KR20200120711A - 아마이드 화합물의 제조 방법 - Google Patents

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마키 야마모토
야스시 코타키
츠토무 이시다
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미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

아마이드 화합물의 제조 방법은, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물을, 제1 반응기에 있어서 수성 매체 중에서 나이트릴 화합물과 접촉시켜 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을 얻는 공정과, 상기 공정에 있어서 얻어진 상기 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을, 플러그 플로우성의 영역을 갖는 제2 반응기에 있어서 반응시키는 공정을 가지며, 상기 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수가 5 이상 1000 이하가 되도록 제어하는 것이다.

Description

아마이드 화합물의 제조 방법
본 개시는, 아마이드 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.
아마이드 화합물의 주요 제조 방법의 하나로서, 나이트릴 화합물을 원료로 하는 수화법(水和法, hydration method)은 많은 경우에 이용되고 있다. 특히 아크릴아마이드는, 예로부터 레이니 구리(Raney copper) 등의 금속구리 촉매, 혹은 최근에는 나이트릴하이드라타아제(nitrile hydratase)를 함유하는 미생물 균체(microbial cell) 또는 그 균체 처리물 등의 수화 촉매에 의해, 아크릴로나이트릴을 원료로 하여 제조되는 것이 알려져 있다. 특히 나이트릴하이드라타아제를 사용한 제조 방법은, 예를 들어 반응 조건이 온화한 점, 고순도의 제품이 얻어지는 점, 제조 프로세스를 간략화할 수 있는 점 등의 이점을 들 수 있다.
균체 촉매는 내열성이 낮아, 반응열을 제거하지 않으면, 촉매 활성이 저하(실활)되어 버리는 점에서, 이의 공업적인 이용에 있어서는, 실활을 억제하면서, 생산성을 만족시키는 것이 중요하다. 그 때문에, 효율적으로 균체 촉매를 이용하는 방법으로서, 국제공개 제2003/000914호에는, 아마이드 화합물을 연속적으로 제조하는 방법에 있어서 하류측(downstream side) 반응조(reaction vessel)의 온도를 높게 하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본국 특허공개공보 2001-340091호 및 일본국 특허공개공보 2013-162746호에는, 플러그 플로우(plug-flow)성의 영역을 가진 반응기를 이용하는 방법이 개시되어 있다. 플러그 플로우성의 영역을 갖는 반응기로는, 이중관(double-tube) 형식이나 셸&튜브(shell-and-tube) 형식, 플러그 플로우성을 갖게 할 목적으로, 다공판이나 충전물을 구비한 것 등의 관형 반응기가 예시되어 있다.
일반적인 반응에 있어서, 조형(槽型, tank type) 반응기에 비해, 관형(管型) 반응기의 쪽이 반응 용적을 작게 할 수 있어, 유리하다. 그러나, 통상의 액상 반응에서는 필요한 반응 시간이 길어 관형 반응기를 적용하면 관이 너무 길어지는 경우가 있다. 또한, 조형 반응기의 쪽이 온도를 균일하게 유지하기 쉽다. 그 때문에, 조형 반응기가 채용되는 경우가 많다. 그래서, 조형 반응기 및 관형 반응기 각각의 장점을 살려, 조형 반응기에서 반응의 대부분을 진행시키고, 관형 반응기에서 반응 종반(final phase)을 몰아쳐 실시함으로써, 반응기 수를 억제하여, 최적의 반응 시스템을 구축할 수 있다.
그러나, 아마이드 화합물을 제조하는 방법에 있어서 조형 반응기와 플러그 플로우성의 영역을 가진 관형 반응기의 조합을 이용하는 일본국 특허공개공보 2001-340091호에 개시된 방법에서는, 반응 전화율의 향상면에서는 아직 충분하지 않아, 개량의 여지가 있다. 또한, 액상 반응에 있어서의 관형 반응기의 설계에 있어서의 지침이 되는 지견은 적다.
그래서, 본 개시에서는, 플러그 플로우성의 유역(流域, flow region)을 갖는 반응기를 이용하여, 전화율이 우수한 나이트릴 화합물의 제조법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 실시하였다. 그 결과, 나이트릴 화합물을 고전화율(high conversion rate)로 수화하여 고농도 아마이드 화합물 수용액을 연속적으로 제조하는 방법에 있어서, 관형 반응기에 있어서의 레이놀즈(Reynolds)수에 착안하여, 예의 검토를 실시함으로써, 일정 범위의 레이놀즈수를 나타내는 관형 반응기에 있어서 반응 전화율의 향상을 실현할 수 있는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명의 일 실시형태는 이하와 같다.
<1> 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물을, 제1 반응기에 있어서 수성 매체 중에서 나이트릴 화합물과 접촉시켜 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을 얻는 공정과,
상기 공정에 있어서 얻어진 상기 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을, 플러그 플로우성의 영역을 갖는 제2 반응기에 있어서 반응시키는 공정을 가지며,
상기 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수가 5 이상 1000 이하가 되도록 제어하는, 아마이드 화합물의 제조 방법.
<2> 상기 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수가 10 이상인, <1>에 기재된 아마이드 화합물의 제조 방법.
<3> 상기 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수가 100 이하인, <1> 또는 <2>에 기재된 아마이드 화합물의 제조 방법.
<4> 상기 제2 반응기가 관형 반응기이며, 상기 관형 반응기의 관 직경이 10 cm 이상인, <1>~<3> 중 어느 한 항에 기재된 아마이드 화합물의 제조 방법.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 플러그 플로우성의 유역을 갖는 반응기를 이용하여, 전화율이 우수한 나이트릴 화합물의 제조법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 관하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 적절히 변경해도 된다.
<아마이드 화합물의 제조 방법>
본 개시는, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물을, 제1 반응기에 있어서 수성 매체 중에서 나이트릴 화합물과 접촉시켜 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을 얻는 공정과, 그 공정에 있어서 얻어진 상기 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을, 플러그 플로우성의 영역을 갖는 제2 반응기에 있어서 반응시키는 공정을 가지며, 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수(이하, "Re수"라고 호칭하는 경우가 있다.)가 5 이상 1000 이하가 되도록 제어하는, 아마이드 화합물의 제조 방법이다.
(나이트릴하이드라타아제)
본 개시의 아마이드 화합물의 제조 방법에 있어서는, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물을 사용한다. 본 개시에서 말하는 나이트릴하이드라타아제란, 나이트릴 화합물을 수화하여, 대응하는 아마이드 화합물을 생성하는 능력을 갖는 효소를 말한다. 여기서, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물로는, 나이트릴 화합물을 수화하여 대응하는 아마이드 화합물을 생성하는 능력을 갖는 나이트릴하이드라타아제를 산생(産生)하고, 또한 30 질량%의 아크릴아마이드 수용액 중에서 나이트릴하이드라타아제의 활성을 유지하고 있는 미생물이면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는, 노카르디아(Nocardia)속, 코리네박테리움(Corynebacterium)속, 바실루스(Bacillus)속, 호열성 바실루스속, 슈도모나스(Pseudomonas)속, 마이크로코커스(Micrococcus)속, 로도크로우스(Rhodochrous)종으로 대표되는 로도코커스(Rhodococcus)속, 아시네토박터(Acinetobacter)속, 크산토박터(Xanthobacter)속, 스트렙토마이세스(Streptomyces)속, 리조비움(Rhizobium)속, 클레브시엘라(Klebsiella)속, 엔테로박터(Enterobacter)속, 에르위니아(Erwinia)속, 에어로모나스(Aeromonas)속, 시트로박터(Citrobacter)속, 아크로모박터(Achromobacter)속, 아그로박테리움(Agrobacterium)속 또는 서모필라(thermophila)종으로 대표되는 슈도노카르디아(Pseudonocardia)속에 속하는 미생물을 적합한 예로 들 수 있다.
또한, 그 미생물로부터 클로닝(cloning)한 나이트릴하이드라타아제 유전자를 임의의 숙주로 발현시킨 형질 전환체도 본 개시에서 말하는 미생물에 포함된다. 또한, 여기서 말하는 임의의 숙주에는, 후술하는 실시예와 같이 대장균(Escherichia coli)을 대표예로서 들 수 있지만, 특별히 대장균에 한정되는 것은 아니며, 고초균(Bacillus subtilis) 등의 바실루스속균, 효모나 방선균(actinomycete) 등의 다른 미생물 균주도 포함된다. 그와 같은 것의 예로서, MT-10822(본 균주는, 1996년 2월 7일에 이바라키현 츠쿠바시 히가시 1초메 1반 3고의 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술연구소(현 치바현 키사라즈시 카즈사 가마타리 2-5-8 독립행정법인 제품평가 기술기반기구 바이오테크놀로지센터 특허생물기탁센터)에 수탁번호 FERMBP-5785로서, 특허 절차 상의 미생물 기탁의 국제적 승인에 관한 부다페스트 조약에 기초하여 기탁되어 있다.)를 들 수 있다. 또한, 재조합 DNA 기술을 이용하여 그 효소의 구성 아미노산의 1개 또는 2개 이상을 다른 아미노산으로 치환, 결실, 삭제 혹은 삽입함으로써, 아크릴아마이드 내성이나 아크릴로나이트릴 내성, 온도 내성을 더욱 향상시킨 변이형의 나이트릴하이드라타아제를 발현시킨 형질 전환체도, 본 개시에서 말하는 미생물에 포함된다.
상기한 바와 같은 미생물을 사용하여, 아마이드 화합물을 제조할 때에는 통상, 그 미생물의 균체 혹은 균체 처리물을 사용한다. 균체는, 분자 생물학, 생물 공학, 및 유전자 공학의 분야에 있어서 공지된 일반적인 방법을 이용하여 조제하면 된다. 예를 들어, LB 배지나 M9 배지 등의 통상 액체 배지에 그 미생물을 식균(inoculated)한 후, 적당한 배양 온도(일반적으로는, 20℃~50℃이지만, 호열균(thermophile)의 경우는 50℃ 이상이어도 된다)에서 생육시키고, 이어서, 그 미생물을 원심 분리에 의해 배양액에서 분리, 회수하여 얻는 방법을 들 수 있다.
또한, 본 개시에 있어서의 미생물의 균체 처리물은, 상기 미생물 균체의 추출물이나 마쇄물(ground product), 그 추출물이나 마쇄물의 나이트릴하이드라타아제 활성 획분을 분리 정제하여 얻어지는 후분리물, 그 미생물 균체나 그 균체의 추출물, 마쇄물, 후분리물을 적당한 담체를 사용하여 고정화시킨 고정화물(fixation product) 등을 가리킨다. 이들은 나이트릴하이드라타아제의 활성을 갖고 있는 한은 본 개시의 균체 처리물에 상당하는 것이다. 이들은, 단일 종류를 사용해도 되고, 2종류 이상의 상이한 형태의 것을 동시 혹은 교호로 사용해도 된다.
(나이트릴 화합물)
본 개시에 있어서, 나이트릴 화합물은, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물과 수성 매체 중에서 접촉하게 하는 것이다. 나이트릴 화합물은, 예를 들어, 나이트릴 화합물의 공급 라인을 설치하고, 여기에서 제1 반응기의 수성 매체 중에 공급된다. 본 개시에 있어서, 나이트릴 화합물의 종류에 관해서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 구체적으로는 탄소수가 2~20 정도의 나이트릴 화합물이며, 넓은 범위의 나이트릴, 예를 들어 지방족 나이트릴, 방향족 나이트릴 등이 포함된다. 지방족 나이트릴로는, 탄소수 2~6의 포화 또는 불포화 나이트릴, 예를 들어, 아세토나이트릴, 프로피오나이트릴, 뷰티로나이트릴, 아이소뷰티로나이트릴, 발레로나이트릴(valeronitrile), 아이소발레로나이트릴, 카프로나이트릴(capronitrile) 등의 지방족 포화 모노나이트릴류; 말로노나이트릴, 석시노나이트릴(succinonitrile), 아디포나이트릴 등의 지방족 포화 다이나이트릴류; 아크릴로나이트릴, 메타크릴로나이트릴, 크로토노나이트릴(crotononitrile) 등의 지방족 불포화 나이트릴 등을 들 수 있다. 방향족 나이트릴로는, 벤조나이트릴, o-, m-, 및 p-클로로벤조나이트릴, o-, m-, 및 p-플루오로벤조나이트릴, o-, m- 및 p-나이트로벤조나이트릴, o-, m-, 및 p-톨루나이트릴, 및 벤질사이아나이드(benzylcyanide) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 아크릴로나이트릴, 메타크릴로나이트릴, 및 크로톤나이트릴 등을 적합한 예로서 들 수 있다.
(수성 매체)
본 개시에 있어서, 나이트릴 화합물을 포함하는 수성 매체 중에서, 아마이드 화합물을 얻는 반응이 실시된다. 또한, 본 개시에 있어서의 수성 매체는, 예를 들어, 물, 또는 인산염 등의 완충제, 황산염이나 탄산염 등의 무기염, 알칼리 금속의 수산화물, 혹은 아마이드 화합물 등을 적당한 농도로 용해시킨 수용액 등을 들 수 있다. 물은 특별히 한정되지 않고, 증류수, 이온 교환수 등의 정제수를 사용할 수 있다. 물은, 원료수 공급관으로부터, 제1 반응기에 공급된다. 또한, 물 이외의 성분을 첨가하는 경우, 별도 공급 라인을 설치해도 된다.
(제1 반응기에 있어서의 공정)
본 개시는, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물을, 제1 반응기에 있어서 수성 매체 중에서 나이트릴 화합물과 접촉시키는 공정(이하, "제1 반응 공정"이라고 호칭하는 경우가 있다.)을 갖는다. 제1 반응 공정에 있어서, 아마이드 화합물을 포함하는 반응액이 얻어진다. 본 개시에 있어서, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체, 혹은 그 미생물 균체의 처리물을 사용하여, 나이트릴 화합물로부터 아마이드 화합물을 얻는 경우의 반응 형식은, 2기 이상의 반응기가 사용된다. 제1 반응 공정에 있어서는, 제1 반응기에, 미생물의 균체 혹은 균체 처리물, 나이트릴 화합물 및 수성 매체가 공급된다. 이 때의 반응형으로는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 현탁 상(床)으로 하여 실시해도 되고, 고정 상(床)이어도 되지만, 통상은, 반응열의 제열(除熱)의 용이함에서, 교반기를 구비한 조형(槽型) 반응기에서의 현탁상이 보다 바람직하게 이용된다. 이 경우, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물은, 균체 촉매조(catalyst tank)에서 공급해도 된다.
본 개시에 있어서, 제1 반응기에 공급하는 나이트릴 화합물의 농도는, 반응 개시 시에 있어서 그 나이트릴 화합물의 포화 농도 이상의 농도인 것이 바람직하다. 그 농도의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 너무 대과잉의 나이트릴 화합물의 공급은, 반응을 완결시키기 위해 많은 촉매량 및 과대한 용적을 갖는 반응기, 및 제열을 위한 과도한 열교환기 등이 필요하게 되어, 설비면에서의 경제적 부담이 커진다. 이 때문에, 나이트릴 화합물의 공급 농도로는, 그것이 모두 대응하는 아마이드 화합물로 전화되었을 때에 그 이론적인 생성액 농도가, 아크릴아마이드의 경우는 40~80 질량%의 범위가 되도록, 보다 구체적으로는 물 1 중량부에 대해 아크릴로나이트릴 0.4~1.5 중량부로 하여 공급하는 것이 바람직하다.
(제2 반응기에 있어서의 공정)
본 개시는, 제1 반응 공정에 있어서 얻어진 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을, 플러그 플로우성의 영역을 갖는 제2 반응기에 있어서 반응시키는 공정(이하, "제2 반응 공정"이라고 호칭하는 경우가 있다.)을 갖는다. 본 개시에 있어서의 제2 반응기는 플러그 플로우성의 영역을 가진 반응기이며, 일반적으로는 "관형 반응기" 또는 "튜블러 반응기(tubular reactor)"라고도 하는 경우가 있는 반응기이다. 제2 반응기는, 배관 형상을 가진 관 중에서 반응액을 피스톤 흐름으로 이동시키면서 반응을 진행시키도록 한 것으로, 반응열을 제거하기 위해, 이중관 형식의 것이나 셸&튜브 형식 등의 것을 사용할 수 있다. 업플로우나 다운플로우 등의, 제2 반응기에 대한 액 피드(feeding a liquid) 방식은 불문한다.
또한, 반응기 중 반응액의 유동 상태를 균일하게 하기 위해, 반응기가 다공판이나 충전물을 구비하고 있는 경우여도, 유속 등의 조건에 따라 반응액의 플러그플로우성의 유역이 형성되면, 플러그 플로우성의 유역을 가진 반응기로서 사용하는 것이 가능하다.
본 개시의 아마이드 화합물의 제조 방법에서는, 제2 반응기에 있어서의 Re수가 5 이상 1000 이하가 되도록 제어한다. 여기서, Re수는, 반응액 유체의 레이놀즈수로, 관성력과 점성력의 비를 의미하며, 유동성의 지표가 되는 무차원수이며, 하기 식으로 나타낸다.
Re=ρud/μ
식 중, ρ는 유체 밀도 [kg/㎥], u는 관내의 평균 유속 [m/s], d는 관직경 [m], μ는 유체 점도 [Pa·s]를 나타낸다.
유체의 밀도와 점도는, 온도의 영향을 받지만, 유체 고유의 값인 점에서, 평균 유속 u 및 관직경 d, 즉 유량과 반응기 사이즈에 따라 Re수를 조절한다.
또한, 밀도의 측정은, 부칭법(浮秤法), 피크노미터(pycnometer)법, 진동식 밀도계법 등의 방법을 이용할 수 있다. 점도의 측정은, 세관식 점도계법, 낙구식 점도계법, 회전식 점도계법 등의 방법을 이용할 수 있다.
또한, 본 개시에 있어서, Re수는, 관내의 평균 유속과, 관직경과, 제2 반응기에 투입되기 전의 아마이드 화합물을 포함하는 반응액의 밀도 및 점도로부터 산출된다. 또한, 아마이드 화합물을 포함하는 반응액의 밀도 및 점도는, 제2 반응기 내의 온도에서 구해진 값을 말한다.
또한, 플러그 플로우성의 유역을 갖는 반응기에 있어서는, 압출 흐름성의 지표가 되는 무차원수인 페클레수(Peclet number, Pe수)가 있다. Pe수는, 대류 속도와 확산 속도의 비를 의미하며, 압출 흐름성의 지표가 되는 무차원수이며, 공관(空管)의 경우는 하기 식으로 나타낸다.
Pe=ud/D
식 중의 D는 확산 계수[㎡/s]이며, 열전도율 λ[W/m/K]를 비열 Cp[J/kg/K]와 밀도 ρ로 나눔으로써 구해진다. 또한, u는 관내의 평균 유속[m/s], d는 관직경[m]을 나타낸다.
D는 유체 고유의 값이지만, Re수의 산출에 사용되는 유체의 밀도나 점도에 비해, 그 측정은 용이하지 않다. Pe수는, 값이 커질수록 압출 흐름성이 양호해지지만, Re수와 동일하게 평균 유속 u 및 관직경 d에 의해 조절되며, 그 값의 증감은 Re수와 동일한 경향을 나타낸다. 즉, Re수가 보다 큰 값이 되도록 유체의 평균 유속 u 및 관직경 d를 조정하면, Pe수가 보다 큰 값을 나타내는 경향이 있다. 또한, Re수가 보다 작은 값이 되도록 유체의 평균 유속 u 및 관직경 d를 조정하면, Pe수가 보다 작은 값을 나타내는 경향이 있다. 그 때문에, 본 개시의 아마이드 화합물의 제조 방법에서는, Pe수에 비교하여 보다 간편하게 측정 가능하고 실용에 입각한 Re수로 적절한 범위를 규정하기로 하였다.
유체의 흐름이 플러그 플로우성의 영역으로부터 편의(偏倚)할수록 단위 체적당 반응률은 저하된다. 플러그 플로우성을 확보하기 위해서는, 층류이며, 축방향 즉 흐름 방향의 혼합 확산의 영향을 무시할 수 있는 범위인 것이 요구된다. 이를 위해서는, Re수가 5 이상인 것이 필요하며, 보다 높은 전화율을 달성할 수 있는 관점에서 10 이상인 것이 바람직하며, 11 이상인 것이 보다 바람직하다.
Re수는, 유체의 흐름이 난류에 근접하는 것을 억제하고, 관상의 반응기 길이가 너무 길어짐으로써 설비면에서의 부담이 과대해지는 것을 억제하기 위해, 1000 이하인 것이 필요하며, 500 이하인 것이 바람직하며, 300 이하인 것이 보다 바람직하며, 보다 높은 전화율을 달성할 수 있는 관점에서 100 이하인 것이 더욱 바람직하다.
Re수의 제어는, 반응액의 유량(공급량) 즉 아마이드 화합물의 생산량이 고정되어 있는 것이면, 반응관 직경 및 관 길이를 조절함으로써 달성된다. 유량이 늘어남에 따라, 반응을 완결시키기 위해 필요한 반응 용적이 증대되지만, 셸&튜브 형식으로 하여 반응관 수를 늘림으로써, 반응관의 관길이가 과대해지지 않도록 조절할 수 있다. 반응관의 관직경(내경)은 작은 쪽이 온도 제어성은 좋지만, 필요한 반응관 수가 늘어나, 반응기가 커지는 경우가 있다. 또한, 점성이 높은 유체에 있어서는 폐색될 가능성이 있다. 그 때문에, 반응관의 관직경은, 운전 안정성 및 유지 관리성에서 5 cm 이상으로 하는 것이 바람직하며, 보다 반응기를 소형으로 할 수 있는 관점에서 10 cm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 12 cm 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 반응관의 관직경의 상한은, 유체 밀도 ρ 및 관내의 평균 유속 u와의 관계에서 Re수가 5 이상 1000 이하가 되도록 설정되면 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 다공판이나 충전물을 구비하여 플러그 플로우성을 가진 반응기의 경우, 이들 부재를 구비하지 않은 반응기에 비교하여 반응관의 관직경이 커지는 경향이 있다. 반응관의 관직경은, 다공판이나 충전물을 구비하는 반응기의 경우에는, 예를 들어 300 ㎝ 이하여도 된다. 한편, 반응관의 관직경은, 이들 부재를 구비하지 않은 반응기의 경우에는, 예를 들어 30 ㎝ 이하여도 된다.
본 개시에 있어서, 제1 반응기와 제2 반응기 이외의 반응기를 연결시켜도 된다. 예를 들어, 제1 반응기와 동일한 구성의 반응기를 제1 반응기에 연결시켜도 되고, 제2 반응기와 동일한 구성의 반응기를 제2 반응기에 연결시켜도 된다. 또한, 제1 반응기와 제2 반응기는, 연결관을 통하여 연결되지만, 이 경우에 있어서, 제1 반응기와 제2 반응기 사이에 다른 반응기가 있어도 된다.
제1 반응기, 및 제2 반응기에 있어서의 촉매 사용량에 관해서는, 반응 조건이나 촉매의 종류, 및 그 형태에 따라 변경해도 되지만, 예를 들어, 그 미생물 건조 균 체 중량 환산으로, 반응액에 대하여, 10~50000 질량ppm이어도 되고, 바람직하게는 50~30000 질량ppm이다.
또한, 아마이드화 반응은 통상은 상압 혹은 상압 부근에서 실시되지만, 수성 매체 중에 대한 나이트릴 화합물의 용해도를 높이기 위해 가압하에서 실시할 수도 있다. 또한, 반응 온도에 관해서는, 수성 매체의 빙점 이상이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상은 0~50℃의 범위에서 실시하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10~40℃의 범위이다. 또한, 생성물이 반응액 중에 정출(晶出)된 슬러리 상태에서도 반응을 실시할 수 있다. 또한, 상기 아마이드화 반응 시에 있어서의 반응액의 pH는, 나이트릴하이드라타아제 활성이 유지되어 있는 한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 pH 6~10의 범위이며, 보다 바람직하게는 pH 7~9의 범위이다.
본 개시에서는, 상기에서 기술한 공정 이외의 공정을 가져도 되고, 가지지 않아도 된다. 상기에서 기술한 공정 이외의 공정으로는, 예를 들어, 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 균체 촉매를 사용하여 제조된 아마이드 화합물을 활성탄과 접촉시킴으로써 정제를 실시하는 공정 등을 들 수 있다.
활성탄은 일반적으로는, 원료로서 석탄, 나무, 및 야자 껍질 등을 사용한 것 등이 있지만, 흡착능을 갖는 것이면 특별한 한정은 없으며, 어느 것이어도 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 처리 대상으로 하는 아마이드 화합물이 특히 불포화 결합을 갖는 것인 경우에는, 그 아마이드 화합물의 보존 안정성이나 중합하기 용이함 등을 고려하면, 활성탄으로서는 금속분 함유량이 적은 것을 사용하는 것이 바람직하며, 원료가 목질인 것, 또는 야자 껍질인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
아마이드 화합물을 정제 처리할 때에 사용하는 활성탄량은, 너무 적은 경우에는 충분한 정제 효과를 얻는 것이 곤란하고, 또한 너무 많이 사용해도 비경제적이 되는 점에서, 그 사용량으로는 아마이드 화합물 함유액에 대하여, 통상 0.01~20 질량%의 범위, 보다 바람직하게는 0.05~10 질량%의 범위이다. 또한, 활성탄으로서 특히 분말상인 것을 사용하는 경우, 그 활성탄은 아마이드 화합물 함유액 중에 그대로 직접 첨가해도 되고, 또는 일단, 활성탄을 물 등의 매체 중에 분산시켜, 슬러리상으로 한 것을 아마이드 화합물 함유액에 첨가, 혹은 공급하도록 해도 된다.
이어서, 본 개시에서는 상기 접촉 처리한 아마이드 화합물 함유액에서 활성탄을 분리하고, 그 아마이드 화합물 함유액의 정제액을 얻어도 된다. 활성탄을 분리하는 방법으로는, 일반적으로 이용되는 고액(solid-liquid) 분리 장치를 사용하는 방법이면 특별히 한정은 없고, 예를 들어 가압 여과기, 감압 여과기, 또는 원심 분리기를 들 수 있으며, 나아가서는 회분식 및 연속식 중 어느 것이어도 상관없다. 또한, 본 개시에 있어서는 상기 활성탄을 분리한 후의 아마이드 화합물 함유액을 냉각시켜, 액 중에서 목적으로 하는 아마이드 화합물을 정석시킨다는 방법을 채용함으로써, 가일층 정제된 아마이드 화합물을 얻는 것도 가능하다.
본 개시에 있어서, pH 조절제를, 아마이드 화합물 함유액의 pH를 정제 처리에 있어서의 정제 효율을 양호하게 유지하기 위한 적합한 범위로 조절하기 위해 사용해도 된다.
정제 처리에 적합한 pH가 7보다 작은 경우에는, pH 조절제로서 산을 사용할 수 있다.
pH 조절제로서 사용하는 산으로는, 무기산, 유기산 모두 사용할 수 있다. 무기산으로는, 예를 들어, 염화수소, 브롬화수소, 및 요오드화수소 등의 할로겐화수소산, 차아염소산, 아염소산, 염소산, 과염소산, 차아브롬산, 아브롬산, 브롬산, 과브롬산, 차아요오드산, 아요오드산, 요오드산, 및 과요오드산 등의 할로겐화옥소산, 황산, 질산, 인산, 및 붕산을 들 수 있다. 유기산으로는, 예를 들어, 폼산, 아세트산, 프로피온산, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 옥살산, 말론산, 퓨마르산, 말레산, 시트르산, 락트산, 및 벤조산 등의 카복실산이나 메테인설폰산, 에테인설폰산, 벤젠설폰산, 및 p-톨루엔설폰산 등의 설폰산을 들 수 있다. pH 조절제로서 사용하는 산은, 기체, 고체, 액체 어느 상태여도 사용할 수 있지만, 정제 처리조로의 공급 용이성을 고려하면, 액체 상태인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 기체 혹은 고체 상태의 산은 수용액으로서 사용하는 것이 보다 바람직하다. 정제 처리조의 pH 조절의 제어성을 고려하면, 액체 상태의 산도 수용액으로서 사용하는 것이 보다 바람직하다. 수용액으로서 사용하는 경우의 산 농도는, 특별히 제한은 없지만, 고농도의 수용액을 사용하면 pH 조절이 곤란해지므로, 바람직하게는 0.1 질량% 이상 99 질량% 이하, 보다 바람직하게는 1 질량% 이상 90 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 질량% 이상 50 질량% 이하이다.
정제 처리에 적합한 pH가 7보다 큰 경우에는, pH 조절제로서 염기를 사용할 수 있다.
pH 조절제로서 사용하는 염기로는, 무기염기, 유기염기 모두 사용할 수 있다. 무기염기로는, 예를 들어, 수산화리튬, 수산화나트륨, 및 수산화칼륨 등의 알칼리 금속의 수산화물, 수산화마그네슘, 및 수산화칼슘 등의 알칼리 토류 금속의 수산화물, 탄산리튬, 탄산나트륨, 및 탄산칼륨 등의 알칼리 금속의 탄산염, 탄산수소리튬, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨 등의 알칼리 금속의 탄산수소염, 및 암모니아를 들 수 있다. 유기염기로는, 예를 들어, 트라이메틸아민, 트라이에틸아민, 아닐린, 및 피리딘을 들 수 있다. pH 조절제로서 사용하는 염기는, 기체, 고체, 액체 어느 상태여도 사용할 수 있지만, 정제 처리조로의 공급 용이성을 고려하면, 액체 상태인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 기체 혹은 고체 상태의 염기는 수용액으로서 사용하는 것이 보다 바람직하다. 정제 처리조의 pH 조절의 제어성을 고려하면, 액체 상태의 염기도 수용액으로서 사용하는 것이 보다 바람직하다. 수용액으로서 사용하는 경우의 염기 농도는, 특별히 제한은 없지만, 고농도의 수용액을 사용하면 pH 조절이 곤란해지므로, 바람직하게는 0.1 질량% 이상 99 질량% 이하, 보다 바람직하게는 1 질량% 이상 90 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 질량% 이상 50 질량% 이하이다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 개시를 더욱 상세하게 설명하지만, 본 개시는 이하의 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예에 있어서, "%"는 특별히 단정짓지 않는 이상, "질량%"를 나타낸다.
[실시예 1]
[나이트릴하이드라타아제를 함유하는 균체의 조제]
일본국　특허공개공보 2001-340091호의 실시예 1에 기재된 방법에 따라 No.3 클론 균체를 취득하고, 마찬가지로, 동 실시예 1의 방법으로 배양하여 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 습균체를 얻었다.
[아크릴아마이드의 제조]
제1 반응기로서, 교반기를 구비한, 조(槽) 내경 1m, 직동부(直胴部) 길이 1.5m의 SUS제 재킷식 열교환기 부착 조형 반응기(용적: 1㎥), 제2 반응기로서 용적 0.4㎥의 SUS제 다관 원통형 반응기를 준비하였다. 제2 반응기의 구성은 외경 89.1 mm, 내경 80.7 mm이고 관길이 5m의 관을 15개 가진 것을 사용하였다. 제2 반응기는 종형으로 설치하여, 관부의 하부로부터 반응액을 유통하고, 동부(胴部)에는 냉각수를 유통하였다.
원료수의 공급관, pH 조절제의 공급관, 아크릴로나이트릴의 공급관 및 균체 촉매의 공급관은 각각 제1 반응기에 직접 접속되어 있다. 제1 반응기에는 반응액 공급 펌프를 구비한 반응액 공급 라인이 설치되고, 반응액 공급 라인은 제2 반응기에 접속되어 있다.
제1 반응기에는, 미리 400 kg의 물을 주입하였다. 상기 배양 방법으로 얻어진 습균체를 순수(純水)에 현탁하였다. 제1 반응기 내를 교반하면서, 이 현탁액을 11 kg/h의 속도로 연속적으로 공급하였다. 또한, 순도 99.8%의 아크릴로나이트릴을 32 kg/h의 속도로 아크릴로나이트릴의 공급관을 통하여, 제1 반응기에 연속적으로 공급하였다. 순수를 37 kg/h의 속도로 순수의 공급관을 통하여, 제1 반응기에 연속적으로 공급하였다. 반응 중 반응액의 온도는 20℃가 되도록, 제1 반응기의 재킷식 열교환기 및 제2 반응기의 동부에 5℃의 냉각수를 유통시켜 온도 제어를 실시하였다. pH 조절제로서 0.1 M-NaOH 수용액을 사용하여, 반응액의 pH가 7.5~8.5가 되도록 공급량을 조절하고, pH 조절제의 공급관을 통하여, 제1 반응기에 연속적으로 공급하였다. 반응액의 pH는 제1 반응기 출구에 있어서 유리 전극법을 이용하여 측정하였다.
반응 중 반응액의 액면이 조(tank) 바닥면으로부터 1m의 높이가 되도록, 반응액을 제1 반응기에서 80 kg/h의 속도로 연속적으로 빼내고, 빼낸 반응액을 제2 반응기에 연속적으로 공급하여, 제2 반응기 내에서 다시 반응을 진행시켰다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 이하의 HPLC 조건으로 분석을 실시한 바, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 40 질량ppm이었다. 또한, 제2 반응기 출구에서의 아크릴아마이드 농도는 53 질량%였다.
여기서, 분석 조건은 이하와 같았다.
·아크릴아마이드 분석 조건:
고속 액체 크로마토그래피 장치: LC-10A 시스템(주식회사 시마즈 제작소 제) (UV 검출기 파장 250 nm, 컬럼 온도 40℃)
분리 컬럼: SCR-101H(주식회사 시마즈 제작소 제)
용리액: 0.05%(용적 기준) - 인산 수용액
·아크릴로나이트릴 분석 조건:
고속 액체 크로마토그래피 장치: LC-10A 시스템(주식회사 시마즈 제작소 제) (UV 검출기 파장 200 nm, 컬럼 온도 40℃)
분리 컬럼: Wakosil-II 5C18HG(후지 필름 와코준야쿠 주식회사 제)
용리액: 7%(용적 기준)-아세토나이트릴, 0.1 mM-아세트산, 0.2 mM-아세트산나트륨을 각 농도로 함유하는 수용액
[실시예 2]
실시예 1의 아크릴아마이드의 제조에 있어서, 제2 반응기의 구성을 외경 89.1 mm, 내경 80.7 mm이고 관길이 5m의 관을 15개 갖는 것으로 한 대신에, 외경 114.3 mm, 내경 105.3 mm이고 관길이 5m의 관을 9개 갖는 것으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 아크릴아마이드의 제조를 실시하였다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 상기 HPLC 조건으로 분석을 실시한 바, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 15 질량ppm이었다.
[실시예 3]
실시예 1의 아크릴아마이드의 제조에 있어서, 제2 반응기의 구성을 외경 89.1 mm, 내경 80.7 mm이고 관길이 5m의 관을 15개 갖는 것으로 한 대신에, 외경 139.8 mm, 내경 130.8 mm이고 관길이 5m의 관을 6개 갖는 것으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 아크릴아마이드의 제조를 실시하였다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 상기 HPLC 조건으로 분석을 실시한 결과, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 검출 한계 이하(10 질량ppm 이하)였다.
[실시예 4]
실시예 1의 아크릴아마이드의 제조에 있어서, 제2 반응기의 구성을 외경 89.1 mm, 내경 80.7 mm이고 관길이 5m의 관을 15개 갖는 것으로 한 대신에, 외경 165.2 mm, 내경 155.2 mm이고 관길이 5m의 관을 4개 갖는 것으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 아크릴아마이드의 제조를 실시하였다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 상기 HPLC 조건으로 분석을 실시한 바, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 검출 한계 이하(10 질량ppm 이하)였다.
[실시예 5]
[나이트릴하이드라타아제를 함유하는 균체의 조제]
일본국　특허공개공보 2001-340091호의 실시예 1에 기재된 방법에 따라 No.3 클론 균체를 취득하고, 마찬가지로, 동 실시예 1의 방법으로 배양하여 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 습균체를 얻었다.
[아크릴아마이드의 제조]
제1 반응기로서, 교반기를 구비한, 조 내경 1m, 직동부 길이 1.5m의 SUS제 재킷식 열교환기 부착 조형 반응기(용적: 1㎥), 제2 반응기로서 용적 0.4㎥의 SUS제 이중관형 반응기를 준비하였다. 제2 반응기의 구성은 외경 165.2 mm, 내경 155.2 mm이고 관길이 20m의 관을 내관으로 하고, 재킷으로서 내경 267.4 mm의 외관을 갖는다. 제2 반응기는 종형으로 설치하여, 내관의 하부로부터 반응액을 유통하고, 외관부에는 냉각수를 유통하였다.
원료수의 공급관, pH 조절제의 공급관, 아크릴로나이트릴의 공급관 및 균체 촉매의 공급관은 각각 제1 반응기에 직접 접속되어 있다. 제1 반응기에는 반응액 공급 펌프를 구비한 반응액 공급 라인이 설치되고, 반응액 공급 라인은 제2 반응기에 접속되어 있다.
제1 반응기에는, 미리 400 kg의 물을 주입하였다. 상기 배양 방법으로 얻어진 습균체를 순수에 현탁하였다. 제1 반응기 내를 교반하면서, 이 현탁액을 11 kg/h의 속도로 연속적으로 공급하였다. 또한, 순도 99.8%의 아크릴로나이트릴을 32 kg/h의 속도로 아크릴로나이트릴의 공급관을 통하여, 제1 반응기에 연속적으로 공급하였다. 순수를 37 kg/h의 속도로 순수의 공급관을 통하여, 제1 반응기에 연속적으로 공급하였다. 반응 중 반응액의 온도는 20℃가 되도록, 제1 반응기의 재킷식 열교환기 및 제2 반응기의 외관부에 5℃의 냉각수를 유통하여 온도 제어를 실시하였다. pH 조절제로서 0.1 M-NaOH 수용액을 사용하여, 반응액의 pH가 7.5~8.5가 되도록 공급량을 조절하고, pH 조절제의 공급관을 통하여, 제1 반응기에 연속적으로 공급하였다. 반응액의 pH는 제1 반응기 출구에 있어서 유리 전극법을 이용하여 측정하였다.
반응 중 반응액의 액면이 조 바닥면으로부터 1m의 높이가 되도록, 반응액을 제1 반응기에서 80 kg/h의 속도로 연속적으로 빼내고, 빼낸 반응액을 제2 반응기에 연속적으로 공급하고, 제2 반응기 내에서 다시 반응을 진행시켰다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 상기 HPLC 조건으로 분석을 실시한 결과, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 검출 한계 이하(10 질량ppm 이하)였다. 또한, 제2 반응기 출구에서의 아크릴아마이드 농도는 53 질량%였다.
[실시예 6]
실시예 5의 아크릴아마이드의 제조에 있어서, 제2 반응기의 구성을 외경 165.2 mm, 내경 155.2 mm이고 관길이 20m의 관을 내관으로 하고, 재킷으로서 내경 267.4 mm의 외관을 갖는 대신에, 외경 139.8 mm, 내경 130.8 mm이고 관길이 28m의 관을 내관으로 하고, 재킷으로서 내경 267.4 mm의 외관을 갖는 것으로 한 것 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 아크릴아마이드의 제조를 실시하였다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 상기 HPLC 조건으로 분석을 실시한 바, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 검출 한계 이하(10 질량ppm 이하)였다.
[실시예 7]
실시예 5의 아크릴아마이드의 제조에 있어서, 제2 반응기의 구성을 외경 165.2 mm, 내경 155.2 mm이고 관길이 20m의 관을 내관으로 하고, 재킷으로서 내경 267.4 mm의 외관을 갖는 대신에, 외경 89.1 mm, 내경 80.7 mm이고 관길이 25m의 관을 내관으로 하고, 재킷으로서 내경 155.2 mm의 외관을 갖는 이중관형 반응기를 3기 직렬로 연결한 것 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 아크릴아마이드의 제조를 실시하였다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 상기 HPLC 조건으로 분석을 실시한 바, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 30 질량ppm이었다.
[비교예1]
실시예 1의 아크릴아마이드의 제조에 있어서, 제2 반응기의 구성을 외경 89.1 mm, 내경 80.7 mm이고 관길이 5m의 관을 15개 갖는 것으로 한 대신에, 외경 27.2 mm, 내경 21.6 mm이고 관길이 5m의 관을 209개 갖는 것으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 아크릴아마이드의 제조를 실시하였다. 제1 반응기에서의 체류 시간은 10시간, 제2 반응기에서의 체류 시간은 5시간으로 하였다.
반응 개시부터 200시간 후에 상기 HPLC 조건으로 분석을 실시한 바, 제1 반응기 출구에서의 아크릴아마이드로의 전화율이 90%, 또한 제2 반응기 출구에서의 아크릴로나이트릴 농도가 120 질량ppm이었다.
실시예 1~7, 및 비교예 1의 결과를 표 1에 나타낸다.
관직경
(m)		 관길이
(m)		 관수
(개)		 유량
(kg/h)		 체류시간
(h)		 Re수 아크릴로나이트릴 농도
(질량ppm)
실시예 1 0.0807 5 15 80 5 7.8 40
실시예 2 0.1053 5 9 80 5 10.2 15
실시예 3 0.1308 5 6 80 5 12.7 ＜10
실시예 4 0.1552 5 4 80 5 15.0 ＜10
실시예 5 0.1552 20 1 80 5 60.8 ＜10
실시예 6 0.1308 28 1 80 5 72.1 ＜10
실시예 7 0.0807 25×3 1 80 5 117 30
비교예 1 0.0216 5 209 80 5 2.1 120
이상에서 기술한 결과로부터, 플러그 플로우성의 영역을 갖는 제2 반응기에 있어서 Re수를 소정의 범위로 제어함으로써, 반응액에 잔류하는 아크릴로나이트릴을 줄일 수 있는 것을 알 수 있었다.
2018년 3월 28일에 출원된 일본국 특허출원 2018-62126호의 개시는, 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원, 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허출원, 및 기술 규격이 참조에 의해 원용되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 원용된다.

Claims (4)

  1. 나이트릴하이드라타아제를 함유하는 미생물 균체 또는 그 균체 처리물을, 제1 반응기에 있어서 수성 매체 중에서 나이트릴 화합물과 접촉시켜 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을 얻는 공정과,
    상기 공정에 있어서 얻어진 상기 아마이드 화합물을 포함하는 반응액을, 플러그 플로우성의 영역을 갖는 제2 반응기에 있어서 반응시키는 공정을 가지며,
    상기 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수가 5 이상 1000 이하가 되도록 제어하는, 아마이드 화합물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수가 10 이상인, 아마이드 화합물의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 반응기에 있어서의 레이놀즈수가 100 이하인, 아마이드 화합물의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반응기가 관형 반응기이며, 상기 관형 반응기의 관직경이 10 cm 이상인, 아마이드 화합물의 제조 방법.
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Family Cites Families (9)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000007710A (ja) * 1998-06-25 2000-01-11 Mitsui Chemicals Inc ポリマーの製造方法
TWI296652B (en) * 2000-03-29 2008-05-11 Mitsui Chemicals Inc Production process of amide compound
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WO2007043466A1 (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Mitsui Chemicals, Inc. アミド化合物の製造方法
JP5365913B2 (ja) * 2009-04-02 2013-12-11 株式会社カネカ リビングカチオン重合体の連続製造方法
WO2010117029A1 (ja) * 2009-04-08 2010-10-14 旭硝子株式会社 ペルフルオロ有機過酸化物の製造方法
JP2013162746A (ja) * 2010-05-24 2013-08-22 Mitsui Chemicals Inc アミド化合物の製造方法
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