專利名稱：由蓖麻油酸同時產(chǎn)生7-氧代庚酸甲酯和十一碳烯酸的方法
由蓖麻油酸同時產(chǎn)生7-氧代庚酸甲酯和十一碳烯酸的方
法本發(fā)明的目標(biāo)在于將蓖麻油酸轉(zhuǎn)化以獲得尤其是7-氧代庚酸甲酯和10-十一碳 烯酸(也稱作十一碳-10-烯酸，在下文中更簡單地稱作十一碳烯酸)的方法，該方法包括 將該蓖麻油酸發(fā)酵的步驟。蓖麻油酸的發(fā)酵產(chǎn)生十九碳烯的二酸。 最知名的不飽和二酸或二酯為包括含有4 6個碳原子的鏈的那些，例如C4酸 (馬來酸和富馬酸)，C5酸(檸康酸、中康酸和衣康酸)，以及C6酸(2-甲基戊二酸和粘康 酸)。另一方面，關(guān)于長鏈二酸，具有一定重要性的只是二聚體，其通常通過不飽和羧酸的縮 合得到。在Kirk-Othmer Encylopedia第A8卷第533-536頁中描述了這些二酸的性質(zhì)、合 成和用途。飽和二酸在工業(yè)上通過各種方法得到，但是所有的方法都呈現(xiàn)出一些缺點(diǎn)。在以 上參考文獻(xiàn)Kirk-Othmer Encylopedia第A8卷第523-536頁中進(jìn)一步詳述了各種各樣的 這些方法?？蓪⑵渲械姆椒▍^(qū)分為通過植物脂肪酸的降解例如臭氧分解或氧化進(jìn)行的方法。 根據(jù)以上的巖芹酸的反應(yīng)過程，油酸、巖芹酸和芥酸的臭氧分解使得可分別產(chǎn)生 含有9個、6個和13個碳原子的二酸。另一實(shí)例為蓖麻油酸在高于180°C的溫度下通過氫氧化鈉的作用進(jìn)行的裂解。這 種在工業(yè)上使用的方法使得可得到含有10個碳原子的二酸。如下面的方案中所示的相同 方法可以應(yīng)用于14-羥基-順式-11-二十碳烯酸(lesquerolic acid)并導(dǎo)致形成含有12個碳原子的二酸。這種方法呈現(xiàn)出使用可再生原料的優(yōu)點(diǎn)，但是基本上限于Cltl二酸，14-羥 基_順式-11- 二十碳烯酸仍不是十分普遍，因此相對很少使用這種方法。
還可提及單羧酸通過N2O4的作用進(jìn)行的氧化降解。硬脂酸的氧化使得可得到癸二 酸和辛酸的混合物；辛二酸可以由棕櫚酸得到?；蜻€可通過使用不同的羰基化技術(shù)由更小的分子得到二酸。最后，可提及飽和或不飽和脂肪族酯、酸、醇或烷屬烴底物通過酵母、真菌或細(xì) 菌進(jìn)行的發(fā)酵，這使得可將所述底物化合物氧化。這種方法是公知的。其特別描述于 W. H. Eschenfeldt 等人的文章"Transformation of FattyAcids Catalyzed by Cytochrome P450 Monooxygenase Enzymes of Candidatropicalis”以及專利 2445374>US 4474882、 US 3823070、US 3912586、US 6660505、US 6569670 和 5254466 中。其使得可得到具有多 變鏈長的許多二酸。在Zu-Hua Yi和Hans-JUrgen Rehm的出版物即Appl. Microbiol. Biotechnol.，(1989)，30，327-331中描述了通過油酸和油醇的發(fā)酵產(chǎn)生9-十八碳烯二酸。在說明羥基化的不飽和二酸的形成的資料方面的文獻(xiàn)相對不足。D.Fabritius， H. J. SchSfer 和 A. Steinbiichel 的出版物即 Appl. Microbiol. Biotechnol.，(1996) ,45, 342-348說明了通過使用熱帶假絲酵母(CandidaTropicalis)的突變株使油酸發(fā)酵而形成 3-羥基-9-十八碳烯二酸。用N-甲基-N-硝基-N’ -亞硝基胍使熱帶假絲酵母DSM 3152 菌株突變產(chǎn)生突變體M25，這使得所獲得的羥基化二酸的濃度為使用母菌株時所獲得的羥 基化二酸的濃度的1. 8倍。專利US 6569670描述了用于制造二酸的發(fā)酵方法。在該專利的第6欄第25行中 描述了天然脂肪酸的用途。特別地，描述了蓖麻油酸、其酯和具有高的蓖麻油酸含量的甘油三酯，盡管沒有舉例說明。就環(huán)境而言，目前的發(fā)展導(dǎo)致在能源和化學(xué)領(lǐng)域受到偏愛的源自可再生資源的天 然原料的使用。因此，從植物或動物來源的油或脂肪中提取的因而是可再生的脂肪酸/脂 肪酸酯正變成特別有利的原料。 使用脂肪酸作為原料的工業(yè)方法的實(shí)例是以從蓖麻油中提取的蓖麻油酸為原料 制造11-氨基i^一酸，其形成Rilsan 合成的基礎(chǔ)。在EditionsTECHNIP (1986)中發(fā)表的 A· Chauvel 等人白勺著作“Les Procedes dePetrochimie" [Petrochemical Processes]中描 述了這種方法。11-氨基十一酸是以幾個步驟獲得的。第一步驟包括使蓖麻油在堿性介質(zhì) 中進(jìn)行甲醇分解，從而產(chǎn)生蓖麻油酸甲酯，隨后使蓖麻油酸甲酯進(jìn)行熱解以一方面得到庚 醛，另一方面得到十一碳烯酸甲酯。通過水解將十一碳烯酸甲酯轉(zhuǎn)化為酸形式。隨后，使 形成的酸經(jīng)歷溴氫化作用以產(chǎn)生ω-溴化酸，該ω-溴化酸通過胺化(amination)轉(zhuǎn)化為 11-氨基十一酸。這種方法導(dǎo)致同時產(chǎn)生11-氨基十一酸和庚醛，它們在價值上應(yīng)分開收取。庚醛 可應(yīng)用于香料或精細(xì)化學(xué)品市場，或者還必須通過氧化轉(zhuǎn)化為庚酸以應(yīng)用于油、增塑劑或 油漆中，或者還必須轉(zhuǎn)化為庚醇以應(yīng)用于增塑劑、健康和安全領(lǐng)域。而且，庚醛僅具有有限 的市場并且主要轉(zhuǎn)化為尤其是在價值上待收取的庚酸。蓖麻油包含約85%的蓖麻油酸。在制造10-十一碳烯酸的常規(guī)方法中，蓖麻油中 存在的其它脂肪酸不裂化并且導(dǎo)致包含具有低附加值的化合物的稱為Esterol的級分。這些市場可以是高度波動性的，希望找到如下的方法，該方法使得可避免產(chǎn)生庚 醛，同時促進(jìn)可以用在工業(yè)上例如用于制造工業(yè)聚合物或用于制藥工業(yè)的其它化合物的形 成。在制藥工業(yè)中，7-氧代庚酸甲酯具有特別用途；具體地說，在前列腺素類化合物 例如 2-(6-甲氧基羰基己基)環(huán)戊-2-烯-1-酮(Bosone，Enrico ；Synthesisl983 (11), 第942-4頁)的合成期間、或者在前列腺素例如Mexiprostil 的合成期間，必須使得7-氧 代庚酸甲酯是可得到的(Kolb, Μ.，Tetrahedron Letters，1988，第 29 卷(51)，第 6769-72 頁)。而且，十一碳烯酸在制藥工業(yè)領(lǐng)域中也有用途，其中十一碳烯酸用作用于對海藻 糖進(jìn)行處理的組合物中的活性成分。因此，必須找到一種這樣的方法，該方法使得可得到7-氧代庚酸甲酯和十一碳烯 酸兩者，另外，該方法使用天然來源的可再生材料蓖麻油。因此，本發(fā)明的主題是使蓖麻油轉(zhuǎn)化的方法。根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括下列相繼的步驟a)通過細(xì)菌、酵母或真菌對蓖麻油酸進(jìn)行發(fā)酵，以得到7-羥基-9-十八碳烯二 酸；b)將步驟a)中得到的7-羥基-9-十八碳烯二酸進(jìn)行酯化，以形成相應(yīng)的二甲酯 (methyl diester)；c)對步驟b)中得到的產(chǎn)物進(jìn)行高溫裂化，以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸 甲酯的混合物；d)將步驟C)中得到的十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分離；
e)對步驟d)中得到的十一碳烯酸甲酯進(jìn)行水解，以形成十一碳烯酸。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟d)完成時得到7-氧代庚酸甲酯，在步驟e)結(jié)束時得 到十一碳烯酸。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，可將步驟e)中得到的十一碳烯酸轉(zhuǎn)化為11-氨基 十一酸和可將步驟d)中得到的7-氧代庚酸甲酯轉(zhuǎn)化為7-氨基庚酸。這些作為氨基酸的化合物在化學(xué)工業(yè)中并且尤其是在聚合物工業(yè)，例如聚酰胺或 工業(yè)聚合物的制造中具有特別用途。因此，作為本發(fā)明主題的方法可另外包括下列步驟f)使步驟e)中得到的十一碳烯酸與HBr反應(yīng)，以形成11-溴代十一碳烯酸，g)使步驟f)中得到的11-溴代十一碳烯酸與氨反應(yīng)，以形成11-氨基十一酸。作為本發(fā)明主題的方法還可包括將步驟d)中得到的7-氧代庚酸甲酯還原性地胺 化的步驟和隨后的水解步驟以形成7-氨基庚酸。7-氨基庚酸是值得注意的單體。這是因?yàn)樵搯误w具有很小的環(huán)化傾向，并且得自 7-氨基庚酸的聚酰胺7具有高于聚酰胺6的熔點(diǎn)。優(yōu)選地，所述蓖麻油酸得自主要從蓖麻油植物中提取，但是也從一些藻類以及經(jīng) 基因改性或未經(jīng)基因改性的植物例如亞麻或油菜中提取的植物油。步驟a)中采用的蓖麻油酸可源自蓖麻油。蓖麻油包含約85%的蓖麻油酸和低百 分率的其它脂肪酸。當(dāng)在上述方法的步驟a)中采用蓖麻油時，在高溫裂化步驟c)之后，該油中存在的 除了蓖麻油酸之外的脂肪酸轉(zhuǎn)化為ci8、C16和C2tl 二酸，這些二酸自身可應(yīng)用于工業(yè)聚合物 的制造。在本說明書的后續(xù)部分中，為了清楚起見，使用術(shù)語“酸”沒有區(qū)別地表示酸和酯 或者甘油三酯。這是因?yàn)?，在本發(fā)明的方法中，蓖麻油酸可以其酸形式或其酯形式或其甘油 三酯形式進(jìn)行處理。通過醇解、酯化、酯交換或水解進(jìn)行從一種形式到另一種形式的轉(zhuǎn)變。在本發(fā)明的方法中，使用天然來源即存在于油或脂肪中的脂肪酸或脂肪酸酯。除 了參與反應(yīng)的酯或酸之外，所述脂肪酸酯實(shí)際上還包含具有密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)式的酯或酸的 混合物。作為實(shí)例，除了蓖麻油酸之外，蓖麻油還同時包含油酸和亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸和 花生酸。這些飽和的、單個不飽和度的、兩個不飽和度的或多個不飽和度的酸的存在對所述 方法的進(jìn)程沒有顯著影響，只要在裂化步驟期間實(shí)施產(chǎn)物的分離。作為本發(fā)明主題的方法的第一步驟即步驟a)通過在微生物存在下的發(fā)酵進(jìn)行， 也就是說，使用使得原料的脂肪酸酯、甘油三酯或酸可被氧化的任何細(xì)菌、真菌或酵母進(jìn)行 發(fā)酵。所述發(fā)酵步驟可以在包含使得可獲得7-羥基-9-十八碳烯二酸的酶的微生物的 存在下進(jìn)行。可沒有區(qū)別地對脂肪酸、脂肪酸酯和甘油三酯進(jìn)行發(fā)酵。這是因?yàn)樗鑫⑸镆?能夠代謝醇和甘油。作為本發(fā)明主題的方法的步驟b)由對步驟a)中所得到的7-羥基-9-十八碳烯 二酸進(jìn)行酯化以形成相應(yīng)的二甲酯組成。優(yōu)選地，該酯化步驟在過量的甲醇和催化劑例如 酸催化劑的存在下進(jìn)行。
對步驟b)中得到的產(chǎn)物進(jìn)行高溫裂化以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯的混合物的步驟c)優(yōu)選在400°C 600°C的溫度下進(jìn)行。分離步驟d)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是常規(guī)步驟，因此不進(jìn)行具體描述。作為實(shí) 例，所述分離可由蒸餾組成。水解步驟e)優(yōu)選在氫氧化鈉的存在下在接近環(huán)境溫度的溫度下進(jìn)行，但是也可 以例如在80°C的溫度和壓力下進(jìn)行。步驟f)由溴氫化作用組成，所述溴氫化作用優(yōu)選在溶劑例如甲苯和自由基引發(fā) 劑例如過氧化苯甲酰的存在下進(jìn)行。最后，胺化步驟g)優(yōu)選在大大過量的氨水溶液的存在下進(jìn)行。將步驟c)中得到的7-氧代庚酸還原性地胺化以形成7-氨基庚酸可根據(jù)許多催 化方法或酶促(enzymatic)方法進(jìn)行，例如根據(jù)專利申請US 5973208中描述的方法進(jìn)行。在作為本發(fā)明主題的方法的一個實(shí)施方式中，使用14-羥基-順式-11- 二十碳烯 酸作為蓖麻油酸的代替物。因此，本發(fā)明還涉及14-羥基-順式-11-二十碳烯酸的轉(zhuǎn)化方法，包括下列相繼 的步驟a)通過細(xì)菌、酵母或真菌對14-羥基-順式_11_ 二十碳烯酸進(jìn)行發(fā)酵，以得到 7-羥基-11-二十碳烯二酸；b)對步驟a)中得到的7-羥基-11-二十碳烯二酸進(jìn)行酯化，以形成相應(yīng)的二甲 酯；c)對步驟b)中得到的產(chǎn)物進(jìn)行高溫裂化，以形成12-十三碳烯酸甲酯和7-氧代 庚酸甲酯的混合物；d)將步驟c)中得到的12-十三碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分離；e)將步驟d)中得到的12-十三碳烯酸甲酯水解，以形成12-十三碳烯酸。該方法可另外包括將步驟d)中得到的7-氧代庚酸甲酯還原性地胺化的步驟和隨 后的水解步驟以形成7-氨基庚酸。下列實(shí)施例采用蓖麻油酸來舉例說明但不限制作為本發(fā)明主題的方法。 實(shí)施例實(shí)施例1 所述方法的步驟a)，蓖麻油酸的發(fā)酵在該實(shí)施例中，在包含蓖麻油酸的介質(zhì)中培養(yǎng)酵母菌株。隨后將該混合物在120°C 下滅菌15分鐘。將培養(yǎng)物保持在30°C下。不斷加入氫氧化鈉溶液以將pH維持在7-7. 5。 在培養(yǎng)48小時之后，通過使用二乙醚進(jìn)行萃取而收取羥基化的不飽和二酸。通過采用這種 程序，可得到7-羥基-9-十八碳烯二酸。實(shí)施例2 所述方法的步驟b)，7-羥基-9-十八碳烯二酸的酯化通過在酸催化劑和甲醇存在下的反應(yīng)將產(chǎn)生的二酸酯化以產(chǎn)生二甲酯。在由Wako 得到的硫酸化氧化鋯非均相酸催化劑的存在下將Ig 二酸與甲醇混合在一起。將該反應(yīng)混 合物在150°C下加熱直至達(dá)到平衡，然后蒸餾除去過量的甲醇。這些實(shí)驗(yàn)條件使得可獲得 7-羥基-9-十八碳烯二酸的二甲酯。實(shí)施例3 所述方法的步驟C)，所述二酯的熱裂化
在停留時間為15秒的管式爐中在500°C下進(jìn)行所述二甲酯的熱裂化。在260°C下 蒸發(fā)所述二酯之后，將其與加熱至600°C的蒸汽混合。得自該反應(yīng)的物流首先在其中溫度降 低至約150°C的一系列換熱器中冷凝。然后通過沉降分離出水。在連續(xù)的蒸餾柱中對所形 成的產(chǎn)物進(jìn)行分餾。在這些實(shí)驗(yàn)條件下，可由此收取如下餾分十一碳烯酸甲酯、7-氧代庚 酸的酯、以及不同于得自蓖麻油酸的二酯的二酯。在分離之后，可在反應(yīng)器的入口處回收未 轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物。作為本發(fā)明主題的方法的步驟d)、e)和f)是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說為常規(guī)的 步驟，因此不進(jìn)行說明。實(shí)施例4 -J-氧代庚酸甲酯的還原性胺化
將Ig亞鉻酸銅催化劑、8g 7-氧代庚酸甲酯、30g乙醇和30g氨引入到裝有磁性攪 拌器的高壓釜中。隨后在80巴的壓力下引入氫氣。隨后在1小時之內(nèi)將所述高壓釜加熱 至150°C并保持在該溫度下2小時。在過濾以除去催化劑并除去溶劑之后對產(chǎn)物進(jìn)行分析。 這些實(shí)驗(yàn)條件使得可獲得7-氨基庚酸甲酯。隨后可將7-氨基庚酸甲酯水解以形成7-氨 基庚酸。所述水解在停留時間為30分鐘的帶有夾套的反應(yīng)器中在25°C下進(jìn)行。在純化之 后可以將甲醇回收用于酯化步驟。
權(quán)利要求
蓖麻油酸的轉(zhuǎn)化方法，包括下列相繼的步驟a)通過細(xì)菌、酵母或真菌對蓖麻油酸進(jìn)行發(fā)酵，以得到7-羥基-9-十八碳烯二酸；b)將步驟a)中得到的7-羥基-9-十八碳烯二酸進(jìn)行酯化，以形成相應(yīng)的二甲酯；c)對步驟b)中得到的產(chǎn)物進(jìn)行高溫裂化，以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯的混合物；d)將步驟c)中得到的十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分離；e)對步驟d)中得到的十一碳烯酸甲酯進(jìn)行水解，以形成十一碳烯酸。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其另外包括下列步驟f)使步驟e)中得到的十一碳烯酸與HBr反應(yīng)，以形成11-溴代十一碳烯酸；g)使步驟f)中得到的11-溴代十一碳烯酸與氨反應(yīng)，以形成11-氨基十一酸。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，其另外包括將步驟d)中得到的7-氧代庚酸甲 酯還原性地胺化的步驟和隨后的水解步驟以形成7-氨基庚酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及使蓖麻油酸轉(zhuǎn)化的方法，包括下列相繼的步驟a)用細(xì)菌、酵母或真菌對蓖麻油酸進(jìn)行發(fā)酵以得到7-羥基-9-十八碳烯二酸；b)將步驟a)中得到的7-羥基-9-十八碳烯二酸進(jìn)行酯化以形成相應(yīng)的二甲酯；c)對步驟b)中得到的產(chǎn)物進(jìn)行高溫裂化以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯的混合物；d)將步驟c)中得到的十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分離；e)對步驟d)中得到的十一碳烯酸甲酯進(jìn)行水解以形成十一碳烯酸。
文檔編號C10G9/36GK101868551SQ200880116906
公開日2010年10月20日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者讓-盧克·杜波依斯 申請人:阿克馬法國公司