KR20130025411A - 디아미노부탄（ｄａｂ）, 석신산 디니트릴（ｓｄｎ） 및 석신아미드（ｄａｍ）의 제조 방법 - Google Patents

디아미노부탄（ｄａｂ）, 석신산 디니트릴（ｓｄｎ） 및 석신아미드（ｄａｍ）의 제조 방법 Download PDF

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올란 에스. 프루치
레오 이. 맨저
딜럼 두누윌라
브라이언 티. 킨
브룩 에이. 앨빈
나이 에이. 클린턴
버나드 디. 돔벡
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바이오엠버, 에스.아.에스.
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Abstract

질소-함유 화합물을 제조하는 방법은 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 발효 브로쓰 또는 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰로부터 유도된 석신산(SA) 또는 모노암모늄 석시네이트(MAS)를 전환시켜 디아미노부탄(DAB), 석신산 디니트릴(SDN), 석신산 아미노 니트릴(SAN), 석신아미드(DAM) 및 관련 중합체를 포함하는 이러한 화합물을 생성함을 포함한다.

Description

디아미노부탄（ＤＡＢ）, 석신산 디니트릴（ＳＤＮ） 및 석신아미드（ＤＡＭ）의 제조 방법{PROCESSES FOR PRODUCING DIAMINOBUTANE(DAB), SUCCINIC DINITRILE(SDN) AND SUCCINAMIDE(DAM)}
관련 출원
본 출원은, 2010년 5월 19일자로 출원된 미국 가출원 제61/346,145호에 대해 우선권을 주장하며, 이의 주제는 본원에 참조로 인용된다.
기술 분야
본 명세서는 발효에 의해 생성된 석신산(SA) 및 모노암모늄 석시네이트(MAS)로부터 질소-함유 화합물, 예를 들어, 디아미노부탄(DAB), 석신산 디니트릴(SDN) 및 석신아미드(DAM)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
당 발효의 특정한 탄소질(carbonaceous) 생성물은 탄소-함유 화학물질을 제조하기 위한 공급원료로서 사용하기 위한 석유-유래 물질의 대체물로서 제시된다. 하나의 이러한 생성물은 MAS이다.
MAS에 관련 물질, 즉 SA는 출발 물질로서 발효가능한 탄소 공급원, 예를 들어, 당을 사용하여 미생물에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 문헌에 기술된 미생물을 생성하는 대부분의 상업적으로 생육 가능한 석시네이트 생산 미생물은 최대의 성장, 전환 및 생산성에 적합한 pH를 유지시키기 위해 발효 브로쓰(fermentation broth)를 중화시킨다. 통상적으로, 발효 브로쓰의 pH는 수산화암모늄을 브로쓰에 도입하여 pH 7로 또는 pH 7에 가깝게 유지시키고, 이에 의해 SA를 디암모늄 석시네이트(DAS)로 전환시킨다. DAS는 MAS로 전환될 수 있어서 발효 브로쓰로부터 MAS를 유도할 수 있다.
구시키(Kushiki)(일본 공고된 특허 출원, 공보 제2005-139156호)는 암모늄 염을 카운터 이온으로서 첨가한 발효 브로쓰로부터 수득될 수 있는, DAS 수용액으로부터 MAS를 수득하는 방법을 기술한다. 구체적으로, 아세트산을 상기 용액에 첨가하여 용액의 pH를 4.6 내지 6.3의 값으로 조정함으로써 DAS 수용액으로부터 MAS를 결정화하고, 이는 불순한 MAS를 상기 용액으로부터 결정화하게 한다.
마스다(Masuda)(일본 미심사 출원 공보 제P2007-254354호, 2007년 10월 4일)는 화학식 H4NOOCCH2CH2COONH4의 "암모늄 석시네이트"의 묽은 수용액의 부분 탈암모니아화를 기술한다. 기술된 분자식으로부터, "암모늄 석시네이트"는 디암모늄 석시네이트임을 알 수 있다. 마스다는 암모늄 석시네이트 용액을 가열하여 물 및 암모니아를 제거하여, 암모늄 석시네이트 이외에, MAS, SA, 모노아미드 석시네이트, 석신이미드, 석신아미드 또는 에스테르 석시네이트 중의 적어도 하나를 함유하는 고체 SA-계 조성물을 수득한다. 따라서, 구시키와 같이, 마스다는 불순한 MAS의 생성을 유도하는 방법을 기술한다고 추론될 수 있다. 구시키 및 마스다 둘 다의 방법은 고순도 MAS를 생성하기 위해 각종 정제 용법에 적용되어야 할 필요가 있는 물질을 유도한다.
MAS 자체로부터 유도된 것과 같은 생물-유래 MAS 및 SA는 다수의 상업적으로 중요한 화학물질 및 중합체를 합성하기 위한 플랫폼 분자(platform molecules)이다. 따라서, DAB, SDN 및 DAM과 같은 유도체들로의 명확하고 상업적으로 실행 가능한 경로들을 통합하는 유연성을 제공하는 정제 기술을 제공하는 것이 매우 바람직하다. 발효-유래 SA/MAS를 DAB, SDN, 석신산 아미노 니트릴(SAN) 및 DAM으로 전환시키기 위한 경제적이고 기술적으로 실행 가능한 공정 용액의 부족에 대응하여, 직접 수소화를 위한 충분한 순도의 비용 효과적인 SA/MAS 스트림을 제공하는 방법을 제공하는 것이 도움이 될 수 있다.
요약
본 발명자들은 (a) 청징화된(clarified) 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하는 단계; (b) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드(overhead), 및 모노암모늄 석시네이트(MAS), 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 액체 기저부(bottoms)를 형성하는 단계; (c) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매(antisolvent)를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계; (d) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획의 적어도 일부를 분리시키는 단계; (e)(1) 상기 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나; (2) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나; (3) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및 (f) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, 석신산(SA)의 질소-함유 화합물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명자들은 또한 (a) 청징화된 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하는 단계; (b) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 암모니아를 포함하는 제1 오버헤드, 및 모노암모늄 석시네이트(MAS), 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 제1 액체 기저부를 형성하는 단계; (c) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계; (d) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획을 분리시키는 단계; (e) 상기 고체 분획을 회수하는 단계; (f) 상기 고체 분획을 물에 용해시켜 MAS 수용액을 생성하는 단계; (g) 상기 MAS 수용액을, 물 및 암모니아를 포함하는 제2 오버헤드, 및 보다 많은 부분(major portion)의 석신산(SA), 보다 적은 부분(minor portion)의 MAS, 및 물을 포함하는 제2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키는 단계; (h) 상기 제2 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜, 상기 제2 기저부를, 바람직하게는 본질적으로 SA로 이루어지고 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 제2 고체 분획과 접촉된 제2 액체 분획으로 분리시키는 단계; (i) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 상기 제2 액체 분획으로부터 분리시키는 단계; (j)(1) 상기 제2 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나; (2) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나; (3) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및 (k) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, SA의 질소-함유 화합물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명자들은 추가로 (a) 청징화된 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하는 단계; (b) 임의로, MAS, 디암모늄 석시네이트(DAS), 석신산(SA), NH3 및/또는 NH4 +를 상기 브로쓰에 첨가하여 바람직하게는 상기 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지시키는 단계; (c) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAS, 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하는 단계; (d) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계; (e) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획의 적어도 일부를 분리시키는 단계; (f)(1) 상기 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나; (2) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나; (3) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및 (g) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명자들은 추가로 (a) 청징화된 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하는 단계; (b) 임의로, MAS, 디암모늄 석시네이트(DAS), 석신산(SA), NH3 및/또는 NH4 +를 상기 브로쓰에 첨가하여 바람직하게는 상기 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지시키는 단계; (c) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAS, 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하는 단계; (d) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계; (e) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획을 분리시키는 단계; (f) 상기 고체 분획을 회수하는 단계; (g) 상기 고체 분획을 물에 용해시켜 MAS 수용액을 생성하는 단계; (h) 상기 MAS 수용액을, 물 및 암모니아를 포함하는 제2 오버헤드, 및 보다 많은 부분의 SA, 보다 적은 부분의 MAS, 및 물을 포함하는 제2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키는 단계; (i) 상기 제2 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜, 상기 제2 기저부를, 바람직하게는 본질적으로 SA로 이루어지고 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 제2 고체 분획과 접촉된 제2 액체 분획으로 분리시키는 단계; (j) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 상기 제2 액체 분획으로부터 분리시키는 단계; (k)(1) 상기 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나; (2) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나; (3) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및 (l) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 발효-유래 SA/MAS를 생성하고, 추가로 SA/MAS를 DAB 및 SDN으로 전환시키는 완전히 통합된 방법을 도식적으로 예시하고, 두 단계 사이에 MAS 결정화 단계를 갖는 DAS의 2-단계 탈암모니화를 도시한다.
도 2는 MAS를 DAB, SDN 및 DAM 뿐만 아니라 기타 중간체 및 유도체로 전환시키는 각종 경로를 도식적으로 예시한다.
도 3은 SA를 DAB, SDN 및 DAM 뿐만 아니라 기타 중합체 및 유도체로 전환시키는 각종 경로를 도식적으로 예시한다.
도 4는 온도의 함수로서, MAS의 물 및 30% DAS 수용액 둘 다에서의 용해도를 도시하는 그래프이다.
상세한 설명
다음 설명 중의 적어도 일부는 도면에서 예시용으로 선택된 방법들의 대표적인 예를 언급하고 첨부된 특허청구범위 이외의 명세서를 한정하거나 제한하려는 의도는 아닌 것으로 이해된다.
당해 방법들은 본 방법의 하나의 대표적인 예를 형성하는 흐름도를 도시하는 도 1을 참조하여 이해될 것이다.
통상적으로, 현장(in-place) 스팀 멸균가능한 발효기인 성장 용기를 사용하여 후속적으로 DAS, MAS, 및/또는 SA-함유 발효 브로쓰를 생산하는데 사용되는 미생물 배양물(도시되지 않음)을 성장시킬 수 있다. 이러한 성장 용기는 당해 분야에 공지되어 있고, 추가로 논의되지 않는다.
미생물 배양물은 발효가능한 탄소 공급원, 예를 들어, 탄수화물 당으로부터 SA를 생성할 수 있는 미생물을 포함할 수 있다. 대표적인 미생물의 예는 에쉐리키아 콜라이(Escherichia coli (E. coli)), 아스퍼길루스 니제르(Aspergillus niger), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)(또한, 브레비박테리움 플라붐(Brevibacterium flavum)이라 칭명되기도 함), 엔테로코쿠스 파에칼리스(Enterococcus faecalis), 베일로넬라 파르불라(Veillonella parvula), 악티노바실루스 석시노게네스(Actinobacillus succinogenes), 만하이미아 석시니시프로두센스(Mannheimia succiniciproducens), 아나에로바이오스피릴룸 석시니시프로두센스(Anaerobiospirillum succiniciproducens), 파에실로마이세스 바리오티(Paecilomyces Varioti), 사카로마이세스 세레비시아에(Saccharomyces cerevisiae), 박테로이데스 프라길리스(Bacteroides fragilis), 박테로이데스 루미니콜라(Bacteroides ruminicola), 박테로이데스 아밀로필루스(Bacteroides amylophilus), 알칼리게네스 유트로푸스(Alcaligenes eutrophus), 브레비박테리움 암모니아게네스(Brevibacterium ammoniagenes), 브레비박테리움 락토페르멘툼(Brevibacterium lactofermentum), 칸디다 브룸프티(Candida brumptii), 칸디다 카테눌레이트(Candida catenulate), 칸디다 마이코더마(Candida mycoderma), 칸디다 제일라노이데스(Candida zeylanoides), 칸디다 팔루디게나(Candida paludigena), 칸디다 소노렌시스(Candida sonorensis), 칸디다 우틸리스(Candida utilis), 칸디다 제일라노이데스(Candida zeylanoides), 데바료마이세스 한세니(Debaryomyces hansenii), 푸사리움 옥시스포룸(Fusarium oxysporum), 후미콜라 라누기노사(Humicola lanuginosa), 클로엑케라 아피쿨라타(Kloeckera apiculata), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis), 클루이베로마이세스 윅커하미(Kluyveromyces wickerhamii), 페니실리움 심플리시시뭄(Penicillium simplicissimum), 피치아 아노말라(Pichia anomala), 피치아 베세이(Pichia besseyi), 피치아 메디아(Pichia media), 피치아 귈리에르몬디(Pichia guilliermondii), 피치아 이노시토보라(Pichia inositovora), 피치아 스티피디스(Pichia stipidis), 사카로마이세스 바이아누스(Saccharomyces bayanus), 쉬조사카로마이세스 폼베(Schizosaccharomyces pombe), 토룰롭시스 칸디다(Torulopsis candida), 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica), 이의 혼합물 등을 포함한다.
바람직한 미생물은 수탁 번호 PTA-5132하에 ATCC 기탁된 이. 콜라이(E. coli) 균주이다. 3개의 항생제 내성 유전자(cat, amphl, tetA)가 제거된 상기 균주가 보다 바람직하다. 항생제 내성 유전자 cat(클로람페니콜에 대한 내성을 코딩함), 및 amphl(카나마이신에 대한 내성을 코딩함)의 제거는 주제가 본원에 참조로 인용된 문헌[참조: Datsenko KA and Wanner BL., Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 2000 Jun 6; 97(12) 6640-5]에 기술된 소위 "람다-레드(λ-red)" 절차에 의해 수행될 수 있다. 테트라사이클린 내성 유전자 tetA는 주제가 본원에 참조로 인용된 문헌[참조: Bochner et al., J Bacteriol. 1980 August; 143(2): 926-933]에 처음 기술된 절차를 사용하여 제거할 수 있다. 글루코스는 이 미생물에 대한 바람직한 발효가능한 탄소 공급원이다.
발효가능한 탄소 공급원(예: 탄수화물 및 당), 임의로 질소의 공급원 및 복합 영양소(예: 옥수수 침지 농축액), 추가의 배지 성분, 예를 들어, 비타민, 염 및 세포 성장 및/또는 생성물 형성을 향상시킬 수 있는 기타 물질, 및 물을 미생물 배양물의 성장 및 유지를 위한 성장 용기에 공급할 수 있다. 통상적으로, 미생물 배양물은 산소-풍부 기체(예: 공기 등)를 살포함으로써 제공되는 호기성 조건하에서 성장시킨다. 통상적으로, 산(예: 황산 등) 및 수산화암모늄이 미생물 배양물의 성장 동안 pH 조절용으로 제공된다.
일례에서(도시되지 않음), 성장 용기에서의 호기성 조건(산소-풍부 기체를 살포함으로써 제공됨)은 산소-풍부 기체를 산소-결핍 기체(예: CO2 등)로 변화시킴으로써 혐기성 조건으로 전환된다. 혐기성 환경은 성장 용기 중에서 동일 반응계로 발효가능한 탄소 공급원의 SA로의 생물변환을 유발한다. 수산화암모늄이 발효가능한 탄소 공급원의 SA로의 생물전환 동안 pH 조절용으로 제공된다. 생성되는 SA는 수산화암모늄의 존재 때문에 적어도 부분적으로 DAS로 중화되어 DAS를 포함하는 브로쓰의 생성을 유도한다. CO2는 SA를 제조하기 위한 추가의 탄소 공급원을 제공한다.
또 다른 예에서, 성장 용기의 내용물은 스트림을 통해 탄수화물 공급원을 SA로 생물전환시키기 위한 별도의 생물전환 용기로 이전시킬 수 있다. 산소-결핍 기체(예: CO2 등)를 생물전환 용기 중에서 살포하여 SA의 생성을 유발하는 혐기성 조건을 제공한다. 수산화암모늄은 탄수화물 공급원의 SA로의 생물전환 동안 pH 조절용으로 제공된다. 수산화암모늄의 존재 때문에, 생성된 SA는 적어도 부분적으로 DAS로 중화되어, DAS를 포함하는 브로쓰의 생성을 유도한다. CO2는 SA를 생성하기 위한 추가의 탄소 공급원을 제공한다.
또 다른 예에서, 생물전환은 비교적 낮은 pH(예: 3 내지 6)에서 수행될 수 있다. 염기(수산화암모늄 또는 암모니아)는 탄수화물 공급원의 SA로의 생물전환 동안 pH 조절용으로 제공될 수 있다. 목적하는 pH에 따라, 수산화암모늄의 존재 또는 결핍 때문에, SA가 생성되거나, 생성된 SA는 적어도 부분적으로 MAS, DAS, 또는 SA, MAS 및/또는 DAS를 포함하는 혼합물로 중화된다. 따라서, 생물전환 동안 생성된 SA는, 임의로 추가 단계로 DAS를 포함하는 브로쓰를 유도하는 암모니아 또는 수산화암모늄을 제공함으로써, 후속적으로 중화될 수 있다. 결과적으로, "DAS-함유 발효 브로쓰"는 일반적으로 발효 브로쓰가, 생물전환에 의해 또는 그외의 방법으로 첨가되고/되거나 생성되는지에 상관없이, DAS 및 가능하게는 다수의 기타 성분, 예를 들어, MAS 및/또는 SA를 포함한다는 것을 의미한다. 유사하게, "MAS-함유 발효 브로쓰"는 일반적으로 발효 브로쓰가, MAS 및 가능하게는 생물전환에 의해 또는 그외의 방법으로 첨가되고/되거나 생성되는지에 상관없이, 다수의 기타 성분, 예를 들어, DAS 및/또는 SA를 포함한다는 것을 의미한다.
발효가능한 탄소 공급원의 생물전환으로부터 생성되는 브로쓰(생물전환이 일어나는 곳에 따라서, 성장 용기 또는 생물전환 용기 중의)는 통상적으로 불용성 고체, 예를 들어, 세포상 바이오매스 및 기타 현탁된 물질을 함유하고, 이는 증류 전에 스트림을 통해 청징화 장치(clarification apparatus)로 이송된다. 불용성 고체의 제거는 브로쓰를 청징화한다. 이는 후속적인 증류 장치의 오염을 감소시키거나 방지한다. 불용성 고체는 원심분리 및 여과(한외-여과, 마이크로-여과 또는 심층(depth) 여과를 포함하지만, 이에 제한되지 않음)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 수개의 고체-액체분리 기술 중의 임의의 하나를 단독으로 또는 조합하여 제거할 수 있다. 여과의 선택은 당해 기술 분야에 공지된 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 가용성 무기 화합물은, 예를 들어, 이온 교환, 물리적 흡착 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다수의 공지된 방법으로 제거할 수 있다.
원심분리의 일례는 연속식 디스크 스택 원심분리기이다. 연마 여과 단계에 이은 원심분리 단계, 예를 들어, 필터 조력자, 예를 들어, 규조토 등을 사용함을 포함할 수 있는 데드-엔드(dead-end) 또는 교차-유동 여과, 또는 더욱 바람직하게는 한외-여과 또는 마이크로-여과를 추가하는 것이 유용할 수 있다. 한외-여과 또는 마이크로-여과 막은, 예를 들어, 세라믹성 또는 중합체성일 수 있다. 중합성 막의 일례는 SelRO MPS-U20P(pH 안정한 한외-여과 막)(제조원: 미국 매사추세츠주 윌밍턴 메인 스트리트 850 소재의 코크 멤브레인 시스템즈(Koch Membrane Systems))이다. 이는 통상적으로 0.35 내지 1.38MPa(최대 압력 1.55MPa) 및 50℃ 이하의 온도에서 작동하는 25,000 Dalton의 분자량 컷-오프(cut-off)를 갖는 시판되는 폴리에테르설폰 막이다. 대안적으로, 여과 단계, 예를 들어, 한외-여과 또는 마이크로-여과를 단독으로 사용할 수 있다.
미생물 배양물을 실질적으로 함유하지 않는 생성되는 청징화된 DAS-함유 브로쓰 또는 MAS-함유 브로쓰는 스트림을 통해 증류 장치로 이송시킨다.
청징화된 증류 브로쓰는 DAS 및/또는 MAS를, 브로쓰 중의 모든 디암모늄 디카복실레이트 염의 적어도 대부분인 양으로, 바람직하게는 적어도 약 70wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 80wt%, 가장 바람직하게는 적어도 약 90wt%인 양으로 함유해야 한다. 발효 브로쓰 중의 총 디카복실산 염의 중량%(wt%)로서의 DAS 및/또는 MAS의 농도는 고압 액체 크로마토그래피((HPLC) 또는 기타 공지된 수단으로 용이하게 측정될 수 있다.
물 및 암모니아는 증류 장치로부터 오버헤드로서 제거되어, 적어도 한 분획은 임의로 스트림을 통해 생물전환 용기(또는 혐기성 방식으로 작동하는 성장 용기)로 재순환된다. 증류 온도 및 압력은, 증류 오버헤드가 물 및 암모니아를 함유하고, 증류 기저부가 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함함을 보장하는 방식으로 증류가 수행되는 한, 중요하지 않다. 보다 바람직한 물의 양은 적어도 약 30wt%, 더욱 더 바람직한 양은 적어도 약 40wt%이다. 증류 단계로부터 암모니아 제거율은 온도가 증가함에 따라 증가하고, 또한 증류 동안 스팀(도시되지 않음)을 주입함으로써 증가시킬 수 있다. 증류 동안 암모니아의 제거율은 또한 진공하에 증류를 수행하거나 증류 장치를 비반응성 기체, 예를 들어, 공기, 질소 등으로 살포함으로써 증가시킬 수 있다.
증류 단계 동안 물의 제거는 유기 공비혼합제, 예를 들어, 톨루엔, 크실렌, 사이클로헥산, 메틸 사이클로헥산, 메틸 이소부틸 케톤, 헵탄 등의 사용으로 향상시킬 수 있고, 단, 기저부는 적어도 약 20wt%의 물을 함유한다. 증류가 물 및 유기 제제로 이루어지는 공비혼합물을 형성할 수 있는 유기 제제의 존재하에 수행될 경우, 증류는 수성 상 및 유기 상을 포함하는 2상 기저부를 생성하고, 여기서, 수성 상은 유기 상으로부터 분리될 수 있고, 수성 상은 증류 기저부로서 사용된다. 부산물, 예를 들어, 석신암산, 석신아미드 및 석신이미드는 기저부의 물 수준이 적어도 약 30wt%의 수준으로 유지되는 한, 실질적으로 방지된다.
증류 단계에 바람직한 온도는 압력에 좌우되어 약 50℃ 내지 약 300℃의 범위내이다. 보다 바람직한 온도 범위는, 압력에 좌우되어 약 90℃ 내지 약 150℃이다. 약 110℃ 내지 약 140℃의 증류 온도가 바람직하다. "증류 온도"는 기저부의 온도를 의미한다(배치 증류의 경우, 이는 오버헤드의 최종 목적량이 수집될 때의 온도일 수 있다).
수 혼화성 유기 용매 또는 암모니아 분리 용매를 첨가하면 상기 논의된 바와 같은 다양한 증류 온도 및 압력에 걸쳐 탈암모니아를 촉진시킨다. 이러한 용매는 수동적 수소 결합을 형성할 수 있는 비양성자성, 쌍극성 산소-함유 용매를 포함한다. 이의 예는 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 프로필렌 글리콜, 설폭사이드, 예를 들어, 디메틸설폭사이드(DMSO), 락톤, 예를 들어, 감마-부티로락톤(GBL), 아미드, 예를 들어, 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아미드, 설폰, 예를 들어, 디메틸설폰, 설폴란, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 부톡시트리글리콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 에테르, 예를 들어, 디옥산, 메틸 에틸 케톤(MEK) 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이러한 용매는 정제된 브로쓰 중의 DAS 또는 MAS로부터 암모니아의 제거를 돕는다. 증류 기술과 무관하게, 증류를 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물이 기저부에 잔류하고, 더욱 더 유리하게는 적어도 약 30wt%가 잔류함을 보장하는 방식으로 수행되는 것이 중요하다.
증류는 대기압, 대기압-이하(subatmospheric) 또는 초대기압(superatmospheric)에서 수행될 수 있다. 증류는 1단계 플래시, 다단계 증류(즉, 다단계 컬럼 증류) 등일 수 있다. 1단계 플래시는 임의의 형태의 플래셔(flasher)(예: 와이핑(wiped) 필름 증발기, 박막 증발기, 열 사이펀(thermosiphon) 플래셔, 강제된 순환 플래셔 등)로 수행될 수 있다. 증류 컬럼의 다단계는 트레이, 패킹 등을 사용하여 달성될 수 있다. 패킹은 랜덤 패킹(예: 라쉬그 환(Raschig rings), 폴 환(Pall rings), 벌 새들(Berl saddles) 등) 또는 구조화된 패킹(예: 코크-슐처 패킹(Koch-Sulzer packing), 인탈록스(Intalox) 패킹, 멜라팍(Mellapak) 등)일 수 있다. 트레이는 임의의 디자인(예: 시브 트레이, 밸브 트레이, 버블-캡 트레이 등)일 수 있다. 증류는 다수의 이론적 단계로 수행될 수 있다.
증류 장치가 컬럼일 경우, 배열은 특별히 중요하지 않고, 컬럼은 익히 공지된 기준을 사용하여 디자인될 수 있다. 컬럼은 스트리핑(stripping) 모드, 정류 모드 또는 분류 모드로 작동될 수 있다. 증류는 배치식 또는 연속식 모드로 수행될 수 있다. 연속식 모드에서, 브로쓰를 증류 장치로 연속적으로 공급하고, 오버헤드 및 기저부는 이들이 형성될 때 장치로부터 연속적으로 제거된다. 증류로부터의 증류물은 암모니아/물 용액이고, 증류 기저부는 액체, MAS 및 DAS의 수용액이고, 이는 또한 기타 발효 부산물 염(즉, 암모늄 아세테이트, 암모늄 포르메이트, 암모늄 락테이트 등) 및 색상체(color bodies)를 함유할 수 있다.
증류 기저부는 스트림을 통해 냉각 장치로 이송시키고, 통상의 기술로 냉각시킬 수 있다. 냉각 기술은 중요하지 않다. 열 교환기(열 회수 포함)가 사용될 수 있다. 플래시 증발식 냉각기를 사용하여 기저부를 약 15℃로 냉각시킬 수 있다. 15℃ 미만으로의 냉각은 통상적으로 냉장된 냉각수, 예를 들어, 글리콜 용액 또는, 덜 바람직하게는 염수를 사용한다. 농축 단계가 생성물 수율을 증가시키는 것을 돕기 위해 냉각 전에 포함될 수 있다. 추가로, 농축 및 냉각 둘 다를 모두 공지된 방법, 예를 들어, 진공 증발, 및 통합된 냉각 재킷 및/또는 외부 열 교환기를 사용하는 열 제거를 사용하여 통합할 수 있다.
본 발명자들은 액체 기저부에 일부 DAS의 존재가, 액체, 수성 DAS-함유 기저부에서의 MAS의 용해도를 감소시킴으로써 적어도 MAS로 "본질적으로 이루어지는" 고체 분획(고체 분획이 적어도 실질적으로 순수한 결정성 MAS라는 것을 의미함)과 접촉된 액체 분획으로의 기저부의 냉각 유도 분리를 촉진시킨다는 것을 밝혀내었다. 도 4는 0℃ 내지 60℃ 범위의 각종 온도에서 30wt% DAS 수용액에서의 MAS의 감소된 용해도를 예시한다. 상부 곡선은 심지어 0℃에서도 MAS가 물에 상당히 가용성으로 잔류한다(즉, 수용액에서 약 20wt%)는 것을 보여준다. 하부 곡선은 0℃에서 MAS가 본질적으로 30wt% DAS 수용액에 불용성임을 보여준다. 따라서, 본 발명자들은 일부 DAS가 또한 당해 용액에 존재할 경우, MAS가 수용액으로부터 보다 완전히 결정화될 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 용액 중의 DAS의 바람직한 농도는 ppm으로 약 3wt% 범위이다. 이는 DAS의 부재하에 요구되는 온도보다 높은 온도에서 MAS의 결정화(즉, 증류 기저부의 고체 분획의 형성)를 허용한다.
약 50%의 암모니아가 수성 매질에 함유된 DAS로부터 제거될 경우, 석시네이트 종은 작동 온도 및 압력에 좌우되어 pH 범위 4.8 내지 5.4 내에서 약 0.1:0.8:0.1 DAS:MAS:SA인 평형 몰 분포를 확립한다. 이 조성물이 농축되고 냉각될 경우, MAS는 물에서의 이의 용해도 한계치를 초과하고 결정화한다. MAS가 고체 상으로의 상 변화를 겪는 경우, 이에 의해 액체 상 평형을 재설정하여 추가의 MAS를 생성한다(DAS는 SA에 대한 암모늄 이온을 공여한다). 이는 추가의 MAS가 용액으로부터 결정화되도록 하고, 상당량의 SA가 배출되고, pH가 증가하는 경향이 있을 때까지 계속한다. pH가 증가함에 따라, 액체 상 분포는 DAS가 우세하다. 그러나, DAS가 물에 매우 가용성이기 때문에, MAS는 계속 결정화되는데, 이는 MAS의 용해도가 DAS보다 낮기 때문이다. 사실상, 석시네이트 종의 액체 상 평형 및 액체-고체 평형은 MAS 결정화용 "펌프"로서 작용하고, 이에 의해 MAS 결정화를 고수율로 가능하게 한다.
상기한 냉각, 증발 또는 증발식 냉각 이외에, MAS의 결정화는 역용매의 첨가로 가능하게 될 수 있고/있거나 촉진될 수 있다. 이러한 맥락에서, 역용매는 통상적으로 물과 혼화성인 용매일 수 있지만, 용매에서의 염의 낮은 용해도 때문에 수용성 염, 예를 들어, MAS의 결정화를 야기한다. MAS에 대한 역용매 효과를 갖는 용매는 알콜, 예를 들어, 에탄올 및 프로판올, 케톤, 예를 들어, 메틸 에틸 케톤, 에테르, 예를 들어, 테트라하이드로푸란 등일 수 있다. 역용매의 용도는 공지되어 있고, 냉각 및 증발을 결합하여 또는 별도로 사용될 수 있다.
냉각 유닛에서 냉각 후, 증류 기저부를 스트림을 통해 액체 분획으로부터 고체 분획을 분리하기 위한 분리기로 공급한다. 분리는 압력 여과(예: 넛츄(Nutsche) 또는 로젠몬드(Rosenmond)형 가압 필터), 원심분리 등을 통해 달성될 수 있다. 생성되는 고체 생성물은 생성물로서 회수될 수 있고, 경우에 따라, 표준 방법에 의해 건조시킬 수 있다.
분리 후, 어떤 액체 분획도 고체 분획의 표면(들)에 잔류하지 않는다는 것을 보장하기 위해 고체 분획을 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 고체 분획의 표면에 잔류하는 액체 분획의 양을 최소화하는 한가지 방법은 분리된 고체 분획을 물로 세척하고, 생성되는 세척된 고체 분획을 건조시키는 것이다. 고체 분획을 세척하는 편리한 방법은 소위 "바스켓 원심분리기"를 사용하는 것이다. 적합한 바스켓 원심분리기는 더 웨스턴 스테이츠 머쉰 캄파니(The Western States Machine Company)(미국 오하이오주 해밀턴 소재)로부터 이용가능하다.
증류 기저부의 액체 분획(즉, 모액)은 잔류하는 용해된 MAS, 임의의 비전환된 DAS, 임의의 발효 부산물, 예를 들어, 암모늄 아세테이트, 락테이트 또는 포르메이트, 및 기타 소량의 불순물을 함유할 수 있다. 이 액체 분획을 스트림을 통해 다운스트림 장치에 공급할 수 있다. 하나의 예에서, 다운스트림 장치는, 예를 들어, 암모늄 염을 칼륨 염으로 전환시키기 위해, 적합한 양의 수산화칼륨과의 혼합물에서 처리하여 제빙 장치를 제조하기 위한 수단일 수 있다. 이 반응에서 생성된 암모니아는 생물전환 용기(또는 혐기성 모드로 작동하는 성장 용기)에서 재사용하기 위해 회수될 수 있다. 생성되는 칼륨 염의 혼합물은 제빙 장치 및 방빙 장치로서 유용하다.
고체 분리 단계로부터의 모액은 추가로 MAS의 회수를 향상시킬 뿐만 아니라 추가로 DAS를 MAS로 전환시키기 위해 스트림을 통해 증류 장치로 재순환시킬 수 있다(또는 부분적으로 재순환시킬 수 있다).
냉각 유도된 결정화의 고체 분획은 실질적으로 순수한 MAS이고, 따라서, MAS의 공지된 용도를 위해 유용하다.
HPLC를 사용하여 질소-함유 불순물, 예를 들어, 석신아미드 및 석신이미드의 존재를 검출할 수 있다. MAS의 순도는 원소 탄소 및 질소 분석에 의해 측정될 수 있다. 암모니아 전극을 사용하여 MAS 순도의 조악한 근사치를 측정할 수 있다.
상기 상황 및 각종 작동 입력에 따라, 발효 브로쓰가 청징화된 MAS-함유 발효 브로쓰일 수 있는 경우 또는 청징화된 SA-함유 발효 브로쓰일 수 있는 경우가 있다. 이러한 상황에서, 실질적으로 순수한 MAS의 생성을 촉진시키기 위해 MAS, DAS, SA, 암모니아 및/또는 수산화암모늄을 이들 발효 브로쓰에 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 발효 브로쓰의 작동 pH는 브로쓰가 MAS-함유 브로쓰이거나 SA-함유 브로쓰이도록 조정될 수 있다. MAS, DAS, SA, 암모니아 및/또는 수산화암모늄은 상기한 실질적으로 순수한 MAS의 생성을 촉진시키기 위해 이들의 브로쓰에 임의로 첨가할 수 있다. 예를 들어, 발효 브로쓰의 작동 pH는 브로쓰가 MAS-함유 브로쓰 또는 SA-함유 브로쓰이도록 조정될 수 있다. MAS, DAS, SA, 암모니아 및/또는 수산화암모늄을 임의로 이들의 브로쓰에 첨가하여, 상기한 실질적으로 순수한 MAS의 생성을 촉진시키기 위해 바람직하게는 6 이하의 브로쓰 pH를 달성할 수 있다. 또한, 기타 공급원으로부터 MAS, DAS 및/또는 SA를 경우에 따라 첨가할 수 있다는 것이 가능하다. 하나의 특별한 형태에서, 증류 단계로부터 생성되는 액체 기저부로부터 및/또는 발효 브로쓰로의 분리기로부터의 액체 분획으로부터 MAS, DAS 및 물을 재순환시키는 것이 특히 유리하다. MAS-함유 브로쓰에 대해 말하면, 이러한 브로쓰는 일반적으로 발효 브로쓰가, 생물전환에 의해 또는 그외의 방법으로 첨가되고/되거나 생성되는지에 상관없이, MAS 및, 가능하게는 다수의 기타 성분, 예를 들어, DAS 및/또는 SA를 포함한다는 것을 의미한다.
고체 분획은 암모니아를 제거하여 SA로 전환시킬 수 있다. 이는 다음과 같이 수행될 수 있다. 임의의 상기한 전환 방법으로부터 수득된 고체 분획(본질적으로 MAS로 이루어짐)을 물에 용해시켜 MAS 수용액을 생성할 수 있다. 이어서, 이 용액을, 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 보다 많은 부분의 SA, 보다 적은 부분의 MSA 및 물을 포함하는 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시킬 수 있다. 기저부를 냉각시켜 본질적으로 SA로 이루어지고 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 고체 분획과 접촉된 액체 분획으로 분리되도록 할 수 있다. 고체 분획은 제2 액체 분획으로부터 분리될 수 있고, HPLC에 의해 측정할 때 실질적으로 순수한 SA로서 회수할 수 있다.
상기한 SA, MAS 및/또는 DAS를 포함하는 스트림을 선택된 다운스트림 생성물, 예를 들어, 상기한 바와 같고, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같은 DAB, SDN, DAM 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 질소-함유 화합물로 전환시킬 수 있다. 이러한 방법을 개시하는데 있어, 통상적으로 SA, MAS 및/또는 DAS를 물에 용해시켜 다운스트림 반응기로 직접 공급될 수 있는 상기 물질들의 수용액을 형성할 수 있다.
SA, MAS 또는 DAS를 탈수에 의해 중간체 DAM을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 SDN으로 전환시킬 수 있다. 이러한 탈수는 열적으로, 효소적으로 또는 촉매의 존재하에 달성될 수 있다. 따라서, 적합한 온도, 압력 및 촉매는, SDN으로의 전환이 직접적으로 또는 간접적으로 발생하는지의 여부에 따라, 적합한 탈수 수준을 달성하도록 선택된다.
예를 들어, 전환은 적합한 탈수 촉매, 예를 들어, US 제4,237,067호에 기술된 포스페이트를 포함하는 산성 또는 염기성 촉매 및 US 제5,587,498호에 기술된 점토 또는 알루미나 상의 Ti, V, Hf 또는 Zr을 사용하는 지지된 촉매를 사용할 수 있다. 이러한 촉매는 통상적으로, 예를 들어, 170-600psig의 압력에서 220℃ 내지 350℃의 온도에서 사용된다.
대안적으로, 탈수는 US 제3,296,303호에 기술된 바와 같이 열적으로 달성될 수 있고, 여기서, 산 + 암모니아 공급원은 150 내지 200psig의 압력에서 100℃ 내지 130℃의 온도에서 글리콜 용매의 존재하에 열적으로 탈수된다.
결과로서, SA, MAS 또는 DAS는 SDN으로 직접적으로 탈수될 수 있거나 중간체 DAM에 의해 SDN으로 간접적으로 탈수될 수 있다. 이어서, SDN이 생성되면, SDN을 직접적으로 아민, 예를 들어, DAB로 전환시킬 수 있거나 간접적으로 SDN을 중간체 SAN을 통해 DAB로 전환시킬 수 있다.
예를 들어, SDN으로부터 DAB로의 직접 전환은 US 제6,376,714호에 기술된 바와 같은 다수의 방식으로 달성될 수 있고, 여기서, 수소 및 암모니아 공급원의 존재하에 디니트릴은 300 내지 1500psig에서 50℃ 내지 150℃의 온도에서 촉매, 예를 들어, Ru, Cr 또는 W로 촉진된 Fe, Co, Ni, Rh 또는 Pd를 사용하여 전환시킨다. 결과는 디아민(이 경우 DAB)의 고수율이다.
유사하게, US 제4,003,933호는 니트릴을 120℃ 내지 130℃ 및 1500psig에서 Co/ZrO2 촉매 상의 수소를 사용하여 아민으로 전환시킨다. 기타 촉매는 TiO2 또는 ZrO2 상의 Fe, Rh, Ir 및 Pt를 포함할 수 있다.
SDN의 SAN으로의 간접 전환은 적합한 수소화 조건, 예를 들어, US 제5,151,543호에 기술된 것들을 선택함으로써 달성될 수 있고, 여기서, SDN에서 SAN으로의 경우, 니트릴은 50℃ 내지 80℃에서 250 내지 1000psig의 압력에서 수소 및 암모니아 공급원과 함께 라니(RANEY) 촉매, 예를 들어, Fe, Cr 또는 Mo로 촉매된 Co 또는 Ni를 사용하여 아미노 니트릴로 전환된다.
유사하게, 아미노 니트릴 또는 디아미노 화합물은 디니트릴, 예를 들어, US 제7,132,562호에 기술된 것들로부터 공동 생성될 수 있다. US 제'562호는 디아민 또는 아미노 니트릴로의 고수율 및 선택도를 달성하기 위해 50℃ 내지 250℃의 온도 및 3000 내지 5000psig에서 Cr, V, Ti 또는 Mn으로 개질된 Fe, Co, Ru, Ni 촉매를 사용한다. 촉매는 또한 HCN, 또는 CO 및 수소 및 암모니아 공급원과 함께 통상의 P 또는 N으로 개질될 수도 있다.
또한, SA, MAS 또는 DAS를 직접적으로 또는 간접적으로 DAM을 통해 디아민, 예를 들어, DAB로 직접 전환시킬 수 있다. 예를 들어, US 제2,223,303호는 200℃ 내지 450℃의 온도 및 10 내지 300ATM의 압력에서 Cd 또는 Cu 촉매와 함께 수소 및 암모니아 공급원 또는 알킬 아민을 사용하는, 산의 아민으로의 전환을 기술한다. 유사하게, US 제3,579,583호는 Zn-Al2O3 또는 Zn-Cr 촉매의 존재하에 200℃ 내지 300℃의 온도에서 100 내지 300ATM의 압력에서 수소 및 암모니아 공급원을 사용하는 디카복실산의 아민, 특히 알킬 아민으로의 전환을 기술한다.
추가로, US 제4,935,546호는 TiO2 또는 Al2O3 지지체 상의 Co, Cu 또는 Cr 촉매의 존재하에 250℃ 내지 350℃의 온도 및 20 내지 150bar의 압력에서 수소 및 암모니아 공급원을 사용하는, 산의 아민으로의 전환을 기술한다.
일단, DAB 및 SAN으로의 전환이 완료되면, 이들 화합물들을 당해 분야에 공지된 다수의 방식으로 폴리아미드형 화합물로 전환시키는 것도 또한 가능하다. 대표적인 예는 다음의 전환을 포함한다. 폴리아미드는 아미노 니트릴, 예를 들어, SAN으로부터 생성될 수 있다. 이러한 형태의 전환의 일례는 물과 함께 산소화된 인 촉매의 존재하에 오메가 아미노 니트릴을 전환시키는 US 제5,109,104호에서 발견할 수 있다. 이는 일반적으로 200℃ 내지 330℃의 온도 및 250 내지 350psig의 압력에서 수개-단계 전환으로 달성된다.
대안적인 방법론이 US 제6,958,381호에 기술되어 있고, 여기서, 출발 단량체, 예를 들어, SAN이 니트릴 그룹을 함유하는 쇄 조절제 및 카복스아미드 그룹을 형성할 수 있는 작용성 그룹의 존재하에 폴리아미드로 중합될 수 있다.
폴리아미드는 또한 디아민, 예를 들어, DAB로부터 형성될 수도 있고, 여기서, DAB는 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르로 중합되어 폴리아미드를 형성한다. 바람직한 디카복실산은 C4 내지 C12의 쇄 길이를 갖는다. 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르는 방향족 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르일 수 있거나, 이는 알킬 디카복실산일 수 있다.
상기한 US 특허 제4,237,067호; 제5,587,498호; 제3,296,303호; 제6,376,714호; 제4,003,933호; 제5,151,543호; 제7,132,562호; 제2,223,303호; 제3,579,583호; 제4,935,546호; 제5,109,104호; 및 제6,958,381호의 주제 및 내용은 본원에 참조로 인용된다.
실시예
본 방법들은 다음 비제한적인 대표적인 실시예로 예시된다. 다수의 실시예에서, 합성 DAS 수용액이 실제 청징화된 DAS-함유 발효 브로쓰 대신에 사용되었다. 기타 실시예는 실제 청징화된 DAS-함유 발효 브로쓰를 사용한다.
합성 DAS 용액의 사용은, 실제 브로쓰에서 발견되는 통상적인 발효 부산물의 용해도 때문에, 본 방법에서 실제 브로쓰의 거동에 대한 우수한 모델인 것으로 여겨진다. 발효 동안 생성된 주요 부산물은 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포르메이트이다. 이러한 불순물들이 증류 단계 동안 존재한다면, 이들은 모든 DAS가 MAS로 전환될 때까지 암모니아를 손실하고, 유리산을 상당량 형성할 것을 예상하지 않을 것이다. 이는, 아세트산, 락트산 및 포름산이 SA의 제2 산 그룹(pKa = 5.48)보다 강산이기 때문이다. 즉, 아세테이트, 락테이트, 포르메이트 및 심지어 일수소 석시네이트는 이음이온 석시네이트 보다 약염기이다. 또한, 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포르메이트는 MAS 보다 물에 상당히 더 가용성이고, 이들 각각 통상적으로 브로쓰에 DAS 농도의 10% 미만으로 존재한다. 또한, 산(아세트산, 포름산 및 락트산)이 증류 단계 동안 형성되었을 때조차, 이들은 물과 혼화성이고, 물로부터 결정화되지 않을 것이다. 이는, MAS가 포화 상태에 도달하고, 용액으로부터 결정화되어(즉, 고체 분획을 형성함), 모액(즉, 액체 분획)에 용해된 산 불순물을 남긴다는 것을 의미한다.
실시예 1
이 실시예는 증류 기저부 액체를 냉각-유도 결정화를 통하여 MAS 고체를 증류 및 회수하여 DAS의 분획을 MAS로 전환시킴을 입증한다
3구 500mL 환저 플라스크에 온도계 및 환류 응축기가 토핑된(topped) 딘 스타크 트랩(Dean Stack trap)을 장착시켰다. 환류 응축기로부터의 배출구는 100g의 1.4M 아세트산 용액이 함유된 스크러빙(scrubbing) 병으로 향하였다. 플라스크에 400g의 10% DAS 수용액(pH 8.5)을 충전시켰다. 플라스크의 내용물을 자기 교반기로 교반하고, 가열 맨틀로 가열하여 320.6g의 증류물(암모니아 수용액)을 증류시키고, 이를 딘 스타크 트랩을 통해 제거하였다. 증류물의 분석은 함유된 암모니아의 약 20%가 증류 동안 충전된 DAS로부터 제거되었다(즉, 기저부 액체 중의 염이 약 40% MAS 및 약 60% DAS였다)는 것을 지시하였다. 단지 미량의 암모니아가 스크러빙 병에서 발견되었다. 최종 액적이 증류될 때의 포트의 최종 온도는 110℃였다. 포트 중의 잔사(기저부 액체)(약 53% 물이 존재하는 73.4g)를 플라스크에 위치시키고, 밤새 실온으로 냉각시켰다. 실온으로 냉각시, MAS의 백색 침상이 형성되었다. 상기 백색 고체를 진공 여과를 통해 분리하여 14g의 습윤 결정(고체 분획) 및 56g의 모액(액체 분획)을 수득하였다. 습윤 결정의 분획(7g)을 밤새 진공 오븐에서 건조시켜 칼-피셔(Karl-Fisher) 분석으로 측정된 0.4% 물을 함유하는 6g의 건조된 고체를 수득하였다. HPLC에 의한 고체 분획의 분석은 상기 고체 분획이 비-MAS 질소-함유 불순물(석신이미드 및 석신아미드)를 함유하지 않았음을 나타내었다.
실시예 2
이 실시예는 모액 재순환을 입증한다.
1L 환저 플라스크에 800g의 합성 4.5% DAS 용액을 충전시킨 다음, 증류 헤드를 플라스크에 연결시켰다. 플라스크의 내용물을 대기압에서 증류시켜 플라스크에 67g의 잔사(기저부 액체)를 잔류시킨다. 기저부 액체는 약 45% 물을 함유한다. 증류물의 암모니아 분석은 제1 증류 사이클가 약 29% 암모니아를 제거하여 DAS 및 MAS의 42/58 mol/mol 혼합물을 제조한다는 것을 지시한다. 이어서, 잔사(기저부 액체)를 상기 플라스크로부터 제거하고, 수욕이 장착된 비이커에 위치시킨다. 비이커 내용물을 교반하면서 20℃로 냉각시켰다. 잔사가 20℃에 도달하면, 이를 몇몇 MAS의 결정으로 씨딩한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이어서, 상기 욕(bath)의 온도를 15℃로 낮추고, 30분 동안 유지시켰다. 이어서, 온도를 10℃로 낮추고, 30분 동안 유지시켰다. 이어서, 온도를 5℃로 냉각시키고, 30분 동안 유지시키고, 최종적으로 0℃로 냉각시키고, 이를 30분 동안 유지시켰다. 이어서, 슬러리(고체 및 액체 분획으로 이루어짐)를 예비냉각된 소결 유리 필터 펀넬 및 진공 플라스크를 사용하여 신속하게 여과시켰다. 고체를 진공 오븐에서 건조시켜 13.9g의 무수 MAS 고체를 수득하였다. 이어서, 모액(액체 분획, 47.2g)을 800g의 합성 4.5% DAS 용액과 합하고 증류시켜, 86.6g의 잔사(기저부 액체)를 남겼다. 제2 증류(즉, 모액 재순환 작동)에서, 존재하는 DAS의 총량으로부터 약 28% 암모니아를 제거하였다. 이어서, 잔사(기저부 액체)를 유사한 방식으로 냉각시켰다(결정화시켰다). 그러나, 상기 용액은 46℃에서 혼탁해졌고, 이에 따라, 46℃에서 씨딩하고, 교반하면서 밤새 실온으로 서서히 냉각시켰다. 다음 날, 온도를 0℃까지 5℃ 증분으로 서서히 감소시켰다. 슬러리(고체 및 액체 분획)를 이전과 같이 여과시키고, 고체를 건조시켜 23.5g의 MAS 고체를 수득하였다. 이는 증류된 새로운 DAS 용액 800g 중의 SA 등가물의 약 75% 회수와 동일하다. 제1 사이클로부터 회수된 고체는 95% MAS(약 5% 물)였다. 제2 사이클에서, 고체는 97% MAS(약 3% 물)였다. 제2 사이클로부터의 모액은 28.8% SA 등가물(즉, SA 염으로서)을 함유하였다.
실시예 3
이 실시예는 냉각된 증류 기저부의 고체 분획에서 아미드 및 이미드 종의 부재를 입증한다.
1L 환저 플라스크에 800g의 합성 4.5% DAS 용액을 충전시켰다. 플라스크에 증류 헤드로 캡핑된 5개 트레이 1" 올더쇼 섹션(Oldershaw section)을 장착시켰다. 증류물을 빙냉된 저장소에서 수집하였다. 플라스크의 내용물을 가열 맨틀로 가열하고, 자기 교반기로 교반하였다. 플라스크의 내용물을 증류시켜 플라스크(즉, 증류 기저부)에 721.1g의 오버헤드 증류물 및 72.2g의 액체 잔사를 수득하였다. 수성 암모니아 증류물을 적정하여 0.34% 암모니아 함량(즉, DAS에서 MAS로 약 55% 전환)을 나타내었다. 이어서, 뜨거운 증류 기저부(DAS 및 MAS의 약 47% 염 용액)를 125mL의 삼각플라스크에 위치시키고, 밤새 교반하면서 서서히 실온으로 냉각시켰다. 다음날 아침, 혼탁한 용액을 15℃로 냉각시키고 60분 동안 유지시킨 다음, 10℃로 냉각시키고 60분 동안 유지시키고, 최종적으로 5℃로 냉각시키고, 교반하면서 60분 동안 유지시켰다. 생성되는 백색 슬러리를 여과하여 12.9g의 습윤 결정 및 55.3g의 모액을 수득하였다. 결정을 25.8g의 증류수에 용해시켰다. 결정 용액의 HPLC 분석은 검출가능한 양의 아미드 또는 이미드 종을 전혀 나타내지 않았다. 그러나, 모액의 HPLC 분석은 미량의 석신암산을 나타냈지만, 검출가능한 석신아미드 또는 석신이미드를 전혀 나타내지 않았다.
실시예 4
이 실시예는 본질적으로 MAS로 이루어지고, 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 냉각된 증류 기저부의 고체 분획을 생성한다.
3구 1L 환저 플라스크에 적가 펀넬 및 증류 헤드로 캡핑된 1" 5개 트레이 올더쇼 컬럼을 장착시켰다. 빙냉된 저장소를 사용하여 증류물을 수집하였다. 플라스크에 800g의 합성 4.5% DAS 용액을 충전시켰다. 플라스크의 내용물을 가열 맨틀로 가열하고 자기 교반기로 교반하였다. 증류를 개시하였다. 증류가 발생되는 동안, 추가의 1600g의 4.5% DAS 용액을 증류물을 수집할 때와 동일한 속도로 플라스크에 서서히 첨가하였다. 총 2135g의 증류물을 오버헤드로 수집하였다. 증류물의 적정은 오버헤드가 0.33% 암모니아 용액이라는 것을 나타내었다. 뜨거운 수성 증류 기저부(253.8g)를 상기 플라스크로부터 제거하고, 삼각 플라스크에 위치시켰다. 증류 기저부를 밤새 교반하면서 실온으로 서서히 냉각시켰다. 플라스크의 내용물을 씨딩하고, 30분 동안 교반하였다. 이어서, 슬러리를 15℃로 냉각시키고, 60분 동안 유지시킨 다음, 10℃로 냉각시키고 60분 동안 유지시키고, 최종적으로 5℃로 냉각시키고 60분 동안 유지시켰고, 모두 교반하에 수행하였다. 슬러리를 냉각하에 여과시키고, 고체(즉, 고체 분획)를 모액(즉, 액체 분획)을 치환시키기 위해 차가운(약 5℃) 20% 염화나트륨 용액 약 20g 분획으로 3회 세척하였다. 공기를 수분 동안 케이크(cake)를 통해 흡인시켜 가능한 많은 액체를 제거하였다. 이어서, 고체를 진공 오븐에서 75℃에서 1시간 동안 건조시켜 7.2g의 백색 결정을 수득하였다. 고체의 탄소 및 질소 분석은 탄소 대 질소의 원자비 4.06(즉, 암모니아 대 SA 또는 약 99% MAS의 비 1.01)을 나타내었다. 1.00의 비가 수득되지 않았다는 것은 고체의 불완전한 세척에 기인하는 것으로 여겨진다.
실시예 5
이 실시예는 수성 DAS로부터 암모니아 발생에 대한 용매의 효과를 증명한다. 작동 5는 어떤 용매도 존재하지 않는 대조 실험이다.
3구 1L 환저 플라스크의 외부 목에 온도계 및 마개를 장착시켰다. 중심 목에 5개 트레이 1" 올더쇼 섹션을 장착시켰다. 올더쇼 섹션에 증류 헤드를 탑재하였다. 빙냉된 500mL 환저 플라스크를 증류 헤드용 저장소로서 사용하였다. 1L 환저 플라스크에 증류수, 시험될 용매, SA 및 진한 수산화암모늄 용액을 충전시켰다. 내용물을 자기 교반기로 교반시켜 모든 고체를 용해시켰다. 고체가 용해된 후, 내용물을 가열 맨틀을 사용하여 가열하여 350g의 증류물을 증류시켰다. 증류물을 빙냉된 500mL 환저 플라스크에서 수집하였다. 포트 온도를 증류물의 최종 액적이 수집될 때 기록하였다. 포트 내용물을 실온으로 냉각시키고, 잔사의 중량 및 증류물의 중량을 기록하였다. 이어서, 증류물의 암모니아 함량을 적정을 통해 측정하였다. 결과는 표 1에 기록하였다.
수행 번호 1 2 3 4 5
충전된 산의 명칭 석신산 석신산 석신산 석신산 석신산
충전된 산의 Wt(g) 11.81 11.79 11.8 11.79 11.8
충전된 산의 Mole 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
충전된 28% NH3 용액의 Wt(g) 12.11 12.09 12.1 12.11 12.1
충전된 NH3의 Mole 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
용매의 명칭 디글라임 PG* GBL** 부톡시 트리글리콜 없음
충전된 용매의 Wt(g) 400 400.1 400 400 0
충전된 물의 Wt(g) 400 400 400 400 800
증류물의 Wt(g) 350.5 351.6 350.1 350.7 351
잔사의 Wt(g) 466.3 461.7 464.3 460.9 466
질량 어카운터빌리티
(mass accountability) %		 99.1 98.7 98.9 98.5 99.2
증류물 중의 NH3의 Wt%(적정) 0.48 0.4 0.27 0.47 0.13
증류물 중의 NH3의 Mole 0.099 0.083 0.056 0.097 0.027
증류물에서 제거된 NH3 % 49.5 42 28 49 13.4
증류물에서 제거된 제1 NH3 % 99 84 56 98 27
증류물에서 제거된 제2 NH3 % 0 0 0 0 0
최종 포트 온도(℃) 101 120 110 107 100
*PG는 프로필렌 글리콜이다.
** GBL은 감마 부티로락톤이다.
실시예 6
이 실시예는 본질적으로 SA로 이루어지고 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 냉각된 증류 기저부로부터 고체 분획을 생성하였다.
300mL의 파르 오토클레이브(Parr autoclave)에 80g의 합성 MAS 및 120g의 물을 충전시켰다. 오토클레이브를 밀봉시키고, 내용물을 교반하고, 자기 생성 압력(autogenic pressure) 약 190psig에서 약 200℃로 가열하였다. 내용물이 온도에 도달하면, 물을 오토클레이브에 약 2g/분의 속도로 공급하고, 증기를 배압 조절기를 사용하여 오토클레이브로부터 약 2g/분의 속도로 제거하였다. 오토클레이브로부터 방출된 증기를 응축시키고 저장소에서 수집하였다. 오토클레이브를 총 1020g의 물이 공급되고, 총 1019g의 증류물이 수집될 때까지 이러한 조건하에 작동시켰다. 증류물을 암모니아 함량(0.29중량% 암모니아)에 대해 적정하였다. 이는 MSA의 SA로의 약 29% 전환으로 해석된다. 오토클레이브의 함량(194.6g)을 부분적으로 냉각시키고, 반응기로부터 방출시켰다. 슬러리를 삼각 플라스크에서 밤새 실온에서 교반하면서 정치시켰다. 이어서, 슬러리를 여과시키고, 고체를 25g의 물로 세정하였다. 습윤된 고체를 진공 오븐에서 75℃에서 1시간 동안 건조시켜 9.5g의 SA 생성물을 수득하였다. 암모늄 이온 전극을 통한 분석은 0.013mmol 암모늄 이온/고체 g을 나타내었다. HPLC 분석은 고체가 0.8% 석신암산 불순물을 갖는 SA임을 나타내었다.
실시예 7
이 실시예는 이. 콜라이(E. Coli) 균주 ATCC PTA-5132를 함유하는 발효 브로쓰로부터 유도된 DAS-함유 정제 발효 브로쓰를 사용한다. 이 실시예는 본질적으로 MAS로 이루어지고, 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 냉각된 증류 기저부의 고체 분획을 생성한다.
3구 1L 환저 플라스크에 적가 펀넬 및 증류 헤드로 캡핑된 1" 5개 트레이 올더쇼 컬럼을 장착시켰다. 빙냉된 저장소를 사용하여 증류물을 수집하였다. 플라스크에 4.4% DAS, 1% 암모늄 아세테이트, 0.05% 암모늄 포르메이트 및 0.03% 암모늄 락테이트를 함유하는 800g의 청징화된 DAS-함유 발효 브로쓰를 충전시켰다. 플라스크의 내용물을 가열 맨틀로 가열하고, 자기 교반기로 교반시켰다. 증류를 개시하였다. 증류를 작동시키는 동안, 추가의 2200g의 브로쓰 용액을 증류물이 제거될 때와 동일한 속도로 플라스크에 서서히 첨가하였다. 총 2703g의 증류물을 오버헤드로서 수집하였다. 증류물의 적정은 오버헤드가 0.28% 암모니아 용액임을 나타내었다. 뜨거운 증류 기저부 수용액(269.7g)을 상기 플라스크로부터 제거하고, 삼각 플라스크에 위치시켰다. 증류 기저부를 밤새 교반하면서 실온으로 서서히 냉각시켰다. 다음날, 플라스크의 내용물을 씨딩하고 30분 동안 교반하였다. 이어서, 슬러리를 15℃로 냉각시켜 30분 동안 유지시킨 다음, 10℃로 냉각시켜 30분 동안 유지시키고, 최종적으로 5℃로 냉각시켜 30분 동안 유지시켰는데, 이들 모두 교반하에 수행하였다. 슬러리를 냉각하에 여과시키고, 공기를 수분 동안 케이크를 통해 흡인시켜 가능한 한 많은 액체를 제거하였다. 담갈색 고체(72.5g) 및 암갈색 모액(188.4g, pH 6.4)을 수득하였다. 고체를 제결정화하여 50℃에서 72g의 물에 용해시켜 모액을 제거하였다. 이어서, 용액을 밤새 교반하면서 실온으로 서서히 냉각시켰다. 다음 날, 플라스크의 내용물을 씨딩하고, 30분 동안 교반하였다. 이어서, 슬러리를 15℃로 냉각시켜 30분 동안 유지시킨 다음, 10℃로 냉각시켜 30분 동안 유지시키고, 최종적으로 5℃로 냉각시켜 30분 동안 유지시켰는데, 모두 교반하에 수행하였다. 슬러리를 냉각하에 여과시키고, 공기를 수분 동안 케이크를 통해 흡인시켜 가능한 한 많은 액체를 제거하여 110g의 갈색 모액(pH 5.0)을 수득하였다. 이어서, 고체를 75℃에서 진공 오븐에서 1시간 동안 건조시켜 24g의 미백색 결정을 수득하였다. 고체의 탄소 및 질소 분석은 탄소 대 질소의 몰 비 4.04(즉, 암모니아 대 SA 또는 약 99% MAS의 비 1.01)를 나타내었다. HPLC 분석은 MAS가 0.07% 석신암산을 함유하지만, 검출가능한 석신아미드, 석신이미드 또는 아세테이트 종은 전혀 함유하지 않는다는 것을 나타내었다. 즉, MAS는 DAS를 함유하지 않았고, 다르게는 실질적으로 순수하였다.
실시예 8
이 실시예는 이. 콜라이 균주 ATCC PTA-5132를 함유하는 발효 브로쓰로부터 발효-유래 MAS를 사용한다. 이 실시예는 본질적으로 SA로 이루어지고, 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 냉각된 증류 기저부로부터 고체 분획을 생성된다.
300mL 파르 오토클레이브에 80g의 MAS 유래 브로쓰 및 120g의 물을 충전시켰다. 오토클레이브를 밀봉하고, 내용물을 교반시키고, 약 205psig의 자기발생 압력에서 약 202℃로 가열하였다. 일단 내용물이 온도에 도달하면, 물을 약 2g/분의 속도로 오토클레이브에 공급하고, 증기를 배압 조절기를 사용하여 약 2g/분의 속도로 오토클레이브로부터 제거하였다. 오토클레이브로부터 배출되는 증기를 응축시키고 저장소에서 수집하였다. 오토클레이브를 총 905g의 물이 공급되고, 총 908g의 증류물이 수집될 때까지 이러한 조건하에 작동시켰다. 증류물을 암모니아 함량(0.38중량%의 암모니아)에 대해 적정하였다. 이는 MAS의 SA로의 약 34% 전환으로 해석한다. 오토클레이브의 내용물(178.2g)을 부분적으로 냉각시키고, 반응기로부터 방출시켰다. 슬러리를 삼각 플라스크에서 밤새 실온에서 교반하에 정치시켰다. 이어서, 슬러리를 여과시키고, 고체를 25g의 물로 세정하였다. 습윤된 고체를 75℃에서 진공 오븐에서 1시간 동안 건조시켜 8.5g의 SA 생성물을 수득하였다. 암모늄 이온 전극을 통한 분석은 0.027mmol 암모늄 이온/고체 g을 나타내었다. HPLC 분석은 고체가 1.4% 석신암산 및 0.1% 석신아미드 불순물을 갖는 SA임을 나타내었다.
실시예 9
이 실시예는 탈암모니아화를 돕기 위해 암모니아 방출 용매를 사용하였다. 이 실시예는 본질적으로 SA로 이루어지고, 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 냉각된 증류 기저부로부터 고체 분획을 생성하였다.
500mL 환저 플라스크에 29g의 MAS 고체, 51g의 물 및 80g의 트리글라임을 충전시켰다. 플라스크에 증류 헤드가 토핑된 5개 트레이 1" 유리 올더쇼 컬럼 섹션을 장착시켰다. 2500g의 물을 함유하는 적가 펀넬을 또한 플라스크에 연결시켰다. 플라스크를 자기 교반기로 교반하고, 가열 맨틀로 가열하였다. 증류물을 빙냉된 저장소에서 수집하였다. 증류물이 나타나기 시작할 때, 적가 펀넬 중의 물을 증류물을 수집할 때와 동일한 속도로 플라스크에 첨가하였다. 총 2491g의 증류물을 수집하였다. 증류물은 적정에 의해 측정된 바와 같이, 2.3g의 암모니아를 함유하였다. 이는 약 63%의 MAS가 SA로 전환되었다는 것을 의미한다. 이어서, 플라스크 중의 잔사를 삼각 플라스크에 위치시키고, 교반하면서 -5℃로 냉각시켰다. 30분 동안 교반한 후, 슬러리를 냉각하에 여과시켜 15.3g의 고체를 수득하였다. 고체를 15.3g의 열수에 용해시킨 다음, 빙욕에서 교반하면서 냉각시켰다. 차가운 슬러리를 여과시키고, 고체를 100℃에서 2시간 동안 진공 오븐에서 건조시켜 6.5g의 석신산을 수득하였다. HPLC 분석은 고체가 0.18% 석신암산을 갖는 SA임을 지시하였다.
실시예 10
이 실시예는 탈암모니아화를 돕기 위해 암모니아 방출(releasing) 용매를 사용하였다. 이 실시예는 본질적으로 MAS로 이루어지고, 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 냉각된 증류 기저부의 고체 분획을 생성하였다.
500mL 환저 플라스크에 80g의 36% DAS 수용액 및 80g의 트리글라임을 충전시켰다. 플라스크에 증류 헤드가 토핑된 5개 트레이 1" 유리 올더쇼 컬럼 섹션을 장착시켰다. 700g의 물을 함유하는 적가 펀넬을 또한 플라스크에 연결시켰다. 플라스크를 자기 교반기로 교반하고, 가열 맨틀로 가열하였다. 증류물을 빙냉된 저장소에서 수집하였다. 증류물이 나타나기 시작할 때, 적가 펀넬 중의 물을 증류물을 수집할 때와 동일한 속도로 플라스크에 첨가하였다. 총 747g의 증류물을 수집하였다. 증류물은 적정에 의해 측정된 바와 같이, 3.7g의 암모니아를 함유하였다. 이는 약 57%의 암모니아가 제거되었다는 것을 의미한다. 즉, 모든 DAS가 MAS로 전환되었고, 약 14%의 MAS가 추가로 SA로 전환되었다. 이어서, 플라스크 중의 잔사를 삼각 플라스크에 위치시키고, 교반하면서 5℃로 냉각시켰다. 30분 동안 교반한 후, 슬러리를 냉각하에 여과시키고, 고체를 100℃에서 2시간 동안 진공 오븐에서 건조시켜 10.3g의 MAS를 수득하였다. 분석은 고체가 0.77% 석신암산 및 0.14% 석신이미드를 갖는 MAS임을 지시하였다.
실시예 11
이 실시예는 공비혼합 용매의 사용, 특히 브로쓰 중의 기타 부산물로부터 MAS의 분리를 나타낸다.
3구 500mL 환저 플라스크에 온도계, 250mL 적가 펀넬 및 환류 응축기가 토핑된 딘 스타크 트랩을 장착시켰다. 플라스크에 100g의 톨루엔 및 100g의 약 9% DAS 브로쓰 용액(이는 또한 배합된 약 1% 암모늄 아세테이트 및 암모늄 포르메이트를 포함함)을 충전시켰다. 적가 펀넬에 250g의 9% 디암모늄 석시네이트 브로쓰 용액을 충전시켰다. 플라스크의 내용물을 자기 교반기로 교반하고, 가열 맨틀로 가열하여 내용물을 비등시켰다. 적가 펀넬의 내용물을 플라스크에 서서히 첨가하여 톨루엔-물 공비혼합물이 딘-스타크 트랩 속에서 증류시켜 톨루엔이 플라스크로 반환되도록 하였다. 적가 펀넬의 내용물이 모두 첨가된 후(실질적으로 증류물과 동일한 속도로), 내용물을 총 277.5g의 수성 상이 딘 스타크 트랩으로부터 수집될 때까지 추가로 환류시켰다. 플라스크의 내용물을 가열하면서 제거하고, 두 상을 가온 분별 깔때기로 분리하였다. 수성 상을 빙욕에서 교반하면서 냉각시켰다. 생성되는 고체를 소결된 유리 펀넬을 사용하여 여과를 통해 회수하였다. 모액은 암갈색이었고, 여과된 고체는 미백색이었다. 고체를 진공 오븐에서 건조시키고, HPLC로 분석하였다. 건조된 고체(5.7g)는 나머지의 물과 함께 약 96% 모노암모늄 석시네이트 및 약 1% 암모늄 아세테이트였다.
실시예 12
압력 증류 컬럼을 316 SS 프로팩 패킹(Propak Packing)으로 패킹된 8ft 길이 1.5" 316 SS 스케쥴 40 파이프를 사용하여 구성하였다. 컬럼의 기저부에 리보일러(reboiler)로서 작용하는 침지 히터를 장착시켰다. 질소를 가압하기 위해 침상 밸브를 통해 리보일러로 주입시켰다. 컬럼의 오버헤드는 저장소와 함께 316 SS 쉘 및 튜브 응축기로 향하는 전체 테이크-오프 라인(total take-off line)을 가졌다. 저장소에 압력 게이지 및 배압 조절기를 장착시켰다. 물질은 침상 밸브를 통하는 블로케이싱(blowcasing)을 통해 오버헤드 저장소로부터 제거하였다. 예열된 공급물을 펌프를 통해 패킹의 상부에서 컬럼 내로 주입하였다. 예열된 물을 또한 펌프를 통해 리보일러에 주입하였다. 이 컬럼을 137℃의 컬럼 온도를 제공하는 30psig 압력에서 작동시켰다. 컬럼의 상부에 합성 10% DAS 용액을 5mL/분의 속도로 공급하고, 물을 5mL/분의 속도로 리보일러에 공급하였다. 오버헤드 증류물 속도는 8mL/분이고, 잔사 속도는 2mL/분이었다. 암모니아에 대한 증류물의 적정은 약 47%의 암모니아가 증류물에서 제거되었음(즉, MAS로의 전환이 약 94%였다)을 지시하였다. 잔사 액체는 약 20% MAS이고, 잔사의 HPLC 분석은 석신암산에 대해 약 3% 비효율(inefficiency)을 지시하였다.
실시예 13
실시예 12로부터의 잔사의 분획(800g)을 배치 증류를 통해 약 59% MAS 용액으로 농축시켰다(즉, 530g의 물이 증류되었다). 이어서, 잔사를 교반하면서 5℃로 냉각시켰다. 생성되는 슬러리를 여과시키고, 고체를 75℃에서 진공 오븐에서 1시간 동안 건조시켜 52.5g의 MAS 고체를 수득하였다(즉, 약 32% 회수). HPLC 분석은 고체가 0.49% 석신암산을 함유하고 석신이미드는 전혀 함유하지 않는다는 것을 지시하였다.
실시예 14
실시예 12로부터의 압력 컬럼 잔사의 제2 분획(3200g)을 증발 결정화기에 위치시키고, 60℃에서 진공하에 2312g의 물을 증류시켜 약 72% MAS로 농축시켰다. 생성되는 뜨거운 슬러리를 원심분리하고, 회수된 고체를 75℃에서 진공 오븐에서 1시간 동안 건조시켜 130.7g의 MAS 고체를 수득하였다. 원심분리 단계로부터의 모액을 실온으로 냉각시켜 결정의 제2 수확물을 형성하였다. 이 슬러리를 여과시키고, 회수된 고체를 진공하에 75℃에서 건조시켜 114.8g의 MAS 고체를 수득하였다. 결정화기로의 공급물의 석시네이트 농도에 기초하여, 제1 수확물 및 제2 수확물에 대해 각각 20% 및 18% 회수를 실현하였다(즉, 총 38% 회수). 고체의 두 수확물의 HPLC 분석은, 제1 수확물이 검출가능한 석신암산 및 석신이미드를 함유하지 않는 반면, 제2 수확물은 0.96% 석신암산 및 0.28% 석신이미드를 가졌다는 것을 지시하였다.
비교 실시예 1
이 실시예는 MAS 수용액의 대기압 증류가, 트리글라임이 존재하지 않는 경우, 매우 소량의 암모니아를 제거한다는 것을 입증한다.
500mL 환저 플라스크에 30g의 MAS 고체 및 120g의 물을 충전시켰다. 플라스크에 증류 헤드가 토핑된 5개 트레이 1" 유리 올더쇼 컬럼 섹션을 장착시켰다. 600g의 물을 함유하는 적가 펀넬도 또한 플라스크에 연결시켰다. 플라스크를 자기 교반기로 교반하고, 가열 맨틀로 가열하였다. 증류물을 빙냉된 저장소에서 수집하였다. 증류물이 나타나기 시작할 때, 적가 펀넬 중의 물을 증류물을 수집할 때와 동일한 속도로 플라스크에 첨가하였다. 총 606g의 증류물을 수집하였다. 증류물은 적정에 의해 측정된 바와 같이, 0.15g의 암모니아를 함유하였다. 이는 약 4%의 MAS가 SA로 전환되었다는 것을 의미한다.
비교 실시예 2
이 실시예는 트리글라임이 존재하지 않는 경우 DAS에 대한 암모니아 제거율 감소를 입증한다.
500mL 환저 플라스크에 80g의 36% DAS 수용액 및 80g의 물을 충전시켰다. 플라스크에 증류 헤드가 토핑된 5개 트레이 1" 유리 올더쇼 컬럼 섹션을 장착시켰다. 1200g의 물을 함유하는 적가 펀넬도 또한 플라스크에 연결시켰다. 플라스크를 자기 교반기로 교반하고, 가열 맨틀로 가열하였다. 증류물을 빙냉된 저장소에서 수집하였다. 증류물이 나타나기 시작할 때, 적가 펀넬 중의 물을 증류물을 수집할 때와 동일한 속도로 플라스크에 첨가하였다. 총 1290g의 증류물을 수집하였다. 증류물은 적정에 의해 측정된 바와 같이, 2.2g의 암모니아를 함유하였다. 이는 약 44%의 DAS가 MAS로 전환되었다는 것을 의미한다.
본 방법들은 이의 특정 단계 및 형태와 관련하여 기술되었지만, 다양한 종류의 등가물이, 첨부된 특허청구범위에 기술된 본 명세서의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고 본원에서 기술된 특정 요소 및 단계를 대체할 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (19)

  1. (a) 청징화된(clarified) 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 발효 브로쓰(fermentation broth)를 제공하는 단계;
    (b) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드(overhead), 및 모노암모늄 석시네이트(MAS), 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 액체 기저부(bottoms)를 형성하는 단계;
    (c) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매(antisolvent)를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계;
    (d) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획의 적어도 일부를 분리시키는 단계;
    (e)(1) 상기 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나;
    (2) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나;
    (3) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및
    (f) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  2. (a) 청징화된 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하는 단계;
    (b) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 암모니아를 포함하는 제1 오버헤드, 및 모노암모늄 석시네이트(MAS), 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 제1 액체 기저부를 형성하는 단계;
    (c) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계;
    (d) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획을 분리시키는 단계;
    (e) 상기 고체 분획을 회수하는 단계;
    (f) 상기 고체 분획을 물에 용해시켜 MAS 수용액을 생성하는 단계;
    (g) 상기 MAS 수용액을, 물 및 암모니아를 포함하는 제2 오버헤드, 및 보다 많은 부분(major portion)의 석신산(SA), 보다 적은 부분(minor portion)의 MAS, 및 물을 포함하는 제2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키는 단계;
    (h) 상기 제2 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜, 상기 제2 기저부를, 바람직하게는 본질적으로 SA로 이루어지고 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 제2 고체 분획과 접촉된 제2 액체 분획으로 분리시키는 단계;
    (i) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 상기 제2 액체 분획으로부터 분리시키는 단계;
    (j)(1) 상기 제2 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나;
    (2) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나;
    (3) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및
    (k) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  3. (a) 청징화된 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하는 단계;
    (b) 임의로, MAS, 디암모늄 석시네이트(DAS), 석신산(SA), NH3 및/또는 NH4 +를 상기 브로쓰에 첨가하여 바람직하게는 상기 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지시키는 단계;
    (c) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAS, 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하는 단계;
    (d) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계;
    (e) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획의 적어도 일부를 분리시키는 단계;
    (f)(1) 상기 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나;
    (2) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나;
    (3) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및
    (g) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  4. (a) 청징화된 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하는 단계;
    (b) 임의로, MAS, 디암모늄 석시네이트(DAS), 석신산(SA), NH3 및/또는 NH4 +를 상기 브로쓰에 첨가하여 바람직하게는 상기 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지시키는 단계;
    (c) 상기 브로쓰를 증류시켜, 물 및 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAS, 적어도 일부의 DAS 및 적어도 약 20wt%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하는 단계;
    (d) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시키고, 임의로 역용매를 상기 기저부에 첨가하여, 상기 기저부를 DAS-함유 액체 분획 및 실질적으로 DAS를 함유하지 않는 MAS-함유 고체 분획으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하는 단계;
    (e) 상기 액체 분획으로부터 상기 고체 분획을 분리시키는 단계;
    (f) 상기 고체 분획을 회수하는 단계;
    (g) 상기 고체 분획을 물에 용해시켜 MAS 수용액을 생성하는 단계;
    (h) 상기 MAS 수용액을, 물 및 암모니아를 포함하는 제2 오버헤드, 및 보다 많은 부분의 SA, 보다 적은 부분의 MAS, 및 물을 포함하는 제2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키는 단계;
    (i) 상기 제2 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜, 상기 제2 기저부를, 바람직하게는 본질적으로 SA로 이루어지고 실질적으로 MAS를 함유하지 않는 제2 고체 분획과 접촉된 제2 액체 분획으로 분리시키는 단계;
    (j) 상기 제2 고체 분획의 적어도 일부를 상기 제2 액체 분획으로부터 분리시키는 단계;
    (k)(1) 상기 고체 분획을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 디아미노부탄(DAB)을 생성하거나;
    (2) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신산 디니트릴(SDN)을 생성하거나;
    (3) 상기 고체 분획의 적어도 일부를 탈수시켜 석신아미드(DAM)를 생성하는 단계; 및
    (l) 상기 DAB, SDN 또는 DAM을 회수하는 단계를 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 DAB를 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르와 중합시켜 폴리아미드를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 SDN을 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아와 접촉시켜 DAB를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 DAB를 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르와 중합시켜 폴리아미드를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 SDN을 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아와 접촉시켜 SAN을 포함하는 조성물을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 SAN을 중합시켜 폴리아미드를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 SAN을 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아와 접촉시켜 DAB를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 DAB를 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르와 중합시켜 폴리아미드를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 DAM을 탈수시켜 SDN을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 SDN을 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아와 접촉시켜 DAB를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 DAB를 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르와 중합시켜 폴리아미드를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 SDN을 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아와 접촉시켜 SAN을 포함하는 조성물을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 SAN을 중합시켜 폴리아미드를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 SAN을 수소화 촉매의 존재하에 수소 및 암모니아와 접촉시켜 DAB를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 DAB를 디카복실산 또는 디카복실산 에스테르와 중합시켜 폴리아미드를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 증류가 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 아미드, 설폰, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 부톡시트리글리콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 에테르 및 메틸 에틸 케톤(MEK)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 암모니아 분리 용매의 존재하에 또는 톨루엔, 크실렌, 메틸사이클로헥산, 메틸 이소부틸 케톤, 헥산, 사이클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수 공비혼합 용매(water azeotroping solvent)의 존재하에 수행되는, 질소-함유 화합물의 제조 방법.
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