专利名称：二氨基丁烷(dab)、琥珀腈(sdn)和琥珀酰胺(dam)的制备方法
技术领域：
本申请涉及由通过发酵制备的琥珀酸(SA)和琥珀酸一铵(MAS)制备含氮化合物例如二氨基丁烷(DAB)、琥珀腈(SDN)和琥珀酰胺(DAM)的方法。
背景技术：
糖发酵的某些碳质产物被视为石油衍生材料的替代物，以用作制造含碳化学物质的原料。一种这样的产物为MAS。与MAS相关的物质，即SA，其可通过微生物使用可发酵的碳源(例如糖)作为起始物质来制备。然而，商业上最可行的并且在文献中描述的产生琥珀酸的微生物对发酵液进行中和以维持适合最大生长、转化和生产率的pH值。通常，通过将氢氧化铵加入发酵液来使发酵液的PH值维持为7或接近7，由此将琥珀酸转化成琥珀酸二铵(DAS)。DAS可转化成MAS以从发酵液中获得MAS。Kushiki (公布号为2005-139156的日本公布的专利申请)公开了一种从DAS的水溶液获取MAS的方法，所述DAS的水溶液可以自加入有铵盐作为反离子的发酵液获得。具体地，通过以下步骤自DAS的水溶液结晶出MAS :将乙酸加入到DAS的水溶液以将该溶液的pH值调节至4. 6和6. 3之间，从而使不纯的MAS从该溶液结晶出。Masuda (日本未审查的专利公布P2007-254354，2007年10月4日)描述了分子式为h4noocch2ch2coonh4的“琥珀酸铵”的稀水溶液的部分脱氨。从公开的分子式可以看出，“琥珀酸铵”为琥珀酸二铵。Masuda通过加热琥珀酸铵的溶液来去除水和氨以产生固态的基于琥珀酸的组合物，该组合物除了含有琥珀酸铵以外，还含有琥珀酸一铵、琥珀酸、琥珀一酰胺、琥珀酰亚胺、琥珀酰胺或琥珀酸酯中的至少一种。因此，可以推测，与Kushiki相似，Masuda也公开了导致产生不纯的MAS的方法。Kushiki和Masuda的方法生成的物质都需要经受多种提纯手段以制备高纯度的MAS。生物衍生的MAS以及SA (例如从MAS自身获得的SA)为用于合成许多商业上重要的化学物质和聚合物的平台分子。因此，极其期望提供一种能对清晰的、商业上可行的获得例如DAB、SDN和DAM的衍生物的途径进行灵活地整合的纯化技术。由于缺乏用于将发酵获取的SA/MAS转化成DAB、SDN、琥珀酸氨基腈(SAN)和DAM的经济上和技术上可行的解决方法，则提供用于提供具有足以直接氢化的纯度的有成本效益的SA/MAS流的方法将是有益的
发明内容
本发明提供了一种用于制备SA的含氮化合物的方法，该方法包括(a)提供含有DAS的澄清的发酵液；(b)蒸馏所述发酵液以形成包含水和氨的顶部馏出物以及包含MAS、至少一些DAS和至少约20wt% (重量百分比)的水的液态底部残留物；(c)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成；(d)从所述液态部分中分离出所述固态部分的至少一部分；和&) (I)在至少一种氢化催化剂存在下，使 所述固态部分与氢气以及可选地与氨源接触，以制备DAB ;或者(2)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备SDN ;或者(3)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备DAM ;以及(f)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。本发明还提供了一种用于制备SA的含氮化合物的方法，该方法包括(a)提供含有DAS的澄清的发酵液；(b)蒸馏所述发酵液以形成包含水和氨的第一顶部馏出物以及包含MAS、至少一些DAS和至少约20wt%的水的第一液态底部残留物；(c)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成；(d)从所述液态部分中分离出所述固态部分；(e)回收所述固态部分；(f)将所述固态部分溶解在水中以制备MAS的水溶液；(g)在足以形成包括水和氨的第二顶部馏出物以及包括大部分的SA、少部分的MAS和水的第二底部残留物的温度和压力下，蒸馏所述MAS的水溶液；(h)冷却和/或蒸发所述第二底部残留物，以使所述第二底部残留物分离成与第二固态部分接触的第二液态部分，第二固态部分优选地主要由SA组成且基本上不含有MAS ; (i )从所述第二液态部分中分离出所述第二固态部分的至少一部分；和(」)(I)在至少一种氢化催化剂存在下，使所述第二固态部分与氢气和氨源接触，以制备DAB ;或者(2)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备SDN ;或者(3)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备DAM ;以及(k)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。本发明还提供了一种用于制备含氮化合物的方法，该方法包括(a)提供含有MAS的澄清的发酵液；(b)可选地，将MAS、DAS、SA、NH3和/或NH4+添加到发酵液中以优选地维持发酵液的PH小于6 ; (c)蒸馏所述发酵液以形成包括水和可选地包括氨的顶部馏出物以及包括MAS、至少一些DAS和至少约20wt%的水的液态底部残留物；(d)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成；(e)从所述液态部分中分离出所述固态部分的至少一部分jP(f) (I)在至少一种氢化催化剂存在下，使所述固态部分与氢气以及可选地与氨源接触，以制备DAB ;或者(2)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备SDN ;或者(3)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备DAM ;以及(g)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。本发明还提供了一种用于制备含氮化合物的方法，该方法包括Ca)提供含有MAS的澄清的发酵液；(b)可选地，将MAS、DAS、SA、NH3和/或NH4+添加到发酵液中以优选地维持发酵液的PH小于6 ; (c)蒸馏所述发酵液以形成包括水以及可选地包括氨的顶部馏出物以及包括MAS、至少一些DAS和至少约20wt%的水的液态底部残留物；(d)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成；(e)从所述液态部分中分离出所述固态部分jP(f)回收所述固态部分；(g)将所述固态部分溶解在水中以制备MAS的水溶液；(h)在足以形成包括水和氨的第二顶部馏出物以及包括大部分的SA、少部分的MAS和水的第二底部残留物的温度和压力下，蒸馏所述MAS的水溶液；(i)冷却和/或蒸发所述第二底部残留物，以使所述第二底部残留物分离成与第二固态部分接触的第二液态部分，第二固态部分优选地主要由SA组成且基本上不含有MAS ；(j)从所述第二液态部分中分离出所述第二固态部分的至少一部分；和(10 (I)在至少一种氢化催化剂存在下，使所述固态部分与氢气和氨源接触，以制备DAB ;或者(2)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备SDN ;或者(3)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备DAM ;以及(I)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
图I示意性地示出了用于制备通过发酵获取的SA/MAS以及进一步将SA/MAS转化成DAB和SDN的完整过程，并且示出了 DAS的两阶段脱氨，在该两阶段之间具有MAS结晶；
图2示意性地示出了将MAS转化成DAB、SDN和DAM以及其他中间物和衍生物的各种途径；图3示意性示出了将SA转化成DAB、SDN和DAM以及其他中间物和衍生物的各种途径；和图4为示出MAS在水中和30%的DAS水溶液中的溶解度随着温度变化的曲线图。
具体实施例方式应该理解，与所附的权利要求书不同的是，下文说明书的至少一部分旨在涉及针对附图中的图示而选择的方法的代表性示例并且不旨在限定或限制本发明。通过参考图I可以理解本发明的方法，图I以流程图形式示出本发明的方法的一个代表性示例。生长容器通常为原位蒸汽灭菌发酵器，可以用来培养微生物培养基(未示出)，该微生物培养基随后用于制备含有DAS、MAS和/或SA的发酵液。这样的生长容器在现有技术中是已知的并且不作进一步讨论。该微生物培养基可包括能够从可发酵碳源(例如碳水化合物糖类)制备SA的微生物。微生物的代表性示例包括大肠杆菌(Escherichia coli或E. coli)、黑曲霉(Aspergillus niger)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)(也称为黄色短杆菌(Brevibacterium flavum))、幾肠球菌(Enterococcus faecalis)、小韦荣球菌(Veillonella parvula)、产玻拍酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)、产玻拍酸曼氏杆菌(Mannheimia succiniciproducens)、产玻拍酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillum succiniciproducens)、拟青霉(Paecilomyces Varioti)、酉良酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、栖瘤胃拟杆菌(Bacteroides ruminicola)、嗜淀粉拟杆菌(Bacteroides amylophilus)、真养产喊杆菌(Alcaligenes eutrophus)、产氨短杆菌(Brevibacterium ammoniagenes)、乳糖发酵短杆菌(Brevibacterium lactofermentum)、布伦氏假丝酵母(Candidabrumptii)、链状假丝酵母(Candida catenulate)、假丝酵母(Candida mycoderma)、诞沫假丝酵母(Candida zeylanoides)、帕鲁迪格拿假丝酵母(Candida paludigena)、萨纳瑞西斯假丝酵母(Candida sonorensis)、产I元假丝酵母(Candida utilis)、诞沫假丝酵母(Candida zeylanoides)、汉逊德巴利酵母(Debaryomyces hansenii)、尖抱键刀菌(Fusarium oxysporum)、绵毛状腐质菌(Humicola lanuginosa)、朽1檬克勒克酵母(Kloeckera apiculata)、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)、威克海姆-克鲁维酵母(Kluyveromyces wickerhamii)、简青霉(PeniciIliumsimplicissimum)、异常毕赤酵母(Pichia anomala)、贝氏毕赤酵母(Pichia besseyi )、媒介毕赤酵母(Pichia media)、季也蒙毕赤酵母(Pichia guilliermondii)、尹氏毕赤酵母(Pichia inositovora)、斯氏毕赤酵母(Pichia stipidis)、巴氏酵母(Saccharomyces bayanus)、粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)、念珠球拟酵母菌白色球拟酵母(Torulopsis Candida)、解脂耶氏酵母亚罗解脂酵母(Yarrowia lipolytica)、它们的混合物等。优选的微生物为以入藏号PTA-5132保存在ATCC的大肠杆菌菌株。更优选的是三种抗生素抗性基因(cat、amphl、tetA)被去除的该大肠杆菌菌株。抗生素抗性基因cat (用于对氯霉素抗性的编码)和amphl (用于对卡那霉素抗性的编码)的去除可通过以下文献中描述的所谓的“λ-红”方法进行，该方法的主题以引用方式并入本文Datsenko KA和Wanner BL.，《美国国家科学协会公报》，2000年6月6日；97 (12)6640-5。可以使用由Bochner等人在以下文献中最初描述的方法来去除四环素耐药基因tetA，该方法的主题以引用方式并入本文JBacteriol.，1980年8月；143 (2):926_933。葡萄糖为用于该微生物的优选的可发酵碳源。可以将可发酵碳源(例如，碳水化合物和糖类)、可选地氮源和复合营养素(例如，玉米浆)、附加的培养基组分(诸如维生素、盐和可以增进细胞生长和/或产物形成的其他物质)和水加入到生长容器中以用于微生物培养基的生长和维持。通常，微生物培养基在好氧条件下生长，该好氧条件通过鼓吹富氧气体(例如，空气等)提供。通常，提供酸(例如，硫酸等)和氢氧化铵以在微生物培养基的生长期间进行PH值控制。在一个示例(未示出)中，通过将富氧气体变为缺氧气体(例如，CO2等)，而将生长容器中的好氧条件(通过鼓吹富氧气体提供)转换为厌氧条件。厌氧环境引起可发酵的碳源在生长容器中原位生物转化为琥珀酸。提供氢氧化铵以在可发酵的碳源生物转化为SA期间进行PH值控制。由于存在氢氧化铵，所制备的SA至少部分地被中和为DAS，使得制备成包括DAS的发酵液。CO2提供了用于制备SA的另外的碳源。在另一示例中，生长容器的内容物可以借助流被转移到独立的生物转化容器，以使碳水化合物源生物转化为SA。将缺氧气体(例如，CO2等)鼓吹到生物转化容器中以提供引发制备SA的厌氧条件。提供氢氧化铵以在碳水化合物源生物转化为SA期间进行pH值控制。由于存在氢氧化铵，所制备的SA至少部分地被中和为DAS，使得制备成包括DAS的发酵液。CO2提供了用于制备SA的另外的碳源。在另一示例中，生物转化可以在相对低的pH值(例如，3到6)下进行。可以提供碱(氢氧化铵或氨水)以在碳水化合物源生物转化为SA期间进行pH值控制。根据所需的pH值，由于存在氢氧化铵或不存在氢氧化铵，制备SA，或者所制备的SA至少部分地被中和为MAS、DAS或包括SA、MAS和/或DAS的混合物。因此，可选地，在附加的步骤中，通过提供氨水或氢氧化铵，生物转化期间所制备的SA可以随后被中和，产生包括DAS的发酵液。因此，“含有DAS的发酵液”通常是指发酵液包括通过生物转化或其他方法添加的和/或产生的DAS和可能的任一数量的其他组分(诸如MAS和/或SA)。类似地，“含有MAS的发酵液”通常是指发酵液包括通过生物转化或其他方法添加的和/或产生的MAS和可能的任一数量的其他组分(诸如DAS和/或SA)。从可发酵的碳源的生物转化(在生长容器或生物转化容器中，取决于生物转化发生的位置)产生的发酵液通常含有不溶的固体，诸如细胞生物质和其他悬浮物质，在蒸馏之前，将所述不溶的固体借助流转移到澄清装置。去除不溶的固体使发酵液澄清。这减轻或防止堵塞随后的蒸馏设备。可以通过多种固液分离技术中的单独的任一种技术或技术组合来去除不溶的固体，所述固液分离技术包括但不限于离心分离和过滤(包括但不限于超过滤、微过滤或深度过滤)。可以使用本领域中已知的技术选择过滤。可以通过任一数量的已知方法去除可溶的有机化合物，这些已知方法例如但不限于离子交换和物理吸附等。离心分离的示例为连续的碟式离心机。在离心分离之后，增加一精过滤 (polishing filtration)步骤可以是有用的，该精过滤诸如为可包括使用诸如娃藻土等的过滤辅助工具的死端过滤或错流过滤，或者更优选地为超过滤或微过滤。超过滤膜或微过滤膜例如可以为陶瓷或高分子材料。高分子膜的一个例子是科氏滤膜系统公司(KochMembrane Systems) (850大街,威明顿市,马萨诸塞州,美国)制造的SelRO MPS-U20P (pH值稳定的超过滤膜)。其是在市场上可购买到的聚醚砜膜，截留分子量为25，000道尔顿，通常在O. 35MPa到I. 38MPa的压力(最大压力为I. 55MPa)并且在高达50° C的温度下工作。可替选地，可单独采用诸如超过滤或微过滤的过滤步骤。将产生的基本上没有微生物培养基和其他固体的含有DAS的澄清的发酵液或含有MAS的澄清的发酵液通过流转移到蒸馏装置。澄清的蒸馏发酵液应该含有一定量的DAS和/或MAS，该量占发酵液中的所有二羧酸二铵盐的至少大部分、优选地至少约70wt. %、更优选地80wt. %以及最优选的至少约90wt. %。通过高压液相色谱法(HPLC)或其他已知的方法，可以容易地确定DAS和/或MAS占发酵液中的全部二羧酸盐的重量百分比含量(wt. %)。水和氨作为顶部镏出物自蒸馏装置去除，并且至少一部分水和氨可选地借助流再循环至生物转化容器(或在厌氧模式下工作的生长容器)。只要蒸馏是以确保蒸馏的顶部镏出物含有水和氨并且蒸馏的底部残留物至少包括一些DAS和至少约20wt. %的水的方式进行，则蒸馏温度和压力不是关键。水的更优选的量为至少约30wt. %以及进一步更优选的量为至少约40wt. %。自蒸馏步骤去除氨的速率随着温度升高而增大，并且通过在蒸馏期间注入蒸汽(未示出)也可增大该速率。通过在真空下进行蒸馏或者通过用诸如空气、氮气等的非反应性气体鼓吹所述蒸馏装置，也可增大蒸馏期间去除氨的速率。在蒸馏步骤期间对水的去除可通过使用有机共沸剂而加强，条件是底部残留物含有至少约20wt.%的水，所述有机共沸剂诸如甲苯、二甲苯、环己烷、甲基环己烷、甲基异丁基酮、庚烷等。如果在能够形成共沸混合物的有机试剂的存在下进行蒸馏(该共沸混合物由水和该有机试剂组成)，则蒸馏产生包括水相和有机相的双相底部残留物，在这种情况下，水相可以与有机相分离，并且水相被用作蒸馏的底部残留物。只要底部残留物中的水含量被维持在至少约30wt. %的水平，则基本上避免诸如琥珀酰胺酸、琥珀酰胺和琥珀酰亚胺的副产物。
用于蒸馏步骤的优选温度的范围是约50°C到约300°C，该温度取决于压力。更优选的温度范围是约90°C到约150°C，该温度取决于压力。约110°C到约140°C的蒸馏温度是优选的。“蒸馏温度”是指底部残留物的温度(对于分批蒸懼，该温度可以为当取出最后期望的量的顶部镏出物时的温度)。加入可与水混溶的有机溶剂或者氨分离溶剂有助于在如上文所讨论的各种蒸馏温度和压力下去除氨。这样的溶剂包括能够形成惰性的氢键的疏质子溶剂、双极性溶剂、含氧溶剂。示例包括但不限于二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、丙二醇、亚砜(诸如二甲亚砜(DMSO)、内酯(诸如Y - 丁内酯(GBL))、酰胺(诸如二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺)、砜类(诸如二甲基砜)、、环丁砜、聚乙二醇(PEG)、丁氧基三乙二醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、醚类(诸如二氧己环)和甲基乙基酮(MEK)等。这样的溶剂有助于自澄清的发酵液中的DAS或MAS去除氨。无论哪种蒸馏技术，重要的是，蒸馏以确保至少一些DAS和至少约20wt. %的水且甚至更优选地至少约30wt. %的水留在底部残留物中的方式进行。可以在大气压、亚大气压或超大气压下进行蒸馏。该蒸馏可以为单级闪蒸、多级蒸馏(即，多级塔式蒸馏)等。单级闪蒸可以在任一类型的闪蒸器(例如，刮膜蒸发器、薄膜蒸发器、热虹吸管闪蒸器和强制循环闪蒸器等)中进行。多级蒸馏塔可以通过使用塔板和填料等来实现。所述填料可以为松散填料(例如，拉西环、鲍尔环和贝尔鞍形填料等)或规整填料(例如，Koch-Sulzer填料、英特洛克斯(Intalox)填料和麦勒派克(Mellapak)等)。所述塔板可以为任一设计(例如，筛孔塔板、浮阀塔板、泡罩塔板等)。可以在任一数量的理论级下进行所述蒸馏。如果所述蒸馏装置为塔，则构造不是特别的关键，并且可以使用熟知的规则来设计该塔。可以在气提模式、精馏模式或分馏模式下操作该塔。可以以分批模式或连续模式进行蒸馏。在连续模式中，将发酵液连续送入所述蒸馏装置，且顶部镏出物和底部残留物随着它们的形成而从所述装置连续地去除。来自蒸馏的馏出物为氨/水溶液，并且蒸馏的底部残留物为MAS和DAS的液态水溶液，所述蒸馏的底部残留物也可以含有其他发酵副产物盐类(即，乙酸铵、甲酸铵、乳酸铵等)和有色体。所述蒸馏的底部残留物可通过流转移到冷却装置并且通过常规的方法冷却。冷却技术不是关键性的。可以使用热交换器(利用热回收)。可以使用闪蒸冷却器将所述底部残留物冷却至约15°C。冷却到<15°C通常利用冷藏冷却剂，诸如，乙二醇溶液，或者，较不优选地盐水。在冷却之前可以包括浓缩步骤以帮助增大产物产量。此外，可以采用已知方法将浓缩和冷却组合，诸如真空蒸发和采用使用一体式冷却套管和/或外部热交换器的除热法。我们发现，液态底部残留物中的一些DAS的存在有助于通过降低含DAS的液态水性底部残留物中的MAS的溶解度来以冷却方式引起将底部残留物分离成为与固态部分接触的液态部分，所述固态部分至少“基本由"MAS组成(意思是所述固态部分为至少基本上纯的结晶MAS)。图4示出在0°C到60°C的不同温度下，30wt%的DAS水溶液中的MAS的减小的溶解度。上部的曲线示出，即使在0°C下，MAS保持基本上可溶于水(B卩，在水溶液中占约20wt%)。下部的曲线示出，在0°C时，MAS在30被％的DAS水溶液中基本上不可溶。因此，研究发现，如果一些DAS也存在于水溶液中，则MAS可更完全地从该水溶液中结晶而出。在这样的溶液中的DAS的优选浓度为ppm (百万分之一)至约3wt%的范围。这使得MAS固态部分在比不存在DAS时所需的温度高的温度下结晶(即，蒸馏的底部残留物的固态部分的形成)。当从水介质中包含的DAS除去氨的约50%时，根据操作温度和操作压力，各种琥珀酸盐建立了在4. 8到5. 4的pH范围内的约为O. 1:0.8:0. I的DAS: MAS: SA的平衡摩尔分布。当将该组合物浓缩和冷却时，MAS超出其在水中的溶解极限并结晶。当MAS经历到固相的相变时，液相平衡重新设立，从而产生更多的MAS (DAS提供铵离子至SA)。这使得更多的MAS从溶液中结晶且持续进行到相当数量的SA被消耗掉且pH值趋向于上升为止。pH值上升时，液相分布有利于DAS。然而，由于DAS高度溶于水，MAS继续结晶，因为MAS的溶解度低于DAS。实际上，各种琥珀酸盐的液相平衡和固-液平衡起到用于MAS结晶的“泵”的作用，从而能够使MAS结晶有高产率。除了上文描述的冷却、蒸发或蒸发式冷却外，还可通过添加反溶剂来实现和/或促进MAS结晶。在本文中，反溶剂通常可以是这样的溶剂可与水混溶、但由于水溶性盐(例如MAS)在该溶剂中的溶解度较低而导致水溶性盐结晶。对MAS具有反溶剂效应的溶剂可以为醇类(例如乙醇和丙醇)、酮类例如(甲基乙基酮)、醚类(例如四氢呋喃)等。反溶剂的使用是已知的并且其可与冷却和蒸发组合使用或者单独使用。在冷却单元中对蒸馏的底部残留物进行冷却后，将蒸馏的底部残留物通过流而送入分离器中以从液态部分中分离出固态部分。可通过压滤(例如，使用Nutsche型压滤器或Rosenmond型压滤器)、离心分离等实现分离。可将产生的固体产物作为产物回收，并且如果需要的话，通过标准方法进行干燥。在分离之后，可能期望处理固态部分以确保没有液态部分残留在固态部分的表面上。使残留在该固态部分的表面上的液态部分的量最小化的一种方式是，用水洗涤所分离的固态部分并且将得到的经洗涤的固态部分干燥。用以洗涤所述固态部分的方便的方式是使用所谓的“篮式离心机”。从The Western StatesMachine Company (哈密尔顿，俄亥俄州，美国))可购买到合适的篮式离心机。蒸馏的底部残留物的液态部分(S卩，母液)可含有剩余的溶解的MAS、任何未转化的DAS、任何发酵副产物(诸如乙酸铵、乳酸铵或甲酸铵)和其他少量杂质。该液态部分可借助流被送到下游装置。在一个例子中，该下游装置可以为用于形成除冰剂的装置，例如，通过用适量的氢氧化钾处理混合物，以将铵盐转化成钾盐。在该反应中产生的氨可以被回收，以在生物转化容器(或者在厌氧模式下工作的生长容器)中再利用。得到的钾盐混合物作为除冰剂和防冰剂是有价值的。来自固体分离步骤的母液可以借助流再循环(或部分再循环)至蒸馏装置以进一步增强MAS的回收以及进一步将DAS转化为MAS。以冷却方式引起的结晶的固态部分为基本上纯的MAS并且因此可用于MAS的已知用途。HPLC可以用来检测含氮杂质(诸如琥珀酰胺和琥珀酰亚胺)的存在。可以通过元素碳和氮分析测定MAS的纯度。氨电极可以用来测定MAS纯度的粗近似值。根据环境和各种运营投入，存在发酵液可以为含有MAS的澄清的发酵液或者含有SA的澄清的发酵液的情况。在这些情况下，可以有利地是，将MAS、DAS、SA、氨水和/或氢氧化铵加入到这些发酵液中以便于制备基本纯的MAS。例如，可以定发酵液的工作pH值使得该发酵液为含有MAS的发酵液或者含有SA的发酵液。可选地将MAS、DAS、SA、氨水和/或氢氧化铵加入到这些发酵液中以有助于产生上述的基本上纯的MAS。例如，可以调整发酵液的工作PH值使得该发酵液为含有MAS的发酵液或者含有SA的发酵液。可以可选地将MAS、 DAS、SA、氨水和/或氢氧化铵加入到这些发酵液中以获得优选地小于6的发酵液pH值以便于制备上述基本上纯的MAS。此外，可以依照需要添加来自其他源的MAS、DAS和/或SA。 在一个具体的形式中，特别有利地是使来自从蒸馏步骤产生的液态底部残留物和/或来自分离器的液态部分的MAS、DAS和水再循环进入所述发酵液。关于含有MAS的发酵液，这样的发酵液通常是指，该发酵液包括通过生物转化或其他方法添加的和/或产生的MAS和可能的任一数量的其他成分(诸如DAS和/或SA)。
通过去除氨可将固态部分转化成SA。这可通过以下步骤进行。可将从上文所描述的任何一种转化方法得到的固态部分(基本由MAS组成)溶解在水中，以制备MAS的水溶液。然后，在足以形成包含水和氨的顶部馏出物和包含大部分的SA、少部分的MAS和水的底部残留物的温度和压力下对该溶液进行蒸馏。将该底部残留物冷却以使其分离成与固态部分接触的液态部分，该固态部分主要由SA组成且基本上不含有MAS。可将固态部分从第二液态部分分离并且作为基本上纯的SA (通过HPLC确定)回收。
如下文所述并且如在图2和图3中所示，可将如上所述的包括SA、MAS和/或DAS 的流转化成选择的下游产物，例如含氮化合物，包括但不限于DAB、SDN、DAM等。在开始这些方法时，通常可将SA、MAS和/或DAS溶解在水中以形成它们的水溶液，该水溶液可直接送入至下游反应器中。
SA、MAS或DAS可借助脱水来直接转化成SDN或者通过中间物DAM间接转化成SDN。 这样的脱水可通过加热方式、酶促方式或在催化剂存在下实现。因此，根据转化成SDN是直接还是间接地进行，选择合适的温度、压力和催化剂以实现合适程度的脱水。
例如，转化可利用合适的脱水催化剂，例如酸性催化剂或碱性催化剂，包括在专利 US 4，237，067中公开的磷酸盐和专利US 5，587，498所公开的利用在粘土或氧化铝上的 Ti、V、Hf或Zr的载体催化剂。例如，这样的催化剂通常在220°C至350°C的温度下、170psig 至600psig的压力下使用。
可替选地，如专利US 3，296，303中所公开的，可通过加热来实现脱水，其中，在 150psig至200psig的压力下，在100°C至130°C的温度下，在乙二醇溶剂存在下，对酸和氨源进行加热脱水。
因此，SA,MAS或DAS可以直接脱水生成SDN或通过中间物DAM间接脱水生成SDN。 接着，一旦制备成SDN，可以将SDN直接转化成胺(例如DAB)，或者使SDN通过中间物SAN而间接转化成DAB。
例如，从SDN到DAB的直接转化可以利用任意数目的方式实现，例如专利US 6，376，714中所公开的方式,其中，在氢气和氨源的存在下,在300psig至1500psig下,在 50°C至150°C的温度下，利用催化剂(例如，利用Ru、Cr或W提升催化性能的Fe、Co、Ni、Rh 或Pd)，使二腈进行转化。结果为高产量的二胺，在这种情况下为DAB。
类似地，专利US 4，003，933在150(^8丨8下、在120。。至130°C的温度下、通过Co/ ZrO2催化剂、利用氢气将腈转化成胺。其他催化剂可包括位于TiO2或ZrO2上的Fe、Rh、Ir 和Pt。
可通过选择合适的氢化条件，来实现SDN到SAN的间接转化，例如专利US5，151，543所公开的条件，其中，在25(^8丨8至100(^8丨8下，在501至801的温度下，利用 RANEY催化剂(例如，利用Fe、Cr或Mo提升催化性能的Co或Ni )，用氢气和氨源将腈转化成氨基腈，在该情况下，为SDN转化成SAN。
类似地，如在专利US 7，132，562中所公开的，可从二腈来共同制备氨基腈或二氨基化合物。US 7，132，562在300(^8丨8至500(^8丨8下，在501至2501的温度下，利用用 Cr、V、Ti或Mn改性的Fe、Co、Ru、Ni催化剂，来实现高产率以及对二胺或氨基腈的选择性。 还可利用普通的P或N与HCN、或者CO、以及氢气和氨源使催化剂改性。
也可将SA、MAS或DAS直接转化成二胺(例如直接转化成DAB)，或通过DAM间接转化。例如，专利US 2，223，303公开了利用氢气和氨源或烷基胺、在10ATM至300ATM的压力下、在200°C至450°C的温度下、通过Cd或Cu催化剂，使酸转化成胺。类似地，专利US 3，579，583公开了利用氢气和氨源，在100ATM至300ATM的压力下，在200°C至300°C的温度下，在Zn-Al2O3或Zn-Cr催化剂存在下，使二羧酸转化成胺，尤其是转化成烷基胺。
此外，专利US 4，935，546公开了在TiO2或Al2O3载体上的Co、Cu或Cr催化剂存在下，在20巴至150巴的压力下，在250°C至350°C的温度下，利用氢气和氨源，将酸转化成胺。
一旦已经完成到DAB和SAN的转化，还可以通过现有技术已知的任何数目的方式使这些化合物转化成聚酰胺型化合物。代表性示例包括下面的转化。聚酰胺可由氨基腈 (例如SAN)制备而成。这种类型的转化的一个示例可参见专利US 5，109，104，其在被氧化的磷催化剂和水存在下，转化ω-氨基腈。这通常在250psig至350psig的压力范围内，在 200°C至330°C的温度下，在多步转化中完成。
专利US 6，958，381中公开了一种替代方法，其中，在包含腈基团和能够形成羰酰胺基团的官能团的链调节剂存在下，起始单体(例如SAN)可被聚合成聚酰胺。
也可由二胺(例如DAB )形成聚酰胺，其中，DAB与二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。优选的二羧酸具有C4至C12的链长。二羧酸或二羧酸酯可为芳香族二羧酸或芳香族二羧酸酯，或者其可为烷基二羧酸。
上文提及的第4，237，067 号、第 5，587，498 号、第 3，296，303 号、第 6，376，714 号、 第 4，003，933 号、第 5，151，543 号、第 7，132，562 号、第 2，223，303 号、第 3，579，583 号、第 4，935，546号、第5，109，104号和第6，958，381号美国专利的主题和内容通过引用并入本文。
实施例
通过以下非限制的代表性实施例来说明所述方法。在多个实施例中，合成的DAS 水溶液替代实际的含有DAS的澄清的发酵液使用。其他实施例采用实际的含有DAS的澄清的发酵液。
因本发明的方法中的实际发酵液中的典型发酵副产物的溶解度，认为合成的DAS 溶液的使用是用于该实际发酵液的特性的良好模型。发酵期间所产生的主要副产物为乙酸铵、乳酸铵和甲酸铵。如果这些杂质在蒸馏步骤期间存在，则在所有的DAS已经被转化为 MAS之前，将不会期望它们大量地失去氨并形成游离酸。这是因为醋酸、乳酸和甲酸比SA ((pKa=5. 48)的二价酸根具有更强的酸性。换句话说，醋酸盐、乳酸盐、甲酸盐以及甚至琥珀酸氢盐具有比二价阴离子的琥珀酸盐弱的碱性。此外，乙酸铵、乳酸铵和甲酸铵在水中的溶解度明显比MAS大，并且这三种物质均通常以比DAS浓度的10%小的浓度存在于发酵液中。 此外，即使当在蒸馏步骤期间形成酸(乙酸、甲酸和乳酸)时，该酸与水混溶并且将不从水中结晶。这意味着MAS达到饱和并且从溶液中结晶(S卩，形成固态部分)，留下酸杂质溶解在母液(即，液态部分)中。
实施例I
该实施例阐明了通过蒸馏将DAS的一部分转化为MAS以及通过冷却方式引发的结晶化从蒸馏的底部残留物液体回收MAS固体。
500毫升的三颈圆底烧瓶安装有温度计和顶部具有回流冷凝器的Dean Stark分离器。回流冷凝器的出口通向含有100克I. 4M的醋酸溶液的洗气瓶。烧瓶装有400克10% 的DAS水溶液(pH 8.5)。利用磁力搅拌器搅拌烧瓶的内容物，并且通过加热套加热该烧瓶以蒸馏出320. 6克的馏出物(氨水溶液)，该馏出物通过Dean Stark分离器移出。对该馏出物的分析表明，在蒸馏期间，已将所包含的氨的约20%从所装入的DAS除去(即，在底部残留物液体中的盐为约40%的MAS和约60%的DAS)。在洗气瓶中只存有痕量的氨。当最后一滴蒸馏出时，该烧瓶的最终温度为110°C。将该烧瓶中的残留物(底部残留物液体)(73. 4克， 约有53%水)放置在一烧瓶中，且使其冷却至室温过夜。当冷却至室温时，形成了白色针状 MAS0通过真空过滤分离该白色固体，产生14克湿晶体(固态部分)和56克母液(液态部分)。 在真空炉中干燥湿晶体的一部分(7克)整夜，产生6克干燥固体，通过Karl-Fisher分析确定，该干燥固体含有O. 4%的水。利用HPLC分析固态部分表明，该固态部分不含有含氮的非 MAS杂质(例如琥珀酰亚胺和琥珀酰胺)。
实施例2
该实施例阐明母液回收。
使IL的圆底烧瓶装有800克合成的4. 5%的DAS溶液，然后将蒸馏头附接至该烧瓶。在大气压下蒸馏烧瓶的内容物，67克残留物(底部残留物液体)留在烧瓶中。该底部残留物液体包含约45%的水。对馏出物的氨分析表明，第一蒸馏循环去除氨的约29%，形成摩尔比为42/58的DAS和MAS的混合物。然后，将残留物(底部残留物液体)从烧瓶移走，放置在配备有水浴的烧杯中。伴随着搅拌使烧杯内容物冷却至20°C。一旦残留物达到20°C，利用少量的MAS晶体作为晶种且搅拌30分钟。然后使水浴的温度降低至15°C，保持30分钟。 然后水浴的温度降低至10°C，保持30分钟。然后水浴的温度降低至5°C，保持30分钟，最终水浴的温度降低至0°C，保持30分钟。接着，使用预冷却的烧结玻璃过滤漏斗和真空瓶， 快速过滤浆液(由固态部分和液态部分组成)。在真空炉中干燥固体，产生13. 9克干燥的 MAS固体。然后将母液(液态部分，47. 2克)与800克合成的4. 5%的DAS溶液混合，蒸懼，留下86. 6克残留物(底部残留物液体)。在第二次蒸馏(即，母液回收流程)中，从当前的全部量的DAS除去氨的大约28%。然后，将残留物(底部残留物液体)以类似的方式进行冷却(结晶)。然而，溶液在46°C时变得混浊，因此，其在46°C下加入晶种且边搅拌边缓慢冷却至室温过夜。第二天，使温度以5°C的下降量缓慢斜降至0°C。用与之前一样的方式将浆液(固态部分和液态部分)过滤，使固体干燥，产生23. 5克MAS固体。这相当于在被蒸馏的800克新鲜DAS溶液中回收约75%的SA对应物。从第一循环中回收的固体为95%的MAS (约5%的水)。在第二循环中，固体为97%的MAS (约3%的水)。来自第二循环的母液含有28. 8%的 SA对应物(即作为SA盐)。
实施例3
该实施例阐明冷却后的蒸馏的底部残留物的固态部分中不含酰胺和酰亚胺。
IL的圆底烧瓶装有800克合成的4. 5%的DAS溶液。该烧瓶配备有五塔板I”奥尔德肖段(a five tray I” Oldershaw section),该奥尔德肖段的顶部具有蒸懼头。将懼出物收集在冰冷的接收器中。利用加热套加热烧瓶的内容物，且利用磁力搅拌器搅拌。蒸馏烧瓶的内容物，得到721. I克的顶部馏出物和位于烧瓶中的72. 2克液体残留物(即蒸馏的底部残留物)。用滴定法测量氨水馏出物，得出O. 34%的氨含量(即，DAS的约55%转化成 MAS)。接着，将热的蒸馏底部残留物(约47%的DAS和MAS的盐溶液)放置在125毫升的爱伦美氏烧瓶中，边搅拌边缓慢冷却至室温过夜。第二天早晨，伴随着搅拌，将混浊的溶液冷却至15°C且保持60分钟，接着冷却至10°C且保持60分钟，最后冷却至5°C且保持60分钟。 过滤产生的白色浆液，得到12. 9克湿晶体和55. 3克母液。将该晶体溶解在25. 8克蒸馏水中。对晶体溶液的HPLC分析表明，没有检测到酰胺或酰亚胺。然而，对母液的HPLC分析显示了痕量的琥珀酰胺酸，但未检测到琥珀酰胺或琥珀酰亚胺。
实施例4
该实施例制备了冷却的蒸馏底部残留物的固态部分，该固态部分主要由MAS组成且基本上不含DAS。
IL的三颈圆底烧瓶安装有加料漏斗和I”五塔板奥尔德肖柱(I” five trayOldershaw column),该奥尔德肖柱的顶部具有蒸懼头。冰冷式接收器用于收集懼出物。使烧瓶装有800克合成的4. 5%的DAS溶液。利用加热套加热烧瓶的内容物，且利用磁力搅拌器进行搅拌。开始蒸馏。当蒸馏发生时，将额外的1600克4. 5%的DAS溶液以与馏出物移出相同的速率缓慢添加至烧瓶内。总计2135克馏出物作为顶部馏出物。馏出物的滴定法测量表明顶部馏出物为O. 33%的氨溶液。将热的水性的蒸馏底部残留物(253. 8g)从烧瓶中移出且放置在爱伦美氏烧瓶中。边搅拌边将蒸馏底部残留物缓慢冷却至室温过夜。 向烧瓶的内容物中加入晶种，且搅拌30分钟。然后将浆液冷却至15°C且保持60分钟，然后将浆液冷却至10°C且保持60分钟，最终将浆液冷却至5°C且保持60分钟，所有冷却过程伴随有搅拌。将浆液冷过滤，且利用冷(约5°C)的20%的氯化钠溶液的约20g的部分将固体(即固态部分)洗涤三次以移除母液(即液态部分)。向滤饼抽吸几分钟空气以尽可能多地除去液体。然后在真空炉中在75°C下将固体干燥I小时，产生7. 2克的白色晶体。对固体的碳和氮的分析表明，碳与氮的原子比为4. 06 (即，氨与SA的比率为I. 01，或有约99%的 MAS)。认为未得到比率I. 00是由于对固体的不彻底洗涤。
实施例5
该实施例阐明了溶剂对氨从DAS水溶液排出的影响。第5个实验为对照实验，其中不存在溶剂。
IL的三颈圆底烧瓶的外颈配备有温度计和塞子。中间的颈配备有五塔板I”奥尔德肖段。该奥尔德肖段的顶部具有蒸馏头。冰冷的500mL圆底烧瓶用作蒸馏头的接收器。 IL圆底烧瓶被装有蒸馏水、测试的溶剂、SA和浓缩的氢氧化铵溶液。用磁力搅拌器搅拌该内容物以溶解所有的固体。在所述固体溶解之后，用加热套加热该内容物以蒸馏出350g的馏出物。将该馏出物收集在冰冷的500mL圆底烧瓶中。随着最后一滴馏出物被收集，记录烧瓶温度。使该烧瓶的内容物冷却到室温并且记录残留物的重量和馏出物的重量。接着，通过滴定法测定馏出物的氨含量。结果被记录在表I中。
表I
装入的酸的名称琥珀酸装入的酸的重量(g)11.81装入的酸的摩尔数OI 装入的28%的氨水溶液的重量(g)12.11装入的NH3的摩尔数0.2二乙二醇溶剂名称二曱醚装入的溶剂的重量(g )400装入的水的重量(g)400馏出物重量(g)350.5残留物重量(g)466.3物料衡算质量百分比％99.1 馏出物中氨的重量百分比(wt.% )(滴定法)0.48馏出物中NH3的摩尔数0.099馏出物中去除的NH3 ( % )49.5 在僧出物中第一次去除的氨(％ )99 在馏出物中第二次去除的2345成珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀西I11.7911.811.7911.80.10 IO IO I12.0912.112.1112.10.20.20.2 丁氧基三0.2PG*GBL料甘醇无400.1400400O400400400800351.6350.1350.7351461.7464.3460.946698.798.998.599.20.40.270.470.130.0830.0560.0970.02742284913.4843 69827最终的烧瓶温度(X)101120 HO 107100*PG为丙二醇** GBL为γ-丁内酯
实施例6
该实施例从冷却的蒸馏底部残留物制备固态部分，该固态部分主要由SA组成且基本上不含有MAS。
使300毫升的Parr高压釜装有80克合成的MAS和120克水。密封该高压釜且在约190psig的自生压力下，搅拌内容物并将内容物加热至约200°C。一旦内容物达到该温度，以约2克/分钟的速率将水送入高压釜且利用背压调节器以约2克/分钟的速率将蒸汽从高压釜移出。使离开高压釜的蒸汽冷凝且收集在接收器中。高压釜在这些条件下运作， 直到送入总计1020克的水和总计收集到1019克的馏出物为止。用滴定法测量馏出物以得到氨含量(O. 29%的氨，按重量计)。这转化成MAS的约29%转化为SA。将高压釜的内容物 (194. 6克)部分冷却，且将其从反应器中移走。将浆液在爱伦美氏烧瓶中、在室温下进行搅拌过夜。然后过滤该浆液，且用25克水冲洗固体。在真空炉中在75°C下干燥潮湿的固体I 小时，得到9. 5克SA产物。通过铵离子电极的分析表明，每克固体含有O. 013mmol的铵离子。HPLC分析表明固体为具有O. 8%的琥珀酰胺酸杂质的SA。
实施例7
该实施例使用了从含有大肠杆菌菌株ATCC PTA-5132的发酵液获取的含有DAS的澄清的发酵液。该实施例制备了冷却的蒸馏底部残留物的固态部分，该固态部分主要由MAS 组成且基本上不含DAS。
IL的三颈圆底烧瓶安装有加料漏斗和I”五塔板奥尔德肖柱。该奥尔德肖柱的顶部具有蒸馏头。冰冷式接收器用于收集馏出物。使烧瓶装有800克的含有DAS的澄清的发酵液，该发酵液含有4. 4%的DAS、1%的醋酸铵、O. 05%的甲酸铵和O. 03%的乳酸铵。利用加热套加热烧瓶的内容物，且利用磁力搅拌器进行搅拌。开始蒸馏。在蒸馏进行期间，将另外的2200克发酵液以与馏出物移出相同的速率缓慢添加至烧瓶中。总计2703克馏出物作为顶部馏出物取出。馏出物的滴定法测定表明顶部馏出物为O. 28%的氨溶液。将热的蒸馏底部残留物的水溶液(269. 7克)从烧瓶移走且放置在爱伦美氏烧瓶中。使蒸馏底部残留物缓慢冷却至室温，同时搅拌一整夜。第二天，向烧瓶的内容物中加入晶种，且进行搅拌30分钟。然后将浆液冷却至15°C且保持30分钟，然后将浆液冷却至10°C且保持30分钟，最后将浆液冷却至5°C且保持30分钟，所有冷却过程中伴随有搅拌。将浆液冷过滤，向滤饼抽吸几分钟空气以尽可能多地除去液体。得到浅棕色固体(72. 5g)和深棕色母液(188. 4克， PH值为6. 4)。通过将固体溶解在50°C的72克水中，使固体再结晶以除去母液。然后边搅拌边使溶液缓慢冷却至室温过夜。第二天，向烧瓶的内容中加入晶种，且进行搅拌30分钟。 然后将浆液冷却至15°C且保持30分钟，然后将浆液冷却至10°C且保持30分钟，最后将浆液冷却至5°C且保持30分钟，所有冷却过程中伴随有搅拌。将浆液冷过滤，向滤饼抽吸几分钟空气以尽可能多地除去液体，得到110克棕色母液(pH 5.0)。然后在真空炉中在75°C下将固体干燥I小时，得到24克的米白色晶体。对固体的碳和氮分析表明碳与氮的摩尔比为4.04(S卩，氨与SA的比率为I. 01或者约99%的MAS)。HPLC分析表明，MAS含有O. 07%的琥珀酰胺酸，但检测不到琥珀酰胺、琥珀酰亚胺或醋酸盐。换句话说，MAS不含有DAS，基本上为纯的MAS。
实施例8
该实施例使用了从含有大肠杆菌菌株ATCC PTA-5132的发酵液发酵获取的MAS。 该实施例从冷却的蒸馏底部残留物制备固态部分，该固态部分主要由SA组成且基本上不含 MAS。
使300毫升的Parr高压釜装有80克的经发酵液获取的MAS和120克水。密封高压釜，且在自生压力约205psig下，搅拌内容物并将其加热至约202°C。一旦内容物达到该温度，以约2克/分钟的速率将水送入高压釜且利用背压调节器以约2克/分钟的速率将蒸汽从高压釜移出。使离开高压釜的蒸汽冷凝且收集在接收器中。高压釜在这些条件下运作，直到送入总计905克的水和总计收集到908克的馏出物为止。对馏出物进行滴定法测量，以得到氨含量(O. 38%的氨，按重量计)。这转化成MAS的约34%转化为SA。将高压釜的内容物(178. 2克)部分冷却，且将其从反应器移走。将浆液在爱伦美式烧瓶中、在室温下进行搅拌过夜。然后将浆液过滤，且用25克水冲洗固体。在真空炉中在75°C下干燥潮湿的固体I小时，得到8. 5克SA产物。通过铵离子电极的分析表明每克固体含有O. 027mmol的铵离子。HPLC分析表明固体为具有I. 4%的琥珀酰胺酸和O. 1%的琥珀酰胺杂质的SA。
实施例9
该实施例使用氨释放溶剂以有助于脱氨。该实施例从冷却的蒸馏底部残留物制备固态部分，该固态部分主要由SA组成且基本上不含MAS。
使500毫升的圆底烧瓶装有29克MAS固体、51克水和80克三乙二醇二甲醚。该烧瓶安装有顶部具有蒸馏头的五塔板I”玻璃奥尔德肖柱段。含有2500克水的加料漏斗也与烧瓶连接。利用磁力搅拌器搅拌烧瓶，且利用加热套加热烧瓶。将馏出物收集在冰冷的接收器中。当馏出物开始出现时，将加料漏斗中的水以与馏出物的移出相同的速率添加到烧瓶中。总共取走2491克馏出物。通过滴定法测量确定，馏出物含有2. 3克氨。这意味着 MAS的约63%转化成SA。然后，将烧瓶中的残留物放置在爱伦美式烧瓶中，边搅拌边冷却至_5°C。在搅拌30分钟后，边冷却边过滤浆液，得到15. 3克固体。将固体溶解在15. 3克热水中，然后冰浴中冷却且同时搅拌。将冷浆液过滤，且在真空炉中在100°C下干燥固体2 小时，得到6. 5克琥珀酸。HPLC分析表明固体为具有O. 18%的琥珀酰胺酸的SA。
实施例10
该实施例使用氨释放溶剂以有助于脱氨。该实施例制备冷却的蒸馏底部残留物的固态部分，该固态部分主要由MAS组成且基本上不含DAS。
使500毫升的圆底烧瓶装有80克的36%的DAS水溶液和80克三乙二醇二甲醚。 该烧瓶安装有顶部具有蒸馏头的五塔板I”玻璃奥尔德肖柱段。含有700克水的加料漏斗也与烧瓶连接。利用磁力搅拌器搅拌烧瓶，且利用加热套加热烧瓶。将馏出物收集在冰冷的接收器中。当馏出物开始出现时，将加料漏斗中的水以与馏出物的移出相同的速率添加到烧瓶中。总共移走747克馏出物。通过滴定法测量确定，馏出物含有3. 7克氨。这意味着氨的约57%被移除。换句话说，所有的DAS转化成MAS，且MAS的约14%进一步转化成SA。 然后，将烧瓶中的残留物放置在爱伦美式烧瓶中，边搅拌边冷却至5°C。在搅拌30分钟后， 过滤浆液且同时冷却，且在真空炉中在100°C下干燥固体2小时，得到10. 3克MAS。分析表明固体为具有O. 77%琥珀酰胺酸和O. 14%琥珀酰亚胺的MAS。
实施例11
该实施例阐明共沸溶剂的用途，尤其是将MAS与发酵液中的其他副产物分离。
500mL的三颈圆底烧瓶安装有温度计、250mL加料漏斗和顶部具有回流冷凝器的 Dean Stark分离器。使该烧瓶装有100克甲苯和100克约9%的DAS发酵液(其也含有约 1%的组合的醋酸铵和甲酸铵)。使加料漏斗装有250克9%的琥珀酸二铵发酵液。利用磁力搅拌器搅拌烧瓶的内容物，且利用加热套加热烧瓶的内容物使其沸腾。将加料漏斗中的18内容物缓慢添加到烧瓶中，使甲苯_水共沸混合物以通过蒸馏而进入Dean Stark分离器， 且甲苯返回至烧瓶中。在已经添加加料漏斗的全部内容物(以基本上与馏出物相同的速率) 后，使内容物进一步回流，直到从Dean Stark分离器收集到总计277. 5克的水相为止。在烧瓶热的期间移出烧瓶的内容物，且在温的分液漏斗中分离两相。在冰浴中使水相冷却，同时搅拌。使用烧结玻璃漏斗通过过滤回收产生的固体。母液为深棕色且过滤出的固体为米白色。在真空炉干燥固体且利用HPLC分析。干燥的固体(5. 7克)为约96%的琥珀酸一铵和约1%的醋酸铵以及余量的水。
实施例12
使用填有316 SS Propak填料的8英寸长的I. 5” 316 SS Schedule 40的管制作加压蒸馏塔。该塔的底部配备有浸没式加热器以充当再沸器。通过针阀将氮气注入再沸器中以加压。该塔的顶部具有总的取出管线(take-off line)，该取出管线通往具有接收器的 316 SS管壳式冷凝器。该接收器配备有压力计和背压调节器。通过针阀借助吹气自顶部的接收器移除物质。借助泵将预热的进料在填料顶部注入到塔中。将预热的水也通过泵注入再沸器中。该塔在30psig的压力下工作，这提供137°C的塔温度。向塔的顶部以5mL/min 的速率送入合成的10%的DAS的溶液以及以5mL/min的速率将水送入再沸器。顶部馏出物的速率为8mL/min并且残留物的速率为2mL/min。针对氨的对馏出物的滴定法表明，在馏出物中氨的约47%被移除(S卩至MAS的转化为约94%)。残留物液体为约20%的MAS，且残留物的HPLC分析表明，约3%的无效的琥珀酰胺酸。
实施例13
通过分批蒸馏将来自实施例12的残留物的一部分(800克)浓缩至约59%的MAS 溶液(即蒸馏出530克水)。然后将残留物边搅拌边冷却至5°C。将产生的浆液过滤，且在真空炉中在75°C下干燥固体I小时，得到52. 5克MAS固体(即约32%的回收率)。HPLC分析指出该固体含有O. 49%的琥珀酰胺酸，不含有琥珀酰亚胺。
实施例14
将来自实施例12的压力塔残留物的第二部分(3200克)放置在蒸发式结晶器中且通过在真空下且在60°C下蒸馏出2312克水而浓缩至约72%的MAS。离心分离产生的热浆液，且在真空炉中在75°C下干燥回收的固体I小时，得到130. 7克MAS固体。将来自离心分离步骤的母液进行冷却至室温，形成第二批晶体。过滤该浆液，且在75°C下真空干燥回收的固体，得到114. 8克MAS固体。基于提供至结晶器的琥珀酸盐的浓度，对于第一批晶体和第二批晶体分别实现20%的回收率和18%的回收率(即38%的总回收率)。对两批固体的HPLC 分析指出，第一批晶体检测不到琥珀酰胺酸和琥珀酰亚胺，而第二批晶体具有O. 96%的琥珀酰胺酸和O. 28%的琥珀酰亚胺。
对比实施例I
该实施例阐明了当三乙二醇二甲醚不存在时，MAS水溶液的常压蒸馏去除了非常少的氨。
使500毫升的圆底烧瓶装有30克MAS固体和120克水。该烧瓶安装有顶部具有蒸馏头的五塔板I”奥尔德肖柱段。含有600克水的加料漏斗也与烧瓶连接。利用磁力搅拌器搅拌烧瓶，且利用加热套加热烧瓶。将馏出物收集在冰冷的接收器中。当馏出物开始出现时，将加料漏斗中的水以与馏出物的移出相同的速率添加到烧瓶中。总共移走606克馏出物。通过滴定法测量确定，馏出物含有O. 15克氨。这意味着MAS的 4%转化成SA。
对比实施例2
该实施例阐明当三乙二醇二甲醚不存在时，对于DAS的氨去除减少。
使500毫升的圆底烧瓶装有80克36%的DAS水溶液和80克水。该烧瓶安装有顶部具有蒸馏头的五塔板I”奥尔德肖柱段。含有1200克水的加料漏斗也与烧瓶连接。利用磁力搅拌器搅拌烧瓶，且利用加热套加热烧瓶。将馏出物收集在冰冷的接收器中。当馏出物开始出现时，将加料漏斗中的水以与馏出物的移出相同的速率添加到烧瓶中。总共取走 1290克馏出物。通过滴定法测量确定，馏出物含有2. 2克氨。这意味着DAS的约44%转化成 MAS。
尽管已经结合具体步骤和其形式描述了本发明的方法，然而，应当理解，大量的等同物可以替代本文描述的指定的元件和步骤，而不脱离所附权利要求书中描述的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于制备含氮化合物的方法，所述方法包括以下步骤 Ca)提供含琥珀酸二铵DAS的澄清的发酵液； (b)蒸馏所述发酵液以形成包含水和氨的顶部馏出物以及包含琥珀酸一铵MAS、至少一些DAS和重量百分比为至少约20%的水的液态底部残留物； (c)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成； Cd)从所述液态部分中分离出所述固态部分的至少一部分； Ce) (I)在至少一种氢化催化剂存在下，使所述固态部分与氢气和可选地与氨源接触，以制备二氨基丁烷DAB ;或者 (2)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备琥珀腈SDN;或者 (3)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备琥珀酰胺DAM;以及 Cf)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
2.一种用于制备含氮化合物的方法，所述方法包括以下步骤 Ca)提供含DAS的澄清的发酵液； (b)蒸馏所述发酵液以形成包含水和氨的第一顶部馏出物以及包含MAS、至少一些DAS和重量百分比为至少约20%的水的第一液态底部残留物； (c)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成； Cd)从所述液态部分中分离出所述固态部分； Ce)回收所述固态部分； Cf)将所述固态部分溶解在水中以制备MAS的水溶液； (g)在足以形成包括水和氨的第二顶部馏出物以及包括大部分的琥珀酸(SA)、少部分的MAS和水的第二底部残留物的温度和压力下，蒸馏所述MAS的水溶液； (h)冷却和/或蒸发所述第二底部残留物以使所述第二底部残留物分离成与第二固态部分接触的第二液态部分，所述第二固态部分优选地主要由SA组成且基本上不含有MAS ； (i)从所述第二液态部分中分离出所述第二固态部分的至少一部分； (j) (I)在至少一种氢化催化剂存在下，使所述第二固态部分与氢气和氨源接触，以制备DAB ;或者 (2)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备SDN;或者 (3)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备DAM;以及 (k)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
3.一种用于制备含氮化合物的方法，所述方法包括以下步骤 Ca)提供含有MAS的澄清的发酵液； (b)可选地，将MAS、DAS、SA、NH3和/或NH4+添加到所述发酵液中以优选地维持所述发酵液的pH小于6 ; (c)蒸馏所述发酵液以形成包括水和可选地包括氨的顶部馏出物以及包括MAS、至少一些DAS和重量百分比为至少约20%的水的液态底部残留物；(d)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成； Ce)从所述液态部分中分离出所述固态部分的至少一部分； Cf) (I)在至少一种氢化催化剂存在下，使所述固态部分与氢气和可选地与氨源接触，以制备DAB ;或者 (2)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备SDN;或者 (3)使所述第二固态部分的至少一部分脱水以制备DAM;以及 (g)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
4.一种用于制备含氮化合物的方法，所述方法包括以下步骤 Ca)提供含有MAS的澄清的发酵液； (b)可选地，将MAS、DAS、SA、NH3和/或NH4+添加到所述发酵液中以优选地维持所述发酵液的pH小于6 ; (c)蒸馏所述发酵液以形成包括水和可选地包括氨的顶部馏出物以及包括MAS、至少一些DAS和重量百分比为至少约20%的水的液态底部残留物； Cd)冷却和/或蒸发所述底部残留物，以及可选地将反溶剂添加到所述底部残留物中，以得到足以使所述底部残留物分离成含有DAS的液态部分和基本上不含有DAS的含有MAS的固态部分的温度和组成； Ce)从所述液态部分中分离出所述固态部分； Cf)回收所述固态部分； (g)将所述固态部分溶解在水中以制备MAS的水溶液； (h)在足以形成包括水和氨的第二顶部馏出物以及包括大部分的SA、少部分的MAS和水的第二底部残留物的温度和压力下，蒸馏所述MAS的水溶液； (i)冷却和/或蒸发所述第二底部馏出物以使所述第二底部残留物分离成与第二固态部分接触的第二液态部分，所述第二固态部分优选地主要由SA组成且基本上不含有MAS ； (j)从所述第二液态部分中分离出所述第二固态部分的至少一部分； (k) (I)在至少一种氢化催化剂存在下，使所述固态部分与氢气和氨源接触，以制备DAB ;或者 (2)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备SDN;或者 (3)使所述固态部分的至少一部分脱水以制备DAM;以及 (I)回收所述DAB、所述SDN或所述DAM。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，所述方法还包括使所述DAB与二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
6.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，所述方法还包括在氢化催化剂存在下，使所述SDN与氢气和氨接触以制备DAB。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括使所述DAB与二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
8.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，所述方法还包括在氢化催化剂存在下，使所述SDN与氢气和氨接触以制备包含琥珀酸氨基腈SAN的组合物。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括使SAN聚合以形成聚酰胺。
10.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括在氢化催化剂存在下，使所述SAN与氢气和氨接触以制备DAB。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括使所述DAB与二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
12.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，所述方法还包括使所述DAM脱水以制备SDN。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在氢化催化剂存在下，使所述SDN与氢气和氨接触以制备DAB。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括使所述DAB与二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
15.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在氢化催化剂存在下，使所述SDN与氢气和氨接触以制备含有SAN的组合物。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括使SAN聚合以形成聚酰胺。
17.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括在氢化催化剂存在下，使所述SAN与氢气和氨接触以制备DAB。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括使所述DAB与二羧酸或二羧酸酯聚合以形成聚酰胺。
19.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，其中，在氨分离溶剂存在下进行所述蒸馏，所述氨分离溶剂为选自二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、亚砜、酰胺、砜、聚乙二醇(PEG)、丁氧基三乙二醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、醚和甲基乙基酮(MEK)的至少一种；或者，在水共沸剂存在下进行所述蒸馏，所述水共沸剂为选自甲苯、二甲苯、甲基环己烷、甲基异丁基酮、己烷、环己烷和庚烷的至少一种。
全文摘要
一种用于制备含氮化合物的方法，所述方法包括将从含有琥珀酸二铵(DAS)的发酵液或含有琥珀酸一铵(MAS)的发酵液获取的琥珀酸(SA)或琥珀酸一铵转化以制备包括二氨基丁烷(DAB)、琥珀腈(SDN)、琥珀酸氨基腈(SAN)、琥珀酰胺(DAM)在内的化合物以及相关的聚合物。
文档编号C07C51/02GK102939276SQ201180024742
公开日2013年2月20日 申请日期2011年5月18日 优先权日2010年5月19日
发明者奥兰·S·弗吕谢, 利奥·E·曼策, 迪卢姆·杜努维拉, 布莱恩·T·科恩, 布鲁克·A·阿尔宾, 奈·A·克林顿, 伯纳德·D·东贝克 申请人:生物琥珀酸有限公司