專利名稱：酰胺化合物水溶液的精制方法及酰胺化合物的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用生物催化劑制備的酰胺化合物水溶液的精制方法以及使用生物催化劑的酰胺化合物的制造方法。
本申請(qǐng)要求2003年4月1日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2003-98139號(hào)作為優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
利用具有酶活性的生物催化劑的化合物的制造方法，由于具有為了使反應(yīng)條件穩(wěn)定而能簡(jiǎn)化反應(yīng)過程，以及副產(chǎn)物少而使得反應(yīng)生成物純度高或者能簡(jiǎn)化精制過程等優(yōu)點(diǎn)，近年來在許多化合物的制造中被使用。
自從發(fā)現(xiàn)將腈化合物轉(zhuǎn)化成酰胺化合物的酶——腈水合酶以來，使用生物催化劑進(jìn)行化合物的制造也在酰胺化合物的制造中廣為研究。使用生物催化劑的酰胺化合物的制造已在例如特開昭54-129190號(hào)公報(bào)、特開昭54-143592號(hào)公報(bào)、特開昭61-162193號(hào)公報(bào)、特開平2-470號(hào)公報(bào)、特開平5-103681號(hào)公報(bào)、特開平11-89575號(hào)公報(bào)和特開平11-123098號(hào)公報(bào)等中公開。
使用生物催化劑的酰胺化合物的制造方法，目前從操作性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等觀點(diǎn)來看作為優(yōu)良的反應(yīng)過程，在丙烯酰胺、煙酰胺等的工業(yè)生產(chǎn)中得以應(yīng)用。
伴隨而來的，需要研究從水溶液(反應(yīng)液)中將生物催化劑分離的方法，水溶液(反應(yīng)液)中含有因使用生物催化劑而獲得的酰胺化合物。對(duì)于從酰胺水溶液中將生物催化劑分離的方法，可以例舉例如特公平5-49273號(hào)公報(bào)所示的由中空膜過濾的方法、特開2001-78749號(hào)公報(bào)公開的利用氣泡除去的方法。
但是，在水性介質(zhì)中使用生物催化劑制造酰胺化合物時(shí)，即使將生物催化劑從酰胺化合物水溶液中分離出來，在酰胺化合物的水溶液中也會(huì)殘存發(fā)泡性的雜質(zhì)(發(fā)泡成分)。由于酰胺化合物水溶液具有發(fā)泡性，在隨后的工序中或使用中(例如酰胺化合物水溶液的搬運(yùn)時(shí)、填充到容器時(shí))，酰胺化合物水溶液中會(huì)產(chǎn)生氣泡。因此，存在酰胺化合物水溶液的使用困難或者使用操作中效率下降的問題。
特別是，酰胺化合物是丙烯酰胺的情況下，還會(huì)有如下問題。在由丙烯酰胺制造聚丙烯酰胺時(shí)，為了降低殘留的氧的濃度，向丙烯酰胺水溶液中通入氮?dú)?。這時(shí)，在丙烯酰胺水溶液具有發(fā)泡性的情況下，會(huì)產(chǎn)生諸如為了防止氣泡的吹出溢出必須使用大的容器、氣泡噴出的不利情況。
由于上述的問題，希望發(fā)泡性小的酰胺化合物水溶液。
作為發(fā)泡性小的酰胺化合物水溶液的制備方法，本發(fā)明人在特開2001-299376號(hào)公報(bào)中提供了降低所使用微生物菌體量的方法，在特開2001-78749號(hào)公報(bào)中提供了將發(fā)泡成分形成氣泡而除去的方法。
但是，菌體使用量大多由其催化劑的性能來決定，在經(jīng)濟(jì)的催化劑使用量下制造酰胺化合物時(shí)，充分降低發(fā)泡性是困難的。
另一方面，將發(fā)泡成分形成氣泡來除去的方法，由于以除去發(fā)泡成分為目的，是非常好的有效率的優(yōu)選方法。但是，將發(fā)泡成分形成氣泡而除去的方法，需要特殊的裝置，而且存在的缺點(diǎn)是，為了穩(wěn)定除去發(fā)泡成分，需要熟練控制供給的氣/液的比例。
還有，對(duì)于丙烯酰胺水溶液的精制方法，在特開昭55-62054號(hào)公報(bào)中公開了使用超濾膜的例子。但是，該方法稱為銅催化劑法，在容易形成丙烯酰胺的雜質(zhì)的反應(yīng)條件下除去生成的丙烯酰胺水溶液中的雜質(zhì)(丙烯酰胺的低聚物、交聯(lián)性物質(zhì))，該方法，即使直接應(yīng)用于由使用生物催化劑獲得的丙烯酰胺水溶液，也不能充分分離發(fā)泡性雜質(zhì)。
因此，對(duì)于由生物催化劑獲得的酰胺化合物的水溶液，由超濾膜進(jìn)行精制的例子至今還沒有報(bào)告。本來涉及由生物催化劑得到的發(fā)泡成分的報(bào)告就幾乎沒有，何況超濾膜的截留分子量(molecular weight cut-off)與發(fā)泡成分的除去性的關(guān)系更是全然不知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供雜質(zhì)含量少、發(fā)泡性小的酰胺化合物水溶液，和可以制備這樣的酰胺化合物水溶液的酰胺化合物水溶液的精制方法，以及酰胺化合物的制造方法。
本發(fā)明人假設(shè)發(fā)泡成分可能是由生物體帶來的多糖類、蛋白質(zhì)類或者其復(fù)合體，對(duì)這樣的發(fā)泡成分的除去方法進(jìn)行了認(rèn)真研究，結(jié)果是，驚奇地首次發(fā)現(xiàn)，通過使用截留分子量小于10000的超濾膜可以除去發(fā)泡成分。
即，本發(fā)明的酰胺化合物水溶液的精制方法，其特征在于，將含有由生物催化劑獲得的酰胺化合物的水溶液，通過截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜進(jìn)行過濾。
通過本發(fā)明，可以獲得雜質(zhì)少、發(fā)泡性小的酰胺化合物水溶液。
還有，本發(fā)明的酰胺化合物水溶液的精制方法，優(yōu)選超濾膜的截留分子量大于等于1000、小于5000。
還有，酰胺化合物優(yōu)選丙烯酰胺或者是煙酰胺。
此外，生物催化劑優(yōu)選微生物菌體、固定化菌體或者固定化酶。
另外，本發(fā)明的酰胺化合物水溶液，是含有由使用生物催化劑獲得的酰胺化合物的水溶液，其特征在于，通過截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜過濾。
還有，本發(fā)明的酰胺化合物的制造方法，其特征在于，具有以下工序在水介質(zhì)中使用生物催化劑、由腈化合物制備酰胺化合物的工序和使用截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜對(duì)含有酰胺化合物的水溶液進(jìn)行過濾的工序。
具體實(shí)施例方式
以下通過適當(dāng)?shù)膶?shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但是，本發(fā)明并不限定于以下各實(shí)施例。
本發(fā)明的酰胺化合物水溶液，是把包含了由生物催化劑制備的酰胺化合物的水溶液，通過使用截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜進(jìn)行過濾的精制方法而得到的水溶液。具體而言，該酰胺化合物水溶液經(jīng)過了在水介質(zhì)中用生物催化劑由腈化合物制備酰胺化合物的反應(yīng)工序和含有酰胺化合物的水溶液(反應(yīng)液)通過超濾膜過濾處理的精制工序。
本發(fā)明中所述的“水性介質(zhì)”是指以水做為溶劑的水溶液。在這樣的水性介質(zhì)中包括不溶于水溶液的液體、固體在水中或者水溶液中分散后的溶液。
本發(fā)明所述的“生物催化劑”是指含有具有催化劑能力的酶的物質(zhì)。這些生物催化劑可以例舉如，酶本身、含有酶的微生物菌體和細(xì)胞、或者通過包括法、交聯(lián)法、載體結(jié)合法等將這些酶、菌體或者細(xì)胞固定化后的物質(zhì)(固定化酶、固定化菌體、固定化細(xì)胞)。其中，由于考慮到催化劑的添加、催化劑濃度控制、催化劑分離等操作簡(jiǎn)便程度，微生物菌體、固定化菌體或者固定化酶是適宜的。
作為固定酶、菌體或者細(xì)胞的固定化載體，可以例舉如玻璃小球、硅膠、聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、角叉膠(carrageenan)、藻朊酸、瓊脂、明膠等。
本發(fā)明所述的催化劑能力，是指將腈化合物進(jìn)行水和轉(zhuǎn)變成酰胺化合物的能力。具有這種能力的酶，一般稱為腈水合酶。目前從多種微生物中發(fā)現(xiàn)有腈水合酶。
具有腈水合酶活性的微生物中，例如已知桿菌屬(Bacillus)、巴克特利蒂姆(Bacteridium)屬、微球菌屬(Micrococcus)和短桿菌屬(Brevibacterium，參照特公昭62-21519號(hào)公報(bào))、棒桿菌屬(Corynebacterium)和諾卡氏菌屬(Nocardia，參照特公昭56-17918號(hào)公報(bào))、假單胞菌屬(Pseudomonas，參照特公昭59-37951號(hào)公報(bào))、紅球菌屬(Rhodococcus)和微小桿菌屬(Microbacterium，參照特公平4-4873號(hào)公報(bào))。
本發(fā)明中的酰胺化合物限定于在腈水合酶的作用下由腈化合物轉(zhuǎn)變而來的酰胺化合物，其他沒有特別限定。至于腈化合物，可以例舉如乙腈、丙腈、琥珀腈、己二腈之類的脂肪族飽和腈；丙烯腈、甲基丙烯腈之類的脂肪族不飽和腈；苯甲腈、苯二甲腈之類的芳香族腈；以及3-氰基吡啶、2-氰基吡啶之類的雜環(huán)式腈。
適合于使用生物催化劑制造的酰胺化合物的代表化合物，從化學(xué)、物理的性質(zhì)優(yōu)秀的角度，或者從經(jīng)濟(jì)的角度，優(yōu)選丙酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、煙酰胺，特別優(yōu)選丙烯酰胺、煙酰胺。
在反應(yīng)工序中使用的反應(yīng)裝置，可以例舉出固定床、移動(dòng)床、流化床、攪拌槽等。另外，也可以是間歇反應(yīng)方式的反應(yīng)裝置、連續(xù)反應(yīng)方式的反應(yīng)裝置中的任何一個(gè)。
如果根據(jù)反應(yīng)基質(zhì)(腈化合物)、反應(yīng)液、目標(biāo)化合物(酰胺化合物)等的物性、生產(chǎn)規(guī)模等來選擇反應(yīng)模式，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置。例如由連續(xù)反應(yīng)來制造的情況下，通常，生物催化劑由于反應(yīng)基質(zhì)或反應(yīng)生成物而受到反應(yīng)阻礙或失活的情況很多，另外為了優(yōu)選使反應(yīng)溫度、pH值的控制簡(jiǎn)單的反應(yīng)裝置，優(yōu)選連續(xù)地連接兩個(gè)或其以上攪拌槽的多槽連續(xù)攪拌槽。
精制工序使用的超濾膜，其截留分子量大于等于1000、小于10000。超濾膜的截留分子量小于10000的話，可以除去由生物體帶來的多糖類、蛋白質(zhì)類或者這些的復(fù)合體而形成的發(fā)泡成分。還有，為了更完全除去發(fā)泡成分，超濾膜的截留分子量最好小于5000。
超濾膜的截留分子量越小能除去更多的雜質(zhì)，從這個(gè)角度來講是優(yōu)選的，但是分子量越小，一般過濾的速度就會(huì)變慢，結(jié)果是需要大型的過濾設(shè)備。所以，能夠得到過濾速度適合于工業(yè)酰胺化合物生產(chǎn)的超濾膜的截留分子量要大于等于1000。
本發(fā)明中所述的截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜是指在對(duì)膜不進(jìn)行特意的吸收的條件下，分子量為14200的α-乳白蛋白的阻止率為大于等于85％。還有，對(duì)于截留分子量大于等于1000、小于5000的超濾膜是指在對(duì)膜不進(jìn)行特意的吸收的條件下，水中溶解的無機(jī)鹽或前述的酰胺化合物的阻止率小于等于5％，并且分子量為14200的α-乳白蛋白的阻止率為大于等于90％。
這里所述的“阻止率”是指過濾后處理水中的濃度/過濾前原水中的濃度×100(％)，通常，使用100ml/L(升)左右的低濃度水溶液來測(cè)量。阻止率隨時(shí)間變化的情況下，不使用處理剛開始后的值，而使用反復(fù)過濾處理后阻止率穩(wěn)定后的值。
另外，在本發(fā)明中，為了有效除去發(fā)泡成分在用超濾膜進(jìn)行處理之前，可以預(yù)先進(jìn)行其它公知的精制方法。
實(shí)施例以下通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1、比較例1生物催化劑的調(diào)制將具有腈水合酶活性的Rhodococcus rhodochrousJ1(FERM BP-1478)在含有2％葡萄糖、1％尿素、0.5％胨(peptone)、0.3％酵母提取物、0.05％氯化鈷(均為質(zhì)量％)的培養(yǎng)基(pH7.0)中，在30℃進(jìn)行好氣培養(yǎng)。將其由50mM(mol)的磷酸緩沖液(pH7.0)進(jìn)行洗凈后，得到菌體的懸濁液(含干燥菌體15質(zhì)量％)。
在菌體作用下由3-氰基吡啶轉(zhuǎn)變?yōu)闊燉０返姆磻?yīng)5L的玻璃燒杯中加入15質(zhì)量％的3-氰基吡啶水溶液(50mM磷酸緩沖液，pH7)1L，向其中加入調(diào)試好的菌體懸濁液25mL，在30℃的水槽中緩慢攪拌。24小時(shí)后，得到17％的煙酰胺水溶液。使用孔徑為0.45μm的膜濾器(アドバンテツク(株)制造，纖維素混合酯型，47mmΦ)進(jìn)行過濾，得到透明的煙酰胺水溶液(樣品1)。
反應(yīng)液的精制所得的煙酰胺水溶液由截留分子量為3000的超濾膜(ポ一ル社制造，OS003C11，α-乳白蛋白阻止率公稱為大于等于96％)過濾處理，得到精制的煙酰胺水溶液(樣品2)。
評(píng)價(jià)所得的兩種樣品各20mL，各裝入24mmΦ的試管中，用硅膠塞封口后，用手上下劇烈搖動(dòng)，在樣品產(chǎn)成氣泡后，靜置，測(cè)量到氣泡消失為止的時(shí)間，結(jié)果如表1所示。
表1

實(shí)施例2、3、4，比較例2、3生物催化劑的調(diào)制與實(shí)施例1相同制備具有腈水合酶活性的Rhodococcus rhodochrous J1(FERM BP-1478)菌體懸濁液(含干燥菌體15質(zhì)量％)。
另外，制備丙烯酰胺30質(zhì)量％、亞甲基雙丙烯酰胺1質(zhì)量％以及2-二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺4質(zhì)量％的單體水溶液。
接著，菌體懸濁液、單體水溶液、10質(zhì)量％的N，N，N’，N’-四甲基乙二胺水溶液以及10重量％的過硫酸氨水溶液，各自以5L/hr、2L/hr、0.1L/hr、0.1L/hr的順序線性混合，其流出液分別盛入300×300×30mm的容器，在容器中，單體進(jìn)行聚合，形成菌體固化凝膠塊(gel sheet)。
所得的菌體固化凝膠塊用刀細(xì)分割成0.5mm左右的四方形，獲得固定化菌體粒子。讓這種固定化菌體粒子一邊流動(dòng)，一邊用0.1質(zhì)量％的丙烯酸鈉水溶液(pH調(diào)整到7)進(jìn)行通液洗凈，得到固定化菌體催化劑。
在固定化催化劑作用下由丙烯腈向丙烯酰胺的反應(yīng)在內(nèi)容積為5L的帶套管的可分隔的燒瓶(separable flask)中，加入0.2g/L的丙烯酸鈉水溶液3510g，并加入上述的固定化菌體催化劑3g。將其控制在pH7.0、溫度10℃，同時(shí)使用兩個(gè)翼長(zhǎng)120mm、翼寬20mm的平板攪拌翼在80rpm下進(jìn)行攪拌。在其中，連續(xù)供給丙烯腈，使得丙烯腈的濃度一直保持為2質(zhì)量％，進(jìn)行蓄積反應(yīng)直到丙烯酰胺的濃度達(dá)到40質(zhì)量％。
然后，停止供給丙烯腈，使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行直到無法從反應(yīng)液中檢測(cè)出丙烯腈為止。使用網(wǎng)眼為300μm的金網(wǎng)將固體化菌體催化劑與溶液分離，得到丙烯酰胺的濃度約為40質(zhì)量％的丙烯酰胺水溶液(樣品3)。
反應(yīng)液的精制將所得的丙烯酰胺水溶液，用截留分子量為10000的超濾膜(ポ一ル社制造，OS010C11，α-乳白蛋白阻止率公稱為小于等于80％)進(jìn)行過濾處理，得到精制的丙烯酰胺水溶液(樣品4)。
同樣，未精制的丙烯酰胺水溶液，用截留分子量為5000的超濾膜(ポ一ル社制造，OS005C11，α-乳白蛋白阻止率公稱為大于等于96％)進(jìn)行過濾處理，得到精制的丙烯酰胺水溶液(樣品5)。
同樣，未精制的丙烯酰胺水溶液，用截留分子量為3000的超濾膜(ポ一ル社制造，OS003C11，α-乳白蛋白阻止率公稱為大于等于96％)進(jìn)行過濾處理，得到精制的丙烯酰胺水溶液(樣品6)。
同樣，未精制的丙烯酰胺水溶液，用截留分子量為1000的超濾膜(ポ一ル社制造，OS001C11)進(jìn)行過濾處理，得到精制的丙烯酰胺水溶液(樣品7)。
評(píng)價(jià)將樣品50mL裝入100mL的量筒中，使用木下式玻璃球過濾器(G-3)從底部通入20mL/min的空氣，使樣品產(chǎn)生氣泡，測(cè)定氣泡的高度，結(jié)果如表2所示。
表2

產(chǎn)業(yè)上利用可能性本發(fā)明的酰胺化合物水溶液的精制方法是對(duì)用生物催化劑得到的含有酰胺化合物的水溶液進(jìn)行用截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜過濾的方法，可以得到雜質(zhì)少、發(fā)泡性小的酰胺化合物水溶液。
權(quán)利要求
1.一種酰胺化合物水溶液的精制方法，其特征在于將含有由生物催化劑制備的酰胺化合物的水溶液，用截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜進(jìn)行過濾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酰胺化合物水溶液的精制方法，其特征在于所述超濾膜的截留分子量大于等于1000、小于5000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酰胺化合物水溶液的精制方法，其特征在于所述酰胺化合物為丙烯酰胺或者煙酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酰胺化合物水溶液的精制方法，其特征在于所述生物催化劑為微生物菌體、固定化菌體或者固定化酶。
5.一種酰胺化合物水溶液，其特征在于該酰胺化合物水溶液含有由用生物催化劑制備的酰胺化合物，并且用截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜進(jìn)行過濾而生成。
6.一種酰胺化合物的制造方法，其特征在于該酰胺化合物的制造方法包括在水介質(zhì)中使用生物催化劑由腈化合物制備酰胺化合物的工序，和使用截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜對(duì)含有酰胺化合物的水溶液進(jìn)行過濾的工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及酰胺化合物水溶液的精制方法，該方法為，將含有由生物催化劑制備的酰胺化合物的水溶液，用截留分子量大于等于1000、小于10000的超濾膜進(jìn)行過濾。
文檔編號(hào)C12P17/06GK1764726SQ20048000811
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者村尾耕三, 加納誠 申請(qǐng)人:大野綠水株式會(huì)社