一种d,l-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法
阅读说明：本技术 一种d,l-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法 (Preparation method of D, L-2-hydroxy-4-methylthio butyrate ) 是由 周荣超 廖常福 吴传隆 彭启明 周振宇 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及有机化合物合成技术领域,尤其涉及一种D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法,包括以下步骤：将高浓度D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸用水稀释至30～50wt％浓度,得到稀释液在超声波氛围下于70～100℃保温搅拌2～5h,和/或将稀释液转入高压釜,于1.0～2.0MPa、150～180℃温度下搅拌30～90min,得到水解液控温在60～80℃,加入金属化合物,搅拌反应30～60min,得到反应液直接或浓缩后进行喷雾干燥,得到D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐。本发明的制备方法采用在超声波氛围加热水解和\或高压釜加压水解来达到液体蛋氨酸二聚体及多聚体向单体的转化,得到的单体与金属化合物反应制备得到产品,具有工艺简单高效、原料利用率高、产品质量高收率高、无副产盐及废水排放清洁可持续等优点。(The invention relates to the technical field of organic compound synthesis, in particular to a preparation method of D, L-2-hydroxy-4-methylthio butyrate, which comprises the following steps: diluting high-concentration D, L-2-hydroxy-4-methylthio butyric acid with water to a concentration of 30-50 wt%, carrying out heat preservation stirring at 70-100 ℃ for 2-5 h under an ultrasonic atmosphere to obtain a diluent, and/or transferring the diluent to an autoclave, stirring at a temperature of 150-180 ℃ for 30-90 min under a pressure of 1.0-2.0 MPa to obtain a hydrolysate, controlling the temperature of the hydrolysate to be 60-80 ℃, adding a metal compound, carrying out stirring reaction for 30-60 min, and carrying out spray drying directly or after concentration to obtain the D, L-2-hydroxy-4-methylthio butyrate. The preparation method of the invention adopts the heating hydrolysis and/or the high-pressure kettle pressurization hydrolysis in the ultrasonic atmosphere to achieve the conversion of the liquid methionine dimer and the polymer to the monomer, and the obtained monomer reacts with the metal compound to prepare the product, and the preparation method has the advantages of simple and efficient process, high utilization rate of raw materials, high product quality and yield, no byproduct salt, clean and sustainable waste water discharge and the like.)
技术领域
本发明涉及有机化合物合成技术领域，尤其涉及一种D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法。
背景技术
羟基蛋氨酸又称为蛋氨酸羟基类似物(methionine hydroxyl analogue,简称MHA)，化学名称是2-羟基-4-甲硫基丁酸，市售的商品级羟基蛋氨酸中D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸的质量含量一般为88％，是单体和寡聚体(主要是二聚和三聚线性酸式酯)的动态平衡混合物。D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸是一种用作动物体补充必须氨基酸蛋氨酸的营养剂，是常见蛋氨酸补充剂D,L-蛋氨酸(固体蛋氨酸)的同效替代物，而且，和蛋氨酸相比，D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸具有毒性小、瘤胃降解率低、促进瘤胃微生物的合成、节约日粮中的蛋白质、减少动物体内氮的排泄、环境污染较少等有点，是反刍动物最经济有效的蛋氨酸源。
D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸具有上述优点的同时，也存在具有较强的腐蚀性和刺激性气味，储存、运输、使用不方便等问题，必须使用价格昂贵的专用液体加料系统(公开号为CN1493560A的中国专利：一种用于补充蛋氨酸和钙的化合物及其制备方法)，而储存时间稍长(4个月)，液体中营养价值较小的寡聚体会成倍增加(达50mol％以上)。
为了解决上述问题，并综合考虑在动物饲料和预混料中单独添加无机微量元素所造成的金属元素的相互拮抗作用、金属离子氧化还原反应对维生素的破坏、环境污染严重等副作用，相关领域的研究人员开发了羟基蛋氨酸盐和配合物等固体复合饲料添加剂，该类复合饲料添加剂不仅含有动物生长发育所必须的蛋氨酸源，而且能提供动物生长所必须的钙或其它微量元素(如镁、锰、铁、钴、镍、铜、锌等)。大量的科学实验及生产实践已结论性地证明，羟基蛋氨酸盐作为饲料添加剂具有生物利用率高，化学结构稳定、易吸收，增强畜禽免疫力、减少抗营养因子，增强畜禽生成性能等诸多优点。
目前D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸钙从参与反应原料状态不同可分为直接以D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸为原料和以D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸衍生物(如盐、酰胺、酯等)为原料两种方式制备。例如：
中国专利CN103641757公布了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁腈在碱催化下水解为D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐再与可溶性钙盐反应制备D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙；中国专利CN102079719公布了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸与氨反应脱水为D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酰胺，以上酰胺水解为盐后与钙盐反应合成D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙；中国专利CN102399176公布了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁腈在浓盐酸下水解，用30％NaOH中和后结晶出D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酰胺，酰胺与过量氢氧化钙反应制备D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙；中国专利CN101348451公布了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸在硫酸或苯磺酸催化下与醇反应成酯，所得酯再与氧化钙水解制备D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙。以上无论以何种D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸衍生物(如盐、酰胺、酯等)为直接反应原料，主要为得到均一不聚合的单体D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸以提高原料利用率和产品品质，但均不可避免存在路线反复、工艺复杂、副产无机盐废水、产品中易夹带无机盐或催化剂等缺陷。
另外，中国专利CN1493560公布了采用商品液体蛋氨酸直接与氧化钙或氢氧化钙反应制备D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸钙；中国专利CN107879959公布了采用商品级液体蛋氨酸与预搅拌分散于水、醇或硬脂肪酸钠的钙源(氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙)反应制备D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸钙；中国专利CN104356035公布了液体蛋氨酸与一种或多种钙源在引入硫酸氢铵催化下反应制备D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸钙；中国专利CN102675171则公布了在加入了钙源的混合干燥剂中连续通入液体蛋氨酸制备D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸钙。以上公布的以浓缩或商品级液体蛋氨酸直接与钙源(氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙等)反应虽然直接简单，无副产盐废水，并对反应过程通过使用增强物理或使用分散剂、催化剂来改善原料的反应过程以及产品状态。但仍然不可避免的是，浓缩或商品级的液体蛋氨酸含有18％左右的二聚体、4％左右的多聚体，这些聚合体直接与钙盐反应,既造成液体蛋氨酸的浪费(如二聚体与钙反应则实际消耗4分子的单体液体蛋氨酸)，也容易因实际原料与理论计量不同导致钙盐过量造成的裹挟，即便使用了改进最终产品外观的手段，仍然无法得到高品质的D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸钙，而是单体、二聚体、多聚体的钙盐混合物。
中国专利CN1235878公布了以液体蛋氨酸与氧化锌水溶液按摩尔比1:1在80～90℃、pH＝6～8下反应制备碱性液体蛋氨酸锌。该法简单直接，无副产盐，较为清洁高效，然而仍未解决液体蛋氨酸中多聚体对产品反应及最终质量影响的问题。
综上所述，现有的D,L-2-羟基--4-甲硫基丁酸盐的制备技术具有以下缺点：一是副产大量盐及废水；二是工艺复杂、路线反复、成本高；三是液体蛋氨酸原料中含二聚体、多聚体造成产品品质不高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法，采用在超声波氛围加热水解和\或高压釜加压水解来达到液体蛋氨酸二聚体及多聚体向单体的转化，得到的单体与不含干扰阴离子的钙源或锌源反应制备得到产品，具有工艺简单高效、原料利用率高、产品质量高收率高、无副产盐及废水排放清洁可持续等优点。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法，包括以下步骤：
将高浓度D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸用水稀释至30～50wt％浓度，得到稀释液；
将稀释液在超声波氛围下于70～100℃保温搅拌2～5h，和/或将稀释液转入高压釜，于1.0～2.0MPa、150～180℃温度下搅拌30～90min，得到水解液；
将水解液控温在60～80℃，加入金属化合物，搅拌反应30～60min，得到反应液；
将反应液直接或浓缩后进行喷雾干燥，得到D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐。
作为优选的，所述D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐为D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙、D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸锌螯合物中的一种。
作为优选的，所述金属化合物为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌、碳酸锌中的一种。
作为优选的，所述高浓度D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸为88wt％商品级羟基蛋氨酸或浓度为88～100wt％羟基蛋氨酸浓缩液。
作为优选的，所述水解液中二聚体和多聚体的总含量低于D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸含量的1.3％。
作为优选的，所述金属化合物的加入量为金属离子和D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸的摩尔比为1:2。
作为优选的，所述制备方法包括以下步骤：
将高浓度D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸用水稀释至40～50wt％浓度，得到稀释液；
将稀释液在频率为25～40KHz超声波氛围下于85～100℃保温搅拌2～5h，得到水解液；
将水解液控温在60～80℃，加入金属化合物，搅拌反应30～60min，得到反应液；
将反应液直接或浓缩后进行喷雾干燥，得到D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐。
作为优选的，所述制备方法包括以下步骤：
将高浓度D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸用水稀释至20～40wt％浓度，得到稀释液；
将稀释液转入高压釜，于1.0～2.0MPa、160～180℃温度下搅拌30～90min，得到水解液；
将水解液控温在60～80℃，加入金属化合物，搅拌反应30～60min，得到反应液；
将反应液直接或浓缩后进行喷雾干燥，得到D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐。
作为优选的，所述制备方法包括以下步骤：
将高浓度D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸用水稀释至30～50wt％浓度，得到稀释液；
将稀释液在30～40KHz超声波氛围下于70～100℃保温搅拌2～5h，再转入高压釜，于1.0～2.0MPa、150～180℃温度下搅拌30～90min，得到水解液；
将水解液控温在60～80℃，加入金属化合物，搅拌反应30～60min，得到反应液；
将反应液直接或浓缩后进行喷雾干燥，得到D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐。
本发明的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法，直接使用商品级液体蛋氨酸或液体蛋氨酸浓缩液来制备得到低含量多聚体的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐，具有原料易得、成本较低的优势，能够制备得到高品质的呈白色单分子态液体蛋氨酸合成的钙盐及螯合锌；本发明的制备方法采用在超声波氛围加热水解和\或高压釜加压水解来达到液体蛋氨酸二聚体及多聚体向单体的转化，得到的单体与不含干扰阴离子的钙源或锌源反应制备得到产品，具有工艺简单高效、原料利用率高、产品质量高收率高、无副产盐及废水排放清洁可持续等优点。
附图说明
图1是羟基蛋氨酸中寡聚体主要成分的结构式。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施方式，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法，首先将88wt％商品级羟基蛋氨酸或浓度为88～100wt％羟基蛋氨酸浓缩液(由氰醇水解分离制备得到的浓缩液体蛋氨酸)用水稀释到30～50wt％浓度以方便二聚体、多聚体水解，得到稀释液，将稀释液加热至70～100℃，并在25～40KHz超声波氛围下保温搅拌2～5h，和/或将稀释液加入高压釜在1.0～2.0MPa压强、150～180℃温度下搅拌30～90min，以使液体蛋氨酸二聚体、多聚体达成水解为单体D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸，超声波下水解和加压水解可单独操作其中一项，也可组合操作；确定液体蛋氨酸中二聚体、多聚体水解完成后(以分析结果中二聚体、多聚体占总液体蛋氨酸含量低于2％为满足要求)，控制单体液体蛋氨酸水液在60～80℃，分批次加入0.5液体蛋氨酸摩尔当量的无干扰阴离子的金属化合物(主要是氧化物、氢氧化物、碳酸盐或碱式碳酸盐)，搅拌保温反应30～60min，得到的反应料液浓缩后或直接进入喷雾干燥，包装得到高品质的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙或螯合锌成品。
本发明所描述的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐主要是D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙和D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸锌，使用的金属化合物为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌、碳酸锌中的一种。
图1是羟基蛋氨酸中寡聚体主要成分的结构式。
本发明的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备方法在合成D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐之前，先进行D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸的水解，水解实验操作如下：
使用浓度为88w％的商品级液体蛋氨酸加脱盐水稀释至不同浓度，在不同条件的超声波作用和/或高温加压水解后，监测水解后的液体蛋氨酸中的二聚体、多聚体水解转化为单体的效果，液体蛋氨酸中二聚体、多聚体与单体的含量检测均由高效液相色谱法进行检测。实施例1～13按照上述方法及表1的数据进行了液体蛋氨酸的水解实验，各实施例具体的工艺条件及实验结果如表1所示：
表1
表1的数据表明，对一定浓度的液体蛋氨酸进行超声波预高温处理均对液体蛋氨酸中二聚体、三聚体水解转化为单体具有一定作用，其中超声波处理效果较高温水解好，但超声波处理时间较长；超声波和高温水解结合处理具有有效提升多聚体转化效率的效果。另外根据液体蛋氨酸配制浓度与多聚体转化效率对比，液体蛋氨酸较低的稀释浓度更有利于多聚体的水解转化，但是若是液体蛋氨酸稀释浓度过低，可能会产生大量废水，同时不利于液体蛋氨酸盐的析出。
在实施例1～13的基础上，本发明进行了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸盐的制备，具体如下：
实施例14
本实施例制备了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙，制备方法如下：
称取200g商品级88wt％液体蛋氨酸，检测其中含有66w％单体、18w％二聚体、4w％三聚体，将其转入烧杯加入脱盐水稀释至浓度为40wt％，在安装了频率为30KHz超声波振子的85℃水浴中搅拌2h，得到的处理液转入500mL高压釜中，于1.0MPa压强、170℃温度条件下以转速75r/min搅拌45min，得到的水解液由高效液相色谱检测计算其含有的二聚体、多聚体占总液体蛋氨酸含量的1.3％，控温水解液至60℃，分3批次等量加入折合43.4g氢氧化钙的悬浮乳液，保温反应60min，得到的反应料液进行喷雾干燥，得到均匀的白色粉末状D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙固体产品。对该产品进行分析得液体蛋氨酸含量(干基)：87.83％，钙含量：11.81％，液体蛋氨酸钙：99.64％，干燥失重：0.16％。
实施例15
本实施例制备了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸锌，制备方法如下：
将200g商品级88wt％液体蛋氨酸，检测其中含有66％单体、18％二聚体、4％三聚体，将其转入烧杯加入脱盐水稀释至浓度为35wt％，在安装了30KHz超声波振子的85℃水浴中搅拌5h，得到的水解液采用高效液相色谱检测计算其含有的二聚体、多聚体占总液体蛋氨酸含量1.42％，控温水解液75℃，分3批次等量加入41.86g氧化锌粉末，保温反应30min，趁热将该反应料液进行喷雾干燥，得到均匀的白色粉末状D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸螯合锌固体产品。对该产品进行分析得液体蛋氨酸含量(干基)：81.74％，锌含量：17.6％，液体蛋氨酸锌：99.34％。
实施例16
本实施例制备了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙，制备方法如下：
取200g浓缩液体蛋氨酸，测定其含量为96.7wt％，其中含有单体72.6％、二聚体20％、多聚体为4.1％，加脱盐水稀释为20wt％,将稀释液转入500mL高压釜中，于1.0MPa压强180℃温度下以转速100r/min搅拌90min，得到的水解液，采用高效液相色谱检测计算其含有的二聚体、多聚体占总液体蛋氨酸含量1.75％，控温水解液80℃，分3批次等量加入64.8g碳酸钙粉末，保温反应45min，将反应料液进行喷雾干燥，得到均匀的白色粉末状D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙固体产品。对该产品进行分析得液体蛋氨酸含量(干基)：87.43％，钙含量：11.7％，液体蛋氨酸钙：99.13％。
对照实施例1
本实施例以未处理寡聚体的液体蛋氨酸按照同样方法制备了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙，制备方法如下：
将200g商品级88wt％液体蛋氨酸，检测其中含有66％单体、18％二聚体、4％三聚体，将其转入烧杯加入脱盐水稀释为40wt％，控温80℃，分3批次等量加入折合43.4g氢氧化钙的悬浮乳液，保温反应60min，趁热将该反应料液进行喷雾干燥，得到不均匀有细颗粒的微棕色细末状D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙固体产品。对该产品进行分析得液体蛋氨酸含量(干基)：84.93％，钙含量：11.11％，液体蛋氨酸钙：96.04％，干燥失重：0.85％。
对照实施例2
本实施例以未处理寡聚体的液体蛋氨酸按照同样方法制备了D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙，制备方法如下：
将200g商品级88wt％液体蛋氨酸，检测其中含有66％单体、18％二聚体、4％三聚体，将其转入烧杯加入脱盐水稀释为40wt％，控温80℃，分3批次等量加入折合48.2g氧化锌粉末，保温反应60min，趁热将该反应料液进行喷雾干燥，得到有少量细颗粒的微棕色细末状D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸螯合锌固体产品。对该产品进行分析得液体蛋氨酸含量(干基)：80.12％，锌含量：16.71％，液体蛋氨酸螯合锌：96.04％，干燥失重：0.96％。
从以上实施例与对比实施例可见，较少的多聚体有利于得到外观近白色而颗粒更均匀的D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸钙或D,L-2-羟基-4-甲硫基丁酸锌螯合物产品，而直接使用商品级液体蛋氨酸与钙盐(或锌盐)反应，会得到带颗粒物的液体蛋氨酸钙(或液体蛋氨酸螯合锌)产品，需要进一步过筛粉碎，从化学成分分析来看，其得到的产品中液体蛋氨酸和金属离子含量均较低多聚体液体蛋氨酸法制备得低，极有可能是反应不均匀，液体蛋氨酸聚合部分未能分配到配体而直接将氢氧化钙或氧化锌夹带进入产品。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
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