[发明专利]用于将2-羟基-4-甲基硫代丁腈(HMTBN)催化转化为2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺(HMTBM)的方法

说明书

本发明涉及2-羟基-4-甲基硫代丁腈(HMTBN)催化转化为2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺(HMTBM)的方法，如下图解。

如此获得的HMTBM可以被使用，例如，用于制造2-羟基-4-甲基硫代丁酸(HMTBA)、甲硫氨酸羟基类似物，甲硫氨酸在动物营养中作为必需氨基酸而广为应用。

大量的文献描述了2-羟基-4-甲基硫代丁腈(HMTBN)催化转化为2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺(HMTBM)和/或2-羟基-4-甲基硫代丁酸(HMTBA)。

因此，这种转化在化学计量或超化学计量的强无机酸(诸如硫酸)存在的条件下被描述。使用强无机酸的主要缺点是它们的高催化活性，这使得不能控制HMTBM的选择性，此外导致合产生非常大量的难于利用的无机产物。特别地，相对于HMTBN的强无机酸的催化活性是所有加入的HMTBN能够迅速地转化。产生的HMTBN特别地与水反应形成HMTBA和氨水。在硫酸的情况下，例如，其可以与释放的氨水反应以便形成必须被处理的硫酸铵。

出于环境的原因，对这种酸水合作用的建议替代方案之一是酶反应，其中诸如红球菌属(Rhodococcus)等腈水解酶能够将HMTBN转化为HMTBM(例如，根据专利US 6900037B2和WO 2002/070717A2)。使该方法处于不利地位的主要缺点是难于合成酶且难于在已获得HMTBM之后从反应介质中提取它们。专利WO 2002/00869提供的用于从反应基中提取酶的方案是使用含有酶的水溶性颗粒。但是，用于获得这些颗粒的方法是复杂的并且在所述颗粒中的酶的催化活性被显著降低。弱催化活性使得对于HMTBM是非常有选择性的，但是HMTBN到HMTBM的转化反应期间必定被延长。

通过多相催化的方法也是已知的。根据专利US 5386056，HMTBN水合作用在存在水/丙酮混合物中的基于氧化锰的块状催化剂的情况下进行。所用氧化锰的量是0.75mol每1mol羟腈。明显地在于此反应难于再现，因为其与所使用的氧化锰的性质密切相关。例如，在存在软锰矿的情况下，显然没有水合反应。此外，根据本专利的HMTBN的水合的条件难于优化以便在无副产物情况下得到可再生产率。

专利FR2750987描述了HMTBN或甲基丙氨基腈羟腈在低温下水合为相应酰胺的反应(0℃至60℃之间)，在水中，在存在二氧化硅支持的基于氧化锰的催化剂的条件下，不存在硫原子上发生的氧化反应产物。根据本专利，MnO₂/HMTBN或MnO₂/甲基硫代丙氨基腈羟腈的摩尔比在0.05和1.5之间。氧化锰和二氧化硅的重量比优选在5％和10％之间。在专利FR2750987的实施例中，明显的是在二氧化硅上支撑氧化锰能够改善反应的选择性，但是沉积少量的活性相意味着长反应时间和/或非常低的羟腈浓度是必要的。

本领域技术人员已知的在于用于反应基中的水的量对于反应不是必要的，若非反应时间过长和/或反应温度过高，所形成的HMTBM的一些能够与反应基的水反应以便形成HMTBA和/或制造HMTBM凝结副产物。此外，在形成HMTBA的情况下，所释放的氨水引起反应基的氢势能增加，这在碱性PH值下引起还未反应的HMTBN的分解，且随后引起HMTBM产量的整体降低。

因此，专利EP0601195A1中描述了在三个连续步骤中制造HMTBA的方法，该方法的第一步骤包括在存在异种催化剂的情况下将HMTBN催化转化为HMTBM，所述催化剂优选为氧化锰或碱金属硼酸盐(四硼酸钠)，推荐的是用水溶性有机溶剂(诸如丙酮或甲醇)取代反应基的部分水量，并添加硫酸以提高反应的选择性。根据此专利，添加硫酸以便提高反应的性能水平，但添加的数量非常有限以避免形成氨水。在实施例中，在存在氧化锰和水/丙酮溶剂中的硫酸的情况下，60℃下反应6小时后所得到的HMTBM的最佳产率是89％。

总之，现有技术显示难于使HMTBN水合作用的强催化活性和HMTBM的良好选择性相协调。描述了基于氧化锰的催化剂最佳性能水平。特别的，获得对于二氧化硅支持的氧化锰的最佳选择性。低含量的支撑的氧化锰意味着长反应时间或含有非常低的HMTBN浓度的反应基。

本发明的目的是提供以上所述方法的一种可选方法，但是该可选方法克服了以上所述方法的弊端。

本发明的第一目的是提供一种固体催化剂，其具有充分反应活性并在很短的反应时间内选择性地由2-羟基-4-甲基硫代丁腈(HMTBN)制造2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺(HMTBM)以限制不需要的副产物的形成，并不添加强的无机酸以不产生无机废物以防止HMTBN的分解。