JPH08337552A - 水溶性カルボン酸の単離法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 水溶性カルボン酸を含む水溶液から、水溶性
カルボン酸を単離する際に、含酸素飽和複素環式化合物
を使用して水溶性カルボン酸を抽出することを特徴とす
る水溶性カルボン酸の単離法。 【効果】 本発明の方法により、水溶性カルボン酸を含
む水溶液から該水溶性カルボン酸を効率よく分離でき、
該水溶性カルボン酸の単離コストの低減に大きく貢献で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水溶性カルボン酸の単
離法に関する。ピルビン酸、乳酸、２−ヒドロキシ酪
酸、３−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸等の水溶性カル
ボン酸類は医農薬などの合成原料として重要な化合物で
ある。

【０００２】

【従来の技術】発酵法によるカルボン酸類の製造は古く
から行われていたが、培養液から水溶性のカルボン酸類
を単離・精製するには、一般に煩雑な操作が必要とさ
れ、効率の良い単離法が待たれていた。抽出による単離
法も提案されており、（１）乳酸やピルビン酸を培養液
から抽出する方法として、トリオクチルホスフィンオキ
シドを使用する方法が知られている（ケルテス：Biotec
h Bioeng.,28,269 (1986)）。また、（２）水溶媒中で
乳酸を酸化するピルビン酸製造法に於いて、水溶液中の
ピルビン酸を単離する為に、酢酸イソプロピルで抽出す
る方法が知られている（特開平１−２７２５４８号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）で使用されるトリオクチルホスフィンオキシドは
高価であり、沸点が高く設備上の制限がある事、また
（２）の方法では僅か４６ｇのピルビン酸を抽出するの
に大量の酢酸イソプロピル、３，４００ｇも使用しなけ
ればならない等の欠点がある。従って、水溶性カルボン
酸類を含む水溶液から、水溶性カルボン酸を単離する工
業的に有利な方法が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
水溶性のカルボン酸類を含む水溶液から、水溶性のカル
ボン酸を単離する方法について鋭意検討した結果、本発
明に到達した。すなわち、本発明は水溶性カルボン酸を
含む水溶液から、水溶性カルボン酸を単離する際に、含
酸素飽和複素環式化合物を使用して水溶性カルボン酸を
抽出することを特徴とする水溶性カルボン酸の単離法で
ある。

【０００５】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００６】本発明における水溶性カルボン酸とは、脂
肪族カルボン酸類、オキシカルボン酸類、オキソカルボ
ン酸類などが挙げられる。なかでも、１分子内にカルボ
キシル基と水酸基とを持つオキシカルボン酸やカルボニ
ル基とカルボキシル基を持つオキソカルボン酸が好まし
く用いられる。

【０００７】ここで脂肪族カルボン酸類とは、例えばギ
酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、グルタル酸などが
挙げられる。オキシカルボン酸としては乳酸、２−ヒド
ロキシ酪酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪
酸、３−ヒドロキシイソ酪酸、マンデル酸等が挙げられ
る。オキソカルボン酸としてはピルビン酸、２−ケト酪
酸、２−ケトイソ酪酸等が挙げられる。

【０００８】これら水溶性カルボン酸の２５℃における
水に対する溶解度（２５℃の水１００ｇに溶解する水溶
性カルボン酸の重量）は１０ｇ以上であることが好まし
い。

【０００９】水溶性カルボン酸類がアルカリ塩、或いは
アルカリ土類塩の形で水溶液中に溶解している場合に
は、水溶液に硫酸や塩酸等の鉱酸を添加して該水溶性カ
ルボン酸を系中で遊離状態にし、本発明の方法で抽出す
ることができる。

【００１０】本発明で使用する、水溶性カルボン酸を含
む水溶液とは、水溶性カルボン酸を含む発酵培養液、水
溶液中での化学反応で製造した水溶性カルボン酸を含む
水溶液等、水溶性カルボン酸を含む水溶液であれば如何
なる水溶液であっても適用できる。水溶性カルボン酸を
含む水溶液中のカルボン酸の濃度は１％以下の濃度でも
実施可能であるが、水溶性カルボン酸の濃度は高い方が
有利である。

【００１１】本発明における含酸素飽和複素環式化合物
とは、酸素原子を含む複素環を有する化合物であり、具
体的には、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、
１，４−ジオキサン、１，３−ジオキサン、１，３−ジ
オキソラン等の環状エーテル類が挙げられ、特にテトラ
ヒドロフラン、テトラヒドロピランが好ましく用いられ
る。

【００１２】含酸素飽和複素環式化合物が、水と混合す
る化合物である場合、水溶性カルボン酸を含む水溶液中
に無機塩を含有させて、水層と含酸素複素環式化合物層
との界面を形成させる方法を採用するのが好ましい。共
存させる無機塩としては、好ましくは水に溶かした時に
ｐＨ７以下を示す無機塩の中から選択するのがよい。例
えば硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、塩化ナトリ
ウム、硫酸カリウム、硫酸水素カリウム、塩化カリウ
ム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、塩化リチウム、
硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム
等の中性塩が好ましく用いられる。これらの無機塩を２
種以上混合して用いてもよい。共存する無機塩の量は、
抽出溶媒に使用する含酸素飽和複素環式化合物が水層と
界面を形成させるに足る量以上あればよいが、抽出効率
を上げるために、前記無機塩を操作性を低下させない範
囲で、積極的に添加することも可能である。

【００１３】含酸素飽和複素環式化合物の使用量は水溶
液中の水溶性カルボン酸濃度によって、また回分抽出、
連続抽出によっても異なるが、水溶性カルボン酸を含む
水溶液に対して０．１〜５重量倍使用するのが好まし
い。さらに好ましくは０．２〜３重量倍使用される。量
が少なすぎると抽出・分離が不十分となり、多すぎると
抽出したあとの処理に適さない場合がある。

【００１４】抽出温度は水層と有機層が２層分離する状
態ならばいかなる温度でもかまわないが、０〜１００℃
の範囲が好ましく、通常は、使用する溶媒の沸点以下で
実施するのが好ましい。抽出は大気圧、減圧、加圧の何
れでも構わないが、操作する上からは大気圧が好まし
い。

【００１５】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を
詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。

【００１６】実施例１ ピルビン酸ナトリウム２２重量％の水溶液１００ｇを、
液温２５〜３０℃に保ちながらピルビン酸ナトリウムと
当量の９８％硫酸１０ｇを加えて、ピルビン酸と硫酸ナ
トリウムを含有する水溶液とした。

【００１７】次いで、この液に、テトラヒドロフラン１
１０ｇを加えて充分撹拌した後静置し、上層と下層を分
離した。

【００１８】ガスクロマトグラフで上層と下層のピルビ
ン酸濃度を分析した。

【００１９】上層はピルビン酸１５．８ｇ含むピルビン
酸抽出率９０％のテトラヒドロフラン溶液であった。
（ここで、抽出率とは上層のピルビン酸量／（ピルビン
酸ナトリウム水溶液中の換算ピルビン酸量）×１００で
ある。） なおこのときのピルビン酸の分配係数（上層のカルボン
酸濃度／下層のカルボン酸濃度）は３．９であった。
（分配係数が大きいほど抽出（分離）の効率が良いこと
を示す。） 次に、上層のテトラヒドロフラン溶液を、液温約３５℃
で約４ｋＰａまで徐々に減圧してテトラヒドロフランを
除去し、ピルビン酸の純度９８％の溶液１４．５ｇを得
た。

【００２０】実施例２ 実施例１の方法においてピルビン酸ナトリウム２２重量
％の水溶液を、乳酸ナトリウム１５％の水溶液に代えた
以外は同様の操作を行ない、乳酸抽出率９３％のテトラ
ヒドロフラン溶液を得た。

【００２１】なおこのときの乳酸の分配係数は５．４で
あった。

【００２２】実施例３ 実施例１の方法においてピルビン酸ナトリウム２２重量
％の水溶液を、４−ヒドロキシｎ−酪酸ナトリウム２
４．５％の水溶液に代えた以外は同様の操作を行ない、
４−ヒドロキシｎ−酪酸抽出率９８．５％のテトラヒド
ロフラン溶液を得た。

【００２３】なおこのときの４−ヒドロキシｎ−酪酸の
分配係数は２３であった。

【００２４】実施例４ 実施例１の方法においてピルビン酸ナトリウム２２重量
％の水溶液を、プロピオン酸ナトリウム１３％の水溶液
に代えた以外は同様の操作を行ない、プロピオン酸抽出
率９６％のテトラヒドロフラン溶液を得た。

【００２５】なおこのときのプロピオン酸の分配係数は
１４．４であった。

【００２６】実施例５ 実施例１の方法においてテトラヒドロフランを、テトラ
ヒドロピランに代えた以外は同様の操作を行ない、ピル
ビン酸抽出率６５％のテトラヒドロピラン溶液を得た。

【００２７】なおこのときのピルビン酸の分配係数は
１．４であった。

【００２８】比較例１ 実施例１の方法においてテトラヒドロフランを、酢酸エ
チルに代えた以外は同様の操作を行ない、ピルビン酸抽
出率５１％の酢酸エチル溶液を得た。

【００２９】なおこのときのピルビン酸の分配係数は
０．８４であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の方法により、水溶性カルボン酸
を含む水溶液から該水溶性カルボン酸を効率よく分離で
き、該水溶性カルボン酸の単離コストの低減に大きく貢
献できる。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水溶性カルボン酸を含む水溶液から、水
   溶性カルボン酸を単離する際に、含酸素飽和複素環式化
   合物を使用して水溶性カルボン酸を抽出することを特徴
   とする水溶性カルボン酸の単離法。
2. 【請求項２】 抽出を０〜１００℃で行うことを特徴と
   する請求項１記載の水溶性カルボン酸の単離法。
3. 【請求項３】 水溶性カルボン酸を含む水溶液が無機塩
   を共存することを特徴とする請求項１または２記載の水
   溶性カルボン酸の単離法。
4. 【請求項４】 無機塩が、水に溶かしたときにｐＨ７以
   下であることを特徴とする請求項３記載の水溶性カルボ
   ン酸の単離法。
5. 【請求項５】 無機塩が、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナ
   トリウム、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸水素カ
   リウム、塩化カリウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウ
   ム、塩化リチウム、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム
   および塩化マグネシウムから選ばれる少なくとも１種で
   あることを特徴とする請求項４記載の水溶性カルボン酸
   の単離法。
6. 【請求項６】 含酸素飽和複素環式化合物を水溶性カル
   ボン酸を含む水溶液に対して０．１〜５重量倍使用する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の水
   溶性カルボン酸の単離法。
7. 【請求項７】 水溶性カルボン酸の２５℃における水に
   対する溶解度が１０ｇ以上であることを特徴とする請求
   項１〜６のいずれか１項記載の水溶性カルボン酸の単離
   法。
8. 【請求項８】 水溶性カルボン酸がオキシカルボン酸で
   あることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載
   の水溶性カルボン酸の単離法。
9. 【請求項９】 水溶性カルボン酸がオキソカルボン酸で
   あることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載
   の水溶性カルボン酸の単離法。
10. 【請求項１０】 含酸素複素環式化合物が、テトラヒド
    ロフランおよび／またはテトラヒドロピランであること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の水溶性
    カルボン酸の単離法。