JP5336904B2 - Method for producing carboxylic acid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カルボン酸アミドを不純物として含む粗カルボン酸水溶液からカルボン酸を製造する方法に関する。特に、本発明は、ニトリル化合物の加水分解反応によって得られたカルボン酸アンモニウム塩水溶液を脱塩することで得られた粗カルボン酸水溶液中に反応副生物として含まれるカルボン酸アミドを、カルボン酸アンモニウムに変換することで、最終的に製造されるカルボン酸の品質を高くできるカルボン酸の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carboxylic acid from a crude carboxylic acid aqueous solution containing a carboxylic acid amide as an impurity. In particular, the present invention relates to carboxylic acid amide contained as a reaction by-product in a crude carboxylic acid aqueous solution obtained by desalting an aqueous carboxylic acid ammonium salt solution obtained by hydrolysis of a nitrile compound. It is related with the manufacturing method of carboxylic acid which can make the quality of the carboxylic acid finally manufactured high by converting into.
カルボン酸を製造する様々な方法の中で、中間体としてカルボン酸アンモニウム塩を経由するものが幾つか知られている。例えば、カルボン酸を発酵生産する場合、発酵中のpH制御のためアンモニア水を使用すると、発酵生産で得られる物質はカルボン酸アンモニウムとなる(特許文献1)。また、ニトリル化合物を出発原料としてカルボン酸を製造する場合、ニトリラーゼ等の酵素を利用する加水分解反応で得られる物質はカルボン酸アンモニウムである(特許文献2)。また、金属触媒を使ってニトリル化合物をワンステップで加水分解し、カルボン酸アンモニウムを製造する例もある(特許文献3)。 Among various methods for producing carboxylic acids, several are known as intermediates via ammonium carboxylate. For example, when carboxylic acid is produced by fermentation, when ammonia water is used for pH control during fermentation, the substance obtained by fermentation production is ammonium carboxylate (Patent Document 1). Moreover, when manufacturing carboxylic acid using a nitrile compound as a starting material, the substance obtained by the hydrolysis reaction using enzymes, such as nitrilase, is ammonium carboxylate (patent document 2). There is also an example of producing ammonium carboxylate by hydrolyzing a nitrile compound in one step using a metal catalyst (Patent Document 3).
これらのようなカルボン酸アンモニウム塩水溶液は、不純物としてカルボン酸アミドを含む場合がある。例えば、ニトリル化合物を出発原料に、微生物菌体を触媒としてカルボン酸を製造する場合、該微生物菌体中にニトリルヒドラターゼが存在するとカルボン酸アミドが生成してしまう(特許文献4)。また、微生物菌体触媒が、ニトリラーゼであっても、本来はカルボン酸アンモニウムまで変換する触媒能を有しているにも関わらず、加水分解反応の中間体であるカルボン酸アミドが副生する場合がある(非特許文献1)。更に、金属触媒を使った加水分解においても、実施例を見る限り、カルボン酸アミドの副生は避けられない(特許文献3)。 Such aqueous carboxylic acid ammonium salt solutions may contain carboxylic acid amides as impurities. For example, when carboxylic acid is produced using a nitrile compound as a starting material and microbial cells as a catalyst, carboxylic acid amides are produced if nitrile hydratase is present in the microbial cells (Patent Document 4). In addition, even if the microbial cell catalyst is nitrilase, the carboxylic acid amide, which is an intermediate of the hydrolysis reaction, is produced as a by-product even though it originally has catalytic ability to convert to ammonium carboxylate. (Non-Patent Document 1). Furthermore, in the hydrolysis using a metal catalyst, as long as the examples are seen, by-product formation of carboxylic acid amide is inevitable (Patent Document 3).
副生カルボン酸アミドの処理方法についても、様々な方法が知られている。例えば、カルボン酸とアンモニアとの反応によるカルボン酸アミドの生成を防ぎながら、カルボン酸アミドを熱分解する方法が示されている(特許文献5)が、共沸溶媒の使用と共沸条件温度が必須であり、工程が複雑になる問題があった。 Various methods for treating the by-product carboxylic acid amide are also known. For example, a method for thermally decomposing carboxylic acid amide while preventing the formation of carboxylic acid amide by reaction of carboxylic acid with ammonia has been shown (Patent Document 5). There is a problem that it is essential and the process becomes complicated.
また、別法として、カルボン酸アミドを加水分解するのに酸性触媒を用いる方法が示されているが、必ず酸性触媒のアンモニウム塩が生成するため、前記アンモニウム塩を廃棄物としないためには、電気透析等の方法を使って再生させる必要があり煩雑であった。(特許文献6)更にアルカリ金属塩等のアルカリ触媒を用いて、カルボン酸アミドを加水分解する方法が示されている(特許文献6)が、生成されるカルボン酸金属塩を脱塩する工程も必要であり、更なる簡素化が望まれていた。 As another method, an acidic catalyst is used to hydrolyze the carboxylic acid amide, but since an ammonium salt of the acidic catalyst is always produced, in order not to make the ammonium salt a waste, It was complicated because it was necessary to regenerate using a method such as electrodialysis. (Patent Document 6) Further, a method of hydrolyzing a carboxylic acid amide using an alkali catalyst such as an alkali metal salt is disclosed (Patent Document 6), but a step of desalting the produced carboxylic acid metal salt is also included. It was necessary and further simplification was desired.
本発明の課題は、カルボン酸アミドを不純物として含む粗カルボン酸水溶液からカルボン酸を製造する方法を提供することにある。本発明の課題は特に、ニトリル化合物の加水分解反応によって得られたカルボン酸アンモニウム塩水溶液を脱塩することで得られた粗カルボン酸水溶液中に、反応副生物として含まれるカルボン酸アミドを、カルボン酸アンモニウムに変換することで、最終的に製造されるカルボン酸の品質を高くできるカルボン酸の製造方法を提供することにある。 The subject of this invention is providing the method of manufacturing carboxylic acid from the crude carboxylic acid aqueous solution which contains carboxylic amide as an impurity. The problem of the present invention is that, in particular, a carboxylic acid amide contained as a reaction by-product in a crude carboxylic acid aqueous solution obtained by desalting an aqueous carboxylic acid ammonium salt solution obtained by a hydrolysis reaction of a nitrile compound, An object of the present invention is to provide a method for producing a carboxylic acid capable of improving the quality of the carboxylic acid finally produced by converting it to ammonium acid.
本発明者らは、カルボン酸アミドを不純物として含む粗カルボン酸水溶液からカルボン酸を製造するに当たり、該カルボン酸アミドを低減させる方法について、鋭意検討を行ったところ、驚くべきことに、該粗カルボン酸水溶液を固体酸触媒と接触させることで、前記カルボン酸水溶液中に存在するカルボン酸アミドが、触媒的に加水分解される現象を見出した。この知見に基づいて、本発明者らは、更に前記カルボン酸アミドの加水分解について検討を重ねたところ、前記粗カルボン酸水溶液中に含まれる、該カルボン酸に対応するカルボン酸アンモニウム塩が少ないほど、前記カルボン酸アミドの加水分解反応が効率的に進むことを見出し、また、そのようにして得られた、カルボン酸水溶液の品質が非常に高いことを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies on a method for reducing the carboxylic acid amide in producing a carboxylic acid from a crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide as an impurity. It has been found that the carboxylic acid amide present in the carboxylic acid aqueous solution is hydrolyzed catalytically by contacting the acid aqueous solution with a solid acid catalyst. Based on this knowledge, the present inventors have further studied the hydrolysis of the carboxylic acid amide, and as the amount of the carboxylic acid ammonium salt corresponding to the carboxylic acid contained in the crude carboxylic acid aqueous solution decreases. The present inventors have found that the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide proceeds efficiently, and found that the quality of the aqueous carboxylic acid solution thus obtained is very high, thereby completing the present invention.
即ち、本発明は以下に記載する通りの構成を有する。
(1) カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液を固体酸触媒と接触させることによって該カルボン酸アミドを加水分解する工程を含む、カルボン酸の製造方法。
(2) カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を脱塩した後、固体酸触媒と接触させることによって該カルボン酸アミドを加水分解する工程を含む、カルボン酸の製造方法。
(3) 該カルボン酸アミドを加水分解する工程において、該カルボン酸アミドを500[重量ppm/カルボン酸]以下に低減させる、(1)又は(2)に記載のカルボン酸の製造方法。
(4) 前記粗カルボン酸水溶液が対応するニトリル化合物の加水分解反応によって得られたものである、(1)から(3)の何れかに記載のカルボン酸の製造方法。
(5) 前記ニトリル化合物の加水分解を、ニトリラーゼ、及び/又はニトリルヒドラターゼとアミダーゼの組み合わせによって酵素触媒的に行う、(4)に記載のカルボン酸の製造方法。
(6) 前記ニトリル化合物の加水分解が、ニトリラーゼによって行われる、(4)に記載のカルボン酸の製造方法。
(7) 前記ニトリラーゼが、Acinetobacter属由来である、(5)または(6)に記載のカルボン酸の製造方法。
(8) 前記Acinetobacter属が、Acinetobacter sp.AK226である、(7)に記載のカルボン酸の製造方法。
(9) 前記固体酸触媒が、ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂、ヘテロポリ酸塩、及び層状金属酸化物からなる群から選択される一種以上である、(1)から(8)のいずれか1項に記載のカルボン酸の製造方法。
(10) 前記固体酸触媒が強酸性陽イオン交換樹脂であって、カルボン酸アミドを加水分解する工程において、使用する固体酸触媒により、該カルボン酸アミドの加水分解反応でカルボン酸アンモニウム塩を生成させると同時に、該カルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸へ変換させるとともに不純物カチオンを除去する、(1)から(9)のいずれか1項に記載のカルボン酸の製造方法。
(11) 前記カルボン酸を製造する工程の後、アニオン交換樹脂によって不純物アニオンを除去する工程をさらに含む、(10)に記載のカルボン酸の製造方法。
(12) 前記カルボン酸を製造する工程の後、アニオン交換樹脂によって不純物アニオンを除去する工程と、カチオン交換樹脂によって不純物カチオンを除去する工程とをさらに含む、(10)に記載のカルボン酸の製造方法。
(13) 前記カルボン酸が、α−ヒドロキシ酸である、(1)から(12)のいずれか1項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
(14) 前記α−ヒドロキシ酸が、乳酸またはグリコール酸である、(13)に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
(15) 前記α−ヒドロキシ酸が、グリコール酸である、(13)に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
(16) (13)から(15)のいずれか1項に記載の方法で得られたα−ヒドロキシ酸の水溶液を原料としてα−ヒドロキシ酸オリゴマーを合成する工程と、前記α−ヒドロキシ酸オリゴマーを解重合させてその環状二量体エステルを得る工程と、を含む、環状二量体エステルの製造方法。
(17) (16)に記載の方法で得られた環状二量体エステルを原料として開環重合反応でポリα−ヒドロキシ酸を得る工程を含む、ポリα−ヒドロキシ酸の製造方法。
That is, the present invention has a configuration as described below.
(1) A method for producing a carboxylic acid, comprising a step of hydrolyzing the carboxylic acid amide by bringing a crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide into contact with a solid acid catalyst.
(2) A method for producing a carboxylic acid, comprising a step of hydrolyzing the carboxylic acid amide by contacting with a solid acid catalyst after desalting an aqueous solution of a crude carboxylic acid ammonium salt containing the carboxylic acid amide.
(3) The method for producing a carboxylic acid according to (1) or (2), wherein in the step of hydrolyzing the carboxylic acid amide, the carboxylic acid amide is reduced to 500 [weight ppm / carboxylic acid] or less.
(4) The method for producing a carboxylic acid according to any one of (1) to (3), wherein the crude carboxylic acid aqueous solution is obtained by a hydrolysis reaction of a corresponding nitrile compound.
(5) The method for producing a carboxylic acid according to (4), wherein the hydrolysis of the nitrile compound is performed as an enzyme catalyst by nitrilase and / or a combination of nitrile hydratase and amidase.
(6) The method for producing a carboxylic acid according to (4), wherein the hydrolysis of the nitrile compound is performed by nitrilase.
(7) The method for producing a carboxylic acid according to (5) or (6), wherein the nitrilase is derived from the genus Acinetobacter.
(8) The method for producing a carboxylic acid according to (7), wherein the Acinetobacter genus is Acinetobacter sp. AK226.
(9) Any one of (1) to (8), wherein the solid acid catalyst is one or more selected from the group consisting of zeolite, strongly acidic cation exchange resin, heteropolyacid salt, and layered metal oxide. The manufacturing method of carboxylic acid as described in a term.
(10) The solid acid catalyst is a strongly acidic cation exchange resin, and in the step of hydrolyzing the carboxylic acid amide, an ammonium carboxylate salt is produced by the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide by the solid acid catalyst used. The method for producing a carboxylic acid according to any one of (1) to (9), wherein at the same time, the ammonium carboxylate is converted into a carboxylic acid and an impurity cation is removed.
(11) The method for producing a carboxylic acid according to (10), further comprising a step of removing impurity anions with an anion exchange resin after the step of producing the carboxylic acid.
(12) The production of the carboxylic acid according to (10), further comprising a step of removing impurity anions with an anion exchange resin and a step of removing impurity cations with a cation exchange resin after the step of producing the carboxylic acid. Method.
(13) The method for producing an α-hydroxy acid according to any one of (1) to (12), wherein the carboxylic acid is an α-hydroxy acid.
(14) The method for producing an α-hydroxy acid according to (13), wherein the α-hydroxy acid is lactic acid or glycolic acid.
(15) The method for producing an α-hydroxy acid according to (13), wherein the α-hydroxy acid is glycolic acid.
(16) A step of synthesizing an α-hydroxy acid oligomer using an aqueous solution of α-hydroxy acid obtained by the method according to any one of (13) to (15) as a raw material, and the α-hydroxy acid oligomer And depolymerizing to obtain the cyclic dimer ester. A method for producing the cyclic dimer ester.
(17) A method for producing a poly α-hydroxy acid, comprising a step of obtaining a poly α-hydroxy acid by a ring-opening polymerization reaction using the cyclic dimer ester obtained by the method according to (16) as a raw material.
本発明は、カルボン酸アミドを不純物として含む粗カルボン酸水溶液からカルボン酸を製造する方法を提供できる。特に、本発明は、ニトリル化合物の加水分解反応によって得られたカルボン酸アンモニウム塩水溶液を脱塩することで得られた粗カルボン酸水溶液中に、反応副生物として含まれるカルボン酸アミドを、カルボン酸アンモニウムに変換することで、最終的に製造されるカルボン酸の品質を高くできるカルボン酸の製造方法を提供できる。 The present invention can provide a method for producing a carboxylic acid from a crude carboxylic acid aqueous solution containing a carboxylic acid amide as an impurity. In particular, the present invention provides a carboxylic acid amide contained as a reaction by-product in a crude carboxylic acid aqueous solution obtained by desalting an aqueous carboxylic acid ammonium salt solution obtained by hydrolysis of a nitrile compound. By converting to ammonium, it is possible to provide a method for producing a carboxylic acid capable of improving the quality of the finally produced carboxylic acid.
1 ニトリル化合物供給ライン
2 加水分解反応混合液供給ライン
3 電気透析工程酸室回収カルボン酸混合液供給ライン
4 電気透析工程塩基室アンモニア混合液回収ライン
5 電気透析工程塩基室アンモニア混合液循環ライン
6 電気透析工程塩基室アンモニア混合液分離回収ライン
7 アミド分解反応後カルボン酸混合液供給ライン
8 アニオン交換精製工程後カルボン酸混合液供給ライン
9,15,19 アニオン交換精製工程洗浄液および再生・逆再生液回収ライン
10 カチオン交換精製工程後カルボン酸混合液回収ライン
11 カチオン交換精製工程洗浄液および再生・逆再生液回収ライン
12 αカチオン交換後カルボン酸混合液供給ライン
13 αカチオン交換後洗浄液および再生・逆再生液回収ライン
14,18 アニオン交換精製工程後カルボン酸混合液回収ライン
16 βカチオン交換後カルボン酸混合液供給ライン
17 βカチオン交換後洗浄液および再生・逆再生液回収ライン
1 Nitrile
以下本発明について具体的に説明する。
本発明において、カルボン酸、カルボン酸アミド、カルボン酸アンモニウムの3つに共通するカルボン酸は特に制限されず、広い範囲の化合物から選択できる。代表的なカルボン酸は、式RCOOHで表すことができる。(式中、Rは水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環基等を示し、これらの基はさらに置換基を有していてもよい)。前記カルボン酸には、ジカルボン酸、トリカルボン酸等のポリカルボン酸類も含まれる。すなわち、前記脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環基は一価の基に限らず、二価以上の多価基であってもよい。
The present invention will be specifically described below.
In the present invention, the carboxylic acid common to the three of carboxylic acid, carboxylic acid amide, and ammonium carboxylate is not particularly limited, and can be selected from a wide range of compounds. An exemplary carboxylic acid can be represented by the formula RCOOH. (In the formula, R represents a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, a heterocyclic group, etc., and these groups may further have a substituent) . The carboxylic acid includes polycarboxylic acids such as dicarboxylic acid and tricarboxylic acid. That is, the aliphatic hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, and heterocyclic group are not limited to monovalent groups, and may be divalent or higher polyvalent groups.
前記脂肪族炭化水素基には、飽和炭化水素基、例えば、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル等の炭素数1〜12(好ましくは1〜6)程度のアルキル基や不飽和炭化水素基、例えば、具体的には、ビニル、アリル、1−プロペニル、イソプロペニル、2−ブテニル等の炭素数2〜12程度のアルケニル基やエチニル、2−プロピニル等の炭素数2〜12程度のアルキニル基、及び炭素数2〜12程度のアルキレン基等が含まれる。 The aliphatic hydrocarbon group may be a saturated hydrocarbon group such as, for example, methyl, ethyl, propyl, butyl, isobutyl, s-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl, etc. Alkyl group or unsaturated hydrocarbon group of about 1 to 12 (preferably 1 to 6), for example, specifically, about 2 to 12 carbon atoms such as vinyl, allyl, 1-propenyl, isopropenyl, 2-butenyl, etc. Alkenyl groups, ethynyl, 2-propynyl and the like alkynyl groups having about 2 to 12 carbon atoms, and alkylene groups having about 2 to 12 carbon atoms.
脂環式炭化水素基には、例えば、具体的には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル等の炭素数3〜10程度のシクロアルキル基や、これらに対応するシクロアルキレン基等が含まれ、芳香族炭化水素基としては、例えば、具体的には、フェニル、ナフチル等の炭素数6〜14程度のアリール基やこれらに対応するアリーレン基等を挙げることができる。 Specific examples of the alicyclic hydrocarbon group include cycloalkyl groups having about 3 to 10 carbon atoms such as cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclooctyl, and cycloalkylene groups corresponding to these. Specific examples of the aromatic hydrocarbon group included include aryl groups having about 6 to 14 carbon atoms such as phenyl and naphthyl, and arylene groups corresponding to these aryl groups.
複素環基としては、例えば、具体的には、窒素、酸素、硫黄原子から選択された少なくとも一つの原子をヘテロ原子として含む複素環基を挙げることができる。前記複素環基は、芳香族性複素環基、非芳香族性複素環基、縮合複素環基のいずれであってもよい。複素環基としては、例えば、具体的には、フリル、チエニル、ピロリル、ピロリジニル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジル、ピリダジニル、ピペリジノ、モルホリノ、モルホルニル、キノリル基等を挙げることができる。 Specific examples of the heterocyclic group include a heterocyclic group containing at least one atom selected from nitrogen, oxygen, and sulfur atoms as a hetero atom. The heterocyclic group may be any of an aromatic heterocyclic group, a non-aromatic heterocyclic group, and a condensed heterocyclic group. Specific examples of the heterocyclic group include furyl, thienyl, pyrrolyl, pyrrolidinyl, pyridyl, pyrazinyl, pyrimidyl, pyridazinyl, piperidino, morpholino, morpholinyl, and quinolyl groups.
Rで示されるこれらの基は、更に、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルキル基(メチル、エチル、プロピル、イソプロピル等の炭素数1〜5のアルキル基等)、アリール基(フェニル、トリル、キシリル、クロロフェニル、メトキシフェニル、ナフチル等の炭素数6〜14のアリール基等)、エーテル基、アルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ等の炭素数1〜5のアルコキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ等の炭素数6〜14のアリールオキシ基等)、メルカプト基、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ、エチルチオ等の炭素数1〜5のアルキルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ等の炭素数6〜14のアリールチオ基等)、カルボキシル基、エステル基(例えば、メトキシカルボニル等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、アセトキシ等の炭素数2〜12等のアシルオキシ基等)、アシル基(例えば、アセチル、ベンゾイル等の炭素数2〜12のアシル基等)、アミノ基、モノまたはジ置換アミノ基(例えば、メチルアミノ、ジメチルアミノ等のモノまたはジ−置換で炭素数1〜5のアルキルアミノ基等)、ニトロ基等の置換基を有していてもよい。上記の中でも特に好ましくは、α−ヒドロキシカルボン酸を挙げることができる。 These groups represented by R further include a halogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group (such as an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, etc.), an aryl group (phenyl, tolyl, xylyl, chlorophenyl). , Aryl groups having 6 to 14 carbon atoms such as methoxyphenyl and naphthyl), ether groups, alkoxy groups (for example, alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms such as methoxy and ethoxy), aryloxy groups (for example, phenoxy and the like) An aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms, etc.), a mercapto group, an alkylthio group (for example, an alkylthio group having 1 to 5 carbon atoms such as methylthio and ethylthio), an arylthio group (for example, 6 to 14 carbon atoms such as phenylthio). Arylthio group, etc.), carboxyl group, ester group (for example, carbon such as methoxycarbonyl) 1 to 6 alkoxycarbonyl groups, acyloxy groups having 2 to 12 carbon atoms such as acetoxy), acyl groups (for example, acyl groups having 2 to 12 carbon atoms such as acetyl and benzoyl), amino groups, mono or di It may have a substituent such as a substituted amino group (for example, a mono- or di-substituted alkylamino group having 1 to 5 carbon atoms such as methylamino or dimethylamino), a nitro group, or the like. Of these, α-hydroxycarboxylic acid is particularly preferable.
脂肪族カルボン酸には、例えば、炭素数2〜6の飽和または不飽和カルボン酸(酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸等の飽和カルボン酸類、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸等の飽和ジカルボン酸類、アクリル酸、メタクリル酸、アリル酢酸、クロトン酸等の不飽和カルボン酸類)等が含まれる。
脂環式カルボン酸には、例えば、炭素数4〜10のカルボン酸(シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸等)等が含まれる。
Aliphatic carboxylic acids include, for example, saturated or unsaturated carboxylic acids having 2 to 6 carbon atoms (saturated carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, malonic acid, succinic acid, Saturated dicarboxylic acids such as glutaric acid and adipic acid, and unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, allyl acetic acid and crotonic acid).
Examples of the alicyclic carboxylic acid include carboxylic acids having 4 to 10 carbon atoms (cyclopentanecarboxylic acid, cyclohexanecarboxylic acid, etc.).
芳香族カルボン酸には、例えば、安息香酸、o−、m−及びp−クロロ安息香酸、o−、m−及びp−フルオロ安息香酸、o−、m−及びp−ニトロ安息香酸、o−、m−及びp−トル安息香酸、2,4−ジクロロ安息香酸、p−メトキシ安息香酸、α−ナフテン酸、β−ナフテン酸等の芳香族モノカルボン酸類、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸類が含まれる。芳香族カルボン酸類には、例えば、フェニル酢酸、p−ヒドロキシフェニル酢酸、p−メトキシフェニル酢酸等のアラルキル基を有するカルボン酸も含まれる。 Aromatic carboxylic acids include, for example, benzoic acid, o-, m- and p-chlorobenzoic acid, o-, m- and p-fluorobenzoic acid, o-, m- and p-nitrobenzoic acid, o- , M- and p-tolubenzoic acid, 2,4-dichlorobenzoic acid, p-methoxybenzoic acid, α-naphthenic acid, β-naphthenic acid and other aromatic monocarboxylic acids, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, etc. Of the aromatic dicarboxylic acids. Aromatic carboxylic acids also include carboxylic acids having an aralkyl group such as phenylacetic acid, p-hydroxyphenylacetic acid, and p-methoxyphenylacetic acid.
複素環式カルボン酸には、窒素、酸素、硫黄原子から選択された少なくとも一つの原子をヘテロ原子として含む5または6員環を含む複素環基を有するカルボン酸、例えば、2−チオフェンカルボン酸、2−フロ酸等のヘテロ原子として硫黄または酸素原子を有する複素環式カルボン酸、ニコチン酸、イソニコチン酸、ピラジンカルボン酸、ピペリジンカルボン酸等のヘテロ原子として窒素原子を有するカルボン酸、インドールカルボン酸等の縮合複素環式カルボン酸等が含まれる。 The heterocyclic carboxylic acid includes a carboxylic acid having a heterocyclic group containing a 5- or 6-membered ring containing at least one atom selected from nitrogen, oxygen and sulfur atoms as a heteroatom, such as 2-thiophenecarboxylic acid, Heterocyclic carboxylic acid having a sulfur or oxygen atom as a hetero atom such as 2-furoic acid, nicotinic acid, isonicotinic acid, pyrazine carboxylic acid, carboxylic acid having a nitrogen atom as a hetero atom, indole carboxylic acid, etc. Condensed heterocyclic carboxylic acids and the like.
前記Rで示される脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基または複素環基が置換基を有するカルボン酸には、例えば、アミノ酸化合物、ヒドロキシ酸化合物等が含まれる。アミノ酸化合物としては、例えば、グリシン、α−アミノプロピオン酸、α−アミノ酪酸等のα−アミノ酸、3−アミノプロピオン酸等のβ−アミノ酸等を挙げることができる。ヒドロキシ酸化合物としては、α−ヒドロキシ酸、β−ヒドロキシ酸、γ−ヒドロキシ酸等が含まれる。ヒドロキシ酸化合物の炭素数は、例えば2〜18、好ましくは、2〜8程度がよい。 Examples of the carboxylic acid having a substituent on the aliphatic hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group or heterocyclic group represented by R include amino acid compounds and hydroxy acid compounds. Examples of the amino acid compound include α-amino acids such as glycine, α-aminopropionic acid and α-aminobutyric acid, β-amino acids such as 3-aminopropionic acid, and the like. Examples of the hydroxy acid compound include α-hydroxy acid, β-hydroxy acid, γ-hydroxy acid and the like. The number of carbon atoms of the hydroxy acid compound is, for example, 2 to 18, preferably about 2 to 8.
α−ヒドロキシ酸化合物としては、例えば、下記式(Ia)
前記R1、R2およびR1、R2が有してもよい置換基としては、上記Rについての説明箇所で述べた、水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基およびこれらの基が有していてもよい置換基等が挙げられる。例えば、上記Rの説明箇所で述べた炭素数1〜12程度のアルキル基、炭素数2〜12程度のアルケニル基、炭素数2〜12程度のアルキニル基、炭素数3〜10程度のシクロアルキル基、炭素数6〜14程度のアリール基、およびフェニルメチル、1−フェニルエチル、3−フェニルプロピル等の炭素数7〜10程度のアラルキル基等が含まれる。
R1とR2が隣接する炭素原子と共に環を形成する場合の、前記環の例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル環等の炭素数3〜8程度のシクロアルカン環等を挙げることができる。
Examples of the substituent that R 1 , R 2 and R 1 , R 2 may have include a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, an aromatic group described in the explanation section for R above. Group hydrocarbon groups and substituents that these groups may have. For example, the alkyl group having about 1 to 12 carbon atoms, the alkenyl group having about 2 to 12 carbon atoms, the alkynyl group having about 2 to 12 carbon atoms, and the cycloalkyl group having about 3 to 10 carbon atoms described in the explanation part of R above. An aryl group having about 6 to 14 carbon atoms and an aralkyl group having about 7 to 10 carbon atoms such as phenylmethyl, 1-phenylethyl, 3-phenylpropyl and the like.
Examples of the ring in the case where R 1 and R 2 form a ring with adjacent carbon atoms include cyclopropyl having about 3 to 8 carbon atoms such as cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl ring, etc. An alkane ring etc. can be mentioned.
α−ヒドロキシ酸化合物としては、例えば、具体的には、グリコール酸、乳酸、2−ヒドロキシイソ酪酸、2−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシ−4−メチル酪酸、2−ヒドロキシ−2−メチル酪酸、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸、2−ヒドロキシ−3−ブテン酸、2−ヒドロキシ吉草酸、2−ヒドロキシヘキサン酸、2−ヒドロキシオクタン酸等の脂肪族α−ヒドロキシ酸、2−ヒドロキシ−シクロヘキサンカルボン酸、α−ヒドロキシシクロペンタンカルボン酸、α−ヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸等の脂環式α−ヒドロキシ酸、マンデル酸、2−ヒドロキシ−3−フェニル酪酸等の芳香族α−ヒドロキシ酸等を挙げることができる。 Specific examples of the α-hydroxy acid compound include glycolic acid, lactic acid, 2-hydroxyisobutyric acid, 2-hydroxybutyric acid, 2-hydroxy-4-methylbutyric acid, 2-hydroxy-2-methylbutyric acid, 2 -Hydroxy-3-methylbutyric acid, 2-hydroxy-3-butenoic acid, 2-hydroxyvaleric acid, 2-hydroxyhexanoic acid, 2-hydroxyoctanoic acid and other aliphatic α-hydroxy acids, 2-hydroxy-cyclohexanecarboxylic acid And alicyclic α-hydroxy acids such as α-hydroxycyclopentanecarboxylic acid and α-hydroxycyclohexanecarboxylic acid, and aromatic α-hydroxy acids such as mandelic acid and 2-hydroxy-3-phenylbutyric acid. .
前記β−ヒドロキシ酸化合物としては、例えば、具体的には、3−ヒドロキシプロパン酸、3−ヒドロキシ酪酸、3−ヒドロキシヘキサン酸、2−ヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸、3−ヒドロキシ−3−フェニルプロパン酸等を挙げることができる。
また、γ−ヒドロキシ酸化合物としては、例えば、具体的には、4−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシヘキサン酸、3−ヒドロキシヘキサンカルボン酸、4−ヒドロキシ−4−フェニル酪酸等を挙げることができる。
Specific examples of the β-hydroxy acid compound include 3-hydroxypropanoic acid, 3-hydroxybutyric acid, 3-hydroxyhexanoic acid, 2-hydroxycyclohexanecarboxylic acid, and 3-hydroxy-3-phenylpropanoic acid. Can be mentioned.
Specific examples of the γ-hydroxy acid compound include 4-hydroxybutyric acid, 4-hydroxyhexanoic acid, 3-hydroxyhexanecarboxylic acid, 4-hydroxy-4-phenylbutyric acid, and the like.
本発明で用いるカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液は、如何なる方法で製造されたものでも構わないが、通常はニトリル化合物を原料とした、加水分解反応で生成したカルボン酸アンモニウム塩水溶液を脱塩することで得られる。ここで挙げたニトリル化合物とは、上記で説明した各種カルボン酸類の、それに対応するニトリル化合物と定義できる。つまり、代表的な前記ニトリル化合物は、式RCNで表すことができる。(式中、Rは上記カルボン酸RCOOHでの定義と全く同じなのでここでは省略する。) The crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide used in the present invention may be produced by any method, but usually the carboxylic acid ammonium salt aqueous solution produced by the hydrolysis reaction using a nitrile compound as a raw material is desalted. It is obtained by doing. The nitrile compounds mentioned here can be defined as the nitrile compounds corresponding to the various carboxylic acids described above. That is, the representative nitrile compound can be represented by the formula RCN. (In the formula, R is completely the same as the definition in the above-mentioned carboxylic acid RCOOH, and is omitted here.)
好ましいニトリル化合物は、α−シアンヒドリン化合物であり、例えば、下記式(Ib) A preferred nitrile compound is an α-cyanohydrin compound, for example, the following formula (Ib)
更に好ましいニトリル化合物は、グリコロニトリル、ラクトニトリル等の炭素数の少ないα−シアンヒドリン化合物である。 More preferable nitrile compounds are α-cyanohydrin compounds having a small number of carbon atoms such as glycolonitrile and lactonitrile.
本発明においては、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液中の該カルボン酸アミドを加水分解することが必須要件であるため、該粗カルボン酸水溶液に、カルボン酸アミドが含まれていることが前提となる。そこで、先ず、上記ニトリル化合物の加水分解反応でカルボン酸アンモニウム塩水溶液を調製する時に、副生成物として、カルボン酸アミドが副生する反応方法について、様々な例を挙げて説明する。 In the present invention, it is essential to hydrolyze the carboxylic acid amide in the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide. Therefore, it is assumed that the crude carboxylic acid aqueous solution contains the carboxylic acid amide. It becomes. Thus, first, the reaction method in which a carboxylic acid amide is by-produced as a by-product when preparing an aqueous solution of an ammonium carboxylate salt by hydrolysis of the nitrile compound will be described with various examples.
例えば、具体的には、金属触媒を用いてニトリル化合物を加水分解する方法を挙げることができる。(前記特許文献6)加水分解反応は、中間体であるカルボン酸アミドを経由するので、カルボン酸アミドが残存する場合がある。 For example, specifically, a method of hydrolyzing a nitrile compound using a metal catalyst can be mentioned. (Patent Document 6) Since the hydrolysis reaction goes through a carboxylic acid amide that is an intermediate, the carboxylic acid amide may remain.
別の例として、ニトリル化合物を原料に、ニトリラーゼあるいは、ニトリルヒドラターゼとアミダーゼの組み合わせを用いてカルボン酸アンモニウム塩を製造する方法を挙げることができる。ここで、ニトリラーゼはニトリル化合物を直接カルボン酸アンモニウムに、ニトリルヒドラターゼはニトリル化合物をカルボン酸アミドに、アミダーゼはカルボン酸アミドをカルボン酸アンモニウムに、それぞれ変換する酵素である。 As another example, a method for producing a carboxylic acid ammonium salt using a nitrile compound as a raw material and using a combination of nitrilase or nitrile hydratase and amidase can be mentioned. Here, the nitrilase is an enzyme that converts a nitrile compound directly into an ammonium carboxylate, a nitrile hydratase is an enzyme that converts a nitrile compound into a carboxylate amide, and an amidase is an enzyme that converts a carboxylate amide into an ammonium carboxylate.
上記ニトリラーゼ、ニトリルヒドラターゼ、またはアミダーゼ酵素は、反応時の副生成物としてカルボン酸アミドが含まれていること以外は、特に限定されることはなく、如何なるものでも使用でき、例えば、微生物・動植物細胞に由来するものや、遺伝子情報に基づいて人工的に合成したものを使用することができるが、重量当たりの酵素発現量や取り扱いの容易性から、微生物菌体に由来するものが好ましく用いられる。微生物種としては、多くのものが知られているが、例えば、ニトリラーゼ高活性を有するものとして、Rhodococcus属、Pseudomonas属、Acinetobacter属、Alcaligenes属、Corynebacterium属等が挙げられる。また、ニトリルヒドラターゼおよびアミダーゼ高活性を有するものとして、Rhodococcus属、Pseudomonas属等が挙げられる。本発明に係わるカルボン酸アンモニウム塩水溶液の製造には、特にニトリラーゼ高活性を有するものが好ましく、特にグラム陰性菌であるAcinetobacter属が好ましく、更に好ましくはAcinetobacter sp.AK226(FERM BP-08590)である。 The nitrilase, nitrile hydratase, or amidase enzyme is not particularly limited except that a carboxylic acid amide is included as a by-product during the reaction, and any nitrilase, nitrile hydratase, or amidase enzyme can be used. Those derived from cells or artificially synthesized based on genetic information can be used, but those derived from microbial cells are preferably used because of the amount of enzyme expression per weight and ease of handling. . Many microbial species are known, and examples of those having high nitrilase activity include Rhodococcus genus, Pseudomonas genus, Acinetobacter genus, Alcaligenes genus, and Corynebacterium genus. Examples of nitrile hydratase and amidase having high activity include Rhodococcus genus and Pseudomonas genus. For the production of an aqueous solution of ammonium carboxylate according to the present invention, those having particularly high nitrilase activity are preferred, particularly the genus Acinetobacter which is a gram-negative bacterium, more preferably Acinetobacter sp. AK226 (FERM BP-08590). .
[寄託された生物材料への言及1]
1)寄託機関の名称およびあて名
2)独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター
日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6(郵便番号305-8566)
3)受託番号
FERM BP-08590
[Reference to Deposited Biological Material 1]
1) Name and address of the depository institution
2) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary Center 1st, 1st East, 1st Street, Tsukuba City, Ibaraki, Japan 6th (zip code 305-8566)
3) Acceptance number
FERM BP-08590
また前記ニトリラーゼは、例えば、天然のあるいは人為的に改良されたニトリラーゼ遺伝子を遺伝子工学的手法によって組み込んだ微生物、あるいはそこから取り出したニトリラーゼ酵素であっても構わない。尚、ニトリラーゼの発現量の少ない微生物あるいはニトリル化合物からカルボン酸アンモニウムへの変換活性の低いニトリラーゼを発現した微生物を少量用いて、カルボン酸アンモニウム塩を製造するには、より多くの反応時間を要する。そのため、可能な限りニトリラーゼを高発現した微生物や変換活性の高いニトリラーゼを発現した微生物、あるいは、そこから取り出したニトリラーゼ酵素を用いることが望ましい。 The nitrilase may be, for example, a microorganism in which a natural or artificially improved nitrilase gene has been incorporated by a genetic engineering technique, or a nitrilase enzyme extracted from the microorganism. In order to produce a carboxylate ammonium salt using a small amount of a microorganism having a low expression level of nitrilase or a microorganism expressing a nitrilase having a low conversion activity from a nitrile compound to ammonium carboxylate, a longer reaction time is required. Therefore, it is desirable to use a microorganism that highly expresses nitrilase as much as possible, a microorganism that expresses a nitrilase having a high conversion activity, or a nitrilase enzyme extracted from the microorganism.
上記酵素触媒の形態としては、微生物・動植物細胞等をそのまま用いても構わないし、あるいは該微生物・動植物細胞等そのもの、または破砕等の処理をしたもの、または該微生物・動植物細胞等から必要なニトリラーゼ酵素を取り出したものをそのまま用いても構わないし、或いは一般的な包括法、架橋法、担体結合法等で固定化したものを用いても良い。尚、固定化する際の固定化担体の例としては、ガラスビーズ、シリカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カラギーナン、アルギン酸、光架橋樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 As the form of the enzyme catalyst, microorganisms / animal / plant cells or the like may be used as they are, or the microorganisms / animal / plant cells themselves, or those treated by disruption, or nitrilase required from the microorganisms / animal / plant cells, etc. An enzyme extracted from the enzyme may be used as it is, or an enzyme immobilized by a general entrapment method, a crosslinking method, a carrier binding method, or the like may be used. Examples of the immobilization carrier used for immobilization include, but are not limited to, glass beads, silica gel, polyurethane, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, carrageenan, alginic acid, and photocrosslinking resin.
微生物・動植物細胞等をそのまま用いる場合、水(蒸留水及び又はイオン交換水)のみに懸濁させても構わないが、通常、浸透圧の関係からバッファー液に懸濁させて使用する。この場合のバッファーとしてはリン酸バッファー等の一般的な無機塩でも構わないが、不純物の混入を極力低減するには、反応生成物であるカルボン酸アンモニウム塩を用いるのが最も好ましい。また、固定化したものを用いる場合にも、通常、浸透圧の関係からバッファー液に懸濁させて使用する。この時のバッファー液濃度は、反応液中の不純物低減の観点からは低ければ低いほど良いが、酵素の安定性、活性の維持という観点からは、通常0.1M未満であり、好ましくは0.01〜0.08M、より好ましくは0.02〜0.06Mである。 When microorganisms, animal and plant cells, etc. are used as they are, they may be suspended only in water (distilled water and / or ion-exchanged water), but they are usually suspended in a buffer solution because of osmotic pressure. The buffer in this case may be a general inorganic salt such as a phosphate buffer, but in order to reduce the contamination of impurities as much as possible, it is most preferable to use a carboxylic acid ammonium salt as a reaction product. Moreover, also when using what was fix | immobilized, it is normally suspended and used for a buffer solution from the relationship of osmotic pressure. The concentration of the buffer solution at this time is preferably as low as possible from the viewpoint of reducing impurities in the reaction solution, but is usually less than 0.1 M from the viewpoint of maintaining enzyme stability and activity, and preferably 0.01 to 0.08. M, more preferably 0.02 to 0.06M.
ニトリル化合物の加水分解反応の条件は、pHは6〜8がよく、好ましくは6.5〜7がよい。特に原料がα−シアンヒドリン化合物の場合、該α−シアンヒドリン化合物は非常に不安定な物質であるため、通常、安定剤として硫酸やリン酸或いは有機酸といった酸成分を含む。よって、反応系中のpHを調整するには反応系へのアルカリの添加が必須となる。その場合使用するアルカリは反応に影響を及ぼさなければ特に限定されないが、生成物の一つであるアンモニアを使用するのが望ましい。アンモニアの形態はガスであっても、アンモニア水であってもよいが、通常、取り扱いの容易さからアンモニア水が望ましい。 As conditions for the hydrolysis reaction of the nitrile compound, the pH is preferably 6 to 8, and preferably 6.5 to 7. In particular, when the raw material is an α-cyanohydrin compound, since the α-cyanohydrin compound is a very unstable substance, it usually contains an acid component such as sulfuric acid, phosphoric acid or organic acid as a stabilizer. Therefore, it is essential to add an alkali to the reaction system in order to adjust the pH in the reaction system. In this case, the alkali used is not particularly limited as long as it does not affect the reaction, but it is desirable to use ammonia as one of the products. The form of ammonia may be a gas or ammonia water, but ammonia water is usually desirable for ease of handling.
前記ニトリル化合物の加水分解の反応温度については、反応温度が低すぎると反応活性が低くなり、高濃度のカルボン酸アンモニウム塩を製造する場合、より多くの反応時間を要する。一方、反応温度が高すぎると酵素の熱劣化で、目的とするカルボン酸アンモニウム塩の濃度が高い場合、該濃度まで到達させることが困難となり、結果として新たな酵素の追添等の処置が必要となり触媒コストが高くなる。また、特に、原料がα−シアンヒドリン化合物の場合、温度が高すぎると、基質α−シアンヒドリン化合物の青酸とアルデヒド類或いはケトン類への分解促進にも繋がり、それらによる反応阻害や失活等、ますますの反応活性低下を引き起こす。よって、通常、反応温度は30〜60℃がよく、好ましくは40〜50℃である。 As for the reaction temperature for hydrolysis of the nitrile compound, if the reaction temperature is too low, the reaction activity becomes low, and more time is required for producing a high concentration carboxylic acid ammonium salt. On the other hand, if the reaction temperature is too high, the enzyme is thermally deteriorated, and if the concentration of the target ammonium carboxylate salt is high, it is difficult to reach the concentration, and as a result, treatment such as addition of a new enzyme is required. The catalyst cost becomes high. In particular, when the raw material is an α-cyanohydrin compound, if the temperature is too high, the decomposition of the substrate α-cyanohydrin compound into hydrocyanic acid and aldehydes or ketones will be promoted, resulting in reaction inhibition or deactivation. It causes a decrease in reaction activity. Therefore, the reaction temperature is usually 30 to 60 ° C, preferably 40 to 50 ° C.
カルボン酸アンモニウム塩を製造する反応方法は、固定床、移動層、流動層、撹拌槽等、いずれでもよく、また連続反応でも半回分反応でもよいが、特に固定化されていない微生物菌体を用いる場合、反応の容易性から攪拌槽を用いた半回分反応がよい。その場合、反応効率の観点から、適切な攪拌を行うのがよい。また、半回分反応を行う場合、酵素触媒は1バッチ使い捨てでもよいし、繰り返し反応を行ってもよい。但し、繰り返し反応を行う場合、該酵素触媒をカルボン酸アンモニウム高濃度から低濃度へ急激に変化させるため、浸透圧の影響等で比活性が低下する場合があるので注意を要する。 The reaction method for producing the carboxylic acid ammonium salt may be any of a fixed bed, moving bed, fluidized bed, stirring tank, etc., and may be a continuous reaction or a half-batch reaction, but in particular a non-immobilized microbial cell is used. In this case, a half-batch reaction using a stirring tank is preferable because of the ease of reaction. In that case, it is good to perform appropriate stirring from the viewpoint of reaction efficiency. In the case of carrying out a half-batch reaction, the enzyme catalyst may be used in a single batch or repeatedly. However, when the reaction is repeated, the enzyme catalyst is rapidly changed from a high concentration of ammonium carboxylate to a low concentration, so that the specific activity may be lowered due to the influence of osmotic pressure, etc., so care must be taken.
反応基質であるニトリル化合物の定常濃度については、2重量%以下が好ましく、より好ましくは0.1〜1.5重量%、更に好ましくは0.1〜1.0重量%、最も好ましくは0.2〜0.5重量%にコントロールするのがよい。ニトリル化合物の濃度が高すぎると、生成物阻害および/または失活、或いは高生成物蓄積濃度で初めて顕著となる基質阻害および/または失活の影響が急激に大きくなり、それまで進行していた反応が停止してしまう場合がある。また、ニトリル化合物の濃度が低すぎると反応速度を低下させることとなり、効率的にカルボン酸アンモニウム塩を製造できないので不利である。以上の理由から、反応中のニトリル化合物定常濃度を管理することは非常に重要である。 The steady concentration of the nitrile compound as the reaction substrate is preferably 2% by weight or less, more preferably 0.1 to 1.5% by weight, still more preferably 0.1 to 1.0% by weight, and most preferably 0.2 to 0.5% by weight. Good. If the concentration of the nitrile compound is too high, the effects of product inhibition and / or deactivation, or substrate inhibition and / or deactivation that become noticeable only at a high product accumulation concentration increase rapidly, and have progressed until then. The reaction may stop. On the other hand, if the concentration of the nitrile compound is too low, the reaction rate is lowered, which is disadvantageous because the carboxylate ammonium salt cannot be produced efficiently. For the above reasons, it is very important to control the steady concentration of the nitrile compound during the reaction.
製造されるカルボン酸アンモニウム塩に対する使用乾燥酵素触媒重量は、基質の種類によって変化し、必ずしも限定されないが、通常1/100以下がよく、好ましくは1/100〜1/200、より好ましくは1/200〜1/300、更に好ましくは1/300〜1/500である。製造されるカルボン酸アンモニウム塩に対する使用乾燥酵素触媒重量が多すぎると該酵素触媒懸濁液由来の不純物が反応液中に多く同伴されるため精製コストが上がり、製品品質が低下するので好ましくない。逆に、製造されるカルボン酸アンモニウム塩に対する使用乾燥酵素触媒重量が少なすぎるとリアクターボリューム当たりの生産性が低下し、大きなリアクターサイズが必要となり経済的に不利となる。 The dry enzyme catalyst weight used for the carboxylic acid ammonium salt produced varies depending on the type of substrate and is not necessarily limited, but is usually 1/100 or less, preferably 1/100 to 1/200, more preferably 1/100. 200 to 1/300, more preferably 1/300 to 1/500. If the amount of the dry enzyme catalyst used relative to the carboxylic acid ammonium salt produced is too large, a large amount of impurities derived from the enzyme catalyst suspension is entrained in the reaction solution, which increases the purification cost and lowers the product quality. Conversely, if the amount of dry enzyme catalyst used for the carboxylic acid ammonium salt to be produced is too small, the productivity per reactor volume is lowered, and a large reactor size is required, which is economically disadvantageous.
以上のような方法で調製されたカルボン酸アンモニウム塩は、菌体あるいはその処理物を濾過、遠心分離、MF処理等の方法で除去し、カルボン酸アンモニウム塩水溶液を得る。更に、着色物質および/または着色原因物質を除去する目的で適時活性炭処理を行っても良い。使用する活性炭は一般的な椰子殻活性炭或いは合成活性炭或いはその他でも構わない。活性炭使用量は、着色物質および/または着色原因物質を目的スペックまで低減できる量であればよい。 The carboxylic acid ammonium salt prepared by the above method is removed by filtering, centrifuging, MF treatment or the like to obtain a carboxylic acid ammonium salt aqueous solution. Furthermore, activated carbon treatment may be performed in a timely manner for the purpose of removing the coloring substance and / or coloring cause substance. The activated carbon used may be general coconut shell activated carbon, synthetic activated carbon, or the like. The amount of activated carbon used may be an amount that can reduce the coloring substance and / or coloring cause substance to the target specification.
また、ニトリル化合物の加水分解反応以外の方法で調製された粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液であっても、不純物としてカルボン酸アミドを含有する場合が考えられる。それは、カルボン酸アミドからカルボン酸アンモニウムへの変換反応が平衡反応であるため、条件によっては、逆反応によってカルボン酸アンモニウムからカルボン酸アミドへの変換反応が、ごくわずか進行する可能性があるからである。前記ニトリル化合物の加水分解反応以外の方法としては、例えば、発酵による乳酸やコハク酸の製造において、pH調整剤としてアンモニアを用いる例がある。 Moreover, even if it is the crude carboxylic acid ammonium salt aqueous solution prepared by methods other than the hydrolysis reaction of a nitrile compound, the case where carboxylic acid amide is contained as an impurity is considered. This is because the conversion reaction from carboxylic acid amide to ammonium carboxylate is an equilibrium reaction, and depending on the conditions, the conversion reaction from ammonium carboxylic acid to carboxylic acid amide may proceed very slightly depending on the reverse reaction. is there. As a method other than the hydrolysis reaction of the nitrile compound, for example, ammonia is used as a pH adjuster in the production of lactic acid and succinic acid by fermentation.
次にカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を、脱塩することで、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液を製造する工程について説明する。 Next, a process for producing a crude carboxylic acid aqueous solution containing a carboxylic acid amide by desalting a crude carboxylic acid ammonium salt aqueous solution containing the carboxylic acid amide will be described.
カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を、脱塩する方法については、特に限定されることはなく、様々な方法を挙げることができるが、例えば、代表例として(i)イオン交換法と(ii)電気透析法 の2つを挙げて説明する。 A method for desalting a crude aqueous solution of a carboxylic acid ammonium salt containing a carboxylic acid amide is not particularly limited, and various methods can be exemplified. For example, (i) an ion exchange method and (Ii) Two electrodialysis methods will be described.
カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液をイオン交換法によって脱塩する方法としては大きく分けて2つある。一つはカチオン交換樹脂を用いる方法であり、もう一つはアニオン交換樹脂を用いる方法である。前記のカチオン交換樹脂を用いる方法の場合、使用する樹脂は強酸性陽イオン交換樹脂であっても、弱酸性陽イオン交換樹脂であっても構わないが、好ましくは強酸性陽イオン交換樹脂がよい。具体的には、例えば、ダイヤイオンSK1B、同SK104、同SK110、同SK112、同SK116、同PK208、同PK212、同PK216、同PK220、同PK228、同UBK530、同UBK550、同UBK535、同UBK555(以上三菱化学社製)、レバチットS100、同S109、同、SP112、同STV40、同MSD1368(以上ランクセス社製)、アンバーライトIR120B、同120BN、同IR124、同1006F、同200CT、同252(以上オルガノ社製)、ダウエックス モノスフィア650C、同マラソンC、同HCR−S、同マラソンMSC(以上ダウケミカル・カンパニー社製)等が挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。これらのカチオン交換樹脂は、通常の方法で、予めプロトン(H+)型に再生処理してから使用する。 There are roughly two methods for desalting an aqueous solution of a crude carboxylic acid ammonium salt containing a carboxylic acid amide by an ion exchange method. One is a method using a cation exchange resin, and the other is a method using an anion exchange resin. In the case of the method using the cation exchange resin, the resin to be used may be a strong acid cation exchange resin or a weak acid cation exchange resin, but a strong acid cation exchange resin is preferable. . Specifically, for example, Diaion SK1B, SK104, SK110, SK112, SK116, PK208, PK212, PK216, PK220, PK228, UBK530, UBK550, UBK535, UBK555 ( (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), Levacit S100, S109, SP112, STV40, MSD1368 (above LANXESS), Amberlite IR120B, 120BN, IR124, 1006F, 200CT, 252 (above organo) ), Dowex Monosphere 650C, Marathon C, HCR-S, Marathon MSC (manufactured by Dow Chemical Company) and the like, but are not necessarily limited thereto. These cation exchange resins are used after being regenerated into a proton (H +) type by a conventional method.
本発明におけるカチオン交換樹脂の使用方法としては、通常の方法が採用される。即ち、上記カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液に所定量のカチオン交換樹脂を添加するバッチ式でもよいし、あるいはまた、該カチオン交換樹脂を樹脂塔に充填して、前記カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を通液するカラム法を採用することもできる。バッチ式の場合は、該カルボン酸アンモニウムのアンモニウムイオンの該カチオン交換樹脂への平衡吸着に達するのに十分な時間の撹拌を行った後、上澄みを回収すれば粗カルボン酸水溶液を得ることができる。また、カラム法の場合は、カラム出口よりアンモニウムイオンの漏れ出しが起こるまでの樹脂通過液が、粗カルボン酸水溶液となる。因みにカラム法の通液方向は、アップフローでもダウンフローでも構わない。 As a method of using the cation exchange resin in the present invention, a usual method is adopted. That is, it may be a batch type in which a predetermined amount of a cation exchange resin is added to a crude carboxylic acid ammonium salt aqueous solution containing the carboxylic acid amide, or alternatively, the cation exchange resin is filled in a resin tower and the carboxylic acid amide is added. A column method in which the aqueous solution of the crude ammonium carboxylate salt solution is passed can also be employed. In the case of a batch system, a crude carboxylic acid aqueous solution can be obtained by collecting the supernatant after stirring for a sufficient time to reach equilibrium adsorption of ammonium ions of the ammonium carboxylate onto the cation exchange resin. . In the case of the column method, the resin passing solution until ammonium ions leak out from the column outlet is a crude carboxylic acid aqueous solution. Incidentally, the flow direction of the column method may be up-flow or down-flow.
カチオン交換樹脂の使用量は、樹脂の総交換容量がアンモニウムイオンと当量以上に相当する樹脂量は必須であり、更に確実にアンモニウムイオンを除去するためには、通常1.2倍当量以上の樹脂を使用するのがよい。また、更にカラム法の場合、樹脂の破過、樹脂の再生を行うまでの時間を長くとるために、より過剰の樹脂を使用することは通常行われることである。 The amount of the cation exchange resin used is such that the total exchange capacity of the resin is equivalent to an amount equivalent to or higher than that of ammonium ions, and in order to remove ammonium ions more reliably, the resin is usually 1.2 times equivalent or higher. It is good to use. Further, in the case of the column method, in order to increase the time until resin breakthrough and resin regeneration, it is common practice to use more excess resin.
樹脂処理時の温度は常温でもよいが、必要であれば樹脂の耐熱性が保証される範囲で加温しても構わない。通常は70℃以下で行われる。また、カラム法の場合、通液速度は空間速度[L/L−樹脂/Hr]で1〜20の範囲、好ましくは2〜10の範囲がよい。 The temperature during the resin treatment may be room temperature, but if necessary, the resin may be heated within a range in which the heat resistance of the resin is guaranteed. Usually, it is performed at 70 ° C or lower. In the case of the column method, the liquid flow rate is in the range of 1 to 20, preferably 2 to 10, in terms of space velocity [L / L-resin / Hr].
カラム法の場合、樹脂通過液にアンモニウムイオンがスペック以上の混入が確認される点を破過点とし、そこから通常の洗浄、再生操作 (例えば希塩酸、希硫酸等の鉱酸による再生)を行えば、樹脂は繰り返し使用が可能である。 In the case of the column method, the point where the ammonium ion is confirmed to exceed the spec in the resin passage liquid is taken as the breakthrough point, and normal washing and regeneration operations (for example, regeneration with mineral acids such as dilute hydrochloric acid and dilute sulfuric acid) are performed from there. For example, the resin can be used repeatedly.
また、前記のアニオン交換樹脂を用いる方法の場合、使用する樹脂は強塩基性アニオン交換樹脂であっても、中塩基性アニオン交換樹脂であっても、弱塩基性アニオン交換樹脂であっても構わないが、好ましくは弱塩基性或いは中塩基性アニオン交換樹脂がよい。具体的には、例えば、アンバーライトIRA−93(オルガノ社製)、ダイヤイオンWA20、同WA30(以上三菱化学社製)、レバチットMP64(ランクセス社製)等が挙げられる。 In the case of the method using the anion exchange resin, the resin used may be a strong basic anion exchange resin, a medium basic anion exchange resin, or a weak basic anion exchange resin. However, a weakly basic or medium basic anion exchange resin is preferable. Specifically, for example, Amberlite IRA-93 (manufactured by Organo), Diaion WA20, WA30 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Lebatit MP64 (manufactured by LANXESS) and the like can be mentioned.
本発明におけるアニオン交換樹脂の使用方法としては、通常の方法が採用される。即ち、上記カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液に所定量のアニオン交換樹脂を添加するバッチ式でもよいし、或いはまた、該アニオン交換樹脂を樹脂塔に充填して、該カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を通液するカラム法を採用することもできる。バッチ式の場合は、カルボン酸アニオンの該アニオン交換樹脂への平衡吸着に達するのに十分な時間の撹拌を行った後、該樹脂を回収・洗浄した後、鉱酸(塩酸、硫酸、硝酸等)で処理すれば粗カルボン酸水溶液を得ることができる。また、カラム法の場合は、カラム出口よりカルボン酸アニオンの漏れ出しが起こった後、更に十分量のカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を通液し、出口液が入口液と同組成になるまで通液を継続することで、最大量のカルボン酸アニオンを樹脂に吸着させる。その後、十分な洗浄を行った後、鉱酸(塩酸、硫酸、硝酸等)を通液することで前記カルボン酸アニオンを脱着させ、粗カルボン酸水溶液を得ることができる。 As a method of using the anion exchange resin in the present invention, a usual method is adopted. That is, it may be a batch type in which a predetermined amount of anion exchange resin is added to an aqueous solution of a crude carboxylic acid ammonium salt containing the carboxylic acid amide, or alternatively, the anion exchange resin is packed in a resin tower and the carboxylic acid amide is added. A column method in which the aqueous solution of the crude ammonium carboxylate salt solution is passed can also be employed. In the case of the batch type, after stirring for a sufficient time to reach equilibrium adsorption of the carboxylic acid anion on the anion exchange resin, the resin is recovered and washed, and then a mineral acid (hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc. ), A crude carboxylic acid aqueous solution can be obtained. In the case of the column method, after leakage of carboxylic acid anions from the column outlet, a crude ammonium carboxylate aqueous solution containing a sufficient amount of carboxylic acid amide is passed through, and the outlet liquid has the same composition as the inlet liquid. By continuing the liquid flow until it becomes, the maximum amount of carboxylate anion is adsorbed on the resin. Then, after performing sufficient washing | cleaning, the said carboxylate anion is desorbed by passing mineral acid (hydrochloric acid, a sulfuric acid, nitric acid, etc.), and crude carboxylic acid aqueous solution can be obtained.
樹脂処理時の温度は常温でもよいが、必要であれば樹脂の耐熱性が保証される範囲で加温しても構わない。通常は70℃以下で行われる。また、カラム法の場合、通液速度は空間速度[L/L−樹脂/Hr]で1〜20の範囲、好ましくは2〜10の範囲がよい。 The temperature during the resin treatment may be room temperature, but if necessary, the resin may be heated within a range in which the heat resistance of the resin is guaranteed. Usually, it is performed at 70 ° C or lower. In the case of the column method, the liquid flow rate is in the range of 1 to 20, preferably 2 to 10, in terms of space velocity [L / L-resin / Hr].
カラム法の場合、鉱酸によるカルボン酸アニオンの脱着操作時の樹脂通過液に鉱酸アニオンがスペック以上の混入が確認される点を破過点とし、更に出口液が入口液と同組成になるまで通液を継続した後、そこから通常の洗浄、再生操作 (例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等の強アルカリ水溶液による再生)を行えば、樹脂は繰り返し使用が可能である。 In the case of the column method, the breakthrough point is the point where the mineral acid anion is mixed in the resin passing liquid during the desorption operation of the carboxylate anion with mineral acid, and the outlet liquid has the same composition as the inlet liquid. The resin can be used repeatedly if normal washing and regeneration operations (for example, regeneration with a strong alkali aqueous solution such as an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution) are performed from there.
次に前記得られたカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を電気透析法によって脱塩する方法としては大きく分けて3つある。一つはバイポーラ膜と陽イオン交換膜とを交互に配列し、酸室と塩基室を形成させた二室式水分解電気透析装置を用いてカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液中のアンモニウムイオンに陽イオン交換膜中を移動させる方法であり、もう一つはバイポーラ膜と陰イオン交換膜とを交互に配列し、酸室と塩基室を形成させた二室式水分解電気透析装置を用いてカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液中のカルボン酸アニオンに陰イオン交換膜中を移動させる方法であり、更にもう一つはバイポーラ膜と陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と順番に配列し、原料室と酸室と塩基室を形成させた三室式水分解電気透析装置を用いて、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液中のアンモニウムイオンに陽イオン交換膜中をカルボン酸アニオンに陰イオン交換膜中を移動させる方法である。これらのどの方法でも構わないが、得られる粗カルボン酸水溶液の品質と電気効率の観点から、バイポーラ膜と陽イオン交換膜とを交互に配列し、酸室と塩基室を形成させた二室式水分解電気透析装置を用いてカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液中のアンモニウムイオンに陽イオン交換膜中を移動させる方法が好ましい。 Next, there are roughly three methods for desalting the obtained aqueous solution of crude carboxylic acid ammonium salt containing carboxylic acid amide by electrodialysis. One is that in a crude ammonium carboxylate aqueous solution containing a carboxylic acid amide using a two-chamber water splitting electrodialyzer in which bipolar membranes and cation exchange membranes are alternately arranged to form an acid chamber and a base chamber. This is a method of moving ammonium ions through a cation exchange membrane, and the other is a two-chamber water-splitting electrodialysis device in which bipolar and anion exchange membranes are alternately arranged to form an acid chamber and a base chamber. Is used to move the anion exchange membrane to the carboxylate anion in the crude aqueous solution of ammonium carboxylate containing carboxylic acid amide, and the other is a bipolar membrane, a cation exchange membrane, an anion exchange membrane, Ammonium in an aqueous solution of crude carboxylic acid ammonium salt containing carboxylic acid amide using a three-chamber water-splitting electrodialyzer arranged in order and forming a raw material chamber, an acid chamber, and a base chamber ON through the cation exchange membrane is a method of moving an anion-exchange membrane in the carboxylate anion. Any of these methods may be used, but from the viewpoint of the quality and electric efficiency of the resulting crude carboxylic acid aqueous solution, a bipolar chamber and a cation exchange membrane are alternately arranged to form an acid chamber and a base chamber. A method of transferring the cation exchange membrane to ammonium ions in a crude aqueous solution of ammonium carboxylate containing carboxylic acid amide using a water splitting electrodialyzer is preferred.
本発明におけるバイポーラ膜としては、従来公知のバイポーラ膜、すなわち陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを貼り合わせた構造を有するバイポーラ膜を使用できる。具体的には、例えば、ネオセプタBP−1(株式会社アストム製)を挙げることができる。その他陽イオン交換膜としては、ネオセプタCMB(株式会社アストム製)、陰イオン交換膜としては、ネオセプタAHA(株式会社アストム製)を挙げることができる。 As the bipolar membrane in the present invention, a conventionally known bipolar membrane, that is, a bipolar membrane having a structure in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are bonded together can be used. Specific examples include Neoceptor BP-1 (manufactured by Astom Co., Ltd.). Other examples of the cation exchange membrane include Neoceptor CMB (manufactured by Astom Co., Ltd.), and examples of the anion exchange membrane include Neoceptor AHA (manufactured by Astom Co., Ltd.).
本発明における電気透析工程の一例としてバイポーラ膜と陽イオン交換膜からなる二室法について説明する。本法においては、粗カルボン酸水溶液を酸室より回収し、アンモニア水溶液を塩基室より回収する。図1は、本法において使用される水分解電気透析装置の代表的な様態の概略図を示すものである。即ち図1において、水電気分解透析装置は、陽電極1および陰電極2の間に、膜としてバイポーラ膜(B)3、陽イオン交換膜(C)4の2種類が交互に配列され、酸室7および塩基室8の二室が形成されている。バイポーラ膜(B)3と陽電極1との空隙5、およびバイポーラ膜(B)3と陰電極2の空隙6には電極液が満たされている。ここで、バイポーラ膜(B)3の陰イオン交換体側と陽イオン交換膜(C)4の間の室が塩基室8、バイポーラ膜(B)3の陽イオン交換体側と陽イオン交換膜(C)4の間の室が酸室7となる。
As an example of the electrodialysis process in the present invention, a two-chamber method comprising a bipolar membrane and a cation exchange membrane will be described. In this method, the crude carboxylic acid aqueous solution is recovered from the acid chamber, and the ammonia aqueous solution is recovered from the base chamber. FIG. 1 shows a schematic diagram of a typical mode of a water-splitting electrodialysis apparatus used in this method. That is, in FIG. 1, the water electrolysis dialysis apparatus has two types of membranes, a bipolar membrane (B) 3 and a cation exchange membrane (C) 4, arranged alternately between a
本発明において、上記公知の水分解電気透析装置を使用した水分解電気透析工程は、酸室7、塩基室8のそれぞれの室に供給する液の外部タンクを設けて、それぞれの室と外部タンクとの間で液を循環させながら電気透析を行う方法が好ましく用いられる。原料であるカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を酸室7に供給し、通電を行うことでアンモニウムイオンは、陽イオン交換膜(C)4を通過して塩基室8に移動し、このときバイポーラ膜(B)3から生成したOH-イオンと結合してアンモニア水溶液となる。また、酸室7ではバイポーラ膜から生成したプロトンとカルボン酸アニオンが結合して非解離性のカルボン酸となり、そのまま酸室7に留まり回収することができる。水分解電気透析時の温度は、通常5〜70℃、好ましくは20〜50℃で行われる。
In the present invention, the water-splitting electrodialysis step using the above-mentioned known water-splitting electrodialysis apparatus is provided with an external tank for the liquid supplied to each of the
次にカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液を、固体酸触媒と接触させて、該カルボン酸アミドを低減する工程について説明する。 Next, a process for reducing the amount of the carboxylic acid amide by bringing the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide into contact with a solid acid catalyst will be described.
本発明で用いる固体酸触媒は、粗カルボン酸水溶液中に存在するカルボン酸アミドを効率よく、好ましくない副生成物を生じることなく加水分解することができるものであれば如何なるものでも構わないが、例えば、ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂、ヘテロポリ酸塩、層状金属酸化物等を挙げることができる。 The solid acid catalyst used in the present invention may be anything as long as it can efficiently hydrolyze the carboxylic acid amide present in the crude carboxylic acid aqueous solution without producing an undesirable by-product, For example, zeolite, strong acid cation exchange resin, heteropoly acid salt, layered metal oxide, etc. can be mentioned.
上記ゼオライトとしては、例えば、具体的には、国際ゼオライト協会コード名FAU(X、Y型ゼオライト)、MFI(シリカライト、ZSM−5)、MOR(モルデナイト)、MAZ(オメガ)、BEA(ベータ)、FER(フェリエライト)、LTA(A型ゼオライト)、GIS(B型ゼオライト)を有するものおよびその他のものが含まれる。 Specific examples of the zeolite include, for example, International Zeolite Association code names FAU (X, Y-type zeolite), MFI (silicalite, ZSM-5), MOR (mordenite), MAZ (omega), and BEA (beta). , FER (ferrierite), LTA (A-type zeolite), GIS (B-type zeolite) and others.
一般に、ゼオライトの結晶構造中のSiO2とAl2O3のモル比は少なくとも5 :1〜
無限大であるが、好ましくはゼオライト構造中のSiO2とAl2O3のモル比は8:1〜200:1、より好ましくは12:1〜100:1の範囲である。好ましいゼオライトは、一般に直径が4Å(オングストローム)を超える中ないし大の細孔を有するものである。最も好ましいゼオライトは、たとえば直径6Åを超える大細孔径を有するものであり、例えば、Y型ゼオライトおよびモルデナイトが含まれる。適当なゼオライトは、幅広い種類および範囲のゼオライト生成物を販売しているZeolyst Internationalなどの会社から市販されている。
Generally, the molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 in the crystal structure of the zeolite is at least 5: 1 to
Although infinite, preferably the molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 in the zeolite structure is in the range of 8: 1 to 200: 1, more preferably 12: 1 to 100: 1. Preferred zeolites are those having medium to large pores, generally having a diameter of more than 4 mm (angstroms). The most preferred zeolite is one having a large pore diameter exceeding, for example, 6 mm, and includes, for example, Y-type zeolite and mordenite. Suitable zeolites are commercially available from companies such as Zeolist International, which sell a wide variety and range of zeolite products.
また、上記強酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、スルホン酸基で官能化された、スチレンとジビニルベンゼンのスルホン化コポリマーを挙げることができる。一般的には、スチレン/ジビニルベンゼンコポリマーの主成分はスチレンであり、副成分はジビニルベンゼンであって、スチレンがコポリマーの75〜98重量%以上を占め、ジビニルベンゼンはスチレン/ジビニルベンゼンコポリマーの2重量%未満〜25重量%を占める。適当な市販されている強酸性陽イオン交換樹脂は、例えば、具体的には、ダイヤイオンSK104、SK1B、SK110、SK112、UBK08、UBK10、UBK12、PK208、PK212、PK216、PK218、PK220、PK228等(以上三菱化学またはその関連会社製)、アンバーライトIR120B、IR124、200CT、252、アンバージェット1020、1024、アンバーリスト15、16、31等(以上オルガノ社製)、ダウエックス50W等(ダウ・ケミカル社製)等を挙げることができる。また、更に酸性度の高い陽イオン交換樹脂として、ナフィオン等(デュポン社製)を挙げることもできる。
Examples of the strong acid cation exchange resin include a sulfonated copolymer of styrene and divinylbenzene functionalized with a sulfonic acid group. In general, the main component of the styrene / divinylbenzene copolymer is styrene, the accessory component is divinylbenzene, and styrene accounts for 75 to 98% by weight or more of the copolymer, and divinylbenzene is 2% of styrene / divinylbenzene copolymer. It occupies less than 25% by weight. Suitable commercially available strong acid cation exchange resins include, for example, Diaion SK104, SK1B, SK110, SK112, UBK08, UBK10, UBK12, PK208, PK212, PK216, PK218, PK220, PK228, etc. (Mitsubishi Chemical or its affiliated companies), Amberlite IR120B, IR124, 200CT, 252, Amberjet 1020, 1024,
また、上記ヘテロポリ酸塩としては、必ずしも限定されないが、例えば、ヘテロポリ酸セシウム塩、ヘテロポリ酸カリウム塩、ヘテロポリ酸ルビジウム塩およびヘテロポリ酸アンモニウム塩より成る群から選ばれる。該ヘテロポリ酸塩は下記式で示される。H+ pZ+ q[XY12O40]n-H+ pZ+ q[X2Y18O62]n-H+ pZ+ q[XY6O24]n-ここで、Xは、H、B、C、Na、Al、Si、P、S、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Zr、Rh、Sn、Sb、Te、I、Re、Pt、Bi、Ce、Th、U及びNpより成る群から選ばれ、Yは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Tc、Rh、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Tl及びPbより成る群から選ばれ、Zは、Ce、K、Rb及びNH4より成る群から選ばれる。また、nは2〜5であり、p+q=nである。上記式中、Yが定まれば、Xはそれに対応する原子として定められる。これらのヘテロポリ酸塩のうち、セシウム塩、ルビジウム塩が好ましく、とりわけセシウム塩が好ましい。 The heteropolyacid salt is not necessarily limited, but is selected from the group consisting of, for example, a heteropolyacid cesium salt, a heteropolyacid potassium salt, a heteropolyacid rubidium salt, and a heteropolyacid ammonium salt. The heteropolyacid salt is represented by the following formula. H + p Z + q [XY 12 O 40] n- H + p Z + q [X 2 Y 18 O 62] n- H + p Z + q [XY 6 O 24] n- wherein, X is H, B, C, Na, Al, Si, P, S, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Zr, Rh, Sn, Sb, Te, I, Re, Pt, Bi, Ce, Th, U and Np are selected from the group consisting of Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo. , Tc, Rh, Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Tl and Pb, and Z is selected from the group consisting of Ce, K, Rb and NH 4 . N is 2 to 5, and p + q = n. In the above formula, if Y is determined, X is determined as the corresponding atom. Of these heteropolyacid salts, cesium salts and rubidium salts are preferable, and cesium salts are particularly preferable.
前記ヘテロポリ酸部分は、必ずしも限定されないが、好ましくは下記式(H+ n)[XY12O40]n- で示されるものから選ばれる。ここで、Xは、S、P、As、SiまたはGeであり、Yは夫々独立して、Mo、W、NbおよびVより成る群から選ばれる。nは電荷を補う数であり、好ましくは2〜5、より好ましくはで3〜4あり、更に好ましくは3である。ヘテロポリ酸としては、より好ましくは12-タングストリン酸、12-タングストケイ酸、12-モリブドリン酸、12-モリブドケイ酸、12−バナドリン酸、12−バナドケイ酸及び11−モリブド-1-バナドリン酸が使用され、より好ましくは12-タングストリン酸、12-タングストケイ酸、12-モリブドリン酸及び12-モリブドケイ酸が使用され、最も好ましくは12-タングストリン酸が使用される。ヘテロポリ酸塩として、好ましくは12-タングストリン酸セシウム塩が使用され、より好ましくは、下記式CsrH3-rPW12O40 (ここで、rは2〜3である)で示される12-タングストリン酸セシウム塩が使用され、最も好ましくはCs2.5H0.5PW12O40が使用される。 The heteropolyacid moiety is not necessarily limited, but is preferably selected from those represented by the following formula (H + n ) [XY 12 O 40 ] n- . Here, X is S, P, As, Si, or Ge, and Y is independently selected from the group consisting of Mo, W, Nb, and V. n is a number that compensates for electric charge, preferably 2 to 5, more preferably 3 to 4, and still more preferably 3. More preferably, 12-tungstophosphoric acid, 12-tungstosilicic acid, 12-molybdophosphoric acid, 12-molybdosilicic acid, 12-vanadolinic acid, 12-vanadosilicic acid and 11-molybdo-1-vanadric acid are used as the heteropolyacid. More preferably, 12-tungstophosphoric acid, 12-tungstosilicic acid, 12-molybdophosphoric acid and 12-molybdosilicic acid are used, and most preferably 12-tungstophosphoric acid is used. As the heteropolyacid salt, 12-tungstophosphoric acid cesium salt is preferably used, and more preferably 12 represented by the following formula Cs r H 3-r PW 12 O 40 (where r is 2 to 3). Tungstophosphoric acid cesium salt is used, most preferably Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 is used.
上記層状金属酸化物としては、必ずしも限定されないが、例えば、アルカリ金属カチオンを挟んでチタンニオブ酸の層状金属酸化物層からなるポリアニオンナノシートが規則正しく積層しているカチオン交換性層状金属酸化物等を挙げることができる。 Examples of the layered metal oxide include, but are not necessarily limited to, for example, a cation-exchangeable layered metal oxide in which polyanion nanosheets composed of a layered metal oxide layer of titanium niobate are regularly stacked with an alkali metal cation interposed therebetween. Can do.
上記カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液に対し、上記固体酸触媒を接触させる方法は、特に限定されないが、例えば、前記固体触媒を固体のまま、または懸濁液にして、該粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液と混合する、いわゆるバッチ法、あるいは、上記固体酸触媒を充填塔等に充填し、該充填塔内に、上記粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を通液させることによって接触させるカラム法を選択することもできる。尚、カラムへの通液方法は、アップフローでもダウンフローでも構わない。 The method of bringing the solid acid catalyst into contact with the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide is not particularly limited. For example, the crude ammonium carboxylate remains in a solid state or in a suspension. A so-called batch method of mixing with an aqueous salt solution or a column method in which the solid acid catalyst is packed in a packed tower or the like and contacted by passing the aqueous solution of the crude ammonium carboxylate solution through the packed tower is selected. You can also. In addition, the flow method to the column may be an up flow or a down flow.
上記バッチ法の場合、カルボン酸アミドと該固体酸触媒との接触効率を上げるために、好ましくは、適度な攪拌操作を行うのがよい。攪拌の回転数は特に限定されないが、通常は20〜500rpm、好ましくは100〜300rpm、更に好ましくは150〜250rpmである。 In the case of the batch method, an appropriate stirring operation is preferably performed in order to increase the contact efficiency between the carboxylic acid amide and the solid acid catalyst. Although the rotation speed of stirring is not particularly limited, it is usually 20 to 500 rpm, preferably 100 to 300 rpm, more preferably 150 to 250 rpm.
固体酸触媒量は、粗カルボン酸水溶液中のカルボン酸アミドを加水分解できる量以上使用されればよく、該固体酸触媒の持つ酸点の前記カルボン酸アミドに対する量で示すと、通常は1当量以上、好ましくは2〜100当量、更に好ましくは5〜30当量程度である。 The amount of the solid acid catalyst may be used as long as the amount of the carboxylic acid amide in the aqueous solution of the crude carboxylic acid can be hydrolyzed. As mentioned above, Preferably it is 2-100 equivalent, More preferably, it is about 5-30 equivalent.
上記カラム法における通液速度は、目的とするカルボン酸アミドの低減が十分に達成できる速度以下であればよく、特に限定されないが、通常は空間速度[L/L-樹脂/Hr]が0.5〜20、好ましくは1〜10がよい。 The liquid passing speed in the column method is not particularly limited as long as it is not more than a speed at which the reduction of the target carboxylic acid amide can be sufficiently achieved. Usually, the space velocity [L / L-resin / Hr] is 0.5 to 20, preferably 1-10.
上記カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液に対し、上記固体酸触媒を接触させ、該カルボン酸アミドを加水分解反応で低減する時の圧力は、特に限定されず、減圧下でも加圧下でも構わないが、通常は大気圧下で行われる。 The pressure when the solid acid catalyst is brought into contact with the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide and the carboxylic acid amide is reduced by the hydrolysis reaction is not particularly limited, and may be under reduced pressure or under pressure. However, it is usually performed under atmospheric pressure.
上記カルボン酸アミドを加水分解反応で低減する時の温度は、低すぎると、加水分解反応速度が低下するので、一定の加水分解反応変換率を得るのに時間がかかり宜しくないし、高すぎると、固体酸触媒の持つ、官能基の脱落等の劣化が激しくなるので宜しくない。前記加水分解反応の温度は、通常30〜150℃、好ましくは50〜120℃、更に好ましくは80〜100℃がよい。 If the temperature at which the carboxylic acid amide is reduced by the hydrolysis reaction is too low, the hydrolysis reaction rate decreases, so it may not take time to obtain a certain hydrolysis reaction conversion rate, and if it is too high, It is not good because the deterioration of the functional group possessed by the solid acid catalyst becomes severe. The temperature of the hydrolysis reaction is usually 30 to 150 ° C, preferably 50 to 120 ° C, more preferably 80 to 100 ° C.
上記カルボン酸アミドを加水分解反応で低減する時のpHは、低い方が望ましい。例えば、脱塩によって得られたカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液の場合、脱塩が十分に行われれば、該カルボン酸水溶液の持つpHに近づくこととなり、低いpHとなる。該カルボン酸由来の水素イオン(H+)にも、該カルボン酸アミドを加水分解する能力があり、温度を高くすることで、上記固体酸触媒を使用しなくても該カルボン酸アミドの加水分解は進行する。しかしながら、そのような無触媒での加水分解は速度が十分ではなく、前記固体酸触媒を使用することで加水分解速度を高くすることができる。 A lower pH is desirable when the carboxylic acid amide is reduced by a hydrolysis reaction. For example, in the case of a crude carboxylic acid aqueous solution containing a carboxylic acid amide obtained by desalting, if the desalting is sufficiently performed, the pH of the aqueous carboxylic acid solution approaches, and the pH becomes low. The hydrogen ion (H + ) derived from the carboxylic acid also has the ability to hydrolyze the carboxylic acid amide. By increasing the temperature, hydrolysis of the carboxylic acid amide can be performed without using the solid acid catalyst. Progress. However, such non-catalytic hydrolysis does not have a sufficient rate, and the hydrolysis rate can be increased by using the solid acid catalyst.
また、上記固体酸触媒の中には、カルボン酸アミドの加水分解反応前に、鉱酸等による水素イオン型(H+)への再生が必要な場合と必要でない場合がある。上記カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液中には、該カルボン酸に由来する水素イオン(H+)が存在するため、該カルボン酸アミドの加水分解反応と該固体酸触媒の再生を同時に行うことが可能となる。つまり、条件によっては、前記固体酸触媒は、所謂、消費を伴わず、触媒的に回転数を伸ばすことが可能となる。その場合の条件としては、常にフレッシュな水素イオン(H+)が供給されるという制限がつくことは容易に類推される。 Some of the solid acid catalysts may or may not need to be regenerated to a hydrogen ion type (H + ) with a mineral acid or the like before the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide. Since the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide contains hydrogen ions (H + ) derived from the carboxylic acid, the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide and the regeneration of the solid acid catalyst are performed simultaneously. Is possible. In other words, depending on conditions, the solid acid catalyst can increase the rotational speed catalytically without so-called consumption. As a condition in that case, it is easily analogized that there is a restriction that fresh hydrogen ions (H + ) are always supplied.
粗カルボン酸水溶液の濃度は、特に限定されないが、低すぎると、生産性が低くなり、高すぎると析出等の弊害が起こるので、析出しない程度に高い方がよい。また、前工程のカルボン酸アンモニウム塩水溶液合成工程の制限を受けることを考慮すると、通常は5〜80重量%、好ましくは10〜60重量%、更に好ましくは20〜50重量%がよい。 The concentration of the crude carboxylic acid aqueous solution is not particularly limited, but if it is too low, the productivity will be low, and if it is too high, adverse effects such as precipitation will occur. In consideration of the limitation of the aqueous carboxylic acid ammonium salt synthesis step in the previous step, the amount is usually 5 to 80% by weight, preferably 10 to 60% by weight, and more preferably 20 to 50% by weight.
カルボン酸アミドの加水分解反応による変換は、できるだけ高い方が最終製品であるカルボン酸の品質が高くなるのでよいが、カルボン酸アミドの加水分解反応変換率を高くするためには、固体酸触媒の使用量が多くなる、高温条件が必要となる、加水分解反応時間が長くなる等の弊害がある。また、特に微量のα−ヒドロキシ酸アミドを含む粗α−ヒドロキシ酸水溶液を固体酸触媒に接触させて得られた、α−ヒドロキシ酸水溶液を、イオン交換等の精製工程にかけても、完全に除去することができず、最終的にポリα−ヒドロキシ酸を製造する場合、原料α−ヒドロキシ酸水溶液中に残存する場合がある。従って、前記α−ヒドロキシ酸アミドの加水分解反応変換率によって、前記α−ヒドロキシ酸水溶液中の残存α−ヒドロキシ酸アミドの量が異なり、該α−ヒドロキシ酸アミドが、ポリα−ヒドロキシ酸を製造するまでに様々な悪影響を及ぼす。例えば、α−ヒドロキシ酸のオリゴマー化工程において、残存α−ヒドロキシ酸アミドの熱分解が起こり、発生したアンモニアに起因した着色が起こる場合がある。更に、次工程の、α−ヒドロキシ酸オリゴマーの解重合による環状二量体エステル合成工程においても、前記アンモニアに起因した不純物N分が、環状二量体エステルに混入する場合がある。更に前記環状二量体エステルの開環重合によるポリα−ヒドロキシ酸合成工程においても、前記不純物N分に起因した着色や、ポリマー物性の低下を引き起こす場合がある。カルボン酸アミドを含むカルボン酸アンモニウム水溶液を、固体酸触媒と接触させて、該カルボン酸アミドを低減する時の残存カルボン酸アミド量は、必ずしも限定されないが、通常500[重量ppm/カルボン酸]以下がよく、好ましくは300[重量ppm/カルボン酸]以下、更に好ましくは100[重量ppm/カルボン酸]以下、最も好ましくは10[重量ppm/カルボン酸]がよい。 In the conversion by the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide, the higher the quality, the better the quality of the final product carboxylic acid may be. However, in order to increase the conversion rate of the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide, the solid acid catalyst There are adverse effects such as a large amount used, high temperature conditions are required, and the hydrolysis reaction time is prolonged. In addition, the α-hydroxy acid aqueous solution obtained by bringing a crude α-hydroxy acid aqueous solution containing a trace amount of α-hydroxy acid amide into contact with the solid acid catalyst is completely removed even when it is subjected to a purification step such as ion exchange. When the poly α-hydroxy acid is finally produced, it may remain in the raw material α-hydroxy acid aqueous solution. Accordingly, the amount of α-hydroxy acid amide remaining in the α-hydroxy acid aqueous solution varies depending on the conversion rate of hydrolysis reaction of the α-hydroxy acid amide, and the α-hydroxy acid amide produces poly α-hydroxy acid. There are various adverse effects. For example, in the α-hydroxy acid oligomerization step, thermal decomposition of the remaining α-hydroxy acid amide may occur, and coloring due to the generated ammonia may occur. Furthermore, also in the cyclic dimer ester synthesis step by depolymerization of the α-hydroxy acid oligomer in the next step, the impurity N component due to the ammonia may be mixed into the cyclic dimer ester. Furthermore, in the poly α-hydroxy acid synthesis step by ring-opening polymerization of the cyclic dimer ester, there may be a case where coloring due to the impurity N content or a decrease in polymer physical properties is caused. The amount of residual carboxylic acid amide when the aqueous solution of ammonium carboxylate containing carboxylic acid amide is brought into contact with a solid acid catalyst to reduce the amount of the carboxylic acid amide is not necessarily limited, but usually 500 [weight ppm / carboxylic acid] or less Preferably, it is 300 [weight ppm / carboxylic acid] or less, more preferably 100 [weight ppm / carboxylic acid] or less, and most preferably 10 [weight ppm / carboxylic acid].
ところで、前記固体酸触媒が強酸性陽イオン交換樹脂の場合、前記固体酸触媒による上記カルボン酸アミドの加水分解反応と、該カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム水溶液の脱塩とを同時に行うことが可能である。つまり、上記脱塩方法の説明箇所で述べた、強酸性陽イオン交換樹脂によるカラム法での脱塩では、該操作中にカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液が生成されるので、更に引き続き、強酸性陽イオン交換樹脂に接触することで、該カルボン酸アミドの加水分解反応が進行することとなる。但し、この場合の強酸性陽イオン交換樹脂へのカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム水溶液の通液速度や温度条件、滞留時間等は、該カルボン酸アミドの加水分解反応が十分に進行する条件(律速段階)から決定される。通液速度は空間速度[L/L−樹脂/Hr]で0.1〜5の範囲、好ましくは0.5〜2の範囲がよく、温度は、通常30〜150℃、好ましくは50〜120℃、更に好ましくは80〜100℃がよく、滞留時間は、温度条件や使用するイオン交換樹脂の酸性度によって異なるが、通常30分以上、好ましくは1時間以上がよい。 By the way, when the solid acid catalyst is a strongly acidic cation exchange resin, the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide by the solid acid catalyst and the desalting of the crude ammonium carboxylate aqueous solution containing the carboxylic acid amide are simultaneously performed. Is possible. That is, in the desalting in the column method using the strong acid cation exchange resin described in the explanation of the desalting method, a crude carboxylic acid aqueous solution containing a carboxylic acid amide is generated during the operation. By contacting the strongly acidic cation exchange resin, the hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide proceeds. However, in this case, the flow rate, temperature conditions, residence time, etc. of the crude ammonium carboxylate solution containing the carboxylate amide to the strongly acidic cation exchange resin are the conditions under which the hydrolysis reaction of the carboxylate amide proceeds sufficiently. (Determined from the rate-determining stage). The liquid flow rate is in the range of 0.1 to 5, preferably 0.5 to 2, in terms of space velocity [L / L-resin / Hr], and the temperature is usually 30 to 150 ° C, preferably 50 to 120 ° C, more preferably. The residence time varies depending on the temperature conditions and the acidity of the ion exchange resin used, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer.
本発明に係るカルボン酸の製造方法によれば、カルボン酸は水溶液として得ることができ、当該カルボン酸水溶液中には、様々な不純物を含む。例えば、脱塩方法がイオン交換の場合、カチオン交換では一部漏出したアンモニウムイオンや全く吸着されないアニオン成分、中性成分等が不純物として含まれ、また、アニオン交換では洗浄しきれていない金属カチオン、アンモニウムイオン、中性成分やカルボン酸と同様の挙動を示すアニオン成分等が不純物として含まれる。一方、脱塩方法が電気透析の場合、脱塩率100%を達成することは困難で、一部アンモニウムイオンが混入し、カルボン酸と同様の挙動を示すアニオン成分等が不純物として含まれる。 According to the carboxylic acid production method of the present invention, the carboxylic acid can be obtained as an aqueous solution, and the carboxylic acid aqueous solution contains various impurities. For example, when the desalting method is ion exchange, ammonium ions partially leaked by cation exchange, anion components that are not adsorbed at all, neutral components, etc. are contained as impurities, and metal cations that have not been washed by anion exchange, Ammonium ions, neutral components and anionic components that exhibit the same behavior as carboxylic acids are included as impurities. On the other hand, when the desalting method is electrodialysis, it is difficult to achieve a desalting rate of 100%, and an anion component or the like that partially contains ammonium ions and exhibits the same behavior as carboxylic acid is contained as an impurity.
溶液中の金属カチオン、アンモニウムイオン等のカチオン性不純物は一般的なカチオン交換法の操作によって精製・除去することができる。また、製造されるカルボン酸が、特に、α−シアンヒドリン化合物の加水分解反応物である、α−ヒドロキシ酸の場合、副生成物として中性のアミノ酸類が副生される場合がある。その場合、高濃度のα−ヒドロキシ酸水溶液中では、該アミノ酸類の平衡状態がカチオン性のものに偏っており、前記カチオン交換によって精製・除去することが可能である。また、硫酸アニオンのようなアニオン性不純物も、一般的なアニオン交換法の操作によって精製・除去することが可能である。尚、前記固体酸触媒が強酸性陽イオン交換樹脂の場合、前記固体酸触媒による上記カルボン酸アミドの加水分解反応と、該カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム水溶液の脱塩と、前記カチオン性不純物の精製・除去を同時に行うことが可能である。 Cationic impurities such as metal cations and ammonium ions in the solution can be purified and removed by a general cation exchange method. In addition, when the carboxylic acid to be produced is an α-hydroxy acid, which is a hydrolysis reaction product of an α-cyanohydrin compound, neutral amino acids may be by-produced as a by-product. In that case, in a high concentration α-hydroxy acid aqueous solution, the equilibrium state of the amino acids is biased toward a cationic one, which can be purified and removed by the cation exchange. Also, anionic impurities such as sulfate anions can be purified and removed by a general anion exchange method. When the solid acid catalyst is a strongly acidic cation exchange resin, hydrolysis reaction of the carboxylic acid amide by the solid acid catalyst, demineralization of a crude ammonium carboxylate aqueous solution containing the carboxylic acid amide, and the cationic property Impurities can be purified and removed at the same time.
本発明において製造されるカルボン酸が、特に、α−ヒドロキシ酸の場合、得られたα−ヒドロキシ酸水溶液中にアンモニウムイオン、金属カチオン、不純物アニオン成分が多く含まれていると、次工程における環状二量体エステル合成反応を回分反応の繰り返し反応で行うためには、これらカチオン類やアニオン類が蓄積されることによる影響を避けるため、適度な濃度に低減する必要がある。また、アンモニウムイオンは着色の原因となり、製品ポリマーの物性に悪影響を与えるため、出来る限り低減することが望ましい。 In particular, when the carboxylic acid produced in the present invention is an α-hydroxy acid, if the α-hydroxy acid aqueous solution obtained contains a large amount of ammonium ions, metal cations, and impurity anion components, the cyclic in the next step In order to perform the dimer ester synthesis reaction by repeating the batch reaction, it is necessary to reduce the concentration to an appropriate level in order to avoid the influence of accumulation of these cations and anions. In addition, ammonium ions cause coloration and adversely affect the physical properties of the product polymer. Therefore, it is desirable to reduce as much as possible.
本発明はまた、上述した本発明に係るα−ヒドロキシ酸の製造方法によって得られたα−ヒドロキシ酸水溶液を原料としてα−ヒドロキシ酸オリゴマーを合成する工程と、α−ヒドロキシ酸オリゴマーを解重合させて環状二量体エステルを得る工程と、該環状二量体エステルを開環重合してポリα−ヒドロキシ酸を得る工程と、を含むポリα−ヒドロキシ酸の製造方法をも含む。 The present invention also includes a step of synthesizing an α-hydroxy acid oligomer from the α-hydroxy acid aqueous solution obtained by the above-described method for producing an α-hydroxy acid according to the present invention, and depolymerizing the α-hydroxy acid oligomer. A process for obtaining a cyclic α-hydroxy acid, and a step for ring-opening polymerization of the cyclic dimer ester to obtain a poly α-hydroxy acid.
以下、α−ヒドロキシ酸の例として、グリコール酸の場合を取り上げ、ポリマー合成までの製造方法を説明するが、α−ヒドロキシ酸としてこれに限定されるものではない。 Hereinafter, as an example of an α-hydroxy acid, a case of glycolic acid will be taken up and a production method until polymer synthesis will be described, but the α-hydroxy acid is not limited thereto.
グリコール酸オリゴマーを合成する工程では、原料グリコール酸を必要に応じて脱水縮合触媒の存在下に、減圧もしくは加圧下、通常100〜250℃、好ましくは140〜230℃の温度に加熱し、水の留出が実質的に無くなるまで縮合反応を行う。縮合反応終了後、生成したグリコール酸オリゴマーは、そのまま次工程の原料として使用することができる。また、得られたグリコール酸オリゴマーを反応系から取り出して、ベンゼンやトルエンなどの非水溶媒で洗浄して、未反応物や低重合物または触媒などを除去してから使用することもできる。グリコール酸オリゴマーは、環状でも直鎖状でもよい。重合度は、特に限定されないが、解重合反応を行う際の、グリコリド収率の点から、融点(Tm)が通常140℃以上、好ましくは160℃以上、より好ましくは180℃以上のものであることが望ましい。ここで、Tmは示差走査熱量計(DSC)を用いて、不活性ガス雰囲気下、10℃/分の速度で昇温して検出される融点である。 In the step of synthesizing the glycolic acid oligomer, the raw material glycolic acid is heated to a temperature of usually 100 to 250 ° C., preferably 140 to 230 ° C. under reduced pressure or increased pressure in the presence of a dehydration condensation catalyst, if necessary. The condensation reaction is carried out until the distillation is virtually eliminated. After completion of the condensation reaction, the produced glycolic acid oligomer can be used as it is as a raw material for the next step. Further, the obtained glycolic acid oligomer can be taken out from the reaction system and washed with a non-aqueous solvent such as benzene or toluene to remove unreacted substances, low polymer or catalyst, and then used. The glycolic acid oligomer may be cyclic or linear. The degree of polymerization is not particularly limited, but the melting point (Tm) is usually 140 ° C. or higher, preferably 160 ° C. or higher, more preferably 180 ° C. or higher from the viewpoint of glycolide yield when performing the depolymerization reaction. It is desirable. Here, Tm is a melting point detected by using a differential scanning calorimeter (DSC) to raise the temperature at a rate of 10 ° C./min in an inert gas atmosphere.
グリコール酸オリゴマーを解重合させてグリコリドを得る工程では、解重合方法は、特に限定されず、一般的な溶融解重合法や固相解重合法などを採用することができる。その場合の解重合反応系は、採用する解重合法に対応して、実質的にグリコール酸オリゴマーのみからなる系とグリコール酸オリゴマーと極性有機溶媒とを含有する系の二つに大別される。実質的にグリコール酸オリゴマーのみからなる解重合反応系を常圧下または減圧下において加熱すると、解重合反応により生成したグリコリドが昇華または蒸発する。よって、不活性ガスを吹き込む等の方法により、該グリコリドを解重合反応系外に排出することによりグリコリドを得ることが出来る。また、グリコール酸オリゴマーと極性有機溶媒とを含有する混合物からなる解重合反応系を加熱すると、解重合反応により生成したグリコリドが極性有機溶媒と共留出する。留出物からグリコリドを晶析等の方法により分離することにより、グリコリドを回収することができる。この場合も、常圧下または減圧下に解重合反応系を加熱して解重合反応を行う。解重合法としては、原料として使用するグリコール酸オリゴマーの重質物化防止やグリコリドの生成効率の観点から、グリコール酸オリゴマーを溶液相の状態で解重合させる溶液解重合法が好ましい。 In the step of depolymerizing the glycolic acid oligomer to obtain glycolide, the depolymerization method is not particularly limited, and a general melt depolymerization method or solid phase depolymerization method can be employed. In this case, the depolymerization reaction system is roughly divided into two systems, a system consisting essentially of glycolic acid oligomers and a system containing glycolic acid oligomers and a polar organic solvent, corresponding to the depolymerization method employed. . When a depolymerization reaction system consisting essentially of glycolic acid oligomers is heated under normal pressure or reduced pressure, glycolide produced by the depolymerization reaction sublimates or evaporates. Therefore, glycolide can be obtained by discharging the glycolide out of the depolymerization reaction system by a method such as blowing an inert gas. Moreover, when the depolymerization reaction system which consists of a mixture containing a glycolic acid oligomer and a polar organic solvent is heated, glycolide produced | generated by the depolymerization reaction co-distills with a polar organic solvent. By separating glycolide from the distillate by a method such as crystallization, glycolide can be recovered. Also in this case, the depolymerization reaction is carried out by heating the depolymerization reaction system under normal pressure or reduced pressure. As the depolymerization method, a solution depolymerization method in which the glycolic acid oligomer is depolymerized in a solution phase is preferable from the viewpoint of preventing heavy polymerization of the glycolic acid oligomer used as a raw material and the production efficiency of glycolide.
さらに、本発明で得られたグリコリドは、開環重合法によりポリグリコール酸にすることができる。開環重合は、触媒の存在下、通常100℃以上の温度で行われるが、好ましくは160〜180℃程度がよい。触媒としては、各種環状エステルの開環重合触媒として使用されているものであればよく、特に限定されないが、具体的な例としては、例えば、スズ(Sn)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、アンチモン(Sb)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)など金属化合物の酸化物、ハロゲン化物、カルボン酸塩、アルコキシドなどが挙げられる。触媒の使用量は、一般的に、環状エステルに対して少量でよく、環状エステルを基準として。通常0.0001〜0.5重量%、好ましくは0.001〜0.1重量%の範囲内であればよい。 Furthermore, the glycolide obtained by this invention can be made into polyglycolic acid by a ring-opening polymerization method. The ring-opening polymerization is usually performed at a temperature of 100 ° C. or higher in the presence of a catalyst, and preferably about 160 to 180 ° C. The catalyst is not particularly limited as long as it is used as a ring-opening polymerization catalyst for various cyclic esters, but specific examples include, for example, tin (Sn), titanium (Ti), aluminum (Al ), Antimony (Sb), zirconium (Zr), zinc (Zn) and other metal compound oxides, halides, carboxylates, alkoxides, and the like. In general, the amount of the catalyst used may be small relative to the cyclic ester, based on the cyclic ester. Usually, it may be within the range of 0.0001 to 0.5% by weight, preferably 0.001 to 0.1% by weight.
本発明における代表的なプロセスにおいて、ニトリル化合物を原料とした加水分解反応工程、脱塩工程(電気透析)、アミド分解工程、カチオン交換精製工程、アニオン交換精製工程を組み合わせたプロセスの代表的な一例(プロセスA)を図2の概要図に、ニトリル化合物を原料とした加水分解反応工程、脱塩工程(電気透析)、アミド分解とカチオン交換精製を兼ね備えた工程(αカチオン交換工程)、アニオン交換精製工程を組み合わせたプロセスの代表的な一例(プロセスB)を図3の概要図に、ニトリル化合物を原料とした加水分解反応工程、脱塩とアミド分解とカチオン交換精製を兼ね備えた工程(βカチオン交換工程)、アニオン交換工程を組み合わせたプロセスの代表的な一例(プロセスC)を図4の概要図にそれぞれ示し、これらを基に実際の操作を具体的に説明する。 In a typical process of the present invention, a typical example of a process combining a hydrolysis reaction step, a desalting step (electrodialysis) using an nitrile compound as a raw material, an amide decomposition step, a cation exchange purification step, and an anion exchange purification step Fig. 2 is a schematic diagram of (Process A). Hydrolysis reaction step using nitrile compound as raw material, desalting step (electrodialysis), step having both amidolysis and cation exchange purification (α cation exchange step), anion exchange A typical example of a process combining purification steps (Process B) is shown in the schematic diagram of FIG. 3, a hydrolysis reaction step using a nitrile compound as a raw material, a step that combines desalting, amide decomposition, and cation exchange purification (β cation) 4) A representative example of a process combining the anion exchange step) and the anion exchange step (process C) is shown in the schematic diagram of FIG. The actual operation will be specifically described based on these.
プロセスA
図2の例では、加水分解反応工程<1>において、反応器にニトリラーゼ酵素触媒(微生物菌体)と水を仕込み、ニトリル化合物供給ライン1からニトリル化合物を供給し、所定温度、所定pHで、反応液中の定常ニトリル化合物濃度を一定に保ちながら、加水分解反応を行う。(セミバッチ反応)必要であれば、反応液のpHを使用するニトリラーゼの至的pHに制御するためpH調整剤を供給する。目的のカルボン酸アンモニウム濃度となったら、ニトリル化合物の供給を止め、未反応ニトリル化合物が完全に消費されるまで反応を継続する。最終的に得られた、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を、遠心分離、MF、UF等の精製手段で除菌・除タンパクしたものを、加水分解反応混合液供給ライン2を通じて、電気透析工程<2>の原料室(酸室)へ供給する。
Process A
In the example of FIG. 2, in the hydrolysis reaction step <1>, the reactor is charged with a nitrilase enzyme catalyst (microbial cell) and water, the nitrile compound is supplied from the nitrile
図2の例では、電気透析工程<2>において、原料室(酸室)に供給されたカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を図1に示すようなバイポーラ型電気透析装置を使って電気透析し、粗カルボン酸水溶液を酸室より回収し、アンモニア水溶液を塩基室より回収する。回収されたアンモニア水溶液は、電気透析工程塩基室アンモニア混合液回収ライン4を通じて回収し、大部分は電気透析工程塩基室アンモニア混合液分離回収ライン6を通じて回収し、一部分は電気透析工程塩基室アンモニア混合液循環ライン5を通じて電気透析装置塩基室へ循環再使用する。一方、回収された粗カルボン酸水溶液は、電気透析工程酸室カルボン酸混合液供給ライン3を通じて、アミド分解反応工程<3>に供給する。
In the example of FIG. 2, in the electrodialysis step <2>, a crude carboxylic acid ammonium salt aqueous solution containing a carboxylic acid amide supplied to the raw material chamber (acid chamber) is used using a bipolar electrodialysis apparatus as shown in FIG. Electrodialysis is performed to recover the crude carboxylic acid aqueous solution from the acid chamber and the ammonia aqueous solution from the base chamber. The recovered aqueous ammonia solution is recovered through the electrodialysis process base chamber ammonia
図2の例では、アミド分解反応工程<3>において、固体酸触媒を充填した充填塔に供給された、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液中の前記カルボン酸アミドを加水分解し、目的量以下にカルボン酸アミドが低減された粗カルボン酸水溶液を得て、アミド分解反応後カルボン酸混合液供給ライン7を通じて、アニオン交換精製工程<4>に供給する。因みに前記固体酸触媒が強酸性陽イオン交換樹脂の場合、カルボン酸アミドの加水分解で生成するアンモニウムイオンが、前記充填塔内の強酸性陽イオン交換樹脂へ吸着・蓄積され、いずれ該強酸性陽イオン交換樹脂の持つイオン交換容量を越えると、アンモニアが前記充填塔出口より漏出することとなる。しかしながら、加水分解反応速度の低下は見られるものの、カルボン酸アミドの加水分解活性自身は維持されるので、適切な条件を選定することにより、特別な再生処理を施すことなく、アミド分解反応を継続することが可能である。
In the example of FIG. 2, in the amide decomposition reaction step <3>, the carboxylic acid amide in the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide supplied to the packed column packed with the solid acid catalyst is hydrolyzed to obtain the target amount. A crude carboxylic acid aqueous solution in which the carboxylic acid amide is reduced is obtained below, and supplied to the anion exchange purification step <4> through the carboxylic acid mixed
図2の例では、アニオン交換精製工程<4>において、粗カルボン酸水溶液中のアニオン成分をアニオン交換することで、精製・除去することができる。因みに使用するアニオン交換樹脂は、予めOH型に調製しておき、粗カルボン酸水溶液通液直後はイオン交換サイトへのカルボン酸アニオンの吸着が進行するが、やがて入口側より、より吸着選択係数の高いアニオン成分(例えば硫酸アニオン等)に置き換わり、出口液はアニオン成分を精製されたカルボン酸水溶液となり、アニオン交換精製工程後カルボン酸混合液供給ライン8を通じて、カチオン交換精製工程<5>に供給する。破過した樹脂は、洗浄・逆再生・洗浄・再生・洗浄を行い、洗浄液・再生液は、アニオン交換精製工程洗浄液および再生・逆再生液回収ライン9を通じて回収する。
In the example of FIG. 2, in the anion exchange purification step <4>, the anion component in the crude carboxylic acid aqueous solution can be purified and removed by anion exchange. Incidentally, the anion exchange resin to be used is prepared in OH type in advance, and immediately after passing the crude carboxylic acid aqueous solution, the adsorption of the carboxylic acid anion proceeds to the ion exchange site. It is replaced with a high anion component (for example, sulfate anion), and the outlet liquid becomes a purified carboxylic acid aqueous solution, and is supplied to the cation exchange purification step <5> through the carboxylic acid mixed
図2の例では、カチオン交換精製工程<5>において、アニオン交換精製工程後カルボン酸水溶液中のカチオン成分をカチオン交換することで、精製・除去することができる。因みに使用するカチオン交換樹脂は、予めH型に調製しておき、吸着選択係数の高いカチオン成分(例えばアンモニウムイオン、金属カチオン等)に置き換わり、出口液はカチオン成分を精製されたカルボン酸水溶液となり、カチオン交換精製工程後カルボン酸混合液回収ライン10を通じて回収される。破過した樹脂は、洗浄・逆再生・洗浄・再生・洗浄を行い、洗浄液・再生液は、カチオン交換精製工程洗浄液および再生・逆再生液回収ライン11を通じて回収する。
In the example of FIG. 2, in the cation exchange purification step <5>, the cation component in the aqueous carboxylic acid solution can be purified and removed by cation exchange after the anion exchange purification step. Incidentally, the cation exchange resin to be used is prepared in advance in the H type and replaced with a cation component having a high adsorption selectivity coefficient (for example, ammonium ion, metal cation, etc.), and the outlet liquid is a carboxylic acid aqueous solution obtained by purifying the cation component, After the cation exchange purification step, it is recovered through the carboxylic acid
プロセスB
図3の例では、加水分解反応工程<1>において、反応器にニトリラーゼ酵素触媒(微生物菌体)と水を仕込み、ニトリル化合物供給ライン1からニトリル化合物を供給し、所定温度、所定pHで、反応液中の定常ニトリル化合物濃度を一定に保ちながら、加水分解反応を行う。(セミバッチ反応)必要であれば、反応液のpHを使用するニトリラーゼの至的pHに制御するためpH調整剤を供給する。目的のカルボン酸アンモニウム濃度となったら、ニトリル化合物の供給を止め、未反応ニトリル化合物が完全に消費されるまで反応を継続する。最終的に得られた、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を、遠心分離、MF、UF等の精製手段で除菌・除タンパクしたものを、加水分解反応混合液供給ライン2を通じて、電気透析工程<2>の原料室(酸室)へ供給する。
Process B
In the example of FIG. 3, in the hydrolysis reaction step <1>, the reactor is charged with a nitrilase enzyme catalyst (microbial cell) and water, the nitrile compound is supplied from the nitrile
図3の例では、電気透析工程<2>において、原料室(酸室)に供給されたカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を図1に示すようなバイポーラ型電気透析装置を使って電気透析し、粗カルボン酸水溶液を酸室より回収し、アンモニア水溶液を塩基室より回収する。回収されたアンモニア水溶液は、電気透析工程塩基室アンモニア混合液回収ライン4を通じて回収し、大部分は電気透析工程塩基室アンモニア混合液分離回収ライン6を通じて回収し、一部分は電気透析工程塩基室アンモニア混合液循環ライン5を通じて電気透析装置塩基室へ循環再使用する。一方、回収された粗カルボン酸水溶液は、電気透析工程酸室カルボン酸混合液供給ライン3を通じて、αカチオン交換工程<6>に供給する。
In the example of FIG. 3, in the electrodialysis step <2>, a crude carboxylic acid ammonium salt aqueous solution containing a carboxylic acid amide supplied to the raw material chamber (acid chamber) is used using a bipolar electrodialysis apparatus as shown in FIG. Electrodialysis is performed to recover the crude carboxylic acid aqueous solution from the acid chamber and the ammonia aqueous solution from the base chamber. The recovered aqueous ammonia solution is recovered through the electrodialysis process base chamber ammonia
図3の例では、αカチオン交換工程<6>において、強酸性陽イオン交換樹脂を充填した充填塔に供給された、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液中の前記カルボン酸アミドを加水分解し、目的量以下にカルボン酸アミドが低減された粗カルボン酸水溶液を得ると同時に、生成したアンモニウムイオンを、該強酸性陽イオン交換樹脂でカチオン交換することで精製・除去し、αカチオン交換後カルボン酸混合液供給ライン12を通じて、アニオン交換精製工程<4>に供給する。因みに使用する強酸性陽イオン交換樹脂は、予めH型に調製しておき、破過した樹脂は、洗浄・逆再生・洗浄・再生・洗浄を行い、洗浄液・再生液は、αカチオン交換後洗浄液および再生・逆再生液回収ライン13を通じて回収する。
In the example of FIG. 3, in the α cation exchange step <6>, the carboxylic acid amide in the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide supplied to the packed column packed with the strongly acidic cation exchange resin is hydrolyzed. In addition to obtaining a crude aqueous carboxylic acid solution with a reduced amount of carboxylic acid amide below the target amount, the produced ammonium ion was purified and removed by cation exchange with the strong acid cation exchange resin, and the α-cation exchanged carboxylic acid The acid
図3の例では、アニオン交換精製工程<4>において、粗カルボン酸水溶液中のアニオン成分をアニオン交換することで、精製・除去することができる。因みに使用するアニオン交換樹脂は、予めOH型に調製しておき、粗カルボン酸水溶液通液直後はイオン交換サイトへのカルボン酸アニオンの吸着が進行するが、やがて入口側より、より吸着選択係数の高いアニオン成分(例えば硫酸アニオン等)に置き換わり、出口液はアニオン成分を精製されたカルボン酸水溶液となり、アニオン交換精製工程後カルボン酸混合液回収ライン14を通じて回収される。破過した樹脂は、洗浄・逆再生・洗浄・再生・洗浄を行い、洗浄液・再生液は、アニオン交換精製工程洗浄液および再生・逆再生液回収ライン15を通じて回収する。
In the example of FIG. 3, in the anion exchange purification step <4>, the anion component in the crude carboxylic acid aqueous solution can be purified and removed by anion exchange. Incidentally, the anion exchange resin to be used is prepared in OH type in advance, and immediately after passing the crude carboxylic acid aqueous solution, the adsorption of the carboxylic acid anion proceeds to the ion exchange site. It is replaced with a high anion component (for example, sulfate anion), and the outlet liquid becomes a carboxylic acid aqueous solution in which the anion component is purified, and is recovered through the carboxylic acid mixed
プロセスC
図4の例では、加水分解反応工程<1>において、反応器にニトリラーゼ酵素触媒(微生物菌体)と水を仕込み、ニトリル化合物供給ライン1からニトリル化合物を供給し、所定温度、所定pHで、反応液中の定常ニトリル化合物濃度を一定に保ちながら、加水分解反応を行う。(セミバッチ反応)必要であれば、反応液のpHを使用するニトリラーゼの至的pHに制御するためpH調整剤を供給する。目的のカルボン酸アンモニウム濃度となったら、ニトリル化合物の供給を止め、未反応ニトリル化合物が完全に消費されるまで反応を継続する。最終的に得られた、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液を、遠心分離、MF、UF等の精製手段で除菌・除タンパクしたものを、加水分解反応混合液供給ライン2を通じて、βカチオン交換工程<7>へ供給する。
Process C
In the example of FIG. 4, in the hydrolysis reaction step <1>, the reactor is charged with a nitrilase enzyme catalyst (microbial cell) and water, and the nitrile compound is supplied from the nitrile
図4の例では、βカチオン交換工程<7>において、強酸性陽イオン交換樹脂を充填した充填塔に供給された、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液中のアンモニウムイオンをカチオン交換で、前記強酸性陽イオン交換樹脂に吸着させると同時に、前記カルボン酸アミドを加水分解し、目的量以下にカルボン酸アミドが低減された粗カルボン酸水溶液を得て、βカチオン交換後カルボン酸混合液供給ライン16を通じて、アニオン交換精製工程<4>に供給する。因みに使用する強酸性陽イオン交換樹脂は、予めH型に調製しておき、破過した樹脂は、洗浄・逆再生・洗浄・再生・洗浄を行い、洗浄液・再生液は、βカチオン交換後洗浄液および再生・逆再生液回収ライン17を通じて回収する。
In the example of FIG. 4, in the β cation exchange step <7>, cation exchange is performed on ammonium ions in a crude ammonium carboxylate aqueous solution containing a carboxylic acid amide supplied to a packed column packed with a strongly acidic cation exchange resin. The carboxylic acid amide is hydrolyzed at the same time as adsorbing to the strong acid cation exchange resin to obtain a crude carboxylic acid aqueous solution in which the carboxylic acid amide is reduced below the target amount, and the carboxylic acid mixed solution after β cation exchange The
図4の例では、アニオン交換精製工程<4>において、粗カルボン酸水溶液中のアニオン成分をアニオン交換することで、精製・除去することができる。因みに使用するアニオン交換樹脂は、予めOH型に調製しておき、粗カルボン酸水溶液通液直後はイオン交換サイトへのカルボン酸アニオンの吸着が進行するが、やがて入口側より、より吸着選択係数の高いアニオン成分(例えば硫酸アニオン等)に置き換わり、出口液はアニオン成分を精製されたカルボン酸水溶液となり、アニオン交換精製工程後カルボン酸混合液回収ライン18を通じて回収される。破過した樹脂は、洗浄・逆再生・洗浄・再生・洗浄を行い、洗浄液・再生液は、アニオン交換精製工程洗浄液および再生・逆再生液回収ライン19を通じて回収する。
In the example of FIG. 4, in the anion exchange purification step <4>, the anion component in the crude carboxylic acid aqueous solution can be purified and removed by anion exchange. Incidentally, the anion exchange resin to be used is prepared in OH type in advance, and immediately after passing the crude carboxylic acid aqueous solution, the adsorption of the carboxylic acid anion proceeds to the ion exchange site. It is replaced with a high anion component (for example, sulfate anion), and the outlet liquid becomes a carboxylic acid aqueous solution in which the anion component is purified, and is recovered through the carboxylic acid mixed
以下実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例により必ずしも限定されるものではなく、その要旨を超えない限り、様々な変更、修飾が可能である。特に実施例においては、グリコロニトリル(HO-CH2-CN)、グリコロアミドを含む粗グリコール酸アンモニウム塩水溶液、およびグリコロアミドを含む粗グリコール酸水溶液を用いた実験のみを示すが、本発明の主旨を考慮すると、反応液中に存在するカルボン酸アミドを、固体酸触媒を用いて低減できることが重要なので、グリコロニトリル以外のα−ヒドロキシニトリル、α−ヒドロキシ酸アミドを含む粗α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液、およびα−ヒドロキシ酸アミドを含む粗α−ヒドロキシ酸水溶液は勿論、その他ニトリル化合物、カルボン酸アミドを含む粗カルボン酸アンモニウム塩水溶液、およびカルボン酸アミドを含む粗カルボン酸水溶液についても同様の現象と結果が得られることは容易に類推できるものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not necessarily limited by these Examples, A various change and modification are possible unless it exceeds the summary. In particular, in Examples, only experiments using glycolonitrile (HO—CH 2 —CN), a crude ammonium glycolate aqueous solution containing glycolamide, and a crude glycolic acid aqueous solution containing glycolamide are shown. Considering that it is important that the carboxylic acid amide present in the reaction solution can be reduced using a solid acid catalyst, α-hydroxynitrile other than glycolonitrile, a crude α-hydroxy acid ammonium salt containing α-hydroxyacid amide The same phenomenon occurs not only in the aqueous solution and the crude α-hydroxy acid aqueous solution containing the α-hydroxy acid amide, but also in other nitrile compounds, the aqueous solution of the crude carboxylic acid ammonium salt containing the carboxylic acid amide, and the crude carboxylic acid aqueous solution containing the carboxylic acid amide. It can be easily inferred that the results are obtained.
本発明に使用する生体触媒であるAcinetobacter sp.AK226は、本発明者らが独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに国際寄託したものであり、FERM BP−08590の国際寄託番号を有するものである。 Acinetobacter sp. AK226, which is a biocatalyst used in the present invention, was internationally deposited by the present inventors at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, and has an international deposit number of FERM BP-08590. Is.
生体触媒懸濁液中の乾燥生体触媒重量の測定法は、以下のごとく実施した。まず、適当な濃度の生体触媒懸濁液を適量取り、−80℃まで冷却した後、凍結乾燥機を用いて完全に乾燥し、その重量値から前記生体触媒懸濁液の濃度を算出した。固定化物については固定化時における既知となった生体触懸濁液の使用量と架橋剤や固定化担体の使用量から乾燥生体触媒重量を算出した。 The method for measuring the weight of the dried biocatalyst in the biocatalyst suspension was performed as follows. First, an appropriate amount of a biocatalyst suspension having an appropriate concentration was taken, cooled to −80 ° C., completely dried using a freeze dryer, and the concentration of the biocatalyst suspension was calculated from the weight value. For the immobilized product, the dry biocatalyst weight was calculated from the amount of the biocatalyst suspension that was known at the time of immobilization and the amount of the crosslinking agent and the immobilized carrier.
加水分解およびアミド分解反応液及び各種処理液の分析は、以下のごとく実施した。基質であるグリコロニトリル、生成物であるグリコール酸又はグリコール酸アンモニウム、及び副生成物であるグリコロアミドは、高速液体クロマトグラフィーで測定した。カラムはイオン排除カラム(島津Shim-pack SCR-101H)、カラム温度は40℃、移動相はリン酸水溶液(pH=2.3)、流速は0.7mL/min、検出器はUV(島津SPD-10AV vp、210nm)及びRI(島津RID-6A)、注入量は10μLで実施した。 Analysis of the hydrolysis and amidolysis reaction liquid and various treatment liquids was performed as follows. The substrate glycolonitrile, the product glycolic acid or ammonium glycolate, and the byproduct glycolamide were measured by high performance liquid chromatography. The column is an ion exclusion column (Shimadzu Shim-pack SCR-101H), the column temperature is 40 ° C, the mobile phase is phosphoric acid aqueous solution (pH = 2.3), the flow rate is 0.7 mL / min, and the detector is UV (Shimadzu SPD-10AV vp 210 nm) and RI (Shimadzu RID-6A), the injection volume was 10 μL.
また、解重合反応液の分析は、ガスクロマトグラフィーで実施した。検出器はFID、カラムは中極性キャピラリーカラム(J&W SCIENTIFIC製 DB-1701、長さ:60m、内径:0.25mm、膜厚:1μm)、キャリアー:ヘリウム(300kPa)、インジェクション温度:200℃、検出器温度:200℃、操作温度:100℃×5分、20℃/分、270℃×10分で行った。 The analysis of the depolymerization reaction solution was performed by gas chromatography. Detector is FID, column is medium polarity capillary column (DB-1701 made by J & W SCIENTIFIC, length: 60m, inner diameter: 0.25mm, film thickness: 1μm), carrier: helium (300kPa), injection temperature: 200 ° C, detector temperature : 200 ° C., operating temperature: 100 ° C. × 5 minutes, 20 ° C./minute, 270 ° C. × 10 minutes.
ここで、アミド分解反応実験におけるグリコロアミド濃度は以下の手順で算出される。アミド分解反応実験における、原料と所定の時間にサンプリングしたサンプル液を、所定の濃度まで蒸留水で希釈し、上記高速液体クロマトグラフィーでグリコロアミドとグリコール酸濃度を算出する。前記グリコロアミド濃度をグリコール酸濃度で除したものが、グリコロアミド濃度[重量ppm/グリコール酸]となり、(式1)で計算される。また、アミド分解率は、前記原料のグリコロアミド濃度をサンプルのグリコロアミド濃度で減じたものを、原料のグリコロアミド濃度で除した値であり、(式2)で計算される。 Here, the glycolamide concentration in the amidolysis reaction experiment is calculated by the following procedure. In the deamidation reaction experiment, the raw material and the sample liquid sampled at a predetermined time are diluted with distilled water to a predetermined concentration, and the glycolamide and glycolic acid concentrations are calculated by the high performance liquid chromatography. A value obtained by dividing the glycolamide concentration by the glycolic acid concentration is the glycolamide concentration [weight ppm / glycolic acid], and is calculated by (Equation 1). The amidolysis rate is a value obtained by dividing the raw material glycoloamide concentration by the sample glycoloamide concentration by the raw material glycoloamide concentration, and is calculated by (Equation 2).
・グリコロアミド濃度[重量ppm/グリコール酸]=グリコロアミド濃度[重量%]/グリコール酸濃度[重量%]×1000000・・・(式1)
・アミド分解率[%]=原料のグリコロアミド濃度[重量%]÷サンプルのグリコロアミド濃度[重量%]×100・・・(式2)
・ Glycolamide concentration [ppm by weight / glycolic acid] = glycolamide concentration [wt%] / glycolic acid concentration [wt%] × 1000000 (Formula 1)
・ Degradation rate of amido [%] = glycolamide concentration of raw material [wt%] ÷ glycolamide concentration of sample [wt%] × 100 (Formula 2)
[参考例1] 微生物菌体触媒の調製
塩化ナトリウム0.1重量%、リン酸二水素カリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.05重量%、硫酸第一鉄七水和物0.005重量%、硫酸アンモニウム0.1重量%、硝酸カリウム0.1重量%硫酸マンガン五水和物0.005重量%を含む培養液250mlを三角フラスコに仕込み、pHが7になるように水酸化ナトリウムで調整し、121℃で20分間滅菌した後、アセトニトリル0.5重量%を添加した。これにAcinetobacter sp.AK226を接種して30℃で振とう培養した(前培養)。ミーストパウダー0.3重量%、グルタミン酸ナトリウム0.5重量%、硫酸アンモニウム0.5重量%、リン酸水素二カリウム0.2重量%、リン酸ニ水素カリウム0.15重量%、塩化ナトリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.18重量%、塩化マンガン4水和物0.02重量%、塩化カルシウム二水和物0.01重量%、硫酸鉄7水和物0.003重量%、硫酸亜鉛7水和物0.002重量%、硫酸銅5水和物0.002重量%、大豆油2重量%を含む培養液3Lを5Lジャーファーメンターに仕込み、121℃で20分間滅菌した後、前記の前培養液を接種して30℃で通気攪拌を行った。培養開始10時間後から大豆油のフィードを開始した。PHは7になるようにリン酸及びアンモニア水でコントロールし、最終的に約5重量%のAcinetobacter sp.AK226懸濁液を得た。更に0.06Mリン酸バッファーを用いて2回洗浄を行い、最終的にリン酸バッファーに懸濁されたAcinetobacter sp.AK226懸濁液(乾燥菌体濃度10.8重量%)を得た。
[Reference Example 1] Preparation of microbial cell catalyst 0.1% by weight of sodium chloride, 0.1% by weight of potassium dihydrogen phosphate, 0.05% by weight of magnesium sulfate heptahydrate, 0.005% by weight of ferrous sulfate heptahydrate, 0.1% of ammonium sulfate 250% of the culture solution containing 0.005% by weight of 0.1% by weight, potassium nitrate 0.1% by weight potassium nitrate in a conical flask, adjusted with sodium hydroxide so that the pH is 7, and sterilized at 121 ° C for 20 minutes, Acetonitrile 0.5 wt% was added. This was inoculated with Acinetobacter sp. AK226 and cultured with shaking at 30 ° C. (preculture). Mist powder 0.3% by weight, sodium glutamate 0.5% by weight, ammonium sulfate 0.5% by weight, dipotassium hydrogen phosphate 0.2% by weight, potassium dihydrogen phosphate 0.15% by weight, sodium chloride 0.1% by weight, magnesium sulfate heptahydrate 0.18% by weight %, Manganese chloride tetrahydrate 0.02%, calcium chloride dihydrate 0.01%, iron sulfate heptahydrate 0.003%, zinc sulfate heptahydrate 0.002%, copper sulfate pentahydrate 0.002% A 5 L jar fermenter was charged with 3 L of a broth containing 2% by weight and 2% soybean oil, sterilized at 121 ° C. for 20 minutes, inoculated with the pre-culture solution, and aerated and stirred at 30 ° C. Soybean oil feed was started 10 hours after the start of the culture. The pH was controlled with phosphoric acid and aqueous ammonia so that the pH was 7, and finally a suspension of about 5% by weight of Acinetobacter sp. AK226 was obtained. Furthermore, it was washed twice with 0.06M phosphate buffer, and finally Acinetobacter sp. AK226 suspension (dry cell concentration 10.8 wt%) suspended in phosphate buffer was obtained.
[参考例2] 加水分解反応原料用グリコロニトリルの調製
加水分解反応原料用グリコロニトリルは、三菱ガス化学社製37重量%ホルマリンと青酸ガスを用いて、水酸化ナトリウムを触媒としてpH=4、反応温度40℃でシアンヒドリン化反応を行った。硫酸を用いてpH=2.2に調整した後、脱メタノールを目的として50℃、減圧条件(最終到達圧力50mmHg)でストリッピング操作を行い、水の蒸発に伴う濃縮分だけ蒸留水を添加して、最終的にグリコロニトリル:55.3重量%の水溶液(pH=2.0)を得た。以下の実施例における生体触媒を用いた加水分解反応の原料には、このグリコロニトリル水溶液を用いた。
[Reference Example 2] Preparation of glycolonitrile for hydrolysis reaction raw material Glycolonitrile for hydrolysis reaction raw material was prepared by using 37 wt% formalin and hydrocyanic acid gas manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd., with sodium hydroxide as the catalyst, pH = 4 Cyanhydrination reaction was carried out at a reaction temperature of 40 ° C. After adjusting to pH = 2.2 using sulfuric acid, stripping is performed at 50 ° C under reduced pressure (final ultimate pressure: 50 mmHg) for the purpose of methanol removal, and distilled water is added only for the concentration accompanying water evaporation. Finally, an aqueous solution (pH = 2.0) of glycolonitrile: 55.3% by weight was obtained. This glycolonitrile aqueous solution was used as a raw material for the hydrolysis reaction using a biocatalyst in the following examples.
[参考例3] アミド分解反応原料用グリコール酸水溶液の調製1
アミド分解反応原料用模擬グリコール酸水溶液は、デュポン社製グリピュア(グリコール酸結晶)とアルドリッチ社製グリコロアミドと蒸留水を用いて調製した。
[Reference Example 3]
The simulated glycolic acid aqueous solution for the amide decomposition reaction raw material was prepared using DuPont Gripure (glycolic acid crystal), Aldrich Glycolamide, and distilled water.
[参考例4] アミド分解反応原料用グリコール酸水溶液の調製2
5Lの四つ口フラスコに、上記参考例1で調製した10.8重量%Acinetobacter sp.AK226懸濁液24gと蒸留水1100gを仕込み、該フラスコにpH計と温度計を設置し反応液のpHと温度をモニタリングできるようにして、50℃恒温水槽に入れてスリーワンモーターによる攪拌を実施し、内温が50℃になるまでしばらく保持した。次に、上記参考例2の手順で調製した55.3重量%グリコロニトリル水溶液(pH=2.0)を、液体クロマトグラフィー用ポンプを用いて0.5g/minでフィードした。原料グリコロニトリル中に安定剤として含まれる硫酸を中和するため、チューブポンプで1.5重量%アンモニア水をフィードした。尚、アンモニア水フィードポンプはpH計による制御で内液pHが6.9±0.1になるようにセットした。反応中は定期的にサンプリングを行い、高速液体クロマトグラフィーでグリコロニトリルとグリコール酸アンモニウム濃度を測定し、定常グリコロニトリル濃度が2重量%以下になるように原料の添加量を調節した。最終的なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度は41.4重量%、基質のグリコロニトリルは検出されなかった。次に得られたグリコール酸アンモニウム塩水溶液を、遠心分離機(クボタ製:高速遠心機7700)を用いて、回転数:10000pm、処理時間:20min、処理温度:4℃で処理し、上澄みを回収後、UF(旭化成ケミカルズ社製:SIP-0013)を用いて、流速1ml/min、処理温度:40℃で処理して37.2重量%のグリコール酸アンモニウム塩水溶液を得た。本液は若干の着色を生じていたため、5gの市販活性炭(白鷺A:日本エンバイロケミカルズ製)を加えて、室温で45分攪拌した後、デカンテーションで処理液を回収し、着色成分を除去した。グリコール酸アンモニウム濃度40.5重量%、副生グリコロアミド濃度0.24重量%であった。次に、本液をバイポーラ型電気透析装置(株式会社アストム製ACYLYZER EX3B)を用いて、バイポーラ膜(アストム製ネオセプタBP−1)と陽イオン交換膜(アストム社製ネオセプタCMB)の組み合わせで電気透析を行い、粗グリコール酸水溶液を得た。組成は、グリコール酸濃度30.2重量%、グリコロアミド濃度6700[重量ppm/グリコール酸]であった。
[Reference Example 4]
A 5 L four-necked flask is charged with 24 g of 10.8 wt% Acinetobacter sp. AK226 suspension prepared in Reference Example 1 above and 1100 g of distilled water, and a pH meter and a thermometer are installed in the flask, and the pH and temperature of the reaction solution are set. The mixture was placed in a 50 ° C constant temperature water bath and stirred with a three-one motor, and kept for a while until the internal temperature reached 50 ° C. Next, a 55.3 wt% glycolonitrile aqueous solution (pH = 2.0) prepared by the procedure of Reference Example 2 was fed at 0.5 g / min using a liquid chromatography pump. In order to neutralize sulfuric acid contained as a stabilizer in the raw material glycolonitrile, 1.5 wt% aqueous ammonia was fed by a tube pump. The ammonia water feed pump was set so that the pH of the internal solution was 6.9 ± 0.1 by control with a pH meter. Sampling was periodically performed during the reaction, and the concentrations of glycolonitrile and ammonium glycolate were measured by high performance liquid chromatography, and the amount of raw material added was adjusted so that the steady glycolonitrile concentration was 2% by weight or less. The final ammonium glycolate accumulation concentration was 41.4% by weight, and the substrate glycolonitrile was not detected. Next, the resulting glycolic acid ammonium salt aqueous solution was treated at a rotational speed of 10,000 pm, a treatment time of 20 min, and a treatment temperature of 4 ° C. using a centrifuge (manufactured by Kubota: high-speed centrifuge 7700), and the supernatant was recovered. Thereafter, the resultant was treated with UF (Asahi Kasei Chemicals Corp .: SIP-0013) at a flow rate of 1 ml / min and a treatment temperature of 40 ° C. to obtain a 37.2 wt% aqueous ammonium glycolate salt solution. Since this liquid was slightly colored, 5g of commercial activated carbon (Shirakaba A: manufactured by Nippon Enviro Chemicals) was added and stirred at room temperature for 45 minutes, and then the treatment liquid was collected by decantation to remove the colored components. . The ammonium glycolate concentration was 40.5% by weight, and the by-product glycolamide concentration was 0.24% by weight. Next, this solution is electrodialyzed using a bipolar electrodialysis apparatus (ACYLYZER EX3B manufactured by Astom Co., Ltd.) with a combination of a bipolar membrane (Astom Neoceptor BP-1) and a cation exchange membrane (Astom Neoceptor CMB). The crude glycolic acid aqueous solution was obtained. The composition was a glycolic acid concentration of 30.2% by weight and a glycolamide concentration of 6700 [weight ppm / glycolic acid].
[実施例1〜3]
100mL三口フラスコに、上記参考例3の方法で調製した、グリコロアミド含有グリコール酸水溶液50gとオルガノ社製強酸性陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR120B Naを予めH型に再生したもの)を仕込み、それぞれ下記条件でグリコロアミド分解実験を行った。アミド分解率の経時変化結果を表1および図5に示す。
[Examples 1 to 3]
A 100 mL three-necked flask was charged with 50 g of a glycoloamide-containing glycolic acid aqueous solution prepared by the method of Reference Example 3 above and a strongly acidic cation exchange resin manufactured by Organo Co., Ltd. (Amberlite IR120B Na previously regenerated to H type). Under the conditions, glycoloamide decomposition experiment was conducted. The results of changes over time in the amide decomposition rate are shown in Table 1 and FIG.
[比較例1、2]
強酸性陽イオン交換樹脂を用いない以外は実施例1と同一の条件でグリコロアミド分解実験(比較例1)を行った。また、グリコール酸濃度を70重量%に変更する以外は、比較例1と同一の条件でグリコロアミド分解実験(比較例2)を行った。結果は表1および図5に示す。
[Comparative Examples 1 and 2]
A glycolamide decomposition experiment (Comparative Example 1) was performed under the same conditions as in Example 1 except that no strongly acidic cation exchange resin was used. Further, a glycolamide decomposition experiment (Comparative Example 2) was performed under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the glycolic acid concentration was changed to 70% by weight. The results are shown in Table 1 and FIG.
[実施例4]
強酸性陽イオン交換樹脂をデュポン社製Nafion NR50に変更する以外は、実施例1と同一条件でグリコロアミド分解実験を行った。結果は表1および図5に示す。
[Example 4]
A glycolamide decomposition experiment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the strongly acidic cation exchange resin was changed to Nafion NR50 manufactured by DuPont. The results are shown in Table 1 and FIG.
[比較例3]
強酸性陽イオン交換樹脂を用いない以外は実施例2と同一の条件でグリコロアミド分解実験を行った。結果は表1および図5に示す。
[Comparative Example 3]
The glycolamide decomposition experiment was performed under the same conditions as in Example 2 except that no strongly acidic cation exchange resin was used. The results are shown in Table 1 and FIG.
[実施例5]
樹脂総交換容量に対するアンモニアのモル比が1.05倍になるように、10重量%アンモニア水を添加する以外は、実施例2と同様の操作で、アミド加水分解反応実験(100℃×30min)を行ったところ、アミド分解率は43%であった。
[Example 5]
An amide hydrolysis reaction experiment (100 ° C. × 30 min) was carried out in the same manner as in Example 2 except that 10 wt% aqueous ammonia was added so that the molar ratio of ammonia to the total resin exchange capacity was 1.05 times. As a result, the amide decomposition rate was 43%.
[比較例4]
強酸性陽イオン交換樹脂を用いない以外は実施例5と同一の条件で、グリコロアミド分解実験(100℃×30min)を行ったところ、アミド分解率は1%未満であった。
[Comparative Example 4]
A glycolamide decomposing experiment (100 ° C. × 30 min) was carried out under the same conditions as in Example 5 except that no strongly acidic cation exchange resin was used. As a result, the amidolysis rate was less than 1%.
[実施例6]
Zeolyst社製ゼオライトZSM-5(ZeolystCBV3024E)を、一般的な方法に従って、予めH型に調製、焼成したもの3gと上記参考例3で調製したグリコロアミド含有グリコール酸水溶液(GA:30wt%、GAM:12000wt-ppm/GA)50gを、100mL三口フラスコに仕込み、グリコロアミド分解実験(100℃×2Hr)を行ったところ、アミド分解率は92%であった。
[Example 6]
Zeolyst's zeolite ZSM-5 (ZeolystCBV3024E) was prepared according to a general method in advance to be H-shaped and calcined in 3 g and the glycolamide containing glycolic acid aqueous solution prepared in Reference Example 3 (GA: 30 wt%, GAM: 12000 wt) -ppm / GA) 50 g was charged in a 100 mL three-necked flask and subjected to a glycolamide decomposition experiment (100 ° C. × 2 Hr). The amide decomposition rate was 92%.
[実施例7]
ゼオライトの代わりにヘテロポリ酸塩、Cs2.5H0.5PW12O40を使用する以外は実施例6と同様にグリコロアミド分解実験を行ったところ、アミド分解率は88%であった。
[Example 7]
A glycolamide decomposition experiment was conducted in the same manner as in Example 6 except that a heteropolyacid salt and Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 were used instead of zeolite, and the amide decomposition ratio was 88%.
[実施例8〜13]
ガラス製カラム(12φ×300mmH)に、オルガノ社製強酸性陽イオン交換樹脂、アンバーライトIR120B Naを35mL仕込み(総交換容量は70meq)、2N塩酸400mLをSV(空塔速度)=4で通液し、再生処理を行い十分に蒸留水で洗浄した。次に上記参考例4で調製した粗グリコール酸水溶液を前記再生済み強酸性陽イオン交換樹脂に通液し、カラム出口からの回収液を分析して、各条件でのアミド分解率を評価した。尚、各条件でのアミド分解率は、通液量が使用樹脂容量の1倍、1.5倍、2倍時点での出口回収液の分析値の平均値で表すものとし、結果は表2に示す。
[Examples 8 to 13]
A glass column (12φ x 300 mmH) is charged with 35 mL of Organo's strongly acidic cation exchange resin, Amberlite IR120B Na (total exchange capacity is 70 meq), and 400 mL of 2N hydrochloric acid is passed at SV (empty speed) = 4. Then, it was regenerated and washed thoroughly with distilled water. Next, the crude glycolic acid aqueous solution prepared in Reference Example 4 was passed through the regenerated strong acidic cation exchange resin, and the recovered liquid from the column outlet was analyzed to evaluate the amide decomposition rate under each condition. The amide decomposition rate under each condition is expressed as the average value of the analysis value of the outlet recovered liquid when the liquid flow rate is 1 time, 1.5 times, and 2 times the resin volume used, and the results are shown in Table 2. .
[実施例14〜17]
上記参考例4で調製した粗グリコール酸水溶液を前記再生済み強酸性陽イオン交換樹脂に通液する前に、2Nアンモニア水400mLをSV(空塔速度)=4で通液して、前記強酸性陽イオン交換樹脂をNH4型に変換し、蒸留水で十分に洗浄すること以外は、実施例8と同様に操作しグリコロアミド分解反応実験を行った。結果は表3に示す。
[Examples 14 to 17]
Before passing the crude glycolic acid aqueous solution prepared in Reference Example 4 through the regenerated strong acidic cation exchange resin, 400 mL of 2N ammonia water was passed at SV (superficial velocity) = 4 to A glycolamide decomposing reaction experiment was conducted in the same manner as in Example 8, except that the cation exchange resin was converted to NH 4 type and washed thoroughly with distilled water. The results are shown in Table 3.
[実施例18]
ガラス製カラム(12φ×300mmH)に、オルガノ社製強酸性陽イオン交換樹脂、アンバーライトIR120B Naを35mL仕込み(総交換容量は70meq)、2N塩酸400mLをSV(空塔速度)=4で通液し、再生処理を行い十分に蒸留水で洗浄した。次に、上記参考例3の方法で調製した、グリコロアミド含有グリコール酸水溶液(GA=40重量%、GAM=3800重量ppm/GA)に和光純薬製25%アンモニア水を添加して、アンモニウムイオン濃度が950重量ppmになるように調製した。前記調製液を上記再生済み強酸性陽イオン交換樹脂に、80℃、SV=0.9条件で通液し、出口液をフラクションコレクターで回収、分析しグリコロアミドおよびアンモニウムイオンの破過曲線を取得した。結果は図6に示す。
[Example 18]
A glass column (12φ x 300 mmH) is charged with 35 mL of Organo's strongly acidic cation exchange resin, Amberlite IR120B Na (total exchange capacity is 70 meq), and 400 mL of 2N hydrochloric acid is passed at SV (empty speed) = 4. Then, it was regenerated and washed thoroughly with distilled water. Next, 25% aqueous ammonia manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added to the glycolamide containing glycolic acid aqueous solution (GA = 40 wt%, GAM = 3800 wt ppm / GA) prepared by the method of Reference Example 3 above, and the ammonium ion concentration Was adjusted to 950 ppm by weight. The prepared solution was passed through the regenerated strongly acidic cation exchange resin under the conditions of 80 ° C. and SV = 0.9, and the outlet solution was collected and analyzed by a fraction collector to obtain a breakthrough curve of glycolamide and ammonium ions. The results are shown in FIG.
[実施例19、20および比較例5]
実施例11〜13で回収された粗グリコール酸水溶液約100mLを、アニオン交換精製、カチオン交換精製して、精製グリコール酸を得た。アニオン交換精製では、上記ガラス製カラム(12φ×300mmH)に、オルガノ社製弱塩基性陰イオン交換樹脂(IRA96SB)を仕込み、2N水酸化ナトリウム水溶液400mLをSV=4で通液し、再生処理を行い十分に蒸留水で洗浄した。次に、前記粗グリコール酸水溶液を、40℃、SV=2条件で通液し、グリコール酸水溶液を回収した。更にカチオン交換精製では、上記ガラス製カラム(12φ×300mmH)に、オルガノ社製強酸性陽イオン交換樹脂(IRA120B)を仕込み、2N水酸化ナトリウム水溶液400mLをSV=4で通液し、再生処理を行い十分に蒸留水で洗浄した。次に、前記アニオン交換精製後の粗グリコール酸水溶液を40℃、SV=2条件で通液し、精製グリコール酸水溶液を回収した。それぞれ回収された精製グリコール酸水溶液の分析結果を表4に示す。
[Examples 19 and 20 and Comparative Example 5]
About 100 mL of the crude glycolic acid aqueous solution recovered in Examples 11 to 13 was subjected to anion exchange purification and cation exchange purification to obtain purified glycolic acid. In anion exchange purification, the glass column (12φ x 300 mmH) is charged with a weakly basic anion exchange resin (IRA96SB) manufactured by Organo, and 400 mL of 2N aqueous sodium hydroxide solution is passed through with SV = 4 for regeneration treatment. And thoroughly washed with distilled water. Next, the crude glycolic acid aqueous solution was passed under conditions of 40 ° C. and SV = 2 to recover the glycolic acid aqueous solution. Furthermore, in cation exchange purification, the glass column (12φ x 300 mmH) is charged with a strongly acidic cation exchange resin (IRA120B) manufactured by Organo, and 400 mL of 2N aqueous sodium hydroxide solution is passed through with SV = 4 for regeneration treatment. And thoroughly washed with distilled water. Next, the crude glycolic acid aqueous solution after the anion exchange purification was passed through under the conditions of 40 ° C. and SV = 2 to recover the purified glycolic acid aqueous solution. Table 4 shows the analytical results of the purified glycolic acid aqueous solutions collected.
得られたグリコール酸水溶液の一部を50mLナスフラスコに仕込み、窒素置換後、窒素フロー下において加熱を開始し、常圧でスターラー攪拌しながら170℃から200℃まで昇温加熱し、生成水を留去しながら縮合反応させた。次いで真空ポンプで40mmHgまで減圧し、200℃×2Hr加熱して未反応グリコール酸等の低沸物を除去した。得られたプレポリマーの着色程度の評価結果を表4に示す。引き続き、260℃まで昇温、減圧度を3〜5mmHgに上げて解重合反応を行った。留出液を氷水による冷却トラップで回収した。回収液の組成を上記ガスクロマトグラフィーで実施したが、いずれもグリコリド以外のピークは認められなかった。回収液とフラスコ内残液の着色程度の評価結果を表4に示す。 Part of the resulting aqueous glycolic acid solution was charged into a 50 mL eggplant flask, and after substitution with nitrogen, heating was started under a nitrogen flow, and the temperature was raised from 170 ° C. to 200 ° C. while stirring with a stirrer at normal pressure. The condensation reaction was carried out while distilling off. Subsequently, the pressure was reduced to 40 mmHg with a vacuum pump, and the mixture was heated at 200 ° C. × 2 Hr to remove low boiling substances such as unreacted glycolic acid. Table 4 shows the evaluation results of the degree of coloring of the obtained prepolymer. Subsequently, the temperature was raised to 260 ° C., and the degree of vacuum was increased to 3 to 5 mmHg to carry out the depolymerization reaction. The distillate was recovered with a cooling trap with ice water. The composition of the recovered liquid was implemented by the above gas chromatography, but no peak other than glycolide was observed in any of them. Table 4 shows the evaluation results of the degree of coloring of the recovered liquid and the residual liquid in the flask.
本発明によれば、カルボン酸アミドを不純物として含む、粗カルボン酸水溶液からカルボン酸を製造することができる。本発明によれば、特にニトリル化合物の加水分解反応によって得られたカルボン酸アンモニウム塩水溶液を脱塩することで得られた粗カルボン酸水溶液中に反応副生物として含まれるカルボン酸アミドを、カルボン酸アンモニウムに変換することで、最終的に製造されるカルボン酸の品質を高くすることができる。 According to the present invention, carboxylic acid can be produced from a crude carboxylic acid aqueous solution containing carboxylic acid amide as an impurity. According to the present invention, a carboxylic acid amide contained as a reaction by-product in a crude carboxylic acid aqueous solution obtained by desalting an aqueous carboxylic acid ammonium salt solution obtained by a hydrolysis reaction of a nitrile compound, in particular, By converting to ammonium, the quality of the carboxylic acid finally produced can be increased.
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