(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリコール酸の製造方法であって、
第一工程としてホルムアルデヒドと青酸からグリコロニトリルを製造し、
第二工程として、ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いて、前記グリコロニトリルを加水分解することによりグリコール酸塩を製造し、次いで、
第三工程として、グリコール酸塩からグリコール酸を製造し、
第一工程から第二工程までを連続した工程として行うグリコール酸の製造方法。
【請求項２】
グリコール酸の製造方法であって、
第一工程としてホルムアルデヒドと青酸からグリコロニトリルを製造し、
第二工程として、ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いて、前記グリコロニトリルを加水分解することによりグリコール酸塩を製造し、次いで、
第三工程として、グリコール酸塩からグリコール酸を製造し、
第一工程で得られたグリコロニトリルをｐＨ３〜４で保管し、かつ、第二工程の加水分解反応をｐＨ５〜９で行うグリコール酸の製造方法。
【請求項３】
前記微生物酵素が、アシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）属によって産出された微生物酵素である請求項１または２に記載のグリコール酸の製造方法。
【請求項４】
アクリロニトリル、酢酸、二酸化硫黄の含有量がそれぞれ５０００ｐｐｍ以下である青酸を用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載のグリコール酸の製造方法。
【請求項５】
前記第三工程が、水素イオン型の陽イオン交換樹脂に接触させる方法、又は電気透析法によって行われる、請求項１〜４いずれか１項に記載のグリコール酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重合用の原料、化粧品、医薬品、清缶剤、洗浄剤、皮革なめし剤、金属イオンのキレート剤等として有用なグリコール酸、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、グリコール酸は、清缶剤、洗浄剤、皮革なめし剤、金属イオンのキレート剤等として主に使用されている。近年は、化粧品、医薬品の皮膚外用剤にも使用されるようになってきた。皮膚外用剤として使用されるものは不純物として有害なものが少ないことが望ましい。最近は、生分解性、ガスバリア性機能を有するポリグリコール酸の原料としても期待されている。【０００３】
従来、グリコール酸の製法としては、主に、（１）一酸化炭素とホルムアルデヒドと水とを強酸性触媒の存在下、高温高圧条件下において反応させる方法、（２）クロロ酢酸と水酸化ナトリウムとを反応させる方法、（３）エチレングリコールの酸化によって得られるグリオキザールを強アルカリとカニッツァロ反応させてグリコール酸塩を形成した後、酸を加えてグリコール酸を遊離させる方法、（４）エチレングリコールの酸化によって得られるグリオキザールと水とを無機触媒の存在下で液相反応させる方法、（５）エチレングリコールを貴金属触媒及び酸素の存在下で接触酸化する方法、（６）エチレングリコールをメタノールと酸素によって酸化エステル化してグリコール酸メチルにしたのち加水分解してグリコール酸を製造する方法、等が知られている。【０００４】
（１）の一酸化炭素とホルムアルデヒドと水とを強酸性触媒の存在下、高温高圧条件下において反応させる方法は、例えば、含水有機溶媒中フッ化水素触媒存在下でホルムアルデヒドと一酸化炭素とを反応させて製造する方法（例えば特許文献１参照）や水媒体中硫酸触媒存在下でホルムアルデヒドと一酸化炭素とを反応させて製造する方法（例えば特許文献２、３参照）等がある。
この方法は高温、高圧下の特殊な反応装置と反応条件のもとで製造されるという問題点がある。また、この方法はギ酸等の有機酸や変異原性を示すメトキシ酢酸の副生も避けられない。高温、高圧下という条件ゆえ、副反応によるメタノールをはじめとして多種多量の不純物や、触媒として使用した硫酸が含まれている。これら不純物の除去、精製に多大な労力とエネルギーを要し非効率的である。しかもこの方法では陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂の両方を必要とする。即ち、硫酸を除去するために陰イオン交換樹脂を、低沸点不純物を除去するために生蒸気ストリッピングを、さらに金属不純物を除去するために陽イオン交換樹脂を用いることを必須とし、工程が極めて繁雑である。【０００５】
（２）のモノクロル酢酸を水酸化ナトリウムとを反応させる方法（例えば特許文献４、５参照）は、化学量論量付近の水酸化ナトリウムを用いる必要がある。そのため有機物で汚染された塩化ナトリウムが廃棄物として化学両論的に発生するという問題がある。さらには、この化学量論的に副生する塩化ナトリウムのため濃縮後のスラリー濃度が高くなり操作性が悪くロスも大きいという問題がある。また生成物中には塩が除去しきれず残存するという問題がある。【０００６】
（３）〜（６）に共通の課題としては、エチレングリコールがエチレンオキサイドを原料として製造されるため、製造工程が長いうえ、爆発性のエチレンオキサイドを製造プロセス中に包含するという問題がある。【０００７】
（３）はエチレングリコール酸化によって得られるグリオキザールを強アルカリとカニッツァロ反応させてグリコール酸塩を形成した後、酸を加えてグリコール酸を遊離させる方法（例えば非特許文献１、２参照）であるが、カニッツァーロ反応が不均化反応であるので、副生成物が多量に生成され、生産性が低く不純物が多い。【０００８】
（４）はエチレングリコール酸化によって得られるグリオキザールと水とを無機触媒の存在下で液相反応させる方法（例えば特許文献６参照）であるが、この方法では触媒として用いた金属塩の成分が反応生成液中に混入してしまうので、これを除去する必要がある。反応生成液から金属塩成分を除去する精製工程は、工業的製法としては複雑でかつ困難であり、この方法の大きな欠点となっている。【０００９】
（５）はエチレングリコールを貴金属触媒及び酸素の存在下で接触酸化する方法（例えば特許文献７参照）であるが、白金等の資源的に高価で希少な貴金属を用いなければならないという問題点、反応時間が長く生産性が悪いという問題点、さらに酸化反応であるためにグリコール酸の選択率が低く、多くの種類の副生物を生じるという問題点がある。【００１０】
（６）はエチレングリコールをメタノールと酸素によって酸化エステル化してグリコール酸メチルにしたのち加水分解してグリコール酸を製造する方法（例えば特許文献８参照）であるが、金等の資源的に高価で希少な貴金属を用いなければならないという問題点、酸化エステル化反応でのグリコール酸メチルの選択率が低く、多くの種類の副生物を生じるという問題点がある。【００１１】
従来の製法には上述したような問題点がある。また特に、これらの製法によって得られたグリコール酸は、ポリグリコール酸の重合用モノマーとしては不十分である。
一方、グリコロニトリルの製造法としては、ホルムアルデヒドと青酸からグリコロニトリルを製造する方法（例えば特許文献９〜１３参照）、アセトニトリルの酸化による方法（例えば特許文献１４、１５参照）等が知られている。これらの公知文献によれば、ホルムアルデヒドと青酸から得られたグリコロニトリルの用途としては、グリシンやヒダントインの原料が考えられている。【００１２】
一方、グリコロニトリルを水溶媒の存在下に微生物による加水分解を行いグリコール酸アンモニウムを製造する方法も知られている（例えば特許文献１６〜１８等参照）。しかし、グリコロニトリルをいかに製造するかについては記載がない。
すなわち、グリコール酸の製造方法として、青酸を出発原料に用いる方法は知られていない。【００１３】
【特許文献１】特開昭５９―１３９３４１号公報
【特許文献２】米国特許第２，１５３，０６４号明細書
【特許文献３】特表平６−５０１２６８号公報
【特許文献４】特開昭６２−７７３４９号公報
【特許文献５】特開平９−６７３００号公報
【非特許文献１】Ｃｈｅｍ．Ｂｅｒ．５４，１３９５（１９２１）
【非特許文献２】Ａｃｔａ  Ｃｈｅｍ．Ｓｃａｎｄ．１０，３１１（１９５６）．）
【特許文献６】特公平６−３５４２０号公報
【特許文献７】特公昭６０−１００１６号公報
【特許文献８】特開２００４−４３３８６号公報
【特許文献９】特開昭６２−２６７２５７号公報
【特許文献１０】特開昭５３−６８７２５号公報
【特許文献１１】特開平６−１３５９２３号公報
【特許文献１２】特公昭５３−１８０１５号公報
【特許文献１３】特開昭５１−１０００２７号公報
【特許文献１４】米国特許第４，６３４，７８９号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，５１５，７３２号明細書
【特許文献１６】特表２００５−５０４５０６号公報
【特許文献１７】特開平９−２８３９０号公報
【特許文献１８】特開昭６１−５６０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、エネルギー消費量が少なく、製造工程も精製工程も簡易であるようなプロセスを提供すること、及び、グリコール酸の収率、グリコール酸生成の活性、グリコール酸の蓄積濃度が高く、しかも重合用の原料、化粧品、医薬品、清缶剤、洗浄剤、皮革なめし剤、金属イオンのキレート剤に適した優れた品質のグリコール酸の製造方法を提供することにある。またこのような製造方法で得られたグリコール酸を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、第一工程としてホルムアルデヒドと青酸からグリコロニトリルを得、第二工程として該グリコロニトリルを加水分解して、直接グリコール酸を製造するか、又は、グリコール酸塩を経てグリコール酸を製造することにより、エネルギー消費量が少なく、製造工程や精製工程が簡易なグリコール酸製造プロセスを提供できることを見出した。
そして、このような第一工程、第二工程を含む製造方法において、第一工程から第二工程までを連続した工程として行うか、又は、第一工程で得られたグリコロニトリルを、ｐＨ４以下で保管し、かつ、第二工程の加水分解反応をｐＨ５〜９で行うことにより、グリコール酸の収率、グリコール酸生成の活性、グリコール酸の蓄積濃度が向上し、得られるグリコール酸の純度や重合用原料としての品質が向上することを見出し、本発明をなすに至った。【００１６】
すなわち、本発明の第一の態様は、
グリコール酸の製造方法であって、
第一工程としてホルムアルデヒドと青酸からグリコロニトリルを製造し、
第二工程として、ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いて、前記グリコロニトリルを加水分解することによりグリコール酸塩を製造し、次いで、
第三工程として、グリコール酸塩からグリコール酸を製造し、第一工程から第二工程までを連続した工程として行うグリコール酸の製造方法である。
【００１８】
また、本発明の第二の態様は、
グリコール酸の製造方法であって、
第一工程としてホルムアルデヒドと青酸からグリコロニトリルを製造し、
第二工程として、ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いて、前記グリコロニトリルを加水分解することによりグリコール酸塩を製造し、次いで、
第三工程として、グリコール酸塩からグリコール酸を製造し、第一工程で得られたグリコロニトリルをｐＨ３〜４で保管し、かつ、第二工程の加水分解反応をｐＨ５〜９で行うグリコール酸の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の方法によれば、エネルギー消費量が少なく、簡易な製造工程、精製工程によって、グリコール酸を製造方法することができる。
また、本発明の方法は、グリコール酸生成の活性、グリコール酸の収率、グリコール酸の蓄積濃度が高く、しかも、純度が高く優れた品質のグリコール酸を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の方法を用いてグリコール酸を製造するための製造装置の一例の概略図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本願発明について具体的に説明する。
第一工程を説明する。
第一工程においては、例えば、攪拌槽流通方式の青酸吸収槽にて、ホルムアルデヒド水溶液に青酸を吸収させてもよいし、青酸吸収槽で純水に青酸を吸収させ青酸水溶液としたのち、ホルムアルデヒド水溶液と混合させてもよい。【００２３】
青酸とホルムアルデヒドの供給モル比は、青酸（シアン化水素酸）に対してホルムアルデヒドが０．５〜２の範囲が好ましい。より好ましくは、０．８〜１．２であり、さらに好ましくは０．９５〜１．０５、特に好ましくは０．９８〜１．０である。【００２４】
第一工程の反応に触媒を用いてもよい。触媒として、アルカリ金属の水溶性塩を例示できる。この水溶性塩としては、アルカリ金属の水酸化物、ハロゲン化物、亜硫酸塩、酸性亜硫酸塩、硫酸塩、蟻酸塩等が挙げられるが、好ましくはアルカリ金属の水酸化物、亜硫酸塩及び蟻酸塩であり、より好ましくは、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである。これらの触媒は予め水溶液としておき、青酸吸収槽内で青酸吸収水やホルムアルデヒド水溶液に加えてもよい。
触媒添加量は、金属として青酸供給量に対する重量比として５０〜５０００ｐｐｍの範囲が好ましく、より好ましくは１００〜６００ｐｐｍの範囲であり、さらに好ましくは、２００〜３００ｐｐｍの範囲である。【００２５】
第一工程であるグリコロニトリル合成反応での反応器型式は、攪拌槽流通方式、流通方式管型反応方式、及びこれらを組み合わせた方法を例示することができる。好ましくは、第一段の反応器として攪拌槽流通方式、第二段の反応器として流通方式管型反応器を設けた型式である。【００２６】
反応時間は、添加する触媒量と反応温度との兼ね合いであるが、撹拌槽流通方式では、好ましくは１０〜３００分、より好ましくは１０〜５０分、さらに好ましくは１５〜４０分の範囲である。流通方式管型反応器では、好ましくは１０〜３００分、より好ましくは、１０〜５０分、さらに好ましくは１５〜４０分の範囲である。【００２７】
反応温度は、上記の触媒添加量及び反応時間との兼ね合いであるが、３０〜８０℃の範囲が好ましく、より好ましくは、４０〜７０℃の範囲であり、さらに好ましくは４５〜６０℃の範囲である。
操作圧力は、好ましくは０〜１．０ＭＰａ／Ｇ、より好ましくは０．１〜０．８ＭＰａ／Ｇの範囲である（／Ｇはゲージ圧を意味する）。【００２８】
次に、第二工程について説明する。
第二工程である加水分解の方法としては、ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いる方法、酸性水溶液を用いる方法、アルカリ金属水溶液を用いる方法などを例示できる。好ましくはニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いる方法である。【００２９】
ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いる方法としては、微生物又は微生物処理物（微生物の破砕物、微生物破砕物より分離した酵素、固定化した微生物又は微生物から分離抽出された酵素を固定化した処理物）の懸濁水溶液に、第一工程で得られたグリコロニトリル水溶液を添加する方法、微生物又は微生物処理物の懸濁水溶液を該グリコロニトリル水溶液に添加する方法、又は、微生物又は微生物処理物を公知の方法で固定化してこれにグリコロニトリル水溶液を流通する方法等が挙げられ、これにより、速やかにグリコロニトリルの加水分解反応を行いグリコール酸を得ることができる。【００３０】
前記微生物又は微生物処理物を、例えば、乾燥微生物換算で０．０１〜５重量％、グリコロニトリルを１〜４０重量％程度になるように反応装置に仕込み、温度として例えば０〜６０℃、好ましくは１０〜５０℃にて、反応時間を、例えば、１〜１００時間、好ましくは１〜２４時間、さらに好ましくは４〜１５時間反応させればよい。
グリコロニトリルを低濃度で仕込み、経時的に追加添加したり、反応温度を経時的に変化させてもよい。ｐＨコントロールのために反応前に緩衝液を添加したり、反応中に酸又はアルカリを添加することもできる。【００３１】
ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を産生する微生物としては、例えば、アシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）属、ロドコッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）属、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属、アルカリゲネ（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属、マイコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属、ロドシュードモナス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、キャンディダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属に属する微生物が適しているが、これらに限定されるものではない。
好ましくは、アシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）属であり、アシネトバクター属によって産生された微生物酵素は著しく高い加水分解活性を有している。
具体的には、旭化成ケミカルズ株式会社（日本国東京都千代田区有楽町１丁目１番２号）により寄託された以下の菌株が挙げられる。【００３２】
（１）日本国、独立行政法人産業技術総合研究所  特許生物寄託センター（日本国茨城県つくば市東１丁目１番地１  中央第６（郵便番号３０５−８５６６））に２００４年１月７日（原寄託日）に寄託した受託番号ＦＥＲＭ  ＢＰ−０８５９０のアシネトバクター  ｓｐ．ＡＫ２２６株、
（２）日本国、独立行政法人産業技術総合研究所  特許生物寄託センター（日本国茨城県つくば市東１丁目１番地１  中央第６（郵便番号３０５−８５６６））に２００４年１月７日（原寄託日）に寄託した受託番号ＦＥＲＭ  ＢＰ−０８５９１のアシネトバクター  ｓｐ．ＡＫ２２７株、【００３３】
アシネトバクター属の微生物から産生された微生物酵素は、グリコール酸生成の平均活性（＝（グリコール酸及びグリコール酸塩の生成重量）／（菌体の乾燥重量×反応時間））やグリコール酸の蓄積濃度（＝反応器中のグリコール酸濃度）が高く、これを用いて得られるグリコール酸の純度が高いため、優れた微生物酵素である。【００３４】
得られたグリコール酸塩と微生物の混合物から微生物や微生物由来のタンパク質等の高分子不純物を除去しグリコール酸塩水溶液を製造する方法としては、例えば、遠心濾過、精密濾過膜（ＭＦ）分離や限外濾過膜（ＵＦ）分離を単独、又は組み合わせて実施することができる。また、分離した微生物を再利用することもできる。【００３５】
酸性水溶液を用いる方法としては、硫酸水溶液、塩酸水溶液、硝酸水溶液、リン酸水溶液、有機酸水溶液などを用いることができる。好ましくは、硫酸水溶液である。
酸とグリコロニトリルのモル比は、グリコロニトリルに対して、酸は、好ましくは、０．５〜４、より好ましくは１〜２の範囲であり、さらに好ましくは、１．０５〜１．５の範囲である。【００３６】
反応時間は、反応温度との兼ね合いであるが、好ましくは、０．１〜２００時間、より好ましくは、１〜５０時間、さらに好ましくは、３〜３０時間の範囲である。反応温度は、好ましくは３５〜１００℃、より好ましくは、４０〜９０℃の範囲、さらに好ましくは、５０〜８０℃の範囲である。操作圧力は、好ましくは０〜１．０ＭＰａ／Ｇ、より好ましくは０．１〜０．８ＭＰａ／Ｇの範囲である。【００３７】
アルカリ金属水溶液を用いる方法としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液などを用いることができる。好ましくは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム水溶液である。
アルカリとグリコロニトリルのモル比は、グリコロニトリルに対して、アルカリ金属は、好ましくは、０．５〜４、より好ましくは１〜１．３の範囲であり、さらに好ましくは、１．０５〜１．５の範囲である。【００３８】
反応時間は、反応温度との兼ね合いであるが、好ましくは、０．１〜５０時間、より好ましくは、０．３〜１０時間、さらに好ましくは、０．５〜５時間の範囲である。反応温度は、好ましくは３５〜１００℃、より好ましくは、４０〜９０℃の範囲、さらに好ましくは、５０〜８０℃の範囲である。操作圧力は、好ましくは０〜１．０ＭＰａ／Ｇ、より好ましくは０．１〜０．８ＭＰａ／Ｇの範囲である。【００３９】
加水分解反応での反応器型式は、攪拌槽流通方式、流通方式管型反応方式、及びこれらを組み合わせた方法を例示することができる。好ましくは、第一段の反応器として攪拌槽流通方式、第二段の反応器として流通方式管型反応器を設けた型式である。【００４０】
次に、「第一工程から第二工程までを連続した工程として行う」ことについて説明する。
本発明のひとつの態様においては、第一工程から第二工程までを連続した工程として行う。ここで、第一工程から第二工程までを連続した工程として行うとは、グリコロニトリル合成反応の終了後、合成したグリコロニトリルを第二工程の加水分解に供するまでの期間が１０日以内であることをいう。【００４１】
連続した工程で行うための具体的な方法としては、第一工程から第二工程を連続プロセスとする方法、第一工程で得られたグリコロニトリルを一時的にタンク等に保管したのち第二工程に供する方法、及びこれらを併用する方法等が例示できる。
好ましくは第一工程から第二工程を連続プロセスとする方法である。【００４２】
グリコロニトリル合成反応の終了後、合成したグリコロニトリルを第二工程の加水分解に供するまでの期間は、好ましくは５日以内、より好ましくは１日以内である。
この期間が１０日を越えると、第二工程、第三工程でのグリコール酸の収率が低下し、さらにグリコール酸の品質に大きく影響する。とりわけ着色性物質の生成や重合成の低下に関連する品質の低下につながる。【００４３】
グリコロニトリル合成反応の終了後、合成したグリコロニトリルを第二工程の加水分解に供するまでの期間のグリコロニトリルの保管温度は、３０℃以下であることが好ましく、より好ましくは２０℃以下、さらに好ましくは１０℃以下である。【００４４】
次に、「第一工程で得られたグリコロにトリルをｐＨ４以下で保管し、かつ、第二工程の加水分解反応をｐＨ５〜９で行う」ことについて説明する。
本発明の別の態様においては、第一工程で得られたグリコロニトリルをｐＨ４以下で保管し、かつ、第二工程の加水分解反応をｐＨ５〜９で行う。第二工程の加水分解反応は、ｐＨ６〜８で行うことが好ましい。【００４５】
第一工程で得られたグリコロニトリルを長期間保管した後、第二工程、第三工程を行うと、グリコール酸の収率が低下し、さらに得られるグリコール酸の品質が低下するが、第一工程で得られたグリコロニトリルをｐＨ４以下で保管し、かつ、第二工程の加水分解反応をｐＨ５〜９で行うことによって、グリコール酸生成の活性、グリコール酸の収率、グリコール酸の蓄積濃度が高く、さらに品質の高いグリコール酸を得ることができる。【００４６】
第一工程で得られたグリコロニトリルをｐＨ４以下で保管し、第二工程の加水分解反応をｐＨ４以下のまま行うと、グリコール酸生成の活性が低い。
また、第一工程で得られたグリコロニトリルをｐＨ４以上で１０日間以上保管し、第二工程の加水分解反応をｐＨ５〜９で行うと、グリコール酸の収率が低下し、さらに得られるグリコール酸の品質が大きく低下する。【００４７】
次に、第三工程について説明する。
第三工程は、第二工程での生成物がグリコール酸塩として得られる場合に必要となる工程であり、具体的には、加水分解の方法として、ニトリル基の加水分解活性を有する微生物酵素を用いる方法、アルカリ金属水溶液を用いる方法を採用した場合等に必要となることが多い。
第三工程であるグリコール酸塩からグリコール酸を製造する方法としては、水素イオン型の陽イオン交換樹脂にグリコール酸塩の水溶液を接触させる方法、グリコール酸塩を一度エステルに変換させてからエステルを分離後、加水分解によりグリコール酸を得る方法、電気透析法等を用いることができる。電気透析法が塩等の廃棄物量が少ないので好ましい。【００４８】
水素イオン型の陽イオン交換樹脂を用いる方法においては、陽イオン交換樹脂としては、弱酸性陽イオン交換樹脂や強酸性陽イオン交換樹脂を用いることができる。陽イオン交換樹脂の再生には硫酸、塩酸、硝酸等を用いることができるが、硫酸を用いるのが好ましい。なお、これらの樹脂を初めて使用する場合には、樹脂の前処理と水洗を充分に行っておくことが好ましい。樹脂の前処理は酸と塩基で交互に洗浄すること等によって行われる。【００４９】
陽イオン交換樹脂処理の時間は、バッチ式の場合、好ましくは３〜６０分間、より好ましくは６〜３０分である。連続式で処理する場合、樹脂塔への通液速度は液空間速度（（Ｌ／Ｈｒ）／Ｌ−樹脂）で好ましくは０．１〜１００の範囲、より好ましくは１〜１０の範囲である。
温度は、好ましくは５〜７０℃、より好ましくは２０〜５０℃の範囲である。
陽イオン交換樹脂の再生は、硫酸等の酸を陽イオン交換樹脂に通液し、液中に残る酸を純水で押し出すこと等によって行うことができる。【００５０】
グリコール酸塩を一度エステルに変換させてからエステルを分離後、加水分解によりグリコール酸を得る方法は公知の方法を用いることができる。
電気透析法としては、バイポーラ膜と陰イオン交換膜又は陽イオン交換膜を使用する二室式電気透析法、バイポーラ膜と陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を使用する三室式電気透析法等が挙げられる。
電気透析装置の電極は、公知のものが何ら制限なく使用できる。即ち、陽極としては、白金、チタン／白金、カーボン、ニッケル、ルテニウム／チタン、イリジウム／チタン等、陰極としては、鉄、ニッケル、白金、チタン／白金、カーボン、ステンレス鋼等を例示できる。【００５１】
バイポーラ膜も特に限定されず、従来より公知のバイポーラ膜、即ち、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜が貼合わさった構造をした公知のバイポーラ膜等を使用できる。バイポーラ膜を構成する陽イオン交換膜の陽イオン交換基は特に限定されず、スルホン酸基、カルボン酸基等を使用できるが、好ましくはスルホン酸基である。陰イオン交換膜の陰イオン交換基も特に限定されず、アンモニウム塩基、ピリジニウム塩基、１級アミノ基、２級アミノ基、３級アミノ基等のイオン交換基が使用できるが、好ましくはアンモニウム塩基である。【００５２】
陽イオン交換膜も特に限定されず、公知の陽イオン交換膜を用いることができる。例えば、スルホン酸基、カルボン酸基、さらにこれらのイオン交換基が複数混在した陽イオン交換膜等を使用できる。
陰イオン交換膜も特に限定されず、公知の陰イオン交換膜を用いることができる。例えば、アンモニウム塩基、ピリジニウム塩基、１級アミノ基、２級アミノ基、３級アミノ基等のイオン交換基、さらにこれらのイオン交換基が複数混在した陽イオン交換膜等を使用できる。【００５３】
電気透析時の温度は、好ましくは５〜７０℃、より好ましくは２０〜５０℃の範囲である。また、電流密度は、特に制限を受けないが、好ましくは０．１〜１００Ａ／ｄｍ２、より好ましくは、２〜２０Ａ／ｄｍ２である。イオン交換膜の膜間隔は、一般的に適用されている間隔でよく、好ましくは０．０１〜１０ｍｍ、より好ましくは０．０５〜１．５０ｍｍの範囲である。【００５４】
次に、本発明に用いる原料について説明する。
まず、本発明における反応原料であるホルムアルデヒドは、通常、ホルマリンとして供給し得る。【００５５】
本発明における反応原料である青酸は、気体、液体、水溶液等任意な形態で供給し得る。工業的に製造される青酸は、一般的に安定剤として、二酸化硫黄、酢酸等が添加されている。また不純物としてアクリロニトリルが含まれている。
本発明のグリコール酸の製造方法においては、副生成物の低減、製造するグリコール酸の着色の防止及び製造するグリコール酸を重合用原料とする場合の品質向上の観点から、これらの添加物や不純物の含有量がそれぞれ５０００ｐｐｍ以下である青酸を用いることが好ましい。より好ましくは２０００ｐｐｍ以下である。
アクリロニトリルは、好ましくは５００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２００ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは５０ｐｐｍ以下である。
酢酸は好ましくは２０００ｐｐｍ以下であり、もっと好ましくは１０００ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下である。また酢酸は５０ｐｐｍ以上が好ましい。
二酸化硫黄は、好ましくは２０００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下である。また二酸化硫黄は５０ｐｐｍ以上が好ましい。
二酸化硫黄、酢酸、アクリロニトリルの合計の含有量が５０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０００ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは１０００ｐｐｍ以下であり、特に好ましくは５００ｐｐｍ以下である。【００５６】
以上の原料と方法によって得られたグリコール酸は、そのまま製品としても用いることができるが、精密濾過膜（ＭＦ）分離や限外濾過膜（ＵＦ）、活性炭等の吸着剤、又は陰イオン交換樹脂を単独又はこれらを組み合わせて精製することができる。さらに水を蒸発させ濃縮しグリコール酸を製造することができる。【００５７】
このようにして得られたグリコール酸（又はグリコール酸水溶液）は、重合用の原料、化粧品、医薬品、清缶剤、洗浄剤、皮革なめし剤、金属イオンのキレート剤等に、特には重合用の原料として用いることができる。重合用の原料とは、そのまま重合させるための原料、グリコリドを製造するための原料、オリゴマーを経由してグリコリドを製造するための原料等、最終的に重合物として使用される、ということを意味する。重合は単独重合であっても、乳酸等分子内に水酸基とカルボキシル基を含有する化合物との共重合であってもよい。
【実施例】
【００５８】
実施例、比較例の第二工程であるグリコロニトリルの加水分解には、アシネトバクターｓｐ．ＡＫ２２６株を用いた（以下ＡＫ２２６と略称する）。ＡＫ２２６は平成１６年１月７日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター（日本国茨城県つくば市東１丁目１番１号）に寄託され受託番号ＦＥＲＭ  ＢＰ−０８５９０を付与されている。
ＡＫ２２６株の培養条件は下記のとおりである。培地は、フマル酸を１．０重量％、肉エキスを１．０重量％、ペプトンを１．０重量％、食塩を０．１重量％、ε−カプロラクタムを０．３重量％、リン酸第一カリウムを０．２重量％、硫酸マグネシウム・７水塩を０．０２重量％、塩化アンモニウムを０．１重量％、硫酸第二鉄・７水塩を０．００３重量％、塩化マンガン・４水塩を０．００２重量％、塩化コバルト・６水塩を０．００２重量％になるように蒸留水に溶解させた。ｐＨを７．５であった。培養は３０℃で１日行った。【００５９】
［実施例１］
＜第一工程＞
図１に示す反応装置を用いて、グリコール酸合成反応を行った。
第一工程は反応器１〜２においてグリコロニトリルを合成する工程である。反応器１において青酸を青酸水溶液とし、反応器２においてシアンヒドリン化反応によって、グリコロニトリルが生成する。
反応器１は、攪拌器を備えた内容積２００ｍＬのジャケット式ステンレス製オートクレーブである。ポンプＰ−１により純水３を５６．２（ｇ／ｈｒ）の供給速度で、ポンプＰ−２により青酸４を４４．４（ｇ／ｈｒ）の供給速度で反応器１に供給し、青酸水溶液とした。ここで用いた青酸の純度は９９．５重量％であり、不純物としては酢酸を６００ｐｐｍ、二酸化硫黄を３００ｐｐｍ、アクリロニトリル２０００ｐｐｍを含んでいた。反応器１の温度は１７℃に設定した。
反応器２は内容積１２０ｍＬのジャケット式蛇管型反応器であり、反応器２のジャケットには４７℃の温水を循環させた。反応器１で得られた青酸水溶液は、ポンプＰ−３によって反応器２へ送液された。ポンプＰ−３は液面計の作動によりホールドアップ６０ｍＬに保つように作動する。【００６０】
一方、ポンプＰ−４により３７．１ｗｔ％ホルムアルデヒド水溶液５（和光純薬試薬特級）を１３２．４（ｇ／ｈｒ）の供給速度で、ポンプＰ−５により０．０５ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液６を４４．４（ｇ／ｈｒ）の供給速度で反応器２に供給し、反応器２の入り口で青酸水溶液、ホルムアルデヒド水溶液５、水酸化ナトリウム水溶液５を混合した。反応器２の出口には背圧弁７が設置され、系内圧を０．５ＭＰａ／Ｇに保持した。反応器２での滞留時間は２６分であった。１時間通液させ、後半の３０分の液をサンプリングし、１３８ｇのグリコロニトル水溶液８を得た。ガスクロマトグラフィーで分析したところ水溶液中のグリコロニトル含有量は３３．５重量％であり、グリコロニトリルの収率は９９．５％であった。【００６１】
＜第二工程＞
予めＡＫ２２６を培養液から遠心分離により集菌し、蒸留水で３回洗浄しておき、洗浄した微生物に蒸留水を加え、乾燥微生物重量換算で１８．０重量％の微生物の懸濁液を準備しておいた。窒素ガスで置換した４００ｍｌの硝子オートクレーブに、微生物の懸濁液６ｇを加え、第一工程で得られた３３．５重量％グリコロニトリル水溶液１００ｇと蒸留水１００ｇの混合液を５時間かけてフィードした。反応はｐＨ＝７、反応温度４０℃にて行った。第一工程で得られたグリコロニトル水溶液を得てから第二工程用にフィード開始するまでの時間は約３０分であった。反応を１２時間（フィード時間５時間、フィード終了後７時間）行ったのち、１０，０００ｒｐｍで１５分間冷却遠心分離に付して微生物を分離し、上澄みを回収した。回収した上澄みを加圧下で限外濾過フィルターに通し、残存する微生物やタンパク質を取り除いて反応液を得た。【００６２】
＜第三工程＞
弱酸性陽イオン交換樹脂アンバーライトＩＲＣ−７６（Ｈ型）（オルガノ（株））１０００ｍｌを充填した樹脂塔に純水を通液し、続いて第二工程で得られた反応液１００ｇを純水１００ｇで希釈した水溶液を通液し、続いて２０００ｇの純水を通液してグリコール酸水溶液を回収した。操作温度は２５℃、通液の体積速度は２．５（Ｌ／Ｈｒ）で行った。液空間速度は２．５（（Ｌ／Ｈｒ）／Ｌ−樹脂）と計算される。【００６３】
高速液体クロマトグラフィー（島津ＬＣ−１０、カラムＳｈｏｄｅｘ  ＲＳＰａｋ  ＫＣ−８１１、ＵＶ検出器（波長２１０ｎｍ）、溶離液０．７５％リン酸水溶液、溶離液供給速度１ｍｌ／ｍｉｎ、分析時間９０分）による分析の結果、得られたグリコール酸の収率は、グリコロニトリルを基準として９９％であり、また、品質指標（＝（グリコール酸以外のピーク面積合計）／（グリコール酸ピーク面積））は０．００７であり、無着色であった。【００６４】
［実施例２］
第一工程で得られたグリコロニトリル水溶液を、その製造から１日後に第二工程に仕込んだ以外は、実施例１と同様に操作を行った。グリコール酸の収率はグリコロニトリルを基準として９９％であり、また、品質指標は０．００８であり、無着色であった。【００６５】
［実施例３］
第一工程で得られたグリコロニトリル水溶液を、その製造から３日後に第二工程に仕込んだ以外は、実施例１と同様に操作を行った。グリコール酸の収率はグリコロニトリルを基準として９８％であり、また、品質指標は０．０１３であり、無着色であった。【００６６】
［実施例４］
第一工程で得られたグリコロニトリル水溶液を、−１０℃まで冷却して７日間保存した後、第二工程に仕込んだ以外は、実施例１と同様に操作を行った。グリコール酸の収率はグリコロニトリルを基準として９９％であり、また、品質指標は０．０１０であり、無着色であった。【００６７】
［実施例５］
第一工程で得られたグリコロニトリル水溶液に硫酸を加えてｐＨを３にし、３ヶ月保存した後、保存したグリコロニトリル水溶液に水酸化ナトリウムを添加してｐＨ７にした以外は、実施例１と同様に操作を行った。グリコール酸の収率はグリコロニトリルを基準として９９％であり、また、品質指標は０．００７であり、無着色であった。【００６８】
［比較例１］
第一工程で得られたグリコロニトリル水溶液、その製造から３ヶ月後に第二工程に仕込んだ以外は、実施例１と同様に操作を行った。
グリコール酸の収率はグリコロニトリルを基準として１０％であり著しく着色していた。【００６９】
［比較例２］
第一工程で得られたグリコロニトリル水溶液に硫酸を加えてｐＨを３にし、３ヶ月保存した後、保存したグリコロニトリル水溶液をそのまま使用した以外は、実施例１と同様に操作を行った。グリコロニトリルの転化率は５％であり、グリコロニトリルの加水分解はほとんど進行しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、エネルギー消費量が少なく、製造工程も精製工程も簡易であるグリコール酸の製造方法であり、本発明の製造方法によれば、グリコール酸の収率、グリコール酸生成の活性、グリコール酸の蓄積濃度が高く、かつ優れた品質のグリコール酸を製造できる。本発明の製造方法で得られたグリコール酸は、重合用の原料、化粧品、医薬品、清缶剤、洗浄剤、皮革なめし剤、金属イオンのキレート剤等として有用である。
【図１】
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