專利名稱：氫化產(chǎn)物及其衍生物的制備方法
氫化產(chǎn)物及其衍生物的制備方法
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2010年6月16日遞交的第61/355，184號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的主題通過引用方式并入本文。技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)涉及用于從由含有己二酸二銨(DAA)和己二酸一銨(MAA)的發(fā)酵液獲得的 MAA和己二酸(AA)制備氫化產(chǎn)物及其衍生物的方法。
背景技術(shù)：
糖發(fā)酵的某些碳質(zhì)產(chǎn)物被視為石油衍生材料的替代物，以用作制造含碳化學(xué)物質(zhì)的原料。一種這類產(chǎn)物為MAA。另一種這類產(chǎn)物為AA。考慮到這樣的一種用于從含有DAA、 MAA和/或AA的發(fā)酵液直接制備基本上純的MAA的方法并且這種純MAA可作為制備氫化產(chǎn)物的原料，則提供用于以經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的方式制備諸如己內(nèi)酯(CL0)、1，6-己二醇(HD0)、己內(nèi)酰胺(CL)及其衍生物的氫化產(chǎn)物的方法將是有益的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種從含有DAA的澄清的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，該方法包括(a)蒸餾所述發(fā)酵液以形成包含水和氨的頂部餾出物以及包含MAA、至少一些DAA和至少約20wt% (重量百分比)的水的液態(tài)底部殘留物；(b)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物， 以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中，以得到足以使所述底部殘留物分離成含有 DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA的固態(tài)部分的溫度和組成；(c)從所述液態(tài)部分中分離所述固態(tài)部分；(d)回收所述固態(tài)部分；(e)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分氫化以制備包含CL、CLO或HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；以及，Cf)回收所述氫化產(chǎn)物?！?br> 本發(fā)明還提供了從含有DAA的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，該方法包括(a)蒸餾發(fā)酵液以形成包含水和氨的第一頂部餾出物以及包含MAA、至少一些DAA和至少約20wt%水的第一液態(tài)底部殘留物；(b)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物，以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中，以得到足以使所述底部殘留物分離成含有DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA的固態(tài)部分的溫度和組成；(c)從所述液態(tài)部分中分離所述固態(tài)部分； Cd)回收所述固態(tài)部分；(e)將所述固態(tài)部分溶解在水中以制備MAA的水溶液；(f)在足以形成包括水和氨的第二頂部餾出物以及包括大部分的AA、少部分的MAA和水的第二底部殘留物的溫度和壓力下蒸餾所述MAA的水溶液；(g)冷卻和/或蒸發(fā)所述第二底部殘留物以使所述第二底部殘留物分離成與第二固態(tài)部分接觸的第二液態(tài)部分，所述第二固態(tài)部分優(yōu)選地主要由AA組成且基本上不含有MAA ； (h)從所述第二液態(tài)部分中分離所述第二固態(tài)部分；(i)回收所述第二固態(tài)部分；(j)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分進(jìn)行氫化以制備包括CL或HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；以及，(k)回收所述氫化產(chǎn)物。
本發(fā)明還提供了一種從含有MAA的澄清的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，該方法包括(a)可選地，將MAA、DAA、AA、NH3和/或NH4+添加到發(fā)酵液中以優(yōu)選地維持所述發(fā)酵液的PH值小于6 ; (b)蒸餾所述發(fā)酵液以形成包括水和可選地包括氨的頂部餾出物以及包括 MAA、至少一些DAA和至少約20wt%水的液態(tài)底部殘留物；(c)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物，以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中，以得到足以使所述底部殘留物分離成含有DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA的固態(tài)部分的溫度和組成；(d)從所述液態(tài)部分中分離所述固態(tài)部分；(e)回收所述固態(tài)部分；(f)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分進(jìn)行氫化以制備包括CL、CL0或HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；以及， (g)回收所述氫化產(chǎn)物。
本發(fā)明還提供了一種從含有MAA的澄清的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，該方法包括(a)可選地，將MAA、DAA、AA、NH3和/或NH4+添加到發(fā)酵液中以優(yōu)選地維持發(fā)酵液的pH 值小于6 ; (b)蒸餾所述發(fā)酵液以形成包括水和可選地包括氨的頂部餾出物以及包括MAA、 至少一些DAA和至少約20wt%水的液態(tài)底部殘留物；(c)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物， 以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中，以得到足以使所述底部殘留物分離成含有 DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA的固態(tài)部分的溫度和組成；(d)從所述液態(tài)部分中分離所述固態(tài)部分；(e)回收所述固態(tài)部分；(f)將所述固態(tài)部分溶解在水中以制備 MAA的水溶液；(g)在足以形成包括水和氨的第二頂部餾出物以及包括大部分的AA、少部分的MAA和水的第二底部殘留物的溫度和壓力下蒸餾所述MAA的水溶液；(h)冷卻和/或蒸發(fā)所述第二底部殘留物以使所述第二底部殘留物分離成與第二固態(tài)部分接觸的第二液態(tài)部分，所述第二固態(tài)部分優(yōu)選地主要由AA組成且基本上不含有MAA ;(i )從所述第二液態(tài)部分中分離所述第二固態(tài)部分；(j )回收所述第二固態(tài)部分；(k)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分氫化以制備包括CLO或HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；以及(I)回收所述氫化產(chǎn)物。


圖1為生物處理系統(tǒng)的框圖；
圖2為示出MAA在水中和30%的DAA水溶液中的溶解度隨著溫度變化的曲線圖3為示出由從含有DAA的發(fā)酵液或含有MAA的發(fā)酵液獲取的MAA制備所選定的氫化產(chǎn)物及其衍生物的流程圖4為示出由從含有DAA的發(fā)酵液或含有MAA的發(fā)酵液獲取的AA制備所選定的氫化產(chǎn)物及其衍生物的流程圖。
具體實(shí)施方式
應(yīng)當(dāng)理解，與所附的權(quán)利要求書不同的是，下文說明書的至少一部分旨在涉及針對(duì)附圖中的圖示而選擇的方法的代表性示例并且不旨在限定或限制本發(fā)明。
通過參考圖1可以理解本發(fā)明的方法，圖1以框圖形式示出本發(fā)明的方法的一個(gè)代表性實(shí)施例10。
生長(zhǎng)容器12通常為原位蒸汽滅菌發(fā)酵器,可以用來培養(yǎng)微生物培養(yǎng)物(未不出)， 該微生物培養(yǎng)物隨后用于制備含有DAA、MAA和/或AA的發(fā)酵液。這樣的生長(zhǎng)容器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且不作進(jìn)一步討論。
該微生物培養(yǎng)物可包括能夠從可發(fā)酵碳源制備AA的微生物，所述可發(fā)酵碳源諸如為碳水化合物糖類(例如葡萄糖)、環(huán)己醇、烷烴(例如正構(gòu)烷烴)和基于植物的油。微生物的代表性示例包括大腸桿菌(Escherichia coli或E. coli)、黑曲霉(Aspergillus niger)、 谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum)(也稱為黃色短桿菌(Brevibacterium flavum))、類腸球菌(Enterococcus faecalis)、小韋榮球菌(Veillonella parvula)、產(chǎn)玻 白酸放線桿菌(Actinobacillus succinogenes)、擬青霉(Paecilomyces Varioti )、 釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、熱帶念珠菌(Candida tropicalis)、脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)、棲瘤胃擬桿菌(Bacteroides ruminicola)、嗜淀粉擬桿菌 (Bacteroides amylophiIus)、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)、它們的混合物坐寸O
優(yōu)選的微生物可包括ATCC入藏號(hào)為24887的熱帶念珠菌(Candida tropicalis (Castellani) Berkhout)無性型菌株0H23 ；ATCC入藏號(hào)為69875的大腸桿菌(E. coli)菌株AB2834/pKD 136/pKD8. 243A/pKD8. 292 ;包含表達(dá)環(huán)己酮單加氧酶的載體且被命名為 5B12、5F5、8F6和14D7的大腸桿菌粘粒克隆體，該環(huán)己酮單加氧酶具有由來自不動(dòng)桿菌屬 (Acinetobacter)菌株SE19的SEQ IDN0:1編碼且由SEQ ID NO:2示出的氨基酸序列；以及可從Verdezyne有限公司(Carslbad, CA,美國(guó))購(gòu)買到的從燒烴和其他碳源制備AA的酵母菌株(在下文中為“Verdezyne酵母”)。
通過32°C下在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)ATCC入藏號(hào)為24887的熱帶念珠菌(Candida tropicalis (Castellani)Berkhout)無性型菌株0H23,可制備含有AA的發(fā)酵液,該液體培養(yǎng)基包含在 IOOml 的蒸餾水中的 300mg 的 NH4H2PO4、200mg 的 KH2P04、IOOmg 的 K2HP04、50mg 的 MgSO4 ·7Η20、I μ g生物素、O. l%(w/v,重量/體積)的酵母提取物和大約1% (v/v,體積/體積)的正十六烷。也可使用其他培養(yǎng)基，例如含有正十六烷的YM發(fā)酵液。在文獻(xiàn)=Okuhura 等，35 Agr. Biol. Chem. 1376(1971)中也描述了通過培養(yǎng)ATCC入藏號(hào)為24887的熱帶念珠菌(Candida tropicalis (Castellani) Berkhout)無性型菌株0H23從含有正十六燒的培養(yǎng)基制備含有AA的發(fā)酵液的步驟，該文獻(xiàn)的主題通過引用并入本文。
也可由ATCC入藏號(hào)為69875的大腸桿菌菌株AB2834/pKD136/pKD8. 243A/ pKD8. 292制備含有AA的發(fā)酵液。這可按照下文進(jìn)行。向I升含有IPTG (O. 2mM)、氨芐西林(O. 05g)、氯霉素(O. 02g)和奇霉素(O. 05g)的LB培養(yǎng)基(在4L的愛倫美式燒瓶中)接種IOml的在37°C以及250rpm下生長(zhǎng)10小時(shí)的大腸桿菌菌株AB2834/pKD136/pKD8. 243A/ PKD8. 292的細(xì)胞的過夜培養(yǎng)物?？墒斋@所述細(xì)胞，將其再懸浮于IL含有56mM的D-葡萄糖、莽草酸(O. 04g)、IPTG (O. 2mM)、氨芐西林(O. 05g)、氯霉素(O. 02g)和奇霉素(O. 05g)的 M9基本培養(yǎng)基中。然后可將該培養(yǎng)物返回到37°C培養(yǎng)。在基本培養(yǎng)基中進(jìn)行再懸浮后，可密切監(jiān)控培養(yǎng)物的pH值，尤其在初始的12小時(shí)期間。當(dāng)培養(yǎng)物的pH值達(dá)到6. 5時(shí)，可添加5N的NaOH或適量的其他堿(例如氫氧化銨)，以調(diào)整pH值回至大約6. 8。在48小時(shí)的累積期間，培養(yǎng)物的PH值不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?. 3。在培養(yǎng)基中24小時(shí)后，在培養(yǎng)物上清液中可檢測(cè)到12mM的順，順-粘康酸鹽和ImM的原兒茶酸以及23mM的D-葡萄糖。在培養(yǎng)基中48小時(shí)后，大腸 桿菌菌株AB2834/pKD136/pKD8. 243A/pKD8. 292的細(xì)胞可基本上用17mM的順， 順-粘康酸鹽替換培養(yǎng)基中的56mM的D-葡萄糖。
然后可按照下文還原微生物合成的順，順-粘康酸鹽AA，以制備含有AA的發(fā)酵液?？蓪?0毫克鉬碳(10%)添加到6ml的來自發(fā)酵的包含約17. 2mM的順，順-粘康酸鹽的無細(xì)胞培養(yǎng)物上清液中。然后可將該樣品在室溫下且在50psi的氫氣壓力下氫化3小時(shí)， 以制備含有AA的發(fā)酵液。例如，所制備的發(fā)酵液可包含約15.1mM的AA。借助在含有D-葡萄糖的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，通過培養(yǎng)大腸桿菌菌株AB2834/pKD136/pKD8. 243A/pKD8. 292 的細(xì)胞以制備含有AA的發(fā)酵液的步驟也在以下文獻(xiàn)中進(jìn)行了描述Draths & Frost, 116J. Am. Chem. Soc. 399 (1994) ；Draths 和 Frost, 18 Biotechnol. Prog. 201 (2002)；以及專利 US5, 487，987和專利US 5，616，496，這些文獻(xiàn)的主題通過引用并入本文。
也可通過在補(bǔ)充有O. 4%的葡萄糖作為碳源的M9基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)被命名為 5B12、5F5、8F6和14D7且包含表達(dá)由不動(dòng)桿菌屬菌株SE19的SEQ ID NO:1編碼的環(huán)己酮單加氧酶SEQ ID NO: 2的載體的大腸桿菌粘?？寺◇w，來制備含有AA的發(fā)酵液。在30°C下?lián)u晃培養(yǎng)細(xì)胞2小時(shí)，且將330ppm的環(huán)己醇添加到培養(yǎng)基中。隨后，在另外的時(shí)間段例如2h、 4h、或20h或其它時(shí)間段，在30°C下進(jìn)行進(jìn)一步培養(yǎng)。專利US 6，794，165也描述了通過在包含D-葡萄糖和環(huán)己醇的培養(yǎng)基中培養(yǎng)命名為5B12、5F5、8F6和14D7且包含表達(dá)由不動(dòng)桿菌屬菌株SE19的SEQ ID NO:1編碼的環(huán)己酮單加氧酶的載體的大腸桿菌粘?？寺◇w來制備含有AA的發(fā)酵液的步驟，其主題通過引用并入本文。
也可利用從Verdezyne有限公司(Carslbad, CA,美國(guó))可購(gòu)買到的Verdezyne酵母菌株制備含有AA的發(fā)酵液，據(jù)2010年2月8日?qǐng)?bào)道，當(dāng)在包含烷烴或其他碳源(例如糖和基于植物的油)的培養(yǎng)基(例如，SD培養(yǎng)基)中培養(yǎng)該Verdezyne酵母菌株時(shí),可制備 AA。
也可由編碼以下物質(zhì)的核酸轉(zhuǎn)化的大腸桿菌或其他微生物制備含有AA的發(fā)酵液琥珀酰-輔酶A:乙酰-輔酶A酰基轉(zhuǎn)移酶；3_羥酰-輔酶A脫氫酶；3_羥基己二?；?輔酶A脫水酶；5_羧基-2-戊烯酰-輔酶A還原酶；己二酰-輔酶A合成酶；磷酸己二酰轉(zhuǎn)移酶(phosphotransadipylase) /己二酸酯激酶；己二酰_輔酶A轉(zhuǎn)移酶；或己二酰_輔酶A水解酶。含有AA的發(fā)酵液也可由編碼以下物質(zhì)的核酸轉(zhuǎn)化的大腸桿菌或其他微生物制備琥珀酰-輔酶A:乙酰-輔酶A酰基轉(zhuǎn)移酶；3_氧代己二酰-輔酶A轉(zhuǎn)移酶；3_氧代己二酸酯還原酶；3_羥基己二酸酯脫水酶；和2-烯酸酯還原酶。含有AA的發(fā)酵液也可由編碼以下物質(zhì)的核酸轉(zhuǎn)化的大腸桿菌或其他微生物制備α -酮己二酰-輔酶A合成酶；磷酸酮己二酰轉(zhuǎn)移酶(phosphotransketoadipylase)/α -酮己二酸酯激酶或者α-酮己二酰-輔酶Α:乙酰-輔酶A轉(zhuǎn)移酶；2_羥基己二酰-輔酶A脫氫酶；2_羥基己二酰-輔酶 A脫水酶；5_羧基-2-戊烯酰-輔酶A還原酶；和己二酰-輔酶A合成酶；磷酸己二酰轉(zhuǎn)移酶/己二酸酯激酶；己二酰-輔酶A:乙酰-輔酶A轉(zhuǎn)移酶或己二酰-輔酶A水解酶。含有 AA的發(fā)酵液也可由編碼以下物質(zhì)的核酸轉(zhuǎn)化的大腸桿菌或其他微生物制備2_羥基己二酸酯脫氫酶；2-輕基己二酰-輔酶A合成酶；磷酸輕基己二酰轉(zhuǎn)移酶(phosphotranshydrox yadipylase) /2-羥基己二酸酯激酶或2_羥基己二酰-輔酶A:乙酰-輔酶A轉(zhuǎn)移酶；2_羥基己二酰-輔酶A脫水酶；5_羧基-2-戊烯酰-輔酶A還原酶；和己二酰-輔酶A合成酶； 磷酸己二酰轉(zhuǎn)移酶/己二酸酯激酶；己二酰-輔酶A:乙酰-輔酶A轉(zhuǎn)移酶；或己二酰-輔酶A水解酶。
在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基(例如M9基本培養(yǎng)基)中，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，在維持轉(zhuǎn)化的表型的合適的抗菌素或營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充物下，可使用各種不同的碳源執(zhí)行利用編碼這些酶的核酸所轉(zhuǎn)化的大腸桿菌或其他微生物進(jìn)行發(fā)酵。通過培養(yǎng)編碼這些酶的核酸所轉(zhuǎn)化的大腸桿菌或其他微生物來制備含有AA的發(fā)酵液的步驟、合適的培養(yǎng)基和碳源也在專利US2009/0305364中進(jìn)行了描述，其主題通過引用并入本文。
通過培養(yǎng)釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株和其他微生物菌株來制備含有二羧酸(例如AA)的發(fā)酵液的步驟、合適的培養(yǎng)基和碳源也在專利W02010/003728中進(jìn)行了描述，該專利的主題通過弓I用并入本文。
可以將可發(fā)酵的碳源(例如碳水化合物和糖)，可選地氮源和復(fù)合營(yíng)養(yǎng)素(例如，玉米漿)、附加的培養(yǎng)基組分(例如維生素、鹽和其他可增進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和/或產(chǎn)物形成的物質(zhì))、 以及水加入到生長(zhǎng)容器12中以用于微生物培養(yǎng)物的生長(zhǎng)和維持。通常，微生物培養(yǎng)物在好氧條件下生長(zhǎng)，該好氧條件通過鼓吹富氧氣體(例如，空氣等)提供。通常，提供酸(例如，硫酸等)和氫氧化銨以在微生物培養(yǎng)的生長(zhǎng)期間進(jìn)行PH值控制。
在一個(gè)示例(未示出)中，通過將富氧氣體變?yōu)槿毖鯕怏w(例如，CO2等)，而將生長(zhǎng)容器12中的好氧條件(通過鼓吹富氧氣體提供)轉(zhuǎn)換為厭氧條件。厭氧環(huán)境可引起可發(fā)酵的碳源在生長(zhǎng)容器12中原位生物轉(zhuǎn)化為AA。可提供氫氧化銨以在可發(fā)酵的碳源生物轉(zhuǎn)化為 AA期間進(jìn)行pH值控制。由于存在氫氧化銨，所制備的AA至少部分地被中和為DAA，使得制備成包括DAA的發(fā)酵液。CO2可提供用于制備AA的另外的碳源。
在另一示例中，生長(zhǎng)容器12的內(nèi)容物可以借助流14被轉(zhuǎn)移到獨(dú)立的生物轉(zhuǎn)化容器16，以使碳水化合物源生物轉(zhuǎn)化為AA。將缺氧氣體(例如，CO2等)鼓吹到生物轉(zhuǎn)化容器 16中以提供引發(fā)制備AA的厭氧條件。提供氫氧化銨以在碳水化合物源生物轉(zhuǎn)化為AA期間進(jìn)行PH值控制。由于存在氫氧化銨，所制備的AA至少部分地被中和為DAA，使得制備成包括DAA的發(fā)酵液。CO2提供了用于制備AA的另外的碳源。
在另一示例中，生物轉(zhuǎn)化可以在相對(duì)低的pH值(例如，3到6)下進(jìn)行。可以提供堿(氫氧化銨或氨水)以在碳水化合物源生物轉(zhuǎn)化為AA期間進(jìn)行pH值控制。根據(jù)所需的 pH值，由于存在氫氧化銨或不存在氫氧化銨，制備AA，或者所制備的AA至少部分地被中和為MAA、DA A或包括AA、MAA和/或DAA的混合物。因此，可選地，在附加的步驟中，通過提供氨水或氫氧化銨，生物轉(zhuǎn)化期間所制備的AA可以隨后被中和，產(chǎn)生包括DAA的發(fā)酵液。因此，“含有DAA的發(fā)酵液”通常是指發(fā)酵液包括通過生物轉(zhuǎn)化或其他方法添加的和/或產(chǎn)生的DAA和可能的任一數(shù)量的其他組分(諸如MAA和/或AA)。類似地，“含有MAA的發(fā)酵液” 通常是指發(fā)酵液包括通過生物轉(zhuǎn)化或其他方法添加的和/或產(chǎn)生的MAA和可能的任一數(shù)量的其他組分(諸如DAA和/或AA)。
從可發(fā)酵的碳源的生物轉(zhuǎn)化(在生長(zhǎng)容器12或生物轉(zhuǎn)化容器16中，取決于生物轉(zhuǎn)化發(fā)生的位置)產(chǎn)生的發(fā)酵液通常含有不溶的固體，諸如細(xì)胞生物質(zhì)和其他懸浮物質(zhì)，在蒸餾之前，將所述不溶的固體借助流18轉(zhuǎn)移到澄清裝置20。去除不溶的固體使發(fā)酵液澄清。 這減輕或防止堵塞隨后的蒸餾設(shè)備?？梢酝ㄟ^多種固液分離技術(shù)中的單獨(dú)的任一種技術(shù)或技術(shù)組合來去除不溶的固體，所述固液分離技術(shù)包括但不限于離心分離和過濾(包括但不限于超過濾、微過濾或深度過濾)。可以使用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)選擇過濾。可以通過任一數(shù)量的已知方法去除可溶的無機(jī)化合物，這些已知方法例如但不限于離子交換和物理吸附。
離心分離的示例為連續(xù)的碟式離心機(jī)。在離心分離之后，增加一精過濾(polishing filtration)步驟可以是有用的，該精過濾諸如為可包括使用諸如娃藻土等的過濾輔助工具的死端過濾或錯(cuò)流過濾，或者更優(yōu)選地為超過濾或微過濾。超過濾膜或微過濾膜例如可以為陶瓷或高分子材料。高分子膜的一個(gè)例子是科氏濾膜系統(tǒng)公司(Koch Membrane Systems) (850大街,威明頓市,馬薩諸塞州,美國(guó))制造的SelRO MPS-U20P (pH 值穩(wěn)定的超過濾膜)。其是在市場(chǎng)上可購(gòu)買到的聚醚砜膜，截留分子量為25，000道爾頓，通常在O. 35MPa到1. 38MPa的壓力(最大壓力為1. 55MPa)并且在高達(dá)50° C的溫度下工作。 可替選地，可采用諸如單獨(dú)的超過濾或微過濾的過濾步驟。
將產(chǎn)生的基本上沒有微生物培養(yǎng)物和其他固體的含有DAA的澄清的發(fā)酵液通過流22轉(zhuǎn)移到蒸餾裝置24。
澄清的蒸餾發(fā)酵液應(yīng)該含有一定量的DAA和/或MAA，該量占發(fā)酵液中的所有二羧酸二銨鹽的至少大部分、優(yōu)選地至少約70wt%、更優(yōu)選地80wt%以及最優(yōu)選的至少約90wt%。 通過高壓液相色譜法(HPLC)或其他已知的方法，可以容易地確定DAA和/或MAA占發(fā)酵液中的全部二羧酸鹽的重量百分比含量(wt%)。
水和氨作為頂部餾出物自蒸餾裝置24去除，并且至少一部分水和氨可選地借助流26再循環(huán)至生物轉(zhuǎn)化容器16 (或在厭氧模式下工作的生長(zhǎng)容器12)。只要蒸餾是以確保蒸餾的頂部餾出物含有水和氨并且蒸餾的底部殘留物至少包括一些DAA和至少約20wt% 的水的方式進(jìn)行，則具體的蒸餾溫度和壓力不是關(guān)鍵。水的更優(yōu)選的量為至少約30wt%以及進(jìn)一步更優(yōu)選的量為至少約40wt%。自蒸餾步驟去除氨的速率隨著溫度升高而增大，并且通過在蒸餾期間注入蒸汽(未示出)也可增大該速率。通過在真空下進(jìn)行蒸餾或者通過用諸如空氣、氮?dú)獾鹊姆欠磻?yīng)性氣體鼓吹所述蒸餾裝置，也可增大蒸餾期間去除氨的速率。
在蒸餾步驟期間對(duì)水的去除可通過使用有機(jī)共沸劑而加強(qiáng)，條件是底部殘留物含有至少約20wt%的水，所述有機(jī)共沸劑諸如甲苯、二甲苯、己烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、甲基異丁基酮、庚烷等。如果在能夠形成共沸混合物的有機(jī)試劑的存在下進(jìn)行蒸餾(該共沸混合物由水和該有機(jī)試劑組成)，則蒸餾產(chǎn)生包括水相和有機(jī)相的雙相底部殘留物，在這種情況下，水相可以與有機(jī)相分離，并且水相被用作蒸餾的底部殘留物。只要底 部殘留物中的水含量被維持在至少約30wt%的水平，則基本上避免諸如己二酰胺和己二酰亞胺的副產(chǎn)物。
用于蒸餾步驟的優(yōu)選溫度的范圍是約50°C到約300°C，該溫度取決于壓力。更優(yōu)選的溫度范圍是約90°C到約150°C。約110°C到約140°C的蒸餾溫度是優(yōu)選的?！罢麴s溫度”是指底部殘留物的溫度(對(duì)于分批蒸餾，該溫度可以為當(dāng)取出最后期望的量的頂部餾出物時(shí)的溫度)。
加入可與水混溶的有機(jī)溶劑或者氨分離溶劑有助于在如上文所討論的各種蒸餾溫度和壓力下去除氨。這樣的溶劑包括能夠形成惰性的氫鍵的疏質(zhì)子溶劑、雙極性溶劑、含氧溶劑。示例包括但不限于二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、亞砜(諸如二甲亞砜(DMS0))、酰胺(諸如二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺)、砜(諸如二甲基砜)、環(huán)丁砜、聚乙二醇(PEG)、丁氧基三乙二醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、醚(諸如二氧己環(huán))和甲基乙基酮(MEK)等。這樣的溶劑有助于從澄清的發(fā)酵液的DAA或MAA中去除氨。無論哪種蒸餾技術(shù)，重要的是，蒸餾以確保至少一些DAA和至少約20wt%的水且甚至更優(yōu)選地至少約30wt% 的水留在底部殘留物中的方式進(jìn)行。
可以在大氣壓、亞大氣壓或超大氣壓下進(jìn)行蒸餾。該蒸餾可以為單級(jí)閃蒸、多級(jí)蒸餾(即，多級(jí)塔式蒸餾)等。單級(jí)閃蒸可以在任一類型的閃蒸器(例如，刮膜蒸發(fā)器、薄膜蒸發(fā)器、熱虹吸管閃蒸器和強(qiáng)制循環(huán)閃蒸器等)中進(jìn)行。多級(jí)蒸餾塔可以通過使用塔板、填料等來實(shí)現(xiàn)。所述填料可以為松散填料(例如，拉西環(huán)、鮑爾環(huán)和貝爾鞍形填料等)或規(guī)整填料 (例如，Koch-Sulzer填料、英特洛克斯(Intalox)填料和麥勒派克(Mellapak)等)。所述塔板可以為任一設(shè)計(jì)(例如，篩孔塔板、浮閥塔板、泡罩塔板等)?？梢栽谌我粩?shù)量的理論級(jí)下進(jìn)行所述蒸餾。
如果所述蒸餾裝置為塔，則構(gòu)造不是特別的關(guān)鍵，并且可以使用熟知的規(guī)則來設(shè)計(jì)該塔?？梢栽跉馓崮Ｊ健⒕s模式或分餾模式下操作該塔?？梢砸苑峙Ｊ交蜻B續(xù)模式進(jìn)行蒸餾。在連續(xù)模式中，將發(fā)酵液連續(xù)送入所述蒸餾裝置，且頂部餾出物和底部殘留物隨著它們的形成而從所述裝置連續(xù)地去除。來自蒸餾的餾出物為氨/水溶液，并且蒸餾的底部殘留物為MAA和DAA的液態(tài)水溶液，所述蒸餾的底部殘留物也可以含有其他發(fā)酵副產(chǎn)物鹽類(即，乙酸銨、甲酸銨、乳酸銨等)和有色體。
所述蒸餾的底部殘留物可通過流28轉(zhuǎn)移到冷卻裝置30并且通過常規(guī)的技術(shù)冷卻。冷卻技術(shù)不是關(guān)鍵性的?？梢允褂脽峤粨Q器(利用熱回收)。可以使用閃蒸冷卻器將所述底部殘留物冷卻下來至約15°C。冷卻低于15°C通常利用冷藏冷卻劑，諸如，乙二醇溶液， 或者，較不優(yōu)選地鹽水。在冷卻之前可以包括濃縮步驟以幫助增大產(chǎn)物產(chǎn)量。此外，可以采用已知方法將濃縮和冷卻組合，諸如真空蒸發(fā)和采用使用一體式冷卻套管和/或外部熱交換器的除熱法。
研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)底部殘留物中的一些DAA的存在有助于通過降低含DAA的液態(tài)水性底部殘留物中的MAA的溶解度來以冷卻方式引起將底部殘留物分離成為與固態(tài)部分接觸的液態(tài)部分，所述固態(tài)部分至少“基本由” MAA組成(意思是所述固態(tài)部分為至少基本上純的結(jié)晶MAA)。圖2示出在0°C到60°C的不同溫度下，30wt°/c^^DAA水溶液中的MAA的減小的溶解度。上部的曲線示出，即使在0°C下，MAA保持顯著可溶于水( B卩，在水溶液中占約 20wt%)。下部的曲線示出，在0°C時(shí)，MAA在30wt9^^DAA水溶液中基本上不可溶。因此，研究發(fā)現(xiàn)，如果一些DAA也存在于水溶液中，則MAA可更完全地從該水溶液中結(jié)晶而出。在這樣的溶液中，DAA的優(yōu)選濃度為約30wt%。在這樣的溶液中的DAA的更優(yōu)選濃度為ppm(百萬分之一)至約3wt%的范圍。這使得MAA在比不存在DAA時(shí)所需的溫度高的溫度下結(jié)晶(即， 形成蒸餾的底部殘留物的固態(tài)部分)。
當(dāng)從水介質(zhì)中包含的DAA除去氨的約50%時(shí)，根據(jù)操作溫度和操作壓力，各種己二酸鹽建立了在4. 9到5.1的pH范圍內(nèi)的約為O. 2:0. 6:0. 2的DAA:MAAiAA的平衡摩爾分布。 當(dāng)將該組合物濃縮和冷卻時(shí)，MAA超出其在水中的溶解極限并結(jié)晶。當(dāng)MAA經(jīng)歷到固相的相變時(shí)，液相平衡重新設(shè)立，從而產(chǎn)生更多的MAA (DAA提供銨離子至AA)。這使得更多的 MAA從溶液中結(jié)晶且持續(xù)進(jìn)行到相當(dāng)數(shù)量的AA被消耗掉且pH值趨向于上升為止。pH值上升時(shí)，液相分布有利于DAA。然而，由于DAA高度溶于水，MAA繼續(xù)結(jié)晶，因?yàn)镸AA的溶解度低于DAA。實(shí)際上，各種己二酸鹽的液相平衡和固-液平衡起到用于MAA結(jié)晶的“泵”的作用，從而能夠使MAA結(jié)晶有高產(chǎn)率。
除了上文描述的冷卻、蒸發(fā)或蒸發(fā)式冷卻外，還可通過添加反溶劑來實(shí)現(xiàn)和/或促進(jìn)MAA結(jié)晶。在本文中，反溶劑通?？梢允沁@樣的溶劑可與水混溶、但由于水溶性鹽(例如MAA)在該溶劑中的溶解度較低而導(dǎo)致水溶性鹽結(jié)晶。對(duì)MAA具有反溶劑效應(yīng)的溶劑可以為醇類(例如乙醇和丙醇)、酮類例如(甲基乙基酮)、醚類(例如四氫呋喃)等。反溶劑的使用是已知的并且其可與冷卻和蒸發(fā)組合使用或者單獨(dú)使用。
在單元30中對(duì)蒸餾的底部殘留物進(jìn)行冷卻后，將蒸餾的底部殘留物通過流32而送入分離器34中以從液態(tài)部分中分離出固態(tài)部分?？赏ㄟ^壓濾(例如，使用Nutsche型壓濾器或Rosenmond型壓濾器)、離心等實(shí)現(xiàn)分離?？蓪a(chǎn)生的固態(tài)產(chǎn)物作為產(chǎn)物36回收，并且如果需要的話，通過標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行干燥。
在分離之后，可能期望處理固態(tài)部分以確保沒有液態(tài)部分殘留在固態(tài)部分的表面上。使殘留在該固態(tài)部分的表面上的液態(tài)部分的量最小化的一種方式是，用水洗滌所分離的固態(tài)部分并且將得到的經(jīng)洗滌的固態(tài)部分干燥(未示出)。用以洗滌所述固態(tài)部分的方便的方式是使用所謂的“籃式離心機(jī)”(未示出)。從The Western States Machine Company (哈密爾頓，俄亥俄州，美國(guó)))可購(gòu)買到合適的籃式離心機(jī)。
分離器34的液態(tài)部分(即，母液)可含有剩余的溶解的MAA、任何未轉(zhuǎn)化的DAAji 何發(fā)酵副產(chǎn)物(諸如乙酸銨、乳酸銨或甲酸銨)和其他少量雜質(zhì)。該液態(tài)部分可借助流38被送到下游裝置40。在一個(gè)例子中，該下游裝置40可以為用于形成除冰劑的裝置，例如，通過用適量的氫氧化鉀處理混合物，以將銨鹽轉(zhuǎn)化成鉀鹽。在該反應(yīng)中產(chǎn)生的氨可以被回收，以在生物轉(zhuǎn)化容器16 (或者在厭氧模式下工作的生長(zhǎng)容器12)中再利用。得到的鉀鹽混合物作為除冰劑和防冰劑是有價(jià)值的。
來自固體分離步驟34的母液可以借助流42再循環(huán)(或部分再循環(huán))至蒸餾裝置 24以進(jìn)一步增強(qiáng)MAA的回收以及進(jìn)一步將DAA轉(zhuǎn)化為MAA。
以冷卻方式引起的結(jié)晶的固態(tài)部分為基本上純的MAA并且因此可用于MAA的已知用途。
HPLC可以用來檢測(cè)含氮雜質(zhì)(諸如己二酰胺和己二酰亞胺)的存在?？梢酝ㄟ^元素碳和氮分析測(cè)定MAA的純度。氨電極可以用來測(cè)定MAA純度的粗近似值。
根據(jù)環(huán)境和各種運(yùn)營(yíng)投入，存在發(fā)酵液可以為含有MAA的澄清的發(fā)酵液或者含有 AA的澄清的發(fā)酵液的情況 。在這些情況下，可以有利地是，將MAA、DAA、和/或AA加入到這些發(fā)酵液中以便于制備基本純的MAA。例如，可以設(shè)定發(fā)酵液的工作pH值使得該發(fā)酵液為含有MAA的發(fā)酵液或者含有AA的發(fā)酵液?？蛇x地將MAA、DAA、AA、氨水和/或氫氧化銨加入到這些發(fā)酵液中以獲得優(yōu)選地小于6的發(fā)酵液pH值以及可選地改變銨平衡，以便于制備上述基本上純的MAA。此外，可以依照需要添加來自其他源的MAA、DAA和/或AA。在一個(gè)具體的形式中，特別有利地是使來自從蒸餾步驟24產(chǎn)生的液態(tài)底部殘留物和/或來自分離器34的液態(tài)部分的MAA、DAA和水再循環(huán)進(jìn)入所述發(fā)酵液。關(guān)于含有MAA的發(fā)酵液，這樣的發(fā)酵液通常是指，該發(fā)酵液包括通過生物轉(zhuǎn)化或其他方法添加的和/或產(chǎn)生的MAA和可能的任一數(shù)量的其他成分(諸如DAA和/或AA)。
通過去除氨可將固態(tài)部分轉(zhuǎn)化成AA。這可通過以下步驟進(jìn)行?？蓪纳衔乃枋龅娜魏我环N轉(zhuǎn)化方法得到的固態(tài)部分(基本由MAA組成)溶解在水中，以制備MAA的水溶液。然后，在足以形成包含水和氨的頂部餾出物和包含大部分的AA、少部分的MAA和水的底部殘留物的溫度和壓力下對(duì)該溶液進(jìn)行蒸餾。將該底部殘留物冷卻以使其分離成與固態(tài)部分接觸的液態(tài)部分，該固態(tài)部分主要由AA組成且基本上不含有MAA?？蓪⒐虘B(tài)部分從第二液態(tài)部分分離并且作為基本上純的AA (通過HPLC確定)回收。
如圖3和圖4所示，包括MAA的流或包括AA的流在選定的溫度和壓力下可與氫氣和氫化催化劑接觸以制備包含CL、CLO和/或HDO的氫化產(chǎn)物。升高的溫度和升高的壓力是優(yōu)選的。
用于AA氫化的催化劑的主要成分可選自鈀、釕、錸、銠、銥、鉬、鎳、鈷、銅、鐵、其混合物及其組合的金屬。
化學(xué)促進(jìn)劑可增強(qiáng)催化劑的活性。可在催化劑成分的化學(xué)處理的任何階段期間將促進(jìn)劑并入催化劑中。化學(xué)促進(jìn)劑通常增強(qiáng)催化劑的物理功能或化學(xué)功能，但是也可添加化學(xué)促進(jìn)劑以阻止不期望的副反應(yīng)。例如，合適的促進(jìn)劑包括選自錫、鋅、銅、金、銀及其組合的金屬。優(yōu)選的金屬促進(jìn)劑為錫?？捎玫钠渌龠M(jìn)劑為選自元素周期表的I族和II族的元素。
催化劑可以有載體或無載體。負(fù)載型催化劑為這樣一種催化劑，其中活性的催化劑通過許多方法沉積在載體材料上，例如噴灑、浸洗或物理混合，隨后干燥、煅燒以及如果必要的話通過例如還原或氧化的方法進(jìn)行活化。經(jīng)常用作載體的材料可以為具有大的總表面積(外部和內(nèi)部)的多孔固體，該多孔固體可提供每單位重量的催化劑有高濃度的活性位點(diǎn)。催化劑載體可增強(qiáng)催化劑的功能。負(fù)載型金屬催化劑為催化劑是金屬的負(fù)載型催化劑。
未承載在催化劑載體材料上的催化劑為非負(fù)載型催化劑。例如，非負(fù)載型催化劑可為鉬黑或Raney (W. R. Grace&Co.，哥倫比亞，MD)催化劑。由于選擇性地濾取含有活性金屬和可濾取的金屬(通常為鋁)的合金，因此Raney .催化劑具有高的表面積。Raney 催化劑因較高的比表面積而具有高的活性且允許在氫化反應(yīng)中使用較低的溫度。Raney 催化劑的活性金屬包括鎳、銅、鈷、鐵、銠、釕、錸、鋨、銥、鉬、鈀、其混合物及其組合。
還可將促進(jìn)劑金屬添加到基礎(chǔ)的Raney 金屬中以影響Raney 1i化劑的選擇性和/或活性。用于Raney '催化劑的促進(jìn)劑金屬可選自元素周期表的IIlA族到VIIIA 族、IB族和IIB族的過渡金屬。促進(jìn)劑金屬的示例包括鉻、鑰、鉬、銠、釕、鋨和鈀，通常占金屬總重量的約2%。
催化劑載體可以為任意固態(tài)惰性物質(zhì)，包括但不限于氧化物，例如二氧化硅、氧化鋁和二氧化鈦；硫酸鋇；碳酸鈣·和碳。催化劑載體可以是粉末、顆粒、丸狀等的形式。
優(yōu)選的載體物質(zhì)可選自碳、氧化鋁、二氧化硅、二氧化硅-氧化鋁、二氧化硅-二氧化鈦、二氧化鈦、二氧化鈦-氧化鋁、硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鍶、其混合物及其組合。負(fù)載型金屬催化劑還可具有由一種或多種化合物制成的載體物質(zhì)。更優(yōu)選的載體為碳、二氧化鈦和氧化鋁。更優(yōu)選的載體為表面積大于約100m2/g的碳。進(jìn)一步優(yōu)選的載體為表面積大于約 200m2/g的碳。優(yōu)選地，按催化劑載體重量計(jì)，碳具有小于約5%的灰含量?；液繛樘挤贌髿埩舻臒o機(jī)殘?jiān)?表示為碳的原始重量的百分?jǐn)?shù))。
基于金屬催化劑重量外加載體重量，負(fù)載型催化劑中金屬催化劑的優(yōu)選含量可為該負(fù)載型催化劑的約O. 1%至約20%。更優(yōu)選的金屬催化劑含量范圍為負(fù)載型催化劑的約 1%至約10%O
金屬催化劑和載體系統(tǒng)的組合可包括本文中提到的任何一種金屬和本文中提到的任何一種載體。金屬催化劑和載體的優(yōu)選組合包括負(fù)載于碳上的鈀、負(fù)載于氧化鋁上的鈀、負(fù)載于二氧化鈦上的鈀、負(fù)載于碳上的鉬、負(fù)載于氧化鋁上的鉬、負(fù)載于二氧化硅上的鉬、負(fù)載于二氧化硅上的銥、負(fù)載于碳上的銥、負(fù)載于氧化鋁上的銥、負(fù)載于碳上的銠、負(fù)載于二氧化硅上的銠、負(fù)載于氧化鋁上的銠、負(fù)載于碳上的鎳、負(fù)載于氧化鋁上的鎳、負(fù)載于二氧化硅上的鎳、負(fù)載于碳上的錸、負(fù)載于二氧化硅上的錸、負(fù)載于氧化鋁上的錸、負(fù)載于碳上的釕、負(fù)載于氧化鋁上的釕和負(fù)載于二氧化硅上的釕。
金屬催化劑和載體的進(jìn)一步優(yōu)選的組合包括負(fù)載于碳上的釕、負(fù)載于氧化鋁上的釕、負(fù)載于碳上的鈀、負(fù)載于氧化鋁上的鈀、負(fù)載于二氧化鈦上的鈀、負(fù)載于碳上的鉬、負(fù)載于氧化鋁上的鉬、負(fù)載于碳上的銠、和負(fù)載于氧化鋁上的銠。
更優(yōu)選的載體為碳。進(jìn)一步優(yōu)選的載體為BET表面積小于約2000m2/g的載體，尤其是碳。進(jìn)一步優(yōu)選的載體為表面積為約300m2/g至1000m2/g的載體，尤其是碳。
通常，在大約100°C至大約300°C的溫度下,在維持在大約6MPa至大約20MPa壓力的反應(yīng)器中，進(jìn)行氫化反應(yīng)。
利用催化劑使含有AA的進(jìn)料氫化的方法可通過各種現(xiàn)有技術(shù)中已知的操作模式進(jìn)行。因此，可利用固定床反應(yīng)器、各種類型的攪拌漿液反應(yīng)器(不論是氣體攪拌型還是機(jī)械攪拌型)等進(jìn)行整個(gè)氫化過程?？梢栽诜峙Ｊ交蜻B續(xù)模式下進(jìn)行氫化過程，其中，含有氫化前體的水相與在高壓下的含有氫氣的氣相以及顆粒狀的固體催化劑接觸。
溫度、溶劑、催化劑、反應(yīng)器配置、壓力和混合比率為可影響氫化的參數(shù)。可調(diào)整這些參數(shù)之間的關(guān)系以實(shí)現(xiàn)該方法的反應(yīng)中所期望的轉(zhuǎn)化、反應(yīng)速率和選擇性。
優(yōu)選的溫度為約25°C至350°C，更優(yōu)選地從約100°C至約350°C，最優(yōu)選地從約 150°C至300°C。氫氣壓力優(yōu)選地為 約O.1MPa至約30MPa，更優(yōu)選地為約IMPa至25MPa，且最優(yōu)選地為約IMPa至20MPa。
可在不添加溶劑的條件下、或可在水中或在有機(jī)溶劑存在下進(jìn)行該反應(yīng)。水為優(yōu)選的溶劑。有用的有機(jī)溶劑包括氫化領(lǐng)域中已知的有機(jī)溶劑，例如，碳?xì)浠衔?、醚、醇等?最優(yōu)選為醇，尤其為低級(jí)醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。應(yīng)當(dāng)以至少約70%的范圍中的選擇性進(jìn)行該反應(yīng)。至少約85%的選擇性為典型的。選擇性為所轉(zhuǎn)化的物質(zhì)即CLO和 HDO的重量百分比，其中，所轉(zhuǎn)化的物質(zhì)為起始物質(zhì)的參與氫化反應(yīng)的部分。
可以以分批模式、順序分批模式(即一系列的分批反應(yīng)器)或在通常用于連續(xù)過程的任一設(shè)備中以連續(xù)模式執(zhí)行該方法。通過通常用于這類分離的分離方法，來去除作為反應(yīng)產(chǎn)物而形成的冷凝水。
優(yōu)選的氫化反應(yīng)器可以在氫氣壓力下且在催化劑量的選自Ru、Re、Sn、Pb、Ag、N1、 Co、Zn、Cu、Cr、Mn或其混合物的規(guī)整結(jié)構(gòu)的催化劑的存在下運(yùn)作?？煽刂品磻?yīng)器的氫氣壓力和溫度以得到期望的氫化產(chǎn)物。通常，用于氫化反應(yīng)的反應(yīng)器進(jìn)料維持在約100°C至約 210°C，但更優(yōu)選地維持在約135°C至約150°C。
下文描述了自AA的選擇轉(zhuǎn)化。例如，專利US 6，495，730公開了 AA至HDO的氫化。 實(shí)施例10公開了以下方法可將5g的離子交換水、2.1Og的AA和O. 30g的Ru-Sn-Re催化劑裝入30ml的反應(yīng)器中。可在室溫下用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣，然后將2. OMPa下的氫氣導(dǎo)入該反應(yīng)器中，且可使反應(yīng)器的內(nèi)部溫度升至240°C。當(dāng)該內(nèi)部溫度升至240°C之后， 可導(dǎo)入加壓的氫氣以使內(nèi)部壓力增至9. SMPa0然后，可在上面提到的溫度下且在上面提到的氫氣壓力下，進(jìn)行氫化3. 5小時(shí)。在完成氫化反應(yīng)后，可通過傾析將內(nèi)容物分離成上清液和催化劑。可使用Iml離子交換水洗滌所回收的催化劑5次，且用于洗滌的水可與上文提到的上清液混合，所得到的混合物作為反應(yīng)混合物。在上文提到的條件下，可利用HPLC和氣相層析(GC)分析所獲得的反應(yīng)混合物，以確定起始物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和伯醇的產(chǎn)率。實(shí)施例10 中的分析表明，AA的轉(zhuǎn)化率為100%且HDO的產(chǎn)率為96%。
專利US5，969，194公開了 a)在Ru-Sn-Pt/活性碳催化劑存在下且在IOMPa壓力和240°C下，通過6小時(shí)的氫化作用使AA氫化成HDO (81. 4%，產(chǎn)率);以及b)在相同的反應(yīng)條件下，使CLO氫化成HD0，產(chǎn)率為72. 4%。
專利US 5，981，769公開了由AA同時(shí)制備HDO和CL0。可通過本領(lǐng)域已知的蒸餾方法分離HDO和CL0。此外，可使CLO部分地或全部地回收至氫化步驟以使HDO的產(chǎn)率最大化。
制備CLO后，可以制備己內(nèi)酰胺(CL)，例如通過專利US 3,401, 161所公開的方法制備。在該方法中，在330°C的溫度下且在9. 12MPa至12. 67MPa的壓力下，加熱CL0、氨和二氧雜環(huán)己烷7小時(shí)。然后，冷卻反應(yīng)混合物，且進(jìn)行減壓蒸餾以首先去除二氧雜環(huán)己烷， 然后去除CL。CL的產(chǎn)率為60%。
制備CLO后，可以制備HD0，例如通過專利US 4，652，685所公開的方法制備，該方法使用固定床反應(yīng)器和還原的亞鉻酸酮催化劑。在約160°C至230°C的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。 類似地，在專利JP 11/255684 (A)中，通過使用Ru-Sn負(fù)載型催化劑、堿金屬鹽和堿土金屬鹽，在液相反應(yīng)中對(duì)CLO進(jìn)行氫化而得到HD0。專利JP 2000/159705 (A)也描述了由CLO 制備HD0。因此，在催化劑存在下對(duì)ε-己內(nèi)酯進(jìn)行氫化以得到98. lmol% (摩爾百分比)的 I, 6-己二醇，通過加熱 CuSO4 · 5H20、FeSO4 · 7H20、Al2(SO4)3 · 18H20 和 Na2CO3 且在 750°CT 將其煅燒而制備該催化劑。
CLO的另一個(gè)用途為制備聚-CL0，如專利JP 11/349670 (A)中所公開的。
專利US 6，495，730、專利 US 5，969，194、專利 US 5，981，769、專利 US4, 652，689、 專利 US 3,401，161、專利 JP 11/255684 (A),專利 JP 2000/159705 (A)和專利 JP 11/349670 (A)的主題通過引用并入本文。
實(shí)施例
通過下面的非限定性代表性實(shí)施例來說明了本發(fā)明的選擇部分。在所有的實(shí)施例中，合成的DAA水溶液替代實(shí)際的含有DAA的澄清的發(fā)酵液使用。
因本發(fā)明的方法中的實(shí)際發(fā)酵液中的典型發(fā)酵副產(chǎn)物的溶解度，認(rèn)為合成的DAA 溶液的使用是用于該實(shí)際發(fā)酵液的特性的良好模型。通常，發(fā)酵期間所產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物為單羧酸鹽，例如乙酸銨、乳酸銨和甲酸銨。如果這些雜質(zhì)在蒸餾步驟期間存在，則在所有的DAA已經(jīng)被轉(zhuǎn)化為MAA之前，將不期望它們大量地失去氨并形成游離酸。這是因?yàn)榇姿帷?乳酸和甲酸比AA (pKa=5. 41)的二價(jià)酸根具有更強(qiáng)的酸性。換句話說，醋酸鹽、乳酸鹽、甲酸鹽以及甚至己二酸氫鹽具有比二價(jià)陰離子的己二酸鹽弱的堿性。此外，乙酸銨、乳酸銨和甲酸銨在水中的溶解度明顯比MAA大，并且這三種物質(zhì)均通常以比DAA濃度的10%小的濃度存在于發(fā)酵液中。此外，即使當(dāng)在蒸餾步驟期間形成酸(乙酸、甲酸和乳酸)時(shí)，該酸與水混溶并且將不從水中結(jié)晶。這意味著MAA達(dá)到飽和并且從溶液中結(jié)晶(B卩，形成固態(tài)部分)， 留下酸雜質(zhì)溶解在母液(即，液態(tài)部分)中。
實(shí)施例1
該實(shí)施例闡明了通過蒸餾將DAA的一部分轉(zhuǎn)化為MAA以及通過冷卻方式引發(fā)的結(jié)晶化從蒸餾的底部殘留物液體中回收MAA固體。
使IL的圓底燒瓶裝有800g的合成的4. 5%的己二酸二銨(DAA)溶液。該燒瓶配備有五塔板I”奧爾德肖段(a five tray I^Oldershaw section),該奧爾德肖段的頂部具有蒸餾頭。將餾出物收集在冰冷的接收器中。利用加熱套加熱燒瓶的內(nèi)容物，且利用磁力攪拌器攪拌。開始蒸餾且收集到719. 7克的餾出物。用滴定法測(cè)量餾出物，得出O. 29%的氨溶液(即，約61%的DAA轉(zhuǎn)化成MAA)。從燒瓶中移走熱的殘留物(76g)且將其放置在愛倫美氏燒瓶中，放置一周末，期間邊攪拌邊緩慢冷卻至室溫。然后，伴隨著攪拌，將內(nèi)容物冷卻至 15°C且保持60分鐘，接著冷卻至10°C且保持60分鐘，最后冷卻至5°C且保持60分鐘。過濾固體且在真空爐中在75°C下干燥2小時(shí)得到16. 2克固體。通過氨電極對(duì)固體的氨含量的分析表明，氨和AA的摩爾比例大約為1:1。
實(shí)施例2
該實(shí)施例闡明了通過蒸餾使DAA的一部分轉(zhuǎn)化成MAA。
IL的三頸圓底燒瓶的外頸配備有溫度計(jì)和塞子。中間的頸配備有五塔板I”奧爾德肖段。該奧爾德肖段的頂部具有蒸餾頭。冰冷的500mL圓底燒瓶用作蒸餾頭的接收器。 IL圓底燒瓶被裝有蒸餾水、AA和濃縮的氫氧化銨溶液。用磁力攪拌器攪拌該內(nèi)容物以溶解所有的固體。在所述固體溶解之后，用加熱套加熱該內(nèi)容物以蒸餾出350g的餾出物。將該餾出物收集在冰冷的500mL圓底燒瓶中。隨著最后一滴餾出物被收集，記錄燒瓶溫度。使該燒瓶的內(nèi)容物冷卻到室溫并且記錄殘留物的重量和餾出物的重量。接著，通過滴定法測(cè)定餾出物的氨含量。結(jié)果被記錄在表I中。
表I
實(shí)驗(yàn)#I酸的名稱己二酸裝入的酸的重量(g)14.62裝入的酸的摩爾數(shù)0.1裝入的28%的氨水溶液的重量(g)12.14裝入的NH3的摩爾數(shù)0.2裝入的水的重I 餾出物重量(J) 殘留物重量(g)800.75350.46466.6權(quán)利要求
1.一種用于從含有己二酸二銨DAA的澄清的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，所述方法包括(a)蒸餾所述發(fā)酵液以形成包含水和氨的頂部餾出物以及包含己二酸一銨MAA、至少一些DAA和重量百分比為至少約20%的水的液態(tài)底部殘留物；(b)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物，以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中， 以得到足以使所述底部殘留物分離成含有DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA 的固態(tài)部分的溫度和組成；(c)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分；Cd)回收所述固態(tài)部分；(e)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分氫化以制備包含己內(nèi)酰胺CL、己內(nèi)酯CLO或1，6-己二醇HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；和Cf)回收所述氫化產(chǎn)物。
2.一種用于從含有DAA的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，所述方法包括(a)蒸餾所述發(fā)酵液以形成包含水和氨的第一頂部餾出物以及包含MAA、至少一些DAA 和重量百分比為至少約20%的水的第一液態(tài)底部殘留物；(b)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物，以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中， 以得到足以使所述底部殘留物分離成含有DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA 的固態(tài)部分的溫度和組成；(c)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分；Cd)回收所述固態(tài)部分；Ce)將所述固態(tài)部分溶解在水中以制備MAA的水溶液；Cf)在足以形成包括水和氨的第二頂部餾出物以及包括大部分的AA、少部分的MAA和水的第二底部殘留物的溫度和壓力下蒸餾所述MAA的水溶液；(g)冷卻和/或蒸發(fā)所述第二底部殘留物以使所述第二底部殘留物分離成與第二固態(tài)部分接觸的第二液態(tài)部分，所述第二固態(tài)部分優(yōu)選地主要由己二酸AA組成且基本上不含有 MAA ；(h)從所述第二液態(tài)部分中分離出所述第二固態(tài)部分；(i)回收所述第二固態(tài)部分；(j)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分氫化以制備包含CLO或HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；和(k)回收所述氫化產(chǎn)物。
3.一種用于從含有MAA的澄清的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，所述方法包括Ca)可選地，將MAA、DAA、AA、NH3和/或NH4+添加到所述發(fā)酵液中以優(yōu)選地維持所述發(fā)酵液的pH值小于6 ；(b)蒸餾所述發(fā)酵液以形成包括水和可選地包括氨的頂部餾出物以及包括MAA、至少一些DAA和重量百分比為至少約20%的水的液態(tài)底部殘留物；(c)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物，以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中， 以得到足以使所述底部殘留物分離成含有DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA 的固態(tài)部分的溫度和組成；Cd)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分；Ce)回收所述固態(tài)部分；(j)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分氫化以制備包含CL、CLO或 HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；和 (k)回收所述氫化產(chǎn)物。
4.一種用于從含有MAA的澄清的發(fā)酵液制備氫化產(chǎn)物的方法，所述方法包括Ca)可選地，將MAA、DAA、AA、NH3和/或NH4+添加到所述發(fā)酵液中以優(yōu)選地維持所述發(fā)酵液的pH小于6 ;(b)蒸餾所述發(fā)酵液以形成包括水和可選地包括氨的頂部餾出物以及包括MAA、至少一些DAA和重量百分比為至少約20%的水的液態(tài)底部殘留物；(c)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物，以及可選地將反溶劑添加到所述底部殘留物中， 以得到足以使所述底部殘留物分離成含有DAA的液態(tài)部分和基本上不含有DAA的含有MAA 的固態(tài)部分的溫度和組成；Cd)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分；Ce)回收所述固態(tài)部分；Cf)將所述固態(tài)部分溶解在水中以制備MAA的水溶液；(g)在足以形成包括水和氨的第二頂部餾出物以及包括大部分的AA、少部分的MAA和水的第二底部殘留物的溫度和壓力下蒸餾所述MAA的水溶液；(h)冷卻和/或蒸發(fā)所述第二底部殘留物以使所述第二底部殘留物分離成與第二固態(tài)部分接觸的第二液態(tài)部分，所述第二固態(tài)部分優(yōu)選地主要由AA組成且基本上不含有MAA ；(i)從所述第二液態(tài)部分中分尚出所述第二固態(tài)部分；(j)回收所述第二固態(tài)部分；(k)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分氫化以制備包含CLO或HDO中的至少一種的氫化產(chǎn)物；和 (I)回收所述氫化產(chǎn)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在選定的溫度和壓力下使所述 CLO與氨源接觸以制備所述CL。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括使所述CL轉(zhuǎn)化成尼龍6。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括使所述CLO轉(zhuǎn)化成聚-CL0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括使CLO與氫氣和至少一種氫化催化劑接觸，以制備包含所述HDO的氫化產(chǎn)物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述發(fā)酵液是通過在微生物存在下使碳源發(fā)酵而獲得的，所述微生物選自ATCC入藏號(hào)為24887的熱帶念珠菌(Castellani) 無性型菌株0H23 ；ATCC入藏號(hào)為69875的大腸桿菌菌株AB2834/pKD136/pKD8. 243A/ pKD8. 292 ;包含表達(dá)由SEQ ID NO:1編碼的環(huán)己酮單加氧酶的載體的大腸桿菌粘?？寺◇w5B12 ;包含表達(dá)由SEQ IDN0:1編碼的環(huán)己酮單加氧酶的載體的大腸桿菌粘?？寺◇w 5F5 ;包含表達(dá)由SEQ ID NO:1編碼的環(huán)己酮單加氧酶的載體的大腸桿菌粘?？寺◇w8F6 ； 包含表達(dá)由SEQ ID NO:1編碼的環(huán)己酮單加氧酶的載體的大腸桿菌粘?？寺◇w14D7 ;和 Verdezyne 酵母。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在氨分離溶劑存在下或在水共沸溶劑存在下進(jìn)行所述蒸餾，所述氨分離溶劑為選自二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、亞砜、酰胺、砜、聚乙二醇PEG、丁氧基三乙二醇、N-甲基吡咯烷酮NMP、醚和甲基乙基酮MEK的至少一種，所述水共沸溶劑為選自甲苯、二甲苯、甲基環(huán)己烷、甲基異丁基酮、己烷、環(huán)己烷和庚烷的至少一種。
全文摘要
一種用于從己二酸一胺(MAA)和/或己二酸(AA)制備氫化產(chǎn)物及其衍生物的方法，所述氫化產(chǎn)物包括己內(nèi)酰胺(CL)、己內(nèi)酯(CLO)或1,6-己二醇(HDO)，所述己二酸一胺(MAA)和/或己二酸(AA)是從含有己二酸二胺(DAA)的澄清的發(fā)酵液或含有己二酸一胺(MAA)的澄清的發(fā)酵液獲取的。
文檔編號(hào)C07D313/04GK103003245SQ201180029590
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者奧蘭·S·弗呂謝, 利奧·E·曼策, 迪盧姆·杜努維拉, 布萊恩·T·科恩, 布魯克·A·阿爾賓, 奈·A·克林頓, 伯納德·D·東貝克 申請(qǐng)人:生物琥珀酸有限公司