СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМИНОПОЛИКАРБОКСИЛАТОВ Российский патент 2016 года по МПК C07C227/02 C07C227/18 C07C229/16 

Изобретение относится к способу получения аминополикарбоксилатов путем каталитического окислительного дегидрирования соответствующих полиалканоламинов с использованием основания.

Окислительное дегидрирование аминоспиртов гидроксидами щелочных металлов обычно осуществляют в водной среде под давлением и при температурах от 140 до 220°C с использованием содержащих медь катализаторов. Катализаторы состоят, например, из нелегированной или легированной меди Ренея (смотри, например, международную заявку WO 00/066539). В качестве легирующих материалов как правило используют один или несколько металлов, например, платину, железо, хром, молибден, ванадий, висмут, олово, сурьму, свинец, германий или серебро.

В других случаях медь наносят на устойчивый к воздействию щелочей носитель непосредственно или посредством скрепляющих металлов (например, осмия, иридия, родия, платины или палладия) (смотри, например, международные заявки WO 03/022140 и WO 98/50150). Описаны также медные осажденные катализаторы с оксидами других металлов (например, в международной заявке WO 03/051513 (медь, железо) или в европейском патенте EP 0506973 (медь, цирконий, кальций)). В отдельных случаях сообщается о превращении на системах благородных металлов (например, в европейском патенте ЕР 0201957).

Проблема, возникающая при получении комлексобразующих аминополикарбоксилатов, в частности, метилглициндиуксусной кислоты, глутаминдиуксусной кислоты, нитрилотриуксусной кислоты, этилендиаминтетрауксусной кислоты и их солей, из соответствующих полиалканоламинов, состоит в том, что при соответствующем превращении согласно уровню техники образуются обладающие низкой активностью побочные продукты. К последним относятся, в частности, соединения, образующиеся в результате расщепления C-N-, соответственно С-С-связей. В случае тринатриевой соли метилглициндиуксусной кислоты (MGDA-Na₃) подобными побочными продуктами являются, например, динатриевая соль карбоксиметилаланина (расщепление C-N-связей) и N-метил-N-карбоксиметилаланин (расщепление С-С-связей).

С учетом вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача предложить технически простой способ получения аминополикарбоксилатов путем каталитического окислительного дегидрирования соответствующих полиалканоламинов, согласно которому непосредственно получают высокочистый продукт, не требующий трудоемкой дополнительной очистки. Речь при этом идет о получении целевого аминополикарбоксилата с высоким выходом, составляющим по меньшей мере 85% мол., иначе говоря выход побочных продуктов не должен превышать 15% масс. в пересчете на целевой продукт.

Перед соответствующим применением при необходимости могут быть реализованы простые технические мероприятия по дополнительной обработке, причем в случае суспензионной технологии речь может идти об осаждении катализатора и/или его выделении путем фильтрования. Кроме того, можно выполнять последующее регулирование необходимого водосодержания и/или отбеливание, например, посредством пероксида водорода или ультрафиолетового излучения.

Помимо самих солей (аминополикарбоксилатов) посредством подкисления могут быть получены также соответствующие аминополикарбоновые кислоты.

Вместе с тем условия окислительного дегидрирования должны способствовать как можно более длительной пригодности используемого катализатора для вторичной переработки.

Указанная задача решается благодаря способу получения аминополикарбоксилатов путем окислительного дегидрирования соответствующих полиалканоламинов в присутствии катализатора, содержащего от 1 до 90% масс. меди в пересчете на его общую массу, при использовании основания, который отличается тем, что сначала при температуре от 140 до 180°C осуществляют частичное превращение полиалканоламина в содержащую аминополикарбоксилат реакционную смесь, пока не прореагирует по меньшей мере от 10 до 90% мол. полиалканоламина, после чего превращение продолжают при повышенной температуре.

Каталитическое окислительное дегидрирование полиалканоламинов протекает в соответствии со следующим уравнением реакции:

причем

R1 означает водород, -COOX с остатком X, означающим щелочной металл, щелочно-земельный металл или водород,

R2 означает алкильный, алкенильный, алкинильный, аралкильный, гидроксиалкильный, алкиленкарбоксильный, алкиленсульфонатный или бис(гидроксиэтил)аминоалкиленовый остаток,

Y означает щелочной или щелочно-земельный металл.

Использование в качестве катализатора меди Ренея позволяет осуществлять указанную реакцию с высокими выходами и селективностью. Тем не менее экономичная реализация способа на данной каталитической системе не представляется возможной, поскольку при высоких температурах и в щелочных условиях происходит чрезвычайно быстрое деактивирование меди Ренея, причем регенерировать удается лишь весьма ограниченное количество деактивированной меди. В связи с этим в активной массе пригодного катализатора помимо меди присутствуют также другие компоненты, которые обеспечивают более высокий срок службы и стабильность катализатора, однако одновременно могут обусловливать снижение селективности дегидрирования по сравнению с медью Ренея. Так, например, хотя известный из уровня техники Cu/ZrO₂-катализатор и позволяет осуществлять полное превращение полиалканоламина (1) ALDE-Na (R1 означает COONa, R2 означает СН₃), а следовательно, обладает высокой каталитической активностью при окислительном дегидрировании, однако выход MGDA-Na₃ (тринатриевой соли метилглициндиуксусной кислоты) не превышает 72,5%. При этом основным побочным продуктом, выход которого составляет 25,6%, является образующаяся в результате расщепления C-N-связей динатриевая соль карбоксиметилаланина (обозначаемая ниже как CMA-Na₂). Образование подобных продуктов расщепления при окислительном дегидрировании известно из литературы.

В противоположность этому авторы настоящего изобретения обнаружили, что селективность указанного выше дегидрирования может быть значительно повышена благодаря выбору особых условий осуществления реакции.

В отношении температуры реакции на примере полиалканоламина (1), обозначаемого ниже ALDE-Na₃, с R1, означающим COONa, и R2, означающим СН₃, было обнаружено, что при осуществления реакции при постоянной температуре, составляющей 170°C, количество CMA-Na₂ (побочного продукта, образующегося в результате расщепления C-N-связей) меньше, чем в случае ее осуществления при постоянной температуре, составляющей 190°C, однако одновременно существенно возрастает необходимое для полного превращения время реакции. С экономической точки зрения данное обстоятельство следует рассматривать как негативное, поскольку его следствием является гораздо более низкий выход целевого продукта в расчете на единицу объема и единицу времени. Однако неожиданно выяснилось, что CMA-Na₂ преимущественно образуется из самого исходного полиалканоламина, а не из промежуточных продуктов реакции. В связи с этим для повышения селективности достаточно начинать реакцию при более низкой температуре и в зависимости от требуемой селективности после превращения необходимой доли эдукта в промежуточном продукте, соответственно конечном продукте, непосредственно или постепенно повышать температуру, достигая надлежащей скорости реакции при остающейся практически неизменной селективности. В отличие от превращения, выполняемого при постоянной более низкой температуре, указанным образом можно получать аминополикарбоксилат с практически одинаковой селективностью, однако в течение гораздо более короткого времени реакции.

В соответствии с этим каталитическое окислительное дегидрирование полиалканоламина согласно изобретению осуществляют таким образом, что сначала выполняют частичное превращение полиалканоламина при более низкой температуре (в диапазоне от 140 до 180°C), пока не прореагирует по меньшей мере от 10 до 90% мол. полиалканоламина, а затем повышают температуру.

Температурный интервал, в котором осуществляют частичное превращение полиалканоламина, предпочтительно составляет от 150 до 175°C, в частности, от 165 до 175°C.

Частичное превращение при более низкой температуре реакции предпочтительно осуществляют до тех пор, пока количество прореагировавшего полиалканоламина не составит от 30 до 90% мол., предпочтительно от 50 до 80% мол.

По завершении частичного превращения температуру предпочтительно непосредственно, то есть на единственной ступени, или постепенно, то есть на нескольких ступенях, повышают до значений, составляющих от 180 до 200°C, в частности от 185 до 195°C.

Каталитическое окислительное дегидрирование полиалканоламина предпочтительно осуществляют в присутствии воды в качестве растворителя.

Обнаружено, что помимо рассмотренного выше влияния температуры для селективности реакции имеет значение также концентрация воды в реакционной смеси.

Предпочтительно используемая в качестве растворителя вода по мере повышения ее концентрации неожиданно проявляет не только разбавляющее действие, которое обусловливает снижение скорости реакции, но и оказывает негативное влияние на селективность превращения. Так, например, обнаружено, что при использовании исходного ALDE-Na в растворе, содержащем 58% масс. воды, выход CMA-Na₂ составляет 12% при выходе MGDA-Na₃, не превышающем 50%, в то время как в случае превращения при более высокой концентрации исходного ALDE-Na (то есть при содержании воды в реакционной смесь 37% масс. вместо 58% масс.) указанного выхода CMA-Na₂ достигают при выходе MGDA-Na₃, составляющем 81%. Дальнешее существенное сокращение содержания воды в реакционной смеси на практике является плохо реализуемой задачей, что обусловлено отсутствием возможности оптимального суспендирования катализатора из-за высокой вязкости эдуктов и продуктов реакции.

В соответствии с этим предлагаемый в изобретении способ предпочтительно осуществляют при концентрации воды в реакционной смеси, предпочтительно составляющей от 30 до 80% масс., предпочтительно от 35 до 60% масс., особенно предпочтительно от 40 до 55% масс. в пересчете на общую массу реакционной смеси.

Кроме того, было обнаружено, что по мере повышения концентрации катализатора в реакционной смеси возрастает не только скорость реакции окислительного дегидрирования, но неожиданно также ее селективность: так, например, в результате повышения количества катализатора с 3 г на моль ALDE-Na (R1 означает COONa, R2 означает СН₃) до 40 г на моль ALDE-Na выход MGDA-Na₃ при остающейся неизменной степени превращения возрастает с 72,5% почти до 90% при одновременном снижении выхода CMA-Na₂.

В соответствии с этим предлагаемый в изобретении способ предпочтительно осуществляют таким образом, чтобы расчетное используемое количество катализатора составляло лишь от 0,40 до 2,00 г меди, предпочтительно от 1,00 до 1,70 г меди, особенно предпочтительно от 1,40 до 1,60 г меди на моль подлежащих превращению гидроксильных групп полиалканоламина.

Использование указанных выше условий позволяет существенным образом смещать массовое отношение MGDA-Na₃ к CMA-Na₂ в выгружаемых продуктах реакции окислительного дегидрирования в пользу MGDA-Na₃, а следовательно, значительно оптимизировать качество целевого продукта.

Под аминополикарбоксилатами в данном случае подразумевают аминокарбоксилаты с тремя или четырьмя депротонированными группами карбоновой кислоты. Аминополикарбоксилатами с тремя депротонированными группами карбоновой кислоты являются, в частности, соли метилглициндиуксусной кислоты, а также соли нитрилотриуксусной кислоты, в то время как аминополикарбоксилатами с четырьмя депротонированными группами карбоновой кислоты являются, в частности, соли глутаминдиуксусной кислоты и этилендиаминтетрауксусной кислоты. В связи с спецификой указанных структур аминополикарбоксилаты предпочтительно можно использовать в качестве комлексообразователей.

Полиалканоламин предпочтительно выбран из группы, включающей соединения общей формулы:

в которой R1 означает водород или -COOX с X, означающим щелочной металл, щелочно-земельный металл или водород, и R2 означает алкильный, алкенильный, алкинильный, аралкильный, гидроксиалкильный, гидрокси-аралкильный, алкиленкарбоксильный, алкиленсульфонатный или бис-(гидроксиэтил)аминоалкиленовый остаток.

R2 предпочтительно означает неразветвленный или разветвленный алкильный остаток с 1-30 атомами углерода, который при необходимости может содержать также кольца, неразветвленный или разветвленный алкенильный остаток с 2-30 атомами углерода, который при необходимости может содержать также кольца, неразветвленный или разветвленный гидроксиалкильный остаток с 1-30 атомами углерода, алкиленкарбоксилатный остаток с 2-30 атомами углерода, алкиленсульфонатный остаток с 1-30 атомами углерода или неразветвленный бис(гидроксиэтил)аминоалкиленовый остаток с 1-10 атомами углерода.

Особенно предпочтительными являются соединения, которые являются производными аминокислот: аланина (R1 означает COOX; R2 означает СН₃), глутаминовой кислоты (R1 означает СООХ; R2 означает СН₂-СН₂-СООХ) и серина (R1 означает СООХ; R2 означает СН₂-ОН), или этилендиамина (R1 означает водород, R2 означает CH₂-N(CH₂-CH₂-OH)₂) или триэтаноламина (R1 означает водород, R2 означает CH₂-ОН).

Под полиалканоламином подразумевают хиральное соединение по меньшей мере с одним асимметричным атомом углерода, в связи с чем его можно использовать в энантиомерной, скалемической или рацемической форме.

В качестве основания предпочтительно используют гидроксид щелочного или щелочно-земельного металла, в частности, гидроксид натрия или гидроксид калия. Гидроксид предпочтительно является водным раствором, предпочтительно водным раствором концентрацией 50% масс.

Давление реакции предпочтительно устанавливают таким образом, чтобы можно было непрерывно отводить образующийся водород. Давление предпочтительно находится в интервале от нормального до 100 бар (абсолютных), особенно предпочтительно от 5 до 50 бар (абсолютных) и еще более предпочтительно от 8 до 20 бар (абсолютных).

Способ предпочтительно осуществляют в периодическом режиме.

Особенно предпочтительным является способ, в соответствии с которым полиалканоламин получают путем алкоксилирования лежащего в его основе амина или лежащей в его основе аминокислоты и непосредственного дегидририрования продукта алкоксилирования. «Непосредственное дегидрирование» означает, что между стадиями алкоксилирования и окислительного дегидрирования не выполняют основанного на разных точках кипения аппаратурного разделения веществ с температурами кипения выше 200°C (при нормальном давлении). Подобная технология отличается аппаратурной простотой и, соответственно, позволяет исключить одну операцию при сопоставимом качестве целевого продукта.

При этом предпочтительно можно использовать описанную в европейской заявке на патент ЕР 11162091.0 технологию, в соответствии с которой в качестве исходного соединения используют аминокислоту, которую на первой технологической стадии превращают с этиленоксидом в содержащую соответствующий диалканоламин смесь промежуточных продуктов, которую на второй технологической стадии при использовании основания подвергают каталитическому превращению в соответствующий аминополикарбоксилат, причем аминокислоту перед выполняемым на первой технологической стадии превращением с этиленоксидом подают на частичную нейтрализацию основанием, число эквивалентов которого составляет от 0,70 до 0,99 на кислотную группу, или на первой технологической стадии используют аминокислоту, уже подвергнутую частичной нейтрализации основанием, число эквивалентов которого составляет от 0,70 до 0,99 на кислотную группу.

Катализатор, содержащий от 1 до 90% масс. меди в пересчете на его общую массу, можно использовать, например, в виде порошка или формованных изделий (например, экструдатов, таблеток и так далее), цельного контактного вещества или катализатора на носителе.

Получаемый предлагаемым в изобретении способом конечный продукт при необходимости после указанной в начале описания простой дополнительной обработки используют, например, в качестве добавки к техническим препаратам для очистки твердой поверхности металлов, полимеров, лаков или стекол, в щелочных моющих препаратах для промышленности безалкогольных напитков и пищевой промышленности, в частности, для мытья бутылок в промышленности безалкогольных напитков, а также для аппаратурной очистки на молокозаводах, пивоваренных предприятиях, в консервной, хлебопекарной, сахарной, жироперерабатывающей и мясоперерабатывающей промышленности, в препаратах для мытья посуды, в частности, в не содержащих фосфатов средствах для машинного мытья посуды, используемых в посудомоечных машинах в домашнем хозяйстве или на средних промышленных предприятиях, например, на фабриках-кухнях или в ресторанах, в отбеливающих растворах в бумажной промышленности, в фотографических отбеливающих и отбеливающих/фиксирующих растворах, при предварительной обработке и отбеливании в текстильной промышленности, в гальванических ваннах для маскирования загрязняющих катионов тяжелых металлов, а также в сфере питания растений для устранения дефицита тяжелых металлов в виде содержащих медь, железо, марганец и/или цинк комлексов. Использование указанного продукта в принципе является предпочтительным в тех сферах, в которых осаждение солей кальция, магния или тяжелых металлов мешает технологии и поэтому подлежит предотвращению (устранению процессов осаждения и коркообразования в реакционных резервуарах, трубопроводах, аэрозольных баллонах или в общем случае на гладких поверхностях). Кроме того, аминополикарбоксилаты можно использовать для стабилизации фосфатов в щелочных обезжиривающих растворах и для предотвращения осаждения кальциевых мыл, чтобы благодаря этому можно было избежать потускнения поверхности цветных металлов и удлинить срок службы щелочных чистящих растворов. Помимо этого аминополикарбоксилаты находят применение в порошкообразных или жидких препаратах моющих средств для стирки текстильных изделий в качестве веществ, снижающих жесткость воды, и консервантов. В мылах, а также в фармацевтических препаратах, косметических средствах и пищевых продуктах они предотвращают катализируемые металлами процессы окислительной деструкции.

Приведенные ниже примеры служат для более подробного пояснения настоящего изобретения и не ограничивают его объема.

Приготовление исходного водного раствора полиалканоламина

4,365 кг (49,00 моль) аланина суспендируют в 2,623 кг воды и смешивают с 3,897 кг (49,00 молей) раствора едкого натра концентрацией 50,3% масс. Полученную смесь загружают в автоклав объемом 20 литров (материал 2.4610), который после соответствующей инертизации заполняют азотом под давлением 20 бар. В течение последующих 12,5 часов при температуре от 40 до 45°C дозируют 4,749 кг (107,8 молей) этиленоксида, и реагенты перемешивают при указанной температуре еще в течение трех часов. После удаления не превращенного остаточного этиленоксида автоклав опорожняют. Указанным образом получают 15,634 кг водного реакционного продукта в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора.

Сравнительный пример 1

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 314 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 197,9 г (2,39 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 3 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 72 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 411 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом высокоэффективной жидкостной хроматографии при высоком давлении (ЖХВД), составляет 72,5% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 25,6% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,25.

Сравнительный пример 2

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 181,6 г (2,27 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 30 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 407 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 85,8% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 8,6% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,07.

Выход в расчете на единицу объема и единицу времени составляет 7,42 г/л·ч.

Сравнительный пример 3

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 181,9 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 30 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 180°C. Указанную температуру соблюдают в течение 24 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 400 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 88,1% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 6,8% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,05.

Выход в расчете на единицу объема и единицу времени составляет 5,30 г/л·ч.

Сравнительный пример 4

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 181,1 г (2,26 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 30 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 170°C. Указанную температуру соблюдают в течение 60 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 444 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 89,6% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 4,3% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного СМА-Na₂ соответственно составляет 1:0,03.

Выход в расчете на единицу объема и единицу времени составляет 2,27 г/л·ч.

Сравнительные примеры 2-4 показывают, что следствием осуществления окислительного дегидрирования при более низких температурах реакции является повышение селективности превращения в MGDA-Na₃. Однако одновременно наблюдается существенное увеличение длительности реакции, а следовательно, более низкие выходы в расчете на единицу объема и единицу времени.

Пример 1 (согласно изобретению)

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 182,3 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 30 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 170°C. Указанную температуру соблюдают 12 часов, в течение которых превращается 90% мол. полиалканоламина. Затем автоклав в течение 30 минут нагревают до 180°C, и эту температуру соблюдают в течение последующих четырех часов. После этого автоклав в течение 30 минут нагревают до 190°C, и эту температуру соблюдают в течение последующих трех часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 419 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 89,4% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 5,0% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,04.

Выход в расчете на единицу объема и единицу времени составляет 6,34 г/л·ч.

Пример 2 (согласно изобретению)

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 182,0 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 30 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 170°C. Указанную температуру соблюдают 6 часов, в течение которых превращается 70% мол. полиалканоламина. Затем автоклав в течение 30 минут нагревают до 180°C, и эту температуру соблюдают в течение последующих четырех часов. После этого автоклав в течение 30 минут нагревают до 190°C, и эту температуру соблюдают в течение последующих трех часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 394 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 90,0% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 5,2% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,04.

Выход в расчете на единицу объема и единицу времени составляет 8,75 г/л·ч.

Пример 3 (согласно изобретению)

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 182,0 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 30 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 170°C. Указанную температуру соблюдают 6 часов, в течение которых превращается 70% мол. полиалканоламина. Затем автоклав в течение 30 минут нагревают до 180°C, и эту температуру соблюдают в течение последующих двух часов. После этого автоклав в течение 30 минут нагревают до 190°C, и эту температуру соблюдают в течение последующих трех часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 423 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 88,8% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 5,6% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,04.

Выход в расчете на единицу объема и единицу времени составляет 9,84 г/л·ч.

Примеры 1-3 показывают, что предлагаемый в изобретении режим превращения позволяет в течение более короткого времени достигать таких же выходов целевого продукта, как и при постоянном режиме превращения, осуществляемого при пониженной температуре и, соответственно, в течение более длительного времени.

Сравнительный пример 5

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 182,4 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 182 г воды и 10 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 256 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 49,4% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 12,9% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,18.

Сравнительный пример 6

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 181,9 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 10 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 425 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 76,2% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 16% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного СМА-Na₂ соответственно составляет 1:0,15.

Сравнительный пример 7

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 253 г (0,98 моль в пересчете на аланин) сконцентрированного путем дистилляции, вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 182,3 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 37 г воды и 10 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 431 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 81,8% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 13,9% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного СМА-Na₂ соответственно составляет 1:0,12.

Сравнительный пример 8

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 274 г (0,98 моль в пересчете на аланин) сконцентрированного путем дистилляции, вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 182,6 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс. и 10 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 471 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 70,4% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 7,8% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,08.

Сравнительные примеры 5-8 показывают, что содержание воды в реакционной смеси оказывает большое влияние на селективность окислительного дегидрирования, однако достижение достаточно высокой селективности лишь посредством регулирования водосодержания не представляется возможным.

Сравнительный пример 9

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 181,7 г (2,27 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 10 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 404 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 77,2% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 18,2% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,17.

Сравнительный пример 10

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 182,1 г (2,28 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 20 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 411 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 77,8% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 11,3% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,10.

Сравнительный пример 11

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 181,6 г (2,27 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 30 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 407 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 85,8% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 8,6% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,07.

Сравнительный пример 12

Окислительное дегидрирование с использованием Cu/ZrO₂ в качестве катализатора

В автоклав объемом 1,7 литра (материал 2.4610) загружают 316 г (0,99 моля в пересчете на аланин) вышеуказанного исходного водного раствора полиалканоламина совместно с 181,8 г (2,27 моль) раствора едкого натра концентрацией 50% масс., 32 г воды и 40 г Cu/ZrO₂ (согласно немецкому патенту DE 3505208). Автоклав закрывают, заполняют азотом под давлением 5 бар и в течение 2,25 часов нагревают при 190°C. Указанную температуру соблюдают в течение 16 часов. Частота вращения мешалки во время всего эксперимента составляет 500 об/мин. Образующийся водород непрерывно выводят через отрегулированный на давление 10 бар редукционный клапан. По завершении эксперимента автоклав при комнатной температуре продувают азотом, продукты реакции разбавляют 400 г воды и выгружают. Получают целевой продукт в виде прозрачного бесцветного вязкого раствора. Выход тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты (MGDA-Na₃) (произведение селективности на степень превращения), определенный методом ЖХВД, составляет 89,5% от теоретического в пересчете на исходный аланин. Выход динатриевой соли карбоксиметилаланина (CMA-Na₂) составляет 7,5% от теоретического в пересчете на исходный аланин.

Отношение массы полученного MGDA-Na₃ к массе полученного CMA-Na₂ соответственно составляет 1:0,06.

Сравнительные примеры 9-12 показывают, что по мере повышения используемого количества катализатора возрастает не только скорость окислительного дегидрирования, но и селективность. Однако достижение достаточно высокой селективности лишь путем регулирования количества катализатора не представляется возможным.

Изобретение относится к способу получения аминополикарбоксилатов путем окислительного дегидрирования соответствующих полиалканоламинов в присутствии катализатора, содержащего от 1 до 90 мас.% меди в пересчете на его общую массу, при использовании основания. Способ характеризуется тем, что сначала при температуре от 140 до 180°C осуществляют частичное превращение полиалканоламина в содержащую аминополикарбоксилат реакционную смесь, пока не прореагирует по меньшей мере от 10 до 90 мол.% полиалканоламина, после чего превращение продолжают при повышенной температуре. Предлагаемый способ позволяет получать целевой продукт с высоким качеством и чистотой, а также с хорошим выходом. 9 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ получения аминополикарбоксилатов путем окислительного дегидрирования соответствующих полиалканоламинов в присутствии катализатора, содержащего от 1 до 90 мас.% меди в пересчете на его общую массу, при использовании основания, отличающийся тем, что сначала при температуре от 140 до 180°C осуществляют частичное превращение полиалканоламина в содержащую аминополикарбоксилат реакционную смесь, пока не прореагирует по меньшей мере от 10 до 90 мол.% полиалканоламина, после чего превращение продолжают при повышенной температуре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алканоламин выбран из группы полиалканоламинов формулы

в которой R1 означает водород или СООХ с X, означающим щелочной металл, щелочно-земельный металл или водород, и R2 означает алкильный, алкенильный, алкинильный, аралкильный, гидроксиалкильный, гидроксиаралкильный, алкиленкарбоксильный, алкиленсульфонатный или бис(гидроксиэтил)аминоалкиленовый остаток.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что R1 означает водород и R2 означает -CH₂OH, или R1 означает СООХ и R2 означает СН₃, или R1 означает СООХ и R2 означает СН₂-СН₂-СООХ, или R1 означает водород и R2 означает CH₂-N(C₂H₄OH)₂.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что частичное превращение осуществляют в температурном интервале от 150 до 175°C, предпочтительно от 165 до 175°C.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество полиалканоламина, превращаемого до повышения температуры реакции, составляет от 30 до 90 мол.%, предпочтительно от 50 до 80 мол.%.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после частичного превращения температуру непосредственно или постепенно повышают до значений от 180 до 200°C, предпочтительно от 185 до 195°C.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что каталитическое окислительное дегидрирование осуществляют в присутствии воды в качестве растворителя.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что концентрация воды в реакционной смеси составляет от 30 до 80 мас.%, предпочтительно от 35 до 60 мас.%, особенно предпочтительно от 40 до 55 мас.%.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что расчетное используемое количество катализатора составляет от 0,40 до 2,00 г меди, предпочтительно от 1,00 до 1,70 г меди, особенно предпочтительно от 1,40 до 1,60 г меди на моль подлежащих превращению гидроксильных групп полиалканоламина.

10. Способ по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве полиалканоламина используют содержащую диалканоламин смесь промежуточных продуктов, получаемую путем этоксилирования аминокислоты, причем перед превращением с этиленоксидом аминокислоту подвергают частичной нейтрализации основанием, число эквивалентов которого составляет от 0,70 до 0,99 на кислотную группу, или на превращение с этиленоксидом направляют аминокислоту, уже подвергнутую частичной нейтрализации основанием, число эквивалентов которого составляет от 0,70 до 0,99 на кислотную группу.