(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造する方法であって、Ｏ−アシルホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−アシルホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造され、Ｏ−アシルホモセリンが、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン又はＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンを含む、方法。
【請求項２】
前記バイオ由来の有機酸は、酢酸又はコハク酸を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｏ−アシルホモセリンは、シスタチオニンγシンターゼ 、Ｏ−スクシニルホモセリンスルフヒドリラーゼ又はＯ−アセチルホモセリンスルフヒドリラーゼの活性が除去又は弱化された微生物由来のものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンは、追加的にホモセリンＯ−アセチルトランスフェラーゼの活性が強化された微生物由来のものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンは、追加的にＯ−スクシニルトランスフェラーゼの活性が強化された微生物由来のものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及び有機酸を製造するステップと、
前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスの存在下で脱窒水素化反応により脱アミン化させることによりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、
を含むγ−ブチロラクトンの製造方法。
【請求項７】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及び有機酸を製造するステップと、
前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いて脱窒水素化反応により脱アミン化させてγ−ブチロラクトンを製造するステップと、
前記γ−ブチロラクトンから臭素化インジウム触媒及びシラン化合物の存在下でエーテル化反応によりテトラヒドロフランを製造するステップと、
を含むテトラヒドロフランの製造方法。
【請求項８】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及び有機酸を製造するステップと、
前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いて脱窒水素化反応により脱アミン化させてγ−ブチロラクトンを製造するステップと、
前記γ−ブチロラクトンからアンモニア水溶液の存在下で２−ピロリドンを製造するステップと、
を含む２−ピロリドンの製造方法。
【請求項９】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及び有機酸を製造するステップと、
前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いて脱窒水素化反応により脱アミン化させてγブチロラクトンを製造するステップと、
前記γ−ブチロラクトンから液状のメチルアミンの存在下でＮ−メチル−ピロリドンを製造するステップと、
を含むＮ−メチル−２−ピロリドンの製造方法。
【請求項１０】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及び有機酸を製造するステップと、
前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いて脱窒水素化反応により脱アミン化させてγ−ブチロラクトンを製造するステップと、
前記γ−ブチロラクトンから液状のエチルアルコールアミンの存在下で脱水反応によりＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンを製造する前段反応及び前記Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンからアルカリ金属又はアルカリ土金属及びケイ素を含有する酸化物触媒の存在下で脱水反応によりＮ−ビニール−２−ピロリドンを製造する後段反応を行うステップと、
を含むＮ−ビニール−２−ピロリドンの製造方法。
【請求項１１】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及び有機酸を製造するステップと、
前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いて脱窒水素化反応により脱アミン化させてγ−ブチロラクトンを製造するステップと、
前記γ−ブチロラクトンからルテニウム触媒の存在下でイミダゾールリガンドとの水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、
を含む１，４−ブタンジオールの製造方法。
【請求項１２】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するステップであって、
Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、
を含むエタノールの製造方法。
【請求項１３】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するステップであって、
Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、
前記エタノールからゼオライト（ＺＳＭ−５）触媒の存在下で脱水反応によりエチレンを製造するステップと、
を含むエチレンの製造方法。
【請求項１４】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するステップであって、
Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、
前記エタノールから触媒の存在下で脱水反応によりエチレンを製造するステップと、
前記エチレンからチーグラー・ナッタ触媒の存在下で重合反応によりポリエチレンを製造するステップと、
を含むポリエチレンの製造方法。
【請求項１５】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するステップであって、
Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、
前記エタノールから白金系触媒の存在下でモノエチレングリコールを製造するステップと、
を含むモノエチレングリコールの製造方法。
【請求項１６】
微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するステップであって、
Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、
を含む１，４−ブタンジオールの製造方法。
【請求項１７】
前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップにおいて副産物としてテトラヒドロフランが製造されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するステップであって、
Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、
前記１，４−ブタンジオールから銅−亜鉛系触媒の存在下で脱水素反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、
を含むγ−ブチロラクトンの製造方法。
【請求項１９】
微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するステップであって、
Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記コハク酸からＭＣＭ−４１を前処理した後に貴金属である白金、パラジウム、ルセニウム金属の触媒の存在下で水素化反応によりγ−ブチロラクトン及びテトラヒドロフランを製造するステップと、
を含むγ−ブチロラクトン及びテトラヒドロフランの製造方法。
【請求項２０】
微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するステップであって、
Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、
１，４−ブタンジオールから無機酸、タングステン酸化物、鉄リン酸塩のうちから選ばれるいずれか一種の触媒の存在下で脱水反応によりテトラヒドロフランを製造するステップと、
を含むテトラヒドロフランの製造方法。
【請求項２１】
微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから塩酸の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するステップであって、
Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン及び塩酸が、１：１〜１５のモル比で使用され、ホモセリンラクトン塩酸塩の形態のホモセリンラクトンが、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから、９．１２：８．７２〜６２．１：６１．８のモル比で製造される、ステップと、
前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、
前記１，４−ブタンジオールから銅−亜鉛系触媒の存在下で脱水素反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、
前記γ−ブチロラクトンから液状のメチルアミンを添加して脱水反応によりＮ−メチル−ピロリドンを製造するステップと、
を含むＮ−メチル−２−ピロリドンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸、並びにこれから派生される物質を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業的に有用な原料であるγ−ブチロラクトン、１，４−ブタンジオール、テトラヒドロフランなどを生成するための反応物は、例えば、無水マレイン酸や無水コハク酸、アセチレン、ブタジエンなどは、ほとんどの場合、石油化学分野において生産された物質である。
【０００３】
このため、最近、γ−ブチロラクトン、１，４−ブタンジオール、テトラヒドロフランなどの原料物質が石油化学由来の従来の技術のものに取って代わりながらも、汚染物質の排出、自然資源の枯渇など環境にやさしくないという欠点を解消することができ、持続的に再生産可能であることから自然資源を枯渇させない、環境にやさしいバイオ由来の物質を利用しようとする努力が試みられている。
【０００４】
例えば、１，４−ブタンジオール及びコハク酸を用いて、エステル反応及びこれにより発生されたオリゴマーのエステル交換反応による縮重合により生分解性を有するポリブチレンサクシネートを製造することができ、１，４−ブタンジオールを用いてテレフタル酸とのエステル反応によりポリブチレンテレフタレートを製造することができる。
【０００５】
最近には、バイオマスから微生物による直接発酵によりコハク酸を産生して、これをテトラヒドロフラン、１，４−ブタンジオール、γ−ブチロラクトンなどの製造に商業的に用いている（バイオアンバー社製）。米合衆国公開公報ＵＳ２０１１／０１５９５７２には、１，４−ブタンジオール生合成能を有する形質転換微生物に関するものであり、１，４−ブタンジオールを産生するように、十分な量で発現される１，４−ブタンジオール経路（ＢＤＯパスウェイ）酵素をコーディングする少なくとも一つの外生核酸が取り込まれて１，４−ブタンジオール経路を含む微生物について開示している。
【０００６】
しかしながら、これまで微生物由来のＯ−アシルホモセリンを原料物質として用いて化学的な転換方法により得られたバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を上記の産業社会において非常に有用な１，４−ブタンジオール、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフランなどの合成に用いたことについてはこれまで全く報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２０１１／０１５９５７２Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、有用な１，４−ブタンジオール、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフランなどの原料物質として微生物由来のＯ−アシルホモセリンを用いて、原料物質が石油化学由来の従来の技術のものに取って代わりながらも、汚染物質の排出、自然資源の枯渇など環境にやさしくないという欠点を解消することができ、持続的に再生産可能であることから自然資源を枯渇させないようにバイオ由来Ｏ−アシルホモセリンの新規な利用を提供することを目的とする。
【０００９】
更に詳しくは、特に、微生物由来のＯ−アシルホモセリンから化学的な転換方法により得られたバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を用いて、上記の産業社会において非常に有用な１，４−ブタンジオール、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフランなどを合成する製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一例として、微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造する方法を提供する。
【００１１】
また、本発明の他の例として、微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応により製造されたバイオ由来のホモセリンラクトンを用いて、脱窒水素化反応又は脱アミン化反応によりγ−ブチロラクトンを製造する方法を提供する。
【００１２】
更に、本発明の更に他の例として、微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトンとともに副産物として製造されたバイオ由来の有機酸を用いて、これから派生される物質、すなわち、エタノール、エチレン、ポリエチレン及びモノエチレングリコールなどを製造する方法を提供する。
【００１３】
更にまた、本発明の他の例として、酸触媒の存在下で微生物由来のアシルホモセリンを分解させてバイオ由来のホモセリンラクトンとともに副産物として産生される有機酸を用いて１，４−ブタンジオール及びテトラヒドロフランなどを製造する方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、産業社会において非常に有用な１，４−ブタンジオール、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフランなどの原料物質として微生物由来のＯ−アシルホモセリンを用いて、原料物質が石油化学由来の従来の技術のものに取って代わりながらも、汚染物質の排出、自然資源の枯渇など環境にやさしくないという欠点を解消することができ、持続的に再生産可能であることから自然資源を枯渇させないという効果がある。
【００１５】
また、前記バイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸に基づいてポリブチレンサクシネート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステルを合成することができるので、本発明の微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を産生する方法は、色々な観点からみて、産業上の利用可能性が非常に高いものであるといえる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解反応によりバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を産生する方法に関するものである。
【００１７】
本発明において、微生物由来のＯ−アシルホモセリンとは、微生物により産生されたＯ−アシルホモセリンのことをいう。
【００１８】
前記Ｏ−アシルホモセリンは、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンを含むが、これに限定されない。
【００１９】
本発明において、前記微生物は、Ｏ−アシルホモセリンを産生する菌株により遺伝子操作可能な微生物であれば、いかなる種であっても構わなく、エシェリキア属、エルウィニア属、セラチア属、プロビデンシア属、コリネバクテリウム属、シュードモナス属、レプトスピラ属、サルモネラ属、ブレビバクテリウム属、ヒフォモナス属、クロモバクテリウム属及びノカルディア属又はカビ類又は酵母類に属する微生物が使用可能である。具体的には、前記微生物は、コリネ型微生物又はエシェリキア属菌株であることが好ましい。更に具体的には、前記微生物は、Ｏ−アシルホモセリンを産生するエシェリキアコライであることが好ましい。なお、前記微生物は、具体的に、形質転換によりＯ−アシルホモセリン産生能が向上した菌株であることが好ましい。
【００２０】
前記Ｏ−アシルホモセリンの産生能が向上した菌株は、具体的に、シスタチオニンγシンターゼ、又はＯ−スクシニルホモセリンスルフヒドリラーゼ、又はＯ−アセチルホモセリンスルフヒドリラーゼの活性が除去又は弱化される微生物であることが好ましい。
【００２１】
また、前記Ｏ−アシルホモセリン産生能が向上した菌株とは、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンの産生能が向上した菌株である。
【００２２】
前記Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンの産生能が向上した菌株は、具体的に、更にホモセリンＯ−アセチルトランスフェラーゼの活性が強化される微生物であることが好ましい。
【００２３】
或いは、前記Ｏ−アシルホモセリン産生能が向上した菌株とは、具体的に、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンの産生能が向上する菌株である。
【００２４】
前記Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンの産生能が向上した菌株は、具体的に、更にＯ−スクシニルトランスフェラーゼ（ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅ Ｏ−ｓｕｃｃｉｎｙｌ ｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ；ＭｅｔＡ）の活性が強化される微生物であることが好ましい。
【００２５】
本発明の実施形態は、前記微生物由来のＯ−アシルホモセリンから酸触媒の存在下で加水分解されてバイオ由来のホモセリンラクトンを生成することを特徴とする。
【００２６】
本発明において、前記バイオ由来とは、原料物質として微生物により産生されたＯ−アシルホモセリンを用いたものを意味するものであり、原料物質としての石油化学由来のものと区別するために用いられた語である。
【００２７】
前記酸触媒としては、具体的に、濃い塩酸（３５％以上、約１２Ｍ）又はこれを水に希釈した薄い塩酸を使用することが好ましい。
【００２８】
Ｏ−アシルホモセリン及び塩酸の使用量のモル比は、具体的に、１：１〜１５であることが好ましい。
【００２９】
反応条件は、具体的に、４０〜６０℃において１〜３時間反応させるか、或いは、還流反応により１〜３時間反応させることが好ましい。
【００３０】
本発明の実施形態の製造方法により生成されたホモセリンラクトンは、次いで、脱アミン化反応によりγ−ブチロラクトンとして製造され、このγ−ブチロラクトンは、次いで、テトラヒドロフラン、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニール−２−ピロリドン、１，４−ブタンジオールなど産業的に非常に有用な各種の物質の製造原料として使用可能である。
【００３１】
また、本発明の更に他の実施形態においては、前記ホモセリンラクトンとともに副産物としてバイオ由来の有機酸が製造されることを特徴とする。
【００３２】
前記有機酸は、酢酸、コハク酸を含む。
【００３３】
更に詳しくは、本発明の具体的な実施形態において、Ｏ−アシルホモセリンとしてＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンを用いた場合、ホモセリンラクトンとともに副産物として酢酸が製造され、Ｏ−アシルホモセリンとしてＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンを用いた場合、ホモセリンラクトンとともに副産物としてコハク酸が製造されることを特徴とする。
【００３４】
本発明の製造方法により生成された酢酸は、次いで、産業的に非常に有用な各種の物質の製造原料として使用可能なものであり、これは、当業界における周知の方法により水素化反応によりエタノールとして製造され、このエタノールは、脱水させてエチレン、モノエチレングリコール、酢酸エチル、ジエチルエーテル、クロロホルム、ヨードホルム、酢酸、アセトアルデヒド、塩化エチル、臭素化エチル、ブタジエンなどとして製造される。なお、エチレンは、当業界における周知の重合反応によりポリエチレンなどの高分子として製造される。
【００３５】
また、本発明の製造方法により生成されたコハク酸は、触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールとして製造され、この１，４−ブタンジオールは、産業的に非常に有用な各種の物質の製造原料として使用可能なものであり、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフランなどとして製造されれる。なお、本発明の製造方法により生成されたコハク酸は、１，４−ブタンジオールとの共重合により生分解性高分子であるポリブチレンサクシネートとして製造される。
【００３６】
また、このようにして製造されたバイオ由来のホモセリンラクトンは、脱アミン化反応によりγ−ブチロラクトンとして製造され、このγ−ブチロラクトンは、次いで、テトラヒドロフラン、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニール−２−ピロリドン、１，４−ブタンジオールなど産業的に非常に有用な各種の物質の製造原料として使用可能である。
【００３７】
更に、本発明は、微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いた脱窒水素化反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、を含むγ−ブチロラクトンの製造方法に関するものである。
【００３８】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及び有機酸を製造する方法は、上記の内容と同様であり、酸触媒の存在下で加水分解反応によりホモセリンラクトンを製造することができる。
【００３９】
次いで、ホモセリンラクトンは、まず、金属触媒及び水素ガスを用いた脱窒水素化反応によりγ−ブチロラクトンとして製造される。前記金属触媒としては、金属であるパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）のうちから選ばれる一つ以上を炭素（Ｃ）やシリカに担持して使用する。このとき、反応条件は、１００〜５００℃であることが好ましく、水素の圧力は１０〜１００ｂａｒであることが適切である。
【００４０】
反応後に、金属触媒は回収されてもよく、次の反応に供され、ろ液を濃縮する精製過程を用いてγ−ブチロラクトンを得た。
【００４１】
前記製造されたγ−ブチロラクトンは、２０４℃の高い沸点を有する物質であり、ピロリドンやＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニール−２−ピロリドン、ポリビニールピロリドンなどを合成する中間体として使用可能であるだけではなく、農薬、医薬、染料、顔料、香料、化粧品、石油化学、電子産業分野において種々に用いられている重要な原料のうちの一つであり、アロマ化合物、錆除去剤、二次電池の電解質溶媒、医薬品や農医薬品の中間体として使用可能である。
【００４２】
また、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いた脱窒水素化反応により脱アミン化させてγ−ブチロラクトンを製造するステップと、前記γ−ブチロラクトンから臭素化インジウム触媒の存在下でシラン化合物によるエーテル化反応によりテトラヒドロフランを製造するステップと、を含むテトラヒドロフランの製造方法に関するものである。
【００４３】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンからγ−ブチロラクトンを製造するステップまでは、上記の方法と同様である。
【００４４】
次いで、γ−ブチロラクトンは溶媒に溶解した後、臭素化インジウム触媒の存在下でシラン化合物還元剤を用いて６０〜８０℃においてエーテル化反応を行ってテトラヒドロフランを製造する。
【００４５】
前記溶媒としては、トリクロロメタン、ベンゼン、トルエン、アセトニトリルが使用可能である。
【００４６】
前記シラン化合物は、下記一般式１で表わされるものであり、Ｒ１、Ｒ２又はＲ３は、互いに同一又は異なる官能基又は原子から選ばれる。
【化１】
0006470769.tif 000002
【００４７】
具体的な官能基又は原子としては、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールアミノ基、ビニール基、シロキシ基、有機シロキシ基、有機シリル基、ヘテロシクロ基が挙げられる。アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルキルアミノ基、アリール基、アリールアミノ基、ビニール基、シロキシ基、有機シロキシ基、有機シリル基などにおいて、炭素数には制限がないが、一般に、炭素数は１〜１８である。また、これは、直鎖状、分枝状、環状の構造のものであっても構わないが、好ましくは、Ｒ１、Ｒ２又はＲ３は、少なくとも一つが炭素数１〜４のアルキル基である。
【００４８】
また、前記一般式１において、Ｒ１、Ｒ２又はＲ３は、具体的に、互いに同一又は異なるＲ又はＸＲ（Ｒは、炭素数１〜４のアルキル基又はアリール基であり、Ｘは、ヘテロである）であることが好ましい。
【００４９】
前記γ−ブチロラクトンに対する臭素化インジウム触媒の使用量は、具体的に、２〜１００質量％、具体的に、５〜１０質量％であり、シラン化合物の使用量は、具体的に、γ−ブチロラクトンの３〜５倍、更に具体的に、、３．４〜４．０倍である。なお、臭素化インジウム及びシラン化合物の使用割合は、シラン化合物１００モルに対して臭素化インジウム１〜２モルを使用する。
【００５０】
反応温度は、具体的に、６０〜８０℃であることが好ましい。
【００５１】
反応を終えた後、水相をジクロロメタン（１５ｍＬ）で抽出し、無水Ｎａ２ＳＯ４上において乾燥し、減圧下で蒸発させた。粗い生成物をフラッシュカラムクロマトグラフィ（ＳｉＯ２／ヘキサン：ＡｃＯＥｔ＝９９：１）で精製して、テトラヒドロフランを得た。
【００５２】
また、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いた脱窒水素化反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、前記γ−ブチロラクトンからアンモニア水溶液の存在下で高温高圧で２−ピロリドンを製造するステップと、を含む２−ピロリドンの製造方法に関するものである。
【００５３】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンからγ−ブチロラクトンを製造するステップまでは、上記の方法と同様である。
【００５４】
次いで、γ−ブチロラクトンをアンモニア水溶液に混合してもよく、次いで、高温高圧反応器を用いて２００〜３７５℃、且つ、４０〜１００ｂａｒにおいて約１〜２時間反応させて、２−ピロリドンを製造する。
【００５５】
γ−ブチロラクトン及びアンモニアのモル数比は、１：０．５〜１：１．５であることが好ましい。γ−ブチロラクトンのモル数が前記割合以上に用いられるとしても、２−ピロリドンの生成量が増加せず、むしろ他の副産物が生成される虞があるため、前記範囲内において使用することが好ましい。
【００５６】
前記γ−ブチロラクトンは、無水物の形でアンモニア水溶液と混合されてもよく、水に溶解させてγ−ブチロラクトン溶液として製造した後に使用してもよい。
【００５７】
反応温度は、具体的に、２００〜３７５℃であることが好ましく、反応温度が２００℃以下である場合、反応速度が遅過ぎ、反応温度が３７５℃以上である場合、２−ピロリドン以外の生成される不純物の濃度が高くなる虞があるため、具体的に、前記温度範囲内であることが好ましい。
【００５８】
圧力は、具体的に、４０〜１００ｂａｒの範囲であることが好ましく、反応時間は、具体的に、１０分〜３時間、更に具体的には、１時間〜２時間であることが好ましい。
【００５９】
また、ヒドロキシブチアミドを中間体とする副産物の生成を低減させるために、アンモニア溶液は、工程中に漸進的に添加されることが好ましいので、バッチにより製造してもよく、連続工程により製造してもよい。
【００６０】
反応が終わった後には水を除去し、クロロホルムで抽出して、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥することが好ましい。硫酸マグネシウムをろ過し、ろ液を濃縮させて２−ピロリドンを得ることが好ましい。
【００６１】
更に、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いた脱窒水素化反応によりγブチロラクトンを製造するステップと、前記γ−ブチロラクトンから液状のメチルアミンの存在下でＮ−メチル−２−ピロリドンを製造するステップと、を含むＮ−メチル−２−ピロリドンの製造方法に関するものである。
【００６２】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンからγ−ブチロラクトンを製造するステップまでは、上記の方法と同様である。
【００６３】
次いで、前記γ−ブチロラクトンと液状のメチルアミンを混合した後、高温において反応させてＮ−メチル−２−ピロリドンを製造する。
【００６４】
前記γ−ブチロラクトン及びメチルアミンのモル比は、１：１〜３（γ−ブチロラクトン：メチルアミン）であることが好ましい。
【００６５】
前記反応に用いられる反応器としては、マイクロ波反応器、パル反応器、高温高圧反応器などが挙げられる。
【００６６】
反応条件は、用いられる反応器に応じて異なり、マイクロ波反応器を使用する場合、１８０℃〜２２０℃、常圧下において１５分間〜１時間、具体的には、約３０分間反応させることが好ましく、パル反応器を使用する場合、２００℃〜２４０℃、１０〜２０ｂａｒにおいて３〜５時間、具体的には、約４時間反応させることが好ましく、高温高圧反応器を使用する場合、２５０℃〜３００℃、５０〜５５ｂａｒにおいて３０分間〜２時間、具体的には、約１時間反応させることが好ましい。
【００６７】
反応が終わった後には、水を除去し、クロロホルムで抽出して、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥することが好ましい。硫酸マグネシウムをろ過し、ろ液を濃縮させてＮ−メチル−２−ピロリドンを得ることが好ましい。
【００６８】
本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いた脱窒水素化反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、前記γ−ブチロラクトンから液状のエチルアルコールアミンの存在下で脱水反応によりＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンを製造する前段反応及び前記Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンからアルカリ金属又はアルカリ土金属及びケイ素を含有する酸化物触媒の存在下で脱水反応によりＮ−ビニール−２−ピロリドンを製造する後段反応を行うステップと、を含むＮ−ビニール−２−ピロリドンの製造方法に関するものである。
【００６９】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンからγ−ブチロラクトンを製造するステップまでは、上記の方法と同様である。
【００７０】
次いで、前記γ−ブチロラクトン及びエチルアルコールアミンを液状で脱水反応（前段反応）させてＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンを製造し、次いで、アルカリ金属又はアルカリ土金属及びケイ素を含有する酸化物触媒を用いて気相で脱水反応（後段反応）によりＮ−ビニール−２−ピロリドンを製造することが好ましい。
【００７１】
前記前段反応について具体的に説明すると、容器内を窒素に置換したオートクレーブ器に室温においてエタノールアミン及び水を入れることが好ましく、攪拌しながらγ−ブチロラクトンを添加することが好ましい。その後、窒素で２５〜３５気圧に加圧した後、２００℃〜２５０℃に昇温し、約２時間反応させたことを意味するものであり、前段反応によりγ−ブチロラクトンからＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドン溶液が製造される。次いで、前段反応の反応液、すなわち、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンが含まれている溶液を蒸留精製してＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンを得た。
【００７２】
前記後段反応について具体的に説明すると、下記の通りである。
【００７３】
まず、後段反応に使用する触媒としての炭酸セシウムを水に溶解し、９０℃に加熱攪拌しながら酸化ケイ素を加えて加熱して濃縮させた後、空気中の１２０℃において２０時間乾燥した後、得られた固体を９〜１６網目に破砕し、空気中の５００℃において２時間焼成し、酸素を除く原子比でＣｓ１Ｓｉ１０になる組成の触媒を製造した。
【００７４】
次いで、前記触媒を内径１５ｍｍのステインレス製反応管に充填し、当該反応管を高温（約３６０℃）の反応管に浸漬することが好ましい。当該反応管にＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンを窒素で希釈した原料ガスをＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンの空間速度２００ｈｒ−１にて供給して常圧下で反応させた。反応を始めてから１時間後の反応器の出口ガスをメタノールに補集することが好ましく、ガスクロマトグラフィによりＮ−ビニール−２−ピロリドンを得た。
【００７５】
前記触媒は、選択的に、下記の一般式２で表わされる酸化物を使用する。
【化２】
0006470769.tif 000003
【００７６】
一般式２において、Ｍは、アルカリ金属及びアルカリ土金属元素のうちから選ばれる１種以上の元素であることが好ましいが、これに限定されるものではなく、Ｓｉは、ケイ素であり、Ｘは、Ｂ、Ａｌ及びＰのうちから選ばれる１種以上の元素であり、Ｏは、酸素であるが、これに限定されない。なお、添え字ａ、ｂ、ｃ、ｄは、ａ＝１の場合、ｂ＝１〜５００、ｃ＝０〜１の範囲に相当し、ｄは、ａ、ｂ、ｃの値及び各種の構成元素の結合状態により定められる。
【００７７】
前記アルカリ金属及び／又はアルカリ土金属元素に対するケイ素の割合は、アルカリ金属及び／又はアルカリ土金属の種類によるが、通常、原子比で１〜５００倍の範囲であり、具体的には、５〜２００倍の範囲である。
【００７８】
また、必要に応じて、添加されるＢ、Ａｌ及びＰのうちから選ばれる１種以上の元素であるＸのアルカリ金属及び／又はアルカリ土金属元素に対する割合は、アルカリ金属及び／又はアルカリ土金属の種類によるが、具体的に、原子比で０〜１であることが好ましい。
【００７９】
更に、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アシルホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の有機酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記ホモセリンラクトンから金属触媒及び水素ガスを用いた脱窒水素化反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、前記γ−ブチロラクトンから１，４−ブタンジオールを製造するステップと、を含む１，４−ブタンジオールの製造方法に関する。
【００８０】
微生物由来のＯ−アシルホモセリンからγ−ブチロラクトンを製造するステップまでは、上記の方法と同様である。
【００８１】
次いで、γ−ブチロラクトンをルテニウム（Ｒｕ）触媒０．２５ｍｏｌ％及びイミダゾールリガンド１ｍｏｌ％を用いてテトラヒドロフラン溶媒及び１００℃の条件下で水素ガス（５０ｂａｒ）の注入反応により１，４−ブタンジオールを製造することが好ましい。
【００８２】
１，４−ブタンジオールは、年間４０億ドルの規模の世界市場を有している高分子中間体及び産業溶媒である。これは、スパンデックスの産生原料であるポリテトラメチレンエーテルグリコールの製造原料であり、単量体としてのジイソシアネートと反応してポリウレタン樹脂を産生し、エンジニアリングプラスチックの製造原料であるポリブチレンテレフタレートの製造にも用いられ、γ−ブチロラクトン及び主な溶媒であるテトラヒドロフランの製造のための中間体として用いられる。
【００８３】
また、本発明は、微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、を含むエタノールの製造方法に関する。
【００８４】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するステップまでは、上記の方法と同様である。
【００８５】
次いで、酢酸から触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造することが好ましい。
【００８６】
前記触媒は、第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質剤を含むことが好ましい。
【００８７】
前記第１の金属は、プラチナム、銅、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、チタン、亜鉛、クロム、レニウム、モリブデン及びタングステンよりなる群から選ばれることが好ましいが、これに限定されるものではなく、その使用量は、触媒の総重量を基準として０．１〜２５重量％であることが好ましい。
【００８８】
前記ケイ素質支持体は、シリカ、シリカアルミナ及びカルシウムメタシリケートよりなる群から選ばれ、その使用量は、具体的に、触媒の総重量を基準として２５重量％〜９９重量％であることが好ましい。具体的に、ケイ素質支持体の表面積は、５０ｍ２／ｇ〜６００ｍ２／ｇである。
【００８９】
前記支持体改質剤は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、イットリウム及び亜鉛のオキシド及びメタシリケートよりなる群から選ばれることが好ましいが、これに限定されるものではなく、具体的には、ＣａＳｉＯ３であり、その使用量は、触媒の総重量を基準として０．１重量％〜５０重量％である。
【００９０】
前記触媒には、第１の金属とは異なる第２の金属が更に含まれ、第２の金属は、銅、モリブデン、錫、クロム、鉄、コバルト、バナジウム、タングステン、パラジウム、白金、ランタン、セリウム、マンガン、ルテニウム、レニウム、金及びニッケルよりなる群から選ばれる。第２の金属が更に含まれるとき、第１の金属及び第２の金属の使用量は、触媒の総重量を基準としてそれぞれ０．１〜１０重量％であることが好ましい。
【００９１】
水素化反応条件は、１２５℃〜３５０℃、１０ＫＰａ〜３０００Ｋｐａの圧力下で水素及び酢酸を気相で５００ｈｒ−１以上のガス時間当たりの空間速度（ＧＨＳＶ）にて反応器に供給することが好ましい。
【００９２】
水素及び酢酸の供給割合は、２超え：１であることが好ましい。
【００９３】
上記のような触媒の存在下で酢酸の水素化反応によりエタノールが製造されることが好ましい。
【００９４】
このようにして製造されたエタノールは、濃い硫酸で脱水させるか、或いは、活性アルミナを触媒として気体相脱水を用いてエチレンとして製造するなど公知の製造方法を用いてエチレンとして製造され、また、モノエチレングリコール、酢酸エチル、ジエチルエーテル、クロロホルム、ヨードホルム、酢酸、アセトアルデヒド、塩化エチル、臭素化エチル、ブタジエンなどとして製造される。なお、エチレンは、当業者にとって周知の重合反応によりポリエチレンなどの高分子として製造される。
【００９５】
また、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、前記エタノールからゼオライト（ＺＳＭ−５）触媒の存在下で脱水反応によりエチレンを製造するステップと、を含むエチレンの製造方法に関するものである。
【００９６】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからエタノールを製造するステップまでは、上記の記載の同様である。
【００９７】
次いで、エタノールから触媒の存在下で脱水反応によりエチレンを製造することが好ましい。前記触媒は、具体的に、ゼオライト（ＺＳＭ−５）触媒であることが好ましいが、これに限定されない。
【００９８】
本発明の具体的な実施形態においては、エタノールを固定床石英反応器に入れ、５５０℃の条件下で反応させてエチレンガスを製造した。
【００９９】
また、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、前記エタノールからゼオライト触媒の存在下で脱水反応によりエチレンを製造するステップと、前記エチレンからチーグラー・ナッタ触媒の存在下で重合反応によりポリエチレンを製造するステップと、を含むポリエチレンの製造方法に関するものである。
【０１００】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからエチレンを製造するステップまでは、上記の記載の同様である。
【０１０１】
次いで、エチレンからチーグラー・ナッタ触媒の存在下でポリエチレンを製造することが好ましい。
【０１０２】
本発明の具体的な実施形態においては、前記エチレンガスをチーグラー・ナッタ触媒の存在下で、且つ、１００ｐｓｉの窒素ガスで、５０℃の温度において２０分間反応させてポリエチレンを製造することが好ましい。
【０１０３】
更に、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来の酢酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記酢酸から第１の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質体を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造するステップと、前記エタノールからＮａ２ＰｔＣｌ４、Ｎａ２ＰｔＣｌ６触媒の存在下でモノエチレングリコールを製造するステップと、を含むモノエチレングリコールの製造方法を提供する。
【０１０４】
微生物由来のＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからエタノールを製造するステップまでは、上記の記載の同様である。
【０１０５】
次いで、エタノールから触媒の存在下でモノエチレングリコールを製造することが好ましい。
【０１０６】
前記触媒としては、具体的に、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、Ｎａ２ＰｔＣｌ６触媒を使用することが好ましいが、これに限定されない。
【０１０７】
本発明の具体的な実施形態においては、エタノールをＮａ２ＰｔＣｌ４、Ｎａ２ＰｔＣｌ６触媒と反応させてモノエチレングリコールを製造することが好ましい。
【０１０８】
また、本発明は、微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記コハク酸からカーボン支持体上の金属触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、を含む１，４−ブタンジオールの製造方法に関するものである。
【０１０９】
微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセンからホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するステップまでは、上記の記載と同様である。
【０１１０】
前記製造されたコハク酸は、次いで、カーボン支持体の上にパラジウム、銀、レニウム金属を含む触媒を用いて水素化反応により１，４−ブタンジオールとして製造されることが好ましい。
【０１１１】
前記触媒は、プラチナム（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）の供給源に、これに限定されるものではなく、カーボン支持体を含浸させた後、１５０℃以下において乾燥して含浸されたカーボン支持体から溶媒を除去した後、前記乾燥された含浸済みカーボン支持体を還元条件下で１００℃〜３５０℃に加熱すると、平均１０ｎｍ以下の粒子径を有する結晶化状のパラジウムが触媒内に存在することになる。パラジウム化合物、銀化合物、レニウムの供給源のうちの少なくとも一つは、溶液であることが好ましい。
【０１１２】
前記カーボン支持体は、具体的に、少なくとも２００ｍ２／ｇ、好ましくは、５００〜１５００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有することが好ましい。前記触媒の組成は、パラジウム０．１〜２０重量％、好ましくは、２〜８重量％と、銀０．１〜２０重量％、好ましくは、１〜８重量％と、レニウム０．１〜２０重量％、好ましくは、１〜１０重量％を含むが、これに限定されない。銀に対するパラジウムの割合は、１０：｀〜１：１０である。
【０１１３】
前記パラジウム化合物溶液とは、所要量のパラジウムを含む触媒を製造するための適量のパラジウム化合物を含む液状溶液のことをいう。前記パラジウム化合物は、パラジウムニトレート又はクリリド、カーボナート、カルボキシラート、アセタート、アセチルアセトナート又はアミンなどのパラジウム化合物である。
【０１１４】
前記銀化合物溶液とは、所要量の銀を含む触媒を製造するための適量の銀化合物を含む液状溶液のことをいう。
【０１１５】
前記パラジウム化合物及び銀化合物は、熱により分解可能であり、金属に還元可能でなければならない。
【０１１６】
前記レニウム化合物とは、所要量のレニウムを含む触媒を製造するための適量のレニウム化合物を含む液状溶液のことをいう。前記レニウム化合物は、過レニウム酸、過レニウム酸塩アンモニウム又はアルカリ金属及びレニウム酸塩を含む。
【０１１７】
前記還元条件のために、触媒に水素又は水素及び窒素の混合物を接触させる方法が手軽に触媒を還元させるために用いられる。
【０１１８】
このようにして製造された触媒の存在下で水素を含むガス及びコハク酸を反応させる水素化反応後に、蒸留による精製により１，４−ブタンジオールとして製造されることが好ましい。
【０１１９】
前記水素化反応は、５０℃〜３５０℃において、水素圧力２〜４００ａｔｍで、水素及びコハク酸の割合を５：１〜１０００：１にして、０．１分間〜２０時間接触させて行うことが好ましい。
【０１２０】
上記の水素化反応により、１，４−ブタンジオールに加えて、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、ｎ−ブタノール、ｎ−ブチル酸、ｎ−プロパノールなど及びこれらの混合物が製造され、１，４−ブタンジオール及びテトラヒドロフランを除く副産物の量は非常に僅かである。前記混合物からの４−ブタンジオールの分離は、分別蒸留により行われ、分離された１，４−ブタンジオールの選択率は、最大７３．６％である。
【０１２１】
また、前記コハク酸からカーボン支持体の上にパラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、レニウム（Ｒｅ）金属を含む触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップにおいて、同時にテトラヒドロフランを副産物として製造する。
【０１２２】
更に、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記コハク酸から商業用ＭＣＭ−４１支持体の上にプラチナム（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はルテニウム（Ｒｕ）金属を含む触媒の存在下で水素化反応によりγブチロラクトン及びテトラヒドロフランを製造するステップと、を含むテトラヒドロフランの製造方法に関するものである。
【０１２３】
微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するステップまでは、上記の記載と同様である。
【０１２４】
前記製造されたコハク酸は、次いで、商業用ＭＣＭ−４１支持体の上にプラチナム（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はルテニウム（Ｒｕ）金属を含むそれぞれの触媒の存在下で水素化反応によりγブチロラクトン及びテトラヒドロフランとして製造されることが好ましい。
【０１２５】
前記触媒は、プラチナム（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はルテニウム（Ｒｕ）のそれぞれの前駆体に、商業用ＭＣＭ−４１支持体をそれぞれウェット含浸法により含浸させた後、１００℃において２４時間乾燥させて製造する。
【０１２６】
前記乾燥された含浸済み触媒を還元条件下で４５０℃において水素を流した後に反応させた。
【０１２７】
前記カーボン支持体は、少なくとも７００ｍ２／ｇ、好ましくは、７００〜１０００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有することが好ましい。前記触媒の組成は、１５重量％を含む。
前記それぞれの貴金属前駆体としては、テトラアミンプラチナム（II）ニトラート、パラジウムニトレート溶液、ルテニウムクリリド水和物を使用した。
【０１２８】
また、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属を含む触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、前記１，４−ブタンジオールから銅−亜鉛系触媒の存在下で脱水素反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、を含むγ−ブチロラクトンの製造方法に関するものである。
【０１２９】
前記微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから１，４−ブタンジオールを製造する工程までは、実施例９と同様である。
【０１３０】
このようにして製造された１，４−ブタンジオールは、次いで、銅−亜鉛系触媒の存在下で脱水素反応によりγ−ブチロラクトンとして製造されることが好ましい。
【０１３１】
前記銅−亜鉛系触媒は、具体的には、硝酸亜鉛、硝酸アルミニウム、硝酸ジルコニル及び酢酸銅の混合水溶液及び水酸化アルカリから得られる沈殿物の焼成体（触媒前駆体）を水素還元して形成されたＣｕ−ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ３であることが好ましい。
【０１３２】
前記Ｃｕ−ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ３触媒の存在下で１，４−ブタンジオールを気相で接触させ、脱水素化反応によりγ−ブチロラクトンを製造することが好ましい。
【０１３３】
脱水素化反応の反応温度は、具体的に、１，４−ブタンジオールが気相で存在する温度範囲である１５０〜４００℃の温度範囲であることが好ましい。脱水素化反応の反応器は、これに限定されるものではないが、上部にセラミックリングが充填された気化層が設けられ、且つ、下部に触媒層が設けられた反応器であり、上端にキャリアガスの取込口及び原料流入口があり、下端にガス排出口がある反応槽液補集容器（冷却）が設けられたものである。
【０１３４】
上記の製造方法により得られるγ−ブチロラクトンの歩留まりは、９７．９％である。
【０１３５】
また、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属を含む触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、１，４−ブタンジオールから無機酸、アルミナに担持されたタングステン酸化物、鉄リン酸塩のうちから選ばれるいずれか一種の触媒の存在下で脱水反応によりテトラヒドロフランを製造するステップと、を含むテトラヒドロフランの製造方法に関するものである。
【０１３６】
前記微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンから１，４−ブタンジオールを製造する工程までは、上記の方法と同様である。
【０１３７】
このようにして製造された１，４−ブタンジオールから無機酸、アルミナに担持されたタングステン酸化物、鉄リン酸塩のうちから選ばれるいずれか一種の触媒の存在下で脱水反応によりテトラヒドロフランを製造することが好ましいが、これに限定されない。
【０１３８】
前記無機酸触媒は、硫酸又は陽イオン交換樹脂などの酸触媒である。無機酸触媒を用いる場合、１，４−ブタンジオールからテトラヒドロフランを製造する方法は、硫酸又は陽イオン交換樹脂などの触媒を含む反応カラムに１，４−ブタンジオールを入れ、１００℃〜２００℃の温度及び１〜１０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下で脱水化反応させることが好ましく、その後、水及びテトラヒドロフランの混合物を含む反応生成物を得、この反応生成物を抽出蒸留カラムに入れ、４０℃〜２００℃の温度及び０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下で抽出溶媒としての１，４−ブタンジオールを更に入れて連続抽出蒸留を行うことにより行われる。
【０１３９】
前記アルミナに担持されたタングステン酸化物触媒は、液状改質法において、活性触媒は、１，４−ブタンジオールの存在下で、選択的に水素大気下で、タングステン酸化物、タングステン酸（Ｈ２ＷＯ４）又はアルミナ、シリカなどの支持体とともに化合されたこれらの物質のうちのいずれか一種を加熱することによりその場で製造される。タングステン酸化物触媒がアルミナ又はシリカなどに固定される場合、相乗的な活性化効果が達成されるため、１０％のタングステン酸化物及び９０％のアルミニウム酸化物の組成物から製造された触媒は、実質的にタングステン酸化物それ自体から由来したものよりも更に高い活性を有する。アルミナに担持されたタングステン酸化物触媒を用いる場合、管状反応器に１０％のＷＯ３及び９０％のＡｌ２Ｏ３からなる１／８インチのペレットである１６２グラム（７０ｍｌ）のハーショータングステン触媒ＷＯ  ０８０１を充填し、床を１分当たりに７０ｍｌの水素の流れ下で２５０℃に加熱した後、ボイラー内に１時間当たりに３６ｍｌにて１，４−ブタンジオールを流して固定相状態に達すると、１：１の割合でテトラヒドロフラン及び水のみを含む濃縮された溶出液からテトラヒドロフランを製造した。
【０１４０】
前記鉄リン酸塩触媒は、１Ｍの硝酸鉄水溶液にリン酸又はリン酸アンモニウムをＦｅ：Ｐの割合が１〜１．５になるように添加して９０℃において２時間攪拌した後、２４時間乾燥器において乾燥して製造することが好ましい。鉄リン酸塩触媒は、単独で使用してもよく、アルミナ、シリカ、チタニア、ゼオライト及び活性炭などの担持に担持させて使用してもよいが、これに限定されない。具体的には、鉄リン酸塩触媒を使用する前に、水素や窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下で２００℃〜４００℃の温度において前処理して触媒活性を増加させる。鉄リン酸塩触媒を使用する場合、テトラヒドロフランの製造方法は、鉄リン酸塩触媒を管状反応器に充填した後、鉄リン酸塩触媒を１，４−ブタンジオール重量に対して０．１〜２０重量％及び１，４−ブタンジオールを液状反応器に充填した後、１５０℃〜３００℃の反応温度において約１時間反応させて、テトラヒドロフランを製造した。
【０１４１】
また、本発明の具体的な実施形態においては、微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからバイオ由来のホモセリンラクトン及びバイオ由来のコハク酸を製造するために酸触媒の存在下で加水分解反応を行うステップと、前記コハク酸からカーボン支持体の上に金属を含む触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造するステップと、前記１，４−ブタンジオールから銅−亜鉛系触媒の存在下で脱水素反応によりγ−ブチロラクトンを製造するステップと、前記γ−ブチロラクトンから液状のメチルアミンを添加して脱水反応によりＮ−メチル−ピロリドンを製造するステップと、を含むＮ−メチル−２−ピロリドンの製造方法に関する。
【０１４２】
前記Ｏ−アシルホモセリンは、Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンであることを特徴とする。
【０１４３】
前記微生物由来のＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからγ−ブチロラクトンを製造するステップまでの工程は、上記の方法と同様であることが好ましい。前記製造されたγ−ブチロラクトンからＮ−メチル−２−ピロリドンを製造する工程は、実施例７の方法と同様であり、γ−ブチロラクトン及び液状のメチルアミンを混合した後、高温において反応させてＮ−メチル−２−ピロリドンを製造する。
【０１４４】
以下、本発明について具体的な実施例を挙げて更に詳細に説明するが、下記の実施例は単に本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明が下記の実施例に限定されることはない。
【実施例】
【０１４５】
実施例１：Ｏ−アシルホモセリン産生菌株の製作
１−１）ｍｅｔＢの欠損
Ｅ．ｃｏｌｉ菌株からＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン又はＯ−アセチル＿Ｌ−ホモセリンをシスタチオニン又はホモシステインに転換する活性を有するシスタチオニンシンターゼをコーディングする遺伝子であるｍｅｔＢを欠損させるために、ＦＲＴワンステップポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）欠損方法を利用した（ＰＮＡＳ（２０００）ｖｏｌ９７：Ｐ６６４０−６６４５）。大腸菌由来のｍｅｔＢの一部及びｐＫＤ３（ＰＮＡＳ（２０００）ｖｏｌ９７：Ｐ６６４０−６６４５）の一部と相同性を有する配列を含む配列番号１及び２のプライマーを用いて、クロラムフェニコルマーカーを含むｐＫＤ３ベクターを鋳型としてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行い、ｍｅｔＢ欠損カセットｐＫＤ３−△ｍｅｔＢを製作した。このとき、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の変性ステップは９４℃において３０秒間、アニーリングステップは５５℃において３０秒間、延長ステップは７２℃において１分間行い、これを３０回行った。
【０１４６】
その結果得られたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物を１．０％のアガローズゲルにて電気泳動した後、１．２ｋｂｐの大きさのバンドからＤＮＡを精製した。回収されたＤＮＡ断片は、ｐＫＤ４６ベクターに予め形質転換させたＥ．ｃｏｌｉ（Ｋ１２）Ｗ３１１０菌株に２５００Ｖにて電気穿孔した。このとき、ｐＫＤ４６に予め形質転換されたＷ３１１０菌株は、１００μｇ／Ｌのアンピシリン及び５ｍＭのＬ−アラビノース入りＬＢ培地を用いて３０℃においてＯＤ６００＝０．６まで培養させた後、滅菌蒸留水で２回、１０％のグリセロールで１回洗浄して使用した。電気穿孔された菌株を２５μｇ／Ｌのクロラムフェニコールを含むＬＢ平板培地に塗抹して３７℃において一晩培養した後、耐性を示す菌株を選別した。選別された菌株は、菌株を鋳型として同じプライマーを用いて同じ条件下でポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った後、１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが１．２Ｋｂであることを確認することにより、ｍｅｔＢの欠損を確認した。確認された菌株は、再びｐＣＰ２０ベクター（ＰＮＡＳ（２０００）ｖｏｌ９７：Ｐ６６４０−６６４５）に形質転換させてＬＢ培地において培養し、再び同じ条件のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行って１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが１５０ｂｐに小さくなった最終的なｍｅｔＢ欠損菌株を製作し、クロラムフェニコルマーカが除去されたことを確認した。製作された菌株をＷ３−Ｂと命名した。
【０１４７】
１−２）ｔｈｒＢの欠損
ホモセリンをＯ−ホスホホモセリンに転換する活性を有するホモセリンキナーゼをコーディングする遺伝子であるｔｈｒＢを欠損させることにより、ホモセリンからのＯ−スクシニルホモセリンの合成量を増大させようとした。前記製作されたＷ３−Ｂ菌株からｔｈｒＢを欠損させるために、ｍｅｔＢの欠損時と同じＦＲＴワンステップポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）欠損方法を利用した。ｔｈｒＢ欠損カセットを製作するために、カナマイシンマーカを含むｐＫＤ４ベクター（ＰＮＡＳ（２０００）ｖｏｌ９７：Ｐ６６４０−６６４５）を鋳型として、大腸菌由来のｔｈｒＢの一部及びｐＫＤ４の一部と相同性を有する配列を含む配列番号３及び４のプライマーを用いて、実施例１−１の方法と同様にしてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った。その結果得られたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物を１．０％のアガローズゲルにて電気泳動した後、１．６ｋｂｐの大きさのバンドからＤＮＡを精製した。
【０１４８】
回収されたＤＮＡ断片をｐＫＤ４６ベクターに予め形質転換させたＷ３−Ｂ菌株に電気穿孔した。回収された菌株を５０μｇ／Ｌのカナマイシンを含むＬＢ平板培地に塗抹して３７℃において一晩培養した後、耐性を示す菌株を選別した。選別された菌株を鋳型として配列番号３及び４のプライマーを用いて同じ条件下でポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った後、１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが１．６Ｋｂであると確認される菌株を選別することにより、ｔｈｒＢの欠損を確認した。確認された菌株は、再びｐＣＰ２０ベクターに形質転換させてＬＢ培地において培養し、再び同じ条件のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行って１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが１５０ｂｐに小さくなった最終的なｔｈｒＢ欠損菌株を製作し、カナマイシンマーカが除去されたことを確認した。製作された菌株は、Ｗ３−ＢＴ菌株と命名した。
【０１４９】
１−３）ｍｅｔＪの欠損
Ｏ−アシルホモセリンの合成に与るｍｅｔＡの調節遺伝子であるｍｅｔＪを欠損させるために、ｍｅｔＢの欠損時と同じＦＲＴワンステップポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）欠損方法を利用した。
【０１５０】
ｍｅｔＪ遺伝子欠損カセットを製作するために、大腸菌由来のｍｅｔＪの一部及びｐＫＤ３の一部と相同性を有する配列を含む配列番号５及び６のプライマーを用いて実施例１−１の方法と同様にしてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った。
【０１５１】
その結果得られたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物を１．０％のアガローズゲルにて電気泳動した後、１．２ｋｂｐの大きさのバンドからＤＮＡを精製した。回収されたＤＮＡ断片をｐＫＤ４６ベクターに予め形質転換させたＷ３−ＢＴ菌株に電気穿孔した。回収された菌株をクロラムフェニコール入りＬＢ平板培地に塗抹して３７℃において一晩培養した後、耐性を示す菌株を選別した。
【０１５２】
選別された菌株は、菌株を直接的に鋳型として配列番号７及び８のプライマーを用いて同じ条件下でポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った後、１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが１．６Ｋｂに変わることを確認することにより、ｍｅｔＪの欠損を確認した。確認された菌株は、再びｐＣＰ２０ベクターを形質転換させてＬＢ培地において培養し、再び同じ条件のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行って１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが６００ｂｐに小さくなった最終的なｍｅｔＪ遺伝子欠損菌株を製作し、クロラムフェニコルマーカが除去されたことを確認した。製作された菌株をＷ３−ＢＴＪと命名した。
【０１５３】
１−４−１）ｍｅｔＡの過発現
より多くのＯ−アシルホモセリンの合成のために、ホモセリンからＯ−スクシニルホモセリンの合成に与るホモセリンＯ−スクシニルトランスフェラーゼ酵素をコーディングするｍｅｔＡを過発現しようとした。
【０１５４】
このために、Ｅ．ｃｏｌｉ Ｗ３１１０の染色体を鋳型として、配列番号９及び１０のプライマーを用いて、変性ステップは９４℃において３０秒間、アニーリングステップは５５℃において３０秒間、延長ステップは７２℃において２分間行い、これを２５回行うポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った。
【０１５５】
その結果得られたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物を１．０％のアガローズゲルにて電気泳動した後、１．２ｋｂｐの大きさのバンドからＤＮＡを精製した。
【０１５６】
回収されたＤＮＡ断片は、ｐＣＬ１９２０ベクターをＳｍａＩで切断して得られたＤＮＡ断片と結さつさせた。結さつされたベクターをＥ．ｃｏｌｉ  Ｗ３１１０に形質転換させて５０μｇ／Ｌのスペクチノマイシン入りＬＢ培地において培養した後に選別した。このようにして製造されたベクターをｐＭｅｔＡ−ＣＬと命名した。前記ベクターをＷ３−ＢＴＪ菌株に形質転換させて製作した菌株をＷ３−ＢＴＪ／ｐＭｅｔＡ−ＣＬと命名し、Ｏ−スクシニルホモセリンの増加を観察した。
【０１５７】
ｍｅｔＡの発現を更に増大させるための他の方法として、上記のｍｅｔＡをｐＣＬ１９２０ベクターにＣＪ１プロモータ（韓国、ＣＪ社製、大韓民国登録特許第１０−０６２００９２号）と結さつさせた。結さつされたベクターをＥ．ｃｏｌｉ菌株に形質転換させ、５０μｇ／Ｌのスペクチノマイシン入りＬＢ培地において培養した後に選別した。このようにして製造されたベクターをｐＣＪ−ＭｅｔＡ−ＣＬと命名した。前記ベクターをＷ３−ＢＴＪ菌株に形質転換させて製作した菌株をＷ３−ＢＴＪ／ｐＣＪ−ＭｅｔＡ−ＣＬと命名し、Ｏ−スクシニルホモセリンの増加を観察した。
【０１５８】
ｍｅｔＡの発現を更に増大させるための他の方法として、上記のｍｅｔＡをｐＣＬ１９２０ベクターにＣＪ１プロモータ（韓国、ＣＪ社製、大韓民国登録特許第１０−０６２００９２号）と結さつさせた。結さつされたベクターをＥ．ｃｏｌｉ菌株に形質転換させ、５０μｇ／Ｌのスペクチノマイシン入りＬＢ培地において培養した後に選別した。このようにして製造されたベクターをｐＣＬ−ＭｅｔＡ−ＣＬと命名した。前記ベクターをＷ３−ＢＴＪ菌株に形質転換させて製した菌株をＷ３−ＢＴＪ／ｐＣＪ−ＭｅｔＡ−ＣＬと命名し、Ｏ−スクシニルホモセリンの増加を観察した。
【０１５９】
１−４−２）ｍｅｔＸ遺伝子の過発現
Ｏ−アセチルホモセリンの合成のために、ホモセリンからＯ−アセチルホモセリン合成に与るホモセリンＯ−アセチルトランスフェラーゼをコーディングするｍｅｔＸを過発現しようとした。
【０１６０】
このために、レプトスピラメエリの染色体を鋳型として配列番号１１及び１２のプライマーを用いて、実施例１−４−１の方法と同様にしてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った。
【０１６１】
その結果得られたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物を１．０％のアガローズゲルにて電気泳動した後、１．１ｋｂｐの大きさのバンドからＤＮＡを精製した。回収されたＤＮＡ断片をｐＣＬ１９２０ベクターにＣＪ１プロモータと結さつさせた。結さつされたベクターをＥ．ｃｏｌｉに形質転換させて５０μｇ／Ｌスのペクチノマイシン入りＬＢ培地において培養した後に選別した。このようにして製造されたベクターをｐＣＪ１−ＭｅｔＸｌｍｅ−ＣＬと命名した。前記ベクターをＷ３−ＢＴＪ菌株に形質転換させて製作した菌株をＷ３−ＢＴＪ／ｐＣＪ−ＭｅｔＸｌｍｅ−ＣＬと命名し、Ｏ−アセチルホモセリンの増加を観察した。
【０１６２】
ｍｅｔＸの過発現のための更に他の方法として、コリネバクテリウム染色体を鋳型として配列番号１３及び１４のプライマーを用いて、実施例１−４−１の方法と同様にしてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った。
【０１６３】
その結果得られたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物を１．０％のアガローズゲルにて電気泳動した後、ＤＮＡを精製した。回収されたＤＮＡ断片をｐＣＬ１９２０ベクターにＣＪ１プロモータと結さつさせた。結さつされたベクターをＥ．ｃｏｌｉに形質転換させて５０μｇ／Ｌのスペクチノマイシン入りＬＢ培地において培養した後に選別した。このようにして製造されたベクターをｐＣＪＭｅｔＸｃｇｌ−ＣＬと命名した。前記ベクターをＷ３−ＢＴＪ菌株に形質転換させて製作した菌株をＷ３−ＢＴＪ／ｐＣＪ−ＭｅｔＸｃｇｌ−ＣＬと命名し、Ｏ−アセチルホモセリンの増加を観察した。
【０１６４】
１−４−３）ｍｅｔＡの欠損
Ｏ−アセチルホモセリンの産生量を増大させるために、Ｗ３−ＢＴＪ菌株からホモセリンＯ−スクシニルトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子であるｍｅｔＡを欠損させた。Ｗ３−ＢＴＪにｍｅｔＸのみを取り込んだ場合、所定量のＯ−スクシニルホモセリンが蓄積されることが観察されたため、ｍｅｔＡを欠損させる場合、より多量のＯ−アセチルホモセリンが蓄積されるものと推定した（表３参照）。ｍｅｔＡを欠損させるために、ＦＲＴワンステップポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）欠損方法を利用した。ｍｅｔＡ欠損カセットを製作するために、大腸菌由来のｍｅｔＡの一部及びｐＫＤ３の一部と相同性を有する配列を含む配列番号１５及び１６のプライマーを実施例１−１の方法と同様にしてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った。
【０１６５】
その結果得られたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）産物を１．０％のアガローズゲルにて電気泳動した後、１．２ｋｂｐの大きさのバンドからＤＮＡを精製した。回収されたＤＮＡ断片をｐＫＤ４６ベクターに予め形質転換させたＷ３−ＢＴＪ菌株に電気穿孔した。回収された菌株をクロラムフェニコール入りＬＢ平板培地に塗抹して３７℃において一晩培養した後、耐性を示す菌株を選別した。
【０１６６】
選別された菌株は、菌株を直接的に鋳型として配列番号１５及び１６のプライマーを用いて同じ条件下でポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行った後、１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが１．１Ｋｂに変わることを確認することにより、ｍｅｔＡの欠損を確認した。確認された菌株を再びｐＣＰ２０ベクターに形質転換させてＬＢ培地において培養し、再び同じ条件のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行って１．０％のアガローズゲル上において遺伝子の大きさが１００ｂｐに小さくなった最終的なｍｅｔＡ欠損菌株を製作し、クロラムフェニコールマーカが除去されたことを確認した。製作された菌株をＷ３−ＢＴＪＡと命名した。Ｗ３−ＢＴＪＡ菌株を前記ｐＣＪＭｅｔＸｌｍｅ−ＣＬベクターに形質転換させて製作した菌株をＷ３−ＢＴＪＡ／ｐＣＪ−ＭｅｔＸ−ＣＬと命名した。前記菌株の方法と同様にして培養したところ、Ｏ−スクシニルホモセリンの蓄積は観察されず、Ｏ−アセチルホモセリンの産生量がＷ３−ＢＴＪに比べて約２０％有意的に増加することを確認した。
【０１６７】
１−５）Ｌ−スレオニン産生菌株の形質転換
メチオニン要求性が解除されたＬ−スレオニン産生菌株であるＥ．ｃｏｌｉＣＪＭ００２（受託番号：ＫＣＣＭ−１０５６８）を用いて、前記１−１）〜１−３）の方法と同様にしてＯ−アシルホモセリン産生菌株を製作した。製作された菌株は、ＣＪＭ−ＢＴＪであった。
【０１６８】
加えて、追加的に１−４−１）の方法と同様にして、ＣＪＭ−ＢＴＪ／ｐＭｅｔＡ−ＣＬ （受託番号：ＫＣＣＭ−１０７６７）及びＣＪＭ−ＢＴＪ／ｐＣＪ−ＭｅｔＡ−ＣＬ （受託番号：ＫＣＣＭ−１０８７２）を製作した。前記ＣＪＭ−ＢＴＪ／ｐＭｅｔＡ−ＣＬ菌株及びＣＪＭ−ＢＴＪ（ｐＣＪ−ＭｅｔＡ−ＣＬ）菌株は、Ｏ−スクシニルホモセリン産生菌株大腸菌であり、ｍｅｔＢ欠損、ｔｈｒＢ欠損、ｍｅｔＪ欠損、ｍｅｔＡ過発現が行われるように形質転換された菌株である。但し、ＣＪＭ−ＢＴＪ（ｐＣＪ−ＭｅｔＡ−ＣＬ）は、ｍｅｔＡの過発現のために、ＣＪＭ−ＢＴＪ／ｐＭｅｔＡ−ＣＬ（受託番号：ＫＣＣＭ−１０７６７）菌株とは異なる方法として、ＣＪ１プロモータを用いた菌株である。
【０１６９】
また、前記ＣＪＭ−ＢＴＪ菌株を用いて、前記１−４−２）及び１−４−３）の方法と同様にしてｍｅｔＸの過発現、ｍｅｔＡを欠損させた菌株を製作し、製作された菌株をＣＪＭ−ＢＴＪＡ（ｐＣＪ−ＭｅｔＸ−ＣＬ）（受託番号：ＫＣＣＭ−１０８７３）と命名した。この菌株は、ｍｅｔＢ欠損、ｔｈｒＢ欠損、ｍｅｔＪ欠損、ｍｅｔＸ過発現、ｍｅｔＡ欠損が行われるように形質転換された菌株であり、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン生成能が向上した大腸菌である。
【０１７０】
実施例２：Ｏ−アシルホモセリンの産生のための発酵
実施例１において製作された菌株のＯ−アシルホモセリンの産生量を実験するために、三角フラスコ培養を行った。産生培地の組成は、下記表１に示す。
【０１７１】
抗生剤スペクチノマイシン入り平板ＬＢ培地にＷ３−ＢＴＪと、ＣＪＭ−ＢＴＪ及びｍｅｔＡ、ｍｅｔＸ発現ベクターに形質転換させたＷ３−ＢＴＪ及びＣＪＭ−ＢＴＪ菌株を接種して３１℃において一晩培養した後、単一コロニーをスペクチノマイシン入り３ｍｌのＬＢ培地に接種した後、３１℃において５時間培養し、再び２５ｍｌのメチオニン前駆体産生培地入り２５０ｍｌの三角フラスコに２００倍希釈して３１℃、２００ｒｐｍにて６４時間培養して、ＨＰＬＣ分析法を用いてＯ−アシルホモセリンの産生量を比較した（表２及び表３参照）。
【０１７２】
その結果、メチオニン要求性が解除されたスレオニン産生菌株を用いて製作した産生菌株の場合に、産生量が格段と増加したことが分かる。
【表１】
0006470769.tif 000004
【表２】
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【表３】
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【０１７３】
前記Ｏ−アシルホモセリンを量産するために、５Ｌの発酵槽の培養を行った。産生発酵槽培地の組成は、下記表４に示す。
【０１７４】
抗生剤スペクチノマイシン入り平板ＬＢ培地に前記Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン産生菌株ＣＪＭ−ＢＴＪ／ｐＣＪ−ＭｅｔＡ−ＣＬ（受託番号：ＫＣＣＭ−１０８７２）又はＯ−アセチル−Ｌ−ホモセリン産生菌株ＣＪＭ−ＢＴＪＡ／ｐＣＪ−ＭｅｔＸ−ＣＬ（受託番号：ＫＣＣＭ−１０８７３）を接種して３１℃において一晩培養した。
【０１７５】
次いで、単一コロニーをスペクチノマイシン入り１０ｍｌのＬＢ培地に接種した後、３１℃において５時間培養し、再び２００ｍｌのＯ−アシルホモセリンシード培地入り１０００ｍｌの三角フラスコに１００倍希釈して３１℃、２００ｒｐｍにて３〜１０時間培養した後、５Ｌの発酵槽に接種して流加式培養発酵法を用いて５０〜１００時間培養した。このようにして培養した発酵液におけるＯ−アシルホモセリンの濃度をＨＰＬＣ法を用いて分析した結果を下記表５に示す。
【表４】
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【表５】
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【０１７６】
実施例３：Ｏ−アシルホモセリンからのホモセリンラクトン及び有機酸の合成
実施例２において微生物により産生されたＯ−アシルホモセリン、具体的には、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン及びＯ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンを用いて以下の実験を行った。
【０１７７】
３−１）Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリンからのホモセリンラクトン及び酢酸の合成
１．Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン２ｇ（１２．４ｍｍｏｌ）を濃い塩酸１０ｍｌ（１２０ｍｍｏｌ，９．７ｅｑｕｉｖ．）に完全に溶かした後、５０℃において２時間反応させた後、塩酸を除去して、純度９９％のホモセリンラクトン塩酸塩１．７ｇ（１２．３ｍｍｏｌ）を得た。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＤＭＳＯ）δ８．８３  （２Ｈ，  ｂｒｓ），  ４．４６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ８．８  Ｈｚ），  ４．３６〜４．２４  （２Ｈ，  ｍ），  ２．６１〜２．５１  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３０  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  １０．３  Ｈｚ）
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００ＭＨｚ，  Ｄ２Ｏ）  δ４．３６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ４．２９  （２Ｈ，  ｑ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ２．６９〜２．６０  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３６〜２．２１  （１Ｈ，  ｍ）
【化３】
0006470769.tif 000009
【０１７８】
２．また、Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン２ｇ（１２．４ｍｍｏｌ）を水１０ｍｌと混合した濃い塩酸１．１３ｍｌ（１３．６ｍｍｏｌ，９．７ｅｑｕｉｖ．）（１．２４Ｍ）に完全に溶かした後、還流反応により２時間反応させた後、塩酸を除去して純度９９％のホモセリンラクトン塩酸塩１．７ｇ（１２．３ｍｍｏｌ）を得た。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＤＭＳＯ）δ８．８３  （２Ｈ，  ｂｒｓ），  ４．４６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ８．８  Ｈｚ），  ４．３６〜４．２４  （２Ｈ，  ｍ），  ２．６１〜２．５１  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３０  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  １０．３  Ｈｚ）
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００ＭＨｚ，  Ｄ２Ｏ）δ４．３６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ４．２９  （２Ｈ，  ｑ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ２．６９〜２．６０  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３６〜２．２１  （１Ｈ，  ｍ）
【化４】
0006470769.tif 000010
【０１７９】
３．Ｏ−アセチル−Ｌ−ホモセリン１０ｇ（６２．１ｍｍｏｌ）を水５０ｍｌ（１．２４Ｍ）、濃い塩酸５．７ｍｌ（６８．３ｍｍｏｌ，１．１ｅｑｕｉｖ．）に完全に溶かした後、還流反応により２時間反応させた後、溶媒を除去して、純度９９％のホモセリンラクトン塩酸塩８．５ｇ（６１．８ｍｍｏｌ）を得た。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＤＭＳＯ）  δ８．８３  （２Ｈ，  ｂｒｓ），  ４．４６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ８．８  Ｈｚ），  ４．３６〜４．２４  （２Ｈ，  ｍ），  ２．６１〜２．５１  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３０  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  １０．３  Ｈｚ）
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００ＭＨｚ，  Ｄ２Ｏ）  δ４．３６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ４．２９  （２Ｈ，  ｑ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ２．６９〜２．６０  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３６〜２．２１  （１Ｈ，  ｍ）
【化５】
0006470769.tif 000011
【０１８０】
３−２）Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリンからのホモセリンラクトン及びコハク酸の合成
Ｏ−スクシニル−Ｌ−ホモセリン２ｇ（９．１２ｍｍｏｌ）を濃い塩酸１０ｍｌ（１２０ｍｍｏｌ，１３．２ｅｑｕｉｖ．）に完全に溶かした後、５０℃において２時間反応させた後、３時間室温において冷却させた。沈殿された固体をろ過して純度６５％のコハク酸（ｓｕｃｃｉｎｉｃ ａｃｉｄ、ＳＡ）結晶０．７ｇ（５．９ｍｍｏｌ）を得た。ろ過されたろ液を濃縮させて無水エタノールで結晶化させて純度９５％のホモセリンラクトン塩酸塩１．２ｇ（８．７２ｍｍｏｌ）を得た。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＤＭＳＯ）  δ８．８３  （２Ｈ，  ｂｒｓ），  ４．４６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ８．８  Ｈｚ），  ４．３６〜４．２４  （２Ｈ，  ｍ），  ２．６１〜２．５１  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３０  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  １０．３  Ｈｚ）  ：  Ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅｌａｃｔｏｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００ＭＨｚ，  Ｄ２Ｏ）  δ４．３６  （１Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ４．２９  （２Ｈ，  ｑ，  Ｊ  ＝  ９．０  Ｈｚ），  ２．６９〜２．６０  （１Ｈ，  ｍ），  ２．３６〜２．２１  （１Ｈ，  ｍ）  ：  Ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅｌａｃｔｏｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  Ｄ２Ｏ）  δ２．４７  （４Ｈ，  ｓ）  ：  Ｓｕｃｃｉｎｉｃ  ａｃｉｄ
【化６】
0006470769.tif 000012
【０１８１】
実施例４：ホモセリンラクトンからのγ−ブチロラクトンの合成
実施例３により得られたホモセリンラクトンを反応器に入れ、金属Ｐｄ、Ｐｔ、ＮｉＣｏをＣやシリカなどに担持した触媒及び１０−１００ｂａｒの水素ガスを用いて１００℃〜５００℃において脱窒水素化反応を行い、γ−ブチロラクトンを得た。
【０１８２】
実施例５：γ−ブチロラクトンからのテトラヒドロフランの合成
実施例４により得られたγ−ブチロラクトンを用いて、これを溶媒に溶解させた後、臭素化インジウム触媒の存在下でシラン化合物還元剤を用いて６０℃〜８０℃においてエーテル化反応を行い、テトラヒドロフランを製造した。
【０１８３】
１ＨＮＭＲスペクトルは内部標準であり、テトラメチルシランを用いて、５００ＭＨｚにおいて測定した。ＮＭＲスペクトルは内部標準であり、クロロホルム（７７．０ｐｐｍ）の中心ピークを用いて１２５ＭＨｚにおいて測定した。高分解質量分析は、マトリックスとしてＮＢＡ（３−ニトロベンジルアルコール）を用いて測定した。
【０１８４】
窒素雰囲気下で、スクリューキャップ付きバイアル容器に入れた蒸留クロロホルム溶液０．６ｍＬ中にγ−ブチロラクトン（０．６ｍｍｏｌ）、ＩｎＢｒ３（１０．６ｍｇ、０．０３００ｍｍｏｌ）及びトリエチルシラン（３８０μｌ、２．４０ｍｍｏｌ）を連続して添加し、バイアル容器をＰＴＦＥ膜付きキャップで密封した。反応混合物を６０℃において攪拌し続けると、溶液が無色から黄色を経て橙色に変色される。反応は、出発物質のγ−ブチロラクトンが消費されるまでガスクロマトグラフィ分析により監視した。反応が終わった後、水（３ｍＬ）を添加して橙色の懸濁液の色が無くなるまで連続して攪拌した。水相をジクロロメタン（１５ｍＬ）で抽出し、無水Ｎａ２ＳＯ４上において乾燥し、減圧下で蒸発させた。粗い生成物をフレッシュカラムクロマトグラフィ（ＳｉＯ２／ヘキサン：ＡｃＯＥｔ＝９９：１）で精製して、テトラヒドロフランを合成した。
【０１８５】
実施例６：γ−ブチロラクトンからの２−ピロリドンの合成
実施例４により得られたγ−ブチロラクトンを用いて、且つ、高温高圧反応器を用いて、２−ピロリドン（ＮＭＰ）を合成した。
【０１８６】
高温高圧反応器容器にγ−ブチロラクトン６．４５ｇ（７５ｍｍｏｌ）及び２６．５％の水溶液状のＮＨ４ＯＨ １０．９ｇ（１．１ｅｑｕｉｖ，８２．５ｍｍｏｌ，１２ｍｌ）を入れ、水を２５０ｍｌ（０．３Ｍ）満たした後、２７０℃において１時間反応させた。反応時の圧力は、５３ｂａｒであった。
【０１８７】
反応後に、ＴＬＣ上において出発物質であるγ−ブチロラクトンは見られず、新たなスポットが生成されることを確認した。
【０１８８】
水を除去し、ＣＨＣｌ３で抽出して有機層をＭｇＳＯ４で乾燥させた。ＭｇＳＯ４をろ過し、ろ液を濃縮させてＮＭＲ法を用いて確認したところ、６ｇ（７０．５ｍｍｏｌ，９４％）の２−ピロリドンが生成されたことが分かる。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＣＤＣｌ３）  δ６．６１  （１Ｈ，  ｂｒｓ），  ３．３９  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ４．２  Ｈｚ），  ２．２８  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ５．６  Ｈｚ），  ２．１５〜２．０２  （２Ｈ，  ｍ）
【化７】
0006470769.tif 000013
【０１８９】
実施例７：γ−ブチロラクトンからのＮ−メチル−２−ピロリドンの合成
実施例４により得られたγ−ブチロラクトンを用いて、様々な反応条件下でＮ−メチル−２−ピロリドンを合成した。
【０１９０】
７−１）マイクロ波反応器を用いたγ−ブチロラクトンからのＮ−メチル−２−ピロリドンの合成
マイクロ波反応器においてγ−ブチロラクトン及びメチルアミンを水溶媒下で高温において反応させて、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを得た。
【０１９１】
５ｍｌのマイクロ波反応器容器にγ−ブチロラクトン０．２ｇ（２．２３ｍｍｏｌ）及び４０％の水溶液状のメチルアミン０．３６ｇ（２．０ｅｑｕｉｖ，４．６４ｍｍｏｌ）を入れ、水を５ｍｌ（０．４６Ｍ）満たした後、マイクロ波反応器を用いて２００℃において３０分間反応させた。反応後に、ＴＬＣ上において出発物質でああるγ−ブチロラクトンは見られず、新たなスポットが生成されることを確認した。粗いＮＭＲ法を用いて確認したところ、８０％の歩留まり率にてＮ−メチル−２−ピロリドンが生成されたことが分かる。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＣＤＣｌ３）  δ．３２  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ５．３  Ｈｚ），  ２．７７  （３Ｈ，  ｓ），  ２．３０  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ６．２  Ｈｚ），  １．９９〜１．９１  （２Ｈ，  ｍ）
【化８】
0006470769.tif 000014
【０１９２】
７−２）パル反応器を用いたγ−ブチロラクトンからのＮ−メチル−２−ピロリドンの合成Ａ
パル反応器容器にγ−ブチロラクトン３．１８ｇ（３６．９ｍｍｏｌ）及び４０％の水溶液状のメチルアミン６．４４ｇ（２．０ｅｑｕｉｖ，７３．８８ｍｍｏｌ，７．２３ｍｌ）を入れ、水を１００ｍｌ（０．３７Ｍ）満たした後、パル反応器を用いて２２０℃、１５ｂａｒにて４時間反応させた。
【０１９３】
反応後に、ＴＬＣ上において出発物質であるγ−ブチロラクトンは見られず、新たなスポットが生成されたことが分かる。粗いＮＭＲ法を用いて確認したところ、γ−ブチロラクトンは見られず、５０％の歩留まり率にてＮ−メチル−２−ピロリドンが生成されたことが分かる。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＣＤＣｌ３）  δ３．３２  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ５．３  Ｈｚ），  ２．７７  （３Ｈ，  ｓ），  ２．３０  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ６．２  Ｈｚ），  １．９９〜１．９１  （２Ｈ，  ｍ）
【化９】
0006470769.tif 000015
【０１９４】
７−３）パル反応器を用いたγ−ブチロラクトンからのＮ−メチル−２−ピロリドンの合成Ｂ
パル反応器容器にγブチロラクトン３．２２ｇ（３７．４ｍｍｏｌ）及び４０％の水溶液状のメチルアミン２．９ｇ（１．０ｅｑｕｉｖ，３７．４ｍｍｏｌ，３．３ｍｌ）を入れ、水を１００ｍｌ（０．３７Ｍ）満たした後、パル反応器を用いて２２０℃、１５ｂａｒにて４時間反応させた。反応後に、ＴＬＣ上において出発物質であるγブチロラクトン（ＧＢＬ）は見られず、新たなスポットが生成されたことが分かる。粗いＮＭＲ法を用いて確認したところ、６０％の歩留まり率にてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が生成されたことが分かる。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＣＤＣｌ３）  δ３．３２  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ５．３  Ｈｚ），  ２．７７  （３Ｈ，  ｓ），  ２．３０  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ６．２  Ｈｚ），  １．９９〜１．９１  （２Ｈ，  ｍ）
【化１０】
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【０１９５】
７−４）高温高圧反応器を用いたγブチロラクトンからのＮ−メチル−２−ピロリドンの合成
高温高圧反応器容器にγ−ブチロラクトン６．４５ｇ（７５ｍｍｏｌ）及び４０％の水溶液状のメチルアミン６．４ｇ（１．１ｅｑｕｉｖ，８２．５ｍｍｏｌ，７．１ｍｌ）を入れ、水を２５０ｍｌ（０．３Ｍ）満たした後、２７０℃において１時間反応させた。反応時の圧力は、５３．３ｂａｒであった。反応後に、ＴＬＣ上において出発物質であるγ−ブチロラクトンは見られず、新たなスポットが生成されたことが分かる。水を除去し、ＣＨＣｌ３で抽出して有機層をＭｇＳＯ４で乾燥させた。ＭｇＳＯ４をろ過し、ろ液を濃縮させてＮＭＲ法を用いて確認したところ、６．９２ｇ（６９．８ｍｍｏｌ，９３％）のＮ−メチル−２−ピロリドンが生成されたことが分かる。
１Ｈ  ＮＭＲ  （３００  ＭＨｚ，  ＣＤＣｌ３）  δ３．３２  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ５．３  Ｈｚ），  ２．７７  （３Ｈ，  ｓ），  ２．３０  （２Ｈ，  ｔ，  Ｊ  ＝  ６．２  Ｈｚ），  １．９９〜１．９１  （２Ｈ，  ｍ）
【化１１】
0006470769.tif 000017
【０１９６】
実施例８：γ−ブチロラクトンからのＮ−ビニール−２−ピロリドンの製造
前記実施例４により得られたγ−ブチロラクトンを用いて前段反応及び後段反応によりＮ−ビニール−２−ピロリドンを製造した。
【０１９７】
８−１）前段反応：γ−ブチロラクトンからのＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンの製造
容器内を窒素で置換した１リットルのオートクレーブ器に室温下でエタノールアミン３５６ｇ、水１００ｇを入れて攪拌しながらγ−ブチロラクトン５１８ｇを添加した。
次いで、窒素で３０気圧に加圧した後、２５０℃に昇温させ、２時間反応させた。次いで、冷却後に反応液をガスクロマトグラフィで分析したところ、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンの歩留まり率は、９４モル％であった。
【０１９８】
反応液を蒸留精製してＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンを得た。
【０１９９】
８−２）後段反応：Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンからのＮ−ビニール−２−ピロリドンの製造
まず、後段反応に用いる触媒としての炭酸セシウム７．７６ｇを水２５０ｇに溶解し、９０℃に加熱して攪拌しながら３０ｇの酸化ケイ素を加えて加熱濃縮した後、空気中の１２０℃において２０時間乾燥させた。得られた固体を９〜１６網目に破砕し、空気中の５００℃において２時間焼成し、酸素を除く原子比がＣｓ１Ｓｉ１０になる組成の触媒を製造した。
【０２００】
前記触媒３０ｍｌを内径１５ｍｍのステインレス製反応管に充填し、当該反応管を３６０℃の反応管に浸漬した。当該反応管にＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンの分圧が７６ｍｍＨｇになるように窒素で希釈した原料ガスをＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンの空間速度２００ｈ−１にて供給して常圧下で反応させた。反応を始めてから１時間後の反応器出口ガスをメタノールに補集し、ガスクロマトグラフィにより分析したところ、Ｎ−ビニール−２−ピロリドンの歩留まり率は、８７モル％であった。
【０２０１】
実施例９：γ−ブチロラクトンからの１，４−ブタンジオールの製造
前記実施例４により得られたγ−ブチロラクトンをルテニウム（Ｒｕ）触媒０．２５ｍｏｌ％及びイミダゾールリガンド１ｍｏｌ％を用いてテトラヒドロフラン溶媒の存在下で、且つ、１００℃の条件下で水素ガス（５０ｂａｒ）の注入反応により１，４−ブタンジオールを製造した（Ｃｈｅｍ．  Ｅｕｒ．  Ｊ．  ２０１２．  １８，  ９０１１−９０１８）。
【０２０２】
実施例１０：酢酸からのエタノールの製造
前記実施例３−１）により副産物として産生された酢酸を用いて、第１の金属及び第２の金属、ケイ素質支持体及び一つ以上の支持体改質剤を含む触媒の存在下で水素化反応によりエタノールを製造した。
【０２０３】
第１の金属及び第２の金属としてＰｔ及びＳｎを使用し、ＳｉＯ２支持体及びＣａＳｉＯ２を支持体改質剤として製造したＳｉＯ２−ＣａＳｉＯ３−Ｐｔ−Ｓｎ触媒を使用した。
【０２０４】
水素化反応条件は、２５０℃、１００ＫＰａの圧力下で水素及び酢酸を気相で５００ｈｒ−１以上のガス時間当たりの空間速度（ＧＨＳＶ）にて反応器に供給した。水素及び酢酸の供給モル比は、１１：１にした。
【０２０５】
上記のような水素化反応により、エタノールが触媒１ｋｇ当たりに６００ｇ以上産生された。
【０２０６】
実施例１１：エタノールからのエチレンの製造
前記実施例１０により得られたエタノールをゼオライト（ＺＳＭ−５）触媒を用いて固定床石英反応器に入れ、５５０℃の条件下で反応させてエチレンを製造した（Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，  Ａ：  Ｇｅｎｅｒａｌ，  ２０１２，  １６２−１６７）。
【０２０７】
実施例１２：エチレンからのポリエチレンの製造
前記実施例１１により得られたエチレンガスを、チーグラー・ナッタ触媒及び１００ｐｓｉの窒素ガスを用いて、５０℃の温度において２０分間反応させてポリエチレンを製造した（ＧＢ  ｐａｔｅｎｔ  １，４０６，２８２，  ２７  Ｊａｎ  １９７２）。
【０２０８】
実施例１３：エタノールからのモノエチレングリコールの製造
前記実施例１０により得られたエタノールをＮａ２ＰｔＣｌ４、Ｎａ２ＰｔＣｌ６触媒と反応させてモノエチレングリコールを得た  （Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．，  １９９４，  １１６，  ９９８−１００３）  。
【０２０９】
実施例１４：コハク酸からの１，４−ブタンジオールの製造
前記実施例３−２）により製造されたコハク酸を用いて、カーボン支持体の上にパラジウム、銀、レニウム金属を含む触媒の存在下で水素化反応により１，４−ブタンジオールを製造した。
【０２１０】
１４−１）触媒の製造
水素化反応に用いられる触媒の製造方法は、下記の通りである。
【０２１１】
パラジウムニトレート溶液１３０．２５ｇ（７．７％Ｐｄ）と、硝酸銀１６．５ｇ及び過レニウム酸４１．５ｇ（５２．６％、Ｒｅ）を２５０ｃｃのフラスコに入れた後、アセトニトリルを添加し、前記混合物が上手に溶解されるように振とうさせる。この溶液の質量は、２９６．２ｇである。
【０２１２】
次いで、炭素支持体としての１．５ｍｍのＡＣＬ４０（製造社：フランスのＣＥＣＡＳ．Ａ．社、販売社：米国のアトケム・ノース・アメリカ）２７６．５ｇを前記Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ溶液２８６．４ｇに含浸し、５．７５時間放置した後、約１２０℃のオーブンにおいて一晩中乾燥させて、炭素支持体（ＡＣＬ４０）の上にＰｄ３．３重量％、Ａｇ３．２重量％及びＲｅ６．６重量％を含む触媒を製造した。
【０２１３】
１４−２）１，４−ブタンジオールの製造
コハク酸からカーボン支持体の上にパラジウム、銀、レニウム金属を含む触媒の存在下で水素化反応は、水の存在下で、２５００ ｐｓｉｇ圧力、１６０℃の反応温度、水素ＧＨＳＶ＝２７６０ ｈｒ−１、ＬＨＳＶ＝０．５５ ｈｒ−１、反応させて１，４−ブタンジオールを製造した。
【０２１４】
実施例１５：コハク酸からのγ−ブチロラクトン及びテトラヒドロフランの製造
前記実施例３−２）により製造されたコハク酸をγ−ブチロラクトン及びテトラヒドロフランを製造するために商業用ＭＣＭ−４１を前処理した後に貴金属であるプラチナム、パラジウム、ルセニウム金属の触媒の存在下で水素化反応を行った。
【０２１５】
１５−１）触媒の製造
水素化反応に用いられる触媒は、いずれもウェット含浸法により製造された。
【０２１６】
貴金属前駆体としては、テトラアミンプラチナム（II）ニトラート、パラジウムニトレート溶液、ルテニウムクリリド水和物を使用し、１５ｗｔ％に相当するこれらのそれぞれの前駆体を、前処理した商業用ＭＣＭ−４１（販売社：シグマアルドリッチ）１ｇとともに２５０ｍｌの丸いフラスコに入れた後、水又はアセトン溶媒を過量添加し、回転式真空ポンプを用いて触媒を製造した。
【０２１７】
製造された触媒は、約１２０℃のオーブンにおいて一晩中乾燥させ、反応前に全て４５０℃において５時間水素に還元させた後、触媒反応させた。
【０２１８】
１５−２）γ−ブチロラクトン及びテトラヒドロフランの製造
回分式反応器に前記実施例３−２）により製造されたコハク酸５ｇ及び実施例１５の方法により製造された触媒３ｇを、１，４−ジオキサン溶媒５０ｍｌに添加してγ−ブチロラクトン及びテトラヒドロフランを製造した。反応条件は、１４６７ｐｓｉの反応圧力になるように水素を満たした後、１０時間反応させてγ−ブチロラクトン及びテトラヒドロフランを製造し、反応結果を下記に示す。
【表６】
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【０２１９】
実施例１６：１，４−ブタンジオールからのγ−ブチロラクトンの製造
前記実施例１４において製造された１，４−ブタンジオールを用いて、銅−亜鉛系触媒の存在下で脱水素反応によりγ−ブチロラクトンを製造した。
【０２２０】
１６−１）触媒の製造
フラスコ内に酢酸銅１９５ｇ、硝酸亜鉛２０ｇ、硝酸アルミニウム１０１ｇ、硝酸ジルコニル３６ｇ、水５Ｌを入れて溶解させた。この溶液に水酸化ナトリウム１２４ｇを水１Ｌに溶解させた水溶液を添加し、共沈法により沈殿物を生成した。この沈殿物を水洗し且つ乾燥させた後、５００℃において焼成させて触媒前駆体を得た。この触媒前駆体２５ｇを固定床常圧気相流通反応装置の触媒層（内径１７ｍｍ、長さ：約１００ｍｍ）に充填し、窒素で希釈した水素を還元剤として２００℃以下において８時間還元させて、この反応装置内にγ−ブチロラクトン製造用Ｃｕ−ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ３触媒層を設定した。
【０２２１】
１６−２）γ−ブチロラクトンの製造
上記のＣｕ−ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ３触媒層が設定された固定床常圧気相流通反応装置の上部からキャリアガスである窒素の供給量を一概に３０ｍｌ／ｍｉｎの速度にて流した。この窒素ガスとともに１，４−ブタンジオールを溶融して供給し、気化層において１，４−ブタンジオールを気化させて触媒層に供給して反応を行った。また、気化層及び触媒層の温度は、２４０℃であった。１，４−ブタンジオールの単位時間当たりの液空間速度（ＬＨＳＶ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｈｏｕｒｌｙ ＳｐａｃｅＶｅｌｏｃｉｔｙ）に対する変化率、γ−ブチロラクトンの選択率によるγ−ブチロラクトンの最大の歩留まり率は、９７．９％であった。
【０２２２】
実施例１７：１，４−ブタンジオールからのテトラヒドロフランの製造
前記実施例９又は１４により製造された１，４−ブタンジオールを用いて、アルミナに担持されたタングステン酸化物触媒の存在下で脱水反応によりテトラヒドロフランを製造した。
【０２２３】
オートクレーブ器に１５０ｇの１，４−ブタンジオール及び１５．０ｇのタングステン酸（Ｈ２ＷＯ４）を充填した後、１０００ｒｐｍにて２時間攪拌しながら１０００ｐｓｉの水素下の２００℃において加熱して、１１２ｇのテトラヒドロフランを得た。
【０２２４】
[受託番号]
寄託機関名：韓国微生物保存センター（海外）
受託番号：ＫＣＣＭ１０５６８
受託日：２００４０４１６
寄託機関名：韓国微生物保存センター（海外）
受託番号：ＫＣＣＭ１０８７２
受託日：２００７０７０５
寄託機関名：韓国微生物保存センター（海外）
受託番号：ＫＣＣＭ１０７６７
受託日：２００６０７２６
寄託機関名：韓国微生物保存センター（海外）
受託番号：ＫＣＣＭ１０８７３
受託日：２００７０７０５
【０２２５】
【表７】
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【表８】
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【表９】
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【表１０】
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【配列表】
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