KR20130041905A - 수소화 생성물 및 이의 유도체를 제조하는 방법 - Google Patents

수소화 생성물 및 이의 유도체를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20130041905A
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올란 에스. 프루체이
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

청징화된 디암모늄 아디페이트-함유(DAA-함유) 발효 브로쓰 또는 청징화된 모노암모늄 아디페이트-함유(MAA-함유) 발효 브로쓰로부터 수득된 모노암모늄 아디페이트(MAA) 및/또는 아디프산(AA)으로부터 카프로락탐(CL), 카프로락톤(CLO) 또는 1,6-헥산디올(HDO) 및 이들의 유도체를 포함하는 수소화 생성물을 제조하는 방법.

Description

수소화 생성물 및 이의 유도체를 제조하는 방법{PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF HYDROGENATED PRODUCTS AND DERIVATIVES THEREOF}
관련 출원
본원은 2010년 6월 16일에 출원된 미국 가특허출원 61/355,184에 대해 우선권을 주장하고, 이의 내용은 본원에 참조로 인용된다.
기술분야
본 발명은 디암모늄 아디페이트(DAA) 및 모노암모늄 아디페이트(MAA)를 함유한 발효 브로쓰로(fermentation broth)부터 수득된 MAA 및 아디프산(AA)으로부터 수소화 생성물 및 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
당 발효의 특정 탄소질 생성물은 탄소-함유 화학약품의 제조를 위한 공급 원료로서 사용하기 위한 석유-유도된 물질의 대체물로서 알려져 있다. 이러한 생성물의 하나가 MAA이다. 이러한 생성물의 다른 하나는 AA이다. DAA, MAA 및/또는 AA-함유 발효 브로쓰로부터 실질적으로 순수한 MAA를 직접 생산하는 방법 및 수소화 생성물의 생산을 위한 원료로서 이러한 순수한 MAA의 사용 가능성이 주어진다면, 이것은 경제적이고 환경친화적인 방법으로 카프로락톤(CLO), 1,6-헥산디올(HDO), 카프로락탐(CL) 등의 수소화 생성물 및 이의 유도체를 제조하는 방법을 제공하는 것에 일조할 수 있다.
본 발명자들은, (a) 청징화된 DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 암모니아를 포함하는 오버헤드(overhead), 및 MAA(모노암모늄 아디페이트)와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 액체 기저부(liquid bottom)를 형성하고; (b) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매(antisolvent)를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고; (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고; (d) 상기 고체 부분을 회수하고; (e) 상기 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소화하여 CL(카프로락탐), CLO(카프로락톤), 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고; (f) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, 청징화된 DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명자들은, (a) DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 암모니아를 포함하는 제 1 오버헤드 및 MAA(모노암모늄 아디페이트)와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 제 1 액체 기저부를 형성하고; (b) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고; (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고; (d) 상기 고체 부분을 회수하고; (e) 상기 고체 부분을 물에 용해시켜 MAA 수용액을 생성하고; (f) 상기 MAA 수용액을, 물과 암모니아를 포함하는 제 2 오버헤드, 및 보다 많은 부분(major portion)의 AA와 보다 적은 부분(minor portion)의 MAA와 물을 포함하는 제 2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고; (g) 상기 제 2 기저부를 냉각 및/또는 증발시켜, 상기 제 2 기저부를, 바람직하게는 필수적으로 AA로 구성되고 MAA를 실질적으로 포함하지 않는 제 2 고체 부분과 접촉된 제 2 액체 부분으로 분리하고; (h) 상기 제 2 액체 부분으로부터 상기 제 2 고체 부분을 분리하고; (i) 상기 제 2 고체 부분을 회수하고; (j) 상기 제 2 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매 존재하에 수소화하여 CLO(카프로락톤) 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고; (k) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명자들은, (a) 임의로, 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰에 MAA, DAA(디암모늄 아디페이트), AA(아디프산), NH3 및/또는 NH4 +를 첨가하여 바람직하게는 상기 발효 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지하고; (b) 상기 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAA와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고; (c) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고; (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고; (e) 상기 고체 부분을 회수하고; (f) 상기 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소화하여 CL(카프로락탐), CLO(카프로락톤), 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고; (g) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명자들은, (a) 임의로, 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰에 MAA, DAA(디암모늄 아디페이트), AA(아디프산), NH3 및/또는 NH4 +를 첨가하여 바람직하게는 상기 발효 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지하고; (b) 상기 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAA와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고; (c) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고; (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고; (e) 상기 고체 부분을 회수하고; (f) 상기 고체 부분을 물에 용해시켜 MAA 수용액을 생성하고; (g) 상기 MAA 수용액을, 물과 암모니아를 포함하는 제 2 오버헤드, 및 보다 많은 부분의 AA와 보다 적은 부분의 MAA와 물을 포함하는 제 2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고; (h) 상기 제 2 기저부를 냉각 및/또는 증발시켜, 상기 제 2 기저부를, 바람직하게는 필수적으로 AA로 구성되고 MAA를 실질적으로 포함하지 않는 제 2 고체 부분과 접촉된 제 2 액체 부분으로 분리하고; (i) 상기 제 2 액체 부분으로부터 상기 제 2 고체 부분을 분리하고; (j) 상기 제 2 고체 부분을 회수하고; (k) 상기 제 2 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매 존재하에 수소화하여 CLO(카프로락톤), 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고; (l) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법을 제공한다.
도 1은 바이오프로세싱 시스템의 블록도이다.
도 2는 온도의 함수로서 물 및 30% DAA 수용액 중의 MAA 용해도를 보여주는 그래프이다.
도 3은 DAA- 또는 MAA-함유 발효 브로쓰로부터 수득된 MAA로부터의 선택된 수소화 생성물 및 이의 유도체의 생성을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 DAA- 또는 MAA-함유 발효 브로쓰로부터 수득된 AA로부터의 선택된 수소화 생성물 및 이의 유도체의 생성을 보여주는 흐름도이다.
아래의 상세한 설명 중 적어도 일부는 도면에서 설명하기 위해 선택된 방법의 대표적인 예를 나타내고, 청구범위 이외에서 본 발명을 정의하거나 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니다.
본 발명의 방법은 도 1을 참조하여 이해될 수 있고, 도 1은 본 발명의 방법 중 하나의 대표적인 실시예 10의 블록 다이아그램 형태로 나타낸 것이다.
전형적으로, 고정형 증기 멸균 발효기인 성장 용기(growth vessel)(12)가 미생물 배양물 성장(도시되지 않음)에 사용될 수 있고, 이어서 미생물 배양물은 DAA, MAA 및/또는 AA-함유 발효 브로쓰의 제조에 사용한다. 이러한 배양용기는 본 분야에 잘 알려져 있으며 이에 관해서는 더 기술하지 않는다.
미생물 배양물은 탄수화물 당(예, 글루코스), 사이클로헥사놀, 알칸(예, n-알칸) 및 식물계 오일과 같은 발효성 탄소원으로부터 AA를 생성할 수 있는 미생물을 포함할 수 있다. 미생물의 대표적인 예는 에스케리키아 콜라이(E. coli), 아스퍼질러스 나이거, 코리네박테리움 글루타미쿰(브레비박테리움 플라붐이라고도 칭함), 엔테로코커스 파에칼리스, 베일로넬라 파르불라, 액티노바실러스 석시노제네스, 파에실로마이세스 바리오티, 사카로마이세스 세레비지애, 캔디다 트로피칼리스, 박테로이데스 프라질리스, 박테로이데스 루미니콜라, 박테로이데스 아밀로필루스, 크렙시엘라 뉴모니애, 이들의 혼합 균체 등을 포함한다.
바람직한 미생물은 캔디다 트로피칼리스 (카스텔라니) 버코트인 무성세대주 OH23(ATCC 수탁번호 24887), 이. 콜라이 균주 AB2834/pKD136/pKD8.243A/pKD8.292(ATCC 수탁번호 69875), 아시네토박터 균주 SE19의 서열번호 1에 의해 암호화되고 서열번호 2로 나타낸 아미노산 서열을 갖는 사이클로헥사논 모노옥시게나제를 발현하는 벡터를 포함하는 이. 콜라이 코스미드 클론 5B12, 5F5, 8F6 및 14D7, 및 Verdezyne, Inc.(Carslbad, CA, USA)로부터 입수가능한 것으로 알칸 및 기타 탄소원으로부터 AA를 생성하는 효모주(이하, "Verdezyne 효모")를 포함할 수 있다.
AA를 함유하는 발효 브로쓰는 캔디다 트로피칼리스 (카스텔라니) 버코트인 무성세대주 OH23(ATCC 수탁번호 24887)을 32℃에서 300mg의 NH4H2PO4, 200mg의 KH2PO4, 100mg의 K2HPO4, 50mg의 MgSO4·7H2O, 1㎍의 비오틴, 0.1%(w/v) 효모 추출물 및 증류수 100ml 중의 약 1%(v/v) n-헥사데칸을 함유하는 액체 배지 중에서 배양함으로써 제조할 수 있다. 또한, n-헥사데칸을 함유한 YM액과 같은 다른 배양배지가 사용될 수 있다. 캔디다 트로피칼리스 (카스텔라니) 버코트인 무성세대주 OH23(ATCC 수탁번호 24887)을 배양함으로써 n-헥사데칸을 함유한 배지로부터 AA를 함유한 발효 브로쓰를 생성하는 과정은 또한 Okuhura et al., 35 Agr. Biol. Chem. 1376 (1971)에 기술되어 있으며, 이 문헌의 내용은 본원에 참조로 인용된다.
또한, AA를 함유하는 발효 브로쓰는 이. 콜라이 균주 AB2834/pKD136/pKD8.243A/pKD8.292(ATCC 수탁번호 69875)로부터 제조할 수 있다. 이 과정은 다음과 같이 실시될 수 있다. IPTG(0.2mM), 암피실린(0.05g), 클로람페니콜(0.02g) 및 스펙티노마이신(0.05g)을 함유하는 1리터의 LB 배지(4L 에를렌마이어 플라스크(Erlenmeyer flask) 중에서)에 37℃에서 250rpm으로 10시간 동안 성장된 이. 콜라이 균주 AB2834/pKD136/pKD8.243A/pKD8.292 세포의 하룻밤 배양물 10mL를 접종할 수 있다. 상기 세포를 수거하여 56mM D-글루코스, 시킴산(0.04g), IPTG(0.2mM), 암피실린(0.05g), 클로람페니콜(0.02g) 및 스펙티노마이신(0.05g)을 함유하는 1L의 M9 최소 배지에 재현탁시킬 수 있다. 이어서, 배양물을 37℃ 배양으로 복귀시킬 수 있다. 최소 배지에의 재현탁 후, 배양물의 pH를 특히 초기 12시간에 걸쳐서 면밀하게 모니터링할 수 있다. 배양물의 pH가 6.5에 도달하면 5N의 NaOH 또는 적당량의 다른 염기(예, 수산화암모늄)를 첨가하여 pH를 약 6.8로 다시 조정할 수 있다. 축적 시간의 48시간에 걸쳐서, 배양물은 pH가 6.3 이하로 떨어지지 않게 해야 한다. 배지에서 24시간 후, 12mM 시스,시스-뮤코네이트 및 1mM 프로토카테츄에이트가 23mM D-글루코스와 함께 배양 상청에서 검출될 수 있다. 배지에서 48시간 후, 이. 콜라이 균주 AB2834/pKD136/pKD8.243A/pKD8.292 세포는 필수적으로 배지 중의 56mM D-글루코스를 17mM 시스,시스-뮤코네이트로 대체할 수 있다.
이어서, AA를 함유하는 발효 브로쓰를 제조하기 위해 미생물 합성 시스,시스-뮤코네이트 AA의 환원을 다음과 같이 진행할 수 있다. 탄소에 대해 50밀리그램의 백금(10%)을 약 17.2mM 시스,시스-뮤코네이트를 함유하는 발효 브로쓰 유래의 세포 불포함 배양 상청 6mL에 첨가할 수 있다. 이어서, 상기 시료를 실온에서 3시간 동안 50psi 수소압에서 수소화하여 AA를 함유하는 발효 브로쓰를 제조할 수 있다. 생성된 발효 브로쓰는 예를 들어 약 15.1mM의 AA를 함유할 수 있다. 또한, D-글루코스를 포함하는 성장 배지에서의 배양에 의해 이. 콜라이 균주 AB2834/pKD136/pKD8.243A/pKD8.292 세포를 배양함으로써 AA를 함유하는 발효 브로쓰를 제조하는 과정은 Draths & Frost, 116 J. Am. Chem. Soc. 399 (1994); Draths and Frost, 18 Biotechnol. Prog. 201 (2002); 미국 특허 5,487,987 및 미국 특허 제5,616,496호에 기술되어 있으며, 이들 문헌의 내용은 본원에 참조로 인용된다.
또한, 탄소원으로서 0.4%의 글루코스가 보충된 M9 최소 배지에서, 아시네토박터 균주 SE19의 서열번호 1에 의해 암호화되고 서열번호 2의 사이클로헥사논 모노옥시게나제를 발현하는 벡터를 포함하는 이. 콜라이 코스미드 클론 5B12, 5F5, 8F6 및 14D7을 배양함으로써, 이들 클론으로부터 AA를 함유하는 발효 브로쓰를 제조할 수 있다. 세포는 30℃에서 배지에 330ppm의 사이클로헥사놀을 첨가하고 2시간 동안 진탕시키면서 성장될 수 있다. 이러한 배양에 이어서 추가의 시간 동안(예, 2시간, 4시간, 20시간 또는 기타 시간 간격) 30℃에서 추가 배양할 수 있다. 아시네토박터 균주 SE19의 서열번호 1에 의해 암호화된 사이클로헥사논 모노옥시게나제를 발현하는 벡터를 포함하는 이. 콜라이 코스미드 클론 5B12, 5F5, 8F6 및 14D7을 D-글루코스와 사이클로헥사놀을 포함하는 성장 배지에서 배양함으로써 AA를 함유하는 발효 브로쓰를 제조하는 과정은 또한 미국 특허 6,794,165에 기술되어 있으며, 이 문헌의 내용은 본원에 참조로 인용된다.
또한, AA를 함유하는 발효 브로쓰는 알칸 또는 당 및 식물계 오일과 같은 다른 탄소원을 포함하는 배지(예, SD 배지)에서 배양하는 경우에 AA를 제조하기 위한 2010년 2월 8일에 보고된 Verdezyne, Inc.(Carlsbad, CA, USA)에서 입수할 수 있는 Verdezyne 효모 균주를 이용하여 제조할 수 있다.
또한, AA를 함유하는 발효 브로쓰는 석시닐-CoA:아세틸-CoA 아실 트랜스퍼라제; 3-하이드록시아실-CoA 데하이드로게나제; 3-하이드록시아디필-CoA 데하이드라타제; 5-카르복실-2-펜테노일-CoA 리덕타제; 아디필-CoA 신쎄타제; 포스포트랜스아디필라제/아디페이트 키나제; 아디필-CoA 트랜스퍼라제 또는 아디필-CoA 하이드롤라제를 암호화하는 핵산으로 형질전환된 이. 콜라이 또는 기타 미생물로부터 제조할 수 있다. 또한, AA를 함유하는 발효 브로쓰는 석시닐-CoA:아세틸-CoA 아실 트랜스퍼라제; 3-옥소아디필-CoA 트랜스퍼라제; 3-옥소아디페이트 리덕타제; 3-하이드록시아디페이트 데하이드라타제; 및 2-에노에이트 리덕타제를 암호화하는 핵산으로 형질전환된 이. 콜라이 또는 기타 미생물로부터 제조할 수 있다. 또한, AA를 함유하는 발효 브로쓰는 알파-케토아디필-CoA 신쎄타제, 포스포트랜스케토아디필라제/알파-케토아디페이트 키나제 또는 알파-케토아디필-CoA:아세틸-CoA 트랜스퍼라제; 2-하이드록시아디필-CoA 데하이드로게나제; 2-하이드록시아디필-CoA 데하이드라타제; 5-카르복시-2-펜테오일-CoA 리덕타제; 및 아디필-CoA 신쎄타제, 포스포트랜스아디필라제/아디페이트 키나제, 아디필-CoA:아세틸-CoA 트랜스퍼라제 또는 아디필-CoA 하이드롤라제를 암호화하는 핵산으로 형질전환된 이. 콜라이 또는 기타 미생물로부터 제조할 수 있다. 또한, AA를 함유하는 발효 브로쓰는 2-하이드록시아디페이트 데하이드로게나제; 2-하이드록시아디필-CoA 신쎄타제, 포스포트랜스하이드록시아디필라제/2-하이드록시아디페이트 키나제 또는 2-하이드록시아디필-CoA:아세틸-CoA 트랜스퍼라제; 2-하이드록시아디필-CoA 데하이드라타제; 5-카르복시-2-펜테노일-CoA 리덕타제; 및 아디필-CoA 신쎄타제, 포스포트랜스아디필라제/아디페이트 키나제, 아디필-CoA:아세틸-CoA 트랜스퍼라제 또는 아디필-CoA 하이드롤라제를 암호화하는 핵산으로 형질전환된 이. 콜라이 또는 기타 미생물로부터 제조할 수 있다.
이들 효소를 암호화하는 핵산으로 형질전환된 이. 콜라이 또는 기타 미생물을 이용한 발효는 표준 배양 배지(예, M9 최소 배지) 및 형질전환 표현형을 유지하기 위한 적절한 항생물질과 영양 보충제의 표준 조건 하에 각종 상이한 탄소원을 이용하여 실시할 수 있다. 이들 효소를 암호화하는 핵산으로 형질전환된 이. 콜라이 또는 기타 미생물을 배양함으로써 AA, 적당한 성장 배지 및 탄소원을 함유하는 발효 브로쓰를 제조하는 과정은 또한 미국 특허 2009/0305364에 기술되어 있으며, 이 문헌의 내용은 본원에 참조로 인용된다.
또한, 사카로마이세스 세레비지애 균주 및 기타 미생물 균주를 배양함으로써 AA와 같은 디카르복실산, 적절한 성장 배지 및 탄소원을 함유하는 발효 브로쓰를 제조하는 과정은 WO 2010/003728에 기술되어 있으며, 이 문헌의 내용은 본원에 참조로 인용된다.
발효성 탄소원(예, 탄수화물 및 당), 임의로 질소원 및 복합 영양물(예, 옥수수 침지액), 추가 배지 성분(예, 비타민, 염 및 세포 성장 및/또는 생성물 형성을 향상시킬 수 있는 기타 물질), 및 물을 미생물 배양물의 성장 및 유지를 위해 성장 용기(12)에 공급할 수 있다. 전형적으로, 미생물 배양물은 산소-풍부한 기체(예, 공기 등)를 분사함으로써 제공된 호기 조건 하에서 성장된다. 전형적으로, 미생물 배양의 성장 동안에 pH 조절을 위해, 산(예, 황산 등) 및 수산화암모늄이 공급된다.
하나의 실시형태(도시되지 않음)에서, 성장 용기(12) 중의 호기 조건(산소-풍부한 기체를 분사함으로써 제공됨)은 산소-풍부한 기체를 산소-결핍 기체(예, CO2 등)로 변화시킴으로써 혐기 조건으로 전환된다. 혐기 환경은 그 자체로 성장 용기(12)에서 발효성 탄소원의 AA로의 바이오전환을 유도할 수 있다. 발효성 탄소원의 AA로의 바이오전환 동안에 pH 조절을 위해 수산화암모늄이 제공될 수 있다. 생성된 AA는 수산화암모늄의 존재로 인하여 DAA로 적어도 부분적으로 중화되며 DAA를 포함하는 발효 브로쓰의 생성을 유도한다. CO2는 AA의 생성을 위한 추가의 탄소원을 제공할 수 있다.
다른 실시형태에서, 탄수화물원의 AA로의 바이오전환을 위해 성장 용기(12)의 내용물이 스트림(14)을 통해 별도의 바이오전환 용기(16)로 이송될 수 있다. 산소-결핍 기체(예, CO2 등)가 바이오전환 용기(16)에 분사되어 AA의 생성을 유도하는 혐기 조건을 제공할 수 있다. 탄수화물원의 AA로의 바이오전환 동안에 pH 조절을 위해 수산화암모늄이 제공된다. 수산화암모늄의 존재로 인하여, 생성된 AA는 DAA로 중화되어 적어도 부분적으로 DAA를 포함하는 발효 브로쓰의 생성을 유도한다. CO2는 AA의 생성을 위한 추가의 탄소원을 제공할 수 있다.
다른 실시형태에서, 바이오전환은 비교적 낮은 pH(예, 3 내지 6)에서 실시될 수 있다. 탄수화물원의 AA로의 바이오전환 동안에 pH 조절을 위해 염기(수산화암모늄 또는 암모니아)를 제공할 수 있다. 목적하는 pH에 따라, 수산화암모늄의 존재 또는 결여로 인하여, AA가 생성되거나 또는 생성된 AA가 MAA, DAA, 또는 AA, MAA 및/또는 DAA를 포함하는 혼합물로 적어도 부분적으로 중화된다. 따라서, 바이오전환 동안에 생성된 AA는 임의로 추가의 단계에서 암모니아 또는 수산화암모늄을 제공함으로써 후속적으로 중화되어 DAA를 포함하는 발효 브로쓰를 얻을 수 있다. 결론적으로, "DAA-함유 발효 브로쓰"은 일반적으로, 첨가되거나 바이오전환 또는 다른 방법에 의해 생성되든지, 발효 브로쓰가 DAA 및 가능하게는 임의의 수의 다른 성분(예, MAA 및/또는 AA)을 포함한다는 것을 의미한다. 유사하게, "MAA-함유 발효 브로쓰"은 일반적으로, 첨가되거나 바이오전환 또는 다른 방법에 의해 생성되든지, 발효 브로쓰가 MAA 및 가능하게는 임의의 수의 다른 성분(예, DAA 및/또는 AA)을 포함한다는 것을 의미한다.
발효성 탄소원의 바이오전환으로부터 생성된 발효 브로쓰(바이오전환이 발생되는 위치에 따라 성장 용기(12) 또는 바이오전환 용기(16)에서)은 전형적으로 세포성 바이오매스(biomass) 및 기타 현탁 물질과 같은 불용성 고체를 함유하고, 이는 증류 전에 스트림(18)을 통해 청징화 장치(20)로 이송된다. 불용성 고체의 제거로 발효 브로쓰를 청징화한다. 이는 후속 증류 장치의 오염을 줄이거나 예방한다. 불용성 고체는 몇몇의 고체-액체 분리 기술들 중 임의의 하나를 단독으로 또는 조합하여 제거할 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니지만 원심분리 및 여과(이들에 한정되는 것은 아니지만, 한외-여과, 미세-여과 또는 심층 여과가 포함됨)가 포함된다. 여과 기술의 선택은 당해 분야에 공지되어 있는 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 용해성 무기 화합물은 이들에 한정되는 것은 아니지만 이온교환 및 물리적 흡착과 같은 임의의 수의 공지된 방법에 의해 제거할 수 있다.
원심분리의 예는 연속 디스크 스택 원심분리기(continuous disc stack centrifuge)이다. 이 원심분리기는 규조토 등과 같은 여과 보조제의 사용을 포함할 수 있는 전량 여과 또는 십자류 여과, 또는 보다 바람직하게는 한외여과 또는 정밀여과와 같은 원심분리 후 마무리 여과 단계를 추가하는데 유용할 수 있다. 한외여과 또는 정밀여과 막은 예를 들어 세라믹 또는 중합체일 수 있다. 중합체 막의 한 예는 Koch Membrane Systems(850 Main Street, Wilmington, MA, USA)에 의해 제조된 SelRO MPS-U20P(pH 안정한 한외여과막)이다. 이 막은 시판 중인 25,000달톤의 분자량 컷-오프를 갖는 폴리에테르설폰막이고, 전형적으로 0.35 내지 1.38MPa의 압력(최대 압력 1.55MPa) 및 50℃ 이하의 온도에서 작동된다. 대안으로, 단독의 한외여과 또는 정밀여과와 같은 여과 단계가 사용될 수 있다.
미생물 배양물 및 기타 고체를 실질적으로 포함하지 않는 청징화된 DAA-함유 발효 브로쓰 생성물은 스트림(22)을 경유하여 증류 장치(24)에 이송된다.
청징화된 증류 발효 브로쓰는 발효 브로쓰 중의 모든 디암모늄 디카르복실레이트염 중에서 적어도 대부분, 바람직하게는 적어도 약 70중량%, 보다 바람직하게는 80중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 90중량%인 양으로 DAA 및/또는 MAA를 함유해야 한다. 발효 브로쓰 중의 총 디카르복실산염의 중량%(wt%)로서 DAA 및/또는 MAA의 농도는 고압 액체 크로마토그래피(HPLC) 또는 기타 공지 수단에 의해 용이하게 측정할 수 있다.
물과 암모니아는 증류 장치(24)로부터 오버헤드로서 제거되며 적어도 일부는 임의로 스트림(26)을 통해 바이오전환 용기(16)(또는 혐기성 방식에서 작동되는 성장 용기(12))로 재순환된다. 증류 오버헤드가 물과 암모니아를 함유하고 증류 기저부가 적어도 일부의 DAA 및 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 것을 보장하는 방식으로 증류가 실시되는 한 특정 증류 온도 및 압력은 중요하지 않을 수 있다. 물의 보다 바람직한 양은 적어도 약 30중량%이고, 더욱 더 바람직한 양은 적어도 약 40중량%이다. 증류 단계로부터의 암모니아 제거율은 온도 증가와 함께 증가하고, 또한 증류 동안에 스팀(도시되지 않음)을 주입함으로써 증가시킬 수 있다. 또한, 증류 동안에 암모니아 제거율은 진공 하에 증류를 실시함으로써 또는 증류 장치에 비반응성 기체(예, 공기, 질소 등)를 분사함으로써 증가시킬 수 있다.
증류 단계 동안의 물의 제거는 기저부가 적어도 약 20중량%의 물을 함유하는 한 톨루엔, 크실렌, 헥산, 사이클로헥산, 메틸 사이클로헥산, 메틸 이소부틸 케톤, 또는 헵탄 등과 같은 유기 공비제의 사용에 의해 향상될 수 있다. 증류가 물과 유기제로 이루어진 공비혼합물(azeotrope)을 형성할 수 있는 유기제의 존재하에 실시되는 경우, 증류는 수성상과 유기상을 포함하는 2상성 기저부를 생성하고, 이러한 경우에 수성상은 유기상으로부터 분리할 수 있고 상기 수성상을 증류 기저부로서 사용할 수 있다. 기저부 중의 물의 수준이 적어도 약 30중량%의 수준으로 유지되는 한 아디프아미드 및 아디프이미드와 같은 부산물은 실질적으로 배제된다.
증류 단계의 바람직한 온도는 압력에 따라서 약 50℃ 내지 약 300℃의 범위이다. 보다 바람직한 온도 범위는 약 90 내지 약 150℃이다. 약 110℃ 내지 약 140℃의 증류 온도가 바람직하다. "증류 온도"는 기저부의 온도를 가리킨다(회분 증류시 증류 온도는 최종 목적하는 양의 오버헤드를 수집하는 시점에서의 온도일 수 있다).
수혼화성 유기 용매 또는 암모니아 분리 용매의 첨가는 상기 논의된 바와 같은 다양한 증류 온도 및 압력에 걸쳐서 탈암모니아화를 촉진한다. 이러한 용매로는 수동 수소 결합을 형성할 수 있는 비양성자성, 쌍극성, 산소-함유 용매가 포함된다. 이의 예로는 이들에 한정되는 것은 아니지만 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 설폭사이드(예, 디메틸설폭사이드(DMSO)), 아미드(예, 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아미드), 설폰(예, 디메틸설폰), 설포란, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 부톡시트리글리콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 에테르(예, 디옥산), 메틸 에틸 케톤(MEK) 등이 포함된다. 이러한 용매는 청징화된 발효 브로쓰 중의 DAA 또는 MAA로부터 암미노니아의 제거를 보조한다. 증류 기술과 관계없이, 적어도 일부의 DAA 및 적어도 약 20중량%, 훨씬 더 유리하게는 적어도 약 30중량%의 물이 기저부에 남아있도록 보장해 주는 방식으로 증류를 실시하는 것이 중요하다.
증류는 대기압, 준-대기압(sub-atmospheric pressure) 또는 초-대기압(super-atmospheric pressure)에서 실시될 수 있다. 증류는 단일-단계 플래시 증류, 또는 다중 단계 증류(즉, 다중 단계 컬럼 증류) 등일 수 있다. 단일-단계 플래시 증류는 임의의 유형의 플래셔(예, 와이프트(wiped) 필름 증발기, 얇은 필름 증발기, 열사이펀(thermosiphon) 플래셔, 및 강제 순환 플래셔 등)로 실시할 수 있다. 증류 컬럼의 다중 단계는 트레이, 패킹 등을 사용하여 달성할 수 있다. 패킹은 랜덤 패킹(예, Raschig 링, Pall 링, 및 Berl 새들(saddle) 등) 또는 구조화 패킹(예, Koch-Sulzer 패킹, Intalox 패킹, 및 Mellapak 등)일 수 있다. 트레이는 임의의 디자인일 수 있다(예, 체 트레이, 밸브 트레이, 및 버블-캡 트레이 등). 증류는 임의의 수의 이론적 단계로 실시할 수 있다.
증류 장치가 컬럼인 경우, 입체구조는 특별히 중요하지 않으며, 컬럼은 잘 알려져 있는 기준을 사용하여 설계할 수 있다. 컬럼은 스트리핑 방식, 정류 방식 또는 분획 방식으로 작동할 수 있다. 증류는 회분 방식 또는 연속 방식으로 실시될 수 있다. 연속 방식에 있어서, 발효 브로쓰는 증류 장치에 연속적으로 공급되며 오버헤드와 기저부는 이들이 형성됨에 따라 장치로부터 연속적으로 제거된다. 증류로부터의 증류액은 암모니아/물 용액이고, 증류 기저부는 MAA와 DAA의 액체 수용액이며, 이 수용액은 또한 다른 발효 부가물 염(즉, 암모늄 아세테이트, 암모늄 포르메이트, 및 암모늄 락테이트 등) 및 색상체를 함유할 수 있다.
증류 기저부는 스트림(28)을 통해 냉각 장치(30)로 이송되어 통상적인 기술에 의해 냉각될 수 있다. 냉각 기술은 중요한 것은 아니다. 열 교환기(열 회수 기능을 갖춤)를 사용할 수 있다. 플래시 증발 냉각기를 사용하여 기저부를 약 15℃ 이하로 냉각시킬 수 있다. 15℃ 미만으로의 냉각에는 전형적으로 냉장 냉각제(예, 글리콜 용액 또는 덜 바람직하게는 염수)가 포함된다. 생성물의 수율 증가를 돕기 위해, 냉각 전에 농축 단계가 포함될 수 있다. 또한, 통합 냉각 재킷 및/또는 외부형 열 교환기를 사용한 진공 증발 및 열 제거와 같은 공지된 방법을 사용하여 농축과 냉각 둘 다를 조합할 수 있다.
본 발명자들은 액체 기저부 중의 일부 DAA의 존재가, 액체 수성 DAA-함유 기저부 중의 MAA의 용해도를 감소시킴으로써 적어도 MAA로 "필수적으로 이루어지는" 고체 부분(고체 부분이 적어도 실질적으로 순수한 결정성 MAA임을 의미함)과 접촉하고 있는 액체 부분으로의 기저부의 냉각-유도된 분리를 촉진한다는 것을 발견하였다. 도 2는 0℃ 내지 60℃의 다양한 온도 범위에서 30중량%의 DAA 수용액 중의 MAA의 감소된 용해도를 보여준다. 상부 곡선은 0℃에서도 MAA가 수중에서 유의적으로 용해성(즉, 수용액 중의 약 20중량%)임을 보여준다. 하부 곡선은 0℃에서 MAA가 30중량%의 DAA 수용액 중에서 필수적으로 불용성임을 보여준다. 따라서, 본 발명자들은 일부 DAA가 수용액에도 존재하는 경우 MAA가 보다 완전하게 수용액으로부터 결정화될 수 있음을 발견하였다. 이러한 용액 중의 DAA의 바람직한 농도는 약 30중량%이다. 이러한 용액 중의 DAA의 보다 바람직한 농도는 ppm 내지 약 3중량% 범위 내이다. 이는 DAA의 부재시에 요구되는 온도보다 더욱 높은 온도에서 MAA의 결정화(즉, 증류 기저부의 고체 부분의 형성)를 가능하게 한다.
약 50%의 암모니아가 수성 매질에 함유된 DAA로부터 제거된 경우, 아디페이트 종은 작동 온도 및 압력에 따라 4.9 내지 5.1의 pH 범위 내에서 DAA:MAA:AA가 약 0.2:0.6:0.2인 평형 몰 분포를 설정한다. 이러한 조성물이 농축 및 냉각되는 경우, MAA는 이의 수중의 용해도 한계를 초과하여 결정화된다. MAA가 고체상으로의 상 변화를 겪는 경우, 액체 상 평형이 재설정됨으로써 보다 많은 MAA가 생성된다(DAA는 AA에 암모늄 이온을 공여한다). 이것은 더 많은 MAA가 용액으로부터 결정화되도록 하고, 현저한 양의 AA가 소모될 때까지 계속되며, pH는 상승하는 경향이 있다. pH가 상승함에 따라, 액체 상 분포는 DAA를 지지한다. 그러나, DAA가 수중에서 고도로 용해되기 때문에, MAA는 이의 용해도가 DAA보다 낮음에 따라 계속 결정화된다. 실제로, 아디페이트 종의 액체 상 평형과 액체-고체 평형은 MAA 결정화를 위한 "펌프"로서 작용하며, 이에 의해 고수율의 MAA 결정화가 가능해진다.
상기된 냉각, 증발 또는 증발 냉각 이외에, MAA의 결정화가 역용매의 첨가에 의해 가능해지고/가능해지거나 촉진될 수 있다. 이와 관련하여, 역용매는 전형적으로 물과 혼화가능한 용매일 수 있지만, 용매 중의 염의 보다 낮은 용해도로 인해 MAA와 같은 수용성 염의 결정화를 일으킨다. MAA에 대한 역용매 효과를 갖는 용매는 알코올(예, 에탄올 및 프로판올), 케톤(예, 메틸 에틸 케톤), 에테르(예, 테트라하이드로푸란) 등일 수 있다. 역용매의 사용은 공지되어 있고, 냉각 및 증발과 조합으로 또는 별도로 사용될 수 있다.
유닛(30)에서 냉각 후, 증류 기저부는 액체 부분으로부터 고체 부분의 분리를 위해 스트림(32)을 통해 분리기(34)로 공급된다. 분리는 압력 여과(예, Nutsche 또는 Rosenmond형 압력 필터를 사용함), 및 원심분리 등을 통해 달성할 수 있다. 얻어진 고체 생성물은 생성물(36)로서 회수할 수 있고, 필요한 경우 표준 방법에 의해 건조시킬 수 있다.
분리 후, 고체 부분의 표면에 액체 부분이 남아 있지 않음을 보장하기 위해 고체 부분을 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 고체 부분의 표면에 남아 있는 액체 부분의 양을 최소화하는 하나의 방법은 분리된 고체 부분을 물로 세척하고 얻어진 세척된 고체 부분을 건조시키는 것이다(도시되지 않음). 고체 부분을 세척하는데 편리한 방법은 소위 "바스켓 원심분리기"를 사용하는 것이다(도시되지 않음). 적합한 바스켓 원심분리기는 The Western States Machine Company (Hamilton, OH, USA)에서 구입할 수 있다.
분리기(34)의 액체 부분(즉, 모액)은 용해된 잔여 MAA, 임의의 비전환 DAA, 임의의 발효 부산물(예, 암모늄 아세테이트, 락테이트 또는 포르메이트) 및 기타 소량의 불순물을 함유할 수 있다. 이러한 액체 부분은 스트림(38) 통해 하류 장치(40)로 공급될 수 있다. 한 예로서, 장치(40)는 혼합물을 적당량의 수산화 칼륨으로 처리하여 암모늄염을 칼륨염으로 전환시킴으로써 제빙제를 생성하는 수단일 수 있다. 이 반응에서 생성된 암모니아는 바이오전환 용기(16)(또는 혐기 방식에서 작동되는 증식 용기(12))에서 재사용하기 위해 회수할 수 있다. 얻어진 칼륨염의 혼합물은 제빙제 및 방빙제로서 유용하다.
고체 분리 단계(34)로부터의 모액은 스트림(42)을 통해 증류 장치(24)로 재순환(또는 부분적으로 재순환)되어 MAA의 회수뿐만 아니라 DAA의 MAA로의 추가적인 전환도 더 향상시킬 수 있다.
냉각-유도된 결정화의 고체 부분은 실질적으로 순수한 MAA이고, 따라서 MAA의 공지된 용도에 유용하다.
아디프아미드 및 아디프이미드와 같은 질소-함유 불순물의 존재를 검출하기 위해 HPLC를 사용할 수 있다. MAA의 순도는 원소 탄소 및 질소 분석에 의해 측정할 수 있다. 암모니아 전극을 사용하여 MAA 순도의 대략적 근사치를 결정할 수 있다.
환경 및 다양한 작동 입력에 따라, 발효 브로쓰가 청징화된 MAA-함유 발효 브로쓰 또는 청징화된 AA-함유 발효 브로쓰일 수 있는 경우의 예가 존재한다. 이러한 환경에서, MAA, DAA 및/또는 AA를 이들 발효 브로쓰에 첨가하는 것은 실질적으로 순수한 MAA의 생성을 촉진하는데 유리할 수 있다. 예를 들면, 발효 브로쓰의 작동 pH는 발효 브로쓰가 MAA-함유 발효 브로쓰 또는 AA-함유 발효 브로쓰가 되도록 설정할 수 있다. 이들 발효 브로쓰에 임의로 MAA, DAA, AA, 암모니아 및/또는 수산화 암모늄을 첨가하여 바람직하게는 pH 6 이하의 발효 브로쓰를 수득할 수 있고, 임의로 암모늄 밸런스를 변화시켜 상기된 실질적으로 순수한 MAA의 생성을 촉진할 수 있다. 또한, 다른 공급원으로부터의 MAA, DAA 및/또는 AA를 필요에 따라 첨가하는 것이 가능할 수 있다. 하나의 특정 형태로서, 증류 단계(24)로부터 얻어진 액체 기저부로부터 MAA, DAA 및 물을 발효 브로쓰 및/또는 분리기(34)로부터 액체 부분을 발효 브로쓰로 재순환시키는 것이 특히 유리하다. MAA-함유 발효 브로쓰와 관련하여, 이러한 발효 브로쓰는 일반적으로 첨가되거나 바이오전환 또는 다른 방법에 의해 생성되든지, 이 발효 브로쓰가 MAA 및 가능하게는 임의의 수의 다른 성분(예, DAA 및/또는 AA)을 포함한다는 것을 의미한다.
고체 부분은 암모니아를 제거함으로써 AA로 전환될 수 있다. 이는 하기와 같이 실시할 수 있다. 상기 전환 방법 중 임의의 방법으로부터 수득된 고체 부분(MAA로 필수적으로 구성됨)을 물에 용해시켜 MAA 수용액을 생성할 수 있다. 이어서, 이 용액을 물과 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 다량의 AA와 소량의 MAA와 물을 포함하는 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시킬 수 있다. 기저부를 냉각시켜 기저부가 AA로 필수적으로 구성되고 MAA를 실질적으로 포함하지 않는 고체 부분과 접촉하는 액체 부분으로 분리시킬 수 있다. 고체 부분은 제 2 액체 부분으로부터 분리하고 HPLC로 측정되는 바 실질적으로 순수한 AA를 회수할 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, MAA 또는 AA를 포함하는 스트림은 선택된 온도 및 압력에서 수소 및 수소화 촉매를 이용하여 접촉되어 CL, CLO 및/또는 HDO를 포함하는 수소화 생성물을 생성할 수 있다. 상승된 온도 및 압력이 바람직하다. AA의 수소화에 유용한 촉매의 주요 구성성분은 팔라듐, 루테늄, 레늄, 로듐, 이리듐, 백금, 니켈, 코발트, 구리, 철, 이들의 화합물, 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터의 금속으로부터 선택될 수 있다.
화학적 촉진제는 촉매의 활성을 증강시킬 수 있다. 촉진제는 촉매 성분의 화학적 가공중 임의의 단계에서 촉매내로 혼입시킬 수 있다. 화학적 촉진제는 일반적으로 촉매제의 물리적 또는 화학적 기능을 증강시키지만 또한 원치않는 부반응을 정지시키기 위해 첨가될 수 있다. 적합한 촉진제는 주석, 아연, 구리, 금, 은 및 이의 배합물로부터 선택된 금속을 포함한다. 바람직한 금속 촉진제는 주석이다. 사용가능한 다른 촉진제는 주기율표의 I족 및 II족으로부터 선택된 원소이다.
촉매는 지지되거나 지지되지 않을 수 있다. 지지된 촉매는 활성 촉매제가 분무, 침지 또는 물리적 혼합과 같은 많은 방법에 의해 지지 물질 상에 침착된 후, 건조되고, 하소되고, 필요한 경우 환원 또는 산화와 같은 방법을 통해 활성화된 것이다. 지지체로서 흔히 사용되는 물질은 촉매의 단위 중량 당 고 농도의 활성 부위를 제공할 수 있는 총 표면적(외부 및 내부)이 넓은 다공성 고체이다. 촉매 지지체는 촉매제의 기능을 향상시킬 수 있다. 지지된 금속 촉매는 촉매제가 금속인 지지된 촉매이다.
촉매 지지체 물질 상에 지지되지 않는 촉매는 지지되지 않은(unsupported) 촉매이다. 지지되지 않은 촉매는 예를 들어, 백금 블랙 또는 Raney?(W.R. Grace & Co., Columbia, MD) 촉매일 수 있다. Raney? 촉매는 활성 금속(들) 및 용출성 금속(보통 알루미늄)을 함유한 합금의 선택적 용출로 인해 넓은 표면적을 갖는다. Raney? 촉매는 보다 큰 비표면적으로 인한 높은 활성을 갖고, 수소화 반응에서 보다 낮은 온도의 이용을 가능하게 한다. Raney? 촉매의 활성 금속은 니켈, 구리, 코발트, 철, 로듐, 루테늄, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 팔라듐, 이들의 화합물 및 이들의 배합물을 포함한다.
또한, 촉진제 금속을 Raney? 금속 기제에 첨가하여 Raney? 촉매의 선택성 및/또는 활성에 영향을 미칠 수 있다. Raney? 촉매를 위한 촉진제 금속은 원소 주기율표의 IIIA족 내지 VIIIA족, IB족 및 IIB족의 전이 금속으로부터 선택될 수 있다. 촉진제 금속의 예로는 크로뮴, 몰리브덴, 백금, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 팔라듐이 포함되며, 전형적으로는 총 금속의 약 2중량%이다.
촉매 지지체는 이들에 한정되는 것은 아니지만 실리카, 알루미나 및 티타니아와 같은 산화물; 황산 바륨; 탄산 칼슘; 및 탄소를 포함한 임의의 불활성 고체 물질일 수 있다. 촉매 지지체는 분말, 과립, 또는 펠렛 등의 형태일 수 있다.
바람직한 지지체 물질은 탄소, 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 실리카-티타니아, 티타니아, 티타니아-알루미나, 황산 바륨, 탄산 칼슘, 탄산 스트론튬, 이들의 화합물 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 지지된 금속 촉매는 하나 이상의 화합물로 이루어진 지지 물질을 가질 수 있다. 보다 바람직한 지지체는 탄소, 티타니아 및 알루미나이다. 더욱 바람직한 지지체는 약 100㎡/g보다 넓은 표면적을 갖는 탄소이다. 더욱 바람직한 지지체는 약 200㎡/g보다 넓은 표면적을 갖는 탄소이다. 바람직하게는, 탄소는 촉매 지지체의 약 5중량% 미만인 회분 함량을 갖는다. 회분 함량은 탄소의 소각 후 남은 무기 잔여물이다(탄소의 본래 중량에 대한 백분율로서 표시).
지지된 촉매 중의 금속 촉매의 바람직한 함량은 금속 촉매 중량과 지지체 중량의 합을 기준으로 지지된 촉매의 약 0.1% 내지 약 20%일 수 있다. 보다 바람직한 금속 촉매 함량의 범위는 지지된 촉매의 약 1% 내지 약 10%이다.
금속 촉매와 지지체 시스템의 배합은 본원에 언급된 금속들 중 임의의 하나와 본원에 언급된 지지체들 중 임의의 하나를 포함할 수 있다. 금속 촉매와 지지체의 바람직한 배합은 탄소 상의 팔라듐, 알루미나 상의 팔라듐, 티타니아 상의 팔라듐, 탄소 상의 백금, 알루미나 상의 백금, 실리카 상의 백금, 실리카 상의 이리듐, 탄소상 이리듐, 알루미나 상의 이리듐, 탄소 상의 로듐, 실리카 상의 로듐, 알루미나 상의 로듐, 탄소 상의 니켈, 알루미나 상의 니켈, 실리카 상의 니켈, 탄소 상의 레늄, 실리카 상의 레늄, 알루미나 상의 레늄, 탄소 상의 루테늄, 알루미나 상의 루테늄 및 실리카 상의 루테늄을 포함한다.
금속 촉매와 지지체의 더욱 바람직한 배합은 탄소 상의 루테늄, 알루미나 상의 루테늄, 탄소 상의 팔라듐, 알루미나 상의 팔라듐, 티타니아 상의 팔라듐, 탄소 상의 백금, 알루미나 상의 백금, 탄소 상의 로듐 및 알루미나 상의 로듐을 포함한다.
보다 바람직한 지지체는 탄소이다. 더욱 바람직한 지지체는 특히 약 2,000㎡/g 미만의 BET 표면적을 갖는 탄소이다. 더욱 더 바람직한 지지체는 특히 약 300 내지 1,000㎡/g의 표면적을 갖는 탄소이다.
전형적으로, 수소화 반응은 약 6 내지 약 20MPa의 압력으로 유지된 반응기에서 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 실시된다.
촉매를 사용하여 AA 함유 원료를 수소화하는 방법은 당해 분야에 일반적으로 알려져 있는 다양한 작동 방식에 의해 실시할 수 있다. 따라서, 전체 수소화 공정은 고정층 반응기, 다양한 유형의 기체 또는 기계적 교반 등의 교반 슬러리 반응기를 이용하여 실시할 수 있다. 수소화 공정은 회분 방식 또는 연속 방식으로 작동될 수 있으며, 여기에서 수소화될 전구체를 함유한 수성 액체상은 상승된 압력에서 수소를 함유한 기체상 및 미립자 고체 촉매와 접촉한다.
수소화에 영향을 미치는 모든 매개변수는 온도, 용매, 촉매, 반응기 구성, 압력 및 혼합 비율이다. 이들 매개변수 사이의 관계를 조절하여 공정의 반응에서 목적하는 전환율, 반응속도 및 선택도에 영향을 미칠 수 있다.
바람직한 온도는 약 25℃ 내지 350℃, 보다 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 350℃, 가장 바람직하게는 약 150℃ 내지 300℃이다. 수소 압력은 바람직하게는 약 0.1 내지 약 30MPa이고, 보다 바람직하게는 약 1 내지 25MPa이며, 가장 바람직하게는 약 1 내지 20MPa이다.
반응은 물 중에서 또는 유기 용매의 존재하에 우수하게 행해질 수 있다. 물은 바람직한 용매이다. 유용한 유기 용매로는 탄화수소, 에테르, 및 알코올 등의 수소화의 당해 분야에 공지되어 있는 것이 포함된다. 알코올이 가장 바람직하고, 특히 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 및 펜탄올 등의 저급 알칸올이 바람직하다. 반응은 적어도 70%의 범위 내의 선택도를 가지고 행해야 한다. 적어도 85%의 선택도가 전형적이다. 선택도는 CLO 및 HDO인 전환된 물질의 중량%이고, 여기에서 전환된 물질은 수소화 반응에 참여하는 출발 물질의 부분이다.
공정은 회분 방식, 순차적 회분(즉, 일련의 회분 반응기) 방식으로 실시하거나 연속 공정의 경우 통상 사용되는 장치 중 임의의 것에 의한 연속 방식으로 실시할 수 있다. 반응 생성물로서 형성된 응축수는 분리를 위해 통상적으로 사용되는 이러한 분리 방법에 의해 제거된다.
바람직한 수소화 반응기는 수소 압력 하에 및 Ru, Re, Sn, Pb, Ag, Ni, Co, Zn, Cu, Cr, Mn, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 촉매량으로의 구조화 촉매의 존재하에 작동될 수 있다. 소망의 수소화 생성물을 수득하기 위해, 반응기의 수소 압력 및 온도를 제어한다. 전형적으로, 수소화를 위한 반응기 공급액은 약 100℃ 내지 약 210℃로 유지되지만, 보다 바람직하게는 약 135℃ 내지 약 150℃이다.
AA로부터의 선택된 전환은 하기에 기술된다. 예를 들면, US 6,495,730에는 AA의 HDO로의 수소화가 개시되어 있다. 실시예 10에는 하기 공정이 개시되어 있다: 5g의 이온-교환수, 2,10g의 AA 및 0.30g의 Ru--Sn--Re 촉매를 30ml의 반응기에 넣을 수 있다. 반응기 내의 공기는 실온에서 질소로 대체할 수 있고, 이어서 상기 반응기에 2.0MPa에서 수소 기체를 도입할 수 있으며, 내부 온도를 240℃로 상승시킬 수 있다. 내부 온도가 240℃에 도달한 후, 가압 수소 기체를 도입하여 내부 압력을 9.8MPa로 증가시킬 수 있다. 이어서, 상기 언급된 수소 기체 압력 하의 상기 언급된 온도에서 3.5 시간 동안 수소화를 행할 수 있다. 수소화 반응의 종료 후, 내용물을 디켄팅에 의해 상청 및 촉매로 분리할 수 있다. 회수된 촉매를 1ml의 이온-교환수를 이용하여 5회 세척할 수 있고, 세척에 사용된 물은 상기 언급된 상청과 혼합할 수 있으며, 얻어진 혼합물을 반응 혼합물로서 사용할 수 있다. 얻어진 반응 혼합물을 상기 언급된 조건 하에 HPLC 및 GC에 의해 분석하여 출발 물질의 전환율 및 1차 알코올의 수율을 측정할 수 있다. 실시예 10에서의 분석은 100%의 AA 전환율 및 96%의 HDO 수율을 나타낸다.
US 5,969,194에는 a) Ru-Sn-Pt/활성 탄소 촉매의 존재하에 6시간 동안 10MPa의 압력의 240℃에서의 수소화에 의한 AA의 HDO로의 수소화(81.4% 수율); 및 b) 동일한 반응 조건 하에서의 수율 72.4%로의 CLO의 HDO로의 수소화가 개시되어 있다.
US 5,981,769에는 AA로부터의 HDO 및 CLO의 동시 생성이 개시되어 있다. HDO 및 CLO는 당해 분야에 공지되어 있는 증류 방법에 의해 분리될 수 있다. 또한, CLO는 부분적으로 또는 완전하게 수소화 단계로 재순환되어 HDO의 수율을 최대화할 수 있다.
CLO를 생성하면서, US 3,401,161에 개시된 바와 같은 공정에 의해서와 같이 카프로락탐(CL)을 생성하는 것이 가능하다. 상기 공정에서, CLO, 암모니아 및 디옥산을 330℃에서 7시간 동안 9.12 내지 12.67MPa의 압력에서 가열한다. 이어서, 반응 혼합물을 냉각하고, 증류시켜 우선 디옥산을 제거한 후, 감압 하에 CL을 제거한다. CL을 수율은 60%였다.
CLO를 생성하면서, US 4,652,685에 개시된 바와 같은 공정에 의해서와 같이 HDO를 생성하는 것이 가능하고, 이는 고정층(fixed bed) 반응기 및 감압 구리 크로마이트 촉매를 사용한다. 약 160℃ 내지 230℃의 온도에서 반응을 행한다. JP 11/255684(A)에서와 유사하게, HDO는 Ru-Sn 지지된 촉매, 알칼리 및 알칼리 토금속염을 이용한 액체 상 반응에서의 CLO의 수소화에 의해 수득된다. 또한, JP 2000/159705(A)에는 CLO로부터의 HDO의 생성이 기재되어 있다. 따라서, CuSO4ㆍ5H2O, FeSO4ㆍ7H2O, Al2(SO4)3ㆍ18H2O, 및 Na2CO3를 가열하고 750℃에서 소성화함으로써 제조된 촉매의 존재하에 .엡실론.-카프로락톤을 수소화하여 98.1mol%의 1,6-헥산디올을 제공하였다.
CLO의 추가의 용도는 JP 11/349670(A)에 개시된 바와 같은 폴리-CLO의 생성이다.
US 6,495,730; US 5,969,164; US 5,981,769; US 4,652,689; US 3,401,161; JP11/255684(A); JP 2000/159705(A); 및 JP 11/349670(A)의 주제는 본원에 참조로 인용된다.
실시예
본 발명에 따른 방법들의 선택된 부분들이 하기 비제한적인 대표 실시예를 통해 구체적으로 설명된다. 모든 실시예에서, 합성 DAA 수용액이 실제 청징화된 DAA-함유 발효 브로쓰를 대신하여 사용되었다.
합성 DAA 용액의 사용은 실제 발효 브로쓰에서 발견되는 전형적인 발효 부산물의 용해도로 인해 본 발명의 방법에서 실제 발효 브로쓰의 거동에 대한 좋은 모델인 것으로 생각된다. 전형적으로, 발효 동안에 생성되는 주요 부산물은 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포르메이트와 같은 모노카르복실산의 염이다. 이들 불순물이 증류 단계 동안에 존재하는 경우, 모든 DAA가 MAA로 전환될 때까지 이들 불순물에서 암모니아가 감소하고 유리산이 상당한 양으로 형성되는 것으로 예상할 수 없다. 이는 아세트산, 락트산 및 포름산이 AA의 2차 산 그룹(pKa=5.41)보다 더 강한 산이기 때문이다. 즉, 아세테이트, 락테이트, 포르메이트 및 심지어 1수소 아디페이트가 2음이온 아디페이트보다 더 약한 염기이다. 또한, 암모늄 아세테이트, 암모늄 락테이트 및 암모늄 포르메이트는 MAA보다 물에서 상당히 더 잘 용해되고, 각각은 전형적으로 DAA 농도의 10% 미만으로 발효 브로쓰에 존재한다. 추가로, 산(아세트산, 포름산 및 락트산)이 증류 단계 동안에 형성되었더라도 이들은 물과 혼화성이고, 물로부터 결정화되지 않을 것이다. 이것은, MAA가 포화에 도달하여 용액으로부터 결정화되어(즉, 고체 부분을 형성함), 모액에 용해된 산 불순물(즉, 액체 부분)을 남긴다는 것을 의미한다.
실시예 1
본 실시예는 증류를 통한 DAA 부분의 MAA로의 전환 및 냉각-유도된 결정화를 통한 증류 기저부 액체로부터의 MAA 고체의 회수를 증명한다.
1L 환저 플라스크에 800g의 합성 4.5% 디암모늄 아디페이트(DAA) 용액을 주입하였다. 상기 플라스크에 5단 트레이 1" Oldershaw 섹션이 장착되었고, 상기 Oldershaw 섹션에는 증류 헤드가 캡핑되었다. 증류액은 빙냉 용기에 수집되었다. 플라스크의 내용물은 가열 맨틀로 가열하고 자석 교반기로 교반하였다. 증류를 개시하고 719.7g의 증류액이 수집되었다. 증류액의 적정은 0.29% 암모니아 용액(즉, DAA의 MAA로의 약 61%의 전환율)이었다는 것이 밝혀졌다. 플라스크로부터 뜨거운 잔여물(76g)을 꺼내 에를렌마이어 플라스크로 넣고 1주에 걸쳐 교반시키면서 실온으로 서서히 냉각시켰다. 이어서, 내용물을 교반하면서 60분 동안 15℃로 냉각시킨 후 60분 동안 10℃로 냉각시키고, 마지막으로 60분 동안 5℃로 냉각시켰다. 고체를 여과하고, 75℃의 진공 오븐에서 2시간 동안 건조시켜 16.2g을 수득하였다. 암모니아 전극을 이용한 암모니아 함량에 대한 고체의 분석은 암모니아와 AA가 약 1:1의 몰비로 존재하였음을 나타났다.
실시예 2
본 실시예는 증류를 통한 DAA 부분의 MAA로의 전환을 증명한다.
3구 1L 환저 플라스크의 외부 구에 온도계와 스토퍼(stopper)를 장착하였다. 중앙 구에는 5단 트레이 1" Oldershaw 섹션을 연결하였다. Oldershaw 섹션에 증류 헤드가 탑재되었다. 빙냉 500mL 환저 플라스크가 증류 헤드의 용기로 사용되었다. 1L 환저 플라스크에 증류수, AA 및 수산화 암모늄 농축액을 주입하였다. 내용물을 자석 교반기로 교반시켜 모든 고체를 용해시켰다. 고체를 용해시킨 후, 내용물을 가열 맨틀로 가열하여 350g의 증류액을 증류하였다. 증류액은 빙냉 500mL 환저 플라스크에 수집하였다. 마지막 방울의 증류액을 수집하면서 포트 온도를 기록하였다. 포트 내용물을 실온으로 냉각시키고 잔여물의 중량과 증류액의 중량을 기록하였다. 이어서, 증류액의 암모니아 함량을 적정을 통해 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 기록하였다.
[표 1]
실행 번호 1
산의 명칭 아디프산
주입된 산의 중량(g) 14.62
주입된 산의 몰 0.1
주입된 28% NH3 용액의 중량(g) 12.14
주입된 NH3의 몰 0.2
주입된 물의 중량(g) 800.75
증류액 중량(g) 350.46
잔여물 중량(g) 466.65
질량 어카운터빌리티(%) 98.8
증류액 중의 NH3의 중량% (적정) 0.15
증류액 중의 NH3의 몰 0.031
증류액에서 제거된 총 NH3(%) 15.5
증류액에서 제거된 1차 NH3(%) 31
DiNH4/MonoNH4 69/31
최종 포트 온도 (℃) 100
NH3의 마이크로몰/증류액의 g 89
암모늄염의 초기 중량% 2.2
pKa1 4.43
pKa2 5.41
pKa3 분석되지 않음
실시예 3
본 실시예는 증류를 통해 암모니아 방출 용매의 존재하에 DAA 부분의 MAA로의 전환 및 냉각-유도된 결정화를 통해 증류 기저부 액체로부터 MAA 고체의 회수를 증명한다.
비이커에 36.8g의 증류수와 19.7g의 농축된 수산화 암모늄을 주입하였다. 이어서, 23.5g의 아디프산을 서서히 첨가하였다. 혼합물을 교반시켜 투명한 용액을 형성한 다음 이 용액을 교반 막대가 포함된 500mL 환저 플라스크에 넣었다. 이어서, 트리글라임(80g)을 플라스크에 첨가하였다. 그 후, 플라스크에 5단 트레이 1" Oldershaw 섹션 컬럼을 장착하였고 컬럼 상부에는 증류 헤드를 연결하였다. 증류 헤드에는 빙욕 냉각 용기가 장착되었다. 또한, 증류 플라스크에는 150g의 증류수가 함유된 첨가 깔대기가 장착되었다. 이어서, 내용물을 교반하고 가열 맨틀을 이용하여 가열하였다. 증류가 완료되기 시작하는 시점에서 증류액이 배출되는 것과 동일한 속도로 첨가 깔때기 내의 물을 플라스크에 적가하였다. 첨가 깔때기 내의 모든 물이 첨가되었을 때 증류를 중단하였다. 총 158g의 증류액이 수집되었다. 증류액의 적정은 암모니아 함량 1.6%를 나타냈다. 이는 주입된 암모니아의 46%와 동일하다. 즉, 잔여물은 모노암모늄 아디페이트/디암모늄 아디페이트의 91/9 혼합물이다. 실온으로 냉각시킨 후, 잔여물을 250mL 에를렌마이어 플라스크에 넣고 교반하면서 5℃로 서서히 냉각시켰다. 슬러리를 여과한 다음 습윤 결정을 진공 오븐에서 2시간 동안 건조시켜 5.5g의 고체를 수득하였다. 상기 고체의 분석은 암모늄 이온 대 아디페이트 이온(즉, 모노암모늄 아디페이트)의 필수적 1:1 비율을 나타냈다.
실시예 4
본 실시예는 MAA로부터 AA의 생성을 증명한다.
300mL Parr 오토클레이브에 80g의 합성 모노암모늄 아디페이트와 124g의 물을 주입하였다. 오토클레이브를 밀봉하고, 내용물을 교반하고 약 200℃로 가열하였다(자발 압력은 약 203psig이었다). 일단 내용물의 온도가 도달했을 때 물을 오토클레이브에 약 2g/분의 속도로 주입하였고 역압력 조절기로 오토클레이브로부터 증기를 약 2g/분의 속도로 제거하였다. 오토클레이브에서 배출되는 증기를 응축시키고 용기에 수집하였다. 총 1210g의 물을 공급하고 총 1185g의 증류액을 수집할 때까지 상기 조건 하에 오토클레이브를 구동하였다. 오토클레이브의 내용물(209g)을 일부 냉각시키고 반응기로부터 배출하였다. 에를렌마이어 플라스크에서 슬러리를 밤새 실온에서 교반하면서 방치하였다. 이어서, 슬러리를 여과하고 고체를 25g의 물로 세척하였다. 습윤 고체를 75℃의 진공 오븐에서 1시간 동안 건조시켜 59g의 아디프산 생성물을 수득하였다. 암모늄 이온 전극을 통한 분석은 0.015mmol의 암모늄 이온/고체의 g을 나타냈다. 회수한 고체의 융점은 151 내지 154℃였다.
실시예 5
본 실시예는 암모니아 방출 용매의 존재하에 증류를 통한 MAA 부분의 AA로의 전환 및 냉각-유도된 결정화에 의해 증류 기저부 액체로부터 MAA 고체의 회수를 증명한다.
비이커에 46.7g의 증류수 및 9.9g의 진한 수산화 암모늄을 주입하였다. 이어서, 23.5g의 아디프산을 서서히 첨가하였다. 혼합물을 교반시켜 투명한 용액을 형성한 다음 이 용액을 교반 막대가 들어있는 500mL 환저 플라스크에 넣었다. 이어서, 트리글라임(80g)을 플라스크에 첨가하였다. 그 후, 플라스크에 5단 트레이 1" Oldershaw 섹션 컬럼을 장착하였고 컬럼 상부에는 증류 헤드를 연결하였다. 증류 헤드에는 빙욕 냉각 용기가 장착되었다. 또한, 증류 플라스크에는 1800g의 증류수가 함유된 첨가 깔대기가 장착되었다. 이어서, 내용물을 교반하고 가열 맨틀을 이용하여 가열하였다. 증류가 완료되기 시작하는 시점에서 증류액이 배출되는 것과 동일한 속도로 첨가 깔때기 내의 플라스크에 물을 적가하였다. 첨가 깔때기 내의 모든 물이 적가되었을 때 증류를 중단하였다. 총 1806.2g의 증류액이 수집되었다. 증류액의 적정은 암모니아 함량 0.11%를 나타냈다. 이것은 주입된 암모니아의 72%와 동일하다. 즉, 잔여물은 아디프산/모노암모늄 아디페이트의 72/28 혼합물이다. 잔여물을 에를렌마이어 플라스크에 넣고 교반하면서 0℃로 냉각시킨 후 1시간 동안 방치하였다. 슬러리를 여과하여 18.8g의 습윤 케이크 및 114.3g의 모액을 수득하였다. 이어서, 고체를 진공 하에 80℃로 2시간 동안 건조시켜 13.5g의 고체를 수득하였다. 그 후, 고체를 114g의 뜨거운 물에 용해시킨 다음 5℃로 냉각시키고 45분간 교반시켰다. 슬러리를 여과하여 13.5g의 습윤 고체 및 109.2g의 모액을 수득하였다. 고체를 진공 하에 80℃에서 2시간 동안 건조시켜 11.7g의 건조된 고체를 수득하였다. 고체의 분석은 0.0117mmol/g의 암모늄 이온 함량(즉, 본질적으로 순수한 아디프산)을 나타냈다.
본 발명의 방법이 특정 단계 및 이의 형태와 관련하여 기술되었을지라도 본원의 특허청구범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 균등체가 본원에 기술된 특정 요소 및 단계를 대체할 수 있음이 이해될 것이다.
SEQUENCE LISTING <110> BIOAMBER S.A.S. <120> PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF HYDROGENATED PRODUCTS AND DERIVATIVES THEREOF <130> DNP-10-1055WO <150> 61/355,184 <151> 2010-06-16 <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 1644 <212> DNA <213> Acinetobacter sp. <400> 1 atggagatta tcatgtcaca aaaaatggat tttgatgcta tcgtgattgg tggtggtttt 60 ggcggacttt atgcagtcaa aaaattaaga gacgagctcg aacttaaggt tcaggctttt 120 gataaagcca cggatgtcgc aggtacttgg tactggaacc gttacccagg tgcattgtcg 180 gatacagaaa cccacctcta ctgctattct tgggataaag aattactaca atcgctagaa 240 atcaagaaaa aatatgtgca aggccctgat gtacgcaagt atttacagca agtggctgaa 300 aagcatgatt taaagaagag ctatcaattc aataccgcgg ttcaatcggc tcattacaac 360 gaagcagatg ccttgtggga agtcaccact gaatatggtg ataagtacac ggcgcgtttc 420 ctcatcactg ctttaggctt attgtctgcg cctaacttgc caaacatcaa aggcattaat 480 cagtttaaag gtgagctgca tcataccagc cgctggccag atgacgtaag ttttgaaggt 540 aaacgtgtcg gcgtgattgg tacgggttcc accggtgttc aggttattac ggctgtggca 600 cctctggcta aacacctcac tgtcttccag cgttctgcac aatacagcgt tccaattggc 660 aatgatccac tgtctgaaga agatgttaaa aagatcaaag acaattatga caaaatttgg 720 gatggtgtat ggaattcagc ccttgccttt ggcctgaatg aaagcacagt gccagcaatg 780 agcgtatcag ctgaagaacg caaggcagtt tttgaaaagg catggcaaac aggtggcggt 840 ttccgtttca tgtttgaaac tttcggtgat attgccacca atatggaagc caatatcgaa 900 gcgcaaaatt tcattaaggg taaaattgct gaaatcgtca aagatccagc cattgcacag 960 aagcttatgc cacaggattt gtatgcaaaa cgtccgttgt gtgacagtgg ttactacaac 1020 acctttaacc gtgacaatgt ccgtttagaa gatgtgaaag ccaatccgat tgttgaaatt 1080 accgaaaacg gtgtgaaact cgaaaatggc gatttcgttg aattagacat gctgatatgt 1140 gccacaggtt ttgatgccgt cgatggcaac tatgtgcgca tggacattca aggtaaaaac 1200 ggcttggcca tgaaagacta ctggaaagaa ggtccgtcga gctatatggg tgtcaccgta 1260 aataactatc caaacatgtt catggtgctt ggaccgaatg gcccgtttac caacctgccg 1320 ccatcaattg aatcacaggt ggaatggatc agtgatacca ttcaatacac ggttgaaaac 1380 aatgttgaat ccattgaagc gacaaaagaa gcggaagaac aatggactca aacttgcgcc 1440 aatattgcgg aaatgacctt attccctaaa gcgcaatcct ggatttttgg tgcgaatatc 1500 ccgggcaaga aaaacacggt ttacttctat ctcggtggtt taaaagaata tcgcagtgcg 1560 ctagccaact gcaaaaacca tgcctatgaa ggttttgata ttcaattaca acgttcagat 1620 atcaagcaac ctgccaatgc ctaa 1644 <210> 2 <211> 547 <212> PRT <213> Acinetobacter sp. <400> 2 Met Glu Ile Ile Met Ser Gln Lys Met Asp Phe Asp Ala Ile Val Ile 1 5 10 15 Gly Gly Gly Phe Gly Gly Leu Tyr Ala Val Lys Lys Leu Arg Asp Glu 20 25 30 Leu Glu Leu Lys Val Gln Ala Phe Asp Lys Ala Thr Asp Val Ala Gly 35 40 45 Thr Trp Tyr Trp Asn Arg Tyr Pro Gly Ala Leu Ser Asp Thr Glu Thr 50 55 60 His Leu Tyr Cys Tyr Ser Trp Asp Lys Glu Leu Leu Gln Ser Leu Glu 65 70 75 80 Ile Lys Lys Lys Tyr Val Gln Gly Pro Asp Val Arg Lys Tyr Leu Gln 85 90 95 Gln Val Ala Glu Lys His Asp Leu Lys Lys Ser Tyr Gln Phe Asn Thr 100 105 110 Ala Val Gln Ser Ala His Tyr Asn Glu Ala Asp Ala Leu Trp Glu Val 115 120 125 Thr Thr Glu Tyr Gly Asp Lys Tyr Thr Ala Arg Phe Leu Ile Thr Ala 130 135 140 Leu Gly Leu Leu Ser Ala Pro Asn Leu Pro Asn Ile Lys Gly Ile Asn 145 150 155 160 Gln Phe Lys Gly Glu Leu His His Thr Ser Arg Trp Pro Asp Asp Val 165 170 175 Ser Phe Glu Gly Lys Arg Val Gly Val Ile Gly Thr Gly Ser Thr Gly 180 185 190 Val Gln Val Ile Thr Ala Val Ala Pro Leu Ala Lys His Leu Thr Val 195 200 205 Phe Gln Arg Ser Ala Gln Tyr Ser Val Pro Ile Gly Asn Asp Pro Leu 210 215 220 Ser Glu Glu Asp Val Lys Lys Ile Lys Asp Asn Tyr Asp Lys Ile Trp 225 230 235 240 Asp Gly Val Trp Asn Ser Ala Leu Ala Phe Gly Leu Asn Glu Ser Thr 245 250 255 Val Pro Ala Met Ser Val Ser Ala Glu Glu Arg Lys Ala Val Phe Glu 260 265 270 Lys Ala Trp Gln Thr Gly Gly Gly Phe Arg Phe Met Phe Glu Thr Phe 275 280 285 Gly Asp Ile Ala Thr Asn Met Glu Ala Asn Ile Glu Ala Gln Asn Phe 290 295 300 Ile Lys Gly Lys Ile Ala Glu Ile Val Lys Asp Pro Ala Ile Ala Gln 305 310 315 320 Lys Leu Met Pro Gln Asp Leu Tyr Ala Lys Arg Pro Leu Cys Asp Ser 325 330 335 Gly Tyr Tyr Asn Thr Phe Asn Arg Asp Asn Val Arg Leu Glu Asp Val 340 345 350 Lys Ala Asn Pro Ile Val Glu Ile Thr Glu Asn Gly Val Lys Leu Glu 355 360 365 Asn Gly Asp Phe Val Glu Leu Asp Met Leu Ile Cys Ala Thr Gly Phe 370 375 380 Asp Ala Val Asp Gly Asn Tyr Val Arg Met Asp Ile Gln Gly Lys Asn 385 390 395 400 Gly Leu Ala Met Lys Asp Tyr Trp Lys Glu Gly Pro Ser Ser Tyr Met 405 410 415 Gly Val Thr Val Asn Asn Tyr Pro Asn Met Phe Met Val Leu Gly Pro 420 425 430 Asn Gly Pro Phe Thr Asn Leu Pro Pro Ser Ile Glu Ser Gln Val Glu 435 440 445 Trp Ile Ser Asp Thr Ile Gln Tyr Thr Val Glu Asn Asn Val Glu Ser 450 455 460 Ile Glu Ala Thr Lys Glu Ala Glu Glu Gln Trp Thr Gln Thr Cys Ala 465 470 475 480 Asn Ile Ala Glu Met Thr Leu Phe Pro Lys Ala Gln Ser Trp Ile Phe 485 490 495 Gly Ala Asn Ile Pro Gly Lys Lys Asn Thr Val Tyr Phe Tyr Leu Gly 500 505 510 Gly Leu Lys Glu Tyr Arg Ser Ala Leu Ala Asn Cys Lys Asn His Ala 515 520 525 Tyr Glu Gly Phe Asp Ile Gln Leu Gln Arg Ser Asp Ile Lys Gln Pro 530 535 540 Ala Asn Ala 545

Claims (10)

  1. 청징화된 DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰(fermentation broth)로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 상기 청징화된 DAA-함유 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 암모니아를 포함하는 오버헤드(overhead), 및 MAA(모노암모늄 아디페이트)와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 액체 기저부(liquid bottom)를 형성하고;
    (b) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매(antisolvent)를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고;
    (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (d) 상기 고체 부분을 회수하고;
    (e) 상기 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소화하여 CL(카프로락탐), CLO(카프로락톤), 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고;
    (f) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, 청징화된 DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법
  2. DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법으로서,
    (a) DAA-함유 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 암모니아를 포함하는 제 1 오버헤드 및 MAA(모노암모늄 아디페이트)와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 제 1 액체 기저부를 형성하고;
    (b) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고;
    (c) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (d) 상기 고체 부분을 회수하고;
    (e) 상기 고체 부분을 물에 용해시켜 MAA 수용액을 생성하고;
    (f) 상기 MAA 수용액을, 물과 암모니아를 포함하는 제 2 오버헤드, 및 보다 많은 부분(major portion)의 AA(아디프산)와 보다 적은 부분(minor portion)의 MAA와 물을 포함하는 제 2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고;
    (g) 상기 제 2 기저부를 냉각 및/또는 증발시켜, 상기 제 2 기저부를, 바람직하게는 필수적으로 AA로 구성되고 MAA를 실질적으로 포함하지 않는 제 2 고체 부분과 접촉된 제 2 액체 부분으로 분리하고;
    (h) 상기 제 2 액체 부분으로부터 상기 제 2 고체 부분을 분리하고;
    (i) 상기 제 2 고체 부분을 회수하고;
    (j) 상기 제 2 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매 존재하에 수소화하여 CLO(카프로락톤) 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고;
    (k) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, DAA(디암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법.
  3. 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 임의로, 상기 청징화된 MAA-함유 발효 브로쓰에 MAA, DAA(디암모늄 아디페이트), AA(아디프산), NH3 및/또는 NH4 +를 첨가하여 바람직하게는 상기 발효 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지하고;
    (b) 상기 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAA와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고;
    (c) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고;
    (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (e) 상기 고체 부분을 회수하고;
    (f) 상기 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매의 존재하에 수소화하여 CL(카프로락탐), CLO(카프로락톤) 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고;
    (g) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법.
  4. 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 임의로, 상기 청징화된 MAA-함유 발효 브로쓰에 MAA, DAA(디암모늄 아디페이트), AA(아디프산), NH3 및/또는 NH4 +를 첨가하여 바람직하게는 상기 발효 브로쓰의 pH를 6 이하로 유지하고;
    (b) 상기 발효 브로쓰를 증류시켜, 물과 임의로 암모니아를 포함하는 오버헤드, 및 MAA와 적어도 일부의 DAA와 적어도 약 20중량%의 물을 포함하는 액체 기저부를 형성하고;
    (c) 상기 기저부를 냉각 및/또는 증발시키고, 상기 기저부에 임의로 역용매를 첨가하여, 상기 기저부가 DAA-함유 액체 부분과 DAA를 실질적으로 포함하지 않는 MAA-함유 고체 부분으로 분리되도록 하기에 충분한 온도 및 조성을 얻고;
    (d) 상기 액체 부분으로부터 상기 고체 부분을 분리하고;
    (e) 상기 고체 부분을 회수하고;
    (f) 상기 고체 부분을 물에 용해시켜 MAA 수용액을 생성하고;
    (g) 상기 MAA 수용액을, 물과 암모니아를 포함하는 제 2 오버헤드, 및 보다 많은 부분의 AA와 보다 적은 부분의 MAA와 물을 포함하는 제 2 기저부를 형성하기에 충분한 온도 및 압력에서 증류시키고;
    (h) 상기 제 2 기저부를 냉각 및/또는 증발시켜, 상기 제 2 기저부를, 바람직하게는 필수적으로 AA로 구성되고 MAA를 실질적으로 포함하지 않는 제 2 고체 부분과 접촉된 제 2 액체 부분으로 분리하고;
    (i) 상기 제 2 액체 부분으로부터 상기 제 2 고체 부분을 분리하고;
    (j) 상기 제 2 고체 부분을 회수하고;
    (k) 상기 제 2 고체 부분을 적어도 하나의 수소화 촉매 존재하에 수소화하여 CLO(카프로락톤) 또는 HDO(1,6-헥산디올) 중 적어도 하나를 포함하는 수소화 생성물을 생성하고;
    (l) 상기 수소화 생성물을 회수하는 것을 포함하는, 청징화된 MAA(모노암모늄 아디페이트)-함유 발효 브로쓰로부터 수소화 생성물을 제조하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CLO를 선택된 온도 및 압력에서 암모니아원과 접촉시켜 CL을 생성하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 CL을 나일론 6으로 전환시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CLO를 폴리-CLO로 전환시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, CLO를 수소 및 적어도 하나의 수소화 촉매와 접촉시켜 HDO를 포함하는 수소화 생성물을 생성시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발효 브로쓰가 캔디다 트로피칼리스(카스텔라니) 버코트, 무성세대주 OH23(ATCC 수탁번호 24887); 이. 콜라이 균주 AB2834/pKD136/pKD8.243A/pKD8.292(ATCC 수탁번호 69875); 서열번호 1에 의해 암호화된 사이클로헥사논 모노옥시게나제를 발현하는 벡터를 포함하는 이. 콜라이 코스미드 클론 5B12; 서열번호 1에 의해 암호화된 사이클로헥사논 모노옥시게나제를 발현하는 벡터를 포함하는 이. 콜라이 코스미드 클론 5F5; 서열번호 1에 의해 암호화된 사이클로헥사논 모노옥시게나제를 발현하는 벡터를 포함하는 이. 콜라이 코스미드 클론 8F6; 서열번호 1에 의해 암호화된 사이클로헥사논 모노옥시게나제를 발현하는 벡터를 포함하는 이. 콜라이 코스미드 클론 14D7; 및 Verdezyne 효모로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미생물의 존재하에 탄소원을 발효시킴으로써 수득되는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 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 하나 이상의 암모니아 분리 용매의 존재하에 실시되거나, 톨루엔, 크실렌, 메틸사이클로헥산, 메틸 이소부틸 케톤, 헥산, 사이클로헥산 및 헵탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물 공비 용매의 존재하에 실시되는, 방법.
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