(57)【要約】  長鎖アミノ酸および長鎖二塩基酸を分離する方法であって、（１）水および抽出溶媒を混合アミド誘導体の酸加水分解の水性懸濁液に添加して、水溶液および抽出剤相を得るステップと、（２）ステップ（１）の混合物を、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの酸性塩を含有する水相と、長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および不純物を含有する抽出剤相とに分離するステップと、（３）ステップ（２）の水相を塩基性剤で中和して、長鎖アミノ酸の結晶性の懸濁液を得るステップと、（４）長鎖アミノ酸を固液分離により回収して水性母液を得るステップと、（５）ステップ（２）の抽出剤相において、長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および不純物を分離するステップとを含む、方法が開示される。
2020526491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構造式の長鎖アミノ酸、二塩基酸、短鎖アルキルアミンおよびアルカン酸
【化１】
2020526491.tif 000005
を、これらのうち少なくとも２つが、下記構造式の混合アミド誘導体の酸加水分解混合物中にあるところから分離する方法であって、
【化２】
2020526491.tif 000006
（式中、ｍは０〜１０の整数であり、
ｎは６〜２０の整数であり、
ＸはＯＲまたはＮＲ１Ｒ２であり、ＯＲはＯＨ、Ｃ１〜Ｃ８一価アルコールまたはＣ１〜Ｃ８多価アルコールであり、Ｒ１およびＲ２は各々独立して水素またはＣ１〜Ｃ８アルキル基である。）
（１）水および抽出溶媒を混合アミド誘導体の酸加水分解の水性懸濁液に添加して、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの酸性塩の水溶液を得、長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および不純物を抽出剤相に抽出するステップと、
（２）ステップ（１）の混合物を、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの前記酸性塩を含有する水相と、長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および不純物を含有する抽出剤相とに分離するステップと、
（３）ステップ（２）の前記水相を塩基性剤で中和して、前記長鎖アミノ酸の結晶性の懸濁液を得るステップと、
（４）前記長鎖アミノ酸を固液分離により回収して、水性母液を得るステップと、
（５）ステップ（２）の前記抽出剤相にて、前記長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および不純物を分離するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
水および抽出溶媒を、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの前記酸性塩、二塩基酸、ならびにアルカン酸の懸濁液に、一緒に、順次に、連続的に、半連続的にまたはバッチ式で添加する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶解および抽出を、５０℃から長鎖二塩基酸および短鎖アルカン酸に富む抽出溶媒の沸点までの範囲の温度で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
溶解および抽出を、８０℃〜９０℃の範囲の温度で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記水性母液からアルキルアミン、無機塩を分離し、長鎖アミノ酸を回収する方法が、
（ａ）水酸化アルカリを前記水性母液に添加するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）の前記溶液を蒸留するか、またはステップ（ａ）の前記溶液を抽出溶媒で抽出してアルキルアミンを回収するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）の溶液を濃縮して、前記無機塩を結晶化させ、結晶化させた前記塩を固液分離により除去して、母液を得るステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）の前記母液に酸を添加して、ｐＨを中性に調整し長鎖アミノ酸を沈殿させ、前記長鎖アミノ酸を固液分離により回収するステップと、
（ｅ）前記長鎖アミノ酸を回収した後、ステップ（ｄ）の前記母液をステップ（ａ）に戻すステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記水性母液からアルキルアミン、無機塩を分離し、長鎖アミノ酸を回収する方法が、
（ａ）アンモニアまたは水酸化アルカリを前記水性母液に添加するステップと、
（ｂ）アルキルアミンを抽出溶媒で抽出して、アンモニウム塩および少量の長鎖アミノ酸を含有する水溶液を得るステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）の前記水溶液に酸を添加して、長鎖アミノ酸の溶解度を増加させるステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）の溶液を濃縮して、前記アンモニウム塩を結晶化させ、沈殿させた前記塩を固液分離により除去して、母液を得るステップと、
（ｅ）ステップ（ｄ）の前記母液にアンモニアまたは水酸化アンモニウムを添加して、ｐＨを中性に調整し長鎖アミノ酸を沈殿させ、前記長鎖アミノ酸を固液分離により回収するステップと、
（ｆ）前記長鎖アミノ酸の回収後、ステップ（ｅ）の母液をステップ（ａ）またはステップ（ｃ）に戻すステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸性塩の中和反応を塩基性剤で５０℃〜１００℃の温度で行うことにより、前記長鎖アミノ酸を沈殿させる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸性塩の中和反応を塩基性剤で７０℃〜８０℃の温度で行うことにより、前記長鎖アミノ酸を沈殿させる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記酸性塩の中和反応を塩基性剤で行って５〜９のｐＨ範囲にすることにより、前記長鎖アミノ酸を沈殿させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸性塩の中和反応を塩基性剤で行って６〜８のｐＨ範囲にすることにより、前記長鎖アミノ酸を沈殿させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記結晶性の懸濁液を３０℃〜４０℃の範囲の温度に冷却した後、前記長鎖アミノ酸を固液分離により分離する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記抽出溶媒が、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、酢酸オクチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、アニソール、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、エチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、メチルテトラヒドロフラン、石油エーテル、シクロヘキサン、ジクロロエタン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、およびトリフルオロメチルベンゼン、ｎ−ブタノール、イソブタノール、アミルアルコール、イソアミルアルコール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、２−エチルヘキサノール、イソオクタノール、ｓｅｃ−オクタノール、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンならびにこれらの２つ以上の混合物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１３】
前記抽出溶媒が、トルエンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記塩基性剤が、アンモニア、水酸化物、重炭酸、炭酸、重亜硫酸、亜硫酸、カルボン酸のアルカリおよびアンモニウム塩、ならびにこれらの２つ以上の混合物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１５】
前記塩基性剤が、水酸化ナトリウムである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記長鎖アミノ酸が、９−アミノノナン酸、１１−アミノウンデカン酸または１３−アミノトリデカン酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記長鎖アミノ酸が、１１−アミノウンデカン酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記長鎖二塩基酸が、セバシン酸、ドデカン二酸またはブラシル酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記長鎖二塩基酸が、ドデカン二酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記短鎖アルカン酸が、ヘプタン酸およびペラルゴン酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記アルキルアミンが、ｎ−ヘキシルアミンおよびｎ−オクチルアミンである、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
水酸化アルカリが、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化セシウムである、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は２０１７年６月２８日に出願された米国特許出願第１５６３５８７４号の継続出願であり、２０１７年７月７日に出願された米国特許出願第１５６４４６４５号の継続出願であり、そのすべての記載は引用することにより本明細書の一部を成すものとする。
【０００２】
本発明は、長鎖アミノ酸、二塩基酸、短鎖アルキルアミンおよびアルカン酸を分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
長鎖飽和脂肪族のアミノ酸、ラクタムおよび二塩基酸は、長鎖ナイロンおよびエンジニアリングプラスチックにとって重要なモノマーである。ナイロンは、その鎖の主鎖にアミド結合を含有するポリマーのクラスである。ナイロンは、最も広範に用いられており、種類が最も多く、使用量が最も多いエンジニアリングプラスチックの１種である。
【０００４】
長鎖ナイロンは、その希少な分子構造から、驚くべき物性、すなわち金属より高い機械的強度、低い吸湿性、優れた耐油性、耐低温性、耐摩損性および耐薬品性を有しており、最も重要なことに、加工が容易である。長鎖ナイロンは、多くの種類のプラスチック製品に加工され、繊維に紡績されて、薄膜に延伸される。長鎖ナイロンは、塗料および熱溶融接着剤にも用いられている。このように、長鎖ナイロンには、自動車、電気、電子、電気通信、石油化学および航空宇宙産業において広範な用途が見出されている。
【０００５】
長鎖アミノ酸およびラクタムは、ナイロン−９、ナイロン−１１およびナイロン−１２を製造するためのモノマーとして工業的に用いられている。
【０００６】
長鎖二塩基酸は、ナイロン−６１０、ナイロン−６１２、ナイロン−５１０、ナイロン−５１２、ナイロン−１０１０およびナイロン−１２１２を製造するための出発原料として、ジアミンと工業的に縮合されるものである。
【０００７】
いずれも本発明者によるものであり、そのすべては引用することにより本明細書の一部を成す、国際公開第２０１７／０８８２１８号、同時継続出願ＵＳＳＮ１５／６０１，５５６号およびＵＳＳＮ１５／６１７２６８号は、長鎖アミノ酸および二塩基酸のケト脂肪酸誘導体からの同時製造(coproduction)についての新規な方法を開示している。開示された方法によれば、長鎖ケト脂肪酸誘導体をヒドロキシアミンと反応させて、オキシム誘導体を形成し、これにベックマン転位を行って２つのアミド誘導体の混合物を得る。これらのアミド誘導体を加水分解して、長鎖アミノ酸および二塩基酸を含有する生成物の混合物とし、これを高度な希釈濃度での多段中和(step-wise neutralization)法により単離する。したがって、濃縮に相当量のエネルギーが必要となるため、前記方法は経済的なものではない。
【０００８】
また、本発明者は、これらの先行技術の開示による方法を、様々な量の他の脂肪酸を含有する市販の出発原料に適用した場合、ポリアミドの製造に必要な質の長鎖アミノ酸および二塩基酸を得ることができないことを発見している。一見したところ、これらの不純物は、意図される生成物を汚染するので、必要な純度の最終生成物からこれらを除去する方法が要求される。
【０００９】
ベックマン転位からの混合アミド誘導体の加水分解により、長鎖アミノ酸および二塩基酸だけでなく、短鎖アルキルアミンおよびアルカン酸も得られる。これらの短鎖生成物を加水分解反応の混合物から分離および回収する何らかの方法が欠如している。
【００１０】
経済的な方法を得るために、かつ廃棄流の処理を削減または排除するために、各成分をこれらの複合混合物から必要な純度まで分離する方法を備えることが望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、長鎖アミノ酸、二塩基酸、短鎖アルキルアミン、短鎖アルカン酸の分離、ならびに市販の出発原料中に存在する他の脂肪酸、例えば、ステアリン酸、および製造反応の副生成物として生じた不純物の回収方法を開示することである。本発明に係る方法により、長鎖アミノ酸および二塩基酸は、高収率および優れた純度で簡単、効率的かつ経済的に分離される。
【００１２】
本発明の別の目的は、長鎖アミノ酸および無機塩の水性廃棄母液からの回収方法を開示することである。結果的に、製造方法により廃棄物が排出されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】水酸化アルカリ加水分解(alkali hydroxide hydrolysis)の場合の、長鎖アミノ酸、二塩基酸、アルキルアミンおよびアルカン酸をこれらの混合物から分離するフローチャート図である。
【図２】酸加水分解(acid hydrolysis)の場合の、長鎖アミノ酸、二塩基酸、アルキルアミンおよびアルカン酸をこれらの混合物から分離するフローチャート図である。
【図３】水酸化アルカリを用いて、廃棄水流から長鎖アミノ酸およびアルカリ塩を回収するフローチャート図である。
【図４】酸を用いて、廃棄水流から長鎖アミノ酸およびアルカリ塩を回収するフローチャート図である。
【図５】混合アミド誘導体の酸加水分解のアルキルアミン、長鎖アミノ酸、およびアルカリ塩を回収するための水流の処理のフローチャート図である。
【図６】中性ｐＨでの水中の１１−アミノウンデカン酸、１Ｍ硫酸溶液、および２Ｍ水酸化ナトリウム溶液の溶解度曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
オキシム脂肪酸誘導体のベックマン転位からの、以下の構造式の混合アミド誘導体
【化１】
2020526491.tif 000003
の加水分解は、酸または塩基のいずれかで行うことができ、以下の構造式の主生成物の混合物
【化２】
2020526491.tif 000004
（式中、ｍは、０〜１０の整数であり、ｎは、６〜２０の整数であり；Ｘは、ＯＲまたはＮＲ１Ｒ２であり、ＯＲは、ＯＨ、Ｃ１〜Ｃ８の一価アルコールまたはＣ１〜Ｃ８の多価アルコールであり、Ｒ１およびＲ２は、各々独立して水素またはＣ１〜Ｃ８アルキル基である。）
が得られる。
【００１５】
ｍ＝５、ｎ＝１０の場合、主生成物は、１１−アミノウンデカン酸、ドデカン二酸、ヘキシルアミンおよびヘプタン酸である。商用グレードの出発原料がヒマシ油から得られるため、相当量のステアリン酸も、生成物の混合物中に不純物として存在する。
【００１６】
ｍ＝７、ｎ＝８の場合、主生成物は、９−アミノノナン酸、セバシン酸、オクチルアミンおよびペラルゴン酸である。
【００１７】
ｍ＝５、ｎ＝１２の場合、主生成物は、１３−アミノトリデカン酸、テトラデカン二酸（ブラシル酸）、ヘキシルアミンおよびヘプタン酸である。
【００１８】
ベックマン転位からの混合アミド誘導体の加水分解反応を水酸化アルカリの存在下で行った場合、アルキルアミン以外の主生成物は、これらのアルカリ塩の形態で得られる。水酸化アルカリ溶液中の混合アミド誘導体の出発懸濁液は、加水分解後６０℃以上の温度で透明な溶液に変化することが観察されている。図６に示すように、長鎖アミノ酸および二塩基酸のアルカリ塩はアルカリ溶液にほぼ不溶であるため、冷却すると、透明な溶液はペースト状の撹拌不可能なケーキとなる。
【００１９】
アルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウムまたはセシウムである。
【００２０】
図１に例示するように、水酸化アルカリの方法による加水分解反応の混合物中の各成分の分離のための本発明に係る方法は、低沸点成分およびアルキルアミンの除去から出発する。
【００２１】
低沸点成分は、ケト脂肪酸エステルの出発原料で汎用されているアルコール、すなわちメタノールまたはエタノールに由来するものである。混合アミド誘導体がカルボン酸である場合、低沸点成分は、混合物中に殆どまたは全く存在しない。
【００２２】
エステルの加水分解により形成されたこれらの低沸点アルコールは、反応混合物から蒸留除去する。これらの低沸点アルコールの蒸留は、加水分解反応中またはその後、正常圧、上昇圧または減圧下で行うことができる。
【００２３】
特にＣ１〜Ｃ５のいくつかのアルキルアミンは、低沸点のアルキルアミンであり、これらはアルコールと共に蒸留除去する。これらのアルキルアミンは、従来技術における既知の方法に従ってアルコールから分離できる。
【００２４】
１１−アミノウンデカン酸およびドデカン二酸の製造について、ヘキシルアミンは、主生成物の１つである。ヘキシルアミンは、水との共沸混合物を形成することが判明しており、共沸蒸留により溶液から分離できる。冷却すると、蒸留物は、ほぼ純粋なヘキシルアミンの上相と、２％以下のヘキシルアミンを含有する水相とに分離する。ヘキシルアミンは、混合物から水蒸気蒸留または水蒸気ストリッピングでも分離できる。オーバーヘッドの蒸留物がｐＨ７〜８でほぼ中性になると、完全な分離が達成される。
【００２５】
ヘキシルアミン蒸留物は、わずかな割合の水を含有しており、乾燥剤で、および好ましくは少量のヘキシルアミンの共沸蒸留により乾燥させて、ヘキシルアミン中の水を除去できる。
【００２６】
ヘキシルアミンおよびＣ７超のアルキルアミンは、加水分解液から、抽出溶媒による抽出によっても分離できる。これらのアルキルアミンは、有機抽出剤相(organic extractant phase)と加水分解反応の強アルカリ性水性混合物との間で優れた分配特性を示す。好適な抽出溶媒は、エステル、脂肪族、芳香族、エーテル、ケトンおよび水不溶性アミンのクラスから選択される。選択された抽出溶媒は、本発明に係る方法において、次の段階で選択された溶媒と同様のものであることが好ましい。
【００２７】
長鎖アミノ酸および二塩基酸は、室温でｐＨ２〜１０の広範囲に亘って同様に低い溶解度を示す。これらの混合物が、同様の特性の他の不純物、例えば脂肪酸で汚染されていない場合でも、これらを互いに分離するには、非常に難しい高度な希釈が必要とされる。多くの他の脂肪酸を常に含有する市販の出発原料を先行技術に開示の方法で使用した場合、生成物である長鎖アミノ酸および二塩基酸は、これらの脂肪酸で常に汚染されることとなる。
【００２８】
本発明者は、長鎖アミノ酸および二塩基酸の溶解度の差がほとんどないことにより引き起こされる固有の問題を克服するために、広範な試験を行い、これらのアミノ酸を酸と反応させて、高温で酸性塩を形成することにより、長鎖アミノ酸の溶解度を著しく増加できることを本発明において見出している。同時に、溶液中の長鎖二塩基酸および脂肪酸のアルカリ塩は、これらの遊離カルボン酸に変化し、これは有機溶媒に溶解できる。したがって、これらの長鎖アミノ酸の、長鎖二塩基酸および脂肪酸からの完全な分離は、これらの長鎖アミノ酸の酸性塩の水溶液、ならびに長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および脂肪酸に富む有機抽出剤相を形成することにより実現される。
【００２９】
好適な酸は、ｐＫａ＜５．０の酸である。このような酸としては、無機酸、すなわち、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸；アルキルおよびアリールスルホン酸、すなわち、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、イセチオン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、およびスルファミン酸；有機カルボン酸；リンゴ酸、マレイン酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、酢酸およびプロピオン酸があるものの、これらに限定されない。これらの酸の１つまたは２つ以上の混合物を使用することによって、長鎖アミノ酸の酸性塩を形成できる。
【００３０】
酸は、無機酸の１つから選択されることが好ましく、硫酸が最も好ましい。
【００３１】
酸性化の目的は、長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および脂肪酸のアルカリ塩を遊離カルボン酸に完全に変換し、かつ長鎖アミノ酸の酸性塩を形成して、長鎖アミノ酸の水相への、および長鎖二塩基酸の有機抽出剤相への完全な溶解を確実にすることである。
【００３２】
二塩基酸および脂肪酸を抽出するのに好適な有機溶媒は、水不溶性であり、エステル、脂肪族、芳香族、エーテル、Ｃ４〜Ｃ１０アルコールおよびＣ４〜Ｃ１０ケトンに属する。有用な溶媒としては、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、酢酸オクチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、アニソール、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、エチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、メチルテトラヒドロフラン、石油エーテル、シクロヘキサン、ジクロロエタン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、およびトリフルオロメチルベンゼン、ｎ−ブタノール、イソブタノール、アミルアルコール、イソアミルアルコール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、２−エチルヘキサノール、イソオクタノール、ｓｅｃ−オクタノール、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンが挙げられるものの、これらに限定されない。単一の溶媒または２つ以上の溶媒の混合物が抽出溶媒として使用できる。
【００３３】
選択された抽出溶媒は、高温で長鎖二塩基酸および脂肪酸の良好な溶解度、低温で長鎖二塩基酸の低いまたは小さい溶解度、かつ低温で脂肪酸などの良好な溶解度を有しており、有機相において長鎖二塩基酸を他の豊富な脂肪酸から効果的に分離することが確実になると予想される。
【００３４】
抽出溶媒は、トルエンであることが好ましい。
【００３５】
抽出溶媒の量は、二塩基酸および脂肪酸不純物の溶解に有効な量を上回る量であればよいものの、これに限定されない。
【００３６】
酸性化および抽出を行う温度は、正常圧下で、５０℃から長鎖二塩基酸および脂肪酸に富む抽出剤有機相の混合物の沸点まで、かつ１００℃未満の範囲である。酸性化および抽出を加圧下にて高温で行うこともできるが、この方法には圧力装置が必要とされる。
【００３７】
酸性化および抽出は、６０℃〜９５℃の温度で行うことが好ましく、８０℃〜９０℃の温度で行うことが最も好ましい。より高い温度では、使用する抽出溶媒の量を低減するには、抽出溶媒中の長鎖二塩基酸の溶解度がより高いことが有利である。
【００３８】
酸および抽出溶媒をアルキルアミンが除去された長鎖アミノ酸および二塩基酸のアルカリ塩の溶液にどのように導入するかについて、優先的な事項はない。酸および抽出溶媒は、一緒に、順次に、連続的に、半連続的(semi-continuously)にまたはバッチ式で添加することができる。
【００３９】
酸性化および抽出を本発明に係る方法に従って行った場合、良好な相分離が得られる。本発明者は、抽出溶媒によって着色物質のほぼすべてが抽出剤相に抽出されるので、長鎖アミノ酸の酸性塩の無色の水溶液が残り、これによって長鎖アミノ酸の精製を非常に簡便にする追加の利点が得られることを予期せず発見している。
【００４０】
本発明者は、上部の抽出剤相と下部の水相との間に中間相が形成される場合もあり、中間相は、長鎖アミノ酸の酸性塩、およびヘキシルアミンが加水分解液から除去されていないか、または完全に除去されていない場合、ヘキシルアミンの酸性塩を主に含有することを発見している。とりわけ、水溶液が高濃度のアルカリ塩を含有する場合に、この中間相が形成される。しかし、中間相を効果的に分離し、水相と組み合わせて、長鎖アミノ酸を回収できる。あるいは、水相を分離した後、中間相を高温で脱イオン水に溶解する。
【００４１】
長鎖アミノ酸の酸性塩の水溶液は、ほぼ無色であるが、単離した生成物の質をさらに改善するために、溶液を活性炭で処理して、脱色し、わずかな不純物を吸収させてもよい。このような処理は、５０℃から沸点までで、数分から数時間の期間、好ましくは３０分〜２時間、最も好ましくは１時間行うことができる。濾過後に、無色透明の溶液が得られる。
【００４２】
長鎖アミノ酸を単離するために、強酸性水溶液は、塩基性剤で５〜９のｐＨ範囲のほぼ中性の酸性度に中和する。ｐＨは、６〜８の範囲であることがより好ましい。中和は、５０℃から溶液の沸点まで、好ましくは６０℃〜９０℃、最も好ましくは７０℃〜８０℃の温度で行う。この最も好ましい温度での中和により、固液分離を促進する大きな結晶が形成される。３０℃〜４０℃に冷却した後、生成物である長鎖アミノ酸を沈殿させ、固液分離、すなわち濾過または遠心分離により分離して、無機塩および少量の長鎖アミノ酸を含有する母液を得る。
【００４３】
塩基性剤は、アンモニア、水酸化物、重炭酸、炭酸、亜硫酸、重亜硫酸およびカルボン酸のアルカリおよびアンモニウム塩からなる群から選択される。単一の剤、または２つ以上の剤の混合物が使用できる。塩基性剤は、水酸化アルカリであることが好ましく、混合アミド誘導体の加水分解反応で使用したのと同じ剤であることが最も好ましい。
【００４４】
塩基性剤は、最も好ましくは水酸化ナトリウムである。
【００４５】
図３及び図４に、それぞれ水酸化アルカリまたは酸を用いた無機塩の完全な分離および長鎖アミノ酸の完全な回収を実現するための長鎖アミノ酸の単離後の母液の処理が例示する。
【００４６】
長鎖アミノ酸、例えば１１−アミノウンデカン酸は、比較的一定の溶解度を有するため、母液の蒸発濃縮により、重要な長鎖アミノ酸と共に、無機塩、特に硫酸ナトリウムが結晶化する。この問題を克服するために、本発明者は、図６に例示するように、高温でｐＨを上昇または低下させることにより、１１−アミノウンデカン酸の溶解度を劇的に増加できることを見出している。実際に、１１−アミノウンデカン酸のアルカリ塩は、約５０℃で２Ｍ水酸化ナトリウム溶液に十分に可溶となる。この知見は、無機塩、最も好ましくは硫酸ナトリウムの分離、および長鎖アミノ酸の回収を大いに促進するものである。
【００４７】
長鎖アミノ酸の溶解度は、酸と水酸化アルカリの両方で増加できるものの、アルカリ塩は、ステンレス鋼製の汎用されているプロセス装置に非腐食性であることから、水酸化アルカリを使用することが好ましい。
【００４８】
水流のｐＨを水酸化アルカリで調整した後、４０℃から溶液の沸点までの温度で、母液を濃縮して、無機塩、最も好ましくは硫酸ナトリウムを結晶化させる。蒸発結晶化を、正常圧、減圧または上昇圧下で連続的にまたはバッチ式で行うことができる。結晶化させた塩を飽和溶液から固液分離、例えば濾過または遠心分離により除去する。
【００４９】
アルカリ塩の除去後の塩基性母液は、酸で中性ｐＨに酸性化する。溶解した長鎖アミノ酸は沈殿し、固液分離により回収でき、母液は再利用される。
【００５０】
このステップで使用する酸は、無機酸、有機カルボン酸、有機スルホン酸、スルファミン酸のクラスから選択できる。無機酸の１つが選択されることが好ましく、先のステップと同様の酸を使用することがより好ましい。酸は、硫酸であることが最も好ましい。
【００５１】
水相の分離後、長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および脂肪酸に富む抽出剤相を、０℃〜５０℃、より好ましくは０℃〜３０℃、最も好ましくは１０℃〜２０℃の範囲の低温に冷却して、長鎖二塩基酸を結晶化させる。これは、固液分離により分離できる。抽出剤相および濾過母液は、暗色であるが、生成物はほぼ白色で、任意選択的な他の脂肪酸、例えばステアリン酸を含まない。
【００５２】
母液を蒸留して、抽出溶媒を回収し、残留物を真空蒸留して、短鎖アルカン酸、例えばヘプタン酸をほぼ純粋な形態で回収する。
【００５３】
本発明に係る一実施形態において、抽出剤相を最初に蒸留により濃縮し、次いで冷却して、長鎖二塩基酸を増加した収率で結晶化させる。
【００５４】
本発明に係る別の実施形態において、抽出剤相を最初に蒸留して、抽出溶媒を回収し、次いで、真空蒸留して、短鎖アルカン酸を回収する。蒸留残留物に有機溶媒を添加して、残留物を加熱により溶解し、次いで長鎖二塩基酸を冷却により結晶化させる。溶媒は元の抽出溶媒であることが最も好ましく、様々な溶媒の混合物が、方法全体の簡便化をもたらすことはない。
【００５５】
本発明に係るさらなる実施形態において、抽出剤相を蒸留して、溶媒を回収し、残留物を低温アルコール、特にメタノールまたはエタノール、最も好ましくはメタノールにエステル化触媒の存在下で添加し、アルカン酸、長鎖二塩基酸および出発原料由来の他の脂肪酸のメチルエステルの混合物を得る。次いで、これらのメチルエステルを分別蒸留して、各成分を純粋な形態で得、任意選択的な着色物質を除去する。これらの純粋なメチルエステルは、直接販売されるか、または従来技術で既知の方法に従って加水分解してこれらのそれぞれのカルボン酸としてもよい。
【００５６】
あるいは、メチルエステルの混合物を蒸留して、任意選択的な着色物質が除去された混合物にする。次いで、蒸留したメチルエステルの混合物を加水分解して、アルカン酸、長鎖二塩基酸および脂肪酸の混合物とする。これは本発明に係る方法に従って分離できる。
【００５７】
本発明に係る方法に従って１１−アミノウンデカン酸およびドデカン二酸を製造する場合、蒸留残留物は、黒色であり、出発原料であるヒマシ油からのステアリン酸、および少量のドデカン二酸を含有している。この暗色残留物を、低級アルコール、最も好ましくはメタノールと酸触媒の存在下で反応させて、メチルエステルを形成する。混合メチルエステルを分別蒸留して、ステアリン酸およびドデカン二酸の無色のメチルエステルを得る。回収したステアリン酸メチルは、加水分解してステアリン酸とするか、または市販品として販売され、ドデカン二酸メチルエステルは加水分解してドデカン二酸を得る。
【００５８】
ベックマン転位からの混合アミド誘導体の加水分解反応を酸、最も好ましくは硫酸で行った場合、アルキルアミンおよび長鎖アミノ酸は、これらの酸性塩の形態で得られ、長鎖二塩基酸および脂肪酸は遊離カルボン酸の形態で存在する。
【００５９】
加水分解反応が終了した後、水および抽出溶媒を懸濁液に導入して、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの酸性塩を溶解し、かつ長鎖二塩基酸、短鎖アルカン酸および他の脂肪酸を抽出剤相に移す。
【００６０】
水および抽出溶媒を加水分解混合物にどのように添加するかについて優先的な事項はない。これらは一緒に、順次に、連続的に、半連続的にまたはバッチ式で添加できる。反応混合物に添加される水の量は、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの酸性塩を効果的に溶解するのに十分な量である。抽出溶媒は、水酸化アルカリを含む加水分解液のための抽出溶媒について先述したものと同じ原則で選択される。
【００６１】
本発明に係る方法に従って溶解および抽出した後、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの酸性塩を含有する水相、ならびに長鎖二塩基酸および短鎖アルカン酸に富む抽出溶媒相を分離する。本発明のさらなる利点は、着色物質がすべて有機抽出剤相に移されるため、長鎖アミノ酸およびアルキルアミンの抽出水溶液がほぼ無色であることである。
【００６２】
相分離後、有機抽出剤相を、水酸化アルカリを用いた加水分解液の酸性化および抽出から得られた抽出剤相と同様の方法で処理する。
【００６３】
強酸性水相は、塩基性剤で５〜９、より好ましくは５〜８、最も好ましくは６〜７の範囲の中性ｐＨに中和し、長鎖アミノ酸を沈殿させる。冷却後、沈殿した固体を、固液分離、すなわち濾過または遠心分離により単離する。
【００６４】
塩基性剤は、アンモニア、水酸化物、重炭酸、炭酸、重亜硫酸、亜硫酸およびカルボン酸のアルカリおよびアンモニウム塩から選択される。塩基性剤は、水酸化アルカリまたは水酸化アンモニウムであることが好ましく、水酸化ナトリウムであることが最も好ましい。
【００６５】
図５に例示するように、長鎖アミノ酸の単離後に得られた母液を図示のスキームに従って処理して、アルキルアミン、無機塩を分離し、溶解した長鎖アミノ酸を回収できる。
【００６６】
水酸化ナトリウムを、硫酸を中和するための塩基性剤として使用した場合、追加の水酸化ナトリウムを母液に添加して塩基性ｐＨにし、アルキルアミンを抽出溶媒で、または好ましくは共沸蒸留により抽出できる。アルキルアミンの完全な除去後、溶液をさらに蒸発させて、無機塩、好ましくは硫酸ナトリウムを分離する。酸を添加してｐＨを中性に調整することにより、長鎖アミノ酸を回収できる。
【００６７】
アンモニアまたは水酸化アンモニウムを、硫酸を中和するための塩基性剤として使用した場合、追加の塩基性剤を母液に添加して塩基性ｐＨにした後、アルキルアミンは抽出によってのみ回収できる。塩基性溶液の蒸留は、アルキルアミンではなくアンモニアを除去する。
【００６８】
本発明に係る方法は、前記方法により任意の廃棄水流が排出されることなく、長鎖アミノ酸および二塩基酸の同時製造において各成分の完全な分離を実現する。
【実施例】
【００６９】
以下の実施例は、本発明に係る実施を例示するものであるが、その範囲を限定することを意図するものではない。
【００７０】
［実施例１］
本実施例は、１１−アミノウンデカン酸、ドデカン二酸、ヘキシルアミン、ヘプタン酸、およびステアリン酸の、混合アミド誘導体の水酸化ナトリウム加水分解から得られたこれらの混合物からの分離に関する。
【００７１】
国際公開第２０１７／０８８２１８号に従って１２−ケトステアリン酸メチルから調製した１５０ｇの混合アミド誘導体を、８００ｍＬの水中の６０ｇの水酸化ナトリウムで加水分解することにより、出発溶液の混合物を得た。
【００７２】
溶液を、磁器製のバールサドル(porcelain berl saddle)を充填した２．５×３０ｃｍの真空ジャケット付きカラムで共沸蒸留して、最初にメタノールを得、次いで、オーバーヘッドのｐＨがｐＨ７〜８で中性になるまでヘキシルアミン−水を共沸した。蒸留物を２つの相に分離し、下部の水相を蒸留フラスコに連続的に戻した。粗ヘキシルアミンを共沸蒸留で脱水し、２０．５ｇのヘキシルアミンを得た。
【００７３】
残留溶液に８００ｍＬのトルエン、次いで１００ｇの硫酸を添加した。混合物を８５℃で６０分間勢いよく撹拌し、別個の漏斗に移し、水相を分離した。暗色の上部のトルエン相を温脱イオン水で洗浄し、洗液を水相と組み合わせた。
【００７４】
無色の水相に１．０ｇの活性炭を添加し、８０℃で４５分間撹拌し、溶液を濾過して、無色透明の溶液を得た。溶液を水酸化ナトリウム溶液にて約７０℃でｐＨ７．５に中和して、結晶性の懸濁液を得た。３５℃に冷却した後、懸濁液を濾過し、固形物を脱イオン水で３回洗浄した。乾燥後、４２．５ｇの白色の１１−アミノウンデカン酸を得た。
【００７５】
約１２００ｍＬの母液に１．０ｇの水酸化ナトリウムを添加した。溶液を濃縮し、硫酸ナトリウムを３回の濾過により除去することにより、３００ｍＬの溶液が残った。この塩基性溶液を希硫酸でｐＨ７．５に調整し、さらに０．８ｇの１１−アミノウンデカン酸を回収した。
【００７６】
トルエン溶液を温脱イオン水で１回洗浄し、氷上で５℃に冷却して、結晶性の懸濁液を得た。濾過後、冷トルエンで洗浄し、乾燥して、４５．２ｇのドデカン二酸を得た。生成物は、オフホワイトであった。
【００７７】
トルエン濾液をトルエン洗液と組み合わせ、蒸留してトルエンを回収した。次いで、残留物を、ショートパスカラムで真空蒸留して、２４．５ｇのヘプタン酸を得た。
【００７８】
蒸留後の残留物は、黒色であり、２６．６ｇが秤量された。残留物を２００ｍＬのメタノールと混合し、１．０ｇの硫酸を添加した。混合物を２時間還流した後、硫酸をナトリウムメトキシドで中和した。メタノールを蒸留により除去し、残留メチルエステルを蒸留して、無色のメチルエステルの混合物を得た。この８０％がステアリン酸メチルであり、５％がヘプタン酸メチルであり、１５％がドデカン二酸ジメチルであった。約１．５ｇの黒色残留物が蒸留フラスコに残った。
【００７９】
［実施例２］
本実施例は、１１−アミノウンデカン酸、ドデカン二酸、ヘキシルアミン、ヘプタン酸およびステアリン酸の、混合アミド誘導体の硫酸加水分解のこれらの混合物からの分離に関する。
【００８０】
国際公開第２０１７／０８８２１８号に従って１２−ケトステアリン酸メチルから調製した１５０ｇの混合アミド誘導体を、１５０ｇの硫酸および３０ｇの水の混合物で加水分解することにより、出発懸濁液の混合物を得た。加水分解中、低沸点メタノールを連続的に除去した。
【００８１】
反応懸濁液に８００ｇの水および８００ｍＬのトルエンを添加した。混合物を８５℃で６０分間勢いよく撹拌し、別個の漏斗に移し、２つの相を分離した。
【００８２】
トルエン相を実施例１と同様の方法で処理し、各成分で同様の結果が得られた。
【００８３】
水相を水酸化ナトリウムの水溶液で中和して、合計１１５ｇの水酸化ナトリウムで７．５の中性ｐＨにした。３５℃に冷却した後、結晶性固体を濾過除去し、脱イオン水で３回洗浄し、乾燥して４１．６ｇの１１−アミノウンデカン酸を得た。
【００８４】
２０ｇの水酸化ナトリウムを含有する水酸化ナトリウムのさらなる溶液を母液に添加した。オーバーヘッドのｐＨがｐＨ７〜８になるまで、溶液を、磁器製のバールサドルを充填した２．５×３０ｃｍ真空ジャケットカラムで共沸蒸留した。蒸留物を２つの相に分離し、下部の水相を蒸留フラスコに連続的に戻した。粗ヘキシルアミンを、共沸蒸留により脱水して、２１．５ｇのヘキシルアミンを得た。
【００８５】
ヘキシルアミンを完全に除去した後、硫酸ナトリウムを含有する溶液を実施例１と同じ方法で処理した。さらに１．２ｇの１１−アミノウンデカン酸を母液から回収した。
【００８６】
［実施例３］
本実施例は、９−アミノノナン酸、セバシン酸、オクチルアミンおよびペラルゴン酸の分離に関する。
【００８７】
国際公開第２０１７／０８８２１８号に従って１０−ケトステアリン酸メチルから調製した１５０ｇの混合アミド誘導体を、８００ｍＬの水中の６０ｇの水酸化ナトリウムで加水分解することにより、出発溶液の混合物を得た。
【００８８】
混濁液に２００ｍＬのトルエンを添加し、混合物を８０℃の温度で４５分間勢いよく撹拌した。その後、トルエン相を分離および除去して、残留物を得た。これを蒸留して、２９．５ｇのｎ−オクチルアミンを得た。
【００８９】
水相を実施例１と同様の方法で処理して、３６．９ｇのペラルゴン酸、３６．９ｇの９−アミノノナン酸、および４５．５ｇのセバシン酸を得た。
【００９０】
［実施例４］
本実施例は、１３−アミノトリデカン酸、ブラシル酸、ヘキシルアミンおよびヘプタン酸の分離に関する。
【００９１】
国際公開第２０１７／０８８２１８号に従って１４−ケトアラキジン酸メチルエステルから調製した１８０ｇの混合アミド誘導体を、８００ｍＬの水中の６０ｇの水酸化ナトリウムで加水分解することにより、出発溶液の混合物を得た。
【００９２】
反応溶液を実施例１と同様の方法で処理して、２３．５ｇのヘキシルアミン、２９．４ｇのヘプタン酸、５３．１ｇの１３−アミノトリデカン酸、および６２．９ｇのブラシル酸を得た。
【００９３】
前述した実施例、説明および図面は例示目的のためにすぎず、即時開示の観点から本発明の様々な修正が当業者に自明であって、本出願の精神および範囲、ならびに特許請求の範囲内に含まれるべきであることを理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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