(57)【要約】  発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法であって、（ａ）発酵ブロスを分離に供する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた生成物をイオン交換樹脂による処理に供する工程と、（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物を第１の蒸発に供する工程と、（ｄ）工程（ｃ）で得られた生成物を第２の蒸発に供する工程と、（ｅ）工程（ｄ）で得られた生成物を第３の蒸発に供し、精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを得る工程とを含む、方法。上記精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールは、バイオ−１，３−ブタジエンの製造に有利に使用することができ、さらに、バイオ−１，３−ブタジエンは、エラストマー及び（コ）ポリマーの製造においてモノマー又は中間体として有利に使用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法であって、
（ａ）発酵ブロスを分離に供する工程と、
（ｂ）工程（ａ）で得られた生成物をイオン交換樹脂による処理に供する工程と、
（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物を第１の蒸発に供する工程と、
（ｄ）工程（ｃ）で得られた生成物を第２の蒸発に供する工程と、
（ｅ）工程（ｄ）で得られた生成物を第３の蒸発に供し、精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを得る工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）が、
（ａ１ａ）精密濾過工程と、
（ａ２）ナノ濾過工程と、
を含む、請求項１に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）が、
（ａ１ｂ）遠心分離工程と、
（ａ２）ナノ濾過工程と、
を含む、請求項１に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項４】
前記精密濾過工程（ａ１ａ）が、
０．０１μｍ〜１．０μｍの範囲、好ましくは０．０２μｍ〜０．０８μｍの範囲の平均孔径を有する膜によって、及び／又は、
０．１ｂａｒ〜８ｂａｒの範囲、好ましくは１ｂａｒ〜５ｂａｒの範囲の膜間圧で操作して、
なお、前記膜間圧は、精密濾過モジュールの上流で測定された圧力と下流で測定された圧力との間の平均圧力として定義される；、及び／又は、
２０℃〜９０℃の範囲、好ましくは４０℃〜７０℃の範囲の温度、より好ましくは発酵温度において、及び／又は、
浸漬型若しくはクロスフロー構成若しくは動的クロスフロー構成のセラミック膜、又は浸漬型若しくはクロスフロー構成の平膜若しくは中空繊維ポリマー膜によって、
行われる、請求項２に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項５】
前記遠心分離工程（ａ１ｂ）が、
２０℃〜９０℃の範囲、好ましくは２５℃〜７０℃の範囲の温度、より好ましくは室温（２５℃）で、及び／又は、
５０Ｌ／時〜１０００Ｌ／時の範囲、好ましくは９０Ｌ／時〜５００Ｌ／時の範囲の遠心供給速度で操作して、及び／又は、
２０００ｒｐｍ〜５００００ｒｐｍの範囲、好ましくは３０００ｒｐｍ〜９０００ｒｐｍの範囲の回転速度で、
行われる、請求項３に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項６】
前記ナノ濾過工程（ａ２）が、
１００ダルトン〜５００ダルトンの範囲、好ましくは１２０ダルトン〜４００ダルトンの範囲の「分子量カットオフ」（ＭＷＣＯ）を有するナノ濾過膜によって、及び／又は、
１５℃〜１００℃の範囲、好ましくは２０℃〜８０℃の範囲の最大操作温度を有するナノ濾過膜によって、及び／又は、
１０ｂａｒ〜５０ｂａｒの範囲、好ましくは２０ｂａｒ〜４０ｂａｒの範囲の膜間圧で操作して、
行われ、前記膜間圧は、ナノ濾過モジュールの上流で測定された圧力と下流で測定された圧力との間の平均圧力として定義される、請求項２又は３に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項７】
イオン交換樹脂による前記処理工程（ｂ）が、
（ｂ１）アニオン交換工程と、
（ｂ２）カチオン交換工程と、
の２つの工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ１）が、弱アニオン樹脂を含むカラムを用いて行われる、請求項７に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項９】
前記工程（ｂ２）が、強カチオン樹脂を含むカラムを用いて行われる、請求項７に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項１０】
前記工程（ｂ１）及び前記工程（ｂ２）が、２ＢＶ／時〜４ＢＶ／時の範囲、好ましくは２．５ＢＶ／時〜３．５ＢＶ／時の範囲（ＢＶ＝「ベッドボリューム」＝単一カラムあたりの樹脂の容量）の流量（１時間あたりに工程（ａ）で得られる生成物のリットル量）で行われる、請求項７〜９のいずれか一項に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項１１】
前記工程（ｂ１）及び前記工程（ｂ２）から得られた生成物が、０．１μＳ／ｃｍ〜１００μＳ／ｃｍの範囲、好ましくは０．５μＳ／ｃｍ〜１５μＳ／ｃｍの範囲の残留導電率を有する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項１２】
工程（ａ）で得られた生成物が工程（ｂ１）に供給され、続いて工程（ｂ２）に供給されるか、又は工程（ｂ２）に供給され、続いて工程（ｂ１）に供給される、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項１３】
前記第１の蒸発工程（ｃ）が、
３０℃〜１００℃の範囲、好ましくは４０℃〜７０℃の範囲の温度で、及び／又は、
５ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲、好ましくは１０ｍｂａｒ〜８０ｍｂａｒの範囲の圧力で、
行われる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項１４】
前記第２の蒸発工程（ｄ）が、
３０℃〜１５０℃の範囲、好ましくは４０℃〜１３０℃の範囲の温度で、及び／又は、
１ｍｂａｒ〜１００ｂａｒの範囲、好ましくは８ｍｂａｒ〜８０ｍｂａｒの範囲の圧力で、
行われる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項１５】
前記第３の蒸発工程（ｅ）が、
３０℃〜１５０℃の範囲、好ましくは４０℃〜１３０℃の範囲の温度で、及び／又は、
５ｍｂａｒ〜１００ｂａｒの範囲、好ましくは８ｍｂａｒ〜８０ｍｂａｒの範囲の圧力で、
行われる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法。
【請求項１６】
バイオ−１，３−ブタジエンを製造する方法であって、
請求項１〜１５のいずれか一項に従って得られたバイオ−１，３−ブタンジオールを含む混合物（ｉ）を、少なくとも１つの脱水触媒の入った第１の反応器に供給し、アルケノールと、水と、任意に未反応の不純物及び／又はバイオ−１，３−ブタンジオールとを含み、前記第１の反応器から出るストリーム（ｉｉ）を得ることと、
任意に、前記ストリーム（ｉｉ）を第１の精製セクションに供給し、
アルケノールと、水と、任意に不純物とを含むストリーム（ｉｉｉ）、
水と、任意に不純物及び／又は未反応のバイオ−１，３−ブタンジオールとを含むストリーム（ｉｖ）、及び任意に、
不純物を含むストリーム（ｖ）、
を得ることと、
前記ストリーム（ｉｉｉ）及び／又は前記ストリーム（ｉｖ）を少なくとも１つの脱水触媒の入った第２の反応器に供給し、バイオ−１，３−ブタジエンと、水と、任意に不純物及び／又は未反応のアルケノールとを含み、前記第２の反応器から出るストリーム（ｖｉ）を得ることと、
前記ストリーム（ｖｉ）を第２の精製セクションに供給し、
純粋なバイオ−１，３−ブタジエンを含むストリーム（ｖｉｉ）、
水と、任意に未反応のアルケノールとを含むストリーム（ｖｉｉｉ）、及び任意に、
不純物を含むストリーム（ｉｘ）、
を得ることと、
を含む、方法。
【請求項１７】
エラストマー及び（コ）ポリマーの製造におけるモノマー又は中間体としての、請求項１６に従って得られたバイオ−１，３−ブタジエンの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法であって、（ａ）発酵ブロスを分離に供する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた生成物をイオン交換樹脂による処理に供する工程と、（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物を第１の蒸発に供する工程と、（ｄ）工程（ｃ）で得られた生成物を第２の蒸発に供する工程と、（ｅ）工程（ｄ）で得られた生成物を第３の蒸発に供し、精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを得る工程とを含む、方法に関する。
【０００３】
上記精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールは、バイオ−１，３−ブタジエンの製造に有利に使用することができ、さらに、バイオ−１，３−ブタジエンは、エラストマー及び（コ）ポリマーの製造においてモノマー又は中間体として有利に使用することができる。
【０００４】
したがって、本発明の更なる主題は、上記のように得られた精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールからバイオ−１，３−ブタジエンを製造する方法、並びにエラストマー及び（コ）ポリマーの製造におけるモノマーとしての又は中間体としての上記バイオ−１，３−ブタジエンの使用である。
【０００５】
さらに、上記のバイオ−１，３−ブタジエンの製造方法から、特にバイオ−１，３−ブタンジオールの脱水から、他のアルケノール、すなわちバイオ−２−ブテン−１−オール（クロチルアルコール）、バイオ−３−ブテン−２−オール（メチルビニルカルビノール）、バイオ−３−ブテン−１−オール（アリルカルビノール）、より具体的にはバイオ−２−ブテン−１−オール（クロチルアルコール）及びバイオ−３−ブテン−２−オール（メチルビニルカルビノール）が得られ、これらを、バイオ−１，３−ブタジエンの製造に加えて、さらに、ファインケミストリー、農芸化学、薬化学又は石油化学で使用することができる中間体の製造に有利に使用可能であることに留意されたい。
【０００６】
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的では、バイオ−２−ブテン−１−オール（クロチルアルコール）という用語は、シス異性体及びトランス異性体の混合物、シス異性体のみ、及びトランス異性体のみを指す。
【背景技術】
【０００７】
例えば、バイオ−２−ブテン−１−オール（クロチルアルコール）は、ハロゲン化物、クロチルエステル、又はクロチルエーテルの前駆物質として使用することができ、さらに、例えば、モノマーの製造、ファインケミストリー（例えば、ソルビン酸、トリメチルヒドロキノン、クロトン酸、３−メトキシブタノールの製造用）、農芸化学、薬化学において中間体として使用することができる。
【０００８】
バイオ−３−ブテン−２−オール（メチルビニルカルビノール）は、溶媒として、ファインケミストリーにおいて、例えばポリオレフィン等のポリマーの変性における成分として使用され得る（例えば、特許文献１に記載される）。
【０００９】
バイオ−３−ブテン−１−オール（アリルカルビノール）は、例えば、薬化学、農芸化学、香水、樹脂において原料として使用することができる。例えば、パラジウムによって触媒される、バイオ−３−ブテン−１−オール（アリルカルビノール）とハロゲン化アリールとのカップリング反応から、薬化学において、例えば葉酸代謝拮抗物質として使用することができるアリール置換アルデヒドが得られる。
【００１０】
ポリオールを精製する方法は当該技術分野で知られている。
【００１１】
例えば、特許文献２は、発酵ブロスから１つ以上のポリオール、特に１，３−プロパンジオール（１，３−ＰＤＯ）を単離する方法であって、（ａ）発酵ブロスに塩基を添加して７よりも高いｐＨに上げる工程と、（ｂ）発酵ブロスからポリオール、特に１，３−プロパンジオールを単離する工程とを含む、方法に関する。特に関心のあるポリオールは、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、グリセロール、エチレングリコールである。単離工程（ｂ）は、蒸発、蒸留、濾過、抽出又は結晶化によって行われる。上記方法は、工程（ｂ）から得られた生成物中に存在する沈殿した固体を、１）濾過若しくは遠心分離、又は２）真空下での蒸留によって除去する工程（ｃ）を更に含み得る。この特許では、１，３−ブタンジオールについては具体的に言及されていない。
【００１２】
特許文献３は、１，３−プロパンジオールを産生することができる微生物から得られた発酵ブロスからバイオ−１，３−プロパンジオールを精製する方法であって、（ａ）発酵ブロスを濾過に供する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた生成物を、（ｉ）アニオン交換、及び（ｉｉ）カチオン交換を含むイオン交換による精製の２つの工程に供してイオン性不純物を除去する工程と、（ｃ）工程（ｉｉ）で得られた生成物を化学還元に供する工程と、（ｄ）工程（ｃ）で得られた生成物を、少なくとも２つの蒸留塔を含む少なくとも２つの蒸留プロセスに供して（ここで、上記蒸留塔の１つは、１，３−プロパンジオールの沸点よりも高い沸点を有する分子を除去し、もう１つは１，３−プロパンジオールの沸点よりも低い沸点を有する分子を除去する）、不純物の総濃度が約４００ｐｐｍ未満、２７５ｎｍでの吸光度が０．０７５未満、及びａｂ＊色値（ＣＩＥ  Ｌ＊ａ＊ｂ＊）が約０．１５未満の精製バイオ−１，３−プロパンジオールを得る工程とをこの順で含む、方法に関する。
【００１３】
特許文献４は、発酵ブロスから１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤＯ）を単離する方法であって、細胞を含む固形分から１，４−ＢＤＯに富む液分を分離することと、上記液分から水を除去することと、上記液分から塩を除去することと、１，４−ＢＤＯを精製することとを含む、方法に関する。上記方法は、細胞の除去（遠心分離及び／又は精密濾過及び／又は限外濾過）、二重又は三重効用蒸発器を備える蒸発システムによる水及び軽質化合物の除去、ナノ濾過及び／又はイオン交換樹脂及び／又は沈殿及び／又は結晶化による塩の除去等の様々な工程を含む。この特許出願は、そこに記載されている方法が、１，３−ブタンジオールの単離を目的とする場合には容易に変更することができると述べているが、この点で例は示されていない。
【００１４】
特許文献５は、１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤＯ）を精製する方法であって、（ａ）１，４−ＢＤＯの原料混合物を第１の蒸留塔に供して１，４−ＢＤＯの沸点よりも低い沸点を有する化合物を除去して、１，４−ＢＤＯを含む第１のストリームを得る工程と、（ｂ）１，４−ＢＤＯを含む上記第１のストリームを第２の蒸留塔に供して、１，４−ＢＤＯの沸点よりも高い沸点を有する化合物を除去し、高沸点化合物の第１のストリームを得て、精製された１，４−ＢＤＯを製造する工程とを含み、上記精製された１，４−ＢＤＯは上記第２の蒸留塔から横方向に抽出される、方法に関する。上記方法を使用して精製することができる化合物の中に、１，３−ブタンジオールが挙げられているが、この点で例は示されていない。
【００１５】
特許文献６は、１，４−ブタンジオールを製造する方法であって、（ａ）アンモニア化合物以外及びアミン化合物以外のアルカリ性物質を発酵ブロスに由来する１，４−ブタンジオールを含む水溶液に添加する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた混合物を蒸留する工程と、（ｃ）蒸気流から１，４−ブタンジオールを含む溶液を回収する工程とを含み、ここで、上記アルカリ性物質を添加する前に、発酵ブロスに由来する１，４−ブタンジオールを含む上記水溶液を、透過物が回収されるナノ濾過工程及び／又はイオン交換工程に供する、方法に関する。得られた精製１，４−ブタンジオールは、ポリエステルの製造用材料として有利に使用されると言われている。
【００１６】
しかしながら、発酵ブロスから１，３−プロパンジオール又は１，４−ブタンジオールを単離及び精製するこれらの方法は、幾つかの困難を提示し得る。例えば、これらの方法は、１つ以上の蒸留塔を使用することによる精製の工程を必要とし、その結果、処理時間が長くなり、処理費用が増える。
【００１７】
さらに、これらの方法の幾つかは、１，３−ブタンジオールの精製にも適用可能であると言われているが、１，３−ブタンジオールを精製する重要な工程の１つは、蒸留である。実際、特定の汚染物質（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））が、発酵ブロスにおいて、他のジオールを製造するための発酵ブロスに存在するものと異なる濃度で存在するだけでも、蒸留自体の間に制御されていない反応を引き起こす可能性がある。
【００１８】
実際、例えば、非特許文献１でIchikawa N.らによって記載されるように、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ）は低温（例えば１００℃〜１２０℃）でも脱水して３−ブテン−２−オン（ＭＶＫ）になる可能性があり、これは、酸性部位の存在によって促進されることがわかっている。１，３−ブタンジオールを含む溶液の蒸留中にケトンが存在すると、１，３−ブタンジオールと３−ブテン−２−オン（ＭＶＫ）との間の反応によりケタールが形成され、精製された１，３−ブタンジオールを含む画分を汚染する可能性があり、除去に成功したとしても、（以下に報告する実施例３（比較）からわかるように）１，３−ブタンジオールの一部が失われるため、このプロセスの収率が低下する。１，３−ブタンジオールを含む上記溶液を高真空下で蒸留すると、３−ブテン−２−オン（ＭＶＫ）の形成、したがってケタールの形成が阻害されるが、使用される同じカラムに対して、上記溶液のボイラー内における滞留時間が増加する結果、（以下に報告する実施例４（比較）からわかるように）１，３−ブタンジオールの熱分解生成物が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】独国特許第１，９０８，６２０号
【特許文献２】米国特許第６，３６１，９８３号
【特許文献３】米国特許第７，９１９，６５８号
【特許文献４】国際公開第２０１４／１４１７８０号
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１４／０２７５４６５号
【特許文献６】米国特許第９，５３３，９３１号
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】"Catalysis Communications" (2005), Vol. 6, pp. 19-22
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、本出願人は、上記で報告された欠点を克服することができる、発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法を見つけるという課題を自らに課した。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本出願人は、ここで、当該技術分野で知られている蒸留工程を回避し、第１、第２、及び第３の蒸発工程を使用することにより、上記の欠点を克服することができることを見出した。特に、本出願人は、発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法であって、（ａ）発酵ブロスを分離に供する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた生成物をイオン交換樹脂による処理に供する工程と、（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物を第１の蒸発に供する工程と、（ｄ）工程（ｃ）で得られた生成物を第２の蒸発に供する工程と、（ｅ）工程（ｄ）で得られた生成物を第３の蒸発に供し、精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを得る工程とを含む、方法を見出した。
【００２３】
前述の方法によって多くの利点が達成される。例えば、上記方法は、バイオ−１，３−ブタンジオールとバイオ−３−ブテン−２−オン（ＭＶＫ）との間の反応によるケタールの形成及びバイオ−１，３−ブタンジオールの熱分解の両方を回避することを可能にし、その結果、プロセスの収率が増加する。さらに、蒸留塔の使用を回避することにより、システムと処理の両方が簡素化され、その結果、経済的観点と処理時間の観点の両方から節約される。
【００２４】
さらに、上記方法は、バイオ−１，３−ブタジエンの製造に有利に使用することができる精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを得ることを可能にし、さらに、バイオ−１，３−ブタジエンは、エラストマー及び（コ）ポリマーの製造においてモノマー又は中間体として有利に使用することができる。
【００２５】
したがって、本発明の更なる主題は、上記のように得られた精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールからバイオ−１，３−ブタジエンを製造する方法、並びにエラストマー及び（コ）ポリマーの製造におけるモノマー又は中間体としての上記バイオ−１，３−ブタジエンの使用である。
【００２６】
したがって、本発明の主題は、発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製する方法であって、
（ａ）発酵ブロスを分離に供する工程と、
（ｂ）工程（ａ）で得られた生成物をイオン交換樹脂による処理に供する工程と、
（ｃ）工程（ｂ）で得られた生成物を第１の蒸発に供する工程と、
（ｄ）工程（ｃ）で得られた生成物を第２の蒸発に供する工程と、
（ｅ）工程（ｄ）で得られた生成物を第３の蒸発に供し、精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを得る工程と、
を含む、方法を含む。
【００２７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的では、別段の指定がない限り、数値範囲の定義には常にエンドポイントが含まれる。
【００２８】
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的では、「含む」という用語は、「実質的に〜からなる」又は「〜からなる」という用語も含む。
【００２９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的では、「精製されたバイオ−１，３−ブタンジオール」という用語は、本発明による方法の終了時に、すなわち第３の蒸発工程（ｅ）の終了時に以下の水溶液が得られることを示す：
バイオ−１，３−ブタンジオールが、上記水溶液の総重量に対して、８５重量％以上、好ましくは９０重量％以上の濃度で存在する；
水が、上記水溶液の総重量に対して、１５重量％以下、好ましくは８重量％以下の濃度で存在する；
任意の有機不純物（例えば、酸、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））が、上記水溶液の総重量に対して、２重量％以下の量で、好ましくは１重量％以下の量で存在し得る；
バイオ−１，３−ブタンジオールの分解に由来する任意の生成物（例えば、３−ブテン−２−オン、２−ブテン−１−オール（シス異性体及びトランス異性体）、３−ブテン−１−オール、３−ブテン−２−オール）が、上記水溶液の総重量に対して、０．０１重量％以下、好ましくは０．００５重量％以下の量で存在し得る；
任意の糖（例えば、グルコース）が、０．００１ｇ／ｌ以下、好ましくは０．０００５ｇ／ｌ以下の量で存在し得る。
【００３０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的では、「バイオ−１，３−ブタンジオール」という用語は、上記１，３−ブタンジオールが、好ましくは細菌、酵母、真菌及び他の有機体の菌株を含む、１つ以上の生物の種又は株から合成されることを示す。
【００３１】
一般に、上記発酵ブロスは、１，３−ブタンジオールを産生するように遺伝子改変された少なくとも１つの微生物の存在下で、適切な培養培地で行われる、市販の糖の発酵に由来し得るか、又は再生可能な資源に由来し得る。一般に、上記微生物は、１，３−ブタンジオールの産生に向けられた酵素経路に属する化合物をコードする１つ以上の外因性遺伝子を導入することによって遺伝子改変されている。任意に、上記微生物は、１，３−ブタンジオールの産生のための所望の経路を通る炭素のフローを最適化するための遺伝子破壊を更に含み得る。上記再生可能資源は、一般に植物起源のバイオマスであり、この目的では、例えば、サトウキビ及びビートを糖源（例えば、グルコース、アラビノース、キシロース、スクロース）として、又はトウモロコシ及びジャガイモをデンプン、したがってデキストロースの供給源として使用することが可能である。しかしながら、将来に目を向けると、トウモロコシの茎、穀物のわら、ダンチク（arundo）、アザミの茎、グアユール（guayule）バガス等、セルロース及びヘミセルロースの分解によって糖を提供する可能性のある非食品バイオマスの関心が高まっている。一般に、植物起源のバイオマスは、化学的及び／又は酵素的加水分解に供されて基質を取得し、これをその後、生体触媒によって処理して、目的の化学生成物を得ることができる。上記基質には、炭水化物の混合物と並んで、バイオマス中に存在するセルロース、ヘミセルロース及びリグニンに由来する芳香族化合物及び他の生成物が含まれる。上記バイオマスの加水分解から得られる炭水化物は、５個及び６個の炭素原子を有する糖が豊富な混合物であり、例えば、発酵に使用されるスクロース、グルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノース及びフルクトースが挙げられる。１，３−ブタンジオールの合成のための前述の方法に関する更なる詳細は、例えば、米国特許出願公開第２０１０／３３０６３５号、米国特許出願公開第２０１２／３２９１１３号、米国特許出願公開第２０１３／０６６０３５号、米国特許出願公開第２０１３／１０９０６４号に見ることができ、これらの出願は引用することにより本明細書の一部をなす。
【００３２】
発酵ブロスからバイオ−１，３−ブタンジオールを精製するため、最初に、細胞バイオマスと並んで、細胞片及び比較的高分子量を有する汚染物質を上記発酵ブロスから分離することが望ましい。濾過、遠心分離等の、細胞バイオマス及び粒子の形態の他の化合物を液体から分離するのに有用な方法が、当該技術分野で知られている。
【００３３】
本発明の好ましい実施の形態において、上記工程（ａ）は、
（ａ１ａ）精密濾過工程と、
（ａ２）ナノ濾過工程と、
を含むことができる。
【００３４】
本発明の更に好ましい実施の形態において、上記工程（ａ）は、
（ａ１ｂ）遠心分離工程と、
（ａ２）ナノ濾過工程と、
を含むことができる。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態において、上記精密濾過工程（ａ１ａ）は、０．０１μｍ〜１．０μｍの範囲、好ましくは０．０２μｍ〜０．０８μｍの範囲の平均孔径を有する膜によって行うことができる。
【００３６】
本発明の好ましい実施の形態において、上記精密濾過工程（ａ１ａ）は、０．１ｂａｒ〜８ｂａｒの範囲、好ましくは１ｂａｒ〜５ｂａｒの範囲の膜間圧で操作して行うことができ、上記膜間圧は、精密濾過モジュールの上流で測定された圧力と下流で測定された圧力との間の平均圧力として定義される。
【００３７】
本発明の好ましい実施の形態において、上記精密濾過工程（ａ１ａ）は、２０℃〜９０℃の範囲、好ましくは４０℃〜７０℃の範囲の温度、より好ましくは発酵温度において行うことができる。
【００３８】
本発明の好ましい実施の形態において、上記精密濾過工程（ａ１ａ）は、浸漬型若しくはクロスフロー構成若しくは動的クロスフロー構成のセラミック膜、又は浸漬型若しくはクロスフロー構成の平膜若しくは中空繊維ポリマー膜によって行うことができる。
【００３９】
本発明の目的に使用することができ、市販されている膜の例は、Sartorius製の「Ｈｙｄｒｏｓａｒｔ（商標）精密濾過カセット」の製品、又はTami製のＣｅｒａｍ  ｉｎｓｉｄｅ（商標）の製品、又はPall製のＳｃｈｕｍａｓｉｖ（商標）若しくはＭｅｍｂｒａｌｏｘ（登録商標）の製品、又は旭化成株式会社製のＭｉｃｒｏｚａ（登録商標）の製品である。
【００４０】
上記精密濾過工程（ａ１ａ）の終了時に、上記のようにナノ濾過工程（ａ２）に送ることができ、或いはイオン交換樹脂による処理工程（ｂ）に直接送ることもできる、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、残留不純物（例えば、糖、他の有機不純物、塩）とを含む透過物、並びに細胞バイオマス及び任意の細胞片を含む保持液が得られる。上記保持液を、乾燥して、埋め立て地に処分するか又は焼却することができ、或いは水処理施設に直接送ることができる。
【００４１】
本発明の好ましい実施の形態において、上記遠心分離工程（ａ１ｂ）は、２０℃〜９０℃の範囲、好ましくは２５℃〜７０℃の範囲の温度、より好ましくは室温（２５℃）において行うことができる。
【００４２】
本発明の好ましい実施の形態において、上記遠心分離工程（ａ１ｂ）は、５０Ｌ／時〜１０００Ｌ／時の範囲、好ましくは９０Ｌ／時〜５００Ｌ／時の範囲の遠心供給速度で操作して行うことができる。
【００４３】
本発明の好ましい実施の形態において、上記遠心分離工程（ａ１ｂ）は、２０００ｒｐｍ〜５００００ｒｐｍの範囲、好ましくは３０００ｒｐｍ〜９０００ｒｐｍの範囲の回転速度で行うことができる。
【００４４】
本発明の目的では、上記遠心分離工程（ａ１ｂ）は、当該技術分野で知られている任意のタイプの遠心分離機で実施することができ、特に、自動パネル排出機能を備えたディスク遠心分離機、Andritz製のモデルＣＡ２１−Ｐが使用されてきた。
【００４５】
上記遠心分離工程（ａ１ｂ）の終了時に、上記のようにナノ濾過工程（ａ２）に送ることができ、或いはイオン交換樹脂による処理工程（ｂ）に直接送ることができる、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、残留不純物（例えば、糖、他の有機不純物、塩）とを含むより軽い水相（上清）、並びに細胞バイオマス及び任意の細胞片を含むより重い第２の水相（沈殿）が得られる。上記第２の水相（沈殿物）を、乾燥して、埋め立て地に処分するか又は焼却することができ、或いは水処理施設に直接送ることができる。
【００４６】
本発明の好ましい実施の形態において、上記ナノ濾過工程（ａ２）は、１００ダルトン〜５００ダルトンの範囲、好ましくは１２０ダルトン〜４００ダルトンの範囲の「分子量カットオフ」（ＭＷＣＯ）を有するナノ濾過膜によって行うことができる。
【００４７】
本発明の好ましい実施の形態において、上記ナノ濾過工程（ａ２）は、１５℃〜１００℃の範囲、好ましくは２０℃〜８０℃の範囲の最大操作温度を有するナノ濾過膜によって行うことができる。
【００４８】
本発明の好ましい実施の形態において、上記ナノ濾過工程（ａ２）は、１０ｂａｒ〜５０ｂａｒの範囲、好ましくは２０ｂａｒ〜４０ｂａｒの範囲の膜間圧で操作して行うことができ、上記膜間圧は、ナノ濾過モジュールの上流で測定された圧力と下流で測定された圧力との間の平均圧力として定義される。
【００４９】
前述の親水性ナノ濾過膜は、フラットシート、中空繊維、管状膜、スパイラル型膜（spiral-wound membranes）の形態、又は他の有益な形態であり得る。
【００５０】
本発明の目的で有利に使用され得るナノ濾過膜は、GE Power & Water製のＤＫシリーズ、又はKoch Membrane Systems製のＳＲ３Ｄ（商標）膜の商品名で知られている製品である。
【００５１】
上記ナノ濾過工程（ａ２）の終了時に、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、残留不純物（例えば、塩、酸）とを含み、イオン交換樹脂による処理工程（ｂ）に送られる透過液、並びに高い立体障害を有する化合物（例えば、タンパク質、二価塩）を含む保持液が得られる。上記保持液を水処理施設に直接送ることができる。
【００５２】
本発明の好ましい実施の形態において、イオン交換樹脂による上記処理工程（ｂ）は、
（ｂ１）アニオン交換工程と、
（ｂ２）カチオン交換工程と、
の２つの工程を含むことができる。
【００５３】
本発明の好ましい実施の形態において、上記工程（ｂ１）は、弱アニオン樹脂を含むカラムを用いて行うことができる。
【００５４】
本発明の目的に有利に使用され得る弱アニオン樹脂は、Dow Chemical製のＤｏｗｅｘ（登録商標）Ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ（登録商標）７７、又は三菱ケミカル株式会社製のＤｉａｉｏｎ（登録商標）ＷＡ３０の商品名で知られている製品である。
【００５５】
本発明の好ましい実施の形態において、上記工程（ｂ２）は、強カチオン樹脂を含むカラムを用いて行うことができる。
【００５６】
本発明の目的に有利に使用され得る強カチオン樹脂は、Dow Chemical製のＤｏｗｅｘ（登録商標）Ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ（登録商標）８８、又はRohm & Haas Resins製のＡｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）ＭＢ１５０の商品名で知られている製品である。
【００５７】
本発明の好ましい実施の形態において、上記工程（ｂ１）及び工程（ｂ２）は、１５℃〜５０℃の範囲、好ましくは２０℃〜４５℃の範囲の温度で行うことができる。
【００５８】
本発明の好ましい実施の形態において、上記工程（ｂ１）及び工程（ｂ２）は、２ＢＶ／時〜４ＢＶ／時の範囲、好ましくは２．５ＢＶ／時〜３．５ＢＶ／時の範囲（ＢＶ＝「ベッドボリューム」＝単一カラムあたりの樹脂の容量）の流量（１時間あたりに工程（ａ）で得られる生成物のリットル量）で行うことができる。
【００５９】
本発明の好ましい実施の形態において、上記工程（ｂ１）及び工程（ｂ２）から得られた生成物は、０．１μＳ／ｃｍ〜１００μＳ／ｃｍの範囲、好ましくは０．５μＳ／ｃｍ〜１５μＳ／ｃｍの範囲の残留導電率を有することができる。
【００６０】
本発明の好ましい実施の形態において、工程（ａ）で得られた生成物を工程（ｂ１）に供給し、続いて工程（ｂ２）に供給するか、又は工程（ｂ２）に供給し、続いて工程（ｂ１）に供給することができる。
【００６１】
イオン交換樹脂による上記処理工程（ｂ）の終了時に、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、軽質有機化合物（例えば、エタノール）と、重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））と、未変換糖と、任意の除去されていない塩とを含む水溶液が得られる。上記水溶液は第１の蒸発工程（ｃ）に送られる。
【００６２】
上記工程（ｂ）の終了時に、前述の工程（ｂ１）及び工程（ｂ２）で使用されたイオン交換樹脂を含むカラムは、当該技術分野で知られている方法に従って操作して、酸又は塩基の溶液を用いた再生に供される。
【００６３】
本発明の好ましい実施の形態において、上記第１の蒸発工程（ｃ）は、３０℃〜１００℃の範囲、好ましくは４０℃〜７０℃の範囲の温度で行うことができる。
【００６４】
本発明の好ましい実施の形態において、上記第１の蒸発工程（ｃ）は、５ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲、好ましくは１０ｍｂａｒ〜８０ｍｂａｒの範囲の圧力で行うことができる。
【００６５】
当該技術分野で知られている任意のタイプの蒸発器を、上記工程（ｃ）の目的に有利に使用することができる。有利に使用することができる蒸発器の具体例は、ロータリーエバポレーター、単純に沸騰によって引き起こされる動きで蒸発がもたらされる「自然循環」蒸発器、ケトル蒸発器、循環ポンプを使用して速度及び乱流を増加させる強制循環によって蒸発がもたらされる蒸発器（強制循環型蒸発器）、ＭＥ−ＥＶ蒸発器（多効用蒸発器）、単段又は多段蒸発器、単効用蒸発器、ＳＴＶ蒸発器（垂直短管型蒸発器）、ＬＴＶ蒸発器（垂直長管型蒸発器）、バスケット型蒸発器、水平管蒸発器、流下膜式蒸発器、ワイプドフィルム蒸発器、フラッシュ蒸発器、多段フラッシュ蒸発器等である。好ましくは、ＭＥ−ＥＶ蒸発器（多効用蒸発器）が、上記工程（ｃ）で使用され得る。
【００６６】
上記第１の蒸発工程（ｃ）の終わりに、バイオ−１，３−ブタンジオール、水と、重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））と、未変換の糖と、任意の除去されていない塩とを含み、第２の蒸発工程（ｄ）に送られる濃縮溶液、並びに主に水と、微量のエタノール及びバイオ−１，３−ブタンジオールとを含み、（ａ１ａ）精密濾過工程、（ａ１ｂ）遠心分離工程、（ａ２）ナノ濾過工程、（ｂ）イオン交換樹脂による処理工程のうち１つにリサイクルされ得る水相が得られる。或いは、上記水相を水処理施設に直接送ることができる。
【００６７】
本発明の好ましい実施の形態において、上記第２の蒸発工程（ｄ）は、３０℃〜１５０℃の範囲、好ましくは４０℃〜１３０℃の範囲の温度で行うことができる。
【００６８】
本発明の好ましい実施の形態において、上記第２の蒸発工程（ｄ）は、１ｍｂａｒ〜１００ｂａｒの範囲、好ましくは８ｍｂａｒ〜８０ｍｂａｒの範囲の圧力で行うことができる。
【００６９】
当該技術分野で知られている任意のタイプの蒸発器を、前述の工程（ｄ）の目的で有利に使用することができる。有利に使用することができる蒸発器の具体例は、上記で報告したものである。好ましくは、ワイプドフィルム蒸発器が上記工程（ｄ）で使用され得る。
【００７０】
上記第２の蒸発工程（ｄ）の終了時に、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、微量の重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含み、第３の蒸発工程（ｅ）に送られる濃縮溶液、並びに主に水と、バイオ−１，３−ブタンジオールの沸点よりも低い沸点を有する有機化合物と、微量のバイオ−１，３−ブタンジオールとを含み、水処理施設に直接送ることができる水相が得られる。
【００７１】
本発明の好ましい実施の形態において、上記第３の蒸発工程（ｅ）は、３０℃〜１５０℃の範囲、好ましくは４０℃〜１３０℃の範囲の温度で行うことができる。
【００７２】
本発明の好ましい実施の形態において、上記第３の蒸発工程（ｅ）は、５ｍｂａｒ〜１００ｂａｒの範囲、好ましくは８ｍｂａｒ〜８０ｍｂａｒの範囲の圧力で行うことができる。
【００７３】
当該技術分野で知られている任意のタイプの蒸発器を、前述の工程（ｅ）の目的で有利に使用することができる。有利に使用することができる蒸発器の具体例は、上記で報告したものである。好ましくは、ワイプドフィルム蒸発器が上記工程（ｅ）で使用され得る。
【００７４】
上記第３の蒸発工程（ｅ）の終了時に以下の２つの相が得られる：
精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを含む水相；
バイオ−１，３−ブタンジオールの沸点よりも高い沸点を有する任意の有機化合物と、微量の未精製のバイオ−１，３−ブタンジオール、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含む有機相。
【００７５】
使用される蒸発器のタイプの更なる詳細は、例えば、"Process Heat Transfer", Donald Q. Kern, McGraw-Hill (1950), Chapter 14, Evaporator, pp. 375-510、Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGraw-Hill (7th ed.-1997), Section 11, pp. 108-118に見ることができる。
【００７６】
上記蒸発工程（ｃ）、工程（ｄ）及び工程（ｅ）では、蒸発速度は、蒸発の開始時に最大になり、蒸発の終了時にゼロになるまで減少し続けることに留意されたい。
【００７７】
上記のように、上記工程（ｅ）の終了時に回収されたバイオ−１，３−ブタンジオールは、バイオ−１，３−ブタジエンを製造する方法において有利に使用され得る。
【００７８】
したがって、本発明の更なる主題は、バイオ−１，３−ブタジエンを製造する方法であって、
上述の方法に従って得られたバイオ−１，３−ブタンジオールを含む混合物（ｉ）を、少なくとも１つの脱水触媒の入った第１の反応器に供給し、アルケノールと、水と、任意に未反応の不純物及び／又は未反応のバイオ−１，３−ブタンジオールとを含み、上記第１の反応器から出るストリーム（ｉｉ）を得ることと、
任意に、上記ストリーム（ｉｉ）を第１の精製セクションに供給し、
アルケノールと、水と、任意に不純物とを含むストリーム（ｉｉｉ）、
水と、任意に不純物及び／又は未反応のバイオ−１，３−ブタンジオールとを含むストリーム（ｉｖ）、及び任意に、
不純物を含むストリーム（ｖ）、
を得ることと、
上記ストリーム（ｉｉｉ）及び／又は上記ストリーム（ｉｖ）を少なくとも１つの脱水触媒の入った第２の反応器に供給し、バイオ−１，３−ブタジエンと、水と、任意に不純物及び／又は未反応のアルケノールとを含み、上記第２の反応器から出るストリーム（ｖｉ）を得ることと、
上記ストリーム（ｖｉ）を第２の精製セクションに供給し、
純粋なバイオ−１，３−ブタジエンを含むストリーム（ｖｉｉ）、
水と、任意に未反応のアルケノールとを含むストリーム（ｖｉｉｉ）、及び任意に、
不純物を含むストリーム（ｉｘ）、
を得ることと、
を含む、方法である。
【００７９】
本発明の目的では、バイオ−１，３−ブタジエンを製造する上記方法は、有利には、本出願人名義の米国特許出願公開第２０１７／３１３６３３号に記載されるように実施することができ、この出願は引用することにより本明細書の一部をなす。
【００８０】
しかしながら、上記バイオ−１，３−ブタンジオールは、例えば、本出願人の名義の国際公開第２０１５／１７３７８０号、米国特許出願公開第２０１８／０００２２５０号、米国特許出願公開第２０１８／０００２２４９号に記載されているように操作する、当該技術分野で知られている方法のいずれかに従ったバイオ−１，３−ブタジエンの製造に有利に使用することができることに留意されたい。これらの出願は、引用することにより本明細書の一部をなす。
【００８１】
上記のように、本発明の更なる主題は、エラストマー及び（コ）ポリマーの製造におけるモノマー又は中間体としての、上記バイオ−１，３−ブタジエンの使用でもある。
【００８２】
ここで、添付の図１及び図２を参照して、実施態様によって本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明による方法は、例えば図１に示すように実施することができる。これに関連して、バイオ−１，３−ブタンジオールと水とを含む発酵ブロス（１）、好ましくはバイオマスから得られた糖の発酵に由来する発酵ブロスを精密濾過工程に送り、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、残留不純物（例えば、糖、その他の有機不純物、塩）とを含み、ナノ濾過工程に送られる透過液（２）、並びに細胞バイオマスと、任意の細胞片とを含み、乾燥して、埋め立て地に処分するか又は焼却することができ、或いは水処理施設に直接送ることができる保持液（図１には示していない）を得る。上記ナノ濾過工程の終了時に、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、残留不純物（例えば、塩）とを含み、イオン交換樹脂による処理工程に送られる透過液（３）、並びに高い立体障害を有する化合物（例えば、タンパク質、二価塩）を含み、水処理施設に直接送ることができる保持液（図１には示していない）を得る。そのため、上記透過液（３）を、イオン交換樹脂による処理工程、すなわち、弱アニオン樹脂を含むカラムでの処理、続いて強カチオン性樹脂を含むカラムでの処理、又はその逆の工程（図１には示していない）に供し、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、軽質有機化合物（例えば、エタノール）と、重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））と、未変換糖と、任意の除去されていない塩とを含む水溶液（４）を得る。上記水溶液（４）を第１の蒸発工程に送り、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））と、未変換の糖と、任意の除去されていない塩とを含み、第２の蒸発工程に送られる濃縮溶液（５）、並びに主に水と、微量のエタノール及びバイオ−１，３−ブタンジオールとを含み、（ａ１ａ）精密濾過工程（４ｃ）、（ａ２）ナノ濾過工程（４ｂ）、（ｂ）イオン交換樹脂による処理工程（４ａ）（図１中、破線で示される）のうち１つにリサイクルされ得る水相（図１には示していない）を得る。上記第２の蒸発工程から、バイオ−１，３−ブタンジオールと、水と、微量の重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含み、第３の蒸発工程に送られる濃縮溶液（６）、並びに主に水と、バイオ−１，３−ブタンジオールの沸点よりも低い沸点を有する有機化合物と、微量のバイオ−１，３−ブタンジオールとを含み、水処理施設に直接送ることができる水相（図１には示していない）を得る。上記第３の蒸発工程から、２つの相、すなわち、精製されたバイオ−１，３−ブタンジオールを含む水相（７）、並びに、バイオ−１，３−ブタンジオールの沸点よりも高い沸点を有する任意の有機化合物と、微量の未精製のバイオ−１，３−ブタンジオール、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含む有機相（図１には示していない）を得る。
【図２】本発明によるバイオ−１，３−ブタジエンを製造する方法の実施態様を示す図である。図２では、本発明の対象である方法に従って得られたバイオ−１，３−ブタンジオールを含む混合物（ｉ）を少なくとも１つの脱水触媒の入った第１の反応器に供給し、アルケノールと、水と、任意に不純物及び／又は未反応のバイオ−１，３−ブタンジオールを含み、上記第１の反応器から出るストリーム（ｉｉ）を得る。上記ストリーム（ｉｉ）を第１の精製セクションに供給し、アルケノールと、水と、任意に不純物とを含むストリーム（ｉｉｉ）、水と、任意に不純物及び／又は未反応のバイオ−１，３−ブタンジオールとを含むストリーム（ｉｖ）（図２には示していない）、及び不純物を含むストリーム（ｖ）（図２には示していない）を得る。上記ストリーム（ｉｉｉ）を少なくとも１つの脱水触媒の入った第２の反応器に供給し、バイオ−１，３−ブタジエンと、水と、任意に不純物及び／又は未反応のアルケノールとを含み、上記第２の反応器から出るストリーム（ｖｉ）を得て、これを第２の精製セクションに供給し、純粋なバイオ−１，３−ブタジエンを含むストリーム（ｖｉｉ）、水と任意に未反応のアルケノールとを含むストリーム（ｖｉｉｉ）（図２には示していない）、及び任意に、不純物を含むストリーム（ｉｘ）（図２には示していない）を得る。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
本発明をよりよく理解し、それを実施するために、その例示的で非限定的な例を以下に報告する。
【実施例】
【００８５】
実施例１
バイオ−１，３−ブタンジオールの精製
この目的では、表１に報告されている平均組成を有するバイオ−１，３−ブタンジオール（以下、簡略化のためバイオ−１，３−ＢＤＯと称する）を含むモデル発酵ブロスを使用した。
【００８６】
【表１】
2022502364.tif 000003
【００８７】
希釈溶液（すなわち、１５０ｇ／ｌ未満の１，３−ＢＤＯ濃度を有する水溶液）中の糖及び有機酸、並びにバイオ−１，３−ブタンジオールの含有量を、バイナリポンプ、脱ガス装置、オートサンプラー、及びサーモスタット付きカラム用のコンパートメントを備えたＷａｔｅｒｓ  ２６９０  Ａｌｌｉａｎｃｅ「モジュールシステム」クロマトグラフを使用して高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によって決定した。使用したカラムは、Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ  Ｒｅｚｅｘ  ＲＯＡ−有機酸Ｈ＋であり、３００ｍｍ×７．８ｍｍの寸法を有し、４５℃にて、流量０．６ｍｌ／分で０．００５Ｎ硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の水溶液によりアイソクラティック（isocratic）である。Ｗａｔｅｒｓ  ２４８７  ＵＶ／Ｖｉｓデュアル吸光度検出器（ＤＡＤ）及びＷａｔｅｒｓ  ２４１０屈折率検出器（ＲＩＤ）の２つの検出器を使用した。
【００８８】
表１に報告されている発酵ブロスを３つの別々のバッチ、すなわち「バッチ０３」、「バッチ０４」及び「バッチ０５」に分け、以下のように操作して精製した。
【００８９】
精密濾過による細胞バイオマスの除去
細胞バイオマスを除去するため、０．０５μｍの平均孔径を有し、クロスフロー構成のＭｅｍｂｒａｌｏｘ（商標）セラミック膜を備える精密濾過モジュールに発酵ブロス、すなわち「バッチ０４」及び「バッチ０５」を送った。上記精密濾過モジュールは、直径６ｍｍ及び総濾過面積０．３６ｍ２を有する１９のチャネルに細分されていた。試験中、膜内の流速を４ｍ／秒〜５ｍ／秒に維持して、膜のファウリングを制限し、供給された発酵ブロスの量と得られる透過液の量との間の比として定義される濃度係数（体積濃度比（ＶＣＲ））が５を超え、好ましくは６〜１０の範囲に到達するように試みた。精密濾過を実施した操作条件に関する更なるデータを表２に報告する。精密濾過の終了時に、バイオ−１，３−ＢＤＯと、水と、残留不純物（例えば、糖、その他の有機不純物、塩）とを含み、以下に記載するように作動するナノ濾過モジュールに送られる透過液、並びに細胞バイオマスと任意の細胞片とを含み、乾燥して埋め立て地に処分される保持液を得た。回収されたバイオ−１，３−ＢＤＯの量も表２に報告する。
【００９０】
遠心分離による細胞バイオマスの除去
細胞バイオマスを除去するために、発酵ブロス、すなわち「バッチ０３」を、自動パネル排出機能を備えたディスク遠心分離機、モデルＣＡ  ２１−Ｐ（Andritz）を使用して、以下の条件下で操作して遠心分離に供した。
供給速度：１００リットル／時；
パネル排出間隔：５分；
排出方法：水噴射；
回転速度：８０００ｒｐｍ；
温度：室温（２５℃）。
【００９１】
遠心分離を実施した操作条件に関する更なるデータを表２に報告する。遠心分離の終了時に、バイオ−１，３−ＢＤＯと、水と、残留不純物（例えば、糖、他の有機不純物、塩）とを含み、以下に記載するように作動するナノ濾過モジュールに送られるより軽い第１の水相（上清）、及び細胞バイオマスと、任意の細胞「片」とを含み、乾燥して埋め立て地に処分されるより重い第２の水相（沈殿物）を得た。回収されたバイオ−１，３−ＢＤＯの量も表２に報告する。
【００９２】
【表２】
2022502364.tif 000004
【００９３】
ナノ濾過
水及び残留不純物（例えば、糖、他の有機不純物、塩）を除去するため、ナノ濾過工程を実施した。
【００９４】
「バッチ０４」及び「バッチ０５」に由来する精密濾過モジュールを出る透過液を、スパイラル型膜を備えるナノ濾過モジュールに供給し、一方、「バッチ０３」に由来する遠心分離機を出る第１の水相（上清）を、ＶＳＥＰ（振動剪断強化処理ユニット−New Logic Research Inc.）と称される振動ナノ濾過システムに供給した。両方のシステムは、１５０ダルトン〜３００ダルトンの範囲の分子量カットオフ（ＭＷＣＯ）を有するＧＥ  ＤＫ膜（Koch Membrane Systems）を備えていた。
【００９５】
ナノ濾過を実施した操作条件に関する更なるデータを表３に報告する。ナノ濾過の終了時に、バイオ−１，３−ＢＤＯと、水と、残留不純物（例えば、塩、酸）とを含み、イオン交換樹脂による処理に送られる透過液、及び立体障害の高い化合物（例えば、タンパク質、二価塩）を含み、乾燥させ、埋め立て地に処分される保持液を得た。回収されたバイオ−１，３−ＢＤＯの量も表３に報告する。
【００９６】
【表３】
2022502364.tif 000005
【００９７】
イオン交換樹脂による処理
残留不純物（例えば、塩、酸）を除去するため、イオン交換樹脂による処理工程を実施した。
【００９８】
この目的では、「バッチ０３」に由来するナノ濾過モジュールから出る透過液を、「バッチ０３−１」及び「バッチ０３−２」と称する２つのアリコートに分割してから、イオン交換樹脂による処理工程に送った。
【００９９】
「バッチ０３」（すなわち「バッチ０３−１」及び「バッチ０３−２」）、「バッチ０４」及び「バッチ−０５」に由来するナノ濾過モジュールを出る透過液を、イオン交換樹脂による処理のシステムに供給した。
【０１００】
このシステムは、直径＝１５１ｍｍ、高さ＝１２００ｍｍの寸法を有する、２つの透明なポリ塩化ビニルカラム（ＰＶＣ−Ｕ、GF Piping System）で構成されていた。イオン交換樹脂を充填した、上記２つのカラムを直列につないだ。第１のカラムには強カチオン樹脂（Ｄｏｗｅｘ（登録商標）Ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ（登録商標）８８、Dow Chemical）を充填し、一方、第２のカラムには弱アニオン樹脂（Ｄｏｗｅｘ（登録商標）Ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ（登録商標）７７、Dow Chemical）を充填した。
【０１０１】
操作の目的は、第２のカラムから出る生成物の導電率１５μＳ／ｃｍ未満を取得することであり、排出する生成物の導電率がそれより高い場合には、樹脂の再生後、上記生成物を再び上記システムに供給した。
【０１０２】
イオン交換樹脂による上記処理工程を室温（２５℃）で行い、この間、流量は、計量ポンプ（ソレノイドダイヤフラム計量ポンプＤｅｌｔａ（登録商標）４、ProMinent）を使用して３．３ＢＶ／時であった。
【０１０３】
イオン交換樹脂による処理工程を実施した操作条件に関する更なるデータを表４に報告する。イオン交換樹脂による上記処理の終了時に、バイオ−１，３−ＢＤＯと、水と、軽質有機化合物（例えば、エタノール）と、重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））と、未変換の糖と、任意の除去されていない塩とを含み、ロータリーエバポレーター（第１の蒸発工程）に供給される水溶液を得た。回収されたバイオ−１，３−ＢＤＯの量も表４に報告する。
【０１０４】
【表４】
2022502364.tif 000006
【０１０５】
第１の蒸発
水及び軽質有機化合物（例えばエタノール）を除去するため、イオン交換樹脂による処理工程から得られた水溶液を第１の蒸発工程に供した。
【０１０６】
イオン交換樹脂による処理工程から得られた溶液を、このようにして２０リットル容のローディングボールフラスコを備えたＢｕｃｈｉ  Ｒｏｔａｖａｐｏｒ（商標）ロータリーエバポレーターに供給し、これを恒温水槽に浸漬して加熱した。溶液をローディングボールフラスコに半連続的に供給し、気相をエバポレーターから取り除いて、バイオ−１，３−ＢＤＯと、水と、重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））と、未変換の糖と、任意の除去されていない塩とを含み、第２の蒸発工程に送られる濃縮溶液、並びに主に水と、微量のエタノール及びバイオ−１，３−ＢＤＯとを含み、（ａ１ａ）精密濾過工程、（ａ１ｂ）遠心分離工程、（ａ２）ナノ濾過工程、（ｂ）イオン交換樹脂による処理工程のうち１つにリサイクルされ得る水相を得た。
【０１０７】
上記第１の蒸発工程の条件は以下のとおりであった：
恒温槽の温度：６０℃；
圧力：７０ｍｂａｒ〜１０ｍｂａｒ。
【０１０８】
蒸気の凝縮が終わると、蒸発が完了したと見なした。
【０１０９】
バイオ−１，３−ＢＤＯを含む濃縮溶液を、以下に報告する例に記載されているように更に精製した。特に、
「バッチ０４」に由来する濃縮溶液を、２つのアリコート、すなわち「バッチ０４−１」及び「バッチ０４−２」に分けた。
「バッチ０３−２」及び「バッチ０４−２」に由来する濃縮溶液を、それぞれ実施例２（本発明）及び実施例５（本発明）に記載されるように更に精製した。
「バッチ０３−１」に由来する濃縮溶液を、実施例３（比較）に記載されるように更に精製した。
「バッチ０５」及び「バッチ０４−１」に由来する濃縮溶液を、それぞれ実施例４（比較）及び実施例６（比較）に記載されるように更に精製した。
【０１１０】
実施例２
バイオ−１，３−ＢＤＯの精製（第２及び第３の蒸発）（本発明）
表５に報告されている操作条件下で、以下に報告されているように、第２の蒸発工程及び第３の蒸発工程を実施した。
【０１１１】
この目的では、第１の蒸発工程に由来する濃縮溶液、すなわち「バッチ０３−２」（約２．６ｋｇ）を、２リットル容のローディングボールフラスコを備えたロータリーエバポレーター（Ｌａｂｏｒｏｔａ（商標）４００３コントロール、Heidolph）に供給した。
【０１１２】
サーモスタットを装備した油浴にローディングボールフラスコを浸漬することによって加熱を提供した。凝縮器はガラスコイルで形成され、その内部では水及びエチレングリコール（約１０％）が閉回路で循環していた。冷媒流体の冷却を、空気／液体クライオスタットによって提供した。
【０１１３】
試料からの蒸発がないことが確認されるまで、第１の蒸発工程の操作条件（すなわち、恒温槽内で６０℃、圧力７０ｍｂａｒ〜３０ｍｂａｒ）で試験を開始した。回収された水相は全て廃棄した。続いて、第２の蒸発工程及び第３の蒸発工程に採用された操作条件は、表５：第２の蒸発（工程ＩＩ）及び第３の蒸発（工程ＩＩＩ）に報告されているものである（蒸気の凝縮が終わると、蒸発が完了したと見なした）。以下に定義するように、回収された相（ＩＩ）及び相（ＩＩＩ）の量も表５に報告する。
【０１１４】
【表５】
2022502364.tif 000007
【０１１５】
工程ＩＩ（第２の蒸発工程）から、水と、バイオ−１，３−ＢＤＯの沸点よりも低い沸点を有する有機化合物と、微量の未精製のバイオ−１，３−ＢＤＯとを含み、埋立地に処分される水相、並びにバイオ−１，３−ＢＤＯと、水と、微量の重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン（４−ＯＨ−２Ｂ））、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含み、第３の蒸発工程（工程ＩＩＩ）への供給物を形成する濃縮溶液（相ＩＩ）を得た。
【０１１６】
工程ＩＩＩ（第３の蒸発工程）から、精製されたバイオ−１，３−ＢＤＯを含む水相（相ＩＩＩ）、並びにバイオ−１，３−ＢＤＯの沸点よりも高い沸点を有する任意の有機化合物と、微量の未精製のバイオ−１，３−ＢＤＯ、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含む有機相（相ＩＶ）を得た。
【０１１７】
表６は、回収された相及び供給物（「バッチ０３−２」）に対して、上記の実施例１で記載されるとおりに行ったガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析を報告する。
【０１１８】
【表６】
2022502364.tif 000008
【０１１９】
相ＩＶはキャラメル色の外観を有し、上記の実施例１で記載したように操作して、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によってのみ分析した。
【０１２０】
一方、相ＩＩ及び相ＩＩＩの分析には、長さ２５ｍ、直径０．３２ｍｍ、１μｍフィルムのＱｕａｄｒｅｘ  ００７  ＦＦＡＰカラムにスプリット／スプリットレス注入器を装備したＡｇｉｌｅｎｔ  ＨＰ６８９０ガスクロマトグラフ（ＧＣ）を使用し、キャリアとしては速度５０ｃｍ／秒でヘリウムを使用し、検出器は火炎検出器であった。既知の個々の構成成分の検量線と共に内部標準を使用して決定を行った。カールフィッシャー滴定（８３１  ＫＦクーロメーターメトローム）を相（ＩＩＩ）の水の分析に更に使用した（相ＩＩの場合、水の量を差によって計算した）。
【０１２１】
続いて、相ＩＩＩを、以下の実施例７に記載されるように操作して、ブテノールを製造するための脱水システムに供給した。
【０１２２】
実施例３
バイオ−１，３−ＢＤＯの精製（比較）
「バッチ０３−１」に由来する約２．７ｋｇの濃縮溶液を蒸留塔に供給し、バッチで処理した。蒸留は、５リットル容のボイラー及びＳｕｌｚｅｒ充填物を含む断熱カラム（直径＝２ｃｍ、高さ＝６０ｃｍ）を使用して実施した。蒸留中、残留水、及び水の沸点とバイオ−１，３−ＢＤＯの沸点との間の沸点を有する有機化合物が除去されたが、高沸点有機化合物、残留塩及び未変換糖は、ボイラーに残った。蒸留から得られた画分を表７に報告する。
【０１２３】
【表７】
2022502364.tif 000009
【０１２４】
バイオ−１，３−ＢＤＯに富む画分は、画分７及び画分８である。しかしながら、回収された全ての画分は、出発溶液に存在しない分子によって汚染されてしまい、上記分子は、様々分析方法（ＦＴ−ＩＲ、ＧＣ−ＭＳ、ＧＣ、ＮＭＲ）を使用して、バイオ−１，３−ＢＤＯと３−ブテン−２−オン（ＭＶＫ）との間の反応によって形成されるケタール、すなわち、２，４−ジメチル−２−ビニル−１，３−ジオキサン（ＤＭＶ１３Ｄｉｏｘ）として特定された。特に、上記の実施例１に記載のように実施されたガスクロマトグラフィー分析（ＧＣ）によって得られたクロマトグラムは、全ての画分における出発供給物には存在しない新たなピークの存在を観察することを可能にした。様々な画分のピークの強度は異なっていたため、異なる分析手法を異なる画分に使用した。
【０１２５】
溶液中のＮＭＲ分析、ＦＴ−ＩＲ及びＧＣ−ＭＳにより、上記分子は２，４−ジメチル−２−ビニル−１，３−ジオキサン（ＤＭＶ１３Ｄｉｏｘ）であると特定された。上記の分析を以下のとおりに実施した。
【０１２６】
画分１の試料の分光ＮＭＲ分析
ＮＭＲスペクトルを、重アセトン溶液中でＢｒｕｋｅｒ  Ａｖａｎｃｅ  ４００  ＮＭＲツールを使用して記録した。１Ｈ−ＮＭＲスペクトルの２．０５ｐｐｍ及び１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルの２９．５ｐｐｍに位置するアセトンのＣＨ３のシグナルを基準シグナルとした。
【０１２７】
様々な生成物を１Ｈ−ＮＭＲスペクトルで特定した（異なる強度において、これらのうち最も豊富にあるのは、５．８０ｐｐｍ、５．３２ｐｐｍ及び５．２９ｐｐｍの明らかに認識可能なビニル基ＣＨ２＝ＣＨ−の存在を特徴とするものであり、ＣＨ２−Ｏ−及びＣＨ−Ｏに起因する一連のシグナルに強度が対応し、不思議なことに、非常に高い結合定数を特徴とし、これは一般に環状脂肪族系でのみ見られる）。上記結果は、ケタール種を特定することを可能にし、特に、画分の主要な化合物がＤＭＶ１３Ｄｉｏｘであるとわかった。いずれのカップリングも、更に二次元ＣＯＳＹ  １Ｈ−１Ｈスペクトルのみを用いて評価した。
【０１２８】
画分７の試料の質量スペクトル
画分７を、ヘッドスペース法を使用して、単一四重極分光計（Ｔｒａｃｅ  ＤＳＱ、Thermo）でのガスクロマトグラフィー−質量分析（ＧＣ−ＭＳ）によって分析した。試料をヘッドスペースバイアルで測定し、８０℃で約１時間加熱した。続いて、液体（検査中の試料に由来する領域及び蒸気）上の気相上澄み１ｍｌを、有機成分から空気（過剰）を分離することを可能にする方法によってガスクロマトグラフに注入した。使用した分析条件は次のとおりであった：ガスクロマトグラフの温度スキームは４℃／分で５０℃→３００℃、スプリットモードでの注入、注入器の温度２８０℃、搬送ライン２５０℃。質量スペクトルを、電子イオン化（ＥＩ）モードで３５ダルトンから５００ダルトンまで記録した。
【０１２９】
保持時間３．９分の種の質量スペクトル（ＥＩ）
分子イオンは見ないが、分子イオンからメチル（ＣＨ３）が失われてイオン１２７（相対存在量２２．５％）が生成され、２７（アリル）が失われてイオン１１５（相対存在量８０．９％）が生成されると想定することができる。そのため、分子量は１４２であると想定され、これにより、上記で報告されたＮＭＲ分析に基づいて提唱された仮説が確認され得る。ＮＭＲ分析により仮定された構造から始めて、ＥＩ−ＭＳスペクトルで得られた他のフラグメントイオンを説明することも可能となる（実際、ＥＩ技術は一般に有機分子の高度なフラグメンテーションを含むため、構造の再構築又は確認が可能となる）。特に、
主イオン５５（相対存在量１００％）は、種ＣＨ２＝ＣＨＣＨＣＨ３＋＊に対応し得る。
イオン７１（相対存在量３５．３％）種ＣＨ２＝ＣＨＣＨＯＣＨ３＋＊。
【０１３０】
保持時間４．４４分の種の質量スペクトル（ＥＩ）
主イオン５５（相対存在量１００％）種ＣＨ２＝ＣＨＣＨＣＨ３＋＊、イオン７１（相対存在量１９．３％）種ＣＨ２＝ＣＨＣＨＯＣＨ３＋＊。
【０１３１】
分子イオンからのメチルの喪失によるイオン１２７（相対存在量３２．５％）；イオン１１５の場合、分子イオンからの２７（アリル）の損失（相対存在量１１．９％）。
【０１３２】
画分１の試料のＦＴ−ＩＲスペクトル
ＫＢｒウィンドウに配置された試料のＦＴ−ＩＲスペクトルを、６４スキャン及び２ｃｍ−１の分解能でＮｉｃｏｌｅｔ  Ｎｅｘｕｓ  ＦＴ−ＩＲ分光計を使用して取得した。
【０１３３】
生成物ＤＭＶ１３Ｄｉｏｘのビニル基に起因するバンドは、３０８８ｃｍ−１（ＣＨ２非対称伸縮）、９８５ｃｍ−１及び９１６ｃｍ−１（ＣＨ及びＣＨ２の揺れ）に見られたが、１２００ｃｍ−１〜１１００ｃｍ−１の範囲及び９６２ｃｍ−１のバンドは、それぞれＣ−Ｏ結合の非対称伸縮及び対称伸縮に起因する。同様に、生成物ＤＭＶ１３Ｄｉｏｘから、１０５０ｃｍ−１のＣ−Ｏ−Ｃ結合、及び１６４０ｃｍ−１のＣ＝Ｃ二重結合の振動を特定することができた。
【０１３４】
表８は、実施例１に記載するように実施された、供給物（「バッチ０３−１」）、「バッチ０３−１」の蒸留に由来する画分７及び画分８、並びに蒸留の終わりに得られたボイラー残留物のガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析を報告する。
【０１３５】
【表８】
2022502364.tif 000010
【０１３６】
ボイラー残留物はキャラメル色の外観を有し、上記の実施例１に記載されるように操作して、ＨＰＬＣによってのみ分析した。カールフィッシャー滴定（８３１  ＫＦクーロメーターメトローム）を、画分７及び画分８の水の分析に更に使用した。
【０１３７】
実施例４
バイオ−１，３−ＢＤＯの精製（比較）
「バッチ０５」に由来する約４．２ｋｇの溶液を蒸留塔に供給し、バッチで処理した。蒸留は、５リットル容のボイラー及びＳｕｌｚｅｒ充填物を含む断熱カラム（直径＝２ｃｍ、高さ＝６０ｃｍ）を使用して実施した。蒸留中、残留水、及び水の沸点とバイオ−１，３−ＢＤＯの沸点との間の沸点を有する有機化合物が除去されたが、高沸点有機化合物、残留塩及び未変換糖は、ボイラーに残った。表９は蒸留から得られた画分を報告する。
【０１３８】
【表９】
2022502364.tif 000011
【０１３９】
１，３−ＢＤＯに富む画分は、画分６及び画分７である。
【０１４０】
カラム内の圧力、したがってシステムの温度を下げることにより、３−ブテン−２−オン（ＭＶＫ）及び対応するケタールの形成が回避される。しかしながら、最後に蒸留された画分（画分７）では、蒸留の収率の低下につながるバイオ−１，３−ＢＤＯの分解生成物の存在が指摘されている。表１０は、バイオ−１，３−ＢＤＯに富む画分に対して、上記の実施例１に記載されるとおりに行ったガスクロマトグラフィー分析を報告する。
【０１４１】
【表１０】
2022502364.tif 000012
【０１４２】
ボイラー残留物はキャラメル色の外観を有し、上記の実施例１に記載されるように操作して、ＨＰＬＣによってのみ分析した。カールフィッシャー滴定（８３１  ＫＦクーロメーターメトローム）を、画分５、画分６及び画分７の水の分析に更に使用した。
【０１４３】
続いて、「バッチ５」の画分６を、以下の実施例７に記載されるように操作して、ブテノールを製造するための脱水システムに供給した。
【０１４４】
実施例５
バイオ−１，３−ＢＤＯの精製（第２の蒸発及び第３の蒸発）（本発明）
表１１に報告されている操作条件下で、以下に報告されているように、第２の蒸発工程及び第３の蒸発工程を実施した。
【０１４５】
この目的では、第１の蒸発工程に由来する濃縮溶液、すなわち「バッチ０４−２」（約６．８ｋｇ）を、２リットル容のローディングボールフラスコを備えたロータリーエバポレーター（Ｌａｂｏｒｏｔａ（商標）４００３コントロール、Heidolph）に供給した。
【０１４６】
サーモスタットを装備した油浴にローディングボールフラスコを浸漬することによって、加熱を提供した。凝縮器はガラスコイルで形成され、その内部では水及びエチレングリコール（約１０％）が閉回路で循環していた。冷媒流体の冷却を、空気／液体クライオスタットによって提供した。
【０１４７】
試料からの蒸発がないことが確認されるまで、第１の蒸発工程の操作条件（すなわち、恒温槽内で６０℃、圧力７０ｍｂａｒ〜３０ｍｂａｒ）で試験を開始した。回収された水相は全て廃棄した。続いて、第２の蒸発工程及び第３の蒸発工程に採用された操作条件は、表１１：第２の蒸発（工程ＩＩ）及び第３の蒸発（工程ＩＩＩ）に報告されているものである（蒸気の凝縮が終わると蒸発は完了したと見なした）。以下に定義するように、回収された相（ＩＩ）及び相（ＩＩＩ）の量も表１１に報告する。
【０１４８】
【表１１】
2022502364.tif 000013
【０１４９】
工程ＩＩ（第２の蒸発工程）から、水と、バイオ−１，３−ＢＤＯの沸点よりも低い沸点を有する有機化合物と、微量の未精製のバイオ−１，３−ＢＤＯとを含み、埋め立て地に処分される水相、並びにバイオ−１，３−ＢＤＯと、水と、微量の重質有機化合物（例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノン）、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含み、第３の蒸発工程（工程ＩＩＩ）への供給物を形成する濃縮溶液（相ＩＩ）を得た。
【０１５０】
工程ＩＩＩ（第３の蒸発工程）から、精製されたバイオ−１，３−ＢＤＯを含む水相（相ＩＩＩ）、並びにバイオ−１，３−ＢＤＯの沸点よりも高い沸点を有する任意の有機化合物と、微量の未精製のバイオ−１，３−ＢＤＯ、未変換糖及び任意の除去されていない塩とを含む有機相（相ＩＶ）を得た。
【０１５１】
表１２は、回収された相及び供給物（「バッチ０４−２」）に対して、上記の実施例１で記載されるとおりに行ったガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析を報告する。
【０１５２】
【表１２】
2022502364.tif 000014
【０１５３】
相ＩＶはキャラメル色の外観を有し、上記の実施例１に記載されるように操作して、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によってのみ分析した。
【０１５４】
カールフィッシャー滴定（８３１  ＫＦクーロメーターメトローム）を相（ＩＩＩ）の水の分析に更に使用した（相ＩＩの場合、水の量を差によって計算した）。
【０１５５】
続いて、相ＩＩＩを、以下に報告する実施例７に記載されるように操作して、ブテノールを製造するための脱水システムに供給した。
【０１５６】
実施例６
バイオ−１，３−ＢＤＯの精製（比較）
「バッチ０４−１」に由来する約４．０５ｋｇの溶液を蒸留塔に供給し、バッチで処理した。蒸留は、５リットル容のボイラー及びＳｕｌｚｅｒ充填物を含む断熱カラム（直径＝２ｃｍ、高さ＝６０ｃｍ）を使用して実施した。蒸留中、残留水、及び水の沸点とバイオ−１，３−ＢＤＯの沸点との間の沸点を有する有機化合物が除去されたが、高沸点有機化合物、残留塩及び未変換糖は、ボイラーに残った。表１３は蒸留から得られた画分を報告する。
【０１５７】
【表１３】
2022502364.tif 000015
【０１５８】
１，３−ＢＤＯに富む画分は、画分４及び画分５である。
【０１５９】
カラム内の圧力、したがってシステムの温度を下げることにより、３−ブテン−２−オン（ＭＶＫ）及び対応するケタールの形成が回避される。しかしながら、最後に蒸留された画分（画分５）では、蒸留の収率の低下につながるバイオ−１，３−ＢＤＯの分解生成物の存在が指摘されている。表１４は、バイオ−１，３−ＢＤＯに富む画分及び供給物（「バッチ０４−１」）に対して、上記で報告された実施例１に記載されるとおりに行ったガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析を報告する。
【０１６０】
【表１４】
2022502364.tif 000016
【０１６１】
ボイラー残留物はキャラメル色の外観を有し、上記の実施例１に記載されるように操作して、ＨＰＬＣによってのみ分析した。カールフィッシャー滴定（８３１  ＫＦクーロメーターメトローム）を、画分３、画分４及び画分５の水の分析に更に使用した。
【０１６２】
続いて、「バッチ０４−１」の画分４を、以下に報告する実施例７に記載されるように操作して、ブテノールを製造するための脱水システムに供給した。
【０１６３】
表１５は、実施例２（本発明）（「バッチ０３−２」の相ＩＩＩ）、実施例４（比較）（「バッチ０５」の画分６）、実施例５（本発明）（「バッチ０４−２」の相ＩＩＩ）及び実施例６（比較）（「バッチ０４−１」の画分４）の収率を報告する。１，３−ＢＤＯに富む画分は、２，４−ジメチル−２−ビニル−１，３−ジオキサン（ＤＭＶ１３Ｄｉｏｘ）によって汚染され、ブテノールの製造のための脱水システムに送られないため、実施例３（比較）の収率は報告されていない。
【０１６４】
【表１５】
2022502364.tif 000017
【０１６５】
総回収速度は、回収された相又は画分の合計（ｇ）を、試験の全時間（時間）で割ったものとして計算されるものであり、除去された最初の凝縮液滴から数えた。バイオ−１，３−ＢＤＯ回収速度は、回収された精製相画分の量（ｇ）を、この個々の相又は画分を精製するための時間（時）で割ったものとして計算され、上記相又は画分から除去された最初の凝縮液滴から数えた。
【０１６６】
表１５に報告されるデータから、実施例２及び実施例５（本発明）は、実施例４及び実施例６（比較）よりも高い収率（すなわち、バイオ−１，３−ＢＤＯに富む相又は画分の回収率）をもたらすことがわかり、使用された相又は画分からのバイオ−１，３−ＢＤＯ回収速度ははるかに高くなる。
【０１６７】
実施例７
バイオ−１，３−ＢＤＯからのバイオ−ブテノールの製造
実施例２（本発明）で得られた精製１，３−ＢＤＯ（「バッチ０３−２」の相ＩＩＩ）及び実施例４（比較）で得られた精製バイオ−１，３−ＢＤＯ（「バッチ０５」の画分６）を、以下のように操作して、接触脱水に供した。
【０１６８】
この目的では、以下のように操作して触媒Ａ及び触媒Ｂを最初に合成した。
【０１６９】
触媒Ａの合成
マグネチックバースターラーを備えたガラスビーカー内で、室温（２５℃）で激しく撹拌することにより、硝酸セリウム六水和物８７０ｇを水４２００ｇに溶かした溶液を調製した。得られた溶液を棒状の撹拌棒を備えたガラス反応器に移し、撹拌しながら１５分間保持した。得られた溶液に、２８％〜３０％の市販の水溶液を希釈してあらかじめ調製した１５％水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液７９０ｇを、蠕動ポンプにより撹拌しながら、３時間かけて加え、その間、Ｍｅｔｒｏｈｍ  ６９１  ｐＨメーターに接続したＭｅｔｒｏｈｍガラスｐＨ電極（６．０２４８．０３０）によってｐＨをモニターした。溶液の添加の終了時、懸濁液のｐＨは９．０であり、全体を撹拌しながら、同じ条件で６４時間放置し、その終了時にｐＨは４．３になった。続いて、得られた懸濁液に、上記のようにあらかじめ調製した１５％水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液を更に９０ｇ、蠕動ポンプにより撹拌しながら、２５分かけて加えて、ｐＨ９．０の懸濁液を得た。懸濁液を撹拌しながら２４時間放置し、その終了時にｐＨを再度測定すると最終的には８．８になり、沈殿物が得られた。得られた沈殿物を濾過し、約１０リットルの水で洗浄し、続いて１２０℃で２時間オーブン乾燥した。乾燥後、得られた固体を６００℃で６時間か焼した。
【０１７０】
触媒Ｂの合成
テフロン（登録商標）三日月形ブレードを有する撹拌棒を備えたビーカーに、約３０％の水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液２００ｇを加え、ｐＨを測定するため、電極（Ｍｅｔｒｏｈｍ  ７８０  ｐＨメーターに接続された、ＭｅｔｒｏｈｍガラスｐＨ電極（６．０２４８．０３０））を導入した。マグネチックバースターラーを備えた別のビーカーで、２００ｇの水に２００ｇの硝酸セリウム六水和物を溶かした溶液を調製し、次いで、室温（２５℃）で激しく撹拌することにより硝酸セリウムを可溶化した。得られた溶液をスポイトに導入し、常に激しく撹拌しながら、ビーカーに含まれる前述の水酸化アンモニウム溶液に６分かけて１滴ずつ供給した。得られた懸濁液のｐＨは１０．１であった。激しく撹拌しながら全体を３時間放置し、その間に２００ｍｌの水を加え、ｐＨを測定すると９．６であった。激しく撹拌しながら全体を更に１．５時間放置し、その終了時に更に２００ｍｌの水を加え、再度ｐＨを測定したところ９．５であった。上記懸濁液を激しく撹拌しながら６４時間放置し、その終了時に、再度ｐＨを測定したところ４．５であった。続いて、約３０％の水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液２３ｇを更に加えて、ｐＨ９．０を得て、全体を撹拌しながら６時間放置し、ｐＨ８．５を得た。続いて、約３０％の水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液１６ｇを加え、ｐＨ９．０を得た。激しく撹拌しながら全体を１７時間放置し、その終了時、ｐＨは７．９であり、沈殿物が得られた。得られた沈殿物を濾過し、２リットルの水で洗浄し、続いて１２０℃で２時間オーブン乾燥した。乾燥後、得られた固体を６００℃で５時間か焼した。
【０１７１】
脱水反応
バイオ−１，３−ＢＤＯの脱水反応を、長さ４００ｍｍ、内径９．６５ｍｍのＡＩＳＩ３１６Ｌ鋼製固定床連続管状反応器で行った。電気ヒーターを使用して反応器を反応温度に温度調節する。反応器内の温度を最適に調節するために、その軸に沿って、温度調節用の熱電対を収容する３ｍｍの外径を有するウェルが存在する。
【０１７２】
試験に使用する触媒を、篩にかけ、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲の画分を選択する。３ｇに等しい触媒荷重を、不活性材料（コランダム）の２つの層の間の反応器に挿入し、触媒床を反応器の基部に配置された焼結鋼隔壁によって所定の位置に保持した。
【０１７３】
不活性材料で満たされた領域の上の反応器の上部から供給を行い、この領域は蒸発器としても機能し、触媒と接触する前に、試薬が気体状態に移行し、反応温度に到達するのを可能にする。そのため、反応器は下向流に設定する。
【０１７４】
液体試薬を、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で使用されるタイプの計量ポンプを使用して供給した。気体を熱質量流量計（ＴＭＦ）によって供給した。反応器の下流で、得られた生成物を熱交換器で冷却し、凝縮した液体を、一連の時間制御バルブを使用してガラスバイアルに収集した。収集した液体試料を、長さ２５ｍ、直径０．３２、１μｍフィルムのＱｕａｄｒｅｘ  ００７  ＦＦＡＰカラムにスプリット／スプリットレス注入器を装備したＡｇｉｌｅｎｔ  ＨＰ６８９０ガスクロマトグラフ（ＧＣ）を使用するガスクロマトグラフィー分析で分析した。キャリアとしては速度５０ｃｍ／秒でヘリウムを使用し、検出器は火炎検出器であった。既知の個々の成分の検量線と共に内部標準を使用して決定を行った。
【０１７５】
一方、凝縮できないガスはオンラインガスクロマトグラフ（ＧＣ）で分析し、最終的に容積測定ドラム型ガスメーターに送って、容積を測定した。ガスのオンライン分析は、長さ５０ｍ、直径０．５３ｍｍ、１５ミクロンフィルムのＨＰ−Ａｌ／Ｓカラムを備えたＡｇｉｌｅｎｔ  ＨＰ７８９０ガスクロマトグラフ（ＧＣ）によって実施した。キャリアとしては速度３０ｃｍ／秒でヘリウムを使用し、検出器は火炎検出器であった。既知の個々の成分の検量線と共に外部標準を使用して決定を行った。
【０１７６】
表１６及び表１７に報告されている触媒性能は、以下に報告されている式に従って、バイオ−１，３−ＢＤＯの変換率（Ｃ１，３−ＢＤＯ）及びブテノールの選択性を計算することによって表される。
【数１】
2022502364.tif 000018
（式中、
（モル１，３−ＢＤＯ）ｉｎ＝投入時の１，３−ブタンジオールのモル数；
（モル１，３−ＢＤＯ）ｏｕｔ＝排出時の１，３−ブタンジオールのモル数；
モルブテノール＝アルケノール（３−ブテン−２−オール（メチルビニルカルビノール）及び２−ブテン−１−オール（クロチルアルコール）を指す）の総モル数）。
【０１７７】
全ての生成物の選択性の合計が１００％を超える場合、試験の結果を、１００に正規化されたブテノールの選択性として表す。すなわち、
【数２】
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【０１７８】
触媒試験を開始する前に、触媒を窒素流（Ｎ２）中において３００℃にてｉｎ  ｓｉｔｕで処理する。続いて、上記反応器に、大気圧（絶対圧１ｂａｒ）で、８３．３％１，３−ブタンジオール水溶液を３６ｇ／時で供給する。
【０１７９】
約３．１９ｋｇの実施例４（比較）に記載のとおりに得られた「バッチ０５」の画分６を６４０ｇの水で希釈した。得られた溶液を、触媒Ａを使用して３７０℃の温度で脱水反応器に供給したが、触媒は、活性の喪失又は収率の喪失の問題を示さなかった。
【０１８０】
続いて、触媒Ｂを使用した第２の試験では、２．１３５ｋｇの実施例２（本発明）に記載のとおりに得られた「バッチ０３−２」の相ＩＩＩに４２８ｇの水を加えて供給した。反応温度を３５５℃に設定した。この場合も、触媒は活性の喪失又は収率の喪失の問題を示さなかった。
【０１８１】
表１６は、上記のように計算された、変換率（Ｃ％）及び選択性（Ｓ％）に関して得られた触媒の結果を報告する。
【０１８２】
【表１６】
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【０１８３】
実施例８
実施例５（本発明）で得られた精製バイオ−１，３−ＢＤＯ（「バッチ０４−２」の相ＩＩＩ）及び実施例６（比較）で得られた精製バイオ−１，３−ＢＤＯ（「バッチ０４−１」の画分４）を、以下のとおりに操作して、接触脱水に供した。
【０１８４】
この目的のため、以下のように操作して触媒Ｃを最初に合成した。
【０１８５】
触媒Ｃの合成
押出成形酸化セリウムに基づく触媒の調製
押出成形触媒は、本出願人の名義で国際特許出願である国際公開第２０１５／１７３７８０号の実施例９に記載されているように操作することによって得られた。
【０１８６】
この目的では、マグネチックバースターラーを備えたガラスビーカー内で、室温（２５℃）で激しく撹拌することにより、水４２００ｇ中に硝酸セリウム六水和物８７０ｇ（９９％、Aldrich、製品コード２３８５３８；ＣＡＳ番号１０２９４−４１−４）が溶けた溶液を調製した。得られた溶液を棒状の撹拌棒を備えたガラス反応器に移し、撹拌しながら１５分間保持した。得られた溶液に、２８％〜３０％の市販の水溶液（Aldrich、２８％〜３０％ＮＨ３  Ｂａｓｉｓ  ＡＣＳ試薬、製品コード２２１２２８；ＣＡＳ番号１３３６−２１−６）を希釈してあらかじめ調製した１５％水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液７９０ｇを、蠕動ポンプにより撹拌しながら、３時間かけて加え、その間、Ｍｅｔｒｏｈｍ  ６９１  ｐＨメーターに接続したＭｅｔｒｏｈｍガラスｐＨ電極６．０２４８．０３０によってｐＨをモニターした。溶液の添加の終了時、懸濁液のｐＨは９．０であり、全体を撹拌下で６４時間放置すると、その終了時にｐＨは４．３になった。続いて、得られた懸濁液に、上記のようにあらかじめ調製した１５％水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液を更に９０ｇ、蠕動ポンプにより撹拌しながら、２５分かけて加えて、ｐＨ９．０の懸濁液を得た。懸濁液を撹拌しながら２４時間放置し、その終了時に、ｐＨを再度測定すると８．８になり、沈殿物が得られた。得られた沈殿物を濾過し、約１０リットルの水で洗浄し、続いて１２０℃で２時間オーブン乾燥した。
【０１８７】
十分な量の材料を得るのに適した幾つかのバッチについて上記調製を繰り返し、続いて得られた固形物を合わせ、乳鉢で粉砕した。このようにして得られた１９０５ｇの粉末を、その後、ＡＭＤモデルモーターを備えたＥｒｗｅｋａ遊星型ミキサーに入れた。
【０１８８】
粉末を１時間乾式混合し、続いて、２８％〜３０％の市販の水溶液（Aldrich、２８％〜３０％ＮＨ３  Ｂａｓｉｓ  ＡＣＳ試薬；製品コード２２１２２８；ＣＡＳ番号１３３６−２１−６）を希釈することによりあらかじめ調製した２５％水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）水溶液２５０ｇを、５０分かけて連続して滴下することにより加え、２５０ｍｌの脱塩水も同様に５０分かけて加えて、ペーストを得て、これを２ｍｍの穴を有するローラーが取り付けられたハット（Hutt）押出機を使用して押し出した。押出成形により得られたペレットを２日間風乾させた。
【０１８９】
続いて、重量１３４ｇのペレットの試料を１２０℃で２時間オーブン乾燥し、続いて、６００℃で６時間か焼して、酸化セリウムに基づく触媒を得た。次いで、触媒を粉砕し、それを篩にかけ、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲の画分を選択することによって、触媒試験用に触媒を調製する。
【０１９０】
上記のようにして得られた触媒Ｃを反応器に装填し、実施例７に記載される予備操作に供した。試験を、非生物学的起源の８３．３％１，３−ＢＤＯ溶液（Sigma-Aldrich、Ｂ８４７８４）を用いて、脱塩水中、温度３７０℃、流量３６ｇ／時で開始した。
【０１９１】
約１２５時間の操作後、実施例６（比較）に記載のとおりに得られた「バッチ０４−１」の画分４を適切に希釈して得た８３．３％バイオ−１，３−ＢＤＯ水溶液４．０７２ｋｇを脱水反応器に供給した。表１７は、上記のように計算された、変換率（Ｃ％）及び選択性（Ｓ％）に関して得られた触媒の結果を報告する。試験中、性能は一定のままであり、触媒は活性の喪失又は収率の喪失の問題を示さなかった。
【０１９２】
非生物学的起源の１，３−ＢＤＯ出発溶液を使用して試験を継続した。この工程では、反応温度を３７５℃に設定して、わずかな変換損失を回復した。続いて、同じ試験中に、実施例５（本発明）に記載のとおりに得られた「バッチ０４−２」の相ＩＩＩを、８３．３％の溶液が得られるように脱塩水で希釈して得た溶液４．２２６ｋｇを供給した。この場合も、表１７は、上記のように計算された、変換率（Ｃ％）及び選択性（Ｓ％）に関して得られた触媒の結果を報告する。前の場合のように、性能は一定のままであり、触媒は活性の喪失又は収率の喪失の問題を示さなかった。
【０１９３】
【表１７】
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【０１９４】
一方、表１８は、最後の精製工程の収率と脱水の収率との間に生じると理解されているブテノールの全体的な収率を報告する。
【０１９５】
【表１８】
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【０１９６】
表１８に報告されるデータから、発酵ブロスからバイオ−ブテノールを製造する本発明による方法は、平均全収率に関して従来技術の改善であることがわかるだろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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