羧酸的制备方法

专利名称：羧酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及从相应的腈制备羧酸的方法。羧酸是有机合成领域中极为重要的化合物，目前作为合成中间产物或最终产物大量地生产。
通常，在以腈的水解制备羧酸的过程中，一般用硫酸作为催化剂。但是，在该技术中，如同从下述反应式(a)看到的腈化合物与硫酸反应得到目标羧酸和等摩尔比的硫酸氢铵副产物。
(a)上述的硫酸氢铵副产物作为工业废料被排入河水等中。然而，该流出物对地球的生态学有害，因此就成了问题。此外，有用的氨与硫酸无法回收，却被排弃掉，这势必导致生产成本的上升及不利于资源的有效利用。
最近几年，人们努力开发用于处理硫酸氢铵副产物的方法，或不形成硫酸氢铵副产物的生产方法。例如 人们研究出如同下述反应式(b)所述的方法，包括加热分解硫酸氢铵，生成氮，SO2及水，
(b)接着氧化生成的SO2，并制备和回收由此形成的硫酸，然后，循环使用该硫酸，作为腈化合物水解反应中的催化剂。
但是，上述方法中硫酸氢铵的热解反应生成了氮气，却不能由此回收氨。此外，在硫酸氢铵的热解反应中生成的氮的氧化物会污染环境。并且，上述从硫酸氢铵的热解反应回收硫酸的方法中还涉及需要附加的基建投资的许多复杂步骤。其结果是，人们几乎不能以低成本有效地生成羧酸。
同时，人们也研究出用微生物使腈进行水解反应，来生成相应的羧酸的方法。例如，日本专利公告15120/1983(JP-B-58-15120)揭示了一种工艺方法，包括用芽孢杆菌属，杆菌属(Bacteridium)，微球菌属或短杆菌属等微生物菌株，将乳腈与羟基乙腈转变成相应的羧酸。在发酵工艺杂志(Journal ofFermentation Technology)，51，393(1973)中还公开了球拟酵母属的酵母，从α-羟基腈制备旋光的左旋-α-羟基戊酸与左旋-α-羟基异己酸的方法。日本专利公开，JP-A-61-56086也揭示了用棒状杆菌属微生物，使糖腈，乳腈与丙酮合氰醇转变成相应的α-羟基酸的方法。日本专利公开JP-A-2-84198(1990)也揭示了用产碱杆菌属，假单胞菌属，红假单胞菌属，棒状杆菌属，不动杆菌属，芽孢杆菌属，分枝杆菌属，红球菌属或假丝酶母属等微生物，从相应的α-羟基腈制备旋光的α-羟基酸的方法。日本专利公开JP-A-4-40898，(1992)，也揭示了用乳酪干菌属，假单胞菌属，产碱杆菌属，棒状杆菌属，短杆菌属，诺卡氏菌属，红球菌属或节杆菌属等微生物，从α-羟基-4-甲硫丁腈制备α-羟基-4-甲硫丁酸的方法。
在上述涉及微生物的方法中，产物羧酸通常与副产物氨生成盐。为了从该盐中分离出游离的羧酸，就用像盐酸或硫酸那样的酸处理该盐，这时就会生成所用的酸的相应的铵盐，例如，氯化铵或硫酸铵。因此，出现如同与用硫酸作为催化剂的方法有关的问题。
因此本发明的一个目的是提供一种制备羧酸的方法，其中不会形成如硫酸氢铵等的副产物。
本发明的另一个目的是提供一种制备羧酸的方法，其中可以容易并有利地回收有用的氨与催化剂。
本发明的又一个目的是提供一个制备羧酸的方法，其中便于对氨与催化剂的有效利用。
本发明的发明人已作了深入的研究，并达到了上述目的，并发现当结合借助于微生物与电渗析进行腈的水合作用时，可以制备羧酸，而且不会形成如硫酸氢铵的副产物。因此，完成了本发明。
因此本发明的制备羧酸的方法包括(1)生成羧酸盐的步骤，其包括可使腈进行水合作用的微生物菌株或从该微生物衍生的制剂，对腈进行作用，(a)至少生成相应的酰胺，它在碱存在下水解生成相应的羧酸盐，或(b)生成相应的羧酸盐；和(2)一个电渗析步骤，包括将在上述生成羧酸盐的步骤中形成的羧酸盐进行电渗析作用，以形成相应的羧酸与碱。
上述的腈包括但不仅限于氰醇化合物。可水合腈的微生物包括，但不限于属于泛菌属(Pantoea)，微球菌属，炭疽芽孢杆菌属，芽孢杆菌属或戈登氏菌属(Gordona)的微生物。可使用的碱包括碱金属氢氧化物。用电渗析器进行上述的电渗析作用，电渗析器包括一个双极性薄膜，以及至少一个选自阳离子交换膜或阴离子交换膜的离子交换膜。
上述制备方法还包括(3)反应混合物的循环步骤，其中把经微生物菌株或其衍生的制剂对腈进行作用所生成的反应混合物，再循环至上述生成羧酸盐的步骤的水合反应系统中；(4)酰胺萃取步骤，其中，用有机溶剂从经微生物菌株或其衍生的制剂对腈进行作用所生成的含有酰胺的反应混合物中，萃取酰胺；(5)浓缩步骤，其中把经微生物菌株或其衍生的制剂对腈进行作用所生成的含有酰胺或羧酸盐产物的反应混合物进行浓缩，或者把经酰胺水解所生成的含有羧酸盐产物的反应混合物进行浓缩；(6)回收氨的步骤，其中回收在上述生成羧酸盐的反应步骤(1)中作为副产物生成的氮；(7)使用回收氨的步骤，其中用上述回收氨作为腈生线中的氮资源；(8)羧酸萃取步骤，其中用有机溶剂从电渗析步骤(2)生成的含有羧酸与水的混合物中萃取羧酸；(9)羧酸的分离步骤，其中从来自羧酸的萃取步骤(8)的有机相中，分别分离出羧酸与有机溶剂；(10)循环有机溶剂的步骤，其中把在羧酸分离步骤(9)中分离的有机溶剂作为萃取溶剂，重新用于羧酸萃取步骤(8)或酰胺萃取步骤(4)中的提取溶剂；(11)碱的重新使用步骤，其中把在电渗析步骤(2)中生成的碱重新使用于生成羧酸盐的步骤(1)中的碱，以及(12)盐交换步骤，将在生成羧酸盐的步骤(1)中形成的羧酸铵与碱进行盐交换反应。
现在，对本发明进行详细说明，必要时参考附图。
附

图1是本发明制备羧酸方法的实例的示意流程图；附图2是本发明另一个制备羧酸方法的实例的示意流程图。可在本发明方法中使用的腈的种类没有特别的限制，可在较宽范围的化合物中自由选择。典型的腈可以用化学式RCN或RCOCN表示(式中的R是脂族烃基，脂环烃基，芳香烃基或杂环基，所述基可以至少有一个取代基)。腈包括多元腈。因此，上述的脂族烃基，脂环烃基，芳香烃基或杂环基，不只限定于单价基，而且可以是二价或多价基。
上述的脂族烃基包括饱和烃基与不饱和烃基，例如，每一个具有1-约12个碳原子(优选具有1-6个碳原子)的烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、辛基、癸基等；每一个具有2-约12个碳原子的链烯基，如乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、异丙烯基、2-丁烯基等；每一个具有2-约12个碳原子的链炔基，如乙炔基，2-丙炔基等；以及每一个具有2-约12个碳原子的亚烷基。
上述的脂环烃基包括每一个具有3-约10个碳原子的环烷基，如环丙基，环丁基，环戊基，环己基，环辛基等，以及相应的环亚烷基。上述的芳香烃基包括每一个具有6-约14个碳原子的芳香基，如苯基，萘基等，以及相应的亚芳基。
上述的杂环基包括每一个至少含有一个选自氮，氧及硫的杂原子的杂环基。该杂环基可以是一个芳香杂环(杂芳香的)基。一个非芳香的杂环基，或是一稠合的杂环基。因此，该杂环基包括(但不只限定于)呋喃基、噻吩基、吡咯基，吡咯烷基，吡啶基，吡嗪基，嘧啶基，哒嗪基，哌啶子基，4-吗啉代基、吗啉基，及喹啉基。
用R表示的基可以有如下述的取代基卤素原子，羟基，烷基(如C1-5烷基，例如甲基，乙基，丙基，异丙基等)，芳香基(如C6-14芳香基，例如苯基，甲苯基，二甲苯基，氯苯基，甲氧苯基，萘基等)，醚，烷氧基(如C1-5烷氧基，例如甲氧基，乙氧基等)，芳香氧基(如C6-14芳香氧基，例如苯氧基等)，巯基，烷硫基(如C1-5烷硫基，例如甲硫基，乙硫基等)，芳香硫基(如C6-14芳香硫基，例如苯硫基等)，羧基、酯(如C1-6烷氧基羰基，例如甲氧基羰基等，以及C2-12酰氧基，例如乙酰氧基等)，酰基(如C2-12酰基，例如乙酰基，苯甲酰基等)，氨基，一或二取代的氨基(如一或二取代基的C1-5烷基氨基，例如甲氨基，二甲氨基等)，以及硝基。上述取代基的数量例如可以是1-约4个。
上述脂族腈包括但不只限定于具有2-6个碳原子的饱和或不饱和的腈(如饱和的单腈，例如乙腈，丙腈，丁腈，异丁腈，戊腈，异戊腈等；饱和的二腈，例如丙二腈，己二腈等；不饱和的腈，例如丙烯腈，甲基丙烯腈，烯丙基氰，丁烯腈等)。脂族腈还包括化学式RCOCN(R具有与上面相同的含义)的化合物，例如丙酮腈。
脂环腈包括例如具有4-10个碳原子的腈(例如环戊烷腈，环己烷腈等)。
芳香腈包括但不只限定于芳香的单腈，例如苄腈，邻-，间-与对-氯苄腈，邻-，间-，与对-氟苄腈，邻-，间-，与对-硝基苄腈，邻-，间-与对-甲基苄腈，2，4-二氯苄腈，茴香腈，α-萘甲腈，β-萘甲腈等，以及芳香二腈，例如，邻苯二甲腈，异邻苯二甲腈与对苯二甲腈。芳香腈还包括含有芳烷基的腈，例如苯乙腈，对-羟基苯乙腈，对-甲氧基苯乙腈等。
杂环腈包括具有至少包含一个选自氮、氧与硫的杂原子作为杂原子的5或6员环的腈，例如，含有作为杂原子的硫或氧的腈，如2-硫代苯腈，2-呋喃腈等；含有作为杂原子的氮的腈，如2-氰基吡啶，3-氰基吡啶，4-氰基吡啶，氰基吡嗪，氰基哌啶等；以及稠合的杂环腈，例如5-氰基吲哚等。杂环腈还包括化学式RCOCN的化合物(R代表杂环基)，例如烟酰腈，异烟酰腈等。
R表示的脂族烃，脂环烃，芳香烃或杂环部分被取代的腈化合物包括，例如，氨基腈化合物与氰醇化合物。作为氨基腈化合物可以提到α-氨基腈，如氨基乙腈，α-氨基丙腈，α-氨基丁腈等，及β-氨基腈，如3-氨基丙腈等。
上述氰醇化合物包括α-氰醇化合物，β-氰醇化合物及γ-氰醇化合物。这种氰醇化合物的碳原子数例如可以是2-18，优选3-12，更优选约3-8。
上述α-氰醇化合物可以是例如具有下述化学式(Ia)的化合物。
式中R1与R2可以是相同或不同，各自代表氢原子或可被取代的烃基。或者R1和R2与相邻的碳原子结合共同形成一个环，条件是R1代表氢原子时，R2不是氢原子，反之亦然。
用上述R1与R2表示的烃基或基团，以及可在其上存在的取代基或基团，包括与上述R定义相同的脂族烃基、脂环烃基及芳香烃基，以及与前述的这些烃基上相同的取代基。
R1与R2的优选例子不仅包括具有1-约12个碳原子(优选是C1-6)的烷基，具有2-约12个碳原子的链烯基，具有2-约12个碳原子的链炔基、具有3-约10个碳原子的环烷基，以及具有6-约14个碳原子的芳香基，以上各基已在R的定义中记述，而且还包括C7-10芳烷基，例如苯甲基，2-苯乙基，1-苯乙基，3-苯丙基，以及4-苯丁基。
上述的通过R1与R2与相邻的碳原子任选结合所形成的环包括具有3-约8个碳原子的环烷基，例如环丙基，环丁基，环戊基，环己基，环庚基及环辛基。
通常，α-氰醇化合物包括脂族的α-氰醇，例如羟基乙腈、乳腈，丙酮氰醇，2-羟基丁腈，2-羟基-4-甲基硫丁腈，2-羟基-2-甲基丁腈，2-羟基-3-甲基丁腈，2-羟基-3-丁烯腈，2-羟基戊腈，2-羟基己腈，2-羟基辛腈等；脂环的α-氰醇，例如2-羟基-环己烷乙腈，环戊酮氰醇，环己酮氰醇等；以及芳香的α-氰醇，例如扁桃腈，2-羟基-3-苯丁腈，等等。
通常，β-氰醇包括3-羟基丙腈，3-羟基丁腈，3-羟基己腈，2-羟基环己烷腈及3-羟基-3-苯丙腈。
γ-氰醇包括但不只限于4-羟基丁腈，4-羟基己腈，3-羟基己腈，及4-羟基-4-苯丁腈。
由于本发明方法中的电渗析步骤通常是在水存在下进行，因此，上述的腈优选是这样的化合物，使得相应的羧酸盐可溶于水。从这个观点出发，腈的总碳数可以约是2-18个，优选约2-12个，更优选约2-8个。
更优选的腈包括氰醇化合物，特别是α-氰醇化合物，例如，上述具有化学式(Ia)的化合物，它适用于制备羟基羧酸。更优选的腈还包括具有约3-8个碳原子的脂族α-氰醇，例如乳腈，丙酮氰醇，2-羟基-4-甲硫基丁腈等。
可以用常规方法制备腈。例如，可以用烷基卤或硫酸二烃基酯与碱金属的氰化物，如氰化钾进行反应来制备脂族腈。通常，可以通过胺的重氮化作用，并使生成的重氮化合物与氰化铜(I)进行反应的方法来制备出芳香腈。
在上述腈化合物中，α-氰醇化合物具体可以通过下述方法制得将氰化氢与醛或酮进行反应，或者使碱金属的氰化物，如氰化钾与醛或酮-亚硫酸氢钠加合物进行反应。用环氧化物与氰化氢进行反应，可制备β-氰醇化合物。[微生物或者从其衍生的制剂]本发明所用的微生物都是有能力水合腈的任何微生物，这些微生物包括(但不只限于)(1)泛菌属，(2)微球菌属，(3)杆菌属，(4)芽孢杆菌属，(5)马杜拉放线菌属，(6)北里孢菌属(Kitasa tospora)，(7)水生角质菌属，(8)无色杆菌属，(9)拜叶林克氏菌属(Beijerinckia)，(10)纤维单胞菌属，(11)克雷伯氏杆菌属，(12)放线多孢菌属(Actinopolispora)，(13)束丝放线菌属，(14)游动放线菌属(Actinopulanes)，(15)无枝酸菌属(Amycolata)，(16)多糖杆属(Saccharopolyspora)，(17)链霉菌属，(18)类诺卡氏菌属，(19)普罗威登斯菌属，(20)微杆菌属，(21)红细菌属，(22)红螺菌属，(23)乳酪干菌属(Caseobacter)，(24)假单胞菌属，(25)产碱杆菌属，(26)棒状杆菌属，(27)短杆菌属，(28)诺卡氏菌属，(29)红球菌属，(30)节杆菌属，(31)球拟酵母属，(32)红假单胞菌属，(33)不动杆菌属，(34)分枝杆菌属，(35)假丝酵母属，(36)土壤杆菌属，(37)曲酶属，(38)青霉菌属，(39)旋孢霉属，(40)缣孢属，(41)肠杆菌属，(42)黄色杆菌属(Xanthobacter)，(43)欧文氏杆菌属，(44)柠檬杆菌属，(45)气单胞菌属，(46)戈登氏菌属(Gordona)。
这些微生物在腈中至少有一个酶，其中，腈水化酶使腈转化成酰胺，酰胺酶使酰胺转化成羧酸，而腈水解酶使腈转化成羧酸。许多这些微生物有多个如上述种类的酶，例如腈水化酶与酰胺酶。
根据微生物所具有的酶的种类，会出现许多不同的情况，有的只生成酰胺化合物，有的只生成羧酸，有的可生成酰胺化合物与羧酸。如果能生成羧酸的微生物菌株或从其衍生物的制剂与腈发生反应时，这时所生成的羧酸通常会形成一个盐与副产物氨。
能与腈反应生成对应的羧酸的微生物包括(但不只限于)下述的微生物。
(1)泛菌属成团泛菌(Pantoea Agglommerans)NH-3(FERMP-11349)，等等。
(2)微球菌属细球菌种(Micrococcus SP.)All(FERMP-2720)。
(3)杆菌属杆菌种(Bacteridium SP.)R341(FERMP-2719)，杆菌种R340(FERMP-2718)，等等。
(4)芽孢杆菌属芽孢杆菌种(Bacilhus SP.)R332(FERM P-2717)，芽孢杆菌种R340，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CN5(FERM BP-2354)，等等。
(5)马杜拉放线菌属Actinomadura cremea subsp.cremea IFO14182等。
(6)北里孢菌属世田北里孢菌(Kitasatospora setae)IFO 14216，等等。
(7)水生角质菌属陶瓷发仙菌(Pilimelia terevasa)IFO 14556，等等。
(8)无色杆菌属干燥无色杆菌(Achromobacter xerosis)IFO 12668，等等。
(9)拜叶林克氏菌属印度拜叶林克氏菌印度亚种(Beijerinckia indicasubsp.indica)IFO 3744，等等。
(10)纤维单胞菌属广黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)IFO 3754，等等。
(11)克雷伯氏杆菌属肺炎克雷伯式菌肺炎亚种(Klebsiella pneumoniaesubsp.pneumoniae)NH-36(FERM P11739)等。
(12)放线多孢菌属嗜盐放线多孢菌(Actinopolispora halophila)IFO14100，等等。
(13)束丝放线菌属奇迹束丝放线菌(Actinosynnema mirum)，IFO14064，等等。
(14)游动放线菌属裂叶游动放线菌(Actinopulanes lobatus)IFO 12513，等等。
(15)无枝酸菌属自养无枝酸菌(Amycolata autotrophica)，IFO 12743，等等。
(16)多糖杆属直逗号糖多孢菌(Saccharopolyspora rectivigula)IFO12134，等等。
(17)链霉菌属链霉菌种IFO 13809，等等。
(18)类诺卡氏菌属黄色类诺卡氏菌(Nocardioides flavus)IFO 14396，等等。
(19)普罗威登斯菌属斯氏普罗威登斯菌(Providencia stuartii)IFO12930，等等。
(20)微杆菌属乳微杆菌属(Microbacterium lacticum)IFO 14135，等等。
(21)红细菌属类球红细菌(Rhodobacter spheroides)IFO 12203，等等。
(22)红螺菌属深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)IFO 3986。
(23)乳酪干菌属乳酪干细菌种BC 23(FERM P-11261)，等等。
(24)假单胞菌属假单胞菌(Pseudomonas SP.)BC13-2(FERM P-11266)，假单胞菌种B21C9(FERM BP-3737)，荧光假单胞菌种(Pseudomonasfluorescens)NRRL B-981(IFO3925)，荧光假单胞菌种IFO 3081，泡囊假单胞菌(Pseudomonas vesicularis)ATCC 11426，等等。
(25)产碱杆菌属产碱杆菌种(Alcaligenes SP.)BC35-2(FERM P11265)，粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)ATCC 8750，等等。
(26)棒状杆菌属(Corynebacterium nitrilophilus)ATCC 21419，棒状杆菌种KO-2-4(FERM BP-2353)，棒状杆菌属种B-96(FERM P-7733)，棒状杆菌属种C-99(FERM P-7734)，等等。
(27)短杆菌属乙酰链杆菌(Brevibacterium acetylicum)IAM 1790，蛾微杆菌(Breribacterium imperiale)B-222(FERM P-2721)，短杆菌种，R312(FERMP-2722)，短杆菌种C211(FERM P-2723)，等等。
(28)诺卡氏菌属诺卡氏菌种(Nocardia SP.)N-775(FERM P-4447)，等等。
(29)红球菌属红球菌种(Rhodococcus SP.)SK92(FERM P-11305)，红球菌种AK32(FERM BP-1046)，等等。
(30)节杆菌属节细菌种HR4(FERM P-11302)，等等。
(31)球拟酵母属(Torulopsis)。
(32)红假单胞菌属类球红细菌(Rhodopseudomonas sphaeroies)ATCC11167，等等。
(33)不动杆菌属不动杆菌种(Acinetobacter SP.)AK226(FERM PBP-2451)，等等。
(34)分枝杆菌母属分枝杆菌种AC777(FERM BP-2352)，等等。
(35)假丝酵母属热带假丝酵母Candida tropicalis ATCC 20311，等等。
(46)戈登氏菌属暗红戈登氏菌(Gordona rubropertinctus)JCM 3204，等等。
能对腈作用生成相应的酰胺的衍生物包括但不只限于下列的微生物(2)微球菌属微球菌种A111(FERM P-2720)，等等。
(3)炭疽芽孢杆菌属炭疽芽孢杆菌种R341(FERM P-2719)，炭疽/芽孢杆菌R340(FERM P-2718)，等等。
(4)芽孢杆菌属芽孢杆菌种R332(FERM P-2717)，枯草芽孢杆菌SC-J05-1(FERM P-14037，FERM BP-4935)，等等。
(20)微杆菌属黄色/微杆菌(Microbacterium flovum)IAM 1642，等等。
(24)假单胞菌属假单胞菌种SK87(FERM P-11311)，绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)B23(FERM BP-187)，假单胞菌种PS1(FERM BP-188)，假单胞菌种MY-1(FERM P-9174)，等等。
(25)产碱杆菌属产碱杆菌种BC16-2(FERM P-11276)，等等。
(26)棒状杆菌属Corynebacterium nitrilophilus ATCC 21419，棒状杆菌种N-771(FERM P-4445)，棒状杆菌种N-774(FERM P-4446)，等等。
(27)短杆菌属蛾微杆菌B-222(FERM P-2721)，短杆菌种R312(FERM P-2722)，短杆菌种C211(FERM P-2723)，等等。
(28)诺卡氏菌属诺卡氏菌种N-775(FERM P-4447)，等等。
(29)红球菌属紫红红球菌ATCC 33278，紫红红球菌J-1(FERM BP-1478)，紫红红球菌IFM 153，红串红球菌IFO 12320，红串红球菌IFM155，红串红球菌AK 3132(FERM BP-1040)，红球菌种S-6(FERM BP-687)，红球菌种AK33(FERM BP-1047)，深红红球菌JCM 3204，等等。
(30)节杆菌属节杆菌种HR1(FERM P-11301)，球形节杆菌(Arthrobacter globisformis)IFO 12138，全黄节杆菌(Arthrobacter aurescens)IAM12340，等等。
(36)土壤杆菌属放射形土壤杆菌(Agrobacterium radiobacter)SC-C15-1(FERM BP-3843)，等等。
(37)曲酶属黑色曲酶(Aspergillus niger)JCM 1925，2261，等等。
(38)青酶菌属Penicillium Crysogenum IFO 5473，等等。
(39)旋孢霉属宫部旋孢(Cochliobolus miyabeanus)OUT 2074，等等。
(40)缣孢属缣孢种(Fusarium SP.)MY-3(FERM P-9188)，等等。
(41)肠杆菌属肠细菌种MC 12707(FERM P-12801)，等等。
(42)黄色杆菌属黄色杆菌(Xanthobacter flavus)JCM 1204，等等。
(43)欧文氏杆菌属流黑欧文氏菌(Erwinia nigrifluens)MAFF 03-01435，等等。
(44)柠檬杆菌属弗氏柠檬杆菌(Citrobacter freundii)MC 12615(FERM P-12390)，等等。
(45)气单胞菌属气单胞菌种(Aeromonas SP.)MC 12615，(FERM P-12390)，等等。
(46)戈登氏菌属暗红戈登氏菌JCM 3204，等等。
上述标有IFO入藏号的微生物可以取自日本，大阪市发酵研究所(IFO)，标有ATCC入藏号的微生物可以取自美国典型培养物收藏单位(ATCC)，标有IAM入藏号的微生物可以取自日本东京大学应用微生物研究所的IAM培养物收藏单位，标有IFM入藏号的微生物可以取自Chiba大学的致病真菌与中毒研究中心(IFM)，标有JCM入藏号的微生物可以取自日本物理化学研究院微生物收藏单位，标有FERM入藏号的微生物可以取自工业科技厅的国立生命科学与人体技术研究所(或发酵研究所)。
至少使用上述微生物菌株中的一种。在本发明中，还可以使用从微生物菌株衍生出的突变种，融合细胞及重组体。
通常是在培养基中培养上述微生物的，然后与腈进行反应。对培养基的型式没有专门限定，只要能使微生物在其中生长即可。通常，使用含有碳与氮源及其他营养物的液体介质作为培养基。可使用的碳源包括碳水化合物，如葡萄糖、蔗糖、淀粉等；醇，如山梨糖醇、甲醇、乙醇、丙三醇等；有机酸，如富马酸、柠檬酸、醋酸等及其盐；碳氢化物，如石蜡等，以及上述碳源的混合物。氮源包括但不只限于无机酸铵盐，如硫酸铵，硝酸铵等；有机酸铵盐，如富马酸铵等；肉汁，酶母抽提物，尿素及其它的有机或无机的含氮物质，以及上述氮源的混合物。培养基中还适量附加无机盐，如氯化镁，氯化铁等；痕量金属盐；维生素；及其它的通常用于培育的适宜比例营养剂。如果需要，上述培养基中还附加其它的有利于微生物生长的物质，可使培养基的pH值保持最佳范围的有效缓冲剂，以及有利于提高反应产物酰胺或羧酸的产率提高的物质(诱发剂)。作为诱发剂，可以使用至少一个选自腈或酰胺的化合物。优选的诱发剂包括具有约2-8个碳原子的(尤其C4-6)脂族腈，如异戊腈，异丁腈等；具有7-11个碳原子的芳香腈，如苄腈等；具有约28个碳原子(尤其C2-6)的脂族酰胺，如乙酰胺，丙酰胺等；以及具有7-11个碳原子的芳香酰胺，如苯甲酰胺。更优选的诱发剂包括例如异戊腈。
在适合于微生物生长的条件下，进行上述微生物菌株的培养，所述条件例如是pH值2-12，优选PH 4-10，其温度为5-50℃，优选20-50℃。虽然，微生物可以在有氧条件下或在无氧条件下生长，但最好是进行有氧培养。培养时间可以例如是约1-240个小时，优选约5-120个小时，更优选约12-72个小时。
上述从微生物衍生的制剂包括许多种类的制剂，它们是对微生物进行各种处理制得的，例如，一个能够通过细胞破裂，冷冻干燥细胞及细胞萃取液制得的制剂，以及从其衍生的酶或酶体系(原酶或纯化酶)。上述的萃取物可以通过常规技术，例如声处理，冻-融处理，溶菌酶方法等制得的。也可以用本身已知的方法制取酶。例如，用水等漂洗经离心培养肉汤所得的细胞，然后悬浮于一个缓冲液中，其pH值应稳定控制在适合于所欲得酶的范围内，然后用声处理或法兰西压榨器在低温下使细胞破裂。离心等方法除去其中的细胞碎片，并把上清液或细胞萃取液以常规方法进行硫酸铵分级分离和渗析制得原酶溶液。用Sephadex G-200或类似固相柱色谱提纯上述酶溶液，制得纯净的目的酶。
在许多情况下所用的酶是(a)腈水化酶，(b)腈水化酶与酰胺酶，或(c)腈水解酶。据日本专利公告JP-B-62-31914(1987)描述，可从诺卡氏菌种N-775提纯腈水化酶。又据日本专利公开JP-A-3-251192(1991)描述，紫红/红球菌属J1制备出腈水解酶。
可以用常规方法，如聚丙烯酰胺凝胶固定法使上述细胞或它们的制剂固定化，并以固定化细胞或固定化酶的方式加以使用。
下面图示是本发明方法的典型流程示意图，其中化学式RCN(R如前述定义)的化合物是用作一个示范性腈化合物，碱金属氢氧化物作为示范性碱。图中的M代表碱金属。
图1是本发明方法一个实例的流程示意图，图2是本发明方法另一个实例的流程示意图。
根据本发明，可以用大致分为四种不同的方法制备目标羧酸，即方法(i)，方法(ii)，方法(iii)，或方法(iv)，这取决于与基质腈进行作用的微生物菌株的种类或其制剂的型式。参考流程图说明各种方法，图1说明方法(i)与(ii)，图2说明方法(iii)与(iv)。在图1与图2中，任何没有标注(i)-(iv)的线分别是方法(i)与(ii)的共用线，或是方法(iii)与(iv)的共用线。方法(i)适用于以下情况当微生物菌株或从其衍生的制剂对腈作用时，主要生成酰胺化合物。
水合作用步骤在水合步骤中，微生物菌株或由其衍生的制剂对具有化学式RCN(I)(R如前述定义)的腈进行作用，生成相应的酰胺(II)。与用硫酸作催化剂的反应不同，这个使用微生物或等同物的步骤不生成腈的反应副产物。因此，不再需要处置大量的反应的副产物，也不需要复杂的催化剂再生操作。
参考附图1与其水合步骤(1A)，通过输腈管1与输水管10分别向反应器中加入基质腈与水，在微生物菌株或由其衍生的制剂存在下进行水合反应。当然，可以通过水循环管13向反应塔中加入水相，该水相是从随后要描述的酰胺萃取步骤(4)中分离出来的。
在水合步骤(1A)中水的用量对于每摩尔腈例如可不低于0.5摩尔(如约0.5-300摩尔)，优选不低于1摩尔(如约1-150摩尔)。为了提高腈的溶解性，不干扰反应，并有利于反应，可以向反应系统加入有机溶剂，例如酯，如醋酸乙酯；烃，如正-己烷；酮，如丙酮；醇，如甲醇，乙醇等；醚，如二甲氧乙烷，四氢呋喃，二噁烷等。此外，也可使用缓冲剂。
微生物(细胞)或由其衍生的制剂的浓度可以例如是约0.01-70％(重量)，优选约0.1-30％(重量)。基质腈的浓度可以是约0.01-80％(重量)，优选0.05-50％(重量)，更优选约0.1-20％(重量)。反应系统的pH值可以例如是约3-12，优选约6-10。反应时间可以例如是约5分钟-100小时。
反应型式可以是固定床，也可以是流化床，或者可以是间歇式，也可以是连续式。为了提高反应产物的浓度，可以通过反应混合物循环管11将反应产物混合物循环到反应系统中。
通过如离心或过滤等常规方法除去其中的微生物细胞或由其衍生的制剂等同物以后，通常将反应混合物送入到下一个步骤。
酰胺萃取步骤将含有在水合步骤中生成的酰胺(II)的反应混合物任选地送入到酰胺萃取步骤中，其中，酰胺被萃取到有机溶剂中。
参考附图1与其酰胺萃取步骤(4)，通过水合反应混合物输送管2将含有在水合步骤(1A)中生成的酰胺(II)的反应混合物送入萃取器中，在其中被来自有机溶剂输送管14的有机溶剂所萃取。作为有机溶剂，可以使用在随后要描述的水相分离步骤(13)中分离出的有机相。将生成的含有酰胺的有机相通过含酰胺的混合物输送管3，送入水解步骤(1B)中，同时，通过水循环管13，将水相循环至水合步骤(1A)中。
上述有机溶剂包括常用的巯水性有机溶剂，例如醇、酮、醛、酯、醚、烃或卤代烃系列。
上述的醇包括每一个具有4个或更多碳原子的脂族醇，具有4个或更多碳原子的脂环醇，具有7个或更多碳原子的芳香醇。上述具有4个或更多碳原子的脂族醇包括具有4-约12个(优选是4-约9个)碳原子的脂族醇。例如，C4醇，如1-丁醇、2-丁醇，异丁醇等；C5醇，如1-戊醇，异戊醇，叔戊醇，2-戊醇等；C6醇，如1-己醇、2-甲基-1-戊醇、3-甲基-1-戊醇、2，2-二甲基-1-丁醇、2-乙基-1-丁醇、4-乙基-1-戊醇、2-己醇、3-己醇、3-甲基-2-戊醇、2，3-二甲基-2-丁醇、2-甲基-3-戊醇、3-甲基-3-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2-甲基-2-戊醇等；C7醇，如正-庚醇、2-甲基-1-己醇、3-甲基-1-己醇、4-甲基-1-己醇、5-甲基-1-己醇、2-乙基-1-戊醇、3-乙基-1-戊醇、2，2-二甲基-1-戊醇、3，3-二甲基-1-戊醇、4，4-二甲基-1-戊醇、2，3-二甲基-1-戊醇、2，4-二甲基-1-戊醇、3，4-二甲基-1-戊醇等；C8醇，如1-辛醇，2-甲基-1-庚醇、3-甲基-1-庚醇、4-甲基-1-庚醇、5-甲基-1-庚醇、2-辛醇、3-辛醇、4-辛醇、2-甲基-2-庚醇、3-甲基-2-庚醇、4-甲基-2-庚醇、5-甲基-2-庚醇、6-甲基-2-庚醇、2-甲基-3-庚醇、3-甲基-3-庚醇等；C9醇，如1-壬醇等。
具有4个或更多碳原子的脂环醇包括每一个具有4-约12个碳原子的脂环醇，例如，环戊醇，环己醇，及环辛醇。具有7个或更多碳原子的芳香醇包括具有7-约12个碳原子的芳香醇，例如苄醇。
上述的酮包括每一个具有4个或更多碳原子(如，C4-12，优选约C4-9)的酮，例如甲基乙基酮，二乙基酮，甲基丙基酮，甲基异丙基酮，甲基丁基酮，甲基-1-甲基丙基酮，甲基-2-甲基丙基酮，乙基丙基酮等。
上述的醛包括例如具有4个或更多碳原子(如，C4-12，优选约C4-9)醛，例如，丁醛、戊醛、苯甲醛等。
上述的酯包括具有2个或更多碳原子(如，C2-12，优选约C2-9)酯，例如，醋酸乙酯、醋酸丙酯、醋酸异丙酯、醋酸丁酯、醋酸戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯等。
上述的醚包括但不只限于具有4个或更多碳原子(如，C4-12，优选约C4-9)醚，例如，乙醚、丙醚、异丙醚，丁醚，异丁醚等。
上述的烃包括脂族烃，例如，戊烷，己烷，庚烷，辛烷等；脂环烃，例如，环戊烷，环己烷等；芳香烃，例如，苯，甲苯，二甲苯，乙苯等。上述卤代烃包括例如二氯甲烷，氯仿，四氯化碳，二氯乙烯及氯苯。这些有机溶剂可以单独使用，也可以混合使用。
优选的有机溶剂包括醇、酮、醛、酯及醚。更优选的有机溶剂包括具有4个或更多碳原子(如约C4-12)醇或酮。
可用于萃取的有机溶剂不仅包括来自水相分离步骤(13)中的有机相，而且还包括来自随后要详述的羧酸分离步骤(9)中的有机溶剂，以及新鲜的有机溶剂。
可用常规方法实施萃取过程，例如向来自水合步骤(1A)的反应混合物中加入有机溶剂，并搅拌或摇动该混合物。上述萃取过程可以间歇地或连续式实施。
把含有在酰胺萃取步骤(4)形成的酰胺(II)的有机相，或者直接地，或者经调节至适当浓度后，输送到水解步骤(1B)中。甚至当把酰胺化合物(II)与有机溶剂一起送入水解步骤(1B)时，由水解生成的羧酸盐转入到水相中，使得于有机溶剂与盐可以容易相互分离。此外，当在所述有机溶剂存在下进行水解反应时，反应就可顺利进行，使得在许多情况下，可以以高产率制得羧酸盐。这样，虽然该酰胺可事先从有机相中分离出，并送入水解步骤(1B)中，但也可以直接将含有酰胺的有机相送入水解步骤(1B)中。
可以将来自酰胺萃取步骤(4)的水相循环送入水合步骤(1A)中，重新加以使用。该水相也可以被循环送入水解步骤(1B)中或随后要描述的电渗析步骤(2)中。此外，也可以将水相排掉。即使将水相排拒，这个不含有像硫酸氢铵这样的副产物的水相不会对环境造成严重损害，这与使用硫酸作为催化剂时的情况不同。
在来自水合步骤(1A)的反应混合物不仅含有酰胺，而且含有相应的羧酸盐[铵盐(V)]时，在许多情况下，萃取作用使羧酸盐进入水相层中。在这类情况下，通过对水相进行相同于对来自制取羧酸盐步骤(1)(随后要详述的方法(iii)中)的反应混合物的处理，可以从水相中回收羧酸。
在水合步骤(1A)中得到的反应混合物可以越过酰胺萃取步骤(4)，走旁路通入水解反应步骤(1B)中。
水解步骤在水解步骤中，在水合步骤中生成的酰胺(II)在有碱参与反应的情况下与该碱生成其相对应羧酸的盐及氨。当该羧酸盐[铵盐(V)]在水解步骤的进料中存在时，会发生盐的交换反应。例如，如果使用其碱度比氨高的碱，如碱金属氢氧化物时，那么羧酸铵就转变成与使用的碱的相对应的盐，如羧酸的碱金属盐，以及释放氨。
在上述步骤中，用碱作为水解反应的催化剂，而不同于用硫酸作催化剂的反应，因此，酰胺化合物的氮原子，以及腈化合物的氮原子，可以以氨的形式加以回收。
在图1说明的实例中，向水解反应步骤(1B)的反应器中，通过含酰胺混合物输送管3加入酰胺化合物，通过碱水输送管15加入碱与水，以进行水解反应。
上述碱可以是无机碱或有机碱。该无机碱包括例如碱金属氢氧化物，如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯等；碱金属碳酸盐，如碳酸钠，碳酸钾等；碱金属的碳酸氢盐，如碳酸氢钠，碳酸氢钾等；碱土金属的氢氧化物，如氢氧化镁，氢氧化钾等；以及碱土金属的碳酸盐，如碳酸镁，碳酸钾等。
上述有机碱包括一，二或三烷基胺，如三乙胺，三丙胺，三丁胺等；环胺，如哌嗪，哌啶，N-甲基哌啶，吗啉等；链烷醇胺，如乙醇胺，三乙醇胺等；以及碱性的含氮杂环化合物，如吡啶。在电渗析步骤(2)中，在水解步骤(1B)中形成的羧酸盐会分解成羧酸与碱，而且该电渗析步骤(2)是在水存在下进行的。因此，上述碱优选是可溶于水的化合物。
优选的碱包括碱金属的氢氧化物(氢氧化钠，氢氧化钾等)及碱金属的碳酸盐(碳酸钠，碳酸钾等)。更优选的碱则包括氢氧化钠与氢氧化钾。
上述碱既可以单独使用，也可以两个或两个以上混合使用。为了提高反应速率，碱的PKa可以例如不低于6(如约6-20)，优选不低于9(如约9-30)，更优选约14-18为宜。
相对于1摩尔的酰胺化合物，上述碱的比例例如可以不低于0.5克当量，优选1-5克当量。如果该碱的比例低于0.5克当量时，会使许多酰胺没反应，在一些情况下会使回收过程变得复杂化。然而，碱的比例超过5克当量是不经济的。
在反应系统中的碱的浓度可以不低于0.1N(例如约0.1-5N)，优选0.2-3N(例如约0.5-3N)。如果碱的浓度低于0.1N时，不仅会使反应延滞，而且会使为生成定量的羧酸所需的反应系统的容量增加，对反应产率起不利的作用。
在水解步骤(1B)中，按化学计算量，通常水的用量超过酰胺化合物量。相对于1摩尔的酰胺，所用的水量例如不低于1摩尔(例如约1-500摩尔)，优选不低于1.5摩尔(例如约1.5-300摩尔)。
通常，反应温度大约是20-150℃，优选约30-120℃。如果反应温度低于20℃时，该反应即将延滞。当反应温度超过150℃时，就会发生副反应，从而降低目标产品的产率。反应压力只要足以使反应系统在反应温度范围内呈液态即可，例如可以是1-20大气压，优选1-10大气压，然而，在许多情况下，反应是在大气压力下进行的。反应时间长短则取决于其它的反应条件，如所用的碱的种类与用量，反应温度等，一般不确定，但是，通常大约是0.1-10小时。上述反应可以间歇地或连续地进行。
因此，以腈(I)为原料，使该腈(I)顺序通过水合步骤(1A)与水解步骤(1B)，就可以生成相应的羧酸盐。
关于在水解反应中需要的碱与水，从电渗析步骤(2)和/或随后要详述的羧酸萃取步骤(8)中回收的碱与水可以有效地重新使用。不过，也可以全部或部分地重新补给所需的碱和水。
水相分离步骤将在水解步骤取得的反应混合物任选送入水相分离步骤中。通过使在水解步骤中取得的反应混合物进行相分离，成为有机相与水相，从而分离出水相。当在水解步骤中取得的反应混合物中含有有机溶剂时，这个步骤是有用了。例如，当把酰胺化合物与在酰胺萃取步骤中用作萃取剂的有机溶剂一起送入水解步骤时，那么在水解步骤中取得的反应混合物就含有有机溶剂。在水相分离步骤中可以容易地回收上述溶剂。
参照附图1说明的实例，特别是水相分离步骤(13)，通过水解产物混合物输送管4，把从水解步骤(1B)的反应产物混合物送入到相分离设备中，并分离成含有有机溶剂的有机相与含有羧酸盐及氨的水相。
上述有机相主要由有机溶剂组成，因此，可以通过有机溶剂输送管17，将其循环送到酰胺萃取步骤(4)中，用作萃取溶剂。该有机相也可以用作在随后要详述的羧酸萃取步骤(8)中的萃取溶剂。另一方面，可以通过含羧酸混合物输送管5将上述水相送至氨回收步骤(6)中。
当然，也可以把在水解步骤(1B)中取得的反应混合物送入氨回收步骤(6)或电渗析步骤(2)中，而不是送入含水相分离步骤(13)中。
氨回收步骤在水相分离步骤中取得的水相可以任选地送入氨回收步骤中，以回收氨。可以用惰性气体汽提法回收氨，或使溶解的氨加热气化后回收。
在附图1说明的实例的氨回收步骤(6)中，溶解在来自水相分离步骤(13)通过含羧酸盐混合物输送管5的水相中的氨，用来自惰性气体输送管18的惰性气体进行汽提作用，然后，从氨回收管19回收含有惰性气体与氨的混合气体。上述的惰性气体包括氮、氦、氩、甲烷、二氧化碳及一氧化碳。可以间歇地或连续地回收氨。
回收的氨可以在制备氰化物例如氰化氢中用作反应物，后者是制备腈的原料。因此，上述氨可以重新用作腈化合物的氮源。例如，可以以氨、甲醇与一氧化碳为原料，按下列反应式(c)制备氰化氢；
(c)
此外，也可以以氨，甲烷与氧为原料，按下列反应式(d)，制备氰化氢，(d)用氰化氢与配合的起始化合物A(如酮，醛或环氧化物)进行反应，可容易制得腈(I)。
在氨回收步骤(6)中，在用惰性气体甲烷汽提氨时，生成的混合气体中含有甲烷与氨，并将所述混合气体送入上述的标示(d)的氰化氢生产线，这样就可以方便并高效率地循环与重新使用氨。
当然可以将流程中的水相分离步骤(13)与氨回收步骤(6)的顺序颠倒。也就是说，可以将从水解步骤(1B)得到的水解产物混合物送入氨回收步骤(6)中，以汽提等方法回收氨，然后，在回收氨以后将含羧酸盐混合物送入水相分离步骤(13)中，以分离成含有有机溶剂的有机相与含有羧酸盐的水相。在这种情况下，可以将有机相循环至酰胺萃取步骤(4)中，同时任选在浓缩步骤(5)进行浓缩后，将水相送入电渗析步骤(2)中。
在水解步骤(1B)中形成的氨不需要回收，但是水解步骤(1B)的反应混合物可以按需要首先送入水相分离步骤(13)或浓缩步骤(5)中，然后再送入电渗析步骤(2)中。
浓缩步骤在氨回收步骤中得到的混合物可以按需要送入浓缩步骤中，以提高羧酸盐的浓度，因此提高在电渗析步骤中的渗析效率。
参照附图1说明的实例，特别是浓缩步骤(5)，将回收氨以后的含羧酸盐的混合物，通过含羧酸盐混合物输送管6，送入浓缩设备中。用常规方法进行浓缩。可以用同样的设备进行浓缩过程与氨回收过程。浓缩程度并非紧要，但其浓度应控制在不导致羧酸盐沉淀以致于影响电渗析作用的范围内。通常，浓缩过程进行到羧酸盐浓度达到约0.1-5N为止。
通过含羧酸盐混合物输送管21，将上述浓缩物送入电渗析步骤(2)中。馏出物水可以在水合步骤(1A)或水解步骤(1B)中重新使用。上述浓缩步骤(5)与氨回收步骤(6)的顺序也可以颠倒。
本发明的方法包括酰胺萃取步骤(4)，从在水合步骤(1A)得到的反应混合物中萃取酰胺，含酰胺混合物的酰胺浓度可以增加，使得输送到电渗析步骤(2)的物料中的羧酸盐浓度也保持较高。因此在这个实施方案中，即使取消浓缩步骤(5)，电渗析步骤(2)的效率仍然能够改进。电渗析步骤在电渗析步骤中，在水解步骤中生成的羧酸盐(III)进行电渗析作用，以形成相应的羧酸(IV)与碱。
本发明的电渗析基本上相同于在“离子交换膜”[Yujiro kosaka & Hiroshishimizu，第233页(Kyoritsu Shuppan公司，日本)]所描述的电渗析。电渗析器包括一个双极薄膜，以及至少一个选自阳离子交换膜与阴离子交换膜的膜。电渗析池结构并非紧要，但可使用常规的两池或三池的电渗析器。
两池电渗析室包含有一个双极膜，以及一个置于该双极膜元件之间的阳离子交换膜或阴离子交换膜。双极膜的阴离子交换膜侧是与阳极面对面地放置的，而阳离子交换膜侧是与阴极面对面地放置的。当上述两个电极间通入电压后，达到双极膜的阴离子交换膜侧与阳离子交换膜侧之间的界面的水分子就分解，在阴离子交换膜侧形成H+离子，而在阳离子交换膜侧形成OH-离子。
对可使用的阳离子交换膜没有特别的限制，可以使用常规的阳离子交换膜，例如，具有阳离子交换基团如磺酸基，羧基，膦酸基，硫酸基或磷酸基的阳离子交换膜。对于阴离子交换膜也没有特别的规制，可以使用常规的阴离子交换膜，例如，具有阴离子交换基如伯氨基、仲氨基、叔氨基或季氨基的阴离子交换膜。
对于双极膜没有特别的限制，可以使用任何常规的双极膜。例如，可以通过使用聚乙烯表氯醇混合物使阳离子交换膜层压到阴离子交换膜上来制备双极膜。也可以通过把磺酸系列聚合电解质与烯丙胺放置于阴离子交换膜的表面上，然后电解幅射或活性辐射进行照射，以制备双极膜。
通常，欲进行电渗析的混合物中羧酸盐的浓度一般大约是0.1-5N。可以间歇或连续地进行电渗析。
参照附图1中说明的实例。特别是电渗析步骤(2)，通过含羧酸盐混合物输送管21与输水管22分别向装有离子交换膜的电渗析池中加入在水解步骤(1B)中得到的含有羧酸盐(III)与水的混合物与水，以进行电渗析作用。
在电渗析步骤(2)中，由羧酸盐(III)可以形成相应的羧酸(IV)及碱，由此，分别得到含有羧酸(IV)与水的混合物，以及含有碱与水的混合物。通过含有羧酸的混合物循环管24，使含有产物羧酸(IV)与水的混合物与来自含有羧酸盐混合物输送管21的含有羧酸盐(III)与水的混合物混合，并将整个混合物循环送到电渗析步骤(2)中。当然，根据电渗析条件，含有羧酸(IV)与水的混合物中含有未分解的羧酸盐(III)。
另一方面，在电渗析步骤中形成的含有碱与水的混合物，可以从碱-水回收管23回收。回收的碱可以循环送至水解步骤(1B)中，重新用作催化剂。
通过含羧酸混合物输送管7，把部分物料(即来自含有羧酸盐物料输送管21与来自含有羧酸混合物循环管24的混合物料)送入羧酸萃取步骤(8)中。当然，含有在电渗析步骤(2)中形成的羧酸(IV)与水的混合物可以在不必循环送到电渗析步骤(2)，直接送入羧酸萃取步骤(8)中。
羧酸萃取步骤与羧酸分离步骤若需要，可以将在电渗析步骤生成的羧酸进行羧酸萃取与羧酸分离，进行回收。
参照附图1说明的实例，特别是羧酸萃取步骤(8)，将含有在电渗析步骤(2)中形成的羧酸(IV)与水的混合物，通过含羧酸混合物输送管7，送入萃取器中，用来自有机溶剂输送管26的有机溶剂萃取该羧酸(IV)。
适用的有机溶剂包括已在酰胺萃取步骤(4)中描述过的有机溶剂，包括醇、酮、醛、酯与醚。优选的有机溶剂包括各具有4个或更多碳原子的醇与酮(约4-12个碳原子)。可以用常规方法进行萃取。
通过羧酸萃取液输送管8将含有羧酸(IV)与有机溶剂的有机相送入羧酸分离步骤(9)。另一方面，从水回收管25放出水相，与来自碱-水回收管23的含碱水混合物一起通过输水管27循环送至电渗析步骤(2)中，或者通过碱-水输送管15循环送至水解步骤(1B)中。
在羧酸分离步骤(9)中，将含有来自羧酸萃取步骤(8)的羧酸(IV)与有机溶剂的有机相进行蒸馏，以使羧酸(IV)与有机溶剂分离。从羧酸回收管9回收羧酸(IV)，同时，通过有机溶剂输送管26将有机溶剂循环送到羧酸萃取步骤(8)，以重新用作萃取溶剂。回收的有机溶剂也可以用作酰胺萃取步骤(4)中的萃取溶剂。
可以分别间歇或连续地进行上述羧酸(IV)的萃取与羧酸(IV)的分离。
当然，不仅可以按上述方法分离与回收在电渗析步骤(2)形成的含有羧酸(IV)与水的混合物中的羧酸，而且，也可以按常规方法，例如萃取、蒸馏、结晶、重结晶、柱色谱法等，或其任选适宜结合的方法进行上述分离与回收。
方法(ii)与方法(i)相对应，但取消其中的酰胺萃取步骤(4)与水相分离步骤(13)。方法(ii)适用于下述情况，使微生物菌株或其衍生的制剂对腈作用，以形成酰胺化合物与羧酸盐的混合物。
在附图1说明的实例中，通过水合反应混合物输送管12，将在水合步骤(1A)中得到的反应混合物送入水解步骤(1B)中，另通过水解反应混合物输送管16，将在水解反应(1B)中生成的反应混合输送入氨回收步骤(6)中。
在水解步骤(1B)中，在水合步骤(1A)中得到的反应混合物中的酰胺(II)用碱进行水解反应，以生成相应的羧酸盐(III)与氨，同时反应混合物中的羧酸铵(V)与碱进行盐交换反应，生成相应的羧酸盐(III)与氨。
据方法(ii)，给酰胺萃取步骤(4)设旁路，使在水合步骤(1A)得到的反应混合物中的任何羧酸铵(V)进入水相中而不损失。此外，取消酰胺萃取步骤(4)与水相分离步骤(13)使工艺过程简化。另外，由于许多可使腈水合的微生物菌株具有可使腈转化成酰胺的酶及可使腈转化成羧酸的酶，因此，上述方法(ii)是与各种各样的微生物相容，从而可广泛地使用。方法(iii)适用于下述情况，使微生物菌株或其衍生的制剂对腈作用，主要生成相应的羧酸盐。
生成羧酸盐的步骤在生成羧酸盐的步骤中，使微生物菌株或其衍生的制剂对腈作用，生成相应的羧酸铵(V)。
参照附图2中说明的实例，特别是生成羧酸盐的步骤(1)，通过腈输送管1与输水管10分别向反应器中加入腈与水，在可使腈转化成羧酸的微生物菌株或其衍生的制剂的存在下，进行水合反应。当然，可以通过水循环管20，将随后要描述的浓缩步骤(5)中得到的馏出水送进上述反应器中。
在上述生成羧酸盐步骤(1)中待用的水的量，相对于每摩尔的腈，可以例如不低于1.5摩尔(例如大约1.5-300摩尔)，优选不低于2摩尔(例如约2-150摩尔)。为了改进腈的溶解性，并使反应顺利进行，可以向反应系统中加入如方法(i)中已描述的有机溶剂。同样地，也可以加入缓冲剂。
微生物菌株或其衍生的制剂的浓度，腈的浓度，反应系统的pH值，以及反应时间等可以如同在方法(i)中水合步骤(1A)中的情况。反应型式可以是固定床反应或流化床反应；可以是间歇式或连续式。为了提高反应产物的浓度，可以通过反应混合物循环管11，把反应混合物循环送入反应系统。
通常，将反应混合物进行常规的分离处理，例如离心或过滤，以便在送入下一个步骤以前，除掉其中的微生物细胞或从微生物衍生的制剂。
盐交换步骤在盐交换步骤中，使碱与在生成羧酸盐步骤中生成的羧酸铵(V)进行盐交换反应，以生成相应的羧酸盐(III)与氨。
参照附图2中说明的实例，特别是盐交换步骤(12)，把在生成羧酸盐步骤中生成的含有羧酸铵(V)的反应混合物，通过含有水合反应产物的混合物输送管2，送入盐交换反应器中，同时，通过输碱管14，向反应器中加入碱。
上述步骤可使用的碱包括那些在方法(i)中的水解步骤(1B)所用的碱。优选的碱包括碱金属的氢氧化物(氢氧化钠、氢氧化钾等)，及碱金属的碳酸盐(碳酸钠，碳酸钾等)。更优选的碱包括氢氧化钠与氢氧化钾。上述碱可以单独使用，也可以以2个或更多的碱混合使用。
相对于每摩尔羧酸铵(V)，碱的用量可以不低于0.5克当量，优选约1-5克当量，更优选约1-2(特别是1-1.5)克当量。该盐交换反应可在约0-50℃温度范围内进行，通常是在室温下进行。该反应可以间歇或连续地进行。
当然，在生成羧酸盐反应步骤(1)中通过使微生物菌株或其衍生的制剂对腈进行作用，在一个步骤中同时进行腈的水合反应与盐交换反应。
盐交换步骤将羧酸铵转变成碱金属盐，后者电渗析中，具有更高的电流效率。利用这个步骤可以显著提高羧酸的生成效率。
氨的回收步骤在氨回收步骤中，回收在盐交换步骤中生成的氨。氨的回收可以如同在方法(i)那样进行。
参照附图2中说明的实例，特别是回收步骤(6)，通过含有盐交换反应产物的混合物输送管29，把从盐交换步骤(12)得到的反应混合物送入氨回收设备中，其中，用来自惰性气体输送管18的惰性气体进行气提，然后，从氨回收管19回收所得到的惰性气体与氨气的混合物。可以用上述的惰性气体作为该步骤所用的惰性气体，氨的回收可以间歇或连续地进行。
回收的氨可以用作合成氰化物时的反应物例如氰化氢，其是用于合成腈的原料。
因此，可以容易地用氰化氢与其它起始化合物A(如酮，醛或环氧化物)进行反应制得腈(I)。
浓缩步骤按需要，可以把在氨回收步骤中得到的混合物送入浓缩步骤中，以提高羧酸盐的浓度，因此提高电渗析步骤中的渗析效率。
参照附图2中说明的实例，特别是浓缩步骤(5)，通过含有羧酸盐混合物输送管6，把经氨回收处理后的含有羧酸盐(III)的混合物送入浓缩设备中。可以如与方法(i)相同的方法进行浓缩。通过管道21把得到的浓缩物送入电渗析步骤(2)中。通过管道20把馏出水送入上述生成羧酸盐反应步骤(1)中重新使用。
当然，上述浓缩步骤(5)不必置于氨回收步骤(6)的下游，而可以置于盐交换步骤(12)的上游或下游位置上。
电渗析步骤，羧酸萃取步骤及羧酸分离步骤基本上可以按照方法(i)的相同方法进行电渗析步骤、羧酸萃取步骤及羧酸分离步骤。通过碱-水回收管23可以把从电渗析步骤(2)得到的碱送入盐交换步骤(12)中重新使用。方法(iv)也适合于下列情况，使微生物菌株或其衍生的制剂对腈作用，主要生成相应的羧酸盐。
方法(iv)是与方法(iii)不同，它不包含盐交换步骤(12)，从电渗析步骤得到的氨是在氨回收步骤中回收。方法(iv)的优点在于，可以以较短步骤制得目标羧酸。本方法(iv)与方法(iii)的区别如下所述。
浓缩步骤在浓缩步骤中，对来自上述生成羧酸盐步骤的反应混合物进行浓缩。在附图2说明的实例中，通过水合反应产物混合物输送管28把在生成羧酸盐步骤(1)生成的反应混合物送入浓缩设备中。用与前述相同方法进行浓缩。通过含有羧酸盐混合物输送管21将来自浓缩步骤(5)的浓缩物送入电渗析步骤(2)中。在浓缩步骤中得到的溜出物水可以在生成羧酸盐步骤(1)中重新使用。
氨回收步骤在氨回收步骤中，用与上述相同的方法，把在电渗析步骤(2)中形成的氨水送入氨回收设备中进行回收。回收的氨可以用作腈生产线的原料。
本发明方法包括用微生物菌株或其衍生的制剂对腈进行水合反应，以及相结合的对相应羧酸盐的电渗析作用，该方法中不形成如硫酸氢铵的副产物。此外，该方法可有利地回收有用的氨与催化剂。
另外，可以有效地使用氨与催化剂物质。
下列实例更详细说明本发明的内容，但决不认为限制本发明的保护范围。
实施例实施例1据附图1所示的制备流程图中的方法(i)，制备2-羟基-4-甲硫基丁酸(α-羟基-4-甲硫基丁酸)。本实施例中，越过浓缩步骤(5)，制备目标羧酸。
水合步骤(1A)用取自斜面培养基的一菌环量的暗红戈登氏菌(Gordonarubropertinctus)JCM 3204接种在1000ml坂口烧瓶中的下列液体培养基，在30℃下，通气并摇瓶培养48小时。
培养基(单位w/v)丙三醇 2％酶母抽提物 0.3％磷酸二氢钾 0.5％磷酸氢二钾 0.5％硫酸钠 0.1％硫酸镁 0.05％氯化钙 0.005％硫酸锰 1×10-4％氯化铁 1×10-5％硫酸锌 1×10-5％异戊腈(诱发剂) 0.2％pH 7.2然后对上述液体培养基进行离心，得到细胞，接着各用一部分0.05M的磷酸盐缓冲液(pH7.0)洗涤3次。将洗涤过的细胞重悬浮在250ml的如上所述的缓冲液以后，加入2-羟基-4-甲硫基丁腈(α-羟基-4-甲硫基丁腈)，其最终浓度为330mM，并在5℃下反应24小时。反应结束以后，离心该反应混合物，以除掉细胞，并回收上清液。用液相色谱法分析上清液，表明它含有4.1％(重量)的2-羟基-4-甲硫基丁酰胺(α-羟基-4-甲硫基丁酰胺)与0.9％(重量)以游离酸为基准，2-羟基-4-甲硫基丁酸铵(α-羟基-4-甲硫基丁酰铵)(以游离酸为基准计算)。2-羟基-4-甲硫基丁酰胺的收率为83％，而2-羟基-4-甲硫基丁酸铵的收率为17％。
酰胺萃取步骤(4)以3634克/小时的流量，通过水合反应混合物输送管2，将在水合步骤(1A)中得到的反应混合物(上清液)加入装有腊希环的萃取塔中，同时，以4600克/小时的流量，向该塔加入含有甲基乙基酮与少量水的萃取溶剂(在随后要描述的水相分离步骤(13)中得到的有机相)。
结果，以3750克/小时的流量，得到含有2-羟基-4-甲硫基丁酰胺与甲基乙基酮的有机相(其中，149克/小时的2-羟基-4-甲硫基丁酰胺)。
水解步骤(1B)以540克/小时的流量，通过碱水输送管15，向装有搅拌器的5升玻璃反应器中连续加入8％的含有少量2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的氢氧化钠水溶液(来自电渗析步骤(2)的氢氧化钠水溶液与来自上述羧酸萃取步骤(8)的水相所组成的混合物)；同时，通过酰胺混合物输送管3向该反应器加入在酰胺萃取步骤中得到的有机相。水解反应在温度60℃下进行。
结果，以1,390克/小时的流量，得到含有2-羟基-4-甲硫基丁酸钠(230克/小时)、氨(17克/小时)、水与甲基乙基酮的反应混合物。
水相分离步骤(13)通过水解产物混合物输送管4，把在水解步骤(1B)得到的反应混合物送入相分离设备中。以690克/小时的流量，通过如上述的有机溶剂输送管17，把所得到的有机相(含有10％水的甲基乙基酮)循环至酰胺萃取步骤(4)中。
氨回收步骤(6)通过含有羧酸盐混合物输送管5，把在水相分离步骤(13)得到的含有2-羟基-4-甲硫基丁酸钠与氨的水相加入到装有腊希环的氨汽提塔中，同时，通过与氨汽提塔底部相连的惰性气体输送管18，以23升/小时的流量，向该塔通入甲烷气体。
结果，从氨汽提塔顶部得到甲烷-氨混合气体。通过氨回收管19，把上述混合气体送入氢氰酸生产线。
电渗析步骤(2)使用包括一个双极膜与一个阳离子交换膜(两者皆由Tokuyama公司制造)的电渗析器(TS2B-2-5，有效面积200cm2×5对，由Tokuyama公司制造)。
向上述电渗析器中加入来自在氨回收步骤(6)中已除去氨的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的水溶液(来自含有羧酸盐的混合物输送管6)，与来自电渗析步骤的含有2-羟基-4-甲硫基丁酸和未分解的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的水溶液(来自含有羧酸的混合物循环管24)的水溶液的混合物。在上述混合物中2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的浓度是8.8％(重量)，向电渗析器的加料速度是3,600克/小时。将一部分该混合物(655克/小时)送入羧酸萃取步骤(8)。
从电渗析步骤所得的氢氧化钠水溶液与通过碱水回收管23，来自随后要描述的羧酸萃取步骤(8)所得的水相(含有未分解的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的水溶液；水回收管23)相混合，并把部分混合物通过输水管27作为电解液送入电渗析器中，同时，其余的大部分混合物通过碱-水输送管15循环送入水解步骤(1B)中。另一方面，通过输水管22，以18克/小时的流量，把水(尚未使用过的新鲜水)送入电渗析器中。
羧酸萃取步骤(8)通过羧酸混合物输送管7，把来自已在氨回收步骤(6)除去氨的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠水溶液(管线6)与来自羧酸混合物循环管24的含有羧酸的混合物(含有2-羟基-4-甲硫基丁酸与未分解的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的水溶液)的混合物送入萃取塔中。同时，通过有机溶剂输送管26，把作为萃取溶剂的甲基乙基酮也送入该萃取塔中。
结果，以805克/小时的流量，得到含有18.5％(重量)的2-羟基-4-甲硫基丁酸，73％(重量)的甲基乙基酮与8.5％(重量)的水的萃取液(有机相)。如前所述，通过水回收管25，把含有未分解的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的水相与在碱水循环管23中的氢氧化钠水溶液一起，循环送到水解步骤(1B)与电渗析步骤(2)中。
羧酸分离步骤(9)
通过羧酸萃取液输送管8把羧酸萃取步骤(8)中得到的萃取良(有机相)送入蒸馏柱中进行蒸馏。结果，以178克/小时的流量，从蒸馏塔底部，通过羧酸回收管9，得到含有80％的其加纳不颜色级为4的2-羟基-4-甲硫基丁酸的水溶液。另一方面，从蒸馏塔顶部得到的甲基乙基酮馏分，通过有机溶剂输送管26，循环送到羧酸萃取步骤(8)中，作为萃取溶剂重新使用。
实施例2据附图1中说明的制备流程图中的方法(ii)制备2-羟基-4-甲硫基丁酸。
水合步骤(1A)重复实例1中描述的方法，以制备含有4.1％(重量)的2-羟基-4-甲硫基丁酰胺与0.9％(重量)2-羟基-4-甲硫基丁酸铵的反应混合物。
水解步骤(1B)通过水合反应混合物输送管12，以2,983克/小时的流量，向装有搅拌器的3升玻璃反应器中连续加入来自水合步骤(1A)的含有2-羟基-4-甲硫基丁酰胺与2-羟基-4-甲硫基丁酸的反应混合物。另一方面，通过碱水输送管15，以540克/小时的流量，把8％的含有少量2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的氢氧化钠水溶液(即来自电渗析步骤(2)的氢氧化钠水溶液与来自羧酸萃取步骤(8)的水相的混合物)也加入到上述反应器中。在方法中，在温度60℃进行水解反应。
结果，以1390克/小时的流量，得到含有2-羟基-4-甲硫基丁酸钠(230克/小时)，氨(17克/小时)，水，与甲基乙基酮的反应混合物。
氨回收步骤(6)与浓缩步骤(5)通过水解产物混合物输送管16，以3,520克/小时的流量，连续地将来自水解步骤(1B)的反应混合物加入到单级蒸馏柱中。(其中，230克/小时的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠，17克/小时的氨)，以除去其中的水(2,130克/小时)与氨(17克/小时)。结果，以1,373克/小时的流量，得到含有2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的水溶液(其中，230克/小时的2-羟基-4-甲硫基丁酸钠)。
用与实施例1的氨回收步骤中的相同方法，以甲烷气体汽提作为馏出物的氨水以回收氨。把回收的氨与甲烷气体送入氢氰酸生产线中。在水合步骤(1A)中重新使用经除氨处理后的水。
电渗析步骤(2)，羧酸萃取步骤(8)与羧酸分离步骤(9)如同实施例1的方法，把来自氨回收-浓缩步骤的含有2-羟基-4-甲硫基丁酸钠水溶液，送入电渗析步骤，羧酸萃取步骤与羧酸分离步骤，来得到2-羟基-4-甲硫基丁酸。
如同实施例1的方法，可以把来自电渗析步骤(2)的氢氧化钠加入到水解步骤(1B)中重新使用。
实施例3据附图2中说明的制备流程图的方法(iv)，制备2-羟基-4-甲硫基丁酸。
生成羧酸盐的步骤(1)用取自斜面培养基的一菌环量的杆菌种R341(FERM P2719)，接种在如同实施例1的1,000ml坂口烧瓶中相同液体培养基中，在30℃下通气并摇瓶培养48个小时。
经离心上述培养液后，得到经培养的细胞，然后各用部分0.05M磷酸盐缓冲液(pH7.0)洗涤3次。把洗涤过的细胞再悬浮于250ml与上述相同的缓中液中。加入2-羟基-4-甲硫基丁腈，其最终浓度为330mM，在温度5℃下，反应24个小时。在反应结束后，反应混合物进行离心，以除去其中的细胞，并得到上清液。用液相色谱法分析上述上清液，得到它含有4.9％(重量)(以游离酸为基准)2-羟基-4-甲硫基丁酸铵。
浓缩步骤(5)把来自上述生成羧酸盐步骤(1)的反应混合物送入单级蒸馏柱中，以除去其中的水，并得到含有2-羟基-4-甲硫基丁酸铵的浓缩物。
电渗析步骤(2)，羧酸萃取步骤(8)与羧酸分离步骤(9)如同实施例1中的方法，把来自浓缩步骤(5)中的含有2-羟基-4-甲硫基丁酸钠的浓缩物送入如实施例1中的电渗析步骤、羧酸萃取步骤与羧酸分离步骤中，得到2-羟基-4-甲硫基丁酸。
氨回收步骤(6)把在电渗析步骤(2)中得到的氨水送入氨汽提塔中，重复在实例1中的氨回收步骤的方法，得到氨-甲烷混合气体。把该混合气体送入制备氢氰酸的生产线，而氢氰酸是用于制备2-羟基-4-甲硫基丁腈的起始化合物。
权利要求
1.一种羧酸的制备方法，该方法包括(1)生成羧酸盐的步骤，包括让可使腈进行水合作用的微生物菌株或从该微生物衍生的制剂对腈进行作用，由此(a)至少生成相应的酰胺，该酰胺在碱存在下水解生成相应的羧酸盐，或(b)生成相应的羧酸的盐；和(2)一个电渗析步骤，包括将在上述生成羧酸盐步骤中形成的羧酸盐进行电渗析作用，以形成相应的羧酸与碱。
2.权利要求1的羧酸制备方法，其中腈是氰醇化合物。
3.权利要求1的羧酸制备方法，其中可使腈进行水合作用的微生物至少是一个选自下列的微生物菌株泛菌属、微球菌属、杆菌属、芽孢杆菌属、马杜拉放线菌属、北里孢菌属、水生角质菌属、无色杆菌属、拜叶林克氏菌属、纤维单胞菌属、克雷伯氏杆菌属、放线多孢菌属、束丝放线菌属、游动放线菌属、无枝酸菌属、多糖杆菌属、链霉菌属、类诺卡氏菌属、普罗威登斯菌属、微杆菌属、红细菌属、红螺菌属、乳酪干菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、棒状杆菌属、短杆菌属、诺卡氏菌属、红球菌属、节杆菌属、球拟酵母属、红假单胞菌属、不动杆菌属、分枝杆菌属、假丝酵母属、土壤杆菌属、曲酶属、青霉菌属、旋孢霉属、缣孢属、肠杆菌属、黄色杆菌属、欧文氏菌属、柠檬杆菌属、气单胞菌属、戈登氏菌属。
4.权利要求1的羧酸制备方法，其中上述所用的微生物菌株是一个在有至少一个选自腈与酰胺的诱发物存在条件下生长的微生物菌株。
5.权利要求1的羧酸制备方法，其中上述的从微生物衍生的制剂包括(a)腈水合酶，(b)腈水合酶与酰胺酶，或(c)腈水解酶。
6.权利要求1的羧酸制备方法，其中所述碱是碱金属氢氧化物。
7.权利要求1的羧酸制备方法，其中上述电渗析作用是用一个电渗析器来进行的，该电渗析器包括一个双极膜、以及至少一个选自阳离子交换膜和阴离子交换膜的离子交换膜。
8.权利要求1的羧酸制备方法，其中还包括(3)反应混合物的循环步骤，把经微生物菌株或其衍生的制剂对腈进行作用所生成的反应混合物，循环至上述生成羧酸盐的反应步骤的水合反应系统中。
9.权利要求1的羧酸制备方法，其中还包括(4)酰胺萃取步骤，用有机溶剂从经所述微生物菌株或所述的其衍生的制剂对腈进行作用生成的含有酰胺的反应混合物中萃取酰胺。
10.权利要求1的羧酸制备方法，其中还包括(5)浓缩步骤，用于(a)把经所述的微生物菌株或所述的其衍生的制剂对腈进行作用所生成的含有酰胺或羧酸盐的反应混合物进行浓缩，或者用于(b)把经所说的酰胺水解所生成的含有羧酸盐的反应混合物进行浓缩。
11.权利要求1的羧酸制备方法，其中还包括(6)回收氨的步骤，用于回收在上述生成羧酸盐反应步骤(1)中作为副产物生成的氨，或者除了所述步骤6外，还有(7)使用回收氨的步骤，用上述回收氨作为腈生产线中的氮资源。
12.权利要求1的羧酸制备方法，其中还包括(8)羧酸萃取步骤，用于用有机溶从电渗析步骤(2)得到的含有羧酸与水的溶液中萃取羧酸；以及(9)羧酸的分离步骤，包括使来自羧酸萃取步骤(8)的有机相中的羧酸与有机溶剂分离；或者，除了所述步骤(8)与(9)外，还包括步骤(10)循环在羧酸分离步骤(9)中分离出的有机溶剂作为萃取溶剂，重新使用于羧酸萃取步骤(8)或酰胺萃取步骤(4)中。
13.权利要求9的羧酸制备方法，其中至少使用一种选自醇、酮、醛、酯与醚的疏水性有机溶剂，作为萃取有机溶剂。
14.权利要求1的羧酸制备方法，其中还包括(11)碱的重新使用步骤，把在电渗析步骤(2)中得到的碱，重新使用于上述的生成羧酸盐步骤(1)中。
15.权利要求1的羧酸制备方法，其中还包括(12)盐交换步骤，在生成羧酸盐步骤(1)中形成的羧酸铵与碱进行盐交换反应。
16.一种羧酸的制备方法，包括(1A)水合步骤，将可使氰醇化合物进行水合作用至少生成相应的羟基酰胺的衍生物菌株或其衍生的制剂，对氰醇化合物进行作用，以生成相应的羟基酰胺，及(4)酰胺萃取步骤，用有机溶剂萃取含有上述羟基酰胺的反应混合物，生成含有羟基酰胺的有机相；(1B)水解步骤，包括在碱金属氢氧化物存在的条件下，使有机相中的所述羟基酰胺进行水解，以生成相应的羟基羧酸的碱金属盐与氨；(6、13)氨回收-水相分离步骤，用于从来自上述步骤(1B)的含有碱金属的羟基羧酸盐与氨的混合物中，回收氨与分离出含有所述碱金属的羟基羧酸盐的水相；(2)电渗析步骤，包括用电渗析器把来自上述氨回收-水相分离步骤(6、13)的含有所说碱金属的羟基羧酸盐的水相进行电渗析，该电渗析器包括一个双极膜与至少一个选自阳离子交换膜和阴离子交换膜的离子交换膜，经电渗析作用可生成相应的羟基羧酸与碱金属氢氧化物；(7)回收氨的循环步骤，把在所述氨回收-水相层分离步骤(6、13)中回收的氨，循环再用于制备氰化氢生产线上，而氰化氢可用作制备氰醇化合物的原料；以及(11)重新使用碱金属氢氧化物的步骤，将在所述电渗析步骤(2)中生成的碱金属氢氧化物再用于水解步骤(1B)中。
17.权利要求16的羧酸制备方法，还包括至少一个选自(15)步骤与(16)步骤的一个步骤，(15)把来自酰胺萃取步骤(4)的水相循环至水合步骤(1A)中，(16)为水相分离步骤，用相分离方法对氨回收-水相分离步骤(6、13)中的水相进行分离，并将有机相循环到酰胺萃取步骤(4)中。
18.一种羧酸的制备方法，其中包括(1A)水合步骤，将可使氰醇化合物进行水合作用以生成相应的羟基酰胺与羟基羧酸的微生物菌株或其衍生的制剂对氰醇化合物进行作用，来生成相应的羟基酰胺与羟基羧酸铵盐；(1B)处理反应混合物的步骤，即用碱金属氢氧化物对含有所述羟基酰胺与羟基羧酸铵盐的反应混合物进行处理，以水解该羟基酰胺，同时通过盐交换反应，使该羟基羧酸铵盐转变成相应的羟基羧酸的碱金属盐与氨；(6，5)氨回收-浓缩步骤，即从来自上述水解步骤(1B)的含有所述的羟基羧酸的碱金属盐与氨的反应混合物中回收氨，并浓缩该混合物；(2)电渗析步骤，用电渗析器使来自上述氨回收-浓缩步骤(6，5)的含有羟基羧酸的碱金属盐的混合物进行电渗析作用，该电渗析器包括一个双极膜与至少一个选自阳离子交换膜与阴离子交换膜的离子交换膜，通过上述电渗析作用生成相应的羟基羧酸与碱金属氢氧化物；(7)氨的循环步骤，把在上述氨回收-浓缩步骤(6，5)中回收的氨循环到氰化氢生产线中，作为制备氰醇化合物的原料重新使用；以及(11)碱金属氢氧化物重新使用步骤，将来自所述电渗析步骤(2)的碱金属氢氧化物送入水解步骤(1B)中重新使用。
19.一种羧酸的制备方法，其中包括(1)生成羧酸盐的步骤，将可使氰醇化合物进行水合作用以至少生成相应的羟基羧酸的微生物菌株或其衍生的制剂，对氰醇化合物进行作用，生成相应的羟基羧酸铵；(12)盐交换步骤，用碱金属氢氧化物处理上述羟基羧酸铵，生成相应的碱金属的羟基羧酸盐；(6)氨回收步骤，回收在所述盐交换步骤中形成的氨；(5)浓缩步骤，浓缩含有羟基羧酸盐的混合物，该浓缩作用可以在上述盐交换步骤(12)的上游进行，或者也可以在上述氨回收步骤(6)的上游或下游进行；(2)电渗析步骤，用电渗析器使含有碱金属羟基羧酸盐的混合物进行电渗析作用，该电渗析器包括一个双极膜与至少一个选自阳离子交换膜与阴离子交换膜的离子交换膜，通过电渗析作用生成相应的游离羟基羧酸与碱金属氢氧化物；(7)氨的循环步骤，把在所述氨回收步骤(6)中回收的氨循环至氰化氢生产线中，作为制备氰醇化合物的原料重新使用；以及(14)碱金属氢氧化物的重新使用步骤，把在上述电渗析步骤(2)中生成的碱金属氢氧化物，送入上述盐交换步骤(12)中重新使用。
20.一种羧酸的制备方法，其中包括(1)生成羧酸盐的步骤，将可使氰醇化合物进行水合作用至少生成相应的羟基羧酸的微生物菌株或由所述微生物衍生的制剂，对氰醇化合物进行作用，以生成相应的羟基羟酸铵；(5)浓缩步骤，将生成的含有羟基羧酸铵的混合物进行浓缩；(2)电渗析步骤，用电渗析器使在上述浓缩步骤(5)生成的浓缩物进行电渗析作用，该电渗析器包括一个双极膜与至少一个选自阳离子交换膜与阴离子交换膜的离子交换膜，通过电渗析作用生成游离的羟基羧酸与氨；(6)氨回收步骤，回收在上述电渗析步骤(2)中生成的氨；以及(7)氨的循环步骤，即把在上述氨回收步骤(6)中回收的氨，循环送入氰化氢生产线中，作为制备氰醇化合物的原料重新使用。
21.权利要求16的羧酸的制备方法，还包括至少一个选自下列的步骤(3)循环反应混合物的步骤，把经所说的微生物菌株或所说的其衍生的制剂对所述氰醇进行作用生成的反应混合物循环到水合反应系统中，(8)羧酸萃取步骤，用有机溶剂从来自电渗析步骤(2)的含有所述羟基羧酸与水的混合物中萃取羟基羧酸，以及(9)羧酸分离步骤，从来自羧酸萃取步骤(8)的有机相中，分离出羟基羧酸与有机溶剂。
22.权利要求21的羧酸制备方法，还至少包括一个选自下列的步骤(17)循环水相的步骤，把来自羧酸萃取步骤(8)的水相循环至水解步骤(1B)中或电渗析步骤(2)中；及(10)有机溶剂再利用步骤，将在羧酸分离步骤(9)中回收的有机溶剂，作为萃取溶剂重新使用在羧酸萃取步骤(8)或酰胺萃取步骤(4)中。
23.权利要求18的羧酸制备方法，还包括(18)循环蒸馏水的步骤，把来自氨回收-浓缩步骤(6，5)或浓缩步骤(5)的馏出水，循环至水合步骤(1A)或生成羧酸盐步骤(1)中。
24.权利要求16的羧酸制备方法，其中氰醇化合物是具有下列化学式(Ia)的化合物，
式中R1与R2相同或不同，各自代表氢原子或可任选取代的烃基；R1与R2可以与邻近的碳原子结合形成一个环，条件是当R1是氢原子时，R2不能是氢原子，反之亦然。
25.权利要求24的羧酸制备方法，其中化学式(Ia)中的R1与R2相同或不同，各自代表C1-12烷基、C2-12链烯基、C2-12链炔基、C3-10环烷基、C6-14芳基或C7-10芳烷基。
26.权利要求24的羧酸制备方法，其中氰醇化合物是2-羟基-4-甲硫基丁腈。
全文摘要
本发明方法包括(1)生成羧酸盐的步骤,其中使微生物菌株或其衍生的制剂对腈作用,由此(a)至少生成相应的酰胺,它在碱存在下水解生成相应的羧酸盐,或(b)生成相应的羧酸的盐;及(2)电渗析步骤,其中把在步骤(1)生成的羧酸盐进行电渗析,以生成相应的羧酸与碱。由此,可以制备羧酸其中不形成硫酸氢铵或其他的副产物。上述微生物包括泛菌属与戈登氏菌属的微生物,在步骤(1)中生成的氨,可以作为氮源重新使用在腈生产线中。
文档编号C12P11/00GK1186061SQ9710937
公开日1998年7月1日 申请日期1997年12月20日 优先权日1996年12月20日
发明者松冈一之, 松山彰收 申请人:大赛璐化学工业株式会社