專利名稱：二氨基丁烷(dab)、琥珀腈(sdn)和琥珀酰胺(dam)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及由通過發(fā)酵制備的琥珀酸(SA)制備ニ氨基丁烷(DAB)、琥珀腈(SDN)和琥珀酰胺(DAM)以及下游產(chǎn)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。一種這樣的產(chǎn)物為琥珀酸ー銨(MAS)。與MAS相關(guān)的物質(zhì)，即SA，其可通過微生物使用可發(fā)酵的碳源(例如糖)作為起始物質(zhì)來制備。然而，商業(yè)上最可行的并且在文獻(xiàn)中描述的產(chǎn)生琥珀酸鹽的微生物對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行中和以維持適合最大生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)率的pH值。通常，通過將氫氧化銨加入發(fā)酵液來使發(fā)酵液的PH值維持為7或接近7，由此將SA轉(zhuǎn)化成琥珀酸ニ銨(DAS)。DAS必須轉(zhuǎn)化成MAS以從發(fā)酵液中獲得MAS。Kushiki (公布號(hào)為2005-139156的日本公布的專利申請(qǐng))公開了ー種從DAS的水溶液獲取MAS的方法，所述DAS的水溶液可以自加入有銨鹽作為反離子的發(fā)酵液獲得。具體地，通過以下步驟自DAS的水溶液結(jié)晶出MAS :將こ酸加入到DAS的水溶液以將該溶液的pH值調(diào)節(jié)至4. 6和6. 3之間，從而使不純的MAS從該溶液結(jié)晶出。Masuda (日本未審查的專利公布P2007-254354，2007年10月4日)描述了分子式為h4noocch2ch2coonh4的“琥珀酸銨”的稀水溶液的部分脫氨。從公開的分子式可以看出，“琥珀酸銨”為琥珀酸ニ銨。Masuda通過加熱琥珀酸銨的溶液來去除水和氨以產(chǎn)生固態(tài)的基于琥珀酸的組合物，該組合物除了含有琥珀酸銨以外，還含有琥珀酸ー銨、琥珀酸、琥珀一酰胺、琥珀酰亞胺、琥珀酰胺或琥珀酸酯中的至少ー種。因此，可以推測(cè)，與Kushiki相似，Masuda也公開了導(dǎo)致產(chǎn)生不純的MAS的方法。Kushiki和Masuda的方法生成的物質(zhì)都需要經(jīng)受多種提純手段以制備高純度的MAS。生物衍生的SA (例如從MAS和/或DAS獲得的SA)為用于合成許多商業(yè)上重要的化學(xué)物質(zhì)和聚合物的平臺(tái)分子。因此，極其期望提供ー種能對(duì)清晰的、商業(yè)上可行的從SA到例如DAB、SDN和DAM的衍生物以及進(jìn)ー步的下游產(chǎn)物的途徑進(jìn)行靈活地整合的技術(shù)。由于缺乏用于將發(fā)酵獲取的SA轉(zhuǎn)化成DAB、SDN、琥珀酸氨基腈(SAN)和DAM的經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上可行的解決方法，則提供用于提供具有足以直接氫化的純度的有成本效益的SA流的方法將是有益的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于制備含氮化合物的方法，該方法包括提供含有DAS的澄清的發(fā)酵液；在超大氣壓且在大于100°C至約250°C的溫度下，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SA和至少約20wt% (重量百分比)的水的液態(tài)底部殘留物；冷卻所述底部殘留物至足以使所述底部殘留物分離成與固態(tài)部分接觸的液態(tài)部分的溫度，所述固態(tài)部分基本上為純SA ;從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分；(I)在至少ー種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分與氫氣和氨接觸，以制備DAB ;或者(2)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備SDN ;或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備DAM ;以及回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。本發(fā)明還提供了一種用于制備含氮化合物的方法，該方法包括提供含有DAS的澄清的發(fā)酵液；將氨分離溶劑添加到所述發(fā)酵液中；在足以形成包含水和氨的頂部餾出物以及包含SA和至少約20wt%的水的液態(tài)底部殘留物的溫度和壓カ下蒸餾所述發(fā)酵液；冷卻所述底部殘留物至足以使所述底部殘留物分離成與固態(tài)部分接觸的液態(tài)部分的溫度，所述固態(tài)部分基本上為純SA ;從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分的至少一部分；(I)在至少ー種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分與氫氣和氨接觸，以制備DAB ;或者(2)使所述 固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備SDN ;或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備DAM ；以及回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。本發(fā)明還提供了一種用于制備含氮化合物的方法，該方法包括提供含有MAS的澄清的發(fā)酵液；在超大氣壓且在大于100°C至約250°C的溫度下，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SA和至少約20wt%的水的液態(tài)底部殘留物；冷卻所述底部殘留物至足以使所述底部殘留物分離成與固態(tài)部分接觸的液態(tài)部分的溫度，所述固態(tài)部分基本上為純SA ;從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分的至少一部分；(I)在至少ー種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分與氫氣和氨接觸，以制備DAB ;或者(2)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備SDN ;或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備DAM ;以及回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。本發(fā)明還提供了一種用于制備含氮化合物的方法，該方法包括提供含有MAS的澄清的發(fā)酵液；將氨分離溶劑添加到所述發(fā)酵液中；在足以形成包含水和氨的頂部餾出物以及包含SA和至少約20wt%的水的液態(tài)底部殘留物的溫度和壓カ下蒸餾所述發(fā)酵液；冷卻所述底部殘留物至足以使所述底部殘留物分離成與固態(tài)部分接觸的液態(tài)部分的溫度，所述固態(tài)部分基本上為純SA ;從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分的至少一部分；(I)在至少ー種氫化催化劑存在下，使所述固態(tài)部分與氫氣和氨接觸，以制備DAB ;或者(2)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備SDN ;或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備DAM ；以及回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。


圖1示意性地示出了用于制備通過發(fā)酵獲取的SA以及隨后將SA轉(zhuǎn)化成DAB、SDN和DAM的完整過程；圖2示意性地示出了圖1的一部分(更詳細(xì)地顯示)，其提供了從SA到DAB、SDN和DAM以及其他選定的下游產(chǎn)物的選定的反應(yīng)途徑；圖3為示出SA在水和20wt%MAS的水溶液中的溶解度隨溫度變化的曲線。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該理解，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g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g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以流程圖形式示出生物處理系統(tǒng)/過程的ー個(gè)代表性不例。生長(zhǎng)容器通常為原位蒸汽滅菌發(fā)酵器，可以用來生長(zhǎng)微生物培養(yǎng)物，該微生物培養(yǎng)物隨后用于制備含有DAS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)ー步討論。該微生物培養(yǎng)基可包括能夠從可發(fā)酵碳源(例如碳水化合物糖類)制備琥珀酸的微生物。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))、糞腸球菌(Enterococcus faecalis)、小,榮球菌(Veillonella parvula)、產(chǎn)玻拍酸放線桿菌(Actinobacillus succinogenes)、產(chǎn)玻拍酸曼氏桿菌(Mannheimia succiniciproducens)、產(chǎn)玻拍酸厭氧螺菌(Anaerobiospirillum succiniciproducens)、擬青霉(Paecilomyces Variotiノ、酉良酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)、棲瘤胃擬桿囷.(Bacteroides ruminicola)、嗜淀粉擬桿菌(Bacteroides amylophilus)、真養(yǎng)產(chǎn)減桿菌(Alcaligenes eutrophusノ、廣. 短桿菌(Brevibacterium ammoniagenes)、乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacterium Iactofermentum)^ 布倫氏假絲酵母(Candidabrumptii)、鏈狀假絲酵母(Candida catenulate)、假絲酵母(Candida mycoderma)、誕沫假絲酵母(Candida zeylanoides)、帕魯?shù)细衲眉俳z酵母(Candida paludigena)、薩納瑞西斯假絲酵母(Candida sonorensis)、產(chǎn)I元假絲酵母(Candida utilis)、誕沫假絲酵母(Candida zeylanoides)、漢遜德巴利酵母(Debaryomyces hansenii)、尖抱 f廉刀菌(Fusarium oxysporum)、綿毛狀腐質(zhì)菌(Humicola lanuginosa)、梓檬克勒克酵母(Kloeckera apiculata)、乳酸克魯維酵母(Kluyveromyces lactis)、威克海姆-克魯維酵母(Kluyveromyces wickerhamii)、簡(jiǎn)青霉(PeniciIliumsimplicissimum)、異常畢赤酵母(Pichia anomala)、貝氏畢赤酵母(Pichia besseyi )、媒介畢赤酵母(Pichia media)、李也蒙畢赤酵母(Pichia guilliermondii)、尹氏畢赤酵母(Pichia inositovora)、斯氏畢赤酵母(Pichia stipidiS)、巴氏酵母(Saccharomyces bayanus)、粟酒裂通酵母(Schizosaccharomyces pombe)、念珠球擬酵母菌白色球擬酵母(Torulopsis Candida)、解脂耶氏酵母亞羅解脂酵母(Yarrowia lipolytica)、它們的混合物等。優(yōu)選的微生物為以入藏號(hào)PTA-5132保存在ATCC的大腸桿菌菌株。更優(yōu)選的是三種抗生素抗性基因(cat、amphl、tetA)被去除的該大腸桿菌菌株?？股乜剐曰騝at(用于對(duì)氯霉素抗性的編碼)和amphl (用于對(duì)卡那霉素抗性的編碼)的去除可通過以下文獻(xiàn)中描述的所謂的“ A-紅”方法進(jìn)行，該方法的主題以引用方式并入本文=Datsenko KA和Wanner BL，《美國國家科學(xué)協(xié)會(huì)公報(bào)》，2000年6月6日；97 (12)6640-5?？梢允褂糜葿ochner等人在以下文獻(xiàn)中最初描述的方法來去除四環(huán)素耐藥基因tetA，該方法的主題以引用方式并入本文JBacteriol.，1980年8月；143 (2):926_933。葡萄糖為用于該微生物的優(yōu)選的可發(fā)酵碳源?？梢詫⒖砂l(fā)酵碳源(例如，碳水化合物和糖類)、可選地氮源和復(fù)合營養(yǎng)素(例如，玉米漿)、附加的培養(yǎng)基組分(諸如維生素、鹽和可以增進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和/或產(chǎn)物形成的其他物質(zhì))和水加入到生長(zhǎng)容器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)基的生長(zhǎng)期間進(jìn)行PH值控制。在一個(gè)示例中，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)境引起可發(fā)酵的碳源在生長(zhǎng)容器中原位生物轉(zhuǎn)化為琥珀酸。提供氫氧化銨以在可發(fā)酵的碳源生物轉(zhuǎn)化為SA期間進(jìn)行pH值控制。由于存在氫氧化銨，所制備的SA至少部分地(如果非全部)被中和為DAS，使得制備成包括DAS的發(fā)酵液。CO2提供了用于制備SA的另外的碳源。在另ー示例中，生長(zhǎng)容器的內(nèi)容物可以借助流被轉(zhuǎn)移到獨(dú)立的生物轉(zhuǎn)化容器，以 使碳水化合物源生物轉(zhuǎn)化為SA。將缺氧氣體(例如，CO2等)鼓吹到生物轉(zhuǎn)化容器中以提供引發(fā)制備SA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SA期間進(jìn)行pH值控制。由于存在氫氧化銨，所制備的SA至少部分地被中和為DAS，使得制備成包含DAS的發(fā)酵液。CO2提供了用于制備SA的另外的碳源。在另ー示例中，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SA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SA，或者所制備的SA至少部分地被中和為MAS、DAS或包括SA、MAS和/或DAS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SA可以隨后被中和，產(chǎn)生包括DAS的發(fā)酵液。因此，“含有DAS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DAS和可能的任一數(shù)量的其他組分(諸如MAS和/或SA)。類似地，“含有MAS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MAS和可能的任一數(shù)量的其他組分(諸如DAS和/或SA)。從可發(fā)酵的碳源的生物轉(zhuǎn)化(在生長(zhǎng)容器或生物轉(zhuǎn)化容器中，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轉(zhuǎn)移到澄清裝置。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。可以通過多種固液分離技術(shù)中的単獨(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)選擇過濾技木。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等。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。高分子膜的ー個(gè)例子是科氏濾膜系統(tǒng)公司(KochMembrane Systems) (850大街S威明頓市,馬薩諸塞州,美國)制造的SelRO MPS-U20P (pH值穩(wěn)定的超過濾膜)。其是在市場(chǎng)上可購買到的聚醚砜膜，截留分子量為25，000道爾頓，通常在0. 35MPa到1. 38MPa的壓カ(最大壓カ為1. 55MPa)并且在高達(dá)50° C的溫度下工作。可替選地，可単獨(dú)采用諸如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DAS的澄清的發(fā)酵液或含有MAS的澄清的發(fā)酵液通過流轉(zhuǎn)移到蒸餾裝置。澄清的蒸餾發(fā)酵液應(yīng)該含有一定量的DAS和/或MAS，該量占發(fā)酵液中的所有ニ羧酸ニ銨鹽的至少大部分、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DAS和/或MAS占發(fā)酵液中的全部ニ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去除，并且至少一部分水和氨可選地借助流再循環(huán)至生物轉(zhuǎn)化容器(或在厭氧模式下工作的生長(zhǎng)容器)。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 括ー些MAS和至少約20wt%的水的方式進(jìn)行，則蒸餾溫度和壓カ不是關(guān)鍵。水的更優(yōu)選的量為至少約30wt%以及進(jìn)一歩更優(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増大，并且通過在蒸餾期間注入蒸汽也可增大該速率。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，也可増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、ニ甲苯、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，則基本上避免諸如琥珀酰胺和琥珀酰亞胺的副產(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150°C到約240°C，該溫度取決于壓力。約170°C到約230°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カ下去除氨。這樣的溶劑包括能夠形成惰性的氫鍵的疏質(zhì)子溶剤、雙極性溶剤、含氧溶剤。示例包括但不限于ニ甘醇ニ甲醚、三甘醇ニ甲醚、四こニ醇ニ甲醚、亞砜(諸如ニ甲亞砜(DMS0)、酰胺(諸如ニ甲基甲酰胺(DMF)和ニ甲基こ酰胺)、砜類(諸如ニ甲基砜)、Y-丁內(nèi)酯(GBL)、環(huán)丁砜、聚こニ醇(PEG)、丁氧基三こニ醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、醚類(諸如ニ氧己環(huán))和甲基こ基酮(MEK)等。這樣的溶劑有助于自澄清的發(fā)酵液中的DAS或MAS去除氨。無論哪種蒸餾技術(shù),重要的是,蒸餾以確保至少ー些MAS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。在其他條件下，例如當(dāng)在不存在共沸劑或氨分離溶劑下進(jìn)行蒸餾時(shí)，在超大氣壓下且在大于100°C至約300°C的溫度下進(jìn)行蒸餾以形成包括水和氨的頂部餾出物，和包括SA和至少約20wt%的水的液態(tài)底部殘留物。超大氣壓通常在大于環(huán)境大氣壓至高達(dá)且包括約25個(gè)大氣壓的范圍內(nèi)。有利地，水的量為至少約30wt%。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)閃蒸可以在任ー類型的閃蒸器(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和填料等來實(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)。所述塔板可以為任ー設(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?、半連續(xù)模式或連續(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MAS和SA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，こ酸銨、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轉(zhuǎn)移到冷卻裝置并且通過常規(guī)的方法冷卻。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)?？梢允褂瞄W蒸冷卻器將所述底部殘留物冷卻至約15°C。冷卻至15°C通常利用冷藏冷卻剤，諸如，こニ醇溶液，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増大產(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。我們發(fā)現(xiàn)，液態(tài)底部殘留物中的ー些MAS的存在有助于通過降低含MAS的液態(tài)水性底部殘留物中的SA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” SA組成(意思是所述固態(tài)部分為至少基本上純的結(jié)晶SA)。圖3示出在5°C到45°C的不同溫度下，20wt%的MAS水溶液中的SA的減小的溶解度。因此，研究發(fā)現(xiàn)，如果ー些MAS也存在于水溶液中，則SA可更完全地從該水溶液中結(jié)晶而出。在這樣的溶液中的MAS的優(yōu)選濃度為約20wt%或更高。這種現(xiàn)象使得SA在比不存在MAS時(shí)所需的溫度高的溫度下結(jié)晶(即，蒸餾的底部殘留物的固態(tài)部分的形成)。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而送入分離器中以從液態(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)、離心分離等實(shí)現(xiàn)分離?？蓪⒌玫降墓腆w產(chǎn)物作為產(chǎn)物回收，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)部分的量最小化的ー種方式是，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。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)”。從The Western StatesMachine Company (哈密爾頓，俄亥俄州，美國))可購買到合適的籃式離心機(jī)。蒸餾的底部殘留物的液態(tài)部分(S卩，母液)可含有剰余的溶解的SA、任何未轉(zhuǎn)化的MAS、任何發(fā)酵副產(chǎn)物(諸如こ酸銨、乳酸銨或甲酸銨)和其他少量雜質(zhì)。該液態(tài)部分可借助流被送到下游裝置。在一個(gè)例子中，該下游裝置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(或者在厭氧模式下工作的生長(zhǎng)容器)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。 來自固體分離步驟的母液可以借助流再循環(huán)(或部分再循環(huán))至蒸餾裝置以進(jìn)ー步增強(qiáng)SA的回收以及進(jìn)ー步將MAS轉(zhuǎn)化為SA。以冷 卻方式引起的結(jié)晶的固態(tài)部分為基本上純的SA并且因此可用于SA的已知用途?！PLC可以用來檢測(cè)含氮雜質(zhì)(諸如琥珀酰胺和琥珀酰亞胺)的存在?？梢酝ㄟ^元素碳和氮分析測(cè)定SA的純度。氨電極可以用來測(cè)定SA純度的粗近似值。根據(jù)環(huán)境和各種運(yùn)營投入，存在發(fā)酵液可以為含有MAS的澄清的發(fā)酵液或者含有SA的澄清的發(fā)酵液的情況。在這些情況下，可以有利地是，將MAS、DAS和/或SA、以及可選地，氨水和/或氫氧化銨加入到這些發(fā)酵液中以便于制備基本純的SA。例如，可以定發(fā)酵液的工作PH值使得該發(fā)酵液為含有MAS的發(fā)酵液或者含有SA的發(fā)酵液?？梢钥蛇x地將MAS、DAS、SA、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值以便于制備上述基本上純的SA。在ー個(gè)具體的形式中，特別有利地是使來自從蒸餾步驟產(chǎn)生的液態(tài)底部殘留物和/或來自液/固分離器的液態(tài)部分的SA、MAS和水再循環(huán)進(jìn)入所述發(fā)酵液和/或澄清的發(fā)酵液。關(guān)于含有MAS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MAS和可能的任一數(shù)量的其他成分(諸如DAS和/或SA)?？蓪⑷缟纤龅陌⊿A、MAS和/或DAS的流轉(zhuǎn)化成選擇的下游產(chǎn)物，例如含氮化合物，該含氮化合物包括但不限于例如下文所描述的DAB、SDN、SAN、DAM等。在開始這些方法時(shí)，通?？蓪A、MAS和/或DAS溶解在水中以形成它們的水溶液，該水溶液可直接送入至下游反應(yīng)器中。SA、MAS或DAS可借助脫水來直接轉(zhuǎn)化成SDN或者通過中間物DAM間接轉(zhuǎn)化成SDN。這樣的脫水可通過加熱方式、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SDN是直接還是間接地進(jìn)行，選擇合適的溫度、壓カ和催化劑以實(shí)現(xiàn)合適程度的脫水。例如，轉(zhuǎn)化應(yīng)當(dāng)利用合適的脫水催化劑，例如酸性催化劑或堿性催化劑，包括在專利US 4，237，067中公開的磷酸鹽和專利US 5，587，498所公開的利用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170psig至600psig的壓カ下使用。可替選地，如專利US 3，296，303中所公開的，可通過加熱來實(shí)現(xiàn)脫水，其中，在150psig至200psig的壓カ下，在100°C至130°C的溫度下，在こニ醇溶劑存在下，對(duì)酸和氨源進(jìn)行加熱脫水。因此，SA,MAS或DAS可以直接脫水生成SDN或通過中間物DAM間接脫水生成SDN。接著，一旦制備成SDN，可以將SDN直接轉(zhuǎn)化成胺(例如DAB)，或者使SDN通過中間物SAN而間接轉(zhuǎn)化成DAB。例如，從SDN到DAB的直接轉(zhuǎn)化可以利用任意數(shù)目的方式實(shí)現(xiàn)，例如專利US6，376，714中所公開的方式,其中，在氫氣和氨源的存在下,在300psig至1500psig下,在50°C至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)，使ニ腈進(jìn)行轉(zhuǎn)化。結(jié)果為高產(chǎn)量的ニ胺，在這種情況下為DAB。類似地，專利US 4，003，933 * 1500psigT、* 120°C至 130°C 的溫度下、通過 Co/ZrO2催化劑、利用氫氣將腈轉(zhuǎn)化成胺。其他催化劑可包括位于TiO2或ZrO2上的Fe、Rh、Ir和Pt。
可通過選擇合適的氫化條件，來實(shí)現(xiàn)SDN到SAN的間接轉(zhuǎn)化，例如專利US5，151，543所公開的條件，其中，在250 8丨8至1000 81§下，在50で至80で的溫度下，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)化成氨基臆，在該情況下，為SDN轉(zhuǎn)化成SAN。類似地，如在專利US 7，132，562中所公開的，可從ニ腈來共同制備氨基腈或ニ氨基化合物。US 7，132，562在3000 818至5000 8丨8下，在50で至250で的溫度下，利用用Cr、V、Ti或Mn改性的Fe、Co、Ru、Ni催化劑，來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率以及對(duì)ニ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SA、MAS或DAS直接轉(zhuǎn)化成ニ胺(例如直接轉(zhuǎn)化成DAB)，或通過DAM間接轉(zhuǎn)化。例如，專利US 2，223，303公開了利用氫氣和氨源或烷基胺、在10ATM至300ATM的壓カ下、在200°C至450°C的溫度下、通過Cd或Cu催化劑，使酸轉(zhuǎn)化成胺。類似地，專利US3，579，583公開了利用氫氣和氨源，在100ATM至300ATM的壓カ下，在200°C至300°C的溫度 下，在Zn-Al2O3或Zn-Cr催化劑存在下，使ニ羧酸轉(zhuǎn)化成胺，尤其是轉(zhuǎn)化成烷基胺。此外，專利US 4，935，546公開了在TiO2或Al2O3載體上的Co、Cu或Cr催化劑存在下，在20巴至150巴的壓カ下，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DAB和SAN的轉(zhuǎn)化，還可以通過現(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SAN)制備而成。這種類型的轉(zhuǎn)化的一個(gè)示例可參見專利US 5，109，104，其在被氧化的磷催化劑和水存在下，轉(zhuǎn)化氨基腈。這通常在250psig至350psig的壓カ范圍內(nèi)，在200°C至330°C的溫度下，在多步轉(zhuǎn)化中完成。專利US 6，958，381中公開了ー種替代方法，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SAN)可被聚合成聚酰胺。也可由ニ胺(例如DAB)形成聚酰胺，其中，DAB與ニ羧酸或ニ羧酸酯聚合以形成聚酰胺。優(yōu)選的ニ羧酸具有C4至C12的鏈長(zhǎng)。ニ羧酸或ニ羧酸酯可為芳香族ニ羧酸或芳香族ニ羧酸酷，或者其可為烷基ニ羧酸。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)美國專利的主題和內(nèi)容通過引用并入本文。實(shí)施例通過以下非限制的代表性實(shí)施例來說明所述方法。在實(shí)施例1和2中，合成的DAS水溶液替代實(shí)際的含有DAS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DAS溶液的使用是用于該實(shí)際發(fā)酵液的特性的良好模型。發(fā)酵期間所產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物為こ酸銨、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DAS已經(jīng)被轉(zhuǎn)化為SA之前，將不會(huì)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SA((pKa=5. 48)的ニ價(jià)酸根具有更強(qiáng)的酸性。換句話說，醋酸鹽、乳酸鹽、甲酸鹽以及甚至琥珀酸氫鹽具有比ニ價(jià)陰離子的琥珀酸鹽弱的堿性。此外，こ酸銨、乳酸銨和甲酸銨在水中的溶解度明顯比SA大，并且這三種物質(zhì)均通常以比DAS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(こ酸、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SA達(dá)到飽和并且從溶液中結(jié)晶(S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該試驗(yàn)示出在水介質(zhì)中DAS轉(zhuǎn)化為SA。使用15% (1. 0M)的合成的DAS溶液，在300ml的哈氏合金C攪拌式Parr反應(yīng)器中進(jìn)行試驗(yàn)。向該反應(yīng)器裝200g的溶液并且將該反應(yīng)器加壓到200psig。接著加熱內(nèi)容物以開始蒸餾，使溫度達(dá)到約200° C。通過冷卻水將頂部的氨和水蒸汽冷凝，且將其收集到容器中。將新鮮的水以與制備速率(大約2g/min)相同的速率泵送回系統(tǒng)，以維持恒定的琥珀酸鹽濃度和物料體積。該流程持續(xù)7小吋。在該流程的最后，對(duì)母液的分析顯示，59%轉(zhuǎn)化成SA，2. 4%轉(zhuǎn)化成琥珀酰胺酸以及2. 9%轉(zhuǎn)化成琥珀酰亞胺。冷卻所述母液可產(chǎn)生液態(tài) 部分和為基本上純的SA的固態(tài)部分。實(shí)施例2該實(shí)施例證明了溶劑對(duì)從DAS水溶液釋放氨的作用。流程10為不存在溶劑的情況下的對(duì)照試驗(yàn)。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(a five tray I^Oldershaw section)。該奧爾德肖段的頂部具有蒸懼頭。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、測(cè)試的溶剤、SA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和表2中。表I
實(shí)驗(yàn)#12345
裝入的酸的名稱琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸
裝入的酸的重量(g)11.8 11.81 11,83 11.811.78
裝入的酸的摩爾數(shù)0.1 0,1 0.1 0.10.1
裝入的28%的氨水溶液的重量(g)12.76 12.78 12.01 12.9813.1
裝入的 NH3 的摩爾數(shù)0.21 0.21 0.2 0.2150.217
溶劑的名稱DMSO DMF NMP 環(huán)丁硯三甘醇ニ曱醚
裝入的溶劑的重量(g)400.9400400400400
裝入的水的重量(g)400400400400401
餾出物的重量(g)350.1365.9351.3352.1351.2
殘留物的重量(g)467.8455460.5457.147權(quán)利要求
1.一種用于制備琥珀酸SA的含氮化合物的方法，所述方法包括 Ca)提供含有琥珀酸二銨DAS的澄清的發(fā)酵液； (b)在超大氣壓且在大于100°C至約250°C的溫度下，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SA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/蒸發(fā)所述底部殘留物以獲得足以使所述底部殘留物分離成液態(tài)部分和固態(tài)部分的溫度和組成，所述固態(tài)部分基本上為純SA ； Cd)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(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，以制備二氨基丁烷DAB，(2)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀腈SDN，或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀酰胺DAM ;以及 Cf)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
2.一種用于制備琥珀酸SA的含氮化合物的方法，所述方法包括 Ca)提供含有琥珀酸二銨DAS的澄清的發(fā)酵液； (b)將氨分離溶劑和/或水共沸溶劑添加到所述發(fā)酵液中； (c)在足以形成包含水和氨的頂部餾出物以及包含SA和重量百分比為至少約20%的水的液態(tài)底部殘留物的溫度和壓力下蒸餾所述發(fā)酵液； Cd)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物以獲得足以使所述底部殘留物分離成液態(tài)部分和固態(tài)部分的溫度和組成，所述固態(tài)部分基本上為純SA ； Ce)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分； (f)(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，以制備二氨基丁烷DAB，(2)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀腈SDN，或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀酰胺DAM ;以及 (g)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
3.一種用于制備琥珀酸SA的含氮化合物的方法，所述方法包括 Ca)提供含有琥珀酸一銨MAS的澄清的發(fā)酵液； (b)在超大氣壓且在大于100°C至約250°C的溫度下，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SA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)所述底部殘留物以獲得足以使所述底部殘留物分離成液態(tài)部分和固態(tài)部分的溫度和組成，所述固態(tài)部分基本上為純SA ； Cd)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(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，以制備二氨基丁烷DAB，(2)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀腈SDN，或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀酰胺DAM ;以及 Cf)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
4.一種用于制備琥珀酸SA的含氮化合物的方法，所述方法包括 Ca)提供含有琥珀酸一銨MAS的澄清的發(fā)酵液； (b)將氨分離溶劑和/或水共沸溶劑添加到所述發(fā)酵液中； (c)在足以形成包含水和氨的頂部餾出物以及包含SA和重量百分比為至少約20%的水的液態(tài)底部殘留物的溫度和壓力下蒸餾所述發(fā)酵液；(d)冷卻和/或蒸發(fā)所述底部殘留物以獲得足以使所述底部殘留物分離成液態(tài)部分和固態(tài)部分的溫度和組成，所述固態(tài)部分基本上為純SA ； Ce)從所述液態(tài)部分中分離出所述固態(tài)部分； (f)(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，以制備二氨基丁烷DAB，(2)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀腈SDN，或者(3)使所述固態(tài)部分的至少一部分脫水以制備琥珀酰胺DAM ;以及 (g)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
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蒸餾所述發(fā)酵液，所述氨分離溶劑為選自二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、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；或者，在水共沸溶劑存在下蒸餾所述發(fā)酵液，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至4中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使所述DAB與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括在氫化催化劑存在下，使所述SDN與氫氣和氨接觸以制備DAB。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括使所述DAB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，所述方法還包括在氫化催化劑存在下，使所述SDN與氫氣和氨接觸以制備包含琥珀酸氨基腈SAN的組合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括使SAN聚合以形成聚酰胺。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括在氫化催化劑存在下，使所述SAN與氫氣和氨接觸以制備DAB。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括使所述DAB與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使所述DAM脫水以制備SDN。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括在氫化催化劑存在下，使所述SDN與氫氣和氨接觸以制備DAB。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法還包括使所述DAB與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括在氫化催化劑存在下，使所述SDN與氫氣和氨接觸以制備含有SAN的組合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括使SAN聚合以形成聚酰胺。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括在氫化催化劑存在下，使所述SAN與氫氣和氨接觸以制備DAB。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述方法還包括使所述DAB與二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
全文摘要
方法包括提供含有琥珀酸二銨(DAS)的澄清的發(fā)酵液或含有琥珀酸一銨(MAS)的澄清的發(fā)酵液；蒸餾所述發(fā)酵液以形成包含水和氨的頂部餾出物和包含琥珀酸(SA)和重量百分比為至少約20%的水的液態(tài)底部殘留物；冷卻所述底部殘留物至足以使所述底部殘留物分離成與固態(tài)部分接觸的液態(tài)部分的溫度，所述固態(tài)部分基本上為純的SA；從所述液體部分中分離所述固態(tài)部分；以及，轉(zhuǎn)化所述固態(tài)部分以制備所述含氮化合物，例如二氨基丁烷(DAB)、琥珀腈(SDN)、琥珀酸氨基腈(SAN)或琥珀酰胺(DAM)以及下游產(chǎn)物。
文檔編號(hào)C07C253/20GK103025699SQ201180032421
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19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