(57)【要約】カルボン酸のアンモニウム塩を有機試剤の存在下で加熱して該塩を分解させ、酸を生成させる、または該有機試剤がエステル化剤である場合は対応するエステルを生成させる、カルボン酸およびその誘導体の調製方法が開示される。該酸および該エステルの両方とも脱水して不飽和対応物を生成させることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に不混和性である有機アミンの存在下でカルボン酸のアンモニウム塩を加熱して該塩を分解させ、該カルボン酸と該有機アミンを含む反応生成物を生成させることを含んでなるカルボン酸の調製方法。
【請求項２】
前記カルボン酸がヒドロキシ-官能性カルボン酸からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸が、αヒドロキシ-官能性カルボン酸、βヒドロキシ-官能性カルボン酸、γヒドロキシ-官能性カルボン酸、εヒドロキシ-官能性カルボン酸、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がα-ヒドロキシカルボン酸からなる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記α-ヒドロキシカルボン酸が、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記α-ヒドロキシカルボン酸が乳酸からなる請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がβ-ヒドロキシカルボン酸からなる請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシプロピオン酸からなる請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシ酪酸からなる請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシイソ酪酸からなる請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がクエン酸からなる請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記カルボン酸がモノ-カルボン酸からなる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記カルボン酸がポリ-カルボン酸からなる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記有機アミンが1気圧の圧力で測定した場合100℃より高い沸点を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記有機アミンが1気圧の圧力で測定した場合175℃より高い沸点を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記有機アミンがアルキルアミンからなる請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記アルキルアミンがトリアルキルアミンからなる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記トリアルキルアミンの各アルキル基が、独立に、8〜14個の炭素原子を持つ分岐鎖または直鎖アルキル基である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記有機アミン中の炭素原子の合計数が18以上である請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記有機アミンが、トリオクチルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、およびこれらの組み合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記塩を、前記有機アミンおよび、8〜26個の炭素原子を持つアルキルアルコールの存在下で加熱することを含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
さらに前記カルボン酸を前記有機アミンから分離することを含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
さらに前記カルボン酸を脱水して不飽和カルボン酸を生成させることを含んでなる請求項２に記載の方法。
【請求項２４】
前記不飽和カルボン酸をエステル化して不飽和カルボン酸エステルを生成させることを含んでなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記アンモニウム塩を酸性化剤の不存在下で加熱して該塩を分解させ、前記反応生成物を生成させる請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
発酵ブロスからのカルボン酸の抽出方法であって、
(a) カルボン酸のアンモニウム塩を含む発酵ブロスを、水に不混和性である有機アミンを含む有機抽出溶媒で処理して混合物を生成させる段階；および
(b) 該混合物を加熱して前記アンモニウム塩を分解させ、前記カルボン酸および前記有機アミンを含む反応生成物を生成させる段階；
を有してなる上記方法。
【請求項２７】
前記カルボン酸がヒドロキシ-官能性カルボン酸である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
さらに前記カルボン酸を前記有機アミンから分離する段階を有してなる請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記アンモニウム塩を酸性化剤の不存在下で加熱して該塩を分解させ、前記反応生成物を生成させる段階を有してなる請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
さらに前記カルボン酸を水素化する段階を有してなる請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
さらに前記カルボン酸を脱水して不飽和カルボン酸を生成させる段階を有してなる請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
さらに前記不飽和カルボン酸をエステル化して不飽和カルボン酸エステルを生成させる段階を有してなる請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
1気圧の圧力で測定した場合少なくとも175℃の沸点を有する有機溶媒の存在下でカルボン酸のアンモニウム塩を加熱して該塩を分解させ、該カルボン酸および該有機溶媒を含む反応生成物を生成させることを含んでなる、カルボン酸の調製方法。
【請求項３４】
前記有機溶媒が、アルコール類、アミド類、エーテル類、ケトン類、リンエステル類、酸化ホスフィン類、ホスフィンスルフィド類、アルキルスルフィド類、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記有機溶媒がアルコール類からなる請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記アルコールが、8〜26個の炭素原子を持つアルコールからなる請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記カルボン酸がヒドロキシ-官能性カルボン酸からなる請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸が、αヒドロキシ-官能性カルボン酸、βヒドロキシ-官能性カルボン酸、γヒドロキシ-官能性カルボン酸、εヒドロキシ-官能性カルボン酸、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がα-ヒドロキシカルボン酸からなる請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記α-ヒドロキシカルボン酸が、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記α-ヒドロキシカルボン酸が乳酸からなる請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がβ-ヒドロキシカルボン酸からなる請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシプロピオン酸からなる請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシ酪酸からなる請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシイソ酪酸からなる請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がクエン酸からなる請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記カルボン酸がモノ-カルボン酸からなる請求項３３に記載の方法。
【請求項４８】
前記カルボン酸がポリ-カルボン酸からなる請求項３３に記載の方法。
【請求項４９】
さらに前記カルボン酸を前記有機溶媒から分離することを含んでなる請求項３３に記載の方法。
【請求項５０】
さらに前記カルボン酸を脱水して不飽和カルボン酸を生成させることを含んでなる請求項３７に記載の方法。
【請求項５１】
さらに前記不飽和カルボン酸をエステル化して不飽和カルボン酸エステルを生成させることを含んでなる請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記アンモニウム塩を酸性化剤の不存在下で加熱して前記塩を分解させ、前記反応生成物を生成させる請求項３５に記載の方法。
【請求項５３】
発酵ブロスからのカルボン酸の抽出方法であって、
(a) カルボン酸のアンモニウム塩を含む発酵ブロスを、1気圧の圧力で測定した場合少なくとも約175℃の沸点を有する有機抽出溶媒で処理して混合物を生成させる段階；および
(b) 該混合物を加熱して前記アンモニウム塩を分解させ、前記カルボン酸および前記有機抽出溶媒を含む反応生成物を生成させる段階；
を有してなる上記方法。
【請求項５４】
前記カルボン酸がヒドロキシ-官能性カルボン酸である請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
さらに前記カルボン酸を前記有機抽出溶媒から分離する段階を有してなる請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記アンモニウム塩を酸性化剤の不存在下で加熱して該塩を分解させ、前記反応生成物を生成させる請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
さらに前記カルボン酸を水素化する段階を有してなる請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
さらに前記カルボン酸を脱水して不飽和カルボン酸を生成させる段階を有してなる請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
さらに前記不飽和カルボン酸をエステル化して不飽和カルボン酸エステルを生成させる段階を有してなる請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
酸性化剤の不存在下でカルボン酸のアンモニウム塩とエステル化剤を加熱して該塩を分解させ、該カルボン酸と該エステル化剤の反応生成物からなるエステルを生成させることを含んでなるカルボン酸エステルの調製方法。
【請求項６１】
前記カルボン酸がヒドロキシ-官能性カルボン酸からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸が、αヒドロキシ-官能性カルボン酸、βヒドロキシ-官能性カルボン酸、γヒドロキシ-官能性カルボン酸、εヒドロキシ-官能性カルボン酸、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がα-ヒドロキシカルボン酸からなる請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記α-ヒドロキシカルボン酸が、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記α-ヒドロキシカルボン酸が乳酸からなる請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がβ-ヒドロキシカルボン酸からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項６７】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシプロピオン酸からなる請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシ酪酸からなる請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
前記β-ヒドロキシカルボン酸が3-ヒドロキシイソ酪酸からなる請求項６６に記載の方法。
【請求項７０】
前記ヒドロキシ-官能性カルボン酸がクエン酸からなる請求項６１に記載の方法。
【請求項７１】
前記カルボン酸がモノ-カルボン酸からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項７２】
前記カルボン酸がポリ-カルボン酸からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項７３】
前記エステル化剤が、1気圧の圧力で測定した場合100℃より高い沸点を有する請求項６０に記載の方法。
【請求項７４】
前記エステル化剤が、1気圧の圧力で測定した場合175℃より高い沸点を有する請求項６０に記載の方法。
【請求項７５】
前記エステル化剤がアルコール類からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項７６】
前記アルコールがアルキルアルコールからなる請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記アルキルアルコールのアルキル基が、8〜26個の炭素原子を持つ分岐鎖または直鎖アルキル基である請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記アルコールが、オクタノール、デカノール、ドデカノール、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項７５に記載の方法。
【請求項７９】
さらに前記エステルを脱水して不飽和エステルを生成させることを含んでなる請求項６１に記載の方法。
【請求項８０】
発酵ブロスからのカルボン酸エステルの調製方法であって、
(a) カルボン酸のアンモニウム塩を含む発酵ブロスをエステル化剤で処理して混合物を生成させる段階；および
(b) 該混合物を酸性化剤の不存在下で加熱して前記アンモニウム塩を分解させ、そして前記カルボン酸と前記エステル化剤の反応生成物からなるエステルを生成させる段階；
を有してなる上記方法。
【請求項８１】
前記カルボン酸がヒドロキシ-官能性カルボン酸である請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
さらに前記エステルを加水分解して対応するカルボン酸を生成させる段階を有してなる請求項８０に記載の方法。
【請求項８３】
前記エステル化剤が、1気圧の圧力で測定した場合100℃より高い沸点を有する請求項８０に記載の方法。
【請求項８４】
前記エステル化剤が、1気圧の圧力で測定した場合175℃より高い沸点を有する請求項８０に記載の方法。
【請求項８５】
前記エステル化剤がアルコール類からなる請求項８０に記載の方法。
【請求項８６】
前記アルコールがアルキルアルコールからなる請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記アルキルアルコールのアルキル基が、8〜26個の炭素原子を持つ分岐鎖または直鎖アルキル基である請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記アルコールが、オクタノール、デカノール、ドデカノール、およびこれらの組み合せからなる群から選択される請求項８５に記載の方法。
【請求項８９】
さらに前記エステルを水素化してヒドロキシ-官能性化合物を生成させる段階を有してなる請求項８０に記載の方法。
【請求項９０】
さらに前記エステルを脱水して不飽和エステルを生成させる段階を有してなる請求項８１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカルボン酸およびその誘導体を調製することに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばヒドロキシ-官能性カルボン酸などのカルボン酸は、ポリエステルやポリアミドの合成などの多くの工業的に有用なプロセスに使い道がある。そのような酸は発酵により生成させることができる。発酵効率を向上させるために、多くの場合水酸化カルシウムのような塩基を反応系に加えて酸を中和する。酸を回収するには、発酵ブロスを硫酸のような鉱酸で酸性化する。この工程の間、硫酸カルシウム（石膏）が副生成物として生成するが、これは取り出して捨てなければならない。この追加の処理工程は工程全体のコストを上げる。
【発明の開示】
【０００３】
概して本発明は、容易に入手可能な出発原料から、ヒドロキシ-官能性カルボン酸およびその誘導体などのカルボン酸およびその誘導体のコスト効率のよい高収率調製方法を提供するものである。本発明はバッチ法としてあるいは連続法としてどちらでも実施できる。取り除いて廃棄しなければならない石膏のような副生成物が生成する製法と違って本発明では、廃棄するというよりむしろリサイクルして再使用することができるアンモニアまたはアミンが生成する。さらに、鉱酸または二酸化炭素などの試剤を用いてその反応混合物を酸性化する必要もないし、また目的とする酸を得るために共沸蒸留などの複雑な蒸留工程を用いる必要もない。
【０００４】
１つの態様では本方法は、有機試剤の存在下で前記カルボン酸のアンモニウム塩を加熱して該塩を分解させ、該カルボン酸と該試剤を含む混合物を生成させることを含む。本明細書で用いる場合、用語「アンモニウム」とは式NR4+［式中各R基は独立に水素であるかあるいは置換または不置換アルキル、アリール、アラルキル、またはアルコキシ基である］を有する陽イオンを意味する。好ましくは、それぞれのR基は水素である。
【０００５】
本方法の１つの実施形態では、前記試剤は水に不混和性であるアルキルアミンなどの有機アミンである。本明細書で用いる場合、「不混和性」有機アミンとは、水と組み合せた場合２相混合物を形成する有機アミンである。この有機アミンは前記酸に対して有機抽出溶媒の役割も果たす可能性があり、これによって反応混合物からの該酸の分離が行い易くなる可能性がある。
【０００６】
本方法の第２の実施形態では、前記試剤は1気圧の圧力で測定した場合少なくとも175℃の沸点を有する有機溶媒である。好適な溶媒の例としては、アルコール類、アミド類、エーテル類、ケトン類、リン酸エステル類、酸化ホスフィン類、ホスフィンスルフィド類、アルキルスルフィド類、およびこれらの組み合せが挙げられる。これらの溶媒はまた前記酸に対して有機抽出溶媒の役割も果たす可能性があり、これによって反応混合物からの酸の分離が行い易くなる可能性がある。
【０００７】
本方法を発酵工程と組み合せて実施することで前記カルボン酸を生成させることもできる。発酵ブロスは、前記カルボン酸のアンモニウム塩ならびにその他の発酵副生成物および未反応出発原料を含有する。上述したように、この発酵ブロスに前記有機試剤を加え、そしてそのあと加熱して該塩を分解させる。この塩-分解反応の副生成物であるアンモニア（アンモニウム陽イオンのR基が水素原子である場合）またはアミン（アンモニウム陽イオンのいずれかのR基が水素原子ではない場合）を除去することにより前記カルボン酸と前記有機試剤を含有する混合物が得られる。所望ならこのアンモニアまたはアミン副生成物はリサイクルし、発酵槽に投入することが可能である。
【０００８】
またエステル化剤の存在下で対応する酸のアンモニウム塩（上記で定義）を加熱して該塩を分解させ、そのエステルを生成させることでカルボン酸エステルを生成させることも可能である。この方法もまた発酵工程と組み合せて実施することが可能で、この場合エステル化剤を発酵ブロスに加え、そのあと加熱して該塩を分解させ、そしてその酸とエステル化剤を反応させてエステルを生成させる。
【０００９】
上述のようにして調製されたヒドロキシ-官能性カルボン酸およびエステルを脱水して不飽和カルボン酸およびエステルを生成させることも可能である。
【００１０】
本発明の１以上の実施形態の詳細が添付の図面および以下の説明に示されている。本発明の上記以外の特徴、目的、および利点はこれらの説明および図面から、また本特許請求の範囲からも明らかであると思われる。
【発明を実施するための最良の手段】
【００１１】
図１〜４は、ヒドロキシ-官能性カルボン酸を最初につくるのに発酵を用いる前記酸およびその誘導体の調製方法を図説する。しかしながら、発酵以外の方法を用いて出発原料を供給することもできる。さらに、ヒドロキシ-官能性カルボン酸およびエステル以外のカルボン酸およびエステルを生成させることもできる。例を挙げるとモノ-カルボン酸（すなわち、酢酸、プロピオン酸、酪酸などの１個の酸基を有するカルボン酸）およびそれのエステル、ならびにポリ-カルボン酸（すなわち、コハク酸、フマル酸、イタコン酸などの複数の酸基を有するカルボン酸）およびそれのエステルが挙げられる。
【００１２】
図１〜４を参照するに、典型的には微生物の存在下でグルコースなどの糖の発酵が行なわれる発酵反応を発酵槽内で行い、ヒドロキシ-官能性カルボン酸を含有する発酵ブロスを生成させる。例えば、発明の名称が「3-ヒドロキシプロピオン酸およびその他の有機化合物」である2001年4月20日出願の米国特許出願第60/285,478号に記載されている微生物を含めて、どのような微生物でも用いることができる（この文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）。この酸を中和するのにアンモニアまたはアミンを発酵槽に添加してその酸のアンモニウム塩を生成させる。好適なアミンとしては、第一級、第二級、および第三級アミンが挙げられる。好ましくは、アミンはそのあとの反応混合物からの分離を容易にするために175℃以下の沸点を有するものとする。具体的な例としてはトリメチルアミン、トリエチルアミン、ジブチルアミン、ジアミンなどが挙げられる。
【００１３】
ヒドロキシ-官能性カルボン酸は少なくとも１個のヒドロキシル基および少なくとも１個のカルボン酸基を有している。有用なヒドロキシ-官能性カルボン酸の１つの類としては、α-ヒドロキシカルボン酸が挙げられる。そのような酸の代表的な例としては、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、およびグリコール酸が挙げられる。有用なヒドロキシ-官能性カルボン酸の第２の類としては、3-ヒドロキシプロピオン酸、3-ヒドロキシ酪酸、3-ヒドロキシ吉草酸、3-ヒドロキシヘキサン酸、3-ヒドロキシヘプタン酸、および3-ヒドロキシオクタン酸などのβ-ヒドロキシカルボン酸が挙げられる。有用なヒドロキシ-官能性カルボン酸の第３の類としては、4-ヒドロキシ酪酸、4-ヒドロキシ吉草酸、および4-ヒドロキシヘキサン酸などのγ-ヒドロキシカルボン酸が挙げられる。有用なヒドロキシ-官能性カルボン酸の第４の類としては、5-ヒドロキシ吉草酸および5-ヒドロキシヘキサン酸などのε-カルボン酸が挙げられる。有用なヒドロキシ-官能性カルボン酸のもう１つの例はクエン酸である。乳酸および3-ヒドロキシプロピオン酸は特に好ましい。
【００１４】
図１〜２を参照するに、前記発酵ブロスの残余物からカルボン酸のアンモニウム塩を分離するには、発酵槽に有機抽出剤を加え、そのあと加熱して該アンモニウム塩を分解させる。好適な抽出剤は該酸を溶解させることができるものである。さらに、この抽出剤は好ましくは、抽出物塩分解の間に沸騰除去されないよう比較的高い沸点を有するものとする。
【００１５】
有用な抽出剤の１つの類に水に不混和性である有機アミンがある。好ましくは、このアミンは全部で少なくとも18個の炭素原子を持つものとする。アミンはまた好ましくは100℃（1気圧の圧力で測定）よりも高い、より好ましくは175℃（1気圧の圧力で測定）よりも高い沸点を有するものとする。第一級、第二級、および第三級アミン、ならびに第四級アミン塩を用いることができるが、第三級アミンが好ましい。アミンの窒素原子は、アルキル、アリール（例えば、フェニル）、およびアラルキル（例えば、ベンジル）基で置換されていてもよい。これらの基はまた直鎖状または分岐状であってもよく、また置換または不置換であってもよい。置換された基の例としてはハロゲン化された基（例えば、ハロガン化アルキル基）およびヒドロキシ-含有基（例えば、ヒドロキシエチルおよびヒドロキシプロピルなどのヒドロキシアルキル基）が挙げられる。基は互いに同じであってもよいし、あるいは異なっていてもよい。
【００１６】
アルキル基が好ましく、特に高級アルキル基（例えば、少なくとも8個の炭素原子、好ましくは8〜14個の炭素原子を有するもの）が好ましい。有用なアルキルアミンの例としては、トリオクチルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、およびこれらの組み合せのようなトリアルキルアミンが挙げられる。
【００１７】
有用な抽出剤の第２の類としては少なくとも175℃（1気圧の圧力で測定）の沸点を有する溶媒和型抽出剤が挙げられ、例えば炭素-酸素抽出剤、リン-酸素抽出剤、ホスフィンスルフィド抽出剤、およびアルキルスルフィド抽出剤がある。有用な炭素-酸素抽出剤の具体的な例としては、アルコール類（例えば、オクタノール、デカノール、およびドデカノールなどの、8〜14個の炭素原子を有するアルキルアルコール）、エーテル類（例えば、ジブチルカルビトールなどのアルキルエーテル）、ケトン類（例えば、デカノン）、およびアミド類（例えば、N,N-ジブチルホルムアミド、N,N-ジブチルアセトアミド、N,N-ジブチルプロピオンアミド、N,N-ジプロピルプロピオンアミド、およびN,N-ジ-n-ブチルラクトアミドなどのN,N-ジアルキルアミド類）が挙げられる。有用なリン-酸素抽出剤の具体的な例としてはリンエステル（例えば、リン酸トリ-n-ブチル、ブチルホスホン酸ジブチル、およびメチルホスホン酸ジメチルなどのリン酸アルキル）、および酸化ホスフィン（例えば、酸化トリ-n-オクチルホスフィン）が挙げられる。有用なホスフィンスルフィドの具体的な例としてはトリ-イソブチルホスフィンスルフィドが挙げられる。有用なアルキルスルフィドの具体的な例としてはジヘキシルスルフィドおよびジヘプチルスルフィドが挙げられる。上記の抽出剤はいずれも単独であるいは互いに組み合せて用いることができる。例えば、有機アミン抽出剤を、8〜14個の炭素原子を有するアルキルアルコールと組み合せるのは有用である可能性がある。アルコールは抽出物塩分解工程における酸の分離を容易にする。
【００１８】
発酵ブロスを加熱して前記アンモニウム塩を分解させ、これにより前記酸が前記有機抽出剤およびその他の発酵ブロス含有物との組み合せで生成する。反応温度および時間はその特定のカルボン酸反応体に基づいて選択される。反応温度は十分高くして塩分解を効率よく達成するものとしなければならないが、カルボン酸、有機抽出剤、あるいはその両者が分解または劣化する温度よりも低いものとしなければならない。一般的には、好適な反応温度は約20℃〜約200℃であり、約40℃〜約120℃の温度が好ましい。反応は大気圧下または減圧下で行うことができる。減圧は、より低い反応温度を用いることを可能とするので好ましい。
【００１９】
前記塩分解反応はアンモニアまたはアミンを副生成物として生成し、これはこのあと、例えば加熱することにより、真空で引くことにより、窒素などの不活性ガスを加えることにより、あるいはこれらの組み合せにより、発酵槽から分離、除去して、該反応混合物の残余物からアンモニアまたはアミンを取り除く。所望なら、このアンモニアまたはアミンはリサイクルして、発酵槽に加えることもできる。
【００２０】
前記酸-有機抽出剤の組み合せを発酵ブロスから取り出し、逆抽出することで該抽出剤を該酸から分離することも可能で、これにより純粋な酸が生成する。この抽出剤はこのあとリサイクルし、次の熱的塩分解反応で用いることができる。あるいは、この酸-抽出剤の組み合せを直接水素化反応で用いてポリヒドロキシ化合物を生成させることもできる。
【００２１】
図２に示されている１つの有用な水素化プロトコルにより、前記酸-抽出剤の組み合せおよび水素化触媒を含む反応媒体中でヒドロキシ-官能性カルボン酸を水素化することができる。この水素化触媒は、ヒドロキシ-官能性カルボン酸が何であるかに基づき選択される。一般的には、α-ヒドロキシ酸に対して有用な触媒としては、固体金属および金属酸化物を挙げることができる。具体的な例は、Rh、Ru、Cu、Rh、Pd、およびReをベースとする触媒で、例えばRh2O3、RuO2、Ru/C、Cu-亜クロム酸塩、バリウム促進Cu-亜クロム酸塩、Pd(NO3)2、およびRe2O7などである。有用な触媒としては、米国特許第4,985,572号および第5,149,680号に記載されている、第VIII族貴金属と、該第VIII族金属と合金をつくることができる少なくとも１種の金属との合金も挙げることができる。触媒量は、その触媒の活性、酸の種類、および操作の様式（すなわち、バッチ式または連続式処理）に基づいて選択される。
【００２２】
一部の例では、前記溶媒と一緒に、溶液の全重量をベースとして最高約50重量%の水を加えることが望ましい場合がある。水を添加すると、ポリヒドロキシ化合物は通常有機溶媒よりも水により溶け易いので、水素化のあとの反応媒体からのポリヒドロキシ化合物の分離が行い易くなる。水の添加はまた選択率もよくする。
【００２３】
所望なら、カルボン酸よりもむしろカルボン酸エステルを生成させることができる。図３に示されている、エステルを調製する１つの方法は、上記で得られたカルボン酸をエステル化剤と反応させる方法である。図４に示されている第２の方法では、反応器にエステル化剤を加え、そのあと加熱して前記アンモニウム塩を分解させ、その酸を該エステル化剤と反応させて対応するエステルを生成させる。好適なエステル化剤はカルボン酸を溶解させることができるものである。さらに、エステル化反応はカルボン酸生成よりも高温で有利であるので、該エステル化剤は好ましくは、反応中沸騰除去されないよう比較的高い沸点（例えば、1気圧の圧力で測定して少なくとも100℃、より好ましくは少なくとも175℃）を有するものとする。
【００２４】
有用なエステル化剤の１つの類としてアルコール類が挙げられる。アルコールは１個のヒドロキシ基または複数のヒドロキシ基を有していてよい。有用なアルコールの具体的な例としてはアルキルアルコールが挙げられ、特にそのアルキル基が8〜26個の炭素原子を有しているアルキルアルコール、例えばオクタノール、デカノール、およびドデカノールが挙げられる。エステル化剤は単独で、あるいは上記した抽出溶媒のいずれかと組み合せて用いることができる。
【００２５】
発酵ブロスを加熱してアンモニウム塩を分解させ、そのカルボン酸をエステル化剤と反応させ、これによってエステルがその他の発酵ブロス含有物との組み合せで生成する。反応温度および時間は、その特定のカルボン酸反応体およびエステル化剤をベースに選択される。反応温度は十分高くして塩の分解およびエステル化を効率よく達成するものとしなければならず、これによってエステルの生成がカルボン酸の生成よりも有利に行なわれるが、該温度はカルボン酸、エステル化剤、またはその両者が分解または劣化する温度よりも低いものとしなければならない。この反応は大気圧で、あるいは減圧下で行うことができる。減圧は、より低い温度を用いることを可能とするので好ましい。
【００２６】
前記塩-分解反応はアンモニアまたはアミンを副生成物として生成し、これはこのあと反応器から分離、除去される。所望なら、このアンモニアまたはアミンはリサイクルして、発酵槽に加えることができる。
【００２７】
前記エステルは加水分解して純粋な酸を生成させることができ、あるいはメタノールまたはエタノールなどのアルコールと反応させることでエステル交換することもできる。あるいは、エステルを直接水素化反応に用いることでモノ-またはポリ-ヒドロキシ化合物を生成させることもできる。
【００２８】
ヒドロキシ-官能性カルボン酸およびエステルの場合は、該酸およびエステルを脱水してその対応する不飽和物を生成させることができる。例えば、3-ヒドロキシプロピオン酸は脱水してアクリル酸を生成させることができ、3-ヒドロキシプロピオン酸のエステルは脱水して対応するアクリル酸エステルを生成させることができる。同様に、3-ヒドロキシイソ酪酸は脱水してメタクリル酸を生成させることができ、3-ヒドロキシイソ酪酸のエステルは脱水して対応するメタクリル酸エステルを生成させることができる。
【００２９】
脱水は、酸またはエステルを含有する抽出物を加熱することにより行うことができる。触媒を加えてこの脱水工程を促進することもできる。好適な触媒の例としては酸（例えば、鉱酸）、塩基（例えば、アミンまたは金属水酸化物）、ならびにリン酸カルシウム塩、乳酸カルシウム塩、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、ゼオライトなどの中性触媒が挙げられる。脱水した生成物は蒸留により精製することができる。また最初に脱水した酸を調製し、そのあと該脱水酸をアルコールと反応させてエステルを生成させることで脱水エステルを調製することも可能である。
【実施例】
【００３０】
本発明を以下の実施例でさらに説明する。
【００３１】
実施例１
70% 乳酸アンモニウム溶液（乳酸17.66gを含有）30g、トリデシルアミン180g、およびドデカノール20gを500mL三つ首フラスコに加え、これを次に油浴に沈め、真空ポンプに接続した。溶液を撹拌しながらフラスコを加熱した。溶液の温度が85℃に達した時、真空ポンプのスイッチを入れた。
【００３２】
反応の間、乳酸アンモニウムの分解によりアンモニアと水が放出され、これらは減圧下に低温トラップへと除去された。これと同時に、乳酸アンモニウム分解により放出された乳酸は、トリデシルアミンとドデカノールから形成された有機相中に抽出された。
【００３３】
この反応混合物を85℃、1.1-1.6mmHgの減圧下で３時間加熱したあとフラスコを油浴から取り出し、室温まで冷却させた。次いでフラスコに水22gを加えて残存する乳酸アンモニウムの分析を行い易いようにした。有機相および水相中の乳酸濃度は滴定により分析した。有機相は乳酸15.93gを、そして水相は乳酸0.57gを含有していた。反応の完結点で残存する乳酸アンモニウムの量は2.14gであった。これは乳酸アンモニウムから乳酸への約92%の変換に相当するものであった。これらの結果は1-2%内で再現可能なものであった。
【００３４】
実施例２
実施例１に記載の方法に従った。ただし、反応溶液は3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩の26%溶液7.13g、トリカプリルアミン45g、およびドデカノール5gからなっていた。反応混合物を105℃、1.1-1.7mmHgの減圧で１時間加熱したところ、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩から3-ヒドロキシプロピオン酸への約84%の変換が達成された。
【００３５】
実施例３
実施例１に記載の方法に従った。ただし、反応溶液は3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩の26%溶液7.13gおよびドデカノール45gからなっていた。反応混合物を100℃、1.1-1.7mmHgの減圧で１時間加熱したところ、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩から3-ヒドロキシプロピオン酸への約90%の変換が達成された。
【００３６】
実施例４
実施例１に記載の方法に従った。ただし、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩の26%溶液14gをドデカノール50gと合わせた。反応混合物を115℃、1.1-1.7mmHgの減圧で1.5時間加熱したところ、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩から3-ヒドロキシプロピオン酸への約98%の変換が達成された。
【００３７】
実施例５
実施例１に記載の方法に従った。ただし、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩の26%溶液7gをデカノール50gと合わせた。反応混合物を120-140℃、大気圧で１時間加熱したところ、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩から3-ヒドロキシプロピオン酸への約84%の変換が達成された。
【００３８】
実施例６
実施例１に記載の方法に従った。ただし、コハク酸アンモニウムの25%溶液50gをドデカノール50gと合わせた。反応混合物を105-110℃、1.1-2.2mmHgの減圧で3時間加熱したところ、コハク酸アンモニウムからコハク酸とコハク酸エステルの混合物への約99%の変換が達成された。
【００３９】
実施例７
実施例１に記載の方法に従った。ただし、コハク酸アンモニウムの25%溶液20gをトリカプリルアミン45gおよびドデカノール5gと合わせた。反応混合物を120-125℃、大気圧で1.5時間加熱したところ、コハク酸アンモニウムからコハク酸およびコハク酸エステルの混合物への約84%の変換が達成された。
【００４０】
実施例８
実施例１に記載の方法に従った。ただし、コハク酸アンモニウムの25%溶液10gをトリカプリルアミン80gおよびドデカノール20gと合わせた。反応混合物を120-125℃、大気圧で2時間加熱したところ、コハク酸アンモニウムからコハク酸およびコハク酸エステルの混合物への約98%の変換が達成された。
【００４１】
実施例９
実施例１に記載の方法に従った。ただし、乳酸アンモニウムの70%溶液7.57gをリン酸トリブチル50gと合わせた。反応混合物を110-118℃、4.5-5.5mmHgの減圧で0.5時間加熱したところ、乳酸アンモニウムから乳酸への約97%の変換が達成された。
【００４２】
実施例１０
実施例１に記載の方法に従った。ただし、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩の26%溶液14gをオクタノール25gと合わせた。反応混合物を120℃、60mmHgの減圧で2時間加熱したところ、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム塩から3-ヒドロキシプロピオン酸と該酸のオクチルエステルの混合物への約93%の変換が達成され、このうちの80%が酸であり、13%がエステルであった。これと同じ方法を用いて、オクタノールではなく2-デシル-1-テトラデカノールをベースとしたエステルを調製できた。
【００４３】
実施例１１
実施例１に記載の方法に従った。ただし、3-ヒドロキシ酪酸のアンモニウム塩の18%溶液14gをオクタノール27gと合わせた。反応混合物を120℃、50mmHgの減圧で2時間加熱したところ、3-ヒドロキシ酪酸のアンモニウム塩から3-ヒドロキシ酪酸と該酸のオクチルエステルの混合物への約100%の変換が達成され、このうちの86%が酸であり、14%がエステルであった。
【００４４】
実施例１２
反応温度を100℃とし、反応混合物を1.5時間加熱した以外は実施例１に記載の方法に従い、乳酸アンモニウムから乳酸への約86%の変換を達成した。
【００４５】
実施例１３
反応温度を115℃とし、反応混合物を0.5時間加熱した以外は実施例１に記載の方法に従い、乳酸アンモニウムから乳酸への約96%の変換を達成した。
【００４６】
実施例１４
実施例１に記載の方法に従った。ただし、反応溶液は乳酸アンモニウムの70%溶液30gおよびドデカノール70gからなっていた。反応混合物を105-110℃、1.1-2.2mmHgの減圧で1.5時間加熱したところ、乳酸アンモニウムから乳酸への約88%の変換を達成した。ドデカノールの一部も乳酸と反応してエステルを生じた。乳酸アンモニウムから乳酸および乳酸エステルへの変換は約98%であった。
【００４７】
実施例１５
実施例１に記載の方法に従った。ただし、反応溶液は乳酸トリエチルアンモニウムの70%溶液31g、トリカプリルアミン90g、およびデカノール12gからなっていた。反応混合物を50-55℃、1.1-1.6mmHgの減圧で1.5時間加熱したところ、乳酸トリエチルアンモニウムから乳酸への約94%の変換を達成した。
【００４８】
実施例１６
実施例１に記載の方法に従った。ただし、反応溶液は乳酸アンモニウムの70%溶液10g、トリカプリルアミン45g、およびドデカノール5gからなっていた。反応混合物を160℃、大気圧で2時間加熱したところ、乳酸アンモニウムから乳酸への約98%の変換を達成した。ドデカノールの一部も乳酸と反応してエステルを生じた。乳酸アンモニウムから乳酸および乳酸エステルへの変換は約99%であった。
【００４９】
実施例１７〜２６
アミン抽出剤中に3-ヒドロキシプロピオン酸を含有する溶液を、3-ヒドロキシプロピオン酸のアンモニウム溶液を用いる抽出物塩分解反応により調製した。実施例１７〜２３の場合は、溶液はトリカプリルアミン中酸7重量%を含有していた。実施例２４〜２５の場合は、溶液はトリドデシルアミン中酸12重量%を含有し、実施例２６では溶液はトリドデシルアミン中酸18重量%を含有していた。
【００５０】
この酸／アミン溶液10gを三つ首フラスコに加え、そのあと脱水触媒を加えた。フラスコに温度計と、ドライアイストラップを経て真空ポンプに連結されたコンデンサーを装着した。この触媒-含有溶液を190-200℃の温度に加熱してアクリル酸を生成させたが、このアクリル酸はドライアイストラップで回収された。反応時間を、190-200℃の温度に達するのに要した時間として記録した。反応時間が0.5時間であった実施例１７以外は、この反応時間は1時間であった。
【００５１】
ドライアイストラップ中に回収されたアクリル酸はガスクロマトグラフィを用いて分析した。結果を表１に示す。全ての触媒量は重量パーセントである。
【００５２】
表１
【表１】
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【００５３】
実施例２７
乳酸アンモニウムの70重量%水溶液20g、トリカプリルアミン100g、およびドデカノール10gを250mLガス洗浄ビンに加え、このビンを窒素ガスラインに接続した。ビンを、その内容物を撹拌しながら加熱した。内容物の温度が110℃に達した時、窒素ガスを送り始めた。次に内容物を温度110-115℃、窒素流量13 cc/分で50分間加熱し、そのあと窒素ガスを止め、ビンを室温に冷却させた。次に、水50gをビンに加えてビン内容物の分析を行い易いようにした。有機相および水相の両方における乳酸濃度は滴定により分析した。分析の結果乳酸アンモニウムから乳酸および乳酸エステルへの変換は87%であった。
【００５４】
実施例２８〜３８
乳酸（「HLa」）をトリデシルアミン（「TDA」)と合わせて有機溶液を形成することでいくつかの水素化反応を行った。この溶液を次にイソパラフィン系溶媒Isopar K（「Ipk」）で希釈した。得られた溶液を圧力容器（Parr Co.から市販されている）に加え、そのあと触媒4.0gおよび、所望の場合は様々な量の水を加えた。この触媒は、Precious Metals Corp.(Sevierville, TN)から市販されている、カタログ番号3310の、ルテニウム5%および水50%を含有する湿潤ルテニウム／炭素触媒であった。次に、反応器を密封し、反応器および溶液中の空気を窒素ガスで置換した。反応器をこのあと50rpmのスピードで撹拌しながら水素ガスで所望の圧力レベルまで加圧し、反応温度まで加熱した。所望の圧力と温度に達したら、撹拌スピードを500rpmに上げた。このスピードを5時間維持して反応を続けさせた。
【００５５】
反応期間の終点で、反応混合物の内容物をガスクロマトグラフィを用いて分析し、残存する乳酸の量および生成したプロピレングリコールの量を決定した。この情報を用いて選択率%および変換率%を計算した。変換率パーセントは、最初に加えたHLaのモル数から残存するHLaのモル数を引き、そのあと最初に加えたHLaのモル数で割ることで計算した。選択率パーセントは、生成したプロピレングリコールのモル数を、最初に加えたHLaのモル数と残存するHLaのモル数との差で割ることで計算した。
【００５６】
反応条件および結果を以下の表２に示す。「加えた全有機」は、TDA、IpK、およびHLaの合わせた量を意味する。
【００５７】
表２
【表２】
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【００５８】
ここまでに本発明の多数の実施形態を記載してきた。とはいえ、本発明の精神および範囲を逸脱することなく色々な改変を加えることができることは理解されるところである。従って、そのような実施形態も、本発明の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】カルボン酸の調製方法を図説するフローチャートである。
【図２】カルボン酸から一官能性アルコール、ジオール、またはポリオールの調製方法を図説するフローチャートである。
【図３】カルボン酸エステルの調製方法を図説するフローチャートである。
【図４】カルボン酸エステルの調製方法を図説するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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