JPS62267255A

JPS62267255A - 固定化生体触媒を用いたアミド結晶の製造法

Info

Publication number: JPS62267255A
Application number: JP10940186A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kawakami; 川上　潔; Toyoji Tanabe; 田辺　豊治
Original assignee: Research Association for Utilization of Light Oil
Current assignee: Research Association for Utilization of Light Oil
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1987-11-19
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH0733358B2

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、固定化生体触媒を用いて、ニトリル基質から
アミドを製造する方法に関し、さらに詳しくは、反応器
、晶析槽および固液分離器からなる反応装置を用い、二
）　ＩＪル基質を反応器に連続逐次添加することにょシ
生成するアミドを、その溶解度の温度依存性を利用し、
連続的に結晶として製造する方法に関する。

本発明を有効に利用できる反応としては、炭素数４以上
の水に対する溶解度の低いアミド、たとえば、メタクリ
ルアミド、インブチルアミド、ｎ−プチルアミド、クロ
トアミド、コハク酸アミド、グルタロアミド、アジボア
ミド、ベンズアミド、フタルアミドおよびニコチン酸ア
ミドなどの生成反応があげられる。

（従来の技術）固定化生体触媒を用いて、ニトリル基質がらアミドを製
造する方法としては、特公昭５７−１２３４号および特
公昭５８−３５０７７号に、７クリロニトリルまたはメ
タクリロニトリルからアクリルアミドまたはメタクリル
アミドを製造するに際し、基質阻害を避けるため、基質
を多段にフィードする方灰および反応循環液で基質を希
釈する方法が、また、特開昭５６−１８８８号に、反応
液を凍結濃縮し、高濃度アクリルアミド水溶液を得る方
法が開示されているが、いずれもアミドを結晶として製
造することを狙ったものではない。したがって、固定化
生体触媒を用いて、結晶性の有用生産物を製造する方法
に関しては、従来知られた例が少なく、特開昭６１−５
７８９号に、触媒充填反応槽と濾過機能を有する晶析槽
を組合わせた反応方法が開示されているにすぎない。

（発明が解決しようとする問題点）固定化生体触媒による反応方法（特開昭６１−５７８９
号）は、晶析槽に溶液状、懸濁状またはスラリー状基質
を仕込む方法であり、特に懸濁状またはスラリー状基質
の場合には、晶析槽に基質と生産物の結晶が共存してい
るため、基質が生産物に変換してしまわない限り、生産
物を取り出すことができない。また、溶液状の基質の場
合でも、晶析槽に高濃度基質を仕込むため、基質の付着
していない生産物の結晶を取り出す場合には、反応液を
晶析槽と反応器の間を循環し、はとんどの基質を生産物
に変換しなければならず、バッチ型で反応を行なわざる
を得ない方法であった。ところで、ニトリルからアミド
を製造する方法においては、基質のニトリルは一般に毒
性が高いため、アミド結晶中へのニトリルの混入を防止
するという意味において、運転性、操作性およびアミド
品質の均一性を向上させるため、実質的に連続的な製造
法が望まれていた。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、このように、ニトリルからアミド結晶を
製造する方法において、バッチ型反応では、運転性、操
作性およびアミド品質の均一性が必ず１−もよくないと
いう問題点の解決を目標にして、ニトリルからアミド結
晶を連続的に製造する方法について鋭意研究を行なった
結果、基質ニトリルが溶液状で、生産物アミドが結晶で
ある場合Ｋ、晶析槽で得られたスラリー状の反応液を固
液分離器Ｋかけ、結晶を連続的に抜き出すと共に、得ら
れた反応母液に基質を連続逐次添加後、反応器で反応さ
せ、その後、反応液を晶析槽に循環させる方法が運転性
、操作性およびアミド品質の均一性の向上の面で極めて
有効な方法となることを見出し、本発明を完成するに至
った。

すなわち、本発明は、炭素数４以上の二）　ＩＪル基質
を固定化生体触媒を用いて水和反応させ、対応するアミ
ドを製造するに際し、反応器から出た反応液を晶析槽へ
導き、該アミド結晶を、氷点より高く、かつ該二）　Ｉ
Ｊル基質が事実上晶析しない温度で行ない、得られたス
ラリー液を固液分離器に導通し、該アミド結晶を連続的
に抜き出すと共に、固液分離器出口循環液に該ニトリル
基質と水を連続逐次添加し、反応器へ循環させることを
特徴とする固定化生体触媒を用いたアミド結晶の製造法
に関するものである。

以下、本発明方法を詳細に説明すると、本発明の反応装
置は、反応器、晶析槽および固液分離器から成り、固定
化生体触媒を反応器に充填した上で、ニトリル基質と水
を固液分離器出口循環液に連続逐次添加し反応を実施す
る。

本発明に使用できる固定化生体触媒としては、二）　Ｉ
Ｊル基質との連続反応に耐えうるものであればいずれを
も使用できる。好ましい固定化生体触媒としては、例え
ば、アルギン酸塩のゲル、カラギーナンゲル、ポリアク
リルアミドゲルなどに包括された微生物、酵素や、イオ
ン交換樹脂などに化学結合した酵素、シリカゲルやゼオ
ライトなどに吸着し九酵素などを挙げることができる。

また、用いる微生物は、ニトリルを水和し、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
置づけに関係なくいずれをも利用することができ、例え
ば、特公昭５６−３８１１８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６０−１１９７６
１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、例えば、特願昭６０−１１９７６１号記
載＝　６− のロドコッカス属ＡＫ−３２菌株（微工研菌寄第８２６
９号）およびＡＫ−５５菌株（微工研菌寄第８２７０号
）などを挙げることができる。また、該微生物由来の酵
素は、通常の超音波法、凍結融解法またはりゾチーム法
等により抽出して得られる酵素溶液を必要によシ精製し
て用いる。

本発明に用いる反応器は、熱交換機能を備えたものであ
れば、完全混合槽型、流動層型、固定層型および移動層
型など従来知られているいずれの型式をも用いることが
でき、基質の流通方向も、下降流型、上昇流型などいず
れでもよい。反応器は、通常１基または２基であるが、
必要に応じて、それ以上に直列に連結して用いることが
できる。

晶析槽は熱交換機能を備えたものであれば、いずれの型
式のものでもよいが、温度勾配をゆるやかＫＬ、結晶粒
径を大きくするためには、複数の槽を直列に連結したも
のが望ましい。固液分離器は、スラリー状の反応液から
アミド結晶を分離する機能を備えていれば、いずれの型
式のものでもよい。

例えば、遠心分離器、沈降槽および濾過器などを挙げる
ことができるが、連続的に使用できる構造のものを用い
ることは、運転性、操作性を向上させる上で大切なこと
である。

本発明の実施にあたっては、反応器内温は、固定化生体
触媒の活性と安定性を考慮して、好ましくは０へ５０Ｃ
１よシ好ましくは５へ２５０に設定し、晶析槽内温は、
反応液を凍結させてしまわないために、氷点より高くし
、また、原料である二）　ＩＪル基質を生成アミド結晶
に混入させないという意味において、二）　ＩＪル基質
が事実上晶析しない温度とすればよい。固液分離器も、
晶析槽と同様な温度に保持しておくことは、結晶を溶解
させないために必要である。

反応器から出る反応液は、反応器の連続運転が可能な範
囲において、溶液状、懸濁状またはスラリー状でもよい
が、反応液中アミド濃度を上げるほど、また、反応器内
温と晶析槽内温との温度差を可能な限り大きくするほど
、反応液の循環量に対するアミド結晶の取得量が向上し
、経済的に有利なプロセスとなる。原料であるニトリル
基質と水の添加は、通常、固液分離器出口循環液に連続
逐次的に行なうものであるが、溶解しにくいニトリル基
質を添加する場合に、より温度の高い反応器出口液の方
が溶解し易いときＫは、反応器から出た反応液の一部に
、該ニトリル基質と水を連続逐次添加し、固液分離器出
口循環液と合流させて反応器へ循環させることができる
。

次に、このような発明方法を適用し九実施態様の一つを
図面に基いて説明すると、第１図において、１は熱交換
機能を備えた反応器であり、ライン６および７より供給
されたニトリル基質および水が永和反応し、生成アミド
を含んだ反応液は、ライン８′ｆｃ通りポンプ２により
、熱交換機能を備えた晶析槽３へ送液される。晶析槽３
ではアミド結晶が析出し、スラリー液となってライン９
を通９、ポンプ４により固液分離器５へ送液され、ライ
ン１０よりアミド結晶が抜き出され、反応母液はライン
１１を通り、反応器１へ循環する。

第２図は、反応槽１より抜き出された反応液の−・部を
、晶析槽を経由しないで反応器へ循環させるプロセスで
あり、反応母液循環ライン１１より液温の高い反応液に
、ライン６および７よりニトリル基質および水を供給し
たものである。

かくて、第１図、第２図共に、ライン６および７よジニ
トリル基質および水を連続逐次添加し、ライン１０より
生成アミド結晶を連続的に抜き出すことのできる連続プ
ロセスの概略ブロック図である。

（発明の効果）本発明にしたがえば、炭素数４以上のニトリル基質から
対志するアミドを製造する場合に、実質的に連続的な製
造法となるため、毒性の高いニトリル基質の場合に重要
な点となる運転性、操作性が大巾に改善されると共に、
得られるアミド品質の均一性をも向上させることができ
る。また、アミドを結晶として製造するという点では、
固定化生体触媒で高濃度アミド溶液が製造できるため、
従来用いられている減圧濃縮等にエネルギーを多量に消
費することなく、晶析という比較的少ないエネルギーで
結晶化を可能としたものであシ、工業的にも極めて有利
なアミド結晶の製造法である。

（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０．３％、ペフトン０．５係
、食塩０．１％、イソブチルニトリル０．２５憾を含む
培地（ｐ　Ｈ７，０）により好気的に培養して調製した
ＡＫ−３２菌株の洗浄菌体（乾燥菌体濃度４％）４０部
、アルギン酸ナトリウム２部、水５８部を混合して均一
な懸濁液とした後、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、２〜３ａＩｌφの球状のアルギ
ン酸カルシウムゲル固定化菌体９２部を得た。

反応装置としては、反応器、晶析槽には共に二重管ジャ
ケット付５０を攪拌槽を用い、固液分離器としては、横
型遠心分離器を用いた。反応器には上記固定化菌体１０
ｋｙと純水（ｐＨ８）２０ｋｐを、晶析槽には純水（ｐ
）１８）３０Ｑｆｔ仕込むと共に、２０　ｋ）／Ｈｒで
純水を反応器から抜き出し、晶析槽、固液分離器を経由
して反応器へ戻る循環系を作ると共に、固液分離器出口
循環液にメタクリロニトリルを８０Ｏｆ／Ｈｒ、純水２
１５ｆｌＨｒで連続的に添加し、反応を行なった。反応
器内温を１７’Ｃ’、晶析槽内温’１ｉ−５ＣＫ保ち、
メタクリロニ）　ＩＪルを添加開始８時間経過した頃よ
り、固液分離器から結晶の抜き出しが始まり、その後１
０時間で９．９Ｑの結晶が連続的に得られた。この結晶
は、ガ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た。なお、この結晶中
には、未反応のメタクリルアミドは検出されなかった。

比較例１実施例１と同一の固定化菌体および反応装置を用い、同
様に純水を反応器から抜き出し、晶析槽、固液分離器を
経由して反応槽へ戻る循環系を作った後、晶析槽にメタ
クリロニトリルｆ　８００　ｔ／Ｈｒ、純水２１５　ｆ
／Ｈｒで連続的に添加し、反応を行なった。反応器およ
び晶析槽内温を実施例１と同一温度に保ったところ、メ
タクリロニトリル添加開始８時間経過した頃よシ、固液
分離器から結晶の抜き出しが始まり、その後１０時間で
９．８ｋｇの結晶が連続的に得られた。この結晶は、ガ
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たが、同時に未反応メタクリ
ロニトリルを０．２％含有していた。

実施例２グルコース１％、肉エキス１％、ペプトン１チ、インブ
チロニトリル０．２５％、食塩０．１％、リン酸第−カ
リウム０．１　％、硫酸マグネシウム０．０５係、硫酸
第一鉄０．００５係、硫酸マンガン０．００５係、硫酸
アンモニウム０．１％、硝酸カリウム０．１％を含む培
地（ｐ　Ｈ７，０）により、好気的に培養したＡＫ−３
３菌株の洗浄菌体（乾燥菌体濃度５％）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
１部および生理食塩水４８−１３一部を混合して均一な懸濁液とした。これに５％β−ジメ
チルアミノプロピオニトリル水溶液６部および２．５係
ベルオクソニ硫酸力リウム水溶液６部を加え、３０Ｃに
３０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３〜５ＩＩ１１角に成形し、生理食塩水で
十分洗浄し、固定化菌体１００部を得た。

反応装置は、内径２０（１）．長さ１ＴｒＬの二重管ガ
ラスカラム３本から成る反応器、３を二重管ジャケット
付晶析槽およびガラスフィルターを用いた固液分離器か
ら成る。反応器には上記固定化菌体７５０ｆを充填し、
晶析槽に０．０５Ｍ塩化カリウム水溶液３ｔを仕込み、
この液を５１／Ｈｒで晶析槽から、固液分離器、反応器
を経て晶析槽へ戻る循環系を作った。固液分離器出口循
環液にｎ−ブチロニトリルを１１０　ｆ／Ｈｒ、水を２
８１／Ｈｒで連続的に供給し、反応器内温を１７ｃ、晶
析槽内温を１Ｃに保ち、反応を行なった。ｎ−ブチロニ
トリル金添加開始４時間経過した頃よ勺、固液分離器に
結晶が分離され始めた。その後、１時間ごとに結晶の抜
き出しを行ないつつ、連続的に１０時間反応を行なった
ところ、１．３ｋｇの結晶が得られた。

この結晶を水に溶解させてガスクロマトグラフにより分
析したところ、ｎ−ブチルアミドであることが確認され
た。なお、この結晶中には未反応のｎ−プチロニ）　Ｉ
Ｊルは検出されなかった。

実施例３実施例１と同一条件でＡＫ−３２菌株を培養すると共に
固定化し、アルギン酸カルシウムゲル固定化菌体を得た
。また、実施例１と同一の反応装置を用い、反応器に固
定化菌体１０ｋＰと純水（ｐＨ８）２０ｋｙを、晶析槽
には純水（ｐＨ８）３０　ｋｇを仕込むと共に、２０　
ｋｙ／　Ｈｒで純水を反応器から抜き出し、晶析槽、固
液分離器を経由して反応器へ戻る循環系を作った。固液
分離器出口循環液にニコチノニトリルを１７０　ｔ／Ｈ
ｒ　、純水２９ｆ／Ｈｒで連続的に添加し、反応器内温
を１５Ｃ１晶析槽内温を１Ｃに保ち、反応を行なった。

ニコチノニトリルを添加開始６０時間経過した頃より、
固液分離器から結晶の抜き出しが始まり、その後１０時
間で１．９５ｋｇの結晶が連続的に得られた。この結晶
を水に溶解し、ガスクロマトグラフにより分析したとこ
ろ、ニコチン酸アミドであることが確認された。なお、
この結晶中には、未反応のニコチノニトリルは全く検出
されなかった。

実施例４実施例３において、反応器抜き出し液量２０ｋｇ／　Ｈ
ｒのうち２ｋｊＥ／Ｈｒ分を、晶析槽を経由しない反応
器量ロ一部循環液とし、この液にニコチノニトリルｆ　
１７０　ｔ／Ｈｒ　、純水を２９　ｆ／Ｈｒで連続的に
添加し、固液分離器出口循環液と合流させて反応器へ循
環させたこと以外は、実施例３と同一の条件で反応を行
なった。実施例３と同様に、ニコチノニトリルを添加開
始６０時間経過した頃より、固液分離器から結晶の抜き
出しが始まり、その後１０時間で、ニコチン酸アミドの
結晶が１．９２ｋｐ連続的に得られた。

実施例５実施例２と同様にしてＡＫ−３３菌株の固定化菌体を調
製し、実施例２と同一の反応器に固定化菌体を７５０２
充填すると共ｋ、晶析槽に０．０５Ｍリン酸バッファー
液（ｐ　Ｈ８，０）を３を仕込み、この液を１　ｔ／　
Ｈｒで晶析槽から、固液分離器、反応器を経て晶析槽へ
戻る循環系を作った。

固液分離器出口循環液にコハク酸ニトリルを５９／Ｈｒ
、水を２り／Ｈｒで連続的に供給し、反応器内温ｆ２０
’ｌ：：、晶析槽内温を１Ｃに保ち、反応を行なった。

コハク酸ニトリルを添加開始１２時間経過した頃より、
固液分離器に結晶が分離され始めた。その後、１時間ご
とに結晶の抜き出しを行ないつつ、連続的に１０時間反
応を行なったところ、６９ｒの結晶が得られた。この結
晶を水に溶解させて、液体クロマトグラフにより分析し
たところ、コハク酸アミドであることが確認された。

なお、この結晶中には、未反応のコハク酸ニトリルは検
出されなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明を実施するために
用いる反応装置の実施態様の概略プロッ第１図策２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素数４以上のニトリル基質を固定化生体触媒を
用いて水和反応させ、対応するアミドを製造するに際し
、反応器から出た反応液を晶析槽へ導き、該アミドの晶
析を、氷点より高く、かつ該ニトリル基質が事実上晶析
しない温度で行ない、得られたスラリー液を固液分離器
に導通し、該アミド結晶を連続的に抜き出すと共に、固
液分離器出口循環液に該ニトリル基質と水を連続逐次添
加し、反応器へ循環させることを特徴とする固定化生体
触媒を用いたアミド結晶の製造法。
（２）反応器から出た反応液の一部に該ニトリル基質と
水を連続逐次添加し、固液分離器出口循環液と合流させ
て反応器へ循環させることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の方法。