KR20130036255A - 피롤리돈의 제조방법 - Google Patents

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KR20130036255A KR1020127032998A KR20127032998A KR20130036255A KR 20130036255 A KR20130036255 A KR 20130036255A KR 1020127032998 A KR1020127032998 A KR 1020127032998A KR 20127032998 A KR20127032998 A KR 20127032998A KR 20130036255 A KR20130036255 A KR 20130036255A
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올란 에스. 프러치
레오 이. 만저
딜럼 두누윌라
브라이언 티. 킨
나이 에이. 클린턴
브룩 에이. 앨빈
버나드 디. 돔벡
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바이오엠버, 에스.아.에스.
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Abstract

피롤리돈의 제조방법은, 청징화된 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 또는 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하고; 상기 브로쓰를 100℃ 초과 내지 약 300℃의 온도에서 초대기압하에 증류시켜 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고; 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜 상기 기저부를 액체 부분 및 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하고; 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고; 상기 고체 SA 부분을 피롤리돈으로 전환시킴을 포함한다.

Description

피롤리돈의 제조방법{PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF PYRROLIDONES}
관련 출원
본 출원은 2010년 5월 19일자로 출원된 미국 가출원 제61/346,155호에 대해 우선권을 주장하며, 이의 주제는 본원에 참조로 인용된다.
본 명세서는 발효에 의해 생성된 석신산(SA)으로부터 피롤리돈을 제조하는 방법에 관한 것이다.
당 발효의 특정 탄소질 생성물은 탄소-함유 화학약품을 제조하기 위한 공급원료로서 사용하기 위한 석유-유도 물질의 대체물로서 알고 있다. 이러한 생성물의 하나가 SA이다.
SA는 출발 물질로서 발효가능한 탄소 공급원, 예를 들어, 당을 사용하여 미생물에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 미생물을 생성하는 대부분의 상업적으로 생육 가능한 석시네이트 생산 미생물은 최대 성장, 전환 및 생산성에 적합한 pH를 유지시키기 위해 발효 브로쓰(fermentation broth)를 중화시킨다. 통상적으로, 발효 브로쓰의 pH는 수산화암모늄을 브로쓰에 도입하여 pH 7로 또는 거의 7로 유지시키고, 이에 의해 SA를 디암모늄 석시네이트(DAS)로 전환시킨다. DAS는 MAS 및/또는 SA로 전환될 수 있어서 발효 브로쓰로부터 모노암모늄 석시네이트(MAS) 및/또는 SA를 유도할 수 있다.
구시키(Kushiki)(일본 공고된 특허 출원, 공보 제2005-139156호)는 암모늄염이 카운터 이온으로서 가해지는 발효 브로쓰로부터 얻을 수 있는 DAS 수용액으로부터 MAS를 얻는 방법을 기술한다. 구체적으로, 아세트산을 용액에 가하여 용액의 pH를 4.6 내지 6.3의 값으로 조정함으로써 DAS 수용액으로부터 MAS를 결정화하고, 이는 불순한 MAS를 용액으로부터 결정화하게 한다.
마스다(Masuda)(일본 미심사 출원 공보 제P2007-254354호, 2007.10.4.)는 화학식 H4NOOCCH2CH2COONH4의 "암모늄 석시네이트"의 묽은 수용액의 부분 탈암모니아화를 기술한다. 기술된 분자식으로부터, "암모늄 석시네이트"는 디암모늄 석시네이트라는 것을 알 수 있다. 마스다는 암모늄 석시네이트 용액을 가열하여 물 및 암모니아를 제거하여 암모늄 석시네이트 이외에, 모노암모늄 석시네이트, 석신산, 모노아미드 석시네이트, 석신이미드, 석신아미드 또는 에스테르 석시네이트 중 적어도 하나를 함유하는 고체 SA계 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 정제법들에 적용되어야 할 필요가 있는 물질을 유도한다.
DAS 및/또는 MAS로부터 유도된 것과 같은 생물-유래 SA는 다수의 상업적으로 중요한 화학약품들 및 중합체들을 합성하기 위한 플랫폼 분자(platform molecule)일 수 있다. 따라서, 피롤리돈으로의 명확하고 상업적으로 실행 가능한 경로들을 통합하는 유연성을 제공하는 정제 기술을 제공하는 것이 매우 바람직하다. 발효-유도된 SA를 피롤리돈으로 전환시키기 위한 경제적이고 기술적으로 실행 가능한 공정 용액들의 부족에 대응하여, 직접 수소화를 위한 충분한 순도를 갖는 비용 효과적인 SA 스트림을 제공하는 방법들을 제공하는 것이 도움이 될 수 있다.
요약
본 발명자들은 청징화된(clarified) DAS-함유 발효 브로쓰를 제공하고; 상기 브로쓰를 100℃ 초과 내지 약 300℃의 온도에서 초대기압(super atmospheric pressure)하에 증류시켜 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고; 상기 기저부를 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분과 접촉된 액체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도로 상기 기저부를 냉각시키고; 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분의 적어도 일부를 분리하고; (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소, 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고; 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 질소 함유 화합물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 I]
Figure pct00001
[화학식 II]
Figure pct00002
[화학식 III]
Figure pct00003
본 발명자들은 또한, 청징화된 DAS-함유 발효 브로쓰를 제공하고; 암모니아 분리 용매 및/또는 수 공비혼합 용매(water azeotroping solvent)를 상기 브로쓰에 가하고; 상기 브로쓰를 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고; 상기 기저부를 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분과 접촉된 액체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도로 상기 기저부를 냉각시키고; 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분의 적어도 일부를 분리하고; (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소, 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고; 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 질소 함유 화합물의 제조방법을 제공한다.
본 발명자들은 추가로, 청징화된 MAS-함유 발효 브로쓰를 제공하고; 상기 브로쓰를 100℃ 초과 내지 약 300℃의 온도에서 초대기압하에 증류시켜 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고; 상기 기저부를 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분과 접촉된 액체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도로 상기 기저부를 냉각시키고; 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분의 적어도 일부를 분리하고; (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소, 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고; 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 질소 함유 화합물의 제조방법을 제공한다.
본 발명자들은 추가로, 청징화된 MAS-함유 발효 브로쓰를 제공하고; 암모니아 분리 용매 및/또는 수 공비혼합 용매를 상기 브로쓰에 가하고; 상기 브로쓰를 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고; 상기 기저부를 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분과 접촉된 액체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도로 상기 기저부를 냉각시키고; 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분의 적어도 일부를 분리하고; (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소, 및 임의로 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고; 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 질소 함유 화합물의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 화학식 I의 화합물을, 염기성 촉매의 존재하에 약 80 내지 약 250℃의 온도 및 약 0.5 내지 약 25MPa의 압력에서 아세틸렌과 접촉시켜 화학식 IV의 화합물을 생성함을 추가로 포함하는 방법을 추가로 제공한다.
[화학식 IV]
Figure pct00004
본 발명은 화학식 III의 화합물을, 약 100 내지 약 500℃의 온도 및 약 0.068 내지 약 1.37MPa의 압력에서 탈수시켜 화학식 IV의 화합물을 생성함을 추가로 포함하는 방법을 추가로 제공한다.
화학식 IV
Figure pct00005
도 1은 발효-유도된 SA를 생성하고, 이를 후속적으로 피롤리돈으로 전환시키는 완전 통합된 방법을 도식적으로 예시한다.
도 2는 SA를 선택된 대표적 피롤리돈으로 전환시키는 예를 도식적으로 예시한다.
도 3은 물 및 20wt% MAS 수용액 둘 다에서의 온도 함수로서 SA의 용해도를 도시하는 그래프이다.
다음 설명 중의 적어도 일부는 도면들에서 예시용으로 선택된 방법들의 대표적인 예들을 나타내고 첨부된 특허청구범위 이외의 명세서를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아닌 것으로 이해된다.
당해 방법들은 본 방법의 대표적인 일례를 형성하는 흐름도를 도시하는 도 1을 참조하여 이해될 것이다.
통상적으로, 적당한 스팀 멸균가능한 발효조인 성장 용기를 사용하여, 후속적으로 DAS-함유 발효 브로쓰를 생산하는데 사용되는 미생물 배양물을 성장시킬 수 있다. 이러한 성장 용기들은 당해 분야에 공지되어 있고, 추가로 논의되지 않는다.
미생물 배양물은 발효가능한 탄소 공급원들, 예를 들어, 탄수화물 당으로부터 석신산을 생성할 수 있는 미생물들을 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)으로도 칭명됨), 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 루미니콜(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), 후사리움 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), 사이키조사카로마이세스 폼베(Schizosaccharomyces pombe), 토룰롭시스 칸디다(Torulopsis candida), 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica), 이들의 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 암호화), 및 amphl(카나마이신에 대한 내성을 암호화)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-레드)" 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 질소 및 복합 영양소의 공급원(예: 옥수수 침지액), 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 가스(예: 공기 등)를 분사함으로써 제공되는 호기성 조건들하에서 성장시킨다. 통상적으로, 산(예: 황산 등) 및 수산화암모늄이 미생물 배양물의 성장 동안 pH 조절을 위해 제공된다.
일례에서(도시되지 않음), 성장 용기에서의 호기성 조건들(산소-풍부 가스를 분사함으로써 제공됨)은 산소-풍부 가스를 산소-결핍 가스(예: CO2 등)로 변화시킴으로써 혐기성 조건들로 전환시킨다. 혐기성 환경은 성장 용기 중에서 동일 반응계에서 발효가능한 탄소 공급원의 석신산으로의 생물전환을 유발한다. 수산화암모늄이 발효가능한 탄소 공급원의 SA로의 생물전환 동안 pH 조절을 위해 제공될 수 있다. 생성되는 SA는 수산화암모늄의 존재로 인해 적어도 부분적으로, 그렇지 않으면 완전히 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 옮길 수 있다. 산소-결핍 가스(예: CO2 등)를 생물전환 용기 중에서 분사하여 SA의 생성을 유발하는 혐기성 조건들을 제공할 수 있다. 수산화암모늄은 탄수화물 공급원의 SA로의 생물전환 동안 pH 조절을 위해 제공될 수 있다. 수산화암모늄의 존재로 인해, 생성된 SA는 적어도 부분적으로 DAS로 중화되어, DAS를 포함하는 브로쓰의 생성을 유도한다. CO2는 또한 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 조절을 위해 제공될 수 있다. 목적하는 pH에 따라, 수산화암모늄의 존재 또는 부족으로 인해, 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. 그 결과, "DAS-함유 발효 브로쓰"는 일반적으로 발효 브로쓰가 DAS 및 가능하게는 생물전환에 의해 또는 다르게 가해지고/가해지거나 생성되든, 다수의 기타 성분들, 예를 들어, MAS 및/또는 SA를 포함하는 것을 의미한다. 유사하게, "MAS-함유 발효 브로쓰"는 일반적으로 발효 브로쓰가 MAS 및 가능하게는 생물전환에 의해 또는 다르게 가해지고/가해지거나 생성되든, 다수의 기타 성분들, 예를 들어, DAS 및/또는 SA를 포함하는 것을 의미한다.
발효가능한 탄소 공급원의 생물전환으로부터 생성되는 브로쓰(생물전환이 발생하는 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 옮긴다. 불용성 고체의 제거는 브로쓰를 청징화한다. 이는 후속적인 증류 장치의 오염을 감소시키거나 방지한다. 불용성 고체들은 원심분리 및 여과(한외-여과, 마이크로-여과 또는 심층 여과를 포함하지만, 이에 제한되지 않음)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 수개의 고체-액체 분리 기술들 중 어느 하나에 의해 단독으로 또는 조합하여 제거할 수 있다. 여과 기술의 선택은 당해 기술 분야에 공지된 기술들을 사용하여 수행될 수 있다. 가용성 무기 화합물들은, 예를 들어, 이온-교환, 물리적 흡착 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 다수의 공지된 방법들로 제거할 수 있다.
원심분리의 일례는 연속식 디스크 스택 원심분리기이다. 연마 여과 단계에 이은 원심분리 단계, 예를 들어, 필터 조제, 예를 들어, 규조토 등을 사용함을 포함할 수 있는 데드-엔드 여과(dead-end filtration) 또는 교차 유동 여과, 또는 더욱 바람직하게는 한외-여과 또는 마이크로-여과를 가하는 것이 유용할 수 있다. 한외-여과 또는 마이크로-여과 막은, 예를 들어, 세라믹 또는 중합체일 수 있다. 중합성 막의 일례는 SelRO MPS-U20P(pH에 안정한 한외-여과 막)(제조원: 미국 매사추세츠주 윌밍턴 메인 스트리트 850 소재의 코그 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 분획 분자량을 갖는 시판되는 폴리에테르설폰 막이다. 또는, 여과 단계가 한외-여과 또는 마이크로-여과를 단독으로 사용하여 사용될 수 있다.
실질적으로 미생물 배양물 및 기타 고형물들을 함유하지 않는, 생성되는 청징화된 DAS-함유 브로쓰 또는 MAS-함유 브로쓰는 스트림을 통해 증류 장치로 옮긴다.
청징화된 증류 브로쓰는 브로쓰 중의 모든 디암모늄 디카복실레이트 염의 적어도 대부분인 양으로, 바람직하게는 약 70wt% 이상, 더욱 바람직하게는 80wt% 이상, 가장 바람직하게는 약 90wt% 이상의 양으로 DAS 및/또는 MAS를 함유해야 한다. 발효 브로쓰 중의 총 디카복실산 염의 중량%(wt%)로서의 DAS 및/또는 MAS의 농도는 고압 액체 크로마토그래피((HPLC) 또는 기타 공지된 수단들로 용이하게 측정될 수 있다.
물 및 암모니아는 오버헤드로서 증류 장치로부터 제거될 수 있고, 적어도 일부는 임의로 스트림을 통해 생물전환 용기(또는 호기성 방식으로 작동하는 성장 용기)로 재순환될 수 있다.
증류 온도 및 압력은, 증류 오버헤드가 물 및 암모니아를 함유하고, 증류 기저부가 적어도 일부의 MAS 및 약 20wt% 이상의 물을 포함함을 보장하는 방식으로 증류가 수행되는 한, 중요하지 않을 수 있다. 보다 바람직한 물의 양은 약 30wt% 이상, 더욱 더 바람직한 양은 약 40wt% 이상이다. 증류 단계로부터 암모니아 제거 속도는 온도가 증가함에 따라 증가하고, 또한 증류 동안 스팀을 주입함으로써 증가시킬 수 있다. 증류 동안 암모니아의 제거 속도는 진공하에 증류를 수행하거나, 증류 장치를 비-반응성 가스, 예를 들어, 공기, 질소 등으로 분사함으로써 증가시킬 수도 있다.
증류 단계 동안 물의 제거는 유기 공비혼합제, 예를 들어, 톨루엔, 크실렌, 메틸사이클로헥산, 메틸 이소부틸 케톤, 사이클로헥산, 헵탄 등의 사용으로 향상시킬 수 있고, 단 기저부는 약 20wt% 이상의 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, 석신아미드 및 석신이미드는 기저부의 물 수준이 약 30wt% 이상의 수준으로 유지되는 한, 실질적으로 회피된다.
증류 단계에 바람직한 온도는 압력에 따라 약 50℃ 내지 약 300℃의 범위내이다. 보다 바람직한 온도 범위는, 압력에 따라 약 150℃ 내지 약 240℃이다. 약 170℃ 내지 약 230℃의 증류 온도가 바람직하다. "증류 온도"는 기저부의 온도를 의미한다(배치식 증류의 경우, 이는 오버헤드의 최종 목적량이 취해질 때의 온도일 수 있다).
수 혼화성 유기 용매 또는 암모니아 분리 용매를 가하면 상기 논의된 바와 같은 다양한 증류 온도 및 압력에 대한 탈암모니아를 촉진시킨다. 이러한 용매는 수동적 수소 결합들을 형성할 수 있는 비양성자성, 쌍극성 산소-함유 용매를 포함한다. 이의 예는 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드, 예를 들어, 디메틸설폭사이드(DMSO), 아미드, 예를 들어, 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아미드, 설폰, 예를 들어, 디메틸설폰, 감마-부티로락톤(GBL), 설폴란, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 부톡시트리글리콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 에테르, 예를 들어, 디옥산, 메틸 에틸 케톤(MEK) 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이러한 용매는 청징화된 브로쓰 중의 DAS 또는 MAS로부터 암모니아의 제거를 돕는다. 증류 기술과 무관하게, 적어도 일부의 MAS 및 약 20wt% 이상의 물이, 기저부에 잔류하고 더욱 더 유리하게는 약 30wt% 이상이 잔류함을 보장하는 방식으로 증류를 수행하는 것이 중요하다. 증류는 대기압, 아-대기압(sub-atmospheric pressure) 또는 초-대기압에서 수행될 수 있다.
기타 조건들하에, 예를 들어, 증류가 공비혼합제 또는 암모니아 분리 용매의 부재하에 수행되는 경우, 증류는 초대기압에서 100℃ 초과 내지 약 300℃의 온도에서 수행하여 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성한다. 초대기압은 통상적으로 주위 대기 초과 약 25 대기압 이하의 범위에 속한다. 유리하게는, 물의 양은 약 30wt% 이상이다.
증류는 1-스테이지 플래시, 멀티스테이지 증류(즉, 멀티스테이지 컬럼 증류) 등일 수 있다. 1-스테이지 플래시는 임의의 타입의 플래셔(flasher)(예: 와이핑(wiped) 막 증발기, 박막 증발기, 열사이펀(thermosiphon) 플래셔, 강제 순환식 플래셔 등)로 수행될 수 있다. 증류 컬럼의 멀티스테이지는 트레이들, 패킹 등을 사용하여 달성될 수 있다. 패킹은 랜덤 패킹(예: 라쉬그 링(Raschig ring)들, 폴 링(Pall ring)들, 벌 새들(Berl saddle)들 등) 또는 구조화된 패킹(예: 코크-슐처 패킹(Koch-Sulzer packing), 인탈록스(Intalox) 패킹, 멜라팩(Mellapak) 등)일 수 있다. 트레이들은 임의의 디자인(예: 시브 트레이들, 밸브 트레이들, 버블-캡 트레이들 등)일 수 있다. 증류는 임의의 다수의 이론적 스테이지들로 수행될 수 있다.
증류 장치가 컬럼일 경우, 구성은 특별히 중요하지 않고, 컬럼은 익히 공지된 기준을 사용하여 디자인될 수 있다. 컬럼은 박리 모드, 정류 모드 또는 분류 모드로 작동될 수 있다. 증류는 배치식, 반-연속식 또는 연속식 모드로 수행될 수 있다. 연속식 모드에서, 브로쓰를 증류 장치에 연속 공급하고, 오버헤드 및 기저부는 이들이 형성될 때 장치로부터 연속적으로 제거된다. 증류된 증류물은 암모니아/물 용액이고, 증류 기저부는 액체인 MAS 및 SA의 수용액이고, 이는 또한 기타 발효 부산물 염들(즉, 암모늄 아세테이트, 암모늄 포르메이트, 암모늄 락테이트 등) 및 컬러 바디들을 함유할 수 있다.
증류 기저부는 스트림을 통해 냉각 장치로 옮기고, 통상의 기술들로 냉각시킬 수 있다. 냉각 기술은 중요하지 않다. 열 교환기(열 회수 포함)가 사용될 수 있다. 플래시 기화 냉각기를 사용하여 기저부를 약 15℃ 미만으로 냉각시킬 수 있다. 15℃로의 냉각은 통상적으로 냉장 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 다는 공지된 방법들, 예를 들어, 진공 증발 및 통합된 냉각 재킷들 및/또는 외부 열 교환기들을 사용하는 열 제거를 사용하여 조합할 수 있다.
본 발명자들은 액체 기저부에 일부 MAS의 존재가, 액체인 수성 MAS-함유 기저부에서의 SA의 용해도를 감소시킴으로써 적어도 SA로 "본질적으로 이루어지는" 고체 부분(고체 부분이 적어도 실질적으로 순수한 결정성 SA라는 것을 의미함)과 접촉된 액체 부분으로의 기저부의 냉각-유도 분리를 촉진시킨다는 것을 밝혀냈다. 도 3은 5℃ 내지 45℃ 범위의 각종 온도에서 20wt% MAS 수용액에서의 SA의 감소된 용해도를 예시한다. 따라서, 본 발명자들은 일부 MAS가 또한 그 용액에 존재할 경우, SA가 수용액으로부터 보다 완전히 결정화될 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 용액 중의 MAS의 바람직한 농도는 약 20wt% 이상이다. 이 현상은 MAS의 부재하에 필요한 것보다 더 높은 온도에서 SA의 결정화(즉, 증류 기저부의 고체 부분의 형성)를 허용한다.
증류 기저부를 스트림을 통해 액체 부분으로부터 고체 부분을 분리하기 위한 액체/고체 분리기로 공급할 수 있다. 분리는 압력 여과(예를 들어, 넛츄(Nutsche) 또는 로젠몬드(Rosenmond) 타입 압력 필터들을 사용함), 원심분리 등을 통해 달성될 수 있다. 생성되는 고체 생성물은 생성물로서 회수될 수 있고, 경우에 따라, 공지된 방법들에 의해 건조시킬 수 있다.
분리 후, 실질적으로 어떤 액체 부분도 고체 부분의 표면(들)에 잔류하지 않는다는 것을 보장하기 위해 고체 부분을 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 고체 부분의 표면에 잔류하는 액체 부분의 양을 최소화하는 한가지 방법은 분리된 고체 부분을 물로 세정하고, 생성되는 세정된 고체 부분을 건조시키는 것이다. 고체 부분을 세정하는 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 시판중이다.
증류 기저부의 액체 부분(즉, 모액)은 잔류하는 용해된 SA, 임의의 비전환된 MAS, 임의의 발효 부산물, 예를 들어, 암모늄 아세테이트, 락테이트 또는 포르메이트, 및 기타 최소의 불순물을 함유할 수 있다. 이 액체 부분을 스트림을 통해 다운스트림 장치에 공급할 수 있다. 한 예에서, 다운스트림 장치는, 예를 들어, 암모늄염을 칼륨염으로 전환시키기 위해, 적합한 양의 수산화칼륨과의 혼합물로 처리하여 제빙제(de-icer)를 제조하기 위한 수단들일 수 있다. 이 반응에서 생성된 암모니아는 생물전환 용기(또는 혐기성 모드로 작동하는 성장 용기)에서 재사용하기 위해 회수될 수 있다. 생성되는 칼륨염의 혼합물은 제빙제 및 방빙제(anti-icer)로서 유용하다.
고체 분리 단계로부터의 모액은, 추가로 SA의 회수를 향상시킬 뿐만 아니라 추가로 MAS를 SA로 전환시키기 위해 스트림을 통해 증류 장치로 재순환시킬 수 있다(또는 부분적으로 재순환시킬 수 있다).
냉각 유도된 결정화의 고체 부분은 실질적으로 순수한 SA이고, 따라서, SA의 공지된 유용성에 대해 유용하다.
HPLC를 사용하여 질소 함유 불순물, 예를 들어, 석신아미드 및 석신이미드의 존재를 검출할 수 있다. SA의 순도는 원소 탄소 및 질소 분석에 의해 측정될 수 있다. 암모니아 전극을 사용하여 SA 순도의 대강의 근사치를 측정할 수 있다.
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 SA의 생성을 촉진시키기 위해 MAS, DAS 및/또는 SA 및 임의로, 암모니아 및/또는 수산화암모늄을 이들 발효 브로쓰에 가하는 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 수산화암모늄을 상기한 실질적으로 순수한 SA의 생성을 촉진시키기 위해 임의로 이들 브로쓰에 가하여 바람직하게는 약 6 이하의 브로쓰 pH를 달성할 수 있다. 하나의 특별한 형태에서, 증류로부터 생성되는 액체 기저부로부터 SA, MAS 및 물을 발효 브로쓰 및/또는 청징화된 발효 브로쓰로 재순환시키는 것이 특히 유리하다. MAS-함유 브로쓰에 대해 말하면, 이러한 브로쓰는 일반적으로 발효 브로쓰가 생물전환에 의해 또는 달리 가해지고/가해지거나 생성되든, MAS, 및 가능하게는 다수의 기타 성분, 예를 들어, DAS 및/또는 SA를 포함한다는 것을 의미한다.
SA는 수소화 반응기에 직접 공급할 수 있다. 공급물 용액에서 SA의 바람직한 농도는 약 4 내지 약 50%, 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 10%이다.
SA 용액을 도 2에 도식적으로 제시된 나노여과를 사용하여 추가로 정제시킬 수 있다. 놀랍게도, 본 발명자들은 나노여과가 구조화된 수소화 촉매의 성능을 손상시키는 발효 유도된 불순물, 예를 들어, 폴리펩티드 및 폴리사카라이드를 여과하는데 유용하다는 것을 관찰했다.
도 1 및 도 2에 제시된 SA를 포함하는 스트림을, 상승된 온도 및 압력에서 수소 및 수소화 촉매와 접촉시켜 피롤리돈을 생성할 수 있다.
SA를 물에 용해시켜 다운스트림 반응에 사용될 수 있는 SA의 수용액을 형성할 수 있다. 예를 들어, 암모니아 공급원(예: NH3 또는 NH4OH)을 가하여 이러한 SA의 수용액을 MAS 및/또는 DAS로 전환시킬 수 있다.
전통적인 공급원 MAS를 포함하는 스트림은 일반적으로 도 2에 도시된 촉매의 존재하에 알킬-아민, 알콜 또는 암모니아와 수소의 반응에 의해 2-피롤리돈(2P) 또는 N-알킬-피롤리돈(NRP)로 전환시킬 수 있다. NRP에서, R은 통상적으로 직쇄 또는 측쇄 C1-C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5-C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다. 수성 MAS 및 메탄올을 포함하는 용액은 미국 특허 제6,670,483호에 기술된 바와 같이 Rh/C 촉매 상에서 N-메틸-피롤리돈(NMP)로 수소화시킬 수 있다 예를 들어, 미국 특허 제'483호는 MAS 및 메탄올을 포함하는 혼합물을 13.2MPa H2 압력 및 265℃의 온도에서 Rh/C 촉매로 수소화한다. MAS의 전환은 89.6% 전환되었다. 2P 및 NMP의 수율은 70.9%였다. 당해 방법은 당해 생물-유래 MAS 및 SA에 적용될 수 있다. 하이드록시에탄올아민을 사용하여 도 2에 도시된 바와 같이 N-2-하이드록시에틸-피롤리돈(HEP)을 생성할 수 있다. 알칸올 부재하에 암모니아를 사용하여 도 2에 도시된 바와 같이 2P를 생성할 수 있다.
SA 및 MAS의 수소화에 유용한 촉매의 주요 성분은 팔라듐, 루테늄, 레늄, 로듐, 이리듐, 백금, 니켈, 코발트, 구리, 철 및 이들의 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로부터 선택될 수 있다.
2P를 아세틸렌과 반응시켜 미국 특허 제5,665,889호의 실시예 1에 기술된 N-비닐 피롤리돈(NVP)을 수득하고, 여기서, 공촉매로서 2P, KOH 및 하이드록실 말단 캡핑된 폴리에테르(PTMEG)를 질소 대기하에 110 내지 115℃에서 1시간 동안 반응시켜 칼륨염을 형성한다. 이어서, 질소와 아세틸렌의 혼합물을 서서히 반응 플래시에 가하여 NVP를 90% 수율로 수득한다.
NVP는 또한 HEP의 촉매적 탈수로 제조될 수 있다. HEP의 탈수 반응을 효율적으로 수행하기 위해 기체 상에 알칼리 금속 촉매들의 사용은 미국 특허 제6,489,515호에 기술되어 있다. 고체 산화물 촉매는 원료 물질 및 목적하는 생성물 촉매의 분해를 억제하여 반응이 진행하도록 하는 알칼리 금속 원소를 함유한다.
미국 특허 제6,906,200호는 무정형 혼합 산화물 촉매의 존재하에 N-하이드록시에틸 피롤리돈의 탈수에 의해 생성되고 무정형 Ca/Zn 산화물 촉매를 사용하여 82% 수율로 348℃에서 HEP의 NVP로의 97.8% 전환이 수득된 NVP의 형성을 기술한다.
따라서, 본 발명에 이르러, MAS를 수소화 촉매, 및 임의로, 암모니아 공급원(예: NH3 또는 NH4OH)의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도에서 약 68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 물 및 수소와 접촉시켜 피롤리돈, 예를 들어, 2P, NRP, HEP 등을 생성할 수 있다. SA를 수소화 촉매, 및 임의로, 암모니아 공급원(예: NH3 또는 NH4OH)의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도에서 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 암모니아 공급원 및 수소와 접촉시켜 피롤리돈, 예를 들어, 2P, NRP, HEP 등을 생성할 수도 있다.
상기한 US 특허 제6,670,483호; 제5,665,889호; 제6,489,515호; 및 제6,906,200호의 주제 및 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.
MAS 및 SA를 피롤리돈으로 전환시키기 위한 수소화 촉매들은 촉매의 활성 또는 선택성을 증대시키기 위해 촉진될 수 있다. 촉진제는 촉매 성분의 화학적 처리 중의 임의의 단계 동안 촉매에 도입할 수 있다. 화학적 촉진제는 일반적으로 촉매 제제의 물리적 또는 화학적 기능을 향상시킬 뿐만 아니라, 바람직하지 않은 부반응들을 지연시키기 위해 가할 수도 있다. 적합한 촉진제들은 주석, 아연, 구리, 레늄, 금, 은, 및 이들의 배합물로부터 선택된 금속들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 기타 촉진제들은 주기율표의 I족 및 II족으로부터 선택된 원소이다.
촉매는 지지되거나 지지되지 않을 수 있다. 지지된 촉매는 활성 촉매 제제가 다수의 방법들, 예를 들어, 분무, 침지 또는 물리적 혼합에 이어, 건조, 하소 및, 필요에 따라, 환원 또는 산화와 같은 방법들을 통한 활성화로 지지체 물질 상에 부착되는 것이다. 지지체로서 흔히 사용된 물질은 촉매의 단위 중량당 고농도의 활성 부위들을 제공할 수 있는 높은 총 표면적(외부 및 내부)을 갖는 다공성 고체들이다. 촉매 지지체는 촉매 제제의 기능을 향상시킬 수 있다. 지지된 금속 촉매는 촉매 제제가 금속인 지지된 촉매이다.
촉매 지지체 물질 상에 지지되지 않은 촉매는 지지되지 않은 촉매이다. 지지되지 않은 촉매는, 예를 들어, 백금 블랙 또는 Raney®(W.R. Grace & Co., Columbia, MD) 촉매들일 수 있다. Raney® 촉매들은 활성 금속(들) 및 침출가능한 금속(통상적으로 알루미늄)을 함유하는 합금을 선택적으로 침출시킴에 인해 고표면적을 갖는다. Raney® 촉매들은 고표면적으로 인해 고활성을 갖고 수소화 반응들에서 저온의 사용을 가능하게 한다. Raney® 촉매들의 활성 금속들은 니켈, 구리, 코발트, 철, 로듐, 루테늄, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 팔라듐, 이들의 화합물 및 이들의 배합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
촉진제 금속들은 또한 베이스(bqse) Raney® 금속들에 가하여 Raney® 촉매의 선택성 및/또는 활성에 영향을 미칠 수도 있다. Raney® 촉매들을 위한 촉진제 금속들은 원소 주기율표 IIIA족 내지 VIIIA족, IB족 및 IIB족 전이금속들로부터 선택될 수 있다. 촉진제 금속들의 예는, 이에 제한되지 않지만, 크롬, 몰리브덴, 백금, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 팔라듐을 통상적으로 전체 금속의 약 2중량%로 포함한다.
촉매 지지체는, 이에 제한되지 않지만, 산화물, 예를 들어, 실리카, 알루미나 및 티타니아; 황산바륨; 탄산칼슘; 및 탄소를 포함하는 임의의 고체 불활성 물질일 수 있다. 촉매 지지체는 분말, 과립, 펠릿 등의 형태일 수 있다.
바람직한 지지체 물질은 탄소, 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 실리카-티타니아, 티타니아, 티타니아-알루미나, 황산바륨, 탄산칼슘, 탄산스트론튬, 이들의 화합물 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 지지된 금속 촉매들은 하나 이상의 화합물들로부터 제조된 지지 물질을 가질 수도 있다. 보다 바람직한 지지체들은 탄소, 티타니아 및 알루미나이다. 추가로 바람직한 지지체들은 약 100m2/g을 초과하는 표면적을 갖는 탄소들이다. 추가로 바람직한 지지체는 약 200m2/g을 초과하는 표면적을 갖는 탄소이다. 바람직하게는, 탄소는 촉매 지지체의 약 5중량% 미만의 회분(ash) 함량을 갖는다. 회분 함량은 탄소 소각 후 잔류하는 무기 잔사(탄소의 원래 중량의 비율로서 표현됨)이다.
지지된 촉매들 중의 금속 촉매의 바람직한 함량은 금속 촉매 중량 + 지지체 중량을 기준으로 하는 지지된 촉매들의 약 0.1 내지 약 20%일 수 있다. 보다 바람직한 금속 촉매 함량 범위는 지지된 촉매의 약 1 내지 약 10%이다.
금속 촉매 및 지지체 시스템의 배합물은 본원에서 언급된 금속들 중 어느 하나 및 본원에서 언급된 지지체들 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 금속 촉매와 지지체의 바람직한 배합물은, 이에 제한되지 않지만, 탄소상 팔라듐, 알루미나상 팔라듐, 티타니아상 팔라듐, 탄소상 백금, 알루미나상 백금, 실리카상 백금, 실리카상 이리듐, 탄소상 이리듐, 알루미나상 이리듐, 탄소상 로듐, 실리카상 로듐, 알루미나상 로듐, 탄소상 니켈, 알루미나상 니켈, 실리카상 니켈, 탄소상 레늄, 실리카상 레늄, 알루미나상 레늄, 탄소상 루테늄, 알루미나상 루테늄 및 실리카상 루테늄을 포함한다.
금속 촉매와 지지체의 추가로 바람직한 배합물은, 이에 제한되지 않지만, 탄소상 루테늄, 알루미나상 루테늄, 탄소상 팔라듐, 알루미나상 팔라듐, 티타니아상 팔라듐, 탄소상 백금, 알루미나상 백금, 탄소상 로듐 및 알루미나상 로듐을 포함한다.
통상적으로, 수소화 반응들은 약 1000 내지 약 3000psig의 압력에서 유지된 반응기들에서 약 100 내지 약 500℃의 온도에서 수행된다.
공급물을 함유하는 SA 또는 MAS를 수소화하는 촉매를 사용하는 방법은 당해 기술 분야에 일반적으로 공지된 각종 작동 방식들로 수행될 수 있다. 따라서, 전체 수소화 공정은 고정상 반응기, 기체 또는 기계적으로 진탕된, 각종 타입의 진탕 슬러리 반응기들 등으로 수행될 수 있다. 수소화 공정은 배치식 또는 연속 방식으로 작동될 수 있고, 여기서 수소화시키는 전구체를 함유하는 수성 액체 상을 승압에서 수소를 함유하는 가스상 및 미립자 고체 촉매와 접촉시킨다.
온도, 용매, 촉매, 반응기 구성, 압력 및 혼합 속도는 전환 및 선택성에 영향을 미치는 모든 파라미터들이다. 이러한 파라미터들의 관계를 공정의 반응에서 목적하는 전환, 반응 속도 및 선택성에 영향을 미치도록 조정할 수 있다.
바람직한 온도는 약 25 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 약 400℃, 가장 바람직하게는 약 150 내지 400℃이다. 수소압은 바람직하게는 약 0.05 내지 약 30MPa이다.
공정 및/또는 전환은 배치식, 순차 배치식(즉, 일련의 배치식 반응기) 또는 연속식 공정에 통상적으로 사용된 장치 중 어느 하나로 연속 방식으로 수행될 수 있다. 반응 생성물로서 형성된 응축수는 이러한 분리에 통상적으로 사용된 분리 방법들로 제거된다.
실시예
본 방법들은 다음 비-제한적인 대표적인 실시예들로 예시된다. 모든 실시예들에서, 합성 DAS 수용액이 실제 청징화된 DAS-함유 발효 브로쓰 대신에 사용되었다.
합성 DAS 용액의 사용은 실제 브로쓰에서 발견된 통상적인 발효 부산물의 용해도 때문에 본 방법에서 실제 브로쓰의 거동에 대한 우수한 모델인 것으로 간주된다. 발효 동안 생성된 주요 부산물들은 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포르메이트이다. 이러한 불순물들이 증류 단계 동안 존재하면, 이들이 모든 DAS가 SA로 전환될 때까지 암모니아를 손실하고, 유리산들을 상당량 형성할 것으로 예상되지 않았다. 이는, 아세트산, 락트산 및 포름산이 SA의 제2 산 그룹(pKa = 5.48)보다 강산이기 때문이다. 즉, 아세테이트, 락테이트, 포르메이트 및 심지어 일수소 석시네이트는 이음이온(dianion) 석시네이트보다 약염기이다. 또한, 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포르메이트는 SA보다 물에 상당히 더 가용성이고, 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 않는다. 이는, SA가 포화 상태에 도달하고, 용액으로부터 결정화하여(즉, 고체 부분을 형성함) 모액(즉, 액체 부분)에 용해된 산 불순물들을 남긴다는 것을 의미한다.
실시예 1
이 실시예는 수성 매질 중에서 DAS의 SA로의 전환을 보여준다.
실험은 15%(1.0M) 합성 DAS 용액을 사용하여 300ml 하스텔로이(Hastelloy) C 교반 파르 반응기(Parr reactor)에서 수행했다. 반응기에 200g의 용액을 충전시키고, 200psig로 가압하였다. 이어서, 내용물을 가열하여 증류시키기 시작하여 온도를 약 200℃가 되도록 했다. 암모니아 및 수증기를, 냉각수를 사용하여 오버헤드 응축시키고, 저장소에서 수집했다. 신선한 물을 물질의 일정한 석시네이트 농도 및 용적을 유지시키는 제조 속도(make rate)(약 2g/분)와 동일한 속도에서 시스템에 역 펌핑했다. 7시간 동안 계속 작동시켰다. 작동 말기에, 모액의 분석은 SA로의 59% 전환, 석신암산으로의 2.4% 전환 및 석신이미드로의 2.9% 전환을 나타냈다. 모액을 냉각시켜 액체 부분과 실질적으로 순수한 SA일 수 있는 고체 부분을 수득하였다.
실시예 2
이 실시예는 수성 DAS로부터 암모니아 증발에 대한 용매의 효과를 증명한다. 작동 10은 어떤 용매도 존재하지 않는 대조군 실험이다.
3구 1L 환저 플라스크의 외부 목(neck)에 온도계 및 마개를 장착시켰다. 중심 목에 5개 트레이 1" 올더쇼 섹션(Oldershaw section)을 장착시켰다. 올더쇼 섹션에 증류 헤드를 탑재했다. 빙냉된 500mL 환저 플라스크를 증류 헤드 저장소로서 사용했다. 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 수집했다. 포트(pot) 온도를 증류물의 마지막 방울이 수집될 때 기록했다. 포트 내용물을 실온으로 냉각시키고, 잔사의 중량 및 증류물의 중량을 기록했다. 이어서, 증류물의 암모니아 함량을 적정을 통해 측정했다. 결과는 표 1 및 2에 기록했다.
수행 번호 1 2 3 4 5
충전된 산의 명칭 석신산 석신산 석신산 석신산 석신산
충전된 산의 wt(g) 11.8 11.81 11.83 11.8 11.78
충전된 산의 mole 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
충전된 28% NH3 용액의 wt(g) 12.76 12.78 12.01 12.98 13.1
충전된 NH3의 mole 0.21 0.21 0.2 0.215 0.217
용매의 명칭 DMSO DMF NMP 설폴란 트리글라임
충전된 용매의 wt(g) 400.9 400 400 400 400
충전된 물의 wt(g) 400 400 400 400 401
증류물의 wt(g) 350.1 365.9 351.3 352.1 351.2
잔사의 wt(g) 467.8 455 460.5 457.1 473
질량 어카운터빌리티
(mass accountability) %		 99.1 99.6 98.5 98.1 99.8
증류물 중의 NH3의 wt%(적정) 0.91 0.81 0.78 0.71 0.91
증류물 중의 NH3의 mole 0.187 0.174 0.161 0.147 0.188
증류물에서 제거된 NH3 % 89 83 81 66 86
증류물에서 제거된 제1 NH3 % 100 100 100 100 100
증류물에서 제거된 제2 NH3 % 78 66 62 32 72
최종 포트 온도(℃) 138 114 126 113 103
최종 DAS/MAS/SA 비 0/22/78 0/34/66 0/38/62 0/68/32 0/28/72
*PG는 프로필렌 글리콜이다.
수행 번호 6 7 8 9 10
충전된 산의 명칭 석신산 석신산 석신산 석신산 석신산
충전된 산의 wt(g) 11.84 11.81 11.8 11.81 11.8
충전된 산의 mole 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
충전된 28% NH3 용액의 wt(g) 12.11 12.11 12.1 12.15 12.1
충전된 NH3의 mole 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
용매의 명칭 도와놀 TPM 테트라글라임 테트라 펜타EG HeavyMe Gly에테르 없음
충전된 용매의 wt(g) 400.1 400 400 400.1 0
충전된 물의 wt(g) 400 400 400 400.1 800
증류물의 wt(g) 350 345 350 349 351
잔사의 wt(g) 468.4 473.8 465 470.4 466
질량 어카운터빌리티 % 99.3 99.4 98.9 99.4 99.2
증류물 중의 NH3의 wt%(적정) 0.58 0.62 0.55 0.6 0.13
증류물 중의 NH3의 mole 0.119 0.126 0.113 0.123 0.027
증류물에서 제거된 NH3 % 60 63 57 62 13.4
증류물에서 제거된 제1 NH3 % 100 100 100 100 27
증류물에서 제거된 제2 NH3 % 20 26 14 24 0
최종 포트 온도(℃) 104 110 115 113 100
최종 DAS/MAS/SA 비 0/80/20 0/74/26 0/86/14 0/76/24 83/27/0
실시예 3
이 실시예는 이. 콜라이(E. Coli) 균주 ATCC PTA-5132를 함유하는 발효 브로쓰로부터 유도된 청징화된 DAS-함유 발효 브로쓰를 사용한다.
초기 발효 브로쓰를 청징화시키고, 이에 의해 약 4.5% 디암모늄 석시네이트(DAS)를 함유하는 청징화된 발효 브로쓰를 생성했다. 그 청징화된 브로쓰를 사용하여 다음과 같이 결정성 SA를 생성했다. 브로쓰를 먼저 RO 멤브레인을 사용하여 약 9%로 농축시킨 다음, 대기압에서 증류시켜 브로쓰를 약 40%로 추가로 농축시켰다.
농축된 브로쓰를 300ml 파르 반응기에서 배치식 수행되는 DAS에서 SA로의 전환을 위한 출발 물질로서 사용했다. 200g 분량의 용액을 약 200℃/200psig에서 11시간 동안 반응시켰다. 반응이 진행됨에 따라, DAS로부터 유리된 수증기 및 암모니아를 응축시키고, 오버헤드 수집했다. 응축물을 약 2g/분에서 수집하고, 보충수를 대략 동일한 속도로 시스템에 역 공급했다.
다수의 샘플들을 실험 전반을 통해 취했다. 반응에서 초기에 취한 샘플들은 석신아미드, 석신암산 및 석신이미드의 존재를 나타냈다. 그러나, 이들 질소 함유 부산물들은 실험 전반에 걸쳐 감소된다. SA로의 전환은 최종 기저부 샘플에서 55%인것으로 관찰되었다. 최종 용액을 증발 농축시키고, 4℃로 냉각시켰다. 생성되는 결정성 고체를 진공 여과를 통해 분리하고, 빙수로 세정하고, 진공하에 건조시켰다. 생성물(7g)은 HPLC에 의해 측정할 때 본질적으로 순수한 SA였다.
실시예 4
500mL 환저 플라스크에 80g의 36% DAS 수용액 및 80g의 트리글라임을 충전시켰다. 플라스크에 증류 헤드가 탑재된 5개 트레이 1" 유리 올더쇼 컬럼 섹션을 장착시켰다. 3300g의 물을 함유하는 적가 펀넬을 또한 플라스크에 연결시켰다. 플라스크를 자기 교반기로 교반하고, 가열 맨틀로 가열했다. 증류물을 빙냉된 저장소에서 수집했다. 증류물이 나타나기 시작할 때, 적가 펀넬 중의 물을 증류물을 취할때와 동일한 속도로 플라스크에 가했다. 총 3313g의 증류물을 취했다. 증류물은 적정에 의해 측정된 바와 같이, 4.4g의 암모니아를 함유했다. 이는 약 37%의 DAS가 SA로 전환되고, 나머지가 MAS로 전환되었다는 것을 의미한다. 이어서, 플라스크 중의 잔사를 삼각 플라스크에 위치시키고, 교반하면서 -4℃로 냉각시켰다. 30분 동안 교반한 후, 슬러리를 냉각 여과시켜 7.1g의 고체를 수득했다. 고체를 7.1g의 열수에 용해시킨 다음, 빙욕에서 교반하면서 냉각시켰다. 차가운 슬러리를 여과시키고, 고체를 100℃에서 2시간 동안 진공 오븐에서 건조시켜 3.9g의 SA를 수득했다. HPLC 분석은 고체가 0.099% 석신암산이 존재하는 SA였다는 것을 나타냈다.
실시예 5
압력 증류 컬럼을 316 SS 프로팩(Propak) 패킹으로 패킹된 8ft 길이 1.5" 316 SS 스케쥴(Schedule) 40 파이프를 사용하여 제작하였다. 컬럼의 기저부에 리보일러(reboiler)로서 작용하는 침지 히터를 장착시켰다. 가압하기 위해 침상 밸브를 통해 리보일러 내로 질소를 주입시켰다. 컬럼의 오버헤드는 저장소와 함께 316 SS 쉘 및 튜브 응축기로 향해진 총 인출 라인(total take-off line)을 가졌다. 저장소에 압력 게이지 및 역압 조절기를 장착시켰다. 물질은 침상 밸브를 통하는 블로케이싱(blowcasing)을 통해 오버헤드 저장소로부터 제거했다. 예열된 공급물을 펌프를 통해 묽은 0.4% 수산화나트륨 용액과 함께 패킹의 상부에서 컬럼으로 주입했다. 예열된 물을 또한 펌프를 통해 리보일러에 주입했다. 이 컬럼을 먼저 150℃의 컬럼 온도를 제공하는 50psig 압력에서 작동시켰다. 컬럼의 상부에 4.7% DAS 함유 브로쓰를 8mL/분의 속도로 0.15mL/분의 0.4% 수산화나트륨 용액과 함께 공급했다. 물을 리보일러에 4mL/분의 속도로 공급했다. 오버헤드 증류물 속도는 8mL/분에서 취하고, 잔사 속도는 4mL/분에서 취했다. 총 2565g의 브로쓰를 53g의 0.4% 수산화나트륨 용액과 함께 컬럼에 공급했다. 작동 동안, 총 2750g의 증류물을 취하고, 1269g의 잔사를 취했다. 증류물의 적정은 DAS에 함유된 총 암모니아의 약 71%가 제거되었다(즉, 잔사가 SA/MAS의 42/58 혼합물이었다)는 것을 나타냈다. 이어서, 복합 잔사를 압력 100psig 및 온도 173℃의 조건하에 다음날 동일 컬럼에 역 공급했다. 복합 잔사를 0.15mL/분의 0.4% 수산화나트륨 용액과 함께 4mL/분에서 컬럼의 상부에 공급했다. 리보일러에 9.2mL/분에서 물을 공급했다. 전날로부터 총 1240g의 잔사를 58g의 수산화나트륨 용액 및 2890g의 물과 함께 컬럼에 공급했다. 작동 동안 1132g의 잔사와 함께 총 3183g의 증류물을 취했다. 증류물의 적정은 추가의 약 14%의 암모니아가 제거되어 잔사 중의 SA/MAS의 70/30 혼합물을 수득했다는 것을 나타냈다.
본 방법들이 특정 단계들 및 이의 형태들과 관련하여 기술되었지만, 다양한 종류의 등가물이 첨부된 특허청구범위에 기술된 본 명세서의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고 본원에 기술된 특정 요소들 및 단계들을 대체할 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (7)

  1. 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법으로서,
    상기 방법은
    (a) 청징화된(clarified) 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 발효 브로쓰(fermentation broth)를 제공하고;
    (b) 상기 브로쓰를 100℃ 초과 내지 약 250℃의 온도에서 초대기압(super atmospheric pressure)하에 증류시켜 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고;
    (c) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜 상기 기저부를 액체 부분 및 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하고;
    (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (e) (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고;
    (f) 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법.
    화학식 I
    Figure pct00006

    화학식 II
    Figure pct00007

    화학식 III
    Figure pct00008
  2. 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법으로서,
    상기 방법은
    (a) 청징화된 디암모늄 석시네이트(DAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하고;
    (b) 암모니아 분리 용매 및/또는 수 공비혼합 용매(water azeotroping solvent)를 상기 브로쓰에 가하고;
    (c) 상기 브로쓰를 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고;
    (d) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증류시켜 상기 기저부를 액체 부분 및 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하고;
    (e) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (f) (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고;
    (g) 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법.
    화학식 I
    Figure pct00009

    화학식 II
    Figure pct00010

    화학식 III
    Figure pct00011
  3. 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법으로서,
    상기 방법은
    (a) 청징화된 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하고;
    (b) 상기 브로쓰를 100℃ 초과 내지 약 250℃의 온도에서 초대기압하에 증류시켜 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고;
    (c) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜 상기 기저부를 액체 부분과 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하고;
    (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (e) (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고;
    (f) 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법.
    화학식 I
    Figure pct00012

    화학식 II
    Figure pct00013

    화학식 III
    Figure pct00014
  4. 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법으로서,
    상기 방법은
    (a) 청징화된 모노암모늄 석시네이트(MAS)-함유 발효 브로쓰를 제공하고;
    (b) 암모니아 분리 용매 및/또는 수 공비혼합 용매를 상기 브로쓰에 가하고;
    (c) 상기 브로쓰를 물 및 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 SA 및 약 20wt% 이상의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고;
    (d) 상기 기저부를 냉각시키고/냉각시키거나 증발시켜 상기 기저부를 액체 부분과 실질적으로 순수한 SA인 고체 부분으로 분리시키기에 충분한 온도 및 조성을 달성하고;
    (e) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (e) (1) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 I의 화합물을 생성하거나; 또는 (2) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 화학식 R-NH2의 알킬아민 또는 화학식 R-OH의 알콜(여기서, R은 직쇄 또는 측쇄 C1 내지 C20 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 C5 내지 C20 사이클로알킬 그룹 또는 C6 이상의 방향족 그룹이다), 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 II의 화합물을 생성하거나; 또는 (3) 상기 고체 부분의 적어도 일부를, 수소화 촉매의 존재하에 약 150 내지 약 400℃의 온도 및 약 0.68 내지 약 27.6MPa의 압력에서 수소 및 NH2CH2CH2OH 또는 에틸렌 글리콜 및 수소, 및 임의로, 암모니아 공급원과 접촉시켜 화학식 III의 화합물을 생성하고;
    (f) 상기 화학식 I의 화합물, 화학식 II의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 회수함을 포함하는, 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법.
    화학식 I
    Figure pct00015

    화학식 II
    Figure pct00016

    화학식 III
    Figure pct00017
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브로쓰의 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 수행되거나, 또는 톨루엔, 크실렌, 메틸사이클로헥산, 메틸 이소부틸 케톤, 헥산, 사이클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 그룹으롭 선택된 적어도 하나의 수 공비혼합 용매의 존재하에 수행되는, 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 I의 화합물을, 염기성 촉매의 존재하에 약 80 내지 약 250℃의 온도 및 약 0.5 내지 약 25MPa의 압력에서 아세틸렌과 접촉시켜 화학식 IV의 화합물을 생성함을 추가로 포함하는, 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법.
    화학식 IV
    Figure pct00018
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 III의 화합물을 약 100 내지 약 500℃의 온도 및 약 0.068 내지 약 1.37MPa의 압력에서 탈수시켜 상기 화학식 IV의 화합물을 생성함을 추가로 포함하는, 석신산(SA)의 질소 함유 화합물의 제조방법.
    화학식 IV
    Figure pct00019
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