发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服了现有间歇釜式反应合成L-正缬氨酸存在的占地面积大、反应传质传热效果差、反应时间长、副反应多、产品收率低、能耗高和安全性差等缺陷，提供了一种L-正缬氨酸的制备方法。本发明的L-正缬氨酸的制备方法能够有效缩短L-正缬氨酸生产时间、提高生产效率、降低能耗、减少副反应、提高产品收率、提高生产安全性。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供了一种L-正缬氨酸的制备方法，其包括如下步骤：

S1：在第一溶剂和碱性催化剂存在条件下，正丁醛和氰基化试剂在第一微通道反应器中进行氰基化反应，得包括2-羟基戊腈的物料A，反应温度为5～25℃，停留时间为3～10min，所述第一微通道反应器中的物料流速不低于0.1m/s；

S2：所述物料A去除所述碱性催化剂和所述第一溶剂后得物料B，所述物料B在第二溶剂存在下与液氨在第二微通道反应器中进行氨化反应，得包含氨基戊腈的物料C，反应温度为5～30℃，停留时间为5～20min，所述第二微通道反应器中的物料流速不低于0.1m/s；

S3：所述物料C脱氨后得物料D，在第三溶剂存在下，所述物料D与碱溶液进行水解反应，得物料E；

S4：所述物料E去除未反应的碱和所述第三溶剂后得物料F，在第四溶剂存在下所述物料F和手性拆分试剂进行手性共晶，得到物料G；

S5：所述物料G经离子交换后水解得L-正缬氨酸。

S1中所述氰基化试剂为丙酮氰醇时，本发明的所述L-正缬氨酸的制备方法可包括如下的反应：

S1中，所述第一溶剂可为本领域常规的能溶解所述正丁醛、所述氰基化试剂和所述碱性催化剂的溶剂，较佳地为水、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、乙腈和1,4-二氧六环中的一种或多种，更佳地为乙醇或甲醇。

S1中，所述碱性催化剂可为本领域常规的碱，较佳地为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钾和碳酸钠中的一种或多种。

S1中，所述氰基化试剂可为本领域常规，较佳地为氰化钠、氰化钾、氰化氢和丙酮氰醇中的一种或多种。

S1中，所述正丁醛和所述氰基化试剂的摩尔比可为本领域常规，较佳地为1:(0.8～1.5)，更佳地为1:(1～1.2)，例如1:1.1。

S1中，所述碱性催化剂的用量可为本领域常规，较佳地，所述碱性催化剂与所述正丁醛的质量比为1:(20～100)，更佳地为1：(30～80)，例如1:48。

S1中，所述第一溶剂的用量可为本领域常规，较佳地，所述第一溶剂与所述碱性催化剂的质量比为(2～8):1，更佳地为(3～5):1。

S1中，较佳地，所述碱性催化剂溶解于所述第一溶剂后再加入所述第一微通道反应器。

S1中，所述反应温度较佳地为10～15℃。

S1中，所述停留时间较佳地为4～8min，例如5min、6min或7min。

S1中，所述第一微通道反应器中的物料流速较佳地为0.1～1m/s，更佳地为0.2～0.5m/s，例如0.3m/s。

本发明某一较佳实施例中，S1中，所述反应温度为10℃，所述停留时间为5min，所述第一微通道反应器中的物料流速为0.3m/s。

本发明某一较佳实施例中，S1中，所述反应温度为15℃，所述停留时间为5min，所述第一微通道反应器中的物料流速为0.2m/s。

S2中，所述去除所述碱性催化剂的方法可为本领域常规，较佳地为所述物料A与酸混合后进行固液分离即可。

其中，所述酸可为本领域常规，较佳地为硫酸。

其中，所述酸的添加量可为本领域常规，较佳地，所述酸与所述物料A混合后的pH为1～4，更佳地为2～3，例如2.2。

其中，所述物料A与所述酸混合的设备可为本领域常规，较佳地为动态管式反应器。

所述动态管式反应器的温度可为本领域常规，较佳地为8～20℃，例如10℃。

所述动态管式反应器中的停留时间可为本领域常规，较佳地为0.5～2min。

其中，所述固液分离的方法可为本领域常规，一般地可为过滤。

所述过滤的设备可为本领域常规，较佳地为微滤过滤器。

S2中，所述去除所述第一溶剂的方法可为本领域常规，较佳地为蒸发。其中，所述蒸发的设备较佳地为薄膜蒸发器。

其中，所述蒸发的真空度可为本领域常规，较佳地为0.06MPa～0.1MPa。

其中，所述蒸发的温度可为本领域常规，较佳地为20～80℃。

S2中，所述第二溶剂可为本领域常规的能溶解所述液氨和所述2-羟基戊腈的溶剂，较佳地为水。

S2中，所述物料B、所述液氨和所述第二溶剂的质量比可为本领域常规，较佳地为1:(0.2～0.6):(0.1～0.5)，更佳地为1:(0.3～0.5):(0.1～0.3)，例如1:0.4:0.2。

S2中，所述反应温度较佳地为15～25℃，例如20℃。

S2中，所述停留时间较佳地为8～15min，例如10min或12min。

S2中，所述第二微通道反应器中的物料流速较佳地为0.1～1m/s，更佳地为0.3～0.8m/s，例如0.5m/s。

本发明某一较佳实施例中，S2中，所述反应温度为20℃，所述停留时间为10min，所述第二微通道反应器中的物料流速为0.5m/s。

本发明某一较佳实施例中，S2中，所述反应温度为20℃，所述停留时间为12min，所述第二微通道反应器中的物料流速为0.5m/s。

S3中，所述脱氨的方法可为本领域常规，较佳地为蒸发，更佳地为薄膜蒸发器中蒸发。

其中，所述薄膜蒸发器的真空度可为本领域常规，较佳地为0.06MPa～0.1MPa，例如0.09MPa。

其中，所述薄膜蒸发器中的温度可为本领域常规，较佳地为20～50℃，例如30℃。

S3中，所述第三溶剂可为本领域常规的能溶解所述氨基戊腈和所述碱溶液的溶剂，较佳地为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、乙腈和1,4-二氧六环中的一种或多种，更佳地为丙酮。

S3中，所述碱溶液可为本领域常规的碱的水溶液，较佳地为氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液。

其中，所述碱溶液的质量浓度可为本领域常规，较佳地为20～40％，例如30％或32％。

S3中，所述碱溶液的用量可为本领域常规，较佳地，所述碱溶液与所述物料D的质量比为(5～20):100，更佳地为(10～20):100。

S3中，所述水解反应的反应器可为本领域常规，较佳地为动态管式反应器。

S3中，所述水解反应的温度可为本领域常规，较佳地为15～40℃，更佳地为15～30℃，例如20℃。

S3中，所述水解反应的时间较佳地为8～15min，例如10min。

S4中，所述去除未反应的碱的方法可为本领域常规，较佳地为与酸中和，析晶后经固液分离即可。其中，所述酸可为本领域常规，较佳地为硫酸。所述中和后的pH较佳地为6～8。所述固液分离的方法较佳地为过滤，更佳地为微滤。

S4中，所述去除所述第三溶剂的方法可为本领域常规，较佳地为蒸发。其中，所述蒸发的设备可为本领域常规，较佳地为薄膜蒸发器。

S4中，所述第四溶剂可为本领域常规的能溶解所述物料F和所述手性拆分试剂的溶剂，较佳地为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、乙腈和1,4-二氧六环中的一种或多种，更佳地为甲醇。

S4中，所述手性拆分试剂可为本领域常规，较佳地为L-酒石酸、苹果酸、樟脑酸、樟脑磺酸、双丙酮-L-古龙酸、扁桃酸、苯氧丙酸和氢化阿托酸中的一种或多种，更佳地为L-酒石酸。

S4中，较佳地，将所述手性拆分试剂和所述第四溶剂混合形成手性拆分试剂溶液，再与所述物料F进行反应。

S4中，所述手性拆分试剂和所述第四溶剂的质量比可为本领域常规，较佳地为1：(1～4)，更佳地为1:2。

其中，所述物料F与所述手性拆分试剂溶液的质量比可为本领域常规，较佳地为1:(3～6)，更佳地为1:(4～5)，例如1:4.5。

S5中，所述离子交换的方法可为本领域常规，一般地，物料G和阳离子交换树脂除去所述手性拆分试剂即可。其中，所述阳离子交换树脂较佳地为酸性阳离子树脂。

S5中，所述水解可采用本领域常规的方法，一般地加热使酰胺水解即可。

其中，所述加热的温度可为本领域常规，较佳地为80～180℃，更佳地为100～150℃，例如120℃。

其中，所述加热的时间可为本领域常规，较佳地为0.8～3h，更佳地为2h。

其中，较佳地，所述离子交换的操作之后、所述水解的操作之前前，用水将装有阳离子交换树脂的柱子洗至中性，回收洗液，经浓缩可回收L-酒石酸。

S5中，较佳地，所述水解后，用氨水洗装有阳离子交换树脂的柱子，收集析出液，经后处理，即得L-正缬氨酸。

所述氨水的浓度可为本领域常规，较佳地为3～10％，更佳地为5％。

所述后处理可采用本领域常规的纯化方法，较佳地包括脱色、脱水、洗涤和干燥。

所述脱色较佳地采用活性炭进行脱色。

所述脱水可采用本领域常规的加热浓缩。

所述洗涤较佳地采用甲醇淋洗。

S5中，所述离子交换的步骤之前较佳地还包括重结晶步骤。

其中，所述重结晶可采用本领域常规方法进行，较佳地，将所述物料G与水和活性炭混合后进行固液分离，所得滤液与甲醇混合，浓缩、降温析出固体，即得重结晶L-氨基戊酰胺酒石酸盐。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

(1)L-正缬氨酸的生产时间由几十小时可缩短至几十分钟，生产效率大幅提升，同时能耗大幅度降低；

(2)抑制了副反应的发生，产品收率有较大幅度提高；产品收率可由间歇釜式反应的25％提升至32％以上；

(3)由间歇式反应转变为连续化生产，大幅提升了生产过程的安全性和操作便利性。