．５ ８７．４ ３．５ ７６．５ ８９．１ ４．Ｏ ７９．４ ９０．５ ４．５ ８Ｏ．２ ９ｌ＿１ ５．０ ７９．１ ９Ｏ．６ 由表４可见，当甲醇与醇析反应液体积比从 ２．０增加到３．５，甘氨酸的得率和纯度也不断增加； 继续增加甲醇的用量，甘氨酸得率和纯度的增加幅 度变得缓慢，当甲醇加人体积为醇析反应液体积的 ４．５倍后，甘氨酸的得率和纯度反而降低。考虑到 实际生产成本，醇析过程中甲醇加入量为醇析反应 液体积的４．０～４．５倍较适宜。 ２．２．２醇析温度对甘氨酸醇析过程的影响 甲醇加入量为甘氨酸醇析反应液体积的４．５ 倍，考察不同醇析温度对甘氨酸醇析过程的影响，结 果见表５。 表５醇析温度对甘氨酸醇析过程的影响 温度／℃ 甘氨酸的得率， 甘氨酸的纯度， ４０ ６２．４ ８３．４ ５Ｏ ６８．７ ８６．１ ６０ ７３．５ ８８．４ ７０ ７９．４ ９０．１ ７５ ７９．０ ９０．４ 由表５可见，醇析温度从４Ｏ℃升高到７Ｏ℃，甘 氨酸得率和纯度增加，温度升高有利于甘氨酸的醇 析；继续升高温度，甘氨酸纯度提高缓慢，得率有所 下降。因此，醇析温度选择在７０￣７５℃范围内。 ３．结 论 ａ）氯乙酸氨解制甘氨酸过程中，氨解优化工艺 条件为：反应温度７Ｏ～８Ｏ℃，催化剂用量为氯乙酸 添加量的１５ 左右，氨水质量分数在２８ 以上。在 此条件下，氯乙酸的转化率达到９９．０ 以上，反应 液中甘氨酸的产率达到９８ 以上。 ｂ）甘氨酸醇析过程的优化工艺条件为：甲醇的 加入量为氨解反应液体积的４．０～４．５倍，醇析温度 选择在７０～７５℃范围内，此时醇析过程中甘氨酸的 得率大于７９．０ ，析出的甘氨酸纯度大于９０．０ 。 参考文献： ［１］梁诚．甘氨酸合成技术进展及市场分析ＥＪ３．四川化工 与腐蚀控制，２００２，３（５）：３８—４１。 １－２３ 陈荣，田忆凯．国内外甘氨酸合成工艺新进展ＥＪ］．江苏 化工，２０００，１０（２８）：１９—２１． －Ｉ３］ 苏鹏．氯乙酸氨解法氨基乙酸生产中影响收率的因素及 对策ＥＪ］．科技情报开发与经济，２００５，１５（２２）：１５６—１５７． Ｅ４］张林雅，赵地顺．氨基乙酸的合成及应用ＥＪ３．河北化 工，２００３（３）：７—１Ｏ． Ｅｓ］李世群．氯乙酸氨解法生产甘氨酸的工艺优化探讨 ＥＪＪ．江西化工，２００７（１）：１１９—１２０． Ｅ６］周学永．氯乙酸分析研究进展ＥＪ］．化学工程师，２００６ （１）：２３～２４． Ｅ７］邹敏，胡金风．工业氨基乙酸含量测定指示剂选择的探 讨ＥＪ］．江西化工，２００３（３）：１０４—１０５． Ｅ８３张能龙，梁桂芸，马峰．一种甘氨酸的提纯方法：中国， １１０１３４１ＥＰ－Ｉ．１９９５．
