(57)【要約】  ピロリドンを製造する方法であって、清澄化コハク酸二アンモニウム（ＤＡＳ）含有及び／又はコハク酸一アンモニウム（ＭＡＳ）含有発酵培地を提供し；大気圧を超える圧力下で、１００℃〜約３００℃の温度で培地を蒸留して、水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部とを形成し；底部を冷却及び／又は蒸発させて、底部の液体部分と、実質的に純粋なＳＡである固体部分への分離を引き起こすために十分な温度及び組成を達成し；液体部分から固体部分を分離し；固体ＳＡ部分をピロリドンに変換するを含む方法。【選択図】なし
2013528604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＡの窒素含有化合物を製造する方法であって、以下の：
（ａ）  清澄化ＤＡＳ含有発酵培地を提供し；
（ｂ）  大気圧を超える圧力下で、１００℃〜約２５０℃の温度で培地を蒸留して、水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部とを形成し；
（ｃ）  底部を冷却及び／又は蒸発させて、底部の液体部分と、実質的に純粋なＳＡである固体部分への分離を引き起こすために十分な温度及び組成を達成し；
（ｄ）  液体部分から固体部分を分離し；
（ｅ）  （１）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及びアンモニア源と接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンや式Ｒ−ＯＨのアルコール｛式中、Ｒは直鎖又は分岐状のＣ1〜Ｃ20アルキル基、Ｃ5〜Ｃ20の置換されているか又は置換されていないシクロアルキル基、或いはＣ6又はそれより多くの芳香環である｝、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも一部を、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして
（ｆ）  以下の式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩ：
【化１】
2013528604.tif 000008
で表される化合物を回収する
を含む、前記方法。
【請求項２】
ＳＡの窒素含有化合物を製造する方法であって、以下の：
（ａ）  清澄化ＤＡＳ含有発酵培地を提供し；
（ｂ）  アンモニア分離及び／又は水共沸溶媒を培地に添加し；
（ｃ）  培地を水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％水を含む液体底部とを形成するために十分な温度及び圧力で培地を蒸留し；
（ｄ）  底部を冷却及び／又は蒸発させて、底部が液体部分と実質的に純粋なＳＡである固体部分への分離を引き起こすために十分な温度及び組成を達成し；
（ｅ）  液体部分から固体部分を分離し；
（ｆ）  （１）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及びアンモニア源と接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンや式Ｒ−ＯＨのアルコール｛式中、Ｒは直鎖又は分岐状のＣ1〜Ｃ20アルキル基、Ｃ5〜Ｃ20の置換されているか又は置換されていないシクロアルキル基、或いはＣ6又はそれより多くの芳香環である｝、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも一部を、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして
（ｇ）  以下の式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩ：
【化２】
2013528604.tif 000009
で表される化合物を回収する、
を含む前記方法。
【請求項３】
ＳＡの窒素含有化合物を製造する方法であって、以下の：
（ａ）  清澄化ＭＡＳ含有発酵培地を提供し；
（ｂ）  培地を大気圧を超える圧力下で、１００℃〜約２５０℃の温度にて蒸留して、水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡと少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部とを形成し；
（ｃ）  底部を冷却及び／又は蒸発させて、底部が液体部分と、実質的に純粋なＳＡである固体部分への分離を引き起こすために十分な温度及び組成を達成し；
（ｄ）  液体部分から固体部分を分離し；
（ｅ）  （１）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度で、約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及びアンモニア源と接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンや式Ｒ−ＯＨのアルコール｛式中、Ｒは直鎖又は分岐状のＣ1〜Ｃ20アルキル基、Ｃ5〜Ｃ20の置換されているか又は置換されていないシクロアルキル基、或いはＣ6又はそれより多くの芳香環である｝、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも一部を、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして
（ｆ）  以下の式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩ：
【化３】
2013528604.tif 000010
で表される化合物を回収する、
を含む前記方法。
【請求項４】
ＳＡの窒素含有化合物を製造する方法であって、以下の：
（ａ）  清澄化ＭＡＳ含有発酵培地を提供し；
（ｂ）  アンモニア分離及び／又は水共沸溶媒を培地に添加し；
（ｃ）  培地を水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部とを形成するために十分な温度及び圧力で培地を蒸留し；
（ｄ）  底部を冷却及び／又は蒸発させて、底部が液体部分と、実質的に純粋なＳＡである固体部分への分離を引き起こすために十分な温度及び組成を達成し；
（ｅ）  液体部分から固体部分を分離し；
（ｆ）  （１）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度で、約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及びアンモニア源と接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも１部を、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンや式Ｒ−ＯＨのアルコール｛式中、Ｒは直鎖又は分岐状のＣ1〜Ｃ20アルキル基、Ｃ5〜Ｃ20の置換されているか又は置換されていないシクロアルキル基、或いはＣ6又はそれより多くの芳香環である｝、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）水素化触媒の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力にて、固体部分の少なくとも一部を、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニア源と接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして
（ｇ）  以下の式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩ：
【化４】
2013528604.tif 000011
で表される化合物を回収する、
を含む前記方法。
【請求項５】
培地の蒸留を、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、スルホキシド、アミド、スルホン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ブトキシトリグリコール、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、エーテル、及びメチルエチルケトン（ＭＥＫ）からなる群から選択される少なくとも１であるアンモニア分離溶媒の存在下、又はトルエン、キシレン、メチルシクロヘキサン、メチルイソブチルケトン、ヘキサン、シクロヘキサン及びヘプタンからなる群から選択される少なくとも１の水共沸溶媒の存在下で行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
塩基性触媒の存在下で、約８０℃〜約２５０℃の温度及び約０．５〜約２５ＭＰａの圧力にて、式Ｉの化合物を、アセチレンと接触させて、以下の式ＩＶ：
【化５】
2013528604.tif 000012
で表される化合物を提供する、を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
式ＩＩＩの化合物を、約１００℃〜約５００℃の温度及び約０．０６８〜約１．３７の圧力で脱水して、以下の式ＩＶ：
【化６】
2013528604.tif 000013
で表される化合物を提供することを更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年５月１９日に出願した米国仮出願番号６１／３４６，１５５の利益を主張する。この出願の主題は本明細書に援用される。
【０００２】
本開示発明は、発酵により産生されるコハク酸（succinic acid：ＳＡ）からピロリドンを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
糖発酵のある種の炭素質産物は、炭素含有化学物質の製造原料として使用される石油由来材料の代替品と見做されている。そのような産物の一つがＳＡである。
【０００４】
ＳＡは、出発材料として発酵性炭素源、例えば糖を用い、微生物により製造できる。しかし、文献記載の商業化可能なコハク酸産生微生物の多くは、生育、変換及び生産性を最大化するべく最適ｐＨを維持するために、発酵培地を中和する。典型的には、培地への水酸化アンモニウムの添加により、発酵培地のｐＨはｐＨ７又はその付近に維持され、これによりＳＡがコハク酸二アンモニウム（diammonium succinate:ＤＡＳ）に変換される。ＤＡＳは、コハク酸一アンモニウム（monoammnonium succinate:ＭＡＳ）及び／又はＳＡに変換されて、発酵培地からＭＡＳ及び／又はＳＡを得る。
【０００５】
櫛来（特開２００５−１３９１５６号公報）は、カウンターイオンとしてアンモニウム塩を加えた発酵培地から得られるＤＡＳ水溶液から、ＭＡＳを取得する方法を記載する。具体的に、ＤＡＳ水溶液からのＭＡＳの結晶化は、当該溶液に酢酸を加えてそのｐＨを４．６〜６．３に調整し、不純物を含むＭＡＳの結晶化を促すことにより行われる。
【０００６】
増田（特開２００７−２５４３５４号公報、２００７年１０月４日公開）は、式Ｈ4ＮＯＯＣＣＨ2ＣＨ2ＣＯＯＮＨ4の「コハク酸アンモニウム」の希釈水溶液の部分的脱アンモニアを記載する。開示された分子式からは、この「コハク酸アンモニウム」がコハク酸二アンモニウムであることが分かる。増田によれば、コハク酸アンモニウム溶液を加熱することにより水及びアンモニアを除去し、コハク酸アンモニウムに加えて、コハク酸一アンモニウム、コハク酸、コハク酸モノアミド、コハク酸イミド、コハク酸アミド、又はコハク酸エステルのうち少なくとも１を含む固体ＳＡ系組成物を回収する。ここから、櫛来と同様に、増田が記載する方法も、産生されるＭＡＳ産物は不純物を含むものと推測される。櫛来及び増田の何れの方法も、高純度ＭＡＳを得るためには、得られる物質に対して種々の精製法を施す必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＤＡＳ及び／又はＭＡＳから生じた生物由来ＳＡなどは、多くの商業的に重要な化学物質やポリマーの合成のためのプラットフォーム分子となりうる。そのため、ピロリドンへの明確で商業的に利用可能な経路を統合する適応性を示す精製技術を提供することが大いに所望されている。発酵由来のＳＡをピロリドンに変換するための経済的及び技術的に利用可能な処理溶液が存在しないことに対応して、直接的水素付加のために十分な純度の費用効果の高いＳＡ流を提供するための方法を提供することが有益であり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、
清澄化ＤＡＳ含有発酵培地を提供し；
１００℃より高く、およそ３００℃までの温度で、大気圧超の雰囲気下で培地を蒸溜して、水及びアンモニアを含む上部（overhead）と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部（liquid bottom）を形成し；
当該底部が実質的に純粋なＳＡである固体部分と接触した液体部分へと分離することを引き起こすのに十分な温度へと上記底部を冷却し；
固体部分の少なくとも一部を液体部分から分離し；そして
（１）固体部分の少なくとも一部と、水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素化触媒の存在下で、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で、接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）固体部分の少なくとも一部と、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンか又は式Ｒ−ＯＨのアルコール｛ここで、Ｒは、直線状又は分岐状のＣ1−Ｃ20アルキル基であるか、又は置換されるか若しくは置換されないＣ5〜Ｃ20のシクロアルキル基であるか、又はＣ6又はそれより高い芳香族基である｝、そして場合によりアンモニアソースとを、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で水素化触媒の存在下で接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）固体部分の少なくとも一部と、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素触媒の存在下、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩの化合物：
【化１】
2013528604.tif 000003
を回収する
を含む、窒素含有化合物の製造方法を提供する。
【０００９】
また、本発明者等は、
清澄化ＤＡＳ含有発酵培地を提供し；
アンモニア分離溶媒及び／又は水共沸溶媒を培地に添加し；
水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部を形成するために十分な温度及び圧力で培地を蒸溜し；
実質的に純粋なＳＡである固体部分と接触した液体部分への底部の分離を引き起こすのに十分な温度へと底部を冷却し；
液体部分から固体部分の少なくとも一部を分離し；そして
（１）固体部分の少なくとも一部と、水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素化触媒の存在下で、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で、接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）固体部分の少なくとも一部と、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンか又は式Ｒ−ＯＨのアルコール｛ここで、Ｒは、直線状又は分岐状のＣ１−Ｃ２０アルキル基であるか、又は置換されるか若しくは置換されないＣ5〜Ｃ20のシクロアルキル基であるか、又はＣ6又はそれより高い芳香族基である｝、そして場合によりアンモニアソースとを、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で水素化触媒の存在下で接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）固体部分の少なくとも一部と、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素触媒の存在下、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩの化合物を回収する
を含む窒素含有化合物の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明者は、
清澄化ＭＡＳ含有発酵培地を提供し；
アンモニア分離溶媒及び／又は水共沸溶媒を培地に添加し；
大気圧超の雰囲気下で、１００℃より高く、約３００℃までの温度で蒸留して、水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部を形成し；
実質的に純粋なＳＡである固体部分と接触した液体部分への底部の分離を引き起こすのに十分な温度へと底部を冷却し；
液体部分から固体部分の少なくとも一部を分離し；そして
（１）固体部分の少なくとも一部と、水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素化触媒の存在下で、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で、接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）固体部分の少なくとも一部と、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンか又は式Ｒ−ＯＨのアルコール｛ここで、Ｒは、直線状又は分岐状のＣ１−Ｃ２０アルキル基であるか、又は置換されるか若しくは置換されないＣ5〜Ｃ20のシクロアルキル基であるか、又はＣ6又はそれより高い芳香族基である｝、そして場合によりアンモニアソースとを、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で水素化触媒の存在下で接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）固体部分の少なくとも一部と、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素触媒の存在下、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩの化合物を回収する
を含む窒素含有化合物の製造方法をさらに提供する。
【００１１】
本発明者らは、
清澄化ＭＡＳ含有発酵培地を提供し；
アンモニア分離溶媒及び／又は水共沸溶媒を培地に添加し；
水及びアンモニアを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％の水を含む液体底部を形成するために十分な温度及び圧力で培地を蒸溜し；
実質的に純粋なＳＡである固体部分と接触した液体部分への底部の分離を引き起こすのに十分な温度へと底部を冷却し；
液体部分から固体部分の少なくとも一部を分離し；そして
（１）固体部分の少なくとも一部と、水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素化触媒の存在下で、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で、接触させて、式Ｉの化合物を生成するか；又は
（２）固体部分の少なくとも一部と、水素及び式Ｒ−ＮＨ2のアルキルアミンか又は式Ｒ−ＯＨのアルコール｛ここで、Ｒは、直線状又は分岐状のＣ１−Ｃ２０アルキル基であるか、又は置換されるか若しくは置換されないＣ5〜Ｃ20のシクロアルキル基であるか、又はＣ6又はそれより高い芳香族基である｝、そして場合によりアンモニアソースとを、約１５０℃から約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で水素化触媒の存在下で接触させて、式ＩＩの化合物を生成するか；又は
（３）固体部分の少なくとも一部と、水素及びＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ又はエチレングリコール及び水素、そして場合によりアンモニアソースとを、水素触媒の存在下、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で接触させて、式ＩＩＩの化合物を生成し；そして式Ｉ、式ＩＩ、又は式ＩＩＩの化合物を回収する
を含む窒素含有化合物の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明者らは、さらに、式Ｉの化合物をアセチレンと、塩基性触媒の存在下で、約８０℃〜約２５０℃の温度及び約０．５〜約２５ＭＰａの圧力にて接触させて、以下の式ＩＶ：
【化２】
2013528604.tif 000004
で表される化合物を生成することを追加的に含む方法を提供する。
【００１３】
本発明者らは、さらに、式ＩＩＩの化合物を、約１００℃〜約５００℃の温度及び約０．０６８〜約１．３７ＭＰａの圧力にて式ＩＩＩの化合物を脱水して、以下の式ＩＶ：
【化３】
2013528604.tif 000005
で表される化合物を生成することを追加的に含む方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、発酵由来ＳＡを生成し、そしてそれに続くピロリドンへの変換についての十分に統合されたプロセスを模式的に示す。
【図２】図２は、ＳＡの選択された代表的なピロリドンへの変換の例を模式的に示す。
【図３】図３は、水と、２０ｗｔ％ＭＡＳ水溶液とにおける温度の関数としてＳＡの溶解性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
当然のことではあるが、以下の説明のうち少なくとも一部は、図における例示のために選択された方法の代表例を指すことを意図したものであり、添付の特許請求の範囲を除いて、本開示発明を定義又は限定することを意図したものではない。
【００１６】
本発明の方法は、例えば図１を参照することにより理解される。図１は、本発明の方法の代表例をフロー図として表したものである。
【００１７】
生育槽は、通常は備え付けの蒸気滅菌可能な発酵槽であって、ＤＡＳ含有発酵培地の生成に用いられる微生物培養物の培養に使用し得る。そのような生育槽は本技術分野で公知であり、更には言及しない。
【００１８】
この微生物培養物は、炭水化物糖等の発酵性炭素源からコハク酸を産生し得る微生物を含んでいてもよい。微生物の代表例としては、これらに限定される訳ではないが、大腸菌（Escherichia coli）、アスペルギルス ニガー（Aspergillus niger）、コリネバクテリウム グルタミカム（Corynebacterium glutamicum）（また、ブレビバクテリウム フラバム（Brevibacterium flavum））、エンテロコッカス フェカリス（Enterococcus faecalis）、ベイヨネラ パルビュラ（Veillonella parvula）、アクチノバチルス スクシノゲネス（Atinobacillus succinogenes）、マンヘイミア スクシニシプロデューセンス（Mannheimia succiniciproducens）、アネロビオスピリルム スクシニシプロデューセンス（Anaerobiospirillum succiniciproducens）、ペシロマイセス バリオッティ（Paecilomyces Varioti）、サッカロマイセス セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）、バクテロイデス フラジリス（Bacteroides fragilis）、バクテロイデス ルミニコラ（Bacteroides ruminicola）、バクテロイデス アミロフィラス（Bacteroides amylophilus）、アルカリゲネス ユートロファス（Alcaligenes eutrophus）、ブレビバクテリウム アンモニアゲネス（Brevibacterium ammoniagenes）、ブレビバクテリウム ラクトファーメンタム（Brevibacterium lactofermentum）、カンジダ ブルンプチイ（Candida brumptii）、カンジダ カテヌラタ（Candida catenulate）、カンジダ ミコデルマ（Candida mycoderma）、カンジダ ゼイラノイデス（Candida zeylanoides）、カンジダ パルディゲナ（Candida paludigena）、カンジダ ソノレンシス（Candida sonorensis）、カンジダ ユチリス（Candida utilis）、デバリオマイセス ハンセニイ（Debaryomyces hansenii）、フサリウム オキシスポルム（Fusarium oxysporum）、ヒュミコラ ラヌギノサ（Humicola lanuginosa）、クロエケラ・アピキュラータ（Kloeckera apiculata）、クルイベロマイセス ラクティス（Kluyveromyces lactis）、クルイベロマイセス ウィッケルハミ（Kluyveromyces wickerhamii）、ペニシリウム シンプリシシマム（Penicillium simplicissimum）、ピキア アノマーラ（Pichia anomala）、ピキア ベッセイ（Pichia besseyi）、ピキア メディア（Pichia media）、ピキア ギリエルモンディ（Pichia guilliermondii）、ピキア イノシトヴォラ（Pichia inositovora）、ピキア・スティピディス（Pichia stipidis）、サッカロミセス バヤヌス（Saccharomyces bayanus）、シゾサッカロミセス ポンベ（Schizosaccharomyces pombe）、トルロプシス カンジダ（Torulopsis candida）、ヤロウィア リポリティカ（Yarrowia lipolytica）、それらの混合物等が挙げられる。
【００１９】
好ましい微生物は、受託番号ＰＴＡ−５１３２としてＡＴＣＣに供託された大腸菌株である。より好ましくは、この株から３つの抗生物質耐性遺伝子（ｃａｔ、ａｍｐｈｌ、ｔｅｔＡ）を除去したものである。抗生物質耐性遺伝子ｃａｔ（クロラムフェニコール耐性をコードする）及びａｍｐｈｌ（カナマイシン耐性をコードする）の除去は、Datsenko KA and Wanner BL et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, Jun 6, 97(12), 6640-5に記載のいわゆる「ラムダ−レッド」（“Lamda-red (λ-red)”）法により行うことができる。本文献の主題は引用により本明細書に組み込まれる。テトラサイクリン耐性遺伝子tetAは、Bochner al., J Bacteriol., 1980, August; 143(2), 926-933により初めて報告された方法を用いて除去することができる。本文献の主題は引用により本明細書に組み込まれる。グルコースが本微生物の発酵性炭素源として好ましい。
【００２０】
発酵性炭素源（例えば炭水化物及び糖）を、任意により窒素源及び複合栄養素（例えばコーンスティープリカー）、ビタミン、塩、細胞成長及び／又は産物生成を改善し得る他の材料等の追加培地成分、並びに水と共に、微生物培養物の生育及び維持のために生育槽に供給してもよい。一般的には、微生物培養物は、酸素含有ガス（例えば空気など）のスパージングにより提供される好気性条件下で培養される。一般的には、微生物培養物の培養の間、ｐＨ調節のために酸（例えば硫酸など）及び水酸化アンモニウムを供給する。
【００２１】
ある例（未記載）によれば、酸素含有ガスを酸素欠乏ガス（例えば、ＣＯ2等）に変えることにより、生育槽内の（酸素含有ガスのスパージングにより提供される）好気性条件を、嫌気性条件に変更する。嫌気性環境により、生育槽ではインサイチュ（in situ）で、発酵性炭素源からコハク酸への生物変換が生じる。発酵性炭素源からＳＡへの生物変換の間、ｐＨ調節のために、水酸化アンモニウムを供給してもよい。水酸化アンモニウムの存在により、産生されたＳＡは、完全ではないにせよ少なくとも部分的に中和されてＤＡＳとなり、ＤＡＳを含有する培地が産生される。ＣＯ2は、ＳＡ産生のための更なる炭素源を提供する。
【００２２】
他の例によれば、生育槽の内容物を、流部（stream）を経由して、炭水化物源からＳＡへの生物変換用の別の生物変換槽に移送してもよい。ＳＡ産生を生じさせる嫌気性条件を提供するために、生物変換槽には酸素欠乏ガス（例えばＣＯ2）をスパージングしてもよい。炭水化物源からＳＡへの生物変換の間、ｐＨ調節のために水酸化アンモニウムを供給してもよい。水酸化アンモニウムの存在により、産生されたＳＡの少なくとも一部は中和されてＤＡＳとなり、ＤＡＳを含有する培地が産生される。ＣＯ2は、ふたたびＳＡ産生のための更なる炭素源を提供する。
【００２３】
他の例によれば、生物変換を比較的低いｐＨ（例えば３〜６）で行ってもよい。炭水化物源からＳＡへの生物変換の間、ｐＨ調節のために塩基（水酸化アンモニウム又はアンモニア）を供給してもよい。所望のｐＨに応じて、水酸化アンモニウムの存在又は不在により、ＳＡが産生されるか、或いは産生されたＳＡの少なくとも一部が中和されて、ＭＡＳ、ＤＡＳ、又はＳＡ、ＭＡＳ及び／又はＤＡＳを含む混合物となる。即ち、生物変換時に産生されたＳＡは、任意により追加工程においてアンモニア又は水酸化アンモニウムを供給することにより、その後に中和されて、ＤＡＳを含有する培地が産生される。従って、「ＤＡＳ含有発酵培地」とは通常、発酵培地がＤＡＳと共に、添加されるか、及び／又は生物変換等により産生される任意の数の他の成分、例えばＭＡＳ及び／又はＳＡを含むことを意味する。同様に、「ＭＡＳ含有発酵培地」とは通常、発酵培地がＭＡＳと共に、添加されるか、及び／又は生物変換等により産生された任意の数の他の成分、例えばＤＡＳ及び／又はＳＡを含むことを意味する。
【００２４】
発酵性炭素源の生物変換の結果として（生物変換を行う場所に応じて生育槽又は生物変換槽で）生じる培地は、通常は不溶性固体、例えば細胞性バイオマスや他の懸濁物等を含む。それらは、蒸留前に流部を経由して清澄化装置に移送される。不溶性固体を除去して培地を清澄化する。これによって後の蒸留装置の汚損を低減し又は予防する。不溶性固体の除去は、数種の固液分離技術の何れかを単独又は組合せで用いて行うことができ、固液分離技術としては、限定されるものではないが、遠心分離や濾過（限定されるものではないが、限外濾過、精密濾過又は深層濾過が挙げられる。）が挙げられる。濾過技術は公知技術に基づいて選択し得る。可溶性無機化合物は、複数の公知の方法により除去することができる。例としては、限定されるものではないが、イオン交換、物理吸着等が挙げられる。
【００２５】
遠心分離の例として、連続ディスクスタック遠心分離が挙げられる。場合によっては、遠心分離後に、珪藻土などの濾過助剤を使用するデッドエンド濾過やクロスフロー濾過等の研磨濾過（polishing filtration）工程、又はより好ましくは限外ろ過又は精密濾過を追加すると有益である。限外濾過及び精密濾過膜は、例えばセラミックやポリマー等からなる。ポリマー膜の一例として、Koch Membrane System（850 Main Street, Wilmington, MA, USA）製SelRO MPS-U20P（ｐＨ安定限外濾過膜）が挙げられる。これは分子量カットオフ２５０００ダルトンの市販ポリエーテルスルホン膜であって、通常は圧力０．３５〜１．３８ＭＰａ（最大圧力１．５５Ｍｐａ）、最高温度５０℃で使用できる。或いは、ろ過工程は、限外ろ過又は精密ろ過を用いて単独で使用されてもよい。
【００２６】
得られた清澄化された、実質的に微生物培養物や他の固体を含まないＤＡＳ含有培地又はＭＡＳ含有培地を、流部を経由して蒸留装置に移送する。
【００２７】
清澄化蒸留培地は、ＤＡＳ及び／又はＭＡＳを、培地中の全ジカルボン酸ジアンモニウム塩の少なくとも大部分、好ましくは少なくとも約７０ｗｔ％、より好ましくは８０ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも約９０ｗｔ％の量で含むべきである。ＤＡＳ及び／又はＭＡＳの濃度は、発酵培地中の全ジカルボン酸塩に対する重量パーセント（ｗｔ％）として、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）やその他の公知法により容易に決定できる。
【００２８】
蒸留装置から水及びアンモニアが上部（overhead）として除去されるとともに、任意により、少なくとも一部が流部を経由して生物変換槽（或いは嫌気性モードで操作の場合、生育槽）で再利用（recycle）される。
【００２９】
蒸留温度及び圧力は重要ではなく、少なくとも蒸留上部が水及びアンモニアを含み、蒸留底部（bottoms）が好ましくは少なくとも幾らかのＭＡＳと少なくとも約２０ｗｔ％との水を含むように、蒸留を実施すればよい。水の量は少なくとも約３０ｗｔ％がより好ましく、少なくとも約４０ｗｔ％が更に好ましい。蒸留工程からのアンモニア除去率は、温度を上昇させるに従って増加し、また、蒸留時に蒸気を注入することにより増加させることができる。蒸留時のアンモニア除去率は、真空下で蒸留を行い、或いは蒸留装置に空気、窒素等の不活性ガスをスパージングすることによっても増加させることができる。
【００３０】
蒸留工程時の水の除去は、底部が少なくとも約２０％の水を含む限りにおいて、トルエン、キシレン、メチルシクロヘキサン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサン、ヘプタン等の有機共沸剤の使用により促進することができる。水と共沸混合物を形成し得る有機剤の存在下で蒸留を行うと、蒸留によって水相及び有機相を含む二相性底部が生じる。この場合、水相を有機相から分離し、蒸留底部として使用することができる。底部における水のレベルを少なくとも約３０ｗｔ％に維持すれば、コハク酸アミドやコハク酸イミド等の副生物を実質的に避けることができる。
【００３１】
蒸留工程の好ましい温度は、圧力にもよるが、約５０〜約３００℃の範囲である。より好ましい温度範囲は、圧力にもよるが、約１５０〜約２４０℃である。約１７０〜約２３０℃の蒸留温度が好適である。「蒸留温度」とは底部の温度を指す（バッチ蒸留の場合は、最終的に所望量の上部が得られた時点の温度でもよい。）。
【００３２】
水混和性有機溶媒又はアンモニア分離溶媒を添加することにより、上述した範囲の蒸留温度及び圧力において、脱アンモニアが容易になる場合がある。斯かる溶媒としては、受動的水素結合を形成し得る非プロトン性、双極性、酸素含有溶媒が挙げられる。例としては、限定されるものではないが、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、スルホキシド、例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アミド、例えばジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）及びジメチルアセトアミド、スルホン、例えばジメチルスルホン、ガンマブチロラクトン（ＧＢＬ）、スルホラン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ブトキシトリグリコール、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、エーテル、例えばジオキサン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等が挙げられる。そのような溶媒は、清澄化培地中のＤＡＳ又はＭＡＳからアンモニアの除去に役立つ。蒸留法によらず、蒸留は、底部に少なくとも幾らかのＭＡＳと、少なくとも約２０ｗｔ％、より有利には少なくとも約３０ｗｔ％の水とが保持されるように行うことが重要である。蒸留は、常圧下、減圧下又は加圧下で行うことができる。
【００３３】
他の条件下、例えば共沸剤又はアンモニア分離溶媒が存在しない状態で蒸留を行う場合などでは、大気圧より高い圧力で、１００℃〜約３００℃を超える温度で蒸留が行われて、水及びアンモニウムを含む上部と、ＳＡ及び少なくとも約２０ｗｔ％水を含む液体底部を形成する。大気圧より高い圧力は、通常、周囲大気圧より高く、かつ約２５気圧以下の範囲である。好ましくは、水の量は少なくとも約３０ｗｔ％である。
【００３４】
蒸留としては、一段フラッシュ（one stage flash）、多段式蒸留（即ち、多段式カラム蒸留）等が挙げられる。一段フラッシュは、任意の種類のフラッシャー（例えば塗膜エバポレーター、薄膜エバポレーター、サーモサイフォンフラッシャー、強制循環フラッシャー等）で行うことができる。多段蒸留カラムは、トレー、充填物（packing）等を用いて達成することができる。充填物は、不規則充填物（例えばラシヒ（Raschig）リング、ポール（Pall）リング、バール（Berl）サドル等）でも、規則充填物（例えばコークスルザー（Koch Sulzer）充填物、インタロックス（Intalox）充填物、メラパック（Mellapak）等）でもよい。トレーは、任意のデザイン（例えばシーブトレー、バルブトレー、バブルカップトレー等）でもよい。蒸留は任意の理論段数で行うことができる。
【００３５】
蒸留装置がカラムの場合、その構成は特に重要ではなく、周知の基準に基づいて設計することができる。カラムは、ストリッピングモード、精留（rectifying）モード、又は分留（fractionation）モードの何れかで操作することができる。蒸留は、バッチモードで行ってもよく、半連続モードで行ってもよく、連続モードで行ってもよい。連続モードでは、培地を蒸留装置に連続的に注入してもよく、また、上部及び底部の形成に伴いこれらを連続的に装置から除去してもよい。蒸留により得られる蒸留物はアンモニア水溶液であり、蒸留底部はＭＡＳ及びＳＡの液体状の水溶液である。これらは更に、他の発酵副生物の塩（即ち、酢酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、乳酸アンモニウム等）や、色素体を含んでもよい。
【００３６】
蒸留底部を、流部を経由して冷却装置に移送し、常法により冷却してもよい。冷却法は重要ではない。熱交換機（熱回収型）を使用することができる。フラッシュ気化冷却器を用いて底部を約１５℃まで冷却してもよい。１５℃までの冷却には、通常は冷蔵冷却剤を用いる。例としてはグリコール溶液や、それほど好ましくはないが、塩水等が挙げられる。収量の更なる増大を図る目的で、冷却の前に濃縮工程を組み入れてもよい。更に、公知の方法、例えば、真空エバポレーションと共に、一体型冷却ジャケット及び／又は外部熱交換器を用いた除熱等を用いて、濃縮及び冷却の両方を組み合わせてもよい。
【００３７】
本発明者等は、液体底部に幾らかのＭＡＳが存在することで、液体状の水溶液たるＭＡＳ含有底部におけるＳＡ溶解性が低下し、これによって底部が容易に、少なくともＳＡ「から実質的になる」（consisting essentially of）（固体部分が少なくとも実質的に純粋な結晶ＳＡであることを意味する）固体部分と、これに接する液体部分とに冷却誘導分離されることを見出した。図３は、５〜４５℃の範囲内の様々な温度における、２０ｗｔ％ＭＡＳ水溶液におけるＳＡの溶解性の低下を示す。ここから本発明者等は、水溶液に幾らかのＭＡＳが含まれている方が、水溶液からＳＡをより完全に結晶化できることを見出した。斯かる溶液中のＭＡＳの好ましい濃度は、約２０ｗｔ％又はそれより高い濃度である。この現象により、ＭＡＳが存在しない場合に必要とされる温度よりも高い温度でＳＡの結晶化（つまり、蒸留底部における固体部分の形成）が可能になる。
【００３８】
流部を通して蒸留底部を、固体部分と液体部分の分離のための液体／固体分離器に導入する。分離は、加圧濾過（例えば、Nutsche又はRosenmond型加圧濾過器）、遠心分離等により達成できる。生じた固体産物を産物として回収し、所望により既知の方法で乾燥してもよい。
【００３９】
分離後、固体部分の（１又は２以上の）表面に実質的に液体部分が残存することのないように、固体部分を処理することが望ましい。固体部分の表面に残る液体部分の量を最小化するための一つの方法は、分離した固体部分を水洗し、洗浄後の固体部分を乾燥することである。固体部分を洗浄するための簡便な方法としては、いわゆる「バスケット遠心分離」の使用が挙げられる。適切なバスケット遠心分離機は、The Western States Machine Company（Hamilton, OH, USA）から入手できる。
【００４０】
蒸留底部の液体部分（即ち母液）は、残存する溶解ＳＡ、任意の未変換ＭＡＳ、ギ酸、乳酸又は酢酸アンモニウム等の任意の発酵副生物、及びその他の微量不純物を含む場合がある。この液体部分を、流部を経由して下流装置に導入することができる。一例によれば、下流装置は、混合物を適量の水酸化カリウムで処理することにより、例えばアンモニウム塩をカリウム塩に変換し、解氷剤（de-icer）を作製する手段であってもよい。この反応で生じたアンモニアを回収し、生物変換槽（又は嫌気性モードで操作する生育槽）で再利用してもよい。得られたカリウム塩混合物は、解氷剤及び防氷剤（anti-icer）として有用である。
【００４１】
ＳＡの回収を促進し、更にはＭＡＳからＳＡへの変換を推進するために、固体分離工程由来の母液を、流部を経由して、蒸留装置で再利用（又はその一部を再利用）してもよい。
【００４２】
冷却誘導結晶化の固体部分は、実質的に純粋なＳＡであり、ひいてはＳＡの公知用途に有用である。
【００４３】
ＨＰＬＣを用いて、コハク酸アミドやコハク酸イミド等の窒素含有不純物の存在を検出することができる。ＳＡの純度は元素炭素及び窒素分析により決定できる。アンモニア電極を用いてＳＡ純度の粗近似値を決定することも可能である。
【００４４】
状況や種々の操作入力によっては、発酵培地が清澄化ＭＡＳ含有発酵培地又は清澄化ＳＡ含有発酵培地である場合がある。斯かる状況では、実質的に純粋なＳＡの産生を容易にするために、これらの発酵培地にＭＡＳ、ＤＡＳ、及び／又はＳＡ、そして場合によりアンモニア及び／又は水酸化アンモニウムを添加するのが有利な場合もある。例えば、培地がＭＡＳ含有培地又はＳＡ含有培地となるような方向に、発酵培地のｐＨを操作してもよい。上述した実質的に純粋なＳＡの製造を容易にするために、任意によりこれらの発酵培地にＭＡＳ、ＤＡＳ、ＳＡ、アンモニア及び／又は水酸化アンモニウムを添加し、培地のｐＨを好ましくは約６未満に調整してもよい。ある特定の形態によれば、蒸留で得られる液体底部からＳＡ、ＭＡＳ、及び水を、発酵培地及び／又は清澄か発酵培地へとリサイクルすることが特に有利である。ＭＡＳ含有培地については、そのような培地は通常、発酵培地がＭＡＳと共に、添加及び／又は生物変換等により産生された任意の数の他の成分、例えばＤＡＳ及び／又はＳＡ等を含むことを意味する。
【００４５】
ＳＡは、水素添加反応器に直接導入されてもよい。導入溶液における好ましいＳＡ濃度は、約４％〜約５０％であり、そしてより好ましくは約４％〜約１０％である。
【００４６】
ＳＡ溶液は、図２において模式的に示されるナノ濾過を用いてさらに精製することができる。驚くべきことに、ナノ濾過が構造化水素化触媒の性能を損なうポリペプチドや多糖などの発酵由来不純物をろ別するのに有用であることを本発明者らは見出した。
【００４７】
図１及び２に示されるようにＳＡ含有流部は、ピロリドンを形成させるために高温及び高圧で水素と水素化触媒と接触させてもよい。
【００４８】
ＳＡを水に溶解して、ＳＡ水溶液を形成してもよく、この水溶液は下流反応に使用することができる。ＳＡのかかる水溶液を、例えばアンモニア源（例えばＮＨ3又はＮＨ4ＯＨ）を添加することによりＭＡＳ及び／又はＤＡＳへと変換することができる。
【００４９】
従来のソースであるＭＡＳを含有する流部は、図２において一般的に示される様に触媒の存在下で、アルキルアミン、アルコール又はアンモニアを、水素と反応させることにより、２−ピロリドン（２Ｐ）やＮ−アルキル−ピロリドン（ＮＲＰ）へと変換することができる。ＮＲＰにおいて、Ｒは通常直鎖又は分岐状のＣ１−Ｃ20アルキル基であるか、又は置換されるか若しくは非置換のシクロアルキル基、又はＣ6以上の芳香族基である。ＭＡＳ水溶液とメタノールを含む溶液は、ＵＳ６，６７０，４８３に開示される様に、Ｒｈ／Ｃ触媒を用いて水素化されて、Ｎ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）を形成する。例えば、ＵＳ’４８３は、ＭＡＳとメタノールを含む混合物を、Ｒｈ／Ｃ触媒を用いて、１３．２ＭＰａ（Ｈ2）の圧力及び２６５℃の温度で水素化する。ＭＡＳのうち８９．６％が変換された。２ＰとＮＭＰの収率は７０．９％であった。この方法は、生物由来ＭＡＳ及びＳＡにも適用することができる。ヒドロキシエタノールアミンの使用は、図２に示される様にＮ−２−ヒドロキシエチル−ピロリドン（ＨＥＰ）をもたらすことができる。アンモニアを、アルカノールが存在しない状態で使用すると、図２に示されるように２Ｐが生じる。
【００５０】
ＳＡ及びＭＡＳの水素化に有用な触媒の主成分は、パラジウム、ルテニウム、レニウム、ロジウム、イリジウム、白金、ニッケル、コバルト、銅、鉄からなる群から選ばれる１又は複数の金属、及びその化合物から選ばれてもよい。
【００５１】
ＵＳ５，６６５，８８９の実施例１に開示されるように、２Ｐをアセチレンと反応させて、Ｎ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）を生成した。この反応では、２Ｐ、ＫＯＨ、及び共触媒としてヒドロキシル末端がキャップされたポリエーテル（ＰＴＭＥＧ）を、窒素雰囲気下、１１０℃〜１１５℃で１時間反応させて、カリウム塩を形成させた。次に窒素とアセチレンの混合物を反応フラッシュにゆっくり加えて、ＮＶＰを９０％の収率で生成した。
【００５２】
触媒によるＨＥＰの脱水反応によりＮＶＰを調製することもできる。効率的にＨＥＰの脱水反応を行うために、気相においてアルカリ金属触媒を用いることが、ＵＳ６，４８９，５１５に開示されている。固体酸化物触媒は、アルカリ金属元素を含み、原材料及び目的の精製物の分解を抑制することにより触媒反応を進行させることができる。
【００５３】
ＵＳ６，９０６，２００は、非結晶質の混合酸化物触媒の存在下においてＮ−ヒドロキシエチルピロリドンの脱水により産生されるＮＶＰの形成を開示し、この方法は、非結晶質のＣａ／Ｚｎ酸化物触媒を用いて、３４８℃でＨＥＰからＮＶＰへの９７．８％の変換と、８２％の収率を達成した。
【００５４】
こうして、水素化触媒の存在下で、そして場合によりアンモニア源（例えばＮＨ3又はＮＨ4ＯＨ）の存在下で、約１５０℃〜４００℃の温度と０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力において、ＭＡＳを水と水素と接触させることにより、２Ｐ、ＮＲＰ、ＨＥＰなどのピロリドンを生成することが可能になる。また、水素化触媒の存在下で、場合によりアンモニア源（例えばＮＨ3又はＮＨ4ＯＨ）の存在下で、約１５０℃〜約４００℃の温度及び約０．６８〜約２７．６ＭＰａの圧力で、ＳＡを、アンモニア源と水素と接触させることにより、２Ｐ、ＮＲＰ、ＨＥＰなどのピロリドンを生成することもできる。
【００５５】
上述の米国特許第６，６７０，４８３号、第５，６６５，８８９号、６，４８９，５１５号、及び第６，９０６，２００号の主題及び内容は、本明細書に援用される。
【００５６】
ＭＡＳ及びＳＡをピロリドンへと変換するための水素化触媒は、触媒の活性又は選択性を増加するように働きかけを受けてもよい。触媒要素の化学処理において、任意のステップでプロモーターを触媒に取り込ませてもよい。化学プロモーターは通常、触媒剤の物理的又は化学的機能を高めるが、所望されない副反応を妨害するために加えることもできる。適切なプロモーターは、限定されるものではないが、スズ、亜鉛、銅、レニウム、金、銀、及びその組合せから選ばれる金属を含む。使用することができる他のプロモーターは、周期表の１族及び２族から選ばれる元素である。
【００５７】
触媒は、支持されていてもよいし支持されていなくてもよい。支持された触媒は、活性触媒剤が、多くの方法、例えばスプレー、浸漬、又は物理的混合のあとに乾燥、焼成及び、所望により還元又は酸化などの方法による活性化によって、支持物質上に配置された触媒である。支持体としてよく使用される物質は、触媒の単位重量あたり高濃度の活性部位を提供することができる高い合計表面積（外部及び内部）を伴う多孔性固体である。触媒支持体は、触媒剤の機能を高めることができる。支持された金属触媒は、触媒剤が金属である支持された触媒である。
【００５８】
触媒支持物質に支持されていない触媒は、非支持触媒である。非支持触媒は、例えば白金ブラックやＲａｎｅｙ（商標）（W.R. Grace & co., Columbia, MD）触媒である。Ｒａｎｅｙ（商標）触媒は、（１又は複数の）活性金属と漏出性金属（通常アルミニウム）とを含む合金を選択的に漏出するため高い表面積を有する。Ｒａｎｅｙ（商標）触媒は、高い特異性領域のため高い活性を有し、そうして水素化反応における低い温度を使用することが可能になる。Ｒａｎｅｙ（商標）触媒の活性金属としては、限定されるものではないが、ニッケル、銅、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、パラジウム、その化合物及びその組合せが挙げられる。
【００５９】
プロモーター金属を、Ｒａｎｅｙ（商標）触媒の選択性及び／又は活性に影響を与えるためにベースとなるＲａｎｅｙ（商標）金属に加えてもよい。Ｒａｎｅｙ（商標）のプロモーター金属は、元素周期表のＩＩＩＡ族からＶＩＩＩＡ族、ＩＢ族及びＩＩＢ族の遷移金属から選択されてもよい。プロモーター金属の例は、限定されるものではないが、クロム、モリブデン、白金、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、及びパラジウムを、通常全金属の約２重量％で含む。
【００６０】
触媒支持体は、任意の固体の不活性物質を含み、例えば非限定的にシリカ、アルミニウム、及びチタニアなどの酸化物；硫酸バリウム；炭酸カルシウム；及び炭素が挙げられる。触媒支持体が、粉末、顆粒、ペレットなどの形態で存在しうる。
【００６１】
好ましい支持体物質は、炭素、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、チタニア、チタニア−アルミナ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、その化合物及びその組合せからなる群から選ばれてもよい。支持された金属触媒は、１又は複数の化合物から製造される支持物質を有することができる。より好ましい支持体は炭素、チタニア及びアルミナである。さらに好ましい支持体は、約１００ｍ2／ｇよりも広い表面積を有する炭素である。更に好ましい支持体は、約２００ｍ2／ｇよりも広い表面積を有する炭素である。好ましくは、炭素は、触媒支持体の約５質量％よりも低い灰分を有する。灰分は、炭素の焼却後に残っている無機残渣（炭素の元の質量に対する割合として表される）である。
【００６２】
支持された触媒における金属触媒の好ましい含量は、金属触媒の重量と支持体重量に対して約０．１％〜約２０％の支持された触媒であってよい。より好ましくは、金属触媒含量の範囲は、約１％〜約１０％の支持された触媒である。
【００６３】
金属触媒と支持システムの組合せは、本明細書において言及された金属のうちのいずれか一つを、本明細書で言及された支持体のうちのいずれかを伴って含んでもよい。金属触媒と支持体の好ましい組合せとして、限定されるものではないが、炭素担持パラジウム、アルミナ担持パラジウム、チタニア担持パラジウム、炭素担持白金、アルミナ担持白金、シリカ担持白金、シリカ担持イリジウム、炭素担持イリジウム、アルミナ担持イリジウム、炭素担持ロジウム、シリカ担持ロジウム、アルミナ担持ロジウム、炭素担持ニッケル、アルミナ担持ニッケル、シリカ担持ニッケル、炭素担持レニウム、シリカ担持レニウム、アルミナ担持レニウム、炭素担持ルテニウム、アルミナ担持ルテニウム、及びシリカ担持ルテニウムが挙げられる。
【００６４】
金属触媒と支持体のさらに好ましい組合せとして、限定されるものではないが、炭素担持ルテニウム、アルミナ担持ルテニウム、炭素担持パラジウム、アルミナ担持パラジウム、チタニア担持パラジウム、炭素担持白金、アルミナ担持白金、炭素担持ロジウム、及びアルミナ担持ロジウムが挙げられる。
【００６５】
通常、水素化反応は、約１０００〜約３０００psigの圧力で維持された反応容器内で、約１００℃〜約５００℃の温度で行われる。
【００６６】
ＳＡ又はＭＡＳ含有導入溶液を水素化するための触媒を使用する方法は、本技術分野において一般的に知られている様々な様式の工程により行うことができる。こうして全体として水素化工程は、固定されたベッドリアクター、様々なタイプの攪拌スラリーリアクター（ガス又は気体若しくは機械的攪拌のいずれか）を用いて行うことができる。水素化工程は、バッチ様式又は連続様式のいずれかで行うことができ、ここで水素化される前駆体を含む水溶液相が、高圧の水素を含む気相や微粒子固体触媒と接触している。
【００６７】
温度、溶媒、触媒、反応制御、圧力や混合率はすべて、変換や選択性に影響を与えるパラメーターである。これらのパラメーターのあいだの関係は、反応工程における、所望される変換、反応率、及び選択性に影響するように調整されてもよい。
【００６８】
好ましい温度は、約２５℃〜５００℃であり、より好ましくは約１００℃〜約４００℃であり、そして最も好ましくは約１５０℃〜４００℃である。水素圧は、好ましくは約０．０５〜約３０ＭＰａだる。
【００６９】
工程及び／又は変換は、連続工程に習慣的に用いられる任意の装備において、バッチ様式、連続バッチ様式（つまり一連のバッチ反応）、又は連続様式で、連続工程に使用されてもよい。反応の生成物として生成した濃縮水は、そのような分離に習慣的に使用される分離方法により取り除かれる。
【実施例】
【００７０】
本発明の方法を、以下の非限定的な代表例により説明する。以下の全ての例において、実際の清澄化ＤＡＳ含有発酵培地の代わりに、合成ＤＡＳ水溶液を使用した。
【００７１】
実際の培地に見られる典型的な発酵副生物の溶解性ゆえに、合成ＤＡＳ溶液の使用は、本発明の方法における実際の培地の挙動を表す良いモデルであると考えられる。発酵時に産生される主な副生物は、酢酸アンモニウム、乳酸アンモニウム及びギ酸アンモニウムである。仮に蒸留工程時にこれらの不純物が存在した場合、全てのＤＡＳがＳＡに変換するまで、これらがアンモニアを失って相当量の遊離酸を形成するとは期待し得ないであろう。これは酢酸、乳酸及びギ酸が、ＳＡの二次酸基（ｐＫａ＝５．４８）よりもより強い酸だからである。言い換えれば、酢酸塩、乳酸塩、ギ酸塩、更にはコハク酸一水素（monohydrogen succinate）さえもが、コハク酸二アニオン（dianion Succinate）よりも弱い塩基なのである。更に、酢酸アンモニウム、乳酸アンモニウム、及びギ酸アンモニウムは、ＳＡよりも有意に高い水溶性を示し、各々の培地中の濃度はＤＡＳ濃度の１０％未満である。加えて、たとえ蒸留工程時に酸（酢酸、ギ酸及び乳酸）が形成されたとしても、これらは水と混和性であり、水から結晶化しないであろう。これは、母液（即ち液体部分）に溶解した酸不純物を残したまま、ＳＡのみが飽和に達し、溶液から結晶化する（即ち固体部分を形成する）ことを意味する。
【００７２】
実施例１
本実施例は、水媒体中で、ＤＡＳをＳＡに変換することを示す。
【００７３】
１５％（１．０Ｍ）合成ＤＡＳ溶液を用いて、３００ｍｌのＨａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｃ攪拌Ｐａｒｒ反応容器中で実験を行った。反応容器に２００ｇの溶液を満たし、そして２００ｐｓｉｇに加圧した。次に内容物を加熱して蒸留を開始し、温度を約２００℃にした。アンモニアと水の蒸気を、上部において冷却水で濃縮し、そしてリザーバー中に回収した。一定のコハク酸濃度と物質の体積を維持するための流速（約２ｇ／分）に等しい流速でシステムに真水を戻した。この工程を７時間続けた。この工程の終わりに、母液を分析すると、ＳＡに５９％の変換、スクシンアミド酸への２．４％の変換、そしてスクシンイミドへの２．９％の変換が示された。母液を冷却すると、液体部分と、実質的に純粋なＳＡである固体部分を生じさせた。
【００７４】
実施例２
本実施例は、ＤＡＳ水溶液からのアンモニア発生に関する溶媒の効果を示す。試行１０は、溶媒が存在しない場合の対照実験である。
【００７５】
３つ首１Ｌ丸底フラスコの外側の首に、温度計とストッパーを取り付けた。真ん中の首に、５トレー１”オールダーショウ（a five tray 1'' Oldershaw）部を取り付けた。オールダーショウ部に蒸留ヘッドでふたをした。氷冷された５００ｍｌの丸底フラスコを蒸留ヘッドのレシーバーとして用いた。１Ｌの丸底フラスコに蒸留水、被試験溶媒、ＳＡ及び濃縮水酸化アンモニウム溶液を満たした。内容物をマグネティックスターラーで攪拌して、全ての固体を溶解させた。固体が溶解した後に、内容物を加熱マントルで加熱して、３５０ｇの蒸留物を蒸留した。蒸留物を氷冷５００ｍｌ丸底フラスコに回収した。容器温度を蒸留物の最後の一滴が回収されるまで記録した。容器の内容物を室温に冷却し、そして残渣の重量と蒸留物の重量を記録した。次に蒸留物のアミノ酸含量を滴定により決定した。結果を表１及び２に記録した。
【００７６】
【表１】
2013528604.tif 000006
【００７７】
【表２】
2013528604.tif 000007
【００７８】
実施例３
この実施例は、大腸菌ＡＴＣＣＰＴＡ−５１３２株を含有する発酵培地から得たＤＡＳ含有清澄化発酵培地を用いた。
【００７９】
初期発酵培地を清澄化し、それにより約４．５％のコハク酸二アンモニウム（ＤＡＳ）を含有する清澄化発酵培地を得た。この清澄化培地を用いて、以下の通り結晶性ＳＡを生成した。ＲＯ膜を用いてまず培地を約９％に濃縮し、次に大気圧で蒸留にかけて、約４０％にまで培地をさらに濃縮した。
【００８０】
濃縮培地を、ＤＡＳからＳＡへの変換のための開始物質として用いて、３００ｍｌのＰａｒｒ反応容器でバッチ式を行った。溶液の一部２００ｇを２００℃／２００psigで１１時間反応させた。反応が進行するにつれて、水蒸気と、ＤＡＳから遊離したアンモニアが濃縮されて、そして上部に回収された。濃縮物を約２ｇ／分で回収し、そして補給水をおよそ同じ速度でシステムに戻し入れた。
【００８１】
複数のサンプルを実験にわたって回収した。反応初期に採取されたサンプルでは、スクシンアミド、スクシンアミド酸及びスクシンイミドが存在することが示された。しかしながら、これらの窒素含有副産物は実験に渡って低下した。ＳＡへの変換は、最終底部サンプルでは５５％であった。最終溶液を蒸発により濃縮し、そして４℃に冷却した。得られた結晶固体は、吸引濾過を介して単離し、氷冷水で洗浄し、そして吸引下で乾燥させた。ＨＰＬＣにより測定すると、生成物（７ｇ）は、実質的に純粋なＳＡであった。
【００８２】
実施例４
５００ｍＬ丸底フラスコに、８０ｇの３６％ＤＡＳ水溶液とトリグリム８０ｇを充填した。フラスコに、蒸留ヘッドを装着した５トレー１”ガラスオールダーショウカラムセクションを取り付けた。また、水３３００ｇを含む滴下ロートをフラスコに連結した。フラスコをマグネチックスターラーで攪拌し、加熱マントルで加熱した。蒸留物を氷冷レシーバに回収した。蒸留物がやってきたところで、蒸留物を取得するのと同じ速度で、滴下ロートの水をフラスコに添加した。合計３３１３ｇの蒸留物を取得した。滴定により測定したところ、蒸留物は４．４ｇのアンモニアを含んでいた。これは、約３７％のＤＡＳが、ＳＡに変換され、その残りがＭＡＳに変換されたことを意味する。フラスコの残留物を三角フラスコに移し、そして攪拌しつつ−４℃に冷却した。３０分間攪拌後、スラリーを冷たいうちに濾過し、７．１ｇの固体を回収した。固体を熱水７．１ｇに溶解した後、攪拌しながら氷浴で冷却した。冷却スラリーを濾過し、固体を１００℃で２時間、真空オーブンで乾燥し、３．９ｇのＳＡを回収した。ＨＰＬＣ分析によれば、この固体は、０．０９９％スクシンアミド酸を含むＳＡであることが分かった。
【００８３】
実施例５
316SS Propak充填物を充填した長さ８フィートの１．５”３１６ＳＳスケジュール４０管を用いて圧力蒸留カラムを組み立てた。カラムの底部にはリボイラーとして浸漬ヒーターを設けた。ニードル弁を介して窒素をリボイラー内に注入し、加圧した。カラムの上部は全除去ラインを設け、これをレシーバ付の３１６ＳＳ多管冷却器（shell and tube condenser）に連結した。レシーバには圧力計及び背圧調整弁を装着した。上部レシーバからの物質の除去は、ニードル弁を通じて、ブローケースを介して行った。予熱したフィードを、０．４％水酸化ナトリウム希釈溶液とともに、ポンプを介して充填物の上部からカラムに注入した。また、予熱した水を、ポンプを介してリボイラーに注入した。このカラムを５０ｐｓｉｇで操作し、カラム温度は１５０℃となった。カラム上部に８ｍｌ分の速度で４．７％ＤＡＳ含有培地、０．１５ｍＬ／分の速度で０．４％水酸化ナトリウム溶液を注入した。水を４ｍｌ／分の速さで離ボイラーに注入した。上部蒸留物速度は８ｍＬ／分であり、残留物速度は４ｍＬ／分であった。合計で２５６５ｇの培地を、５３ｇの０．４％水酸化ナトリウム溶液とともにカラムへと導入した。試行のあいだ、合計で２７５０ｇの蒸留物を取得し、そして１２６９ｇの残渣を取得した。蒸留物の滴定により、ＤＡＳに含まれる全体のアンモニアの７１％が除去されたことがしめされた（すなわち、残渣は、４２／５８のＳＡ／ＭＡＳの混合物である）。次に生成した残渣を同じカラムに戻し入れて、次の日まで以下の条件にした：１００ｐｓｉｇ及び温度１７３℃。生成した残渣をカラムの上部に４ｍｌ／分で０．４％水酸化ナトリウム溶液（０．１５ｍｌ／分）と共に導入した。リボイラーに水を９．２ｍｌ／分で導入した。前の日から全体で１２４０ｇの残渣をカラムに、５８ｇの水酸化ナトリウム溶液と２８９０ｇの水と共に導入した。全体で３１８３ｇの蒸留物を、試行のあいだ１１３２ｇの残渣とともに取得した。蒸留物を滴定することにより、追加の約１４％のアンモニアが、取り除かれ、残渣中に７０／３０のＳＡ／ＭＡＳ混合物が生成したことが示された。
【００８４】
本発明の方法は、具体的な工程やその態様に即して記載されているが、添付の特許請求の範囲に記載される開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に記載された特定の元素及び工程が広範な範囲の均等物に置換されてもよいことが認められよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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