KR100982634B1 - 발효 브로쓰의 숙시네이트로부터 피롤리돈의 제조 방법 - Google Patents

발효 브로쓰의 숙시네이트로부터 피롤리돈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 II의 화합물 또는 화합물 II를 포함하는 조성물의 제조 방법, 숙신이미드를 포함하는 조성물 및 본 발명에 따라 제조한 조성물에 관한 것이다.
<화학식 II>
Figure 112007052538666-pct00014
숙신이미드, 피롤리돈, 숙시네이트, 발효 브로쓰

Description

발효 브로쓰의 숙시네이트로부터 피롤리돈의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING PYRROLIDONES FROM SUCCINATES FROM FERMENTATION BROTHS}
숙신산 및 그의 유도체는 경제적으로 유익한 다수의 제품의 중요한 전구체이고, 예를 들어 알키드 및 폴리에스테르 수지, 용매 또는 다수의 기능성 화학물질의 제조에서 그의 용도를 찾을 수 있다 (문헌 [Zeikus, Appl. Microbiol. Biotechnol, 1999, 545-552] 참조). 피롤리돈 (피롤리디논으로도 때때로 불려짐)은 본질적으로 석유화학 수단에 의해 감마-부티로락톤과 암모니아 (2-피롤리돈) 또는 메틸아민 (N-메틸피롤리돈), 또는 일반적으로 알킬아민 (N-알킬피롤리돈)과의 반응으로부터 제조된다. N-알킬피롤리돈, 예를 들어 NMP는 예를 들어 전자 산업에서 용매로서의 용도를 찾을 수 있고; 2-피롤리돈은 중요한 용매 및 추출제이며, 중요한 단량체인 N-비닐피롤리돈의 제조를 위한 중간체로서 주로 사용된다.
현재까지, 말레산 무수물 또는 부탄디올로부터 일반적으로 석유화학 수단에 의해 제조되는 숙신산의 시장 규모는 비교적 적었지만, 지난 수년 동안 발효 제조 분야에서 상당한 연구가 진전되어 가까운 미래에 C4 화학물질에 대한 중간체로서 숙신산의 공업적 발효 제조가 가능하리라 여겨진다 [Miller, Varadarajan in Biotechnol. Prog. 1999, 15, 845-854]. 발효 브로쓰로부터 숙신산 또는 숙신산 염의 단리를 위한 다수의 정제 방법이 개시되어 있다. 숙신산은 예를 들어 여과, 결정화, 추출, 전기투석, 크로마토그래피의 보조로 발효 브로쓰로부터 수득된다 (US 5,034,105, US 4,670,155, US 5,814,498, US 5,168,055, US 5,958,744, US 5,780,276, US 5,143,834, US 5,143,833, US 5,412,126, US 5,104,492, US 4,670,155).
정제된 숙신산 및 그의 염, 또는 이들의 에스테르는 일반적으로 N-알킬숙신이미드 (US 4,841,069, US 4,814,464)로, 또는 직접적으로 2-피롤리돈 (US 3,080,377, US 3,198,808, US 3,681,387, US 4,263,175) 또는 NMP (US 3,448,118, US 5,157,127, US 5,434,273, WO02/102772)로 전환된다.
숙신이미드로부터 피롤리돈을 제조하는 방법도 개시되어 있다. JP 04282361에 따라 포스파이트의 존재하에 숙신산 및 암모니아로부터 숙신이미드를 제조할 수 있다. SU 1317890에는 숙신산 및 우레아로부터 숙신이미드의 제조가 기재되어 있고, 문헌 [Zh. Obshch. Khim.; 20, 1950, 1145, 1149, 1191, 1195]에 따라 피리딘 및 술파미드의 존재하에 숙신산으로부터 숙신산 모노아미드와 함께 숙신이미드를 제조할 수 있다. 숙신이미드의 추가 제조 방법은 예를 들어 포름아미드를 사용하여 숙신산로부터 숙신이미드를 제조하는 문헌 [Yakugaku Zasshi; 62; 1942; 532, 169], 숙신산 및 우레아로부터 숙신이미드의 제조를 기재한 문헌 [Recl. Trav. Chim. Pays-Bas; 75; 1956; 164, 167; J. Indian Chem. Soc.; 10; 1933; 111, 114], 및 공개 문헌 [J. Chem. Soc.; 1931; 443] (숙신산 및 탄산암모늄으로부터 숙신이미드의 제조), 문헌 [Chem. Ber.; 23; 1890; 3285] (숙신산 모노아미드로부터 숙신이미드의 제조) 및 문헌 [Justus Liebigs Ann. Chem.; 49; 1844; 197] (숙 신산 디아미드로부터 숙신이미드의 제조)에 기재되어 있다.
문헌 [Clarke, Org. Synth. 1943, II, 562]은 반응성 증류에 의해 화학적으로 순수한 디암모늄 숙시네이트를 숙신이미드로 전환하고 후속으로 증류하는 것을 기재한다. 제1 단계에서, 수성 디암모늄 숙시네이트 용액은 용융물이 존재할 때까지 농축되고, 이어서 제2 단계에서 숙신이미드를 오버헤드로 증류제거한다. 최대 순도를 달성하기 위해 예를 들어 95% 에탄올 중에서 숙신이미드의 결정화가 수행된다.
DT 2313386에는 암모니아 및 트리암모늄 포스페이트의 존재하에 숙신산에서 숙신이미드로 화학적으로 전환하는 것이 기재되어 있다.
WO 02/102772에는 디암모늄 숙시네이트를 수소화시켜 2-피롤리돈과 N-메틸피롤리돈의 혼합물을 형성시키는 N-메틸피롤리돈의 제조 방법이 기재되어 있다.
발효에 의해 제조한 숙신산 또는 그의 유도체로부터 전환 생성물, 예를 들어 피롤리돈의 제조에서, 반응 단계의 성공적 수행은 종종 중간체 정제를 필요로 한다. 발효 브로쓰로부터 숙신산 또는 그의 유도체 (예를 들어, 염 또는 에스테르)의 후처리를 위해, 장치- 및 시간-소모적 공정 단계, 예를 들어 결정화, 침전, 전기투석, 추출 또는 크로마토그래피가 예를 들어 촉매-손상 성분 (아마도 영양 성분, 대사 부산물, 세포 성분)의 충분한 제거를 위해 종종 제안된다. 이들 공정 단계의 조합은 특히 숙신산 및 그의 염의 경우에 종종 필요한 것으로 기재되므로 결과의 비용은 지금까지는 숙신산을 비교적 저가의 생성물, 예를 들어 피롤리돈으로 발효적 전환을 위한 공업적 공정에 장애가 되었다. 또한, 이들 후처리 공정 중 일 부에서, 발효에 사용되는 염기의 재순환이 가능하지 않으므로 공급원료 및 처리와 관련된 추가 비용을 유발한다.
따라서, 본 발명의 목적은 오염된 숙시네이트-함유 용액, 즉 다수의 2차 성분을 포함하는 용액, 예를 들어 발효 브로쓰로부터 숙신이미드 및 가능한 전환 생성물, 특히 치환 및 비치환 피롤리돈의 저렴한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 본원에 기재된 본 발명의 방법 및 청구의 범위에서 특정된 실시양태에 의해 해결된다.
따라서, 본 발명은 숙신이미드 중간체 또는 숙신이미드를 포함하는 조성물의 제조 방법에 관한 것이며, 여기서 피롤리돈은 본 발명의 추가 단계에서 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 본원에 기재된 실시양태를 특징으로 한다.
따라서, 한 실시양태에서, 본 발명은
(a) 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 발효 브로쓰를 제공하는 단계 (추가 실시양태에서, 예를 들어 바이오매스 제거, 멸균 및/또는 농축에 의해 전처리함);
(b) 상기 발효 브로쓰 중의 상기 화합물 I을 하기 화학식 II의 화합물로 전환시키는 단계;
(c) 암모니아 및/또는 물을 동시에, 간헐적으로 또는 순차적으로 증류 제거하는 단계;
(d) 후속적으로 감압하에 단계 (c)의 증류탑 하부 물질을 증류시켜 상기 화합물 II를 포함하는 증류물을 형성시키는 단계; 및
(e) 단계 (d)로부터 상기 화합물 II를 단리하거나 또는 상기 증류물을 전환 시키는 단계
를 적어도 포함하는, 화학식 II의 화합물 또는 상기 화합물 II를 포함하는 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
Figure 112007052538666-pct00001
Figure 112007052538666-pct00002
식 중,
R1은 NH4 +, H+ 또는 또다른 양이온일 수 있고,
R2는 NH4 +, H+ 또는 또다른 양이온일 수 있으며;
R1 및 R2 중 하나 이상은 NH4 +이다.
단계 (c)에서, 반응에서 형성되거나 또는 브로쓰에 존재하는 물이 부분 또는 완전 증류제거된다. 암모니아는 R1 및 R2가 암모늄인 경우에만 형성된다. 또한, 다른 휘발성 물질, 특히 숙신이미드보다 가벼운 물질, 예를 들어 발효에서 부산물로서 형성될 수 있는 에탄올이 증류제거될 수도 있다. 양이온은 본질적으로 발효 브로쓰 또는 그의 제조물에 전형적으로 존재하는 양이온이다. 추가 실시양태에서, 양이온은 1가 양이온, 예를 들어 양이온 Na+ 및/또는 K+ 중 하나이다. 추가 실시양태에서, 양이온은 2가 양이온, 예를 들어 Mg2+ 및/또는 Ca2+이다. 추가 실시양태에서, 상이한 양이온, 예를 들어 Na+ 및/또는 K+의 혼합물이 존재한다. 추가 실시양태에서, 양이온은 2가 양이온, 예를 들어 Mg2+ 및/또는 Ca2+ 및/또는 예를 들어 미량 원소의 다른 양이온이다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 방법에서, 화합물 II는 하나 이상의 추가 정제 단계(들) 없이 예를 들어 화합물 II 및 조성물의 임의의 다른 성분의 수소화에서 직접적인 추가 전환이 가능한 조성물로 수득된다. 특히 "발효 브로쓰" 출발 물질을 고려하는 경우에, 이는 놀라운 일이다. 유익하게는, 본 발명에 따른 방법은 또한 생성된 혼합물에 존재하는 숙신산의 유도체, 예를 들어 모노아미드를 피롤리돈으로 전환시켜 본 발명에 따른 방법에서 반응 전에 발효 브로쓰가 포함하는 다수의 2차 성분에도 불구하고 놀랍게도 숙신이미드를 균질하게 전환시켰다.
배지의 비전환 또는 불완전하게 전환된 성분, 배지 성분의 분해 생성물, 형성된 부산물 및 그의 분해 생성물, 용균된 세포에 의해 유리된 성분 및 그의 분해 생성물, 예를 들어 염, 다당류, 단백질, 펩티드 및 아미노산, 아민, 아미드, 유기산, 알콜, 알데히드 및/또는 케톤, 특정 분해 생성물 및/또는 다른 유기 및 무기 화합물은 추가 화학 반응을 억제하고/하거나 중간 정제 단계 없이는 후속 반응에 의해 허용되는 정제 효과를 생성하지 못하므로 발효 방법으로 제조된 대사 산물의 후처리는 종종 특별한 정제 단계를 요구한다. 유익하게는, 화합물 I은 열적으로 안정하다. 본 발명에 따른 방법에서, 화합물 I의 시간-소모적 및 고비용 정제 단계, 예를 들어 크로마토그래피, 전기투석 또는 결정화 단계가 없어도 된다. 추가로 임의의 형성된 암모니아를 수산화암모늄 수용액 형태로 회수하고, 발효에서 재사용할 수 있는 것이 유리하다. 본 발명에 따른 방법은 발효로부터의 대부분의 부산물이 화합물 II 또는 화합물 II를 포함하는 조성물의 증류에서 제거되기 때문에 발효 브로쓰의 2차 성분에 의한 촉매독 위험을 저하시키고, 최종 생성물의 증류 정제를 용이하게 한다.
따라서, 바람직한 실시양태에서, 화합물 II 및/또는 상기 유도체는 예를 들어 하기 기재되는 바와 같이 특히 수소화에서 추가 단리 또는 중간 정제 단계 없이 반응된다.
또한, 본 발명의 방법의 추가 실시양태에서, 형성된 암모니아가 회수되고, 바람직하게는 발효에서 예를 들어 수산화암모늄 수용액으로서 재사용된다.
화합물 II로의 화합물 I의 전환은 하기 화학식 IIa 및 IIb의 중간체 화합물을 형성한다:
Figure 112007052538666-pct00003
(숙신산 모노아미드)
식 중, R3은 H+ 또는 또다른 양이온, 바람직하게는 배지 성분인 양이온, 예를 들어 상기 열거된 양이온 또는 NH4 +일 수 있다.
Figure 112007052538666-pct00004
(숙신산 디아미드)
파라미터 선택에 따라, 화합물 II 및/또는 IIa 및/또는 IIb의 특정 비율은 달라질 수 있고, 본 발명에 따른 방법으로 결정된다. 한 실시양태에서, 온도 범위의 상부 영역에서의 체류 시간이 더 길고, 형성된 물 및 임의의 형성된 암모니아는 본질적으로 완전히, 예를 들어 적어도 50%, 바람직하게는 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 97%, 99% 이상의 정도로 증류제거된다. 물은 바람직하게는 완전히 증류제거된다. 따라서, 한 실시양태에서 본 발명은 숙신이미드 및/또는 숙신산 모노아미드 및/또는 숙신산 디아미드를 포함하는 조성물을 제조하는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법 중 한 실시양태에서, 화합물 II를 포함하는 용융물을 수득하도록 파라미터가 선택된다. 따라서, 한 실시양태에서, 온도는 용융물의 융점 이상이다. 숙신이미드의 융점은 약 120 ℃ 내지 130 ℃이고; 숙신이미드-함유 용융물의 융점은 오염 정도에 따라 숙신이미드의 융점 이하이다. 한 실시양태에서, 용융물은 120 ℃ 초과, 예를 들어 126 ℃ 초과의 온도로 유지된다.
한 실시양태에서, 물 및/또는 암모니아 및 임의의 다른 비교적 휘발성 물질의 증류는 반응과 실질적으로 동시에 수행된다.
본 발명에 따라, 한 실시양태에서, 숙신이미드의 증류는 물 및 암모니아의 증류 후에 수행된다.
한 실시양태에서, 본 발명은 숙신이미드 및 또한 적어도 숙신산 모노아미드 또는 적어도 숙신산 모노아미드 및 숙신산 디아미드를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 공정 파라미터의 선택에 따라, 본 발명에 따른 방법은 숙신이미드, 숙신산, 숙신산 모노아미드 및/또는 숙신산 디아미드를 상이한 비율로 포함하는 혼합물을 형성한다. 잔존 2차 발효 성분은 바람직하게는 본질적으로 제거된다. 유익하게는, 본 발명에 따른 방법에서, 단계 (c) 후에 숙신이미드 및 숙신산 모노아미드 및/또는 숙신산 디아미드가 증류탑 하부에 존재하는 비율에 상관없이, 놀랍게도 추가 후처리 없이 반응을 가능하게 하는 형태로 숙신이미드, 숙신산 모노아미드 및/또는 숙신산 디아미드를 제공할 수 있는 생성물이 수득된다.
따라서, 한 실시양태에서, 단계 (d)로부터의 증류물의 반응 또는 단계 (d)로부터의 증류물의 추가 처리가 추가 후처리 없이 수행된다. 특히, 한 실시양태에서, 단계 (d)로부터의 증류물은 추가 후처리 없이 피롤리돈으로 전환되거나, 또는 숙신산 또는 그의 염 또는 숙신산 유도체로 분해될 수 있다.
놀랍게도, 화합물 II, IIa 및/또는 IIb를 포함하는, 단계 (d)로부터의 증류 생성물은 추가로 환원에 의해 화합물 IIIa로 직접적으로 전환시킬 수 있다. 특히, 놀랍게도, 화합물 II 및 IIa 및/또는 IIb를 포함하는 조성물의 본 발명의 환원은 화합물 II 뿐만 아니라 화합물 IIa 및 IIb를 아마 중간체 화합물 II를 통해 화합물 IIIa로 전환시킨다. 따라서, 한 실시양태에서, 본원에 기재된 본 발명의 추가 공정 단계를 통해 단계 (d)로부터의 증류물을 고수율로 2-피롤리돈으로 전환시킨다.
임의로, 화합물 II, 예를 들어 숙신이미드 또는 숙신이미드, 숙신산, 숙신산 모노아미드 및/또는 숙신산 디아미드를 포함하는 조성물을 추가로 용융물로부터 후처리, 예를 들어 추가로 정제할 수 있다.
따라서, 한 실시양태에서, 본 발명은
청구항 1 또는 2에 따른 단계들, 이어서
(f) 상기 화합물 II를 하기 화학식 III의 화합물로 환원시키는 단계를 포함하는, 화학식 IIIa의 화합물 (하기 화학식 III에서 R4가 H인 화합물) 또는 상기 화합물 IIIa를 포함하는 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
Figure 112007052538666-pct00005
따라서, 놀랍게도, 전기투석, 결정화, 추출 등의 수단에 의해 화합물 I의 값비싼 정제 없이 본 발명의 방법으로 발효 브로쓰에 존재하는 화합물 I을 화합물 II로의 전환 및 간단한 증류 등에 의해 화합물 IIIa 및/또는 IIIb로, 또는 화합물 IIa 및/또는 IIb로 전환시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법으로 목적하는 치환 또는 비치환된 피롤리돈, 특히 2-피롤리돈을 유리하게 제조할 수 있다. 따라서, 한 실시양태에서, 하기 기재하는 환원은 수소화이다.
본 발명에 따른 방법이 저렴하고, 시간-소모적 정제 단계 없이 2-피롤리돈을 주로 포함하는 조성물을 제공하는 것은 특히 유익하다. 한 실시양태에서, 본 발명에 따라 제조한 2-피롤리돈은 NMP를 포함하지 않는다.
따라서, 한 실시양태에서, 본 발명은
청구항 3에 따른 방법 중의 단계들, 이어서
(g) 단계 (f) 동안 또는 그 후에 상기 화합물 IIIa (하기 화학식 III에서 R4가 H인 화합물)를 완전 또는 부분적으로 알킬화시켜 하기 화학식 IIIb의 화합물 (하기 화학식 III에서 R4가 1 내지 20개의 탄소 원자와 0 내지 1개의 OH 또는 NH2 라디칼을 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬인 화합물)을 수득하는 단계를 포함하는, 하기 화학식 IIIb의 화합물, 또는 상기 화합물 IIIb를 포함하는 조성물, 특히 상기 화합물 IIIa 및 IIIb를 포함하는 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
<화학식 III>
Figure 112007052538666-pct00006
치환된 피롤리돈을 제조하기 위해, 적합한 알킬화제, 예를 들어 하기 언급하는 알킬화제를 수소화 단계에 첨가할 수 있다. N-알킬피롤리돈을 제조하는 경우에, 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C20-알콜 또는 -알킬아민, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C4-알콜, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 부탄올, 또는 상응하는 아민, 예를 들어 메틸아민, 에틸아민, 부틸아민 또는 프로필아민을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 한 실시양태에서, 알킬화는 메탄올 또는 에탄올의 존재하에 수행한다.
따라서, 한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법으로 제조한 2-피롤리돈은 치환된 피롤리돈, 예를 들어 히드록시에틸피롤리돈 또는 N-메틸피롤리돈 (NMP), 또는 그의 혼합물로 전환된다. 유익하게는, 공정 파라미터의 선택은 2-피롤리돈이 2-피롤리돈 및 치환된 피롤리돈, 특히 NMP의 정의된 혼합물, 또는 실질적으로 완전히 치환된 피롤리돈으로 전환될 수 있게 한다. 파라미터의 선택은 반응의 정도 및 더욱이 생성물 혼합물 중의 생성물의 분포를 결정할 수 있게 한다. 한 실시양태에서, 화합물 II는 예를 들어 아민의 알킬화제, 예컨대 특히 알킬아민 또는 히드록시알킬아민 또는 알킬디아민의 존재하에 전환된다. 알킬화제, 예를 들어 알킬아민 또는 히드록시알킬아민 또는 알킬디아민 대 화합물 II의 몰비가 높을수록, 화합물 IIIa를 포함하는 혼합물 중에 더 많은 화합물 IIIb가 형성된다.
본 발명에 따른 방법의 한 실시양태에서, 발효 브로쓰를 혐기성 또는 호기성 발효 또는 호기성 및 혐기성 발효의 조합, 바람직하게는 탄소원, 예를 들어 오일 또는 알콜, 특히 글리세롤, 에탄올, 메탄올, L-소르보스 또는 D-소르비톨, 또는 당, 예를 들어 C6 또는 C5 당, 특히 글루코스, 수크로스, 아라비노스, 크실로스 또는 CO2, 또는 H2의 순수한 형태, 또는 예를 들어 당밀 또는 언급된 물질의 혼합물 또는 그들의 전구체, 예를 들어 전분으로서, 예를 들어 효소, 또는 다른 가능한 탄소-함유 조성물, 예를 들어 휴지, 폐목 또는 전분-함유 식물 성분의 형태로 셀룰로스와 함께 발효에 의해 제조된다.
발효의 경우에, 예를 들어, 원핵 또는 진핵 미생물, 예를 들어 박테리아 예컨대 이. 콜라이(E. coli), 아나에로비오피릴룸 숙시니프로두센스(Anaerobiopirillum succiniproducens), 악티노바실러스 숙시노겐네스(Actinobacillus succinogenes), 만헤이미아 숙시니프로두센스(Mannheimia succiniproducens), 또는 숙신산을 생산하는 다른 박테리아 또는 진균을 사용한다.
한 실시양태에서, 발효에서 호기성 증식기 후에 바이오매스를 발생시키는 미생물, 예를 들어 이. 콜라이를 혐기성 조건으로 옮긴다. 숙시네이트의 합성은 혐기성 상태에서 수행한다. 2가지 배양 단계를 특히 복합 배지에서 수행할 수 있다. 추가 실시양태에서, 발효에서, 혐기성 상태에서의 미생물, 특히 이. 콜라이의 배양을 최소 배지로 수행한다. 추가로 실시양태는 세포의 반복된 재순환, 및 복합 또는 최소 배지에서의 혐기성 생산기의 수행을 포함한다.
발효는 교반 발효기, 버블 칼럼 및 루프 반응기에서 수행할 수 있다. 교반기 유형 및 기하학적 형상을 비롯한 가능한 실시양태의 포괄적 개관은 문헌 {"Chmiel: Bioprozesstechnik: Einfuehrung in die Bioverfahrenstechnik, Band 1" [Chmiel: Bioprocess Technology: Introduction into Bioprocess Technology, volume 1]}에 알 수 있다. 공정 구성에서, 당업자에게 공지되어 있거나 또는 예를 들어, 문헌 ["Chmiel, Hammes and Bailey: Biochemical Engineering"]에 설명된 하 기 변형들, 예컨대 배치, 공급-배치, 반복된 공급-배치, 또는 그 밖에 연속 발효 (바이오매스의 재순환과 함께 또는 없음)를 전형적으로 사용할 수 있다. 생산 균주에 따라, 양호한 수율을 달성하기 위해 산소, 이산화탄소, 수소 또는 질소의 살포는 수행할 수 있다/수행하여야 한다.
본 발명에 따른 방법에서 발효 브로쓰 중의 반응 전에, 발효 브로쓰는 전처리될 수 있는데; 예를 들어, 브로쓰의 바이오매스를 제거할 수 있다. 바이오매스의 제거 방법, 예를 들어 여과, 침전 및 부유는 당업자에게 공지되어 있다. 따라서, 바이오매스는 예를 들어 원심분리기, 분리기, 경사분리기, 필터로 또는 부유 장치에서 제거할 수 있다. 실질적으로 완전하게 가치있는 생성물을 수득하기 위해, 예를 들어 투석여과 형태로 바이오매스의 세척이 종종 권장된다. 방법 선택은 발효 브로쓰 중의 바이오매스 함량 및 바이오매스의 특성, 및 또한 바이오매스와 가치있는 생성물의 상호작용에 따라 변한다.
한 실시양태에서, 발효 브로쓰를 멸균 또는 저온살균시킬 수 있다.
추가 실시양태에서, 발효 브로쓰를 농축한다. 이 농축 또는 증발은 필요에 따라 배치방식 또는 연속방식으로 수행할 수 있다. 압력 및 온도 범위는 한편으로는 생성물 손상이 발생하지 않고, 다른 한편으로는 장치 및 에너지 사용이 최소가 되도록 선택되어야 한다. 특히 다단계 증발을 위한 압력 및 온도 범위들의 숙련된 선택으로 에너지를 절약할 수 있다.
장치 면에서, 교반 탱크, 강하막 증발기, 박막 증발기, 강제-순환 플래쉬 증발기 및 자연 또는 강제 순환 방식인 다른 증발기 디자인이 이 목적을 위해 사용할 수 있다.
따라서, 용어 "발효 브로쓰"는 예를 들어 본원에 기재된 바와 같이 후처리되지 않았거나 또는 후처리된 발효 공정을 기초로 하는 수용액을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
공정 파라미터의 선택에 따라, 본 발명에 따른 방법은 단계 (b)에 따른 반응 및 증류에서 특히 숙신산, 숙신산 모노아미드, 숙신이미드 및 숙신산 디아미드 생성물을 포함하는 혼합물을 형성한다. 상이한 생성물의 비율은 예를 들어 체류 시간, 온도, 또는 물 및 암모니아 함량의 선택에 의해 달라질 수 있다. 잔존 2차 발효 성분은 증류에서 본질적으로 제거된다. 놀랍게도, 숙신산, 숙신산 모노아미드, 숙신이미드 및 숙신산 디아미드의 혼합물은 고수율로 피롤리돈, 특히 2-피롤리돈으로 전환될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 한 실시양태에서, 반응의 반응 파라미터는 증류 유출물의 온도가 융점 초과, 바람직하게는 > 130 ℃로 유지되는 경우에 숙신이미드를 주로 포함하는 용융물이 형성되도록 선택된다.
숙신이미드의 제조 방법은 연속방식 또는 배치방식으로 수행할 수 있다.
연속 방법에서, 반응 및 증류는 하기 조건하에 수행된다:
(i) 바람직하게는, 바이오매스의 제거 및/또는 발효 브로쓰의 정제;
(ii) 바람직하게는, 발효 브로쓰의 농축;
(iii) 용융물이 존재할 때까지 예를 들어 약 100 내지 약 300 ℃, 더 바람직하게는 약 150 내지 약 200 ℃, 가장 바람직하게는 약 170 ℃의 온도, 예를 들어 표준압에서의 부산물, 예를 들어 H2O 및 NH3의 증류 제거 및 발효 브로쓰 중의 화합물 I의 전환; 및
(iv) 바람직하게는, 예를 들어 약 150 내지 약 300 ℃, 바람직하게는 약 200 내지 약 300 ℃, 더 바람직하게는 약 250 ℃에서, 예를 들어 실질적으로 약 2시간 미만, 예를 들어 약 0.5시간 내지 약 1시간 동안, 예를 들어 표준압에서의 후반응; 및
(v) 예를 들어 약 150 ℃ 내지 300 ℃, 바람직하게는 170 ℃ 이상 270 ℃ 미만, 더 바람직하게는 약 220 ℃ 내지 약 250 ℃의 온도 (여기서, 상기 온도는 물론 조성물 상의 압력, 2차 성분 및 제거 정도에 따라 매우 달라짐), 및 예를 들어 표준압 또는 감압, 바람직하게는 0.01 내지 1000 mbar, 바람직하게는 1 내지 100 mbar (예를 들어, 2차 성분의 제거를 위한 정제의 경우에)의 압력에서 화합물 II, 및 적절하다면 화합물 IIa 및 IIb의 증류 제거.
한 실시양태에서, 반응 및 증류는 하기 조건하에 배치방식으로 수행된다:
(i) 바람직하게는, 바이오매스의 제거 및/또는 발효 브로쓰의 정제;
(ii) 바람직하게는, 발효 브로쓰의 농축;
(iii) 실온 내지 약 300 ℃ 이하의 온도, 바람직하게는 표준압에서의 부산물, 예를 들어 H2O 및 NH3의 증류 제거 및 화합물 I의 전환; 및
(iv) 바람직하게는, 예를 들어 약 150 내지 약 300 ℃, 바람직하게는 약 200 내지 약 300 ℃, 더 바람직하게는 약 250 ℃에서, 예를 들어 약 2시간 미만, 더 바 람직하게는 약 0.5시간 내지 약 1시간 동안 및 예를 들어 표준압에서의 후반응; 및
(v) 바람직하게는, 이어서 감압 및 약 150 내지 약 300 ℃, 바람직하게는 170 내지 250 ℃, (예를 들어, 증류로 2차 성분을 제거하는 정제의 경우에) 더 바람직하게는 예를 들어 약 185 내지 약 195 ℃의 온도, 및 예를 들어 표준압 또는 감압, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 1000 mbar, 바람직하게는 1 내지 100 mbar, 더 바람직하게는 약 25 mbar의 압력에서의 반응 혼합물의 과증류.
한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법은 특히 상기 언급된 압력 및 온도에서의 상기 언급된 모든 공정 단계 (i) 내지 (iii)을 포함한다. 각 경우에 바람직한 조건하에 방법을 수행하는 것이 바람직하다.
단계 (i)에서의 반응은 예를 들어 교반 탱크 또는 다른 반응기, 각종 증발기 유형, 예를 들어 강하막 증발기, 증류 칼럼 또는 이들의 조합에서 수행될 수 있다.
사용되는 반응성 건조기는 스프레이 건조기 또는 스프레이 과립화기일 수도 있으며, 이 경우 생성물은 고형으로 존재하므로 그 후에 정제 또는 추가 반응을 위해 다시 용융 또는 용해되어야 한다.
단계 (iii)에서 제거되는 2차 성분은 바람직하게는 아세테이트, 락테이트, 포르메이트 및 배지 성분 (예를 들어, 염, 단백질, 당, 아미노산, 효모 추출물)이다. 출발 물질에 따라 숙신이미드의 함량은 바람직하게는 50%, 60% 또는 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱더 바람직하게는 85% 이상이다. 예를 들어, 연속 방식에서는, 하부 희석제, 특히 최소 배지 및 플루리올(Pluriol) P600과 혼합한 DAS에 의해 순도 85% 이상의 숙신이미드가 달성되고, 바이오매스 제거 (최소 배지 로 발효됨) 후 합성 DAS가 보충된 발효 브로쓰가 사용되는 경우 87% 이상의 숙신이미드가 달성된다.
배치방식에서, 최소 배지를 보충한 DAS를 사용하는 경우에, 순도 70 내지 98% 이상의 숙신이미드를 달성할 수 있다.
숙신이미드로의 전환 및 그의 증류의 별법으로, 디암모늄 숙시네이트로부터 2차 성분을 제거하는 정제는 숙신산의 유리 및 결정화, 막분리 공정, 특히 전기투석, 크로마토그래피 또는 추출, 또는 당업자에게 공지된 다른 방법에 의해 달성될 수도 있다.
한 실시양태에서, 1 내지 50%, 바람직하게는 30% 미만의 하부 희석제, 예를 들어 폴리알킬렌 글리콜, 예를 들어 플루리올 (상표명), 특히 플루리올 P600 (상표명), 또는 실리콘 오일, 예를 들어 바이실론(Baysilone)(상표명) 또는 파라핀 오일을 발효 브로쓰에 첨가한다.
따라서, 한 실시양태에서, 본 발명은 화합물 II 및 하부 희석제, 예를 들어 폴리알킬렌 글리콜, 예를 들어 플루리올 (상표명), 특히 플루리올 P600 (상표명), 또는 실리콘 오일, 예를 들어 바이실론 (상표명) 또는 파라핀 오일, 예를 들어 플루리올 P600과 함께 포함하는 조성물, 예를 들어 용융물에 관한 것이다.
점도를 충분히 저하시키고, 반응 혼합물의 교반능을 유지함으로써 반응 및 증류를 개선하는 충분한 하부 희석제를 사용하는 것이 바람직하다.
한 실시양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 따라 수득가능한 조성물에 관한 것이다.
특히 치환 또는 비치환된 피롤리돈의 제조의 경우에, 불완전 전환의 경우에 조차 DAS, 숙신산 모노아미드 및 디아미드 및 숙신이미드의 혼합물을 추가로 처리할 수 있기 때문에 본 발명에 따른 방법에서 DAS로부터 숙신이미드를 제조하는 것이 유익하다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 한 실시양태에서, 화합물 II, 또는 화합물 II 및 임의로 화합물 IIa 및 IIb를 포함하는 조성물의 화합물 III으로의 환원은 수소화, 예를 들어 균일 또는 불균일 촉매의 존재하에 수소를 사용하는 촉매적 수소화 (여기서, 상기 촉매는 예를 들어 현탁 또는 고정 형태로 배치될 수 있음), 또는 착체 수소화물을 사용하는 수소화, 또는 예를 들어 알콜, 예컨대 메탄올 또는 이소프로판올이 알데히드 또는 케톤을 형성하면서 수소화를 위한 수소를 유리하는 전이 수소화에 의해 수행된다.
바람직한 실시양태에서, 화합물 II의 환원은 촉매적 수소화이고, 기상 또는 액상에서 수행될 수 있다.
유용한 반응기에는 수소화에 통상적인 모든 유형, 예를 들어 배치방식, 예를 들어 교반 또는 연속 반응기가 포함되며, 사용되는 반응기는 예를 들어 관형 반응기, 튜브 번들 반응기, 샤프트 반응기 또는 유동층 반응기일 수 있다.
수소화는 1 단계 또는 수단계로 예를 들어 주 반응기 및 후반응기를 사용하여 수행할 수 있다. 이 경우에, 주 반응기는 적어도 액상 중에서 바람직하게는 열 제거를 위해 외부 순환시키면서 운전되고, 후반응기는 최대 전환을 달성하기 위해 바람직하게는 연속으로 운전된다. 액상 또는 기상에서 사용되는 반응 압력은 하기 언급되는 압력일 수 있다.
피롤리돈의 제조에서, 수소화는 필수적이지는 않지만 암모니아를 첨가하면서 수행될 수 있다. 암모니아가 첨가되는 경우에 감마-부티로락톤의 형성을 억제할 수 있어, 반응 유출물의 후처리를 용이하게 한다. 사용되는 반응물을 기준으로 하여, 암모니아를 10배 이하, 바람직하게는 5배 이하, 더 바람직하게는 2배 이하의 몰 과잉으로 사용한다.
후처리에서, 발생되어, 아직 완전히 전환되지 않은 생성물은 수율을 증가시키기 위해 일반적으로 재순환될 수 있다. 이러한 생성물은 예를 들어 이미드 또는 비스아미드이다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 수소화 촉매는 일반적으로 카르보닐기를 수소화하기에 적합한 불균일 촉매, 또한 균일 촉매일 수 있다. 이들은 고정층 형태 또는 그 밖에 이동가능한 형태, 예를 들어 유동층 반응기에서 사용될 수 있다. 그의 예는 예를 들어 문헌 {Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Volume IV/1c, p. 16 to 26}에 기재되어 있다. 이들 수소화 촉매 중에, 원소주기율표의 11, 6, 7, 8, 9, 10, 13, 14 및 15족, 특히 구리, 레늄, 망간, 코발트, 루테늄, 로듐, 니켈, 팔라듐, 철, 백금, 인듐, 주석 및 안티몬 중 하나 이상의 원소를 포함하는 촉매가 바람직하다. 구리, 코발트, 루테늄 또는 레늄을 포함하는 촉매가 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 촉매는 예를 들어 소위 침전 촉매일 수 있다. 이러한 촉매는 예를 들어 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 수산화물 및/또는 탄산염 용액, 예를 들어 난용성 수산화물, 산화물 수화물, 염기성 염 또는 탄산 염 용액을 첨가하여 그의 촉매적 활성 성분을 그의 염 용액, 특히 그의 질산염 및/또는 아세트산염의 용액으로부터 침전시키고, 이어서 생성된 침전물을 건조시키고, 이어서 이들을 일반적으로 약 300 내지 약 700 ℃, 특히 약 400 내지 약 600 ℃에서 하소시켜 상응하는 산화물, 혼성 산화물 및/또는 혼성-원자가 산화물로 전환시키고, 이를 수소 또는 수소-함유 가스로 일반적으로 약 50 내지 약 700 ℃, 특히 약 100 내지 약 400 ℃에서 처리하여 해당 금속 및/또는 저산화 상태 산화물 화합물로 환원시키고, 실제 촉매적 촉매적 활성 형태로 전환시킴으로써 제조할 수 있다. 일반적으로, 더이상 물이 형성되지 않을 때까지 환원을 수행한다. 지지 물질을 포함하는 침전 촉매의 제조에서, 촉매적 활성 성분은 해당 지지 물질의 존재하에 침전될 수 있다. 유익하게는 촉매적 활성 성분은 지지 물질과 동시에 해당 염 용액으로부터 침전될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 지지 물질 상에 침착된 수소화를 촉매하는 금속 또는 금속 화합물을 포함하는 수소화 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 촉매적 활성 성분 외에 추가로 지지 물질을 또한 포함하는 상술된 침전 촉매 외에, 본 발명에 따른 방법에 적합한 촉매는 일반적으로 촉매적 수소화 성분을 예를 들어 함침에 의해 지지 물질에 적용한 촉매이다. 촉매적 활성 금속을 지지체에 적용하는 방법은 일반적으로 중요하지 않고, 각종 방법으로 달성될 수 있다. 촉매적 활성 금속은 예를 들어 해당 원소의 염 또는 산화물의 용액 또는 현탁액으로 함침시키고, 건조시키고, 이어서 금속 화합물을 환원제, 바람직하게는 수소 또는 착체 수소화물에 의해 환원시켜 해당 금속 또는 저산화 상태 화합물을 수득함으로써 이들 지지 물질에 적용할 수 있다. 촉매적 활성 금속을 이들 지지체에 적용하는 또다른 수단은 지지체를 용이한 열분해성 염의 용액, 예를 들어 질산염 또는 용이한 열분해성 착물, 예를 들어 촉매적 활성 금속의 카르보닐 또는 히드리도 착물과 함침시키고, 흡착된 금속 화합물의 열 분해를 목적으로 함침된 지지체를 온도 300 내지 600 ℃로 가열하는 것으로 이루어진다. 이 열분해는 바람직하게는 보호성 가스 분위기하에 수행된다. 적합한 보호성 가스는 예를 들어 질소, 이산화탄소, 수소 또는 희가스이다. 촉매적 활성 금속을 증착 또는 화염 스프레이에 의해 촉매 지지체 상에 침착시킬 수도 있다. 이들 지지 촉매 중의 촉매적 활성 금속의 함량은 본 발명에 따른 방법의 성공에 원칙적으로 중요하지 않다. 이들 지지 촉매 중의 촉매적 활성 금속의 더 높은 함량이 더 낮은 함량보다 더 높은 공간-시간 수율을 초래할 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 일반적으로, 촉매적 활성 금속의 함량이 전체 촉매를 기준으로 약 0.1 내지 약 90 중량%, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 40 중량%인 지지 촉매를 사용한다. 이들 함량 데이타는 지지 물질을 포함한 전체 촉매를 기준으로 하지만, 상이한 지지 물질은 매우 상이한 비중 및 비표면적을 가지기 때문에, 이들 값은 본 발명에 따른 방법의 결과에 악영향이 없다면 이들 데이타보다 낮거나 또는 높을 수도 있다. 다수의 촉매적 활성 금속을 특정 지지 물질 상에 적용할 수도 있다는 것은 인식될 것이다. 예를 들어 DE-A 2 519 817, EP-A 1 477 219 및 EP-A 285 420의 방법에 의해 촉매적 활성 금속을 지지체에 적용할 수도 있다. 상기 문헌에 따른 촉매에서, 촉매적 활성 금속은 열처리 및/또는 환원, 예를 들어 상술된 금속의 염 또는 착물로 함침시킴으로써 수득되는 합금 형태로 존재한다
침전된 촉매 및 지지 촉매의 활성화는 모두 존재하는 수소에 의해 반응 개시시에 계내에서 수행할 수도 있지만, 바람직하게는 이들 촉매를 사용전에 따로 활성화시킨다. 사용되는 지지 물질은 일반적으로 알루미늄 및 티탄의 산화물, 이산화지르코늄, 이산화규소, 알루미나, 예를 들어 몬트모릴로나이트, 실리케이트, 예컨대 마그네슘 또는 알루미늄 실리케이트, 제올라이트, 예컨대 ZSM-5 또는 ZSM-10 제올라이트, 및 활성탄일 수 있다. 바람직한 지지 물질은 산화알루미늄, 이산화티탄, 이산화규소, 이산화지르코늄 및 활성탄이다. 상이한 지지 물질의 혼합물이 본 발명에 따른 방법에 유용한 촉매에 대한 지지체로서 작용할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명에 따른 방법에 유용한 불균일 촉매의 예에는 하기의 것이 포함된다: 활성탄상 코발트, 이산화규소상 코발트, 산화알루미늄상 코발트, 활성탄상 레늄, 이산화규소상 레늄, 활성탄상 레늄/주석, 활성탄상 레늄/백금, 활성탄상 구리, 구리/이산화규소, 구리/산화알루미늄, 아크롬산구리, 아크롬산바륨구리, 구리/산화알루미늄/산화망간, 구리/산화알루미늄/산화아연, 및 또한 DE-A 3 932 332, US-A 3 449 445, EP-A 44 444, EP-A 147 219, DE-A 3 904 083, DE-A 2 321 101, EP-A 415 202, DE-A 2 366 264, EP 0 552 463 및 EP-A 100 406에 따른 촉매.
숙신이미드 및 디암모늄 숙시네이트로부터 출발하여 치환된 피롤리돈을 제조하기 위해, 상응하는 알콜 또는 아민으로 첨가하면서 수소화를 수행할 수 있다.
추가 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법에서, 2-피롤리돈은 기상 또는 액상에서 알킬화시킨다. 바람직한 실시양태에서, 2-피롤리돈은 기상에서 알킬화시켜 분지형 또는 비분지형 C1 내지 C20-N-알킬피롤리돈 또는 분지형 또는 비분지형 N-히드록시알킬피롤리돈 또는 분지형 또는 비분지형 아미노알킬피롤리돈을 수득하며, N-메틸피롤리돈 (NMP) 및 N-에틸피롤리돈으로의 알킬화가 특히 바람직하다. 이 경우에, 피롤리돈은 알콜, 알킬아민, 히드록시알킬아민 또는 디알킬아민과 100 내지 400 ℃, 바람직하게는 140 내지 370 ℃, 더 바람직하게는 180 내지 350 ℃의 온도, 및 0.2 내지 50 bar, 바람직하게는 0.7 내지 40 bar, 더 바람직하게는 0.8 내지 20 bar의 압력 (절대압)에서 반응시킨다. 알콜이 바람직하다. 알킬화제를 바람직하게는 과량, 즉 피롤리돈을 기준으로 1.01 내지 10 몰당량으로 첨가한다. 1.1 내지 3 몰당량이 바람직하다. 산성 또는 염기성 부위를 갖는 촉매를 사용한다. 전형적으로, 이들은 산화물 촉매, 예를 들어 산화알루미늄, 산화규소, 산화티탄 또는 그 밖에 혼성 산화물, 예를 들어 알루미나, 제올라이트 등이다.
치환된 피롤리돈을 제조하기 위해, 특히 하기 언급되는 알킬화제를 수소화 단계에 첨가할 수도 있다. N-알킬피롤리돈을 제조하기 위해, 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C20-알콜 또는 -알킬아민, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C4-알콜, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 부탄올, 또는 상응하는 아민, 예를 들어 메틸아민, 에틸아민, 부틸아민 또는 프로필아민을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 한 실시양태에서, 알킬화는 메탄올 또는 에탄올의 존재하에 수행한다.
예를 들어, NMP를 제조하려는 경우에, 메탄올 또는 메틸아민의 존재하에 수소화할 수 있다. 더 과량의 알킬화제를 사용할수록 더 높은 비율의 상응하는 생성물을 생성할 것이다. 피롤리돈과 상응하는 치환된 피롤리돈의 혼합물을 원하지 않 는 경우에는, 피롤리돈은 증류 후처리 후에 반응 단계로 재순환시킬 수 있다.
한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법에서, 숙신이미드를 2-피롤리돈으로 수소화시킨다.
한 실시양태에서, 환원은
(i) 약 80 ℃ 내지 약 330 ℃, 바람직하게는 약 120 ℃ 내지 약 300 ℃, 더 바람직하게는 약 150 ℃ 내지 약 280 ℃의 온도에서;
(ii) 카르보닐기의 수소화에 적합한 균일 또는 불균일 촉매, 바람직하게는 원소주기율표 11, 6, 7, 8 내지 10, 13, 14 또는 15족의 하나 이상의 원소를 포함하는 촉매 (구리, 레늄, 망간, 코발트, 루테늄, 로듐, 니켈, 팔라듐, 철, 백금, 인듐, 주석 또는 안티몬 기재, 더 바람직하게는 구리, 코발트, 루테늄 또는 레늄 기재의 촉매가 바람직함)를 사용하여;
(iii) 기상에서 대략 표준압 내지 약 130 bar, 바람직하게는 약 2 내지 약 100 bar, 더 바람직하게는 약 5 내지 약 60 bar의 압력, 또는 액상에서 약 20 내지 약 400 bar, 바람직하게는 약 40 내지 약 300 bar, 더 바람직하게는 약 120 내지 약 290 bar의 압력에서, 및/또는
(iv) 암모니아의 존재 또는 부재하에, 바람직하게는 반응물을 기준으로 약 10배 이하 과량, 더 바람직하게는 약 5배 이하 과량, 특히 바람직하게는 약 2배 이하 과량의 암모니아의 존재하에
수행하는 기상 또는 액상 수소화일 것이다.
한 실시양태에서, 상기 방법을 언급된 압력 및 온도에서 언급된 촉매로 수행 한다. 상기 방법을 바람직하게는 각각의 경우에 가장 바람직한 조건하에 수행한다.
따라서, 한 실시양태에서, 수소화는 기상에서 약 150 ℃ 내지 약 280 ℃ 및 약 5 내지 약 60 bar에서 구리, 코발트, 루테늄 또는 레늄 기재 촉매의 촉매작용으로 반응물을 기준으로 약 1배 내지 약 2배 과량의 암모니아의 존재하에 수행한다.
본 발명의 추가 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법은 하기 단계를 포함한다: 1 내지 약 20개의 탄소 원자 및 1 내지 2개의 OH 또는 NH2 라디칼, 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자 및 1개의 OH 또는 NH2 라디칼을 갖는 분지형 또는 비분지형 포화 탄화수소를 사용한 화합물 IIIa의 알킬화.
알킬화를 액상 또는 기상에서 수행할 수 있다.
예를 들어, 알킬화는
(i) 약 50 내지 약 600 ℃, 바람직하게는 약 100 내지 약 500 ℃, 더 바람직하게는 약 150 내지 약 450 ℃의 온도에서;
(ii) 대략 표준압 내지 약 100 bar, 바람직하게는 대략 표준압 내지 약 50 bar, 더 바람직하게는 대략 표준압 내지 40 bar의 압력에서;
(iii) 화학량론적 또는 초화학량론적 양(superstoichiometric amount), 바람직하게는 초화학량론적 양, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 10 mol/mol의 피롤리돈, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 5 mol/mol의 피롤리돈의 비율로 알킬화 제제를 사용하여;
(iv) 염기성, 중성 또는 루이스- 또는 브뢴스테드-산성 산화물 또는 인터옥 시드(interoxide) 또는 혼성 산화물, 또는 금속, 바람직하게는 루테늄, 코발트, 니켈 또는 구리를 촉매로서 사용하는
조건하에 기상에서 수행할 수 있다:
예를 들어, 본 발명의 알킬화는
(i) 약 50 내지 약 600 ℃, 바람직하게는 약 100 내지 약 500 ℃, 더 바람직하게는 약 150 내지 약 450 ℃의 온도에서;
(ii) 표준압 내지 약 325 bar, 바람직하게는 약 10 내지 약 250 bar, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 200 bar의 압력에서;
(iii) 화학량론적 또는 초화학량론적 양, 바람직하게는 초화학량론적 양, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 10 mol/mol의 피롤리돈, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 5 mol/mol의 피롤리돈의 비율로 알킬화 제제를 사용하여;
(iv) 염기성, 중성 또는 루이스- 또는 브뢴스테드-산성 산화물 또는 인터옥시드 또는 혼성 산화물, 또는 금속, 바람직하게는 루테늄, 코발트, 니켈 또는 구리를 촉매로서 사용하는
조건하에 액상에서 수행할 수 있다.
액상에서 알킬화를 수행하는 것이 특히 바람직하다.
한 실시양태에서, 상기 방법은 언급된 압력 및 온도에서 언급된 촉매로 수행한다. 각각의 경우에 가장 바람직한 조건하에 수행하는 것이 바람직하다.
알킬화에서 전환이 불완전한 경우에, 반응물은 증류 정제 (예를 들어, 배치방식 또는 연속방식 증류) 후에 재순환시킬 수 있다. 이 경우에, 존재하는 경우에 저비점 물질, 예컨대 물, 아민, 암모니아, 알콜을 전형적으로 제1 칼럼에서 먼저 제거하고, 적절하다면 재순환시키고, 적절하다면 정제 후에 다시 재순환시킨다. 잔존 생성물 스트림은 이어서 적절한 경우에 추가 칼럼에서 추가로 분리되며, 이 경우에 존재한다면 화학식 III의 비전환된 피롤리돈을 제거하여 재순환시킨다.
한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법에서, 치환 또는 비치환된 피롤리돈을 제조한다. 한 실시양태에서, 언급된 단계들이 조합되어 N-히드록시알킬피롤리돈 또는 N-알킬피롤리돈, 예를 들어 N-메틸피롤리돈 (NMP)을 제조한다. 한 실시양태에서, 2-피롤리돈 및 N-메틸피롤리돈 (NMP)의 혼합물을 제조한다.
따라서, 본 발명은 한 실시양태에서 하기 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다:
이. 콜라이, 아나에로비오피릴룸 숙시니프로두센스 또는 악티노바실러스 숙시노겐네스를 생산 균주로서 사용하여 글루코스로부터 DAS 용액을 발효 제조하고, 바이오매스를 제거하고, 멸균하거나 또는 저온살균하고, 발효 브로쓰를 농축하는 단계.
용액 중에서 DAS를 폐환시켜 숙신이미드를 생성하고 동시에 H2O 및 NH3을 증발시키고, 증류에 의해 수소화를 파괴하는 2차 성분을 실질적으로 완전히 제거하며 숙신이미드를 정제하며, 반응 및 정제는 하기 조건하에 연속 방법으로 수행한다: 약 150 ℃에서 용융물이 존재할 때까지 H2O 및 NH3을 대략 표준압에서 증류 제거하고, 이어서 이를 적절하다면 추가로 약 250 ℃ 이하로 후반응 동안 가열함. 온도 약 190 ℃ 및 압력 약 20 내지 약 30 mbar에서의 증류에 의해 2차 성분을 제거하는 정제를 수행한다. 다음 단계에서, 액상에서 약 250 ℃ 및 약 250 bar에서 용융물 중에서 반응물을 기준으로 약 2배 이하 과량의 암모니아의 존재하에 카르보닐기의 수소화에 적합한 균일 또는 불균일 촉매, 바람직하게는 구리, 코발트, 루테늄 또는 레늄 기재 촉매를 사용하는 촉매적 수소화에 의해 상기 제조한 숙신이미드 및 숙신산 모노아미드 및/또는 디아미드를 2-피롤리돈으로 전환시킨다. 다음 단계에서, 약 150 내지 약 450 ℃의 온도; 표준압 내지 약 6 bar 이하의 압력의 기상에서 1 내지 약 5 mol/mol 이상의 피롤리돈의 비율로 메탄올을 사용하며; 예를 들어 루테늄, 코발트, 니켈, 구리 또는 무금속(no metal) 첨가를 포함하는 산화물 촉매에 의한 촉매화로 상기 제조한 2-피롤리돈을 N-메틸피롤리돈으로 알킬화시킬 수 있다.
예를 들어 특히 농축 및 멸균에 대한 설명이 없는 방법의 간단한 개관: DAS → 숙신이미드 → 2-P → NMP. 증류 정제에 의한 폐환을 블록에 나타냄.
Figure 112007052538666-pct00007
본 발명을 설명하는 하기 실시예는 한정하는 방식으로 해석되지는 않아야 한다.
실시예 1: 숙신산의 발효 제조
배지 및 배양 조건: 베무리(Vemuri), 에이테만(Eiteman) 및 알트만(Altman), 2002, 배지에 암피실린 및 pH 교정 NH 4 OH를 보충하였다.
1.1 마스터 세포 뱅크(master cell bank) 및 워킹 세포 뱅크(working cell bank)의 제조
숙시네이트 생산 균주의 샘플을 LB+글루코스 한천 상에 스트리킹하고, 37 ℃에서 20시간 동안 인큐베이션하고, 이어서 +4 ℃에서 저장하였다. 선택된 콜로니를 이어서 추가로 LB+글루코스 액체 배지에서 복제하였다. LB+글루코스 액체 배지는 하기 조성을 가졌다: 트립톤 10 g/l, 효모 추출물 5 g/l, NaCl 10 g/l 및 글루코스 10 g/l. LB+글루코스 한천은 15 g/l의 한천을 추가로 함유하였다. 즉석-제조 배합물은 독일 하이델베르그 소재의 벡톤 디킨손 게엠베하(Becton Dickinson GmbH)로부터 박토(Bacto) LB 브로쓰, 밀러(Miller) 또는 박토 LB-아가, 밀러를 구입할 수 있었다. 글루코스 10 g/l의 첨가는 특정된 배지를 제공하였다. 100 ml 삼각 플라스크에서 수득한 배양액 20 ml를 37 ℃ 및 180 rpm에서 교반 인큐베이터 (인포르스(Infors), 물티트론(Multitron) 유형) 상에서 15시간 동안 인큐베이션하였다. 세포 현탁액을 이어서 실험실용 원심분리기 (헤라에우스(Heraeus), 바이오푸지 프리모(Biofuge Primo) R; 로터 #7590, 50 ml 그레이너(Greiner) PP 원심분리 튜브, 멸균)로 8500 rpm에서 15분 동안 원심분리해냈다. 세포 펠렛은 20% 글리세롤이 보충된 멸균 LB+글루코스 액체 배지 10 ml에 재현탁하였다. 생성된 세포 현탁액은 분취액 1 ml로 멸균 조건하에 제조하고, -70 ℃에서 저장하였다. 이들 배양액을 마스터 세포 뱅크로서 사용하였다.
워킹 세포 뱅크를 제조하기 위해, 멸균 LB+글루코스 액체 배지를 멸균 조건하에 20 ml씩 멸균 100 ml 삼각 플라스크에 나누었다. 이어서, 이들 플라스크를 멸균 조건하에 상기 마스터 세포 뱅크 100 ㎕로 접종하였다. 인큐베이션을 37 ℃ 및 180 rpm에서 15시간 동안 교반 인큐베이터 (인포르스, 물티트론 유형) 상에서 수행하였다. 이어서, 세포 현탁액을 8500 rpm에서 15분 동안 실험실용 원심분리기 (헤라에우스, 바이오푸지 프리모 R; 로터 #7590, 50 ml 그레이너 PP 원심분리 튜브, 멸균)로 원심분리해냈다. 세포 펠렛은 20% 글리세롤이 보충된 멸균 LB+글루코스 액체 배지 10 ml에 재현탁하였다. 생성된 세포 현탁액은 분취액 1 ml로 멸균 조건하에 제조하고, -70 ℃에서 저장하였다. 이들 배양액을 워킹 세포 뱅크로서 사용하였다.
1.2 숙시네이트-함유 발효 브로쓰의 제조
숙시네이트 생산 균주의 워킹 세포 뱅크의 분취액 1.0 ml를 냉동실로부터 들어내고, 실온에서 10분 동안 저장하였다. 그의 100 ㎕를 멸균 조건하에 빼내고, 멸균 조건하에 접종 루프로 LB+글루코스 한천 플레이트 상에 분배하였다. 37 ℃에서 20시간 인큐베이션 후에, 세포 물질의 플레이트를 멸균 조건하에 빼내고, 이를 사용하여 전배양 플라스크 (전배양 배지 300 ml를 포함하는, 4개의 시케인을 갖는 2000 ml 둥근 바닥 플라스크)를 접종하였다. 전배양 플라스크를 37 ℃ 및 110 rpm에서 인큐베이션 진탕기 (인포르스, 물티트론 유형) 상에서 6시간 동안 접종하였다.
주요 배양의 개시를 위해, 배치 배지 3.5 l를 전배양액 250 ml로 접종하였다. 배양을 37 ℃에서 120시간 동안 6개 블레이드 디스크 교반기 및 4개 배플, pH 및 pO2 전극을 갖는 교반 5 l 생물반응기 (인포르스, ISF 100)에서 수행하였다. 최초 5.5시간 (호기성 증식기) 내에, 배양을 900 rpm의 일정 속도에서 행하고 멸균 공기 (3.0 l/분)를 살포하고, 이어서 250 rpm으로 바꾸면서 멸균 CO2 가스 (0.18 l/분)를 살포하였다. pH를 개시시에 20% NaOH 용액 및 20% HCl 용액을 사용하여 7.0으로 조절하였다. 5.5시간에, NaOH 용액 대신에 25% NH4OH 용액을 사용하고, pH를 6.8로 조절하였다. 발효 브로쓰 중 글루코스 농도가 항상 10 내지 30 g/l가 되도록 고정된 계량 프로파일에 따라 공급 배지를 계량투입하였다. 공급물 계량을 위해, 저울 (사토리우스(Satorius), LP6200S), 계량 모듈 (사토리우스, YFC02Z-V2) 및 펌프 (메레도스(Meredos), HP60)를 사용하였다. 배양 동안, 측정 파장 600 nm에서 광학 밀도 (OD600)의 경과를 광도계 (파마시아 바이오테크(Pharmacia Biotech), 울트로스펙(Ultrospec) 2000)로 측정하였다. 세포-무함유 상등액 중의 글루코스 및 숙시네이트의 농도 (브라운(Braun) 주사기, 2 ml 주사 및 주사기 필터 부착물 밀리포어(Millipore), 밀리포어 GP; Ø 33 mm; 공경 0.22 ㎛; PES 익스프레스(Express) 막을 사용한 배양 브로쓰의 여과)를 HPLC (정지상: 아미넥스(Aminex) HPX-87 H, 300 x 7.8 mm [바이오라드(Biorad)], 이동상: 5 mM H2SO4, RI 검출)로 정량하였다. 배양 말기에, 발효 브로쓰를 3 l 삼각 플라스크 내로 배출하고, 121 ℃의 오토클레이브에서 20분 동안 멸균하였다. 추가 처리 전에, 바람직하게는 바이오매스를 예를 들어 실험실용 원심분리기에 의해 제거하였다.
전배양 배지는 표 2에 특정한 성분들을 포함하였다. 전배양 배지를 제조하기 위해, 글루코스 일수화물 22.0 g, 효모 추출물 10.0 g, 트립톤 20.0 g, K2HPO4·3H2O 0.9 g, KH2PO4 1.14 g, CaCl2·2H2O 0.25 g, (NH4)2SO4 3.0 g, MgSO4·7H2O 0.5 g, 바이오틴 용액 (50 mg/l, 용매로서 탈염수) 20 ml 및 티아민 용액 (1 g/l, 용매로서의 탈염수) 1 ml를 0.95 리터의 탈염수에 첨가하였다. 교반과 함께, 2N NaOH 용액으로 pH를 7.0으로 조정하고, 이어서 상기 용액을 탈염수로 1.0 리터로 만들었다. 멸균은 공경 0.22 ㎛인 밀리포어 익스프레스 PLUS 막을 갖는 스테리쿠프스(Stericups)(밀리포어)를 통해 멸균 여과에 의해 수행하였다.
전배양 배지
배지 성분 농도
글루코스 일수화물 22.0 g/l
효모 추출물 10.0 g/l
트립톤 20.0 g/l
K2HPO4·3H2O 0.9 g/l
KH2PO4 1.14 g/l
CaCl2·2H2O 0.25 g/l
(NH4)2SO4 3.0 g/l
MgSO4·7H2O 0.5 g/l
바이오틴 1.0 mg/l
티아민 1.0 mg/l
주요 배양을 위한 배치 배지는 하기 표 3에 특정된 성분들을 포함한다. 배치 배지를 제조하기 위해, 글루코스 일수화물 154.0 g, 효모 추출물 35.0 g, 트립톤 70.0 g, K2HPO4·3H2O 3.15 g, KH2PO4 3.99 g, CaCl2·2H2O 0.88 g, (NH4)2SO4 10.5 g, MgSO4·7H2O 1.75 g, 바이오틴 용액 (50 mg/l, 용매로서 탈염수) 70 ml 및 티아민 용액 (1 g/l, 용매로서 탈염수) 3.5 ml를 3.30 리터의 탈염수에 첨가하였다. 교반하면서, 2N NaOH 용액으로 pH를 7.0로 조정하고, 이어서 용액을 탈염수로 3.5 리터로 만들었다. 멸균은 공경 0.22 ㎛인 밀리포어 익스프레스 PLUS 막을 갖는 스테리쿠프스(밀리포어)를 통해 멸균 여과에 의해 수행하였다.
주요 배양을 위한 배치 배지
배지 성분 농도
글루코스 일수화물 44.0 g/l
효모 추출물 10.0 g/l
트립톤 20.0 g/l
K2HPO4·3H2O 0.9 g/l
KH2PO4 1.14 g/l
CaCl2·2H2O 0.25 g/l
(NH4)2SO4 3.0 g/l
MgSO4·7H2O 0.5 g/l
바이오틴 1.0 mg/l
티아민 1.0 mg/l
공급 배지를 제조하기 위해, 글루코스 일수화물 550 g을 주요 배양을 위한 1 리터의 탈염수에 용해하였다. 멸균은 공경 0.22 ㎛인 밀리포어 익스프레스 PLUS 막을 갖는 스테리쿠프스(밀리포어)를 통해 멸균 여과에 의해 수행하였다.
실시예 2: DAS의 반응성 증류에 의한 숙신이미드의 생성
2.1 약 13 g/l의 디암모늄 숙시네이트 (=DAS)를 갖는 발효 브로쓰 1030 g에 58.5 g의 약 95% 합성 디암모늄 숙시네이트를 보충하였다. 발효기 브로쓰의 건조 매스는 약 7%이었다 [여기서, 바이오매스는 제거하지 않았음].
보충된 발효 브로쓰를 로터리 증발기 상의 2 l 플라스크에서 농축하였다. 농축 후에, 용융물 약 150 ml가 남았고, 이를 PTFE 교반기, 온도계, 핫 플레이트 및 증류 시스템을 갖는 500 ml 4목 플라스크로 옮겼다. 표준 온도에서, 증류를 175 ℃에서 5시간 동안 수행하고, 이어서 온도를 하부 온도 250 ℃로 상승시키고, 약 45분 동안 유지하였다. 압력을 이어서 약 25 bar로 저하시키고, 생성물 26.7 g을 증류 온도 172 내지 182 ℃에서 증류해냈다.
생성물은 88% 숙신이미드를 포함하였다. 숙신산, 모노아미드 또는 디아미드는 검출되지 않았다.
2.2 순도 약 88%의 합성 DAS 약 120 g 및 101 g의 플루리올 P 600을 약 30 g/l의 DAS를 갖는 발효기 브로쓰 1450 g에 첨가하였다. 발효기 브로쓰를 플루리올과 함께 로터리 증발기 상에서 농축하였다. 증류 유출물 317 g은 핫 플레이트, 온도계 및 고체 증류 시스템을 갖는 500 ml 4목 플라스크 상의 가열 적하 깔대기 내로 옮겼다. 초기에 4목 플라스크에 플루리올 P600 100 g을 충전하였다. 플루리올을 240 내지 250 ℃로 예열하였다. 농축된 발효기 브로쓰를 가열된 플라스크에 적가하고, 생성물 23 g을 감압하에 (35 mbar) 310 ℃로 점진적으로 증가하는 하부 온도에서 동시에 증류해냈다.
생성물은 64% 숙신이미드, 약 4% 모노아미드 및 약 20% 숙신산 또는 DAS를 포함하였다.
2.3 25% 수성 암모니아 684 g을 초기에 PTFE 교반기를 갖는 2000 ml 2목 플라스크에 충전하였다. 이어서, 숙신산 약 600 g을 최고 30 ℃에서 10분 내에 (드라이 아이스로 냉각시키면서) 첨가하였다. 모든 숙신산을 용해시킬 때까지 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 그 후에, pH를 수성 암모니아로 pH 7로 조정하였다. 최소 배지를 반응 용액에 첨가하고, 이어서 반응 혼합물을 로터리 증발기 상에서 농축하였다. 잔류물은 PTFE 교반기, 온도계, 핫 플레이트 및 증류 장치를 갖는 2000 ml 4목 플라스크로 옮겼다. 반응 혼합물을 하부 온도 250 ℃로 표준압에서 점진적으로 가열하고, 초기에 물을 증류해냈다. 혼합물을 250 ℃에서 추가 1시간 동안 교반하였다. 하부를 이어서 170 ℃로 냉각시키고, 진공을 가하였다. 26 mbar 및 증류 온도 179 내지 185 ℃에서, 생성물 486 g을 증류해냈다. 생성물은 92% 숙신이미드를 포함하였다. 디아미드, 모노아미드 및 숙신산은 부산물로서 검출되지 않았다.
실험의 한 변형에서, DAS에서 숙신이미드로의 전환을 박막 증발기에서 수행하였다. 10% 또는 50% 합성 DAS 용액을 사용하고, 2단계로 박막 증발기를 통과시켰다. 제1 단계에서, 물 및 암모니아를 표준압하에 증류해냈다. 부분적으로 전환된 용융물을 하부로 흐르게 하였다. 그 후에, 약 1시간 동안 하부를 250 ℃로 서 가열하여 DAS의 반응을 완료시킴으로써 숙신이미드를 수득하였다. 제2 단계에서, 하부 물질을 박막 증발기를 통과시키고, 숙신이미드를 탑정을 통해 증류해냈다. 재킷 온도는 230 ℃이고, 압력은 약 30 mbar이었다. 플루리올 E600을 하부 희석제로서 첨가하는 것은 제2 단계에서 숙신이미드 증류의 결과에 영향을 미치지 않았다.
박층 증발기에 대한 재킷 온도는 500 l/시간의 공급 속도에서 50% DAS 용액의 경우 170 ℃이고, 1 l/시간의 공급 속도에서 10% 용액의 경우 220 ℃이었다.
합성 DAS, 또한 최소 배지 중 DAS 및 DAS를 보충한 발효기 유출물에 대한 반응을 수행하였다. 더 나은 취급을 위해, 부분적으로 전환된 숙신이미드 용융물을 각각 플루리올 E600와 혼합하였다. 실험 결과를 하기 표 4에 나타낸다.
박막 증발기 실험의 실험 결과
주입 숙신이미드 함량
[중량%]
합성 DAS 97
합성 DAS +
최소 + PI.
85
합성 DAS +
발효기 + PI.
87
실시예 3: 수소화
모든 실시예에 사용한 촉매는 수소 스트림에서 사용하기 전에 활성화되었고, 수소 활성화 전에 하기 조성을 가졌다: 63.4% CoO, 18.1% CuO, 6.8% Mn3O4, 3.1% MoO3, 0.15% N2O, 3.3% H3PO4, 나머지는 물을 사용하여 100%로 만듦. 촉매 제조는 예를 들어 DE-A 2 321 101 또는 DE-A 3 904 083에 기재되어 있다.
3.1 숙신이미드의 제조 및 그의 수소화
15% 디암모늄 숙시네이트 수용액 50 g/시간을 박막 증발기 내에서 200 ℃ 및 표준압에서 증류물 분획 (여기서, 증류물 분획은 주로 물 (약 30 g/시간)을 포함함) 및 하부 생성물 (여기서, 하부 생성물은 주로 숙시네이트를 포함함)으로 10시간 동안 분리하였다. 하부 생성물 (약 120 ℃ (약 40 g/시간 공급)의 공급 온도를 갖는 용융물임)은 또한 박막 증발기에서 250 ℃ 및 50 mbar에서 반응시켰다. 수득한 증류물 (약 13 g/시간)은 소량의 물 및 암모니아와 함께 주로 숙신이미드이었다. 또한, 하부 생성물은 숙신이미드 뿐만 아니라 원래 디암모늄 숙시네이트 용액으로부터의 불순물을 포함하였다. 총 약 65 g의 숙신이미드를 수득하였으며, 이를 오토클레이브 내에서 촉매 10 g 상에서 25% 암모니아 수용액 40 ml의 존재하에 24시간 내에 수소화시켰다. 반응 유출물에서, 정량적 기체 크로마토그래피 분석에 의해 95% 수율로 피롤리돈을 얻었다. 또한, 약 2% 숙신이미드, < 0.1% 감마-부티로락톤, 1% 피롤리딘 및 다수의 정량적으로 유의하지 않은 생성물이 존재하였다.
3.2 피롤리돈에서 NMP로의 전환
외부 가열가능 반응기에서, 55 g 초과의 산성 산화알루미늄 상에서 약 20 g/시간의 피롤리돈과 메탄올의 1:1 혼합물 (촉매 상류의 20 ml 글래스 링 베드 위에서 증발)을 연속적으로 300 ℃에서 전환시켰다. 반응 유출물에서, 48% 비전환 피롤리돈 및 23.3% 메탄올, 및 또한 27% NMP를 검출하였다.
3.3 피롤리돈에서 NMP로의 전환
실시예 3.2와 유사하게, 산성 산화알루미늄 대신에 80% Al2O3/20% SiO2로 이루어진 촉매 56 g을 사용하였다. 300 ℃에서, 48.1% 피롤리돈, 34.2% 메탄올 및 16.2% NMP를 검출하였다. 온도를 350 ℃로 증가시킨 후에, 18% 피롤리돈, 17% 메탄올 및 61.3% NMP를 유출물에서 검출하였다.

Claims (16)

  1. (a) 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 발효 브로쓰를 제공하는 단계;
    (b) 상기 발효 브로쓰 중의 상기 화합물 I을 하기 화학식 II의 화합물로 전환시키는 단계;
    (c) 암모니아 또는 물을, 또는 이들 둘 다를 동시에, 간헐적으로 또는 순차적으로 증류 제거하는 단계;
    (d) 후속적으로 감압하에 단계 (c) 증류의 하부 물질을 증류시켜 상기 화합물 II를 포함하는 증류물을 형성시키는 단계; 및
    (e) 단계 (d)의 증류물로부터 상기 화합물 II를 단리된 형태 또는 혼합물 형태로 수득하는 단계
    를 적어도 포함하는, 화학식 II의 화합물 또는 이를 포함하는 혼합물의 제조 방법.
    <화학식 I>
    Figure 112010028759231-pct00008
    <화학식 II>
    Figure 112010028759231-pct00009
    식 중,
    R1은 NH4 +, H+ 또는 또다른 양이온일 수 있고,
    R2는 NH4 +, H+ 또는 또다른 양이온일 수 있으며;
    R1 및 R2 중 하나 이상은 NH4 +이다.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하기 화학식 IIa의 화합물 또는 하기 화학식 IIb의 화합물 또는 이들 둘 다를 추가로 포함하는 혼합물의 형태로 상기 화합물 II를 수득하는 방법.
    <화학식 IIa>
    Figure 112010028759231-pct00010
    식 중, R3은 H+ 또는 또다른 양이온일 수 있다.
    <화학식 IIb>
    Figure 112010028759231-pct00011
  3. 제1항에 따른 방법 중의 단계들, 이어서
    (f) 화합물 II를 하기 화학식 IIIa의 화합물로 환원시키는 단계를 포함하는, 화학식 IIIa의 화합물 또는 이를 포함하는 혼합물의 제조 방법.
    <화학식 IIIa>
    Figure 112010028759231-pct00012
    식 중, R4가 H이다.
  4. 제3항에 따른 방법 중의 단계들, 이어서
    (g) 단계 (f) 동안 또는 그 후에 상기 화학식 IIIa의 화합물을 완전 또는 부분적으로 알킬화시켜 하기 화학식 IIIb의 화합물을 수득하는 단계를 포함하는, 화학식 IIIb의 화합물, 또는 화합물 IIIa 및 IIIb를 포함하는 혼합물의 제조 방법.
    <화학식 IIIb>
    Figure 112010028759231-pct00013
    식 중, R4는 1 내지 20개의 탄소 원자와 0 내지 1개의 OH 또는 NH2 라디칼을 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬이다.
  5. 제4항에 있어서, 피롤리돈, 히드록시에틸피롤리돈 및 N-메틸피롤리돈 (NMP)중 하나 이상을 제조하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    (i) 임의로, 바이오매스의 제거 또는 상기 발효 브로쓰의 정제 또는 이들의 조합;
    (ii) 임의로, 상기 발효 브로쓰의 농축;
    (iii) 100 내지 300 ℃ 온도에서의 부산물의 증류 제거 및 상기 화합물 I의 전환;
    (iv) 임의로, 150 내지 300 ℃에서의 후반응; 및
    (v) 온도 150 ℃ 내지 300 ℃, 및 표준압 또는 압력 0.01 내지 1000 mbar에서의 상기 화합물 II의 증류 제거, 또는 상기 화합물 II와 함께 상기 화합물 IIa 또는 IIb 또는 이들 모두의 증류 제거
    조건하에 상기 전환 및 증류를 연속 공정으로 수행하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    (i) 임의로, 바이오매스의 제거 또는 상기 발효 브로쓰의 정제 또는 이들의 조합;
    (ii) 임의로, 상기 발효 브로쓰의 농축;
    (iii) 실온 내지 300 ℃ 온도에서의 부산물의 증류 제거 및 상기 화합물 I의 전환;
    (iv) 임의로, 150 ℃에서 300 ℃ 이하의 온도에서 2시간 미만 동안의 증류물의 후반응; 및
    (v) 임의로, 표준압 또는 감압, 및 150 ℃ 내지 300 ℃에서의 반응 혼합물의 증류
    조건하에 상기 전환 및 증류를 배치방식으로 수행하는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 I의 반응 전에 또는 상기 화합물 II의 증류 전에, 발효 브로쓰의 중량을 기준으로 50 중량% 이하의 하부 희석제를 상기 발효 브로쓰에 첨가하는 방법.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 화합물 II에서 상기 화합물 IIIa로의 상기 환원이 수소화인 방법.
  10. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 환원이 하기 조건들 중 하나 이상의 조건 하에 수행되는 기상 또는 액상 수소화인 방법.
    (i) 온도 80 ℃ 내지 330 ℃;
    (ii) 원소주기율표 11, 6, 7, 8 내지 10, 13, 14 또는 15족 중 하나 이상의 원소를 포함하는 카르보닐기의 수소화에 적합한 균일 또는 불균일 촉매를 사용; 및
    (iii) 표준압 내지 130 bar의 압력에서 기상 반응 또는 20 내지 400 bar의 압력에서의 액상 반응.
  11. 제4항 또는 제5항에 있어서, 1 내지 20개의 탄소 원자 및 1 내지 2개의 OH 또는 NH2 라디칼을 갖는 분지형 또는 비분지형 포화 탄화수소를 사용하여 상기 화합물 IIIa를 알킬화시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    (i) 온도 50 내지 600 ℃에서;
    (ii) 표준압 내지 100 bar의 압력에서;
    (iii) 화학량론적 또는 초화학량론적 양(superstoichiometric amount)의 알킬화 제제를 사용하고;
    (iv) 염기성, 중성 또는 루이스- 또는 브뢴스테드-산성 산화물 또는 인터옥시드(interoxide) 또는 혼성 산화물 또는 금속을 사용하는
    조건 하의 기상 중에서 상기 알킬화를 수행하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    (i) 온도 50 내지 600 ℃에서;
    (ii) 표준압 내지 325 bar의 압력에서;
    (iii) 화학량론적 또는 초화학량론적 양의 알킬화 제제를 사용하고;
    (iv) 염기성, 중성 또는 루이스- 또는 브뢴스테드-산성 산화물 또는 인터옥시드 또는 혼성 산화물 또는 금속을 사용하는
    조건 하의 액상 중에서 상기 알킬화를 수행하는 방법.
  14. 제8항에 있어서, 하부 희석제가 폴리알킬렌 글리콜, 실리콘 오일 및 파라핀 오일로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 화학량론적 또는 초화학량론적 양이 화학식 IIIa의 화합물 1 mol 당 1 내지 10 mol인 방법.
  16. 제13항에 있어서, 화학량론적 또는 초화학량론적 양이 화학식 IIIa의 화합물 1 mol 당 1 내지 10 mol인 방법.
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