技术 开发出来，且目前在商业上使用（化kamura et al. ,Curr.Opin.Biotech. 14,454(2003); Raynaud et al.,Proc. Nat I .Aca. Sci. USA 100,5010(2003)；Mendes et al ., App.Mic;robio.Biotech.92,519(2011);化elsen，化ture Chem Boil.7,408(2011);Zeng et al.，Qirr. Opin. Biotech. 22，749(2011))。0证ont和!"atecSiL^e在2004年共同致力于商 业化生产生物质衍生的 1,3-丙二醇（"Bio-PDO") (IB Interview-A conversation with Ellen KulIman，Ind.Biotech.10,247(2014)。
[0063] 在产生I，3-丙二醇的大肠杆菌菌株的构建中可使用的代谢工程工艺的某些实施 方案中，引入了用于产生甘油的酵母基因和用于将甘油转化为I，3-丙二醇的肺炎克氏杆菌 化Iebsiella pneumonia)基因。美国专利号US 7,371,558和US 7,745,184提供了在发酵生 产1，3-丙二醇中有用的生物催化剂。美国专利号US 6，479，716提供了由发酵肉汤回收1，3-丙二醇的方法。所有运些美国专利文献通过引用并入本文。可使用本领域已知的用于发酵 生产1,3-丙二醇的运些生物催化剂和方法中的任一种来获得生物1,3-丙二醇，其可用作依 据本发明制造生物丙締酸、生物丙締腊和生物1,4-下二醇的起始材料。
[0064] 在本发明的另一实施方案中，可使用目前作为生物柴油工业副产物获得的甘油作 为生产依据本发明的丙締酸、丙締腊和1,4-下二醇的起始原材料。在本发明的一方面，甘油 被用作合成1,3-丙二醇中的原材料。运可W两种不同方式来实现。已知使用化学催化剂或 某些酶将甘油直接化学转化为1,3-丙二醇的方法。或者可使用甘油作为碳源用于使用某些 生物催化剂发酵生产1,3-丙二醇。
[0065] 使用来自生物柴油工业作为废弃物的甘油来发酵生产1,3-丙二醇所用的菌株已 经被开发出来（da Silva et al. ,Biotech.Adv.27,30(2009);Tang et al.， App.E；nv.Microbiol.75，1628(2009);Gonen et al.'Qiem Biotech.Eng.Q.27,227(2013); Szmanowska-Powalowska and Leja，Elec.J.Biotech.17,72(2014))。美国专利号US 5, 164,309、US 5,254,467、US 5,633,362和US 5,821,092提供了使用甘油作为原料发酵生产 1,3-丙二醇中可用的生物催化剂，所有运些美国专利文献通过引用并入本文。
[0066] 从生物1,3-丙二醇制造生物丙締酸可通过两种不同途径来实现，每一种包括不同 的两步，如图1和3中所示。在运些生产丙締酸的方法的每一种的第一步中，碳源如葡萄糖、 薦糖、甘油或纤维素水解物进行设及生物催化剂的发酵，导致产生1,3-丙二醇。在第二步 中，运两种途径包括两个不同的化学反应。在一个途径中，通过生物1,3-丙二醇脱水获得作 为中间体的締丙醇（图1)。如上所述，生物締丙醇也可通过通过催化剂介导的脱水和氨化反 应从甘油直接获得。由此获得的生物締丙醇随后进行氧化反应，得到丙締酸（图1)。在用于 生产生物丙締酸的另一途径中，生物质衍生的1,3-丙二醇在更溫和氧化条件下进行脱水反 应，得到生物丙締醒和生物締丙醇的混合物（图3)。生物丙締醒也可通过催化剂介导的脱水 反应从甘油直接获得。生物丙締醒也可从生物1,3-丙二醇在不使用任何催化剂下通过均相 氧化反应获得（（Diaz et al. ,ChemSusChem 3,1063(2010))。作为中间体获得的生物丙締 醒和生物締丙醇的混合物随后被氧化，获得生物丙締酸(图3)。
[0067] 在本发明的一方面，衍生自基于生物的1,3-丙二醇的生物締丙醇和生物丙締醒可 在传统的基于石化原料的丙締酸制造设备中用作投入的化学中间体(图12)。在生产丙締酸 的传统化学工艺中，丙締被氧化，得到丙締醒，其继而经进一步氧化得到丙締酸。1,3-丙二 醇通过使用生物催化剂的发酵工艺衍生自生物质衍生的碳源。生物质衍生的1,3-丙二醇经 脱水反应得到生物締丙醇，其经更溫和氧化得到丙締醒，继而在包括生物丙締醒作为中间 体生产生物丙締酸的传统工艺中用作投入的化学品。
[0068] 图2提供了用于生物丙締酸生产和纯化的简化工艺配置。在该配置中，生物质衍生 的1，3-丙二醇进行顺序催化脱水和催化氧化反应，得到生物丙締酸。
[0069] 图4提供了用于生物丙締酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1,3-丙二 醇在更溫和氧化条件下进行催化脱水反应得到生物丙締醒和生物締丙醇的混合物，其随后 完全氧化得到生物丙締酸。
[0070] 图5提供了用于生物丙締酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的I，3-丙二 醇进行单步骤氧化脱水反应，得到生物丙締酸。
[0071] 图6提供了用于生物丙締酸生产和纯化的简化工艺配置。生物质衍生的1,3-丙二 醇进行均相氧化反应，几乎仅形成丙締醒。由均相氧化反应如此获得的丙締醒在非均相催 化剂存在下进一步氧化，得到丙締酸。
[0072] 生物1,3-丙二醇催化脱水产生締丙醇：1,3-丙二醇催化转化为締丙醇是本领域公 知的，其是吸热反应。反应物（1,3-丙二醇)和产物(締丙醇)均是对称的醇和稳定的化合物。 1.3- 丙二醇催化转化为締丙醇得到最少量的副产蝴。
[0073] 在烧二醇经稀±金属氧化物的气相催化脱水中合成不饱和醇已经有综述（Sato et al.，ACS Ca化1.3,721(2013)。几种稀±氧化物，例如〔6〇2、化2〇3和孔2〇3是已知对二醇如 1.3- 和1,4-下二醇脱水产生不饱和醇有效的。纯二氧化姉被用于一些有机反应中，例如醇 的脱水。二氧化姉的氧化还原和酸-碱性能活化复杂有机分子，并选择性定向它们的转化。 Ce〇2 催化 1,3-二醇脱水为不饱和醇（Vi Vier，L.和Duprez.，D. ,ChemSusChem 3,654 (2010))。二氧化姉催化的二醇选择性脱水为締类丙醇已被报道过。在325°C下Ce化催化1， 3-丙二醇脱水为2-丙締-1醇（締丙醇），具有98.9摩尔％的最大选择性（Sato et al.， 化化lysis Comm.4,77(2003))。具有立方方铁儘矿结构的氧化铜（Im化)为另一种可用于在 300°C至375°C溫度范围内1,3-丙二醇气相催化脱水为締丙醇的催化剂。在使用Im〇3作为催 化剂的1,3-丙二醇的脱水反应中对締丙醇的选择性超过90% ,2-丙締醒(丙締醒)和乙醒为 主要的副产物（Segawa et al.，J.Mol.&1:a.A:Qiemical 310,166(2009))。
[0074] 美国专利号7,259,280已经提供了在締丙醇生产中的含姉催化剂的改进，W使运 种催化生产締丙醇在工业上可行。美国专利号7,259,280中的与姉催化剂有关的内容通过 引用并入本文。
[0075] 许多不同类型的姉化合物，包括姉氧化物、氨氧化物、硝酸盐、硫酸盐、面化物和簇 酸盐W及它们的混合物，可用于1,3-丙二醇脱水为締丙醇。氧化姉（IV)、氨氧化姉（IV)、硝 酸姉（IV)、硫酸姉（IV)、高氯酸姉（IV)、乙酸姉（IV)、氣化姉（IV)、乙酷乙酸姉（IV)、漠化姉 (IV)、碳酸姉（111)、氯化姉（III)和氣化姉（III)可用于制备依据本发明的催化剂。在催化 剂用于脱水反应前，需要将所有姉化合物转化为姉氧化物。
[0076] 依据本发明的姉催化剂负载在载体上，载体选自氧化侣、二氧化娃、二氧化铁、氧 化错、氧化儀、碳酸盐、儀、碳酸盐、二氧化娃-氧化侣、二氧化娃-二氧化铁、二氧化娃-氧化 错和炭。通常优选无机载体，W及在无机载体中优选氧化侣，而a氧化侣是最优选的。载体的 表面积在0.5至30m 2/g范围内，载体的粒度在0.1微米至10微米范围内。姉化合物通过浸溃、 离子交换、吸附或沉淀负载在载体上。当需要时，浸溃的载体可在300°C至900°C的溫度范围 内被般烧。
[0077] 为了提高姉氧化物催化剂的活性和/或选择性，理想的是包括其他金属氧化物，例 如侣、儀、巧、领、铁、钻、儀、铁、饥、筑、锭等，得到的催化剂被称为混合的金属氧化物催化 剂。
[0078] 基于姉氧化物的催化剂W及包含姉氧化物的混合的金属氧化物催化剂在25(TC至 450°C溫度范围内使用，1，3-丙二醇优选在反应条件下作为气体使用。可使用惰性气体作为 载气，惰性气体与1,3-丙二醇之比在1至100范围内。
[0079] 催化剂作为浆料或流化床或固定床使用；W连续或半连续或间歇模式进行催化工 艺，而连续流动模式是优选的模式。重时空速(WHSV-每小时基于每克催化剂进料的二醇克 数)在0.5至200g/g催化剂A范围内。
[0080] 締丙醇氧化为丙締酸:衍生自使用基于姉的催化剂的生物1,3-丙二醇脱水反应的 生物締丙醇进行催化氧化反应获得丙締酸。尽管姉催化的脱水反应为吸热反应，但締丙醇 氧化为丙締酸为放热反应。从原子经济的角度来看，1,3-丙二醇两步转化为丙締酸具有 95%的转化效率。1,3-丙二醇的分子量为76,而最终产物丙締酸的分子量为72。
[0081] 用于氧化締丙醇生成丙締酸的反应条件是本领域众所周知的，且已经在科学和专 利文献中被报道过。在室溫下在催化剂量的易得的CuCl存在下在无配体条件下在乙腊中用 无水叔下基过氧化氨W高效率将伯醇（包括締丙醇）直接氧化至相应的簇酸（Mannamfe Sekar，Te化a丄ett. 49，2457(2008))。〇，e-不饱和醇与溶解在3M憐酸中的可溶性憐酸儘 (IV)的氧化反应已有报道(Jaky Jolyhe化on，13:445( 1994))。日本专利申请公开肝2008-162907提供了用于从締丙醇通过气相催化氧化制备丙締酸的钢饥催化剂。美国专利号4， 051，181、4，107，204和4，144，398提供了负载的双金属催化剂，一种金属是钮，另一种金属 为铜或银。钮的使用量为0.01至5重量％，另一金属的使用量在0.001至10重量％范围内。氧 化侣、二氧化娃、碳化娃、碳、二氧化铁、氧化错和沸石可被用作载体。氧化反应通过将反应 混合物通过加热的在125°C至320°C的催化剂在气相中进行。可采用本领域众所周知的任一 种催化剂和方法进行締丙醇至丙締酸的氧化，其为放热反应。在某些情况下，丙締醒可作为 主要的副产物积聚，其可进一步进行氧化反应生成丙締酸。用于丙締醒到丙締酸转化的催 化剂和方法是本领域众所周知的并可被采用W实现締丙醇完全转化为丙締酸。关于丙締醒 至丙締酸的氧化的可用条件和催化剂的其他细节将在下面给出。
[0082] 1,3-丙二醇催化转化为丙締酸，其中丙締醒作为中间体:在本发明的该部分的一 个实施方案中，首先生物1，3-丙二醇在更溫和氧化条件下进行脱水反应，产生作为中间体 的丙締醒/締丙醇混合物。由此产生的丙締醒/締丙醇混合物在第二步中进行氧化反应，产 生丙締酸。在该实施方案的一方面中，使用两种不同的非均相催化剂进行脱水反应和氧化 反应。在文献中已经报道了许多用于甘油脱水生成丙締醒的催化剂。已知用于进行W甘油 作为底物的脱水反应中的那些催化剂中任一种可被用于1,3-丙二醇的脱水W生成丙締醒。 甘油在Nb0P04催化剂上的气相脱水成丙締醒已表现出对丙締醒的更高选择性W及甘油的 完全牵专化（Rao et al.，J.Chem.Technol .Biotechnol Article first published online ： 17DEC 2013，D01:10.1002/jc忧.4273)。使用新型W〇3/Ti〇2催化剂W甘油近乎完全转化实现 了最大85%的丙締醒选择性化Igen and Hoelderich,A卵.Catalysis A:General 400,:34 (2011))。负载的硫酸儀已经被证明是在氧存在下在340°C将甘油气相脱水为丙締醒的有效 催化剂(Gu et al.J.Catalysis 301,93(2013))。美国专利号5,387,72