JP2004256441A

JP2004256441A - 水溶性カルボン酸の単離法

Info

Publication number: JP2004256441A
Application number: JP2003048707A
Authority: JP
Inventors: Takae Ono; 孝衛大野; Haruyo Sato; 治代佐藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】水溶性ヒドロキシカルボン酸や水溶性オキソカルボン酸などの水溶性カルボン酸を含む水溶液から、水溶性カルボン酸を単離する工業的に有利な方法を提供する。
【解決手段】水溶性カルボン酸を含む水溶液から、脂肪族オキソ化合物を抽出溶媒として用い、水溶性カルボン酸を抽出する。脂肪族オキソ化合物としては、２−ブタノンや４−メチル−２−ペンタノンなどが好ましく使用できる。水溶性カルボン酸を含む水溶液に、硫酸ナトリウムなどの無機塩を共存させるとなお好ましい。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水溶性カルボン酸を水溶液から単離する方法に関する。ピルビン酸、乳酸、２−ヒドロキシ酪酸、２−オキソ酪酸、３−ヒドロキシ酪酸等の水溶性カルボン酸類は医農薬などの合成原料として重要な化合物である。
【０００２】
【従来の技術】
発酵法によるカルボン酸類の製造は古くから行われていたが、培養液から水溶性のカルボン酸類を単離・精製するには、一般に煩雑な操作が必要とされ、効率の良い単離法が待たれていた。抽出による単離法も提案されており、（１）乳酸を培養液から抽出する方法として、燐酸トリブチルを使用する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。また、水溶媒中で乳酸を酸化するピルビン酸製造法に於いて、水溶液中のピルビン酸を単離する為に、酢酸イソプロピルで抽出する方法（例えば、特許文献１参照。）、（３）水溶性カルボン酸を含む水溶液から含酸素飽和複素環式化合物で抽出する方法（例えば、特許文献２参照。）等が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１−２７２５４８号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平８−３３７５５２号公報
【０００５】
【非特許文献１】
エー・エス・カーテスト（Ａ．Ｓ．Ｋｅｒｔｅｓｔ），シー・ジェー・キング（Ｃ．Ｊ．Ｋｉｎｇ），「発酵生成物カルボン酸の抽出化学（ＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＦｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎＰｒｏｄｕｃｔＣａｒｂｏｘｙｌｉｃＡｃｉｄｓ）」，バイオテクノロジー・アンド・バイオエンジニアリング（ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），（米国），ジョン・ウィーリー・アンド・サンズ（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ），１９８６年，第２８巻，ｐ．２６９−２８２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（１）で使用される燐酸トリブチルは高価であり、沸点が高く設備上の制限があるうえ、分配比も１．４で分配効率が高くない事、また（２）の方法では僅か４６ｇのピルビン酸を抽出するのに３，４００ｇの大量の酢酸イソプロピルを使用しなければならない等の欠点がある。また、（３）の方法は優れているが、使用する含酸素飽和複素環式化合物は濃縮してリサイクルする際に過酸化物を副生するために安全上の対策が必要となる。従って、水溶性カルボン酸類を含む水溶液から、水溶性カルボン酸を単離する工業的に有利な方法が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決する方法について鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、水溶性カルボン酸類を含む水溶液から、水溶性カルボン酸を単離する方法において、脂肪族オキソ化合物を使用して抽出することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における水溶性カルボン酸とは、ヒドロキシカルボン酸類、オキソカルボン酸類などが挙げられる。なかでも、１分子内にカルボキシル基と水酸基とを持つヒドロキシカルボン酸や、カルボニル基とカルボキシル基を持つオキソカルボン酸が好ましく用いられる。具体的にはヒドロキシカルボン酸としては乳酸、２−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシイソ酪酸、マンデル酸等が挙げられるが、特に２−ヒドロキシ酪酸が好ましい。また、オキソカルボン酸としてはピルビン酸、２−オキソ酪酸、２−オキソイソ酪酸等が挙げられる。
【０００９】
本発明で使用する、水溶性カルボン酸を含む水溶液とは、水溶性カルボン酸を含む発酵培養液、水溶液中での化学反応で製造した水溶性カルボン酸を含む水溶液等、水溶性カルボン酸を含む水溶液であれば如何なる水溶液であっても適用できる。水溶性カルボン酸を含む水溶液中のカルボン酸の濃度は１％以下の濃度でも実施可能であるが、水溶性カルボン酸の濃度は高い方が有利であるので、予め濃縮しておく方が好ましい。特に、ハロカルボン酸を加水分解して製造した水溶性ヒドロキシカルボン酸を含む水溶液が好ましく、特に好ましくは２−クロロ酪酸を加水分解して製造した２−ヒドロキシ酪酸を含む水溶液である。
【００１０】
水溶性カルボン酸がアルカリ塩、或いはアルカリ土類塩の形で水溶液中に溶解している場合には、水溶液に硫酸や塩酸等の無機酸を添加して該水溶性カルボン酸を系中で遊離状態にしてから本発明の方法で単離する。
【００１１】
本発明は水溶液中に無機塩が共存していると、より効果を発揮する。共存させる無機塩としては、水に溶かした時にｐＨ７以下を示す無機塩の中から選択するのが好ましい。具体的には硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸水素カリウム、塩化カリウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、塩化リチウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等の中性塩が好ましく用いられる。これらの無機塩を２種以上混合して用いてもよい。共存する無機塩の量は時に規定しないが、抽出効率を上げるためには操作性を低下させない範囲で、積極的に添加することが好ましい。
【００１２】
本発明で使用する脂肪族オキソ化合物とは、直鎖、あるいは分岐状の脂肪族炭化水素にカルボニル基が結合した化合物であり、２−ブタノンや４−メチル−２−ペンタノンが好ましい。ここで、末端にカルボニル基が結合した化合物であるアルデヒド類は化学的に不安定なので好ましくない。
【００１３】
脂肪族オキソ化合物の使用量は水溶液中の水溶性カルボン酸濃度によって、また回分抽出、連続抽出によっても異なるが、水溶性カルボン酸を含む水溶液に対して０．２〜５重量倍使用するのが好ましい。さらに好ましくは０．４〜２重量倍使用される。量が少なすぎると抽出・分離が不十分となり、多すぎると抽出したあとの処理に適さない場合がある。
【００１４】
抽出温度は水層と脂肪族オキソ化合物を含む有機層が２層分離する状態ならばいかなる温度でもかまわないが、０〜１００℃の範囲が好ましく、通常は、使用する溶媒の沸点以下で実施するのが好ましい。抽出は常圧、減圧、加圧の何れでも実施できるが、操作上からは常圧が好ましい。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
尚、定量分析はガスクロマトグラフィーを用いた。
【００１７】
実施例１
２−ヒドロキシ酪酸２．０８ｇ、食塩１．３ｇを含む水溶液１５ｇに２−ブタノン７．５ｇ（０．５重量倍）を加え、室温下にて３０分間攪拌した。静置後、分液した２−ブタノン層を定量分析した結果、２−ヒドロキシ酪酸は１．７３ｇであり、単離収率は８３．２％であった。
【００１８】
抽残水層に再度２−ブタノン７．５ｇを加え、室温下にて３０分間攪拌し、同様にして２−ブタノン層を定量分析した結果、２−ブタノン層の２−ヒドロキシ酪酸は０．２８ｇであった。２回の２−ブタノン層を合わせると、２−ヒドロキシ酪酸の単離収率は９６．５％であった。
【００１９】
実施例２
実施例１と同様の水溶液１５ｇに、２−ブタノン１５．０ｇ（１重量倍）を加え、２回抽出操作を繰り返した。分液した２−ブタノン層を定量分析した結果、２−ヒドロキシ酪酸は２．０５ｇであり、単離収率は９８．７％であった。
【００２０】
比較例１
実施例１と同様の水溶液１５ｇにテトラヒドロフラン１５．０ｇを加え、２回抽出操作を繰り返した。分液したテトラヒドロフラン層を定量分析した結果、２−ヒドロキシ酪酸は１．２９ｇであり、単離収率は６２．１％であった。
【００２１】
実施例３
攪拌機、ジムロートコンデンサー、ガス吹き込み管を装着した３，０００ｍｌのフラスコに、酪酸２３０．１ｇ（２．６１モル）、無水酪酸４２．５ｇ（０．２７モル）を仕込み、１３０〜１３５℃で加熱しながら塩酸ガスを約９時間吹き込んだ。次いで、９０℃に冷却してから水４．９ｇを添加し、更に１時間攪拌して２−クロロ酪酸を合成した。
【００２２】
攪拌しながら室温まで冷却し、２０％水酸化ナトリウム水溶液１，１７１ｇ（５．８６モル）を添加したのち３０時間加熱還流して２−ヒドロキシ酪酸を合成した。反応液中の２−ヒドロキシ酪酸は定量分析で２６２．３ｇ（２．５２モル）であった。
【００２３】
反応液を攪拌しながら室温まで冷却し、９５％硫酸１６１ｇ（１．５６モル）を添加してｐＨを１．５以下に調整した。次いで、２−ブタノン１，２００ｇを添加してから１時間攪拌し、静置後有機層を分液した。抽残水層に２−ブタノン１，０００ｇを添加し、再度抽出操作を繰り返した。両２−ブタノン層を合わせて定量分析した結果、２−ヒドロキシ酪酸２５６．０ｇが水層から単離できた。単離収率は９７．５％であった。
【００２４】
実施例４
２−オキソ酪酸４．０８ｇ、硫酸ナトリウム３．０ｇを含む水溶液３０ｇに４−メチル−２−ペンタノン３０ｇ（１．０重量倍）を加え、室温下にて３０分間攪拌した。静置後、分液した有機層を定量分析した結果、２−オキソ酪酸は３．６４ｇであり、単離収率は８９．２％であった。
【００２５】
抽残水層を再度同様に抽出し、両４−メチル−２−ペンタノン層を合わせて定量分析した結果、２−オキソ酪酸は４．０１ｇであり、単離収率は９８．２％であった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、水溶性カルボン酸を含む水溶液から水溶性カルボン酸を効率よく単離できる。

Claims

水溶性カルボン酸を含む水溶液から水溶性カルボン酸を抽出する際に、抽出溶媒として脂肪族オキソ化合物を使用することを特徴とする水溶性カルボン酸の単離法。
水溶性カルボン酸が水溶性ヒドロキシカルボン酸または水溶性オキソカルボン酸であることを特徴とする請求項１記載の水溶性カルボン酸の単離法。
水溶性ヒドロキシカルボン酸がハロカルボン酸を加水分解して製造した水溶性ヒドロキシカルボン酸であることを特徴とする請求項２記載の水溶性カルボン酸の単離法。
水溶性ヒドロキシカルボン酸が２−ヒドロキシ酪酸であることを特徴とする請求項２または３記載の水溶性カルボン酸の単離法。
水溶性カルボン酸を含む水溶液に無機塩が共存することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の水溶性カルボン酸の単離法。
無機塩が、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸水素カリウム、塩化カリウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウムおよび塩化マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項５記載の水溶性カルボン酸の単離法。
脂肪族オキソ化合物が、２−ブタノンまたは４−メチル−２−ペンタノンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の水溶性カルボン酸の単離法。