JP2011206020A - Method of producing n-alkyl succinimide - Google Patents

Method of producing n-alkyl succinimide Download PDF

Info

Publication number
JP2011206020A
JP2011206020A JP2010079554A JP2010079554A JP2011206020A JP 2011206020 A JP2011206020 A JP 2011206020A JP 2010079554 A JP2010079554 A JP 2010079554A JP 2010079554 A JP2010079554 A JP 2010079554A JP 2011206020 A JP2011206020 A JP 2011206020A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
acid
succinic acid
alkyl
alkyl succinimide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010079554A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuko Nakajima
泰子 中嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2010079554A priority Critical patent/JP2011206020A/en
Publication of JP2011206020A publication Critical patent/JP2011206020A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing N-alkyl pyrrolidone at low cost by efficiently recovering N-alkyl succinimide being an intermediate when producing N-alkyl pyrrolidone from succinic acid and its salts.SOLUTION: In a method of producing N-alkyl succinimide by making a composition containing a succinic acid derivative derived from a biomass resource and its salt react with an alkylating agent, a method of producing a composition containing N-alkyl succinimide includes adjusting pH of a reaction mixture, after the end of reaction, to 9.8 or less.

Description

本発明はN−アルキルコハク酸イミドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an N-alkyl succinimide.

コハク酸およびその誘導体は、ポリエステル等の樹脂原料や溶剤その他の化学品の重要な前駆体であり、種々の樹脂原料および化学品の前駆体への誘導化が研究されている。その中でも、環状アミド化合物であるピロリドン類は、洗浄溶剤や抽出剤として、金属、電子材料分野で用いられている。
具体的には、(N−アルキル)ピロリドンの合成法として、N−アルキルコハク酸イミドと水素から、還元触媒存在下でN−アルキルピロリドンを合成する方法が知られており(特許文献1,2)、コハク酸およびその塩類、酸無水物、またはコハク酸エステルから(N−アルキル)コハク酸イミドを経由するか、または直接的に(N−アルキル)ピロリドンを得る方法(特許文献3、4)が一般的である。また、コハク酸およびその塩類、酸無水物からコハク酸イミドおよび2−ピロリドンを経由してN−アルキルピロリドンを得ることもできる(特許文献5、6)。
コハク酸は、従来はブタンより合成した無水マレイン酸から石油化学的方法によって製造されるのが一般的であったが、近年、バイオマス資源を原料とした発酵製造法での研究が進み、発酵による工業的規模でのコハク酸製造の可能性も期待される(非特許文献1,2)。
特許文献4および6には、発酵製造法によるコハク酸を原料としたN−メチルピロリドンの合成法が記載されている。
Succinic acid and its derivatives are important precursors of resin raw materials such as polyester, solvents and other chemicals, and derivatization into various resin raw materials and chemical precursors has been studied. Among them, pyrrolidones that are cyclic amide compounds are used in the fields of metals and electronic materials as cleaning solvents and extractants.
Specifically, as a synthesis method of (N-alkyl) pyrrolidone, a method of synthesizing N-alkylpyrrolidone from N-alkylsuccinimide and hydrogen in the presence of a reduction catalyst is known (Patent Documents 1 and 2). ), Succinic acid and its salts, acid anhydrides, or succinic acid esters via (N-alkyl) succinimide or directly obtaining (N-alkyl) pyrrolidone (Patent Documents 3 and 4) Is common. In addition, N-alkylpyrrolidone can be obtained from succinic acid and its salts and acid anhydrides via succinimide and 2-pyrrolidone (Patent Documents 5 and 6).
In the past, succinic acid was generally produced from maleic anhydride synthesized from butane by a petrochemical method, but in recent years, research on fermentation production methods using biomass resources as raw materials has progressed. The possibility of producing succinic acid on an industrial scale is also expected (Non-Patent Documents 1 and 2).
Patent Documents 4 and 6 describe a method for synthesizing N-methylpyrrolidone using succinic acid as a raw material by a fermentation production method.

特開昭62-289557号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-289557 特開昭63-27474号公報JP-A 63-27474 国際公開WO2002/102772号パンフレットInternational Publication WO2002 / 102772 Pamphlet 国際公開WO2004/058708号パンフレットInternational Publication WO2004 / 058708 Pamphlet 特開昭63-27476号公報JP-A 63-27476 特表2008-531067号公報Special table 2008-531067 gazette

Chemical Reviews,2007,Vol.107,No.6,2417−2421Chemical Reviews, 2007, Vol. 107, no. 6, 2417-2421 Green Chem.,2009,11,13−16Green Chem. , 2009, 11, 13-16

コハク酸およびその誘導体からピロリドン類を製造する方法において、例えばコハク酸アンモニウム塩またはコハク酸とアンモニアの混合物とアルコールから合成したN−アルキルコハク酸イミドを、触媒存在下で水素化してN−アルキルピロリドンを製造する場合、触媒反応を良好に実施し、低コストで製造するためには、中間体であるN−アルキルコハク酸イミドを効率的に回収することが好ましい。   In a method for producing pyrrolidones from succinic acid and its derivatives, for example, N-alkyl succinimide synthesized from alcohol of succinic acid ammonium salt or succinic acid and ammonia and alcohol is hydrogenated in the presence of a catalyst to produce N-alkyl pyrrolidone. In order to carry out the catalytic reaction satisfactorily and produce at low cost, it is preferable to efficiently recover the N-alkyl succinimide as an intermediate.

中間体の回収方法としては、晶析、蒸留、抽出、クロマトグラフィなどから選択することができるが、発酵製造法によるコハク酸およびその塩類を原料とした場合、発酵工程で使用した水との分離が問題となる。晶析や蒸留によりN−アルキルコハク酸イミドを回収
する場合、反応後の濃縮工程で多量の水を留去しなければならないため、エネルギーコストがかかる。クロマドグラフィによる分離も濃縮が必要であり、また、大規模な工業生産には不向きである。
The intermediate recovery method can be selected from crystallization, distillation, extraction, chromatography, etc., but when succinic acid and its salts are used as a raw material by fermentation, separation from the water used in the fermentation process is possible. It becomes a problem. When N-alkyl succinimide is recovered by crystallization or distillation, a large amount of water must be distilled off in the concentration step after the reaction, which requires energy costs. Chromatographic separation also requires concentration and is not suitable for large-scale industrial production.

ここで、N−アルキルコハク酸イミドを有機溶媒により抽出する場合は、水を留去する必要がないため、水分離でのエネルギーを低減でき、大規模な工業生産に適しているため、有用と考えられる。
しかしながら、コハク酸およびそのアンモニウム塩類、特に発酵製造法によるコハク酸アンモニウム塩水溶液、からN−アルキルコハク酸イミドを製造する場合には、反応混合物中のN−アルキルコハク酸イミド濃度は、加水分解反応により経時的に低下することが判明した。N−アルキルコハク酸イミドの加水分解生成物であるN−アルキルスクシナミン酸は、水との親和性が高く有機溶媒に抽出されにくいため回収率が低下し、結果として製品コストを上げることになる。
Here, when extracting N-alkyl succinimide with an organic solvent, since it is not necessary to distill off water, energy in water separation can be reduced and it is suitable for large-scale industrial production. Conceivable.
However, when N-alkyl succinimide is produced from succinic acid and its ammonium salts, particularly ammonium succinate aqueous solution by fermentation production method, the concentration of N-alkyl succinimide in the reaction mixture is determined by hydrolysis reaction. Was found to decrease with time. N-alkyl succinamic acid, which is a hydrolysis product of N-alkyl succinimide, has a high affinity with water and is difficult to extract into an organic solvent, so the recovery rate is lowered, resulting in an increase in product cost. Become.

本発明は、コハク酸およびその塩類からN−アルキルピロリドンを製造するにあたり、中間体であるN−アルキルコハク酸イミドを効率的に回収することによって、N−アルキルピロリドンを安価に製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a method for producing N-alkylpyrrolidone at low cost by efficiently recovering N-alkylsuccinimide as an intermediate in producing N-alkylpyrrolidone from succinic acid and its salts. The purpose is to do.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、コハク酸およびそのアンモニア塩類、酸無水物、コハク酸エステル、その他のコハク酸誘導体およびそれらとアンモニアの混合物からN−アルキルコハク酸イミドを製造する反応終了後に反応混合物のpHを特定範囲に調整することにより、N−アルキルコハク酸イミドを効率的に回収できることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor obtained N-alkyl succinimide from succinic acid and its ammonia salts, acid anhydrides, succinic acid esters, other succinic acid derivatives, and mixtures thereof with ammonia. It has been found that N-alkylsuccinimide can be efficiently recovered by adjusting the pH of the reaction mixture to a specific range after the reaction to be produced is completed.

即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 下記一般式(I)で表されるコハク酸およびその塩を含む組成物とアルキル化剤を
反応させて、N−アルキルコハク酸イミドを製造する方法において、反応終了後の反応混合物のpHを9.8以下に調整することを特徴とする下記一般式(II)で表されるN−アルキルコハク酸イミドを含む組成物の製造方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] In a method for producing an N-alkyl succinimide by reacting a composition containing succinic acid represented by the following general formula (I) and a salt thereof with an alkylating agent, The manufacturing method of the composition containing N-alkyl succinimide represented by the following general formula (II) characterized by adjusting pH to 9.8 or less.

Figure 2011206020
Figure 2011206020

(式中、XおよびYは水素原子,NH または他の1価のカチオンを表し、かつXおよびYの少なくとも一方はNH を表す。) (In the formula, X and Y represent a hydrogen atom, NH 4 + or another monovalent cation, and at least one of X and Y represents NH 4 + .)

Figure 2011206020
Figure 2011206020

(式中、Rは、置換されていても良い直鎖、分岐または環状のC〜Cのアルキル基である。)
[2] 上記コハク酸およびその塩を含む組成物がバイオマス資源由来であることを特徴と
する[1]に記載の方法。
[3] 上記Rがメチル基又はエチル基であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の方
法。
(In the formula, R 1 is an optionally substituted linear, branched or cyclic C 1 -C 6 alkyl group.)
[2] The method according to [1], wherein the composition containing succinic acid and a salt thereof is derived from biomass resources.
[3] The method according to [1] or [2], wherein R 1 is a methyl group or an ethyl group.

本発明によれば、安価にN−アルキルピロリドンを製造することができる。特に、バイオマス資源由来の発酵製造法によるコハク酸およびその塩類を原料として、中間体であるN−アルキルコハク酸イミドを効率的に回収し、N−アルキルピロリドンの製造コストを下げることができる。   According to the present invention, N-alkylpyrrolidone can be produced at low cost. In particular, N-alkyl succinimide as an intermediate can be efficiently recovered using succinic acid and its salts derived from a biomass resource-derived fermentation production method as raw materials, and the production cost of N-alkyl pyrrolidone can be reduced.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明のその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
<コハク酸およびその塩を含む組成物>
本発明に係るコハク酸およびその塩とは、下記式(I)で表される化合物である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and is not specified in these contents unless it exceeds the gist of the present invention.
<Composition containing succinic acid and its salt>
The succinic acid and the salt thereof according to the present invention are compounds represented by the following formula (I).

Figure 2011206020
Figure 2011206020

XおよびYとは、水素原子,NH または他の1価のカチオンを表し、かつXおよびYの少なくとも一方はNH である。
本発明に係る他の1価のカチオンとしては、Na、K、Li等のアルカリ金属イオンが挙げられる。
本発明に係るコハク酸およびその塩は、具体的には、コハク酸ジアンモニウム、コハク酸モノアンモニウム、コハク酸アンモニウムナトリウム等のアンモニウム塩が挙げられる。その中でも好ましくは、コハク酸ジアンモニウム、コハク酸モノアンモニウムのような他の1価のカチオンを含まないアンモニウム塩である。これらの化合物の混合物であっても良い。
X and Y represent a hydrogen atom, NH 4 + or another monovalent cation, and at least one of X and Y is NH 4 + .
Other monovalent cations according to the present invention include alkali metal ions such as Na + , K + , and Li + .
Specific examples of succinic acid and salts thereof according to the present invention include ammonium salts such as diammonium succinate, monoammonium succinate, and ammonium sodium succinate. Among these, ammonium salts containing no other monovalent cation such as diammonium succinate and monoammonium succinate are preferable. A mixture of these compounds may be used.

なお、本発明に係るコハク酸およびその塩は、コハク酸二ナトリウム、コハク酸一ナトリウム、コハク酸二カリウム、コハク酸一カリウム、コハク酸マグネシウム、コハク酸カ
ルシウム等のNH を含まないコハク酸塩にNH を含有する化合物を加えて調製することもできる。NH を含有する化合物は、特段の制限はないが、アンモニア水、炭酸アンモニウム等が挙げられる。化合物(I)を含む組成物のNH の含有量は、コハク酸1モルに対して、通常1モル以上、より好ましくは1.2モル以上、一方、通常5モル以下、好ましくは3モル以下である。少なすぎると、反応収率が下がるという傾向があり、多すぎると、加水分解等の好ましくない副反応が起こりやすくなるという傾向がある。
The succinic acid and the salt thereof according to the present invention include succinic acid not containing NH 4 + such as disodium succinate, monosodium succinate, dipotassium succinate, monopotassium succinate, magnesium succinate, calcium succinate and the like. It can also be prepared by adding a compound containing NH 4 + to the salt. The compound containing NH 4 + is not particularly limited, and examples thereof include aqueous ammonia and ammonium carbonate. The NH 4 + content of the composition containing compound (I) is usually 1 mol or more, more preferably 1.2 mol or more, on the other hand, usually 5 mol or less, preferably 3 mol, relative to 1 mol of succinic acid. It is as follows. If the amount is too small, the reaction yield tends to decrease. If the amount is too large, undesirable side reactions such as hydrolysis tend to occur.

本発明に係るコハク酸およびその塩を含む組成物は、石油や石炭を原料として石油化学的手段によって製造されたものでもよいが、バイオマス資源由来のものであるのが環境保護の点から好ましい。
本発明に係る組成物中のコハク酸及びその塩の濃度は、特段の制限はないが、コハク酸濃度として通常1重量%以上、好ましくは10重量%以上、一方、通常80%重量以下、好
ましくは70重量%以下である。該濃度が薄すぎると、反応工程での操作性や効率性に問
題が生じる可能性があり、該濃度が濃すぎると、コハク酸及びその塩が析出する問題が生じる可能性がある。
The composition containing succinic acid and a salt thereof according to the present invention may be produced by petrochemical means using petroleum or coal as a raw material, but is preferably derived from biomass resources from the viewpoint of environmental protection.
The concentration of succinic acid and its salt in the composition according to the present invention is not particularly limited, but the succinic acid concentration is usually 1% by weight or more, preferably 10% by weight or more, and usually 80% by weight or less, preferably Is 70% by weight or less. If the concentration is too low, there may be a problem in operability and efficiency in the reaction process, and if the concentration is too high, a problem in which succinic acid and a salt thereof precipitate may occur.

バイオマス資源としては、例えば、木材、稲わら、籾殻、米ぬか、古米、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、おから、コーンコブ、タピオカカス、バガス、植物油カス、芋、そば、大豆、油脂、古紙、製紙残渣、水産物残渣、家畜排泄物、下水汚泥、食品廃棄物等が挙げられる。この中でも木材、稲わら、籾殻、米ぬか、古米、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、おから、コーンコブ、タピオカカス、バガス、植物油カス、芋、そば、大豆、油脂、古紙、製紙残渣等の植物資源が好ましく、より好ましくは、木材、稲わら、籾殻、古米、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、芋、油脂、古紙、製紙残渣であり、最も好ましくはとうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシである。これらのバイオマス資源は、一般に、窒素元素やNa、K、Mg、Ca等の多くのアルカリ金属、アルカリ土類金属を含有する。   Biomass resources include, for example, wood, rice straw, rice husk, rice bran, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, okara, corn cob, tapioca cass, bagasse, vegetable oil scum, persimmon, buckwheat, soybean, fat, waste paper, papermaking residue , Marine product residue, livestock excrement, sewage sludge, food waste and the like. Among them, plant resources such as wood, rice straw, rice husk, rice bran, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, okara, corn cob, tapioca cass, bagasse, vegetable oil residue, buckwheat, soy, oil, waste paper, paper residue More preferred are wood, rice straw, rice husk, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, straw, oil and fat, waste paper, papermaking residue, and most preferred are corn, sugar cane, cassava, sago palm. These biomass resources generally contain a large amount of alkali metals and alkaline earth metals such as nitrogen element, Na, K, Mg, and Ca.

そしてこれらのバイオマス資源は、特に限定はされないが、例えば酸やアルカリ等の化学処理、微生物を用いた生物学的処理、物理的処理等の公知の前処理・糖化の工程を経て炭素源へ誘導される。その工程には、特に限定はされないが、例えば、バイオマス資源をチップ化する、削る、擦り潰す等の前処理による微細化工程が含まれる。必要に応じて、更にグラインダーやミルでの粉砕工程が含まれる。こうして微細化されたバイオマス資源は、更に前処理・糖化の工程を経て炭素源へ誘導されるが、その具体的な方法としては、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸等の強酸での酸処理、アルカリ処理、アンモニア凍結蒸煮爆砕法、溶媒抽出、超臨界流体処理、酸化剤処理等の化学的方法や、微粉砕、蒸煮爆砕法、マイクロ波処理、電子線照射等の物理的方法、微生物や酵素処理による加水分解等の生物学的処理が挙げられる。   These biomass resources are not particularly limited, but are induced to carbon sources through known pretreatment and saccharification processes such as chemical treatment with acids and alkalis, biological treatment with microorganisms, physical treatment, and the like. Is done. The process is not particularly limited, but includes, for example, a refinement process by pretreatment such as chipping, scraping, or crushing biomass resources. If necessary, a grinding step with a grinder or a mill is further included. The biomass resources thus refined are further guided to a carbon source through pretreatment and saccharification processes. Specific methods include acid treatment with strong acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid, and alkali treatment. Chemical methods such as treatment, ammonia freezing steam explosion method, solvent extraction, supercritical fluid treatment, oxidizing agent treatment, physical methods such as fine grinding, steam explosion method, microwave treatment, electron beam irradiation, microorganism and enzyme treatment Biological treatments such as hydrolysis by

上記のバイオマス資源から誘導される炭素源としては、通常、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース等のヘキソース、アラビノース、キシロース、リボース、キシルロース、リブロース等のペントース、マルトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、澱粉、セルロース等の2糖・多糖類、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、モノクチン酸、アラキジン酸、エイコセン酸、アラキドン酸、ベヘニン酸、エルカ酸、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リグノセリン酸、セラコレン酸等の脂肪酸、グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、これらの中では、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース等のヘキソース、アラビノース、キシロース、リボース、キシルロース、リブロース等
のペントース、マルトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、澱粉、セルロース等の2糖・多糖類が好ましく、このうちグルコース、マルトース、フルクトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、セルロースが好ましい。
Carbon sources derived from the above biomass resources usually include hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose and tagatose, pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylulose and ribulose, maltose, sucrose, lactose and trehalose. , Starch, cellulose and other disaccharides / polysaccharides, butyric acid, caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, palmitoleic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, monoctinic acid, Fatty acids such as arachidic acid, eicosenoic acid, arachidonic acid, behenic acid, erucic acid, docosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid, lignoceric acid, ceracolic acid, glycerin, mannitol, xylitol, ribitol, etc. Fermentable carbohydrates such as polyalcohols are used, and among these, hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose, tagatose, pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylulose, ribulose, maltose, sucrose, Disaccharides and polysaccharides such as lactose, trehalose, starch, and cellulose are preferable, and among these, glucose, maltose, fructose, sucrose, lactose, trehalose, and cellulose are preferable.

本発明においては、これらのバイオマス資源から誘導される炭素源から脂肪族ジカルボン酸が誘導される。具体的には、例えば、これらの炭素源を用いて、微生物変換による発酵法や加水分解・脱水反応・水和反応・酸化反応・還元反応等の反応工程を含む化学変換法ならびにこれらの発酵法と化学変換法の組み合わせによりジカルボン酸が合成されるが、これらの中でも脂肪族ジカルボン酸生産能を有する微生物を利用した微生物変換による発酵法が好ましい。   In the present invention, an aliphatic dicarboxylic acid is derived from a carbon source derived from these biomass resources. Specifically, for example, using these carbon sources, fermentation methods by microbial conversion, chemical conversion methods including reaction steps such as hydrolysis, dehydration reaction, hydration reaction, oxidation reaction, reduction reaction, and these fermentation methods A dicarboxylic acid is synthesized by a combination of a chemical conversion method and a chemical conversion method, and among these, a fermentation method by microbial conversion using a microorganism having an ability to produce an aliphatic dicarboxylic acid is preferable.

脂肪族ジカルボン酸生産能を有する微生物は脂肪族ジカルボン酸生産能を有する微生物であるかぎり特に制限されないが、エシェリヒア・コリ等の腸内細菌、バチルス属細菌、コリネ型細菌、酵母菌などが挙げられ、好気性微生物、通性嫌気性微生物または微好気性微生物を使用することが好ましい。
好気性微生物としては、コリネ型細菌(Coryneform Bacterium)、バチルス(Bacillus)属細菌、リゾビウム(Rhizobium)属細菌、アースロバクター(Arthrobacter)属細菌、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属細菌、ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌、ノカルディア(Nocardia)属細菌、又はストレプトマイセス(Streptomyces)属細菌などが挙げられ、コリネ型細菌がより好ましい。
The microorganism having the ability to produce an aliphatic dicarboxylic acid is not particularly limited as long as it is a microorganism having an ability to produce an aliphatic dicarboxylic acid, and examples include enterobacteria such as Escherichia coli, Bacillus bacteria, coryneform bacteria, and yeast. It is preferable to use aerobic microorganisms, facultative anaerobic microorganisms or microaerobic microorganisms.
Examples of aerobic microorganisms include Coryneform Bacterium, Bacillus genus bacteria, Rhizobium genus bacteria, Arthrobacter genus bacteria, Mycobacterium genus bacteria, Rhodococcus (cc) Examples include genus bacteria, Nocardia bacteria, and Streptomyces bacteria, and coryneform bacteria are more preferable.

コリネ型細菌は、これに分類されるものであれば特に制限されないが、コリネバクテリウム属に属する細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌又はアースロバクター属に属する細菌などが挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属又はブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)又はブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に分類される細菌が挙げられる。   The coryneform bacterium is not particularly limited as long as it is classified as such, and examples thereof include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, and bacteria belonging to the genus Arthrobacter. Examples include those belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium, more preferably, Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes (Brevibaterium). bacteria classified as Ammoniagenes) or Brevibacterium lactofermentum It is below.

脂肪族ジカルボン酸生産菌としてコハク酸生産菌を用いる場合、後述の実施例に記載のように、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性が増強され、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低下した株を用いることが好ましい。
微生物変換における反応温度、圧力等の反応条件は、選択される菌体、カビなど微生物の活性に依存することになるが、ジカルボン酸を得るための好適な条件を各々の場合に応じて選択すればよい。
When a succinic acid-producing bacterium is used as the aliphatic dicarboxylic acid-producing bacterium, it is preferable to use a strain having enhanced pyruvate carboxylase activity and reduced lactate dehydrogenase activity, as described in Examples below.
Reaction conditions such as reaction temperature and pressure in microbial conversion will depend on the activity of microorganisms such as selected cells and molds, but suitable conditions for obtaining dicarboxylic acids should be selected in each case. That's fine.

微生物変換においては、pHが低くなると微生物の代謝活性が低くなったり、或いは微生物が活動を停止するようになり、製造歩留まりが悪化したり、微生物が死滅するため、通常には中和剤を使用する。通常はpHセンサーによって反応系内のpHを計測し、所定のpH範囲となるように中和剤の添加によりpHを調節する。pH値は、用いる菌体、カビ等の微生物の種類に応じて、その活性が最も有効に発揮される範囲に調整される。中和剤の添加方法については特に制限はなく、連続添加であっても間欠添加であってもよい。   In microbial conversion, neutralizing agents are usually used because the metabolic activity of microorganisms decreases or the activity of microorganisms stops when pH decreases, and the production yield deteriorates or the microorganisms die. To do. Usually, the pH in the reaction system is measured by a pH sensor, and the pH is adjusted by adding a neutralizing agent so as to be in a predetermined pH range. The pH value is adjusted to a range where the activity is most effectively exhibited according to the type of microorganisms such as fungus bodies and molds to be used. There is no restriction | limiting in particular about the addition method of a neutralizing agent, Continuous addition or intermittent addition may be sufficient.

中和剤としてはアンモニア、炭酸アンモニウム、尿素、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の炭酸塩が挙げられる。好ましくはアンモニア、炭酸アンモニウム、尿素である。なお上記アルカリ(土類)金属の水酸化物としてはNaOH、KOH、Ca(OH)、Mg(OH)等、或いは
これらの混合物などが挙げられ、アルカリ(土類)金属の炭酸塩としては、NaCO、KCO、CaCO、MgCO、NaKCO等、或いはこれらの混合物などが挙げられる。
Examples of the neutralizing agent include ammonia, ammonium carbonate, urea, alkali metal hydroxide, alkaline earth metal hydroxide, alkali metal carbonate, and alkaline earth metal carbonate. Ammonia, ammonium carbonate and urea are preferred. Examples of the alkali (earth) metal hydroxide include NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , or a mixture thereof. Examples of the alkali (earth) metal carbonate include is, Na 2 CO 3, K 2 CO 3, CaCO 3, MgCO 3, NaKCO 3 etc., or the like and mixtures thereof.

本発明においては、微生物変換後の発酵液は、その後の精製工程での操作性や効率性を考慮して適宜濃縮しても良い。濃縮方法としては、特に限定されないが、不活性ガスを流通させる方法、加熱により水を留去させる方法、減圧で水を留去させる方法ならびにこれらを組み合わせる方法などが挙げられる。
なお、本発明の方法において発酵液を用いる場合、微生物を除去した後の発酵液を用いることが好ましい。微生物の分離方法は、限外ろ過膜や遠心分離等既存の方法を任意に用いることができる。また、微生物変換後の発酵液をオートクレーブ滅菌、加熱滅菌又は低温殺菌しても良い。
In the present invention, the fermentation broth after microbial conversion may be appropriately concentrated in consideration of operability and efficiency in the subsequent purification step. Although it does not specifically limit as a concentration method, The method of distribute | circulating an inert gas, the method of distilling off water by heating, the method of distilling off water by pressure reduction, the method of combining these, etc. are mentioned.
In addition, when using a fermented liquid in the method of this invention, it is preferable to use the fermented liquid after removing microorganisms. As a microorganism separation method, an existing method such as an ultrafiltration membrane or centrifugation can be arbitrarily used. Moreover, you may sterilize the fermented liquor after microorganism conversion by autoclave sterilization, heat sterilization, or pasteurization.

本発明に係るコハク酸およびその塩を含む組成物は、上記のようにして得られた発酵液に含まれるコハク酸およびその塩をそのまま用いることができるが、後述する発酵液に含まれるコハク酸およびその塩をコハク酸への変換方法およびその精製方法を用いて得られたコハク酸を、必要に応じて前記NH を含有する化合物とともに用いてもよい。
以下に発酵液に含まれるコハク酸の塩をコハク酸へ変換する方法および精製する方法を例示するが、これに限定されるものではない。また、コハク酸に変換された以降の精製工程のうち、任意の工程から取り出して用いてもよい。
The composition containing succinic acid and its salt according to the present invention can use succinic acid and its salt contained in the fermentation broth obtained as described above as it is, but succinic acid contained in the fermentation broth described later. In addition, succinic acid obtained using a method for converting a salt thereof into succinic acid and a purification method thereof may be used together with the compound containing NH 4 + as necessary.
Although the method of converting the salt of the succinic acid contained in a fermented liquor to the succinic acid and the method of refine | purifying below are illustrated, it is not limited to this. Moreover, you may take out and use from arbitrary processes among the refinement | purification processes after converting into succinic acid.

<コハク酸変換方法>
コハク酸への変換は、目的とするコハク酸よりもpHの高い弱酸性の有機酸を使用した反応晶析方法によりコハク酸に変換しても良い。このような有機酸としては、例えば、酢酸が挙げられる。また、別法として、上記発酵により得られたコハク酸およびその塩を無機酸でコハク酸に変換しても良い。ここで、使用する無機酸としては、硫酸、塩酸、炭酸、リン酸、硝酸などが例示される。より具体的には、コハク酸発酵の場合、生成したコハク酸をアンモニアや水酸化マグネシウムで中和しながら発酵を行うと、発酵液中にはコハク酸アンモニウムやコハク酸マグネシウムが生成する。このようなコハク酸アンモニウムやコハク酸マグネシウムを含む発酵液を硫酸等で処理すると、コハク酸を含む水溶液が得られる。
<Succinic acid conversion method>
The succinic acid may be converted to succinic acid by a reaction crystallization method using a weakly acidic organic acid having a pH higher than that of the intended succinic acid. An example of such an organic acid is acetic acid. Alternatively, the succinic acid and its salt obtained by the fermentation may be converted to succinic acid with an inorganic acid. Here, examples of the inorganic acid used include sulfuric acid, hydrochloric acid, carbonic acid, phosphoric acid, and nitric acid. More specifically, in the case of succinic acid fermentation, when fermentation is performed while neutralizing the produced succinic acid with ammonia or magnesium hydroxide, ammonium succinate or magnesium succinate is produced in the fermentation broth. When such a fermented solution containing ammonium succinate or magnesium succinate is treated with sulfuric acid or the like, an aqueous solution containing succinic acid is obtained.

コハク酸を含む溶液或いは水溶液とはコハク酸を主体として含む溶液或いは水溶液である。従って、上記のようなコハク酸アンモニウムやコハク酸マグネシウムのようなコハク酸塩を主体として含む溶液或いは水溶液はコハク酸塩を含む溶液或いは水溶液と表す。ここでいう「主体として含む」状態とは、溶媒を除く全成分の重量に対する該成分の重量が、通常50重量%以上、好ましくは60重量%以上、より好ましくは70重量%以上、特に好ましくは90重量%以上含まれる状態を示す。   The solution or aqueous solution containing succinic acid is a solution or aqueous solution mainly containing succinic acid. Accordingly, a solution or an aqueous solution mainly containing a succinate such as ammonium succinate or magnesium succinate is referred to as a solution or aqueous solution containing succinate. The term “contained as the main component” as used herein means that the weight of the component relative to the weight of all components excluding the solvent is usually 50% by weight or more, preferably 60% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, and particularly preferably The state of 90% by weight or more is shown.

<コハク酸精製>
上記の無機酸でコハク酸に変換した水溶液は、特には限定されないが、有機溶媒を用いて該水溶液からコハク酸を抽出したり、濃縮および晶析、塩析しても良い。
さらに上記で得られたコハク酸はその用途に応じ、乾燥処理またはさらに高度精製処理を施すこともできる。例えば活性炭等の吸着剤による脱色工程、イオン交換樹脂により共存イオン類を除去するイオン交換工程、共存する不飽和ジカルボン酸を水添処理する工程、さらに高度精製するための晶析工程などの処理が考えられる。
<Purification of succinic acid>
The aqueous solution converted into succinic acid with the above-mentioned inorganic acid is not particularly limited, but succinic acid may be extracted from the aqueous solution using an organic solvent, or concentrated, crystallized, and salted out.
Furthermore, the succinic acid obtained above can be subjected to a drying treatment or a further advanced purification treatment depending on its use. For example, a decolorization process using an adsorbent such as activated carbon, an ion exchange process for removing coexisting ions with an ion exchange resin, a process for hydrogenating coexisting unsaturated dicarboxylic acid, and a crystallization process for further refinement. Conceivable.

<アルキル化剤>
本発明に係るアルキル化剤は、特段の制限はないが、直鎖、分岐または環状のC〜Cのアルキルアルコールまたはアルキルアミン類が挙げられる。その中でも好ましくは、
直鎖または分岐のC〜Cのアルキルアルコールまたはアルキルアミン類である。具体的には、メタノール、エタノール、プロパノールまたはブタノール、メチルアミン類、エチルアミン類、プロピルアミン類またはブチルアミン類が挙げられ、これらの混合物であってもよい。より好ましくは、メタノールまたはエタノールが用いられ、これらのアルコールと対応するアルキルアミン類との混合物も有利に用いられる。
<Alkylating agent>
Alkylating agents of the present invention is not particular limitation, straight chain, alkyl alcohol or alkyl amines C 1 -C 6 branched or cyclic and the like. Among them, preferably
Alkyl alcohols or alkyl amines C 1 -C 4 straight or branched. Specific examples include methanol, ethanol, propanol or butanol, methylamines, ethylamines, propylamines or butylamines, and a mixture thereof. More preferably, methanol or ethanol is used, and mixtures of these alcohols with the corresponding alkylamines are also advantageously used.

本発明において、コハク酸およびその塩を含む組成物中のコハク酸およびその塩に対して、化学量論または化学量論量を超えるアルキル化剤が用いられる。好ましくは該コハク酸およびその塩に対して、通常1倍モル以上、一方、通常100倍モル以下、好ましくは50倍モル以下、より好ましくは、25倍モル以下のアルキル化剤が用いられる。アルキル化剤が少なすぎると、反応収率が下がる傾向にあり、アルキル化剤が多すぎると、副反応が生じる傾向にある。また、触媒を使用しても良い。   In the present invention, a stoichiometric or exceeding stoichiometric alkylating agent is used with respect to succinic acid and its salt in the composition containing succinic acid and its salt. Preferably, the alkylating agent is used in an amount of usually 1-fold mol or more, usually 100-fold mol or less, preferably 50-fold mol or less, more preferably 25-fold mol or less, relative to the succinic acid and its salt. If the amount of the alkylating agent is too small, the reaction yield tends to decrease, and if the amount of the alkylating agent is too large, side reactions tend to occur. A catalyst may also be used.

<N−アルキルコハク酸イミド>
本発明に係るN−アルキルコハク酸イミドとは、下記式(II)で表される化合物である。
<N-alkyl succinimide>
The N-alkyl succinimide according to the present invention is a compound represented by the following formula (II).

Figure 2011206020
Figure 2011206020

本発明に係るRは、置換されていても良い直鎖、分岐または環状のC〜Cのアルキル基である。
本発明に係るRの直鎖、分岐または環状のアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロ
プロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。その中でも好ましくは直鎖または分岐のC〜Cのアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert-ブチル基である。最も
好ましくは、メチル基、エチル基である。上記C〜Cのアルキル基は置換されていても良い。
R 1 according to the present invention is a linear, branched or cyclic C 1 -C 6 alkyl group which may be substituted.
The linear, branched or cyclic alkyl group of R 1 according to the present invention includes a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a cyclopropyl group, and a cyclobutyl group. , Cyclopentyl group, cyclohexyl group and the like. Among them, preferably a straight-chain or alkyl group of C 1 -C 4 branch, specifically, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a tert- butyl group. Most preferably, they are a methyl group and an ethyl group. Alkyl group of the C 1 -C 6 may be substituted.

置換されていても良い置換基とは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、エーテル基、チオエーテル基、ハロゲン原子等である。
<イミド化反応条件>
本発明において、該コハク酸およびその塩を含む組成物と該アルキル化剤を反応させて、N−アルキルコハク酸イミドを製造する方法において、反応終了後の反応混合物のpHを9.8以下に調整することを特徴とする。
The substituent which may be substituted is an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, cycloalkyl group, aryl group, ether group, thioether group, halogen atom and the like.
<Imidation reaction conditions>
In the present invention, in the method for producing an N-alkyl succinimide by reacting the composition containing the succinic acid and a salt thereof with the alkylating agent, the pH of the reaction mixture after the reaction is reduced to 9.8 or less. It is characterized by adjusting.

<イミド化反応終了後の反応混合物のpH制御>
コハク酸およびその塩類とアルキル化剤を原料としたN−アルキルピロリドンの製造の中間体であるN−アルキルコハク酸イミドの製造工程の反応終了後の反応混合物のpHは9.8以下、好ましくは9.5以下、より好ましくは9以下、更に好ましくは8.5以下、特に好ましくは8以下、一方、下限に特段の制限はないが、通常2以上、好ましくは3
以上、より好ましくは4以上、更に好ましくは5以上、特に好ましくは5.5以上に調整される。
<PH control of reaction mixture after imidation reaction>
The pH of the reaction mixture after completion of the reaction in the production process of N-alkyl succinimide, which is an intermediate for producing N-alkyl pyrrolidone using succinic acid and its salts and alkylating agent as raw materials, is preferably 9.8 or less, preferably 9.5 or less, more preferably 9 or less, still more preferably 8.5 or less, particularly preferably 8 or less. On the other hand, there is no particular limitation on the lower limit, but usually 2 or more, preferably 3
More preferably, it is adjusted to 4 or more, more preferably 5 or more, and particularly preferably 5.5 or more.

反応混合物のpHが低すぎると、反応器の腐蝕という問題が生じる傾向にあり、反応混合物のpHが高すぎると、反応混合物中のN−アルキルコハク酸イミドの加水分解反応が進行し、該加水分解生成物であるN−アルキルスクシナミン酸は、水との親和性が高く有機溶媒に抽出されにくいためN−アルキルコハク酸イミドの回収率が低下し、結果として製品コストが上がるという問題が生じる。   If the pH of the reaction mixture is too low, the problem of corrosion of the reactor tends to occur. If the pH of the reaction mixture is too high, the hydrolysis reaction of the N-alkyl succinimide in the reaction mixture proceeds and the hydrolysis proceeds. N-alkyl succinamic acid, which is a decomposition product, has a high affinity with water and is difficult to extract into an organic solvent, so that the recovery rate of N-alkyl succinimide decreases, resulting in an increase in product cost. Arise.

反応終了後の反応混合物のpH制御は、例えば以下のように行われるが、これに限定されるものではない。また、反応中にpH制御を行ってもよい。
反応終了後のpH制御の方法としては、例えば、反応で発生した塩基性成分を反応終了後速やかに除去する方法を挙げられる。具体的には、標準圧力下または減圧下で低沸点の塩基性成分を留去する方法や、反応混合物中に不活性ガスを吹き込み、低沸点成分を揮発させて除去する方法などが有効である。また、反応終了後、反応混合物が所定のpH範囲となるように、中和剤を添加する方法も有効である。
The pH control of the reaction mixture after completion of the reaction is performed, for example, as follows, but is not limited thereto. Moreover, you may control pH during reaction.
Examples of the method for controlling the pH after completion of the reaction include a method of quickly removing a basic component generated by the reaction after the completion of the reaction. Specifically, a method of distilling off a low-boiling basic component under standard pressure or reduced pressure, a method of blowing an inert gas into the reaction mixture and volatilizing and removing the low-boiling component are effective. . It is also effective to add a neutralizing agent so that the reaction mixture is in a predetermined pH range after completion of the reaction.

反応中のpH制御の方法としては、例えば、反応進行に伴って発生する低沸点の塩基性成分を反応系中から除きながら反応する方法が挙げられる。具体的には、冷却管を備えた耐圧の反応器を用いて低沸点のガス成分のみを留去し、その他の成分は凝集させて反応系中に戻しながら反応する方法や、反応系中に不活性ガスを吹き込み、低沸点成分を気相に分配させ、気相の一部をパージしながら反応する方法などが有効である。また、反応中に反応混合物のpHをモニターし、反応系中が所定のpH範囲に保持されるように、中和剤を逐次添加しながら反応する方法も有効である。あるいは、反応混合物を所定のpHに保持することが出来る緩衝液の存在下で反応を行ってもよい。   Examples of the method for controlling pH during the reaction include a method of reacting while removing a basic component having a low boiling point generated as the reaction proceeds from the reaction system. Specifically, using a pressure-resistant reactor equipped with a cooling pipe, only low-boiling gas components are distilled off, and other components are agglomerated and reacted while returning to the reaction system. A method in which an inert gas is blown, a low-boiling component is distributed to the gas phase, and a reaction is performed while purging a part of the gas phase is effective. It is also effective to monitor the pH of the reaction mixture during the reaction and react while sequentially adding a neutralizing agent so that the reaction system is maintained in a predetermined pH range. Alternatively, the reaction may be performed in the presence of a buffer capable of maintaining the reaction mixture at a predetermined pH.

ここで、反応中または反応終了後の反応混合物のpH制御に用いられる中和剤は、反応混合物を所定のpH範囲に保持できるものであれば限定されるものではなく、無機または有機の酸化合物を用いることができる。酸化合物の形態は、気体であっても、液体であっても、固体であってもよい。例えば、無機酸としては、硫酸、塩酸、炭酸、リン酸、硝酸などが挙げられる。有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、乳酸などの脂肪族カルボン酸類、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、などのスルホン酸類、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、リンゴ酸、アジピン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸類などが挙げられる。固体酸としては、スルホン酸型イオン交換樹脂やスルホン酸基を無機支持体に担持した無機固体酸などが挙げられる。   Here, the neutralizing agent used for controlling the pH of the reaction mixture during or after the reaction is not limited as long as it can maintain the reaction mixture in a predetermined pH range, and is an inorganic or organic acid compound. Can be used. The form of the acid compound may be a gas, a liquid, or a solid. For example, examples of the inorganic acid include sulfuric acid, hydrochloric acid, carbonic acid, phosphoric acid, and nitric acid. Examples of organic acids include aliphatic carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, butanoic acid, and lactic acid, sulfonic acids such as methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and p-toluenesulfonic acid, succinic acid, fumaric acid, maleic acid, apple Examples thereof include aliphatic dicarboxylic acids such as acid, adipic acid and cyclohexanedicarboxylic acid. Examples of the solid acid include a sulfonic acid type ion exchange resin and an inorganic solid acid having a sulfonic acid group supported on an inorganic support.

例えば、N−アルキルコハク酸イミドの製造において、原料となるコハク酸およびその塩類としてコハク酸発酵液やコハク酸ジアンモニウム塩を用いた場合、反応開始時の原料混合物のpHは通常6〜8程度の範囲であるが、反応の進行に伴って塩基性成分が遊離し、反応中および反応終了直後における反応混合物のpHは10を超える範囲まで上昇する。反応混合物のpHが高い塩基性を示すようになると、反応混合物中のN−アルキルコハク酸イミドの加水分解反応が進行し、N−アルキルコハク酸イミドの収率が低下する。N−アルキルピロリドン製造の中間体であるN−アルキルコハク酸イミドの効率的な回収方法として、有機溶媒により抽出する方法が挙げられるが、N−アルキルコハク酸イミドの加水分解生成物であるN−アルキルスクシナミン酸は、水との親和性が高く有機溶媒に抽出されにくいためにN−アルキルコハク酸イミドの回収率が低下し、結果として製品コストを上げることになる。反応中または反応終了後の反応混合物のpHを10以下に調整することにより、N−アルキルコハク酸イミドからN−アルキルスクシナミン酸への加水分解反応が抑制され、より効率的にN−アルキルピロリドン製造の中間体であるN−アルキ
ルコハク酸イミドを回収することができ、工業的にも有利である。
For example, in the production of N-alkyl succinimide, when succinic acid fermentation liquor or diammonium succinate is used as the raw material succinic acid and its salts, the pH of the raw material mixture at the start of the reaction is usually about 6-8. However, as the reaction proceeds, the basic component is liberated, and the pH of the reaction mixture during the reaction and immediately after the completion of the reaction rises to a range exceeding 10. When the pH of the reaction mixture shows high basicity, the hydrolysis reaction of N-alkyl succinimide in the reaction mixture proceeds, and the yield of N-alkyl succinimide decreases. An efficient method for recovering N-alkyl succinimide, which is an intermediate for producing N-alkyl pyrrolidone, includes an extraction method using an organic solvent. N-alkyl succinimide is a hydrolysis product of N-alkyl succinimide. Alkyl succinamic acid has a high affinity with water and is difficult to extract into an organic solvent, so that the recovery rate of N-alkyl succinimide is lowered, resulting in an increase in product cost. By adjusting the pH of the reaction mixture during reaction or after completion of the reaction to 10 or less, hydrolysis reaction from N-alkyl succinimide to N-alkyl succinamic acid is suppressed, and N-alkyl is more efficiently produced. N-alkyl succinimide, which is an intermediate for producing pyrrolidone, can be recovered, which is industrially advantageous.

<イミド化反応温度>
本発明に係るイミド化反応温度は、特段の制限はないが、通常50℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは150℃であり、一方、通常500℃以下、好ましくは450℃の範囲、より好ましくは400℃以下である。温度が低すぎると、反応速度が遅く、反応完結までに時間がかかるという問題が生じる傾向があり、温度が高すぎると、好ましくない副反応が起こったり、反応器内で有機物が焦げ付くという問題が生じる傾向がある。
<Imidation reaction temperature>
The imidation reaction temperature according to the present invention is not particularly limited, but is usually 50 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C., while it is usually 500 ° C. or lower, preferably 450 ° C., More preferably, it is 400 degrees C or less. If the temperature is too low, there is a tendency that the reaction rate is slow and it takes time to complete the reaction, and if the temperature is too high, an undesirable side reaction occurs or the organic matter is burnt in the reactor. Tend to occur.

<イミド化反応圧力>
本発明に係るイミド化反応圧力は、特段の制限はないが、通常大気圧以上、好ましくは0.5MPa以上、より好ましくは1MPa以上であり、一方、通常30MPa以下、好ましくは25MPa以下、より好ましくは20MPa以下である。反応実施温度での原料および反応物の蒸気圧であっても、その他のガス成分により加圧されていてもよく、気相及び/または液相で実施される。
<Imidation reaction pressure>
The imidation reaction pressure according to the present invention is not particularly limited, but is usually atmospheric pressure or higher, preferably 0.5 MPa or higher, more preferably 1 MPa or higher, and usually 30 MPa or lower, preferably 25 MPa or lower, more preferably. Is 20 MPa or less. It may be the vapor pressure of the raw materials and reactants at the reaction temperature, or may be pressurized by other gas components, and is carried out in the gas phase and / or liquid phase.

<イミド化反応方法>
本発明に係るイミド化反応方法は例えば以下の手順で行われるが、これに限定されるものではない。
a) コハク酸およびその塩を含む組成物とアルキル化剤を所定の反応温度・圧力にて反応
させる。
b) コハク酸およびその塩を含む組成物とアルキル化剤を所定の反応温度で反応させた後
、再度所定の反応温度・圧力で反応させ、それぞれの反応温度・圧力は同じでも異なっていてもよい。
c) コハク酸およびその塩を含む組成物のみを予め所定の反応温度・圧力にて処理した後
、アルキル化剤を加えて所定の反応温度・圧力で反応させ、それぞれの反応温度・圧力は同じでも異なっていてもよい。
<Imidation reaction method>
The imidation reaction method according to the present invention is performed, for example, by the following procedure, but is not limited thereto.
a) A composition containing succinic acid and a salt thereof is reacted with an alkylating agent at a predetermined reaction temperature and pressure.
b) After reacting the composition containing succinic acid and its salt with the alkylating agent at a predetermined reaction temperature, the reaction is performed again at the predetermined reaction temperature and pressure, and the reaction temperature and pressure may be the same or different. Good.
c) After treating only the composition containing succinic acid and its salt at a predetermined reaction temperature and pressure in advance, an alkylating agent is added and reacted at the predetermined reaction temperature and pressure, and each reaction temperature and pressure is the same. But it can be different.

反応温度・圧力を変えて2段階で反応する場合で、特に1段目をコハク酸組成物のみ2段目をアルキル化剤を加えて反応する場合においては、通常2段目の反応条件は1段目より高温・高圧下で実施することが好ましく、1段目の反応を100℃〜300℃の温度で、2段目の反応を150℃〜400℃の温度で実施することが有利である。これは、コハク酸およびそのアンモニウム塩を含む組成物とアルキル化剤とからN−アルキルコハク酸イミドを製造する過程において、コハク酸骨格から窒素原子を含む5員環であるコハク酸イミド構造に環化する過程と、アルコール等のアルキル化剤により窒素原子をアルキル化する過程とでは、前者より後者において、より高い反応温度を必要とするためである。反応温度は、高いほど環化およびアルキル化に有利であるが、副反応の抑制と省エネルギーの観点から、上述の温度範囲がより有利である。   When the reaction is carried out in two stages at different reaction temperatures and pressures, particularly when the first stage is reacted with only the succinic acid composition and the second stage is added with an alkylating agent, the reaction conditions for the second stage are usually 1 It is preferable to carry out the reaction at a higher temperature and pressure than the first stage, and it is advantageous to carry out the first stage reaction at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C. and the second stage reaction at a temperature of 150 ° C. to 400 ° C. . In the process of producing an N-alkyl succinimide from a composition containing succinic acid and its ammonium salt and an alkylating agent, the succinic imide structure, which is a five-membered ring containing a nitrogen atom, is produced from the succinic acid skeleton. This is because a higher reaction temperature is required in the latter than in the former in the process of conversion and in the process of alkylating nitrogen atoms with an alkylating agent such as alcohol. The higher the reaction temperature, the more advantageous for cyclization and alkylation, but the above temperature range is more advantageous from the viewpoints of suppressing side reactions and saving energy.

<N−アルキルコハク酸イミドの精製>
後述する触媒存在下で水素化してN−アルキルピロリドンを製造する場合、触媒反応を良好に実施し、低コストで製造するためには、コハク酸およびその塩を含む組成物とアルキル化剤を反応させて、N−アルキルコハク酸イミドが合成された混合物から、N−アルキルコハク酸イミドを効率的に回収する必要がある。水素化反応に供するN−アルキルコハク酸イミドは、反応混合物をそのまま使用するか、反応混合物中の軽沸成分を留去し、濃縮して使用することもできるが、目的とする触媒反応を良好に実施し、低コストで製造するためには、精製して使用することが好ましい。特に、コハク酸およびその塩を含む組成物がバイオマス資源由来である場合には、N−アルキルコハク酸イミドの回収および精製方法としては、晶析、蒸留、抽出、クロマトグラフィなど、公知の方法から選択するこ
とができ、複数の方法を組み合わせてもよい。その中でも好ましくは有機溶媒による抽出である。というのも、N−アルキルコハク酸イミドを有機溶媒により抽出する場合は、水を留去する必要がないため、水分離でのエネルギーを低減でき、大規模な工業生産に適しているため、有用である。また、発酵由来の水溶性の不純物の大部分を水と共に分離することが出来るため、精製効果も高い。
<Purification of N-alkyl succinimide>
When N-alkylpyrrolidone is produced by hydrogenation in the presence of a catalyst, which will be described later, the composition containing succinic acid and its salt is reacted with an alkylating agent in order to carry out the catalytic reaction satisfactorily and at low cost. Thus, it is necessary to efficiently recover the N-alkyl succinimide from the mixture in which the N-alkyl succinimide is synthesized. The N-alkyl succinimide to be used for the hydrogenation reaction can be used as it is, or the light boiling component in the reaction mixture can be distilled off and concentrated, but the desired catalytic reaction is good. It is preferable to purify and use in order to carry out to manufacturing at low cost. In particular, when the composition containing succinic acid and its salt is derived from biomass resources, the recovery and purification method of N-alkyl succinimide is selected from known methods such as crystallization, distillation, extraction, chromatography, etc. A plurality of methods may be combined. Of these, extraction with an organic solvent is preferred. This is because when N-alkyl succinimide is extracted with an organic solvent, it is not necessary to distill off water, so it is possible to reduce energy in water separation and is suitable for large-scale industrial production. It is. Moreover, since most of the water-soluble impurities derived from fermentation can be separated together with water, the purification effect is also high.

アルキル化剤として使用したアルコールの未反応分が、N−アルキルコハク酸イミド抽出後の有機溶媒と水との分離を悪くする場合には、抽出前にアルコールを分離しても良い。
本発明に係る抽出用有機溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素系溶媒、ヘキセン、オクテン等の不飽和炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、蟻酸プロピル、プロピオン酸メチル等のエステル系溶媒、ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール等のアルコール系溶媒、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。好ましくは、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロピラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、蟻酸プロピル、プロピオン酸メチル等のエステル系溶媒、ブタノール、ヘキサノール等のアルコール系溶媒、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。
In the case where the unreacted portion of the alcohol used as the alkylating agent deteriorates the separation between the organic solvent and water after the N-alkyl succinimide extraction, the alcohol may be separated before the extraction.
Examples of the organic solvent for extraction according to the present invention include aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, and octane, unsaturated hydrocarbon solvents such as hexene and octene, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene. Solvents, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, methyl tert-butyl ether, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, dioxane and other ether solvents, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and other ketone solvents, methyl acetate, ethyl acetate , Ester solvents such as propyl acetate, butyl acetate, propyl formate and methyl propionate, alcohol solvents such as butanol, hexanol, octanol and 2-ethylhexanol, dimethyl carbonate, diethyl carbonate Carbonate solvents such as Boneto like. Preferably, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, tetrahydropyran, dioxane, ketone solvents such as methyl isobutyl ketone, ethyl acetate, propyl acetate And ester solvents such as butyl acetate, propyl formate and methyl propionate, alcohol solvents such as butanol and hexanol, and carbonate solvents such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate.

抽出は一段で行っても、多段で行ってもよい。また溶剤は反応液に対してクロスフローで流しても、カウンターフローで流しても構わない。一段の抽出では充分な収率が得られない場合は、抽残相と新たな溶剤を向流多段抽出で混合し、収率を向上させても良い。
続く還元工程に供する際には、抽出溶媒が水素化反応に悪影響を及ぼさない限り、そのまま抽出液を用いても、抽出溶媒を分離して用いてもよい。抽出溶媒として使用した有機溶媒は、例えば蒸留により分離することができ、有機溶媒は水と比較してその潜熱が小さいため、蒸留分離にかかる熱エネルギーが小さく、環境的への負荷も小さい。
Extraction may be performed in one stage or in multiple stages. Further, the solvent may be flowed in a cross flow or a counter flow with respect to the reaction solution. If sufficient yield cannot be obtained by one-stage extraction, the residual phase and a new solvent may be mixed by counter-current multistage extraction to improve the yield.
When subjected to the subsequent reduction step, as long as the extraction solvent does not adversely affect the hydrogenation reaction, the extract may be used as it is, or the extraction solvent may be separated and used. The organic solvent used as the extraction solvent can be separated, for example, by distillation. Since the organic solvent has a lower latent heat than water, the thermal energy required for the distillation separation is small and the environmental load is also small.

上記記載のpH制御工程と抽出工程を組み合わせることで、N−アルキルコハク酸イミドを効率的に抽出することができる。N−アルキルコハク酸イミドの選択率は、特段の制限はないが、N−メチルコハク酸イミドの場合には、通常83.5%以上、好ましくは84%以上、より好ましくは84.5%以上である。N−アルキルスクシナミン酸に対するN−アルキルコハク酸イミドの比は、特段の制限はないが、25℃におけるN−メチルスクシナミン酸に対するN−メチルコハク酸イミドの比の場合には、通常10.5以上、好ましくは11以上、より好ましくは12以上、更に好ましくは13以上、特に好ましくは14以上であり、一方、上限に特段の制限はないが、通常200以下、好ましくは100以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは25以下である。   By combining the pH control step and the extraction step described above, N-alkyl succinimide can be efficiently extracted. The selectivity of N-alkyl succinimide is not particularly limited, but in the case of N-methyl succinimide, it is usually 83.5% or more, preferably 84% or more, more preferably 84.5% or more. is there. The ratio of N-alkyl succinimide to N-alkyl succinamic acid is not particularly limited, but in the case of the ratio of N-methyl succinimide to N-methyl succinamic acid at 25 ° C., it is usually 10 0.5 or more, preferably 11 or more, more preferably 12 or more, still more preferably 13 or more, and particularly preferably 14 or more. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is usually 200 or less, preferably 100 or less, more Preferably it is 50 or less, More preferably, it is 25 or less.

<N−アルキルピロリドンを含む組成物への還元工程>
本発明に係るN−アルキルコハク酸イミド含む組成物からN−アルキルピロリドンを含む組成物への還元工程は、触媒の存在下で水素を用いる接触水素化反応、複合水素化物を用いる水素化反応、または、例えばメタノールやイソプロパノール等のアルコールがアルデヒドやケトンに変換されながら水素を供給する水素移動反応等によって行われる。その中でも好ましくは、接触水素化反応であり、気相または液相で実施することができる。バッチ式、連続式いずれの反応形式でもよく、従来の公知の方法に従って行うことができる
。水素化反応に供するN−アルキルコハク酸イミド含む組成物は、そのまま用いても、反応に悪影響を及ぼさない溶媒で希釈して用いてもよい。目的とする触媒反応を良好に実施し、低コストで製造するためには、N−アルキルコハク酸イミドを精製して使用することが好ましい。
<Reduction process to composition containing N-alkylpyrrolidone>
The reduction step from the composition containing N-alkyl succinimide according to the present invention to the composition containing N-alkylpyrrolidone includes a catalytic hydrogenation reaction using hydrogen in the presence of a catalyst, a hydrogenation reaction using a composite hydride, Alternatively, for example, it is carried out by a hydrogen transfer reaction for supplying hydrogen while alcohol such as methanol or isopropanol is converted into aldehyde or ketone. Among them, the catalytic hydrogenation reaction is preferable, and can be performed in a gas phase or a liquid phase. Either a batch system or a continuous reaction system may be used, and the reaction can be carried out according to a conventionally known method. The composition containing an N-alkyl succinimide to be subjected to the hydrogenation reaction may be used as it is, or may be diluted with a solvent that does not adversely influence the reaction. In order to carry out the desired catalytic reaction satisfactorily and to produce at low cost, it is preferable to purify and use the N-alkyl succinimide.

本発明に係る水素化反応温度は、特段の制限はないが、通常50℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは150℃以上、一方、通常400℃以下、好ましくは350℃以下、より好ましくは300℃以下である。温度が低すぎると、反応速度が遅く、反応完結までに時間がかかるという問題が生じる傾向があり、温度が高すぎると、炭素窒素結合が水素化分解される等の好ましくない副反応が進行するという問題が生じる傾向がある。   The hydrogenation reaction temperature according to the present invention is not particularly limited, but is usually 50 ° C or higher, preferably 100 ° C or higher, more preferably 150 ° C or higher, and usually 400 ° C or lower, preferably 350 ° C or lower, more preferably Is 300 ° C. or lower. If the temperature is too low, there is a tendency that the reaction rate is slow and it takes time to complete the reaction. If the temperature is too high, undesirable side reactions such as hydrogenolysis of carbon-nitrogen bonds proceed. This tends to cause problems.

本発明に係る水素化反応圧力は、特段の制限はないが、通常大気圧以上、好ましくは0.5MPa以上、より好ましくは1MPa以上であり、一方、通常30MPa以下、好ましくは25MPa以下、より好ましくは20MPa以下である。圧力が低すぎると、反応速度が遅く、反応完結までに時間がかかるという問題が生じる傾向があり、圧力が高すぎると、目的物の水添反応が進行し、過水添副生物が多くなるという問題が生じる傾向がある。   The hydrogenation reaction pressure according to the present invention is not particularly limited, but is usually at least atmospheric pressure, preferably at least 0.5 MPa, more preferably at least 1 MPa, and usually at most 30 MPa, preferably at most 25 MPa, more preferably Is 20 MPa or less. If the pressure is too low, there is a tendency that the reaction rate is slow and it takes time to complete the reaction. If the pressure is too high, the hydrogenation reaction of the target product proceeds and the amount of by-products by hydrogenation increases. This tends to cause problems.

反応実施温度での原料および反応物の蒸気圧であっても、その他のガス成分により加圧されていてもよく、気相または液相で実施される。
水素化反応の具体的な方法としては、加圧反応器にN−アルキルコハク酸イミド含む組成物と水素化触媒とを共存させ、この混合物を撹拌しながら水素ガスを導入して水素処理を行い、処理後の反応混合物を水素化触媒と分離して反応器から取り出す方法、固定床多管式または単管式の反応器を用いてN−アルキルコハク酸イミド含む組成物および水素ガスを反応器の上部または下部から流通させながら水素処理を行い、処理後の反応混合物を取り出す方法あるいは水素ガスを反応器の下部から、N−アルキルコハク酸イミド含む組成物は上部から流通させて水素処理を行い、処理後の反応混合物を取り出す方法、また、流動床反応器を用いた方法などが挙げられる。
Even if it is the vapor pressure of the raw material and reactant at the reaction execution temperature, it may be pressurized by other gas components, and it is carried out in the gas phase or liquid phase.
As a specific method of the hydrogenation reaction, a composition containing N-alkyl succinimide and a hydrogenation catalyst are allowed to coexist in a pressure reactor, and hydrogen treatment is performed by introducing hydrogen gas while stirring the mixture. , A method of separating a reaction mixture after treatment from a hydrogenation catalyst and removing it from a reactor, a composition containing N-alkyl succinimide and a hydrogen gas using a fixed bed multitubular or single tube reactor The hydrogen treatment is carried out while circulating from the upper part or the lower part of the reactor, and the reaction mixture after the treatment is taken out, or the hydrogen gas is passed from the lower part of the reactor and the composition containing N-alkyl succinimide is passed from the upper part to perform the hydrogen treatment. And a method of taking out the reaction mixture after the treatment, a method using a fluidized bed reactor, and the like.

<接触水素化触媒>
本発明に係る接触水素化触媒としては、公知の均一系ならびに不均一系の水素化触媒を用いることができる。具体的には、特に限定はされないが、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、白金、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、クロム、亜鉛、スズ、インジウムおよびアンチモンなどの金属を1種以上含む水素化触媒が用いられ、より好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、白金、銅、ニッケル、コバルト、クロム、亜鉛、スズなどの金属を1種以上含む水素化触媒が用いられる。
<Contact hydrogenation catalyst>
As the catalytic hydrogenation catalyst according to the present invention, known homogeneous and heterogeneous hydrogenation catalysts can be used. Specifically, although not particularly limited, preferably one or more metals such as ruthenium, rhodium, palladium, rhenium, platinum, copper, nickel, cobalt, iron, manganese, chromium, zinc, tin, indium and antimony are used. A hydrogenation catalyst containing one or more metals such as ruthenium, rhodium, palladium, rhenium, platinum, copper, nickel, cobalt, chromium, zinc, and tin is more preferably used.

これら水素化触媒は上記の金属を含む化合物をそのまま使用したり、有機ホスフィンなどの配位子を共存させて使用することができるが、触媒分離の容易性の理由から不均一系の金属含有触媒が好ましい。
これらの触媒活性成分となる金属を含む化合物をシリカやチタン、ジルコニア、活性アルミナなどの金属酸化物またはこれらの複合金属酸化物、或いは活性炭共存下で用いるか、または上記の金属をシリカやチタン、ジルコニア、活性アルミナなどの金属酸化物またはこれらの複合金属酸化物、或いは活性炭などの担体に担持した担持触媒とが好適に使用される。ここで用いられる担体は、モンモリロナイト、シリケートおよびゼオライトのように特異な構造を有しているものでもよい。また、上記の触媒活性成分となる金属を酸化物或いは複合酸化物として含む、沈殿触媒として用いてもよく、担体成分の存在下で生成させた沈殿触媒を用いることもできる。触媒活性成分金属の含有量は、触媒全体に対して
、通常約0.1〜90重量%以下である。貴金属担持触媒においては、好ましくは約0.1〜約50重量%の含有量であり、金属酸化物の沈殿触媒においては、好ましくは約10〜約90重量%の含有量である。
These hydrogenation catalysts can be used as they are, or they can be used in the presence of ligands such as organic phosphines. However, heterogeneous metal-containing catalysts are used because of the ease of catalyst separation. Is preferred.
A compound containing a metal serving as a catalytically active component is used in the presence of a metal oxide such as silica, titanium, zirconia, activated alumina, or a composite metal oxide thereof, or activated carbon, or the above metal is used in silica, titanium, A metal oxide such as zirconia or activated alumina or a composite metal oxide thereof, or a supported catalyst supported on a support such as activated carbon is preferably used. The carrier used here may have a unique structure such as montmorillonite, silicate and zeolite. Moreover, you may use as a precipitation catalyst containing the metal used as said catalyst active component as an oxide or composite oxide, and the precipitation catalyst produced | generated in the presence of a support | carrier component can also be used. The content of the catalytically active component metal is usually about 0.1 to 90% by weight or less based on the whole catalyst. In the noble metal supported catalyst, the content is preferably about 0.1 to about 50% by weight, and in the metal oxide precipitation catalyst, the content is preferably about 10 to about 90% by weight.

本発明において、上述の水素化触媒の触媒活性金属の種類、多種金属の組み合わせ、担体との組み合わせや、触媒活性金属の含有量および調製方法は、目的とする水素化反応に悪影響を及ぼさない限り、任意の組み合わせが可能であり、限定されるものではない。
不均一触媒の使用においては、反応開始時に存在する水素によって、反応系中で活性化して使用することができるが、使用前に水素存在下で活性化した触媒を用いてもよい。使用前の触媒活性化は、触媒に悪影響を及ぼさない溶媒の存在下あるいは非存在下で、バッチ式反応器内で水素処理する方法、連続式の固定床反応器あるいは流動床反応器に触媒を入れ、水素を流通させて水素処理する方法などが挙げられる。水素処理における温度および圧力は、それぞれの触媒に適した範囲から選択される。
In the present invention, the kind of the catalytically active metal, the combination of various metals, the combination with the carrier, the content of the catalytically active metal and the preparation method thereof as long as the above hydrogenation catalyst does not adversely affect the target hydrogenation reaction. Any combination is possible and is not limited.
In the use of a heterogeneous catalyst, it can be used by being activated in the reaction system by hydrogen present at the start of the reaction, but a catalyst activated in the presence of hydrogen before use may be used. The catalyst activation prior to use is a method of hydrotreating in a batch reactor in the presence or absence of a solvent that does not adversely affect the catalyst, a continuous fixed bed reactor or a fluidized bed reactor. And a hydrogen treatment method by circulating hydrogen. The temperature and pressure in hydroprocessing are selected from ranges suitable for each catalyst.

<水素>
使用する水素は、純水素でもよいが、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスで希釈させたものも使用できる。水素ガス中の一酸化炭素濃度は、水素処理効率への影響が懸念される為、通常、10000ppm以下、好ましくは、2000ppm以下、より好ましくは1000ppm以下である。
<Hydrogen>
Hydrogen used may be pure hydrogen, but hydrogen diluted with an inert gas such as nitrogen, helium or argon can also be used. The carbon monoxide concentration in the hydrogen gas is usually 10000 ppm or less, preferably 2000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less because there is concern about the influence on the hydrogen treatment efficiency.

以下、本発明の実施例を示して本発明について更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
下記例における酸類、糖類、N−メチルコハク酸イミド(MSI)及びN−メチルスクシナミン酸(NMSA)の定量分析はLCを用い、アミノ酸の定量分析はアミノ酸分析計を用い、以下の条件で測定を行った。
EXAMPLES Hereinafter, although the Example of this invention is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to a following example, unless it deviates from the summary.
Quantitative analysis of acids, saccharides, N-methylsuccinimide (MSI) and N-methylsuccinamic acid (NMSA) in the following examples was performed using LC, and amino acid quantitative analysis was performed using an amino acid analyzer under the following conditions. Went.

<酸類、糖類の分析>
カラム;信和加工(株)製 ULTRON PS−80H 8.0mmI.D. × 30cm
溶離液:水(過塩素酸)(過塩素酸60%水溶液1.8ml/1L−HO)
温度:60℃
<Analysis of acids and sugars>
Column: ULTRON PS-80H 8.0 mmI. D. × 30cm
Eluent: Water (perchloric acid) (60% aqueous solution of perchloric acid 1.8 ml / 1 L-H 2 O)
Temperature: 60 ° C

<アミノ酸の分析>
装置:日立アミノ酸分析計 L−8900
分析条件:生体アミノ酸分離条件-ニンヒドリン発色法(570nm,440nm)
標準品:PF(和光アミノ酸混合液ANII型0.8ml+B型0.8ml→10ml)
注入量:10μl
定量計算:Proは、440nm、他のアミノ酸は570nmのピークの面積から、一点外部標準法にてアミノ酸含有を算出
<Amino acid analysis>
Apparatus: Hitachi Amino Acid Analyzer L-8900
Analysis conditions: biogenic amino acid separation condition-ninhydrin coloring method (570 nm, 440 nm)
Standard product: PF (Wako amino acid mixture ANII type 0.8 ml + B type 0.8 ml → 10 ml)
Injection volume: 10 μl
Quantitative calculation: Pro is calculated from the peak area of 440 nm for other amino acids and 570 nm for other amino acids by the single point external standard method

<コハク酸、N−メチルコハク酸イミド(MSI)及びN−メチルスクシナミン酸(NMSA)の定量分析>
カラム:イオン交換カラム MCI GEL CK08EH 8mm × 300mm
温度:50℃
溶離液:0.1%−トリフルオロ酢酸水溶液
流量:1.0ml/min
注入量:20μl
検出器:RI検出器
<Quantitative analysis of succinic acid, N-methylsuccinimide (MSI) and N-methylsuccinamic acid (NMSA)>
Column: Ion exchange column MCI GEL CK08EH 8mm x 300mm
Temperature: 50 ° C
Eluent: 0.1% -trifluoroacetic acid aqueous solution Flow rate: 1.0 ml / min
Injection volume: 20 μl
Detector: RI detector

<ピルビン酸カルボキシラーゼ(PC)増強株の作製>
(A)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノムDNAの抽出
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番
号FERM P−3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP−1497の受託番号で寄託されている。
<Preparation of pyruvate carboxylase (PC) -enhanced strain>
(A) Extraction of genomic DNA of Brevibacterium flavum MJ233 strain Brevibacterium flavum MJ233 was established on April 28, 1975 at the Institute of Microbial Industrial Technology, Ministry of International Trade and Industry (currently National Institute of Advanced Industrial Science and Technology). Patent Biological Deposit Center) (deposited as FERM P-3068 at Tsukuba 1-1-1 Higashi 1-chome, Ibaraki, Japan 305-8856 Japan) and deposited on May 1, 1981 as an international deposit under the Budapest Treaty It has been transferred and deposited with a deposit number of FERM BP-1497.

A培地[尿素 2g、(NHSO 7g、KHPO0.5g、KHPO
0.5g、MgSO・7HO 0.5g、FeSO・7HO 6mg、MnSO
・4−5HO6mg、ビオチン 200μg、チアミン 100μg、イーストエキストラクト 1g、カザミノ酸 1g、グルコース 20g、蒸留水1Lに溶解]10mLに
、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株を対数増殖期後期まで培養し、遠心分離(10000g、5分)により菌体を集めた。得られた菌体を10mg/mLの濃度にリゾチームを含む10mM NaCl/20mMトリス緩衝液(pH8.0)/1mM EDTA・2Na溶液0.15mLに懸濁した。次に、上記懸濁液にプロテナーゼKを、最終濃度が100μg/mLになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウムを最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロフォルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g、20分間、10〜12℃)し、上清画分を分取し、酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合した。遠心分離(15,000×g、2分)により回収した沈殿物を70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAに10mMトリス緩衝液(pH7.5)/1mM EDTA・2Na溶液5mLを加え、4℃で一晩静置し、以後のPCR
の鋳型DNAに使用した。
A medium [urea 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4
0.5 g, MgSO 4 · 7H 2 O 0.5 g, FeSO 4 · 7H 2 O 6 mg, MnSO
4. 4-5H 2 O 6 mg, biotin 200 μg, thiamine 100 μg, yeast extract 1 g, casamino acid 1 g, glucose 20 g, dissolved in 1 L of distilled water] In 10 mL, Brevibacterium flavum MJ233 strain is cultured until the late logarithmic growth phase The cells were collected by centrifugation (10000 g, 5 minutes). The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a 10 mM NaCl / 20 mM Tris buffer solution (pH 8.0) / 1 mM EDTA · 2Na solution containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL. Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. To this lysate, add an equal amount of phenol / chloroform solution, shake gently at room temperature for 10 minutes, and then centrifuge (5,000 × g, 20 minutes, 10-12 ° C.) to obtain a supernatant. The fraction was collected and sodium acetate was added to a concentration of 0.3 M, and then twice as much ethanol was added and mixed. The precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was washed with 70% ethanol and then air-dried. To the obtained DNA, add 5 mL of 10 mM Tris buffer (pH 7.5) / 1 mM EDTA · 2Na solution, and let stand at 4 ° C. overnight.
The template DNA was used.

(B)PC遺伝子プロモーター置換用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ピルベートカルボキシラーゼ遺伝子のN末端領域のDNA断片の取得は、上記(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.BA000036のCgl0689)を基に設計した合成DNA(配列番号1および配列番号2)を用いたPCRによって行った。尚、配列番号1のDNAは5’末端がリン酸化されたものを用いた。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO、 0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:
DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で1分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は4分とした。増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.9kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN
製)を用いて行い、これをPC遺伝子N末端断片とした。
(B) Construction of plasmid for replacing PC gene promoter The DNA fragment of the N-terminal region of the pyruvate carboxylase gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained using the DNA prepared in (A) above as a template, This was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2) designed based on the reported sequence of the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain (Cg0689 of GenBank Database Accession No. BA00000036). The DNA of SEQ ID NO: 1 used was phosphorylated at the 5 ′ end. Composition of reaction solution: 1 μL of template DNA, 0.2 μL of Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen), 1 × concentrated buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions:
Using a DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research), a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 1 minute was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 4 minutes. Confirmation of the amplified product was carried out by separating by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 0.9 kb. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using the QIAQuick Gel Extraction Kit (QIAGEN
This was used as a PC gene N-terminal fragment.

一方、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーター断片はプラスミドpMJPC1(特開2005−95169)を鋳型とし、配列番号3および配列番号4に記載の合成DNAを用いたPCRにより調製した。尚、配列番号4のDNAは5’末端がリン酸化されたものを用いた。反応液組成:鋳型DNA1μ
L、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バ
ッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO、 0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを25回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は3分とした。増幅産物の確認は、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Ge
l Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行い、これをTZ4プロモーター断片とした。
On the other hand, a TZ4 promoter fragment constitutively highly expressed from Brevibacterium flavum MJ233 strain is a PCR using plasmid pMJPC1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) as a template and the synthetic DNAs described in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4. It was prepared by. The DNA of SEQ ID NO: 4 was phosphorylated at the 5 ′ end. Reaction solution composition: Template DNA 1 μ
L, Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 25 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 3 minutes. The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel is performed using QIAQuick Ge
1 Extraction Kit (manufactured by QIAGEN) was used as a TZ4 promoter fragment.

上記にて調製したPC遺伝子N末端断片とTZ4プロモーター断片を混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、制限酵素PstIで切断し、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離し、約1.0kbのDNA断片をQIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて回収し、これをTZ4プロモ
ーター::PC遺伝子N末端断片とした。さらにこのDNA断片と大腸菌プラスミドpHSG299(宝酒造製)をPstIで切断して調製したDNAと混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mL カナマシンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素PstIで切断することにより、約1.0kbの挿入断片が認められ、これをpMJPC17.1と命名した。
The PC gene N-terminal fragment prepared above and the TZ4 promoter fragment were mixed, and ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.), cleaved with restriction enzyme PstI, separated by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: FMC BioProducts) gel electrophoresis, and a DNA fragment of about 1.0 kb was isolated from QIAQuick Gel Extraction Kit (Manufactured by QIAGEN) was used as a TZ4 promoter :: PC gene N-terminal fragment. Further, this DNA fragment and E. coli plasmid pHSG299 (Takara Shuzo) were mixed with DNA prepared by cutting with PstI, and ligation kit ver. 2 (Takara Shuzo) were used for connection. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kana machine and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was cleaved with the restriction enzyme PstI, whereby an inserted fragment of about 1.0 kb was recognized, and this was named pMJPC17.1.

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ピルベートカルボキシラーゼ遺伝子の5’上流領域のDNA断片の取得は、実施例1(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号5および配列番号6)を用いたPCRによって行った。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、
1mM MgSO、 0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温
度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。増幅産物の確認は、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.7kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QI
AGEN製)を用いて行った。回収したDNA断片は、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ
(T4 Polynucleotide Kinase:宝酒造製)により5'末端をリン
酸化した後、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて大腸菌ベクターpUC119(宝酒造製)のSmaI部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mL アンピシリンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを、配列番号7および配列番号6で示した合成DNAをプライマーとしたPCR反応に供した。反応液組成:上記プラスミド1ng、Ex
−TaqDNAポリメラーゼ(宝酒造社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0
.2μM各々プライマー、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で50秒からなるサイクルを20回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。このようにして挿入DNA断片の有無を確認した結果、約0.7kbの増幅産物を認めるプラスミドを選抜し、これをpMJPC5.1と命名した。
The DNA fragment in the 5 ′ upstream region of the pyruvate carboxylase gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained using the DNA prepared in Example 1 (A) as a template and the entire genome sequence reported. It was carried out by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6) designed based on the sequence of the gene of Glutamicum ATCC13032 strain (GenBank Database Accession No. BA00000036). Composition of reaction solution: template DNA 1 μL, Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.2 μL, 1-fold concentration buffer, 0.3 μM each primer,
1 mM MgSO 4 and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes. The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.7 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using the QIAQuick Gel Extraction Kit (QI
AGEN). The recovered DNA fragment was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Shuzo), and then ligated kit ver. 2 (Takara Shuzo) was used to bind to the SmaI site of E. coli vector pUC119 (Takara Shuzo), and Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the resulting plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was subjected to a PCR reaction using the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 6 as primers. Reaction solution composition: 1 ng of the above plasmid, Ex
-Taq DNA polymerase (Takara Shuzo) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0
. 2 μM of each primer and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 50 seconds was repeated 20 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes. As a result of confirming the presence or absence of the inserted DNA fragment in this way, a plasmid that recognized an amplification product of about 0.7 kb was selected and named pMJPC5.1.

次に、上記pMJPC17.1およびpMJPC5.1をそれぞれ制限酵素XbaIで切断後混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結した。これを制限酵素SacIおよび制限酵素SphIで切断したDNA断片を0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離し、約1.75kbのDNA断片をQIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて回収した。このPC遺伝子の5’上流領域
とN末端領域の間にTZ4プロモーターが挿入されたDNA断片を、sacB遺伝子を含むプラスミドpKMB1(特開2005−95169)をSacIおよびSphIで切断して調製したDNAと混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマシンおよび50μg/mLX−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIで切断することにより、約1.75kbの挿入断片が認められ、これをpMJPC17.2と命名した。
Next, the above-mentioned pMJPC17.1 and pMJPC5.1 were cleaved with restriction enzyme XbaI and mixed, and ligation kit ver. 2 (Takara Shuzo) were used for connection. The DNA fragment cleaved with restriction enzyme SacI and restriction enzyme SphI was separated by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis, and a DNA fragment of about 1.75 kb was prepared by QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN Gel Extraction Kit). ). A DNA fragment in which the TZ4 promoter is inserted between the 5 ′ upstream region and the N-terminal region of the PC gene, and a DNA prepared by cleaving the plasmid pKMB1 (JP 2005-95169) containing the sacB gene with SacI and SphI Mixed and ligation kit ver. 2 (Takara Shuzo) were used for connection. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kana machine and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. By cutting the obtained plasmid DNA with restriction enzymes SacI and SphI, an insert fragment of about 1.75 kb was recognized, which was designated as pMJPC17.2.

(C)PC増強株の作製
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH(ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子破壊株:特開2005−95169)の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pMJPC17.2のプラスミドDNAを用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,53,159,1970)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res.Microbiol.、Vol.144, p.181-
185, 1993)によって行い、得られた形質転換体をカナマイシン 25μg/mL
を含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl 5
g、グルコース 20g、及び寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。この培地上
に生育した株は、pMJPC17.2がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのPC遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。次に、上記相同組み換え株をカナマイシン25μg/mLを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組み換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。この様にして得られた株の中には、そのPC遺伝子の上流にpMJPC17.2に由来するTZ4プロモーターが挿入されたものと野生型に戻ったものが含まれる。PC遺伝子がプロモーター置換型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて液体培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、PC遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。TZ4プロモーターおよびPC遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号8および配列番号9)を用いて分析すると、プロモーター置換型では678bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、TZ4プロモーターが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDHと命名した
(C) Preparation of PC-enhanced strain Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH (lactate dehydrogenase gene-disrupted strain: Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) is a calcium chloride method using plasmid DNA of pMJPC17.2. (Journal of Molecular Biology, 53, 159, 1970) was re-prepared from E. coli JM110 strain transformed. Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain is carried out by the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-
185, 1993), and the obtained transformant was treated with kanamycin 25 μg / mL.
-Containing LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5
g, 20 g of glucose, and 15 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water]. The strain grown on this medium is a plasmid in which pMJPC17.2 is a plasmid that cannot be replicated in Brevibacterium flavum MJ233 strain, so the PC gene of the plasmid and the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 strain As a result of homologous recombination with the kanamycin, the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the genome. Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 25 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, sacB gene was removed by the second homologous recombination and sucrose-insensitive sucrose strains were obtained. Among the strains thus obtained, those in which the TZ4 promoter derived from pMJPC17.2 is inserted upstream of the PC gene and those that have returned to the wild type are included. Confirmation of whether the PC gene is promoter-substituted type or wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by liquid culture in LBG medium to direct PCR reaction and detecting the PC gene. . When analyzed using primers (SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9) for PCR amplification of the TZ4 promoter and PC gene, a 678 bp DNA fragment should be observed in the promoter-substituted form. As a result of analyzing the sucrose-insensitive strain by the above method, a strain into which the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH.

(D)ピルベートカルボキシラーゼ酵素活性の測定
上記(C)で得られた形質転換株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株をグルコース2%を含むA培地100mLで終夜培養を行った。得られた菌体を集菌後、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)50mLで洗浄し、同組成の緩衝液20mLに再度懸濁させた。懸濁液をSONIFIER 350(BRANSO
N製)で破砕し、遠心分離した上清を無細胞抽出液とした。得られた無細胞抽出液を用いピルベートカルボキシラーゼ活性を測定した。酵素活性の測定は100mM Tris/HCl緩衝
液(pH7.5)、 0.1mg/10mlビオチン、5mM塩化マグネシウム、50mM
炭酸水素ナトリウム、5mMピルビン酸ナトリウム 、5mMアデノシン3リン酸ナトリ
ウム、0.32 mM NADH、20units/1.5mlリンゴ酸デヒドロゲナーゼ
(WAKO製、酵母由来)及び酵素を含む反応液中で25℃で反応させることにより行った。1Uは1分間に1μmolのNADHの減少を触媒する酵素量とした。ピルベートカルボキシラーゼの発現を強化した無細胞抽出液における比活性は 0.1U/mg蛋白質
であった。尚、親株であるMJ233/△LDH株を同様に培養した菌体では、本活性測
定方法検出限界以下であった。
以下、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株を有機酸生産菌として菌体調製用培養、および有機酸生産反応に用いた。
(D) Measurement of pyruvate carboxylase enzyme activity The transformant Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain obtained in (C) above was cultured overnight in 100 mL of A medium containing 2% glucose. The obtained cells were collected, washed with 50 mL of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), and resuspended in 20 mL of the same composition. The suspension was SONIFIER 350 (BRANSO
The supernatant obtained by crushing and centrifuging with N) was used as a cell-free extract. The pyruvate carboxylase activity was measured using the obtained cell-free extract. Enzyme activity was measured with 100 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), 0.1 mg / 10 ml biotin, 5 mM magnesium chloride, 50 mM.
Reaction is carried out at 25 ° C. in a reaction solution containing sodium hydrogen carbonate, 5 mM sodium pyruvate, 5 mM adenosine triphosphate, 0.32 mM NADH, 20 units / 1.5 ml malate dehydrogenase (manufactured by WAKO, derived from yeast) and the enzyme. Was done. 1 U was defined as the amount of enzyme that catalyzes the decrease of 1 μmol NADH per minute. The specific activity in the cell-free extract with enhanced pyruvate carboxylase expression was 0.1 U / mg protein. In addition, in the cells cultured in the same manner as the parent strain MJ233 / ΔLDH strain, it was below the detection limit of this activity measurement method.
Hereinafter, the Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain was used as an organic acid-producing bacterium for microbial cell preparation culture and organic acid production reaction.

[コハク酸塩含有培養液の調製]
<種培養>
尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:5g、カザミノ酸:5g、及び蒸留水:1000mLの培地100mLを500mLの三角フラスコにいれ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やし、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を4mLを添加し、上記で構築したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDHを接種して24時間30℃にて種培養した。
[Preparation of succinate-containing culture medium]
<Seed culture>
Urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate heptahydrate: 20 mg, sulfuric acid Manganese hydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 5 g, casamino acid: 5 g, and distilled water: 100 mL of a medium of 1000 mL are placed in a 500 mL Erlenmeyer flask at 120 ° C. for 20 minutes. Heat sterilized. This was cooled to room temperature, 4 mL of a 50% aqueous glucose solution sterilized in advance was added, and Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH constructed above was inoculated and seed-cultured at 30 ° C. for 24 hours.

<本培養>
硫酸アンモニウム:1.0g、リン酸1カリウム:1.5g、リン酸2カリウム1.5g、塩化カリウム:1.67g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:40mg、硫酸マンガン・水和物:40mg、D−ビオチン:1.0mg、塩酸チアミン:1.0mg、酵母エキス10g、消泡剤(CE457:日本油脂製):1.0g及び蒸留水:1000mLの培地400mLを1Lの発酵糟に入れ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やした後、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液:20mLを添加し、これに前述の種培養液を20mL加えて、30℃に保温した。pHは9.3%アンモニア水を用いて7.0以下にならないように保ち、通気は毎分300mL、攪拌は毎分600回転で24時間本培養を行った。溶存酸素濃度は培養開始直後から徐々に低下し、培養開始後4時間でほぼ0となった。その後、培養開始後15時間で溶存酸素濃度が上昇したため、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液を380μL添加したところ、再び急速に低下し、ほぼ0となった。約13分後同様に溶存酸素濃度の上昇が観察されため、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液を380μL添加し再び低下させた。以後、約13分毎に同様の上昇が見られたが、その都度同様の方法で低下させた。培養24時間後のOD660は87.3であった。
<Main culture>
Ammonium sulfate: 1.0 g, monopotassium phosphate: 1.5 g, dipotassium phosphate 1.5 g, potassium chloride: 1.67 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate, heptahydrate Product: 40 mg, manganese sulfate / hydrate: 40 mg, D-biotin: 1.0 mg, thiamine hydrochloride: 1.0 mg, yeast extract 10 g, antifoaming agent (CE457: manufactured by NOF Corporation): 1.0 g and distilled water: 400 mL of 1000 mL of medium was placed in a 1 L fermentor and sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. After cooling to room temperature, 20 mL of 72% aqueous glucose solution sterilized in advance was added, and 20 mL of the above seed culture solution was added thereto, and the mixture was kept at 30 ° C. The pH was kept at 7.0% or less using 9.3% aqueous ammonia, main culture was performed at aeration of 300 mL / min, and stirring at 600 rpm for 24 hours. The dissolved oxygen concentration gradually decreased immediately after the start of the culture, and became almost zero 4 hours after the start of the culture. Thereafter, since the dissolved oxygen concentration increased 15 hours after the start of culture, when 380 μL of 72% glucose aqueous solution sterilized in advance was added, it rapidly decreased again and became almost zero. Since an increase in dissolved oxygen concentration was observed after about 13 minutes, 380 μL of a 72% aqueous glucose solution sterilized in advance was added and lowered again. Thereafter, a similar increase was observed about every 13 minutes, but it was reduced by the same method each time. The OD660 after 24 hours of culture was 87.3.

<コハク酸生産>
リン酸1アンモニウム:84.4mg、リン酸2アンモニウム:75.8mg、塩化カ
リウム149.1mg、硫酸マグネシウム・7水和物:0.2g、硫酸第一鉄・7水和物:8mg、硫酸マンガン・水和物:8mg、D−ビオチン:80μg、塩酸チアミン:80μg及び蒸留水:200mLの培地を500mLの三角フラスコに入れ、120℃、20分加熱滅菌した。室温まで冷やした後、1Lのジャーファーメンターに入れた。この懸濁液200mLに上記の本培養により得られた培養液90mL、あらかじめ滅菌した72%グルコース溶液:40mL、滅菌水:125mLを添加して混合し、35℃に保温した。pHは炭酸アンモニウム:154g、28%アンモニア水:239ml、蒸留水:650mLの水溶液を用いて7.6に保ち、毎分200回転で攪拌しながら有機酸生産反応を行った。反応開始後21時間における生産コハク酸濃度は34.8g/L、生産リンゴ酸濃度は3.1g/L、生産フマル酸濃度は1.1g/L、生産酢酸濃度は5.0g/L、アラニン濃度は2.1g/L、バリン濃度は1.4g/Lであった。
また、本培養液には、トレハロース0.27g/L、未反応グルコース0.37g/Lが含有していた。
このようにして調整したコハク酸発酵液を分画分子量1300の限外ろ過膜により菌体を分離し、減圧加温下で濃縮して以下の実施例、比較例に供した。
<Succinic acid production>
Monoammonium phosphate: 84.4 mg, diammonium phosphate: 75.8 mg, potassium chloride 149.1 mg, magnesium sulfate heptahydrate: 0.2 g, ferrous sulfate heptahydrate: 8 mg, manganese sulfate Hydrate: 8 mg, D-biotin: 80 μg, thiamine hydrochloride: 80 μg and distilled water: 200 mL of medium was placed in a 500 mL Erlenmeyer flask and sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. After cooling to room temperature, it was placed in a 1 L jar fermenter. To 200 mL of this suspension, 90 mL of the culture solution obtained by the above main culture, 72% glucose solution sterilized in advance: 40 mL, and sterilized water: 125 mL were added and mixed, and kept at 35 ° C. The pH was maintained at 7.6 using an aqueous solution of ammonium carbonate: 154 g, 28% aqueous ammonia: 239 ml, distilled water: 650 mL, and an organic acid production reaction was performed while stirring at 200 rpm. At 21 hours after the start of the reaction, the produced succinic acid concentration was 34.8 g / L, the produced malic acid concentration was 3.1 g / L, the produced fumaric acid concentration was 1.1 g / L, the produced acetic acid concentration was 5.0 g / L, and alanine. The concentration was 2.1 g / L and the valine concentration was 1.4 g / L.
The main culture contained trehalose 0.27 g / L and unreacted glucose 0.37 g / L.
Bacteria were separated from the succinic acid fermentation broth prepared as described above by an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 1300, concentrated under reduced pressure and heated, and used in the following Examples and Comparative Examples.

[実施例1]
磁気攪拌子を入れた70mLハステロイ製耐圧容器に、上記有機酸生産培養で得られたコハク酸濃度25.06重量%のコハク酸発酵液10.025gとメタノール15.016gを仕込み密閉した。反応器内を窒素ガスにて置換し、予め250℃に加熱した電気炉に設置して5時間加熱攪拌した。加熱終了後周辺温度まで冷却し、反応器を開放して反応液を採取し、生成物組成を上記の分析方法にて分析した。コハク酸転化率97.3%、N−メチルコハク酸イミド(MSI)収率83.8%、N−メチルスクシナミン酸(NMSA)収率5.56%であった。該反応液を1N−塩酸にてpHを9.5に調整し、5日後に生成物組成を分析し、それぞれのpHでのN−メチルコハク酸イミド選択率/N−メチルスクシナミン酸選択率の比(MSI/NMSA比)を求め、表1に示す。
[Example 1]
A 70 mL Hastelloy pressure-resistant container containing a magnetic stir bar was charged with 10.025 g of a succinic acid fermentation solution having a succinic acid concentration of 25.06 wt% obtained in the organic acid production culture and 15.016 g of methanol, and sealed. The inside of the reactor was replaced with nitrogen gas, placed in an electric furnace preheated to 250 ° C., and heated and stirred for 5 hours. After completion of the heating, the reactor was cooled to ambient temperature, the reactor was opened, the reaction solution was collected, and the product composition was analyzed by the above analysis method. The succinic acid conversion rate was 97.3%, the N-methylsuccinimide (MSI) yield was 83.8%, and the N-methylsuccinamic acid (NMSA) yield was 5.56%. The reaction solution was adjusted to pH 9.5 with 1N hydrochloric acid, and the product composition was analyzed after 5 days. N-methylsuccinimide selectivity / N-methylsuccinamic acid selectivity at each pH The ratio (MSI / NMSA ratio) was determined and shown in Table 1.

[実施例2]
反応後のpHを9.04に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示
す。
[実施例3]
反応後のpHを8.50に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 9.04. The results are shown in Table 1.
[Example 3]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 8.50. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
反応後のpHを7.99に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
反応後のpHを7.53に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 7.9. The results are shown in Table 1.
[Example 5]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 7.53. The results are shown in Table 1.

[実施例6]
反応後のpHを7.06に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
[実施例7]
反応後のpHを6.51に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
[Example 6]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 7.06. The results are shown in Table 1.
[Example 7]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 6.51. The results are shown in Table 1.

[実施例8]
反応後のpHを6.00に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示
す。
[比較例1]
反応後のpH調整を行わなかったこと以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
[Example 8]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 6.00. The results are shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH was not adjusted after the reaction. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
反応後のpHを10.01に調整した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the pH after the reaction was adjusted to 10.1. The results are shown in Table 1.

Figure 2011206020
Figure 2011206020

表1に示すように、反応混合物を反応後のpHのまま保存した場合(比較例1)および、pH10を超えるpHに調整して保存した場合(比較例2)に対して、反応混合物のpHを9.8以下に調整して保存した場合(実施例1〜8)では、MSI/NMSA比が高く維持されていることが見出された。   As shown in Table 1, when the reaction mixture was stored at the post-reaction pH (Comparative Example 1) and when the reaction mixture was adjusted to a pH exceeding 10 and stored (Comparative Example 2), the pH of the reaction mixture Was adjusted to 9.8 or less (Examples 1 to 8), it was found that the MSI / NMSA ratio was maintained high.

Claims (3)

下記一般式(I)で表されるコハク酸およびその塩を含む組成物とアルキル化剤を反応させて、N−アルキルコハク酸イミドを製造する方法において、反応終了後の反応混合物のpHを9.8以下に調整することを特徴とする下記一般式(II)で表されるN−アルキルコハク酸イミドを含む組成物の製造方法。
Figure 2011206020
(式中、XおよびYは水素原子,NH または他の1価のカチオンを表し、かつXおよびYの少なくとも一方はNH を表す。)
Figure 2011206020
(式中、Rは、置換されていても良い直鎖、分岐または環状のC〜Cのアルキル基である。)
In the method for producing an N-alkyl succinimide by reacting a composition containing succinic acid represented by the following general formula (I) and a salt thereof with an alkylating agent, the pH of the reaction mixture after the reaction is 9 A method for producing a composition containing an N-alkylsuccinimide represented by the following general formula (II):
Figure 2011206020
(In the formula, X and Y represent a hydrogen atom, NH 4 + or another monovalent cation, and at least one of X and Y represents NH 4 + .)
Figure 2011206020
(In the formula, R 1 is an optionally substituted linear, branched or cyclic C 1 -C 6 alkyl group.)
上記コハク酸およびその塩を含む組成物がバイオマス資源由来であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the composition containing succinic acid and a salt thereof is derived from a biomass resource. 上記Rがメチル基又はエチル基であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein R 1 is a methyl group or an ethyl group.
JP2010079554A 2010-03-30 2010-03-30 Method of producing n-alkyl succinimide Pending JP2011206020A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010079554A JP2011206020A (en) 2010-03-30 2010-03-30 Method of producing n-alkyl succinimide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010079554A JP2011206020A (en) 2010-03-30 2010-03-30 Method of producing n-alkyl succinimide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011206020A true JP2011206020A (en) 2011-10-20

Family

ID=44937850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010079554A Pending JP2011206020A (en) 2010-03-30 2010-03-30 Method of producing n-alkyl succinimide

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011206020A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1669459B1 (en) Method of purifying succinic acid from fermentation liquid
JP5088136B2 (en) Method for producing succinic acid
CN101688176B (en) Method for production of acidic substance having carboxyl group
US20070042477A1 (en) Novel gene encoding fumarate hydratase C and method for preparing succinic acid using the same
JP6624230B2 (en) Method for treating sugar solution, hydrogenated sugar solution, method for producing organic compound, and method for culturing microorganism
JP5991400B2 (en) Method for producing succinic acid
CN106868030B (en) Recombinant vector, engineering bacterium containing recombinant vector and application of recombinant vector in production of alpha-ketoglutaric acid
US10370684B2 (en) Treatment method of saccharide solution
US20020006645A1 (en) Method for producing optically active compound
Binczarski et al. Biologically synthesized crude calcium lactate as a substrate for propylene glycol production
US8663342B2 (en) Process for producing nitrogen-containing composition
US10465218B2 (en) Method for increasing yield of L-arginine by knocking out Flavin reductases
JP4745753B2 (en) Method for producing amino acids under reducing conditions using coryneform bacteria
JP2015228804A (en) Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene
DE102007059248A1 (en) Recombinant cell capable of converting bicarbonate to organic compounds utilizes a 16-step metabolic pathway starting with acetyl coenzyme A
Liu et al. L-arabonate and D-galactonate production by expressing a versatile sugar dehydrogenase in metabolically engineered Escherichia coli
Kobayashi et al. Nitrilase-catalyzed production of p-aminobenzoic acid from p-aminobenzonitrile with Rhodococcus rhodochrous J1
JP2011206020A (en) Method of producing n-alkyl succinimide
WO2005045049A1 (en) Method for producing organic acid ammonium solution
JP2011207812A (en) Method for producing n-alkyl succinimide
JP2017192325A (en) Method for producing organic acid
JP5857954B2 (en) Method for producing succinic acid
JP2011219409A (en) Method for producing aliphatic dicarboxylic acid
JP2013141432A (en) Method for producing succinic acid