甘氨酸的合成工艺研究

文献报道甘氨酸的合成路线有十余条，目前国内外工业化生产方法为氯乙酸氨解法和施特雷克法两条路线：以甲醛、为主要原料的施特雷克法，目前该技术国内尚不是很成熟， 而且需要剧毒的氰化物，运输、贮存和使用要求比较苛刻；国内目前主要工业化的氯乙酸氨解法，工艺路线成熟、设备简单、环境污染较小，是目前国内生产甘氨酸的主要方法。

传统的合成工艺是：首先将氯乙酸按配比要求溶解成氯乙酸水溶液，过滤，升温至 50~60℃通入氨气反应。 该工艺的缺点是：产品收率低，约为 70％，乌洛托品耗量大，导致产品生产成本高，影响了该工艺的应用价值。 近年来，不少人对该工艺进行了改进研究，但终因成本或技术问题，未得到推广。 我们在传统生产工艺基础上，对甘氨酸合成进行了研究，通过改进和优化工艺条件，将氨解反应的液氨改为碳酸氢铵，反应母液套用，简化了分离操作，提高了产品收率，减少了催化剂用量，降低了生产成本。 该方法无论是在降低能耗或原料成本上，还是设备投入及排污上都比现行的氯乙酸氨解法有了很大的改善，使其具有良好的工业应用价值。

1 实验部分

1．1 原料及规格

28 今日农药 2011.11

氯乙酸、乌洛托品、乙二醇、碳酸氢铵，均为工业级。

1．2 反应原理化学反应式如下：

乌洛托品

    CICH2COOH+2NH4HCO3    

△

NH2CH2COOH+NH2C1+CO2+2H2O

1．3 工艺流程图

工艺流程图见图 1。

1．4 实验操作

1．4．1 甘氨酸混晶制备

在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管及导气管的 500mL 四口瓶中， 加入 80mL 水、100g 氯乙酸，开启搅拌溶解氯乙酸，升温至 30℃，缓慢加入 88g 碳酸氢铵及 20g 乌洛托品，反应平稳后升温至 45℃，补加 88g 碳酸氢铵后升温至 60℃， 控温 60~65℃反应 2h。降温至 10℃以下抽滤得混晶(甘氨酸和氯化铵混合晶体)90g；滤液套用，每批补加氯乙酸 100g、碳酸氢铵

170g、乌洛托品 2g，重复上述操作 20 批次，共得混晶

2530g，经分析化验确定平均收率约为 94％。

1．4．2 甘氨酸混晶分离

在 1000mL 烧瓶中加入乙二醇 400mL、 混晶 80g，升温至 60~65℃，搅拌溶解 30min，趁热过滤，少量冰水淋洗， 干燥得白色结晶甘氨酸 30g， 含量 99％；滤液降温至 20℃过滤、干燥得混晶 20g，滤液继续降温至~5℃过滤，干燥得氯化铵 8g，含量 92％；乙二醇母液循环套用， 混晶投入量约为乙二醇量 15％~20％，混晶甘氨酸单程收率约 70％，20 批次总收率 90％以上。 甘氨酸损失为氯化铵及母液乙二醇夹带。

2 结果与讨论

2．1 反应温度的选择

温度升高可以加快反应，这对反应的进行有利，但副反应也随之加剧；温度较低，不仅影响产率，并且反应时间延长较多；温度过高，原料挥发、分解，副产物增加。 实验表明，制备甘氨酸混晶合适的温度

为 60~65℃。

2．2 其他

甘氨酸的制备实验中以碳酸氢铵替代原工艺的液氨，使反应温和，反应温度可控，提高了收率，避免了液氨贮运的危险性；合成母液的循环套用，既减少了催化剂乌洛托品的用量， 同时大大降低了生产废水的排放； 在混晶分离及产品精制时使用了高沸点的乙二醇，避免了有毒易挥发溶剂甲醇的使用，使得生产环境更加安全， 免除了甲醇回收带来的能耗及设备投资；依照该工艺所得含量约 92％的氯化铵晶体，略加处理即可得到工业级的氯化铵，既创造了经济效益，又避免了氯化铵排放带来的环境污染。

3 结论

以碳酸氢铵替代氨气的氯乙酸氨解制备甘氨酸的适宜生产工艺条件：氯乙酸 100g，水 80mL，碳酸氢铵 176g(后每批补加，170g)，乌洛托晶 20g(后每批补加 2g)，反应温度 60~65℃；甘氨酸混晶分离以乙二醇为介质，60～65℃热滤，母液套用，采取以上优化反应条件，产品收率可达 85％。