글리신 제조업체

글리신이 어떻게 제조되는지, 주로 산업적으로 널리 사용되는 스트렉커 합성에 초점을 맞춰 더 자세히 설명해 보겠습니다:

스트렉커 아미노산 합성: 주요 경로

스트렉커 합성은 아미노산 생산에 사용되는 잘 정립된 화학 반응으로, 글리신을 대규모로 제조하는 데 가장 경제적으로 실행 가능한 방법입니다. 이 과정은 기본적으로 알데히드(이 경우 글리신의 경우 포름알데히드)를 암모니아 및 시안화 수소와 반응시킨 다음 생성된 니트릴을 가수분해하는 과정을 거칩니다.

1단계: 아미노아세토니트릴의 형성

이 단계에는 두 가지 반응이 포함됩니다.

• 포름알데히드 및 암모니아와의 반응: 포름알데히드(HCHO)는 먼저 수용액에서 암모니아(NH₃) 또는 암모늄염(염화암모늄, NH₄Cl 등)과 반응합니다. 이 초기 반응은 종종 이민 또는 헤미아민으로 간주되는 불안정한 중간체를 형성합니다.

  단순화된 표현은 다음과 같이 볼 수 있습니다:

  HCHO + NH₃ → CH₂(NH) + H₂O(이민 형성)

  또는

  HCHO + NH₃ ⇌ HOCH₂NH₂ (헤미아민 형성)

• 시안화수소 추가: 그 후 시안화수소(HCN)를 반응 혼합물에 첨가합니다. 시안화 이온(CN-)은 이민의 친전성 탄소 원자를 공격하거나 헤미아민과 반응하여 아미노아세토니트릴(글리시노니트릴이라고도 함)을 형성합니다.

  CH₂(NH) + HCN → NH₂CH₂CN

  또는

  HOCH₂NH₂ + HCN → NH₂CH₂CN + H2O

  이 아미노아세토니트릴은 글리신 합성의 핵심 중간체입니다.

2단계: 글리신으로의 가수분해

그런 다음 아미노아세토니트릴은 가수분해를 거쳐 물과 반응하여 니트릴기(-CN)의 탄소-질소 삼중 결합을 끊고 카르복실산기(-COOH)로 전환합니다. 이 반응은 글리신을 생성합니다.

• 카탈리스트: 가수분해는 일반적으로 반응 속도를 높이기 위해 촉매로 강산(염산, HCl 등) 또는 강염기(수산화나트륨, NaOH 등)가 있는 상태에서 수행됩니다.

• 조건: 반응 혼합물을 일정 시간 동안 특정 온도로 가열하여 완전한 가수분해를 보장합니다. 정확한 조건(온도, 시간, 촉매 농도)은 제조업체가 사용하는 특정 공정 파라미터에 따라 달라집니다.

  산 가수분해를 예로 들어 보겠습니다:

  NH₂CH₂CN + 2 H₂O + HCl → NH₃⁺Cl-CH₂COOH

  생성된 글리신은 염산염 형태입니다. 유리 글리신을 얻으려면 이 용액을 중화해야 합니다.

  염기 가수분해를 예로 들어 설명합니다:

  NH₂CH₂CN + H₂O + NaOH → NH₂CH₂COONa + NH₃

  이렇게 하면 글리신의 나트륨 염이 생성되며, 유리 글리신을 얻으려면 산성화해야 합니다.

정화 과정(상세):

가수분해 단계가 끝나면 글리신 용액에는 반응하지 않은 출발 물질, 부산물, 염, 유색 화합물 등 다양한 불순물이 포함되어 있습니다. 식품, 제약 등 용도에 적합한 고순도 글리신을 얻으려면 일련의 정제 단계가 필수적입니다.

• 탈색: 활성탄은 종종 글리신 용액에 첨가됩니다. 활성탄의 다공성 구조로 인해 유색 불순물 및 기타 유기 오염 물질을 흡착할 수 있습니다. 충분한 접촉 시간이 지나면 활성탄은 여과를 통해 제거되어 더 깨끗한 용액이 만들어집니다.
• 이온 교환 크로마토그래피: 이 기술은 잔류 염분과 하전된 부산물을 포함한 이온 불순물을 제거하는 데 매우 효과적입니다. 글리신 용액은 이온 교환 수지로 채워진 컬럼을 통과합니다. 이 수지는 전하에 따라 이온을 선택적으로 결합하여 중성 글리신 분자가 통과할 수 있도록 합니다. 다양한 유형의 수지(양이온성 및 음이온성)를 순차적으로 사용하여 광범위한 이온성 오염 물질을 제거할 수 있습니다.
• 염분 제거: 가수분해 방법과 후속 중화 단계에 따라 글리신 용액에 무기염이 포함될 수 있습니다. 막 여과(예: 역삼투압 또는 나노 여과)와 같은 기술을 사용하여 이러한 용해된 염에서 글리신을 분리할 수 있습니다. 추가 결정화 단계는 글리신 결정이 침전되어 용액에 더 잘 녹는 염을 남기면서 염을 제거하는 데 도움이 될 수도 있습니다.

결정화 과정(상세):

결정화는 고체와 순수한 형태의 글리신을 얻기 위한 중요한 단계입니다.

• 집중력: 정제된 글리신 용액은 일반적으로 제어된 조건(효율을 높이고 분해를 방지하기 위해 감압 및 온도 상승)에서 과도한 수분을 증발시켜 농축합니다. 목표는 글리신의 농도가 주어진 온도에서 용해도를 초과하는 과포화 상태에 도달하는 것입니다.
• 냉각 및 종자 결정화: 그런 다음 농축 용액을 조심스럽게 냉각합니다. 온도가 낮아지면 글리신의 용해도가 더욱 감소하여 결정화가 촉진됩니다. 결정 크기와 균일성을 제어하기 위해 글리신의 작은 종자 결정을 용액에 첨가하는 경우가 많습니다. 이러한 종자 결정은 더 많은 글리신 분자가 부착하고 성장할 수 있는 핵 형성 부위를 제공하여 더 크고 쉽게 필터링할 수 있는 결정을 형성합니다.
• 수정 채집: 글리신 결정이 원하는 크기에 도달하면 원심분리 또는 여과와 같은 기술을 사용하여 남은 용액(모액)에서 분리합니다. 원심분리는 원심력을 사용하여 액체에서 고체 결정을 분리하는 반면, 여과는 고체 결정을 유지하는 필터 매체를 통해 혼합물을 통과시킵니다.

건조 중입니다:

분리된 글리신 결정은 여전히 수분을 함유하고 있으므로 보관 및 취급에 필수적인 수분 함량이 낮은 안정적이고 자유롭게 흐르는 분말을 얻으려면 건조해야 합니다. 일반적인 건조 방법은 다음과 같습니다:

• 스프레이 건조: 글리신 용액은 뜨거운 가스 흐름에 미세한 안개 형태로 분사됩니다. 물은 빠르게 증발하여 건조 글리신 분말의 미세 입자를 남깁니다. 이 방법은 대량 생산에 자주 사용되며 유동성이 좋은 분말을 생성합니다.
• 유동층 건조: 젖은 글리신 결정은 뜨거운 공기가 불어오는 유동층에 놓입니다. 공기는 입자를 부유시키고 건조를 위한 효율적인 열 전달을 제공합니다.
• 진공 건조: 감압 건조는 물의 끓는점을 낮춰 더 낮은 온도에서 건조할 수 있어 글리신의 품질을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

품질 관리:

전체 제조 공정에 걸쳐 엄격한 품질 관리 조치를 시행하여 최종적으로¹ 글리신 제품은 순도, 분석법(글리신 비율), 수분 함량, 중금속, 잔류 용매 및 기타 매개변수에 대한 필수 사양을 충족합니다. 이러한 분석에는 일반적으로 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC), 기체 크로마토그래피(GC), 원자 흡수 분광법(AAS) 등의 기법이 사용됩니다.

대체 제조 방법(간략하게 설명):

스트렉커 합성이 지배적이지만, 다른 방법도 존재하지만 대규모 생산에는 덜 자주 사용됩니다:

• 단백질 가수분해: 젤라틴과 같이 글리신이 풍부한 단백질은 산이나 염기를 사용하여 가수분해하여 글리신을 방출할 수 있습니다. 그러나 이 방법은 아미노산의 혼합물을 생성하며, 이 혼합물에서 글리신을 분리하는 것은 복잡하고 비용이 많이 들 수 있습니다.
• 발효: 특정 미생물은 단순한 탄소와 질소 공급원으로부터 글리신을 생산하도록 유전적으로 조작할 수 있습니다. 이 방법은 잠재적으로 더 지속 가능하고 환경 친화적인 대안으로 관심을 받고 있지만, 아직 대량 생산을 위한 스트렉커 합성만큼 널리 사용되지는 않습니다.

결론:

글리신의 제조는 주로 포름알데히드, 암모니아, 시안화수소의 반응과 가수분해를 포함하는 잘 정의된 화학 공정인 스트렉커 합성에 의존합니다. 이후 정제 및 결정화 단계는 불순물을 제거하고 안정적인 분말 형태의 고품질 글리신을 얻는 데 매우 중요합니다. 공정의 각 단계는 최종 제품이 다양한 용도에 대한 엄격한 요구 사항을 충족하도록 신중하게 제어 및 모니터링됩니다.