DE102015209819B4 - New process for the preparation of novel epoxidized synthetic building blocks based on vegetable oils - Google Patents
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- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
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Abstract
Verfahren zur Epoxidierung von ungesättigten Verbindungen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a) Bereitstellen mindestens einer ungesättigten Verbindung, mindestens eines Sauerstoff-Donors, mindestens eines Sauerstoff-Akzeptor und mindestens einem Enzym mit Perhydrolase-Aktivität,
b) Umsetzen des mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten Sauerstoff-Akzeptors mit dem mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten Sauerstoff-Donor in Anwesenheit des mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten Enzyms mit Perhydrolase-Aktivität in einem inhomogen durchmischten, eine organische oder Ölphase und eine wäßrige Phase aufweisenden Reaktionsgemisch, sodass mindestens eine Persäure erhalten wird,
c) Umsetzen der mindestens einen in Schritt b) hergestellten Persäure mit der mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten, ungesättigten Verbindung, sodass mindestens eine epoxidierte Verbindung erhalten wird und
d) Erhalten der mindestens einen epoxidierten Verbindung.
Process for the epoxidation of unsaturated compounds, the process comprising the following steps:
a) providing at least one unsaturated compound, at least one oxygen donor, at least one oxygen acceptor and at least one enzyme having perhydrolase activity,
b) reacting the at least one oxygen acceptor provided in step a) with the at least one oxygen donor provided in step a) in the presence of the at least one enzyme provided in step a) with perhydrolase activity in an inhomogeneously mixed, organic or oily phase and an aqueous phase containing reaction mixture to provide at least one peracid,
c) reacting the at least one peracid produced in step b) with the at least one unsaturated compound provided in step a), so that at least one epoxidized compound is obtained, and
d) obtaining the at least one epoxidized compound.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Epoxidierung von ungesättigten Verbindungen.The present invention relates to a process for the epoxidation of unsaturated compounds.
Pflanzenöle und Fette sind für die chemische Industrie als nachwachsende Rohstoffe sehr wichtig. Die Weltproduktion der neun wichtigsten Pflanzenöle in den Jahren 2010/2011 belief sich auf 148 Millionen Tonnen. Epoxidierte Pflanzenöle, insbesondere epoxidierte Triacylglyceride (ETAG), stellen wertvolle Precursor-Verbindungen in der Ölchemie dar und können als Polymerbausteinen für Biopolymere, insbesondere Bioduroplasten, eingesetzt werden.Vegetable oils and fats are very important for the chemical industry as renewable raw materials. The world production of the nine main vegetable oils in 2010/2011 amounted to 148 million tons. Epoxidized vegetable oils, in particular epoxidized triacylglycerides (ETAG), are valuable precursor compounds in oil chemistry and can be used as polymer building blocks for biopolymers, in particular biodureases.
Weitere Einsatzmöglichkeiten epoxidierter fetthaltiger Gemische könnten PVC-Weichmacher und Stabilisatoren sein.Other uses of epoxidized fatty mixtures could be PVC plasticizers and stabilizers.
Im Gegensatz zu konventionellen Kunststoffen werden Biopolymere aus nachwachsenden Rohstoffquellen gewonnen. Insbesondere können deren Monomere auf biotechnologischem Weg synthetisiert werden.In contrast to conventional plastics, biopolymers are obtained from renewable raw material sources. In particular, their monomers can be synthesized by a biotechnological route.
Die Mehrzahl der industriell produzierten ETAG werden über die sogenannte Prileschajew-Epoxidierungsreaktion hergestellt. In dieser Reaktion wird eine Persäure für den Sauerstofftransfer zu den Doppelbindungen in einer ungesättigten Fettsäurekette genutzt. Die Persäure wird üblicherweise aus Wasserstoffperoxid und Essigsäure oder Ameisensäure unter harschen Reaktionsbedingungen und der Verwendung einer starken Mineralsäure oder eines Ionenaustauscherharzes als Katalysator gebildet. In Anwesenheit der starken Säure in dem Reaktionsgemisch und durch die Reaktionstemperatur kommt es zu ungewollten Nebenreaktionen, beispielsweise zur Bildung von Diolen, Hydroxyestern, Estoliden und anderen Dimeren, durch die Öffnung der Epoxidgruppe, auch als Oxiran bezeichnet.The majority of industrially produced ETAGs are produced via the so-called Prileschajew epoxidation reaction. In this reaction, a peracid is used for oxygen transfer to the double bonds in an unsaturated fatty acid chain. The peracid is usually formed from hydrogen peroxide and acetic acid or formic acid under harsh reaction conditions and the use of a strong mineral acid or an ion exchange resin as a catalyst. In the presence of the strong acid in the reaction mixture and by the reaction temperature, unwanted side reactions, for example the formation of diols, hydroxy esters, estolides and other dimers, through the opening of the epoxide group, also referred to as oxirane.
Dieser chemische Epoxidierungsprozess kann prinzipiell auf zwei unterschiedlichen Wegen erfolgen. Der erste Reaktionsweg umfasst die ex-situ-Bildung einer Persäure innerhalb eines separierten Reaktors, gefolgt von einer Reaktion der Persäure mit der ungesättigten Verbindung, welche epoxidiert werden soll, in einem anderen Reaktor. Dieser Reaktionsweg ist jedoch wegen der zu beachtenden Sicherheitsvorkehrungen zur Lagerung der hergestellten explosiven und stark ätzenden Persäure schwierig handzuhaben. Der zweite Reaktionsweg ist durch die insitu-Bildung der Persäure gekennzeichnet. Hierbei erfolgt die Reaktion unter stark sauren Reaktionsbedingungen und einer simultanen Epoxidierung in demselben Reaktor. Diese Methode verhindert die gefährliche Lagerung und Handhabung der ex situ gebildeten Persäuren. Jedoch ist nach der vollständigen Reaktion eine Neutralisation mit hohem Salzaufkommen als Abfallstrom erforderlich. Darüber hinaus kann es durch die stark sauren und korrodierenden Reaktionsbedingungen zu ungewollten Nebenreaktionen und Korrosion in der Anlage kommen.This chemical epoxidation process can in principle be done in two different ways. The first reaction pathway comprises the ex situ formation of a peracid within a separated reactor, followed by a reaction of the peracid with the unsaturated compound to be epoxidized in another reactor. However, this reaction path is difficult to handle because of the safety precautions to be taken for storage of the produced explosive and highly corrosive peracid. The second reaction pathway is characterized by the in situ formation of the peracid. In this case, the reaction takes place under strongly acidic reaction conditions and a simultaneous epoxidation in the same reactor. This method prevents the dangerous storage and handling of ex situ formed peracids. However, after the complete reaction, high salt neutralization is required as a waste stream. In addition, the highly acidic and corrosive reaction conditions can lead to unwanted side reactions and corrosion in the system.
Verschiedene Methoden zur Epoxidierung von pflanzlichen Ölen wurden im Stand der Technik bereits beschrieben:
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DE 195 42 933 A1 -
DE 10 2009 018 634 A1 -
US 6,734,315 B1 - In
EP 0 100 119 A1 -
US 5,675,026 -
WO 2012/098295 A1 -
US 2010/0197820 A1 -
WO 2010/098651 A1 -
WO 2010/015715 A2
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DE 195 42 933 A1 -
DE 10 2009 018 634 A1 -
US 6,734,315 B1 - In
EP 0 100 119 A1 -
US 5,675,026 -
WO 2012/098295 A1 -
US 2010/0197820 A1 -
WO 2010/098651 A1 -
WO 2010/015715 A2
Etliche aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass sie auf Grund der vorhandenen Sicherheitsrisiken nicht großtechnisch eingesetzt werden können. Es besteht daher der Bedarf an einem Verfahren, das diese Sicherheitsrisiken zu überwindet.Several known from the prior art methods have the disadvantage that they can not be used on an industrial scale due to the existing security risks. There is therefore a need for a method that overcomes these security risks.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, insbesondere die vorgenannten Nachteile zu überwinden, und insbesondere ein Verfahren bereitzustellen, bei dem ungesättigte Verbindungen unter milden und sicherheitsunbedenklichen Reaktionsverbindungen epoxidiert werden können. Insbesondere sollen Verfahren bereitgestellt werden, die für eine großtechnische Anwendung geeignet sind.It is therefore an object of the present invention, in particular to overcome the aforementioned disadvantages, and in particular to provide a method in which unsaturated compounds can be epoxidized under mild and safety-harmless reaction compounds. In particular, methods should be provided which are suitable for large-scale application.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird durch die technische Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst.The technical problem underlying the invention is solved by the technical teaching of the independent claims.
Insbesondere wird das vorliegende technische Problem durch ein Verfahren zur Epoxidierung von ungesättigten Verbindungen gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen mindestens einer ungesättigten Verbindung, mindestens eines Sauerstoff-Donors, mindestens eines Sauerstoff-Akzeptors und mindestens eines Enzyms mit Perhydrolase-Aktivität,
- b) Umsetzen des mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten Sauerstoff-Akzeptors mit dem mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten Sauerstoff-Donor in Anwesenheit des mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten Enzyms mit Perhydrolase-Aktivität in einem inhomogen durchmischten, eine organische oder Ölphase und eine wäßrige Phase aufweisenden Reaktionsgemisch, sodass mindestens eine Persäure erhalten wird,
- c) Umsetzen der mindestens einen in Schritt b) hergestellten Persäure mit der mindestens einen in Schritt a) bereitgestellten, ungesättigten Verbindung, sodass mindestens eine epoxidierte Verbindung erhalten wird und
- d) Erhalten der mindestens einen epoxidierten Verbindung.
- a) providing at least one unsaturated compound, at least one oxygen donor, at least one oxygen acceptor and at least one enzyme having perhydrolase activity,
- b) reacting the at least one oxygen acceptor provided in step a) with the at least one oxygen donor provided in step a) in the presence of the at least one enzyme provided in step a) with perhydrolase activity in an inhomogeneously mixed, organic or oily phase and an aqueous phase containing reaction mixture to provide at least one peracid,
- c) reacting the at least one peracid produced in step b) with the at least one unsaturated compound provided in step a), so that at least one epoxidized compound is obtained, and
- d) obtaining the at least one epoxidized compound.
Unter dem Begriff „Enzym mit Perhydrolase-Aktivität“ wird verstanden, dass durch das entsprechende Enzym eine Persäure ausgehend von einer Carbonsäure oder einem Carbonsäurederivat, bevorzugt einem Carbonsäureester, und einem Sauerstoff-Donor, bevorzugt Wasserstoffperoxid, bevorzugt in situ, gebildet werden kann. Das entsprechende Enzym ist somit in der Lage, aus Carbonsäuren oder Carbonsäurederivaten in Anwesenheit von einem Sauerstoff-Donor, insbesondere Wasserstoffperoxid H2O2, bevorzugt in wässriger Lösung vorliegend oder an Harnstoff gebunden, eine Persäure herzustellen.The term "enzyme with perhydrolase activity" is understood to mean that a peracid can be formed by the corresponding enzyme from a carboxylic acid or a carboxylic acid derivative, preferably a carboxylic acid ester, and an oxygen donor, preferably hydrogen peroxide, preferably in situ. The corresponding enzyme is thus capable of producing a peracid from carboxylic acids or carboxylic acid derivatives in the presence of an oxygen donor, in particular hydrogen peroxide H 2 O 2 , preferably present in aqueous solution or bound to urea.
Unter dem Begriff „Persäure“ wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Peroxosäure verstanden. Dementsprechend weist die Persäure als funktionelle Gruppe eine CO3H-Gruppe auf.The term "peracid" in the context of the present invention means a peroxy acid. Accordingly, the peracid as a functional group has a CO 3 H group.
Unter dem Begriff „Lipase“ wird ein Enzym verstanden, das in erster Linie dazu geeignet ist, Ester, insbesondere öllösliche oder wasserlösliche Ester, zu hydrolisieren. Die erfindungsgemäßen Lipasen haben darüber hinaus die Fähigkeit, eine Persäure aus einer Carbonsäure oder einem Carbonsäurederivat, insbesondere einem Carbonsäureester, zu bilden. Eine entsprechende Perhydrolase-Aktivität liegt nicht bei jeder, insbesondere aus dem Stand der Technik bekannten, Lipase vor.The term "lipase" is understood to mean an enzyme which is primarily suitable for hydrolyzing esters, in particular oil-soluble or water-soluble esters. The lipases of the invention also have the ability to form a peracid from a carboxylic acid or a carboxylic acid derivative, especially a carboxylic acid ester. A corresponding perhydrolase activity is not present in any lipase known in particular from the prior art.
Unter dem Begriff „ungesättigte Verbindung“ wird erfindungsgemäß eine Verbindung mit mindestens einer Doppelbindung verstanden, die zu einem Epoxid mittels eines Enzyms mit Perhydrolase-Aktivität, eines Sauerstoff-Donors und eines Sauerstoff-Akzeptors umgesetzt werden kann. The term "unsaturated compound" is understood according to the invention to mean a compound having at least one double bond which can be converted to an epoxide by means of an enzyme having perhydrolase activity, an oxygen donor and an oxygen acceptor.
Unter dem Begriff „Sauerstoff-Donor“ wird eine Verbindung verstanden, die unter den erfindungsgemäß oder erfindungsgemäß bevorzugt vorliegenden Reaktionsbedingungen ein Sauerstoffatom auf einen Sauerstoff-Akzeptor in Anwesenheit eines Enzyms mit Perhydrolase-Aktivität übertragen werden kann. Der Sauerstoff-Donor weist bevorzugt eine Peroxid-Gruppe, d.h. eine O-OH-Gruppe, auf.The term "oxygen donor" is understood as meaning a compound which, under the reaction conditions preferably present according to the invention or according to the invention, can be transferred to an oxygen acceptor in the presence of an enzyme having perhydrolase activity. The oxygen donor preferably has a peroxide group, i. an O-OH group, on.
Unter dem Begriff „Sauerstoff-Akzeptor“ wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Verbindung verstanden, die ein Sauerstoff des Sauerstoff-Donors in Anwesenheit eines Enzyms mit Perhydrolase-Aktivität unter den erfindungsgemäß oder erfindungsgemäß bevorzugt vorliegenden Reaktionsbedingungen aufnehmen kann. Bevorzugt weist der Sauerstoff-Akzeptor eine CO2R-Gruppe auf, wobei R ein Wasserstoffatom oder ein substituierter oder unsubstituierter Alkylrest, bevorzugt mit 1 bis 24 C-Atomen, ist.In the context of the present invention, the term "oxygen acceptor" is understood as meaning a compound which is capable of absorbing an oxygen of the oxygen donor in the presence of an enzyme having perhydrolase activity under the reaction conditions preferably present according to the invention or according to the invention. The oxygen acceptor preferably has a CO 2 R group, where R is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl radical, preferably having 1 to 24 C atoms.
Die „Jodzahl“ ist in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Kennzahl zur Charakterisierung von einer ungesättigten Verbindung, bevorzugt von Fetten und Ölen. Sie ist ein Maß für den Gehalt an Doppelbindungen in der ungesättigten Verbindung, bevorzugt einem Fett oder einem Öl, bevorzugt in einem epoxidierten Öl. Die Jodzahl ist die Menge an Gramm Jod, die formal an 100 g der ungesättigten Verbindung, bevorzugt Fett oder Öl addiert werden kann.The "iodine number" in the context of the present invention is an index for the characterization of an unsaturated compound, preferably of fats and oils. It is a measure of the content of double bonds in the unsaturated compound, preferably a fat or an oil, preferably in an epoxidized oil. The iodine value is the amount of iodine that can be formally added to 100 g of the unsaturated compound, preferably fat or oil.
Unter dem Begriff „max (OO) in %“ wird der maximal in dem jeweiligen Öl erreichbare Epoxidsauerstoffgehalt verstanden. Der Epoxidsauerstoffgehalt beschreibt somit den Massenanteil des in Epoxidgruppen gebundenen Sauerstoffs bezogen auf die Produktmasse. Der maximale OO-Gehalt lässt sich beispielsweise aus der Jodzahl des Öls berechnen.The term "max (OO) in%" is understood to mean the maximum epoxy oxygen content achievable in the respective oil. The epoxy oxygen content thus describes the mass fraction of the oxygen bound in epoxide groups based on the product mass. The maximum OO content can be calculated, for example, from the iodine value of the oil.
Unter dem Begriff „inhomogene Durchmischung“ wird verstanden, dass während der Umsetzung in Schritt b) und/oder c) die mit der organischen oder Ölphase nicht oder nur in sehr geringen Mengen mischbare wässrige Phase nur teilweise dispergiert oder emulgiert in der organischen oder Ölphase vorliegt. Die wäßrige Phase und die organische oder Ölphase können im nicht teilweise durchgemischten Zustand, also im Ruhezustand, bevorzugt eine Phasengrenze ausbilden. Bevorzugt weist das Reaktionsgemisch gemäß den Schritten b) und/oder c) mindestens drei unterschiedliche Abschnitte auf, wobei der erste Abschnitt überwiegend, bevorzugt zu 90 Gew.-% oder mehr, bevorzugt zu 95 Gew.-% oder mehr, bevorzugt zu 99 Gew.-% oder mehr, die wässrige Phase, der zweite Abschnitt überwiegend, bevorzugt zu 90 Gew.-% oder mehr, bevorzugt zu 95 Gew.-% oder mehr, bevorzugt zu 99 Gew.-% oder mehr, die organische oder Ölphase und der dritte Abschnitt ein Gemisch aus organischer oder Ölphase und wässriger Phase aufweist, wobei in dem dritten Abschnitt die organische oder Ölphase bevorzugt emulgiert oder dispergiert in der wässrigen Phase oder die wässrige Phase bevorzugt emulgiert oder dispergiert in der organischen oder Ölphase vorliegt. Besonders bevorzugt liegt in dem dritten Abschnitt die wässrige Phase emulgiert oder dispergiert in der organischen oder Ölphase vor. Der erste, wässrige Abschnitt weist bevorzugt kaum oder gar keine organische oder Ölphase, bevorzugt in Tröpfchenform, auf. Der zweite Abschnitt weist bevorzugt kaum oder gar keine wässrige Phase auf. Bevorzugt liegt der dritte Abschnitt zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt vor. Bevorzugt weisen die emulgierten oder dispergierten Tröpfchen der organischen oder Ölphase oder der wäßrigen Phase des dritten Abschnitts eine Größenverteilung auf, wobei mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 90 % aller emulgierten Tröpfchen eine Partikelgröße von größer als 10 µm, bevorzugt größer als 20 µm aufweisen und/oder mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 90 % aller Tröpfchen einen Durchmesser von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 500 µm aufweisen. Bevorzugt ist die Masse der organischen oder Ölphase in dem dritten Abschnitt um einen Faktor von mindestens 10, bevorzugt mindestens 100 größer als in der ersten wässrigen Phase. Bevorzugt beträgt der Anteil des dritten Abschnitts (bezogen auf das gesamte Volumen des Reaktionsgemisches und einer Temperatur von 20° C) mindestens 10 Vol.-%, bevorzugt mindestens 20 Vol.-%, bevorzugt mindestens 30 Vol.-%, und/oder bevorzugt maximal 90 Vol.-%, bevorzugt maximal 70 Vol.-%, bevorzugt maximal 50 Vol.-%, bevorzugt maximal 40 Vol.-%. Bevorzugt wird unter dem Begriff „inhomogene Durchmischung“ verstanden, dass in dem Reaktionsgemisch die organische oder Ölphase nicht gleichmäßig verteilt, also nicht gleichmäßig emulgiert oder dispergiert vorliegt. Bevorzugt ist die Konzentration der organischen oder Ölphase in der wässrigen Phase nicht überall gleich groß. Das Vorliegen der drei unterschiedlichen Abschnitte, nämlich des ersten, zweiten und dritten Abschnittes, kann bevorzugt durch eine unterschiedliche optische Dichte erkannt werden. Die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Abschnitten sind fließend.The term "inhomogeneous mixing" means that during the reaction in step b) and / or c) the aqueous phase which is immiscible or only in very small amounts with the organic or oily phase is only partially dispersed or emulsified in the organic or oily phase , The aqueous phase and the organic or oil phase can preferably form a phase boundary in the non-partially mixed state, ie in the idle state. Preferably, the reaction mixture according to steps b) and / or c) at least three different sections, wherein the first section predominantly, preferably to 90 wt .-% or more, preferably to 95 wt .-% or more, preferably 99 wt % or more, the aqueous phase, the second portion predominantly, preferably to 90 wt .-% or more, preferably to 95 wt .-% or more, preferably to 99 wt .-% or more, the organic or oil phase and the third section comprises a mixture of organic or oily phase and aqueous phase, wherein in the third section the organic or oily phase is preferably emulsified or dispersed in the aqueous phase or the aqueous phase is preferably emulsified or dispersed in the organic or oily phase. Particularly preferably, in the third section, the aqueous phase is emulsified or dispersed in the organic or oily phase. The first, aqueous portion preferably has little or no organic or oil phase, preferably in droplet form. The second section preferably has little or no aqueous phase. Preferably, the third section is between the first and second sections. Preferably, the emulsified or dispersed droplets of the organic or oily phase or the aqueous phase of the third section have a size distribution, wherein at least 50%, preferably at least 90% of all emulsified droplets have a particle size of greater than 10 μm, preferably greater than 20 μm and / / or at least 50%, preferably at least 90% of all droplets have a diameter of less than 1 mm, preferably less than 500 μm. The mass of the organic or oily phase in the third section is preferably greater by a factor of at least 10, preferably at least 100, than in the first aqueous phase. The proportion of the third portion (based on the total volume of the reaction mixture and a temperature of 20 ° C.) is preferably at least 10% by volume, preferably at least 20% by volume, preferably at least 30% by volume, and / or preferably not more than 90% by volume, preferably not more than 70% by volume, preferably not more than 50% by volume, preferably not more than 40% by volume. The term "inhomogeneous mixing" is preferably understood to mean that the organic or oily phase is not uniformly distributed in the reaction mixture, ie it is not uniformly emulsified or dispersed. Preferably, the concentration of the organic or oil phase in the aqueous phase is not the same everywhere. The presence of the three different sections, namely the first, second and third sections, can preferably be recognized by a different optical density. The transitions between the different sections are fluid.
Die inhomogene Durchmischung tritt bevorzugt ebenfalls in einem Festbettreaktor, bevorzugt in einem Wirbelschichtreaktor, auf. Bevorzugt ist die wässrige Phase und die organische oder Öl-Phase in dem Festbett, bevorzugt in der Wirbelschicht, inhomogen verteilt. Bevorzugt liegt die wässrige Phase dort nicht homogen dispergiert in der organischen oder Öl-Phase vor.The inhomogeneous mixing preferably also occurs in a fixed bed reactor, preferably in a fluidized bed reactor. Preferably, the aqueous phase and the organic or oil phase in the fixed bed, preferably in the fluidized bed, inhomogeneously distributed. The aqueous phase is preferably not homogeneously dispersed in the organic or oil phase.
Bevorzugt ist zusätzlich zu der organischen oder Ölphase und der wässrigen Phase auch das Enzym, bevorzugt das immobilisierte Enzym, inhomogen in dem Reaktionsgemisch verteilt. Bevorzugt ist die Konzentration des Enzyms, bevorzugt des immobilisierten Enzyms, in dem Reaktionsgemisch inhomogen.Preferably, in addition to the organic or oil phase and the aqueous phase, the enzyme, preferably the immobilized enzyme, is inhomogeneously distributed in the reaction mixture. Preferably, the concentration of the enzyme, preferably of the immobilized enzyme, is inhomogeneous in the reaction mixture.
Aufgrund der inhomogenen Verteilung wurde überraschenderweise gefunden, dass eine nahezu gleichbleibende Umsatzrate und/oder Ausbeute - im Vergleich zu einer homogenen Durchmischung des Reaktionsgemisches - erreicht wird. Die inhomogene Durchmischung erhöht zudem die Zyklenstabilität, also auch die Recyclingrate, des eingesetzten, insbesondere immobilisierten, Enzyms, wodurch mit ein und demselben Enzym eine erhöhte Anzahl an Umsetzungen der mindestens einen ungesättigten Verbindung durchgeführt werden kann. Dies führt zu deutlich verringerten Kosten bei einer nahezu gleichbleibenden Umsatzrate und/oder Ausbeute.Due to the inhomogeneous distribution, it has surprisingly been found that a virtually constant conversion rate and / or yield-in comparison to a homogeneous mixing of the reaction mixture-is achieved. The inhomogeneous mixing also increases the cycle stability, including the recycling rate, of the enzyme used, in particular immobilized, whereby an increased number of reactions of the at least one unsaturated compound can be carried out with one and the same enzyme. This leads to significantly reduced costs with a virtually constant conversion rate and / or yield.
Unter einem „Fragment eines Proteins“ wird ein Teilbereich eines Proteins verstanden, wobei dieser Teilbereich immer noch ein Enzym mit Perhydrolase-Aktivität darstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fragment mindestens 100, bevorzugt mindestens 150, bevorzugt mindestens 200, bevorzugt mindestens 250, bevorzugt mindestens 300 Aminosäuren auf. Die Homologie des erfindungsgemäßen Fragmentes über seine gesamte Länge hinweg zu der Aminosäuresequenz, die ein Enzym mit Perhydrolase-Aktivität kodiert, beträgt mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85%, bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95%, bevorzugt mindestens 96%, bevorzugt mindestens 97%, bevorzugt mindestens 98%, besondere bevorzugt mindestens 99%.A "fragment of a protein" is understood to mean a subregion of a protein, this subregion still representing an enzyme with perhydrolase activity. In a preferred embodiment, the fragment has at least 100, preferably at least 150, preferably at least 200, preferably at least 250, preferably at least 300 amino acids. The homology of the fragment according to the invention over its entire length to the amino acid sequence encoding an enzyme having perhydrolase activity is at least 80%, preferably at least 85%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%, preferably at least 96%, preferably at least 97%, preferably at least 98%, more preferably at least 99%.
Als „Reaktionsgemisch“ wird vorliegend das Gemisch aller in Schritt b) und/oder c) in einem Reaktor vorliegenden Komponenten verstanden, die in dem erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren zur Epoxidierung der mindestens eine ungesättigte Verbindung eingesetzt werden. Bevorzugt weist das Reaktionsgemisch zu Beginn des Schritts b) daher den mindestens einen Sauerstoff-Donor, den mindestens einen Sauerstoff-Akzeptor, das mindestens eine Enzym mit Perhydrolase-Aktivität, Wasser und optional mindestens ein organisches Lösungsmittel auf, bevorzugt besteht es daraus. Bevorzugt weist das Reaktionsgemisch zu Beginn des Schritts c) die mindestens eine ungesättigte Verbindung, die mindestens eine Persäure, und optional Wasser und/oder mindestens ein organisches Lösungsmittel auf, bevorzugt besteht es daraus. Falls die Persäure in situ hergestellt wird, weist das Reaktionsgemisch zu Beginn der Schritte b) und c) bevorzugt die mindestens eine ungesättigte Verbindung, den mindestens einen Sauerstoff-Donor, den mindestens einen Sauerstoff-Akzeptor, das mindestens eine Enzym mit Perhydrolase-Aktivität, Wasser und optional mindestens ein organisches Lösungsmittel auf, bevorzugt besteht es daraus.Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter „Homologie“, auch als Sequenzhomologie bezeichnet, in Bezug auf eine Aminosäuresequenz Variationen an einzelnen Aminosäuren in der Sequenz verstanden, welche die Funktion des Polypeptids nicht verändern. Die Homologiebestimmung erfolgt durch Sequenzvergleiche mit Alignments mit Hilfe von Computerprogrammen und speziellen Algorithmen wie BLAST. Die Methoden eines „Alignments“ sind dem Fachmann bekannt und werden durchgeführt mit Computerprogrammen und speziellen Algorithmen, beispielsweise BLAST. Erfindungsgemäß wird das Alignment bevorzugt durch den BLAST-Algorithmus mit der BLOSUM62-Matrix durchgeführt.In this case, the term "reaction mixture" is understood as meaning the mixture of all components present in step b) and / or c) in a reactor which are used in the process according to the invention or according to the invention for the epoxidation of the at least one unsaturated compound. Preferably, the reaction mixture at the beginning of step b) therefore comprises the at least one oxygen donor, the at least one oxygen acceptor, the at least one enzyme with perhydrolase activity, water and optionally at least one organic solvent, preferably consisting thereof. Preferably, the reaction mixture at the beginning of step c), the at least one unsaturated compound, the at least one peracid, and optionally water and / or at least one organic solvent, it preferably consists thereof. If the peracid is prepared in situ, the reaction mixture at the beginning of steps b) and c) preferably has the at least one unsaturated compound, the at least one oxygen donor, the at least one oxygen acceptor, the at least one enzyme with perhydrolase activity, Water and optionally at least one organic solvent, preferably consisting thereof. For the purposes of the present invention, "homology", also referred to as sequence homology, with respect to an amino acid sequence is understood as meaning variations in individual amino acids in the sequence which do not impair the function of the polypeptide change. Homology determination is performed by sequence comparisons with alignments using computer programs and special algorithms such as BLAST. The methods of an "alignment" are known to the person skilled in the art and are carried out using computer programs and special algorithms, for example BLAST. According to the invention, the alignment is preferably performed by the BLAST algorithm with the BLOSUM62 matrix.
Bevorzugt sind die Proteine mit Perhydrolase-Aktivität Wildtypproteine oder rekombinant hergestellte Proteine, vorzugsweise mutante Perhydrolasen.The proteins with perhydrolase activity are preferably wild-type proteins or recombinantly produced proteins, preferably mutant perhydrolases.
Die rekombinante Herstellung erfolgt durch ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Kultivierung von prokaryotischen und eukaryotischen Wirtzellen in einem Kulturmedium sowie unter Kultivierungsbedingungen, die zur Expression der vorliegenden Proteine führen. Ebenfalls sind dem Fachmann zahlreiche Verfahren zur Isolierung von entsprechend exprimierten Proteinen aus einer Zelle und/oder aus dem Kulturmedium bekannt.The recombinant production is carried out by a known in the prior art method for culturing prokaryotic and eukaryotic host cells in a culture medium and under cultivation conditions that lead to the expression of the present proteins. Also known to those skilled in numerous methods for the isolation of correspondingly expressed proteins from a cell and / or from the culture medium.
Vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist, dass auch nicht-essbare Öle mit einem hohen Anteil an Doppelbindungen und/oder einer sehr langen Kettenlänge, die bevorzugt aus industriellen Abfallströmen erhalten werden, epoxidiert werden können. Die „nicht-essbaren Öle“ zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie einen hohen Anteil an nicht zum Verzehr geeigneten Verunreinigungen aufweisen. Insbesondere haben diese nicht-essbaren Öle einen Anteil von nicht für den Verzehr geeigneten Verunreinigungen von mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-% (bezogen auf das Gesamttrockengewicht des nicht-essbaren Öls). Bevorzugt haben diese Öle keine Lebensmittelqualität. Bevorzugt weisen diese Öle einen Erucasäure-Anteil von mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, (bezogen auf das Gesamttrockengewicht des nicht essbaren Öls) auf.An advantage of the present invention is that even non-edible oils with a high proportion of double bonds and / or a very long chain length, which are preferably obtained from industrial waste streams, can be epoxidized. The "non-edible oils" are characterized in particular by the fact that they have a high proportion of impurities not suitable for consumption. In particular, these non-edible oils have a proportion of not suitable for consumption impurities of at least 0.1 wt .-%, preferably at least 1 wt .-%, preferably at least 5 wt .-% (based on the total dry weight of the non-edible oil). Preferably, these oils have no food grade. Preferably, these oils have an erucic acid content of at least 0.1 wt .-%, preferably at least 1 wt .-%, preferably at least 5 wt .-%, (based on the total dry weight of the non-edible oil).
Vorteilhafterweise ist es mit dem vorliegende Verfahren möglich, in einem industriellen Maßstab eine sehr effiziente und hochreine Epoxidierung von verschiedensten Ausgangsmaterialien, die mindestens eine ungesättigte Verbindung aufweisen, bereitzustellen.Advantageously, the present process makes it possible to provide, on an industrial scale, a very efficient and highly pure epoxidation of a wide variety of starting materials having at least one unsaturated compound.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, mittels eines Enzyms mit Perhydrolaseaktivität, das sich bevorzugt immobilisiert auf einem festen Träger befindet, den Sauerstoff-Akzeptor, bevorzugt eine Carbonsäure, mittels des Sauerstoff-Donors zu oxidieren. Das Enzym wandelt dabei den Sauerstoff-Akzeptor in eine Persäure um. In einem anschließend oder gleichzeitig durchgeführten weiteren Verfahrensschritt wird mindestens eine ungesättigte Verbindung in das Reaktionsgemisch in Schritt b) eingebracht und Sauerstoff von der Persäure spontan, also autokatalytisch, auf eine Doppelbindung der ungesättigten Verbindung übertragen, sodass ein Epoxid erhalten wird. Das so hergestellte Epoxid kann anschließend in an sich üblicher Weise aus dem Reaktionsgemisch gewonnen, insbesondere isoliert, werden.According to the invention, by means of an enzyme having perhydrolase activity, which is preferably immobilized on a solid support, the oxygen acceptor, preferably a carboxylic acid, is oxidized by means of the oxygen donor. The enzyme converts the oxygen acceptor into a peracid. In a subsequently or simultaneously carried out further process step, at least one unsaturated compound is introduced into the reaction mixture in step b) and oxygen from the peracid spontaneously, that is, autocatalytically transferred to a double bond of the unsaturated compound, so that an epoxide is obtained. The epoxide thus prepared can then be recovered from the reaction mixture in a conventional manner, in particular isolated.
In einer bevorzugten Ausführungsform findet das Umsetzen gemäß der Schritte b) und c) in einem einzigen Reaktor statt. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Persäure in situ gebildet und unmittelbar anschließend findet die Epoxidierung der mindestens einen ungesättigten Verbindung statt.In a preferred embodiment, the reaction according to steps b) and c) takes place in a single reactor. According to this preferred embodiment, the peracid is formed in situ and immediately thereafter the epoxidation of the at least one unsaturated compound takes place.
In einer bevorzugten Ausführungsform findet das Umsetzen gemäß dem Schritt c) auch in einem inhomogen durchmischten, eine organische oder Ölphase und eine wäßrige Phase aufweisenden Reaktionsgemisch statt.In a preferred embodiment, the reaction according to step c) also takes place in an inhomogeneously mixed, an organic or oil phase and an aqueous phase having reaction mixture.
In Schritt a) wird bevorzugt genau ein Sauerstoff-Donor bereitgestellt. In Schritt a) werden bevorzugt mindestens zwei verschiedene Sauerstoff-Donoren bereitgestellt.In step a), exactly one oxygen donor is preferably provided. In step a), preferably at least two different oxygen donors are provided.
In Schritt a) wird bevorzugt genau ein Sauerstoff-Akzeptor bereitgestellt. In Schritt a) werden bevorzugt mindestens zwei verschiedene Sauerstoff-Akzeptoren bereitgestellt.In step a), exactly one oxygen acceptor is preferably provided. In step a), preferably at least two different oxygen acceptors are provided.
In Schritt a) wird bevorzugt genau ein Enzym mit Perhydrolase-Aktivität, bevorzugt eine Lipase mit Perhydrolase-Aktivität bereitgestellt. In Schritt a) werden bevorzugt mindestens zwei verschiedene Enzyme mit Perhydrolase-Aktivität, bevorzugt zwei verschiedene Lipasen mit Perhydrolase-Aktivität bereitgestellt.In step a), it is preferred to provide precisely one enzyme with perhydrolase activity, preferably a lipase with perhydrolase activity. In step a), preferably at least two different enzymes with perhydrolase activity, preferably two different lipases with perhydrolase activity, are provided.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) als die mindestens eine ungesättigte Verbindung ein Epoxidiergemisch eingesetzt, das mindestens eine ungesättigte Verbindung aufweist. Bevorzugt ist das Epoxidiergemisch ein Öl. Bevorzugt werden in Schritt a) mindestens ein Alken und/oder mindestens eine ungesättigte Fettsäure, bevorzugt in freier Form, eingesetzt. Das Öl enthält bevorzugt die ungesättigten Verbindungen, nämlich die ungesättigten Fettsäuren, in Form eines Triacylglycerids.In a preferred embodiment, in step a) as the at least one unsaturated compound an epoxidation mixture is used which has at least one unsaturated compound. Preferably, the Epoxidiergemisch is an oil. In step a), preference is given to using at least one alkene and / or at least one unsaturated fatty acid, preferably in free form. The oil preferably contains the unsaturated compounds, namely the unsaturated fatty acids, in the form of a triacylglyceride.
In Schritt a) können bevorzugt die ungesättigten Verbindungen in gebundener Form, d.h. in Form eines Esters, bevorzugt in Form eines Triacylglycerids, bereitgestellt werden. Bevorzugt werden diese in gebundener Form vorliegenden ungesättigten Verbindungen zunächst hydrolysiert und/oder umgeestert, bevor sie in Schritt c) mit der in Schritt b) hergestellten Persäure umgesetzt werden.In step a), the unsaturated compounds in bound form, i. in the form of an ester, preferably in the form of a triacylglyceride. These unsaturated compounds present in bound form are preferably first hydrolyzed and / or transesterified before they are reacted in step c) with the peracid prepared in step b).
Als Produkt der Umesterung werden Methyl-, Ethyl-, Propylester oder Fettsäureester mit mindestens einem, bevorzugt einem oder mehreren längerkettigen linearen oder verzweigten ein- oder mehrwertigen Alkoholen oder Gemische davon erhalten.The product of the transesterification is methyl, ethyl, propyl or fatty acid esters with at least one, preferably one or more long-chain linear or branched monohydric or polyhydric alcohols or mixtures thereof.
In einer bevorzugten Ausführungsform finden das Umsetzen gemäß Schritt b) in einem ersten Reaktor und das Umsetzen gemäß Schritt c) in einem zweiten Reaktor statt. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform findet die Bildung der Persäure ex situ statt. Die so gebildete Persäure wird in dieser bevorzugten Ausführungsform dem zweiten Reaktor zugegeben, sodass die dort vorgelegte mindestens eine ungesättigte Verbindung gemäß Schritt c) mit der Persäure umgesetzt werden kann.In a preferred embodiment, the reaction according to step b) takes place in a first reactor and the reaction according to step c) takes place in a second reactor. According to this preferred embodiment, the formation of the peracid takes place ex situ. The peracid thus formed is added to the second reactor in this preferred embodiment, so that there presented at least one unsaturated compound according to step c) can be reacted with the peracid.
In einer bevorzugten Ausführungsform finden das Umsetzen gemäß Schritt b) und das Umsetzen gemäß Schritt c) in ein und demselben Reaktor statt. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform findet die Bildung der Persäure in situ statt. Dementsprechend wird die in situ gebildete Persäure mit der mindestens einen ungesättigten Verbindung in demselben Reaktor umgesetzt.In a preferred embodiment, the reaction according to step b) and the reaction according to step c) take place in one and the same reactor. According to this preferred embodiment, the formation of the peracid takes place in situ. Accordingly, the peracid formed in situ is reacted with the at least one unsaturated compound in the same reactor.
Bevorzugt findet das Umsetzen gemäß Schritt c) in einem Reaktor statt, der ein Fassungsvolumen von mindestens 50 Litern, bevorzugt mindestens 100 Litern, bevorzugt mindestens 200 Litern, bevorzugt mindestens 300 Litern, bevorzugt mindestens 400 Litern, bevorzugt mindestens 500 Litern, bevorzugt mindestens 1.000 Litern, bevorzugt mindestens 2.000 Litern, bevorzugt mindestens 3.000 Litern, bevorzugt mindestens 4.000 Litern, bevorzugt mindestens 5.000 Litern, bevorzugt mindestens 20.000 Litern, hat. Preferably, the reaction according to step c) takes place in a reactor having a capacity of at least 50 liters, preferably at least 100 liters, preferably at least 200 liters, preferably at least 300 liters, preferably at least 400 liters, preferably at least 500 liters, preferably at least 1,000 liters , preferably at least 2,000 liters, preferably at least 3,000 liters, preferably at least 4,000 liters, preferably at least 5,000 liters, preferably at least 20,000 liters.
Bevorzugt wird in Schritt c) mindestens 1 Kilo, bevorzugt mindestens 5 Kilo, bevorzugt mindestens 10 Kilo, bevorzugt mindestens 50 Kilo, bevorzugt mindestens 100 Kilo, bevorzugt mindestens 200 Kilo, bevorzugt mindestens 300 Kilo, bevorzugt mindestens 400 Kilo, bevorzugt mindestens 500 Kilo, bevorzugt mindestens 1000 Kilo, bevorzugt mindestens 2.000 Kilo, bevorzugt mindestens 3.000 Kilo, bevorzugt mindestens 4.000 Kilo, bevorzugt mindestens 5.000 Kilo, bevorzugt mindestens 20.000 Kilo, der mindestens einen ungesättigten Verbindung umgesetzt.Preferably, in step c) at least 1 kilo, preferably at least 5 kilo, preferably at least 10 kilo, preferably at least 50 kilo, preferably at least 100 kilo, preferably at least 200 kilo, preferably at least 300 kilo, preferably at least 400 kilo, preferably at least 500 kilos, preferably at least 1000 kilos, preferably at least 2,000 kilos, preferably at least 3,000 kilos, preferably at least 4,000 kilos, preferably at least 5,000 kilos, preferably at least 20,000 kilos, of at least one unsaturated compound.
Bevorzugt weist das in Schritt c) vorhandene Reaktionsmedium ein Volumen, bevorzugt bei einer Temperatur von 25° C, von mindestens 50 Litern, bevorzugt mindestens 100 Litern, bevorzugt mindestens 200 Litern, bevorzugt mindestens 300 Litern, bevorzugt mindestens 400 Litern, bevorzugt mindestens 500 Litern, bevorzugt mindestens 1.000 Litern, bevorzugt mindestens 2.000 Litern, bevorzugt mindestens 3.000 Litern, bevorzugt mindestens 4.000 Litern, bevorzugt mindestens 5.000 Litern, bevorzugt mindestens 20.000 Litern, auf.The reaction medium present in step c) preferably has a volume, preferably at a temperature of 25 ° C., of at least 50 liters, preferably at least 100 liters, preferably at least 200 liters, preferably at least 300 liters, preferably at least 400 liters, preferably at least 500 liters , preferably at least 1,000 liters, preferably at least 2,000 liters, preferably at least 3,000 liters, preferably at least 4,000 liters, preferably at least 5,000 liters, preferably at least 20,000 liters, on.
Der in Schritt b) zur Herstellung der Persäure vorgesehene Sauerstoff-Akzeptor wird bevorzugt in einer Menge von mindestens 1 Mol-%, bevorzugt mindestens 2 Mol-%, bevorzugt mindestens 5 Mol-%, bevorzugt mindestens 8 Mol-%, bevorzugt mindestens 10 Mol-%, bevorzugt maximal 20 Mol-%, bevorzugt maximal 15 Mol-%, bevorzugt maximal 10 Mol-%, bevorzugt maximal 8 Mol-%, bevorzugt maximal 5 Mol-%, bevorzugt 1 bis 10 Mol-%, bevorzugt 2 bis 8 Mol-%, bevorzugt 4 bis 6 Mol-% (bezogen auf die in der mindestens einen ungesättigten Verbindung vorhandenen Doppelbindungen) in Schritt b) zugesetzt.The oxygen acceptor provided in step b) for the preparation of the peracid is preferably in an amount of at least 1 mol%, preferably at least 2 mol%, preferably at least 5 mol%, preferably at least 8 mol%, preferably at least 10 mol -%, preferably at most 20 mol%, preferably at most 15 mol%, preferably at most 10 mol%, preferably at most 8 mol%, preferably at most 5 mol%, preferably 1 to 10 mol%, preferably 2 to 8 Mol%, preferably 4 to 6 mol% (based on the present in the at least one unsaturated compound double bonds) added in step b).
Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt der in Schritt b) zur Herstellung der Persäure vorgesehene Sauerstoff-Donor, bevorzugt das wässrige oder an Harnstoff gebundene Wasserstoffperoxid, im molaren Überschuss (bezogen auf die in der mindestens einen ungesättigten Verbindung vorhandenen Doppelbindungen) in Schritt b) zugesetzt. Der molare Überschuss ist bevorzugt ein 1,1-facher Überschuss, bevorzugt mindestens ein 1,2-facher, bevorzugt mindestens ein 1,5-facher, bevorzugt maximal ein 1,2-facher, bevorzugt maximal ein 1,8-facher, molarer Überschuss (bezogen auf die in der mindestens einen ungesättigten Verbindung vorhandenen Doppelbindungen).Alternatively or additionally, the oxygen donor provided in step b) for the preparation of the peracid, preferably the aqueous or urea-bound hydrogen peroxide, is preferably added in molar excess (based on the double bonds present in the at least one unsaturated compound) in step b). The molar excess is preferably a 1.1-fold excess, preferably at least 1.2 times, preferably at least 1.5 times, preferably at most 1.2 times, preferably at most 1.8 times, molar Excess (based on the double bonds present in the at least one unsaturated compound).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die mindestens eine ungesättigte Verbindung ein nicht-essbares Pflanzenöl, ein Lebensmittelöl, mindestens eine ungesättigte freie Fettsäure, mindestens ein ungesättigter Fettsäureester, bei dem bevorzugt mindestens eine, bevorzugt genau eine Fettsäure mit einem linearen oder verzweigten ein- oder mehrwertigen Alkohol verestert ist, mindestens eine ungesättigte Dicarbonsäure, mindestens ein Alken oder Gemische davon ist.In a preferred embodiment, a method is provided, wherein the at least one unsaturated compound is a non-edible vegetable oil, a food oil, at least one unsaturated free fatty acid, at least one unsaturated fatty acid ester, wherein preferably at least one, preferably exactly one fatty acid with a linear or branched mono- or polyhydric alcohol is esterified, at least one unsaturated dicarboxylic acid, at least one alkene, or mixtures thereof.
Bevorzugt ist die mindestens eine ungesättigte Verbindung ein oder mehrere Öle, die als Abfallstrom in der Lebensmittel- oder Biodieselproduktion anfallen.Preferably, the at least one unsaturated compound is one or more oils obtained as a waste stream in food or biodiesel production.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die mindestens eine Fettsäure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Myristolein-, Palmitolein-, Petroselin-, Öl-, Gadolein-, Eruca-, Linol-, Linolen- und Rizinolsäure oder Gemische davon.In a preferred embodiment, a method is provided wherein the at least one fatty acid is selected from the group consisting of myristoleic, palmitoleic, petroselic, oleic, gadolinic, erucic, linoleic, linolenic and ricinoleic acids or mixtures thereof.
Bevorzugt ist das mindestens eine Alken 9-Octadecen ist.Preferably, the at least one alkene is 9-octadecene.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die ungesättigte Dicarbonsäure eine 1,18-Octadecendisäure ist.Preferably, a method is provided wherein the unsaturated dicarboxylic acid is a 1,18-octadecenedioic acid.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Pflanzenöl ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Drachenkopf-, Holundersamen-, Senf-, Krambe-, Erucaraps-, Schwarzkümmel-, Tall- und Reisöl oder Gemische davon.Preferably, a method is provided wherein the vegetable oil is selected from the group consisting of scorpionfish, elderflower seed, mustard, junk, erucarab, black cumin, tall and rice oils, or mixtures thereof.
Bevorzugt ist die mindestens eine ungesättigte Verbindung Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Gadoleinsäure, Erucasäure oder ein Gemisch davon. The at least one unsaturated compound is preferably oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, gadoleic acid, erucic acid or a mixture thereof.
Bevorzugt ist die mindestens eine ungesättigte Verbindung ein mindestens eine ungesättigte Verbindung enthaltendes Epoxidiergemisch, auch als zu epoxidierendes Gemisch bezeichenbar.The at least one unsaturated compound is preferably an epoxidation mixture containing at least one unsaturated compound, also denominatable as a mixture to be epoxidized.
Das Epoxidiergemisch enthält bevorzugt mindestens eine mehrfach ungesättigte Fettsäure.The epoxidation mixture preferably contains at least one polyunsaturated fatty acid.
Unter dem Begriff „mehrfach ungesättigte Fettsäure“ wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Fettsäure verstanden, die mindestens drei Doppelbindungen, bevorzugt mindestens vier Doppelbindungen, bevorzugt mindestens fünf Doppelbindungen, bevorzugt mindestens sechs Doppelbindungen, enthält.The term "polyunsaturated fatty acid" is understood in the context of the present invention to mean a fatty acid which contains at least three double bonds, preferably at least four double bonds, preferably at least five double bonds, preferably at least six double bonds.
Das Epoxidiergemisch enthält bevorzugt mindestens 12 Gew.-% (bezogen auf das Gesamttrockengewicht des Epoxidiergemisches) mindestens eine mehrfach ungesättigte Fettsäure. Die mehrfach ungesättigte Fettsäure ist bevorzugt Linolensäure.The Epoxidiergemisch preferably contains at least 12 wt .-% (based on the total dry weight of Epoxidiergemisches) at least one polyunsaturated fatty acid. The polyunsaturated fatty acid is preferably linolenic acid.
Das Epoxidiergemisch enthält bevorzugt mindestens 35 Gew.-%, bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-% mindestens einer mehrfach ungesättigten Fettsäure (bezogen auf das Gesamttrockengewicht des Epoxidiergemisches).The Epoxidiergemisch preferably contains at least 35 wt .-%, preferably at least 50 wt .-%, preferably at least 60 wt .-% of at least one polyunsaturated fatty acid (based on the total dry weight of Epoxidiergemisches).
Das Epoxidiergemisch weist bevorzugt einen molaren Doppelbindungsanteil von mindestens 5, bevorzugt mindestens 6, bevorzugt mindestens 6,5, auf (bezogen auf die molare Menge des Epoxidiergemisches).The Epoxidiergemisch preferably has a molar double bond content of at least 5, preferably at least 6, preferably at least 6.5, based on the molar amount of Epoxidiergemisches).
Das Epoxidiergemisch weist bevorzugt eine Jodzahl von mindestens 50, bevorzugt mindestens 170, bevorzugt mindestens 190, bevorzugt mindestens 200, auf. Das Epoxidiergemisch weist bevorzugt eine Jodzahl von maximal 400, bevorzugt von maximal 300, bevorzugt von maximal 250, auf.The epoxide mixture preferably has an iodine number of at least 50, preferably at least 170, preferably at least 190, preferably at least 200. The epoxidation mixture preferably has an iodine number of not more than 400, preferably of not more than 300, preferably of not more than 250.
Das Epoxidiergemisch weist bevorzugt Fettsäuren mit einer Kohlenstoffkette mit 16 bis 22 Kohlenstoffatomen auf. Der Anteil der Fettsäuren mit einer Kohlenstoffkette mit 16 bis 22 Kohlenstoffatomen beträgt mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, bevorzugt 99 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht des Epoxidiergemisches).The epoxidation mixture preferably has fatty acids having a carbon chain of 16 to 22 carbon atoms. The proportion of fatty acids having a carbon chain with 16 to 22 carbon atoms is at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, preferably 99% by weight (based on the total weight of the Epoxidiergemisches).
Das Epoxidiergemisch enthält bevorzugt Ölsäure, Linolsäure und Linolensäure. Das Epoxidiergemisch enthält bevorzugt Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Gadoleinsäure und Erucasäure. Das Epoxidiergemisch enthält alternativ oder zusätzlich als mehrfach ungesättigte Fettsäure Eicosapentaensäure (EPA) und/oder Docosahexaensäure (DHA).The epoxidation mixture preferably contains oleic acid, linoleic acid and linolenic acid. The epoxidation mixture preferably contains oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, gadoleic acid and erucic acid. The epoxidation mixture contains alternatively or additionally as polyunsaturated fatty acid eicosapentaenoic acid (EPA) and / or docosahexaenoic acid (DHA).
Bevorzugt enthält das Epoxidiergemisch die ungesättigten Fettsäuren als freie Fettsäuren und/oder als Fettsäureester, bevorzugt als Fettsäureglyzerid.The epoxidation mixture preferably contains the unsaturated fatty acids as free fatty acids and / or as fatty acid esters, preferably as fatty acid glycerides.
Das Epoxidiergemisch ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe von Ölen gemäß Tabelle 1 und beliebigen Gemischen davon.The epoxidation mixture is preferably selected from the group of oils according to Table 1 and any mixtures thereof.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Lebensmittelöl ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sonnenblumen-, Raps-, Soja-, Färberdistel-, Rizinus-, Oliven-, Walnuss-, Sesam-, Maiskeim-, Traubenkern-, Leinsamen- und Kürbiskernöl oder Gemische davon.Preferably, a method is provided, wherein the food oil is selected from the group consisting of sunflower, rapeseed, soybean, Färberdistel-, castor, olive, walnut, sesame, corn, grape seed, linseed and pumpkin seed oil or mixtures thereof.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei der Sauerstoff-Donor ausgewählt ist aus tert-Butylhydroperoxid, Cumylhydroperoxid, Wasserstoffperoxid und Gemischen davon. Bevorzugt ist der Sauerstoff-Donor eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung oder ein an Harnstoff gebundenes Wasserstoffperoxid. Bevorzugt ist der Sauerstoff-Donor ein an Harnstoff gebundenes Wasserstoffperoxid. Besonders bevorzugt ist ein wässriges Wasserstoffperoxid.Preferably, a method is provided, wherein the oxygen donor is selected from tert-butyl hydroperoxide, cumyl hydroperoxide, hydrogen peroxide and mixtures thereof. Preferably, the oxygen donor is an aqueous hydrogen peroxide solution or a hydrogen peroxide bound to urea. Preferably, the oxygen donor is a hydrogen peroxide bound to urea. Particularly preferred is an aqueous hydrogen peroxide.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Enzym in fester Form, beispielsweise immobilisiert, oder in gelöster Form eingesetzt wird.Preferably, a method is provided, wherein the enzyme is used in solid form, for example immobilized, or in dissolved form.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, wobei der mindestens eine Sauerstoff-Donor, bevorzugt das Wasserstoffperoxid, einmalig zu Beginn des Verfahrensschrittes b), oder absatzweise oder kontinuierlich während des Verfahrensschritts b), bevorzugt absatzweise oder kontinuierlich während des Verfahrensschritts b), zugeführt wird. Durch diese Verfahrensweise kann die Zyklenstabilität des mindestens einen eingesetzten Enzyms zusätzlich erhöht werden. Das mindestens eine Enzym kommt dadurch mit geringeren Mengen an Wasserstoffperoxid in Kontakt und seine Inaktivierung wird somit verringert. Insbesondere durch die absatzweise oder kontinuierliche Zugabe wird eine mögliche Inaktivierung des mindestens einen Enzyms verringert und damit die Zyklenstabilität des mindestens einen Enzyms gesteigert.In a preferred embodiment of the present invention, a process is provided, wherein the at least one oxygen donor, preferably the hydrogen peroxide, once at the beginning of process step b), or batchwise or continuously during process step b), preferably batchwise or continuously during process step b ) is supplied. By this procedure, the cycle stability of the at least one enzyme used can be additionally increased. The at least one enzyme thereby comes into contact with smaller amounts of hydrogen peroxide and its inactivation becomes thus reduced. In particular, by the batchwise or continuous addition of a possible inactivation of the at least one enzyme is reduced and thus increases the cycle stability of the at least one enzyme.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Enzym mit Perhydrolase-Aktivität ein immobilisiertes Enzym, bevorzugt eine immobilisierte Lipase ist. Bevorzugt ist das Enzym, bevorzugt die Lipase mit Perhydrolase-Aktivität an einem Acrylharz, bevorzugt an einem Oxiran-funktionalisierten Co-Polymer aus Methacrylat adsorbiert, beispielsweise Immobead
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Enzym mit Perhydrolase-Aktivität eine Lipase aus Candida und/oder Rhizomucor ist.Preferably, a method is provided, wherein the enzyme having perhydrolase activity is a lipase from Candida and / or Rhizomucor.
Bevorzugt ist die Lipase ein Enzymextrakt aus mindestens einem Pseudozyma-Stamm, wobei der Enzymextrakt Perhydrolase-Aktivität aufweist.Preferably, the lipase is an enzyme extract from at least one Pseudozyma strain, wherein the enzyme extract has perhydrolase activity.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Enzym mit Perhydrolaseaktivität eine Hydrolase, bevorzugt eine Esterase, Lipase oder Perhydrolase, besonders bevorzugt eine Lipase, wobei die Lipase bevorzugt ausgewählt ist aus einer Lipase aus Candida, Rhizomucor, Thermomyces, Rhizopus, Burkholderia, Pseudozyma und Pseudomonas. Besonders bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Enzym mit Perhydrolaseaktivität eine Lipase aus Candida oder Rhizomucor ist.In a preferred embodiment, the enzyme with perhydrolase activity is a hydrolase, preferably an esterase, lipase or perhydrolase, particularly preferably a lipase, wherein the lipase is preferably selected from a lipase from Candida, Rhizomucor, Thermomyces, Rhizopus, Burkholderia, Pseudozyma and Pseudomonas. Particularly preferred is a method is provided, wherein the enzyme with perhydrolase activity is a lipase from Candida or Rhizomucor.
Bevorzugt ist auch ein Enzym mit Perhydrolaseaktivität vorgesehen, aufweisend eine homologe Aminosäuresequenz zu einer Lipase ausgewählt aus Candida, Rhizomucor, Burkholderia, Pseudozyma und Pseudomonas, die in bevorzugter Ausführungsform über ihre gesamte Länge eine Homologie von mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85%, bevorzugt mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, bevorzugt mindestens 96%, bevorzugt mindestens 97%, bevorzugt mindestens 98%, insbesondere bevorzugt mindestens 99% zu der Aminosäuresequenz zeigt. Preferably, an enzyme with perhydrolase activity is provided, comprising a homologous amino acid sequence to a lipase selected from Candida, Rhizomucor, Burkholderia, Pseudozyma and Pseudomonas, in a preferred embodiment over its entire length a homology of at least 80%, preferably at least 85%, preferably at least 90%, preferably at least 95%, preferably at least 96%, preferably at least 97%, preferably at least 98%, particularly preferably at least 99% to the amino acid sequence shows.
Ein Fragment eines Enzyms mit Perhydrolaseaktivität oder ein Fragment eines Enzyms mit homologer Aminosäuresequenz zu einer Perhydrolase kann bevorzugt ein Fragment sein, das mindestens
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei der Sauerstoff-Akzeptor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus mindestens einer freien Fettsäure, mindestens einem Fettsäureester, Ethylacetat, Dimethylcarbonat und Gemischen davon.Preferably, a method is provided, wherein the oxygen acceptor is selected from the group consisting of at least one free fatty acid, at least one fatty acid ester, ethyl acetate, dimethyl carbonate and mixtures thereof.
Bevorzugt ist der mindestens eine Sauerstoffakzeptor stofflich verschieden von der mindestens einen ungesättigten Verbindung. Alternativ bevorzugt kann die mindestens eine ungesättigte Verbindung auch als Sauerstoffakzeptor verwendet werden.Preferably, the at least one oxygen acceptor is materially different from the at least one unsaturated compound. Alternatively preferably, the at least one unsaturated compound can also be used as oxygen acceptor.
Bevorzugt besteht das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren aus den Schritten a) bis d). Bevorzugt weist der Schritt d) ein Gewinnen, bevorzugt Isolieren der mindestens einen epoxidierten Verbindung aus dem Reaktionsgemisch auf, bevorzugt besteht er daraus.Preferably, the present inventive method consists of the steps a) to d). Preferably, step d) comprises recovering, preferably isolating, the at least one epoxidized compound from the reaction mixture, preferably it consists thereof.
Besonders bevorzugt werden als Sauerstoff-Akzeptoren Ethylacetat und/oder Dimethylcarbonat eingesetzt. Diese können vorteilhafterweise relativ einfach aus dem Reaktionsgemisch, insbesondere durch Destillation, abgetrennt werden. Somit wird bevorzugt eine sehr reine epoxidierte Verbindung, insbesondere ein epoxidiertes Alken erhalten.Ethyl acetate and / or dimethyl carbonate are particularly preferably used as oxygen acceptors. These can be advantageously relatively easily separated from the reaction mixture, in particular by distillation. Thus, a very pure epoxidized compound, in particular an epoxidized alkene, is preferably obtained.
Bevorzugt ist der Sauerstoff-Akzeptor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mindestens einer gesättigten freien Fettsäure, mindestens einem gesättigten Fettsäureester, Ethylacetat, Dimethylcarbonat und Gemischen davon. Bevorzugt ist der Sauerstoff-Akzeptor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylacetat, Dimethylcarbonat und Gemischen davon.Preferably, the oxygen acceptor is selected from the group consisting of at least one saturated free fatty acid, at least one saturated fatty acid ester, ethyl acetate, dimethyl carbonate and mixtures thereof. Preferably, the oxygen acceptor is selected from the group consisting of ethyl acetate, dimethyl carbonate and mixtures thereof.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Verfahren in einem Rührreaktor oder in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt wird. Bevorzugt wird das Verfahren in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt. Preferably, a method is provided, wherein the method is carried out in a stirred reactor or in a fluidized bed reactor. The process is preferably carried out in a fluidized-bed reactor.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei das Verfahren in einer Kombination aus Festbettreaktor, bevorzugt Wirbelschichtreaktor, und einem Blasensäulenreaktor durchgeführt wird.Preferably, a method is provided, wherein the method is carried out in a combination of fixed bed reactor, preferably fluidized bed reactor, and a bubble column reactor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine Enzym in einem Festbettreaktor, bevorzugt in einem Wirbelschichtreaktor, vorgelegt. Die mindestens eine ungesättigte Verbindung und mindestens einen Sauerstoffakzeptor aufweisende organische oder Öl-Phase, bevorzugt über eine Dispergiereinheit, in Form von Tröpfchen, auch als Blasen bezeichnet, in eine mindestens einen Sauerstoff-Donor, bevorzugt Wasserstoffperoxid, enthaltende und in einem Blasensäulenreaktor vorhandene, wäßrige Phase eingetragen, sodass die Tröpfchen der organischen oder Öl-Phase in der wäßrigen Phase aufsteigen können. Anschließend steigen diese Tröpfchen aufgrund ihrer geringeren Dichte in der wässrigen Phase, welche den mindestens einen Sauerstoffdonor, bevorzugt das Wasserstoffperoxid, enthält, auf, nehmen dabei den mindestens einen Sauerstoff-Donor, bevorzugt das Wasserstoffperoxid, auf, bevorzugt werden sie damit gesättigt. An der Oberfläche der wässrigen Phase sammelt sich die mindestens einen Sauerstoff-Donor, bevorzugt das Wasserstoffperoxid, aufweisende, bevorzugt damit gesättigte, organische oder Öl-Phase und wird durch einen das mindestens eine Enzym aufweisenden Festbettreaktor, bevorzugt einen das mindestens eine Enzym aufweisenden Wirbelschichtreaktor, geführt, wodurch die mindestens eine ungesättigte Verbindung zum Epoxid umgesetzt wird. Durch dieses spezifische Verfahren wird ein andauernder Kontakt des mindestens einen Enzyms mit hohen Wasserstoffperoxidkonzentrationen vermieden, wodurch ein verlängerter Enzymeinsatz ermöglicht wird. In a preferred embodiment, the at least one enzyme is introduced into a fixed bed reactor, preferably in a fluidized bed reactor. The organic or oil phase containing at least one unsaturated compound and at least one oxygen acceptor, preferably via a dispersion unit, in the form of droplets, also referred to as bubbles, in an aqueous containing at least one oxygen donor, preferably hydrogen peroxide, and present in a bubble column reactor Phase registered so that the droplets of the organic or oil phase can ascend in the aqueous phase. Subsequently, due to their lower density, these droplets rise in the aqueous phase containing the at least one oxygen donor, preferably the hydrogen peroxide, thereby taking up the at least one oxygen donor, preferably the hydrogen peroxide, preferably saturated with it. The at least one oxygen donor, preferably the hydrogen peroxide, having, preferably saturated, organic or oil phase collects on the surface of the aqueous phase and is characterized by a fixed bed reactor having the at least one enzyme, preferably a fluidized bed reactor comprising the at least one enzyme, led, whereby the at least one unsaturated compound is converted to the epoxide. This specific procedure avoids prolonged contact of the at least one enzyme with high concentrations of hydrogen peroxide, thereby allowing prolonged enzyme use.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei dem Reaktionsgemisch zusätzlich ein linearer oder verzweigter ein- oder mehrwertiger Alkohol zugesetzt wird. In dieser speziellen Ausführungsform katalysiert das Enzym sowohl die Bildung der Persäure als auch die Veresterung einer in dem Reaktionsgemisch vorhandenen Epoxyfettsäure, oder Umesterung eines in dem Reaktionsgemisch vorhandenen Epoxyfettsäureesters, mit dem zugesetzten linearen oder verzweigten ein- oder mehrwertigen Alkohol zu einem entsprechenden Epoxyfettsäureester.Preferably, a method is provided, wherein the reaction mixture additionally a linear or branched monohydric or polyhydric alcohol is added. In this particular embodiment, the enzyme catalyzes both the formation of the peracid and the esterification of an epoxy fatty acid present in the reaction mixture, or transesterification of an epoxy fatty acid ester present in the reaction mixture with the linear or branched monohydric or polyhydric alcohol added to a corresponding epoxy fatty acid ester.
Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die Umsetzungen in Schritt b) und c) in einem Lösungsmittel, bevorzugt in einem unpolaren oder in einem polaren Lösungsmittel oder in einem unpolaren und einem polaren Lösungsmittel, bevorzugt in einem ionischen Lösungsmittel, erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird mindestens ein organisches Lösungsmittel, bevorzugt ein unpolares, organisches Lösungsmittel, zugegeben. Das Lösungsmittel ist an den Umsetzungen gemäß Schritt b) und Schritt c) nicht beteiligt. Es wird bevorzugt zur Verringerung der Viskosität der eingesetzten, mindestens einen ungesättigten Verbindung, bevorzugt des eingesetzten Epoxidiergemisches, eingesetzt. Zusätzlich führt es zu einer verbesserten Homogenisierung der in diesem Verfahren vorliegenden unterschiedlichen Phasen, was zu einer Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit führt.Preferably, a method is provided, wherein the reactions in step b) and c) in a solvent, preferably in a non-polar or in a polar solvent or in a non-polar and a polar solvent, preferably in an ionic solvent, take place. In a particularly preferred embodiment, at least one organic solvent, preferably a nonpolar organic solvent, is added. The solvent is not involved in the reactions according to step b) and step c). It is preferably used to reduce the viscosity of the at least one unsaturated compound used, preferably of the Epoxidiergemisches used. In addition, it leads to improved homogenization of the different phases present in this process, which leads to an improvement in the reaction rate.
Das unpolare Lösungsmittel ist bevorzugt Toluol, Hexan, Xylol, Heptan, Ethylacetat, Dimethylcarbonat oder ein Gemisch davon. Bevorzugt werden als unpolare Lösungsmittel Toluol, Hexan oder ein Gemisch davon eingesetzt. Die Verbindungen Ethylacetat und Dimethylcarbonat wirken sowohl als Sauerstoffakzeptoren als auch als unpolares Lösungsmittel. Bevorzugt ist das polare Lösungsmittel ein Alkohol oder ein Alkoholgemisch.The non-polar solvent is preferably toluene, hexane, xylene, heptane, ethyl acetate, dimethyl carbonate or a mixture thereof. Toluene, hexane or a mixture thereof are preferably used as non-polar solvents. The compounds ethyl acetate and dimethyl carbonate act both as oxygen acceptors and as non-polar solvents. The polar solvent is preferably an alcohol or an alcohol mixture.
Bevorzugt findet das Umsetzen in Schritt b) und/oder Schritt c) in Abwesenheit eines unpolaren Lösungsmittels statt. Somit ist das Umsetzen gemäß Schritt b) und/oder c) frei von einem unpolaren Lösungsmittel.The reaction in step b) and / or step c) preferably takes place in the absence of a nonpolar solvent. Thus, the reaction according to step b) and / or c) is free of a nonpolar solvent.
In besonders bevorzugter Ausführungsform ist der Sauerstoff-Donor in Wasser als Lösungsmittel gelöst, das heißt in wässriger Lösung vorhanden. Insbesondere ist der Sauerstoff-Donor eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung.Bevorzugt wird in Schritt b) der Sauerstoff-Donor, bevorzugt das Wasserstoffperoxid, in Form einer 10- bis 50-Gew-%igen, bevorzugt 20- bis 40-Gew.-%igen, Lösung, bevorzugt wässrigen Lösung, zugegeben.In a particularly preferred embodiment, the oxygen donor is dissolved in water as a solvent, that is, in aqueous solution. In particular, the oxygen donor is an aqueous hydrogen peroxide solution. Preferably, in step b) the oxygen donor, preferably the hydrogen peroxide, is in the form of a 10 to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight, Solution, preferably aqueous solution, added.
Bevorzugt wird das Reaktionsgemisch in Schritt c) kontinuierlich gerührt, bevorzugt mit einer Rührgeschwindigkeit von 1 bis 1000, bevorzugt 50 bis 1000, bevorzugt 300 bis 1000 Umdrehungen pro Minute, abhängig von der Reaktordimension.Preferably, the reaction mixture is stirred continuously in step c), preferably with a stirring speed of 1 to 1000, preferably 50 to 1000, preferably 300 to 1000 revolutions per minute, depending on the reactor dimension.
Bevorzugt wird die inhomogene Durchmischung durch einen spezifischen Leistungseintrag von weniger als 0,35 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,30 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,25 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,20 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,15 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,10 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,05 kW/m3 erreicht. Bevorzugt wird in Schritt b) und/oder c) ein spezifischer Leistungseintrag von weniger als 0,35 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,30 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,25 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,20 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,15 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,10 kW/m3, bevorzugt weniger als 0,05 kW/m3, bevorzugt mittels einer Rühreinheit, in das Reaktionsmedium eingebracht.The inhomogeneous mixing is preferred by a specific power input of less than 0.35 kW / m 3 , preferably less than 0.30 kW / m 3 , preferably less than 0.25 kW / m 3 , preferably less than 0, 20 kW / m 3 , preferably less than 0.15 kW / m 3 , preferably less than 0.10 kW / m 3 , preferably less than 0.05 kW / m 3 achieved. Preference is given in step b) and / or c) a specific power input of less than 0.35 kW / m 3 , preferably less than 0.30 kW / m 3 , preferably less than 0.25 kW / m 3 , preferably less than 0.20 kW / m 3 , preferably less than 0.15 kW / m 3 , preferably less than 0.10 kW / m 3 , preferably less than 0.05 kW / m 3 , preferably by means of a stirring unit, introduced into the reaction medium ,
Bevorzugt findet das Umsetzen in Schritt b) bei einer Temperatur von mindestens 0° C, bevorzugt 25° C, und maximal bei einer Temperatur von 80° C, bevorzugt maximal 50° C, bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 50° C, bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 40° C, statt.The reaction in step b) preferably takes place at a temperature of at least 0 ° C., preferably 25 ° C., and at a maximum at a temperature of 80 ° C., preferably at most 50 ° C., preferably in a range from 25 to 50 ° C., preferably in a range of 30 to 40 ° C, instead.
Bevorzugt findet das Umsetzen in Schritt c) bei einer Temperatur von mindestens 0° C, bevorzugt 25° C, und maximal bei einer Temperatur von 80° C, bevorzugt maximal 50° C, bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 50° C, statt.Preferably, the reaction in step c) takes place at a temperature of at least 0 ° C., preferably 25 ° C., and at a maximum at a temperature of 80 ° C., preferably at most 50 ° C., preferably in a range from 25 to 50 ° C. ,
Bevorzugt findet nach dem Schritt c) das Entfernen des Enzyms, bevorzugt immobilisierten Enzyms, statt. Alternativ oder zusätzlich findet bevorzugt nach dem Schritt c) das Waschen der mindestens einen epoxidierten Verbindung, bevorzugt der organischen Phase enthaltend das unpolare Lösungsmittel und die mindestens einen epoxidierten Verbindung, bevorzugt mit deionisiertem Wasser und optional mit einer alkalischen Natriumcarbonatlösung, statt. Das Waschen dient bevorzugt der Entfernung von freien Fettsäuren aus dem Reaktionsgemisch.The removal of the enzyme, preferably immobilized enzyme, preferably takes place after step c). Alternatively or additionally, the washing of the at least one epoxidized compound, preferably the organic phase containing the non-polar solvent and the at least one epoxidized compound, preferably with deionized water and optionally with an alkaline sodium carbonate solution, preferably takes place after step c). The washing is preferably for the removal of free fatty acids from the reaction mixture.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Festbettreaktor zur Epoxidierung von ungesättigten Verbindungen verwendet. Bevorzugt ist der Festbettreaktor ein Wirbelschichtreaktor. Als Festbett, bevorzugt Wirbelschicht, wird ein immobilisiertes Enzym mit Perhydrolase-Aktivität verwendet. In diesem bevorzugten Verfahren wird die organische Phase, aufweisend die mindestens eine ungesättigte Verbindung, den mindestens einen Sauerstoff-Akzeptor und optional das mindestens eine unpolares Lösungsmittel, und die, bevorzugt wäßrige, Sauerstoff-Donor-Phase, bevorzugt die Wasserstoffperoxid-Phase, in den Festbettreaktor, bevorzugt in den Wirbelschichtreaktor, eingebracht, bevorzugt mittels Pumpen. Bevorzugt wird die organische Phase und die, bevorzugt wäßrige, Sauerstoff-Donor-Phase vor der Zugabe auf das Festbett, bevorzugt auf die Wirbelschicht, gemischt. Bevorzugt sind zwei oder mehrere Festbettreaktoren, bevorzugt Wirbelschichtreaktoren, in Reihe, d.h. in Durchflussrichtung gesehen hintereinander, angeordnet. In dieser speziellen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Sauerstoff-Donor, bevorzugt das Wasserstoffperoxid, portionsweise, bevorzugt variabel, zugegeben werden.In a preferred embodiment, a fixed bed reactor is used to epoxidize unsaturated compounds. Preferably, the fixed bed reactor is a fluidized bed reactor. As a fixed bed, preferably fluidized bed, an immobilized enzyme with perhydrolase activity is used. In this preferred process, the organic phase comprising the at least one unsaturated compound, the at least one oxygen acceptor, and optionally the at least one nonpolar solvent, and the, preferably aqueous, oxygen donor phase, preferably the hydrogen peroxide phase, are incorporated in the Fixed bed reactor, preferably in the fluidized bed reactor, introduced, preferably by means of pumps. Preferably, the organic phase and the, preferably aqueous, oxygen donor phase prior to addition to the fixed bed, preferably on the fluidized bed, mixed. Preferred are two or more fixed bed reactors, preferably fluidized bed reactors, in series, i. seen in the flow direction one behind the other, arranged. In this specific embodiment of the present invention, the oxygen donor, preferably the hydrogen peroxide, may be added in portions, preferably variably.
Bevorzugt weist der Rührreaktor und der Festbettreaktor, bevorzugt der Wirbelschichtreaktor, Strombrecher auf. Bevorzugt weist der Rührreaktor Strombrecher auf.The stirred reactor and the fixed bed reactor, preferably the fluidized bed reactor, preferably have baffles. The stirred reactor preferably has baffles.
Bevorzugt weist der Rührreaktor eine Rühreinheit auf. Bevorzugt ist die Rühreinheit ein Scheibenrührer oder ein Impellerrührer. Bevorzugt ist der Impellerrührer zweistufig.The stirred reactor preferably has a stirring unit. The stirring unit is preferably a disk stirrer or an impeller stirrer. Preferably, the impeller is in two stages.
Bevorzugt weist der Rührreaktor keine Strombrecher auf. Bevorzugt ist der Rührreaktor Strombrecher-frei. Bevorzugt weist der Rührreaktor Strombrecher auf.The stirred reactor preferably has no baffles. The stirred reactor is preferably strombrecher-free. The stirred reactor preferably has baffles.
Unter dem Begriff „Strombrecher“, auch als Stromstörer bezeichnet, werden Bauteile eines Reaktors verstanden, die verhindern, dass das gesamte Reaktionsmedium in Folge seiner Trägheit durch die Einwirkung der Rühreinheit gleichmäßig, d.h. ohne Durchmischung, bewegt wird. Bevorzugt sind die Strombrecher oder Stromstörer an der Reaktorwand oder am Boden angebracht. Stromstörer oder Strombrecher sind bevorzugt zylindrische Strombrecher, Paddel-Strombrecher, C-Strombrecher oder Δ-Strombrecher. C-Strombrecher haben ein C-förmiges Profil, wobei die konkave Seite des „C“ angeströmt wird. Der Δ-Strombrecher hat bevorzugt ein Profil eines gleichschenkligen Dreiecks.The term "stream breaker", also referred to as baffle, components of a reactor are understood to prevent the entire reaction medium due to its inertia by the action of the stirring unit evenly, i. without mixing, is moved. Preferably, the baffles or baffles are attached to the reactor wall or at the bottom. Baffles or baffles are preferably cylindrical baffles, paddle baffles, C-burrers or Δ-baffles. C-stream breakers have a C-shaped profile, with the concave side of the "C" is flown. The Δ-burr preferably has a profile of an isosceles triangle.
Das in Schritt c) erhaltene Reaktionsgemisch stellt bevorzugt das Produkt des erfindungsgemäßen oder des erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens dar. Das nach Schritt c) erhaltene Reaktionsgemisch wird in einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform genau einmal oder mehrmals als Ausgangsmaterial in dem erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren zur Epoxidierung von ungesättigten Verbindungen eingesetzt, sodass das in Schritt c) erhaltene, bevorzugt zusätzlich gereinigte und/oder gewaschene, Gemisch einmal oder mehrmals als Gemisch enthaltend mindestens eine ungesättigte Verbindung in Schritt c) umgesetzt wird.The reaction mixture obtained in step c) is preferably the product of the process according to the invention or of the process preferred according to the invention. The reaction mixture obtained according to step c) is used in an alternative, preferred embodiment exactly once or several times as starting material in the inventive or inventively preferred process for the epoxidation of unsaturated compounds are used so that the mixture obtained in step c), preferably additionally purified and / or washed, is reacted once or several times as a mixture comprising at least one unsaturated compound in step c).
Es wird auch eine epoxidierte Verbindung oder ein Gemisch von epoxidierten Verbindungen hergestellt durch ein erfindungsgemäßes oder erfindungsgemäß bevorzugtes Verfahren offenbart.There is also disclosed an epoxidized compound or a mixture of epoxidized compounds prepared by a method of the invention or preferred according to the invention.
Die epoxidierte Verbindung oder das Gemisch von epoxidierten Verbindungen ist bevorzugt mindestens eine epoxidierte Fettsäure, bevorzugt mindestens ein epoxidierter Fettsäureester, ein epoxidiertes Drachenkopf-, epoxidiertes Holundersamen-, epoxidiertes Senf-, epoxidiertes Krampe-, epoxidiertes Erucaraps-, epoxidiertes Schwarzkümmel-, epoxidiertes Tall-, epoxidiertes Reis-, epoxidiertes Sonnenblumen-, epoxidiertes Raps-, epoxidiertes Soja-, epoxidiertes Färberdistel-, epoxidiertes Rizinus-, epoxidiertes Oliven-, epoxidiertes Walnuss-, epoxidiertes Sesam-, epoxidiertes Maiskeim-, epoxidiertes Traubenkern-, epoxidiertes Leinsamen-, epoxidiertes Kürbiskernöl, Epoxyoctadecan-1,18-disäure oder ein beliebiges Gemisch davon ist. The epoxidized compound or mixture of epoxidized compounds is preferably at least one epoxidized fatty acid, preferably at least one epoxidized fatty acid ester, epoxidized scorpionfish, epoxidized elderflower seed, epoxidized mustard, epoxidized crumb, epoxidized erucarose, epoxidized black cumin, epoxidized tallies. , epoxidized rice, epoxidized sunflower, epoxidized rapeseed, epoxidized soybean, epoxidized safflower, epoxidized castor, epoxidized olive, epoxidized walnut, epoxidized sesame, epoxidized corn germ, epoxidized grape seed, epoxidized linseed, epoxidized Pumpkin seed oil, epoxyoctadecane-1,18-diacid or any mixture thereof.
Das durch das erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren hergestellte Produkt weist einen Epoxidsauerstoff-Gehalt von mindestens
Die bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The preferred embodiments of the present invention will become apparent from the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren und den Beispielen näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the following figures and the examples.
Dabei zeigen
-
1A und1B eine schematische Vorrichtung zur absatzweisen Epoxidierung, auch als portionsweise Epoxidierung bezeichnet, von mindestens einer ungesättigten Verbindung, -
2 eine schematische Vorrichtung zur kontinuierlichen Epoxidierung von mindestens einer ungesättigten Verbindung in einem Wirbelschichtreaktor, -
3 den Verlauf des Epoxidsauerstoffgehaltes (OO) in Prozent % über die Zeit t in Stunden h ineinem 1 L Reaktor bei verschiedenen Drehzahlen und -
4 den Verlauf des Epoxidsauerstoffgehaltes (OO) in Prozent % über die Zeit t in Stunden h in einemReaktor 1L und 10 L Reaktor bei verschiedenen Drehzahlen.
-
1A and1B a schematic apparatus for batch epoxidation, also referred to as portionwise epoxidation, of at least one unsaturated compound, -
2 a schematic apparatus for the continuous epoxidation of at least one unsaturated compound in a fluidized bed reactor, -
3 the course of the epoxide oxygen content (OO) in percent% over the time t in hours h in a 1 L reactor at different speeds and -
4 the course of the epoxide oxygen content (OO) in percent% over the time t in hours h in a 1 L and 10 L reactor at different speeds.reactor
Die Vorrichtung
BeispieleExamples
1. Experimente zur chemo-enzymatischen Epoxidierung fanden in einem 1 L Glasreaktor mit einem Innendurchmesser von 100 mm statt. Als Rührorgan wurde ein 6-Blatt Scheibenrührer mit einem Durchmesser von 38 mm verwendet, die Reaktionstemperatur von 30 °C wurde mit Hilfe des Heizsystems Thermostat
Das Reaktionsgemisch wies Drachenkopföl auf, das mit 5 mol.-% Ölsäure bezogen auf den Anteil an Doppelbindungen versetzt wurde. Der eingesetzte Lösungsmittelanteil von 60 Gew.% Toluol bezieht sich dabei prozentual auf die Gesamtmasse der organischen Phase.The reaction mixture had dragonhead oil, which was mixed with 5 mol .-% of oleic acid based on the proportion of double bonds. The amount of solvent used of 60% by weight of toluene relates in percent to the total mass of the organic phase.
Pro Mol C=C-Doppelbindung wurden 7,5 g Novozym®435 eingesetzt. Pro Mol C=C-Doppelbindung wurden 2 Mol H2O2 eingesetzt. Aus diesem Molverhältnis ergibt sich bei der Umsetzung von Drachenkopföl und 60 Gew.% Toluol ein charakteristischer Dispersphasenanteil von 0,343.Per mole of C = C double bond 7.5 g of Novozym®435 were used. 2 moles of H 2 O 2 were used per mole of C =C double bond. From this molar ratio results in the implementation of dragon's head oil and 60 wt.% Toluene, a characteristic disperse phase fraction of 0.343.
2. Die Umsetzung im 10L-Maßstab erfolgte unter Beibehaltung der Verhältnisse der Reaktanten. Dabei wurde im Experiment mit 630 rpm die Skalierbarkeit des Ansatzes im 1L-Maßstab bei 1000 rpm auf Basis eines konstanten volumenbezogen Leistungseintrages demonstriert. Ein weiteres Experiment ohne Strombrecher mit einem 2-stufigen Impeller-Rührsystem bei 450 rpm zeigt die generelle Druchführbarkeit der chemo-enzymatischen Epoxidierung in einem inhomogen durchmischten Reaktionsansatz. Die inhomogene Durchmischung war beispielsweise optisch anhand eines farblichen Unterschiedes im Vergleich zu einer homogenen Durchmischung erkennbar und durch ein deutlich beschleunigtes Absetzverhalten der wässrigen Phase nach Beendigung des Leistungseintrages.2. The reaction in the 10 L scale was carried out while maintaining the ratios of the reactants. In the experiment, the scalability of the approach was demonstrated in the 1L scale at 1000 rpm on the basis of a constant volume-related power input at 630 rpm. Another experiment without a baffler with a 2-stage impeller stirring system at 450 rpm shows the general feasibility of chemo-enzymatic epoxidation in an inhomogeneously mixed reaction mixture. The inhomogeneous mixing was, for example, visually recognizable by a difference in color in comparison to a homogeneous mixing and by a significantly accelerated settling of the aqueous phase after completion of the power input.
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Legal Events
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