JPS62107792A - 微生物によるメタクリルアミド結晶の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、メタクリロニトリルを微生物の作用により水
和し、生成し次メタクリルアミド結晶を反ＧＫから分離
取得するメタクリルアミドの製造法に関する。メタクリ
ルアミドは、適度な親水、親油性、耐熱性、架橋性など
の特長を生かして、塗料、接着剤、光架橋性化合物、繊
維改良、紙力増強、樹脂加工などく利用されていると共
に、さらに新たな用途への利用が期待されている。本発
明によれば、メタクリルアミド結晶を工業的に有利に製
造することができる。

（従来の技術） メタクリルアミドの製造法としては、アセトンシアンヒ
ドリンを硫酸と反るさせ、生成し次メタクリルアミド硫
酸塩を中和し製造する方法、およびメタクリロニトリル
を還元状態のｊＩｇｌに触媒として水和し製造する方法
が公知であるが、生成アミドの分離、精表工程が複雑で
ある。特に触媒法においては、触媒の再生が困難であり
、新規で工業的に有利な人造方法の開発が望まれてい友
。

−万、最近、微生物を用い几メタクリロニトリルからメ
タクリルアミドの製造法がいくつか提案されている。た
とえば、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　）属、バクテリ
ジュー　ム（Ｂａｃｔｅｒｉｄｉｕｍ　）属、ミクロコ
ツカス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ　）属、ブレビバクテ
リウム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）属を用いる
方法（特開昭５１−８６１８６号）、コリ洋バクテリウ
ム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）属、ノカルジ
ア（Ｎｏｃａｒｄｉａ）属を用いる方法（ｔ￥ｊ公昭５
６−１７９１８号、特公昭５６−３８１１８号、特公昭
５１３−３５０７７号）、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄ
ｏｍｏｎａｓ　）属音用いる方法＜＊公昭５９−３７９
５１号）等であり、本発明者らも、先に（特願昭６０−
１１９７６１号）ロドコッカス属を用いる方法を見出し
ている。

（発明が解決しようとする問題点） アセトンシアンヒドリンを用い足中和法では、副生ずる
重硫安量が美大であシ、その精製処理コストが大きい。

ま九、メタクリロニトリルを用い九銅触媒法も、触媒の
寿命が短かい上に、反応を７０〜１４０Ｃの高温で行な
う定め、メタクリル酸および高沸点の副生物が数俤以上
生成し易く、その除去のため処理装置を必要とし、革新
的プＩＪセスの開発が望まれていた。

一方、微生物を用ｔｘｇメタクリロニトリルからメタク
リルアミドの製造法については、特公昭５６−５１３１
１８号公報によると、反応温度を７）′点から１５Ｇの
範囲に限定することにより、生ね・、メタクリルアミド
の到達蓄積濃度が大巾に向上し。

高濃度水溶液を得ることが可能になるとあるが、高濃度
とはいえ未飽和水溶液である友め、メタクリルアミドを
結晶として取得するには、水分を減圧濃縮等により除去
する必要があり、こうした操作によるメタクリルアミド
の１合等による変質が懸念されると共に、そのためのエ
ネルギーコストも、決して少ないものではなかつ皮。−
１之、特公昭５８−３５０７７号公報によると、メタク
リロニトリルを水性媒体中で連続的に菌体に接触、反応
させ、その際１反応液の一部分循環させ、この循環液で
メタクリロニトリルと水を希釈する方法全提案している
が、この場合にも、得られるものは、やはり未飽和のメ
タクリルアミドの水溶液であり、前記特公昭５６−３８
１１８号公報と同様な問題点が残されていた。

（問題点を解決する念めの手段） 本発明者らは、このようなメタクリルアミドを高Ｍ１度
かつ低エネルギーで裏遺し難い工業的な問題点の解決を
目標にして、メタクリロニトリルからメタクリルアミド
ラ製造する方法について鋭意研究を行なった結果、メタ
クリルアミドの水に対する石屑度が低い（例えば、２０
Ｃでは約１８．４車量チ一度で飽和する）という特性を
利用し、反応時、メタクリルアミドを結晶として析出さ
せ、結晶を分離し九反応液全反応器に大部分または全量
循環させる方法が、設備的にも簡素化され、エネルギー
消費も少ない極めて有効な方法であることを見出し、本
発ＢＡｔ完成するに至つ友。

すなわち、本発明は、メタクリロニトリル全水和してメ
タクリルアミドを生成する能力を有する微生物を利用し
てメタクリルアミド１−製造する方法におｈて、該微生
物の菌体まｔは酵素を固定化し、これにメタクリロニト
リル全水性媒体中で接触反也させる際１反応器中の反応
温度を氷点から２０Ｃの範囲とし、かつ生成するメタク
リルアミド結晶を分離し次反応液を反応器に循環させ、
この循環液のメタクリルアミド濃度を次の一般式％式％
（１） （式中、Ｃはメタクリルアミド重量係、Ｔは温度Ｃ，ａ
、ｂ、ｃは定数であり、ａ　＝　０．０１〜０．０２、
ｂ　＝＋　０．１５〜０．０５、ｃ　＝　１２．２〜１
５．４である）１ｒ：満足する飽和濃度以上となる反応
を行ない、生成するメタクリルアミド結晶を反応液から
分離取得すること全特徴とする微生物によるメタクリル
アミド結晶の製造法である。

ここで、メタクリルアミド濃度Ｃなる反応液を反応器に
循環させることの利点は、循環液がその反応液でのメタ
クリルアミド飽和濃度であり、反応に供したメタクリロ
ニトリルは、速やかにメタクリルアミドとして晶析する
ため、この晶析体と分離するだけでよく、特別に蒸留ａ
ｍする必要がなく、装置が極めて効率よく利用されるこ
とになる。また、結晶分離後のＦ液の大部分または全量
循環させることにより、メタクリルアミド回収率がほぼ
１００％となるのく対し、一部のみ循環させ友場合は、
メタクリルアミドの回収重金上げるためには、残つ友循
壊させない反応液を減圧濃縮し晶析させるなどの方法を
とらなければならず、余分なエネルギーを必要とする。

循環液のメタクリルアミド飽和ａ度を示す一般式　Ｃ＝
　ａＴ”十ｂＴ十Ｃの定数のａ、ｂ、ｃは、使用する反
る液の種類および含有塩濃度などで異なり、ａ＝０．０
１〜００２　　　　ｂ＝−０１５〜　００５　　　　ｃ
＝１２２　〜１６．４の範囲であるが、より好ましめ範
囲は、ａ＝　０．０　１　５〜０．０　１　８、　ｂ＝
−ｏ、ｏａ〜−０，０１、ｃ　＝　１２．６〜１３．２
であり、たとえば、食塩、リン酸第−カリウム、硫安な
どの含有塩濃度が低く水に近ｈ＃度の反応水溶液を用い
るほど、含有無機イオンを含み難く、高純度のメタクリ
ルアミドを生成させることができる。そして、この０４
度値は循環液中のメタクリルアミドの飽和濃度である。

ところで、特公昭５８−５５０７７号公報には、循環液
のメタクリルアミド濃度は、その実施例で示されるよう
に、１０Ｃで１０儂という未飽和液で循環する几め、触
媒酵素活性全長時間安定させ、菌体からの溶出不純物が
製品中に混入し難い利点はあるものの、蒸留操作を行わ
なけ７″Ｌばメタクリルアミド結晶を直接得ることはで
きない欠点があつ几。

本発明に用いる微生物は、メタクリロニトリルを水和し
、メタクリルアミドを生成する能力を有するものであれ
ば、微生物の分類学的位置つけに関係なくいずれを本利
用することができ１例えは、前記特公昭５６−３８１１
８号公報記載のコリネバクテリウム属およびノカルジア
属、特願昭６０−１１９７６１号記載のロドコッカス属
等より選定される。好適な微生物としては１例えば、特
願昭６０−１１９７６１号記載のロドコッカス属ＡＫ−
５２ａ株（微工研菌寄第８２６９号）およびｋＫ−５５
ｍ株（微工研菌寄第８２７０号）　すどを挙げることが
できる。

これらの微生物１次は該微生物由来の酵素は。

反応の連続化、微生物ま之は酵素の繰り返し使用および
（＃農工程の簡素化などを考えて、本発明においては、
固定化して使用するものであり、その固定化には、従来
より公知のいずれの方法をも採用できるが、好ましくは
アルギン酸カルシウムゲルやポリアクリルアミドゲルな
どによる包括固定化法をあげることができる。しかし、
この分野の技術常識からすれば、微生物または酵素全固
定化した場合には、メタクリルアミドが結晶として析出
し始めると、固定化担体の細孔などを結晶が塞さぎ、活
性が低下すると予想されたが、意外なことに、活性が安
定に維持されるという結果が得られた。その理由は定か
ではないが、几とえば、本メタクリロニトリルの水和反
応は、１８．６　Ｋｃａｌ／−の発熱反応であり、反応
が開始されれば常に固定化菌体ま九は酵素の内部温度は
、反応液温度より高かために、生成し之メタクリルアミ
ドは、固定化菌体または酵素から反応液中に溶出し、冷
却されてはじめて結晶化するのであり、固定化菌体また
Ｆｉ酵素の内部では結晶化しなめｆ？：、めではないか
と思われる。

反応器に関しては、その操作方式は、回分式、流通式お
よび半回分式のｂずれの方式を採用することもできる。

一方、その構造形式は、固定７１−１流動層、移動層お
よび攪拌槽等が使用できるが、いずれの形式におめても
、予め反応器の内部構造を固定化菌体または酵素と生成
するメタクリルアミド結晶とが分離し易す構造としてお
くことが肝要であり、こうしておくことにより、反応晶
析により生じ之メタクリルアミド結晶は、遠心分離また
は濾過等により容易に取得することができる。

反応温度は、氷点から２０Ｃの温度範囲であｔＬばいず
れの温度を用いることもできるが、氷点に近づくほど、
反応液中、飽和メタクリルアミド濃度が低下するため、
微生物または酵素に対する生物毒性が弱まり、酵素活性
の寿命が長くなる。一方、２０Ｃに近づくほど、酵素反
応速度金高めることができ、単位時間当りの収量を上げ
ることができる。したがって、最適には反応温度は、こ
れらを考慮し′ｆｃ経済性からおのずと設定されるもの
である。また、反応ｐＨは６〜１０、好ましくは７〜９
の範囲であるが、これは、メタクリロニトリルの水和反
応活性を充分に発揮させる上で有効な条件である。

かくして、副生物の少ない高純度のメタクリルアミドを
生成することができる。この場合、副生物とはメタクリ
ル酸のことであり、その生成量は反応条件により異なる
が、５０重量ＰＰＭ以下とすることが可能である。さら
に純度を上げるためには、樹脂、活性炭等の処理が有効
である。

得られたメタクリルアミド結晶中に未反応メタクリロニ
トリルが存在する場合は、結晶を冷水洗浄するか、もし
くは一旦溶解し、そのま１再結晶するか、またはメタク
リロニトリルを放散等により除去後、再結晶することに
より精製することができる。その際、回収されるメタク
リロニトリルは、水と共に反応器に戻すことが可能であ
る。

反応液中に残存する少量のメタクリロニトリルの反応を
完結させるための反応器を使用することは可能であるが
、通常は１基あれば十分であり、生成するメタクリルア
ミド結晶を分離し九反応液は、全量止定る反応器に循環
される。

（発明の効果） 本発明にしたがえば、メタクリルアミドが結晶として生
成するため、反応液全濃縮し晶析させン・友めの余分な
エネルギーを必要としないで、反応液から直接結晶を取
や出すことができる。特に反応溶媒に水を使用し友場合
は、反応晶析により得られた結晶を回収し乾燥させるだ
けで、純度の高い製品を得ることができる。ま九、設備
に関し又も、いわゆる濃縮装置、精製装置等全必要とし
ない極めて簡素なプロセスを構築することが可能である
。このように、本発明は、工業的に極めて有利な、メタ
クリルアミドの製造法を提供するものである。

（実施例） 次に、本発明を実施例によシ、さらに詳細に説明するが
、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。

実施例１ グルコース１％、肉エキス１％、ヘフトン１％、インブ
チロニトリル０．２５％、食塩０．１チ、リン酸第−カ
リウム０．１％、硫酸マグネシウム０．０５チ、硫ｃｌ
Ｒｇ−鉄０．００５　％、硫酸’７７ガ７０．００５チ
、硫酸アンモニウム０．１％、硝酸カリウム０．１俤を
含む培地（ｐ　Ｈ７，０）により好気的に培養して調製
したＡＫ−５２ｍ株の洗浄菌体（乾燥菌体濃度５％）４
０部、アルギン酸ナトリウム２部、水５・８部を混合し
て均一なＩ＠濁液とした後、この液を大加剰２％塩化カ
ルシウム水溶液中に滴々添加し、２〜５　ＩＩφの球状
のアルギン酸カルシウムゲル固定化菌体９０部を得九〇 この固定化菌体５０ｆｆ、二重管ジャケット付２００−
フラスコ反応槽の内部を上下層に二分し几金網の上層に
充填し、いきなシ２重量％以上濃度のメタクリロニトリ
ルに菌が接触すると失活する恐れがあるので、温度１７
Ｃにて純水（ｐ　Ｈ７）１５０を中で、メタクリロニト
リルを少しずつ２０分毎に３２の割合で流下させ、上層
をゆるやかに攪拌させ友。反応開始後２時間４０分経過
し友時点で、メタクリルアミドの結晶が析出し始め、さ
らに１時間同様操作で反応を継続させ友後、下層のスラ
リー液を６５７抜き出し、素早く濾過し次。Ｐ液は、一
般式（１）のａが０．０１８、ｂが−０，０３、Ｃが１
２．９であって、飽和状態のメタクリルアミド濃度金１
７．６重蓋チ含有しており、これを反応槽へ循壊し、さ
らにメタクリロニトリルを２０分毎に５ｆの割合で流下
させ、１時間反応させた後、再度スラリー液を６５７抜
き出し、前記と同様の操作を繰り返した。この時のＰ液
はｐＨ７で、１回目と同様メタクリルアミド飽和濃度で
あった。こうして得られ几結晶を乾燥し、秤量したとこ
ろ、２５．６　ｙであつ几。この結晶は、カスクロマト
グラフにより分析したところ、メタクリルアミドである
ことが確認され之。

実施例２ 実施例１と同様の方法で培養し、得られ九ＡＫ−３３菌
株の１５１１：浄菌体（乾燥画体濃度５チ）３０部、ア
クリルアミド９部、Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルア
ミド１１％をよび生理食塩水４８部全混合して均一な憇
濁液とした。これに５％β−ジメチルアミンプロピオニ
トリル水浴液６部、および２．５チペルオクソニ硫酸力
リウム水浴ｇ６部を加え、５０Ｃに６０分間保って重合
させた。かくして得られた塊状の菌体含有ゲルを６〜５
　ｓｕｍ角に成形し、生理大塩水にて十分洗浄し、固定
化ｄ体１００部金得た。

この固定化菌体５０ｆｔを純水でよく洸浄し几後、実施
例１と同一のフラスコ反応槽上Ｉ―に充填し、温度５Ｃ
にて純水（＋）Ｈ７）　１ｓｏｙ中で、メタクリロニト
リルを４０分毎に３１の割合で流下させ、上層をゆるや
かに攪拌させた。反也開始後４時間経過した時点で結晶
が析出し始め、さらに２時間反もを継続させｔ後、下層
のスジ！Ｊ−ｉｆｆｌを６５１抜き出し、素早く濾過し
友。Ｐ液は、一般式（１）のａが０．０１８、ｂが−０
，０１、Ｃが１５．１であって、飽和状態のメタクリル
アミド濃度を１５．５重量係含有しており、これを反応
槽へ循環し、さらに４０分毎にメタクリロニトリルを３
７、水を１ｆの割合で流下させ、２時間反応させ之後、
再度スラリー液を６５１抜き出し、前記と同様の操作を
８回繰り返した。こうして得られた結晶を乾燥し、秤量
したところ、メタクリルアミドの結晶がｉ　ｏ　４．８
　？得られた。

この結晶をイオンクロマトグラフおよびガスクロマトグ
ラフを用ｌｔｈ、純度分析を行なったところ、無機イオ
ンおよび他の不純物はほとんどトレースであった。

比較例１ 実施例２と同様の方法で得られたＡＫ−１３菌株の固定
化菌体５０ｙ′を純水でよく洗浄し、た後、実施例１と
同一のフラスコ反応槽上層に充填し、温度１０Ｃにて、
４．８重量％硫安水溶液（ｐＨ７）１５０ｒ中で、メタ
クリロニトリルを６０分毎に３７の割合で流下させ、上
；Δをゆるやかに攪拌させた。反応開始後４時間経過し
た時点で結晶が析出し始め、さらに６時間反応を継続さ
、＋！：た後。

下層のスジ１）−ｅ、全８０１抜き出し、素早く濾過し
た。Ｐｍは、一般式（１１のａが０．００７、ｂが−０
，２０，ｃが１０．６であって、剖和状伏のメタクリル
アミド濃ｊ屹を９．３血−チ含有していた。一方、得ら
７″Ｌｆ′ｃ結晶金乾燥し、秤量したところ、メタクリ
ルアミドの結晶が１１．８７得らｆ′Ｌ′ｆｃ０この結
晶全実施例２の方法で純度分析を行なったところ、硫安
全豹１亜量チ含有してｂた。

実施ｔ：］５ 実施例１と同様の方法で得られたＡＫ−３２菌株の固定
化菌体５０７を、実施例１と同一のフラスコ反応槽上層
に充填し、温度２０［にて、０．０５　Ｍリン酸バッフ
ァー（ｐＨ７）　１５０Ｓ’中で、メタノＩＪ　−二）
リルｔ−２０分毎に３？の割合で流下させ、上層をゆる
やかに攪拌させた。反応開始後５時間経過した時点で結
晶が析出し始め、さらに４０分間反応を継続させた後、
下層のスラリー液を７０２抜き出し、素早く濾過した。

Ｄ液は、一般式（１１のａが０．０１８、ｂが−０，０
２、Ｃが１３．０であって、飽和状態のメタクリルアミ
ド濃度を１９．８重量係含有しており、これを反応槽へ
循環し、さらにメタクリロニトリルを２０分毎に３２の
割合で流下させ、４０分間反応させた後、再度スラリー
液を７０″？抜き出し、前記と同様の操作を繰り返した
。こうして得られた結晶を乾燥し、秤量したところ、メ
タクリルアミドの結晶が１６．２　？得られた。

実施例４ 実施例２と同様の方法で固定化し、得られたＡＫ−３２
菌株の固定化菌体５０２を、実施例１と同一のフラスコ
に充填し、反応温度１０Ｃにて、純水（ｐＨ７）１５０
Ｓ’中で、メタクリロニトリルを３０分毎に３ｔの割合
で流下させ、上層をゆるやかに攪拌させながら反応させ
た。反応開始後５時間３０分経過した時点で結晶が析出
し始め、さらに１時間反応を継続させた後、下層の結晶
スラリー液６０？を抜き出し、素早く濾過した。Ｐ液は
、一般式１１＋のａが０．Ｏｊ　７、ｂが−０，０１。

Ｃが１３．０であって、飽和状態のメタクリルアミド濃
度を１４．６重量係含有しており、これを反応槽へ循環
し、さらに５０分毎にメタクリロニトリル３２、水１ｙ
の割合で流下させ、１時間反応させた後、再度スラリー
液を６０２抜き出し、前記と同様の操作を８回繰り返し
た。こうして得られた結晶を乾燥し、秤量したところ、
メタクリルアミドの結晶が６８．Ｏｆ得られた。この結
晶をイオンクロマトグラフおよびガスクロマトグラフを
用い、純度分析を行なったところ、無機イオンおよび他
の不純物はｔ’ｔとんどトレースであった。

比較例２ 実施例４と同様にメタクリロニトリルの水利反応を開始
したところ、３時間６０分経過した時点で結晶が析出し
始めた。さらに１時間反応を継続させた後、反応液を全
量抜き出し、素早く濾過し、１次結晶と共に、一般式１
１１のａが０．０１７、ｂが−０，０１、Ｃが１２．８
であって、飽和状態のメタクリルアミドを１４．４重量
係含有したＰ液１６７．４ノを得た。このＰ液を反応器
に循環させないで、減圧濃縮により水１１０？を除去し
た後、５ｃまで冷却し、濾過によ９２次結晶を回収した
。１次結晶と２次結晶を合わせて乾燥させたところ、メ
タクリルアミド結晶が２４．５７得られたが、戸液中未
回収分のメタクリルアミドが７．４２残存していた。

代理人　　清　　水　　　　　猛゛、・１、艮゛１−・
・、さり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 メタクリロニトリルを水和してメタクリルアミドを生成
   する能力を有する微生物を利用してメタクリルアミドを
   製造する方法において、該微生物の菌体または酵素を固
   定化し、これにメタクリロニトリルを水性媒体中で接触
   反応さ せる際、反応器中の反応温度を氷点から２０℃の範囲と
   し、かつ生成するメタクリルアミド結晶を分離した残り
   の反応液を該反応器に循環させ、この循環液のメタクリ
   ルアミド濃度を次の一般式Ｃ＝ａＴ＾２＋ｂＴ＋ｃ （式中、Ｃはメタクリルアミド重量％、Ｔは温度℃、ａ
   、ｂ、ｃは定数であり、ａ＝０．０１〜０．０２、ｂ＝
   −０．１５〜０．０５、ｃ＝１２．２〜１３．４である
   ）を満足する飽和濃度とし、反応を行ない、生成するメ
   タクリルアミド結晶を反応液から分離することを特徴と
   する微生物によるメタクリルアミド結晶の製造法。