(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1

Transkrypt

1 RZECZPO SPOLITA POLSKA U rząd Patentow y Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) N um er zgłoszenia: (22) D ata zgłoszenia: (13) B1 (51) IntCl7 C07C 279/14 C07C 277/08 (54) Sposób wytwarzania kreatyny lub monohydratu kreatyny (30) Pierwszeństwo: ,DE, (73) Uprawniony z patentu: SKW Trostberg Aktiengesellschaft, Trostberg, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/97 (72) Twórcy wynalazku: Stefan Weiss, Trostberg, DE Helmut Krommer, Trostberg, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/02 (74) Pełnomocnik: Gugała Barbara, PATPOL Spółka z o.o. (57) 1. Sposób wytwarzania kreatyny lub monohydratu kreatyny, znamienny tym, że cyjanamid poddaje się reakcji z solą sodową lub potasową sarkozyny, w wodzie lub mieszaninie wody i alkoholu o 1-5 atomach węgla, w temperaturze 20 C do 138 C, przy ph 7,0 do 14,0. PL B1

2 Sposób wytwarzania kreatyny lub monohydratu kreatyny Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania kreatyny lub monohydratu kreatyny, znamienny tym, że cyjanamid poddaje się reakcji z solą sodową lub potasową sarkozyny, w wodzie lub mieszaninie wody i alkoholu o 1-5 atomach węgla, w temperaturze 20 C do 138 C, przy ph 7,0 do 14,0. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję przeprowadza się w temperaturze 50 C do 100 C. 3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że wartość ph nastawia się na 9,0-10,0. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że wartość ph nastawia się za pom ocą nieorganicznego kwasu, zwłaszcza kwasu solnego. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że do nastawiania wartości ph stosuje się organiczne kwasy, zwłaszcza sarkozynę, kwas octowy lub kwas mrówkowy. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję prowadzi się przy stosunku molowym cyjanamidu do soli sodowej lub potasowej sarkozyny wynoszącym 1:4 do 4:1. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję prowadzi się przy stosunku molowym cyjanamidu do soli sodowej lub potasowej sarkozyny wynoszącym 0,9:1 do 1,25:1. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się sól sodową lub potasową sarkozyny w postaci wodnego roztworu o stężeniu 35-45% wag. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się cyjanamid w postaci wodnego roztworu, zwłaszcza w postaci 50% wag. roztworu. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytworzony produkt reakcji oczyszcza się przez traktowanie zim ną wodą lub wodą gorącą. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt reakcji przekrystalizowuje się z wody. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku wytwarzania bezwodnej kreatyny, produkt reakcji suszy się do zawartości wody poniżej 1% wag. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku wytwarzania monohydratu kreatyny, produkt reakcji suszy się do zawartości wody nie niższej niż 12,1% wag. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kreatyny, zwłaszcza monohydratu kreatyny w reakcji cyjanamidu z solą sodową lub potasową sarkozyny. Kreatyna występuje w tkankach mięśni i stanowi w postaci fosforanu kreatyny rezerwę energetyczną mięśni. Z tego powodu kreatyna jest stosowana jako uzupełniający środek żywnościowy, zwłaszcza w dziedzinie sportu, przy czym kreatyna zazwyczaj jest stosowana zwłaszcza w postaci monohydratu kreatyny. Kreatyna może być otrzymywana z materiału biologicznego np. z odpadów mięsnych, co ze względów technicznych jest jednakże bardzo kosztowne i ze względów higienicznych budzi obawy. Według znanego stanu techniki kreatynę otrzymuje się w reakcji cyjanamidu z sarkozyną (patrz Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5, Auflage, Band A 12, 552, VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim (1987), Strecker, Jahresbericht uber die Fortschritte der Chemie 1868, 686 Anm. 1; Volhard, Zeitschrift fur Chemie 1869, 318). Zdecydowanie wadą sposobu otrzymywania kreatyny lub monohydratu kreatyny z sarkozyny i cyjanamidu jest to, że sarkozyna jest bardzo drogim surowcem i przy jej zastosowaniu nie osiąga się zadawalających wydajności.

3 Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania kreatyny względnie monohydratu kreatyny pozbawionego wad sposobu znanego ze znanego stanu techniki, umożliwiającego wytwarzanie kreatyny względnie monohydratu kreatyny ze znacząco ekonomicznie wydajnością i o wysokiej czystości. To zadanie zostało rozwiązane zgodnie z wynalazkiem w ten sposób, że cyjanamid poddaje się reakcji z solą sodową lub potasową sarkozyny w wodzie lub w mieszaninie wody i alkoholu o 1-5 atomach węgla w temperaturze 20 do 138 C, przy ph roztworu 7,0-14,0. Stwierdzono nieoczekiwanie, że tym sposobem można uzyskać żądany produkt reakcji z dobrą wydajnością i o bardzo wysokiej czystości. Jest to dlatego nieoczekiwane, ponieważ, jak wiadomo, cyjanamid w środowisku alkalicznym ulega dimeryzacji do dicyjanamidu, przy czym maksymalną szybkość reakcja osiąga przy ph = 9,6. Poza tym, wiadomym jest, że powyżej ph = 9 obok tworzenia się dicyjanamidu następuje także jednocześnie reakcja przyłączania wody do cyjanamidu z utworzeniem mocznika. W końcu jest również wiadomo, że kreatyna ulega rozkładowi w wyniku ogrzewania w wodzie, w środowisku alkalicznym z wytworzeniem m. in. sarkozyny, mocznik i metylohydantoiny. Z tych względów nie można było oczekiwać, że sposobem według wynalazku można będzie wytwarzać żądany produkt z dobrą wydajnością i o wysokiej czystości. Szczególnie nieoczekiwanym jest to, że w sposobie wytwarzania kreatyny, względnie monohydratu kreatyny charakteryzującym się wyżej podanymi korzyściami może być stosowany nawet techniczny roztwór soli sodowej lub potasowej sarkozyny o czystości tylko 85-95% wag. zawierający jako zanieczyszczenie około 10% wag. kwasu metyloiminodioctowego w postaci soli. W sposobie według niniejszego wynalazku poddaje się substraty reakcji (cyjanamid i sól sodową lub potasową sarkozyny) w temperaturze C, zwłaszcza C, ewentualnie pod ciśnieniem. W sposobie według wynalazku istotnym jest to, że reakcję przeprowadza się w alkalicznym obszarze ph 7,0-14,0, zwłaszcza 9,0-10,0. Odpowiednią wartość ph nastawia się korzystnie za pomocą organicznego lub nieorganicznego kwasu. Jako nieorganiczny kwas (kwas mineralny) może być stosowany kwas solny, zaś jako organiczny kwas stosuje się korzystnie sarkozynę, kwas octowy lub mrówkowy. Do nastawiania wartości ph można również stosować alifatyczne mono-, di- lub polikarboksylowe kwasy, zwłaszcza także aromatyczne kwasy karboksylowe jak również alifatyczne i aromatyczne kwasy sulfonowe. W zakresie niniejszego wynalazku jest również możliwym nastawianie wartości ph za pomocą zasad, zwłaszcza NaOH lub KOH, w przypadku gdy powinno się prowadzić reakcję w górnym zakresie stosowanej wartości ph. Stosunek molowy cyjanamidu do soli sodowej lub potasowej sarkozyny może być zmieniany w szerokich granicach. Korzystnie wynosi on pomiędzy 1:4-4:1. Szczególnie korzystnie stosuje się cyjanamid i sól sodową lub potasową sarkozyny w przybliżeniu w równomolowej ilości np. 0,9:1-1,25:1. Reakcja może być przeprowadzona przykładowo w ten sposób, że tworzy się wodny roztwór soli sodowej lub potasowej sarkozyny, nastawia się wartość ph tego roztworu za pomocą kwasu lub ługu na wartość pożądaną i dodaje się cyjanamid w postaci wodnego roztworu ( np. w postaci 50% wag. wodnego roztworu) lub w stałej krystalicznej postaci. Jednakże można również tak postępować, aby nastawienie wartości ph osiągano dopiero podczas dodatku cyjanamidu. Alternatywnie można również wprowadzać do naczynia reakcyjnego jednocześnie cyjanamid i sól sodową lub potasową sarkozyny, przy czym jednocześnie żądaną wartość ph nastawia się za pomocą kwasu i zasady. Jako naczynia reakcyjne mogą być stosowane między innymi: pojemnik z mieszadłem lub reaktor pętlicowy.

4 Stosowanie reaktora pętlicowego zalecane jest przede wszystkim gdy dodatek cyjanamidu do sarkozynianu sodu lub potasu i nastawianie ph następuje równocześnie. W korzystnej postaci wynalazku można stosować sarkozynian sodu lub potasu także w postaci odpowiedniego technicznego, wodnego roztworu, o stężeniu korzystnie 35-40% wag. i zawartości czystej substancji około 85-90%. W przeciwieństwie do sarkozyny, wodne, techniczne roztwory sarkozynianu sodu są bardzo tanie, ponieważ są produktem wytwarzanym w dużej skali technicznej. Reakcja według wynalazku przeprowadzana jest w bardzo prosty sposób w wodzie lub wodnej suspensji. Można również przeprowadzać j ą w fazie wodno-organicznej w obecności alifatycznych alkoholi zawierających 1-5 atomów węgla, zwłaszcza metanolu lub etanolu. Zastosowanie organicznych rozpuszczalników ułatwia nastawienie żądanej temperatury reakcji, gdy mieszaninę reakcyjną ogrzewa się do temperatury wrzenia pod chłodnicą zwrotną. Po zakończonej reakcji, która kończy się z reguły w ciągu 2-5 godzin, oddziela się stały produkt reakcji w zwykłych urządzeniach takich jak: wirówka, prasa filtracyjna lub nucza ciśnieniowa. W celu oczyszczenia wytworzonego produktu, zwłaszcza przy otrzymywaniu bardzo czystej kreatyny lub monohydratu kreatyny produkt reakcji można dodatkowo traktować zimną lub gorącą wodą np.: myć wodą lub dyspergować w wodzie. Produkt reakcji można również przekrystalizowywać z wody. Końcowe suszenie wilgotnego produktu można prowadzić w znanych suszarniach konwektorowych lub kontaktowych. Odpowiednie są suszarnie: komorowe, tunelowe, z półkami sitowymi, taśmowe, wielopoziomowe, dyszowe, pneumatyczne, fluidyzacyjne lub bębnowe. W celu otrzymania bezwodnej kreatyny należy produkt suszyć dotąd, aż zawartość wody w produkcie będzie wynosiła poniżej 1% wag. Można to osiągnąć np. przez suszenie pod próżnią w temperaturze 80 C. W celu otrzymania monohydratu kreatyny należy proces suszenia przerwać w chwili, gdy zawartość wody w produkcie będzie wynosiła około 12,1% wag. lub parametry suszenia tak ustalić, aby zawartość wody w produkcie nie zeszła poniżej 12,1% wag. Monohydrat kreatyny zawiera teoretycznie 12,08% wag. wody. Nieoczekiwanie stwierdzono, że suszenie wilgotnej kreatyny może być przeprowadzane celowo w ten sposób, aby produktem procesu był monohydrat kreatyny. W tym przypadku odpowiednie jest np. suszenie w suszami z półkami sitowymi w temperaturze 40 C i pod ciśnieniem 1, ,0 103 Pa lub w suszami bębnowej w temperaturze 50 C i pod ciśnieniem 18, ,0 103 Pa Sposobem według wynalazku można otrzymać kreatynę lub monohydrat kreatyny z wydajnością 60-90% wag. i z bardzo wysoką czystością, osiągającą 100% nawet wówczas, gdy stosuje się techniczny roztwór sarkozynianu sodu lub potasu o czystości tylko 85-90%. Ponieważ także wydajność przestrzenno-czasowa w sposobie według wynalazku jest bardzo dobra, sposób ten nadaje się doskonale do przeprowadzania go w skali technicznej. Następujące przykłady objaśniają bliżej sposób według wynalazku. Przykład I. Sporządzono 4625 g (16,7 mola) 40% wag. technicznego wodnego roztworu sarkozynianu sodu. Wartość ph roztworu nastawiono na 9,6 (w temperaturze 20 C) stężonym kwasem solnym chłodząc mieszaninę z zewnątrz zimną wodą i silnie mieszając roztwór. Następnie roztwór ogrzano do temperatury 80 C. Do roztworu wprowadzono stopniowo w ciągu 90 min., przy silnym mieszaniu, przy tem peraturze roztworu C, 1548 g (18,4 mola) 50% wag. wodnego roztworu cyjanamidu (SKW-Cyanamid L 500). Po zakończeniu dodawania cyjanamidu mieszano roztwór reakcyjny jeszcze w ciągu 2 godzin, przy temperaturze roztworu 80 C.

5 Następnie roztwór oziębiono i mieszaninę reakcyjną mieszano 4 godziny przy jednoczesnym chłodzeniu wodą. Krystaliczny, dający się dobrze odsączyć produkt reakcji odfiltrowano i przemyto trzykrotnie każdorazowo 1250 ml pozbawionej chlorków wody. W końcu produkt reakcji jeszcze raz przemyto 1250 ml ciepłej wody (40 C). Produkt suszono w suszarce próżniowej w temperaturze 40 C, pod ciśnieniem Pa. Otrzymano 1822 g (73,3% w przeliczeniu na sarkozynian sodu) monohydratu kreatyny. Zawartość (HPLC): 88,1% kreatyny (wyliczono 87,9%). Przykład II. Sporządzono 277,7 g (1 mol) technicznego 40% wag. wodnego roztworu sarkozynianu sodu. Wartość ph roztworu nastawiono na 9,6 (w temperaturze 20 C) za pomocą stężonego kwasu solnego i ogrzano roztwór do temperatury 95 C. W końcu wprowadzono do roztworu przy intensywnym mieszaniu 105,1 g (1,25 mola) technicznego 50% wag. wodnego roztworu cyjanamidu tak, aby temperatura mieszaniny reakcyjnej nie podniosła się powyżej 95 C. Po zakończeniu dodawania cyjanamidu roztwór reakcyjny ogrzewano jeszcze 1 godzinę w temperaturze 95 C. Następnie schłodzono do 15 C, krystaliczny osad odfiltrowano i przemyto dwukrotnie, każdorazowo 120 ml wody pozbawionej chlorków. Pozostałość przekrystalizowano z wody i wysuszono w temperaturze 80 C pod ciśnieniem Pa. Otrzymano 73,4 g (56%) kreatyny. Skład ustalony za pomocą HPLC wskazywał na 100% zawartość (jako standard zastosowano czysty monohydrat kreatyny dostępny w handlu chemikaliami). Przykład III. 439,2 g (1,78 mola) technicznego 40%) wag. wodnego roztworu sarkozynianu sodu i 214 g wody wprowadzono do kolby czteroszyjnej zaopatrzonej w mieszadło, termometr i pehametr. Wartość ph roztworu nastawiono podczas mieszania na 9,93, w temperaturze 20 C za pomocą kwasu octowego, następnie ogrzano do 70 C. Przy intensywnym mieszaniu w temperaturze C wkroplano przy zastosowaniu pompy dozującej równomiernie do roztworu w ciągu 90 minut 138,2g (1,65 mola) 50,2% wag. wodnego roztworu cyjanamidu (SKW-Cyanamid L 500). Po zakończeniu dodawania cyjanamidu mieszano roztwór reakcyjny jeszcze w ciągu 60 minut, przy temperaturze roztworu 70 C. Po ochłodzeniu do 15 C odfiltrowano krystaliczny, dający się dobrze odsączać osad i bez przemywania przeprowadzono go w stan zawiesiny w 330g wody. Suspensję mieszano w ciągu 1 godziny w temperaturze 20 C. Osad odfiltrowano i w końcu bez przemywania suszono w temp. 30 C w suszarce próżniowej przez 16 godzin. Otrzymano 177,7g (72,2%) monohydratu kreatyny. Zawartość (HPLC) 88,0% kreatyny (obliczono 87,9%) Kreatynina (HPLC) 200 ppm Dwucyjanodwuamid 220 ppm Woda 11,9% (waga do suszenia w podczerwieni w 105 C, obliczono 12,08%) Przykład IV. Sporządzono roztwór 462,5g (1,67 mola) technicznego 40% wag. wodnego roztworu sarkozynianu sodu i 200g wody. Wartość ph roztworu nastawiono na 9,81 (w temperaturze 20 C) stężonym 98% wag. kwasem mrówkowym. Roztwór ogrzano do temperatury 50 C. Do roztworu wprowadzono stopniowo w ciągu 3 godzin przy temperaturze roztworu C, przy silnym mieszaniu 138,2 g (1,65 mola) SKW-Cyanamid L 500 (techniczny 50,2% wag. wodny roztwór cyjanamidu). Mieszaninę reakcyjną mieszano jeszcze 1 godzinę przy temperaturze roztworu 50 C.

6 W końcu produkt reakcji odfiltrowano i bez przemywania przeprowadzono w stan zawiesiny w 330 g wody. Suspensję mieszano w ciągu 2 godzin przy temperaturze 20 C. Odfiltrowano i pozostałość przemyto dwukrotnie 100 ml wody. Po wysuszeniu pod próżnią, w temperaturze 30 C 1pod ciśnieniem Pa otrzymano 165,2 g (67,1%) monohydratu kreatyny. Zawartość: 88,2% (HPLC, obliczono 87,9%) Woda 12,1% (waga do suszenia w podczerwieni, 105 C, obliczono 12,08%). Przykład V. Sporządzono 674,8 g (2,43 mola) 40% wag. wodnego roztworu sarkozynianu sodu. Wartość ph roztworu nastawiono na 8,5 w temperaturze 70 C, kwasem octowym 99% wag. Po dodaniu 500 ml metanolu, dodano w ciągu 2 godzin przy silnym mieszaniu, w temperaturze wrzenia pod chłodnicą zwrotną 491,1 g (2,02 mola) 25% wag. wodnego roztworu cyjanamidu. Po zakończeniu dodawania roztworu cyjanamidu roztwór ogrzewano mieszając w ciągu 2 godzin pod chłodnicą zwrotną. Po ochłodzeniu do temperatury 15 C, krystaliczny osad odfiltrowano, przemyto dwukrotnie po 250 ml wody i w końcu przekrystalizowano z wody. Po wysuszeniu w suszarce próżniowej w temperaturze 80 C i pod ciśnieniem 1,5 103 Pa otrzymano 176,7 g (48,8%) bezwodnej kreatyny. Czystość: (HPLC) 99,9% Przykład VI. Analogicznie jak w przykładzie I poddano reakcji 40% wag. wodny roztwór sarkozynianu potasu z cyjanamidem. Otrzymano 187,5 g (75,3%) czystego monohydratu kreatyny. Departament W ydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.