BR112014001382B1

BR112014001382B1 - método de produção de composto derivado do ácido c4

Info

Publication number: BR112014001382B1
Application number: BR112014001382-9A
Authority: BR
Inventors: Chi-Cheng Ma; Todd Werpy
Original assignee: Archer Daniels Midland Company
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2020-11-10
Also published as: TR201904063T4; EP2734629A4; CN103827308A; US20140127767A1; BR112014001382A2; MX360202B; EP2734509A1; US20170029353A1; EP2734509B1; WO2013012589A1; EP2734629A1; CN103827308B; WO2013012590A1; ES2717873T3; CN103797003B; BR112014001342A2; CN103797003A; MX2014000838A; MX2014000839A; EP2734509A4

Abstract

MÉTODO DE PRODUÇÃO DE COMPOSTO DERIVADO DO ÁCIDO C4. Métodos para a formação de sais de amónio de diácidos C4 em um processo de fermentação com a remoção de sais de carbonato de metais bivalentes são revelados. O pH dos caldos de fermentação para a produção de diácidos C4 é controlado pela adição de oxigênio alcalino que contém compostos de cálcio ou magnésio que forma sais de metal bivalente dos diácidos. Os sais de metal bivalente dos diácidos são substituídos por amónio por introdução de sais de amónio em temperatura e pressão elevadas, o que forma seus sais de amónio solúveis. O CO2 ou o bicarbonato é adicionado simultaneamente ao meio de fermentação em temperatura e pressão elevadas. A redução da temperatura e da pressão forma sais de carbonato de metal bivalente insolúvel que são separados dos sais de diácido de amónio solubilizados.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS

[01] Este pedido reivindica prioridade aos pedidos provisórios americanos nos 61/510.209 e 61/510.204, cada um requerido em 21 de julho de 2011.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[02] Normalmente, a produção de diácidos, tais como ácido succínico, málico, maleico e fumárico por fermentação do açúcar por um microorganismo envolve a recuperação do diácido do caldo de fermentação por formação de sal de cálcio do diácido, o que não é solúvel no caldo aquoso. No caso da fermentação por fungos, tais como Rhizopiis oryzae ou Aspergillus oryzae, que produzem preferencialmente ácido fumárico e málico, respectivamente, o cálcio é normalmente introduzido no caldo na forma de CaCO3, o que forma Ca(HCO3)2 na solução. O bicarbonato é eficaz na manutenção do pH do caldo, uma vez que o diácido que é produzido tende a baixar o pH. 0 diácido é recuperado na forma de sal de cálcio. Os sais de cálcio dos ditos diácidos C4 têm uma solubilidade muito baixa em soluções aquosas (normalmente inferior a 3 g/litro em temperatura ambiente), e não são adequados para muitas aplicações para as quais é necessário o ácido livre, tais como a conversão química em produtos derivados como butanodiol e similares. Portanto, o sal de cálcio é tipicamente dissolvido em ácido sulfúrico, o que forma sulfato de cálcio insolúvel, que pode ser facilmente separado do diácido livre. 0 sulfato de cálcio é um produto com poucas aplicações comerciais, e consequentemente é normalmente descartado como resíduo sólido em aterros sanitários ou outros locais de descarte de resíduos sólidos.

[03] Em um processo alternativo descrito, por exemplo, em W02010/ 147920, em vez da utilização de carbonato de cálcio, o pH do meio para o crescimento de fungos foi mantido com a utilização de um composto contendo magnésio oxigenado, tal como MgO, Mg(OH)2, MgCO3, ou Mg(HCO3)2 e todos formam o sal de bicarbonato em solução aquosa. 0 uso de magnésio em vez de cálcio demonstrou melhorar a produção de ácido por fermentação. A fermentação foi conduzida em um pH de 5 a 8, e mais preferencialmente de 6,0 a 7,0. 0 pH foi mantido pela adição de oxigénio do composto de magnésio oxigenado, e o C02 foi introduzido no meio em combinação com o composto de magnésio oxigenado para manter uma fração molar de bicarbonato (HCO3") de pelo menos 0,1, e mais preferencialmente pelo menos 0,3, com base nos moles totais de HCO3", CO3"2, e C02 no meio. No final da fermentação, a porção líquida do meio continha a maioria do diácido como um sal de magnésio solúvel, que foi separado de uma porção de sólidos do meio que continha os sais precipitados e outro material insolúvel. 0 sal de ácido dissolvido foi convertido na forma de ácido livre, reduzindo o pH para abaixo do ponto isoelétrico do diácido com a utilização de um ácido mineral tal como o ácido sulfúrico, e baixando a temperatura do meio (mais preferencialmente) a não mais que 5 °C, o que precipitou o ácido livre da solução.

[04] Embora sejam úteis para a produção de um ácido livre, as técnicas descritas para a utilização dos resultados de sais de magnésio são caras, em primeiro lugar porque os compostos de magnésio oxigenado custam consideravelmente mais do que os compostos de cálcio análogos, e a maior parte do magnésio permanece no meio de fermentação sob a forma do sal de magnésio do ácido inorgânico que não é economicamente útil para outra fermentação ou outros fins. Em segundo lugar, a necessidade de baixar a temperatura dos sais solúveis recuperados para precipitar o ácido livre adiciona outros custos de energia.

[05] Há uma necessidade na técnica, portanto, de elaborar outros métodos para a recuperação de diácidos de um meio de fermentação que produzirão um produto diácido adequado para utilização nas reações químicas subsequentes, evitando ao mesmo tempo a produção de produtos residuais de cálcio e/ou magnésio que aumentam o custo da produção dos diácidos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[06] A presente invenção provê, em um aspecto, os métodos de recuperação de diácidos orgânicos a partir de um processo de fermentação de uma forma comercialmente útil, reduzindo o acúmulo de produtos residuais não utilizáveis, tais como sulfato de cálcio ou formas não utilizáveis de magnésio. 0 método de recuperação envolve a formação e a separação dos sais de carbonato de um cátion de metal bivalente, tal como cálcio ou magnésio, que é precipitado e filtrado de um caldo de fermentação enquanto, simultaneamente, forma sais de amónio do diácido que permanece solúvel. 0 precipitado de carbonato de metal recuperado pode ser reutilizado no processo de fermentação, em vez de descartado como resíduo não utilizável. 0 filtrado recuperado que contém os sais de amónio solubilizados do diácido pode ser posteriormente processado em diácidos livres ou diretamente usado para a produção de produtos derivados em reações de etapa única ou reações de etapa única com intervenções e remoção de amónio.

[07] Em outro aspecto, a revelação provê, por hidrogenação química de etapa única integrada, métodos para a síntese do solvente comercialmente valioso N-metil-2- pirrolidona (NMP) e dos reagentes gama-butirolactona (GBL) e 1,4-butano-diol (EDO) que têm base na hidrogenação dos diácidos C4 presentes em um caldo de fermentação, na recuperação de seus sais solúveis de amónio, e na redução dos sais de amónio ou diácidos livres obtidos deles em compostos desejados. Assim, a revelação provê uma alternativa de base biológica à síntese de NMP, GBL e BDO a partir de recursos renováveis que não dependem dos reagentes produzidos dessas fontes petroquímicas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[08] A figura 1 ilustra uma realização de um processo para a substituição de sais parcialmente solúveis de diácido de cálcio com sais solúveis de amónio dos diácidos, o que forma carbonato de cálcio insolúvel, e sua reciclagem em um processo de fermentação de acordo com um aspecto da invenção.

[09] A figura 2 ilustra uma sequência de reação para a produção de NMP de succinato de amónio de acordo com outro aspecto da invenção.

[010] A Figura 3 ilustra uma sequência de reação para a redução dos sais de diácido de diamônio de C4 misto a succinato de amónio.

[011] A Figura 4 ilustra uma sequência de reação para a desidratação catalisada por base de malato em fumarato.

[012] A Figura 5a ilustra uma sequência de reação para a produção de 1,4-butanodiol a partir de diácidos C4 mistos. A Figura 5b ilustra a produção de ésteres de dimetil de diácidos C4, de acordo com uma reação para a produção de BDO a partir de fumarato ou malato. A Figura 5c ilustra a redução direta de ácido succínico em butanodiol.

[013] A Figura 6 ilustra uma sequência de reação para a produção de gama-butirolactona a partir de fumarato e succinato.

[014] A Figura 7 resume várias realizações da combinação de formação de sais de substituição de amónio a partir de sais de cálcio ou magnésio de diácidos C4 com a separação dos carbonatos, e sua hidrogenação para a formação dos derivados 1,4-butanodiol, N-metil-2-pirrolidona, e gama- butirolactona.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[015] Produção e Recuperação de Sais de Diácido de Amónio do Meio de Fermentação. A presente invenção provê, em um aspecto, os métodos de produção e recuperação de diácidos orgânicos produzidos por um processo de fermentação de uma forma de sais de amónio comercialmente útil, reduzindo o acúmulo de produtos residuais não utilizáveis, tais como sulfato de cálcio ou formas não utilizáveis de magnésio. Os diácidos orgânicos mais adequados para utilização nos métodos da presente revelação são os diácidos C4, succínico, málico, maleico e o ácido fumárico. (Devio ao ácido maleico ser o isômero cis do ácido fumárico, quaisquer afirmações aqui a respeito do ácido fumárico são igualmente aplicáveis ao ácido maleico).

[016] Uma variedade de microrganismos pode ser utilizada para a produção dos diácidos por fermentação. Para a produção dos diácidos C4, várias espécies de fungos Asperigillus, especialmente A. flavus, A. oryzae, A. sojae são conhecidas por produzir títulos relativamente elevados de diácidos C4 enriquecidos com ácido málico. Várias espécies de fungos Rhizopus, especialmente de R. oryzae também são conhecidas por produzir títulos relativamente altos de diácidos C4 enriquecidos com ácido fumárico. Destes, os métodos descritos aqui foram utilizados para fins demonstrativos, mas não limitados a eles, com meios de fermentação preparados a partir de A. oryzae e R. oryzae.

[017] As espécies bacterianas também são conhecidas pela produção de diácidos C4, especialmente as bactérias de vários gêneros dados a uma designação de espécie "succinogenes", que são assim designados porque são conhecidos por produzir diácidos enriquecidos com ácido succínico. Elas incluem, por exemplo, Wolinella succinogenes, Fibrobacter succinogenes,e Actinobacillus succinogenes. Destes, os métodos descritos aqui foram exemplificados com meio de fermentação de Actinobacillus succinogenes que produz uma mistura de diácidos C4 enriquecida com ácido succínico.

[018] Uma vez que todos os meios de fermentação, seja fermentação por fungos ou bacteriana, contêm composições de nutrientes semelhantes em solução aquosa (por exemplo, uma fonte de carbono de açúcar, traços de sais e vitaminas com cátions bivalentes) e produzem composições semelhantes de diácidos C4, os métodos fornecidos providos aqui são aplicáveis a qualquer processo que produza diácidos C4 por fermentação por qualquer microrganismo, embora as misturas exatas de diácidos C4 produzidos possam variar. Algumas fermentações, por exemplo, as fermentações com Rhizopus ou Aspergillus, produzem pequenas quantidades de subprodutos indesejáveis, tais como ácido acético, glicerol, ácido glutárico, ácido cítrico e etanol. No entanto, estes materiais de subprodutos não interferem na recuperação do produto de diácido C4 de amónio ou no uso direto de todo o meio clarificado recuperado como um reagente de matéria-prima para as reações subsequentes.

[019] Vantajosamente, as técnicas descritas aqui podem ser praticadas para a recuperação de diácidos de todo o meio de fermentação, do meio de fermentação clarificado, e do meio de fermentação purificado. "Todo o meio de fermentação" quer dizer a fermentação de todo o caldo, inclusive a biomassa celular e os nutrientes, os suplementos e os subprodutos de fermentação constituintes. 0 Exemplo 4 mostra que todo o dito caldo de fermentação pode ser processado para converter uma mistura de sais de malato, fumarato e succinato em uma mistura que converteu pelo menos 96% do malato e do fumarato em succinato diamônio em uma série de etapas de etapa única. É preferível utilizar todo o meio de fermentação por razões de custo e rendimento, porque o sal de carbonato de metal bivalente precipitado é um material sólido que é difícil de ser separado da biomassa de partículas do meio de fermentação. "Meio de fermentação clarificado" é a fração líquida do meio de fermentação bruto remanescente após a biomassa celular e outros sólidos suspensos terem sido removidos por filtração, centrifugação ou outra técnica adequada. 0 Exemplo 3 mostra a recuperação dos diácidos de amónio de um meio de fermentação clarificado. 0 meio de fermentação "purificado" é um meio de fermentação clarificado que foi submetido a pelo menos uma etapa de separação de um componente indesejado que contém uma fração de uma fração enriquecida com diácidos. Técnicas típicas que podem ser usadas para a obtenção de um meio de fermentação purificado incluem, por exemplo, a destilação, a cromatografia de troca iônica, a eletrodiálise, a eletrodeionização e a ultrafiltração.

[020] Os métodos têm base na primeira parte de introdução de carbonato suficiente na fermentação sob um primeiro conjunto de condições de alta temperatura e pressão para a formação de um sal de carbonato parcialmente insolúvel de um cátion de metal bivalente que libera o metal bivalente do diácido. Na segunda parte, o método tem base na formação simultânea de um sal de amónio do diácido que é mais solúvel do que o sal de metal bivalente do diácido, e muito mais solúvel do que o sal de carbonato de metal bivalente. 0 sal de amónio dissolverá os sais de metal bivalente precipitados dos diácidos. As condições de temperatura e pressão são então reduzidas a uma segunda condição (condições pressão e temperatura tipicamente padrão (STP), ou seja, 25 °C, 14,7 psi, são suficientes) na qual o sal de carbonato de metal precipita quantitativamente do meio, deixando para trás uma fração solubilizada que contém o sal de amónio do diácido. A fração solubilizada é separada da fração precipitada por filtração ou outro meio, e pode ser utilizada diretamente como uma matéria-prima reagente para a formação de produtos derivados dos diácidos C4.

[021] Enquanto os métodos são os mais adequados para os diácidos C4, nos quais o sal solúvel é um sal de amónio, os métodos são também aplicáveis à separação de qualquer ácido ou diácido orgânico produzido por fermentação, com a utilização de um sal substituto, no qual as primeiras condições físicas, tais como temperatura e pressão podem ser aplicadas, de modo que (i) o sal de carbonato do íon de metal bivalente é menos solúvel em um meio aquoso do que o sal de diácido correspondente do mesmo cátion de metal; (ii) o sal substituto do ácido ou diácido é pelo menos 10 vezes mais solúvel do que o sal de metal bivalente do diácido sob as primeiras condições; e (iii) o sal substituto do diácido permanece solúvel sob um segundo conjunto de condições nas quais o sal de carbonato do cátion de metal bivalente é insolúvel.

[022] Os cátions de metal bivalente adequados para o processo incluem qualquer lugar no qual seu sal de carbonato tem uma solubilidade em água inferior a 0,5 g por litro em 25 °C e um pH de 2 a 4. Em práticas preferidas, o cátion de metal bivalente mais adequado é de cálcio ou magnésio, cujos sais de carbonato têm uma solubilidade de cerca de 0,02 e 0,4 g/1, respectivamente. Outros cátions funcionais de metal bivalente podem incluir manganês, ferro, cobalto, níquel, cobre e zinco. Outros cátions funcionais, mas menos adequados, de metal bivalente podem incluir molibdênio, prata e cádmio. 0 cálcio e o magnésio são preferidos por causa de sua abundância e de sua particular adequação para utilização em formas alcalinas, como os suplementos de controle de pH em um meio de fermentação que é usado para a produção do diácido em primeiro lugar. Além disso, os sais de carbonato de cálcio e magnésio são alcalinos e/ou podem ser facilmente convertidos em outras formas alcalinas para reutilização no controle do pH da fermentação.

[023] Nas práticas típicas, a quantidade do cátion de metal bivalente recuperado do meio de fermentação é pelo menos 90% do cátion de metal bivalente que de outra forma iria formar um sal do diácido, enquanto a quantidade de sal de amónio recuperado do diácido é pelo menos 90% da quantidade de diácido presente no meio de fermentação. 0 sal de carbonato de metal recuperado pode ser subsequentemente convertido em um composto alcalino solúvel do metal que pode ser reciclado para uso continuado no processo de produção de diácido por introdução em um meio de fermentação novo para contrabalançar a redução do pH que ocorre durante a produção do diácido.

[024] Nos métodos providos aqui, a separação de diácidos de um meio de fermentação tem base, em parte, no fato de que, sob uma primeira condição na qual uma fonte de carbonato é infundida em um meio aquoso em temperatura e pressão elevadas, um cátion de metal bivalente que de outra forma iria formar um sal parcial ou completamente insolúvel do diácido, preferencialmente forma um complexo com o carbonato para formar o sal de carbonato de metal bivalente, enquanto o diácido forma um sal de um cátion substituto que permanece solúvel no meio aquoso sob a primeira condição. Esta primeira condição ocorre em uma temperatura de pelo menos 100 °C e uma pressão de pelo menos 200 psig. Em uma prática exemplar, a temperatura era de 120 °C e a pressão era de 200-230 psig. Ainda assim, as temperaturas melhoram a solubilidade dos sais substitutos do diácido e de C02 sem aumentar substancialmente a solubilidade do carbonato de metal bivalente que é formado. Em certas práticas exemplares, uma variação de temperatura de 120 °C a 230 °C foi utilizada, e o carbonato foi infundido através da introdução de C02 em uma pressão de 200-500 psig.

[025] Em uma etapa, o carbonato é introduzido em um meio de fermentação que contém o diácido. 0 modo mais eficaz de introduzir o carbonato é por infusão com C02 sob uma pressão de pelo menos 200 psig em uma temperatura de pelo menos 120 °C. 0 carbonato também pode ser introduzido com a utilização de uma suspensão de pasta fluida de carbonato parcialmente solubilizado que ainda vai dissolver após diluição no meio, ou com a utilização de um sal de bicarbonato solubilizado em um pH que vai formar o carbonato. Por exemplo, as soluções de bicarbonato de magnésio ou cálcio ou NH4HCO3, Na2CO3, ou NaHCO3 com o meio em um pH superior a 6 também podem ser utilizadas. A quantidade de carbonato a ser introduzida deve ser pelo menos um equivalente molar da quantidade de cátion de metal bivalente que está presente no meio no momento em que se deseja recuperar os diácidos produzidos. Mais tipicamente, a quantidade de carbonato deve estar entre um e dois equivalentes molares da quantidade de cátion de metal bivalente.

[026] A quantidade de cátion de metal bivalente, por sua vez, será prevista pela quantidade de diácido produzido, ou que deve ser produzido, pelo processo de fermentação. Tipicamente, a quantidade de cátion de metal bivalente deve ser de cerca de metade a dois equivalentes molares da quantidade de diácido produzido ou que deve ser produzido. Em práticas exemplares, a quantidade de cátion de metal bivalente usada foi de 1,2 a 1,6 equivalentes molares da quantidade de diácido produzido. É preferível introduzir o cátion de metal bivalente como um sal solúvel, por exemplo, como bicarbonato de cálcio ou sulfato de magnésio. Alguns sais de cátion de metal bivalente de cálcio e magnésio, porém, tais como carbonato de cálcio, carbonato de magnésio e hidróxido de magnésio são apenas parcialmente solúveis em um pH neutro. Estes materiais podem ser introduzidos no meio como uma pasta fluida parcialmente solubilizada em água ou como um material seco que se dissolverá quando diluído no volume maior do meio de fermentação no pH adequado.

[027] Por exemplo, em uma prática exemplar, quando o Mg(OH)2 foi usado para controlar o pH da fermentação para a produção de ácido succínico de Actinobacillus succinogenes, quando o meio de fermentação começou a cair para um pH abaixo de 6,9, uma pasta fluida de Mg(OH)2 foi adicionada para ajustar o pH com a quantidade total de magnésio adicionado no final da fermentação sendo de cerca de 1,6 equivalentes molares da quantidade de succinato produzido. Em outras práticas exemplares com a utilização de Rhizopus oryzae para a produção principalmente de fumarato em um pH ideal de cerca de 5,8, ou com a utilização de Aspergillus oryzae para a produção principalmente de malato em um pH ideal entre 6 e 7, uma pasta fluida de CaCO3 foi adicionada ao meio de fermentação quando o pH começou a diminuir abaixo destas variações ideais, com a quantidade total de cálcio adicionada até ao final da fermentação sendo de cerca de 1,2 a 1,3 equivalentes molares da quantidade do total de diácidos produzidos.

[028] Dependendo da tolerância do organismo que produz diácido ao pH baixo, o cátion de metal bivalente pode ser introduzido no meio antes, durante ou após o processo de fermentação que produz o diácido. Caso o organismo que produz diácido tenha elevada tolerância a um pH baixo, de modo que a produção do diácido não iniba a fermentação do microrganismo, o cátion de metal bivalente pode ser introduzido após a fermentação estar completa. Neste caso, o cátion de metal bivalente pode ser introduzido em qualquer forma de sal adequada ou como um óxido. As formas de sal adequadas incluem carbonato, bicarbonato, hidróxido ou sais de haleto do cátion de metal bivalente. Caso o diácido que produz microrganismos seja inibido no processo de fermentação por um pH baixo, então, de preferência, o cátion de metal bivalente é introduzido como um composto alcalino, tal como na forma de óxido ou como o sal de carbonato ou bicarbonato de forma contínua ou intermitente durante o processo de fermentação para contrariar a diminuição do pH, como mencionado acima. Caso o controle de pH não seja importante para o rendimento da fermentação, então o cátion de metal bivalente pode ser introduzido em qualquer momento antes, durante ou após o processo de fermentação, e em qualquer forma de sal ou na forma alcalina.

[029] Além da infusão de carbonato no meio, o amónio como o cátion substituto para a formação do sal de diácido também é introduzido no meio, e estas condições são mantidas durante um tempo suficiente para equilibrar a formação de sal de amónio solúvel do diácido e o sal bivalente do carbonato. Como utilizado aqui, "sal de amónio do diácido" ou simplesmente "diácido de amónio" significa pelo menos um dentre um sal de mono-amónio do diácido com um grupo ácido livre e um grupo amónio, ou um sal de diamônio de ambos os grupos de ácido. É importante notar que o tempo de equilíbrio inclui o tempo necessário para redissolver os sais de cátions bivalentes dos diácidos que já foram formados e começaram a precipitar a partir do meio e para substituir o íon de amónio para o diácido que manterá sua solubilidade. Em práticas exemplares, as condições usadas para a formação de cátion de metal bivalente e para a substituição para a produção do sal de diamônio do diácido foram uma temperatura de pelo menos 100 °C, uma pressão de pelo menos 200 psig e um pH de 8 a 11. Em práticas exemplares em particular, a temperatura foi de 120 °C a 230 °C, a pressão foi de 200 psig a 500 psig, o pH foi de 8 a 9, e o tempo de equilíbrio sob estas condições foi de cerca de 2 horas.

[030] O amónio ou qualquer sal que doa amónio pode ser utilizado no método, o que inclui os sais de amónio orgânicos ou inorgânicos. Por razões de subsequente derivatização e possessão do diácido, é preferível utilizar um sal inorgânico de amónio, tal como hidróxido de amónio, sulfato de amónio ou de haleto de amónio. É mais preferível utilizar o hidróxido de amónio, de modo a não introduzir quaisquer outros íons além de H+ e OH, ou introduzir outros grupos funcionais quimicamente reativos, tais como o sulfato, se for desejado executar outras reações de etapa única, tal como descrito aqui posteriormente. A quantidade de sal de amónio vai depender da quantidade de diácido no meio recuperado e do tipo de sal de amónio desejado. Caso o sal de mono-amónio seja desejado, a quantidade de amónio deve ser de cerca de um equivalente molar para a quantidade de diácido. Caso o sal de diamônio seja desejado, a quantidade de amónio deve ser de pelo menos dois equivalentes molares para a quantidade de diácido presente. Em práticas exemplares para a formação dos sais de diamônio dos diácidos, foram utilizados 3 a 4 equivalentes molares de hidróxido de amónio.

[031] Após o equilíbrio sob a primeira condição ser atingido, a pressão é liberada e a temperatura é reduzida até a temperatura ambiente, provendo uma segunda condição na qual o sal de carbonato de metal bivalente precipitará quantitativamente do meio de fermentação enquanto o sal de amónio permanece solubilizado. No caso de cálcio ou magnésio, a segunda condição pode ser uma temperatura pelo menos tão elevada quanto a temperatura ambiente (25 °C) . No entanto, dependendo da concentração dos sais, as temperaturas mais elevadas também podem funcionar com incubação prolongada. As temperaturas mais baixas do que a temperatura ambiente também vão funcionar, desde que a temperatura não seja tão baixa que provoque a precipitação do sal de amónio do diácido, e desde que não haja um excesso do cátion de metal bivalente em relação ao amónio que a formação de mais de 10% do metal do diácido também ocorra quando a temperatura é tal que o sal de metal do diácido também precipita, o que reduz a recuperação do diácido na forma do sal de amónio solúvel.

[032] O sal de carbonato de metal bivalente precipitado é separado do meio de fermentação por qualquer meio adequado conhecido na técnica, tal como filtração ou centrifugação. Em certas realizações do método, o sal de carbonato de metal separado é recuperado e reutilizado como está, ou é convertido em outra forma alcalina para uso reciclado no processo de fermentação. Por exemplo, em uma alternativa, uma pasta fluida do carbonato de cálcio recuperado pode ser adicionada diretamente a um novo meio de fermentação ácido em parte com a dissolução em bicarbonato de cálcio para elevar o pH. Em outra alternativa, o carbonato de cálcio recuperado pode ser primeiro dissolvido em um ácido mineral que forma bicarbonato de cálcio diretamente e que também pode ser utilizado para ajustar o pH em forma de solução. Ainda em outra prática, o carbonato de cálcio pode ser decomposto no composto de óxido de cálcio por meio de aquecimento em uma temperatura de 825 °C ou superior, o que liberará o C02 que pode ser recuperado por compressão. A reação análoga também ocorre com o carbonato de magnésio (MgCO3) que se decompõe em MgO em temperaturas ainda mais baixas, na variação de 250 °C a 800 °C, com a temperatura típica para a conversão de 100% sendo de cerca de 500 °C a 662 °C. Tanto o óxido de cálcio como o óxido de magnésio convertem seus respectivos compostos hidróxido quando dissolvidos em um meio aquoso, o que provê um composto alcalino alternativo que pode ser reciclado para o meio de fermentação para o controle do pH. Ainda como outra alternativa prática, o carbonato de magnésio também pode ser convertido em seu bicarbonato solúvel em água Mg(HCO3)2 por tratamento com ácido, e o bicarbonato alcalino utilizado para ajustar o pH do meio de fermentação.

[033] Embora seja mais desejável reciclar o composto alcalino bivalente recuperado por utilização em ciclos subsequentes de fermentação, como outra opção, o sal de carbonato de metal ou seus derivados alcalinos podem ser vendidos para utilização em outros processos, tais como a fabricação de materiais de construção.

[034] O filtrado ou o sobrenadante isento de carbonato de metal e que contém o sal de amónio solubilizado do diácido também é recuperado. Este diácido de amónio que contém a fração pode ser usado diretamente para outra conversão em outros compostos, por exemplo, pelas técnicas descritas a seguir, ou o diácido livre ou o sal de diácido de amónio ainda pode ser purificado. Por exemplo, o ácido livre pode ser gerado por acidificação do meio para a formação do diácido livre. 0 diácido livre pode então ser facilmente separado do íon de amónio por meio de cromatografia de troca iônica ou outro processo de remoção de ions convencional, tal como eletrodeionização ou eletrodiálise. Em uma prática, o filtrado recuperado é concentrado por evaporação em um produto líquido ou sólido concentrado utilizado diretamente como uma matéria-prima reagente para outros processamentos.

[035] Com referência à Figura 1, ela representa uma realização exemplar de um processo de fermentação para a produção de um ou mais dos diácidos C4 no qual um sal de amónio solúvel dos diácidos é formado com a formação simultânea de um carbonato de cálcio insolúvel ou outro derivado alcalino de óxido de cálcio e/ou bicarbonato de cálcio que pode ser reciclado para o controle do pH de uma fermentação em curso. Dependendo do microorganismo, o pH deve ser mantido tipicamente entre 5,5 e 7,5. Durante as fases iniciais da fermentação 5 em um caldo de fermentação nutritivo, a massa celular é produzida com "os diácidos C4 livres, fumárico, málico e/ ou succínico. Os diácidos C4 livre abaixam o pH do meio de fermentação, que é cotrariado na etapa 10 pela introdução de uma ou mais das formas alcalinas de compostos de oxi cálcio - hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio, óxido de cálcio e/ou bicarbonato de cálcio. 0 composto de oxi cálcio introduzido forma sais de cálcio parcialmente insolúveis dos diácidos C4. Na conclusão da etapa de fermentação 15, o hidróxido de amónio é adicionado ao meio de fermentação com a infusão de dióxido de carbono em uma temperatura de pelo menos 100 °C e uma pressão de pelo menos 200 psig, o que inicialmente forma bicarbonato de cálcio e sais de amónio solúveis dos diácidos. Em vez de dióxido de carbono, o meio também pode ser infundido com outro sal de bicarbonato, tal como bicarbonato de sódio, ou mais preferencialmente, bicarbonato de amónio. A mistura é deixada para incubar em condições de temperatura e pressão elevadas por tempo suficiente para substituir quantitativamente o amónio pelos sais de cálcio dos diácidos, o que inclui a fração parcialmente precipitada, e para formar o carbonato de cálcio. Na etapa 20, a mistura retorna às condições ambientes de temperatura e pressão (por exemplo, STP) , o que resulta na formação quantitativa de carbonato de cálcio insolúvel. Na etapa 25, o carbonato de cálcio precipitado é separado com a massa celular por filtração ou centrifugação, e os sais de amónio solúveis dos diácidos são recuperados 40 no filtrado ou sobrenadante. Na etapa 30a ou 30b, o carbonato de cálcio recuperado no retido ou pelote, com a massa celular, é aquecido a uma temperatura e durante um tempo suficiente para converter a massa celular em cinzas. As cinzas celulares contêm minerais que são suplementos úteis para promover um novo crescimento celular no meio de fermentação.

[036] Na etapa 30a alternativa 30a, com a utilização de uma temperatura de cerca de 300 °C durante cerca de 2 horas, a massa celular é convertida em uma cinza insolúvel e o composto de cálcio está na forma de carbonato de cálcio seco como materiais sólidos. Na etapa alternativa 30b, com a utilização de uma temperatura de pelo menos 825 °C durante cerca de 1 hora, o carbonato de cálcio é decomposto em material sólido de óxido de cálcio seco, com a liberação de dióxido de carbono. Como uma opção, na etapa 35, o carbonato de cálcio ou o óxido de cálcio pode ser dissolvido em um ácido mineral, tal como HC1, o que forma uma solução de bicarbonato de cálcio e cinza insolúvel que, se desejado, pode ser separada por filtração. Na etapa 45, qualquer um dos materiais de oxi cálcio recuperados com ou sem a cinza pode ser reciclado para ajustar o pH da fermentação na etapa 10. Em uma prática exemplar para a produção de diácidos C4 mistos (fumarato, malato, succinato) por fermentação com Rhizopus oryzae, uma pasta fluida de carbonato de cálcio foi usada como o composto de ajuste de pH na etapa 10.

[037] Embora ilustrado com compostos de oxi cálcio na Figura 1, o processo é essencialmente idêntico com a utilização dos compostos de oxi magnésio análogos carbonato de magnésio, óxido de magnésio, hidróxido de magnésio ou óxido de magnésio (o que forma o hidróxido de magnésio em soluções aquosas). Em uma prática exemplar para a produção de succinato principalmente por fermentação com Actinobacilhis siiccinogenes, uma pasta fluida de hidróxido de magnésio foi utilizada como o composto de ajuste do pH na etapa 10.

[038] Redução de Etapa Única de Diácidos de Amónio do Meio de Fermentação. Em outro aspecto da presente revelação, os sais de amónio recuperados dos diácidos C4 produzidos em um meio de fermentação são usados como uma fonte alternativa para a produção do solvente amplamente utilizado e do reagente N-metil-2-pirrolidona (NMP).

[039] A NMP e seus derivados são usados como intermediários para a síntese de agroquímicos, produtos farmacêuticos, produtos têxteis auxiliares, plastificantes, estabilizantes e tintas especiais. Ela também é empregada como um precursor de nylon. A produção de NMP a partir do diácido de amónio é um processo de uma, duas, três ou quatro etapas, dependendo da fração de diácido, todos os quais podem ser realizados em um recipiente de reação única, sem intervenção na purificação dos intermediários.

[040] No caso do succinato de amónio, a NMP é produzida em um processo de uma ou duas etapas que inclui a combinação do succinato de amónio com um excesso molar de metanol e hidrogênio para a formação de uma mistura de reação e o aquecimento da mistura de reação a uma temperatura de 200 °C a 300 °C, mais tipicamente de cerca de 230 °C, na presença de um primeiro catalisador de hidrogenação durante um tempo suficiente para a formação inicial de diamida N-metil succinamida cíclica (NMS, também conhecida como l-metil-2,5- pirrolidinodiona). Com os tempos de incubação prolongados, a NMS ainda é mais hidrogenada a NMP de acordo com a sequência de reação ilustrada na Figura 2. As etapas de hidrogenação podem ser feitas em etapa única com a utilização de um único catalisador. Alternativamente, a reação pode ser feita sequencialmente em um processo de duas etapas no qual um primeiro catalisador de hidrogenação é usado sob um primeiro conjunto de condições para a produção de NMS, e um segundo catalisador de hidrogenação é usado sob um segundo conjunto de condições de temperatura para a produção do NMP.

[041] No caso do fumarato (ou maleato) de amónio, a NMP é produzida em um processo de duas etapas que inclui uma primeira etapa de hidrogenação com um primeiro catalisador de hidrogenação para a redução da ligação dupla do fumarato antes da introdução de metanol, seguido por uma segunda etapa de hidrogenação na presença de um segundo catalisador de hidrogenação e metanol, como mostrado na Figura 3.

[042] No caso do malato de amónio, a NMP é produzida em um processo de três etapas que inclui uma desidratação prévia do grupo hidoxi de malato por mero aquecimento do malato de amónio em solução aquosa a uma temperatura de pelo menos 210 °C, o que pode ser feito na ausência de um catalisador de hidrogenação para a formação de fumarato de amónio em uma sequência representada pela Figura 4. Enquanto a desidratação inicial pode ser realizada na ausência do catalisador de hidrogenação, os catalisadores podem, opcionalmente, ser incluídos na etapa de desidratação inicial sem prejuízo para a sequência de reação.

[043] Os catalisadores adequados para as reações de hidrogenação em quaisquer das etapas anteriores incluem, entre outros, níquel (por exemplo, níquel Raney, G- 49B comercializado pela Sud Chemie (Louisville, KY) , que é o níquel sobre kiselghur com um promotor de zicônio), ruténio, por exemplo, Ru/C, que é o ruténio em um substrato de carbono), paládio como, por exemplo, paládio em carbono (Pd/C), ou cromita de cobre (Ru/C, Pd/ C, Pt/C). É preferível usar um catalisador de ruténio e/ou ródio para reações de hidrogenação de catalisador único. Quando o níquel é usado em uma sequência de hidrogenação de múltiplos catalisadores, o catalisador níquel é preferencialmente usado como o primeiro catalisador de hidrogenação para a redução dos ácidos C4 a succinato, e o ruténio e/ou o ródio é utilizado para a hidrogenação subsequente para a produção de NMP na presença de metanol. As reações de hidrogenação normalmente requerem infusão em uma atmosfera de H2 em uma pressão de pelo menos 100 psi, mais tipicamente entre 200 e 500 psig, e em temperaturas superiores a 100 °C, tipicamente entre 120 e 300 °C durante um tempo suficiente para hidrogenar (reduzir) as ligações relevantes.

[044] Em outra realização, os sais de amónio dos diácidos são usados como uma fonte alternativa de produção do solvente e do reagente 1,4-butanodiol (BDO).

[045] O BDO pode ser produzido por vias alternativas, dependendo do diácido C4 de partida.

[046] Quando o material de partida é predominantemente fumarato de amónio e/ou maleato de amónio, existem duas vias para o BDO, e cada uma delas requer a separação do amónio do sal. Uma primeira via inclui as etapas de (i) acidificação da mistura de reação para a formação do ácido livre e de amónio, (ii) , remoção do amónio por troca iônica, eletrodiálise, eletrodeionização ou outra técnica de remoção de íons adequada; (iii) adição de metanol e um catalisador ácido ou básico para a formação do éster dimetil fumarcil; e redução do dimetil fumarcil em BDO por hidrogenação na presença de um catalisador de hidrogenação adequado, tal como ilustrado na Figura 5A. 0 catalisador de ácido ou base adequado inclui ácidos minerais homogêneos simples, tais como H2SO4, HC1, e as bases minerais como NaOH, ou um catalisador heterogêneo fortemente ácido ou fortemente básico, tal como resinas de troca iônica ácidas sulfatadas ou fosfatadas ou resinas de troca iônica básicas com grupos funcionais amino ou metoxi. Condições exemplares para a reação de esterificação são o refluxo do fumarato de amónio em ácido sulfúrico 10% durante cerca de 1 hora. 0 catalisador de hidrogenação adequado e as condições para a conversão do diéster em BDO são os mesmos mencionados aqui anteriormente, no que diz respeito às reações de hidrogenação para a produção de NMP. Os catalisadores de hidrogenação adequados e as condições para a conversão do diéster em BDO são os mesmos mencionados aqui anteriormente, no que diz respeito às reações de hidrogenação para a produção de NMP. Os catalisadores preferidos para a hidrogenação são Ni, Re, Rh, Ru, Pd e Au.

[047] Uma segunda via para a síntese de BDO quando o material de partida é predominantemente fumarato de amónio e/ou maleato de amónio é realizar simultaneamente a separação de troca iônica do íon de amónio e a metil esterificação do fumarato por contato entre o fumarato de amónio e uma resina de troca iônica ácida em uma coluna na presença de metanol, como ilustrado na Figura 5B. Nesse caso, a coluna funcionará em parte com uma coluna de troca iônica, preferencialmente mantendo o amónio em uma porção da funcionalidade ácida, enquanto o resto da porção de grupos ácidos atua como um catalisador para a esterif icação do fumarato em metanol. 0 éster dimetil fumarcil que elui da coluna é então submetido a uma redução na presença de H2, calor e um catalisador de hidrogenação de metal para a produção de BDO como na primeira via.

[048] Naturalmente, o BDO também pode ser sintetizado a partir de malato de amónio com a utilização das mesmas duas vias mencionadas acima, com exceção de que, antes da separação do amónio ou do contato com o metanol, o malato é convertido em fumarato por desidratação catalisada por calor, tal como mencionado aqui anteriormente para a produção de NMP.

[049] A terceira via de síntese de EDO pode ser utilizada quando o diácido C4 é principalmente succinato de amónio. Neste caso, não há necessidade de esterificação do diácido para o derivado éster dimetílico. Em vez disso, um ácido mineral é adicionado em quantidades suficientes para formar o ácido succínico livre e o amónio é substituído por H+ por meio de troca iônica, eletrodiálise, eletrodeionização ou outra etapa de remoção de íons adequada, e o ácido succínico é diretamente submetido a uma hidrogenação redutora na presença de hidrogênio com um catalisador paládio e/ou rutênio para a formação de BDO, como ilustrado na Figura 5C. As condições para a redução direta do diácido em diol são as mesmas que aquelas exigidas para a redução do metil diéster em diol.

[050] Em outras realizações, a butirolactona (GBL) também pode ser produzida diretamente a partir do succinato de amónio.

[051] GBL

[052] A via para a produção de GBL é ilustrada na Figura 6. Assim como com a produção de BOD, um ácido mineral é adicionado em quantidades suficientes para formar o ácido succínico livre, e o amónio pode ser opcionalmente removido por troca iônica ou outra técnica adequada. 0 ácido succínico livre é reduzido a GBL por hidrogenação na presença de um catalisador paládio/Al203, que pode ser paládio em carbono na presença de A12O3 ou paládio em um suporte de A12O3. Um solvente adequado é o dioxano, e uma temperatura adequada é de cerca de 280 °C durante 4 horas, em uma pressão de cerca de 60 bars.

[053] A Figura 7 resume um processo integrado de fermentação para a produção de diácidos C4, conversão de seus sais bivalentes nos sais de amónio, e as reações de hidrogenação subsequentes para a produção de uma variedade de derivados reduzidos. As etapas 5 a 30 da Figura 1, representadas na parte superior direita da Figura 7, são realizadas no processo de fermentação que resulta na recuperação de um filtrado de diácidos de amónio solubilizados 50 em solução aquosa. 0 filtrado recuperado pode ser usado diretamente ou, opcionalmente, pode ser concentrado por evaporação. Caso a fermentação produza, preferencialmente, malato, como no caso de A. oryzae, então na etapa 55 o ácido heterogêneo ou homogêneo ou o catalisador de base pode ser usado para desidratar o malato em fumarato com a remoção do amónio, seguido de esterificação do fumarato para a formação de dimetil fumarato 60. 0 dimetil fumarato pode então entrar em contato com um catalisador de hidrogenação na presença de H2 para formar BDO. No processo alternativo para a produção de BDO, os sais de amónio mistos dos diácidos podem ser hidrogenados em um primeiro catalisador para converter todos eles em succinato de diamônio, e o amónio trocado com o hidrogénio por adição de um ácido. 0 succinato ainda pode ser hidrogenado para a formação de BDO com ou sem a remoção do amónio. As duas etapas de hidrogenação podem ser realizadas em etapa única com a utilização de um único catalisador, ou um catalisador diferente pode ser utilizado para a primeira e a segunda hidrogenações na sequência de reação. Em uma realização para a produção de NMP, o ácido succinico de diamônio formado no caldo de fermentação pode ser misturado com metanol e um catalisador de hidrogenação para a formação de NMS e em seguida NMP em uma sequência de reação de duas etapas que exige a presença de amónio. A sequência de reação de duas etapas pode ser realizada em etapa única com um único catalisador de hidrogenação, ou diferentes catalisadores de hidrogenação podem ser utilizados para a primeira e a segunda etapas da sequência de reação. Em uma realização para a produção de GBL, semelhante à produção de BDO, o succinato de amónio é convertido em succinato por troca iônica com um íon de hidrogênio, e o succinato é hidrogenado em um catalisador paládio para a obtenção de GBL.

[054] Os exemplos a seguir são providos para ilustrar vários aspectos da invenção, e não se destinam a limitar a invenção de qualquer maneira. Um técnico no assunto pode utilizar estes Exemplos para guiar a prática de vários aspectos da invenção com um catalisador ou condições diferentes sem se afastar do âmbito da invenção revelada.

[055] Exemplo 1

[056] Separação de malato de diamônio e carbonato de cálcio de malato de cálcio

[057] (amostra diluída)

[058] Uma mistura de 7,01 g (0,04 mol) de malato de cálcio e 20 mL de NH40H (28%) em 150 ml de água foi pressurizada sob 500 psi de C02 em temperatura ambiente. A mistura de reação foi agitada durante 2h enquanto incubada a 120 °C. Após a reação, o gás foi libertado e a mistura foi resfriada até temperatura ambiente, e um precipitado sólido branco de carbonato de cálcio (5,64 g) foi formado e coletado por filtração e seco. 0 filtrado de fluxo passante foi evaporado sob vácuo para a obtenção de um produto oleoso, que foi o malato de amónio (6,11 g) . 0 rendimento do malato de amónio foi de 93%, com base no malato de cálcio.

[059] Exemplo 2

[060] Separação de malato de diamônio e carbonato de cálcio de malato de cálcio

[061] (amostra concentrada)

[062] Uma mistura de 20,28 g (0,12 mol) de malato de cálcio foi misturada com 30 mL de NH40H (28%) em 200 ml de água e carregada sob 60 psi de C02 em temperatura ambiente. A mistura foi agitada durante 2 h enquanto incubada a 120 °C, e atingiu uma pressão de 180 psi. Após a reação, o gás foi libertado e a mistura foi resfriada até temperatura ambiente, e o sólido branco foi filtrado. 0 filtrado de fluxo passante foi evaporado sob vácuo para a obtenção de um produto oleoso, que foi determinado como sendo o malato de amónio (21,76 g). 0 bolo filtrante foi o carbonato de cálcio (11,27 g) . 0 rendimento do malato de amónio foi de 96%, com base na entrada de malato de cálcio.

[063] Exemplo 3

[064] Recuperação de sais de diácido de diamônio de um meio de fermentação.

[065] Um caldo de fermentação clarificado de 502,82 g obtido por crescimento de Rhizopus oryzae em glicose para a produção de uma mistura de ácido fumárico, ácido succínico e ácido málico foi misturado com 35 ml de NH40H (28%) , e pressurizado sob 500 psi de C02 em temperatura ambiente. A mistura de reação foi agitada durante 2h enquanto incubada a 120 °C. Após a reação, o gás foi liberado e a mistura foi resfriada até temperatura ambiente, e o sólido branco precipitado (44,87 g) que se formou foi coletado por filtração e determinado como sendo principalmente CaCO3, e continha 0,5% de ácido málico livre e 0,8% de ácido fumárico livre. 0 filtrado de fluxo passante foi evaporado sob vácuo para a obtenção de 54,368 de um produto sólido marrom claro, que foi determinado como sendo uma mistura de sais de amónio que inclui 65,6% de fumarato de amónio, 18% de malato de amónio e 15,8% de succinato de diamônio (DAS).

[066] Exemplo 4

[067] Remoção de etapa única de carbonato de cálcio, formação de diácidos C4 de amónio mistos, redução a succinato e formação de NMP

[068] Todo um caldo de fermentação de glicose para a formação de diácidos C4 por Rhizopus de acordo com o Exemplo 6 foi obtido. Todo o caldo continha sais de cálcio do diácido, glicose não consumida, biomassa celular e subprodutos de fermentação, tais como glicerol e ácido acético. Com base nos resultados analíticos, todo o caldo continha ácido fumárico 46,9 g/kg, ácido málico 19,2 g/kg e ácido succínico 3,3 g/kg (calculados como ácidos livres, embora presentes na forma de sais de Ca no caldo).

[069] Todo o caldo (393,87 g) foi tratado por adição de 73 ml de NH40H (28%) e infusão com C02 em 200 psi em temperatura de 80 °C durante 2 horas. Um catalisador de níquel na forma de níquel de Raney ou um catalisador paládio em carbono (Pd/C) foi adicionado em determinadas amostras do amónio tratado e do caldo de carbonatado, como indicado na tabela abaixo, e elas foram então aquecida a uma temperatura de 120 °C em uma pressão de 500 psi de H2 e agitadas durante um período de 1 hora. A amostra não continha qualquer catalisador. Duas amostras foram então aquecidas a uma temperatura de 230 °C e agitadas por mais 2 horas. Em uma das amostras a 230 °C, 18 ml de metanol também foram adicionados à mistura de hidrogenação. 0 aquecimento de todo o caldo nestas condições também afetou uma etapa de morte da biomassa de Rhizopusm o que inativou outros processos biológicos.

[070] A temperatura foi reduzida à temperatura ambiente durante um período de 2 horas, e o material sólido em suspensão compreendido por sal de carbonato de cálcio e biomassa celular foi coletado por filtração, e o filtrado que continha os sais de diamônio dissolvidos dos diácidos foi recuperado e analisado, dando os resultados mostrados na Tabela 1 abaixo:

[071] Tabela 1

* o metanol foi adicionado ao caldo, o catalisador foi Ni. ** o Pd/C foi o catalisador

[072] Com base no conteúdo do caldo de partida, os resultados indicaram que, mesmo na ausência de um catalisador e em temperatura relativamente baixa de 120 °C, mais de 98% do fumarato e pelo menos 60% do malato no meio foram convertidos em succinato de diamônio. Na presença de qualquer catalisador de metal em uma temperatura de 230 °C, pelo menos 95% da fração combinada de malato e fumarato foram convertidos em succinato de diamônio. Na presença de metanol em 230 °C, uma porção substancial dos diácidos ainda foi reduzida a NMS e NMP, como mostrado na Tabela 2.

[073] Tabela 2

g/kg

[074] Exemplo 5

[075] Conversão de etapa única de diácidos C4 de amónio em NMP

[076] Um caldo evaporado de uma fermentação de Actinobaccillus succinogenes para a produção de diácidos C4 que foi convertido em sais de diácido de amónio a partir de sais de cálcio foi obtido. 0 caldo evaporado, que continha 64% de succinato de amónio, 25,4% de ácido málico e 10,3% de glicerol foi misturado com 2,32 g de níquel de Raney e 25 ml de metanol em 200 ml de água e aquecido a 280 °C em um reator de autoclave equipado com controladores de temperatura e pressão. 0 ar foi removido por borbulhamento de hidrogênio três vezes através de um tubo de imersão, e o hidrogênio foi carregado em 400 psig em temperatura ambiente. A mistura foi aquecida a 280 °C durante duas horas, tempo durante o qual algum hidrogênio foi consumido. A mistura foi agitada por mais 6 horas a 280 °C com uma pressão de H2 de 1200 psig. Posteriormente, o reator foi resfriado até temperatura ambiente, e o hidrogénio residual foi liberado. 0 catalisador foi filtrado, o filtrado recuperado foi evaporado sob vácuo para a obtenção de um material sólido branco que foi analisado e mostrou conter 10,36 g/kg de NMS, 12,45 g/kg de NMP, e 3,16 g/kg de succinato de diamônio.

[077] Exemplo 6

[078] Meio de fermentação, condições e rendimentos de diácidos C4 de Actinobaciihis succinogenes, Rhizopus oryzae e Aspergillus oryzae

[079] A. Para Actinobacilliis succinogenes, a cepa foi obtida do Instituto de Biotecnologia de Michigan (Lansing, MI). 0 meio continha, em g/1:

[080] Ao longo da fermentação, o pH foi ajustado com Mg(OH), totalizando 87,5 g/1. Os parâmetros de crescimento de fermentação foram:

[081] Os principais subprodutos da fermentação foram:

[082] Na titulação final, rendimento e a produtividade dos diácidos C4 foram:

[083] Somente ácido succínico

[084] B. Para Rhizopiis oryzae, a cepa foi obtida da Archer Daniels Midland Company, Decatur Illinois. 0 meio continha, em g/1:

[085] Composto por:

[086] Ao longo da fermentação, o pH foi ajustado com uma pasta fluida de CaCO3, totalizando 90 g/1. Os parâmetros de crescimento de fermentação foram:

[087] Os principais subprodutos da fermentação foram:

[088] Na titulação final, rendimento e a produtividade dos diácidos C4 foram:

[089] C. Para Aspergillus oryzae, a cepa foi obtida da Novozymes (Washington, DC) . o meio continha, em g/i:

[090] Ao longo da fermentação, 0 pH foi ajustado com CaCO3, totalizando 120 g/1. Os parâmetros de crescimento de fermentação foram:

[091] Os princip ais subprodutos da fermentação foram:

[092] Na titulação final, rendimento e a produtividade dos diácidos C4 foram:

Claims

1. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE COMPOSTO DERIVADO DO ÁCIDO C4, caracterizado por compreender obtenção de um caldo de fermentação clarificado a partir do crescimento de um microrganismo para a produção de pelo menos um sal diamônio de um diácido C4 selecionado do grupo que consiste em ácido succínico, málico, maléico e fumárico; e em que o caldo de fermentação clarificado contendo o sal amónio de um diácido C4 é obtido a partir de: - crescer um microrganismo para a produção de um caldo de fermentação contendo o diácido C4; - colocar em contato o caldo de fermentação com o diácido C4 com um composto de cálcio para formar um sal de cálcio do diácido; - colocar em contato o caldo de fermentação com uma fonte de amónio e com uma fonte de carbonato sob uma primeira condição incluindo uma temperatura de pelo menos 100°C e uma pressão de pelo menos 1480,28 kPa [200 psig] durante um tempo suficiente para formar um sal carbonato de pelo menos 90% do cálcio e um sal de amónio de pelo menos 90% do diácido C4 no caldo de fermentação; reduzir a temperatura e pressão do caldo de fermentação contatado para uma segunda condição eficaz para formar um precipitado do sal de carbonato de cálcio, enquanto se mantém o sal de amónio do diácido em solução; e - separar o sal carbonato precipitado do cálcio e da massa celular no caldo de fermentação a partir da solução do sal de amónio do diácido para formar o caldo de fermentação clarificado contendo o sal de amónio de um diácido C4; e colocar em contato o caldo de fermentação clarificado contendo o sal diamônio do diácido C4 com um catalisador de hidrogenação e H2 em uma mistura de reação sob condições de temperatura, pressão e tempo suficientes para hidrogenar o sal diamônio do diácido C4 para formar um composto derivado selecionado a partir do grupo que consiste em gama-butirolactona (GBL) e 1,4-butano-diol (BDO).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo composto derivado ser GBL; os diácidos C4 no caldo de fermentação compreendendo, principalmente, o succinato, ou reduzidos a ácido succinico durante a hidrogenação; um solvente dioxano é incluído na mistura de reação de hidrogenação e o catalizador de hidrogenação para formar o GBL compreende paládio e AI2O3.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sal de amónio do diácido C4 na fermentação clarificada ser, principalmente, o malato de amónio e o caldo de fermentação clarificado entra em contato com um catalisador ácido em uma temperatura suficiente para desidratar o malato em fumarato na mistura de reação.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo diácido 04 ser, essencialmente, pelo menos um dentre fumarato de amónio e malato de amónio e incluir as etapas em que: o caldo de fermentação clarificado entra em contato com um catalisador ácido e o metanol que forma um intermediário selecionado do grupo que consiste em fumarato de dimetila e/ou malato de dimetila; e o amónio é separado do fumarato de dimetila e/ou malato de dimetila antes de entrar em contato com o catalisador de hidrogenação; e o composto derivado de C4 é BDO.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo catalisador ácido ser um ácido homogêneo.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo catalisador ácido ser uma resina ácida heterogênea.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sal de amónio do diácido 04 na fermentação clarificada ser, principalmente, succinato de amónio, onde o amónio é removido do caldo de fermentação clarificado formando ácido succínico livre antes de entrar em contato com o catalisador de hidrogenação, e o composto derivado é BDO.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo catalisador de hidrogenação ser um composto formado por pelo menos um dentre niquel, rutênio, ródio, paládio, platina e cromita de cobre.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo sal diamônio dos diácidos 04 na fermentação clarificada ser, essencialmente, pelo menos um dentre fumarato de amónio e malato de amónio, e o contato com o catalisador de hidrogenação inclui o contato com um primeiro catalisador que compreende niquel e um segundo catalisador que compreende pelo menos um dentre rutênio, ródio e paládio.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo contato com o primeiro catalisador ser feito antes do contato com o segundo catalisador.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sal diamônio de diácidos 04 na fermentação clarificada ser, essencialmente, pelo menos um dentre fumarato de amónio e malato de amónio, e o contato com o catalisador de hidrogenação e o hidrogênio incluir: (i) uma primeira etapa de hidrogenação, em que o contato é durante um tempo suficiente para hidrogenar o fumarato e/ou malato para formar o succinato; (ii) uma etapa intermediária, em que o amónio é substituído pelo hidrogênio que forma ácido succínico livre; e (iii) uma segunda etapa de hidrogenação, em que o contato é por um tempo suficiente para formar BDO a partir do ácido succínico.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa intermediária ser selecionada do grupo que consiste em cromatografia de troca iônica, eletrodiálise e eletrodeionização.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo diácido 04 ser, essencialmente, pelo menos um dentre fumarato de amónio e malato de amónio; o caldo de fermentação clarificado entra em contato com um catalisador ácido e o metanol formando pelo menos um dentre fumarato de dimetila e malato de dimetila e, antes de entrar em contato com o catalisador de hidrogenação é incluida uma etapa intermediária, em que o amónio é removido da mistura de reação; e em que o contato com o catalisador de hidrogenação é durante um tempo suficiente para formar BDO a partir de pelo menos um dentre fumarato de dimetila e malato de dimetila.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela etapa intermediária ser selecionada do grupo que consiste em cromatografia de troca iônica, eletrodiálise e eletrodeionização.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fonte de amónio compreender NH4OH.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo composto de cálcio estar em uma forma selecionada do grupo que consiste em um óxido, um hidróxido, um carbonato e um bicarbonato de cálcio.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo composto de cálcio estar introduzido no meio de fermentação para manter o pH do meio de fermentação entre um pH de 5,5 e 7,5 durante um periodo de produção do diácido 04 pelo microrganismo.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo composto de cálcio ser obtido por separação de um sal de carbonato precipitado de cálcio a partir de um segundo meio de fermentação utilizado para a produção do diácido C4.