CN105705647B - 从1，3-丙二醇制造丙烯酸、丙烯腈和1，4-丁二醇的方法 - Google Patents

从1，3-丙二醇制造丙烯酸、丙烯腈和1，4-丁二醇的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105705647B
CN105705647B CN201480048789.6A CN201480048789A CN105705647B CN 105705647 B CN105705647 B CN 105705647B CN 201480048789 A CN201480048789 A CN 201480048789A CN 105705647 B CN105705647 B CN 105705647B
Authority
CN
China
Prior art keywords
propanediol
bio
acrylic acid
pat
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480048789.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105705647A (zh
Inventor
V·格纳纳德斯坎
R·辛格
R·达萨里
M·阿尔杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PTT Global Chemical PCL
Original Assignee
Myriant Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Myriant Corp filed Critical Myriant Corp
Publication of CN105705647A publication Critical patent/CN105705647A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105705647B publication Critical patent/CN105705647B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/27—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with oxides of nitrogen or nitrogen-containing mineral acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/285—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with peroxy-compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/04—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by substitution of functional groups by amino groups
    • C07C209/14—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by substitution of functional groups by amino groups by substitution of hydroxy groups or of etherified or esterified hydroxy groups
    • C07C209/16—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by substitution of functional groups by amino groups by substitution of hydroxy groups or of etherified or esterified hydroxy groups with formation of amino groups bound to acyclic carbon atoms or to carbon atoms of rings other than six-membered aromatic rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C211/00—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C211/01—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C211/20—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic unsaturated carbon skeleton
    • C07C211/21—Monoamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C253/00—Preparation of carboxylic acid nitriles
    • C07C253/24—Preparation of carboxylic acid nitriles by ammoxidation of hydrocarbons or substituted hydrocarbons
    • C07C253/26—Preparation of carboxylic acid nitriles by ammoxidation of hydrocarbons or substituted hydrocarbons containing carbon-to-carbon multiple bonds, e.g. unsaturated aldehydes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
    • C07C255/01—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C255/06—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and unsaturated carbon skeleton
    • C07C255/07—Mononitriles
    • C07C255/08—Acrylonitrile; Methacrylonitrile
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/44—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring increasing the number of carbon atoms by addition reactions, i.e. reactions involving at least one carbon-to-carbon double or triple bond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/60—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by elimination of -OH groups, e.g. by dehydration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C33/00—Unsaturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C33/02—Acyclic alcohols with carbon-to-carbon double bonds
    • C07C33/025—Acyclic alcohols with carbon-to-carbon double bonds with only one double bond
    • C07C33/03—Acyclic alcohols with carbon-to-carbon double bonds with only one double bond in beta-position, e.g. allyl alcohol, methallyl alcohol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/50—Use of additives, e.g. for stabilisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C57/00—Unsaturated compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C57/02—Unsaturated compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms with only carbon-to-carbon double bonds as unsaturation
    • C07C57/03—Monocarboxylic acids
    • C07C57/04—Acrylic acid; Methacrylic acid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及使用可再生碳源作为原料生产基于生物的有利的有机化学品例如生物丙烯酸、生物丙烯腈和生物1，4‑丁二醇领域。在本发明的第一阶段，生物1，3‑丙二醇衍生自通过微生物发酵的可再生碳源。在本发明的第二阶段，生物1，3‑丙二醇转化为生物丙烯酸或生物丙烯腈或生物1，4‑丁二醇。

Description

从1，3-丙二醇制造丙烯酸、丙烯腈和1，4-丁二醇的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年9月3日提交的美国临时申请系列号61/873,328的优先权。
发明领域
本发明涉及从生物1，3-丙二醇通过简单的一步或两步化学方法制造生物丙烯酸、生物丙烯腈和生物1，4-丁二醇的方法。在本发明中使用生物1，3-丙二醇作为起始材料，其由一种或其他可再生碳源通过微生物发酵获得。
发明背景
目前使用可再生生物材料作为原料制造商品化学品越来越受到关注。例如，已经开发了生物催化剂用于使用生物原料，例如葡萄糖、甘油、蔗糖和纤维素水解物来制造琥珀酸、乳酸、3-羟基丙酸、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇和丁醇。因此，衍生自生物材料的商品化学品可以在许多化学工业中用作目前衍生自石油化学原料的原材料的投入(drop-in)替换品。本发明提供使用生物质衍生的1，3-丙二醇制造生物丙烯酸、生物1，4-丁二醇和生物丙烯腈的方法，1，3-丙二醇目前在工业规模上使用生物原料以成本有效的方式制造。
丙烯酸及其酯在用于生产聚丙烯酸酯、弹性体、超吸收聚合物、地板抛光剂、粘合剂、漆等中是重要的商品化学品。从历史上看，丙烯酸已经通过乙炔的羟羧基化反应来制备。该方法使用羰基镍和高压一氧化碳，这两者均是昂贵的以及被认为对环境是不利的。其他方法，例如利用乙烯酮和3-羟基丙腈作为原料的那些方法通常具有相同的缺陷。BASF(德国)、Dow Chemicals(美国)、Arkema(法国)和Nippon Shokubai(日本)使用丙烯作为原料来制造丙烯酸。
在使用可再生资源来制造生物丙烯酸上越来越受到关注。衍生自碳水化合物生物发酵的乳酸和3-羟基丙酸被认为是用于通过化学催化剂介导的气相脱水反应来制造丙烯酸的理想原料。从乳酸和3-羟基丙酸来衍生丙烯酸的工艺条件还在研究中，并且远未达到商业规模生产的程度。Dow Chemicals已经与OPXBio合作利用从糖发酵衍生的3-羟基丙酸来开发生物丙烯酸。BASF也与NovozymesA/S和Cargill Inc.合作利用发酵衍生的3-羟基丙酸作为起始材料来生产生物丙烯酸。Myriant Corporation和Procter&Gamble也正在独立开发涉及生物质衍生的乳酸的气相脱羟方法。Metabolix正在试图使用其FAST(快速作用选择性热解)的方法来制造生物丙烯酸。Genomatica已经开发使用衍生自发酵方法的富马酸制造生物丙烯酸的新方法。Genomatica的技术利用乙烯和富马酸进行复分解反应，产生丙烯酸。这些制造生物丙烯酸的不同方法目前与基于丙烯的丙烯酸制造相比没有成本竞争力，这些方法涉及预期会造成高资金成本和运营成本的回收骤。因此，需要另外一种制造生物质衍生的丙烯酸及其酯的商业规模的成本有效的方法。本发明提供使用生物质衍生的1，3-丙二醇来制造生物丙烯酸的简单的两步可规模化方法。
衍生自生物原料，例如葡萄糖、甘油、蔗糖和纤维素水解物的琥珀酸被认为在有用的工业化学品制造中适宜的投入(drop-in)原料，所述工业化学品例如为1，4-丁二醇(BDO)、γ-丁内酯(GBL)和四氢呋喃(THF)。BDO目前被用作在塑料和聚酯制造中的工业溶剂以及是诸如GBL和THF的有用化学品的前体。其为质子极性溶剂，并与水混溶。BDO的全球市场为每年约30亿磅，几乎全部来自石油化工方法。GBL适宜作为溶剂用在用作除草剂、橡胶添加剂和药品制造原料的吡咯烷酮的制备以及可生物降解聚合物的生产中，替代对环境有害的氯代溶剂。THF为在有机化学中使用的非质子性水混溶性溶剂。其被广泛用于树脂和聚合物的生产中。
制造BDO的典型方法从石油化学衍生的乙炔开始，其与甲醛利用Reppe化学进行反应。获得的1，4-丁炔二醇然后被氢化以形成BDO。还有其他一些化学路线来合成BDO，但是最经济的途径之一始于丁烷作为原料。首先，丁烷被氧化以产生马来酸酐。然后，马来酸酐可通过BP/Lurgi Geminox方法或Davy Technology方法被转化为BDO。前一方法回收马来酸酐作为马来酸以及进行液相加氢以产生BDO与THF和/或GBL的混合物。在Davy Technology方法中，马来酸酐被酯化为马来酸二甲酯，其然后被气化并输送到气相加氢系统，产生琥珀酸二甲酯。琥珀酸二甲酯经历氢解反应，产生GBL和BDO，其可进一步转化为THF。这些产品通过蒸馏被分离以及甲醇被再循环返回到酯化反应器中。
由于原料衍生自石油化学原料，用于生产BDO、GBL和THF的传统方法是不可持续的方法。一种可能的途径是通过将生物琥珀酸酯化为琥珀酸二烷基酯来生产生物-BDO，接着通过氢化步骤生产BDO、GBL和THF。另一种被采用的制造生物-BDO的方法为设计能够产生生物-BDO作为发酵产物的微生物有机体(Burk，Int.Sugar J.112，1333(2010)；McGrew，Specialty Chem Mag.July 2010，pp32-34；Yim et al.，Nature Chem Bio.7，445(2011))。美国专利号7,858,350和8,129,156提供了用于产生1，4-丁二醇的微生物。美国专利号8,067,214提供了用于生物合成1，4-丁二醇及其前体的组合物和方法。美国专利号8,129,169提供了用于产生1，4-丁二醇的微生物及相关方法。美国专利号7,947,483提供了用于生长联合的1，4-丁二醇生产的方法和有机体。美国专利号8,715,971提供了用于联合生产异丙醇和1，4-丁二醇的微生物和方法。美国专利号8,530,210提供了用于联合生产1，4-丁二醇和γ-丁内酯的微生物和方法。美国专利号8,597,918提供了从发酵液中分离1，4-丁二醇的方法。本发明提供了又一种新的和成本有效的生产生物-BDO的方法，使用生物质衍生的1，3-丙二醇作为起始材料。
丙烯腈是另一种商品化学品，其能够依据本发明的使用生物质衍生的1，3-丙二醇作为起始材料来制造。丙烯腈广泛大量应用于很多商业产品和方法中，特别是服装和塑料。其被用于生产许多不同的合成聚合物(ABS-丙烯腈丁二烯苯乙烯；ASA-丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯；NBR-丁腈橡胶和SAN-苯乙烯丙烯腈)。ABS被用于从孩子的LEGO玩具到高尔夫球杆头和汽车零部件的每一件物品中。NBR可能最常见于非胶乳手套中，但也用于合成皮革、垫圈和密封件中。SAN因其对热的高耐受性而最常见于厨房产品中。此外，丙烯腈在工业上用作生产丙烯酸的起始试剂。目前，丙烯腈从丙烯通过氧化反应使用磷钼酸铋催化剂来获得。用于丙烯腈制造中的丙烯衍生自石油和天然气精炼的副产品。需要由可再生资源生产基于生物的丙烯腈。本发明提供了新的制造生物丙烯腈的方法，使用生物质衍生的1，3-丙二醇作为起始材料。
发明内容
本发明提供从生物1，3-丙二醇经过一或两种简单化学反应来制造生物丙烯酸、生物丙烯腈和生物1，4-丁二醇的方法。适用于本发明的生物1，3-丙二醇使用生物催化剂通过发酵衍生自可再生碳源。
在本发明的一个实施方案中，生物丙烯酸通过以两步进行的方法衍生自可再生碳源。在依据本发明方法的第一步中，使用适宜的生物催化剂通过生物发酵来生产生物1，3-丙二醇。在本发明方法的第二步，生物质衍生的1，3-丙二醇通过两步化学反应转化为丙烯酸。在化学转化方法的第一步中，生物1，3-丙二醇进行催化脱水反应，导致生成生物烯丙醇，其进而被氧化生成生物丙烯酸。用于本发明的生物1，3-丙二醇通过使用生物催化剂的发酵由可再生碳源获得，可再生碳源包括葡萄糖、蔗糖、甘油和纤维素水解物以及其他等。
在使用生物1，3-丙二醇作为起始材料生产生物丙烯酸的该实施方案的另一方面，提供了以生物丙烯醛作为中间体的两步骤方法。在该方法的第一步中，生物质衍生的1，3-丙二醇通过使用生物催化剂的发酵由可再生碳源获得。在本发明的下一步中，生物质衍生的1，3-丙二醇在温和氧化条件下进行催化脱水反应，得到生物烯丙醇和生物丙烯醛的混合物，其随后充分氧化得到生物丙烯酸。
在该实施方案的另一方面，生物质衍生的1，3-丙二醇在400°-500°K通过均相途径与氧反应。在该均相氧化反应期间，1，3-丙二醇经历脱水和氧化性脱氢，几乎仅形成丙烯醛(约90％的选择性)。通过均相氧化反应如此形成的丙烯醛在非均相催化剂存在下进一步氧化，得到丙烯酸。
在该实施方案的另一方面，生物1，3-丙二醇进行单步氧化脱水反应，得到丙烯酸。
在本发明的另一实施方案中，提供了用于生产生物丙烯腈的方法。在该实施方案的一方面，生物质衍生的1，3-丙二醇进行脱水反应，得到烯丙醇，其继而进行胺化反应，得到生物烯丙胺。在该方法的下一步，生物烯丙胺进行氧化反应，得到生物丙烯腈。在该实施方案的另一方面，生物烯丙醇进行使用氨氧化催化剂的单步反应，得到丙烯腈。
在本发明另一实施方案中，提供了从可再生碳源生产生物1，4-丁二醇的两步方法。在该方法的第一步中，使用生物催化剂从碳源衍生1，3-丙二醇，碳源包括葡萄糖、蔗糖、甘油和纤维素水解物。在该方法的第二步中，生物质衍生的1，3-丙二醇进行脱水反应，导致生成生物烯丙醇，其继而进行加氢甲酰化反应和氢化反应，得到生物1，4-丁二醇和2-甲基-1，3-丙二醇。
依据本发明的另一实施方案，衍生自生物1，3-丙二醇的生物烯丙醇在设计为利用丙烯原料的传统丙烯酸制造设备中用作投入的化学中间体，导致产生生物丙烯酸。在本发明的另一方面，衍生自生物1，3-丙二醇的生物烯丙醇在设计为利用环氧丙烷原料的传统1，4-丁二醇制造设备中用作投入的化学中间体，导致产生生物1，4-丁二醇。
附图简要说明
下面的附图说明本发明的一些方面，不应该被看作是排他的实施方案。公开的主题能被明显改变、变化、组合以及在形式和功能上等同，如会被得益于本公开的本领域技术人员所想到的那样。
图1-从生物质衍生的1，3-丙二醇通过烯丙醇生产生物丙烯酸和生物丙烯腈。用于本发明的1，3-丙二醇通过使用生物催化剂的发酵衍生自可再生碳源，可再生碳源包括葡萄糖、蔗糖、甘油和纤维素水解物。生物质衍生的1，3-丙二醇进行脱水反应，产生生物烯丙醇。经氧化反应中，生物烯丙醇产生生物丙烯酸。
图2-用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行连续的催化脱水和催化氧化反应，生成生物丙烯酸。
图3-从生物质衍生的1，3-丙二醇通过生物丙烯醛作为中间体生成生物丙烯酸。生物质衍生的1，3-丙二醇在温和氧化条件下进行催化脱水反应，产生生物丙烯醛和生物烯丙醇的混合物，其随后充分氧化，得到生物丙烯酸。在该图中还显示了1，3-丙二醇经历氧化脱水反应生成丙烯酸的途径。
图4-用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇在温和氧化条件下进行催化脱水反应，产生生物丙烯醛和生物烯丙醇的混合物，其随后充分氧化，得到生物丙烯酸。
图5-用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行单步骤氧化脱水反应，得到生物丙烯酸。
图6-用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行均相氧化反应，几乎仅形成丙烯醛(约90％的选择性)。由均相氧化反应如此形成的丙烯醛在非均相催化剂存在下进一步氧化，得到丙烯酸。
图7-从生物质衍生的1，3-丙二醇通过烯丙醇中间体生产生物丙烯腈。生物质衍生的1，3-丙二醇进行脱水反应，得到生物烯丙醇。如此生产的生物烯丙醇进行胺化反应，得到生物烯丙胺，其继而进行氧化反应，得到生物丙烯腈。图中还显示了使生物烯丙醇转化为生物丙烯腈的单步骤氨氧化反应。
图8-用于生物丙烯腈生产的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行催化脱水反应，得到烯丙醇，其继而顺序进行胺化和氧化反应，得到生物丙烯腈。
图9-在氨氧化反应器中的涉及单步骤氨氧化反应的用于生物丙烯腈生产的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行脱水反应，得到烯丙醇，其相应在单步骤进行组合的胺化和氧化反应，得到生物丙烯腈。
图10-从生物质衍生的1，3-丙二醇通过烯丙醇中间体生产生物1，4-丁二醇、生物2-甲基-1，3-丙二醇和生物正丙醇。用于本发明的1，3-丙二醇通过使用生物催化剂的发酵衍生自可再生碳源，包括葡萄糖、蔗糖、甘油和纤维素水解物。生物质衍生的1，3-丙二醇进行脱水反应，得到生物烯丙醇。生物烯丙醇经Rh-膦催化剂和[CO/H2]混合气体存在下的加氢甲酰化反应得到生物羟基丁醛、甲基羟基丙醛和丙醛，它们在阮内镍催化剂存在下在氢气中进行氢化反应，得到生物1，4-丁二醇、生物2-甲基-1，3-丙二醇和生物正丙醇。
图11-用于生物1，4-丁二醇和生物2-甲基-1，3-丙二醇生产的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行脱水反应，得到烯丙醇，其继而进行加氢甲酰化和氢化反应，得到生物1，4-丁二醇和生物2-甲基-1，3-丙二醇。
图12-生物质衍生的1，3-丙二醇在用于丙烯酸和丙烯腈生产的传统工艺中用作投入的化学品。在用于丙烯酸生产的传统化学工艺中，丙烯被氧化，得到丙烯醛，其继而经进一步氧化得到丙烯酸。1，3-丙二醇通过使用生物催化剂的发酵工艺衍生自生物质衍生的碳源。经脱水反应，生物质衍生的1，3-丙二醇得到生物烯丙醇，其继而在包括丙烯醛作为中间体的生物丙烯酸生产的传统工艺中用作投入的化学品。在用于丙烯腈生产的传统化学工艺中，丙烯进行氨氧化反应，得到丙烯腈。在用于丙烯腈的传统化学精炼设备中，可恰好在产生生物丙烯腈的氨氧化反应之前使用生物烯丙醇作为投入的中间体。
图13-生物烯丙醇在用于1，4-丁二醇的生产的传统工艺中用作投入的化学品。在用于1，4-丁二醇生产的传统化学工艺中，环氧丙烷被异构化，得到烯丙醇，其继而进行加氢甲酰化和氢化反应，得到1，4-丁二醇。在依据本发明的工艺中，1，3-丙二醇通过使用生物催化剂的发酵工艺衍生自生物质衍生的碳源。生物质衍生的1，3-丙二醇经脱水反应得到生物烯丙醇，其继而在生物1，4-丁二醇生产的传统工艺中用作投入的化学品。
图14-在本发明中使用的HPLC条件下检测的1，3-丙二醇和烯丙醇洗脱曲线。烯丙醇(5.542分钟)和1，3-丙二醇(10.000分钟)的峰在实施例1中描述的实验条件下很好地分开。
图15-在本发明中使用的HPLC条件下检测的丙烯酸和烯丙醇洗脱曲线。烯丙醇(5.542分钟)和丙烯酸(9.156分钟)的峰在实施例1中描述的实验条件下很好地分开。
优选实施方案的详细描述
本发明提供使用生物1，3-丙二醇作为起始材料生产生物丙烯酸、生物丙烯腈和生物1，4-丁二醇的方法。作为前缀对本发明每一个商品化学品给出的术语“生物”是指在每一种那些商品化学品中的碳原子衍生自从植物中天然产生的可再生材料。本发明的生物质衍生的化学品，包括生物1，3-丙二醇、生物丙烯腈、生物丙烯酸和生物1，4-丁二醇传统上从石油原料制造。在本专利说明书中使用前缀“生物”的目的是区分通过使用依据本发明的制造工艺获得的产品与衍生自涉及石油原料的传统制造工艺的类似产品。
依据本发明制造的基于生物的商品化学品可与依照涉及石油原料的传统方法制造的类似商品化学品基于它们的碳14含量而区分，碳14含量依据American Society ofTesting and Materials提供的方法ASTM-D6866。宇宙辐射在平流层中通过氮的中子轰击产生14C(“放射性碳”)。14C原子与大气中的氧原子结合形成重14CO2，其除了放射性衰变，与普通二氧化碳难以区分。CO2浓度和14C/12C之比在全球范围是均匀的，以及因为其被植物利用，因此比率14C/12C保留在生物质中，而最初衍生自光合能量转化的化石材料中的14C含量由于其5730年的较短半衰期而已经衰减。通过分析14C和12C之比，能够确定化石燃料衍生的碳与生物质衍生的碳之比。国际专利申请公开号WO2009/155085A2和美国专利号6,428,767提供关于使用ASTM-D6866方法用于确定化学组合物中生物质衍生的碳含量的百分比的细节。国际专利申请公开号WO2009/155085A2提供了包含超过10％的衍生自可再生生物质资源的碳的异氰酸酯和聚异氰酸酯组成。美国专利号6,428,767提供了新的聚对苯二甲酸丙二酯组成。该新的聚对苯二甲酸丙二酯由1，3-丙二醇和对苯二甲酸酯构成。用于该组成中的1，3-丙二醇通过生物转化可发酵碳源优选葡萄糖而生产。获得的聚对苯二甲酸丙二酯与使用石油化学原料制得的类似聚合物基于双重碳同位素指纹而区分，双重碳同位素指纹表明碳的来源和年龄。在美国专利号6,428,767中公开的测龄相关细节通过引用并入本文。来自Perkin Elmer的应用注释，题目为“Differentiation Between Fossil and Biofuelsby Liquid Scintillation Beta Spectrometry-Direct Method”提供了使用ASTMStandard D6866的方法的细节。
在本发明中使用的术语“生物质”是指衍生自可被用于发酵生产商品化学品(包括1，3-丙二醇)的可再生植物资源的碳水化合物、糖、甘油和木质纤维素材料。
在本发明中使用的术语“脱水”或“脱羟”是指从化学化合物去除一个或多个水分子的化学反应。
在本发明中使用的术语“水合”或“羟化”是指在化学化合物上加上一个或多个水分子的化学反应。
在本发明中使用的术语“氧化”是指在化学化合物上加入氧原子或去除氢原子。
在本发明中使用的术语“加氢甲酰化”是指在化学化合物上加入氢原子和一氧化碳。
在本发明中使用的术语“氢化”是指在化学化合物上加入氢原子。
在本发明中使用的术语“氧化脱水”是指化学反应涉及脱水和氧化反应。
在本发明中使用的术语“氨氧化”或“氨-氧化”是指化学反应包括胺化和氧化反应。
在本发明中使用的术语“生物催化剂”是指已被遗传修饰的在发酵工艺中使用生物质衍生的糖产生一种或其他工业可用化学品的微生物有机体。
在本发明中使用的术语“转化率”是指在化学转化过程中已被使用的反应物的百分比。例如，当化合物“A”在化学反应中转化为另一化合物“B”时，使用公式(1)获得化学反应的转化效率。
公式(1)：
(形成的化合物“B”的摩尔数/最初存在的化合物“A”的摩尔数)×100
在本发明中使用的术语“选择性”是指在化学反应中形成的特定产物在在该特定化学反应中形成的多种产物中的百分比。例如，当化学反应得到产物“A”、“B”、“C”和“D”时，使用公式(2)获得化学反应对产物“A”的选择性。
公式(2)：
(形成的化合物“A”的摩尔数/形成的化合物“A”、“B”、“C”和“D”的摩尔数)×100
可使用衍生自天然植物资源的大量碳水化合物材料作为与在本发明中用作起始材料的1，3-丙二醇的发酵生产相结合的原料。谷类作物如玉米和小麦含有淀粉作为其主要碳水化合物物质，在糖发酵之前需要预水解步骤。糖作物，例如甘蔗和甜菜含有易发酵的蔗糖。谷类作物和糖作物被认为是在包括1，3-丙二醇的可再生化学品制造中的第一代原料。然而，由于对人类的食物安全和土地使用问题的关注，第一代原料在可再生化学品生产中的持续使用在长期运行中是不可持久的。已经努力开发可进一步降低可再生化学品的生产成本的第二代原料。
在本发明中使用的术语第二代原料是指非食物木质纤维素生物质。木质纤维素是地球上最丰富的可再生碳形式。可再生化学原料制造可用的木质纤维素生物质可分为两类。(1)生物废料，包括稻草、玉米废材(秸秆、纤维和穗轴)、木质废料/碎屑、林业废材、旧纸/纸板、甘蔗渣、酒糟、城市固体废弃物、农业废材(油籽浆、甜菜浆等)；(2)能源作物，包括但不限于短期轮作物，例如蒿柳(Salix viminalis)、能源草(Miscanthus giganteus)、苜蓿(Medicago sativa)、柳枝稷(Panicum vigratum)、草芦(Arundo donax)、黑麦草等。
来自美国能源部最近的一篇报道，题目为“U.S.Billion-Ton Update-Biomasssupply for a Bioenergy and Bioproducts Industry”，已经预计美国至2030年将有11至16亿吨的可持续生物质可用于工业生物加工。在生物加工工业面前的挑战是以成本有效的方式从木质纤维素生物质回收可发酵糖。
制造工业化学品的发酵工艺的成本可通过使用木质纤维素生物质在发酵工艺中作为碳源来显著降低。木质纤维素生物质包含约40-50％的己糖和10-30％的戊糖。己糖在本领域中已知为C6糖。戊糖在本领域中已知为C5糖。当水解时，木质纤维素材料得到包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖的糖混合物。然而，目前用于生产工业化学品的发酵工艺中使用的大多数生物催化剂利用纯葡萄糖作为它们生长和新陈代谢的碳来源。例如，可用于在美国专利号7,223,567中描述的乳酸发酵生产中的大肠杆菌(E.Coli)菌株使用补充有葡萄糖的富培养基作为碳源。可用于Jantama等人(2008a；2008b)描述的以及公开在PCT专利申请WO/2008/021141A2和WO2010/115067A2以及美国专利号8,691,539中的琥珀酸生产中的大肠杆菌菌株KJ122要求最少的补充有葡萄糖的培养基。
微生物同时利用多种糖类的能力被某些生化调节体系所限制。在微生物细胞内的这些生化调节体系具有遗传基础。目前，工业微生物在含有葡萄糖或蔗糖作为碳源的培养基中生长。葡萄糖在生长培养基中的存在抑制了其他糖在大肠杆菌以及其他工业微生物物种中的利用。这些微生物消耗的其他糖例如木糖、戊糖仅在生长培养基中的葡萄糖被完全消耗后才开始。与工业微生物中的碳利用有关的该现象是指分解代谢物抑制或两期生长。在工业规模的工业化学品生产期间通过减轻分解代谢物抑制使微生物共同利用不同糖如C5和C6糖的方法成为降低通过发酵生产工业化学品成本的关键。或者，来自木质纤维素水解物的C5和C6糖可在分开的料流中回收，以及随后在不同时间供往生物催化剂以最大限度利用从木质纤维素生物质回收的C5和C6可发酵糖二者。因此，借助于利用由木质纤维素原料回收的C5和C6糖，可进一步显著降低使用木质纤维素生物质制造可再生化学品原料如1，3-丙二醇的成本。
来自甘蔗和甜菜的蔗糖，葡萄糖，含乳糖的乳清，来水解淀粉的麦芽糖和右旋糖，来自生物柴油工业的甘油，衍生自各种木质纤维素材料水解的糖以及它们的组合可适用于发酵生产用作本发明中的起始材料的1，3-丙二醇。如在美国专利申请公开号2013/0202259中所提供的能够同时利用含6-碳的糖如葡萄糖和含5-碳的糖如木糖二者的微生物生物催化剂是用于开发1，3-丙二醇生产用生物催化剂的优选菌株。
使用描述在本发明说明书中引用的一个或其他美国专利文献中的一种或其他生物催化剂衍生自生物原料的生物1，3-丙二醇适用于本发明中描述的几个化学应用中。生物1，3-丙二醇可在聚酯、聚醚、聚氨酯、粘合剂、复合层压材料、涂料和模塑制品的配制中用作底物。此外，生物1，3-丙二醇可用作溶剂或抗冻剂。生物1，3-丙二醇目前用在
Figure BPA0000222035100000121
Polymer的商业制造中，所述聚合物具有可接受水平的柔软性、拉伸和恢复、鲜明的颜色和可印刷质量。本发明还介绍了生物1，3-丙二醇的另一用途，即制造生物丙烯酸、生物丙烯腈和生物1，4-丁二醇。
适用于工业规模发酵生产生物1，3-丙二醇的生物催化剂已经使用代谢工程技术开发出来，且目前在商业上使用(Nakamura et al.，Curr.Opin.Biotech.14，454(2003)；Raynaud et al.，Proc.Natl.Aca.Sci.USA 100，5010(2003)；Mendes et al.，App.Microbio.Biotech.92，519(2011)；Nielsen，Nature Chem Boil.7，408(2011)；Zenget al.，Curr.Opin.Biotech.22，749(2011))。DuPont和Tate&Lyle在2004年共同致力于商业化生产生物质衍生的1，3-丙二醇(“Bio-PDO”)(IB Interview-A conversation withEllen Kullman，Ind.Biotech.10，247(2014)。
在产生1，3-丙二醇的大肠杆菌菌株的构建中可使用的代谢工程工艺的某些实施方案中，引入了用于产生甘油的酵母基因和用于将甘油转化为1，3-丙二醇的肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumonia)基因。美国专利号US 7,371,558和US 7,745,184提供了在发酵生产1，3-丙二醇中有用的生物催化剂。美国专利号US 6,479,716提供了由发酵肉汤回收1，3-丙二醇的方法。所有这些美国专利文献通过引用并入本文。可使用本领域已知的用于发酵生产1，3-丙二醇的这些生物催化剂和方法中的任一种来获得生物1，3-丙二醇，其可用作依据本发明制造生物丙烯酸、生物丙烯腈和生物1，4-丁二醇的起始材料。
在本发明的另一实施方案中，可使用目前作为生物柴油工业副产物获得的甘油作为生产依据本发明的丙烯酸、丙烯腈和1，4-丁二醇的起始原材料。在本发明的一方面，甘油被用作合成1，3-丙二醇中的原材料。这可以两种不同方式来实现。已知使用化学催化剂或某些酶将甘油直接化学转化为1，3-丙二醇的方法。或者可使用甘油作为碳源用于使用某些生物催化剂发酵生产1，3-丙二醇。
使用来自生物柴油工业作为废弃物的甘油来发酵生产1，3-丙二醇所用的菌株已经被开发出来(da Silva et al.，Biotech.Adv.27，30(2009)；Tang et al.，App.Env.Microbiol.75，1628(2009)；Gonen et al.，Chem Biotech.Eng.Q.27，227(2013)；Szmanowska-Powalowska and Leja，Elec.J.Biotech.17，72(2014))。美国专利号US 5,164,309、US 5,254,467、US 5,633,362和US 5,821,092提供了使用甘油作为原料发酵生产1，3-丙二醇中可用的生物催化剂，所有这些美国专利文献通过引用并入本文。
从生物1，3-丙二醇制造生物丙烯酸可通过两种不同途径来实现，每一种包括不同的两步，如图1和3中所示。在这些生产丙烯酸的方法的每一种的第一步中，碳源如葡萄糖、蔗糖、甘油或纤维素水解物进行涉及生物催化剂的发酵，导致产生1，3-丙二醇。在第二步中，这两种途径包括两个不同的化学反应。在一个途径中，通过生物1，3-丙二醇脱水获得作为中间体的烯丙醇(图1)。如上所述，生物烯丙醇也可通过通过催化剂介导的脱水和氢化反应从甘油直接获得。由此获得的生物烯丙醇随后进行氧化反应，得到丙烯酸(图1)。在用于生产生物丙烯酸的另一途径中，生物质衍生的1，3-丙二醇在更温和氧化条件下进行脱水反应，得到生物丙烯醛和生物烯丙醇的混合物(图3)。生物丙烯醛也可通过催化剂介导的脱水反应从甘油直接获得。生物丙烯醛也可从生物1，3-丙二醇在不使用任何催化剂下通过均相氧化反应获得((Diaz et al.，ChemSusChem 3，1063(2010))。作为中间体获得的生物丙烯醛和生物烯丙醇的混合物随后被氧化，获得生物丙烯酸(图3)。
在本发明的一方面，衍生自基于生物的1，3-丙二醇的生物烯丙醇和生物丙烯醛可在传统的基于石化原料的丙烯酸制造设备中用作投入的化学中间体(图12)。在生产丙烯酸的传统化学工艺中，丙烯被氧化，得到丙烯醛，其继而经进一步氧化得到丙烯酸。1，3-丙二醇通过使用生物催化剂的发酵工艺衍生自生物质衍生的碳源。生物质衍生的1，3-丙二醇经脱水反应得到生物烯丙醇，其经更温和氧化得到丙烯醛，继而在包括生物丙烯醛作为中间体生产生物丙烯酸的传统工艺中用作投入的化学品。
图2提供了用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。在该配置中，生物质衍生的1，3-丙二醇进行顺序催化脱水和催化氧化反应，得到生物丙烯酸。
图4提供了用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇在更温和氧化条件下进行催化脱水反应得到生物丙烯醛和生物烯丙醇的混合物，其随后完全氧化得到生物丙烯酸。
图5提供了用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行单步骤氧化脱水反应，得到生物丙烯酸。
图6提供了用于生物丙烯酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行均相氧化反应，几乎仅形成丙烯醛。由均相氧化反应如此获得的丙烯醛在非均相催化剂存在下进一步氧化，得到丙烯酸。
生物1，3-丙二醇催化脱水产生烯丙醇：1，3-丙二醇催化转化为烯丙醇是本领域公知的，其是吸热反应。反应物(1，3-丙二醇)和产物(烯丙醇)均是对称的醇和稳定的化合物。1，3-丙二醇催化转化为烯丙醇得到最少量的副产蝴。
在烷二醇经稀土金属氧化物的气相催化脱水中合成不饱和醇已经有综述(Satoet al.，ACS Catal.3，721(2013)。几种稀土氧化物，例如CeO2、Er2O3和Yb2O3是已知对二醇如1，3-和1，4-丁二醇脱水产生不饱和醇有效的。纯二氧化铈被用于一些有机反应中，例如醇的脱水。二氧化铈的氧化还原和酸-碱性能活化复杂有机分子，并选择性定向它们的转化。CeO2催化1，3-二醇脱水为不饱和醇(Vivier，L.和Duprez.，D.，ChemSusChem 3，654(2010))。二氧化铈催化的二醇选择性脱水为烯类丙醇已被报道过。在325℃下CeO2催化1，3-丙二醇脱水为2-丙烯-1醇(烯丙醇)，具有98.9摩尔％的最大选择性(Sato et al.，Catalysis Comm.4，77(2003))。具有立方方铁锰矿结构的氧化铟(In2O3)为另一种可用于在300℃至375℃温度范围内1，3-丙二醇气相催化脱水为烯丙醇的催化剂。在使用In2O3作为催化剂的1，3-丙二醇的脱水反应中对烯丙醇的选择性超过90％，2-丙烯醛(丙烯醛)和乙醛为主要的副产物(Segawa et al.，J.Mol.Cata.A：Chemical 310，166(2009))。
美国专利号7,259,280已经提供了在烯丙醇生产中的含铈催化剂的改进，以使这种催化生产烯丙醇在工业上可行。美国专利号7,259,280中的与铈催化剂有关的内容通过引用并入本文。
许多不同类型的铈化合物，包括铈氧化物、氢氧化物、硝酸盐、硫酸盐、卤化物和羧酸盐以及它们的混合物，可用于1，3-丙二醇脱水为烯丙醇。氧化铈(IV)、氢氧化铈(IV)、硝酸铈(IV)、硫酸铈(IV)、高氯酸铈(IV)、乙酸铈(IV)、氟化铈(IV)、乙酰乙酸铈(IV)、溴化铈(IV)、碳酸铈(III)、氯化铈(III)和氟化铈(III)可用于制备依据本发明的催化剂。在催化剂用于脱水反应前，需要将所有铈化合物转化为铈氧化物。
依据本发明的铈催化剂负载在载体上，载体选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、碳酸盐、镁、碳酸盐、二氧化硅-氧化铝、二氧化硅-二氧化钛、二氧化硅-氧化锆和炭。通常优选无机载体，以及在无机载体中优选氧化铝，而α氧化铝是最优选的。载体的表面积在0.5至30m2/g范围内，载体的粒度在0.1微米至10微米范围内。铈化合物通过浸渍、离子交换、吸附或沉淀负载在载体上。当需要时，浸渍的载体可在300℃至900℃的温度范围内被煅烧。
为了提高铈氧化物催化剂的活性和/或选择性，理想的是包括其他金属氧化物，例如铝、镁、钙、钡、铁、钴、镍、钛、钒、钪、钇等，得到的催化剂被称为混合的金属氧化物催化剂。
基于铈氧化物的催化剂以及包含铈氧化物的混合的金属氧化物催化剂在250℃至450℃温度范围内使用，1，3-丙二醇优选在反应条件下作为气体使用。可使用惰性气体作为载气，惰性气体与1，3-丙二醇之比在1至100范围内。
催化剂作为浆料或流化床或固定床使用；以连续或半连续或间歇模式进行催化工艺，而连续流动模式是优选的模式。重时空速(WHSV-每小时基于每克催化剂进料的二醇克数)在0.5至200g/g催化剂/h范围内。
烯丙醇氧化为丙烯酸：衍生自使用基于铈的催化剂的生物1，3-丙二醇脱水反应的生物烯丙醇进行催化氧化反应获得丙烯酸。尽管铈催化的脱水反应为吸热反应，但烯丙醇氧化为丙烯酸为放热反应。从原子经济的角度来看，1，3-丙二醇两步转化为丙烯酸具有95％的转化效率。1，3-丙二醇的分子量为76，而最终产物丙烯酸的分子量为72。
用于氧化烯丙醇生成丙烯酸的反应条件是本领域众所周知的，且已经在科学和专利文献中被报道过。在室温下在催化剂量的易得的CuCl存在下在无配体条件下在乙腈中用无水叔丁基过氧化氢以高效率将伯醇(包括烯丙醇)直接氧化至相应的羧酸(Mannam&Sekar，Tetra.Lett.49，2457(2008))。α，β-不饱和醇与溶解在3M磷酸中的可溶性磷酸锰(IV)的氧化反应已有报道(Jaky，Polyhedron，13：445(1994))。日本专利申请公开JP 2008-162907提供了用于从烯丙醇通过气相催化氧化制备丙烯酸的钼钒催化剂。美国专利号4,051,181、4,107,204和4,144,398提供了负载的双金属催化剂，一种金属是钯，另一种金属为铜或银。钯的使用量为0.01至5重量％，另一金属的使用量在0.001至10重量％范围内。氧化铝、二氧化硅、碳化硅、碳、二氧化钛、氧化锆和沸石可被用作载体。氧化反应通过将反应混合物通过加热的在125℃至320℃的催化剂在气相中进行。可采用本领域众所周知的任一种催化剂和方法进行烯丙醇至丙烯酸的氧化，其为放热反应。在某些情况下，丙烯醛可作为主要的副产物积聚，其可进一步进行氧化反应生成丙烯酸。用于丙烯醛到丙烯酸转化的催化剂和方法是本领域众所周知的并可被采用以实现烯丙醇完全转化为丙烯酸。关于丙烯醛至丙烯酸的氧化的可用条件和催化剂的其他细节将在下面给出。
1，3-丙二醇催化转化为丙烯酸，其中丙烯醛作为中间体：在本发明的该部分的一个实施方案中，首先生物1，3-丙二醇在更温和氧化条件下进行脱水反应，产生作为中间体的丙烯醛/烯丙醇混合物。由此产生的丙烯醛/烯丙醇混合物在第二步中进行氧化反应，产生丙烯酸。在该实施方案的一方面中，使用两种不同的非均相催化剂进行脱水反应和氧化反应。在文献中已经报道了许多用于甘油脱水生成丙烯醛的催化剂。已知用于进行以甘油作为底物的脱水反应中的那些催化剂中任一种可被用于1，3-丙二醇的脱水以生成丙烯醛。甘油在NbOPO4催化剂上的气相脱水成丙烯醛已表现出对丙烯醛的更高选择性以及甘油的完全转化(Rao et al.，J.Chem.Technol.Biotechnol Article first published online：17DEC 2013，DOI：10.1002/jctb.4273)。使用新型WO3/TiO2催化剂以甘油近乎完全转化实现了最大85％的丙烯醛选择性(Ulgen and Hoelderich，App.Catalysis A：General 400，34(2011))。负载的硫酸镍已经被证明是在氧存在下在340℃将甘油气相脱水为丙烯醛的有效催化剂(Gu et al.，J.Catalysis 301，93(2013))。美国专利号5,387,720公开了用于在液相或在高达340℃的气相中通过甘油脱水生产丙烯醛的酸性固体催化剂。美国专利号8,252,960公开了一种可用于通过甘油脱水制备丙烯醛的催化剂，其包含作为主要成分的至少一种其中杂多酸上的质子至少部分被至少一种阳离子交换的化合物，所述阳离子选自属于元素周期表第1族至第16族的元素。
一旦从涉及1，3-丙二醇的脱水反应获得生物丙烯醛+生物烯丙醇的混合物，则生物丙烯醛+生物烯丙醇的混合物进行氧化反应，得到丙烯酸。用于丙烯醛转化为丙烯酸的氧化催化剂在科学以及专利文献中是众所周知的。已经研究了在混合的Mo/V/W氧化物催化剂上的丙烯醛至丙烯酸的氧化(Drochner et al.，Chem.Eng.Tech.37，398(2014))。在使用丙烯作为原料制造丙烯酸的传统工艺中，在第一步中，使用非均相催化剂将丙烯充分氧化生成丙烯醛。在该传统工艺的第二步中，使用不同类型的非均相催化剂将第一步中制得的丙烯醛氧化，生成丙烯酸。适宜在基于丙烯的丙烯酸制造设备中用于丙烯醛氧化成丙烯酸的非均相催化剂指的是多金属氧化物和包含元素Mo和V的这些催化剂。美国专利号3,775,474、美国专利号3,954,855、美国专利号3,893,951、美国专利号4,339,355和美国专利号7,211,692提供了关于适用于丙烯醛氧化为丙烯酸的非均相催化剂的细节。已知可用于丙烯醛转化为丙烯酸中的那些催化剂中的任一种可被用于本发明中来氧化衍生自生物1，3-丙二醇的生物丙烯醛。因此，借助可获自科学和专利文献中的大量信息，丙烯酸的商业制造中的技术人员将有能力实践依据本发明的涉及生物丙烯醛作为中间体的生物丙烯酸制造工艺。
在涉及生物1，3-丙二醇通过丙烯醛转化为丙烯酸的该实施方案的另一方面中，可以采用称为“氧化脱水”的一种新工艺，其中生物1，3-丙二醇脱水为丙烯醛以及丙烯醛氧化为丙烯酸在一步中进行。美国专利号7,910,771涉及一种在分子氧的存在下通过甘油的氧化脱水反应在一步中制备丙烯酸的方法。反应优选在适宜的催化剂存在下在气相中进行。通过浸渍方法制备了一系列氧化铝负载的多金属氧酸盐(Al2O3负载的POM)催化剂，这些催化剂用于在低温(90℃)下在间歇反应器中甘油液相催化氧化脱水为丙烯酸。在可利用的Al2O3负载的POM催化剂中，4wt％负载的Si/W/Al2O3显示出约84％的最高甘油转化率与约25％的丙烯酸产率(Thanasli et al.，J.Mol.Catalysis A：Chemical 380，49(2013))。已经测试了由六方钨青铜结构的W/V混合氧化物催化的甘油至丙烯酸的一锅转化(Sorianoet al.，Green Chem.13，2954(2011))。可以扩展在专利和科学文献中公开的氧化脱水催化剂以实现生物1，3-丙二醇一步转化为生物丙烯酸，其与如上所述的本发明该实施方案的另一方面中的两步转化工艺不同。
在生物1，3-丙二醇通过丙烯醛作为中间体转化为丙烯酸的该实施方案的又一方面中，在没有任何非均相催化剂参与下，通过氧化工艺实现了生物1，3-丙二醇至丙烯醛的转化。最近已经观察到，在氧存在下，在400℃和更高的高温下，在均相反应器(没有任何非均相催化剂的反应器)中，存在导致形成3-羟基丙醛反应链，3-羟基丙醛经历快速分解生成丙烯醛。发现在400℃丙烯醛的选择性为90％，且丙烯醛选择性的该值随着温度进一步升高而降低。还已经表明，来自第一均相反应器的流出物可直接进料到含有Mo0.61V0.19Ox催化剂的第二非均相反应器中。使用均相-非均相反应器的该方法基于1，3-丙二醇进料转化产生91％的丙烯酸和9％的乙酸(Diaz et al.，ChemSusChem 3，1063(2010))。众所周知的是，在涉及丙烯作为原料、丙烯醛作为中间体且具有两个非均相反应器的丙烯酸商业制造中，存在催化剂床经长时间操作损失质量的问题。在包括一个均相反应器和另一非均相反应器的制造工艺的情况下(图6)，催化剂质量损失减少一半，但仍未完全避免。我们仍然需要解决非均相催化剂经长时间损失质量的问题。被普遍采用的解决该问题的一种方式是通过在操作一段时间后提高非均相反应器的操作温度以补偿催化剂质量的损失。补偿在非均相反应器中的催化剂质量损失的另一方式是在提高反应器的操作温度之前使由氧气、惰性气体和任选的水蒸汽组成的气体混合物通过非均相反应器。使气体混合物通过非均相反应器的该实践可设计在连续操作的预定时间段进行，例如在非均相反应器的操作每2000小时之后或操作每4000小时之后或操作每8000小时之后。
1，3-丙二醇催化转化为丙烯腈，其中烯丙醇和烯丙胺作为中间体：在本发明的一个实施方案中，提供了一种其中生物1，3-丙二醇进行脱水反应产生烯丙醇的方法，如上述段落所详细描述的(图7)。在下一步，烯丙醇进行胺化反应获得烯丙胺，其随后被氧化，产生丙烯腈(图8)。通过在特定温度下在有效量的氨和含磷物质存在下接触烯丙醇实现了烯丙醇的胺化。该胺化反应的适宜温度可为约0℃至400℃范围内，优选约150℃至350℃。适宜该胺化反应的催化剂公开在美国专利号4,036,881、美国专利号3,869,526以及美国专利号3,869,527中，其通过引用并入本文。欧洲专利说明书号0,078,000提供了关于烯丙醇胺化的其他实验条件的细节。这些美国专利和欧洲专利文献通过引用并入本文。
一旦获得生物烯丙胺，其进行氧化反应以产生生物丙烯腈。美国专利号3,940,429和美国专利号3,983,161提供了关于不饱和胺转化为不饱和腈的氧化方法的细节，其中氧化反应在氮碱、卤化亚铜和醇化合物存在下进行。这两篇美国专利文献通过引用并入本文。
在本发明的另一方面，胺化和氧化在一个步骤中进行，其被称为氨氧化或氨-氧化反应(图9)。氨氧化催化剂已经被公开在美国专利号3,907,859、美国专利号3,962,309、美国专利号3,993,680、美国专利号4,018,712、美国专利号4,263,449以及美国专利号4,405,498中。所有这些美国专利文献通过引用并入本文。优选的适宜本发明使用的氨氧化催化剂具有式：AaBbFecBidCeMofOz，其中A为碱金属、碱土金属Ti、In、稀土金属或其混合物；B为Ni、Co、Mg或其混合物；以及C为磷、砷、硼或锑；以及其中a和e独立地为0-3；b为0至20；c和d独立地为0.1至10；f为约8至约16以及x为满足其他存在元素的化合价要求所需的氧的数。可用于本发明的氨氧化催化剂的代表性例子至少包含Bi和Mo的氧化物、Te和Mo的氧化物或它们的混合物。
通过大量可得的关于涉及烯丙醇的胺化反应和涉及烯丙胺的氧化反应的信息，丙烯腈制造领域的技术人员能够实施与使用生物1，3-丙二醇作为原料制造生物丙烯腈有关的本发明。
1，3-丙二醇催化转化为1，4-丁二醇：图10提供了生物1，3-丙二醇到生物1，4-丁二醇的化学概要。在1，4-丁二醇制造工艺的第一步中，如在上面段落中详细描述的那样，1，3-丙二醇进行脱水反应以产生烯丙醇。用烯丙醇作为底物，在铑催化剂、膦和[CO/H2]存在下开始加氢甲酰化反应，结果形成羟基丁醛(HBA)、甲基羟基丙醛(MHPA)、丙醛(PA)和正丙醛(NPA)。在下一步骤中，HBA、MHBA和NPA在阮内镍(Raney Nickel)催化剂和[H2]存在下进行氢化反应，得到1，4-丁二醇(BDO)、2-甲基-1，3-丙二醇(MPDiol)和正丙醇(NPA)。2-甲基-1，3-丙二醇为无色的低粘度液体，具有独特的分子结构。其为支化不对称脂族二醇并抑制结晶，这使得其在寒冷温度下保持液态。2-甲基-1，3-丙二醇已用在许多应用中，包括个人护理、涂料、农业和清洁剂中。
图11提供了用于生产生物1，4-丁二醇和生物2-甲基-1，3-丙二醇的简化工艺配置。生物质衍生的1，3-丙二醇进行催化脱水反应，得到烯丙醇，其进料到反应器1中的催化加氢甲酰化中。反应器1中的流出物送至催化剂提取器中，在那里与来自储水罐的水混合，并将加氢甲酰化催化剂回收和再循环。将从催化剂提取器中回收的产物流出物料流送至反应器2，使用氢化催化剂进行氢化反应。来自反应器2的流出物料流送至催化剂分离器，在那里回收氢化催化剂并再循环，回收的工艺水再循环到工艺水存储中。将来自催化剂分离器的回收产物流出物送至蒸馏塔以通过分馏回收1，4-丁二醇和2-甲基-1，3-丙二醇。
美国专利号4,465,873提供了通过由来自在镍催化剂存在下进行的加氢甲酰化烯丙醇的氢化反应获得的水溶液蒸馏丁二醇而获得丁二醇的方法。公开在该美国专利中的发明提供了包括蒸馏以从氢化反应获得的丁二醇混合物中分离2-甲基-1，3-丙二醇、1，4-丁二醇和高沸点级分的方法。
美国专利号4,567,305提供了用于烯丙醇在芳香烃中在铑络合物和三取代的膦存在下用氢气和一氧化碳的气体混合物加氢甲酰化成羟基丁醛的条件，羟基丁醛在水性介质中由反应混合物分离。更具体的，该美国专利提供了选择和控制一氧化碳分压、一氧化碳消耗速率、一氧化碳溶解在反应混合物中的速率、反应温度以及反应混合物粘度的方式以获得高收率的4-羟基丁醛以及减少的催化剂消耗。
美国专利号4,529,808提供了用于使用铑催化剂的烯丙醇加氢甲酰化的双溶剂体系。双溶剂体系可以包含诸如对二甲苯和乙酰胺的材料。这样的双溶剂体系提供了简单的催化剂回收，因为铑催化剂选择性可溶于对二甲苯中，而所需产物则相反地选择性可溶在乙酰胺相中。
美国专利号4,590,311提供了制备1，4-丁二醇的方法，包括烯丙醇与一氧化碳和氢气在可溶性铑催化剂、某些膦促进剂以及作为溶剂的某些腈存在下反应。
美国专利号5,290,743提供了用于再生失活加氢甲酰化催化剂体系的方法，该催化剂体系包含铑杂羰基三(三取代的膦)络合物、三取代的膦和二膦基烷。该方法包括催化剂体系的氧化、膦氧化产物的去除以及催化剂体系通过合成气处理的再生、水性萃取以及膦配体的添加。
美国专利号5,426,250提供了在一氧化碳和/或氢气存在下，用碱性水溶液萃取加氢甲酰化产物的方法。萃取后，含有在有机溶剂中的铑络合物的萃取萃余液再循环通过相同的加氢甲酰化工艺，而使包含加氢甲酰化产物的萃取水溶液在氢气与加入的氢化催化剂存在下进行氢化反应，制得1，4-丁二醇。
美国专利号5,693,832提供了用于加氢甲酰化反应的新的膦化合物。
美国专利号5,981,810提供了通过熔融结晶纯化粗1，4-丁二醇的方法。
美国专利号6,127,584提供了其中使用铑和具有至少两个甲基的三烷基膦催化剂将烯丙醇加氢甲酰化为1，4-丁二醇的方法，反应在更温和条件下以及随后在更苛刻条件下进行。
美国专利号6,225,509提供了在加氢甲酰化反应中减少不想要的C3副产物的方法。依据该方法，CO浓度必须维持在4.5毫克摩尔/升的反应液以上，优选约5.0毫克.摩尔/升以上以实现高的4-羟基丁醛选择性。
美国专利号6,426,437提供了与2-甲基-1，3-丁二醇相比获得高收率的1，4-丁二醇的方法。
美国专利号6,969,780提供了减少氢化催化剂失活和劣化的方法。
美国专利号7,271,295提供了包含铑络合物和2，3-O-异丙叉基-2，3-二羟基-1，4-二[二(3，5-二正烷基苯基)膦基]丁烷的方法。该方法获得了与3-羟基-a-甲基丙醛相比高收率的4-羟基丁醛。
美国专利号7,279,606提供了包含铑络合物和反式-1，2-二(二)3，5-二正烷基苯基)膦基甲基)-环丁烷的方法。该方法获得了与3-羟基-a-甲基丙醛相比高收率的4-羟基丁醛。
美国专利号6,969,780提供了改善4-羟基丁醛和2-甲基-3-羟基丙醛的催化氢化的方法。
美国专利申请公开号2014/0135537涉及使用拉曼光谱在1，4-丁二醇生产期间监测进料和流出物料流的系统和方法。
刚在上面段落中列出的美国专利和美国专利申请公开通过引用并入本文。借鉴于在这些专利文献中提供的烯丙醇转化为1，4-丁二醇的这些公开内容，制造工业商品化学品，特别是1，4-丁二醇的本领域技术人员能够以生物烯丙醇实施加氢甲酰化和氢化反应来制造生物1，4-丁二醇。
在本发明的备选实施方案中，如图13所提供的，生物烯丙醇可在使用石油原料操作的传统BDO设备中用作投入的化学中间体。
已提供的上述实施方案仅用于说明本发明，而不应被视为限制本发明的范围。本文所描述的化学反应机制仅仅是示例。在不脱离本发明精神的前提下，这些化学反应机制或其中描述的步骤和操作可以有多种变化。在不脱离所附权利要求范围的情况下，本领域技术人员可容易地想到本文描述的实施方案的多种变化方案。因此，所附权利要求意欲涵盖本文中公开的实施方案的这些变体。
实施例1
分析方法
使用气相色谱(GC)分析监测1，3-丙二醇脱水形成烯丙醇，以及烯丙醇氧化生产丙烯酸。使用具有Agilent 7683B自动取样器的Agilent 7890A GC设备。使用HP-FFAP(25m×0.32mm×0.5μm)色谱柱。注射器温度保持在250℃以及以分流模式25∶1(37.35ml/min HE)操作。注射1微升样品。FID检测器保持在300℃(44ml.min H2.400ml/min空气，30ml/min补充He)。炉温分布保持如下：40℃持续2分钟；斜线上升20℃/分钟至230℃；保持8分钟。如图14和15所示，在本发明使用的这些色谱条件下，可以很好地分辨出1，3-丙二醇、烯丙醇和丙烯酸的峰，从而能精确监测脱水和氧化反应。
实施例2
1，3-丙二醇的脱水
纯的1，3-丙二醇(1.52克)和甲酸(参照1，3-丙二醇的摩尔浓度为10、20和50摩尔当量)在室温下加入到干净干燥的50mL压力管中。获得的均匀混合物在120℃加热5小时。在120℃培育(incubation)5小时后，取出0.2ml的反应混合物并溶解在1ml水中。将该稀释的溶液直接用于GC分析。如表1所显示的结果表明，转化效率的提高与甲酸浓度增加成正比。当参照1，3-丙二醇摩尔浓度的甲酸浓度为50摩尔当量时，获得74％的最大转化效率。
实施例3
烯丙醇氧化为丙烯酸
纯的烯丙醇(1.2克)和水(100mL)加入到干净干燥的500mL圆底烧瓶中。在室温下搅拌该无色均相溶液。KMNO4(参照烯丙醇的摩尔浓度为2和10摩尔当量)在室温下慢慢加入到溶液中。观察到温度略有升高。控制KMNO4的加入以保持烧瓶温度低于30℃。KMNO4完全加入后，在室温下搅拌反应混合物5小时。在5小时的最后，从反应混合物中取出0.1ml的溶液并溶解在10ml的1％Na2SO3水溶液中。将0.1ml的稀释的溶液进一步稀释于1ml的水，并直接用于GC分析。GC分析显示，转化效率随着KMNO4浓度提高而提高。在氧化反应混合物中KMNO4为10摩尔当量时，发现烯丙醇转化为丙烯酸的效率为83％(表2)。
实施例4
1，3-丙二醇的脱水
纯的生物1，3-丙二醇(PDO，DuPont Tate&Lyle 50ml)加入到保持在室温下的干净250ml的圆体烧瓶中的CeO2(Aldrich，7.8g)。烧瓶连接有短的空气冷凝器柱，其后是蒸馏冷凝器和接收烧瓶。将内容物加热至300℃夹套温度。PDO在250℃开始沸腾。大多数PDO在空气冷凝器中冷凝，但低沸点的烯丙醇冷凝在蒸馏冷凝器中。以每小时2ml的速度收集生物烯丙醇。通过每12小时按份加入PDO(50ml)继续反应。收集的50ml份的生物烯丙醇用GC分析纯度。烯丙醇的总收率在85％-90％范围内，纯度在92％-98％范围内。
实施例5
烯丙醇氧化为丙烯酸
丙酮(5ml)和水(1mL)中的纯的烯丙醇(5mmol，0.34g)经30分钟缓慢加入到0℃的CrO3的H2SO4溶液(2.3M，5.5ml)中，保持温度在0℃至10℃之间。溶液变为暗红色。在该温度保持反应30分钟，加入异丙醛溶液直至反应颜色变为亮绿色溶液。通过Celite垫过滤固体沉淀，得到的溶液通过GC来分析丙烯酸的存在。反应显示完全转化和丙烯酸选择性为97％。
参考文献
所有列出的参考文献用于方便读者。每一参考文献通过引用并入本文。
美国专利号3,775,474
美国专利号3,869,526
美国专利号3,869,527
美国专利号3,893,951
美国专利号3,907,859
美国专利号3,940,429
美国专利号3,954,855
美国专利号3,962,309
美国专利号3,983,161
美国专利号3,993,680
美国专利号4,018,712
美国专利号4,036,881
美国专利号4,051,181
美国专利号4,107,204
美国专利号4,144,398
美国专利号4,339,355
美国专利号4,405,498
美国专利号4,465,873
美国专利号4,529,808
美国专利号4,567,305
美国专利号4,590,311
美国专利号4,871,700
美国专利号5,164,309
美国专利号5,254,467
美国专利号5,290,743
美国专利号5,387,720
美国专利号5,426,250
美国专利号5,633,362
美国专利号5,686,276
美国专利号5,693,832
美国专利号5,821,092
美国专利号5,981,810
美国专利号6,013,494
美国专利号6,127,584
美国专利号6,225,509
美国专利号6,361,983
美国专利号6,426,437
美国专利号6,428,767
美国专利号6,479,716
美国专利号6,514,733
美国专利号6,969,780
美国专利号7,074,608
美国专利号7,135,309
美国专利号7,271,295
美国专利号7,211,692
美国专利号7,223,567
美国专利号7,259,280
美国专利号7,279,606
美国专利号7,371,558
美国专利号7,745,184
美国专利号7,259,280
美国专利号7,371,558
美国专利号7,858,350
美国专利号7,910,771
美国专利号7,947,483
美国专利号8,067,214
美国专利号8,129,156
美国专利号8,129,169
美国专利号8,129,170
美国专利号8,178,327
美国专利号8,252,960
美国专利号8,357,520
美国专利号8,530,210
美国专利号8,597,918
美国专利号8,691,539
美国专利号8,715,971
欧洲专利说明书号0 078 000B1
美国专利申请公开号US20120202259
美国专利申请公开号US20120225461
美国专利申请公开号US20130130339
美国专利申请公开号US20130157328
美国专利申请公开号US2014/0135537
国际专利申请公开号WO2008/021141A2
国际专利申请公开号WO2009/15508A2
国际专利申请公开号WO2011/033649A1
国际专利申请公开号WO2011/063055A2
国际专利申请公开号WO2011/063157A2
国际专利申请公开号WO2011/082378A2
国际专利申请公开号WO2010/115067A2
国际专利申请公开号WO2011/123154A2
国际专利申请公开号WO2011/130725A2
国际专利申请公开号WO2013/015770A1
国际专利申请公开号WO2012/0186995A2
国际专利申请公开号WO2012/033845A2
国际专利申请公开号WO2012/082720A2
国际专利申请公开号WO2013/052717A2
国际专利申请公开号WO2013/181255
国际专利申请号PCT/US13/29368
Burk，M.J.(2010)Sustainable production of industrial chemicals fromsugars.Int.Sugar J.112：30-35.
Da Silva，G.P，Mack，M.and Contiero，J.(2009)Glycerol：A promising andabundant carbon source for industrial microbiology.Biotech.Adv.27：30-39。
Diaz，E.，Sad，M.E.，and Iglesia，E.(2010)Homogeneous oxidation reactionsof propanediols at low temperatures.ChemSusChem 3：1063-1070。
Drochner，A.，Kampe，P.，Menning，N.，Blickhan，N.，Jekewitz，T.and Vogel，H.(2014)Acrolein oxidation to acrylic acid on MO/V/W-mixed oxidecatalysts.Chem.Eng.Technol.37：398-408。
Gonen，C.，Gungormusler，M.and Azbar，N.(2013)Continuous production of 1，3-propanediol using waste glycerol with Clostridium beijernckii NRRL B-593immobilized on glass beads and glass rusing rings.Chem.Biochem.Eng.Q.27：227-234。
Gum Y.，Liu，S.，Li，C.，and Cui，Q.(2013)Selective conversion of glycerolto acrolein over supported nickel sulfate catalysts.J.Catalysis，301，93-102。
Industrial Biotechnology Interview(2014)A conversation with EllenKullman.Ind.Biotech.10：247-250。
Jantama，K.，Haupt，M.J.，Svoronos，S.A.，Zhang，X.，Moore，J.C.，Shanmugam，K.T.，and Ingram，L.O.(2008a)Combining metabolic engineering and metabolicevolution to develop nonrecombinant strains of Escherichia coli C thatproduce succinate and malate.Biotechnol Bioeng 99：1140-1153。
Jantama，K.，Zhang，X.，Moore，J.C.，Shanmugam，K.T.，Svoronos，S.A.，andIngram，L.O.(2008)Eliminating side products and increasing succinate yields inengineered strains of Escherichia coli C.Biotechnol Bioeng 101：881-893。
McGrew，D.(2010)Getting to the point：Direct bio-based chemicalproduction.Specialty Chem.Mag.30：32-34。
Mendes，F.S.，Gonzalez-Pajuelo，M.，Coridier，H.，Francois，J.M.andVasconcelos，I.(2011)App.Microbiol.Biotech.92：519-527。
Nakamura，C.E.and Whited，G.(2003)Metabolic engineering for themicrobial production of 1，3-propanediol.Curr.Opin.Biotech.14：454-459。
Nielson，L.K.(2011)From retrofitting to green field.NatureChem.Biol.7：408-409。
Rao，G.S.，Pethan Rajan，N.，Pavankumar，V.，Chary，K.V.R.(2013)Vapor phasedehydration of glycerol to acrolein over NbOPO4 catalysts.J.Chem.Tech.Biotech.Published online 17 Dec 2013。
Raynaud，C.，Sarcabal，P.，Meyniad-Salles，I.，Croux，C.and Soucaille，P.(2003)Molecular characterization of the 1，3-propanediol(1，3-PD)operon ofClostridium butyicum.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100：5010-5015。
Sato，S.，Takahashi，R.，Sodesawa，T.，Honda，N.and Shimizu，H.(2003)Selective dehydration of diols to allylic alcohols catalyzed byceria.Cata.Comm.4：77-81。
Sato，S.，Sato，F.，Gotoh，H.，and Yamada，H.(2013)Selective dehydration ofalkanediols into unsaturated alcohols over rare earth oxide catalysts.A CSCatalysts.3：721-734。
Segawa，M.，Sato，S.，Kobune，M.，Sodesawa，T.，Kojima，T.，Nishiyama，S.andIshizawa，N.(2009)Vapor-phase catalytic reactions of alcohols over bixbyiteindium oxide.J.Mol.Cata.A：Chemical 310，166-173。
Soriano，M.D.，Concepion，P.，Nieto，J.M.L.，Cavani，F.，Guidetti，S.，andTrevisanut，C.(2011)Tungsten-vanadium mixed oxides for the oxidehydration ofglycerol into a acrylic acid.Green Chem.13：2954-2962。
Szymanowska-Powalowska，D.and Leja，K.(2014)An increasing of theefficiency of microbiological synthesis of 1，3-propanediol from crudeglycerol by the concentration of biomass.Electronic J.Biotech.17：72-78。
Tang，X.，Tan，Y.，Zhu，H.，Zhao，K.and Shen，W.(2009)Microbial conversion ofglycerol to 1，3-propanediol by an engineered strain of Escherichiacoli.App.Env.Microbiol.75：1628-1634。
Tahnsilp，S.，Schwank，J.W.，Meeyoo，V.，Pnegpanich，S.，and Hunsom，M.(2013)Preparation f supported POM catalysts for liquid phase oxydehydration ofglycerol to acrylic acid.J.Mol.Catalysts A；Chemical 380：49-56。
Ulgen，A.and Hoelderich，W.F.(2011)Conversion of glycerol to acroleinin the presence of WO3/TiO2 catalysts.App.Catalysis A：General，400，34-38。
Vivier，L.and Duprez，D.(2010)Ceria-based solid catalysts for organicchemistry.ChemSusChem，3：654-678.
Yim，H.，Haselbeck，R.，Niu，W.，Pujol-Baxley，C.，Burgard，A.，Boldt，J.，Khandurina，J.，Trawick，J.D.，Osterhout，R.E.，Stephen，R.，Estadilla，J.，Teisan，S.，Schreyer，H.B.，Andrae，S.，Yang，T.H.，Lee，Lee，S.Y.，Burk，M.J.and Van Dien，S.(2011)Metabolic engineering of Escherichia coli for direct production of 1，4-butanediol.Nature Chem Biol. 7：445-452。
Zeng，A-P.and Sabra，W.(2011)Microbial production of diols as platformchemicals：Recent progresses.Curr.Opin.Biotech.22：749-757。
Figure BPA0000222035100000311
Figure BPA0000222035100000312

Claims (3)

1.用于制备丙烯酸的方法，包括步骤：
(a)1,3-丙二醇催化脱水得到烯丙醇，其中使用甲酸作为催化剂；和
(b)氧化所述烯丙醇得到丙烯酸，其中所述氧化使用CrO3的H2SO4溶液或使用KMNO4进行。
2.如权利要求1的用于制备丙烯酸的方法，其中1,3-丙二醇为基于生物的以及从生物质通过发酵方法获得。
3.如权利要求1的用于制备丙烯酸的方法，其中1,3-丙二醇从生物质通过发酵方法获得，其中用于1,3-丙二醇催化脱水得到烯丙醇的步骤(a)使用甲酸作为催化剂，且用于氧化所述烯丙醇得到丙烯酸的步骤(b)使用KMNO4进行。
CN201480048789.6A 2013-09-03 2014-09-03 从1，3-丙二醇制造丙烯酸、丙烯腈和1，4-丁二醇的方法 Active CN105705647B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361873328P 2013-09-03 2013-09-03
US61/873,328 2013-09-03
PCT/US2014/053933 WO2015034948A1 (en) 2013-09-03 2014-09-03 A process for manufacturing acrylic acid, acrylonitrile and 1,4-butanediol from 1,3-propanediol

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105705647A CN105705647A (zh) 2016-06-22
CN105705647B true CN105705647B (zh) 2020-03-27

Family

ID=52628900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480048789.6A Active CN105705647B (zh) 2013-09-03 2014-09-03 从1，3-丙二醇制造丙烯酸、丙烯腈和1，4-丁二醇的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10035749B2 (zh)
EP (1) EP3041942B1 (zh)
JP (1) JP2016534131A (zh)
KR (1) KR102266181B1 (zh)
CN (1) CN105705647B (zh)
CA (1) CA2922120C (zh)
WO (1) WO2015034948A1 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2718061T3 (es) 2015-06-17 2019-06-27 Clariant Int Ltd Polímeros solubles en agua o hinchables en agua como agentes de reducción de la pérdida de agua en pastas crudas de cemento
US11142494B2 (en) 2016-06-20 2021-10-12 Clariant International Ltd. Compound comprising certain level of bio-based carbon
BR112019006051A2 (pt) * 2016-09-27 2019-06-25 Shell Int Research processo para produção de álcool alílico
US11311473B2 (en) 2016-12-12 2022-04-26 Clariant International Ltd Use of a bio-based polymer in a cosmetic, dermatological or pharmaceutical composition
EP3551680A1 (en) 2016-12-12 2019-10-16 Clariant International Ltd Polymer comprising certain level of bio-based carbon
JP7032401B2 (ja) 2016-12-12 2022-03-08 クラリアント・インターナシヨナル・リミテツド ある特定のレベルのバイオベース炭素を含むポリマー
US20200009041A1 (en) 2016-12-12 2020-01-09 Clariant International Ltd. Polymer Comprising Certain Level Of Bio-Based Carbon
EP3554645A1 (en) 2016-12-15 2019-10-23 Clariant International Ltd Water-soluble and/or water-swellable hybrid polymer
EP3554643A1 (en) 2016-12-15 2019-10-23 Clariant International Ltd Water-soluble and/or water-swellable hybrid polymer
EP3554644A1 (en) 2016-12-15 2019-10-23 Clariant International Ltd Water-soluble and/or water-swellable hybrid polymer
US11339241B2 (en) 2016-12-15 2022-05-24 Clariant International Ltd. Water-soluble and/or water-swellable hybrid polymer
CN110346465A (zh) * 2019-06-12 2019-10-18 南京市产品质量监督检验院 一种气相色谱法测定胶粘剂中丙烯腈含量的方法
CN115702194A (zh) 2020-04-15 2023-02-14 乐高公司 由回收的abs材料制成的玩具搭建砖块
EP4317224A1 (en) * 2021-03-31 2024-02-07 Sekisui Kasei Co., Ltd. Resin fine particles, coating softener, matting agent for paint, stress relaxation agent for curable resin, light diffusing agent, light diffusing resin composition, and resin composition
WO2024077181A1 (en) 2022-10-06 2024-04-11 Microbyre, Inc. Methods of producing reuterin and propenoic acid using an isolated strain of lactobacillus reuteri

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4051181A (en) * 1975-08-11 1977-09-27 National Distillers And Chemical Corporation Oxidation of allyl alcohol to acrylic acid
CN101248033A (zh) * 2005-04-25 2008-08-20 阿肯马法国公司 用丙三醇生产丙烯酸的方法
CN101405247A (zh) * 2006-03-22 2009-04-08 利安德化学技术有限公司 生产烯醇的方法
CN102272316A (zh) * 2008-11-07 2011-12-07 代谢探索者公司 蔗糖作为底物用于发酵产生1,2-丙二醇的用途

Family Cites Families (91)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US78000A (en) 1868-05-19 Rufus spaulding merrill
JPS5129124B1 (zh) 1971-04-27 1976-08-24
US3869527A (en) 1971-08-17 1975-03-04 Leo Ab Secondary phosphate esters
GB1424513A (en) 1972-06-13 1976-02-11 Ciba Geigy Ag Organic phosphates
US3907859A (en) 1972-10-25 1975-09-23 Standard Oil Co Ohio Coproduction of acrylonitrile and acrylic acid
US3886096A (en) 1973-01-02 1975-05-27 Monsanto Co Oxidation and ammoxidation catalyst
US3893951A (en) 1973-02-22 1975-07-08 Standard Oil Co Catalysts for oxidation reactions
JPS5246208B2 (zh) 1973-03-22 1977-11-22
US3993680A (en) 1973-09-04 1976-11-23 The Standard Oil Company (Ohio) Ammoxidation using chromium-containing catalysts
US4018712A (en) 1973-12-27 1977-04-19 Monsanto Company Oxidation/ammoxidation catalyst
US3983161A (en) 1974-12-09 1976-09-28 Monsanto Company Oxidation of unsaturated amines
JPS51125214A (en) * 1974-12-09 1976-11-01 Monsanto Co Oxidising method of unsaturated amine
US3940429A (en) 1974-12-09 1976-02-24 Monsanto Company Oxidation of unsaturated amines
US4036881A (en) 1975-06-02 1977-07-19 Texaco Development Corporation Preparation of polyalkylene polyamines
US4339355A (en) 1975-10-09 1982-07-13 Union Carbide Corporation Catalytic oxide of molybdenum, vanadium, niobium and optional 4th metal
US4144398A (en) 1977-07-07 1979-03-13 National Distillers And Chemical Corporation Process for the preparation of acrolein and acrylic acid
JPS5849532B2 (ja) * 1977-12-15 1983-11-05 株式会社クラレ ブタンジオ−ル類の製造方法
IT1160321B (it) * 1978-12-12 1987-03-11 Euteco Spa Catalizzatori per l'ossidazione di acroleina ad acido acrilico
US4405498A (en) 1979-12-17 1983-09-20 Monsanto Company Oxidation and ammoxidation catalysts
US4417074A (en) 1981-10-22 1983-11-22 Air Products And Chemicals, Inc. Allylamines from allyl alcohol
JPS5910537A (ja) 1982-07-07 1984-01-20 Daicel Chem Ind Ltd ブタンジオ−ルの取得法
EP0107638B1 (en) * 1982-09-30 1988-05-11 Monsanto Company Catalysts for the oxidation and ammoxidation of alcohols
JPS606630A (ja) 1983-06-24 1985-01-14 Kuraray Co Ltd アリルアルコ−ルの連続ヒドロホルミル化方法
US4590311A (en) 1983-12-29 1986-05-20 Shell Oil Company Process for the preparation of 1,4-butanediol
US4529808A (en) 1984-02-02 1985-07-16 Texaco Inc. Bi-solvent system for the hydroformylation of allyl alcohol using a rhodium catalyst
JPS63137755A (ja) 1986-11-28 1988-06-09 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd 触媒の再活性化法
JPH0759535B2 (ja) * 1987-12-11 1995-06-28 昭和電工株式会社 アリル型アミンの製造法
US5254467A (en) 1988-09-01 1993-10-19 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Fermentive production of 1,3-propanediol
EP0373230B1 (en) 1988-12-12 1993-02-17 Unilever N.V. Process for the microbiological preparation of 1,3-propane-diol from glycerol
DE4238493C1 (de) 1992-11-14 1994-04-21 Degussa Verfahren zur Herstellung von Acrolein und dessen Verwendung
US5426250A (en) 1993-01-11 1995-06-20 Darien Chemical Corporation Process for preparing 1,4-butanediol
US5290743A (en) 1993-03-22 1994-03-01 Arco Chemical Technology L.P. Process for regenerating a deactivated rhodium hydroformylation catalyst system
US5693832A (en) 1994-06-27 1997-12-02 Showa Denko K.K Hydroformylation of allyl alcohol
US5686276A (en) 1995-05-12 1997-11-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Bioconversion of a fermentable carbon source to 1,3-propanediol by a single microorganism
US5633362A (en) 1995-05-12 1997-05-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company Production of 1,3-propanediol from glycerol by recombinant bacteria expressing recombinant diol dehydratase
US6428767B1 (en) 1995-05-12 2002-08-06 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for identifying the source of carbon in 1,3-propanediol
US5639916A (en) * 1995-11-29 1997-06-17 Air Products And Chemicals, Inc. Amination of allylic alcohols
ID21487A (id) 1996-11-13 1999-06-17 Du Pont Metoda pembuatan 1,3 - propandiol dengan organisme rekombinan
US5981810A (en) 1997-06-16 1999-11-09 Mitsubishi Chemical Corporation Process for preparing 1,4-butanediol
US7074608B1 (en) 1998-05-12 2006-07-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for the production of 1,3-propanediol by recombinant organisms comprising genes for coenzyme B12 synthesis
US6127584A (en) 1999-04-14 2000-10-03 Arco Chemical Technology, L.P. Butanediol production
BR0013315B1 (pt) 1999-08-18 2013-06-25 fragmento de Ácido nucleico isolado, polipeptÍdeo, gene quimÉrico, microorganismo, microorganismo recombinante , e, coli recombinante, linhagem klp23 de e. coli recombinante, linhagem rj8 de e. coli recombinante, vetor pdt29, vetor pkp32 e processos de bioproduÇço de 1,3-propanodiol
US6361983B1 (en) 1999-09-30 2002-03-26 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for the isolation of 1,3-propanediol from fermentation broth
US6225509B1 (en) 2000-01-06 2001-05-01 Arco Chemical Technology, L.P. Allyl alcohol hydroformylation
US6479716B2 (en) 2000-03-29 2002-11-12 Archer-Daniels-Midland Company Method of recovering 1,3-propanediol from fermentation broth
US6426437B1 (en) * 2000-12-13 2002-07-30 Arco Chemical Technology, L.P. Hydroformylation process
CN1165623C (zh) * 2001-12-05 2004-09-08 大连理工大学 两步微生物发酵生产1，3-丙二醇的方法
JP3800205B2 (ja) * 2002-09-09 2006-07-26 チッソ株式会社 不飽和アルコール製造用触媒と不飽和アルコール製造方法
ATE493490T1 (de) 2002-10-04 2011-01-15 Du Pont Verfahren zur biologischen herstellung von 1,3- propandiol mit hoher ausbeute
EP1625224B1 (en) * 2003-05-06 2010-07-28 E.I. Du Pont De Nemours And Company Purification of biologically-produced 1,3-propanediol
DE10351269A1 (de) 2003-10-31 2005-06-02 Basf Ag Verfahren zum Langzeitbetrieb einer heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation von Propen zu Acrylsäure
BRPI0514734B1 (pt) 2004-08-27 2018-02-06 Rice University VARIEDADE BACTERIANA DE E. Coli MODIFICADA
US6969780B1 (en) 2004-12-20 2005-11-29 Lyondell Chemical Technology, L.P. Production of butanediol
FR2884818B1 (fr) 2005-04-25 2007-07-13 Arkema Sa Procede de preparation d'acide acrylique a partir de glycerol
AU2007284767A1 (en) 2006-08-09 2008-02-21 The University Of Florida Research Foundation, Inc. Re-engineering bacteria for ethanol production
US7271295B1 (en) 2006-10-13 2007-09-18 Lyondell Chemical Technology, L.P. Hydroformylation process
JP5095203B2 (ja) * 2006-12-27 2012-12-12 株式会社日本触媒 グリセリンからのアリルアルコールおよびアクリル酸の製造方法
EP3800262A1 (en) 2007-03-16 2021-04-07 Genomatica, Inc. Compositions and methods for the biosynthesis of 1,4-butanediol and its precursors
MY160694A (en) 2007-03-20 2017-03-15 Univ Florida Materials and methods for efficent succinate and malate production
US7279606B1 (en) * 2007-04-02 2007-10-09 Lyondell Chemical Technology, L.P. Hydroformylation process
WO2009015508A1 (fr) 2007-07-27 2009-02-05 Fu-Biau Hsu Tissu utilisé comme couvercle de brûleur
DE102007035489A1 (de) 2007-07-28 2009-01-29 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Kraftfahrzeug mit nach vorne gewölbter Stirnwand
US7947483B2 (en) 2007-08-10 2011-05-24 Genomatica, Inc. Methods and organisms for the growth-coupled production of 1,4-butanediol
WO2010079500A2 (en) * 2008-02-28 2010-07-15 Reliance Life Sciences Pvt. Ltd Aerobic production of 1,3-propanediol from crude glycerol from biodiesel process.
WO2009127889A1 (en) 2008-04-16 2009-10-22 Arkema France Process for manufacturing acrolein from glycerol
WO2010030711A2 (en) 2008-09-10 2010-03-18 Genomatica, Inc. Microorganisms for the production of 1,4-butanediol
BRPI1009992A2 (pt) 2009-04-02 2020-08-18 University Of Florida Research Foundation, Inc. células bacterianas
KR20170080709A (ko) 2009-06-04 2017-07-10 게노마티카 인코포레이티드 발효액 성분들의 분리 방법
CN102498215A (zh) 2009-06-04 2012-06-13 基因组股份公司 生产1,4-丁二醇的微生物和相关方法
SG179048A1 (en) 2009-09-09 2012-04-27 Genomatica Inc Microorganisms and methods for the co-production of isopropanol with primary alcohols, diols and acids
WO2011033649A1 (ja) 2009-09-18 2011-03-24 公立大学法人高知工科大学 複数のセンシング領域を有する分布型光ファイバーセンサー装置
US8871489B2 (en) 2009-11-18 2014-10-28 Myriant Corporation Metabolic evolution of Escherichia coli strains that produce organic acids
JP2013511277A (ja) 2009-11-18 2013-04-04 ミリアント・コーポレイション 化学物質の効率的な生産のための微生物の改変
US8778656B2 (en) 2009-11-18 2014-07-15 Myriant Corporation Organic acid production in microorganisms by combined reductive and oxidative tricaboxylic acid cylce pathways
WO2011066076A1 (en) 2009-11-25 2011-06-03 Genomatica, Inc. Microorganisms and methods for the coproduction of 1,4-butanediol and gamma-butyrolactone
EP2519491A4 (en) 2009-12-31 2014-10-08 Groupe Novasep Sas PURIFICATION OF BERNSTEINIC ACID FROM THE FERMENTATION OF SPROUTS WITH AMMONIUM UCCINATE
WO2011130725A2 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Myriant Technologies Inc Production of organic acids from xylose rich hydrolysate by bacterial fermentation
WO2012015770A2 (en) 2010-07-30 2012-02-02 Cook Medical Technologies Llc Coaxial incisional full-core biopsy needle
CA2807102C (en) 2010-07-31 2018-08-21 Myriant Corporation Improved fermentation process for the production of organic acids
US8818718B2 (en) 2010-08-02 2014-08-26 Qualcomm Incorporated PND repositioning detector for better navigation accuracy in a car
US20130157328A1 (en) 2010-09-07 2013-06-20 Myriant Corporation Catalytic dehydration of lactic acid and lactic acid esters
US8129170B1 (en) 2010-12-06 2012-03-06 E.I. Du Pont De Nemours And Company Recombinant bacteria having the ability to metabolize sucrose
WO2012082720A2 (en) 2010-12-13 2012-06-21 Myriant Corporation Method of producing succinic acid and other chemicals using sucrose-containing feedstock
CA2841461C (en) 2011-07-22 2020-05-26 Myriant Corporation Fermentation of glycerol to succinic acid by recombinant e. coli
CN102433940B (zh) 2011-08-31 2013-09-25 青岛科瑞新型环保材料有限公司 外墙高效节能防火保温板的制备方法
JP2013070675A (ja) * 2011-09-28 2013-04-22 Daicel Corp アルキルジオールを産生する組換え菌の培養方法
CN103890186A (zh) 2011-10-05 2014-06-25 宝洁公司 通过高丝氨酸生产丙烯酸酯和其它产品的微生物和方法
JP2015510885A (ja) 2012-03-07 2015-04-13 ミリアント・コーポレイションＭｙｒｉａｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ アルファ，ベータ−不飽和カルボン酸およびそのエステルの調製
TWI586643B (zh) 2012-05-29 2017-06-11 利安德化學科技有限公司 烯丙醇之氫甲醯化的速率及選擇性上的改良
US8742180B1 (en) 2012-11-13 2014-06-03 Lyondell Chemical Technology, L.P. Process control with Raman spectroscopy
WO2014089412A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Evernu Technology Llc Catalytic conversion of bio-mass derivable aliphatic alcohols to valuable alkenes or oxygenates

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4051181A (en) * 1975-08-11 1977-09-27 National Distillers And Chemical Corporation Oxidation of allyl alcohol to acrylic acid
CN101248033A (zh) * 2005-04-25 2008-08-20 阿肯马法国公司 用丙三醇生产丙烯酸的方法
CN101405247A (zh) * 2006-03-22 2009-04-08 利安德化学技术有限公司 生产烯醇的方法
CN102272316A (zh) * 2008-11-07 2011-12-07 代谢探索者公司 蔗糖作为底物用于发酵产生1,2-丙二醇的用途

Also Published As

Publication number Publication date
CN105705647A (zh) 2016-06-22
WO2015034948A1 (en) 2015-03-12
EP3041942B1 (en) 2020-07-01
EP3041942A4 (en) 2017-04-26
US20160207865A1 (en) 2016-07-21
CA2922120C (en) 2022-09-06
KR20160071376A (ko) 2016-06-21
EP3041942A1 (en) 2016-07-13
US10035749B2 (en) 2018-07-31
KR102266181B1 (ko) 2021-06-17
JP2016534131A (ja) 2016-11-04
CA2922120A1 (en) 2015-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105705647B (zh) 从1，3-丙二醇制造丙烯酸、丙烯腈和1，4-丁二醇的方法
Rosales-Calderon et al. A review on commercial-scale high-value products that can be produced alongside cellulosic ethanol
Della Pina et al. A green approach to chemical building blocks. The case of 3-hydroxypropanoic acid
Fan et al. Selective catalysis of lactic acid to produce commodity chemicals
Bozell et al. Technology development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates—the US Department of Energy’s “Top 10” revisited
EP2094857B1 (en) Method for making 2-butanol
Zhu et al. Bio-based 1, 4-butanediol and tetrahydrofuran synthesis: perspective
EP3183241B1 (en) Catalyst and process for producing 2,5-furandicarboxylic acid from hydromethylfurfural in water
Marchesan et al. A roadmap for renewable C2–C3 glycols production: a process engineering approach
CA2946927C (en) Hydrogenation of oxygenated molecules from biomass refining
JP7416177B2 (ja) アルコールの製造方法
Bohmer et al. Valorisation of glycerol as renewable feedstock: comparison of the exploration of chemical transformation methods aided by high throughput experimentation
Binczarski et al. Biologically synthesized crude calcium lactate as a substrate for propylene glycol production
JP6486020B2 (ja) ２，３−ブタンジオールの製造方法
JP2015048336A (ja) ブタジエン及び／又は３−ブテン−２−オールの製造方法
Sara et al. Production of drop-in and novel bio-based platform chemicals
KR20100084131A (ko) 고순도 부탄올 제조 공정
Ji et al. Bio‐Based Butanediols Production: The Contributions of Catalysis, Metabolic Engineering, and Synthetic Biology
EP3529228B1 (en) Process
Beccaria et al. THE PAUPER AND THE PRINCE: GLYCEROL IN A VIEW FROM BIOFUELS AND BIOREFINERIES
TW201307268A (zh) 純化乙醇粗產物之製程
Glas et al. Ozmeral et al.(43) Pub. Date: Feb. 5, 2015

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Massachusetts, USA

Applicant after: PTTGC innovating American company

Address before: Massachusetts, USA

Applicant before: Myriant Corp.

CB02 Change of applicant information
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200108

Address after: Bangkok Thailand

Applicant after: PTT Global Chemistry Public Limited

Address before: Massachusetts, USA

Applicant before: PTTGC innovating American company

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant