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JP2001299376A - 生体触媒を用いたアミド化合物の製造方法 - Google Patents

生体触媒を用いたアミド化合物の製造方法

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Publication number
JP2001299376A
JP2001299376A JP2000124591A JP2000124591A JP2001299376A JP 2001299376 A JP2001299376 A JP 2001299376A JP 2000124591 A JP2000124591 A JP 2000124591A JP 2000124591 A JP2000124591 A JP 2000124591A JP 2001299376 A JP2001299376 A JP 2001299376A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amide compound
reaction
catalyst
dry weight
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000124591A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryuichi Endo
隆一 遠藤
Katsuo Ishii
勝男 石井
Kozo Murao
耕三 村尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP2000124591A priority Critical patent/JP2001299376A/ja
Publication of JP2001299376A publication Critical patent/JP2001299376A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発泡性の少ないアミド化合物水溶液の製造方
法の提供。 【解決手段】 製造されるアミド化合物の乾燥重量に対
し使用するニトリルヒドラターゼ活性を有する触媒の乾
燥重量を3500分の1以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニトリルヒドラタ
ーゼ活性を有する触媒を用いてアミド化合物を製造する
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酵素活性を持つ生体触媒を利用して化合
物を合成する方法は、反応条件が穏和であるため反応プ
ロセスが簡略化できること、あるいは副生物が少ないこ
とによる反応生成物の純度が高いこと等の利点があるた
め、近年、多くの化合物の製造に用いられている。アミ
ド化合物の製造においても、ニトリル化合物からアミド
化合物に変換する酵素ニトリルヒドラターゼが見出され
て以来、盛んに検討されている。例えば、特開昭54−
129190号、特開昭54−143592号、特開昭
61−162193号、特開平2−470号、特開平5
−103681号、特開平11−89575号、特開平
11−123098号等があげられる。現在では操作性
・安全性・経済性等の観点から優れた反応プロセスとし
てアクリルアミドやニコチンアミド等の工業的生産に利
用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、生体触媒で製
造したアミド化合物の水溶液は、高純度の反応液が得ら
れるにも拘らず、反応液中のアミド化合物が高濃度であ
るほど発泡し易くなり、後の工程、例えば、濃縮や蒸
留、晶析工程あるいは、ポリマー化工程等がある場合に
はトラブルの原因となることがある。また、そのまま製
品として出荷する際においても、泡立ちやすい製品だと
輸送時、輸液時に発泡し好ましくない。従って、反応液
から発泡起因物質(以降、起泡成分と呼ぶ)を除去する
必要がある。しかしながら現時点では反応液からの起泡
成分を除去する方法としては特願平11−254151
号しか知られておらず、その上本方法は特殊な精製装置
を必要とする。
【0004】本発明は、上記問題に鑑み、特別な精製を
必要としない生体触媒によるアミド化合物の製造方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
に関して鋭意検討を行った結果、生体触媒で製造したア
ミド化合物の水溶液中の起泡成分は、生体触媒由来の蛋
白質、多糖類等であることをつきとめた。さらに、反応
に使用する生体触媒の使用量を少なくすると、反応速度
が低下するため、反応により多くの時間を要し触媒と反
応液との接触時間が多くなるため起泡成分の抽出量が多
くなると考えられたが、予想に反し起泡成分の抽出量が
少なくなり発泡性の少ない反応液を得られることを見出
し、本発明に至った。
【0006】即ち、本発明は、ニトリルヒドラターゼ活
性を含有する触媒を用いてニトリル化合物からアミド化
合物を製造する方法において、製造するアミド化合物の
乾燥重量に対し使用する触媒の乾燥重量を3500分の
1以下とすることを特徴とする、アミド化合物の製造方
法、である。反応液中のアミド化合物が高濃度であるほ
ど、アミド化合物の溶媒効果により生体触媒からの起泡
成分の抽出が促進されるため、本発明は高濃度にアミド
化合物を蓄積させる場合においてより好適である。本発
明でいう高濃度のアミド化合物とは、例えばアクリルア
ミドでは35重量%以上のような値を意味する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明でいうニトリルヒドラター
ゼ活性を有する触媒とは、ニトリルヒドラターゼ酵素を
保有している触媒であれば如何なる形態のものでも良
い。ニトリルヒドラターゼ酵素の由来としては、微生物
・動植物細胞等が挙げられるが、重量当たりの酵素発現
量や取り扱いの容易性から、微生物菌体を使用すること
が好ましい。
【0008】微生物種としては、例えば、バチルス(Ba
cillus) 属、バクテリジューム(Bacteridium)属、ミク
ロコッカス(Micrococcus)属およびブレビバクテリウム
(Brevibacterium) 属〔特公昭62-21519号〕、コリネバ
クテリウム(Corynebacterium)属およびノカルジア(No
cardia) 属〔特公昭56-17918号〕、シュードモナス(Ps
eudomonas)属〔特公昭59-37951号〕、ロドコッカス(Rh
odococcus)属およびミクロバクテリウム(Microbacteri
um)属〔特公平4-4873号〕、ロドコッカス ロドクロウ
ス(Rhodococcus rhodochrous)種〔特公平6-55148
号〕、ロドコッカス(Rhodococcus)属菌株〔特公平7-40
948 号〕等の微生物を挙げることができる。
【0009】また、天然のあるいは人為的に改良したニ
トリルヒドラターゼ遺伝子を人為的に組み込んだ微生物
でも構わない。しかしながら、ニトリルヒドラターゼの
発現量が少ない微生物あるいはニトリル化合物からアミ
ド化合物への変換活性の低いニトリルヒドラターゼを発
現した微生物を少量用いてアミド化合物を製造するに
は、より多くの反応時間が必要となるため、可能な限り
ニトリルヒドラターゼを高発現した微生物、および/ま
たは変換活性高いニトリルヒドラターゼを発現する微生
物を使用することが望ましい。
【0010】触媒の形態としては、必要に応じて洗浄等
を施した微生物・動植物細胞等そのままでも良いが、そ
れらをあるいはそれらを破砕等処理したものを、包括
法、架橋法、担体結合法等で固定化したものでもよい。
固定化する際の固定化担体としては、ガラスビーズ、シ
リカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビ
ニルアルコール、カラギーナン、寒天、ゼラチン等が挙
げられる。
【0011】本発明に使用されるニトリル化合物とは、
ニトリルヒドラターゼの作用により対応するアミド化合
物に変換される限り、特に限定されない。例えば、アセ
トニトリル、プロピオニトリル、サクシノニトリル、ア
ジポニトリルのような脂肪族飽和ニトリル、アクリロニ
トリル、メタクリロニトリルのような脂肪族不飽和ニト
リル、ベンゾニトリル、フタロジニトリルのような芳香
族ニトリルおよび3−シアノピリジン、2−シアノピリ
ジンのような複素環式ニトリルが挙げられる。化学的物
理的性質としてあるいは経済的な問題として、生体触媒
を用いた製造に適している代表的なものは、プロピオニ
トリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリルや3−
シアノピリジン、2−シアノピリジンであり、特にアク
リロニトリル、3−シアノピリジンが好適である。
【0012】本発明でいうアミド化合物の乾燥重量と
は、製造されるアミド化合物から不純物分を差し引いた
純分としての乾燥重量である。反応液中のアミド化合物
の乾燥重量は、標準物質を用いてアミド濃度既知の標準
溶液を作成し、ガスクロマトグラフィーや液クロマトグ
ラフィーを用いて測定することができる。また、触媒の
乾燥重量とは、固定化していない触媒を用いる場合に
は、触媒の乾燥重量である。固定化した触媒を用いる場
合には、固定化担体を差し引いた生体由来成分の乾燥重
量である。
【0013】触媒の乾燥重量の測定方法は、まず固定化
していない微生物菌体液中の乾燥菌体量を測定する際に
は以下の如く測定する。1mL程度の菌体液を恒量既知
の秤量瓶やシャーレに拡げて秤量し(W1(g))、1
20゜Cで3時間乾燥させた後再度秤量する(W2
(g))。これらの値から、菌体液の乾燥残分濃度C1
(%)をC1=W2/W1×100により求める。さら
に、菌体液約100mLを遠心分離して得た遠心上清
を、孔径0.45μmのメンブランフィルタ(セルロー
スアセテート製)で濾過して得た菌液上清液約10mL
を用いて、菌体上清液の乾燥残分濃度C2(%)も菌液
の乾燥残分測定方法と同様にして測定する。これらの値
より、菌体液中の乾燥菌体濃度C3(%)を以下の式に
より算出する。 C3=C1−C2 (但しC2≦1の場合。C2>1の場合は、菌液中の菌
体を50mMのリン酸緩衝液(pH7.0)にて洗浄し
てから再度測定する。)
【0014】菌体を固定化したものを触媒とする場合に
は、固定化する前の菌体液の乾燥菌体濃度を測定し、固
定化担体と菌体液との混合比で固定化触媒中の、固定化
担体を差し引いた生体由来成分の乾燥重量を算出する。
固定化時に、膨潤や収縮を行うものは、固定化前の固定
化担体乾燥残分濃度と固定化前の菌液中乾燥残分濃度の
和と、固定化後の固定化触媒の乾燥残分濃度の値から、
膨潤率あるいは収縮率を計算し、その値を用いて固定化
担体を差し引いた生体由来成分の乾燥重量を算出する。
【0015】製造されるアミド化合物の乾燥重量に対し
使用する触媒の乾燥重量は、少なければ少ないほど反応
液の発泡性は低減される。しかし、発泡性が問題となら
ないのは、3500分の1以下であり、好ましくは50
00分の1以下であれば、発泡性は問題とならない。触
媒使用量の下限値は特に限定されないが、充分な反応速
度を得るためには、現在知られているニトリルヒドラタ
ーゼ発現菌体を用いた場合、100000分の1以上が
好ましい。
【0016】アミド化合物を製造する反応方法は、固定
層、移動層、流動層、撹拌槽等、何れでもよく、また回
分反応でも連続反応でも良い。反応基質、反応液、目的
化合物等の物性や、生産規模等により反応様式は選ば
れ、反応装置が設計される。また、反応温度、反応pH等
の反応条件はより小規模あるいはより短時間でアミドを
製造できるよう最適な条件で制御しつつ実施することが
好ましい。
【0017】
【実施例】(実施例1) 1.生体触媒の調製 ニトリルヒドラターゼ活性を有するRhodococcus rhodoc
hrous J1(FERM BP-1478)を、グルコース2%、尿素1
%、ペプトン0.5%酵母エキス0.3%、塩化コバル
ト0.05%(何れも重量%)を含む培地(pH7.
0)により30゜Cで好気的に培養した。これを50mM
リン酸緩衝液(pH7.0)にて洗浄して菌体懸濁液
(乾燥菌体15重量%)を得た。一方、アクリルアミ
ド、メチレンビスアクリルアミド及び2ージメチルアミ
ノプロピルメタクリルアミドが、それぞれ30,1,4
重量%となるようにモノマー混合水溶液を調整した。
【0018】続いて、菌体懸濁液、モノマー水溶液、10
重量%のN,N,N',N'-テトラメチルエチレンジアミン水溶
液を、10重量%の過硫酸アンモニウム水溶液、各々5、
2、0.1、0.1L/hrで混合して重合させた後、約
0.5mm角の粒子に裁断し固定化菌体粒子を得た。こ
の固定化菌体粒子を、0.1%のアクリル酸ナトリウム
水溶液(pH7に調整)にて洗浄し、固定化菌体触媒とし
た。(本触媒中、乾燥菌体重量は10%となった)
【0019】2.固定化菌体触媒によるアクリロニトリ
ルからアクリルアミドへの反応 内容積5Lのジャケット付きセパラブルフラスコに0.
2g/Lのアクリル酸ナトリウム水溶液を3510gい
れ、これに前述の固定化菌体触媒3g(乾燥菌体0.3
g相当)を添加した。これをpH7.0、温度10゜C
に制御しながら翼長120mm、翼幅20mmの平板の
撹拌翼を2枚にて80rpmで攪拌した。これにアクリ
ロニトリル濃度が常に2重量%となるように連続的にフ
ィードし、アクリルアミドの濃度が40%となるまで蓄
積反応を行った(生成アクリルアミド2000g)。こ
の液から目開き300μmの金網にて固定化菌体触媒を
分離し反応液を得た。(使用菌体乾燥重量/生成アクリ
ルアミド乾燥重量=1/6700) 得られたアクリルアミド水溶液は、泡立ちの少ないもの
だった。
【0020】3.濃縮 得られた反応液を、内容積10Lのセパラブルフラスコ
に4L入れ、45mmHg下で且つアクリルアミドの重
合を防止するため150mL/min量の空気導入しなが
ら温浴中にてアクリルアミド濃度が50%となるまで濃
縮した。その結果、約4Lの透明なアクリルアミド50
%水溶液を得た。
【0021】(比較例1)実施例1同様に固定化菌体触
媒25g(乾燥菌体2.5g相当)を用いて40%アク
リルアミド反応液を得た(使用菌体乾燥重量/生成アク
リルアミド乾燥重量=1/800)。泡立ちやすいアク
リルアミドの水溶液であったが、実施例1と同様にして
50%までの濃縮を行おうとしていたところ、反応液が
激しく発泡し50%までの濃縮操作の継続が困難となっ
た。
【0022】
【発明の効果】菌体、固定化菌体または固定化酵素等の
生体触媒を用いたアミド化合物の製造は、反応プロセス
が簡略化できること、あるいは副生物が少ないことによ
る反応生成物の純度が高いこと等の利点があるため極め
て有効であるが、反応液が発泡しやすいという欠点を有
していた。本発明を用いれば、発泡性の少ないアミド化
合物の水溶液を製造することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニトリルヒドラターゼ活性を有する触媒
    を用いてニトリル化合物からアミド化合物を製造する方
    法において、製造されるアミド化合物の乾燥重量に対し
    使用する触媒の乾燥重量を3500分の1以下とするこ
    とを特徴とする、アミド化合物の製造方法。
  2. 【請求項2】 ニトリル化合物が、アクリロニトリル、
    メタクリロニトリル又はシアノピリジンである請求項1
    記載のアミド化合物の製造方法。
  3. 【請求項3】 ニトリル化合物が、アクリロニトリルで
    ある請求項1記載のアミド化合物の製造方法。
  4. 【請求項4】 製造されるアミド化合物の反応液中の濃
    度が、35%以上である請求項3記載のアミド化合物の
    製造方法。
JP2000124591A 2000-04-25 2000-04-25 生体触媒を用いたアミド化合物の製造方法 Pending JP2001299376A (ja)

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