專(zhuān)利名稱(chēng)：己二胺(hmd)、己二腈(adn)、己二酰胺(adm)及其衍生物的制備方法
己二胺(HMD)、己二腈(ADN)、己二酰胺(ADM)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61/355，202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(guò)引用方式并入本文。技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)涉及由含有己二酸二銨(DAA)、己二酸一銨(MAA)和/或己二酸(AA)的發(fā)酵液制備含氮化合物(例如己二胺(HMD)、己二腈(ADN)和己二酰胺(ADM)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(lèi)產(chǎn)物為MAA。另一種這類(lèi)產(chǎn)物為AA?？紤]到這樣一種用于從含有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HMD、ADN和ADM的原料，則提供用于以經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的方式制備HMD、ADN、ADM及其衍生物的方法將是有益的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制備含氮化合物的方法，該方法包括:提供含有DAA的澄清的發(fā)酵液；(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)將所述底部殘留物冷卻至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；(c)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分；(d) (I)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備HMD ; (2)在氨源存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADM ;以及，Ce)回收所述HMD、ADN或ADM。
本發(fā)明還提供了從含有DAA的發(fā)酵液制備含氮化合物的方法，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%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；(d)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)部分中分離出所述第二固態(tài)部分；(i)回收所述第二固態(tài)部分；(j) (I)在至少一種氫化催化劑存在下，使所第二述固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備HMD ; (2)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADM;以及，(k)回收所述HMD、ADN或ADM。
本發(fā)明還提供了一種從含有MAA的澄清的發(fā)酵液制備含氮化合物的方法，該方法包括:Ca)可選地，將MAA、DAA、AA、NH3和/或NH4+添加到發(fā)酵液中以?xún)?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)部分中分離出所述固態(tài)部分；(e)回收所述固態(tài)部分；(f) (I)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備HMD ; (2)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADM ;以及，(g)回收所述HMD、ADN或ADM。
本發(fā)明還提供了一種從含有MAA的澄清的發(fā)酵液制備含氮化合物的方法，該方法包括:(a)可選地，將祖4、0444八、順3和/或NH4+添加到發(fā)酵液中以?xún)?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)部分中分離出所述固態(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)部分中分離出所述第二固態(tài)部分；(j)回收所述第二固態(tài)部分；(k) (I)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備HMD ; (2)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADM;以及，(I)回收所述HMD、ADN或ADM。


圖1為生物處理系統(tǒng)的框圖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(xiàn)圖3為示出由MAA選擇性制備HMD、ADN、ADM及其衍生物的流程圖4為示出由AA選擇性制備HMD、ADN、ADM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(shū)不同的是，下文說(shuō)明書(shū)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(guò)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(lái)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(lèi)(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(chēng)為黃色短桿菌(Brevibacteriumflavum))、類(lèi)腸球菌(Enterococcus faecalis)、小韋榮球菌(Veillonella parvula)、產(chǎn)玻 白酸放線(xiàn)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(Candidatropicalis(Castellani) Berkhout)無(wú)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(lái)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(mǎi)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(guò)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(Candidatropicalis (Castellani)Berkhout)無(wú)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、 0.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(guò)培養(yǎng)ATCC入藏號(hào)為24887的熱帶念珠菌(Candida tropicalis (Castellani) Berkhout)無(wú)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(guò)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 (0.2mM)、氨芐西林(0.05g)、氯霉素(0.02g)和奇霉素(0.05g)的LB培養(yǎng)基(在4L的愛(ài)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(guò)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(0.04g)、IPTG (0.2mM)、氨芐西林(0.05g)、氯霉素(0.02g)和奇霉素(0.05g)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(lái)自發(fā)酵的包含約17.2mM的順，順-粘康酸鹽的無(wú)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(guò)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(zhuān)利US5, 487，987和專(zhuān)利US 5，616，496，這些文獻(xiàn)的主題通過(guò)引用并入本文。
也可通過(guò)在補(bǔ)充有0.4%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粒克隆體，來(lái)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(zhuān)利US 6，794，165也描述了通過(guò)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(lái)制備含有AA的發(fā)酵液的步驟，其主題通過(guò)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(mǎi)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?；D(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(phosphotranshydroxyadipylase) /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(guò)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(lái)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(zhuān)利US2009/0305364中進(jìn)行了描述，其主題通過(guò)弓I用并入本文。
通過(guò)培養(yǎng)釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株和其他微生物菌株來(lái)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(zhuān)利W02010/003728中進(jìn)行了描述，該專(zhuān)利的主題通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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?？商峁溲趸@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?？梢蕴峁A(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、DAA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(guò)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(guò)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(lèi)似地，“含有MAA的發(fā)酵液”通常是指發(fā)酵液包括通過(guò)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^(guò)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(lái)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(guò)濾(包括但不限于超過(guò)濾、微過(guò)濾或深度過(guò)濾)?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中已知的技術(shù)選擇過(guò)濾。可以通過(guò)任一數(shù)量的已知方法去除可溶的無(wú)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(guò)濾(polishing filtration)步驟可以是有用的，該精過(guò)濾諸如為可包括使用諸如娃藻土等的過(guò)濾輔助工具的死端過(guò)濾或錯(cuò)流過(guò)濾，或者更優(yōu)選地為超過(guò)濾或微過(guò)濾。超過(guò)濾膜或微過(guò)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(KochMembrane 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(guò)濾膜)。其是在市場(chǎng)上可購(gòu)買(mǎi)到的聚醚砜膜，截留分子量為25，000道爾頓，通常在0.35MPa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(guò)濾或微過(guò)濾的過(guò)濾步驟。
將產(chǎn)生的基本上沒(méi)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(guò)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(guò)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(guò)在蒸餾期間注入蒸汽(未示出)也可增大該速率。通過(guò)在真空下進(jìn)行蒸餾或者通過(guò)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(guò)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，該溫度取決于壓力。約110°C到約140°C的蒸餾溫度是優(yōu)選的。“蒸餾溫度”是指底部殘留物的溫度(對(duì)于分批蒸懼，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中去除氨。無(wú)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(lèi)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(guò)使用塔板、填料等來(lái)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(lái)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(lái)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(lèi)(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(guò)流28轉(zhuǎn)移到冷卻裝置30并且通過(guò)常規(guī)的技術(shù)冷卻。冷卻技術(shù)不是關(guān)鍵性的。可以使用熱交換器(利用熱回收)?？梢允褂瞄W蒸冷卻器將所述底部殘留物冷卻下來(lái)至約15°C。冷卻至低于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(guò)降低含DAA的液態(tài)水性底部殘留物中的MAA的溶解度來(lái)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%的DAA水溶液中的MAA的減小的溶解度。上部的曲線(xiàn)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(xiàn)示出，在0°C時(shí)，MAA在30 七％的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(wàn)分之一)至約3wt%的范圍。該現(xiàn)象使得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0.2:0.6:0.2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(guò)添加反溶劑來(lái)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(lèi)(例如乙醇和丙醇)、酮類(lèi)例如(甲基乙基酮)、醚類(lèi)(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(guò)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^(guò)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(huà)，通過(guò)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(méi)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TheWestern States Machine Company(哈密爾頓，俄亥俄州，美國(guó)))可購(gòu)買(mǎi)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(guò)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(lái)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。一種這類(lèi)用途為用于制備例如HMD、ADN、ADM及其衍生物的產(chǎn)物。
HPLC可以用來(lái)檢測(cè)含氮雜質(zhì)(諸如己二酰胺和己二酰亞胺)的存在。可以通過(guò)元素碳和氮分析測(cè)定MAA的純度。氨電極可以用來(lái)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。可選地將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(lái)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(lái)自從蒸餾步驟24產(chǎn)生的液態(tài)底部殘留物和/或來(lái)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(guò)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(guò)去除氨可將固態(tài)部分轉(zhuǎn)化成AA。這可通過(guò)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。可將固態(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(guò)HPLC確定)回收。
如下文所述且如圖3和圖4所示，可將如上所述的包括AA、MAA和/或DAA的流轉(zhuǎn)化成選定的下游產(chǎn)物(例如HMD、ADN、6-氨基己腈(ACN)、ADM等)。在開(kāi)始這些方法時(shí)，通常可使AA、MAA和/或DAA溶解在水中以形成它們的水溶液，該水溶液可直接送入下游的反應(yīng)器中。
AA、MAA或DAA可借助脫水來(lái)直接轉(zhuǎn)化成ADN或者通過(guò)中間物ADM間接轉(zhuǎn)化成ADN。這樣的脫水可通過(guò)加熱方式、酶促方式或在催化劑存在下實(shí)現(xiàn)。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)化成ADN是直接還是間接地進(jìn)行，選擇合適的溫度、壓力和催化劑以實(shí)現(xiàn)合適程度的脫水。
例如，轉(zhuǎn)化可利用合適的脫水催化劑，例如酸性催化劑或堿性催化劑，包括在專(zhuān)利US 4，237，067中公開(kāi)的磷酸鹽和專(zhuān)利US 5，587，498所公開(kāi)的利用負(fù)載在粘土或氧化鋁上的T1、V、Hf或Zr的負(fù)載型催化劑。例如，這樣的催化劑通常在約220°C至約350°C的溫度下、約1.172MPa至4.37MPa的壓力下使用。
可替選地，如專(zhuān)利US 3，296，303中所公開(kāi)的，可通過(guò)加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)脫水，其中，在約1.03MPa至約1.38MPa的壓力下，在約100°C至130°C的溫度下，在乙二醇溶劑存在下，對(duì)酸和氨源進(jìn)行加熱脫水。
因此，AA、MAA或DAA可以直接脫水生成ADN或通過(guò)中間物ADM間接脫水生成ADN。接著，一旦制備成ADN，可以將ADN直接轉(zhuǎn)化成胺(例如HMD)，或者使ADN通過(guò)中間物ACN而間接轉(zhuǎn)化成HMD。
例如，從ADN到HMD的直接轉(zhuǎn)化可以利用任意數(shù)目的方式實(shí)現(xiàn)，例如專(zhuān)利US6，376，714中所公開(kāi)的方式，其中，在氫氣和氨源的存在下，在約2.0lMPa至約10.34MPa下，在約50°C至約150°C的溫度下，利用催化劑(例如，利用Ru、Cr或W提升催化性能的Fe、Co、N1、Rh或Pd)，使二腈進(jìn)行轉(zhuǎn)化。結(jié)果為高產(chǎn)量的二胺，在這種情況下為HMD。
類(lèi)似地，專(zhuān)利US 4，003，933在約10.34MPa下、在約120°C至約130°C的溫度下、通過(guò)Co/Zr02催化劑、利用氫氣將腈轉(zhuǎn)化成胺。其他催化劑可包括負(fù)載于TiO2或ZrO2上的Fe、Rh、Ir 和 Pt。
可通過(guò)選擇合適的氫 化條件，來(lái)實(shí)現(xiàn)ADN到ACN的間接轉(zhuǎn)化，例如專(zhuān)利US5，151，543所公開(kāi)的條件，其中，在1.72MPa至6.89MPa的壓力下，在約50°C至約80°C的溫度下，利用RANEY催化劑(例如，利用Fe、Cr或Mo提升催化性能的Co或Ni )，用氫氣和氨源將腈轉(zhuǎn)化成氨基腈，在該情況下，為ADN轉(zhuǎn)化成ACN。
類(lèi)似地，如在專(zhuān)利US 7，132，562中所公開(kāi)的，可從二腈來(lái)共同制備氨基腈或二氨基化合物。US 7，132，562在20.6810^至34.4710^下，在約501:至約2501:的溫度下，利用用Cr、V、Ti或Mn改性的Fe、Co、Ru、Ni催化劑，來(lái)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率以及對(duì)二胺或氨基腈的選擇性。還可利用普通的P或N與HCN、或者CO、以及氫氣和氨源使催化劑改性。
也可將AA、MAA或DAA直接轉(zhuǎn)化成二胺(例如直接轉(zhuǎn)化成HMD)，或通過(guò)ADM間接轉(zhuǎn)化。例如，專(zhuān)利US 2，223，303公開(kāi)了利用氫氣和氨源或烷基胺、在約1.0lMPa至30.4MPa的壓力下、在約200°C至約450°C的溫度下、通過(guò)Cd或Cu催化劑，使AA和ADM轉(zhuǎn)化成HMD。類(lèi)似地，專(zhuān)利US 3，579，583公開(kāi)了利用氫氣和氨源，在10.1MPa至30.4MPa的壓力下，在200°C至300°C的溫度下，在Zn-Al2O3或Zn-Cr催化劑存在下，使二羧酸轉(zhuǎn)化成胺，尤其是轉(zhuǎn)化成烷基胺。
此外，專(zhuān)利US 4，935，546公開(kāi)了在TiO2或Al2O3載體上的Co、Cu或Cr催化劑存在下，在2MPa至15MPa的壓力下，在250°C至350°C的溫度下，利用氫氣和氨源，將酸轉(zhuǎn)化成胺。
一旦已經(jīng)完成到HMD和ACN的轉(zhuǎn)化，還可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)已知的任何數(shù)目的方式使這些化合物轉(zhuǎn)化成聚酰胺型化合物。代表性示例包括下面的轉(zhuǎn)化。聚酰胺可由氨基腈(例如ACN)制備而成。這種類(lèi)型的轉(zhuǎn)化的一個(gè)示例可參見(jiàn)專(zhuān)利US 5，109，104，其在被氧化的磷催化劑和水存在下，轉(zhuǎn)化ω-氨基腈。這通常在1.72MPa至2.41MPa的壓力范圍內(nèi)，在200°C至330°C的溫度下，在多步轉(zhuǎn)化中完成。
專(zhuān)利US 6，958，381中公開(kāi)了一種替代方法，其中，在包含腈基團(tuán)和能夠形成羰酰胺基團(tuán)的官能團(tuán)的鏈調(diào)節(jié)劑存在下，起始單體(例如ACN)可被聚合成聚酰胺。
也可由二胺(例如HMD )形成聚酰胺，其中，HMD與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。優(yōu)選的二羧酸具有C4至C12的鏈長(zhǎng)。二羧酸或二羧酸酯可為芳香族二羧酸或芳香族二羧酸酯，或者其可為烷基二羧酸。
上文提及的第4，237，067 號(hào)、第 5，587，498 號(hào)、第 3，296，303 號(hào)、第 6，376，714 號(hào)、第 4，003，933 號(hào)、第 5，151，543 號(hào)、第 7，132，562 號(hào)、第 2，223，303 號(hào)、第 3，579，583 號(hào)、第4，935，546號(hào)、第5，109，104號(hào)和第6，958，381號(hào)美國(guó)專(zhuān)利的主題和內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。
實(shí)施例
通過(guò)下面的非限定性代表性實(shí)施例來(lái)說(shuō)明了本發(fā)明的方法。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?、乳酸和甲酸比AA (pKa=5.1)的二價(jià)酸根具有更強(qiáng)的酸性。換句話(huà)說(shuō)，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(guò)蒸餾將DAA的一部分轉(zhuǎn)化為MAA以及通過(guò)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(kāi)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0.29%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(ài)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(chēng)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 裝入的水的重量(g)800.75 鎦出物重量(g)350.46 殘留物重量(g)466.65 物料衡算質(zhì)量百分比％98.8 餾出物中氨的重量百分比(wt% )(滴定法)0.15 餾出物中NH3的摩爾數(shù)0.031 餾出物中去除的全部NH3 (%)15.5 在餾出物中第一次去除的NH3 (%) 31 二銨 / 一銨69/31 最終的燒瓶溫度(°C)100 每克餾出物的NH3的微摩爾量 89 銨鹽的初始重量百分比(wt% ) 2.2 pKai4.43 pKa:5.41 pKa3NA
實(shí)施例3
該實(shí)施例闡明了在氨釋放溶劑存在下通過(guò)蒸餾將DAA的一部分轉(zhuǎn)化成MAA，以及通過(guò)冷卻方式引起的結(jié)晶從蒸餾殘留物中回收MAA固體。
使燒杯裝有36.8g的蒸餾水和19.7g的濃縮的氫氧化銨。然后，緩慢加入23.5g的己二酸。攪拌混合物形成清液，然后將`該清液放置在含有攪拌棒的500mL圓底燒瓶中。然后將三甘醇二甲醚(80g)加入該燒瓶中。然后，將該燒瓶配備有五塔板I”奧爾德肖段，該奧爾德肖段的頂部具有蒸餾頭。蒸餾頭配有冰浴冷卻式接收器。該蒸餾瓶還配有含有150g蒸餾水的加料漏斗。然后攪拌內(nèi)容物，且利用加熱套加熱內(nèi)容物。當(dāng)餾出物開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)，力口料漏斗中的水以與餾出物移走相同的速率逐滴加入到燒瓶中。當(dāng)加料漏斗中所有的水被加入時(shí)，蒸餾停止。已經(jīng)收集到總計(jì)158g的餾出物。滴定法測(cè)量餾出物表明1.6%的氨含量。這相當(dāng)于裝入的氨的46%。換句話(huà)說(shuō)，殘留物為比例為91/9的己二酸一銨/己二酸二銨的混合物。將殘留物冷卻至室溫后，將其放置在250mL的愛(ài)倫美氏燒瓶中，邊攪拌邊緩慢冷卻至5°C。過(guò)濾漿液，然后在真空爐中干燥濕晶體2小時(shí)，得到5.5g固體。固體分析表明，基本上銨離子對(duì)己二酸根離子的比例為1:1 (即，己二酸一銨)。
實(shí)施例4
該實(shí)施例示出了從MAA制備AA。
使300毫升的Parr高壓釜裝有80克合成的己二酸一銨和124克水。密封高壓釜，且攪拌內(nèi)容物并將其加熱至約200°C (自生壓力為約203psig)。一旦內(nèi)容物達(dá)到該溫度，以約2克/分鐘的速率將水送入高壓釜且利用背壓調(diào)節(jié)器以約2克/分鐘的速率將蒸汽從高壓釜移出。使離開(kāi)高壓釜的蒸汽冷凝且收集在接收器中。高壓釜在這些條件下運(yùn)作，直到送入總計(jì)1210g的水和總計(jì)收集到1185g的餾出物為止。將高壓釜的內(nèi)容物(209g)部分冷卻，且將其從反應(yīng)器移走。將漿液在愛(ài)倫美式燒瓶中、在室溫下進(jìn)行攪拌過(guò)夜。然后將漿液過(guò)濾，且用25g水沖洗固體。在真空爐中在75°C下干燥潮濕的固體I小時(shí)，得到59克己二酸產(chǎn)物。通過(guò)銨離子電極的分析表明每克固體含有0.015mmol的銨離子。所回收的固體的熔點(diǎn)為151℃至154℃。
實(shí)施例5
該實(shí)施例說(shuō)明了在氨釋放溶劑存在下通過(guò)蒸餾使MAA的一部分轉(zhuǎn)化成AA，以及通過(guò)冷卻方式引發(fā)的結(jié)晶從蒸餾殘留物液體中回收AA固體。
使燒杯裝有46.7g的蒸餾水和9.9g的濃縮的氫氧化銨。然后，緩慢加入23.5g的己二酸。攪拌混合物形成清液，然后將該清液放置在含有攪拌棒的500mL圓底燒瓶中。然后將三甘醇二甲醚(80g)加入該燒瓶中。然后，將該燒瓶配備有五塔板I”奧爾德肖段，該奧爾德肖段的頂部具有蒸餾頭。蒸餾頭配有冰浴冷卻式接收器。該蒸餾瓶還配有含有1800g的蒸餾水的加料漏斗。然后攪拌內(nèi)容物，且利用加熱套加熱內(nèi)容物。當(dāng)餾出物開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)，加料漏斗中的水以與餾出物移走相同的速率逐滴加入到燒瓶中。當(dāng)加料漏斗中所有的水被加入時(shí)，蒸餾停止。已經(jīng)收集到總計(jì)1806.2g的餾出物。滴定法測(cè)量餾出物表明0.11%的氨含量。這相當(dāng)于裝入的氨的72%。換句話(huà)說(shuō)，殘留物為比例為72/28的己二酸/己二酸一銨的混合物。將殘留物放置在愛(ài)倫美氏燒瓶中，攪拌冷卻至(TC，且靜置I小時(shí)。過(guò)濾漿液，得到18.8g的濕濾餅和114.3g的母液。然后，在80°C下真空干燥固體2小時(shí)，得到13.5g的干燥固體。然后將該固體溶解在114g的熱水中，然后冷卻至5°C，持續(xù)攪拌45分鐘。過(guò)濾漿液，得到13.5g的濕固體和109.2g的母液。在80°C下真空干燥固體2小時(shí)，得到11.7g的干燥固體。固體分析表明，銨離子的含量為0.0117mmol/g (即，基本上純己二酸)。盡管結(jié)合具體步驟及其形式已經(jīng)描述了本發(fā)明的方法，應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離如所附的權(quán)利要求所描述的本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，各種等同物可以替換本文中所描述的具體的要素和步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于制備含氮化合物的方法，所述方法包括: (a)提供含有己二酸二銨DAA的澄清的發(fā)酵液； (b)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； (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)部分中分離出所述固態(tài)部分； (e)回收所述固態(tài)部分； (e)(1)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備己二胺HMD ; (2)在氨源存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備己二腈ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備己二酰胺ADM ;和 (f)回收所述HMD、所述ADN或所述ADM。
2.一種用于制備含氮化合物的方法，所述方法包括: (a)提供含有DAA的發(fā)酵液； (b)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； (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)部分中分離出所述固態(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己二酸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)選地主要由己二酸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) (1)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備HMD ; (2)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADM ;和 (1)回收所述HMD、所述ADN或所述ADM。
3.一種用于制備含氮化合物的方法，所述方法包括: (a)提供含有MAA的澄清的發(fā)酵液； (b)可選地，將MAA、DAA、AA、NH3和/或NH4+添加到所述發(fā)酵液中以?xún)?yōu)選地維持所述發(fā)酵液的pH值小于6 ； (c)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； Cd)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； Ce)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分； Cf)回收所述固態(tài)部分； (g)(1)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備HMD ; (2)在氨源存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADM ;和 (h)回收所述HMD、所述ADN或所述ADM。
4.一種用于制備含氮化合物的方法，所述方法包括: (a)提供含有MAA的澄清的發(fā)酵液； (b)可選地，將MAA、DAA、AA、NH3和/或NH4+添加到所述發(fā)酵液中以?xún)?yōu)選地維持所述發(fā)酵液的pH小于6 ； (c)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； Cd)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； Ce)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分； Cf)回收所述固態(tài)部分； (g)將所述固態(tài)部分溶解在水中以制備MAA的水溶液； (h)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； (i)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 ； (j)從所述第二液態(tài)部分中分尚出所述第二固態(tài)部分； (k)回收所述第二固態(tài)部分； (I)(I)在至少一種氫化催化劑存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分與氫氣和氨源接觸，以制備HMD ; (2) 在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADN ;或(3)在氨源存在下，使所述第二固態(tài)部分的至少一部分脫水，以制備ADM ;和(m)回收所述HMD、所述ADN或所述ADM。
5.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)行蒸餾所述發(fā)酵液，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其中，通過(guò)加熱、催化或酶促方式進(jìn)行使MAA脫水。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其中，通過(guò)加熱、催化或酶促方式進(jìn)行使AA脫水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括使所述HMD與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在氫化催化劑存在下，使所述ADN與氫氣和氨接觸以制備HMD。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括使所述HMD與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在氫化催化劑存在下，使所述ADN與氫氣和氨接觸以制備包括6-氨基己腈ACN的組合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括使所述ACN聚合以形成聚酰胺。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在氫化催化劑存在下，使所述ACN與氫氣和氨接觸以制備HMD。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括使所述HMD與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
15.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ADM脫水以制備ADN。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在氫化催化劑存在下，使所述ADN與氫氣和氨接觸以制備HMD。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括使所述HMD與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在氫化催化劑存在下，使所述ADN與氫氣和氨接觸以制備包括ACN的組合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使所述ACN聚合以形成聚酰胺。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在氫化催化劑存在下，使所述ACN與氫氣和氨接觸以制備HMD。
21.根據(jù)權(quán)利要求2 0所述的方法，還包括使所述HMD與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
全文摘要
一種方法包括從含有己二酸二胺(DAA)、己二酸一胺(MAA)和/或己二酸(AA)的發(fā)酵液制備己二胺(HMD)、己二腈(ADN)、己二酰胺(ADM)及其衍生物。
文檔編號(hào)C07C253/22GK103140467SQ201180029570
公開(kāi)日2013年6月5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