KR100489326B1 - 글리신의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
글리시노니트릴 수용액을, 가수분해 반응계에 있어서 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시켜 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시킬 때에, 상기 가수분해 반응계는 상기 미생물 효소를 저해하는 분자량이 95 이상이며, 니트릴기, 카르복실기, 아미드기, 아미노기, 히드록실기 및 트리메틸렌아민 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 함유하는 유기 불순물 화합물을 함유하고, 상기 가수분해 반응 동안 상기 가수분해 반응계에 있어서의 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 유기 불순물 화합물의 함유량이, 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 1O중량% 이하로 유지되는 조건하에서 가수분해 반응을 행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 글리신의 제조 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 글리신의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 글리시노니트릴 수용액을, 가수분해 반응계에서 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시켜서 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시킬 때, 상기 가수분해 반응계는 분자량이 95 이상인 특정한 구조를 포함하는, 상기 미생물 효소를 저해하는 적어도 하나의 유기 불순물 화합물을 함유하고, 상기 가수분해 반응 동안, 상기 가수분해 반응계에서의 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 유기 불순물 화합물의 함유량이, 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 10중량% 이하로 유지되는 조건하에서 상기 가수분해 반응을 행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 글리신의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조 방법을 이용하면, 의농약 합성 원료, 식품 첨가물, 세정제 원료로서 유용한 글리신을 고순도로 효율좋고 간편하게 환경부하도 적게 공업적으로 제조하는 것이 가능해진다.
종래, 글리신은 포름알데히드, 시안화수소 및 암모니아를 원료로 하여, 스트렉커(Strecker)법으로 일단 글리시노니트릴을 합성하고, 이것을 가성 소다 등의 알칼리로 가수분해하여 글리신 소다와 암모니아로 변환시키고, 다시 황산 등의 산으로 중화후, 글리신을 정석법으로 회수함으로써 제조되고 있다(일본 특허 공개 소43-29929호 명세서, 일본 특허 공개 소51-19719호 명세서, 일본 특허 공개 소49-14420호 명세서, 일본 특허 공개 소49-35329호 명세서). 이와 같이, 종래의 염기를 이용한 가수분해법은 알칼리나 산을 글리신과 등량 사용하기 때문에, 염류를 다량으로 부생시키고, 폐기에 의한 환경부하가 크다고 하는 결점이 있다. 또한, 이 염류는 글리신과 용해도가 유사하기 때문에 1단계의 정석으로는 회수할 수 없고, 정석과 모액 순환 조작을 여러 차례 반복하는 등의 번잡한 조작이 필요하였다(일본 특허 공개 소51-34113호 명세서(DE2541677-B호 및 NL7511023-B호에 대응)). 부가해서, 중간체의 글리시노니트릴 수용액은 pH 2.5 이상에서는 불안정하고, 온도가 높을수록 분해나 착색 등의 변성을 하기 쉬운 것으로 알려져 있다(일본 특허 공개 소49-14420호 명세서, 일본 특허 공개 소54-46720호 명세서, 일본 특허 공개 소54-46721호 명세서). 일본 화학회 발행의 공업화학 잡지 제70권 54페이지(1967년)에 따르면, 시안화수소는 알칼리 조건하에서는 중합 변성하고, 중합이 진행되면 흑색 고체가 생성된다. 또한, 일본 화학회 발행의 실험 화학 강좌 제1판 347페이지에는, 글리시노니트릴 등의 시아노메틸기는 알칼리 조건하에서 부가 중합 변성하고, 피리딘 화합물이나 피리미딘 화합물을 생성하기 쉬운 것으로 기재되어 있다. 일본 특허 공개 소62-212357호 명세서(미국 특허 제4661614호에 대응)에는, 포름알데히드, 시안화수소 및 암모니아로부터도 이미노디아세토니트릴 등의 이민 화합물이 생성되는 것이 기재되어 있다. 일본 특허 공고 소51-244815호 명세서에는, 글리시노니트릴은 가열하면 암모니아를 방출하고 이미노디아세토니트릴 등의 이민 화합물을 생성하고, 또한 변성되어서 흑색 화합물을 생성하는 것이 기재되어 있다. 이와 같이, 종래법으로는 이러한 분해나 변성에 따른 글리신의 수율 저하를 피할 수 없고, 탈색되기 때문에 활성탄이나 특수한 이온교환 수지를 이용한 번잡한 처리를 필요로 한다고 하는 결점도 있었다(일본 특허 공개 평3-190851호 명세서, 일본 특허 공개 평4-226949호 명세서(EP459803-B호에 대응)).
그래서, 다량의 알칼리나 산을 사용하지 않고, 글리시노니트릴을 온화한 조건에서 가수분해하는 방법으로서, 니트릴기의 가수분해 능력을 가지는 미생물을 이용해서 글리시노니트릴을 단순하게 가수분해하여, 글리신과 암모늄을 얻는 방법이 알려져 있다. 일본 특허 공고 소58-15120호 명세서(프랑스국 특허 제225585호에 대응)에는, 브레비박테리움 R312주를 가성 칼리 등으로 pH 8로 조정한 반응액에 현탁하여 가수분해 반응에 이용하는 방법이 개시되어 있고, 일본 특허 공개 평3-62391호 명세서 (EP187680-B호에 대응)에는, 코리네박테리움 N-774주를 인산 완충액으로 pH 7.7로 조정한 반응액에 현탁해서 가수분해 반응에 이용하는 방법이 개시되어 있고, 또한 일본 특허 공개 평3-280889호 명세서(EP450885-B호에 대응)에는, 니트릴기의 가수분해 능력을 가지는 로도코커스속, 아르스로백터속, 카세오백터속, 슈도모나스속, 엔테로백터속, 아시네토백터속, 알칼리게네스속, 코리네박테리움속, 또는 스트렙트마이세스속의 미생물을 인산 완충액으로 pH 7.7로 조정한 반응액에 현탁해서 글리시노니트릴로부터 글리신을 얻는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 방법은, 실시예에 따르면, 글리신과 등량 이상의 건조 미생물을 이용하는 것, 또는 30시간에 걸쳐서 글리신에 대해서 5중량% 이상의 다량의 건조 미생물을 이용하는 것이 필요하고, 또한 미생물의 활성유지를 위해 pH를 중성 영역으로 유지하기 위해 순차적으로 중화제를 첨가하는 것이 필요하다. 통상, 글리신의 암모늄염을 중화하기 위해서는 예를 들면 황산이나 인산을 첨가하기 때문에, 반응액에는 황산 암모늄이나 인산 암모늄이 다량으로 남게 된다. 따라서, 이들 미생물을 이용하는 글리신의 제조 방법도 다량의 산을 이용하여, 다량으로 폐기물을 배출하는 결점을 가지고 있다. 또한 이들 방법으로는, 상기의 알칼리 가수분해법에 비해서, 글리신의 회수에는 농축조작에 부가해서 메탄올을 첨가하는 등의 공정이 필요하게 되어 조작이 복잡해지는 문제나(일본 특허 공고 소58-15120호 명세서(프랑스 특허 제225585호에 대응)), 미생물의 사용량이 많아 폐기물이 한층 더 많다고 하는 결점도 있었다. 한편, 미생물과 전기투석을 이용하여, 알칼리를 재순환하면서 글리신과 암모니아를 따로 따로 회수하는 방법이 알려져 있다(일본 특허 공개 평10-179183호 명세서(미국 특허 제5932454호, EP852261-A호에 대응)). 이 방법은, 미생물을 이용해서 글리신을 함유하는 유기산의 암모늄염을 생성되는 공정, 알칼리염으로 교환하여 암모니아를 유리시키는 공정, 암모니아를 회수하는 공정, 전기투석으로 알칼리와 유기산을 분별하는 공정, 유기산을 유기용매를 이용해서 추출하는 공정, 및 유기산을 유기용매로부터 분리하는 공정을 거쳐서 글리신을 제조한다. 또한, 실시예에 따르면, 20g의 글리세린 배지에서 얻어진 미생물로부터 얻어진 유기산은 O.3몰이며, 미생물의 활성이 지극히 낮다. 따라서, 이 방법도 다단 공정과 번잡한 조작이 필요한 데다가, 다량의 전력을 소비하고, 다량의 미생물 사용 및 폐기가 필요하다고 하는 결점을 가지고 있다.
이와 같이, 종래의 미생물을 이용해서 글리시노니트릴로 글리신을 제조하는 방법은, 건조 미생물당 및 단위 시간당의 활성이 낮고, 배지나 미생물을 다량으로 폐기하지 않으면 안된다고 하는 결점이 있다. 또한, 전기투석을 이용하지 않을 경우, 반응액의 pH를 조정하기 위해서, 또는 글리신을 회수하기 위해서 이용하는 중화제의 폐기를 피할 수 없고 암모니아의 회수는 곤란하였다. 전기투석을 이용하더라도, 암모니아의 회수에는 전력을 낭비하고, 또한 다단의 번잡한 조작을 필요로 하는 결점이 있어, 공업적 실시는 만족할 만한 것이 아니었다.
<발명의 개요>
이상과 같은 상황을 감안하여, 본 발명자들은, 상기의 문제를 해결하기 위한 반응 방법이나 반응 조건, 및 이러한 반응 방법에 적합한 미생물에 대해서 예의 연구를 하였다. 그 결과, 놀랍게도, 글리시노니트릴 수용액을, 가수분해 반응계에서 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응을 시켜서 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시킬 때에, 상기 가수분해 반응계는 분자량이 95 이상인 특정한 구조를 함유하는, 상기 미생물 효소를 저해하는 적어도 하나의 유기 불순물 화합물을 함유하고, 상기 가수분해 반응계는 상기 가수분해 반응 동안 상기 가수분해 반응계에서의 상기 유기 불순물 화합물의 함유량이 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 10중량% 이하로 유지되는 조건하에서 상기 가수분해 반응을 행함으로써, 미생물, 배지, 산, 알칼리 등의 다량의 사용 및 폐기의 필요를 수반하지 않고, 글리신의 착색을 억제하고, 미생물당 및 단위 시간당의 글리신 생산 활성이 높고, 글리신과 암모니아를 그의 분해 또는 소비없이 정량적으로 제조하고, 또한 용이하게 별도로 회수할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은, 이들 발견에 기초해서 완성되어진 것이다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 효율적으로 고순도의 글리신과 암모니아를 정량적으로 생성하고, 또한 별도로 회수하여, 환경에 대한 부하도 적은 글리신의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 상기 및 다른 제 목적, 제 특징 및 제 이익은, 첨부한 도면을 참조하면서 행하는 이하의 상세한 설명 및 청구 범위의 기재로 명확해진다.
첨부 도면에 있어서:
도1은 실시예 12에 있어서 사용되는 글리신의 제조 시스템의 개략도이다.
(부호의 설명)
1: 포름알데히드 수용액
2: 액화 시안화수소
3: 수산화나트륨
4: 암모니아 가스
5: 미생물 현탁액
6, 7, 8: 오토클레이브
9: 플래시 증류장치
10: 액상 암모니아
11, 16: 중간 탱크
12: 가수분해 반응기
13: 연속 원심분리장치
14: 폐기되는 미생물
15: 순환식 한외여과막 장치
17: 활성탄 컬럼
18: 연속 정석장치
19: 증발 회수한 물
20: 블로우
21: 여과액
22: 글리신 결정
본 발명의 하나의 태양에 따르면, 글리신의 제조 방법으로서,
글리시노니트릴 수용액을 제공하고,
상기 글리시노니트릴 수용액을, 가수분해 반응계에서 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시켜서 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고,
상기 가수분해 반응계는 상기 미생물 효소를 저해하는 적어도 하나의 유기 불순물 화합물을 함유하고, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물은 분자량이 95 이상이며, 니트릴기, 카르복실기, 아미드기, 아미노기, 히드록실기 및 트리메틸렌아민 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 함유하고, 상기 트리메틸렌아민 구조는 하기 화학식 1로 나타내어지는 골격을 가지고,
상기 가수분해 반응은, 상기 가수분해 반응 동안 상기 가수분해 반응계에서의 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 유기 불순물 화합물의 함유량이 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 10중량% 이하로 유지되는 조건하에서 행하고,
상기 가수분해 반응계로부터 글리신을 단리시키는
것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
식 중, n은 1 이상의 정수를 나타낸다.
다음에, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 본 발명의 기본적 제 특징 및 바람직한 태양을 열거한다.
1. 글리신의 제조 방법으로서,
글리시노니트릴 수용액을 제공하고,
상기 글리시노니트릴 수용액을, 가수분해 반응계에서 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시켜서 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고,
상기 가수분해 반응계는 상기 미생물 효소를 저해하는 적어도 하나의 유기 불순물 화합물을 함유하고, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물은 분자량이 95 이상이며, 니트릴기, 카르복실기, 아미드기, 아미노기, 히드록실기 및 트리메틸렌아민 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 함유하고, 상기 트리메틸렌아민 구조는 하기 화학식 1로 나타내어지는 골격을 가지고,
상기 가수분해 반응을, 상기 가수분해 반응 동안 상기 가수분해 반응계에서의 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 유기 불순물 화합물의 함유량이 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 10중량% 이하로 유지되는 조건하에서 행하고,
상기 가수분해 반응계로부터 글리신을 단리시키는
것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
<화학식 1>
식 중, n은 1 이상의 정수를 나타낸다.
2. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 시안화수소, 포름알데히드 및 암모니아로부터의 글리시노니트릴의 합성, 및 글리시노니트릴의 글리신과 암모니아로의 가수분해로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 반응에 있어서 부생물로서 생성된 것을 특징으로 하는 전항 1에 기재된 방법.
3. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 하기 화학식 2로 나타내어지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 1 또는 2에 기재된 방법.
식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, n은 2 또는 3를 나타낸다.
4. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (a)하기 화학식 3으로 나타내어지는 화합물 및 (b)하기 화학식 6 또는 7로 나타내어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 1 또는 2에 기재된 방법.
식 중, Y1은 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 O 이상의 정수를 나타내고, Z1은 각각 독립적으로 하기 화학식 4 또는 5로 나타내어진다.
식 중, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타낸다.
식 중, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, 각 Z2는 독립적으로 하기 화학식 8 또는 9로 나타내어진다.
식 중, Y2는 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, Z1은 각각 화학식 3에 있어서 정의한 한 바와 같고, n은 0 이상의 정수를 나타낸다.
5. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (c)하기 화학식 10 또는 11로 나타내어지는 화합물 및 (d)하기 화학식 12로 나타내어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 1 또는 2에 기재된 방법.
식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타낸다.
식 중, n은 4 이상의 정수를 나타낸다.
6. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (e)하기 화학식 13으로 나타내어지는 골격 및 (f)하기 화학식 14 또는 15로 나타내어지는 골격으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 골격을 분자내에 가지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 1 또는 2에 기재된 방법.
식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, n은 2 이상의 정수를 나타낸다.
식 중, Y1은 각각 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 1 이상의 정수를 나타낸다.
7. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (g)하기 화학식 16으로 나타내어지는 골격 및 (h)하기 화학식 17 또는 18로 나타내어지는 골격으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 골격을 분자내에 가지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 1 또는 2에 기재된 방법.
식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 2 이상의 정수를 나타낸다.
식 중, Y1은 각각 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 1 이상의 정수를 나타낸다.
8. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 헥사메틸렌테트라민을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 1 또는 2에 기재된 방법.
9. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 중수중에서 측정한 13C-NMR스펙트럼에 있어서 53 내지 100ppm의 사이에 피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 8중 어느 한 항에 기재된 방법.
10. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 상기 가수분해 반응계에 대해서 측정한 자외 가시흡수 스펙트럼에 있어서 340 내지 380nm 및 440 내지 480nm에 흡수 극대를 나타내는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 9중 어느 한 항에 기재된 방법.
11. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물의 분자량이, 130 이상인 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 10중 어느 한 항에 기재된 방법.
12. 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물의 농도가, 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 1중량% 이하인 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 11중 어느 한 항에 기재된 방법.
13. 상기 가수분해 반응계가, 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 5중량ppm 이하의 산소를 용존시키고 있는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 12중 어느 한 항에 기재된 방법.
14. 상기 가수분해 반응을, 밀폐 반응계, 불활성 가스로 가압한 반응계, 불활성 가스를 유통시킨 반응계 또는 대기압 미만의 압력의 반응계를 이용해서 행하고, 상기 가수분해 반응계에 용존하는 산소농도를 억제하는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 13중 어느 한 항에 기재된 방법.
15. 상기 가수분해 반응을, 암모니아가 용존하는 상기 가수분해 반응계에서 행하는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 14중 어느 한 항에 기재된 방법.
16. 상기 가수분해 반응을, 글리시노니트릴의 중량에 대해서 2중량% 이하의 전해질을 함유하는 상기 가수분해 반응계에서 행하는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 15중 어느 한 항에 기재된 방법.
17. 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 상기 미생물 효소가, 아시네토백터속, 로드코커스속, 코리네박테리움속, 알칼리게네스속, 마이코박테리움속, 로도슈도모나스속 및 칸디다속으로 이루어지는 군에서 선택되는 속의 미생물에 유래하는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 16중 어느 한 항에 기재된 방법.
18. 상기 아시네토백터속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-2451의 아시네토백터 sp. AK 226주, 또는 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-7413의 아시네토백터 sp. AK 227주인 것을 특징으로 하는 전항 17에 기재된 방법.
19. 상기 로도코커스속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-5219의 로도코커스 마리스 BP-479-9주인 것을 특징으로 하는 전항 17에 기재된 방법.
20. 상기 코리네박테리움속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-7414의 코리네박테리움 sp. C5주, 또는 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션에 기탁한 기탁번호 ATCC 21419의 코리네박테리움 니트릴로필러스인 것을 특징으로 하는 전항 17에 기재된 방법.
21. 상기 알칼리게네스속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-4750의 알칼리게네스 페칼리스 IF0 13111주인 것을 특징으로 하는 전항 17에 기재된 방법.
22. 상기 마이코박테리움속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-2352의 마이코박테리움 sp. AC 777주인 것을 특징으로 하는 전항 17에 기재된 방법.
23. 상기 로도슈도모나스속의 균주가, 미국 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션에 기탁된 기탁번호 ATCC 11167의 로도슈도모나스 스페로이데스인 것을 특징으로 하는 전항 17에 기재된 방법.
24. 상기 칸디다속의 균주가, 미국 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션에 기탁된 기탁번호 ATCC 20311의 칸디다 트로피칼리스인 것을 특징으로 하는 전항 17에 기재된 방법.
25. 상기 가수분해 반응계로부터 글리신의 단리를 행하면서, 글리신의 회수와는 별도로 부생 암모니아를 회수하는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 24중 어느 한 항에 기재된 방법.
26. 글리신 및 암모니아를 증류, 반응 증류, 불활성 가스에 의한 동반, 이온 교환, 추출, 빈용매를 이용한 재침전, 및 농축 또는 냉각에 의한 정석으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 별도로 회수하는 것을 특징으로 하는 전항 25에 기재된 방법.
27. 암모니아를 증류, 반응 증류 또는 불활성 가스에 의한 동반에 의해 회수하고, 글리신을, 암모니아 회수 후의 잔액의 농축 또는 냉각에 의한 정석을 함으로써 회수하는 것을 특징으로 하는 전항 26에 기재된 방법.
28. 상기 방법이 하기의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 1 내지 27중 어느 한 항에 기재된 방법.
(1) 밀폐 반응계에서 수성 매체중에서 알칼리 촉매의 존재하에 시안화수소를 포름알데히드와 반응시켜서 글리콜로니트릴 수용액을 얻고,
(2) 상기 글리콜로니트릴 수용액에 암모니아를 첨가해서 반응시켜, 물을 생성하면서 글리시노니트릴 수용액을 얻고,
(3) 얻어진 글리실로니트릴 수용액으로부터 대부분의 암모니아와 물의 일부를 증류 분리하여 글리시노니트릴 수용액과 미분리된 암모니아를 함유하는 가수분해 반응계를 얻고, 분리된 암모니아는 공정(2)로 재순환시키기 위해서 회수하고,
(4) 상기 가수분해 반응계를, 밀폐 반응계내의 상기 가수분해 반응계에 첨가한 미생물에 의해 생산되는 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시키고, 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고,
(5) 상기 미생물 및 상기 미생물 효소를, 원심 여과 및 막 여과로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 분리시키고, 분리된 상기 미생물 및 상기 미생물 효소는 공정(4)로 재순환시키기 위해서 회수하고,
(6) 공정(1) 내지 (5)에서 부생한, 상기 미생물 효소를 저해하는 유기 불순물 화합물의 일부를 막 여과 및 흡착제를 이용한 분리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 분리하고,
(7) 공정(4)에서 부생한 암모니아와 공정(4) 후에 상기 가수분해 반응계에 남는 과잉량의 물을 증류 분리하고, 분리된 암모니아는 공정(2)로 재순환시키기 위해 회수하고,
(8) 공정(7) 후 또는 공정(7)과 동시에 상기 글리신을 정석에 의해 분리하고,
(9) 분리된 상기 글리신의 결정을 건조시킨다.
29. 글리시노니트릴 수용액을 제공하고, 상기 글리시노니트릴 수용액을 가수분해 반응시켜서 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고, 글리신을 상기 가수분해 반응계로부터 단리시키는 것을 포함하는 글리신의 제조 방법에 있어서, 상기 글리시노니트릴의 가수분해를 암모니아의 존재하에서 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
30. 암모니아의 농도가 글리시노니트릴 1mol에 대해서 O.OO1 내지 5mol인 것을 특징으로 하는 전항 29에 기재된 방법.
31. 글리시노니트릴 수용액을 제공하고, 상기 글리시노니트릴 수용액을 가수분해 반응시켜 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고, 상기 글리신을 가수분해 반응계로부터 단리시키는 것을 포함하는 글리신의 제조 방법에 있어서, 염기 및 산의 부존재하에서 상기 가수분해 반응계로부터 글리신의 단리를 행하면서, 글리신의 회수와는 별도로 부생 암모니아를 회수하는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 글리신 및 암모니아를 증류, 반응 증류, 불활성 가스에 의한 동반, 이온 교환, 추출, 빈용매를 이용한 재침전, 및 농축 또는 냉각에 의한 정석으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 별도로 회수하는 것을 특징으로 하는 전항 31에 기재된 방법.
33. 암모니아를 증류, 반응 증류 또는 불활성 가스에 의한 동반에 의해 회수하고, 글리신을 암모니아 회수 후의 잔액의 농축 또는 냉각에 의한 정석을 행함으로써 회수하는 것을 특징으로 하는 전항 32에 기재된 방법.
이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 있어서, 글리시노니트릴은 시안화수소, 포름알데히드 및 암모니아로부터 합성하는 것이 바람직하다. 글리시노니트릴을 합성하는 방법으로서는 공지의 방법을 이용할 수 있다. 즉, 시안화수소와 포름알데히드로부터 글리콜로니트릴 (히드록시 아세토니트릴)을 합성하고, 다음에 암모니아를 가해서 글리콜로니트릴과 반응시켜 글리시노니트릴을 합성하는 방법, 또는 시안화수소와 포름알데히드와 암모니아로부터 직접 글리시노니트릴을 합성하는 방법 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 가수분해 반응계에는, 글리콜로니트릴, 글리시노니트릴, 글리신, 암모니아, 물, 촉매, 미생물 효소를 저해하는 유기 불순물 화합물 등이 함유된다.
본 발명의 가수분해 반응계에 함유되는 미생물 효소를 저해하는 유기 불순물 화합물이란, 미생물 효소의 활성을 가역적으로 저해하거나, 또는 비가역적으로 저해하여 효소를 실활시켜 미생물 효소를 재이용할 수 없게 하는 화합물이다. 이러한 유기 불순물 화합물로서는, 분자량이 95 이상이며, 니트릴기, 카르복실기, 아미드기, 아미노기, 히드록실기 및 트리메틸렌아민 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 함유하는 화합물이 포함된다. 유기 불순물 화합물에는 글리신의 제조공정에 이용하는 원재료, 촉매 등의 첨가물이나 원재료중에 함유되어 있는 불순물도 포함된다. 또한, 유기 불순물 화합물에는 시안화수소, 포름알데히드 및 암모니아로부터의 글리시노니트릴의 합성공정 및/또는 글리시노니트릴(아미노아세토니트릴)의 글리신과 암모니아로의 가수분해 반응공정에 있어서 부생물로서 생성되는 화합물도 포함된다. 또한, 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 미생물 효소의 제조공정에서 생성된 부생물 및 글리신의 분리, 정제 공정으로 순환되는 부생물 등이 포함된다.
본 발명의 가수분해 반응계에 함유되는 유기 불순물 화합물의 구체적인 예 로서는, 다음의 (A) 내지 (F)의 화합물 중 적어도 1종을 들 수 있다.
(A)하기 화학식 2로 나타내어지는 화합물이 함유된다.
<화학식 2>
식 중, 각 Y1은, 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, n은 2 또는 3를 나타낸다.
화학식 2로 나타내어지는 화합물은, 이민(-NH-) 또는 니트릴로(-N=)구조를 가지는 축합 화합물 및 상기 가수분해 생성물이며, 예를 들면 글리콜로니트릴과 글리시노니트릴의 축합반응으로 생성되는 것으로 알려져 있는 이미노디아세토니트릴이나 니트릴로트리아세토니트릴을 들 수 있다. 또한, 이들 축합성 화합물의 니트릴기의 가수분해 생성물로서는, 이미노디아세트산, 시아노메틸아미노아세트산, 이미노디아세토아미드, 시아노메틸아미노 아세토아미드, 카르바모일메틸아미노아세트산, 니트릴로트리아세트산, N-(시아노메틸)이미노디아세트산, N, N-비스(시아노메틸)아미노아세트산, N-(카르바모일메틸)이미노디아세트산, N, N-비스(카르바모일메틸)아미노아세트산, 니트릴로트리아세토아미드, N-(시아노메틸)이미노디아세토아미드, N, N-비스(시아노메틸)아미노아세토아미드 등을 들 수 있다.
(B)하기의 화합물(a) 및 (b):
(a)하기 화학식 3로 나타내어지는 화합물 및
(b)하기 화학식 6 또는 7로 나타내어지는 화합물.
<화학식 3>
식 중, Y1은 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 O 내지 100의 정수를 나타내고, Z1은 각각 독립적으로 하기 화학식 4 또는 5로 나타내어진다.
<화학식 4>
<화학식 5>
식 중, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타낸다.
<화학식 6>
<화학식 7>
식 중, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, 각 Z2는 독립적으로 하기 화학식 8 또는 9로 나타내어진다.
<화학식 8>
<화학식 9>
식 중, Y2는 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, Z1은 각각 화학식 3에 있어서 정의한 바와 같고, n은 O 내지 1OO의 정수를 나타낸다.
화학식 3으로 나타내어지는 화합물은, 부가 다량화 화합물과 상기 부가 다량화 화합물의 니트릴기가 가수분해된 생성물이다. 화학식 6으로 나타내어지는 화합물은, 상기 부가 화합물이 환화한 피리미딘 골격을 가지는 부가 환화 화합물, 및 상기 가수분해 생성물이다. 화학식 7로 나타내어지는 화합물은, 상기 부가 화합물이 환화한 피리딘 골격을 가지는 부가 환화 화합물, 및 상기 가수분해 생성물이다. 이러한 부가 화합물 등은, 일본 화학회 발행의 실험 화학 강좌 제1판 제18-2권 347페이지의 페닐 아세토니트릴의 부가반응에 있어서 예시되어 있는 바와 같이, 시아노메틸기가 서로 부가 2량화 또는 부가 3량화에 이어, 또한 환화나 중합하는 메커니즘으로 생성되는 것으로 알려져 있다.
화학식 3으로 나타내어지는 부가 2량화 화합물로서는, 예를 들면, 글리콜로니트릴과 글리시노니트릴의 부가반응으로 생성되는 화합물, 즉 1,3-디아미노-2-이미노-부틸로니트릴, 1,3-디히드록시-2-이미노-부틸로니트릴, 1-아미노-2-이미노-3-히드록시부틸로니트릴, 또는 3-아미노-2-이미노-1-히드록시부틸로니트릴 등을 들 수 있다. 또한, 이들 화합물의 니트릴기의 가수분해 생성물로서는, 1,3-디아미노-2-이미노-부틸산, 1,3-디히드록시-2-이미노-부틸산, 1-아미노-2-이미노-3-히드록시부틸산, 3-아미노-2-이미노-1-히드록시부틸산, 1,3-디아미노-2-이미노-부틸 아미드, 1,3-디히드록시-2-이미노-부틸 아미드, 1-아미노-2-이미노-3-히드록시부틸 아미드, 3-아미노-2-이미노-1-히드록시부틸 아미드 등을 들 수 있다.
화학식 3으로 나타내어지는 부가 3량화 화합물 중, 내부 구조로서 니트릴기가 메틸렌기에 부가된 화학식 4의 구조를 가지는 화합물로서는, 1,3,5-트리아미노-2,4-디이미노헥산 니트릴, 1,3-디아미노-2,4-디이미노-5-히드록시헥산 니트릴, 1,5-디아미노-2,4-디이미노-3-히드록시헥산 니트릴, 3,5-디아미노-2,4-디이미노-1-히드록시헥산 니트릴, 1-아미노-2,4-디이미노-3,5-디히드록시헥산 니트릴, 3-아미노-2,4-디이미노-1,5-디히드록시헥산 니트릴, 5-아미노-2,4-디이미노-1,3-디히드록시헥산 니트릴, 2,4-디이미노-1,3,5-트리히드록시헥산 니트릴 등을 들 수 있다. 이들 화합물의 니트릴기의 가수분해 생성물로서는, 1,3,5-트리아미노-2,4-디이미노헥산산, 1,3-디아미노-2,4-디이미노-5-히드록시헥산산, 1,5-디아미노-2,4-디이미노-3-히드록시헥산산, 3,5-디아미노-2,4-디이미노-1-히드록시헥산산, 1-아미노-2,4-디이미노-3,5-디히드록시헥산산, 3-아미노-2,4-디이미노-1,5-디히드록시헥산산, 5-아미노-2,4-디이미노-1,3-디히드록시헥산산, 2,4-디이미노-1,3,5-트리히드록시헥산산, 1,3,5-트리아미노-2,4-디이미노헥산 아미드, 1,3-디아미노-2,4-디이미노-5-히드록시헥산 아미드, 1,5-디아미노-2,4-디이미노-3-히드록시헥산 아미드, 3,5-디아미노-2,4-디이미노-1-히드록시헥산 아미드, 1-아미노-2,4-디이미노-3,5-디히드록시헥산 아미드, 3-아미노-2,4-디이미노-1,5-디히드록시헥산 아미드, 5-아미노-2,4-디이미노-1,3-디히드록시헥산 아미드, 2,4-디이미노-1,3,5-트리히드록시헥산 아미드 등을 들 수 있다.
화학식 3으로 나타내어지는 부가 3량화 화합물 중, 내부구조로서 니트릴기가 이미노 기에 부가된 화학식 5의 구조를 가지는 화합물로서는, 2,4-디아미노-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴, 2-아미노-4-히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴, 4-아미노-2-히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴, 2,4-디히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴, 2,4-디아미노-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴, 2-아미노-4-히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴, 4-아미노-2-히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴, 2,4-디히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸로니트릴 등을 들 수 있다. 이들 화합물의 니트릴기의 가수분해 생성물로서는, 2,4-디아미노-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸산, 2-아미노-4-히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸산, 4-아미노-2-히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸산, 2,4-디히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸산, 2,4-디아미노-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸산, 2-아미노-4-히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸산, 4-아미노-2-히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸산, 2,4-디히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸산, 2,4-디아미노-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드, 2-아미노-4-히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드, 4-아미노-2-히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드, 2,4-디히드록시-3-(2-아미노-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드, 2,4-디아미노-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드, 2-아미노-4-히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드, 4-아미노-2-히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드, 2,4-디히드록시-3-(2-히드록시-1-이미노에틸이미노)부틸 아미드 등을 들 수 있다.
화학식 3으로 나타내어지는 화합물에는, 상기 화합물의 메틸기나 이미노기에 글리시노니트릴이나 글리콜로니트릴의 니트릴기가 더 결합된 부가 다량화 화합물도 포함된다. 화학식 3으로 나타내어지는 화합물은, 화학식 4로 나타내어지는 구조단위와 화학식 5로 나타내어지는 구조단위가 분자내에서 교대로 부가된 랜덤 구조, 또는 분자가 화학식 4 및 5로 나타내어지는 구조단위 중 적어도 하나를 각각 독립적으로 함유하는 상이한 적어도 2개의 중합체 블록을 함유하는 블록 공중합체 구조를 가질 수 있다.
니트릴기를 가지는 말단이 환화되어 피리미딘 골격을 형성하는 화학식 6으로 나타내는 부가 환화 화합물로서는, 4,5-디아미노-2,6-비스(아미노메틸)피리미딘, 4-아미노-5-히드록시-2,6-비스(아미노메틸)피리미딘, 5-아미노-4-히드록시-2,6-비스(아미노메틸)피리미딘, 4,5-디아미노-2-아미노메틸-6-히드록시메틸 피리미딘, 4-아미노-5-히드록시-2-아미노메틸-6-히드록시피리미딘, 5-아미노-4-히드록시-2-아미노메틸-6-히드록시피리미딘, 4,5-디아미노-6-아미노메틸-2-히드록시메틸 피리미딘, 4-아미노-5-히드록시-6-아미노메틸-2-히드록시피리미딘, 5-아미노-4-히드록시-6-아미노메틸-2-히드록시피리미딘, 4,5-디아미노-2,6-비스(히드록시메틸)피리미딘, 4-아미노-5-히드록시-2,6-비스(히드록시메틸)피리미딘, 5-아미노-4-히드록시-2,6-비스(히드록시메틸)피리미딘 등을 들 수 있다. 또한, 화학식 6으로 나타내는 화합물로서는, 이들 화합물의 1위치 메틸렌기에 니트릴기가 더 결합되고, 화학식 8 또는 9에 나타내는 구조의 치환기로 치환한 부가 환화 화합물도 포함된다. 화학식 6으로 나타내어지는 화합물은, 화학식 4에 나타내는 구조단위와 화학식 5에 나타내는 구조단위가 치환기내에서 교대로 부가된 랜덤 구조, 또는 분자가 화학식 4 및 5로 나타내어지는 구조단위 중 적어도 하나를 각각 독립적으로 함유하는 상이한 적어도 2개의 중합체 블록을 함유하는 블록 공중합체 구조를 가질 수 있다. 또한, 화학식 6으로 나타내어지는 화합물에는 상기한 부가 환화 화합물의 니트릴기의 가수분해 생성물도 포함된다.
니트릴기를 가지는 말단이 환화되어서 피리딘 골격을 형성하는 화학식 7로 나타내는 부가 환화 화합물로서는, 2,3,4,5-테트라아미노-6-아미노메틸 피리딘, 2,3,4-트리아미노-5-히드록시-6-아미노메틸 피리딘, 2,4,5-트리아미노-3-히드록시-6-아미노메틸 피리딘, 2,4,5-트리아미노-3,5-디히드록시-6-아미노메틸 피리딘, 2,3,4,5-테트라아미노-6-히드록시메틸 피리딘, 2,3,4-트리아미노-5-히드록시-6-히드록시메틸 피리딘, 2,4,5-트리아미노-3-히드록시-6-히드록시메틸 피리딘, 2,4,5-트리아미노-3,5-디히드록시-6-히드록시메틸 피리딘 화합물을 들 수 있다. 또한, 이들 화합물의 6위치 메틸렌기에 니트릴기를 더 부가하고, 화학식 8 또는 9에 나타내는 구조의 치환기로 치환한 부가 환화 화합물도 포함된다. 화학식 7로 나타내어지는 화합물은, 화학식 4로 나타내는 구조단위와 화학식 5에 나타내는 구조단위가 치환기내에서 교대로 부가된 랜덤 구조, 또는 분자가 화학식 4 및 5로 나타내어지는 구조단위 중 적어도 하나를 각각 독립적으로 함유하는 상이한 적어도 2개의 중합체 블록을 함유하는 블록 공중합체 구조를 가질 수 있다. 또한, 화학식 7로 나타내어지는 화합물에는 상기한 부가 환화 화합물의 니트릴기의 가수분해 생성물도 포함된다.
(C)하기의 화합물(c) 및 (d):
(c)하기 화학식 10 또는 11로 나타내어지는 화합물 및
(d)하기 화학식 12로 나타내어지는 화합물.
<화학식 10>
<화학식 11>
식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타낸다.
<화학식 12>
식 중, n은 4 내지 200의 정수를 나타낸다.
화학식 10 및 11로 나타내어지는 화합물은, 시안화수소 4량화 화합물과 상기 시안화수소 4량화 화합물의 니트릴기가 가수분해된 생성물이다. 화학식 12로 나타내어지는 화합물은 시안화수소 중합물이다.
화학식 10 또는 11로 나타내어지는 시안화수소 4량화 화합물로서는, 예를 들면 디아미노말레오니트릴과 상기 호변이성체인 아미노이미노숙시노니트릴을 들 수 있다. 상기 시안화수소 4량화 화합물의 니트릴기가 가수분해된 생성물로서는, 디아미노말레산, 2,3-디아미노-3-시아노아크릴산, 2,3-디아미노-3-시아노아크릴 아미드, 2,3-디아미노-3-카르바모일아크릴산, 2,3-디아미노-3-카르바모일아크릴 아미드, 아미노이미노숙시논산, 2-아미노-3-이미노-3-카르바모일프로피온 아미드, 2-아미노-3-이미노-3-시아노프로피온산, 2-아미노-3-이미노-3-시아노프로피온 아미드, 2-아미노-3-이미노-3-카르바모일프로피온산, 3-아미노-2-이미노-3-시아노프로피온산, 3-아미노-2-이미노-3-시아노프로피온 아미드, 3-아미노-2-이미노-3-카르바모일프로피온산을 들 수 있다.
화학식 12로 나타내어지는 시안화수소 중합물로서는, n=4일 때 화학식 10이나 11로 나타내어지는 화합물에 더해서, 3-아미노-2,4-디이미노 부틸산, n=5일 때 3-아미노-3-시아노-2,4-디이미노 부틸산 또는 3-아미노-2,4,5-트리이미노 헵탄산, n=6일 때 3,4-디아미노-3,4-디시아노-2-이미노 부틸산 또는 3-아미노-3-시아노-2,4,5-트리이미노 헵탄산 등을 들 수 있다. n=7 이상인 시안화수소 중합물도 포함된다.
(D) 하기의 골격(e) 및 (f)를 분자내에 각각 가지는 화합물:
(e)하기 화학식 13으로 나타내어지는 골격 및
(f)하기 화학식 14 또는 15로 나타내어지는 골격.
<화학식 13>
식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, n은 2 내지 120의 정수를 나타낸다.
<화학식 14>
<화학식 15>
식 중, Y1은 각각 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 1 내지 70의 정수를 나타낸다.
화학식 13으로 나타내어지는 골격을 가지는 구조물에는, 시안화수소 중합 구조물이나 상기 니트릴기가 가수분해된 구조물이 함유되고, 예를 들면, 아미노시아노메틸렌 구조물, 아미노카르바모일메틸렌 구조물 및/또는 아미노카르복시메틸렌 구조물을 가지고, 반복수가 2 이상인 구조물을 들 수 있다. 이러한 시안화수소 중합구조물에는, 중수중에서 측정한 13C-NMR스펙트럼에 있어서 메틸렌 구조가 70 내지 9Oppm의 사이에 피크를 나타내는 화합물이 함유된다.
화학식 14 또는 15로 나타내어지는 골격을 가지는 화합물에는, 다환식 화합물이나 상기 니트릴기의 가수분해 생성물이 함유되고, 예를 들면, 3,4,4,5-테트라아미노-4-(시아노, 카르복시 또는 카르바모일)-3,4,5,6-테트라히드로피리딘 골격의 6원환의 5, 6위치가 인접한 6원환의 2, 3위치인 다환식 구조체나, 3,7,9,10-테트라아미노-3,4,6,7,9,10-헥사히드로피리디노[2,3-e]피리딘 골격의 6, 7, 8, 9위치가 인접한 피리딘 골격의 5, 10, 4, 3위치인 다환식 구조체를 들 수 있다. 이러한 다환식 화합물에는, 중수중에서 측정한 13C-NMR스펙트럼에 있어서 메틸렌 구조가 60 내지 80ppm의 사이에 피크를 나타내는 화합물이 함유된다. 또한, 자외 가시흡수 스펙트럼에 있어서 380nm 및 460nm에 흡수 극대를 나타내는 화합물도 함유된다.
상기한 시안화수소 중합물 등의 생성 메커니즘은, 일본 화학회 발행의 공업화학 잡지 제70권 54페이지(1967년)에 개시되어 있다.
(E) 하기의 골격(g) 및 (h)를 분자내에 각각 가지는 화합물:
(g)하기 화학식 16으로 나타내어지는 골격 및
(h)하기 화학식 17 또는 18로 나타내어지는 골격.
<화학식 16>
식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 2 내지 120의 정수를 나타낸다.
<화학식 17>
<화학식 18>
식 중, Y1은 각각 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 1 내지 70의 정수를 나타낸다.
화학식 16으로 나타내어지는 골격을 가지는 산화 중합물 및 상기 니트릴기가 가수분해된 생성물은 메틸렌기가 서로 산화 커플링하는 반응으로 생성되는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 글리콜로니트릴과 글리시노니트릴이 산화 커플링한, 2,3-디아미노숙시노니트릴, 2-아미노-3-히드록시숙시노니트릴, 또한 이들이 가수분해 된 화합물, 2,3-디아미노 숙시논산, 2,3-디아미노-3-카르바모일프로피온 아미드, 2,3-디아미노-3-시아노프로피온산, 2,3-디아미노-3-카르바모일프로피온산, 2,3-디아미노-3-시아노프로피온 아미드, 2-아미노-3-히드록시-3-시아노프로피온산, 2-아미노-3-히드록시-3-카르바모일프로피온산, 2-아미노-3-히드록시-3-시아노프로피온 아미드, 3-아미노-2-히드록시-3-시아노프로피온산, 3-아미노-2-히드록시-3-카르바모일프로피온산, 3-아미노-2-히드록시-3-시아노프로피온 아미드를 들 수 있다. 화합물 (E)의 예로는 이러한 산화 커플링 생성물에 다시 메틸렌 화합물이 커플링되고, 분자내에 화학식 16의 골격을 가지는 산화 중합 구조물 및 상기 니트릴기가 가수분해된 구조물이 포함된다. 이러한 화합물의 특정예로서는, 아미노시아노메틸렌 구조물, 아미노카르바모일메틸렌 구조물, 아미노카르복시메틸렌 구조물, 히드록시시아노메틸렌 구조물, 히드록시카르바모일메틸렌 구조물 및/또는 히드록시아미노카르복시메틸렌 구조물을 가지고, 반복수가 2 이상인 구조물을 들 수 있다. 이러한 산화 중합 구조물에는, 중수중에서 측정한 13C-NMR스펙트럼에 있어서 메틸렌 구조가 70 내지 90ppm의 사이에 피크를 나타내는 화합물이 함유된다.
화학식 17 또는 18로 나타내어지는 골격을 가지는 화합물은 상기의 산화 중합 구조물의 시아노기가 부가 환화함으로써 생성된다. 화학식 17 또는 18로 나타내어지는 구조를 가지는 다환식 화합물 및 상기 니트릴기가 가수분해된 생성물로서는, 3,4,4,5-(아미노 및/또는 히드록시)-4-(시아노, 카르복시 또는 카르바모일)-3,4,5,6-테트라 히드로피리딘 골격의 6원환의 5, 6위치가 인접한 6원환의 2, 3위치인 다환식 구조체나, 3,7,9,1O-(아미노 및/또는 히드록시)-3,4,6,7,9,10-헥사 히드로피리디노[2,3-e]피리딘 골격의 6, 7, 8, 9위치가 인접한 피리딘 골격의 5, 10, 4, 3위치인 다환식 구조의 화합물이 함유된다. 이러한 다환식 구조의 화합물에는, 중수중에서 측정한 13C-NMR스펙트럼에 있어서 메틸렌 구조가 60 내지 80ppm의 사이에 피크를 나타내는 화합물이 함유된다. 또한, 자외 가시흡수 스펙트럼에 있어서, 340 내지 380nm의 사이 및 440 내지 480nm의 사이에 흡수 극대를 나타내는 화합물도 함유된다.
(F) 헥사메틸렌테트라민, 및
하기 화학식 1로 나타내어지는 트리메틸렌아민 구조를 가지는 화합물:
<화학식 1>
식 중, n은 1 내지 150의 정수를 나타낸다.
이들 화합물은 포름알데히드와 암모니아가 축합해서 생성되는 것으로 알려져 있다. 화학식 1의 구조를 가지는 화합물로서는, n=1일 때 N-아미노메틸-헥사히드로-1,3,5-트리아진, n=2일 때 N, N'-비스아미노 메틸-헥사히드로-1,3,5-트리아진, 펜타메틸렌테트라민, 헥사메틸렌펜타민, n=3일 때 N, N',N''-트리스아미노메틸-헥사히드로-1,3,5-트리아진, n=4일 때 헥사메틸렌테트라민, 헵타메틸렌펜타민을 들 수 있다.
본 발명의 가수분해 반응계에 함유되는 유기 불순물 화합물에는, 상기한 바와 같이, 히드록실기와 아미노기의 축합반응 생성물, 니트릴기와 활성 메틸렌기의 부가반응 생성물과 환화반응 생성물, 또는 메틸렌기의 산화반응 생성물과 환화반응 생성물이나, 이들 생성물의 니트릴기의 가수분해 반응 생성물이 함유된다. 또한, 이들 반응이 조합되어 생성된 화합물도 함유된다. 즉,
(I) 화학식 3, 6, 7, 10, 11로 나타내어지는 화합물 또는 화학식 13 내지 18로 나타내어지는 골격의 아미노기와, 화학식 3, 6, 7로 나타내어지는 화합물 또는 화학식 14 내지 18로 나타내어지는 골격의 히드록실기의 축합 생성물,
(Ⅱ) 화학식 2, 3, 10 내지 12로 나타내어지는 화합물 또는 화학식 13, 14, 16, 17로 나타내어지는 골격의 니트릴기끼리의 부가 생성물,
(Ⅲ) 화학식 2, 3, 10 내지 12로 나타내어지는 화합물 또는 화학식 13, 14, 16, 17로 나타내어지는 골격의 니트릴기와, 화학식 3, 6, 7, 11로 나타내어지는 화합물의 이미노기의 부가 생성물,
(Ⅳ) 화학식 2, 3, 10 내지 12로 나타내어지는 화합물 또는 화학식 13, 14, 16, 17로 나타내어지는 골격의 니트릴기와, 화학식 1 내지 3, 6, 7로 나타내어지는 화합물의 메틸렌기의 부가 생성물,
(Ⅴ) 화학식 1 내지 3, 6, 7로 나타내어지는 화합물의 메틸렌기끼리의 산화 커플링 생성물을 들 수 있다.
이들 화합물에는, 중수중에서 측정한 13C-NMR스펙트럼에 있어서 53 내지 100ppm의 사이에 피크를 나타내는 화합물이 함유된다. 또한, 환화반응을 거쳐서 생성되는 화합물은 착색되기 때문에, 자외 가시흡수 스펙트럼에 있어서 340 내지 380nm와 440 내지 480nm에 흡수 극대를 나타내는 화합물이 함유된다.
본 발명의 가수분해 반응계에 함유되는 유기 불순물 화합물은, 모두 분자량이 95 이상인 다관능성 화합물이며, 이것들이 미생물 효소의 활성을 현저하게 저하시킨다. 본 발명에 있어서, 가수분해 반응계내에서 분자량이 95 이상, 바람직하게는 분자량이 130 이상인 유기 불순물 화합물의 함유량이 가수분해 반응계의 중량에 대해, 10중량% 이하, 바람직하게는 5중량% 이하, 더욱 바람직하게는 1중량% 이하로 유지되는 조건하에서 글리신을 제조함으로써 미생물 효소 등의 활성을 향상시킨다.
본 발명의 가수분해 반응계에 함유되는 유기 불순물 화합물의 함유량을 가수분해 반응계의 중량에 대해, 10중량% 이하로 하는 방법으로서는, 상기 가수분해 반응계에 용존하는 산소를, 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 5중량ppm 이하로 제한하는 방법을 들 수 있다. 대기압하에서 가수분해 반응계에 용존하는 산소농도는 통상 8 내지 10ppm이지만, 용존하는 산소농도를 5중량ppm 이하로 하면 부생물의 생성을 줄이는 효과를 볼 수 있다. 미생물 효소 등의 가수분해 활성의 저해를 억제하기 위해서는, 용존하는 산소농도를 O.5중량ppm 이하로 하는 것이 바람직하고, O.05중량ppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서, 가수분해 반응계에 용존하는 산소농도를 제한하는 방법으로서, 반응계로의 공기의 새어 듬을 차단하는 밀폐 반응계, 불활성 가스로 가압한 반응계, 불활성 가스를 유통시킨 반응계 또는 대기압 미만의 압력의 반응계를 이용할 수 있다. 불활성 가스로서는, 헬륨 가스 및 아르곤 가스 등의 희가스류, 메탄가스, 에탄 가스 및 프로판 가스 등의 천연 가스류, 디메틸 에테르 등의 저비점 에테르류, 또는 질소 가스를 단독 또는 혼합해서 이용할 수 있다. 안전성 등의 이유에서 질소 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 밀폐 반응계를 이용하는 경우, 불활성 가스로 가압함으로써 효과적으로 공기를 차단할 수 있다. 이 경우의 압력범위로서는 특별히 한정되지 않지만, 사용하는 미생물 효소의 내압을 고려하면 대기압을 초과해서 1.OMPa 이하가 바람직하고, 대기압을 초과해서 O, 5MPa 이하가 보다 바람직하다. 대기압 미만의 압력의 반응계를 이용하는 경우, 물의 O℃에 있어서의 증기압인 O.7kPa를 초과해서 대기압 미만에서 행할 수 있고, 4.OkPa 이상 대기압 미만이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 가수분해 반응계에 용존하는 산소농도를 제한하기 위해서는, 공기를 차단할 뿐만 아니라, 원재료 등에 원래 용존하고 있는 산소를 제거할 필요가 있다. 용존 산소를 제거하는 방법으로서는, 공지의 여러가지 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 증류조작으로 용존 산소를 제거하는 증류 탈기법, 불활성 가스를 유통시켜 용존 산소를 불활성 가스와 치환함으로써 제거하는 불활성 가스의 유통 처리법, 또는 환원성 화합물을 첨가하여 산소를 환원 소비해서 제거하는 환원성 화합물 첨가법을 이용할 수 있다. 환원성 화합물 첨가법에 이용하는 환원성 화합물로서는 환원성 생화학 화합물, 포름산 화합물, 또는 아황산 화합물을 이용할 수 있다. 환원성 화합물 첨가법에 이용하는 환원성 생화학 화합물로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, L-아스코르브산, L-아스코르브산 스테아르산 에스테르 등의 아스코르브산 에스테르류, L-아스코르브산 나트륨 등의 염류, 글루타치온, L-시스테인, L-시스테인 염산염 1수화물 등의 시스테인 염류, L-시스테인 에틸 에스테르 염산염이나 L-시스테인 메틸 에스테르 염산염 등의 시스테인 에스테르류, 또는 N-아세틸-L-시스테인 등의 N-치환 시스테인류를 이용할 수 있다. 바람직하게는, L-아스코르브산을 이용할 수 있다. 환원성 생화학 화합물의 첨가량은 용존 산소농도에 따라 다르지만, 글리시노니트릴의 안정화의 점에서, 글리시노니트릴에 대해서 O.O01 내지 5mol%, 바람직하게는 O.01 내지 2mol% 이용한다. 환원성 화합물 첨가법에 이용하는 포름산 화합물로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 포름산, 포름산 암모늄 등의 포름산 염류나, 포름산 메틸, 포름산 에틸 등의 포름산 에스테르류가 이용된다. 바람직하게는, 포름산 또는 포름산 암모늄이 이용된다. 포름산 화합물의 첨가량은 용존 산소농도에 따라 다르지만, 글리시노니트릴의 안정화의 점에서, 글리시노니트릴에 대해서 O.O02 내지 8mol%, 바람직하게는 O.02 내지 4mol% 이용한다. 환원성 화합물 첨가법에 이용하는 아황산 화합물로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 아황산 가스, 아황산, 아황산 2나트륨, 아황산수소 나트륨, 아황산 2칼륨, 아황산수소 칼륨, 아황산 2암모늄 등을 이용할 수 있다. 바람직하게는, 아황산 2암모늄이 이용된다. 단, 아황산 화합물은 전해질이고 부생물의 생성을 촉진하는 효과도 있기 때문에, 아황산 화합물의 첨가량은 이하에 기술하는 조건에 따라 글리시노니트릴에 대해서 O.001 내지 2중량%, 바람직하게는 O.01 내지 1중량% 이용한다.
또한, 본 발명의 가수분해 반응계에 함유되는 유기 불순물 화합물의 함유량을 가수분해 반응계의 중량에 대해, 10중량% 이하로 하는 방법으로서는, 암모니아를 글리시노니트릴의 안정제로서 이용하는 방법을 들 수 있다. 글리시노니트릴은 가열하면 암모니아를 방출해서 이미노디아세토니트릴 등의 이민 화합물을 생성하고, 이민 화합물을 다시 변성되어서 흑색 화합물을 생성한다. 따라서, 암모니아가 용존하는 가수분해 반응계를 이용해서 글리시노니트릴을 안정화시킬 수 있다. 암모니아의 첨가량은 반응온도나 시간에 따라 다르지만, 글리시노니트릴 1mol에 대해서 O.001 내지 5mol이 바람직하고, O.01 내지 2mol가 보다 바람직하다. 통상 글리시노니트릴의 합성후 과잉의 암모니아가 잔류한다. 과잉의 암모니아를 글리시노니트릴로부터 분리하지 않고 그대로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 가수분해 반응계에 함유되는 유기 불순물 화합물의 함유량을 10중량% 이하로 하는 방법으로서는, 가수분해 반응계에 함유되는 전해질을, 글리시노니트릴의 중량에 대해서 2중량% 이하로 제어하는 방법을 들 수 있다. 전해질은 니트릴 화합물로부터의 부생물의 생성을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서 이용하는 전해질이란 알칼리 금속염, 알칼리 토류 금속염, 및 인산 완충액등의 혼합물에 더해서, 글리신과 염을 형성할 수 있는 가성 소다 등의 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 화합물, 황산, 염산, 질산 등의 광산류를 함유한다. 이들 전해질을 첨가하면 니트릴 화합물로부터의 부생물 생성이 촉진되지만, 상기 이유의 하나로서, 전해질은 수용액에 첨가하면 산소의 용존량을 증가시키는 효과가 있는 것으로 알려져 있다(일본 화학회 발행의 화학편람 개정 4판 Ⅱ-159페이지표 8.54). 따라서, 미생물 효소의 제조공정에서 배지 또는 완충액으로서 이용한 전해질은 소정량까지 세정하여, 글리시노니트릴 수용액에 함유되는 알칼리 촉매량을 저감시키고, 반응액의 pH를 조정하기 위한 인산 완충제의 첨가를 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. 가수분해 반응계에 함유되는 전해질의 총량은, 글리시노니트릴의 중량에 대해서 2중량% 이하로 하고, 바람직하게는 1중량% 이하, 더욱 바람직하게는 O.5중량% 이하로 한다.
상기한 가수분해계에 용존하는 산소를 제한하는 방법, 암모니아를 용존시키는 방법 및 전해질 농도를 제어하는 방법은 조합해서 이용할 수도 있다. 이들 방법을 모두 조합해서 행하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 이용하는 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 미생물 효소를 생산하는 미생물로서는, 예를 들면, 아시네토백터(Accinetobacter)속, 로도코커스(Rhodococcus)속, 코리네박테리움(Corynebacterium)속, 알칼리게네스 (A1ca1igenes)속, 마이코박테리움(Mycobacterium)속, 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas)속, 칸디다(Candida)속에 속하는 미생물이 적합하지만, 이것들로 한정되는 것이 아니다. 구체적으로는, 이하의 균주를 들 수 있다.
(1) 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소(일본 이바라키껭 쯔쿠바시 히가시 1쪼메 1방 3고(우편번호 305-O046))에 1985년 5월 28일(원기탁일)에 기탁한 기탁번호 FERM BP-2451의 아시네토백터 sp. AK 226주(일본 특허 공개 소63-2596호 명세서),
(2) 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소(일본 이바라키껭 쯔쿠바시 히가시 1쪼메 1방 3고(우편번호 305-O046))에 1985년 5월 28일(원기탁일)에 기탁한 기탁번호 FERM BP-7413의 아시네토백터 sp. AK 227주(일본 특허 공고 소63-2596호 명세서),
(3) 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소(일본 이바라키껭 쯔쿠바시 히가시 1쪼메 1방 3고(우편번호 305-O046))에 1993년 11월 2일(원기탁일)에 기탁한 기탁번호 FERM BP-5219의 로도코커스 마리스 BP-479-9주(일본 특허 공개 평7-303491호 명세서, 일본 특허 공개 평7-303496호 명세서),
(4) 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소(일본 이바라키껭 쯔쿠바시 히가시 1쪼메 1방 3고(우편번호 305-O046))에 1986년 8월 28일(원기탁일)에 기탁한 기탁번호 FERM BP-7414의 코리네박테리움 sp. C5주(일본 특허 공고 평6-65313호 명세서),
(5) 미국 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션(미국 버지니아주 매내서스, 불바드 대학10801(우편번호 20110-2209))에 기탁한 기탁번호 ATCC 21419의 코리네박테리움 니트릴로필러스주(일본 특허 공개 평2-84198호 명세서),
(6) 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소(일본 이바라키껭 쯔쿠바시 히가시1쪼메 1방 3고(우편번호 305-O046))에 1994년 7월 22일(원기탁일)에 기탁한 기탁번호 FERM BP-4750의 알칼리게네스 페칼리스 IF0 13111주(일본 특허 공개 평6-70856호 명세서),
(7) 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소(일본 이바라키껭 쯔쿠바시 히가시 1쪼메 1방 3고(우편번호 305-O046))에 1989년 3월27일(원기탁일)에 기탁한 기탁번호 FERM BP-2352의 마이코박테리움 sp. AC 777주(일본 특허 공개 평2-84918호 명세서, 미국 특허 제5283193호)
(8) 미국 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션(미국 버지니아주 매내서스, 불바드 대학10801(우편번호 20110-2209))에 기탁된 기탁번호 ATCC 11167의 로도슈도모나스 스페로이데스주(일본 특허 공개 평6-303991호 명세서), 및
(9) 미국 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션(미국 버지니아주 매내서스, 불바드 대학10801(우편번호 20110-2209))에 기탁된 기탁번호 ATCC 20311의 칸디다 트로피칼리스주(일본 특허 공개 평6-303991호 명세서).
본 발명에 이용하는 미생물 효소를 생산하는 미생물의 배양에는, 통상 이용되는 배지를 이용할 수 있다. 탄소원으로서는 예를 들면, 글루코오스, 글리세린, 사카로오스, 프락토오스, 아세트산 등의 유기산, 덱스트린, 말토오스 등을 이용할 수 있고, 질소원으로서는 암모니아와 그 염류, 요소, 황산염, 질산염, 유기 질소원(효모 추출물, 맥아 추출물, 펩톤, 대두유, 육류 추출물 등)을 이용할 수 있다. 또한, 배지에는 인산염, 나트륨, 칼륨, 철, 마그네슘, 코발트, 망간, 아연 등의 무기 영양원, 및 비타민류가 적당히 첨가된다. 배양은 pH 4 내지 10, 바람직하게는 pH 6 내지 8이고, 온도 5 내지 50℃, 바람직하게는 20 내지 35℃에서 호기적으로 행하여진다. 또한, 상기의 배지에, 락탐 화합물(γ-락탐, δ-락탐, ε-카프로락탐 등), 니트릴 화합물, 아미드 화합물 등의 효소 유도제를 가할 수 있다. 본 발명에 이용하는 미생물 효소를 생산하는 미생물은 원래 형태 그대로 공업 사용할 수 있지만, 적당한 이변제로 돌연변이를 유발하는 방법 또는 유전자 공학적 수법에 의해 개량된 이변주, 예를 들면, 효소를 구성적으로 생산하는 이변주를 제작해서 이용할 수도 있다. 본 발명에 이용하는 미생물 효소로서는, 배양액으로부터 채취한 미생물을 그대로 이용하고 있어도 좋고, 미생물 처리물(미생물의 파쇄물, 미생물 파쇄물에서 분리된 효소, 고정화한 미생물 또는 미생물로부터 분리추출된 효소를 고정화한 처리물)을 이용할 수 있다. 배양액으로부터의 미생물의 채취는 공지의 방법으로 행할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상술의 방법으로 분리된 미생물 또는 미생물 처리물은 일단, 증류수나 완충액에 현탁해서 보존할 수 있다. 이 경우, 반응후의 폐기물을 줄이기 위해 증류수, 특히 정석 공정 등에서 공기를 차단한 조건하에 증류 분리한 증류수를 재사용하는 것이 바람직하다. 또한, 보존 안정화를 위해 안정제를 보존액에 첨가할 수도 있다. 이 경우도, 반응후의 폐기물을 줄이기 위해 안정제로서 글리신을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 상술의 방법으로 얻어진 미생물 또는 미생물 처리물의 현탁 수용액에, 상기의 방법으로 얻어진 글리시노니트릴 수용액 또는 암모니아를 함유하는 글리시노니트릴 수용액을 첨가하는 방법, 얻어진 미생물 또는 미생물 처리물의 현탁 수용액을 상기 글리시노니트릴 수용액에 첨가하는 방법, 또는 얻어진 미생물 또는 미생물 처리물을 공지의 방법으로 담체에 고정화해서 이것에 상기 글리시노니트릴 수용액을 유통시키는 방법을 이용함으로써, 신속하게 글리시노니트릴의 가수분해 반응을 진행시켜 글리신을 제조할 수 있다. 즉, 통상, 상기 미생물 또는 미생물 처리물을, 예를 들면 건조 미생물 환산으로 O.01 내지 5중량%, 기질의 글리시노니트릴을 1 내지 40중량% 반응장치에 넣고, 온도로서 예를 들면 O 내지 60℃, 바람직하게는 10 내지 50℃에서, 반응시간을 예를 들면 1 내지 24시간, 바람직하게는 3 내지 8시간 반응시킨다. 글리시노니트릴을 저농도로 넣고, 경시적으로 추가첨가하거나, 반응온도를 경시적으로 변화시킬 수 있다. 글리시노니트릴이 가수분해 되어서 글리신과 암모니아로 변환되면 반응후의 반응용액의 pH는 반응전에 비해서 증가한다. 이렇게 반응의 진행에 따라 pH가 증가하는 것을 억제하기 위해서 반응전에 완충액을 첨가하거나, 반응중에 산 또는 알칼리를 첨가할 수도 있지만, 반응후의 폐기물을 줄이기 위해 이러한 완충액, 산이나 알칼리를 가수분해 반응계에 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 가수분해 반응은 개방형의 반응기로 실시할 수도 있지만, 부생하는 암모니아의 비산에 의한 환경오염의 방지, 암모니아의 회수, 및 공기 차단의 관점에서, 밀폐형의 반응기를 이용해서 폐쇄적 반응조건으로 가수분해 반응을 행하고, 부생하는 암모니아를 반응기중에 일단 축적하는 것이 바람직하다.
암모니아는, 증류, 반응 증류, 불활성 가스에 의한 동반, 이온 교환, 추출, 빈용매를 이용한 재침전, 및/또는 농축 또는 냉각에 의한 정석을 행함으로써 글리신과는 별도로 가수분해 반응계로부터 회수할 수 있다. 조작이 간편하고 유기용매, 산, 알칼리 등의 여분의 성분을 이용하지 않는다는 점에서, 가수분해 반응계로부터 증류, 반응 증류 또는 불활성 가스에 의한 동반 분리에 의해 암모니아를 회수하고, 암모니아 회수후의 잔액을 농축 또는 냉각에 의한 정석을 함으로써 글리신을 회수하는 방법이 바람직하다. 반응 증류를 행하는 경우, 반응장치로서, 암모니아와 물을 냉각 회수하기 위한 냉각기가 장착된 단관탑, 선반단탑, 또는 충전탑을 이용하여, 반응용액의 비등압 이상, 예를 들면 60℃에서는 20.OkPa 이상에서, O℃에서는 O.6kPa 이상의 압력조건하에서, 연속적으로 또는 간헐적으로 감압 반응 증류를 행하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 12.6kPa 내지 1.3kPa의 압력조건하에서 감압 반응 증류한다. 불활성 가스에 의한 동반회수를 할 경우, 반응장치에 불활성 가스의 불어 넣기 노즐과, 암모니아나 물을 불활성 가스에서 회수하기 위한 냉각 트랩을 구비하고, 약간의 가압 내지 감압 조건하에서 연속적으로 또는 간헐적으로 암모니아를 불활성 가스에 동반시켜 반응용액에서 분리시킬 수 있다. 또한, 암모니아의 분리를 촉진하기 위해서, 감압 반응 증류를 불활성 가스 유통 조건하에서 행할 수도 있다. 반응방식은 배치형 방식이나 유통형 반응방식을 이용할 수 있고, 이것들을 조합해서 이용할 수 있다.
이와 같이 가수분해 반응계의 반응방식은, 미생물이나 글리시노니트릴의 첨가방법이나 암모니아의 분리회수방법에 따라 다르지만, 미생물 또는 미생물 처리물의 현탁 수용액을 이용하는 경우나 암모니아를 반응 증류 또는 불활성 가스로 동반분리하는 경우는, 주로 배치형 방식 또는 다단의 교반조를 이용한 다단 유통형 반응방식을 이용할 수 있고, 고정화한 미생물을 이용하는 경우는, 주로 관형의 반응장치를 이용한 관형 유통반응방식 또는 이것들을 조합한 방식으로 행할 수 있지만, 이것들로 한정되는 것이 아니다.
본 발명의 방법에 의해 글리시노니트릴은 거의 100%의 몰 수율로 가수분해된다. 부생하는 모든 암모니아는 밀폐형 반응기중에 일단 글리신의 고농도 수용액으로서 글리신의 암모늄염의 상태로 생성 축적시킬 수 있다. 또한, 생성되는 암모니아의 전부 또는 대부분을 반응과 동시에 반응 증류법이나 불활성 가스의 유통법으로 반응용액에서 분리해서 냉각 회수할 수도 있다. 균체가 미생물 효소로서 니트릴 히드라타아제 효소를 가지는 경우, 글리신이 가수분해되어 가수분해 반응계에서 글리신 아미드가 함께 생산된다. 이 경우는 글리신 아미드의 가수분해 활성을 가지는 미생물 또는 미생물 효소를 추가 첨가함으로써, 완전하게 글리신과 암모니아로 변환시킬 수 있다. 글리신의 암모늄염을 함유하는 글리신의 고농도 수용액으로부터의 글리신의 회수는, 예를 들면, 반응용액에서 미생물 또는 미생물 효소를 원심 여과 및/또는 막 여과 등에 의해 분리한 후, 정석, 이온 교환 또는 빈용매를 이용한 재침전에 의해 회수할 수 있다. 또한, 암모니아는 일부의 물과 함께 증발 분리후, 증류나 추출에 의해 회수할 수 있다. 본 발명의 바람직한 제조법으로서는, 예를 들면, (1) 밀폐 반응계에 있어서, 수성 매체중에서 알칼리 촉매의 존재하에 시안화수소를 포름알데히드와 반응시켜서 글리콜로니트릴 수용액을 얻고, (2) 상기 글리콜로니트릴 수용액에 암모니아를 첨가해서 반응시켜, 물을 생성하면서 글리시노니트릴 수용액을 얻고, (3) 얻어진 글리실로니트릴 수용액으로부터 대부분의 암모니아와 물의 일부를 증류 분리해서 글리시노니트릴 수용액과 미분리된 암모니아를 함유하는 가수분해 반응계를 얻고, 분리된 암모니아는 공정(2)로 재순환시키기 위해서 회수하고, (4) 상기 가수분해 반응계를, 밀폐 반응계내의 상기 가수분해 반응계에 첨가한 미생물에 의해 생산되는 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시키고, 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환하고, (5) 상기 미생물 및 상기 미생물 효소를, 원심 여과 및 막 여과로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 분리하고, 분리된 상기 미생물 및 상기 미생물 효소는 공정(4)로 재순환시키기 위해서 회수하고, (6) 공정(1) 내지 (5)에서 부생한 상기 미생물 효소를 저해하는 유기 불순물 화합물의 일부를, 막 여과 및 흡착제를 이용한 분리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 분리하고, (7) 공정(4)에서 부생한 암모니아와 공정(4) 후에 상기 가수분해 반응계에 남는 과잉량의 물을 증류 분리하고, 분리된 암모니아와 물은 공정(2)로 재순환시키기 위해 회수하고, (8) 공정(7) 후 또는 공정(7)과 동시에, 상기 글리신을 정석에 의해 분리하고, (9) 분리된 상기 글리신의 결정을 건조시킴으로써, 글리신을 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 글리시노니트릴 수용액을 제공하고, 상기 글리시노니트릴 수용액을 가수분해 반응을 시켜서 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고, 가수분해 반응계로부터 상기 글리신을 단리시키는 글리신의 제조 방법에 있어서, 상기 글리시노니트릴의 가수분해를 암모니아의 존재하에서 행한다. 이때, 암모니아의 농도가, 글리시노니트릴 1mol에 대해서 O, O01 내지 5mol인 것이 바람직하다. 본 발명의 방법을 이용함으로써, 글리시노니트릴을 안정화하고, 글리신을 정량적으로 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 글리시노니트릴 수용액을 제공하고, 상기 글리시노니트릴 수용액을 가수분해 반응을 시켜서 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고, 가수분해 반응계로부터 상기 글리신을 단리시키는 글리신의 제조 방법에 있어서, 염기 및 산의 부존재하에서, 상기 가수분해 반응계로부터 글리신의 단리를 행하고, 한편, 글리신의 회수와는 별도로 부생 암모니아를 회수할 수 있다. 이때, 글리신 및 암모니아를, 증류, 반응 증류, 불활성 가스에 의한 동반, 이온 교환, 추출, 빈용매를 이용한 재침전, 및 농축 또는 냉각에 의한 정석으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 별도로 회수하는 것이 바람직하다. 또한, 암모니아를 증류, 반응 증류 또는 불활성 가스에 의한 동반에 의해 회수하고, 글리신을, 암모니아 회수후의 잔액의 농축 또는 냉각에 의한 정석을 함으로써 회수하는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법을 이용함으로써, 암모니아를 재순환시키는 것이 가능해지고, 또한 환경에 대한 부하도 적게 할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것들에 의해 전혀 한정되는 것이 아니다.
또한, 실시예 및 비교예에 있어서는, 반응계로의 산소의 혼입을 막기 위해서, 기본적인 반응조작은 모두 질소분위기하에서 행하였다. 반응계에 처음으로 투입하는 수용액류는 질소 가스로 일단 가압 후, 다시 상압으로 되돌리는 등의 질소치환조작을 여러 차례 반복해서 공기를 질소로 치환(즉, 산소농도를 O.01ppm 이하로)하고 나서 사용하였다. 그러나, 공업 프로세스(실시예 12)에 있어서는, 글리시노니트릴의 농축 공정이나 글리신의 정석을 위한 농축 조작으로 얻어지는 증류수를 재순환시키기 때문에, 수용액 등을 질소하에서 보존하는 것 이외에 산소를 제거하기 위한 특별한 조작은 필요하지 않다.
다음 실시예 및 비교예에 있어서, 여러 가지 조작을 아래와 같이 행하였다.
(1) 암모니아 및 물의 증발 회수
암모니아의 증발 회수나 물의 증발 회수는 박막 증류장치(일본 시바타 화학사제)를 이용하여, 감압하, 체류 시간 1분 이내의 조건으로 실시하였다.
(2) 반응액의 농축
30㎖ 이하의 반응액을 농축하는 경우에는, 순환식 아스피레이터 감압하의 회전 증발기 장치(일본 도쿄 리카제)를 이용해서 행하였다.
(3) 미생물의 분리
글리시노니트릴의 가수분해 반응 후에 미생물을 분리할 때에는, 냉각 원심 분리장치(일본 히다찌사제)를 이용하여, 10,OOOrpm으로 15분간 원심분리하였다.
(4) 단백질류의 제거
실시예 1 내지 11에 있어서는 주사기용 한외여과 필터(일본 데루모 주식 회사)를 이용하여, 가압하에서 여과함으로써 단백질류를 제거하였다. 실시예 12에 있어서는, 순환식 한외여과막 장치(일본 아사히 가세이 공업(주)제의 한외여과막 SIP-1013)를 이용해서 단백질류를 제거하였다.
(5) 액체 크로마토그래피
이온 페어 크로마토그래피법으로 글리신, 글리시노니트릴, 글리콜로니트릴, 이미노디아세토니트릴, 이미노디아세트산, 헥사메틸렌테트라민, 암모니아, 황산 이온, 나트륨 이온 등을 분석하였다. 분석장치로서는, 액체 크로마토그래피 장치(일본 시마즈사제 LC-6A, RI 및 UV검출기)와 0DS컬럼(일본 도소제)을 이용하여, 이온 페어제로서 펜탄술폰산 나트륨을 이용해서 이온 페어 크로마토그래피법을 실시하였다.
(6) 겔 투과 크로마토그래피
분자량 55의 글리콜로니트릴 및 분자량 4000 이하의 유기 불순물 화합물의 분석을 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 행하였다. 겔 투과 크로마토그래피장치로서는, 일본 시마즈사제의 LC-9A 및 미국 니콜레사제의 GPC-IR, RI 및 UV 검출기를 이용하고, 컬럼으로서 GS-220NQ컬럼(일본 쇼와전공사제의 Showdex아사히 팩)을 이용하였다.
(7) 착색 화합물의 분석
자외 가시분광 광도계(일본 히다찌사제의 U-321O)를 이용하여, 가수분해 반응계의 200nm 내지 800nm에 있어서의 자외 가시흡수 스펙트럼을 측정하였다. 얻어진 스펙트럼으로부터 흡수 극대를 나타내는 파장 및 피크의 높이를 구함으로써, 가수분해 반응계에 함유되는 착색 화합물을 분석하였다.
(8) NMR
중수중에서 1H-NMR 스펙트럼과 13C-NMR 스펙트럼을 각각 측정하고, 유기 불순물 화합물을 분석하였다. 1H-NMR은 일본 닛폰전자제의 JNM-α400을 이용하여 행하고, 13C-NMR은 독일국, 블루커사제의 AC-200을 이용하여 행하였다. 어느 경우나, 측정용 시료로서는, 가수분해 반응계를 감압 건조한 후에 중수에 용해시키고, 내부표준으로서 4,4-디메틸-4-실란 펜탄 술폰산나트륨(δO.015ppm)을 이용한 것을 사용하였다.
실시예 1
(1) 글리시노니트릴의 합성
교반기와 쟈켓을 구비한 용량 8리터의 오토클레이브(일본 아사히가세이주식회사제)를 반응기로서 이용하였다. 반응기의 내부를 질소분위기로 만들고, 거기에 1200g의 37% 포름알데히드 및 등량의 시안화수소를 가해서 반응시켜, 글리콜로니트릴 수용액을 제조하였다. 얻어진 글리콜로니트릴 수용액에 5000g의 25% 암모니아 수용액을 첨가하고, 2시간 반응시켜서 글리시노니트릴을 제조하였다. 다음에 반응액 중에 존재하는 미반응의 암모니아와 과잉의 물을 박막 증류 장치로 감압 제거하여, 30중량% 글리시노니트릴 수용액을 얻었다. 얻어진 글리시노니트릴 수용액을 액체 크로마토그래피법으로 분석한 바, 글리시노니트릴 외에 0.8중량%의 이미노디아세토니트릴이 함유되어 있었다. 또한, 겔 투과 크로마토그래피법으로 글리시노니트릴 수용액을 분석한 바, 분자량 95 이상의 유기 불순물 화합물이, 수용액중에 1.2중량% 함유되어 있었다.
또한 제조한 글리시노니트릴을 13C-NMR로 분석한 바, 글리시노니트릴과 이미노디아세토니트릴에 대응하는 피크 이외에도 60 내지 70ppm에 부근에 피크가 확인되었다. 또한, 제조한 글리시노니트릴 수용액의 흡광도를 측정한 바, 344nm와 468nm에 흡수 극대가 보여지고, 10mm 석영 셀당의 흡광도는 344nm에서 O.297, 468nm에서 O.08이었다.
(2) 미생물의 배양
아시네토백터 sp. AK 226주(FERM BP-2451)를 하기의 조성으로 이루어지는 배지를 이용하여 30℃에서 1일 배양하였다.
배지
(하기의 성분을 증류수에 용해시킨 것, pH 7.5)
푸마르산 1.O중량%
육류 추출물 1.O
펩톤 1.O
식염(염화 나트륨) 0.1
ε-카프로락탐 0.3
인산 제1칼륨 0.2
황산 마그네슘·7수화물 0.02
염화 암모늄 0.1
황산 제2철·7수화물 O.003
염화 망간·4수화물 0.O02
염화 코발트·6수화물 O.002
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
배양한 미생물을 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하고, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 18.O중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 질소 가스로 치환한 200㎖의 유리 오토클레이브에, 상기 (1)에서 합성한 30중량% 글리시노니트릴 수용액 53.3g과 증류수 46.7g을 질소분위기하에서 넣었다. 다음에 미생물 현탁액 1.0g을 오토클레이브에 가하고, 40℃에서 반응을 개시하였다. 이 때 오토클레이브내의 혼합물의 pH는 약 7이었다. 반응 개시후 pH는 상승하고, 2시간후에는 pH 10이 되었다. 반응을 10시간 행하여, 반응액을 얻었다. 얻어진 100g의 반응액 중 2g을 이용하여, 액체 크로마토그래피법에 의한 원료인 글리시노니트릴과 생성된 글리신의 정량, 및 네슬러(Nessler)법에 의해 암모니아의 정량을 행하였다. 액체 크로마토그래피에 의한 분석의 결과, 반응액에서 원료인 글리시노니트릴은 완전히 소실되고, 글리신의 수율은 99%였다. 또한, 암모니아는 정량적으로 생성되었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 117g/g이며, 글리신의 생성 활성은 12g/g·Hr이었다.
나머지 반응액 98g을 냉각 원심 분리하여 미생물을 분리하고, 상청액을 회수하였다. 회수한 상청액을 가압하에서 한외여과 필터에 통과시켜, 잔존하는 미생물이나 단백질을 제거하였다. 얻어진 여과액 2㎖를 이용해서 자외 가시흡수 스펙트럼을 측정한 바, 468nm의 파장에서의 흡광도는 O.79였다. 상청액 나머지를 모두 박막 증류장치에 도입하여, 암모니아와 과잉의 물을 증발 분리시켰다. 응집액과 드라이 아이스 에탄올 트랩에 회수된 얼음과 액체를 합쳐서 48g의 암모니아수를 얻을 수 있었다. 증류 장치의 저부로부터 43g의 글리신 농축액을 회수하였다. 이 농축액을 실온까지 냉각시키면서 정석하였다. 1회의 정석조작으로 얻은 결정을 건조시켜, 16.5g의 글리신 결정을 얻을 수 있었다. 얻어진 글리신의 순도는 99.99%였다.
비교예 1
글리시노니트릴 수용액에 함유되는 부생화합물인 유기 불순물 화합물의 영향을 검토하였다. 실시예 1에서 합성한 30중량% 글리시노니트릴 수용액을 이용하여, 질소유통하, 90℃에서 글리시노니트릴 수용액을 가열하였다. 가열에 따라 질소에 동반되는 증기는 드라이 아이스 에탄올 트랩으로 보충하였다. 가열 후 15분, 30분, 1시간, 그 후는 30분마다 5시간까지 가열한 액을 10㎖씩 샘플링하여, 냉각보존하였다.
또한, 샘플링한 액의 일부를 이용하여, 액체 크로마토그래피, 겔 투과 크로마토그래피, 자외 가시분광 광도계 및 13C-NMR에 의한 분석을 행하였다. 30분 이상 가열한 글리시노니트릴 수용액에서는 암모니아 냄새가 났다. 가열시간과 함께 수용액은 농축되어 있음에도 불구하고, 글리시노니트릴의 농도는 3O중량%에서 35중량%의 사이에 있고, 이 점으로부터 글리시노니트릴은 변성되어 있는 것이 판명되었다. 또한 경시적으로 분자량 95 이상의 유기 불순물 화합물의 양이 증가하였다. 유기 불순물 화합물은 이미노디아세토니트릴을 함유하고 있고, 그 밖에도 13C-NMR 스펙트럼에 있어서 50 내지 90ppm의 사이에 피크를 나타내는 화합물이나, 자외 가시흡수 스펙트럼에 있어서 380nm과 468nm에 흡수 극대를 나타내는 화합물이 함유되어 있었다.
상기에서 샘플링한 11종의 가열액과 가열하지 않은 글리시노니트릴 수용액을 합한 12종의 샘플을 이용하여, 글리시노니트릴 수용액으로부터 글리신을 생산하는 미생물에 의한 가수분해 활성을 비교하였다. 질소 박스 안에서 5.O㎖의 샘플을 시험관에 넣고, 거기에 증류수 5.O㎖를 첨가하였다. 다음에, 실시예 1과 마찬가지로 배양한 아시네토백터 sp. AK 226주를 이용하여, 건조 미생물 중량환산으로 12.5중량%의 미생물 현탁액을 조제하였다. 조제한 미생물 현탁액 O.5㎖를 각 시험관에 첨가하고, 파라필름으로 밀폐하였다. 질소 박스내의 항온 진동기에 밀폐한 시험관을 세트하고, 30℃에서 8시간 가수분해 반응을 실시하였다. 반응액 중 2g을 이용해서 액체 크로마토그래피법으로 분석하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 글리신의 수율은 유기 불순물 화합물의 농도에 의존하여, 유기 불순물 화합물의 농도가 10중량%를 초과하면 수율은 현저하게 저하되었다(샘플 11과 12의 결과를 참조). 반응액에 함유되는 글리신 이외의 성분은 대부분이 미반응 글리시노니트릴이며, 그 점으로부터 유기 불순물 화합물은 미생물의 효소활성을 크게 저해하였다고 생각된다. 한편, 유기 불순물 화합물의 농도가 5중량% 이하에서는 90% 이상의 글리신 수율을 나타내고, 1중량% 이하에서는 가열을 하지 않은 글리시노니트릴을 이용한 경우와 동등한 글리신 수율을 얻을 수 있었다.
실시예 2
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
(2) 미생물의 배양
실시예 1과 마찬가지로 아시네토백터 sp. AK 226주를 배양하였다.
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
배양한 미생물을 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하고, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 5.O중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 질소 가스로 치환한 내압 슈렝크(Schlenk)관에, 질소기류하에 있어서 1.O㎖의 미생물 현탁액과 16㎖의 증류수를 질소 가스 유통하에 가하고, 다시 글리시노니트릴 수용액 3㎖를 첨가하였다. 내압 슈렝크관을 밀폐하고, 20℃에서 반응을 개시하였다. 이 때 오토클레이브내의 혼합물의 pH는 약 7이고, 2시간후에는 pH lO.1이 되었다. 반응액의 일부를 꺼내서 액체 크로마토그래피법으로 분석한 바, 글리시노니트릴은 소실되고, 글리신이 정량적으로 생성되어 있었다. 그래서 2시간마다 반응온도를 5℃ 승온하고, 그것과 동시에 기질인 30중량% 글리시노니트릴 수용액을 3㎖씩 반응기에 추가하는 조작을 합계 4회 반복하고, 합계 10시간 반응을 행하여 32㎖의 반응액을 얻었다. 그 중 2㎖를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 완전히 소실되고, 글리신의 수율은 1OO%였다. 또한, 암모니아도 정량적으로 생성되었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 120g/g이며, 글리신의 생성 활성은 12g/g·Hr이었다.
나머지 반응액 30㎖를 냉각 원심 분리를 하고, 얻어진 상청액을 한외여과막으로 처리하였다. 얻어진 여과액을 회전 증발기로 농축하고, 냉각시켜서 결정화한 후, 여과구별하고, 건조시켜서 4, 6g의 글리신 결정을 얻었다. 얻어진 글리신의 순도는 99.99%였다.
실시예 3
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
(2) 미생물의 배양
실시예 1과 마찬가지로 아시네토백터 sp. AK 226주를 배양하였다.
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
배양한 미생물을 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하여, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 12.5중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 질소 가스로 치환한 200㎖의 유리 오토클레이브에, 상기 (1)에서 제조한 30중량% 글리시노니트릴 수용액 53.3g과 증류수 41.7g을 질소분위기하에서 넣었다. 다음에 미생물 현탁액 5g을 오토클레이브에 가하고, 50℃에서 반응을 개시하였다. 이 때 오토클레이브내의 혼합물의 pH는 약 7이었다. 반응개시후 pH는 상승하고, 1시간후에는 pH는 10이 되었다. 반응을 8시간 행하여, 반응액을 얻었다. 얻어진 100g의 반응액 중 2g을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 완전히 소실되었고, 글리신의 수율은 99%였다. 또한, 암모니아는 정량적으로 생성되었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 168g/g이며, 글리신의 생성 활성은 21g/g·Hr이었다.
또 실시예 1과 동일한 조작으로 원심분리, 한외여과, 박막 증류를 거쳐서 암모니아수 48g과 글리신 농축액 43g을 회수하였다. 글리신 농축액에 대해서는 글리신의 결정화와 건조 조작을 거쳐서, 17g의 글리신 결정을 얻었다. 얻어진 글리신의 순도는 99.99%였다.
실시예 4
실시예 3에 있어서 원심분리조작으로 회수한 미생물을 증류수로 3회 세정한 후, 증류수를 가해서 미생물 현탁액 5g을 조제하였다. 얻어진 미생물 현탁액을 이용하여, 실시예 3과 마찬가지로 글리신을 제조하였다. 구체적으로는, 질소 가스로 치환한 200㎖의 유리 오토클레이브에, 상기 (1)에서 제조한 30중량% 글리시노니트릴 수용액 50.Og과 증류수 45.Og을 질소하에서 넣었다. 다음에 미생물 현탁액 5g을 오토클레이브에 가하고, 50℃에서 반응을 개시하였다. 반응을 8시간 행하여, 반응액을 얻었다. 얻어진 100g의 반응액 중 2g을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 완전히 소실되고, 글리신의 수율은 99%였다. 또한, 암모니아는 정량적으로 생성되었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 157g/g이며, 글리신의 생성 활성은 20g/g·Hr이었다. 실시예 3과 실시예 4의 통산의 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 325g/g이며, 글리신의 생성 활성은 20g/g·Hr이었다.
또 나머지 반응액에 대해서는, 실시예 1과 동일한 조작으로 암모니아수 48g과 글리신 농축액 42g을 회수하였다. 글리신 농축액에 대해서는 글리신의 결정화와 건조 조작을 거쳐서, 16g의 글리신 결정을 얻었다. 얻어진 글리신의 순도는 99.99%였다.
실시예 5
실시예 4에 있어서 원심분리조작으로 회수한 미생물을 증류수로 3회 세정한 후, 증류수를 가해서 미생물 현탁액 5g을 조제하였다. 얻어진 미생물 현탁액을 이용하여, 실시예 3과 마찬가지로 글리신을 제조하였다. 구체적으로는, 질소 가스로 치환한 200㎖의 유리 오토클레이브에, 상기 (1)에서 제조한 30중량% 글리시노니트릴 수용액 43.3g과 증류수 51.7g을 질소하에서 넣었다. 다음에 미생물 현탁액 5g을 오토클레이브에 가하고, 50℃에서 반응을 개시하였다. 반응을 8시간 행하여, 반응액을 얻었다. 얻어진 100g의 반응액 중 2g을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 완전히 소실되었고, 글리신의 수율은 99%였다. 또한, 암모니아는 정량적으로 생성되었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 136g/g이며, 글리신의 생성 활성은 17g/g·Hr이었다. 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5의 통산의 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 461g/g이고, 글리신의 생성 활성은 19g/g·Hr이었다.
실시예 6
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
(2) 미생물의 배양
로도코커스 마리스 BP-479-9주(FERM BP-5219)를, 하기의 조성으로 이루어지는 배지를 이용하여, 30℃에서 1일 배양하였다.
배지
(하기의 성분을 증류수에 용해시킨 것, pH 7.5)
글리세린 1.O중량%
육류 추출물 1.O
펩톤 1.O
식염 0.1
ε-카프로락탐 0.3
인산 제1칼륨 0.2
황산 마그네슘·7수화물 0.02
염화 암모늄 0.1
황산 제2철·7수화물 0.003
염화 망간·4수화물 0.002
염화 코발트·6수화물 0.O02
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
배양한 미생물을 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하여, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 6.O중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 얻어진 미생물 현탁액 1.O㎖를 이용하여, 실시예 2와 마찬가지로 글리시노니트릴의 가수분해 반응을 합계 10시간 행하였다. 얻어진 32g의 반응액 중 2g을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 완전히 소실되고, 글리신의 수율은 100%였다. 또한, 암모니아도 정량적으로 생성되었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 100g/g이며, 글리신의 생성 활성은 1O.0g/g·Hr이었다.
나머지 반응액을 실시예 1과 동일한 처리를 하여, 4.6g의 글리신을 정석 회수하였다.
실시예 7
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
(2) 미생물의 배양
코리네박테리움 니트릴로필러스(ATCC 21419)를, 실시예 6과 동일한 조건으로 배양하였다.
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
배양한 미생물을 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하고, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 8.O중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 얻어진 미생물 현탁액 1.O㎖를 이용하여, 실시예 2와 마찬가지로 글리시노니트릴의 가수분해 반응을 합계 10시간 행하였다. 얻어진 32g의 반응액 중 2g을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 완전히 소실되고, 글리신의 수율은 99%였다. 또한, 암모니아도 정량적으로 생성되었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 75g/g이며, 글리신의 생성 활성은 8g/g·Hr이었다.
나머지 반응액을 실시예 1과 동일한 처리를 하여, 4.6g의 글리신 결정을 회수하였다.
실시예 8
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
(2) 미생물의 배양
코리네박테리움 sp. C5주를, 실시예 6과 동일한 조건으로 배양하였다.
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
배양한 미생물을 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하고, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 12.5중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 교반기가 장착된 1000㎖의 항온 쟈켓조형 3개 구 세퍼러블 플라스크에, 저부까지 닿는 질소 가스의 불어 넣기 노즐, 드라이 아이스 트랩에 접속된 미스트 세퍼레이터, 온도계, 및 샘플링 관을 구비한 반응기를 준비하였다. 세퍼러블 플라스크에 미생물 현탁액 9㎖를 넣고, 30중량% 글리시노니트릴 수용액 30㎖와 증류수 161㎖를 넣었다. 다음에 가스 유량계를 이용해서 1시간당 3리터의 질소 가스를 공급하면서, 30℃에서 반응을 개시하였다. 1시간 후, 30㎖의 30중량% 글리시노니트릴 수용액을 반응기에 추가하였다. 이 조작을 다시 3회 반복하여, 합계 5시간 반응을 행하였다. 드라이 아이스 트랩에는 얼음과 액체를 합쳐서 15g의 반응 부생물이 회수되었다. 회수한 반응 부생물을 50㎖의 물에 용해시키고, 네슬러법에 의해 암모니아를 정량한 바, 암모니아가 14g 회수되었다. 또한 305g의 반응액이 회수되고, 이 반응액 2g을 이용해서 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 소실되고, 글리신의 수율은 99%였다. 또한, 미량(trace)의 암모니아가 잔존하였다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 53g/g이며, 글리신의 생성 활성은 11g/g·Hr이었다.
나머지 반응액 303g을 실시예 1과 동일한 처리를 하여, 47g의 글리신을 정석 회수하였다.
실시예 9
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
(2) 미생물의 배양
알칼리게네스 페칼리스 IF0 13111주(FERM BP-4750)를, 실시예 6과 동일한 조건으로 배양하였다.
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
배양한 미생물을 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하고, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 12.5중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 교반기가 붙은 1000㎖의 항온 쟈켓조형 3개 구 세퍼러블 플라스크에, 저부까지 닿는 질소 가스의 불어 넣기 노즐, 드라이 아이스 트랩을 거쳐서 감압 펌프에 접속된 단관형의 증류탑, 압력 센서, 온도계, 및 액송 펌프에 접속한 샘플링 관을 구비한 반응기를 준비하였다. 세퍼러블 플라스크에 미생물 현탁액 11㎖를 넣고, 30중량% 글리시노니트릴 수용액 30㎖와 증류수 159㎖를 넣었다. 다음에 가스 유량계를 이용해서 1시간당 3리터의 질소 가스를 공급하면서, 30℃에서 반응을 개시하였다. 1시간 후, 30㎖의 30중량% 글리시노니트릴 수용액을 반응기에 첨가하였다. 이 조작을 다시 3회 반복하여, 합계 5시간 반응을 행하였다. 드라이 아이스 트랩에는 얼음과 액체를 합쳐서 25g의 반응 부생물이 회수되었다. 회수한 반응 부생물을 50㎖의 물에 용해시키고, 네슬러법에 의해 암모니아를 정량한 바 암모니아가 15g 회수되어 있었다. 또한 295g의 반응액이 회수되고, 이 반응액 2g을 이용해서 실시예 1과 마찬가지로 분석하였다. 그 결과, 글리시노니트릴은 소실되고, 글리신의 수율은 99%였다. 또한, 미량의 암모니아가 잔존하고 있었다. 건조 미생물당의 글리신의 생성량은 42g/g이며, 글리신의 생성 활성은 9g/g·Hr이었다.
나머지 반응액 293g을 실시예 1과 동일한 처리를 행하여, 48g의 글리신을 정석 회수하였다.
실시예 1O
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
(2) 미생물의 배양
이하의 미생물을 실시예 6과 동일한 조건으로 배양하였다.
미생물
아시네토백터 sp. AK 227주(FERM BP-7413)
마이코박테리움 s.p AC 777주(FERM BP-2352)
로도슈도모나스 스페로이데스(ATCC 11167)
칸디다 트로피칼리스(ATCC 20311)
슈도모나스 sp. 88-SB-CN5주
아크레모늄 sp. D9K주
클렙시엘라 sp.D5B주
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
각 미생물에 대해서, 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하여, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 12.5중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 얻어진 미생물 현탁액을 사용하여 글리신을 하기와 같이 제조하였다. 질소 가스로 치환한 200㎖의 유리 오토클레이브에, 상기 (1)에서 제조한 30중량% 글리시노니트릴 수용액 53.3g과 증류수 42.7g을 질소하에서 넣었다. 다음에 현탁액 4.Og을 오토클레이브에 가하고, 40℃에서 반응을 개시하였다. 반응을 8시간 행하여, 반응액을 얻었다. 얻어진 100g의 반응액 중 2g을 이용하여, 액체 크로마토그래피법에 의한 원료인 글리시노니트릴과 생성된 글리신의 정량, 및 네슬러법에 의한 생성 암모니아의 정량을 행하였다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 어느 미생물을 이용한 경우도 글리시노니트릴은 완전히 소실되고, 글리신은 높은 수율로 생성되어 있었다. 또한, 암모니아는 정량적으로 생성되어 있었다.
실시예 11
(1) 글리시노니트릴의 합성
실시예 1과 마찬가지로 30중량%의 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다.
글리시노니트릴 수용액의 468nm에서의 흡광도를 측정한 바, 글리시노니트릴 1mol로 환산하여, 10mm 석영 셀당 흡광도는 O.08이었다.
(2) 미생물의 배양
이하의 미생물을 실시예 6과 동일한 조건으로 배양하였다.
미생물
아시네토백터 sp. AK 226주(FERM BP-2451)
로도코커스 마리스 BP-479-9주(FERM BP-5219)
코리네박테리움 sp. C5주(FERM BP-7414)
코리네박테리움 니트릴로필러스(ATCC 21419)
알칼리게네스 페칼리스 IF0 13111주(FERM BP-4750)
(3) 글리시노니트릴의 가수분해
각 미생물에 대해서, 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하여, 증류수로 3회 세정하였다. 세정한 미생물에 증류수를 가하여, 건조 미생물 중량환산으로 12.5중량%의 미생물 현탁액을 얻었다. 얻어진 미생물 현탁액 및 표 3에 나타낸 환원성 화합물을 사용하여 글리신을 하기와 같이 제조하였다. 질소 가스로 치환한 200㎖의 유리 오토클레이브에, 상기 (1)에서 제조한 30중량% 글리시노니트릴 수용액 53.3g과 증류수 42.7g을 질소하에서 넣고, 다시 표 3에 나타내는 환원성 화합물을 첨가하였다. 미생물 현탁액은, 표 3에 나타낸 미생물 현탁액량(중량)을 첨가하였다. 미생물 현탁액의 양이 5g 미만인 경우 다시 미생물 현탁액과 증류수의 합계량이 5g이 되도록 증류수를 첨가하였다. 30℃에서 반응을 개시하고, 10시간 반응을 행하였다. 비교를 위해, 각 미생물에 대해서 환원성 화합물을 첨가하지 않는 실험도 행하였다. 또한, 개방 반응기의 효과와 밀폐 반응기의 효과를 비교하기 위해서, 아시네토백터 sp. AK 226주에 대해 개방 반응기를 사용하나 환원성 화합물을 사용하지 않고 실험을 수행하였다. 얻어진 1OOg의 반응액 중 2g을 이용하여, 생성된 암모니아는 네슬러법에 의해 정량하고, 원료의 글리시노니트릴과 생성된 글리신은 액체 크로마토그래피법으로 정량하였다.
또한, 반응액의 나머지를 실시예 1과 마찬가지로 냉각 원심 분리와 한외여과분리를 행하고, 얻어진 용액의 468nm의 흡광도를 측정하였다. 또 나머지 액은 박막 증류, 1회의 정석조작, 및 건조를 거쳐서 글리신의 결정을 회수하여, 글리신의 순도를 측정하였다. 결과를 표3에 나타낸다.
환원성 화합물을 첨가함으로써 글리신의 착색변성을 크게 억제할 수 있었다. 동시에 글리신의 수율도 향상되고, 글리신 결정의 순도는 99.99%였다. 한편, 공기중에서 반응하면 갈색의 반응액이 얻어지고, 수율도 저하되었다. 이 경우, 한외여과는 곤란해졌다. 얻어진 글리신 결정은 착색되고 순도는 99%로 저하되었다.
실시예 12
실시예 12
도 1에 나타내는 시스템에 기초하여, 본 발명의 글리신의 연속적 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
(1) 글리시노니트릴의 합성
교반기, 레벨 센서, 압력계, 안전 밸브, 및 온도 지시계가 부속된 1리터의 스테인레스제 오토클레이브(6, 7, 8) 및 플래시 증류장치(9)를 직렬로 연결시키고, 이하의 조건으로, 글리시노니트릴 수용액을 합성하였다. 반응에 앞서서, 오토클레이브(6, 7, 8) 및 그것들을 연결하는 배관을 질소치환하였다. 3대의 다이아프램 펌프를 준비하고, 펌프를 이용해서 질소치환한 37중량%의 포름알데히드 수용액(1)(메틸 알코올 10중량% 미만 함유)을 100g/시간, 액화 시안화수소(2)를 33.3g/시간, 및 4% 수산화나트륨(3)을 100ppm 함유하는 증류수 240g/시간을 오토클레이브(6)에 연속적으로 공급하였다. 반응온도를 40℃로 설정하고, 글리콜로니트릴을 제조하기 위한 반응을 개시하였다. 반응개시 직후에는 발열이 보였지만 설정온도에서 반응은 진행하였다. 레벨 콘트롤러로 체류 시간을 1시간으로 조정하고, 오토클레이브(6)의 글리콜로니트릴을 함유하는 반응액을 오토클레이브(7)에 펌프로 공급하고, 동시에 O.2MPa의 암모니아 가스(4)를 매스 플로우 콘트롤러(mass flow controller)를 통과시켜서 82노르말리터/시간으로 연속적으로 공급하였다. 반응 온도를 55℃로 설정하고, 글리시노니트릴의 제조를 개시하였다. 반응개시 시점에서는 암모니아의 흡수 때문에 큰 발열이 보여졌지만, 설정온도 및 설정압력에서 반응은 진행되었다. 레벨 콘트롤러로 오토클레이브(7)의 반응액의 체류 시간을 1시간으로 조정하고, 반응액을 펌프를 사용하여 오토클레이브(8)로 공급하였다. 오토클레이브(8)의 온도는 55℃로 설정하였다. 1시간의 체류 시간후에 펌프를 사용하여 연속적으로 글리시노니트릴를 함유하는 반응액을 빼냈다. 반응개시로부터 6시간까지의 초기반응액을 폐액으로서 회수하고, 6시간 이후의 반응액은 상압으로 설정한 플래시 증류장치(9)로 공급하였다. 플래시 증류장치(9)의 컬럼 상부의 온도를 -20℃로 설정하고, 증류장치(9)로 공급한 반응액을 컬럼 상부에서 냉각시켰다. 이 때, 수분을 빙냉 제거하고, 습윤된 암모니아 가스는 드라이 아이스 에탄올 트랩으로 회수하여, 액상 암모니아(10)를 얻었다. 회수한 액상 암모니아(10)는 오토클레이브(7)에 공급하는 원료로서 이용하였다. 컬럼 저부로부터 소량의 암모니아를 함유하는 글리시노니트릴 수용액을 회수하여, 중간 탱크(11)에서 5℃로 냉각 보존하였다. 이 때 1O중량%의 황산을 안정제로서 100ppm 첨가하였다. 33중량%의 글리시노니트릴 수용액을 얻었다. 이미노디아세토니트릴이 O.9중량% 함유되어 있고, 분자량이 95 이상인 유기 불순물 화합물이 1.3중량% 함유되었다.
(2) 미생물의 배양
실시예 1과 마찬가지로 아시네토백터 sp. AK 226주(FERM BP-2451)를 배양하였다. 배양액으로부터 원심분리에 의해 집균하여, 증류수로 3회 세정한 후, 증류수로 미생물 건조 중량으로 12, 5중량%의 미생물 현탁액(5)으로 만들었다.
(3) 가수분해 반응과 미생물의 분리
교반기, 온도계, pH 센서를 구비한 10L의 스테인레스제 오토클레이브를 가수분해 반응기(12)로서 이용하였다. 공기기류하에 있어서, 중간 탱크(11)에 보존한 글리시노니트릴 수용액 5400g을 가수분해 반응기(12)에 넣고, 상기 (2)에서 조제한 미생물 현탁액(5)을 60g 첨가하고, 50℃의 설정온도에서 글리시노니트릴의 가수분해 반응을 개시하였다. 8시간후에 반응액을 연속 원심분리장치(13)(미국 웨스트팰리어사제의 TA1-02형)에 도입하고, 반응액에서 미생물을 분리하였다. 분리된 미생물 슬러리의 5분의 1을 폐기하고(폐기 미생물(14)), 나머지를 증류수로 3회 세정하였다. 얻어진 미생물에 증류수를 가해서 48g의 현탁액으로 만들고, 이것에 상기 (2)와 동일하게 조제한 미생물 현탁액 12g을 합친 합계 60g의 미생물 현탁액을 가수분해 반응기(12)에 넣고, 상기와 동일하게 글리시노니트릴의 가수분해 반응을 행하였다. 동일한 조작을 2회째 이후도 계속하였다. 원심 여과에 의해 얻어진 여과액(즉 글리신을 함유하는 반응액)을 순환식 한외여과막 장치(15)(일본 아사히가세이공업(주)제의 한외여과막 SIP-1013)에 공급하고, 순환시키면서 농축하였다. 농축액은 중간 탱크(16)에 넣고 일단 보존하였다. 순환액이 500㎖까지 감소하면, 거기에 증류수 500㎖를 가해서 1000㎖로 만들고, 다시 500㎖까지 농축시키는 조작을 2회 반복하였다. 마지막에 남은 순환액 500㎖는 폐기하였다.
상기의 공정(3)은, 12시간 사이클로 반복하였다.
83중량%의 글리신의 암모늄염 및 분자량 95 이상의 유기 불순물 화합물이 O.9중량% 함유되어 있었다.
(4) 글리신 결정의 회수
상기 (1)의 반응개시후 18시간째에는, 중간 탱크(16)에 농축액이 약 6kg 얻어졌고, 이어서 중간 탱크(16)의 농축액을 사용하여 글리신의 연속 정석을 개시하였다. 과정은 하기와 같다. 100g의 활성탄을 넣은 컬럼(17)에 농축액을 통과시켜서 활성탄 처리된 농축액을 얻었다. 얻어진 활성탄 처리된 농축액을 425g/시간의 속도로 연속 정석 장치(18)로 공급하였다. 정석 장치(18)는 교반기, 레벨 센서, 온도계 및 감압 증류 컬럼을 구비하고 있고, 70℃에서, 농축액에 함유되는 과잉의 물과 액체 암모니아를 각각 약 200g/시간과 약 20g/시간으로 감압 증발시켰다. 증발 회수한 상증류수(19)와 액체 암모니아(10)는 각각 회수하고, 상기 (1)의 반응에 순환 사용하였다. 정석조에 축적한 슬러리(글리신 농도:40중량%)의 일부를 정석조의 레벨 상한과 하한의 사이에서 간헐적으로 정석조 저부로부터 흡인에 의해 빼내어, 가열하면서 여과하였다. 얻어진 여과액의 4중량%를 배출하고(블로(20)), 나머지 여과액(21)은 정석조로 순환시켰다. 정석은 운전개시로부터 3시간후에는 정상상태에 이르렀다. 정석된 글리신을 정석장치(18)로부터 꺼내고, 건조시켜서 글리신 결정(22)을 얻었다. 얻어진 글리신 결정(22)의 순도를 분석한 바, 순도는 99.99%였다. 이 시스템에 있어서는, 글리신은 평균하여 82g/시간의 비율로 얻을 수 있고 (미생물당 54g/g), 전체 공정 수율은 90%였다(전체 수율(%)은 모든 단계에서 모든 손실(%)을 감하여 계산한 값이다).
본 발명의 글리신의 제조 방법을 이용하면, 의농약 합성원료, 식품 첨가물, 세정제 원료로서 유용한 글리신을, 고순도로, 미생물당 및 단위시간당의 글리신 생산활성이 높게, 글리신과 암모니아를 그의 분해 또는 소비없이 정량적으로 제조하는 동시에 용이하게 별도로 회수할 수 있고, 또한 환경부하도 적게 공업적으로 제조하는 것이 가능해진다.
Claims (33)
- 글리시노니트릴 수용액을 제공하고,상기 글리시노니트릴 수용액을, 가수분해 반응계에서 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시켜 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고,상기 가수분해 반응계는 상기 미생물 효소를 저해하는 적어도 하나의 유기 불순물 화합물을 함유하고, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물은 분자량이 95 이상이며, 니트릴기, 카르복실기, 아미드기, 아미노기, 히드록실기 및 트리메틸렌아민 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 함유하고, 상기 트리메틸렌아민 구조는 하기 화학식 1로 나타내어지는 골격을 가지고,상기 가수분해 반응을, 상기 가수분해 반응 동안 상기 가수분해 반응계에서의 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 유기 불순물 화합물의 함유량이 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 10중량% 이하로 유지되는 조건하에서 행하고,상기 가수분해 반응계로부터 글리신을 단리시키는,것을 포함하는 것을 특징으로 하는 글리신의 제조 방법.<화학식 1>식 중, n은 1 이상의 정수를 나타낸다.
- 제1항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 시안화수소, 포름알데히드 및 암모니아로부터의 글리시노니트릴의 합성, 및 글리시노니트릴의 글리신과 암모니아로의 가수분해로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 반응에서 부생물로서 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 하기 화학식 2로 나타내어지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.<화학식 2>식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, n은 2 또는 3의 정수를 나타낸다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (a)하기 화학식 3으로 나타내어지는 화합물 및 (b)하기 화학식 6 또는 7로 나타내어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.<화학식 3>식 중, Y1은 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 O 이상의 정수를 나타내고, Z1은 각각 독립적으로 하기 화학식 4 또는 5로 나타내어진다.<화학식 4><화학식 5>식 중, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타낸다.<화학식 6><화학식 7>식 중, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, 각 Z2는 독립적으로 하기 화학식 8 또는 9로 나타내어진다.<화학식 8><화학식 9>식 중, Y2는 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, Z1은 각각 화학식 3에 있어서 정의한 바와 같고, n은 O 이상의 정수를 나타낸다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (c)하기 화학식 10 또는 11로 나타내어지는 화합물 및 (d)하기 화학식 12로 나타내어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.<화학식 10><화학식 11>식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타낸다.<화학식 12>식 중, n은 4 이상의 정수를 나타낸다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (e)하기 화학식 13으로 나타내어지는 골격 및 (f)하기 화학식 14 또는 15로 나타내어지는 골격으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 골격을 분자내에 가지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.<화학식 13>식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, n은 2 이상의 정수를 나타낸다.<화학식 14><화학식 15>식 중, Y1은 각각 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 1 이상의 정수를 나타낸다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, (g)하기 화학식 16으로 나타내어지는 골격 및 (h)하기 화학식 17 또는 18로 나타내어지는 골격으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 골격을 분자내에 가지는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.<화학식 16>식 중, 각 Y1은 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 2 이상의 정수를 나타낸다.<화학식 17><화학식 18>식 중, Y1은 각각 독립적으로 니트릴기, 카르복실기 또는 아미드기를 나타내고, 각 Y2는 독립적으로 아미노기 또는 히드록실기를 나타내고, n은 1 이상의 정수를 나타낸다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이 헥사메틸렌테트라민을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 중수중에서 측정한 13C-NMR스펙트럼에 있어서 53 내지 100ppm의 사이에 피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물이, 상기 가수분해 반응계에 대해서 측정한 자외 가시흡수 스펙트럼에 있어서 340 내지 380nm 및 440 내지 480nm에 흡수 극대를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물의 분자량이, 130 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미생물 효소를 저해하는 상기 적어도 하나의 유기 불순물 화합물의 농도가, 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 1중량% 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가수분해 반응계가, 상기 가수분해 반응계의 중량에 대해서 5중량ppm 이하의 산소를 용존시키고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가수분해 반응을, 밀폐 반응계, 불활성 가스로 가압한 반응계, 불활성 가스를 유통시킨 반응계 또는 대기압 미만의 압력의 반응계를 이용해서 행하여, 상기 가수분해 반응계에 용존하는 산소농도를 억제하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가수분해 반응을, 암모니아가 용존하는 상기 가수분해 반응계에서 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가수분해 반응을, 글리시노니트릴의 중량에 대해서 2중량% 이하의 전해질을 함유하는 상기 가수분해 반응계에서 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 니트릴기의 가수분해 활성을 가지는 상기 미생물 효소가, 아시네토백터속, 로도코커스속, 코리네박테리움속, 알칼리게네스속, 마이코박테리움속, 로도슈도모나스속 및 칸디다속으로 이루어지는 군에서 선택되는 속의 미생물에 유래하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 아시네토백터속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-2451의 아시네토백터 sp. AK 226주, 또는 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-7413의 아시네토백터 sp. AK 227주인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 로도코커스속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-5219의 로도코커스 마리스 BP-479-9주인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 코리네박테리움속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁 번호 FERM BP-7414의 코리네박테리움 sp. C 5주, 또는 미국 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션에 기탁한 기탁번호 ATCC 21419의 코리네박테리움 니트릴로필러스인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 알칼리게네스속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-4750의 알칼리게네스 페칼리스 IFO 13111주인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 마이코박테리움속의 균주가, 일본 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술 연구소에 기탁한 기탁번호 FERM BP-2352의 마이코박테리움 sp. AC 777주인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 로도슈도모나스속의 균주가, 미국 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션에 기탁된 기탁번호 ATCC 11167의 로도슈도모나스 스페로이데스인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 칸디다속의 균주가, 아메리칸 타이프 컬쳐 콜렉션에 기탁된 기탁번호 ATCC 20311의 칸디다 트로피칼리스인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가수분해 반응계로부터 글리신의 단리를 행하면서, 글리신의 회수와는 별도로 부생 암모니아를 회수하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제25항에 있어서, 글리신 및 암모니아를 증류, 반응 증류, 불활성 가스에 의한 동반, 이온 교환, 추출, 빈용매를 이용한 재침전, 및 농축 또는 냉각에 의한 정석으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 별도로 회수하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제26항에 있어서, 암모니아를 증류, 반응 증류 또는 불활성 가스에 의한 동반에 의해 회수하고, 글리신을 암모니아 회수후의 잔액의 농축 또는 냉각에 의한 정석을 함으로써 회수하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방법이(1) 밀폐 반응계에 있어서, 수성매체중에서 알칼리 촉매의 존재하에 시안화수소를 포름알데히드와 반응시켜서 글리콜로니트릴 수용액을 얻고,(2) 상기 글리콜로니트릴 수용액에 암모니아를 첨가하여 반응시켜, 물을 생성하면서 글리시노니트릴 수용액을 얻고,(3) 얻어진 글리실로니트릴 수용액으로부터 대부분의 암모니아와 물의 일부를 증류 분리하여 글리시노니트릴 수용액과 미분리된 암모니아를 함유하는 가수분해 반응계를 얻고, 분리된 암모니아는 공정(2)로 재순환시키기 위해서 회수하고,(4) 상기 가수분해 반응계를, 밀폐 반응계내의 상기 가수분해 반응계에 첨가한 미생물에 의해 생산되는 미생물 효소의 작용하에 가수분해 반응시키고, 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고,(5) 상기 미생물 및 상기 미생물 효소를, 원심 여과 및 막 여과로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 분리하고, 분리된 상기 미생물 및 상기 미생물 효소는 공정(4)로 재순환시키기 위해서 회수하고,(6) 공정(1) 내지 (5)에서 부생한 상기 미생물 효소를 저해하는 유기 불순물 화합물의 일부를 막 여과 및 흡착제를 이용한 분리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 분리하고,(7) 공정(4)에서 부생한 암모니아와 공정(4) 후에 상기 가수분해 반응계에 남는 과잉량의 물을 증류 분리하고, 분리된 암모니아는 공정(2)로 재순환시키기 위해 회수하고,(8) 공정(7) 후 또는 공정(7)과 동시에, 상기 글리신을 정석에 의해 분리하고,(9) 분리된 상기 글리신의 결정을 건조시키는공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 글리시노니트릴 수용액을 제공하고, 상기 글리시노니트릴 수용액을 가수분해 반응시켜 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고, 상기 글리신을 가수분해 반응계로부터 단리시키는 것을 포함하고, 상기 글리시노니트릴의 가수분해를 암모니아의 존재하에서 행하는 것을 특징으로 하는 글리신의 제조 방법.
- 제29항에 있어서, 암모니아의 농도가 글리시노니트릴 1mol에 대해서 O.OO1 내지 5mol인 것을 특징으로 하는 방법.
- 글리시노니트릴 수용액을 제공하고, 상기 글리시노니트릴 수용액을 가수분해 반응시켜 상기 글리시노니트릴을 암모니아를 부생시키면서 글리신으로 변환시키고, 상기 글리신을 가수분해 반응계로부터 단리시키는 것을 포함하고, 염기 및 산의 부재하에서 상기 가수분해 반응계로부터 글리신의 단리를 행하면서, 글리신의 회수와는 별도로 부생 암모니아를 회수하는 것을 특징으로 하는 는 글리신의 제조 방법.
- 제31항에 있어서, 글리신 및 암모니아를 증류, 반응 증류, 불활성 가스에 의한 동반, 이온 교환, 추출, 빈용매를 이용한 재침전, 및 농축 또는 냉각에 의한 정석으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조작에 의해 별도로 회수하는 것을 특징으로 방법.
- 제32항에 있어서, 암모니아를 증류, 반응 증류 또는 불활성 가스에 의한 동반에 의해 회수하고, 글리신을 암모니아 회수후의 잔액의 농축 또는 냉각에 의한 정석을 행함으로써 회수하는 것을 특징으로 하는 방법.
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