JP3902921B2

JP3902921B2 - Method for producing aliphatic polyester, method for producing caproic acid, Propionibacterium acnes CAP103 strain

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Publication number: JP3902921B2
Application number: JP2001215391A
Authority: JP
Inventors: 眞也古崎; 昌人南
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP2003024093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脂肪族ポリエステルの製造方法、セルロースの再資源化方法およびデンプンの再資源化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の汎用プラスチック製品は、主に石油資源から合成された高分子化合物である。即ち、ポリエステル、ポリスチレン、ナイロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリカーボネート等の高分子化合物は、殆どの場合、石油を原料として得られるモノマーより製造される。
【０００３】
しかしながら、石油は有限な資源であり、いずれ枯渇することが予想されている。従って、石油にかわる新たな原料、即ち、再生可能な原料から汎用プラスチック製品を製造する技術が強く望まれる。
【０００４】
本発明者らは、このような認識に基づいて、石油にかわる原料としてセルロース及びデンプンに着目し、廃セルロース及び廃デンプンから脂肪族ポリエステルを製造することを検討した。
【０００５】
セルロースは、年間に１０⁹〜１０¹¹トンが生産され、構造材料、充填剤、食品添加物、更には、接着剤等の広範囲の用途で大量に利用されている。それに伴い、廃セルロースの量もまた、年々増加している。
【０００６】
セルロースを分解して再利用する技術として、例えば、セルロースからメタン、エタン等の炭化水素を取出す方法（特開平５−２１３７７８号公報）、微生物によってセルロースからアルコールを生産する方法（特開平１１−２９９４７９号公報）等が知られている。
【０００７】
一方、デンプンはＤ−グルコースが脱水的に重合した高分子化合物であり、セルロースと共に重要な多糖類であるが、やはり食品廃棄物として大量に廃棄されている。また、デンプンはジャガイモ、サツマイモ、トウモロコシ等から製造され、全世界における生産高（トウモロコシの収穫量）は、約４〜５億トン／年であり、天然資源中で最も多く生産され、再生可能な資源である。従って、デンプンから汎用プラスチック製品を製造することができれば、石油に代わる新しい資源として有望である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、廃セルロース及び廃デンプンの今後の更なる増加に対処し、再生可能資源の活用をより推進させていくためには、より効率的にセルロース及びデンプンを再資源化し得る新規な技術開発が必要である。そこで、本発明者は、セルロース及びデンプンを出発原料として、脂肪族ポリエステルを製造することを検討した。
【０００９】
脂肪族ポリエステルの有用な製造方法の１つは、カプロラクトン類をモノマーとして、これを開環重合する方法である。カプロラクトン類の例としては、ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトン等を挙げることができる。ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトン等は容易に開環重合して脂肪族ポリエステルを与え、このような脂肪族ポリエステルは、プラスチック成形品、フィルム、ホットメルト接着剤等として、産業上の多くの分野で利用されている。
【００１０】
以上の様なカプロラクトン類はカプロン酸類を環化することにより得られる。従って、廃セルロース及び廃デンプンを出発原料として脂肪族ポリエステルを製造するには、廃セルロース及び廃デンプンを効率的にカプロン酸類に誘導する必要がある。
【００１１】
カプロン酸類の製造方法としては、微生物発酵を利用する例が、特開平７−２０３９５１号公報、特開平７−２５５４５６号公報、特開平８−１７３１４７号公報、特開平１０−１５５４７３号公報、特開平１１−３１８４２８号公報等に記載されている。
【００１２】
しかしながら当該公報には、酒類醸造過程に副産されるカプロン酸エチルについて記載されており、脂肪族ポリエステルのモノマーの前駆体として使用可能な程度に高純度で効率的にカプロン酸類を廃セルロースおよび廃デンプンから誘導することは、あまり知られていない。
【００１３】
以上の様な状況に鑑み、本発明の目的は、セルロース及びデンプンからグルコースを経て得られるカプロン酸を用いて、脂肪族ポリエステルを製造すること、即ち、セルロース及びデンプンを出発物質として高品質なプラスチックを得ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明においては、カプロラクトン類を開環重合して脂肪族ポリエステルを製造する際に、該カプロタクトン類の前駆体であるカプロン酸を、グルコースをプロピオニバクテリウムアクネスＣＡＰ１０３（ＰｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｎｅｓＣＡＰ１０３）ＦＥＲＭＰ−１８３７４菌株により発酵させることにより合成する。
【００１５】
より具体的には、下記式（Ｉａ）で示される脂肪族ポリエステルの製造方法であって、
【００１６】
【化５】

【００１７】
（式中、ｎは５〜１０，０００の整数を示す。）
セルロースを加水分解してグルコースを得る工程と、
該グルコースから微生物発酵によってカプロン酸を得る工程と、
該カプロン酸を塩素化して６−クロロカプロン酸を得る工程と、
該６−クロロカプロン酸を環化してε−カプロラクトンを得る工程と、
該ε−カプロラクトンを開環重合する工程と、
を含むことを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法が提供される。
【００１８】
また、下記式（Ｉｂ）で示される脂肪族ポリエステルの製造方法であって、
【００１９】
【化６】

【００２０】
（式中、ｎは５〜１０，０００の整数を示す。）
セルロースを加水分解してグルコースを得る工程と、
該グルコースから微生物発酵によってカプロン酸を得る工程と、
該カプロン酸を塩素化して５−クロロカプロン酸を得る工程と、
該５−クロロカプロン酸を環化してδ−カプロラクトンを得る工程と、
該δ−カプロラクトンを開環重合する工程と、
を含むことを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法が提供される。
【００２１】
更に、下記式（Ｉａ）で示される脂肪族ポリエステルの製造方法であって、
【００２２】
【化７】

【００２３】
（式中、ｎは５〜１０，０００の整数を示す。）
デンプンを加水分解してグルコースを得る工程と、
該グルコースから微生物発酵によってカプロン酸を得る工程と、
該カプロン酸を塩素化して６−クロロカプロン酸を得る工程と、
該６−クロロカプロン酸を環化してε−カプロラクトンを得る工程と、
該ε−カプロラクトンを開環重合する工程と、
を含むことを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法が提供される。
【００２４】
加えて、下記式（Ｉｂ）で示される脂肪族ポリエステルの製造方法であって、
【００２５】
【化８】

【００２６】
（式中、ｎは５〜１０，０００の整数を示す。）
デンプンを加水分解してグルコースを得る工程と、
該グルコースから微生物発酵によってカプロン酸を得る工程と、
該カプロン酸を塩素化して５−クロロカプロン酸を得る工程と、
該５−クロロカプロン酸を環化してδ−カプロラクトンを得る工程と、
該δ−カプロラクトンを開環重合する工程と、
を含むことを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法が提供される。
【００２７】
なお、以上の製造方法の主要な工程として、本発明によれば、グルコースを微生物発酵することを特徴とするカプロン酸の製造方法が提供される。
【００２８】
使用する微生物としては嫌気性細菌が好ましく、嫌気性細菌としてはプロピオニバクテリウム属細菌が好ましく、本発明では、グルコースよりカプロン酸を生成できるプロピオニバクテリウムアクネスＣＡＰ１０３（ＰｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｎｅｓＣＡＰ１０３）ＦＥＲＭＰ−１８３７４菌株が用いられる。
【００２９】
以上の製造方法においては、微生物を利用することにより、脂肪族ポリエステルのモノマー（カプロラクトン類）の前駆体として使用可能な程度に高純度なカプロン酸を、グルコースから効率的に誘導できる。
【００３０】
この結果、セルロース及びデンプンからグルコースを経て得られるカプロン酸を用いて、脂肪族ポリエステルを製造すること、即ち、セルロース及びデンプンを出発物質として高品質なプラスチックを得ることが可能となる。よって、廃セルロース及び廃デンプンを原料として得られる脂肪族ポリエステルを製造することが可能となり、セルロース及びデンプンを再資源化することができる。
【００３１】
なお、セルロースからグルコースを得る際の、原料としてのセルロースとしては、市販のセルロースを使用できることは勿論のこと、古紙類、廃材等の木材類を適宜処理して得られた廃セルロースも使用することができる。従って、本発明によれば、廃セルロースの再資源化への新たな道筋を開くことができる。
【００３２】
また、デンプンからグルコースを得る際の、原料としてのデンプンとしては、市販のデンプンを使用できることは勿論のこと、ジャガイモ、サツマイモ、トウモロコシ等を適宜処理して得られた廃デンプンも使用することができる。従って、本発明によれば、廃デンプンの再資源化への新たな道筋を開くことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に各工程を説明する。
【００３４】
（セルロースからグルコース）
セルロースからグルコースへの変換は、例えば、セルラーゼなどの酵素による分解方法、硫酸や塩酸などの酸による分解方法、あるいは、超臨界水による分解方法等が挙げられる。
【００３５】
（デンプンからグルコース）
デンプンからグルコースへの変換は、例えば、硫酸などの希酸による加水分解方法、アミラーゼ及びマルターゼなどの酵素による加水分解方法、あるいは、超臨界水による加水分解方法等が挙げられる。
【００３６】
（グルコースからカプロン酸）
グルコースからカプロン酸への変換は、微生物による嫌気発酵によって行う。微生物としては、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｋｌｕｙｖｅｒｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂａｒｋｅｒｉ等のクロストリジウム属細菌で、グルコースからカプロン酸を生産できる菌株を用いることができる。
【００３７】
しかしながら、グルコースからカプロン酸を生産する菌株として単離同定されているものが少なく、生産効率も低いことから、我々は新たな菌株を鋭意スクリーニングした。例えば、嫌気条件でカプロン酸生産培地（グルコース５ｇ／ｌ、ペプトン１０ｇ／ｌ、、酵母エキス５ｇ／ｌ、炭酸カルシウム５ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ、ｐＨ７．０）を用いてスクリーニングを行った。
【００３８】
この結果、Ｐｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｎｅｓ等のプロピオニバクテリウム属細菌で、グルコースからカプロン酸を生産できる菌株として、プロピオニバクテリウムアクネスＣＡＰ１０３菌株の取得に成功した。
【００３９】
なお、上記菌株は、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に、平成１３年６月６日付けで寄託されている（受託番号：ＦＥＲＭＰ−１８３７４）。
【００４０】
プロピオニバクテリウムアクネスＣＡＰ１０３（ＰｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｎｅｓＣＡＰ１０３）ＦＥＲＭＰ−１８３７４菌株は、カプロン酸の生産速度が高い。具体的には、同一生育条件で比較した場合、従来一般に知られておりカプロン酸生成能を有する絶対嫌気性細菌が数週間から数ヶ月程度で生産するカプロン酸量を、ＣＡＰ１０３は数日間で達成できる。このため、カプロン酸の十分な生産効率を実現できる。
【００４１】
また、プロピオニバクテリウムアクネスＣＡＰ１０３（ＰｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｎｅｓＣＡＰ１０３）ＦＥＲＭＰ−１８３７４菌株は、生育速度が高い。具体的には、一般の絶対嫌気性細菌が植継ぎ後１ヶ月程度で初期対数増殖期に達するのに対し、ＣＡＰ１０３は１週間程度で初期対数増殖期に達する。このため、十分量のカプロン酸を生産するに必要な菌体量を容易に確保できる。
【００４２】
グルコースからのカプロン酸発酵は、グルコースを主要炭素源とし、他に栄養素として窒素、リン、ミネラル、ビタミン等を添加した培養液に、以上の様な菌株を添加して、嫌気条件に保つことで行われる。
【００４３】
以上の菌株は酸素によって死滅する絶対嫌気性菌であるため、嫌気条件を厳密に実現する。培地を注入した後、気体の透過しないブチルゴム栓等で密封した培養容器の気相部分を窒素や二酸化炭素、水素等で置換し、さらに培地中の酸素もシステインやチオグリコール酸ナトリウム、硫化ナトリウム等の還元剤や熱処理、窒素曝気等で除去することが必要である。
【００４４】
培養液中のグルコース濃度は、用いる微生物の種類に応じて設定すればよいが、十分なカプロン酸生成量を実現するため、通常０．１質量％以上とし、０．５質量％以上が好ましい。一方、副産物を低減するために、通常１０質量％以下とし、５質量％以下が好ましい。
【００４５】
補助的な炭素源は不要で、グルコースを単一炭素源とすればよい。窒素源としては、尿素、アンモニア、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムなどの有機または無機の窒素源、コーンスチープリカー、ペプトン、肉エキス、酵母エキスなどの天然窒素源などが用いられる。無機塩としては、リン酸カリウム、リン酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン、硫酸第一鉄、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどが用いられる。
【００４６】
発酵温度は、十分なカプロン酸生成量を実現するため、通常１５℃以上とし、２０℃以上が好ましい。一方、副産物を低減し、菌株が死滅することを防ぐために、通常４０℃以下とし、３７℃以下が好ましい。
【００４７】
また、培養液のｐＨは通常５〜７程度が適当であるが、微生物の性質に応じて適宜設定すればよい。
【００４８】
更に、発酵時間は微生物の種類によるが、ＣＡＰ１０３菌株では３日から１週間、前培養条件を選べば１日から３日で発酵可能である。
【００４９】
なお、微生物培養液からのカプロン酸の分離方法としては、蒸留法等を用いればよい。
【００５０】
（カプロン酸から６−クロロカプロン酸）
カプロン酸から６−クロロカプロン酸への変換は、カプロン酸を濃硫酸中で塩素と反応させて塩素化する方法が挙げられる。
【００５１】
（カプロン酸から５−クロロカプロン酸）
カプロン酸から５−クロロカプロン酸への変換は、カプロン酸を濃硫酸中でＮ−クロロジイソプロピルアミンと反応させて塩素化する方法が挙げられる。この反応については、Ｎ．Ｃ．Ｄｅｎｏら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．誌、第９３号、第４３８〜４４０頁（１９７１年刊）に記載されている。
【００５２】
（６−クロロカプロン酸からε−カプロラクトン）
６−クロロカプロン酸から下記式（ＩＩａ）で示されるε−カプロラクトンへの変換は、６−クロロカプロン酸を水酸化ナトリウム水溶液中で煮沸する方法が挙げられる。
【００５３】
【化９】

【００５４】
（５−クロロカプロン酸からδ−カプロラクトン）
５−クロロカプロン酸から、下記式（ＩＩｂ）で表されるδ−カプロラクトンへの変換は、５−クロロカプロン酸を水酸化ナトリウム水溶液中で煮沸する方法が挙げられる。
【００５５】
【化１０】

【００５６】
（ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンから脂肪族ポリエステル；開環重合）
本発明では、ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンの開環重合に際し、重合触媒としては、公知の開環重合触媒を用いることができる。例えば、２塩化スズ、４塩化スズ、テトラ−ｎ−ブトキシゲルマニウム、テトラメトキシゲルマニウム、テトラエトキシゲルマニウム、トリエトキシアルミニウム、トリ−ｎ−プロポキシアルミニウム、トリ−ｉｓｏ−プロポキシアルミニウム、トリ−ｎ−ブトキシアルミニウム、トリ−ｉｓｏ−ブトキシアルミニウム、塩化アルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、ジ−ｉｓｏ−プロピル亜鉛、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、塩化亜鉛、テトラ−ｎ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラ−ｔ−ブトキシチタン、テトラエトキシジルコニウム、テトラメトキシジルコニウム、テトラ−ｉｓｏ−プロポキシジルコニウム、テトラ−ｎ−ブトキシジルコニウム、テトラ−ｉｓｏ−ブトキシジルコニウム、テトラ−ｔ−ブトキシジルコニウム等を用いることができる。
【００５７】
重合触媒の使用量は、ε−カプロラクトン又はδ−カプロラクトンと重合開始剤との合計量に対し、０．０１〜１０質量％、好ましくは、０．０５〜５質量％である。
【００５８】
本発明では、ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンの開環重合に際し、重合開始剤としては、公知の重合開始剤を用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパンール、各種ブタノール、フェノール等のモノオール、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ジエチレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，１０−デカンジオール等のジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン等のトリオール、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール等のポリオールを用いることができる。また、これらは、単独でも２種類以上を併用してもよい。
【００５９】
本発明で使用する重合開始剤とε−カプロラクトン又はδ−カプロラクトンとのモル比は、目的とする脂肪族ポリエステルの重合率に応じて適宜選択することができる。重合開始剤とε−カプロラクトン又はδ−カプロラクトンとのモル比は、１：１〜１：５０００モル比、好ましくは、１：１〜１：２０００モル比である。
【００６０】
ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンの開環重合は、ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンに重合触媒と重合開始剤を添加して不活性ガスの存在下、あるいは、減圧下で重合反応させる。好ましくは、簡便さから窒素雰囲気下の常圧で行うのがよい。
【００６１】
ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンの開環重合の反応温度及び時間は、任意に選択できる。反応温度は、好ましくは、５０〜２００℃、より好ましくは、１００〜１８０℃の範囲である。５０℃以上であれば、反応速度は十分速い。２００℃以下であれば、酸化反応による脂肪族ポリエステルの着色や生成する脂肪族ポリエステルの分解反応等が抑制される。反応時間も任意に選択できるが、生成する脂肪族ポリエステルの品質に影響を与えない範囲で行うことができる。
【００６２】
ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンの開環重合は、溶媒中で行うことができる。溶媒は、ε−カプロラクトン又はδ−カプロラクトン、重合触媒、重合開始剤と反応しない不活性溶媒であり、好ましくは、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素を用いることができる。これらの溶媒は、実質的には、無水のものが望ましい。
【００６３】
ε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンの開環重合によって得られる脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は、ポリスチレン換算で１０００〜１００００００、好ましくは、３００００〜５０００００である。
【００６４】
この様にして得られる脂肪族ポリエステルは、これまで種々の分野で用いられているプラスチック材料を代替するプラスチック材料として用いることができる。そして重量平均分子量や含まれる官能基等を変化させることによって、産業上の多くの分野に適用することができる。例えば、グリコールを重合開始剤とした重量平均分子量１０００〜５０００の脂肪族ポリエステルは、水酸基を有することを活かして、例えば、ポリウレタンの原料や、塗料等の材料として非常に有用である。更に、重量平均分子量が５００００を超える脂肪族ポリエステルは、実用的な機械的強度を持ち、プラスチック成形品、フィルム、ホットメルト接着剤等に用いることができる。
【００６５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。また、特に明記しない限り、試薬等は市販の高純度品を使用した。
【００６６】
（カプロン酸生産菌のスクリーニング）
浸潤状態にある沼沢地の土壌表層から数センチ下層に位置する還元土壌、排水溝表面の微生物膜、止水表面に浮遊するスカムをサンプリングし、５ｇ／ｌのグルコース及び５ｇ／ｌの炭酸カルシウムを添加したＶＬ培地（ペプトン１０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、肉エキス２ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ）で前培養した。培地は嫌気条件にするためバイアル瓶中に注入した後、気相部分を窒素ガスで置換し、密封してオートクレーブ（１２１℃、９８ｋＰａ加圧、１０分）処理し、試料を添加する際に開封した。試料添加後、もう一度バイアル瓶の気相部分を窒素ガスで置換し、ブチルゴム栓で密封した。
【００６７】
その後、時々攪拌しながら３０℃で２週間嫌気条件で静置培養した後、上記と同様の方法で嫌気条件に保った上記培地に前培養液を培地に対して１％容量添加した。
【００６８】
その後、時々攪拌しながら３０℃で１週間静置培養した後、培養液中に生産されたカプロン酸をメチル化処理し、カプロン酸メチルエステルをＧＣ−ＭＳで評価した。次にカプロン酸の生成が認められた培養液を滅菌し、ｐＨを７．０に調整したシステイン塩酸塩２ｇ／ｌ水溶液で数段階希釈し、各希釈段階ごとにロールチューブ法で培養した。培地は上記培地に寒天２質量％を添加したものを用いた。
【００６９】
その後、３０℃で１週間培養し、生じたコロニーを窒素ガスを満たしたグローブボックス内で上記と同様の方法で嫌気条件に保った上記培地に懸濁した。その後、時々攪拌しながら３０℃で１週間静置培養した後、培養液中のカプロン酸をメチル化処理後ＧＣ−ＭＳで評価した。カプロン酸の生成が認められた培養液を上記と同様にロールチューブ法で培養し、コロニーを分離してカプロン酸生産株を単離した。単離株はプロピオニバクテリウムアクネス（Ｐｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｎｅｓ）と同定され、ＣＡＰ１０３株と命名した。
【００７０】
（実施例１−１）
セルロース（日本製紙製、ＫＣフロックＷ−１００）６０００質量部を酵素溶液１８３０００質量部に投入し、４５℃で８時間攪拌した。酵素溶液は、セルラーゼ（明治製菓製、メイセラーゼＴＰ６０）３０００質量部を酢酸／酢酸ナトリウム水溶液（ｐＨ４．５）１８００００質量部に溶解したものを用いた。
【００７１】
反応後、メタノール６００００質量部を加え、水溶性残さを濾別し、更にイオン交換樹脂カラム（オルガノ社製、アンバライトＩＲ−１２０Ｂ）を通過させ、溶媒を留去した。反応混合物を分離精製して、グルコース３２５０質量部を得た。
【００７２】
このグルコース３２５０質量部を５０００００質量部の培地（ペプトン１０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、肉エキス２ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ、炭酸カルシウム５ｇ／ｌ）と混合して耐圧瓶に注入し、瓶内の気相部分を窒素ガスで置換した後ブチルゴム栓で密封し、オートクレーブ（１２１℃、９８ｋＰａ加圧、１０分）処理した。
【００７３】
その後、培地を３０℃に冷却し、前述の方法で単離したカプロン酸生産菌ＣＡＰ１０３株の前培養液５０００質量部を瓶を密封した状態でシリンジを用いて添加し、３０℃で３日間静置培養した。その後、培養液を濾過し、その濾液をエーテル抽出した後、５％亜硫酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。そして、エーテルを留去後、減圧蒸留してカプロン酸１３０質量部を得た。
【００７４】
得られたカプロン酸１３０質量部を塩素を飽和した９０％硫酸１０００質量部部に加え、２５℃、６時間反応させて、６−クロロカプロン酸８０質量部を得た。
【００７５】
得られた６−クロロカプロン酸８０質量部を当量の水酸化ナトリウム水溶液と煮沸して、ε−カプロラクトン５５質量部を得た。
【００７６】
そして、得られたε−カプロラクトン５５質量部を窒素雰囲気下、１５５℃まで加熱し、これに、トリ−ｉｓｏ−プロポキシアルミニウム０．１７質量部、ジエチレングリコール０．３３質量部を添加し、開環重合して脂肪族ポリエステルを得た。重合時間は１０時間であり、得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は３０万であった。
【００７７】
得られた脂肪族ポリエステルについて、ＦＴ−ＮＭＲＤＰＸ４００（Ｂｒｕｋｅｒ製）を用い、¹Ｈ−ＮＭＲ及び¹³Ｃ−ＮＭＲを測定した。¹Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ）はＣＤＣｌ₃中で測定し、δとして、１．３６〜１．４２ｐｐｍ（２Ｈ、ｍ）、１．６１〜１．６９ｐｐｍ（４Ｈ、ｍ）、２．３１ｐｐｍ（２Ｈ、ｔ）、４．０６（２Ｈ、ｔ）を観測した。また、¹³Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ）はＣＤＣｌ₃中で測定し、δとして、２４．５９ｐｐｍ、２５．５４ｐｐｍ、２８．３６ｐｐｍ、３４．１２ｐｐｍ、６４．１６ｐｐｍ、１７３．５６ｐｐｍを観測した。これらの測定結果から、目的の脂肪族ポリエステルが合成されたことを確認した。
【００７８】
（実施例１−２）
ＰＰＣ用再生紙（キヤノン販売会社、ＥＮ−５００、Ａ４）の使用済みのもの（片面に複写機でコピー）を５ｍｍ角に裁断し、その６０００質量部を酵素溶液１８３０００質量部に投入し、４５℃で８時間攪拌した。酵素溶液は、セルラーゼ（明治製菓製、メイセラーゼＴＰ６０）３０００質量部を酢酸／酢酸ナトリウム水溶液（ｐＨ４．５）１８００００質量部に溶解したものを用いた。
【００７９】
反応後、メタノール６００００質量部を加え、水溶性残さを濾別し、更にイオン交換樹脂カラム（オルガノ社製、アンバライトＩＲ−１２０Ｂ）を通過させ、溶媒留去した。反応混合物を分離精製して、グルコース２８２０質量部を得た。
【００８０】
このグルコース２８２０質量部を５０００００質量部の培地（ペプトン１０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、肉エキス２ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ、炭酸カルシウム５ｇ／ｌ）と混合して耐圧瓶に注入し、瓶内の気相部分を窒素ガスで置換した後ブチルゴム栓で密封し、オートクレーブ（１２１℃、９８ｋＰａ加圧、１０分）処理した。
【００８１】
その後、培地を３０℃に冷却し、前述の方法で単離したカプロン酸生産菌ＣＡＰ１０３株の前培養液５０００質量部を瓶を密封した状態でシリンジを用いて添加し、３０℃で３日間静置培養した。その後、培養液を濾過し、その濾液をエーテル抽出した後、５％亜硫酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。そして、エーテルを留去後、減圧蒸留してカプロン酸８９質量部を得た。
【００８２】
得られたカプロン酸８９質量部を塩素を飽和した９０％硫酸１０００質量部に加え、２５℃、６時間反応させて、６−クロロカプロン酸５７質量部を得た。
【００８３】
得られた６−クロロカプロン酸５７質量部を当量の水酸化ナトリウム水溶液と煮沸して、ε−カプロラクトン５５質量部を得た。
【００８４】
そして、得られたε−カプロラクトン５５質量部を窒素雰囲気下、１５０℃まで加熱し、ここへ、テトラ−ｎ−ブトキシチタン０．１３質量部、１，８−オクタンジオール０．２５質量部を添加し、開環重合して脂肪族ポリエステルを得た。重合時間は１０時間であり、得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は２２万であった。
【００８５】
また、得られた脂肪族ポリエステルの¹Ｈ−ＮＭＲを測定したところ、実施例１と同様のスペクトルが得られ、目的の脂肪族ポリエステルが合成されたことを確認した。
【００８６】
（物性評価）
実施例１−１及び１−２で合成した脂肪族ポリエステルを用い、表１に示す物性評価を行った。また、参考例１として、セルグリーン（ダイセル化学工業社製、ポリカプロラクトン系プラスチック、Ｐ−Ｈ７）の物性も評価した。
【００８７】
【表１】

【００８８】
以上の結果から、実施例１−１及び１−２で合成した各々の脂肪族ポリエステルは、参考例１で用いた、強度および伸度に優れたダイセル化学製の脂肪族ポリエステル（Ｐ−Ｈ７）と同等もしくはそれ以上の物性を有しており、従来のプラスチック成形品の代替品として十分に利用が可能であることが分かった。
【００８９】
（実施例２−１）
セルロース（日本製紙製、ＫＣフロックＷ−１００）６０００質量部を酵素溶液１８３０００質量部に投入し、４５℃で８時間攪拌した。酵素溶液は、セルラーゼ（明治製菓製、メイセラーゼＴＰ６０）３０００質量部を酢酸／酢酸ナトリウム水溶液（ｐＨ４．５）１８００００質量部に溶解したものを用いた。
【００９０】
反応後、メタノール６００００質量部を加え、水溶性残さを濾別し、更にイオン交換樹脂カラム（オルガノ社製、アンバライトＩＲ−１２０Ｂ）を通過させ、溶媒留去した。反応混合物を分離精製して、グルコース３３００質量部を得た。
【００９１】
得られたグルコースを、ＦＴ−ＮＭＲＤＰＸ４００（Ｂｒｕｋｅｒ製）を用い、¹³Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ、ＤＭＳＯ−ｄ₆）を測定した。その結果、α型グルコースに由来するピークのδ値として９２．１２ｐｐｍ、７３．０４ｐｐｍ、７２．２９ｐｐｍ、７１．８０ｐｐｍ、７０．５８ｐｐｍ、６１．２０ｐｐｍを確認した。また、β型グルコースに由来するピークのδ値として９６．７９ｐｐｍ、７６．７０ｐｐｍ、７６．５９ｐｐｍ、７４．７８ｐｐｍ、７０．３０ｐｐｍ、６１．００ｐｐｍを確認した。
【００９２】
このグルコース３３００質量部を５０００００質量部の培地（ペプトン１０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、肉エキス２ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ、炭酸カルシウム５ｇ／ｌ）と混合して耐圧瓶に注入し、瓶内の気相部分を窒素ガスで置換した後ブチルゴム栓で密封し、オートクレーブ（１２１℃、９８ｋＰａ加圧、１０分）処理した。
【００９３】
その後、培地を３０℃に冷却し、前述の方法で単離したカプロン酸生産菌ＣＡＰ１０３株の前培養液５０００質量部を瓶を密封した状態でシリンジを用いて添加し、３０℃で３日間静置培養した。その後、培養液を濾過し、その濾液をエーテル抽出した後、５％亜硫酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。そして、エーテルを留去後、減圧蒸留してカプロン酸１４０質量部を得た。
【００９４】
得られたカプロン酸１４０質量部と当量のＮ−クロロジイソプロピルアミンを８４％硫酸１０００質量部に加え、２５℃、５時間反応させて、５−クロロカプロン酸１７５質量部を得た。その後、この５−クロロカプロン酸１７５質量部を当量の水酸化ナトリウム水溶液と煮沸して、δ−カプロラクトン１２８質量部を得た。
【００９５】
得られたδ−カプロラクトンの¹³Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ₃）を測定したところ、δ値として１９．９０ｐｐｍ、２０．８８ｐｐｍ、３４．２７ｐｐｍ、３５．３１ｐｐｍ、７０．４４ｐｐｍ、１７２．８４ｐｐｍを確認した。
【００９６】
このδ−カプロラクトン１２８質量部を窒素雰囲気下、１５５℃まで加熱し、これにトリ−ｉｓｏ−プロポキシアルミニウム０．３９質量部、ジエチレングリコール０．７７質量部を添加し、開環重合して脂肪族ポリエステルを得た。重合時間は１０時間であり、得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は２８万であった。
【００９７】
得られた脂肪族ポリエステルの¹³Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ₃）を測定したところ、δ値として１９．９５ｐｐｍ、２０．８２ｐｐｍ、３４．４６ｐｐｍ、３５．２６ｐｐｍ、７０．３１ｐｐｍ、１７３．３７ｐｐｍを観測し、目的の脂肪族ポリエステルが合成されたことを確認した。
【００９８】
（実施例２−２）
ＰＰＣ用再生紙（キヤノン販売（株）、ＥＮ−５００、Ａ４）の使用済みのもの（片面に複写機でコピー）を５ｍｍ角に裁断し、その６０００質量部を酵素溶液１８３０００質量部に投入し、４５℃で８時間攪拌した。酵素溶液は、セルラーゼ（明治製菓製、メイセラーゼＴＰ６０）３０００質量部を酢酸／酢酸ナトリウム水溶液（ｐＨ４．５）１８００００質量部に溶解したものを用いた。
【００９９】
反応後、メタノール６００００質量部を加え、水溶性残さを濾別し、更にイオン交換樹脂カラム（オルガノ社製、アンバライトＩＲ−１２０Ｂ）を通過させ、溶媒留去した。反応混合物を分離精製して、グルコース２６６０質量部を得た。
【０１００】
このグルコース２６６０質量部を５０００００質量部の培地（ペプトン１０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、肉エキス２ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ、炭酸カルシウム５ｇ／ｌ）と混合して耐圧瓶に注入し、瓶内の気相部分を窒素ガスで置換した後ブチルゴム栓で密封し、オートクレーブ（１２１℃、９８ｋＰａ加圧、１０分）処理した。その後、培地を３０℃に冷却し、前述の方法で単離したカプロン酸生産菌ＣＡＰ１０３株の前培養液５０００質量部を瓶を密封した状態でシリンジを用いて添加し、３０℃で３日間静置培養した。
【０１０１】
その後、培養液を濾過し、その濾液をエーテル抽出した後、５％亜硫酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。そして、エーテルを留去後、減圧蒸留してカプロン酸８５質量部を得た。
【０１０２】
このカプロン酸８５質量部と８４％硫酸１０００質量部に当量のＮ−クロロジイソプロピルアミンを加え、２５℃、５時間反応させて、５−クロロカプロン酸１０３質量部を得た。
【０１０３】
次に、得られた５−クロロカプロン酸１０３質量部を当量の水酸化ナトリウム水溶液と煮沸して、δ−カプロラクトン６８質量部を得た。
【０１０４】
その後、得られたδ−カプロラクトン６８質量部を窒素雰囲気下、１５０℃まで加熱し、これにテトラ−ｎ−ブトキシチタン０．２３質量部、１，８−オクタンジオール０．４６質量部を添加し、開環重合して脂肪族ポリエステルを得た。重合時間は１０時間であり、得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は２１万であった。また、¹³Ｃ−ＮＭＲを測定したところ、実施例２−１と同様のスペクトルが得られ、目的の脂肪族ポリエステルが合成されたことを確認した。
【０１０５】
（物性評価）
実施例２−１及び２−２で合成した脂肪族ポリエステルを用い、表２に示す物性評価を行った。また、参考例２として、セルグリーン（ダイセル化学工業社製、ポリカプロラクトン系プラスチック、Ｐ−Ｈ７）の物性も評価した。
【０１０６】
【表２】

【０１０７】
以上の結果から、実施例２−１及び２−２で合成した各々の脂肪族ポリエステルは、参考例２に用いた、強度および伸度に優れたダイセル化学製の脂肪族ポリエステル（Ｐ−Ｈ７）と同等もしくはそれ以上の物性を有しており、従来のプラスチック成形品の代替品として十分に利用が可能であることが分かった。
【０１０８】
（実施例３）
デンプン（和光純薬工業製）６５００質量部を水５８５００質量部に投入し、加温しながら溶解させた。ここへ３ｍｏｌ／ｌ硫酸６００００質量部を加え、８０℃で５時間攪拌して反応させた。反応終了後、無水炭酸ナトリウムを加えて水溶液を中和した後、イオン交換樹脂カラム（オルガノ社製、アンバライトＩＲ−１２０Ｂ）を通過させ、溶媒を留去した。そして、反応混合物を分離精製してグルコース３８００質量部を得た。
【０１０９】
このグルコース３８００質量部を５０００００質量部の培地（ペプトン１０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、肉エキス２ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ、炭酸カルシウム５ｇ／ｌ）と混合して耐圧瓶に注入し、瓶内の気相部分を窒素ガスで置換した後ブチルゴム栓で密封し、オートクレーブ（１２１℃、９８ｋＰａ加圧、１０分）処理した。その後、培地を３０℃に冷却し、前述の方法で単離したカプロン酸生産菌ＣＡＰ１０３株の前培養液５０００質量部を瓶を密封した状態でシリンジを用いて添加し、３０℃で３日間静置培養した。
【０１１０】
その後、培養液を濾過し、その濾液をエーテル抽出した後、５％亜硫酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。そして、エーテルを留去後、減圧蒸留してカプロン酸１５０質量部を得た。
【０１１１】
塩素を飽和した９０％硫酸１０００質量部に得られたカプロン酸１５０質量部を加え、２５℃、６時間反応させて６−クロロカプロン酸９７質量部を得た。そして、６−クロロカプロン酸９７質量部を当量の水酸化ナトリウム水溶液と煮沸してε−カプロラクトン７０質量部を得た。
【０１１２】
得られたε−カプロラクトン７０質量部を窒素雰囲気下、１５５℃まで加熱し、ここへ重合触媒としてトリ−ｉｓｏ−プロポキシアルミニウム０．２１質量部、重合開始剤としてジエチレングリコール０．４１質量部を添加し、開環重合して脂肪族ポリエステルを得た。重合時間は１０時間であった。得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量はポリスチレン換算で２８万であった。
【０１１３】
合成した脂肪族ポリエステルの¹Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、内部標準ＣＤＣｌ₃）、¹³Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ、内部標準ＣＤＣｌ₃）を測定した。その化学シフトδ（ｐｐｍ）は以下の通りであった；
¹Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ₃）δ／ｐｐｍ：１．３６〜１．４２（２Ｈ、ｍ）、１．６１〜１．６９（４Ｈ、ｍ）、２．３１（２Ｈ、ｔ）、４．０６（２Ｈ、ｔ）、
¹³Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ₃）δ／ｐｐｍ：２４．５９、２５．５４、２８．３６、３４．１２、６４．１６、１７３．５６。
【０１１４】
以上の測定結果から、目的の脂肪族ポリエステルが合成されたことを確認した。
【０１１５】
（物性評価）
実施例３で合成した脂肪族ポリエステルを用いて各種物性評価を行った。その結果を表３に示す。また、参考例３として、セルグリーン（ダイセル化学工業社製、ポリカプロラクトン系プラスチック、Ｐ−Ｈ７）を用いて比較検討を行った。
【０１１６】
【表３】

【０１１７】
以上の結果から、実施例３で合成した各々の脂肪族ポリエステルは、参考例３の強度および伸度に優れたダイセル化学製の脂肪族ポリエステル（Ｐ−Ｈ７）と同等もしくはそれ以上の物性を有しており、従来公知の石油由来のプラスチック成形品の代替品として十分に利用できることが分かる。
【０１１８】
（実施例４）
デンプン（和光純薬工業製）５０００質量部を水４５０００質量部に投入し、加温しながら溶解した。これに３モル／ｌ硫酸５００００質量部を加え、８０℃で５時間攪拌した。反応終了後、無水炭酸ナトリウムを加えて水溶液を中和した後、イオン交換樹脂カラム（オルガノ社製、アンバライトＩＲ−１２０Ｂ）を通過させ、溶媒を留去した。そして、反応混合物を分離精製し、グルコース３２５０質量部を得た。
【０１１９】
このグルコース３２５０質量部を５０００００質量部の培地（ペプトン１０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、肉エキス２ｇ／ｌ、ＮａＣｌ５ｇ／ｌ、システイン塩酸塩２ｇ／ｌ、炭酸カルシウム５ｇ／ｌ）と混合して耐圧瓶に注入し、瓶内の気相部分を窒素ガスで置換した後ブチルゴム栓で密封し、オートクレーブ（１２１℃、９８ｋＰａ加圧、１０分）処理した。その後、培地を３０℃に冷却し、前述の方法で単離したカプロン酸生産菌ＣＡＰ１０３株の前培養液５０００質量部を瓶を密封した状態でシリンジを用いて添加し、３０℃で３日間静置培養した。
【０１２０】
その後、培養液を濾過し、その濾液をエーテル抽出した後、５％亜硫酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。そして、エーテルを留去後、減圧蒸留してカプロン酸１４０質量部を得た。
【０１２１】
得られたカプロン酸１４０質量部と当量のＮ−クロロジイソプロピルアミンを８４％硫酸１０００質量部に加え、２５℃、５時間反応させて、５−クロロカプロン酸１６７質量部を得た。その後、この５−クロロカプロン酸１６７質量部を当量の水酸化ナトリウム水溶液と煮沸して、δ−カプロラクトン１２２質量部を得た。
【０１２２】
このδ−カプロラクトン１２２質量部を窒素雰囲気下、１５５℃まで加熱し、これにトリ−ｉｓｏ−プロポキシアルミニウム０．３７質量部、ジエチレングリコール０．７４質量部を添加し、開環重合して脂肪族ポリエステルを得た。重合時間は１０時間であり、得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は２６万であった。
【０１２３】
得られた脂肪族ポリエステルの¹³Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ₃）を測定したところ、δ値として１９．９５ｐｐｍ、２０．８２ｐｐｍ、３４．４６ｐｐｍ、３５．２６ｐｐｍ、７０．３１ｐｐｍ、１７３．３７ｐｐｍを観測し、目的の脂肪族ポリエステルが合成されたことを確認した。
【０１２４】
（物性評価）
実施例４で合成した脂肪族ポリエステルを用い、表４に示す物性評価を行った。また、参考例４として、セルグリーン（ダイセル化学工業社製、ポリカプロラクトン系プラスチック、Ｐ−Ｈ７）の物性も評価した。
【０１２５】
【表４】

【０１２６】
以上の結果から、実施例４で合成した各々の脂肪族ポリエステルは、参考例４に用いた、強度および伸度に優れたダイセル化学製の脂肪族ポリエステル（Ｐ−Ｈ７）と同等もしくはそれ以上の物性を有しており、従来のプラスチック成形品の代替品として十分に利用が可能であることが分かった。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、セルロース及びデンプンからグルコースを経て得られるε−カプロラクトン及びδ−カプロラクトンを開環重合する事によって脂肪族ポリエステルを製造することができ、その機械的強度等の物性も十分であり、プラスチック成形品として利用が可能である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an aliphatic polyester, a method for recycling cellulose, and a method for recycling starch.
[0002]
[Prior art]
Conventional general-purpose plastic products are polymer compounds synthesized mainly from petroleum resources. That is, polymer compounds such as polyester, polystyrene, nylon, polyethylene, polyvinyl chloride, polyimide, and polycarbonate are almost always produced from monomers obtained from petroleum as a raw material.
[0003]
However, oil is a finite resource and is expected to be exhausted over time. Therefore, a technology for producing a general-purpose plastic product from a new raw material replacing petroleum, that is, a renewable raw material is strongly desired.
[0004]
Based on this recognition, the present inventors have focused on cellulose and starch as raw materials to replace petroleum, and studied the production of aliphatic polyester from waste cellulose and waste starch.
[0005]
Cellulose is 10 per year⁹-10¹¹Tons are produced and used in large quantities in a wide range of applications such as structural materials, fillers, food additives, and even adhesives. Along with this, the amount of waste cellulose is also increasing year by year.
[0006]
Examples of techniques for decomposing and reusing cellulose include, for example, a method of removing hydrocarbons such as methane and ethane from cellulose (Japanese Patent Laid-Open No. 5-213778), and a method of producing alcohol from cellulose by microorganisms (Japanese Patent Laid-Open No. 11-299479). Etc.) are known.
[0007]
On the other hand, starch is a polymer compound in which D-glucose is polymerized dehydratingly and is an important polysaccharide together with cellulose, but it is also discarded in large quantities as food waste. In addition, starch is produced from potato, sweet potato, corn, etc., and the world production (corn yield) is about 400-500 million tons / year, which is the most produced and renewable in natural resources. It is a resource. Therefore, if general-purpose plastic products can be produced from starch, it is promising as a new resource to replace petroleum.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to cope with the further increase of waste cellulose and waste starch in the future and to promote the utilization of renewable resources, it is necessary to develop new technology that can recycle cellulose and starch more efficiently. It is. Then, this inventor examined producing aliphatic polyester from cellulose and starch as a starting material.
[0009]
One useful method for producing an aliphatic polyester is a method of ring-opening polymerization of caprolactone as a monomer. Examples of caprolactones include ε-caprolactone and δ-caprolactone. ε-caprolactone and δ-caprolactone are easily ring-opening polymerized to give aliphatic polyesters. Such aliphatic polyesters are used in many industrial fields as plastic molded articles, films, hot-melt adhesives, etc. It's being used.
[0010]
Such caprolactones can be obtained by cyclizing caproic acids. Therefore, in order to produce an aliphatic polyester using waste cellulose and waste starch as starting materials, it is necessary to efficiently induce waste cellulose and waste starch into caproic acids.
[0011]
Examples of methods for producing caproic acids include the use of microbial fermentation as disclosed in JP-A-7-203951, JP-A-7-255456, JP-A-8-173147, JP-A-10-155473, and JP-A-10-155473. 11-318428 and the like.
[0012]
However, the publication describes ethyl caproate produced as a by-product in the liquor brewing process, and efficiently disposes caproic acid as waste cellulose and waste so that it can be used as a precursor of an aliphatic polyester monomer. Less is known to derive from starch.
[0013]
In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to produce an aliphatic polyester using caproic acid obtained from cellulose and starch via glucose, that is, a high-quality plastic using cellulose and starch as starting materials. Is to get.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above objectInWhen producing an aliphatic polyester by ring-opening polymerization of caprolactone, caproic acid, which is a precursor of the caprotactone, is converted to glucose.Propionibacterium acnes CAP103 (Propionibacterium acnes CAP103) FERM P-18374 strainBy fermentingSynthesize.
[0015]
More specifically, a method for producing an aliphatic polyester represented by the following formula (Ia),
[0016]
[Chemical formula 5]

[0017]
(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of cellulose to obtain glucose;
Obtaining caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 6-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 6-chlorocaproic acid to obtain ε-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the ε-caprolactone;
A method for producing an aliphatic polyester is provided.
[0018]
Moreover, it is a manufacturing method of the aliphatic polyester shown by following formula (Ib),
[0019]
[Chemical 6]

[0020]
(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of cellulose to obtain glucose;
Obtaining caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 5-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 5-chlorocaproic acid to obtain δ-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the δ-caprolactone;
A method for producing an aliphatic polyester is provided.
[0021]
Furthermore, a method for producing an aliphatic polyester represented by the following formula (Ia),
[0022]
[Chemical 7]

[0023]
(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of starch to obtain glucose;
Obtaining caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 6-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 6-chlorocaproic acid to obtain ε-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the ε-caprolactone;
A method for producing an aliphatic polyester is provided.
[0024]
In addition, a method for producing an aliphatic polyester represented by the following formula (Ib),
[0025]
[Chemical 8]

[0026]
(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of starch to obtain glucose;
Obtaining caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 5-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 5-chlorocaproic acid to obtain δ-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the δ-caprolactone;
A method for producing an aliphatic polyester is provided.
[0027]
In addition, according to this invention as a main process of the above manufacturing method, the manufacturing method of the caproic acid characterized by carrying out microbial fermentation of glucose is provided.
[0028]
An anaerobic bacterium is preferred as the microorganism to be used, and an anaerobic bacterium is preferably a Propionibacterium bacteriumIn the present invention,Propionibacterium acnes CAP103 (FERionbacterium acnes CAP103) FERM P-18374 strain capable of producing caproic acid from glucoseIs used.
[0029]
In the production method described above, by using microorganisms, caproic acid having a purity that can be used as a precursor of an aliphatic polyester monomer (caprolactone) can be efficiently derived from glucose.
[0030]
As a result, it becomes possible to produce an aliphatic polyester using caproic acid obtained from cellulose and starch via glucose, that is, to obtain a high-quality plastic using cellulose and starch as starting materials. Therefore, it is possible to produce an aliphatic polyester obtained using waste cellulose and waste starch as raw materials, and cellulose and starch can be recycled.
[0031]
In addition, as cellulose as a raw material when obtaining glucose from cellulose, it is possible to use commercially available cellulose as well as waste cellulose obtained by appropriately treating wood such as waste paper and waste materials. Can do. Therefore, according to the present invention, a new path to recycling of waste cellulose can be opened.
[0032]
Moreover, as starch as a raw material when obtaining glucose from starch, it is possible to use waste starch obtained by appropriately treating potato, sweet potato, corn, etc. as well as commercially available starch. . Therefore, according to the present invention, a new path to recycling of waste starch can be opened.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Each step will be described below.
[0034]
(Glucose from cellulose)
Examples of the conversion from cellulose to glucose include a decomposition method using an enzyme such as cellulase, a decomposition method using an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid, or a decomposition method using supercritical water.
[0035]
(Starch to glucose)
Examples of conversion from starch to glucose include a hydrolysis method using a dilute acid such as sulfuric acid, a hydrolysis method using an enzyme such as amylase and maltase, or a hydrolysis method using supercritical water.
[0036]
(From glucose to caproic acid)
Conversion from glucose to caproic acid is carried out by anaerobic fermentation by microorganisms. As microorganisms,Clostridium kluyveri,Clostridium barkeriFor example, a strain capable of producing caproic acid from glucose can be used.
[0037]
However, since few strains have been isolated and identified as strains that produce caproic acid from glucose and production efficiency is low, we screened new strains. For example, using caproic acid production medium (glucose 5 g / l, peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, calcium carbonate 5 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l, pH 7.0) under anaerobic conditions. Were screened.
[0038]
As a result,Propionibacterium acnesAs a strain capable of producing caproic acid from glucose, the Propionibacterium acnes CAP103 strain was successfully obtained.
[0039]
The strain has been deposited with the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology as of June 6, 2001 (Accession Number: FERM P-18374).
[0040]
Propionibacterium acnes CAP103 (Propionibacterium acnes CAP103) FERM P-18374 has a high production rate of caproic acid. Specifically, when compared under the same growth conditions, CAP103 achieves the amount of caproic acid produced in a few weeks to several months by an anaerobic bacterium that is generally known and has caproic acid-producing ability. it can. For this reason, sufficient production efficiency of caproic acid can be realized.
[0041]
Propionibacterium acnes CAP103 (Propionibacterium acnes CAP103) FERM P-18374 has a high growth rate. Specifically, general absolute anaerobic bacteria reach the initial logarithmic growth phase in about one month after transplanting, whereas CAP103 reaches the initial logarithmic growth phase in about one week. For this reason, the amount of microbial cells necessary for producing a sufficient amount of caproic acid can be easily secured.
[0042]
Caproic acid fermentation from glucose involves maintaining the anaerobic conditions by adding the above strains to a culture solution containing glucose as the main carbon source and nitrogen, phosphorus, minerals, vitamins, etc. as nutrients. Done.
[0043]
Since the above strains are absolute anaerobic bacteria that are killed by oxygen, anaerobic conditions are strictly realized. After injecting the medium, replace the gas phase part of the culture vessel sealed with a gas-permeating butyl rubber stopper with nitrogen, carbon dioxide, hydrogen, etc., and oxygen in the medium is also cysteine, sodium thioglycolate, sodium sulfide, etc. It is necessary to remove it by a reducing agent, heat treatment, nitrogen aeration, etc.
[0044]
The glucose concentration in the culture solution may be set according to the type of microorganism to be used, but is usually 0.1% by mass or more and preferably 0.5% by mass or more in order to achieve a sufficient amount of caproic acid production. On the other hand, in order to reduce by-products, the content is usually 10% by mass or less, and preferably 5% by mass or less.
[0045]
An auxiliary carbon source is unnecessary, and glucose may be a single carbon source. As the nitrogen source, organic or inorganic nitrogen sources such as urea, ammonia, ammonium sulfate and ammonium nitrate, and natural nitrogen sources such as corn steep liquor, peptone, meat extract and yeast extract are used. As the inorganic salt, potassium phosphate, sodium phosphate, magnesium sulfate, manganese sulfate, ferrous sulfate, potassium chloride, sodium chloride and the like are used.
[0046]
The fermentation temperature is usually 15 ° C. or higher and preferably 20 ° C. or higher in order to realize a sufficient amount of caproic acid produced. On the other hand, in order to reduce by-products and prevent the strain from being killed, the temperature is usually 40 ° C. or lower, and preferably 37 ° C. or lower.
[0047]
In addition, the pH of the culture solution is usually about 5 to 7, but may be set appropriately according to the properties of the microorganism.
[0048]
Further, although the fermentation time depends on the type of microorganism, the CAP103 strain can be fermented in 3 days to 1 week, and in 1 to 3 days if pre-culture conditions are selected.
[0049]
As a method for separating caproic acid from the microorganism culture solution, a distillation method or the like may be used.
[0050]
(Caproic acid to 6-chlorocaproic acid)
The conversion from caproic acid to 6-chlorocaproic acid includes a method in which caproic acid is chlorinated by reacting with chlorine in concentrated sulfuric acid.
[0051]
(Caproic acid to 5-chlorocaproic acid)
Conversion of caproic acid to 5-chlorocaproic acid includes a method in which caproic acid is chlorinated by reacting with N-chlorodiisopropylamine in concentrated sulfuric acid. For this reaction, see N.C. C. Deno et al. Am. Chem. Soc. Journal, No. 93, pages 438-440 (published in 1971).
[0052]
(6-chlorocaproic acid to ε-caprolactone)
Conversion of 6-chlorocaproic acid to ε-caprolactone represented by the following formula (IIa) includes a method of boiling 6-chlorocaproic acid in an aqueous sodium hydroxide solution.
[0053]
[Chemical 9]

[0054]
(From 5-chlorocaproic acid to δ-caprolactone)
The conversion from 5-chlorocaproic acid to δ-caprolactone represented by the following formula (IIb) includes a method of boiling 5-chlorocaproic acid in an aqueous sodium hydroxide solution.
[0055]
Embedded image

[0056]
(From ε-caprolactone and δ-caprolactone to aliphatic polyester; ring-opening polymerization)
In the present invention, a known ring-opening polymerization catalyst can be used as the polymerization catalyst in the ring-opening polymerization of ε-caprolactone and δ-caprolactone. For example, tin dichloride, tin chloride, tetra-n-butoxygermanium, tetramethoxygermanium, tetraethoxygermanium, triethoxyaluminum, tri-n-propoxyaluminum, tri-iso-propoxyaluminum, tri-n-butoxyaluminum, Tri-iso-butoxyaluminum, aluminum chloride, triethylaluminum, trimethylaluminum, di-iso-propylzinc, dimethylzinc, diethylzinc, zinc chloride, tetra-n-propoxytitanium, tetra-n-butoxytitanium, tetra-t- Butoxy titanium, tetraethoxy zirconium, tetramethoxy zirconium, tetra-iso-propoxy zirconium, tetra-n-butoxy zirconium, tetra-iso-butoxy zirconium Beam can be used tetra -t- butoxy zirconium.
[0057]
The usage-amount of a polymerization catalyst is 0.01-10 mass% with respect to the total amount of (epsilon) -caprolactone or (delta) -caprolactone, and a polymerization initiator, Preferably, it is 0.05-5 mass%.
[0058]
In the present invention, a known polymerization initiator can be used as the polymerization initiator in the ring-opening polymerization of ε-caprolactone and δ-caprolactone. For example, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, various butanols, monools such as phenol, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol, 1,5-pentanediol, 1 Diols such as 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol and 1,10-decanediol, triols such as glycerin and trimethylolpropane, and polyols such as neopentyl glycol and pentaerythritol are used. be able to. These may be used alone or in combination of two or more.
[0059]
The molar ratio of the polymerization initiator and ε-caprolactone or δ-caprolactone used in the present invention can be appropriately selected according to the polymerization rate of the desired aliphatic polyester. The molar ratio of the polymerization initiator to ε-caprolactone or δ-caprolactone is 1: 1 to 1: 5000, preferably 1: 1 to 1: 2000.
[0060]
In the ring-opening polymerization of ε-caprolactone and δ-caprolactone, a polymerization catalyst and a polymerization initiator are added to ε-caprolactone and δ-caprolactone and a polymerization reaction is performed in the presence of an inert gas or under reduced pressure. Preferably, it is carried out at normal pressure under a nitrogen atmosphere for convenience.
[0061]
The reaction temperature and time for ring-opening polymerization of ε-caprolactone and δ-caprolactone can be arbitrarily selected. The reaction temperature is preferably in the range of 50 to 200 ° C, more preferably 100 to 180 ° C. If it is 50 degreeC or more, reaction rate will be quick enough. If it is 200 degrees C or less, coloring of the aliphatic polyester by an oxidation reaction, the decomposition reaction of the produced aliphatic polyester, etc. will be suppressed. Although reaction time can also be selected arbitrarily, it can carry out in the range which does not affect the quality of the aliphatic polyester to produce | generate.
[0062]
The ring-opening polymerization of ε-caprolactone and δ-caprolactone can be carried out in a solvent. The solvent is an inert solvent that does not react with ε-caprolactone or δ-caprolactone, a polymerization catalyst, a polymerization initiator, and preferably an aromatic hydrocarbon such as toluene or xylene, or an aliphatic or alicyclic such as hexane or cyclohexane. Hydrocarbons can be used. These solvents are preferably substantially anhydrous.
[0063]
The weight average molecular weight of the aliphatic polyester obtained by ring-opening polymerization of ε-caprolactone and δ-caprolactone is 1,000 to 1,000,000, preferably 30,000 to 500,000 in terms of polystyrene.
[0064]
The aliphatic polyester thus obtained can be used as a plastic material that replaces plastic materials that have been used in various fields. It can be applied to many industrial fields by changing the weight average molecular weight and the functional groups contained therein. For example, an aliphatic polyester having a weight average molecular weight of 1000 to 5000 using glycol as a polymerization initiator is very useful as, for example, a raw material of polyurethane or a material such as paint, taking advantage of having a hydroxyl group. Furthermore, aliphatic polyesters having a weight average molecular weight exceeding 50,000 have practical mechanical strength and can be used for plastic molded articles, films, hot melt adhesives and the like.
[0065]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, commercially available high-purity products were used as reagents.
[0066]
(Screening for caproic acid producing bacteria)
Sampling the reduced soil located several centimeters below the surface of the swampy soil in the infiltrated state, the microbial membrane on the surface of the drainage ditch, and the scum floating on the water stop surface, and 5 g / l glucose and 5 g / l calcium carbonate Pre-cultured with the added VL medium (peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, meat extract 2 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l). After injecting the medium into the vial to make it anaerobic, the gas phase was replaced with nitrogen gas, sealed, autoclaved (121 ° C, 98 kPa pressure, 10 minutes), and opened when adding the sample did. After the sample addition, the gas phase portion of the vial was again replaced with nitrogen gas and sealed with a butyl rubber stopper.
[0067]
Then, after stationary culture under anaerobic conditions at 30 ° C. for 2 weeks with occasional agitation, 1% volume of the preculture solution was added to the medium kept in anaerobic conditions in the same manner as described above.
[0068]
Then, after stationary culture at 30 ° C. for 1 week with occasional stirring, caproic acid produced in the culture solution was methylated, and caproic acid methyl ester was evaluated by GC-MS. Next, the culture solution in which the production of caproic acid was observed was sterilized, diluted in several stages with a 2 g / l aqueous solution of cysteine hydrochloride adjusted to pH 7.0, and cultured by the roll tube method at each dilution stage. The medium used was the above medium with 2% by mass of agar added.
[0069]
Thereafter, the cells were cultured at 30 ° C. for 1 week, and the resulting colonies were suspended in the above medium maintained under anaerobic conditions in the same manner as described above in a glove box filled with nitrogen gas. Then, after stationary culture at 30 ° C. for 1 week with occasional stirring, caproic acid in the culture solution was evaluated by GC-MS after methylation treatment. The culture solution in which the production of caproic acid was observed was cultured by the roll tube method in the same manner as above, and the colonies were separated to isolate the caproic acid producing strain. The isolate was identified as Propionibacterium acnes and was named CAP103.
[0070]
(Example 1-1)
6000 parts by mass of cellulose (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., KC Flock W-100) was added to 183,000 parts by mass of the enzyme solution and stirred at 45 ° C. for 8 hours. The enzyme solution used was obtained by dissolving 3000 parts by mass of cellulase (Meiji Seika, Mecelase TP60) in 180000 parts by mass of an acetic acid / sodium acetate aqueous solution (pH 4.5).
[0071]
After the reaction, 60000 parts by mass of methanol was added, the water-soluble residue was filtered off, and further passed through an ion exchange resin column (Amberlite IR-120B, manufactured by Organo Corporation), and the solvent was distilled off. The reaction mixture was separated and purified to obtain 3250 parts by mass of glucose.
[0072]
3250 parts by mass of this glucose was mixed with 500,000 parts by mass of a medium (peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, meat extract 2 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l, calcium carbonate 5 g / l). After injecting into the pressure bottle, the gas phase portion in the bottle was replaced with nitrogen gas, sealed with a butyl rubber stopper, and autoclaved (121 ° C., 98 kPa pressure, 10 minutes).
[0073]
Thereafter, the medium was cooled to 30 ° C., and 5000 parts by mass of the preculture solution of caproic acid-producing CAP103 strain isolated by the above method was added using a syringe with the bottle sealed, and the plate was allowed to stand still at 30 ° C. for 3 days. Incubated. Thereafter, the culture broth was filtered, and the filtrate was extracted with ether and washed with a 5% aqueous sodium bisulfite solution. And after distilling ether off, it distilled under reduced pressure and obtained 130 mass parts of caproic acids.
[0074]
130 parts by mass of the obtained caproic acid was added to 1000 parts by mass of 90% sulfuric acid saturated with chlorine and reacted at 25 ° C. for 6 hours to obtain 80 parts by mass of 6-chlorocaproic acid.
[0075]
80 parts by mass of the obtained 6-chlorocaproic acid was boiled with an equivalent sodium hydroxide aqueous solution to obtain 55 parts by mass of ε-caprolactone.
[0076]
Then, 55 parts by mass of the obtained ε-caprolactone was heated to 155 ° C. in a nitrogen atmosphere, and 0.17 parts by mass of tri-iso-propoxyaluminum and 0.33 parts by mass of diethylene glycol were added thereto, followed by ring-opening polymerization. As a result, an aliphatic polyester was obtained. The polymerization time was 10 hours, and the resulting aliphatic polyester had a weight average molecular weight of 300,000.
[0077]
About the obtained aliphatic polyester, using FT-NMR DPX400 (made by Bruker),¹H-NMR and¹³C-NMR was measured.¹H-NMR (400 MHz) is CDCl_ThreeΔ as 1.36 to 1.42 ppm (2H, m), 1.61 to 1.69 ppm (4H, m), 2.31 ppm (2H, t), 4.06 (2H, t ) Was observed. Also,¹³C-NMR (100 MHz) is CDCl_ThreeThe δ was measured as 24.59 ppm, 25.54 ppm, 28.36 ppm, 34.12 ppm, 64.16 ppm, 173.56 ppm. From these measurement results, it was confirmed that the target aliphatic polyester was synthesized.
[0078]
(Example 1-2)
Recycled PPC recycled paper (Canon sales company, EN-500, A4) (copied on one side with a copier) is cut into 5 mm squares, and 6000 parts by mass are put into 183,000 parts by mass of enzyme solution. Stir at 8 ° C. for 8 hours. The enzyme solution used was obtained by dissolving 3000 parts by mass of cellulase (Meiji Seika, Mecelase TP60) in 180000 parts by mass of an acetic acid / sodium acetate aqueous solution (pH 4.5).
[0079]
After the reaction, 60000 parts by mass of methanol was added, the water-soluble residue was filtered off, passed through an ion exchange resin column (Amberlite IR-120B, manufactured by Organo), and the solvent was distilled off. The reaction mixture was separated and purified to obtain 2820 parts by mass of glucose.
[0080]
2820 parts by mass of glucose were mixed with 500,000 parts by mass of a medium (peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, meat extract 2 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l, calcium carbonate 5 g / l). After injecting into the pressure bottle, the gas phase portion in the bottle was replaced with nitrogen gas, sealed with a butyl rubber stopper, and autoclaved (121 ° C., 98 kPa pressure, 10 minutes).
[0081]
Thereafter, the medium was cooled to 30 ° C., and 5000 parts by mass of the preculture solution of caproic acid-producing CAP103 strain isolated by the above method was added using a syringe with the bottle sealed, and the plate was allowed to stand still at 30 ° C. for 3 days. Incubated. Thereafter, the culture broth was filtered, and the filtrate was extracted with ether and washed with a 5% aqueous sodium bisulfite solution. And after distilling ether off, it distilled under reduced pressure and obtained 89 mass parts of caproic acids.
[0082]
89 parts by mass of the obtained caproic acid was added to 1000 parts by mass of 90% sulfuric acid saturated with chlorine and reacted at 25 ° C. for 6 hours to obtain 57 parts by mass of 6-chlorocaproic acid.
[0083]
The obtained 57 parts by mass of 6-chlorocaproic acid was boiled with an equivalent aqueous sodium hydroxide solution to obtain 55 parts by mass of ε-caprolactone.
[0084]
Then, 55 parts by mass of the obtained ε-caprolactone was heated to 150 ° C. in a nitrogen atmosphere, and 0.13 parts by mass of tetra-n-butoxytitanium and 0.25 parts by mass of 1,8-octanediol were added thereto. Then, ring-opening polymerization was performed to obtain an aliphatic polyester. The polymerization time was 10 hours, and the resulting aliphatic polyester had a weight average molecular weight of 220,000.
[0085]
In addition, the aliphatic polyester obtained¹When H-NMR was measured, the same spectrum as in Example 1 was obtained, and it was confirmed that the desired aliphatic polyester was synthesized.
[0086]
(Evaluation of the physical properties)
Using the aliphatic polyester synthesized in Examples 1-1 and 1-2, the physical properties shown in Table 1 were evaluated. In addition, as Reference Example 1, physical properties of Cell Green (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., polycaprolactone plastic, P-H7) were also evaluated.
[0087]
[Table 1]

[0088]
From the above results, each of the aliphatic polyesters synthesized in Examples 1-1 and 1-2 was the aliphatic polyester (P-H7) manufactured by Daicel Chemical Industries, which was used in Reference Example 1 and was excellent in strength and elongation. It has been found that it can be used as a substitute for conventional plastic molded products.
[0089]
(Example 2-1)
6000 parts by mass of cellulose (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., KC Flock W-100) was added to 183,000 parts by mass of the enzyme solution and stirred at 45 ° C. for 8 hours. The enzyme solution used was obtained by dissolving 3000 parts by mass of cellulase (Meiji Seika, Mecelase TP60) in 180000 parts by mass of an acetic acid / sodium acetate aqueous solution (pH 4.5).
[0090]
After the reaction, 60000 parts by mass of methanol was added, the water-soluble residue was filtered off, passed through an ion exchange resin column (Amberlite IR-120B, manufactured by Organo), and the solvent was distilled off. The reaction mixture was separated and purified to obtain 3300 parts by mass of glucose.
[0091]
Using the obtained glucose, FT-NMR DPX400 (manufactured by Bruker),¹³C-NMR (100 MHz, DMSO-d₆) Was measured. As a result, 92.12 ppm, 73.04 ppm, 72.29 ppm, 71.80 ppm, 70.58 ppm and 61.20 ppm were confirmed as the δ value of the peak derived from α-type glucose. Moreover, 96.79 ppm, 76.70 ppm, 76.59 ppm, 74.78 ppm, 70.30 ppm, and 61.00 ppm were confirmed as δ values of peaks derived from β-type glucose.
[0092]
3300 parts by mass of this glucose was mixed with 500,000 parts by mass of a medium (peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, meat extract 2 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l, calcium carbonate 5 g / l). After injecting into the pressure bottle, the gas phase portion in the bottle was replaced with nitrogen gas, sealed with a butyl rubber stopper, and autoclaved (121 ° C., 98 kPa pressure, 10 minutes).
[0093]
Thereafter, the medium was cooled to 30 ° C., and 5000 parts by mass of the preculture solution of caproic acid-producing CAP103 strain isolated by the above method was added using a syringe with the bottle sealed, and the plate was allowed to stand still at 30 ° C. for 3 days. Incubated. Thereafter, the culture broth was filtered, and the filtrate was extracted with ether and washed with a 5% aqueous sodium bisulfite solution. And after distilling ether off, it distilled under reduced pressure and obtained 140 mass parts of caproic acids.
[0094]
N-chlorodiisopropylamine equivalent to 140 parts by mass of caproic acid thus obtained was added to 1000 parts by mass of 84% sulfuric acid and reacted at 25 ° C. for 5 hours to obtain 175 parts by mass of 5-chlorocaproic acid. Thereafter, 175 parts by mass of this 5-chlorocaproic acid was boiled with an equivalent aqueous sodium hydroxide solution to obtain 128 parts by mass of δ-caprolactone.
[0095]
Of the obtained δ-caprolactone¹³C-NMR (100 MHz, CDCl_Three) Value of 19.90 ppm, 20.88 ppm, 34.27 ppm, 35.31 ppm, 70.44 ppm, 172.84 ppm was confirmed.
[0096]
128 parts by mass of this δ-caprolactone is heated to 155 ° C. in a nitrogen atmosphere, 0.39 parts by mass of tri-iso-propoxyaluminum and 0.77 parts by mass of diethylene glycol are added thereto, and ring-opening polymerization is performed to obtain an aliphatic polyester. Got. The polymerization time was 10 hours, and the resulting aliphatic polyester had a weight average molecular weight of 280,000.
[0097]
Of the resulting aliphatic polyester¹³C-NMR (100 MHz, CDCl_Three) Was observed as 19. values of 19.95 ppm, 20.82 ppm, 34.46 ppm, 35.26 ppm, 70.31 ppm, and 173.37 ppm, confirming that the desired aliphatic polyester was synthesized.
[0098]
(Example 2-2)
Recycled PPC recycled paper (Canon Sales Co., Ltd., EN-500, A4) (copied on one side with a copier) is cut into 5 mm squares, and 6000 parts by mass are put into 183,000 parts by mass of the enzyme solution. , And stirred at 45 ° C. for 8 hours. The enzyme solution used was obtained by dissolving 3000 parts by mass of cellulase (Meiji Seika, Mecelase TP60) in 180000 parts by mass of an acetic acid / sodium acetate aqueous solution (pH 4.5).
[0099]
After the reaction, 60000 parts by mass of methanol was added, the water-soluble residue was filtered off, passed through an ion exchange resin column (Amberlite IR-120B, manufactured by Organo), and the solvent was distilled off. The reaction mixture was separated and purified to obtain 2660 parts by mass of glucose.
[0100]
Mix 2660 parts by weight of this glucose with 500,000 parts by weight of a medium (peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, meat extract 2 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l, calcium carbonate 5 g / l). After injecting into the pressure bottle, the gas phase portion in the bottle was replaced with nitrogen gas, sealed with a butyl rubber stopper, and autoclaved (121 ° C., 98 kPa pressure, 10 minutes). Thereafter, the medium was cooled to 30 ° C., and 5000 parts by mass of the preculture solution of caproic acid-producing CAP103 strain isolated by the above method was added using a syringe with the bottle sealed, and the plate was allowed to stand still at 30 ° C. for 3 days. Incubated.
[0101]
Thereafter, the culture broth was filtered, and the filtrate was extracted with ether and washed with a 5% aqueous sodium bisulfite solution. And after distilling ether off, it distilled under reduced pressure and obtained 85 mass parts of caproic acids.
[0102]
Equivalent N-chlorodiisopropylamine was added to 85 parts by mass of caproic acid and 1000 parts by mass of 84% sulfuric acid, and reacted at 25 ° C. for 5 hours to obtain 103 parts by mass of 5-chlorocaproic acid.
[0103]
Next, 103 parts by mass of the obtained 5-chlorocaproic acid was boiled with an equivalent aqueous sodium hydroxide solution to obtain 68 parts by mass of δ-caprolactone.
[0104]
Thereafter, 68 parts by mass of the obtained δ-caprolactone was heated to 150 ° C. in a nitrogen atmosphere, and 0.23 parts by mass of tetra-n-butoxytitanium and 0.46 parts by mass of 1,8-octanediol were added thereto. Ring-opening polymerization yielded an aliphatic polyester. The polymerization time was 10 hours, and the resulting aliphatic polyester had a weight average molecular weight of 210,000. Also,¹³When C-NMR was measured, the same spectrum as in Example 2-1 was obtained, and it was confirmed that the target aliphatic polyester was synthesized.
[0105]
(Evaluation of the physical properties)
Using the aliphatic polyester synthesized in Examples 2-1 and 2-2, the physical properties shown in Table 2 were evaluated. Further, as Reference Example 2, physical properties of Cell Green (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., polycaprolactone plastic, P-H7) were also evaluated.
[0106]
[Table 2]

[0107]
From the above results, the aliphatic polyesters synthesized in Examples 2-1 and 2-2 were used in Reference Example 2 and were manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd. (P-H7), which was excellent in strength and elongation. It has been found that it can be used as a substitute for conventional plastic molded products.
[0108]
(Example 3)
6500 parts by mass of starch (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was put into 58500 parts by mass of water and dissolved while heating. To this was added 60000 parts by mass of 3 mol / l sulfuric acid, and the mixture was reacted at 80 ° C. for 5 hours with stirring. After completion of the reaction, anhydrous sodium carbonate was added to neutralize the aqueous solution, and then the solution was passed through an ion exchange resin column (Amberlite IR-120B, manufactured by Organo Corporation), and the solvent was distilled off. The reaction mixture was separated and purified to obtain 3800 parts by mass of glucose.
[0109]
3800 parts by mass of this glucose was mixed with 500,000 parts by mass of a medium (peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, meat extract 2 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l, calcium carbonate 5 g / l). After injecting into the pressure bottle, the gas phase portion in the bottle was replaced with nitrogen gas, sealed with a butyl rubber stopper, and autoclaved (121 ° C., 98 kPa pressure, 10 minutes). Thereafter, the medium was cooled to 30 ° C., and 5000 parts by mass of the preculture solution of caproic acid-producing CAP103 strain isolated by the above method was added using a syringe with the bottle sealed, and the plate was allowed to stand still at 30 ° C. for 3 days. Incubated.
[0110]
Thereafter, the culture broth was filtered, and the filtrate was extracted with ether and washed with a 5% aqueous sodium bisulfite solution. And after distilling ether off, it distilled under reduced pressure and obtained 150 mass parts of caproic acids.
[0111]
150 parts by mass of caproic acid obtained was added to 1000 parts by mass of 90% sulfuric acid saturated with chlorine, and reacted at 25 ° C. for 6 hours to obtain 97 parts by mass of 6-chlorocaproic acid. Then, 97 parts by mass of 6-chlorocaproic acid was boiled with an equivalent aqueous sodium hydroxide solution to obtain 70 parts by mass of ε-caprolactone.
[0112]
70 parts by mass of the obtained ε-caprolactone was heated to 155 ° C. in a nitrogen atmosphere, and 0.21 part by mass of tri-iso-propoxyaluminum as a polymerization catalyst and 0.41 part by mass of diethylene glycol as a polymerization initiator were added thereto. Ring-opening polymerization yielded an aliphatic polyester. The polymerization time was 10 hours. The resulting aliphatic polyester had a weight average molecular weight of 280,000 in terms of polystyrene.
[0113]
Of synthetic aliphatic polyester¹H-NMR (400 MHz, internal standard CDCl_Three),¹³C-NMR (100 MHz, internal standard CDCl_Three) Was measured. Its chemical shift δ (ppm) was:
¹H-NMR (400 MHz, CDCl_Three) Δ / ppm: 1.36 to 1.42 (2H, m), 1.61 to 1.69 (4H, m), 2.31 (2H, t), 4.06 (2H, t),
¹³C-NMR (100 MHz, CDCl_Three) / Ppm: 24.59, 25.54, 28.36, 34.12, 64.16, 173.56.
[0114]
From the above measurement results, it was confirmed that the target aliphatic polyester was synthesized.
[0115]
(Evaluation of the physical properties)
Various physical properties were evaluated using the aliphatic polyester synthesized in Example 3. The results are shown in Table 3. Moreover, as Reference Example 3, a comparative study was performed using Cell Green (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., polycaprolactone plastic, P-H7).
[0116]
[Table 3]

[0117]
From the above results, each aliphatic polyester synthesized in Example 3 has physical properties equivalent to or higher than those of Daicel Chemical's aliphatic polyester (P-H7) excellent in strength and elongation of Reference Example 3. It can be seen that it can be sufficiently used as a substitute for a conventionally known petroleum-derived plastic molded product.
[0118]
(Example 4)
5000 parts by mass of starch (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 45,000 parts by mass of water and dissolved while heating. To this was added 50000 parts by mass of 3 mol / l sulfuric acid, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 5 hours. After completion of the reaction, anhydrous sodium carbonate was added to neutralize the aqueous solution, and then the solution was passed through an ion exchange resin column (Amberlite IR-120B, manufactured by Organo Corporation), and the solvent was distilled off. Then, the reaction mixture was separated and purified to obtain 3250 parts by mass of glucose.
[0119]
3250 parts by mass of this glucose was mixed with 500,000 parts by mass of a medium (peptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, meat extract 2 g / l, NaCl 5 g / l, cysteine hydrochloride 2 g / l, calcium carbonate 5 g / l). After injecting into the pressure bottle, the gas phase portion in the bottle was replaced with nitrogen gas, sealed with a butyl rubber stopper, and autoclaved (121 ° C., 98 kPa pressure, 10 minutes). Thereafter, the medium was cooled to 30 ° C., and 5000 parts by mass of the preculture solution of caproic acid-producing CAP103 strain isolated by the above method was added using a syringe with the bottle sealed, and the plate was allowed to stand still at 30 ° C. for 3 days. Incubated.
[0120]
Thereafter, the culture broth was filtered, and the filtrate was extracted with ether and washed with a 5% aqueous sodium bisulfite solution. And after distilling ether off, it distilled under reduced pressure and obtained 140 mass parts of caproic acids.
[0121]
140 parts by mass of the obtained caproic acid and an equivalent amount of N-chlorodiisopropylamine were added to 1000 parts by mass of 84% sulfuric acid and reacted at 25 ° C. for 5 hours to obtain 167 parts by mass of 5-chlorocaproic acid. Thereafter, 167 parts by mass of this 5-chlorocaproic acid was boiled with an equivalent aqueous sodium hydroxide solution to obtain 122 parts by mass of δ-caprolactone.
[0122]
122 parts by mass of this δ-caprolactone is heated to 155 ° C. under a nitrogen atmosphere, 0.37 parts by mass of tri-iso-propoxyaluminum and 0.74 parts by mass of diethylene glycol are added thereto, and ring-opening polymerization is carried out to form an aliphatic polyester. Got. The polymerization time was 10 hours, and the resulting aliphatic polyester had a weight average molecular weight of 260,000.
[0123]
Of the resulting aliphatic polyester¹³C-NMR (100 MHz, CDCl_Three) Was observed as 19. values of 19.95 ppm, 20.82 ppm, 34.46 ppm, 35.26 ppm, 70.31 ppm, and 173.37 ppm, confirming that the desired aliphatic polyester was synthesized.
[0124]
(Evaluation of the physical properties)
Using the aliphatic polyester synthesized in Example 4, the physical properties shown in Table 4 were evaluated. In addition, as Reference Example 4, the physical properties of Cell Green (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., polycaprolactone plastic, P-H7) were also evaluated.
[0125]
[Table 4]

[0126]
From the above results, each of the aliphatic polyesters synthesized in Example 4 was equal to or more than the aliphatic polyester (P-H7) manufactured by Daicel Chemical that was excellent in strength and elongation used in Reference Example 4. It has been found that it has physical properties and can be sufficiently used as an alternative to conventional plastic molded products.
[0127]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an aliphatic polyester can be produced by ring-opening polymerization of ε-caprolactone and δ-caprolactone obtained from cellulose and starch via glucose, and its physical properties such as mechanical strength can be produced. Is sufficient, and can be used as a plastic molded product.

Claims

Propionibacterium acnes CAP103 (Propionibacterium acnes CAP103) FERM P-18374 strain.

A process for producing an aliphatic polyester represented by the following formula (Ia):

(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of cellulose to obtain glucose;
Using the strain of claim 1 to obtain caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 6-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 6-chlorocaproic acid to obtain ε-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the ε-caprolactone;
A process for producing an aliphatic polyester, comprising:

The method for producing an aliphatic polyester according to claim 2, wherein the step of obtaining glucose from cellulose is an enzymatic hydrolysis.

The method for producing an aliphatic polyester according to claim 2 or 3 , wherein the step of obtaining caproic acid from glucose is performed by fermentation using the strain according to claim 1.

A process for producing an aliphatic polyester represented by the following formula (Ib):

(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of cellulose to obtain glucose;
Using the strain of claim 1 to obtain caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 5-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 5-chlorocaproic acid to obtain δ-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the δ-caprolactone;
A process for producing an aliphatic polyester, comprising:

(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of starch to obtain glucose;
Using the strain of claim 1 to obtain caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 6-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 6-chlorocaproic acid to obtain ε-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the ε-caprolactone;
A process for producing an aliphatic polyester, comprising:

(In the formula, n represents an integer of 5 to 10,000.)
Hydrolysis of starch to obtain glucose;
Using the strain of claim 1 to obtain caproic acid from the glucose by microbial fermentation;
Chlorinating the caproic acid to obtain 5-chlorocaproic acid;
Cyclizing the 5-chlorocaproic acid to obtain δ-caprolactone;
Ring-opening polymerization of the δ-caprolactone;
A process for producing an aliphatic polyester, comprising: