MXPA06006233A

MXPA06006233A - Proceso para producir polime

Info

Publication number: MXPA06006233A
Authority: MX
Inventors: Stuart Greenhalgh; Jonathan Hughes; Kenneth Charles Symes; Yvonne Armitage; Gary Richardson
Original assignee: Ciba Spec Chem Water Treat Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-07-31
Also published as: CN1886429A; KR101175118B1; EP1689790B1; JP2012050445A; EP2796475A1; BRPI0417245B1; ZA200603782B; AU2004295407A1; BRPI0417245A; ES2517816T3; US20070184536A1; US8067215B2; KR20060127398A; CA2547550C; CN1886429B; MX281093B; JP4966666B2; GB0327901D0; AU2004295407B2; CA2547550A1

Abstract

Un proceso para preparar un polímero de un monómero etilénicamente insaturado, en el cual el monómero se puede obtener de una reacción biocatalizada o un proceso de fermentación, en donde el monómero contiene material celular y/o componentes de un caldo de fermentación, formando el polímero al polimerizar el monómero etilénicamente insaturado o una mezcla de monómeros que comprende el mónomero etilénicamente insaturado, en donde sustancialmente no hay remoción del material celular y/o componentes del caldo de fermentación del monómero etilénicamente insatura

Description

PROCESO PARA PRODUCIR POLÍMEROS Campo de la Invención La presente invención se refiere a un proceso para elaborar polímeros de monómeros etilénicamente insaturados.

En particular, la invención se refiere a procesos en los cuales se elaboran los monómeros etilénicamente insaturados usando un biocatalizador .

Antecedentes de la Invención Es bien conocido emplear biocatalizadores tal como microorganismos que contienen enzimas, para llevar a cabo reacciones químicas, o para usar enzimas que están libres de microorganismos . Se conoce que se pueden preparar varios monómeros etilénicamente insaturados al convertir un material de inicio de substrato en el monómero deseado por el uso de un biocatalizador. Se conoce que las enzimas de nitrilo-hidratasa catalizan la hidratación de nitrilos directamente a las amidas correspondientes. Típicamente, se pueden sintetizar las enzimas de nitrilo-hidratasa por una variedad de microorganismos, por ejemplo, microorganismos de los géneros Bacillus, Bacteridium, Micrococcus, Brevibacterium Corynebacterium, Pseudomonas, Acinetobacter, Xanthobacter, Streptomyces, Rhizobium, Klebsiella, Enterobacter, Erwinia, Aeromonas, Citrobacter, Achromobacter, Agrobacterium, Pseudonocardia, Rhodococcus y Comamonas . Mucho se ha descrito que se relaciona a la síntesis de nitrilo-hidratasa dentro de microorganismos. Arnaud et al., Agrie. Biol . Chem. 41: (11) 2183-2191 (1997) describen las características de una enzima que se refieren como "a'cetonitrilasa" de Brevibacterium sp R312 que degrada acetonitrilo a acetato vía el compuesto intermedio de amida. Asano et al., Agrie. Biol. Chem. 48: (5) 1183-1189 (1982) aislaron Pseudomonas chlororaphis B23 que producen nitrilo-hidratasa para catalizar la conversión de acrilonitrilo a acrilamida, generando 400 g/L de acrilamida. Se ha encontrado que varias cepas de la especie Rhodococcus rhodochrous producen de forma muy efectiva la enzima de nitrilo-hidratasa. La EP-0,307,926 describe el cultivo de Rhodococcus rhodochrous, específicamente la cepa Jl en un medio de cultivo que contiene iones de cobalto. La nitrilo-hidratasa se puede usar para hidratar nitrilos en amidas, y en particular la conversión de 3-cianopiridina a nicotinamida. En una modalidad, se produce una amida en un medio de cultivo de microorganismo en el cual está presente un nitrilo de substrato. En otra modalidad, se adiciona un nitrilo de substrato al medio de cultivo en el cual se ha acumulado nitrilo-hidratasa para llevar a cabo la reacción de hidratación. También está la descripción del aislamiento de las células de microorganismos y el soporte en un portador adecuado, por ejemplo, por inmovilización, y luego la puesta en contacto con el substrato. También se usa Rhodococcus rhodochrous Jl para elaborar comerciaimente monómero de acrilamida a partir de acrilonitrilo y este proceso se ha descrito por Nagasawa y Yamada Puré Appl . Chem. 61 : 1241-1256 (1995). La EP-A-0362829 describe un método para cultivar bacterias de la especie Rhodococcus rhodochrous que comprende al menos uno de ion cobalto y urea para preparar las células de Rhodococcus rhodochrous que tienen actividad de nitrilo-hidratasa. Específicamente se describe Rhodococcus rhodochrous Jl . Leonova et al., Appl. Biochem. Biotechnol . 88: 231-241 (2000) titulada "Nitrile Hydratase of Rhodococcus", describen el crecimiento y síntesis de nitrilo-hidratasa en Rhodococcus rhodochrous M8. La síntesis de NH de esta cepa se induce por urea en el medio, que también se usa como una fuente de nitrógeno para el crecimiento por este organismo. También se requiere cobalto para alta actividad de nitrilo-hidratasa. Este artículo de la literatura contempla la inducción y efectos metabólicos en general . Leonova et al., ppl. Biochem. Biotechnol. 88: 231-241 (2000) también señalan que se produce acrilamida de forma comercial en Rusia usando Rhodococcus rhodochrous M8. La Patente Rusa 1731814 describe la cepa M8 de Rhodococcus rhodochrous . Se describe en la TJS-A-5827699 la cepa M33 de Rhodococcus rhodochrous que produce nitrilo-hidratasa sin la necesidad de un inductor tal como urea. Esta cepa de microorganismo es un derivado de Rhodococcus rhodochrous M8. La producción de monómero de acrilamida en particular es deseable vía la ruta biocatalítica. En la revisión de la publicación por Yamada y Kobayashi Biosci . Biotech. Biochem. 60: (9) 1391-1400 (1996) titulada "Nitrile Hydratase and its Application to Industrial Production of Acrylamide" se describe una explicación detallada del desarrollo de una ruta biocatalítica a acrilamida. Tres catalizadores sucesivamente mejores y sus características para la producción de acrilamida y en particular el catalizador de tercera generación Rhodococcus rhodochrous Jl se describen en algún detalle. También se conoce el producir directamente acrilato de amonio a partir de acrilonitrilo por la acción de una enzima de nitrilasa. La O-A-9721827 describe la producción de una solución concentrada de (met) acrilato de amonio que está sustancialmente libre de (met) acrilonitrilo por la hidrólisis enzimática de (met) acrilonitrilo en la presencia de agua usando una enzima de nitralasa que tiene una Km para (met) acrilonitrilo de menos de 500 micromoles y una Ki para (met) acrilato de amonio por arriba de 100,000 micromoles. La enzima se puede obtener a partir de Rhodococcus rhodochrous . Nagasawa et al . , Appl . Microbiol . Biotechnol . 34 : 322-324 (1990) también describen el uso de la nitrilasa de Rhodococcus rhodochrous Jl para la síntesis de ácido acrílico y metacrílico. Contemplaron los efectos de la temperatura, concentración de acrilonitrilo y condiciones de pH en la reacción. Se ha usado nitrilasa para catalizar la hidrólisis selectiva de dinitrilos como se describe por Bengis-Garber and Gutman in Appl. Microbiol. Biotechnol. 32: 11-16 (1989).

Su organismo Rhodococcus rhodochrous NCIMB 11216 se usó para convertir selectivamente en particular fumaronitrilo a ácido 3-cianoacrílico. Frecuentemente se ha descrito el uso de una combinación de nitrilo-hidratasa y amidasa para la formación de ácido carboxílico a partir del nitrilo correspondiente. por ejemplo, la US-A-2003/0148480 describe el uso de la nitrilo-hidratasa y amidasa de Comamonas testosterona 5-MG7?M-4D para la formación de ácido acrílico y metacrílico con altos rendimientos y específica que se obtiene. Es práctica normal remover las células biocatalícas del medio de crecimiento antes de usar la biomasa para producir los monómeros a fin de evitar al contaminación del monómero por impurezas que pueden afectar de forma adversa la polimerización exitosa del monómero . En general se acepta que aún pequeñas cantidades de impurezas pueden afectar la polimerización de monómeros o prevenir que tome lugar por completo la polimerización. Por ejemplo, se usan sistemas de iniciación usadas para la polimerización en cantidades minúsculas y por lo tanto requerirá sólo pequeñas cantidades de impurezas para inactivarlos, deteniendo o deteniendo en corto la polimerización. Estas impurezas pueden dar por resultado ramificación, reticulación, terminación de cadena u otros efectos en el polímero. Aunque se conoce introducir a propósito pequeñas cantidades de sustancias específicas para inducir transferencia de cadena, ramificación o reticulación durante la polimerización, estas sustancias introducen de una manera controlada en un monómero de otro modo sustancialmente puro a fin de dar lugar a una estructura molecular particular. Los desarrollos recientes en las técnicas de polimerización han hecho posible iniciar a partir de monómeros esencialmente puros e introducir cantidad trasa de aditivos químicos para formar polímeros que exhiban pesos moleculares extremadamente altos o polímeros que tengan una estructura molecular particular. En consecuencia, es posible proporcionar polímeros que exhiban propiedades que sean particularmente adecuadas para aplicaciones específicas, por ejemplo, desaguado de sólidos suspendidos para proporcionar sólidos en torta mejorada o en el campo de elaboración de papel, la combinación mejorada de retención, drenaje y formación. Se conoce polimerizar monómeros etilénicamente insaturados en la presencia de un biocatalizador. Por ejemplo, se conoce de la WO-A-92/05205 que se pueden preparar poliacrilamidas con niveles reducidos de archilamida libre al introducir la enzima de amidasa en la mezcla de monómero antes de la polimerización. En este proceso, las células microbianas que contiene amidasa se separan del caldo de fermentación. El biocatalizador de amidasa no se incluye en el paso biocatalítico que forma el monómero sino se adiciona en un paso separado . Se usó una suspensión de amidasa en cantidades relativamente pequeñas tal que se removerán niveles residuales de acrilamida en el polímero formado. El proceso de polimerización empleó niveles relativamente altos de iniciador y se formaron polímeros de bajo peso molecular que se usaron para esta estabilización de suelos. La O-A-97/06248 describe un proceso para la producción de amidasa o nitrilasa de alta estabilidad usando un cultivo continuo bajo limitación de carbono usando una fuente de carbono, que incluye, respectivamente, ya sea una amida o nitrilo. La amidasa elaborada por este proceso es efectiva para convertir (met) acrilamida a (met) acrilato de amonio, y se puede adicionar por ejemplo durante o después de la polimerización de acrilamida. Por lo tanto, la amidasa está combinándose con monómeros de (met) acrilamida a fin de formar monómero de acrilato de amonio, o la amidasa se combina con poli (met) acrilamida a fin de convertir (met) acrilamida libre residual en los polímeros a (met) acrilato de amonio. También se describe la combinación de la enzima de amidasa y/o microorganismo en una mezcla polimerizable que contiene acrilamida y entonces polimerizarla para formar el polímero y en donde se reduce el contenido de (met) acrilamida residual. En este proceso, el catalizador de amidasa no forma el monómero que se va a polimerizar sino que se adiciona en un paso separado. Por su naturaleza, las impurezas tienden a ser variables y a dar efectos inesperados y usualmente indeseados en el polímero. Aún pequeñas cantidades de estas impurezas pueden afectar de forma adversa la estructura molecular del polímero y en estas circunstancias volverán al producto de polímero inadecuado para la aplicación propuesta. Por lo tanto es práctica normal evitar la presencia de contaminantes en monómeros que se van a polimerizar a fin de prevenir cambios a la estructura molecular propuestas y a las propiedades del polímero. Esto es válido si el monómero se ha elaborado usando un catalizador sintético o un biocatalizador. Sin embargo, la elaboración biológica de monómeros presenta un riesgo incrementado de contaminación a partir del material celular y del caldo de fermentación. Los contaminantes que normalmente se deben evitar incluyen azucares, aminoácidos, sales metálicas, y polisacáridos, proteínas y otros productos orgánicos presentes, ya sea del medio usado para generar la biomasa o como medio gastado, o como un metabolito de las células en crecimiento o la presencia de material celular mismo o productos de degradación que surgen de la lisis y fragmentación celular. La O-A-02/088372 describe un método y dispositivo para producir una solución acuosa de acrilamida usando un biocatalizador. El proceso comprende un método de separación para remover el biocatalizador del producto de acrilamida. Este método comprende el uso de una centrifuga y opcionalmente en combinación con floculación para remover el biocatalizador. El biocatalizador se lava con agua para remover el monómero residual y el agua entonces se usa en la siguiente reacción de bioconversión. Maestracci et al., Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 36: 69-115 (1988) describen el uso de Brevibacterium sp R312 para convertir a-aminonitrilos a sus correspondientes aminoácidos . Los productos se separaron por técnicas bien conocidas incluyendo remoción de las células por centrifugación seguido por cristalización. Nagasawa et al., Appl . Microbiol. Biotechnol. 34: 322-324 (1990) se refieren a la producción de ácido acrílico y ácido metacrílico usando nitrilasa de Rhodococcus rhodochrous Jl . La reacción usó células enteras de Jl en una solución de amortiguador a la cual se introdujo acrilonitrilo. Este artículo indica que 39% de ácido acrílico se logró. La mezcla de reacción se centrifugó para remover las células y el ácido acrílico y el ácido metacrílico se aislaron de la mezcla de reacción usando éter dietílico. La remoción del biocatalizador, que está en la forma de células microbianas, ya sea células enteras o parte del material celular; esto puede estar en la forma de células rotas y sus contenidos y medios de suspensión, enzimas parcialmente purificadas o enzimas purificadas; y materiales de fermentación asociados, sin embargo, el monómero requiere el procesamiento adicional que puede ser costoso y consumidor de tiempo. En consecuencia, será deseable proporcionar de una manera más efectiva en el costo productos de polímero que exhiban características específicamente diseñadas usando el monómero biológicamente producido .

Descripción de la Invención De acuerdo a la presente invención se proporciona un proceso para preparar un polímero de un monómero etilénicamente insaturado, en el cual el monómero se puede obtener a partir de un proceso biocatalítico o de fermentación, y en donde el monómero contiene material celular y/o componentes de un caldo de fermentación, formar el polímero al polimerizar el monómero etilénicamente insaturado o mezclas de monómero que comprende el monómero etilénicamente insaturado, en donde sustancialmente no hay remoción del material celular y/o de los componentes del caldo de fermentación del monómero etilénicamente insaturado. De manera deseable, el monómero etilénicamente insaturado se puede preparar al convertir biocatalíticamente un substrato adecuado que es capaz de ser convertido en el monómero etilénicamente insaturado. Típicamente, el substrato se pone en contacto con un biocatalizador y se convierte de este modo el substrato en el monómero etilénicamente insaturado que contiene el material celular y opcionalmente componentes de una fermentación. De manera alternativa, el monómero etilénicamente insaturado se puede producir como un producto del proceso de fermentación. El biocatalizador comprende de forma deseable un microorganismo y el proceso se puede llevar a cabo ya sea fuera o dentro de la célula del microorganismo. En los casos donde el proceso se lleva a cabo dentro de la célula, este proceso puede estar en la forma de una enzima intracelular individual que lleva a cabo el paso biocatalítico, o el proceso puede formar parte de una ruta metabólica del microorganismo y de esta manera puede comprender varios pasos biocatalíticos para generar el monómero etilénicamente insaturado. Se encontró que es posible elaborar polímeros que tienen propiedades y características específicamente diseñadas sin la necesidad de remover ya sea el biocatalizador o el caldo de fermentación. Por biocatalizador se quiere decir células microbianas enteras que contienen la actividad biocatalítica. Células microbianas parciales; material de células microbianas tal como células fragmentadas en un medio de suspensión y sus contenidos; enzimas parcialmente purificadas y enzimas purificadas; células microbianas enteras o células microbianas parciales o enzimas en un medio de fermentación; o en otro medio de suspensión adecuado tal como agua o medio de suspensión fisiológicamente compatible. Más adelante en la presente, el término biocatalizador se refiere a células microbianas y el material celular como se describe en la presente y a cualquier otra forma de biocatalizador que se conozca que constituye una enzima y cualquier material celular asociado presente con la enzima que puede ser requerido o no para permitir la actividad catalítica. Adicionalmente, el proceso permite que se elaboren monómeros etilénicamente insaturados usando un biocatalizador, que da por resultado de forma deseable alta conversión del compuesto de substrato para formar monómero en alto rendimiento que exhibe muy bajas concentraciones del compuesto de substrato o sub-productos . En general se esperará que la presencia de ya sea el biocatalizador o del caldo de fermentación tendrán un efecto perjudicial en la polimerización y en el producto final de polímero que se forma. Sin embargo, contrario a estas expectaciones la polimerización del monómero en la presencia del biocatalizador o el caldo de fermentación da por resultado polímeros deseados sin ningún daño . Por lo tanto, de acuerdo a la presente invención, será posible evitar la remoción de ya sea el biocatalizador o el caldo de fermentación. Por lo tanto, será posible evitar la separación del biocatalizador del caldo de fermentación tal que el monómero se polimerice en la presencia tanto del biocatalizador como del caldo de fermentación. De manera alternativa, el biocatalizador se puede remover de la mezcla, por ejemplo por un filtro en línea o por centrifugación o por floculación, tal que el monómero se polimerice en la presencia del caldo de fermentación pero sustancialmente en la ausencia del i biocatalizador. También puede ser posible remover solamente el caldo de fermentación antes de que el biocatalizador se use para formar el polímero, tal que el monómero se polimerice en la presencia del biocatalizador. Sin embargo, se prefiere que ni el biocatalizador ni el caldo de fermentación se remuevan del monómero antes de la polimerización. En consecuencia, el proceso entonces evitará el paso de procesamiento que se requerirá para remover el biocatalizador del caldo de fermentación antes de la elaboración del monómero de una calidad adecuada y en realidad del- uso del monómero en la elaboración de polímeros de grado comercial. Adicionalmente, el proceso evita de manera preferente el paso de remover el biocatalizador del monómero antes de la polimerización. Además, el monómero se puede producir por ejemplo como un producto de una fermentación y el monómero producido de esta manera no tiene que ser aislado del caldo de fermentación antes de la polimerización. En consecuencia, el proceso de la presente invención puede evitar la necesidad de equipo costoso de separación para la remoción del biocatalizador: ya sea las células fracturas o enteras microbianas como se describe anteriormente, que se pueden usar para remover el catalizador y un caldo de fermentación o la remoción del catalizador después de que se ha elaborado el producto del monómero. Adicionalmente, no habrá necesidad de purificar el monómero antes de la polimerización. El biocatalizador debe ser capaz de convertir un substrato en el monómero deseable. En general, será un microorganismo que sea capaz de generar enzimas adecuadas para la conversión de interés . También se prefiere que sean microorganismos que incluyan aquellos que proporcionen enzimas que son útiles en la catalización de la producción de ácido itacónico, ácido maléico y ácido (met) acrílico o sales y derivados de los mismos como parte de, o en parte de, sus rutas metabólicas. Por ejemplo, éstos pueden ser un microorganismo seleccionado de un número amplio de géneros microbianos. Éstos pueden incluir sin restricción microorganismos seleccionados del genero Bacillus, Bacteridium Micrococcus, Brevibacterium, Corynebacterium, Pseudomonas, Acinetobacter, Xanthobacter, Streptomyces, Rhizobium, Klebsiella, Enterobacter, Erwinia, Aeromonas, Citrobacter, Achromobacter, Agrobacterium, Pseudonocardia, Rhodococcus, Comamonas, Saccharomyces, Dietzia, Clostridium, Lactobacillus, Escherichia, Agrobacterium, Mycobacterium, Methylophilus, Propionibacterium, Actinobacillus, Megasphaera, Aspergillus, Candida y Fusarium. Adicionalmente, también se pueden usar aquellos microorganismos que producen monómeros al catalizar los compuestos de substrato, ácido láctico, ácido 3-hidroxipropiónico, y glicerol, que entonces se hacen reaccionar en proceso adicionales para dar monómero etilénicamente insaturado. Otros microorganismos preferidos incluyen aquellos que son capaces de producir enzimas que convierten nitrilos en las amidas correspondientes o ácidos carboxílicos correspondientes. También se prefieren aquellos microorganismos que pueden producir nitrilasa adecuada para convertir (met) acrilonitrilo a (met) acrilato, por ejemplo aquellos del genero Rhodococcus. Los microorganismos particularmente preferidos son aquellos que pueden producir nitrilo-hidratasa adecuada para convertir (met) acrilonitrilo a (met) acrilamida, por ejemplo aquellos del genero Rhodococcus, especialmente de la especie Rhodococcus rhodochrous. Un biocatalizador particularmente adecuado es la nueva cepa NCIMB 41164 de Rhodococcus rhodochrous que se describe y reivindica en la solicitud de Patente del Reino Unido co-presentada 0327907.2, presentada el 2 de diciembre de 2003 que se le ha asignado el número de referencia de caso BT/3-22351/P2.

Cepa Rhodococcus rhodochrous de NCIMB 41164. 1. Origen y depósito La cepa se aisló por nosotros a partir de suelo en Bradford, Inglaterra y se depositó el 5 de marzo de 2003 en el National Collection of Industrial and Marine Bacteria (NCIMB) donde se le asignó el número de acceso NCIMB 41164 bajo el Tratado de Budapest. 2. Características morfológicas y culturales (1) Crecimiento polimórfico (2) Motilidad: inmóvil (3) No formador de esporas (4) Gram-positivo (5) Aeróbico (6) Cultivado en agar nutriente da colonias redondas rosa salmón en el espacio de 48 horas a 30°C. El biocatalizador comprende material celular en la forma de células enteras o células fracturadas o parte de las mismas que incluyen preparaciones semi-purificadas y purificadas de enzimas y comprende opcionalmente caldo de fermentación. El material celular puede incluir cualquiera de los constituyentes de una célula microbiana, por ejemplo incluir material de pared celular, material de ácidos nucleicos celulares (por ejemplo ADN o ARN) , citoplasma o proteínas. En general, la cantidad del material celular presente en el monómero será al menos 0.001% en peso y usualmente al menos 0.005% en peso. El caldo de fermentación puede incluir cualquiera de los ingredientes típicos usados para cultivar el microorganismo y también puede incluir productos y subproductos producidos por el microorganismo. Los componentes típicos del caldo de fermentación incluyen azucares, polisacáridos, proteínas, péptidos, aminoácidos, fuentes de nitrógeno, sales inorgánicas, vitaminas, reguladores de crecimiento e inductores de enzimas . Específicamente, esto puede incluir monosacáridos o disacáridos como azucares; sales de amonio u otras fuentes de nitrógeno; sales inorgánicas tal como fosfatos, sulfatos, sales de magnesio, calcio, sodio y potasio; compuestos metálicos; vitaminas; y componentes de medio de fermentación complejos, por ejemplo licor de infusión de maíz; peptona; extracto de levadura; compuestos orgánicos o inorgánicos que se pueden usar para requerimientos específicos de crecimiento microbiano; inductores específicos de enzimas; y ácidos orgánicos tal como citrato o piruvato; y cualquier otro compuesto orgánico o inorgánico que se pueda requerir para asegurar crecimiento exitoso del microorganismo específico. El monómero etilénicamente insaturado puede ser cualquier sustancia tal que se pueda preparar de forma biológica a partir de un material de inicio o sustancia específica, que se llame un substrato. De manera deseable, el monómero incluye amidas etilénicamente insaturadas, amidas N-sustituidas, ácidos carboxílicos, aminas incluyendo aminas libres, aminas primarias, secundarias, terciarias y compuestos de amonio cuaternario. De manera preferente, el compuesto es acrílico. También, de manera preferente, el monómero etilénicamente insaturado es soluble en agua. Por soluble en agua se quiere decir que el monómero tiene una solubilidad de al menos 5 g por 100 mi a 25°C. De manera más preferente, el monómero etilénicamente insaturado es acrilamida o metacrilamida. Otros monómeros preferidos incluyen ácido itacónico (o sales del mismo) , ácido maléico (o sales del mismo) y ácido (met) acrílico (o sales y derivados del mismo) . El monómero etilénicamente insaturado se puede usar en el proceso sólo para formar el homopolímero o se puede mezclar con otros monómeros etilénicamente insaturados para formar una mezcla de monómeros que se polimerizan para formar un copolímero del monómero etilénicamente insaturado. Se puede usar cualquier comonómero adecuado para este propósito. Especialmente, donde es soluble en agua el monómero etilénicamente insaturado. El co-monómero debe ser de manera deseable soluble en agua o potencialmente soluble en agua, tal como anhídridos . Los co-monómeros típicos incluyen (met) acrilamida, ácido (met) acrílico (o sales), ácido itacónico (o sales) ácido maléico (o sales) , anhídrido maléico, ácido vinilsulfónico (o sales) , ácido alil- sulfónico (o sales) , ácido 2-acrilamido-2-metil-propano (o sales), (met) acrilato de dimetil-amino-etilo (o sales de amonio cuaternario), dimetil-amino-propil- (met) acrilamida (o sales de amonio cuaternario) , N-vinil-pirrolidona, N-vinil-formamida, acetato de vinilo, acrilonitrilo, esteres (met) acrílicos de alcoholes C?_30. Las sales de los monómeros ácidos señalados anteriormente pueden ser de cualquier catión adecuado pero de manera preferente sales de amonio o metales alcalinos. El proceso de la presente invención es particularmente adecuado para preparar monómeros hinchables con agua o solubles en agua, de alto peso molecular. Los polímeros pueden ser por ejemplo lineales, ramificados o reticulados. De manera preferente, los polímeros son de alto peso molecular y sustancialmente solubles en agua que exhiben una viscosidad intrínseca (IV) de al menos 3 dl/g (medido usando un viscosímetro de nivel suspendido en cloruro de sodio 1 M a 25°C) . Usualmente, los polímeros tendrán viscosidades intrínsecas de al menos 4 dl/g y en general significativamente mayores, por ejemplo al menos 7 u 8 dl/g. En muchos casos, los polímeros tendrán IV de al menos 10 a 12 dl/g y puede ser tan alto como 20 o 30 dl/g. El polímero soluble en agua o hinchable en agua preparado de acuerdo al proceso de la presente invención puede ser catiónico, aniónico, no iónico o amfotérico. Puede ser sustancialmente lineal o alternativamente ramificado o reticulado. Se preparan polímeros reticulados o ramificados al incorporar un agente de ramificación o reticulación en la mezcla de monómeros. El agente de reticulación o ramificación puede ser por ejemplo un material di- o multi-funcional que reaccione con los grupos funcionales colgantes en la cadena de polímero, por ejemplo iones de metales multivalentes o compuestos de amina que pueden reaccionar co grupos carboxílicos colgantes. De manera preferente, sin embargo, el agente de reticulación o ramificación será un compuesto polietilénicamente insaturado, que se llega a polimerizar en dos o más cadenas de polímero. Típicamente, estos agentes de reticulación incluyen metilen-bis-acrilamida, cloruro de tetra-alil-amonio, trialil-amina y di-acrilato de polietilenglicol. Los polímeros pueden estar altamente reticulados y por lo tanto son insolubles en agua pero hinchables con agua. De manera alternativa, el polímero puede ser soluble en agua y ya sea sustancialmente lineal o ligeramente ramificado, por ejemplo, preparado usando menos de 10 ppm de monómero de reticulación/ramificación . Los polímeros particularmente preferidos elaborados por el proceso de la invención incluyen homopolímeros o copolímeros de acrilamida o metacrilamida. De manera deseable, los copolímeros incluyen cualquiera de los co-monómeros señalados anteriormente, pero de manera preferente es un copolímero de acrilamida con acrilato de sodio o un copolímero de acrilamida con amonio cuaternario y sales acidas de (met) acrilato de dimetilaminoetilo . Los homo- o co-polímeros de acrilamida especialmente preferidos son de alto peso molecular y exhiben alta viscosidad intrínseca como se define anteriormente . El polímero se forma en general al someter el monómero etilénicamente insaturado o mezclas de monómeros que comprenden monómero etilénicamente insaturado a condiciones de polimerización. Esto se puede lograr al calentar o por irradiación, por ejemplo usando luz ultravioleta. De manera preferente, se introducen iniciadores de polimerización en un monómero o mezclas de monómeros para iniciar la polimerización. De manera deseable, esto se puede lograr por el uso de iniciadores de reducción-oxidación y/o iniciadores térmicos. Típicamente, los iniciadores de reducción-oxidación incluyen un agente reductor tal como sulfito de sodio, dióxido de azufre y un compuesto oxidante tal como persulfato de amonio o un compuesto de peroxi adecuado, tal como hidroperóxido de ter-butilo, etc. La iniciación de reducción-oxidación puede emplear hasta 10,000 ppm (en base al peso del monómero) de cada componente del par de reducción- oxidación. De manera preferente, aunque cada componente del acople de reducción-oxidación es frecuentemente menor de 1000 ppm, típicamente en el intervalo de 1 a 100 ppm, normalmente en el intervalo de 4 a 50 ppm. La relación de agente reductor a agente oxidante puede ser de 10:1 a 1:10, de manera preferente en el intervalo de 5:1 a 1:5, de manera más preferente 2:1 a 1:2, por ejemplo aproximadamente 1:1. La polimerización también se puede efectuar al emplear un iniciador térmico solo o en combinación con otros sistemas iniciadores, por ejemplo iniciadores de reducción-oxidación. Los iniciadores térmicos incluirán cualquier compuesto iniciador adecuado que libere radicales a una temperatura elevada, por ejemplo, compuestos azo tal como azobisisobutironitrilo (AZDN) , ácido 4,4' -azobis (4-cianovalérico) (ACVA) . Típicamente, se usan iniciadores térmicos en una cantidad de hasta 10,000 ppm, en base al peso de monómero. En muchos casos, sin embargo, se usan iniciadores térmicos en el intervalo de 100 a 5,000 ppm y de manera preferente de 200 a 2,000 ppm, y usualmente alrededor de 1,000 ppm. Típicamente, una solución acuosa de monómero soluble en agua se puede polimerizar por polimerización en solución para proporcionar un gel acuoso o por polimerización de fase invertida en la cual se suspende una solución acuosa de monómero en un líquido inmiscible en agua y se polimeriza para formar cuentas poliméricas o de manera alternativa al emulsionar monómero acuoso en un líquido orgánico y luego al efectuar la polimerización. Los ejemplos de polimerización de fase invertida se dan en EP-A-150933, E-A-102760 o EP-A-126528. En un aspecto adicional de la invención, el monómero etilénicamente insaturado se puede producir por el biocatalizador, opcionalmente mezclado con otros monómeros, y entonces se polimeriza in situ para formar el polímero. En consecuencia, el monómero etilénicamente insaturado se' puede producir y entonces se polimeriza en el mismo recipiente. De esta manera, el monómero etilénicamente insaturado se produce del substrato en un recipiente, opcionalmente se introducen otros monómeros en el recipiente para formar una mezcla de monómeros . La mezcla de monómeros o el monómero etilénicamente insaturado entonces se somete a las condiciones de polimerización, opcionalmente al introducir iniciadores en el recipiente, y formando de este modo el polímero dentro del recipiente.

Adicionalmente, el proceso se puede adaptar de manera conveniente al producir el biocatalizador en el mismo recipiente, introduciendo el substrato del recipiente que entonces se convierte en el monómero etilénicamente insaturado y entonces se polimeriza en el mismo recipiente para formar el polímero como se define anteriormente . De esta manera, el proceso de la presente invención proporciona la ventaja de evitar la necesidad de remover las células, material celular o material proteinaceo del calco catalítico o para remover impurezas o material celular del monómero. Adicionalmente, el producto elaborado por este proceso es una nueva composición. Los siguientes ejemplos ilustran la invención.

Ejemplo 1 (1) Se cultivan Pseudomonas florescens, Saccharomyces cerevisiae y Aspergillus terreus en caldo nutriente a 30°C hasta que se alcanza la fase exponencial avanzada de crecimiento. El caldo de cultivo resultante se centrifuga para remover la biomasa y dejar un sobrenadante. (2) Se prepara una solución de acrilamida al 25%. Se adicionan 10 ppm de hipofosfito de sodio y 1000 ppm de solución de peróxido ácido de terarilbutilo a la solución. El pH se ajusta a 4.0 usando ácido acético. La solución se dosifica y se adicionan 1000 ppm de sulfato de amonio ferroso tiempo después del cual se forma un polímero. (3) El procedimiento en (2) se repite usando sobrenadante de cultivo de los organismos descritos en (1) para constituir la solución de acrilamida en lugar de agua. El peso molecular de los polímeros resultantes en solución se mide y se compara con un polímero que se ha preparado usando agua para elaborar la solución de acrilamida. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Los pesos moleculares de los polímeros son todos virtualmente los mismos.

Tabla 1 Ejemplo 2 (1) Se cultiva Rhodococcus rhodochrous NCIMB 41164 en un fermentador de 280 L que contiene 180 L del medio de cultivo que contiene los siguientes constituyentes (g/L) : fosfato ácido de dipotasio 0.7; fosfato ácido de potasio 0.3; glucosa 1.0; urea 5.0; extracto de levadura 3.0; heptahidrato de sulfato de magnesio 0.5; hexahidrato de cloruro de cobalto 0.01. El pH del medio se ajusta a pH 7.2. El cultivo se cultiva a 30°C durante 3 días. También se alimenta glucosa de forma periódica al cultivo. La actividad del la nitrilo-hidratasa del caldo de fermentación se mide 15 horas después de la recolección y se encuentra que es 242,000 U/g a 25°C (700,000 U/L) . (2) Se mezclan 15 L del caldo de fermentación de (1) con 35 L de agua de proceso, esta suspensión entonces se carga a un reactor de 600 L que contiene 250 kg de agua. Se alimenta acrilonitrilo al reactor durante un periodo de varias horas hasta que se logra una concentración de acrilamida de 46.8%. Se centrifugan 25 kg de la solución de acrilamida para remover el biocatalizador. No se centrifugan 25 kg de la acrilamida para remover el biocatalizador . (3) Las muestras de acrilamida centrifugada y no centrifugada de (2) se polimerizan como homopolímeros usando reducción-oxidación e iniciadores térmicos para dar polímeros en gel con IV de aproximadamente 17 dl/g. La viscosidad en cP también se mide y no hay diferencia en las muestras separadas usando tanto acrilamida centrifugada como no centrifugada. Los resultados de las mediciones de viscosidad de los polímeros (cP) se muestran en la Tabla 2.

La especificación de viscosidad es 25-40 cP a velocidad de corte de 25Os"1. (4) Los polímeros preparados en (3) se prueban como floculantes a dosis de 16-28 mg/1 usando arcilla china al 4% a pH 2 como un substrato. Las velocidades de sedimentación se muestran en la Tabla 3. No se observan diferencias en los desempeños del polímero en comparación con la especificación para la muestra normal de acrilamida.

Tabla 3 Ej emplo 3 Se prepara una solución acrilamida al 30% (p/p) que contiene hasta 20% en peso del caldo de fermentación del microorganismo Rhodococcus rhodochrous NCIMB 41164. La acrilamida contaminada con el caldo de polimerización se polimeriza como un homopolímero usando reducción-oxidación e iniciadores térmicos para formar un polímero en gel con IV de aproximadamente 17 dl/g. Los resultados d las mediciones de viscosidad del punto IV para cada una de la soluciones de polímero se muestran en la Tabla 4. Los resultados de viscosidad están dentro de la especificación expuesta para este polímero.

Tabla 4

Claims

REIVINDICACIONES 1. Proceso para preparar un polímero de un monómero etilénicamente insaturado, caracterizado porque el monómero se puede obtener de una reacción biocatalizada o un proceso de fermentación, y en donde el monómero contiene material celular y/o componentes de un caldo de fermentación, formar el polímero al polimerizar el monómero etilénicamente insaturado o mezcla de monómeros que comprende el monómero etilénicamente insaturado, en donde sustancialmente no hay remoción del material celular y/o componentes del caldo de fermentación del monómero etilénicamente insaturado.
2. Proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el monómero etilénicamente insaturado se prepara al proporcionar un substrato que se puede convertir en el monómero etilénicamente insaturado, poner en contacto el substrato con un biocatalizador, biocatalizador que comprende un microorganismo o material celular y convertir de este modo el substrato en el monómero etilénicamente insaturado que contiene el material celular y adicionalmente componentes de una fermentación y este proceso se lleva a cabo dentro o fuera de la célula y en donde se lleva a cabo dentro de la célula forma opcionalmente parte de una ruta metabólica del microorganismo.
3. Proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el biocatalizador comprende un microorganismo y en donde el proceso se lleva a cabo dentro de la célula y forma parte de un proceso metabólico de microorganismo.
4. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material celular comprende células enteras .
5. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el material celular comprende material celular fracturado.
6. Proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el material celular fractura se selecciona del grupo que consiste de material de pared celular, material de membrana celular, material de núcleo celular, citoplasma y proteínas.
7. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los componentes del caldo de fermentación se seleccionan del grupo que consiste de azúcares, polisacáridos, proteínas, péptidos, aminoácidos, fuentes de nitrógeno, sales inorgánicas (incluyendo sales metálicas) , vitaminas, reguladores de crecimiento, inductores enzimáticos y componentes complejos de un medio de fermentación tal como licor de infusión de maíz y extracto de levadura.
8. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el monómero etilénicamente insaturado es monómero de (met) crilamida.
9. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque el substrato es (met) acrilonitrilo .
10. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque el biocatalizador comprende una enzima de nitrilo-hidratasa.
11. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el polímero es un homopolímero o copolímero de (met) acrilamida.
12. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el monómero etilénicamente insaturado se selecciona del grupo que consiste de ácido itacónico (o sales del mismo) , ácido maléico (o sales del mismo) y ácido (met) acrílico (o sales y derivados del mismo) .
13. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 o la reivindicación 12, en el cual el substrato se selecciona del grupo que consiste de ácido láctico, ácido 3-hidroxipropiónico y glicerol.
14. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13, caracterizado porque el substrato se introduce en un recipiente y se pone en contacto con un biocatalizador y en donde el substrato se convierte en el monómero etilénicamente insaturado, introduciendo opcionalmente otros monómeros en el recipiente para formar una mezcla de monómeros, someter el monómero etilénicamente insaturado o mezcla de monómeros a condiciones de polimerización, opcionalmente al introducir iniciadores en el recipiente, y formar de este modo el polímero dentro del recipiente .
15. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el biocatalizador se produce en el recipiente.
16. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 15, caracterizado porque el biocatalizador comprende microorganismos del genero Rhodococcus, de manera preferente la especie refrigerante Rhodococcus rhodochrous .
17. Proceso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el microorganismo es Rhodococcus rhodochrous NCIMB 41164.
18. Composición caracterizada porque comprende un polímero de un monómero etilénicamente insaturado y que ' comprende además material celular y/o componentes de un caldo de fermentación, en donde la composición se puede obtener por un proceso de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 17.