相关申请的交叉引用本技术要求于2024年5月31日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2024-0071883号和于2025年5月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2025-0070312号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。本发明涉及用于制备高纯度支化3-羟基丙酸预聚物和生物基丙烯酸的方法。
背景技术：
1、有机酸是商业上重要的化学物质，在食品、化妆品、药物和聚合物行业中具有多种用途。代表性的有机酸包括乳酸、3-羟基丙酸（3-hp）等，并且其中，3-羟基丙酸（3-hp）为可以用作用于制备丙烯酸、1,3-丙二醇、丙烯酰胺、丙二酸和生物聚合物的原材料的物质。
2、有机酸的生产主要通过两种方法（化学方法和生物方法）来进行，但是化学方法由于高的起始物料成本和在生产过程期间产生有毒物质而被指出为不是环境友好的，因此环境友好的生物方法正在受到关注。
3、在通过微生物发酵制备有机酸中，由于在使微生物发酵的过程期间，除了有机酸例如3-羟基丙酸之外，也产生其他副产物，因此需要纯化过程例如电渗析和离子交换树脂，以从发酵液中提取和分离有机酸，并且存在进行这些纯化过程的过程长且过程成本高的问题。因此，需要将含有副产物的低纯度有机酸例如3-羟基丙酸有效地转化为用于生物聚合物等的原材料的方法。
技术实现思路
1、技术问题
2、本发明涉及用于由低纯度、未纯化的3-羟基丙酸高效地且以低过程成本制备高分子量且高纯度的支化预聚物，并通过使支化预聚物热解来制备生物基丙烯酸的方法。
3、技术方案
4、在本说明书中，提供了用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法，所述方法包括：在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤；以及在多元醇的存在下使3-羟基丙酸聚合以制备支化3-羟基丙酸预聚物的步骤。
5、此外，在本说明书中，提供了用于制备丙烯酸的方法，所述方法包括：在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤；在多元醇的存在下使3-羟基丙酸聚合以制备支化3-羟基丙酸预聚物的步骤；以及使支化3-羟基丙酸预聚物热解以制备丙烯酸的步骤。
6、在下文中，将更详细地描述根据本发明的一个具体实施方案的用于制备支化3-羟基丙酸预聚物和丙烯酸的方法。
7、本说明书中使用的术语仅用于描述示例性实施方案，并不旨在限制本发明。除非上下文另外明确说明，否则单数表述包括复数表述。在本说明书中，应理解，诸如“包括”、“包含”或“具有”的术语旨在指定存在所述特征、数量、步骤、组分或其组合，并且不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、组分或其组合的可能性。
8、由于本发明可以进行各种修改并具有各种形式，因此以下将详细说明和描述具体实施方案。然而，这不旨在将本发明限于具体公开的形式，并且应理解为包括本发明的精神和技术范围内包括的所有修改方案、等同方案和替代方案。
9、此外，除非构成本说明书中描述的制备方法的步骤被指定为顺序的或连续的，或者存在另一特殊类别，否则构成一种制备方法的一个步骤和另一步骤不被解释为限于说明书中描述的顺序。因此，制备方法的构成步骤的顺序可以在本领域技术人员可以容易理解的范围内改变，并且在这种情况下，对本领域技术人员而言明显的伴随变化也包括在本发明的范围内。
10、在本说明书中，预聚物可以为其中聚合反应在中间阶段停止的具有低聚合度的聚合物，以及3-羟基丙酸预聚物可以为通过使3-羟基丙酸聚合而获得的低聚产物，并且可以具有包括3-羟基丙酸低聚物的含义。
11、在本说明书中，碱金属可以具有包括碱金属和碱土金属二者的含义。
12、此外，在本说明书中，重均分子量（mw）和数均分子量（mn）意指通过凝胶渗透色谱（gpc）法测量的根据聚苯乙烯的分子量（单位：da（道尔顿））。在测量通过gpc法测量的根据聚苯乙烯的重均分子量的过程中，可以使用通常已知的分析装置、检测器例如折射率检测器和分析柱，并且可以应用通常应用的温度条件、溶剂和流量。作为测量条件的具体实例，可以提及30℃的温度、氯仿溶剂（氯仿）和1 ml/分钟的流量。为了给出测量条件的具体实例，使用polymer laboratories plgel mix-b 300 mm长的柱和waters pl-gpc220仪器，评估温度为160℃，使用1,2,4-三氯苯作为溶剂，流量为1 ml/分钟，以10 mg/10 ml的浓度制备样品，然后将其以200 μl的量供应，以及可以使用利用聚苯乙烯标准物形成的校准曲线分别获得mw和mn的值。使用分子量为2,000/10,000/30,000/70,000/200,000/700,000/2,000,000/4,000,000/10,000,000的九种类型的聚苯乙烯标准物。
13、在本说明书中，术语“经取代或未经取代的”意指经选自以下的一个或更多个取代基取代或未经取代：氘；卤素基团；腈基；硝基；羟基；羰基；酯基；酰亚胺基；氨基；氧化膦基；烷氧基；芳氧基；烷基硫基；芳基硫基；烷基磺酰基；芳基磺酰基；甲硅烷基；硼基；烷基；环烷基；烯基；芳基；芳烷基；芳烯基；烷基芳基；烷基胺基；芳烷基胺基；杂芳基胺基；芳基胺基；芳基膦基；或包含n、o和s原子中的一者或更多者的杂环基，或者经例示的取代基中的两者或更多者相连接的取代基取代或未经取代。例如，“其中两个或更多个取代基相连接的取代基”可以为联苯基。即，联苯基可以为芳基，或者其可以被解释为其中两个苯基相连接的取代基。
14、在本说明书中，羰基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至40。具体地，其可以为具有以下结构的化合物，但不限于此。
15、
16、在本说明书中，在酯基中，酯基的氧可以经c1-25线性、支化或环状烷基或者c6-25芳基取代。具体地，其可以为以下结构式的化合物，但不限于此。
17、
18、在本说明书中，酰亚胺基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至25。具体地，其可以为具有以下结构的化合物，但不限于此。
19、
20、在本说明书中，甲硅烷基具体包括但不限于三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、乙烯基二甲基甲硅烷基、丙基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、二苯基甲硅烷基、苯基甲硅烷基等。
21、在本说明书中，硼基具体包括但不限于三甲基硼基、三乙基硼基、叔丁基二甲基硼基、三苯基硼基、苯基硼基等。
22、在本说明书中，卤素基团的实例包括氟、氯、溴或碘。
23、在本说明书中，烷基可以为线性或支化的，并且碳原子数没有特别限制，但优选为1至40。根据一个实施方案，烷基的碳原子数为1至20。根据另一个实施方案，烷基的碳原子数为1至10。根据另一个实施方案，烷基的碳原子数为1至6。烷基的具体实例包括甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、己基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、1-甲基己基、环戊基甲基、环己基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、2-丙基戊基、正壬基、2,2-二甲基庚基、1-乙基-丙基、1,1-二甲基-丙基、异己基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不限于此。
24、在本说明书中，烯基可以为线性或支化的，并且碳原子数没有特别限制，但优选为2至40。根据一个实施方案，烯基的碳原子数为2至20。根据另一个实施方案，烯基的碳原子数为2至10。根据另一个实施方案，烯基的碳原子数为2至6。具体实例包括乙烯基、1-丙烯基、异丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、3-甲基-1-丁烯基、1,3-丁二烯基、烯丙基、1-苯基乙烯基-1-基、2-苯基乙烯基-1-基、2,2-二苯基乙烯基-1-基、2-苯基-2-(萘基-1-基)乙烯基-1-基、2,2-双(二苯基-1-基)乙烯基-1-基、基、苯乙烯基等，但不限于此。
25、在本说明书中，环烷基没有特别限制，但其优选为c3-60，并且根据一个实施方案，环烷基的碳原子数为3至30。根据另一个实施方案，环烷基的碳原子数为3至20。根据另一个实施方案，环烷基的碳原子数为3至6。具体地，其实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、3-甲基环戊基、2,3-二甲基环戊基、环己基、3-甲基环己基、4-甲基环己基、2,3-二甲基环己基、3,4,5-三甲基环己基、4-叔丁基环己基、环庚基、环辛基等，但不限于此。
26、在本说明书中，芳基没有特别限制，但其优选为c6-60，并且可以为单环芳基或多环芳基。根据一个实施方案，芳基的碳原子数为6至30。根据一个实施方案，芳基的碳原子数为6至20。单环芳基可以为苯基、联苯基、三联苯基等，但不限于此。多环芳基可以为萘基、蒽基、菲基、芘基、基、基、芴基等，但不限于此。
27、在本说明书中，芴基可以为经取代的，并且两个取代基可以彼此键合以形成螺环结构。当芴基为经取代的时，其可以为
28、等。
29、然而，其不限于此。
30、在本说明书中，杂芳基包含o、n、si和s中的一者或更多者作为杂原子，为具有芳香性的杂环基，并且碳原子数没有特别限制，但优选为2至60。杂芳基的实例包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、唑基、二唑基、三唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、吖啶基、哒嗪基、吡嗪基、喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡嗪并吡嗪基、异喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基、菲咯啉基、噻唑基、异唑基、二唑基、噻二唑基、苯并噻唑基、吩噻嗪基和二苯并呋喃基，但不限于此。
31、在本说明书中，芳烷基、芳烯基、烷基芳基和芳基胺基中的芳基与上述芳基的实例相同。在本说明书中，芳烷基、烷基芳基和烷基胺基中的烷基与上述烷基的实例相同。在本说明书中，上述关于杂环基的描述可以应用于杂芳基胺中的杂芳基。在本说明书中，芳烯基中的烯基与上述烯基的实例相同。在本说明书中，上述关于芳基的描述可以应用于亚芳基，不同之处在于亚芳基为二价基团。在本说明书中，上述关于杂环基的描述可以应用于亚杂芳基，不同之处在于亚杂芳基为二价基团。在本说明书中，上述关于芳基或环烷基的描述可以应用于烃环，不同之处在于其不是一价基团，而是通过使两个取代基键合而形成的。在本说明书中，上述关于杂环基的描述可以应用于杂环，不同之处在于杂环不是一价基团，而是通过使两个取代基键合而形成的。
32、根据本发明的一个实施方案中，提供了用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法，所述方法包括：在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤；以及在多元醇的存在下使3-羟基丙酸聚合以制备支化3-羟基丙酸预聚物的步骤。
33、当通过生物方法制备3-羟基丙酸时，还产生其他副产物例如无机杂质和有机杂质，并且在3-羟基丙酸的情况下，因为3-羟基丙酸与水的沸点差异几乎不存在，并且具有高的热解可能性，因此存在难以通过用于纯化其他有机酸的蒸馏来分离的问题。因此，常规地，进行复杂的过程例如电渗析、离子交换树脂和smb（simulated moving bed，模拟移动床）来纯化3-羟基丙酸，并且这些过程具有高设备成本和过程操作成本的问题。
34、在这方面，本发明人已经证实，当使用在能够产生3-羟基丙酸的菌株的发酵中使用的多元醇使3-羟基丙酸聚合时，可以制备具有高分子量的支化3-羟基丙酸预聚物，并且这样的预聚物表现出疏水性，使得在下述洗涤过程中对其进行洗涤时容易去除无机杂质和有机杂质。
35、此外，由于为了在聚合过程中使用在能够产生3-羟基丙酸的菌株的发酵中使用的多元醇，几乎不进行纯化过程（例如，不进行具有高的设备和过程运行成本的诸如电渗析、离子交换树脂、smb等的过程），因此，与常规技术相比，这是高效的，可以显著降低过程成本，并且最终，可以以高纯度和高产率制备3-羟基丙酸预聚物。
36、特别地，在纯化过程中，在每个步骤都发生纯化目标物（3-羟基丙酸）的损失，并且随着纯化过程变得更加多样化，存在最终发生大量损失的问题，但是在一个实施方案的情况下，由于发生损失的纯化步骤更少，因此可以以高产率制备3-羟基丙酸预聚物。
37、此外，该一个实施方案可以通过控制聚合期间多元醇的含量、聚合温度、预聚物的分子量、预聚物末端的乙烯基的含量等来改善3-羟基丙酸预聚物的疏水性，以便在洗涤3-羟基丙酸预聚物的过程中容易地去除杂质。
38、此外，3-羟基丙酸预聚物可以如下所述进行热解以制备高价值的生物基丙烯酸，并且该生物基丙烯酸具有可通过蒸馏易于分离的优点。
39、根据一个实施方案的用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法包括在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤。
40、诸如能够产生3-羟基丙酸的菌株的微生物可以通过使低分子量糖发酵来产生3-羟基丙酸发酵液。这样的微生物可以为天然微生物或工程化微生物，并且微生物可以为例如细菌，例如纤维素降解细菌；真菌，例如酵母菌；植物或原生生物，例如藻类；原生动物或真菌样原生生物，例如黏菌，并且如果生物体不引起排斥反应，则可以使用生物体的混合物。
41、例如，能够产生3-羟基丙酸的菌株可以为包含编码选自甘油脱水酶和醛脱氢酶中的一者或更多者或这两种蛋白质的基因的菌株。在一个实例中，产生3-羟基丙酸的菌株还可以包含编码甘油脱水酶再激活酶（gdrab）的基因（gdrab）。在一个实例中，产生3-羟基丙酸的菌株还可以为能够生物合成维生素b12的菌株。
42、甘油脱水酶可以为由dhab（genbank登录号u30903.1）基因编码的酶，但不限于此。dhab基因可以为源自肺炎克雷伯菌（klebsiella pneumonia）的酶，但不限于此。编码甘油脱水酶的基因可以包括编码dhab1、dhab2和/或dhab3的基因。甘油脱水酶蛋白质和编码其的基因可以包括基因和/或氨基酸序列在保持将甘油分解为3-羟基丙醛（3-hpa）和水（h2o）的酶活性的范围内的突变。
43、编码醛脱氢酶（aldh）的基因（aldh）可以为例如来源于大肠杆菌（escherichiacoli）或大肠杆菌（e. coli）k12 mg1655细胞系的aldh（genbank登录号u00096.3；ealdh）基因，来源于肺炎克雷伯菌（k. pneumonia）的puuc基因，和/或来源于巴西固氮螺菌（azospirillum brasilense）的kgsadh基因，但不限于此。醛脱氢酶蛋白质和编码其的基因可以包括基因和/或氨基酸序列在保持用于由3-羟基丙醛产生3-羟基丙酸的活性的范围内的突变。
44、可以在为了产生3-羟基丙酸的目的的范围内没有限制地选择用于生产发酵液的培养基。在一个实例中，培养基可以为包含多元醇例如甘油作为碳源的培养基。在另一个实例中，培养基可以为粗甘油和/或预处理的粗甘油，但不限于此。在一个实例中，生产培养基还可以包含维生素b12。
45、在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤中，发酵液中包含的3-羟基丙酸的浓度可以为1 g/l或更大且200g/l或更小、10 g/l或更大且150 g/l或更小、30 g/l或更大且130 g/l或更小、或者40 g/l或更大且100 g/l或更小。
46、此外，发酵可以为中性发酵，例如，发酵期间的ph可以保持在6.0或更大且8.0或更小、6.5或更大且7.5或更小、或者6.5或更大且7.5或更小的范围内，但不限于此。可以根据需要适当调节ph范围。对于中性发酵，可以添加碱金属盐。碱金属盐可以为包含mg2+、ca2+或其混合物的盐。此外，碱金属盐可以为ca(oh)2或mg(oh)2，但不限于此。
47、此外，根据一个实施方案的用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法：在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤之后，还可以包括分离能够产生3-羟基丙酸的菌株的步骤；以及/或者通过向包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液中添加酸来产生金属盐晶体并分离金属盐晶体的步骤。
48、具体地，在制备发酵液之后，可以从发酵液中分离能够产生3-羟基丙酸的菌株，并且可以通过在菌株去除的目的范围内没有限制地选择本领域已知的方法进行菌株分离。在一个实例中，菌株的分离可以通过进行离心来进行。
49、此外，在发酵液制备步骤或菌株去除步骤之后，可以向发酵液中添加酸以产生金属盐晶体并分离金属盐晶体，并且通过酸添加制备的金属盐晶体可以为caso4（s）或mgso4（s），但不限于此。此时，酸没有特别限制，只要其为可以将发酵液的ph控制为5或更小的酸即可，但是可以为例如选自硫酸、盐酸、磷酸、碳酸和硝酸中的一者。此外，通过向发酵液中添加酸，可以将发酵液的ph控制为5.0或更小、4.0或更小、3.0或更小、2.0或更小、1.0或更小、或者0.5或更小。
50、此外，在发酵液制备步骤、菌株去除步骤或金属盐晶体去除步骤之后，可以另外添加酸或基于酸的催化剂以使3-羟基丙酸质子化，并且该质子化也可以在不添加另外的酸的情况下利用在金属盐晶体去除步骤中添加的酸来实现。
51、根据一个实施方案的用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法包括在多元醇的存在下使3-羟基丙酸聚合以制备支化3-羟基丙酸预聚物的步骤。
52、多元醇可以为用于制备3-羟基丙酸发酵液的碳源、在使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵之后产生的副产物、或其混合物。根据一个实施方案的用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法可以通过在发酵中使用的或在发酵期间产生的多元醇的存在下使3-羟基丙酸聚合来制备支化预聚物，而无需在3-羟基丙酸聚合中的反应期间单独添加多元醇。
53、此外，根据一个实施方案的制备方法为了再利用多元醇用于聚合而未紧接在发酵过程之后进行单独的纯化过程，因此与常规技术相比，该方法是高效的并且过程成本显著降低，并且可以防止由于纯化过程而导致的纯化目标物（3-羟基丙酸）的损失。
54、此外，多元醇和无机副产物等通过随后预聚物的洗涤过程被容易地去除，使得可以制备高纯度且高产率的支化3-羟基丙酸预聚物。
55、此外，由于3-羟基丙酸是在多元醇的存在下聚合的，因此制备了支化预聚物，并且该支化预聚物具有大的分子量，使得杂质可以在随后的水洗涤过程中被容易地去除。具体地，在3-羟基丙酸的情况下，发生脱水并且单体反应末端转化为乙烯基，终止聚合，和/或在缩聚过程期间形成低分子量环状结构，使得难以提高分子量，但是根据一个实施方案的制备方法可以在聚合过程中使用多元醇来制备具有大分子量的支化预聚物。
56、多元醇的类型没有特别限制，只要其用于制备3-羟基丙酸发酵液即可，但是例如，多元醇可以包括选自甘油、季戊四醇、4-臂-聚(乙二醇)n=2至10、二(三羟甲基丙烷)、二(季戊四醇)、三(季戊四醇)、木糖醇、山梨糖醇、肌醇、胆酸、β-环糊精和四羟基中的一者或更多者。
57、此外，在3-羟基丙酸的聚合期间，基于100重量%的3-羟基丙酸，多元醇可以以0.01重量%或更多且10.0重量%或更少，例如0.03重量%或更多、0.05重量%或更多、或者0.08重量%或更多，或者10.0重量%或更少、9.0重量%或更少、8.0重量%或更少、7.0重量%或更少、6.0重量%或更少、5.0重量%或更少、4.0重量%或更少、3.0重量%或更少、2.0重量%或更少、1.5重量%或更少、1.0重量%或更少、或者0.8重量%或更少的量包含在内。在以上含量范围内，可以制备可以实现期望目的的支化预聚物，并且如果多元醇以过少的量包含在内，则可能无法制备支化预聚物，而如果多元醇以过多的量包含在内，则在聚合期间可能产生杂质或可能发生凝胶化现象。
58、在多元醇的存在下3-羟基丙酸的聚合可以在70℃或更高且100℃或更低的温度下进行，例如，聚合可以在75℃或更高、78℃或更高、80℃或更高、83℃或更高、或者85℃或更高的聚合温度下，或者在98℃或更低、95℃或更低、93℃或更低、或者90℃或更低的聚合温度下进行。如果聚合温度太低，则聚合可能几乎不进行，导致制备具有低分子量的3-羟基丙酸预聚物，而如果聚合温度太高，则可能发生3-羟基丙酸的脱水，将单体反应末端转化为乙烯基，因此可能无法制备3-羟基丙酸预聚物。
59、聚合可以在真空下进行。此时，真空状态意指低于大气压的压力状态，并且可以意指例如500托或更低的压力状态。虽然没有特别限制，但聚合可以在100托或更低、50托或更低、10托或更低、1托或更低、或者0.1托或更低的压力下进行。
60、聚合可以进行1小时至70小时。具体地，在上述真空状态和温度范围内进行的聚合可以进行2小时或更长、3小时或更长、4小时或更长、5小时或更长、8小时或更长、10小时或更长、15小时或更长、或者20小时或更长，并且60小时或更短、55小时或更短、50小时或更短、45小时或更短、40小时或更短、35小时或更短、30小时或更短、或者25小时或更短。此时，聚合可以进行这样的时间：在该时间期间副反应被抑制并且可以确保足够的产率。
61、此外，聚合可以在没有催化剂的情况下进行，或者聚合可以在催化剂的存在下进行。催化剂的使用有利于促进聚合反应并抑制聚合过程期间环状低聚物的形成。催化剂的类型没有特别限制，只要其不干扰聚合反应的进行或本技术的技术问题的实现即可。可以使用的催化剂可以为例如酸催化剂或基于锡的催化剂。酸催化剂可以为例如基于磺酸的催化剂或可以包含基于磺酸的催化剂，并且基于磺酸的催化剂的实例包括对甲苯磺酸、间二甲苯-4-磺酸、2-均三甲苯磺酸和/或对二甲苯-2-磺酸。此外，作为基于锡的催化剂，例如，可以使用sncl2或sn(oct)2。
62、催化剂可以以预定的含量范围使用。例如，相对于3-羟基丙酸，可以以0.001 mol%至1.0 mol%的含量使用催化剂进行聚合。具体地，催化剂的含量可以为0.01 mol%或更多、0.05 mol%或更多、或者0.1 mol%或更多，并且其上限可以为例如0.9 mol%或更少、0.8mol%或更少、0.7 mol%或更少、0.6 mol%或更少、或者0.5mol%或更少。当在上述含量范围内使用催化剂时，可以更有利于促进聚合并抑制环状低聚物的形成。
63、在根据一个实施方案的用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法中，支化3-羟基丙酸预聚物可以由以下式1表示。
64、[式1]
65、r-[a-(b)n-c]k
66、在式1中，
67、r为衍生自多元醇的化合价为3或更高的官能团，
68、a为直接键或者衍生自醚、硫醚、酯、硫酯、酮、亚砜、砜、磺酸酯、胺、酰胺、亚胺、酰亚胺或氨基甲酸酯的连接基团，
69、b为由以下式2或式3表示的取代基，
70、[式2]
71、
72、[式3]
73、
74、为与a连接的部分，k为3或更大的整数，n为1至700的整数，以及
75、c为由以下式4或式5表示的取代基。
76、[式4]
77、
78、[式5]
79、。
80、此时，支化意指其中各官能团为3个或更多个或者4个或更多个的单体的聚合物，并且式1中的r部分被限定为支化结构。
81、例如，支化结构可以意指
82、诸如等的结构，但不限于此。在每个支化单元中，n可以独立地具有1至700的任意整数值。
83、在一个实例中，式1的k可以为3或更大、4或更大、5或更大、6或更大、7或更大、或者8或更大的整数。虽然没有特别限制，但式1的k可以为20或更小、18或更小、16或更小、14或更小、12或更小、10或更小、8或更小、或者6或更小。
84、在一个实例中，r可以为化合价为3或更高的连接基团，其衍生自经取代或未经取代的c1-60烷基、经取代或未经取代的c3-60环烷基、经取代或未经取代的c6-60芳基、或者经取代或未经取代的包含n、o和s中的一者或更多者的c2-60杂芳基。此时，烷基、环烷基、芳基和杂芳基的至少一个碳原子可以经选自n、o和s中的至少一个杂原子或者羰基取代或未经取代。
85、此外，在支化3-羟基丙酸预聚物中，式5的数量相对于式4和式5的总数的比率，即支化末端处的乙烯基含量，可以为5%或更大、7%或更大、10%或更大、13%或更大、15%或更大、20%或更大、25%或更大、或者30%或更大，或者100%或更小、95%或更小、90%或更小、80%或更小、75%或更小、72%或更小、70%或更小、65%或更小、60%或更小、或者56%或更小。由于支化3-羟基丙酸预聚物表现出上述支化末端处的乙烯基含量，因此可以增加表现出疏水性的乙烯基而不是亲水性羟基的含量。
86、此外，随着3-羟基丙酸的聚合和分子量增加，支化3-羟基丙酸预聚物表现出疏水性，因为亲水性羧基和羟基的比率降低，并且当该疏水性预聚物末端处的羟基也转化成乙烯基时，其可以表现出更强的疏水性。当在下述洗涤过程中洗涤时，这样的预聚物可以容易地去除无机杂质和有机杂质。
87、同时，式5的数量相对于式4和式5的总数的比率（支化末端处的乙烯基含量）可以通过使用1h-nmr测量预聚物链末端处的乙烯基结构来获得。
88、具体地，可以通过使用1h-nmr测量每个预聚物的支化末端处的式5的乙烯基的c-h峰值（）和式4的末端β c-h峰值（），通过以下等式1计算支化末端处的乙烯基含量。
89、
90、[等式1]
91、
92、在等式1中，①为支化3-羟基丙酸预聚物的支化末端处的式5的乙烯基的c-h峰值，以及②为3-羟基丙酸预聚物的支化末端处的式4的末端β c-h峰值。
93、此时，在式4或式5中，可以为与b连接的部分。
94、此外，支化3-羟基丙酸预聚物满足150毫当量/kg或更低的酸值。具体地，支化预聚物的酸值可以为例如140毫当量/kg或更低、135毫当量/kg或更低、130毫当量/kg或更低、125毫当量/kg或更低、120毫当量/kg或更低、115毫当量/kg或更低、110毫当量/kg或更低、105毫当量/kg或更低、100毫当量/kg或更低、95毫当量/kg或更低、90毫当量/kg或更低、85毫当量/kg或更低、80毫当量/kg或更低、75毫当量/kg或更低、70毫当量/kg或更低、65毫当量/kg或更低、60毫当量/kg或更低、55毫当量/kg或更低、50毫当量/kg或更低、45毫当量/kg或更低、40毫当量/kg或更低、35毫当量/kg或更低、或者30毫当量/kg或更低。在以上酸值范围内，支化预聚物可以具有稳定的状态，并且酸值可以通过用0.02 n甲醇钾溶液作为滴定溶液进行滴定来测量。
95、此外，支化3-羟基丙酸预聚物的重均分子量可以为1,800或更大且90,000或更小，并且可以为2,000或更大、3,000或更大、5,000或更大、7,000或更大、9,000或更大、或者10,000或更大，或者85,000或更小、80,000或更小、75,000或更小、70,000或更小、65,000或更小、60,000或更小、50,000或更小、40,000或更小、30,000或更小、或者20,000或更小。
96、此外，支化3-羟基丙酸预聚物的数均分子量可以为1,200或更大且80,000或更小，并且可以为1,500或更大、1,800或更大、2,000或更大、3,000或更大、5,000或更大、7,000或更大、或者8,000或更大，或者75,000或更小、70,000或更小、65,000或更小、60,000或更小、55,000或更小、50,000或更小、45,000或更小、40,000或更小、35,000或更小、30,000或更小、25,000或更小、20,000或更小、15,000或更小、或者10,000或更小。
97、如果支化3-羟基丙酸预聚物的重均分子量和数均分子量太低，则预聚物可能表现出亲水性，使得难以在洗涤过程中去除预聚物中包含的杂质，并且特别地，可能难以在洗涤过程之后的层分离期间回收从中去除了杂质的预聚物。如果重均分子量和数均分子量太高，则在随后的洗涤过程之后的层分离期间，可能容易发生预聚物的凝结，使得过程控制困难，并且可能难以在随后的热解过程中制备丙烯酸。
98、此外，支化预聚物的多分散指数（pdi）可以在1.0至13.0的范围内。具体地，预聚物的多分散指数（pdi）可以为例如1.2或更大、1.4或更大、1.6或更大、1.8或更大、2.0或更大、或者3.0或更大，并且其上限可以为例如12.0或更小、11.5或更小、11.0或更小、10.5或更小、10.0或更小、9.5或更小、9.0或更小、8.5或更小、8.0或更小、7.5或更小、6.5或更小、6.0或更小、5.5或更小、5.0或更小、或者4.0或更小。
99、此外，当使3-羟基丙酸聚合时，除了支化3-羟基丙酸预聚物之外，还可以制备线性3-羟基丙酸预聚物，但是基于100重量%的支化预聚物和线性预聚物的总和，支化预聚物可以以70重量%或更多、80重量%或更多、85重量%或更多、90重量%或更多、95重量%或更多、或者100重量%的量包含在内。
100、由于支化3-羟基丙酸预聚物具有比线性3-羟基丙酸预聚物显著更大的分子量且表现出疏水性，因此预聚物中包含的杂质可以在洗涤过程中被容易地去除。
101、根据一个实施方案的用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法可以包括洗涤支化3-羟基丙酸预聚物的步骤。
102、洗涤过程是用于用亲水性溶剂（例如水）去除目标物质中包含的杂质的简单且低成本的过程，并且虽然难以通过洗涤从单体3-羟基丙酸中去除杂质，但是通过根据一个实施方案的制备方法制备的支化3-羟基丙酸预聚物表现出疏水性，因此可以通过洗涤容易地去除诸如无机离子的杂质。
103、因此，如果不进行支化3-羟基丙酸预聚物的洗涤，则预聚物可能包含大量杂质，特别是亲水性无机杂质，这可能降低预聚物的纯度，并且当预聚物随后热解以转化成其他单体例如丙烯酸时，单体的纯度也降低，并且热解和纯化所需的时间可能由于杂质而变得过长。
104、例如，可以通过将支化3-羟基丙酸预聚物与洗涤溶液混合来去除杂质，并且当在预聚物处于可流动状态时通过与洗涤溶液混合来去除杂质时，最终回收的预聚物的纯度可以更高。
105、此外，在将液体预聚物和洗涤溶液混合或离心之后，可以通过层分离成包含预聚物的油相（或下层）和包含洗涤溶液的水相（或上层）来回收高纯度预聚物。
106、此外，洗涤可以在60℃或更高且90℃或更低的温度下进行并且持续1分钟或更长且30分钟或更短的时间，并且洗涤温度可以为例如63℃或更高、65℃或更高、67℃或更高、70℃或更高、或者72℃或更高，或者在88℃或更低、87℃或更低、或者86℃或更低的温度下。如果洗涤温度太低，则预聚物可能未表现出流动性，导致杂质去除效率低，而如果洗涤温度太高，则预聚物可能水解，导致3-羟基丙酸的损失。
107、此外，洗涤可以进行3分钟或更长、5分钟或更长、7分钟或更长、或者10分钟或更长，或者25分钟或更短、20分钟或更短、或者15分钟或更短的时间。如果洗涤时间太短，则可能无法实现杂质去除，而如果洗涤时间太长，则预聚物可能水解，从而缩短其长度并导致3-羟基丙酸的损失。
108、洗涤可以用包含水和/或碱性化合物的洗涤溶液进行。洗涤溶液可以为例如氨水，以及碱性化合物没有特别限制，只要其为不包含金属离子的碱性化合物即可，但是实例包括季铵化合物、胺等。
109、季铵化合物的实例包括四甲基氢氧化铵（tmah）、三甲基-2-羟乙基氢氧化铵（胆碱）、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三甲基苯基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵等。
110、胺可以为脂族伯胺、脂族仲胺、脂族叔胺或脂环族胺，例如，脂族伯胺可以为单乙醇胺、乙二胺、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、2-(2-氨基乙基氨基)乙醇、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺等，脂族仲胺可以为二乙醇胺、n-甲基氨基乙醇、n-羟乙基氨基乙醇、二丙胺、2-乙基氨基乙醇等，脂族叔胺可以为三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、乙基二乙醇胺等，以及脂环族胺可以为环戊胺、环己胺等。
111、基于100重量%的总洗涤溶液，包含在洗涤溶液中的碱性化合物的含量可以以1重量%或更多、3重量%或更多、5重量%或更多、7重量%或更多、8重量%或更多、或者10重量%或更多，并且30重量%或更少、25重量%或更少、20重量%或更少、15重量%或更少、或者10重量%或更少的量包含在内。
112、此外，在洗涤期间，相对于预聚物的重量，洗涤溶液可以以1.0倍或更多且30.0倍或更少的重量使用，并且例如，其可以以1.2倍或更多、1.4倍或更多、1.5倍或更多、2.0倍或更多、或者3.0倍或更多，并且25.0倍或更少、20.0倍或更少、15.0倍或更少、或者10.0倍或更少的重量使用。
113、此外，洗涤过程之后回收的预聚物的纯度可以为90%或更高、93%或更高、95%或更高、98%或更高、99%或更高、或者100%。
114、根据本发明的另一个实施方案，提供了用于制备丙烯酸的方法，所述方法包括：在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤；在多元醇的存在下使3-羟基丙酸聚合以制备支化3-羟基丙酸预聚物的步骤；以及使支化3-羟基丙酸预聚物热解以制备丙烯酸的步骤。
115、在用于制备丙烯酸的方法中，“在多元醇的存在下使能够产生3-羟基丙酸的菌株发酵以制备包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液的步骤，在多元醇的存在下使3-羟基丙酸聚合以制备支化3-羟基丙酸预聚物的步骤”与上述用于制备支化3-羟基丙酸预聚物的方法相同，并且类似于制备方法，其还可以包括将能够产生3-羟基丙酸的菌株分离的步骤；通过向包含多元醇和3-羟基丙酸的发酵液中添加酸来产生金属盐晶体并分离金属盐晶体的步骤；和/或洗涤支化3-羟基丙酸预聚物的步骤。
116、根据另一个实施方案的用于制备丙烯酸的方法包括使支化3-羟基丙酸预聚物热解以制备丙烯酸的步骤。
117、丙烯酸是通过使由生物方法制备的3-羟基丙酸聚合而获得的预聚物热解来制备的，该生物方法是环境友好且经济的，并且丙烯酸可以作为生物超吸收性聚合物（sap）或生物丙烯酸酯来回收。
118、热解可以在170℃或更高且250℃或更低，例如180℃或更高、185℃或更高、190℃或更高、或者195℃或更高，并且240℃或更低、230℃或更低、225℃或更低、220℃或更低、215℃或更低、或者210℃或更低的温度下进行。如果热解温度太低，则可能无法实现支化3-羟基丙酸预聚物的热解，而如果热解温度太高，则热解过程的操作成本可能增加或者可能产生大量意想不到的杂质。
119、丙烯酸的通过astm 6866-21标准测量的生物基碳的含量可以为80重量%或更大，例如85重量%或更大、90重量%或更大、95重量%或更大、或者100重量%。生物基碳的含量意指相对于丙烯酸中包含的总碳含量，生物基碳的含量，并且该值越大，其越可能对应于环境友好的化合物。作为测量方法，例如，将待测量化合物中包含的碳原子制成石墨或二氧化碳气体形式，并用质谱仪测量或通过液体闪烁光谱法测量。此时，除了质谱仪等之外，还可以一起使用用于将14c离子与12c离子分离的加速器，以分离这两种同位素，并用质谱仪测量含量和含量比。
120、有益效果
121、根据本发明，可以提供由低纯度、未纯化的3-羟基丙酸有效地且以低过程成本制备高分子量且高纯度的支化预聚物，以及通过使支化预聚物热解来制备生物基丙烯酸的方法。