JP7468810B1 - 1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法、1,6-ヘキサンジオール組成物及びポリマー - Google Patents

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Abstract

反応性に優れるバイオマス資源由来の1,6-ヘキサンジオール組成物の環境に配慮した製造方法、該製造方法により得られる反応性に優れる1,6-ヘキサンジオール組成物、該1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られる反応性に優れるポリマーを提供することを目的とする。本発明の製造方法は、バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程(1)と、工程(1)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物を、イオン交換及び/又は蒸留により精製する工程(2)と、を含む1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法に関する。

Description

本発明は、1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法、1,6-ヘキサンジオール組成物及びポリマーに関する。
1,6-ヘキサンジオール(1,6-HD)組成物は、ポリエステル、ポリウレタン等のポリマーの製造のために有用な中間生成物である。1,6-ヘキサンジオール組成物は、従来から、石油化学製品であるシクロヘキサンを酸化することにより生成するアジピン酸、6-ヒドロキシカプロン酸、グルタル酸等のカルボン酸混合物を、エステル化した後に水素化し、蒸留精製することで生産されている。
一方、近年の環境意識の高まりの中、地球温暖化に影響を及ぼす石油由来の原料ではなく、バイオマス資源由来の原料が望まれており、1,6-ヘキサンジオールにおいてもバイオマス資源由来の原料から微生物により、バイオマス資源由来の1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する試みも行われているが上市されている製品は無い。例えば、特許文献1、2では、酵素を使用した1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法に関して、酵素の遺伝子情報及び代謝経路・精製による製造方法に関する記載が開示されている。
特開2020-114227号公報 特許6680671号公報
しかしながら、特許文献1、2では、環境に配慮したバイオマス資源由来の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法が開示されているものの、該1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれる不純物に関しては、開示されておらず、該1,6-ヘキサンジオールを用いたポリエステルやポリウレタン等のポリマーの反応性について言及されてはいなかった。本発明者らは、1,6-ヘキサンジオール組成物を特許6680671号公報の記載に沿って製造した後、公知の手法を用いて精製を行ったところ、該1,6-ヘキサンジオール組成物を用いて、ポリエステル、ポリウレタン等のポリマーの反応を行うと、従来の石油由来の1,6-ヘキサンジオール組成物では見られない反応性の低下や引張強伸度等の物性の低下を確認した。本発明者らが詳細に検討した結果、バイオマス資源由来の1,6-ヘキサンジオール組成物の原料であるグルコース等の一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体の含有量が多い場合にそのような現象が見られることが判明した。
本発明は、前記課題を解決し、反応性に優れるバイオマス資源由来の1,6-ヘキサンジオール組成物の環境に配慮した製造方法、該製造方法により得られる反応性に優れる1,6-ヘキサンジオール組成物、該1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られる反応性に優れるポリエステル、ポリウレタン等のポリマーを提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、バイオマス資源由来の1,6-ヘキサンジオール組成物において、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体の含有量を特定量以下にすることにより、反応性を改善できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、以下の発明を提供するものである。
[1]バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程(1)と、工程(1)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物を、イオン交換及び/又は蒸留により精製する工程(2)と、を含み、前記1,6-ヘキサンジオール組成物が、1,6-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオール誘導体のいずれか一方又は両方、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)、及び6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)を含有し、 前記1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する前記一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の含有量が100質量ppm以下であり、且つ、前記1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量が1500質量ppm以下である1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
[2]前記工程(1)が、70℃以下の条件で前記1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程である[1]の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
[3]前記工程(1)が、50℃以下の条件で前記1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程である[1]の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
[4]前記工程(1)が、前記1,6-ヘキサンジオール組成物を微生物により生産する工程である[1]~[3]のいずれかの1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
[5][1]~[4]のいずれかの1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法により得られた前記1,6-ヘキサンジオール組成物が、1,6-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオール誘導体のいずれか一方又は両方、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)、及び6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)を含有し、前記1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量が100質量ppm以下であり、且つ、前記1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量が1500質量ppm以下である1,6-ヘキサンジオール組成物。
[6][5]の1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料とするポリマー。
[7]前記ポリマーがポリエステル又はポリウレタンである[6]のポリマー。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法は、バイオマス資源由来の原料から1,6-ヘキサンジオール組成物を生産するため、二酸化炭素排出量削減が可能となる等、環境に配慮した製造方法である。また本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物は、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量が100質量ppm以下、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量が1500質量ppm以下であるため、反応性に優れる。したがって、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法は、反応性に優れる1,6-ヘキサンジオール組成物を環境に配慮して製造できる。
また、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られる本発明のポリマー(ポリエステル等)も反応性に優れる。また、本発明のポリウレタンは、良好な引張強伸度を有する。
まず、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法により得られる1,6-ヘキサンジオール組成物(本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物とも記載する)について説明する。
<1,6-ヘキサンジオール組成物>
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物(単に「組成物」ということがある)は、1,6-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオール誘導体のいずれか一方又は両方、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)、及び6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)を含有する組成物である。なお、本明細書において、2級水酸基とは、水酸基が結合する炭素原子が第2級炭素原子である水酸基を意味する。
本明細書において、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)を単に「(A)成分」ということがあり、(B)成分も同様である。
<<1,6-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール誘導体>>
本発明の組成物に含まれる1,6-ヘキサンジオールは、未変性の1,6-ヘキサンジオールであることが好ましいが、1,6-ヘキサンジオール誘導体であってもよい。即ち本発明の組成物は、1,6-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオール誘導体のいずれか一方を少なくとも含有する。
本発明の組成物に含まれる1,6-ヘキサンジオール誘導体は、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれる1,6-ヘキサンジオールが有する二つの水酸基のうちの一方又は両方を変性させた化合物である。ここで、1,6-ヘキサンジオールが有する水酸基を変性する方法としては、水酸基を変性する公知の方法が使用でき、例えばエーテル化反応、エステル化反応、(メタ)アクリル酸による変性等が挙げられる。
前記1,6-ヘキサンジオール誘導体としては、例えば、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、6-ヒドロキシヘキシルグリシジルエーテル等のエポキシ基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体;1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、アクリル酸6-ヒドロキシヘキシル、1,6-ヘキサンジオールモノアクリレートモノメタクリレート等の(メタ)アクリロイル基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体;1,6-ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールモノビニルエーテル等のビニルエーテル基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体;6-プロピルオキシ-1-ヘキサノール、1,6-ジプロポキシ-ヘキサン、1,6-ヘキサンジオールメチルエーテル、1,6-ジメトキシヘキサン等の脂肪族アルキルエーテル基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体;プロピル6-ヒドロキシヘキサノエート、ジ-n-プロピルアジペート、メチル6-ヒドロキシカプロエート、ジメチルアジペート等の脂肪酸エステル基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体;等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
本明細書において、(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基、メタクリロイル基の一方又は両方を意味し、(メタ)アクリレートとは、アクリレート、メタクリレートの一方又は両方を意味する。
本発明の組成物において、1,6-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオール誘導体のいずれか一方又は両方の合計含有量は、組成物の総量に対して、好ましくは96.00~99.99質量%、より好ましくは98.00~99.99質量%、更に好ましくは99.50~99.99質量%である。(A)成分の合計含有量、(B)成分の合計含有量を上記範囲内としつつ、1,6-ヘキサンジオール組成物の純度を上記範囲内とすることにより、本発明の効果がより好適に得られる傾向がある。
本明細書において、1,6-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオール誘導体のいずれか一方又は両方の合計含有量は、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC/MS)により測定される値である。
<<(A)成分>>
(A)成分としては、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物であれば特に限定されず、2,3-ブチレングリコール、エリスリトール、トレイトール、アラビトール、キシリトール、リビトール、イジトール、ガラクチトール、ソルビトール、マンニトール、ボレミトールに代表される脂肪族ポリオール;1,2-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、グルコース、フルクトース、イノシトール、クエルシトールに代表される脂環族ポリオール;及びこれらの化合物が任意の組合せで脱水縮合してなるオリゴマー;等が挙げられる。これらは単独でもよく2種以上でもよい。なかでも、1,6-ヘキサンジオール組成物の反応性、該1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られるポリエステル等のポリマーの反応性への影響が大きいことから、1,4-シクロヘキサンジオール、グルコースであってもよい。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量(好ましくは1,4-シクロヘキサンジオールおよびグルコースのいずれか一方又は両方の合計含有量)は、100質量ppm以下であり、好ましくは50質量ppm以下、より好ましくは10質量ppm以下、更に好ましくは5質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。これにより、本発明の組成物の良好な反応性、本発明の組成物を反応原料とするポリマー(ポリエステル等)の良好な反応性、およびポリウレタンの良好な皮膜物性(引張強伸度)が得られる傾向がある。
本明細書において、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量は、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC/MS)により測定される値である。
<<(B)成分>>
(B)成分としては、6-ヒドロキシヘキサナールおよび6-ヒドロキシヘキサナールの誘導体の一方又は両方であれば特に限定されない。
前記6-ヒドロキシヘキサナールの誘導体としては、6-ヒドロキシヘキサナール(下記式(1)で表される化合物)の誘導体であれば特に限定されず、環化物、アルドール縮合物、グリセリン反応物、ヘキサンジオール(HDO)反応物等が挙げられ、具体的には、例えば、下記式(2)~(7)で表される化合物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
Figure 0007468810000001
(B)成分としては、1,6-ヘキサンジオール組成物の反応性、該1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られるポリエステル等のポリマーの反応性への影響が大きいことから、6-ヒドロキシヘキサナールであってもよい。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量(好ましくは6-ヒドロキシヘキサナールの含有量)は、1500質量ppm以下であるが、好ましくは1000質量ppm以下、より好ましくは500質量ppm以下、更に好ましくは200質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。これにより、本発明の組成物の良好な反応性、本発明の組成物を反応原料とするポリマー(ポリエステル等)の良好な反応性、およびポリウレタンの良好な引張強伸度が得られる傾向がある。また、組成物や組成物を反応原料とするポリマーの着色や臭気も低減できる。
本明細書において、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量は、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC/MS)により測定される値である。
上述の通り、(A)成分および(B)成分の含有量が上記範囲であることで、本発明の組成物は反応性に優れる。また本発明の組成物を反応原料とするポリエステル等のポリマーも反応性に優れる。このような作用効果が発揮される理由は明らかではないが、以下のように推測される。
2級水酸基は反応性が低いため、本発明の組成物に(A)成分が多く含まれると、本発明の組成物を反応原料とするポリエステル等のポリマーは末端に2級水酸基を有する場合が多くなり、ポリエステル等のポリマーの反応性が低下する。また本発明の組成物に(B)成分が多く含まれると、本発明の組成物を反応原料として重合反応する際に、鎖中断又は分岐を生じる。
したがって、(A)成分の合計含有量を特定量以下、且つ(B)成分の合計含有量を特定量以下とすることにより、1,6-ヘキサンジオール組成物の反応性、該1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られるポリエステル等のポリマーの反応性に優れると推測される。
また、本発明の組成物を反応原料とするポリウレタンは、良好な引張強伸度を有する。これは、本発明の組成物からポリオール(ポリウレタンの反応原料)を合成する際、2級水酸基末端を有するポリオールの生成が少量に抑えられるからである。したがって、ポリウレタン化の際に分子量の低下が生じないため、またポリエステル末端の水酸基量が増えるため、ポリウレタン化の際に分岐が生じ、ポリウレタンの凝集力が低下するためと推測される。
<<アルカリ金属元素>>
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物は、アルカリ金属元素をさらに含有することが好ましい。
通常、ポリエステルを水の存在下で加熱すると、ポリエステルのエステル結合部分に脱水縮合反応時の触媒残渣が配位結合し、エステルの加水分解反応が生じるところ、アルカリ金属元素は触媒残渣がポリエステルのエステル部分に配位することを阻害する。これにより、ポリエステル及びエステル結合を有するポリウレタンの加水分解を好適に抑制でき、良好な耐加水分解性が得られる。
一方、組成物がアルカリ金属元素を多く含有する場合、ポリエステル等のポリマーを合成する際、触媒に配位結合して、触媒本来の作用、つまり、重合反応の速度を増加させる作用を低下させるおそれがある。そこで本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物において、アルカリ金属元素を特定量しか含有しないようにすることにより、触媒本来の作用がアルカリ金属により過度に低下することを抑制できるため、ポリエステルまたはポリウレタン等のポリマーを合成する際にも悪影響を及ぼさない。
よって、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物は、更に、アルカリ金属元素を含有し、アルカリ金属元素を特定量含有することとすれば、良好な耐加水分解性をポリマーに付与できる。さらに、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料としてポリエステルやポリウレタン等のポリマーを合成する際にも悪影響を及ぼさず、該1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られるポリマー(例えば、ポリエステル、エステル結合を有するポリウレタン)は、良好な耐加水分解性を有する。
よって、具体的には、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する、アルカリ金属元素の合計含有量は、0.1~1000質量ppmであることが好ましい。
前記アルカリ金属元素は特に限定されず、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なかでも、ナトリウム、カリウムが好ましい。
本発明の組成物に含まれるアルカリ金属元素の存在状態は特に限定されず、アルカリ金属単体、アルカリ金属化合物、アルカリ金属イオン等でも良い。
アルカリ金属化合物の具体例として、上記のアルカリ金属元素と酢酸、リン酸、硝酸等の酸の金属塩等が挙げられる。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対するアルカリ金属元素の合計含有量(好ましくはナトリウム金属元素及びカリウム金属元素のいずれか一方又は両方の合計含有量)は、0.1~1000質量ppmであるが、好ましくは0.1~800質量ppm、より好ましくは0.1~600質量ppmである。アルカリ金属の合計含有量が0.1質量ppm以上であると、より良好な反応性、耐加水分解性、引張強伸度が得られ、1000質量ppm以下であると、ポリマーを合成する際、例えば、1,6-ヘキサンジオール組成物を原料としてポリエステル又はポリウレタンを合成する際により良好な反応性が得られる傾向がある。
本明細書において、アルカリ金属の合計含有量は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)により測定される値である。
<<グリセリン>>
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物はグリセリンをさらに含有しても良く、グリセリンの組成物の総量に対する含有量は、好ましくは2000質量ppm以下、より好ましくは1500質量ppm以下、更に好ましくは1000質量ppm以下、特に好ましくは500質量ppm以下、最も好ましくは0質量ppm(含まない)である。グリセリンの含有量が2000質量ppm以下であると、1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させてポリエステル等のポリマーを合成する際に、グリセリンがポリマーに過剰に組み込まれることを抑制できるため、ポリエステル等のポリマーの分岐の発生、ゲル化の発生をより好適に抑制することができ、より良好な反応性が得られる傾向がある。
本明細書において、グリセリンの含有量は、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC/MS)により測定される値である。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物は、(A)成分の合計含有量及び(B)成分の合計含有量が上記範囲内となるように製造すればよい。
また、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物において、アルカリ金属の含有量が少ない場合は、例えば、酢酸、リン酸、硝酸等の酸とアルカリ金属との金属塩を添加し、アルカリ金属の合計含有量が上記範囲内となるようにすればよい。
<1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法>
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物としては、具体的には、以下の環境に優しい製造方法(本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法)により得られた1,6-ヘキサンジオール組成物(バイオマス資源から誘導された1,6-ヘキサンジオール組成物)を好適に使用できる。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法について説明する。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法は、バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程(1)と、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物を、イオン交換及び/又は蒸留により精製する工程(2)とを含む。
<<工程(1)>>
工程(1)は、バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程である。ここで、バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産するとは、バイオマス資源由来の原料から、6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体を経由して、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産することを意味する。6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体を経由するとは、6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体を経ていればよく、例えば、微生物の細胞内において、バイオマス資源由来の原料から6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体を経て1,6-ヘキサンジオール組成物に変換する工程であってもよく、微生物によってバイオマス資源由来の原料から6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体を生産し該化合物を含む培養液をそのまま用いて微生物によって1,6-ヘキサンジオール組成物に変換する工程であってもよく、前記培養液に対して精製を行い、異なる反応槽において該化合物を微生物によって1,6-ヘキサンジオール組成物に変換する工程であってもよい。
6-ヒドロキシカプロン酸の誘導体としては、6-ヒドロキシカプロン酸の誘導体であれば特に限定されず、例えば、6-ヒドロキシカプロン酸のチオエステルである6-ヒドロキシ-ヘキサノイル-CoA、6-ヒドロキシカプロン酸の環化物、6-ヒドロキシカプロン酸同士の縮合物、6-ヒドロキシカプロン酸と1,6-ヘキサンジオールの縮合物などのエステル化合物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なかでも、6-ヒドロキシカプロン酸のチオエステルである6-ヒドロキシ-ヘキサノイル-CoAが好ましい。
本明細書において、CoAとは、補酵素Aを意味する。
前記6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体としては、6-ヒドロキシカプロン酸、6-ヒドロキシ-ヘキサノイル-CoAが好ましく、6-ヒドロキシカプロン酸がより好ましい。
前記工程(1)が、70℃以下の条件で1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程であることが好ましく、50℃以下の条件で1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程であることがより好ましい。温度の下限は特に限定されないが、20℃以上が好ましい。比較的低温で生産を行うことにより、製造時の二酸化炭素排出量削減が可能となる上に、脱水を伴う環状化の様な副反応を低減でき、環状オリゴマー等の副生成物の生成を抑制できる。これにより、自動車内装材等で問題なるフォギングの抑制にもつながる。加えて、高分子鎖のパッキング阻害因子が低減化され、皮膜物性向上が可能である。
前記工程(1)は、例えば、1,6-ヘキサンジオールを生産(生合成)可能な微生物を用いて行えばよい。1,6-ヘキサンジオールを生産可能な微生物としては、例えば、特開2020-114227号公報、特許6680671号公報に記載の微生物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。当業者であれば、前記公報等の公知技術に基づいて、1,6-ヘキサンジオールを生産可能な微生物を容易に製造したり、入手したりすることが可能である。
微生物内の代謝経路によって、3-オキソプロピオネート、3-ヒドロキシプロパナールが生産される。
3-ヒドロキシプロパナールの微生物における生産の一例について説明する。特許6680671号公報の図1等に記載の通り、微生物内において、ペントースリン酸経路(PP経路)等の解糖系の代謝経路によって、糖(五炭糖、六炭糖)から3-ホスホ-グリセルアルデヒドが生産される。同様に、微生物内において、代謝経路によって、グリセリンから3-ホスホ-グリセルアルデヒドが生産される。そして、3-ホスホ-グリセルアルデヒドから、微生物が有する複数の酵素が触媒する反応により、3-ヒドロキシプロパナールが生産される。また、ジオールデヒドラターゼ及び/又はグリセロールデヒドラターゼにより、グリセリンから1反応で3-ヒドロキシプロパナールが生産される。
3-オキソプロピオネートの微生物における生産の一例について説明する。特許6680671号公報の図1等に記載の通り、微生物内において、エムデン-マイヤーホフ経路(EM経路)等の解糖系の代謝経路によって、糖(五炭糖、六炭糖)から3-ホスホグリセリン酸、2-ホスホグリセリン酸が生産される。3-ホスホグリセリン酸、2-ホスホグリセリン酸から特許6680671号公報の表1等に記載される酵素、またはグリセリン酸キナーゼの逆反応を利用してグリセリン酸が生産される。グリセリン酸からジオールデヒドラターゼ及び/又はグリセロールデヒドラターゼにより、3-オキソプロピオネートが生産される。さらに、TCA回路の代謝中間体であるオキサロ酢酸からケト酸デカルボキシラーゼによって1反応で生産することもできる。オキサロ酢酸はTCA回路を経ずともホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ、ピルビン酸カルボキシラーゼによって糖から生産することもできる。
微生物内の代謝経路によって生産される、3-オキソプロピオネート、3-ヒドロキシプロパナールから、例えば、特許6680671号公報の図2~5に示されている種々の経路を利用して1,6-ヘキサンジオールが生産される。
3-オキソプロピオネート、3-ヒドロキシプロパナールから、1,6-ヘキサンジオールを生産可能な微生物、すなわち、1,6-ヘキサンジオールを生産可能な微生物の好適な1例としては、以下の微生物が挙げられる。
4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸アルドラーゼ(特許6680671号公報の図中の2A)、4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸4-デヒドラターゼ(特許6680671号公報の図中の2B)、6-ヒドロキシ-3,4-デヒドロ-2-オキソヘキサン酸3-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の2C)、6-ヒドロキシ-2-オキソヘキサン酸2-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の2D)、2,6-ジヒドロキシ-ヘキサン酸CoA-トランスフェラーゼ(特許6680671号公報の図中の2E)、2,6-ジヒドロキシ-ヘキサノイル-CoA2-デヒドラターゼ(特許6680671号公報の図中の2F)、6-ヒドロキシ-2,3-デヒドロ-ヘキサノイル-CoA2,3-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の2G)、6-ヒドロキシヘキサノイル-CoA-トランスフェラーゼ(特許6680671号公報の図中の4F3)、6-ヒドロキシヘキサン酸1-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の5R)、及び6-ヒドロキシヘキサナール1-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の5S)からなる1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有する微生物。
前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有する微生物としては、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有する限り特に限定されず、例えば、原核生物、真核生物が挙げられる。
また、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有する微生物としては、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有するように、前記遺伝子(酵素)の全て及び/又は一部が導入された遺伝子組み換え微生物であってもよい。例えば、使用しようとする微生物が前記10酵素のうち、8個の酵素しか有さない場合に、残り2個の酵素をコードする遺伝子を当該微生物に導入すればよい。また、使用しようとする微生物が前記10酵素のうち、一部の酵素しか有さない場合に、残りの酵素をコードする遺伝子を有する単一/複数の微生物を併用してもよい。
更に、前記微生物は、ジオールデヒドラターゼ及び/又はグリセロールデヒドラターゼをコードする遺伝子を有することが好ましい。
ここで、遺伝子の導入は、公知の手法により行うことができる。
原核生物としては、例えば、細菌等が挙げられる。
真核生物としては、例えば、酵母、糸状菌等が挙げられる。
細菌としては、例えば、腸内細菌科(Enterobacteriaceae)に属する細菌、コリネ型細菌、バチルス属細菌、酢酸菌、放線菌、乳酸菌等が挙げられる。
腸内細菌科に属する細菌としては、例えば、エシェリヒア(Escherichia)属、エンテロバクター(Enterobacter)属、パントエア(Pantoea)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、セラチア(Serratia)属、エルビニア(Erwinia)属、フォトラブダス(Photorhabdus)属、プロビデンシア(Providencia)属、サルモネラ(Salmonella)属、モルガネラ(Morganella)属等に属する菌が挙げられる。具体的には、NCBI(National Center for Biotechnology Information)のデータベース(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=91347)で用いられている分類法により腸内細菌科に分類されている細菌を用いることができる。
エシェリヒア属細菌としては、特に制限されないが、微生物学の専門家に知られている分類によりエシェリヒア属に分類されている細菌が挙げられる。エシェリヒア属細菌としては、例えば、Neidhardtらの著書(Backmann, B. J. 1996. Derivations and Genotypes of some mutant derivatives of Escherichia coli K-12, p.2460-2488. Table 1. In F. D. Neidhardt (ed.), Escherichia coli and Salmonella Cellular and Molecular Biology/Second Edition, American Society for Microbiology Press, Washington, D.C.)に記載されたものが挙げられる。エシェリヒア属細菌としては、例えば、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)が挙げられる。エシェリヒア・コリとしては、例えば、W3110株(ATCC 27325)やMG1655株(ATCC 47076)等のエシェリヒア・コリK-12株;エシェリヒア・コリK5株(ATCC 23506);BL21(DE3)株等のエシェリヒア・コリB株;及びそれらの派生株が挙げられる。
エンテロバクター属細菌としては、例えば、エンテロバクター・アグロメランス(Enterobacter agglomerans)やエンテロバクター・アエロゲネス(Enterobacter aerogenes)が挙げられる。パントエア属細菌としては、例えば、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)、パントエア・スチューアルティ(Pantoea stewartii)、パントエア・アグロメランス(Pantoea agglomerans)、パントエア・シトレア(Pantoea citrea)が挙げられる。エルビニア属細菌としては、例えば、エルビニア・アミロボーラ(Erwinia amylovora)、エルビニア・カロトボーラ(Erwinia carotovora)が挙げられる。クレブシエラ属細菌としては、例えば、クレブシエラ・プランティコーラ(Klebsiella planticola)が挙げられる。
コリネ型細菌としては、例えば、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、及びミクロバクテリウム(Microbacterium)属等に属する菌が挙げられる。
コリネ型細菌としては、具体的には、下記のような種が挙げられる。
コリネバクテリウム・アセトアシドフィラム(Corynebacterium acetoacidophilum)
コリネバクテリウム・アセトグルタミカム(Corynebacterium acetoglutamicum)
コリネバクテリウム・アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)
コリネバクテリウム・カルナエ(Corynebacterium callunae)
コリネバクテリウム・クレナタム(Corynebacterium crenatum)
コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)
コリネバクテリウム・リリウム(Corynebacterium lilium)
コリネバクテリウム・メラセコーラ(Corynebacterium melassecola)
コリネバクテリウム・サーモアミノゲネス(コリネバクテリウム・エフィシエンス)(Corynebacterium thermoaminogenes (Corynebacterium efficiens))
コリネバクテリウム・ハーキュリス(Corynebacterium herculis)
ブレビバクテリウム・ディバリカタム(コリネバクテリウム・グルタミカム)(Brevibacterium divaricatum (Corynebacterium glutamicum))
ブレビバクテリウム・フラバム(コリネバクテリウム・グルタミカム)(Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum))
ブレビバクテリウム・イマリオフィラム(Brevibacterium immariophilum)
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(コリネバクテリウム・グルタミカム)(Brevibacterium lactofermentum (Corynebacterium glutamicum))
ブレビバクテリウム・ロゼウム(Brevibacterium roseum)
ブレビバクテリウム・サッカロリティカム(Brevibacterium saccharolyticum)
ブレビバクテリウム・チオゲニタリス(Brevibacterium thiogenitalis)
コリネバクテリウム・アンモニアゲネス(コリネバクテリウム・スタティオニス)(Corynebacterium ammoniagenes (Corynebacterium stationis))
ブレビバクテリウム・アルバム(Brevibacterium album)
ブレビバクテリウム・セリナム(Brevibacterium cerinum)
ミクロバクテリウム・アンモニアフィラム(Microbacterium ammoniaphilum)
コリネ型細菌としては、具体的には、下記のような菌株が挙げられる。
Corynebacterium acetoacidophilum ATCC 13870
Corynebacterium acetoglutamicum ATCC 15806
Corynebacterium alkanolyticum ATCC 21511
Corynebacterium callunae ATCC 15991
Corynebacterium crenatum AS1.542
Corynebacterium glutamicum ATCC 13020, ATCC 13032, ATCC 13060, ATCC 13869, FERM BP-734
Corynebacterium lilium ATCC 15990
Corynebacterium melassecola ATCC 17965
Corynebacterium efficiens (Corynebacterium thermoaminogenes) AJ12340 (FERM BP-1539)
Corynebacterium herculis ATCC 13868
Brevibacterium divaricatum (Corynebacterium glutamicum) ATCC 14020
Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum) ATCC 13826, ATCC 14067, AJ12418 (FERM BP-2205)
Brevibacterium immariophilum ATCC 14068
Brevibacterium lactofermentum (Corynebacterium glutamicum) ATCC 13869
Brevibacterium roseum ATCC 13825
Brevibacterium saccharolyticum ATCC 14066
Brevibacterium thiogenitalis ATCC 19240
Corynebacterium ammoniagenes (Corynebacterium stationis) ATCC 6871, ATCC 6872
Brevibacterium album ATCC 15111
Brevibacterium cerinum ATCC 15112
Microbacterium ammoniaphilum ATCC 15354
なお、コリネバクテリウム属細菌には、従来ブレビバクテリウム属に分類されていたが、現在コリネバクテリウム属に統合された細菌(Int. J. Syst. Bacteriol., 41, 255(1991))も含まれる。また、コリネバクテリウム・スタティオニスには、従来コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに分類されていたが、16S rRNAの塩基配列解析等によりコリネバクテリウム・スタティオニスに再分類された細菌も含まれる(Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 60, 874-879(2010))。
バチルス属細菌としては、例えば、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)、バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)、バチルス・プミルス(Bacillus pumilus)、バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)、バチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)、バチルス・ブレビス(Bacillus brevis)、バチルス・ポリミキサ(Bacillus polymixa)、バチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)が挙げられる。バチルス・サブチリスとして、具体的には、例えば、バチルス・サブチリス168 Marburg株(ATCC 6051)やバチルス・サブチリスPY79株(Plasmid, 1984, 12, 1-9)が挙げられる。バチルス・アミロリケファシエンスとして、具体的には、例えば、バチルス・アミロリケファシエンスT株(ATCC 23842)やバチルス・アミロリケファシエンスN株(ATCC 23845)が挙げられる。
酢酸菌としては、例えば、グルコノバクター(Gluconobacter)属、アセトバクター(Acetobacter)属、グルコナセトバクター(Gluconacetobacter)属、アシディカルダス(Acidicaldus)属、アシディフィラム(Acidiphilium)属、アシディスファエラ(Acidisphaera)属、アシドセラ(Acidocella)属、アシドモナス(acidomonas)属、アサイア(asaia)属、ベルナピア(Belnapia)属、クラウロコッカス(Craurococcus)属、グラヌリバクター(Granulibacter)属、コザキア(Kozakia)属、リーアヒバクター(Leahibacter)属、ムリコッカス(Muricoccus)属、ネオアサイア(Neoasaia)属、オレオモナス(Oleomonas)属、パラクラウロコッカス(Paracraurococcus)属、ロドピラ(Rhodopila)属、ロゼオコッカス(Roseococcus)属、ルブリテピダ(Rubritepida)属、サカリバクター(Saccharibacter)属、ステラ(Stella)属、スワミナサニア(Swaminathania)属、テイココッカス属、ザヴァルジニア(Zavarzinia)属等に属する菌が挙げられる。
酢酸菌の具体例としては、例えば、グルコノバクター・オキシダンス(Gluconobacter oxydans)、アセトバクター・キシリナム(Acetobacter xylinum)、アシドモナス・ メタノリカス (Asidomonas methanolicus)、アサイア・ボゴレンシス、アサイア・クルングサペンシス、ベルナピア・モアベンシス、グルコナセトバクター・キシリナス (Gluconacetobacter xylinus)、グラヌリバクター・ベセスデンシス(Granulibacter bethesdensis)、コザキア・バリエンシス、オレオモナス・サガラネンシス(Oleomonas sagaranensis)等が挙げられる。
放線菌としては、例えば、アクチノマイセス(Actinomyces)属、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属、ノカルデイア(Nocardia)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、アクチノプラネス(Actinoplanes)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属等に属する菌が挙げられる。
放線菌の具体例としては、例えば、ストレプトマイセス・セリカラー(Streptomycescoelicolor)、ストレプトマイセス・グリゼウス(Streptomyces griseus)、ストレプトマイセス・アベルミチリス (Streptomyces avermitilis)、ロドコッカス・ゾフィ(Rhodococcus zopfii)等が挙げられる。
乳酸菌としては、例えば、ラクチカゼイバチルス(Lacticaseibacillus)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属、リジラクトバチルス(Ligilactobacillus)属、リモシラクトバチルス(Limosilactobacillus)属、リコリラクトバチルス(Liquorilactobacillus)属、ラクチプランチバチルス(Lactiplantibacillus)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、ラクトコッカス(Lactococcus)属、エンテロコッカス(Enterococcus)属等に属する菌が挙げられる。
乳酸菌の具体例としては、例えば、ラクチカゼイバチルス・カゼイ(Lacticaseibacillus casei)、ラクトバチルス・ガセリ(Lactobacillus gasseri)、ラクトバチルス・アシドフィルス(Lactobacillus acidophilus)、ラクトバチルス・ヘルベティカス(Lactobacillus helveticus)、ラクトバチルス・デルブルッキィー サブスピーシーズ.ブルガリカス(Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus)、ラクトバチルス・デルブルッキィー サブスピーシーズ.デルブルッキィー(Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii)、ラクトバチルス・ジョンソニー(Lactobacillus johnsonii)、リジラクトバチルス・サリバリウス(Ligilactobacillus salivarius)、リモシラクトバチルス・ファーメンタム(Limosilactobacillus fermentum)、リコリラクトバチルス・マリ(Liquorilactobacillus mali)、ラクチプランチバチルス・プランタルム(Lactiplantibacillus plantarum)、ストレプトコッカス・サーモフィルス(Streptococcus thermophilus)、ラクトコッカス・ラクチス サブスピーシーズ.ラクチス(Lactococcus lactis subsp. lactis)、ラクトコッカス・ラクチス サブスピーシーズ.クレモリス(Lactococcus lactis subsp. cremoris)、ラクトコッカス・プランタルム(Lactococcus plantarum)、ラクトコッカス・ラフィノラクチス(Lactococcus raffinolactis)、ラクトコッカス・クレモリス(Lactococcus cremoris)、エンテロコッカス・フェカーリス(Enterococcus faecalis)、エンテロコッカス・フェシウム(Enterococcus faecium)等が挙げられる。
前記細菌以外の細菌としては、例えば、シュードモナス(Pseudomonas)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、アリシクロバチルス属(Alicyclobacillus)、アスロバクター(Arthrobacter)属、アゾトバクター(Azotobacter)属、クロマチウム(Chromatium)属、メチロバクテリウム(Methylobacterium)属、ロドバクター(Rhodobacter)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、ロドスピリルム(Rhodospirillum)属、ザイモモナス(Zymomonas)属、アクロモバクター(Achromobacter)属、アエロバクター(Aerobacter)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、アルスロバクター(Arthrobacter)属、エルウイニア(Erwinia)属、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属、ミクロコッカス(Micrococcus)属、プロタミノバクター(Protaminobacter)属、プロテウス(Proteus)属、サルチナ(Sartina)属、キサントモナス(Xanthomonas)属、アエロモナス(Aeromonas)属、フラボバクテリウム(Flavobacterium)属、リゾビウム(Rhizobium)属等に属する菌が挙げられる。
酵母としては、例えば、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、カンジダ(Candida)属、ピキア(Phichia)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、クルイベロマイセス(Kluyveromyces)属、ロードトルラ(Rhodotorula)属、クリプトコッカス(Crytpococcus)属、トルロプシス(Torulopsis)属、ハンゼヌラ(Hansenula)属、イッサチェンキア(Issatchenkia)属、クルイヴェロマイセス(Kluyveromyces)属、ヤロウィア(Yarrowia)属等に属する酵母が挙げられる。
酵母の具体例としては、例えば、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、カンジダ・ユティリス(Candida utilis)、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)、ハンゼヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等が挙げられる。
糸状菌(かび)としては、例えば、アスペルギルス(Aspergillus)属、パエシロマイセス(Paecilomyces)属、ペニシリウム(Penicillium)属、ニューロスポラ(Neurospora)属、トリコデルマ(Trichoderma)属、フザリウム(Fusarium)属、クライソスポリウム(Chrysosporium)属等に属する菌が挙げられる。
糸状菌(かび)の具体例としては、例えば、アスペルギルス・オリゼー(Aspergillus oryzae)、パエシロマイセス サトゥラタス(Paecilomyces saturatus)、パエシロマイセス ディバリカタス(Paecilomyces divaricatus)、ペニシリウム・カマンベルティ(P.camemberti)等が挙げられる。
これらの菌株は、例えば、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(住所12301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland 20852 P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America)より分譲を受けることができる。すなわち各菌株に対応する登録番号が付与されており、この登録番号を利用して分譲を受けることができる(http://www.atcc.org/参照)。各菌株に対応する登録番号は、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションのカタログに記載されている。また、これらの菌株は、例えば、各菌株が寄託された寄託機関から入手することができる。
前記微生物は単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なかでも、原核生物が好ましく、細菌がより好ましく、腸内細菌科に属する微生物が更に好ましく、エシェリヒア属に属する微生物が特に好ましく、エシェリヒア・コリが最も好ましい。すなわち、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有する原核生物が好ましく、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有する細菌がより好ましく、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有する腸内細菌科に属する微生物が更に好ましく、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有するエシェリヒア属に属する微生物が特に好ましく、前記1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有するエシェリヒア・コリが最も好ましい。
前記遺伝子(酵素)を外来的に微生物に導入して発現させる場合は、前記4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸アルドラーゼは、エシェリヒア・コリのHpaI遺伝子によってコードされる2,4-ジヒドロキシヘプタ-2-エン-1,7-二酸アルドラーゼであり、前記4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸4-デヒドラターゼは、エシェリヒア・コリのHpcG/HpaH遺伝子によってコードされる2-オキソ-ヘプタ-4-エン-1,7-二酸ヒドラターゼであり、前記6-ヒドロキシ-3,4-デヒドロ-2-オキソヘキサン酸3-レダクターゼは、アラビドプシス・タリアナのGenBankアクセッション番号CAC01710.1のNADP依存性アルケナールレダクターゼP1であり、前記6-ヒドロキシ-2-オキソヘキサン酸2-レダクターゼは、ラクトコッカス・ラクティスのpanE遺伝子によってコードされるD-2-ヒドロキシ酸デヒドロゲナーゼであり、前記2,6-ジヒドロキシ-ヘキサン酸CoA-トランスフェラーゼ及び前記6-ヒドロキシヘキサノイル-CoA-トランスフェラーゼは、クロストリジウム・ディフィシルのHadA遺伝子にコードされるグルタコン酸-CoA-トランスフェラーゼであり、前記2,6-ジヒドロキシ-ヘキサノイル-CoA2-デヒドラターゼは、クロストリジウム・ディフィシルで発現する2-ヒドロキシイソカプロイル-CoAデヒドラターゼであり、前記6-ヒドロキシ-2,3-デヒドロ-ヘキサノイル-CoA2,3-レダクターゼは、トレポネーマ・デンティコラのGenBankアクセッション番号AE017248のtrans-2-エノイルCoAレダクターゼであり、前記6-ヒドロキシヘキサン酸1-レダクターゼは、ノカルジア・イオウェンシスのGenBankアクセッション番号AAR91681.1のATP/NADPH-CARであり、及び/又は前記6-ヒドロキシヘキサナール1-レダクターゼは、ロドコッカスのGenBankアクセッション番号AAN37489.1の6-ヒドロキシヘキサン酸デヒドロゲナーゼであることが好ましい。
前記微生物を使用することにより、(a)アルドール付加を介して、Cアルデヒド及びピルビン酸をCβ-ヒドロキシケトン中間体に変換する工程;及び次いで(b)酵素的工程を介して、該Cβ-ヒドロキシケトン中間体を1,6-ヘキサンジオール又はその溶媒和物に変換する工程を行うことが可能である。ここで、変換が、エノイル又はエノエートの還元、ケトンの還元、アルデヒドの還元、脱水、チオエステルの形成、チオエステルの還元、又はそれらの組み合わせを含むことが好ましい。
また、グリセリン、五炭糖、六炭糖、ホスホ-グリセレート、他の炭素源、解糖経路の中間体、プロパン酸代謝の中間体又はそれらの組み合わせから選択される供給源からCアルデヒド及びピルビン酸を調製する工程を更に含むことが好ましい。
また、Cアルデヒドが、一連の酵素的工程を介して得られ、ここで、該酵素的工程は、ジオールの脱水を含むことが好ましい。
より具体的には、前記微生物を使用することにより、微生物内の代謝経路によって生産される、3-オキソプロピオネート、3-ヒドロキシプロパナールから、特許6680671号公報の図2、5に示されている2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、4F3、5R、5Sの経路により1,6-ヘキサンジオールが生産される。この生合成経路において、2Gまでの経路の酵素反応が進行することにより、6-ヒドロキシ-ヘキサノイル-CoAが生産され、その後、4F3の酵素反応が進行することにより、6-ヒドロキシカプロン酸が生産され、その後、5Rの酵素反応が進行することにより、6-ヒドロキシヘキサナールが生産され、その後、5Sの酵素反応が進行することにより、1,6-ヘキサンジオールが生産される。
従って、バイオマス資源由来の原料を含む培地で前記微生物を培養することにより、前記工程(1)を実行することが可能となる。すなわち、バイオマス資源由来の原料を含む培地で前記微生物を培養することにより、バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産できる。
前記バイオマス資源由来の原料としては、特に限定されず、キシロース、キシルロース、リブロース、アラビノース、リキソース、リボース等の五炭糖、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、タロース、ガラクトース、フルクトース、プシコース、ソルボース又はタガトース等の六炭糖等の単糖類、ラクトース、セロビオース、スクロース、マルトース等の二糖類、デンプン、セルロース、アガロース、デキストラン等の多糖類、ソルビトール、エタノール、グリセリン等のアルコール類、ペプトン、トリプトン、カザミノ酸等の培地成分に用いられる炭素源;ペプトン、トリプトン、カザミノ酸、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカー等の有機窒素化合物等の培地成分に用いられる窒素源が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なかでも、培地成分に用いられる炭素源が好ましく、単糖類、アルコール類がより好ましい。
単糖類としては、六炭糖が更に好ましく、グルコースが特に好ましい。
アルコール類としては、グリセリンが更に好ましい。
よって、バイオマス資源由来の原料としては、グルコース、グリセリンが最も好ましい。
前記培地としては、前記バイオマス資源由来の原料を含む限り特に限定されず、炭素源、窒素源、無機イオン、更に必要に応じ有機栄養源を含む通常の培地でよく、使用する微生物に応じて適宜調製できる。なかでも、バイオマス資源由来の原料として、前記炭素源を含有することが好ましい。
前記成分以外の炭素源としては微生物が利用可能であれば特に限定されず、フマル酸、クエン酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸類及びこれらの塩類、パラフィン等の炭水化物類等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記成分以外の窒素源としては、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム等の無機塩のアンモニウム塩、フマル酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム等の有機酸のアンモニウム塩、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等の硝酸塩等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記培地には、微量金属塩、ビタミン類、ホルモン等、通常の培地に用いられる栄養源を用いてもよい。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なかでも、微量金属塩としてナトリウム及び/又はカリウムを含むことが好ましい。
培養条件にも格別の制限はなく、例えば、pH3~11、温度20~70℃(より好ましくは20~50℃)の範囲でpH及び温度を適当に制御しつつ4~140時間程度培養を行えばよい。培養は、好気性条件下でも嫌気性条件下でもよく、使用する微生物に応じて適宜選択すればよいが、好気性条件下が好ましい。
前記の通り、バイオマス資源由来の原料を含む培地で前記微生物を培養することにより、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産できる。1,6-ヘキサンジオール組成物は、培地中に微生物と共に存在するため、必要に応じて、培地から微生物を除去すればよい。微生物の除去方法は、特に限定されず、例えば、遠心分離及び/又は膜分離により行えばよい。
遠心分離は、特に限定されず、例えば、連続遠心分離機による連続的な遠心分離が使用され得る。連続遠心分離機としては、例えば、かご型遠心分離機、ディスク型遠心分離機、ノズル型遠心分離機等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
膜分離に用いる膜は、特に限定されず、例えば、孔径10.0μm以下の膜が挙げられ、具体的には、例えば、マイクロろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、膜の形状は特に限定されず、平膜、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラー膜、プリーツ状膜等いかなる形状であってもよい。濾過の形式も特に限定されず、デッドエンド方式、タンジェンシャルフロー方式のいずれでも適用可能であるが、タンジェンシャルフロー方式が好ましい。
<<工程(2)>>
工程(2)は、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物を、イオン交換及び/又は蒸留により精製する工程である。工程(2)は、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物、例えば、1,6-ヘキサンジオール組成物を含有する微生物除去後の培地、に含まれる不純物を、イオン交換及び/又は蒸留により、適宜除去する工程である限り特に限定されないが、工程(2)は、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物を、イオン交換及び蒸留により精製する工程であることが好ましい。また、イオン交換は、陽イオン交換及び陰イオン交換が好ましく、陽イオン交換及び陰イオン交換をこの順に行うことがより好ましい。また、蒸留は、水の除去、1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分の除去、1,6-ヘキサンジオールよりも高沸点の成分の除去を行うことが好ましく、水の除去、1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分の除去、1,6-ヘキサンジオールよりも高沸点の成分の除去をこの順に行うことがより好ましい。
工程(2)に供される工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物としては、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物である限り特に限定されないが、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物を含有する培地から微生物を除去した液体であることが好ましく、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物を含有する培地を遠心分離及び膜分離処理に供して微生物を除去した液体であることがより好ましい。
以下において、工程(2)の一例について詳細に説明する。
[イオン交換工程]
イオン交換工程では下記工程(a)、(b)を順に経由して1,6-ヘキサンジオール組成物を得る。
工程(a):工程(1)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物と陽イオン交換樹脂とを接触させ、1,6-ヘキサンジオール組成物Aを得る工程
工程(b):工程(a)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Aと陰イオン交換樹脂とを接触させ、1,6-ヘキサンジオール組成物Bを得る工程
前記工程(a)における陽イオン交換樹脂との接触で除去する成分として、例えば、金属カチオンやアンモニウムイオン等が挙げられる。
前記工程(b)における陰イオン交換樹脂との接触で除去する成分として、例えば、塩化物イオンや硫酸イオンやリン酸イオンや有機酸等が挙げられる。ここで挙げた有機酸には、酸基を有する一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)を含む。
イオン交換樹脂による処理は特に制限されるものではないが、バッチ式又はカラム式により処理することが好ましい。
<工程(a):1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれている陽イオンの除去工程>
工程(a)では、1,6-ヘキサンジオール組成物と陽イオン交換樹脂とを接触させることで、陽イオンを除去する。
使用する陽イオン交換樹脂としては、例えば、強酸性、弱酸性が挙げられるが、特に限定されるものではない。また、スチレン系、アクリル系、及びハイドロゲル系等が挙げられるが、特に限定されるものではない。また、ゲル型、ポーラス型、ハイポーラス型が挙げられるが、特に限定されるものではない。樹脂の形態としては、例えば、粉状、球状、繊維状、膜状等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
<工程(b):1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれている陰イオンの除去工程>
工程(b)では、1,6-ヘキサンジオール組成物と陰イオン交換樹脂とを接触させることで、陰イオンを除去する。
使用する陰イオン交換樹脂としては、例えば、強塩基性、弱塩基性が挙げられるが、特に限定されるものではない。また、スチレン系、アクリル系、及びハイドロゲル系等が挙げられるが、特に限定されるものではない。また、ゲル型、ポーラス型、ハイポーラス型が挙げられるが、特に限定されるものではない。樹脂の形態としては、例えば、粉状、球状、繊維状、膜状等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
なお、前記説明では、前記工程(a)、前記工程(b)をこの順に行う方法について説明したが、前記工程(b)、前記工程(a)をこの順に行ってもよい。すなわち、工程(1)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物を陰イオン交換樹脂と接触させ、その後に、陽イオン交換樹脂と接触させてもよい。
また、前記工程(a)、前記工程(b)を同時に行ってもよい。すなわち、工程(1)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物と、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂とを同時に接触させてもよい。
[蒸留工程]
蒸留は下記工程(c)、(d)、(e)を順に経由して1,6-ヘキサンジオール組成物Eを得る。更に純度を上げたい場合は、任意で工程(f)にて精製する。
工程(c):上記イオン交換工程で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物(例えば、1,6-ヘキサンジオール組成物B)から、1,6-ヘキサンジオール組成物の含有液に含まれている水を除去し、1,6-ヘキサンジオール組成物Cを得る工程
工程(d):工程(c)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Cから、1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分を除去し、1,6-ヘキサンジオール組成物Dを得る工程
工程(e):工程(d)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Dから、1,6-ヘキサンジオールよりも高沸点の成分を除去し、1,6-ヘキサンジオール組成物Eを得る工程
工程(f):工程(e)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Eを蒸留し、より高純度の1,6-ヘキサンジオールを得る工程
前記工程(d)における1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分として、例えば、1,3-プロパンジオール、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)等が挙げられる。
前記工程(e)における1,6-ヘキサンジオールよりも高沸点の成分として、例えば、グリセリン、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)等が挙げられる。
蒸留方法は特に制限されるものではないが、連続又は回分蒸留により除去することが好ましい。
<工程(c):1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれている水の除去工程>
工程(c)では、上記イオン交換工程で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物(例えば、1,6-ヘキサンジオール組成物B)を水が蒸発する温度に加熱し、必要に応じて減圧することによって、1,6-ヘキサンジオール組成物Bから水を除去する。
使用する装置としては、例えば、連続式蒸留塔、多重効用缶、薄膜式エバポレータ、エバポレータ、バッチ蒸留器、霧化分離装置等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
<工程(d):1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分を除去する工程>
工程(d)では、1,6-ヘキサンジオール組成物Cから、1,6-ヘキサンジオールよりも沸点が低い成分を除去する。
前記工程(d)は、高純度の1,6-ヘキサンジオールを得るために低沸点の成分を十分に除去することと、微量の着色原因成分の除去を行うことの両方の目的で行う工程である。この操作では、特に着色原因成分そのもの及び着色原因成分の水素化体等の1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分の除去あるいは低減が行われる。
前記工程(d)での蒸留は、例えば、常圧蒸留、減圧蒸留、加圧蒸留等、公知の手段及び装置で行うことができる。除去する装置としては、例えば、連続式蒸留塔、多重効用缶、薄膜式エバポレータ、エバポレータ、バッチ蒸留器、霧化分離装置等が挙げられるが、特に限定されるものではない。工程(d)に用いられる操作条件は、1,6-ヘキサンジオール組成物Cの組成、最終的に得るべき純度等を考慮に入れて適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。
<工程(e):1,6-ヘキサンジオールよりも高沸点の成分を除去する工程>
工程(e)では、工程(d)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Dから、1,6-ヘキサンジオールよりも沸点が高い成分を除去する。
前記工程(e)では、特にアミノ酸及び蛋白由来の窒素含有成分、糖及びその分解物等の発酵法特有の1,6-ヘキサンジオールよりも沸点の高い成分の除去が行われる。
除去する装置としては、例えば、連続式蒸留塔、多重効用缶、薄膜式エバポレータ、エバポレータ、バッチ蒸留器、霧化分離装置等が挙げられるが、特に限定されるものではない。工程(e)に用いられる操作条件は、1,6-ヘキサンジオール組成物Dの組成、最終的に得るべき純度等を考慮に入れて適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。
<工程(f):より高純度の1,6-ヘキサンジオール組成物を得る工程>
工程(f)では、工程(c)、(d)、(e)工程を経由して得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Eを精製して、より高純度の1,6-ヘキサンジオール組成物を得る。
より高純度の1,6-ヘキサンジオール組成物を得る装置としては、例えば、連続式蒸留塔、多重効用缶、薄膜式エバポレータ、エバポレータ、バッチ蒸留器、霧化分離装置等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
前記工程(f)に用いられる操作条件は、精製すべき液の組成、最終的に得るべき純度等を考慮に入れて適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。
前記工程(e)、必要に応じて前記工程(f)を行うことにより、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物が得られる。
なお、前記説明では、前記工程(c)、前記(d)、前記(e)をこの順に行う方法について説明したが、異なる順序で行ってもよい。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法は、工程(1)、工程(2)を含んでいればよく、工程(1)、工程(2)に加えて、工程(1)、工程(2)以外の他の工程を含んでいてもよい。
前記工程(2)を行うことにより、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量が上記範囲内となるが、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量がより好適に上記範囲内となるように、工程(2)を繰り返し行ってもよい。工程(2)を繰り返すことにより、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量をより低減することが可能となる。
<ポリマー>
本発明のポリマーは、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られる重合体である。前記ポリマーは、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物由来の構造単位を有する重合体であれば特に限定されず、オリゴマーも含む。本発明のポリマーとして、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテル、前記エポキシ基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体を原料とするエポキシ系ポリマー、前記(メタ)アクリロイル基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体を原料とするアクリル系ポリマー等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なかでも、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルが好ましく、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテルがより好ましく、ポリエステル、ポリウレタンが更に好ましい。
なお、本発明のポリマーは、少なくとも本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物由来の構造単位を有すると共に、場合により1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれるグリセリン由来の構造単位を含有する。
本発明のポリマー100質量%中の本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物由来の構造単位の含有量は、好ましくは10~100質量%、より好ましくは20~100質量%である。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本明細書において、ポリマー中の各構造単位の含有量は、NMRにより測定される。
本発明のポリマー100質量%中の一分子内に(A)成分由来の構造単位の合計含有量は、好ましくは50質量ppm以下、より好ましくは10質量ppm以下、更に好ましくは5質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリマー100質量%中の(B)成分由来の構造単位の合計含有量は、好ましくは1000質量ppm以下、より好ましくは500質量ppm以下、更に好ましくは200質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリマーにおいて、アルカリ金属元素の合計含有量(好ましくはナトリウム金属元素およびカリウム金属元素のいずれか一方又は両方の合計含有量)は、好ましくは0.05~500質量ppm、より好ましくは0.05~400質量ppm、更に好ましくは0.05~300質量ppmである。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。アルカリ金属の合計含有量が0.05質量ppm以上であると、より良好な反応性、耐加水分解性 、引張強伸度が得られ、500質量ppm以下であれば、ポリマーを合成する際に反応性がより向上する傾向がある。
本発明のポリマー100質量%中のグリセリン由来の構造単位の含有量は、好ましくは1500質量ppm以下、より好ましくは1000質量ppm以下、更に好ましくは500質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
前記ポリマーは、変性されていてもよい。変性としては、特に限定されず、例えば、1,6-ヘキサンジオール誘導体において説明した変性等が挙げられる。なかでも、(メタ)アクリル酸による変性が好ましい。特に、前記ポリマーがポリエステルの場合、(メタ)アクリル酸による変性が施されていることが好ましい。
本発明のポリマーの数平均分子量(Mn)は、500~1,000,000であることが好ましく、3,000~500,000であることがより好ましい。なお、本明細書において、ポリマーの数平均分子量(Mn)はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
以下においては、前記ポリマーのうち、ポリエステル、ポリウレタンについて詳細を説明するが、前記ポリマーは、ポリエステル、ポリウレタンに限定されるものではない。
<<ポリエステル>>
本発明のポリエステルは、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物を反応させて得られる。具体的には、本発明のポリエステルは、カルボン酸とアルコールとを、脱水縮合してエステル結合を形成させることによって合成された重縮合体であり、アルコールとして、少なくとも本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物が用いられる。従って、本発明のポリエステルは、カルボン酸とアルコールとの重縮合反応により得られる反応生成物(重縮合物)であり、本発明のポリエステルは、少なくとも本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物由来の構造単位を有すると共に、場合により1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれるグリセリン由来の構造単位を含有する。
本発明のポリエステルは、ポリエステルポリオールであってもよい。
ポリエステルポリオールとしては、縮合系ポリエステルポリオール、ラクトン系ポリエステルポリオール等が挙げられる。縮合系ポリエステルポリオールは、例えば、低分子多価アルコール(エチレングリコール(EG)、ジエチレングリコール、プロピレングリコール(PG)、ジプロピレングリコール、(1,3-又は1,4-)ブタンジオール、ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、グリセリン、1,1,1-トリメチロールプロパン(TMP)、1,2,5-ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、1,4-シクロヘキサンジメタノール等の低分子ポリオール、ソルビトール等の糖類等)と、多価塩基性カルボン酸(グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、フマル酸、マレイン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ダイマー酸、ピロメリット酸、オリゴマー酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、1,4-シクロヘクサンジカルボン酸等)との反応生成物である。ラクトン系ポリエステルポリオールは、例えば、ε-カプロラクトン、α-メチル-ε-カプロラクトン、ε-メチル-ε-カプロラクトン等のラクトンを開環重合して得られるポリカプロラクトンポリオールである。
前記カルボン酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、ドデカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸等の脂肪族多価カルボン酸;1,3-シクロペンタンジカルボン酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、1,4-シクロヘクサンジカルボン酸等の脂環族多価カルボン酸;オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、1,2-ビス(フェノキシ)エタン-p,p’-ジカルボン酸、トリメリット酸等の芳香族多価カルボン酸;酢酸、プロピオン酸、2-エチルヘキサン酸、アクリル酸、メタクリル酸等の脂肪族モノカルボン酸;安息香酸、p-タ―シャリーブチル安息香酸、p-ヒドロキシ安息香酸等の芳香族モノカルボン酸;大豆油脂肪酸、トール油脂肪酸、リノール酸、エイコサペンタエン酸等、各種動植物油由来脂肪酸;及び、これらの無水物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なかでも、脂肪族カルボン酸が好ましく、アジピン酸がより好ましい。
本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物以外に使用できるアルコールは、水酸基(アルコール性水酸基又はフェノール性水酸基)を有する化合物であれば特に限定されない。前記アルコールとしては、エタノール、ブタノール、2-エチルヘキサノール等の脂肪族モノアルコール;エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン等の脂肪族ポリオール;、フェノール、クレゾール、ビスフェノール―A等の芳香族モノ/多価フェノール;及び、これらのエチレンオキサイド伸長物、水添化脂環族等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
ポリエステルの反応原料であるアルコール100質量%中の本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の含有量は、好ましくは10~100質量%、より好ましくは50~100質量%である。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリエステル(場合によりポリエステルポリオール)は、公知のポリエステルの製造方法により得ることができる。具体的には、反応温度150~280℃で、生成する水を系外へ取り除きながら、前記カルボン酸と前記アルコールを反応させる製造方法にて合成できる。また、合成時に反応触媒、酸化防止剤等を併用しても構わない。
本発明のポリエステル100質量%中の本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物由来の構造単位の含有量は、好ましくは10~70質量%、より好ましくは20~70質量%である。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本明細書において、ポリエステル中の各構造単位の含有量は、NMRにより測定される。
本発明のポリエステル100質量%中の一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)由来の構造単位の合計含有量は、好ましくは70質量ppm以下、より好ましくは35質量ppm以下、更に好ましくは7質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリエステル100質量%中の6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)由来の構造単位の合計含有量は、好ましくは700質量ppm以下、より好ましくは350質量ppm以下、更に好ましくは140質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリエステルにおいて、アルカリ金属元素の合計含有量(好ましくはナトリウム金属元素およびカリウム金属元素のいずれか一方又は両方の合計含有量)は、好ましくは0.05~500量ppm、より好ましくは0.05~400質量ppm、更に好ましくは0.05~300質量ppmである。アルカリ金属の合計含有量が0.05質量ppm以上であると、より良好な反応性、耐加水分解性、引張強伸度が得られ、500質量ppm以下であれば、本発明のポリエステルを原料としてウレタンを合成する際に反応性がより向上する傾向がある。
本発明のポリエステル100質量%中のグリセリン由来の構造単位の含有量は、好ましくは1400質量ppm以下、より好ましくは1050質量ppm以下、更に好ましくは700質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリエステルの数平均分子量(Mn)は、500~120,000であることが好ましく、3,000~50,000であることがより好ましい。なお、本明細書において、ポリエステルの数平均分子量(Mn)はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
<<ポリウレタン>>
本発明のポリウレタンは、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料とするポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られる反応生成物である。さらに必要に応じて、1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料としないポリオール、鎖伸長剤、鎖停止剤、架橋剤等を本発明のポリウレタンの反応原料として併用してもよい。
よって、本発明のポリウレタンは、ポリオール由来の構造単位及びポリイソシアネート由来の構造単位を有し、少なくとも本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物由来の構造単位を有すると共に、場合により本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれるグリセリン由来の構造単位を含有する。
前記ポリオールとして、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール等のポリオールが挙げられる。これらポリオールは1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料としても、しなくても良く、本発明のポリウレタンは1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料とするポリオールを少なくとも反応原料として使用すればよい。
ポリカーボネートポリオールは、グリコールとカーボネートの反応により得られるポリオールである。グリコールとして、例えば、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物、ジエチレングリコール、エチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、オクタンジオール、1,4-ブチンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-エチル-2-ブチル1,3-プロパンジオール等の飽和もしくは不飽和の各種グリコール類、1,4-シクロヘキサンジグリコール、及び1,4-シクロヘキサンジメタノール等の脂環族グリコール類が挙げられる。
またカーボネートとして、例えば、ジアルキルカーボネート(ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等)、エチレンカーボネート、及びジフェニルカーボネート等が挙げられる。
ポリエーテルポリオールは、例えば、各種グリコールを開始剤に、アルキレンオキサイドを付加重合したポリエーテルポリオールである。アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、テトラヒドロフラン等が挙げられる。各種グリコールとしては、上記ポリカーボネートジオールのグリコールと同様のものが挙げられる。
前記ポリオールとしては、前記したもの以外にも、ポリカプロラクトンポリオール、ポリアクリルポリオール、ダイマージオール、ポリブタジエンポリオール、水添ポリブタジエンポリオール等を用いることができる。これらのポリオールは単独で用いても2種以上を併用してもよい。
鎖伸長剤としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレンリコール、トリエチレンググリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ヘキサメチレングリコール、サッカロース、メチレングリコール、グリセリン、ソルビトール、ネオペンチルグリコール等の脂肪族ポリオール化合物;ビスフェノールA、4,4’-ジヒドロキシジフェニル、4,4’-ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホン、水素添加ビスフェノールA、ハイドロキノン等の芳香族ポリオール化合物;水;エチレンジアミン、1,2-プロパンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、ピペラジン、2-メチルピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン、イソホロンジアミン、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジアミン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジシクロヘキシルメタンジアミン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、ヒドラジン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、4,4’-メチレンビス(2-クロロアニリン)等のアミン化合物を用いることができる。これらの鎖延長剤についても、バイオマス資源由来のものを用いることもできる。これらの鎖伸長剤は単独で用いても2種以上を併用してもよい。なかでも、ネオペンチルグリコール、1,4-ブタンジオール、トリメチロールプロパン、イソホロンジアミン、4,4’-メチレンビス(2-クロロアニリン)がより好ましい。
前記ポリオールとして本発明の組成物を原料とするポリエステルポリオールを使用することが特に好ましく、ポリオール100質量%中の本発明の組成物を原料とするポリエステルポリオールの含有量は、好ましくは10~100質量%、より好ましくは50~100質量%である。
ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3-及び1,4-フェニレンジイソシアネート、1-メチル-2,4-フェニレンジイソシアネート、1-メチル-2,6-フェニレンジイソシアネート、1-メチル-2,5-フェニレンジイソシアネート、1-メチル-2,6-フェニレンジイソシアネート、1-メチル-3,5-フェニレンジイソシアネート、1-エチル-2,4-フェニレンジイソシアネート、1-イソプロピル-2,4-フェニレンジイソシアネート、1,3-ジメチル-2,4-フェニレンジイソシアネート、1,3-ジメチル-4,6-フェニレンジイソシアネート、1,4-ジメチル-2,5-フェニレンジイソシアネート、ジエチルベンゼンジイソシアネート、ジイソプロピルベンゼンジイソシアネート、1-メチル-3,5-ジエチルベンゼンジイソシアネート、3-メチル-1,5-ジエチルベンゼン-2,4-ジイソシアネート、1,3,5-トリエチルベンゼン-2,4-ジイソシアネート、ナフタレン-1,4-ジイソシアネート、ナフタレン-1,5-ジイソシアネート、1-メチル-ナフタレン-1,5-ジイソシアネート、ナフタレン-2,6-ジイソシアネート、ナフタレン-2,7-ジイソシアネート、1,1-ジナフチル-2,2’-ジイソシアネート、ビフェニル-2,4’-ジイソシアネート、ビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、3-3’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート、ジフェニルメタン-2,4-ジイソシアネート、トルエンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート;テトラメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート;1,3-シクロペンチレンジイソシアネート、1,3-シクロヘキシレンジイソシアネート、1,4-シクロヘキシレンジイソシアネート、1,3-ジ(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,4-ジ(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、リジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、2,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、2,2’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、3,3’-ジメチル-4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネート等を使用することができる。これらのポリイソシアネートについても、バイオマス資源由来のものを用いることもできる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、芳香族ポリイソシアネートが好ましく、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネートがより好ましい。
得られるポリウレタンの分子量を制御する目的で、必要に応じて1個の活性水素基を持つ鎖停止剤を使用することもできる。これらの鎖停止剤としては、水酸基を有するメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール及びヘキサノール等の脂肪族モノヒドロキシ化合物、並びにアミノ基を有するモルホリン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン及びジエタノールアミン等の脂肪族モノアミンが例示される。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
得られるポリウレタンの耐熱性や強度を上げる目的で、必要に応じて3個以上の活性水素基やイソシアネート基を持つ架橋剤を使用することができる。
本発明のポリウレタンは、公知のポリウレタンの製造方法により得ることができる。具体的には、例えば、前記ポリオールと前記ポリイソシアネートと前記鎖伸長剤とを仕込み、反応させることによって製造する方法が挙げられる。これらの反応は、例えば、50~100℃の温度で、3~10時間行うことが好ましい。また、前記反応は、有機溶剤中で行ってもよい。
有機溶剤としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、メチルエチルケトン、メチル-n-プロピルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン溶剤;ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、酢酸イソブチル、酢酸第2ブチル等のエステル溶剤;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等アルコール溶剤等を用いることができる。またこれら有機溶剤はバイオマス資源から誘導されたものを使用しても良い。これらの有機溶剤は単独で用いても2種以上を併用してもよい。
ポリウレタンが本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物を原料とするポリエステルポリオールを原料とする場合、ポリウレタン100質量%中の本発明のポリエステルポリオール由来の構造単位の含有量は、好ましくは10~90質量%、より好ましくは20~90質量%である。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
また、本発明のポリウレタン100質量%中の本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物由来の構造単位の含有量は、好ましくは1~63質量%、より好ましくは2~63質量%である。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本明細書において、ポリウレタン中の各構造単位の含有量は、NMRにより測定される。
本発明のポリウレタン100質量%中の一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)由来の構造単位の合計含有量は、好ましくは63質量ppm以下、より好ましくは32質量ppm以下、更に好ましくは6質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリウレタン100質量%中の6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)由来の構造単位の合計含有量は、好ましくは945質量ppm以下、より好ましくは630質量ppm以下、更に好ましくは315質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリウレタンにおいて、アルカリ金属元素の合計含有量(好ましくはナトリウム金属元素及びカリウム金属元素のいずれか一方または両方の合計含有量)は、好ましくは0.05~500質量ppm、より好ましくは0.05~400質量ppm、更に好ましくは0.05~300質量ppmである。アルカリ金属の合計含有量が0.05質量ppm以上であると、より良好な反応性、耐加水分解性、引張強伸度が得られる傾向がある。
本発明のポリウレタン100質量%中のグリセリン由来の構造単位の含有量は、好ましくは1260質量ppm以下、より好ましくは945質量ppm以下、更に好ましくは630質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm(含まない)である。
である。これにより、引張強伸度がより好適に得られる傾向がある。
本発明のポリウレタンの数平均分子量(Mn)は、5,000~1,000,000であることが好ましく、10,000~500,000であることがより好ましい。これにより、効果がより好適に得られる傾向がある。なお、本明細書において、ポリウレタンの数平均分子量(Mn)はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
本発明のポリマーは、様々な用途に使用できる。具体的には、人工皮革、合成皮革、靴、熱可塑性樹脂、発泡樹脂、熱硬化性樹脂、塗料、ラミネート接着剤、弾性繊維、ウレタン原料、自動車部品、スポーツ用品、防振材、制振材、繊維処理剤、バインダーなど、広範囲な用途に使用できる。
本発明のポリエステルは、様々な用途に使用できる。具体的には、溶剤系、水系、粉体、金属用、自動車用、木工用、プラスチック用塗料;包装材料・容器用、光学フィルム用、成形品用改質剤;人工皮革、合成皮革の表皮層、中間層、発泡層、接着層;ラミネート接着剤等の接着剤;靴、熱可塑性樹脂、発泡樹脂、熱硬化性樹脂、弾性繊維、ポリウレタン原料、自動車部品、スポーツ用品など、広範囲な用途に使用できる。
本発明のポリウレタンは、様々な用途に使用できる。具体的には、人工皮革、合成皮革の表皮層、中間層、発泡層、接着層;塗料用、金属表面処理剤、フィルムプライマー等の各種コーティング剤;インクジェット用、インキ用、捺染用、ガラス繊維集束剤用バインダー;靴、熱可塑性樹脂、発泡樹脂、熱硬化性樹脂、ラミネート接着剤等の接着剤、防振材、制振材、自動車部品、スポーツ用品、繊維処理剤など、広範囲な用途に使用できる。
前記エポキシ基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体を原料とするエポキシ系ポリマーは、様々な用途に使用できる。具体的には、塗料用、金属表面処理剤等の各種コーティング剤;風車用マトリックス樹脂等の成形物など、広範囲な用途に使用できる。
前記(メタ)アクリロイル基含有1,6-ヘキサンジオール誘導体を原料とするアクリル系ポリマーは、様々な用途に使用できる。具体的には、塗料用、金属表面処理剤、フィルムコーティング等の各種コーティング剤;インキ用、UVインクジェット用のバインダーなど、広範囲な用途に使用できる。
また、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物は、添加することにより、PBS樹脂、PET樹脂、PTT樹脂、PBT樹脂等の改質をすることもできる。
なお、本明細書において「~」の表記は、「~」という記載の前の値以上、「~」という記載の後の値以下を意味する。また、本明細書において、ある特性などについて、複数の数値範囲が「~」の表記により開示されている場合、各数値範囲の上限と下限はいずれの組み合わせでも用いることができる。例えば、ある化合物の含有量について、0.001~500質量ppm、0.05~250質量ppmの2つの数値範囲が開示されている場合、0.001~500質量ppm、0.05~250質量ppm以外にも、0.001~250質量ppm、0.05~500質量ppmの数値範囲も開示されていることを意味する。
以下、実施例と比較例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
(製造例1)(遺伝子組み換え大腸菌の作成)
シトロバクター・フレウンディ(Citrobacter freundii)由来のグリセロールデヒドラターゼα、β、γサブユニット遺伝子、及びデヒドラターゼ再活性因子遺伝子をpACYC184(ニッポンジーン社)のBamHI、HindIII制限酵素切断サイト間に導入したプラスミドAを作成した。
4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸アルドラーゼとしてエシェリヒア・コリ由来のHpaI遺伝子、4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸4-デヒドラターゼとしてエシェリヒア・コリ由来のHpcG遺伝子、6-ヒドロキシ-3,4-デヒドロ-2-オキソヘキサン酸3-レダクターゼとしてシロイヌナズナ(アラビドプシス・タリアナ)由来のNADPH-dependent oxidoreductase 2-alkenal reductase(GenBank:CAC01710.1)遺伝子、6-ヒドロキシ-2-オキソヘキサン酸2-レダクターゼとしてラクトコッカス・ラクティスのPanE遺伝子、2,6-ジヒドロキシ-ヘキサン酸CoA-トランスフェラーゼかつ6-ヒドロキシヘキサノイル-CoA-トランスフェラーゼとしてクロストリジウム・ディフィシル由来のHadA遺伝子をpUC19(ニッポンジーン社)のマルチクローニングサイト(MCS)のBamHI、EcoRI制限酵素切断サイト間に導入したプラスミドBを作成した。
2-ヒドロキシイソカプロイル-CoAデヒドラターゼのα、βサブユニット遺伝子としてクロストリジウム・ディフィシル由来のHadB、HadC遺伝子、2-ヒドロキシイソカプロイル-CoAデヒドラターゼ活性化酵素としてクロストリジウム・ディフィシル由来のHadI遺伝子、6-ヒドロキシ-2,3-デヒドロ-ヘキサノイル-CoA2,3-レダクターゼとしてトレポネーマ・デンティコラ由来のtrans-2-enoyl-CoA reductase(GenBank: AE017248)遺伝子、6-ヒドロキシヘキサン酸1-レダクターゼとしてノカルジア・イオウェンシス由来のカルボン酸還元酵素(GenBank:AAR91681.1)遺伝子、6-ヒドロキシヘキサナール1-レダクターゼとしてロドコッカス属由来の6-ヒドロキシヘキサン酸デヒドロゲナーゼ(GenBank:AAN37489.1)遺伝子をpCOLADuet-1(Novagen社)にHadB、HadC、HadI遺伝子をMCS1にそれ以外の遺伝子をMCS2に導入したプラスミドCを作成した。
本項における遺伝子とは各酵素をコードする終止コドンを含んだオープンリーディングフレームを指し、各遺伝子はその上流にT7プロモーターとリボソーム結合サイトを含んだ配列を、下流にT7ターミネーターを含んだ配列が存在するような様態でそれぞれプラスミドに導入される。各遺伝子は適切な発現誘導によってT7RNAポリメーラーゼが発現するようなホスト株のエシェリヒア・コリ内で大量発現されることができる。
プラスミドA, B, Cを順次ケミカルコンピテントセル化したBL21 Star(DE3)(Invitrogen社)にヒートショック法によって形質転換させ、適当な抗生物質を含んだLBプレート上で選抜した。その結果、プラスミドA, B, Cを全て含んだBL21 Star(DE3)株を取得した。
これにより、4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸アルドラーゼ(特許6680671号公報の図中の2A)、4,6-ジヒドロキシ-2-オキソ-ヘキサン酸4-デヒドラターゼ(特許6680671号公報の図中の2B)、6-ヒドロキシ-3,4-デヒドロ-2-オキソヘキサン酸3-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の2C)、6-ヒドロキシ-2-オキソヘキサン酸2-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の2D)、2,6-ジヒドロキシ-ヘキサン酸CoA-トランスフェラーゼ(特許6680671号公報の図中の2E)、2,6-ジヒドロキシ-ヘキサノイル-CoA2-デヒドラターゼ(特許6680671号公報の図中の2F)、6-ヒドロキシ-2,3-デヒドロ-ヘキサノイル-CoA2,3-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の2G)、6-ヒドロキシヘキサノイル-CoA-トランスフェラーゼ(特許6680671号公報の図中の4F3)、6-ヒドロキシヘキサン酸1-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の5R)、及び6-ヒドロキシヘキサナール1-レダクターゼ(特許6680671号公報の図中の5S)からなる1,6-ヘキサンジオール経路の10酵素をコードする遺伝子を有するエシェリヒア・コリを作成した。
(実施例1:1,6-ヘキサンジオール組成物1(1,6-HD組成物 1)の調製)
オートクレーブ滅菌した培地(炭素源:グルコース、グリセリン、窒素源:酵素抽出物、無機塩類:リン酸カリウム、水酸化カリウム、ビタミンB12、抗生物質:カルベニシリン、カナマイシン、クロラムフェニコール、pH:7.0、前記成分の中で、グルコース、グリセリンがバイオマス資源由来の原料である)に前記エシェリヒア・コリを植菌し、30℃で2~3時間、好気性条件下で培養を行った。その後、エシェリヒア・コリの600 nmにおける光学密度が0.3~0.6となったところでイソプロピル-β-チオガラクトピラノシドを終濃度0.5mM、硫酸鉄(II)を終濃度10μMとなるように加え、更に30℃で3時間培養を行い、1,6-HD経路の酵素を発現させた。発現後、炭素源(グルコース、グリセリン)を適当量加え、培養器内を窒素雰囲気下とすることで嫌気性条件下とした。この条件下で30℃、48時間培養を行い、1,6-ヘキサンジオールを生産させた(工程(1))。培養液を、4℃、20分間遠心を行い、上清を回収後、適当なポアサイズが0.2~0.4μmのメンブレンフィルターを用いてろ過を行い、ろ液として1,6-ヘキサンジオール組成物を得た。
〔1,6-ヘキサンジオール組成物の精製〕
<工程(a):陽イオンを除去するイオン交換>
1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれる陽イオンを除去した。工程(a)はバッチ式にて陽イオン交換を行った。陽イオン交換樹脂と接触させる温度は40℃に設定し、1,6-ヘキサンジオール組成物中に、陽イオン交換樹脂として三菱ケミカル社製DIAION SK1BHを加え、3時間撹拌させた。撹拌後、濾過を行い、ろ液として1,6-ヘキサンジオール組成物Aを得た。
<工程(b):陰イオンを除去するイオン交換>
1,6-ヘキサンジオール組成物A中に含まれる陰イオンを除去した。工程(b)はバッチ式にて陰イオン交換を行った。陰イオン交換樹脂と接触させる温度は40℃に設定し、1,6-ヘキサンジオール組成物中に、陰イオン交換樹脂として三菱ケミカル社製DIAION SA10AOHを加え、3時間撹拌させた。撹拌後、濾過を行い、ろ液として1,6-ヘキサンジオール組成物Bを得た。
<工程(c):水を除去する工程>
1,6-ヘキサンジオール組成物に含まれる水を除去した。工程(c)の装置として、薄膜式蒸留器を使用した。ジャケット温度を70℃に設定し、1,6-ヘキサンジオール含有組成物を連続的に導入し、頂部から水分を留出させた。水分の留出と同時に、底部から脱水された1,6-ヘキサンジオール組成物Cを缶出液として連続的に抜き出した。この1,6-ヘキサンジオール組成物C中の水分濃度は0.020質量%(200質量ppm)であった。
<工程(d):低沸点成分の蒸留分離>
1,6-ヘキサンジオール組成物Cに含まれる1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分を連続蒸留塔で除去した。工程(d)の蒸留塔として、オルダーショウ蒸留塔を使用した。工程(c)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Cを蒸留塔に連続的に供給して、塔頂温度を240℃の一定の温度に制御した。塔頂部から連続留出を行い、塔底から連続抜き出しを行い、1,6-ヘキサンジオール組成物C中の低沸点成分の除去を行い、塔底から1,6-ヘキサンジオールよりも低沸点の成分を除去した1,6-ヘキサンジオール組成物Dを取り出した。
<工程(e):高沸点成分の蒸留分離>
1,6-ヘキサンジオール組成物D中に含まれる1,6-ヘキサンジオールよりも高沸点の成分を連続蒸留塔で除去した。工程(e)の蒸留塔として、オルダーショウ蒸留塔を使用した。工程(d)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物Dを蒸留塔に連続的に供給して、塔底温度を260℃で一定となるように制御した。塔底から連続抜き出しを行い、1,6-ヘキサンジオール組成物D中の高沸点成分の除去を行った。塔頂から1,6-ヘキサンジオールよりも高沸点の成分を除去した1,6-ヘキサンジオール組成物E(1,6-HD組成物 1)を得た(塔頂留出液)。
得られた1,6-HD組成物 1の分析結果を以下に示した。なお、1,6-HD組成物の分析において、グリセリン、グルコース、1,4-シクロヘキサンジオール、6-ヒドロキシヘキサナール、カリウム金属、ナトリウム金属元素の検出限界はそれぞれ、5.0質量ppm、5.0質量ppm、0.3質量ppm、10.0質量ppm、3.0質量ppb、3.0質量ppbであった。また、カリウム金属元素およびナトリウム金属元素の定量はICP-MS分析により、その他の分析はHPLC分析およびGC分析により行った。
グリセリン:800質量ppm
グルコース:検出限界以下
1,4-シクロヘキサンジオール:検出限界以下
6-ヒドロキシヘキサナール:500質量ppm
カリウム金属元素:2質量ppm
ナトリウム金属元素:2質量ppm
HPLC分析詳細
・装置:島津製作所社製HPLC装置(システムコントローラ:SCL-10A、送液ユニット:LC-10AD、カラムオーブン:CTO-10A、オートサンプラ:SIL-10AD、低圧グラジエントユニット:FCV-10AL、オンラインデガッサ:DGU-14A)
・カラム: TSKgel OApak-A
・ガードカラム:TSKgel OApak-P
・カラム温度: 40℃
・溶離液(アイソ):0.75mM硫酸
・流速:0.8mL/min
・注入量:10.0μL
・検出器:RI(RID-10A)
GC分析詳細
・装置:Agilent 社製GC-MS (GC7890B/MSD5977B)
・カラム:Agilent J&W GC Column-DB-1
・キャリアガス:He
・流速: 0.966mL/min
・線速度: 99.5cm/sec
・注入量: 1μL
・スプリット比: 50
・カラム温度: 75℃(hold: 2min)―10℃/min(昇温速度、22.5min) ―300℃(Hold: 5.5min)
・検出器:FID
(ポリエステル樹脂の合成)
攪拌棒、温度センサー、精留管を有する反応容器に、窒素雰囲気下、1,6-HD組成物 1 546.0g(4.62mol)とアジピン酸602.3g(4.12mol)とを加え、触媒としてテトライソプロピルチタネート0.05g添加した後、乾燥窒素をフラスコ内にフローさせ攪拌しながら210~230℃に加熱し、脱水縮合反応を行った。酸価が0.2になるまで反応させ、水酸基価55.9の数平均分子量2000のポリエステルポリオールを得た。
得られたポリエステルの評価を以下の方法により行い、分析結果を以下に示した。
反応時間:酸価0.2になるまでの反応時間(3段階評価)
6時間未満:〇、6時間以上8時間未満:△、8時間以上:×
色数:100℃にて溶融したポリエステル樹脂を固化するまでにガードナーカラー(JIS K0071;1998)にて色数を評価(数字が小さい方が着色少ない)
臭気:1kgの金属缶にポリエステルポリオール1000gを入れ、100℃の乾燥機に3時間放置し完全溶解させた後、蓋を開けた時の匂いの強さを官能評価:「◎:殆ど無臭」「〇:わずかに臭気有り」「△:強い臭気」「×:かなり強い臭気」
(評価結果)
反応時間:〇 色数:1 臭気:△
(ポリウレタン樹脂の合成)
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口を備えた四口フラスコに、上記ポリエステルポリオール400g(0.200mol)とネオペンチルグリコール40.0g(0.384mol)を、DMF溶剤542gに溶解した。次いで、40℃でトリレンジイソシアネート101.7g(0.584mol)、コロネートT-80を101.7g(0.584mol)を添加し、90℃でNCO%が0.1%以下になるまで反応させ、不揮発分50%のウレタン溶液を得た。
得られたポリウレタンの評価を以下の方法により行い、分析結果を以下に示した。
反応時間:TDI投入後、NCO%が0.1%以下になるまでの時間
6時間未満:◎、6時間以上8時間未満:〇、8時間以上10時間未満:△、10時間以上:×
皮膜物性:得られたウレタン樹脂にポリイソシアネート架橋剤配合後(ウレタン樹脂固形分/架橋剤固形分=10/1質量比)、直ちにワーナーマチスで70℃で1分間予備乾燥し、その後120℃で2分間乾燥を行いウレタン樹脂皮膜を得た。この皮膜を40℃で2日間エージングを実施して後、23℃、65%RHの環境下にてオートグラフ(島津製作所製)で皮膜物性(初期;破断強度及び破断伸度)を測定。また、耐加水分解性試験として、同ウレタン皮膜を70℃、95%RHの条件下で1週間放置し、更に常温で1日水分を乾燥させた後、初期と同様の皮膜物性を測定し、皮膜の劣化度合いを測定した。
破断強度(初期):「◎:50Mpa以上」「〇:40以上50MPa未満」「△:30以上40MPa未満」
「×:30MPa未満」
破断伸度(初期):「◎:500%以上」「〇:400以上500%未満」「△:300以上400%未満」
「×:300%未満」
耐加水分解性(破断強度における初期値からの保持率と耐加水分解試験後の破断伸度で評価):
「◎:破断強度の保持率80%以上、かつ破断伸度100%以上」
「〇:破断強度の保持率70%以上80%未満、かつ破断伸度100%以上」
「△:破断強度の保持率50%以上70%未満、かつ破断伸度100%以上」
「×:破断強度の保持率50%未満、又は破断伸度100%未満」
(評価結果)
反応時間:〇 皮膜の破断強度:〇 皮膜の破断伸度:△ 耐加水分解性:◎
(実施例2:1,6-ヘキサンジオール組成物2(1,6-HD組成物 2)の調製)
実施例1において、バイオ法で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物の精製を繰り返し、グリセリンの含有量が150質量ppm、6-ヒドロキシヘキサナールの含有量が100質量ppmとなる1,6-ヘキサンジオール組成物 2を得た。
得られた1,6-HD組成物 2の分析結果を以下に示した。
グリセリン:150質量ppm
グルコース:検出限界以下
1,4-シクロヘキサンジオール:検出限界以下
6-ヒドロキシヘキサナール:100質量ppm
カリウム金属元素:1質量ppm
ナトリウム金属元素:1質量ppm
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇 色数:<1 臭気:〇
ポリウレタン評価 反応時間:〇 皮膜の破断強度:〇 皮膜の破断伸度:〇 耐加水分解性:〇
(実施例3:1,6-ヘキサンジオール組成物3(1,6-HD組成物 3)の調製)
実施例1において、バイオ法で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物の精製を繰り返し、グリセリンの含有量が5質量ppm、6-ヒドロキシヘキサナールの含有量が10質量ppmとなる1,6-ヘキサンジオール組成物 3を得た。
得られた1,6-HD組成物 3の分析結果を以下に示した。
グリセリン:5質量ppm
グルコース:検出限界以下
1,4-シクロヘキサンジオール:検出限界以下
6-ヒドロキシヘキサナール:10質量ppm
カリウム金属元素:検出限界以下
ナトリウム金属元素:検出限界以下
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇 色数:<1 臭気:〇
ポリウレタン評価 反応時間:〇 皮膜の破断強度:◎ 皮膜の破断伸度:◎ 耐加水分解性:〇
(実施例4:1,6-ヘキサンジオール組成物4(1,6-HD組成物 4)の調製)
実施例3で得られた1,6-HD組成物 3に、カリウム金属元素濃度が300質量ppmになるように酢酸カリウムと、ナトリウム金属元素濃度が200質量ppmになるように酢酸ナトリウムを添加した1,6-ヘキサンジオール組成物4(1,6-HD組成物 4)を調製した。
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇 色数:<1 臭気:〇
ポリウレタン評価 反応時間:◎ 皮膜の破断強度:◎ 皮膜の破断伸度:◎ 耐加水分解性:◎
(実施例5:1,6-ヘキサンジオール組成物5(1,6-HD組成物 5)の調製)
実施例3で得られた1,6-HD組成物 3に、グリセリンが150質量ppmになるようにグリセリンを添加した1,6-ヘキサンジオール組成物5(1,6-HD組成物 5)を調製した。
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇 色数:<1 臭気:〇
ポリウレタン評価 反応時間:〇 皮膜の破断強度:◎ 皮膜の破断伸度:◎ 耐加水分解性:◎
(実施例6:1,6-ヘキサンジオール組成物6(1,6-HD組成物 6)の調製)
実施例3で得られた1,6-HD組成物 3に、グリセリンが1500質量ppmになるようにグリセリンを添加した1,6-ヘキサンジオール組成物6(1,6-HD組成物 6)を調製した。
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇 色数:<1 臭気:〇
ポリウレタン評価 反応時間:〇 皮膜の破断強度:〇 皮膜の破断伸度:△ 耐加水分解性:〇
(実施例7:1,6-ヘキサンジオール組成物7(1,6-HD組成物 7)の調製)
実施例3で得られた1,6-HD組成物 3に、1,4-シクロヘキサンジオールが100質量ppmになるように1,4-シクロヘキサンジオールを添加した1,6-ヘキサンジオール組成物7(1,6-HD組成物 7)を調製した。
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇 色数:<1 臭気:〇
ポリウレタン評価 反応時間:△ 皮膜の破断強度:〇 皮膜の破断伸度:〇 耐加水分解性:〇
(実施例8:1,6-ヘキサンジオール組成物8(1,6-HD組成物 8)の調製)
実施例3で得られた1,6-HD組成物 3に、6-ヒドロキシヘキサナールが1500質量ppmになるように6-ヒドロキシヘキサナールを添加した1,6-ヘキサンジオール組成物8(1,6-HD組成物 8)を調製した。
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇 色数:2 臭気:△
ポリウレタン評価 反応時間:〇 皮膜の破断強度:〇 皮膜の破断伸度:〇 耐加水分解性:〇
(比較例1:1,6-ヘキサンジオール組成物9(1,6-HD組成物 9)の調製)
実施例3で得られた1,6-HD組成物 3に、グルコースが150質量ppmになるように添加した1,6-ヘキサンジオール組成物9(1,6-HD組成物 9)を調製した。
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:〇(ブツ発生) 色数:3 臭気:〇
ポリウレタン評価 ポリエステル化でブツ発生したため、実施せず
(比較例2:1,6-ヘキサンジオール組成物10(1,6-HD組成物 10)の調製)
実施例3で得られた1,6-HD組成物 3に、1,4-シクロヘキサンジオールが150質量ppmになるように1,4-シクロヘキサンジオールを添加した1,6-ヘキサンジオール組成物10(1,6-HD組成物 10)を調製した。
ポリエステル樹脂の合成、評価、ポリウレタン樹脂の合成、評価は、実施例1と同様に行った。
(評価結果)
ポリエステル評価 反応時間:△ 色数:<1 臭気:〇
ポリウレタン評価 反応時間:△ 皮膜の破断強度:△ 皮膜の破断伸度:△ 耐加水分解性:×
前記実施例、比較例の結果を下記表1~3にまとめて示す。


Figure 0007468810000002



Figure 0007468810000003




Figure 0007468810000004


前記実施例、比較例より、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法は、バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程(1)と、工程(1)で得られた、1,6-ヘキサンジオール組成物を、イオン交換及び/又は蒸留により精製する工程(2)と、を含み、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の合計含有量が100質量ppm以下、6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量が1500質量ppm以下である1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法であるため、反応性に優れる1,6-ヘキサンジオール組成物を環境に配慮して製造できることが分かった。
また、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法により得られる1,6-ヘキサンジオール組成物は、反応性に優れ、該1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料とする得られるポリエステルも反応性に優れることが分かった。
また、本発明の1,6-ヘキサンジオール組成物を反応原料とするポリウレタンは、良好な引張強伸度を有することが分かった。
なお、本明細書において、ポリエステルの数平均分子量(Mn)は下記条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
測定装置;東ソー株式会社製HLC-8320GPC
カラム;東ソー株式会社製TSKgel4000HXL、TSKgel3000HXL、TSKgel2000HXL、TSKgel1000HXLを直列に接続して使用した。
検出器;RI(示差屈折計)
データ処理;東ソー株式会社製マルチステーションGPC-8020modelII
測定条件;カラム温度40℃
溶媒テトラヒドロフラン(THF)
流速0.1ml/分
標準;単分散ポリスチレン
試料;樹脂固形分換算で0.2%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(100μl)
標準試料:下記の標準ポリスチレンを用いて検量線を作成した。
(標準ポリスチレン)
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-1000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-2500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-5000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-1」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-2」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-4」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-10」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-20」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-40」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-80」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-128」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-288」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-550」
また、本明細書において、ポリウレタンの数平均分子量(Mn)は下記条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
測定装置:高速GPC装置(東ソー株式会社製「HLC-8220GPC」)
カラム:東ソー株式会社製の下記のカラムを直列に接続して使用した。
「TSKgel G5000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G4000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G3000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G2000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
検出器:RI(示差屈折計)
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/分
注入量:100μL(試料濃度0.4質量%のテトラヒドロフラン溶液)
標準試料:下記の標準ポリスチレンを用いて検量線を作成した。
(標準ポリスチレン)
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-1000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-2500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-5000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-1」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-2」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-4」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-10」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-20」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-40」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-80」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-128」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-288」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-550」

Claims (4)

  1. バイオマス資源由来の原料から得られた6-ヒドロキシカプロン酸及び/又はその誘導体から、1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程(1)と、
    工程(1)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物を、イオン交換及び/又は蒸留により精製する工程(2)と、
    を含み、
    工程(2)で得られた1,6-ヘキサンジオール組成物が、1,6-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオール誘導体のいずれか一方又は両方、一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)、及び6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)を含有し、
    前記1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する前記一分子内に2級水酸基を2個以上有する化合物(A)の含有量が100質量ppm以下であり、且つ、
    前記1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対する6-ヒドロキシヘキサナール及び/又はその誘導体(B)の合計含有量が1500質量ppm以下であり、
    アルカリ金属元素をさらに含有し、アルカリ金属元素の合計含有量が1,6-ヘキサンジオール組成物の総量に対して0.1~1000質量ppmである1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
  2. 前記工程(1)が、70℃以下の条件で前記1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程である請求項1記載の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
  3. 前記工程(1)が、50℃以下の条件で前記1,6-ヘキサンジオール組成物を生産する工程である請求項1記載の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
  4. 前記工程(1)が、前記1,6-ヘキサンジオール組成物を微生物により生産する工程である請求項1記載の1,6-ヘキサンジオール組成物の製造方法。
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