Библиографическое описание:

Латышова С. Е., Плохотнюк С. Н. Изучение процесса получения гидантоина как промежуточного продукта в синтезе метионина // Молодой ученый. — 2016. — №9. — С. 38-41.



Метионат натрия используется для получения кормового метионина, который применяется в качестве кормовых добавок и в фармакологии.

Метионин — это незаменимая аминокислота, необходимая для поддержания роста и азотистого равновесия организма. Содержит метильную группу, которая участвует в процессе переметилирования и необходима для синтеза холина. За счет этого нормализует синтез фосфолипидов из жиров и уменьшает отложение в печени нейтрального жира. Участвует в обмене серосодержащих аминокислот, в синтезе эпинефрина, креатинина и других биологически активных веществ, активирует действие гормонов, витаминов (B12, аскорбиновой, фолиевой кислот), ферментов, белков, реакциях переметилирования, дезаминирования, декарбоксилирования. Необходим для дезинтоксикации ксенобиотиков. При атеросклерозе снижает концентрацию холестерина и повышает концентрацию фосфолипидов крови.

Метионат натрия получают проведением двух последовательных реакций:

− синтеза гидантоина по методу Бухерера;

− гидролиза гидантоина раствором едкого натрия.

Процесс получения гидантоина состоит из двух последовательных стадий: синтеза гидантоина и разложения бикарбоната натрия [1, 5с].

Гидантоин по методу Бухерера получают путем воздействия цианистого натрия на метилтиопропионовый альдегид (в водном растворе аммиака и углекислого газа):

Реакция получения гидантоина проходит с образованием промежуточного продукта — циангидрина:

Циангидрин образуется при температуре 40–500С, для превращения его в гидантоин необходима более высокая температура, но не более 1500С, выше которой гидантоин начинает разлагаться.

Гидантоин не является единственным продуктом реакции (его массовая доля составляет 75 %). Наряду с гидантоином в процессе реакции получаются:

− гидантоиновая кислота (10 %);

− уреидоамид (около 10 %);

− амид (около 5 %)

Все эти побочные продукты, как и гидантоин, приводят к получению метионата натрия при последующем гидролизе.

Реакцию получения гидантоина проводят:

− при мольном соотношении углекислого газа и метилтиопропионового альдегида, равном 2,25;

− при мольном соотношении аммиака и углекислого газа, равном 1,31,5;

− при избытке цианистого натрия, равном 3–4 %.

Разложение бикарбоната натрия и удаление избытка аммиака и углекислого газа паром происходит по реакции:

Общее уравнение реакции синтеза гидантоина:

Полная реакция синтеза гидантоина является слегка экзотермической.

Гидролиз гидантоина с получением целевого продукта — метионата натрия.

Процесс гидролиза состоит из двух последовательных стадий:

− непосредственно реакции гидролиза;

− разложения бикарбоната натрия.

Реакция гидролиза протекает путем воздействия едкого натра на гидантоин:

Температура реакции должна быть 175–1850С, при дополнительном повышении температуры наблюдается образование продуктов разложения и понижение выхода. Мольное соотношение едкого натра и гидантоина равно 1,5–2,0.

Разложение бикарбоната натрия и удаление избытка аммиака и углекислого газа протекает по реакции:

Общее уравнение гидролиза гидантоина:

В настоящее время синтез гидантоина проводят путем воздействия на метилтиопропионовый альдегид цианистого натрия, аммиачной воды и углекислого газа. Реакцию обычно осуществляют в реакторном узле, который состоит из каскада последовательно соединенных реакторов и подогревателя. Затем реакционную массу подают в колонну стриппинга тарельчатого типа для отдувки аммиака и углекислого газа, с помощью водяного пара [2, 7 с.].

Далее гидантоин поступает на стадию гидролиза. Гидролиз осуществляют путем воздействия раствора едкого натра на гидантоин. Процесс проводят в реакторе трубчатого типа с предварительным нагревом в подогревателе. После чего реакционную массу подают в колонну стриппинга тарельчатого типа для отдувки аммиака и углекислого газа, с помощью водяного пара.

Таким образом, основной стадией производства метионата натрия является стадия гидролиза гидантоина. Основным недостатком, выявленным на стадии синтеза метионата натрия, является необходимость выделения аммиака и углекислого газа из выходящей из трубчатого реактора гидролизной реакционной массы. Данный процесс осуществляется в колонне стриппинга.

Анализ патентно-технической литературы показал, что существует способ, согласно которому предлагается замена схемы, включающей реактор гидролиза гидантоина трубчатого типа и следующую за ним колонну стриппинга на один колонный аппарат, заполненный насадкой из циркониевого сплава с подачей пара в низ колонны и гидролизного раствора в верх колонны. Удаление нежелательных продуктов гидролиза: аммиака и углекислого газа, образующегося при разложении бикарбоната натрия, происходит одновременно с гидролизом гидантоина. По данному способу давление в аппарате снижается до 0,7–0,9МПа, температура процесса 160–180°С [3, 4 с.]. Применение данного решения позволит снизить эксплуатационные затраты, а также снизить давление в системе.

С целью установления принципиальной возможности протекания реакции в прямом направлении в интервале температур 0–250°С проведен термодинамический анализ. Выбор интервала температур обусловлен технологическими особенностями процесса получения метионата натрия по новому способу производства.

Таким образом, реакция во всем интервале температур протекает с выделением тепла и в прямом направлении. По высоким значениям константы равновесия можно сделать вывод, что в интервале температур 0–250°С реакция протекает до конца в прямом направлении, то есть с количественным выходом продуктов.

Для реактора колонного типа рассчитаны материальный и тепловой балансы, определены размеры (диаметр 1,4 м, высота 17,65 м).

Литература:

  1. Патент RU 2208943 МПК C07C319/20, Способ получения метионина / Ими Катсухару, Сиозаки Тетсуя. Заявитель и патентообладатель СУМИТОМО КЕМИКАЛ КОМПАНИ, ЛИМИТЕД (JP). заявл. 30.10.1997; опубл.: 27.07.2003.
  2. Патент RU 2208943 МПК C07C319/20, Способ получения метионина / Бусс Дитер, Штоккфлет Рон, Кёрфер Мартин. Заявитель и патентообладатель ДЕГУССА АГ. заявл. 14.02.2005; опубл.: 27.02.2010.
  3. Патент RU 2176240 МПК C07C323/58, Способ получения d,l-метионина или его соли / Ванробайс Хоссе, Виллигеродт Клаусс, Гейфер Фридхельм. Заявитель и патентообладатель Дегусса-Хюльс Акциенгезельшафт (DE). заявл. 18.12.1996; опубл.: 27.11.2001.
Основные термины (генерируются автоматически): углекислого газа, бикарбоната натрия, метионата натрия, гидролиза гидантоина, получения гидантоина, Метионат натрия, цианистого натрия, Способ получения, Способ получения метионина, интервале температур, стриппинга тарельчатого типа, колонну стриппинга, Патент RU, интервале температур 0–250°С, разложения бикарбоната натрия, прямом направлении, колонну стриппинга тарельчатого, помощью водяного пара, Разложение бикарбоната натрия, воздействия цианистого натрия.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос