由丙酮合氰化氢生产2-羟基异丁酸和甲基丙烯酸的方法技术

本发明专利技术涉及一种生产２－羟基异丁酸的方法，其中使用具有腈水解酶活性的催化剂或使用具有组合腈水合酶和酰胺酶活性的催化剂将丙酮合氰化氢转化为２－羟基异丁酸。本发明专利技术还涉及甲基丙烯酸的生产，其中将用所述催化剂制备的２－羟基异丁酸脱水生产甲基丙烯酸。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种使用酶催化剂生产2-羟基异丁酸的方法。更具体地说，本专利技术是关于使用具有敏捷假单胞菌72W腈水解酶活性的催化剂或具有睾丸酮假单胞菌5-MGAM-4D或睾丸酮假单胞菌22-1的组合腈水合酶和酰胺酶活性的催化剂，由丙酮合氰化氢生产2-羟基异丁酸。2-羟基异丁酸可用作生产甲基丙烯酸的中间体。
技术介绍
甲基丙烯酸及其酯广泛用于生产聚丙烯酸酯板材、浇铸产品、涂料和耐冲击性改进剂。它还应用于例如洗涤剂增效助剂、流动改性剂、机油添加剂、不溶油墨、油漆和上光剂产品中。虽然存在几种制备甲基丙烯酸的生产方法，但目前水解甲基丙烯酰胺硫酸盐(用丙酮合氰化氢制备)的方法占全世界工业生产的大部分(W.Bauer，Jr.“Methacrylic Acid and Derivatives”在Ullmann’s Encyclopediaof Industrial Chemistry，第5版中；编辑B.Elvers，S.Hawkins，G.Schulz；VCH，New York，1990；vol.A16，441-452页；A.W.Gross，J.C.Dobson，“Methacrylic Acid and Derivatives”在Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第4版中；编辑J.I.Kroschwitz，M.Howe-Grant；John Wiley and Sons，New York，1995；vol.16，474-506页)。该方法中，通过甲基丙烯酰胺硫酸盐制备甲基丙烯酸1kg需要硫酸约1.6kg。因此，非常需要替代的方法以省去目前工业化生产甲基丙烯酸方法中的硫酸的回收和再生(和所需要的大量能源)。在US 3,666,805和US 5,225,594中公开了2-羟基异丁酸化学转化为甲基丙烯酸，其中使用金属氧化物和氢氧化物、离子交换树脂、氧化铝、二氧化硅、胺、膦、碱金属的醇化物或羧酸盐使2-羟基异丁酸脱水，其中反应温度一般在160℃和250℃之间。在优选的方法中(US5225594)，2-羟基异丁酸和氢氧化钠在185℃-195℃真空(300乇)条件下搅拌进行反应，得到2-羟基异丁酸的转化率为97.1％，甲基丙烯酸得率为96％。生产甲基丙烯酸的另一路径是使用微生物催化剂或酶催化剂将丙酮合氰化氢水解成2-羟基异丁酸，随后将2-羟基异丁酸脱水制备甲基丙烯酸。已知多种将α-羟基腈微生物水解或酶水解为对应的α-含氧酸的方法。用这些方法制备的α-含氧酸的实例包括羟基乙酸，乳酸，2-羟基异丁酸，2-羟基-2-羟苯基丙酸，苯乙醇酸，2-羟基-3，3-二甲基-4-丁内酯和4-甲基硫代丁酸。能够催化α-羟基腈水解的微生物包括属于诺卡氏菌、芽胞杆菌、短杆菌、金杆菌、假单胞细菌、乳酪杆菌、产碱杆菌、不动杆菌、肠杆菌、节杆菌、埃希氏菌、小球菌、链霉菌、黄质菌、产气单孢菌、枝动杆菌、纤维单胞菌、欧氏植病杆菌、假丝酵母、无芽孢杆菌、曲霉属菌、青霉属菌、Cochliobolus、镰刀菌、红假单胞菌、红球菌、棒状杆菌、小棒状杆菌、肥杆菌和戈登氏菌属的微生物。(JP-A-4-99495，JP-A-4-99496和JP-A-4-218385相应于美国专利号5,223,416；JP-A-4-99497相应于美国专利号5,234,826；JP-A-5-95795相应于美国专利号5,296,373；JP-A-5-21987；JP-A-5-192189相应于美国专利号5,326,702；JP-A-6-237789相应于EP-A-0610048；JP-A-6-284899相应于EP-A-0610049；JP-A-7-213296相应于美国专利号5,508,181)。大部分以上提及的已知的使用酶催化剂由对应的α-羟基腈制备α-含氧酸的方法不能在可达到工业需要的足够高浓度条件下制备和富集产品。这通常是反应初期的酶失活造成的。例如，U.S.5,756,306教导了“当使用腈水解酶或腈水合酶将α-羟基腈酶水解或水合制备α-含氧酸或α-羟基酰胺时，存在的问题是在短期内酶失活。因此难以高浓度和高产率地得到α-含氧酸或α-羟基酰胺。”(第1栏，49-54行)。U.S.6,037,155教导了α-含氧酸产物的积累水平低与反应开始后在短时间内酶失活有关。在氰化氢存在下酶的活性被抑制(Asano等，Agricultural Biological Chemistry，461164-1165(1982)(更名为Bioscience，Biotechnology & Biochemistry as of January1992))。氢化氰是α-羟基腈在水中部分解离产生的，同时产生对应的醛或酮(Mowry，Chemical Reviews，42189-284(1948))。对于生产2-羟基异丁酸，已知丙酮合氰化氢在水中可逆地离解为氰化氢和丙酮(Stewart等，J.Am.Chem.Soc.623281-5(1940))，而得到的氰化氢可以使酶活性丧失。一种使用属于棒状杆菌属的微生物制备2-羟基丙酸、羟基乙酸和2-羟基异丁酸的方法在日本专利Sho 61-56086中公开了。使用属于红球菌、假单胞菌、节杆菌或短杆菌(JP 04040897 A2)和无色杆菌(JP06237776 A2)菌属的微生物由丙酮合氰化氢也制备了2-羟基异丁酸。使用紫红红球菌(ATCC 19140)时通过向反应混合物中加入浓度0.5-50wt％的丙酮提高了2-羟基异丁酸的生产效率(JP 05219969 A2)，推测是由于隔离了氰化氢。如上所述，已经证明发展使用具有腈水解酶或者腈水合酶/酰胺酶活性的微生物催化剂以高效地生产2-羟基异丁酸的工业方法是困难的。反应混合物中存在的氰根离子可以减除或抑制酶活性。要解决的问题仍然是在具有高转化率，高浓度和高选择性特征的方法中缺乏易将丙酮合氰化氢转化为2-羟基异丁酸的微生物催化剂，该方法相对于以前已知的方法另外还具有工艺温度低和废物产量低的优点。专利技术概述本专利技术提供一种高专一性和高转化率的由丙酮合氰化氢制备2-羟基异丁酸的方法。本专利技术包括的步骤有(a)在合适的含水反应混合物中使丙酮合氰化氢与催化剂接触，催化剂的特征在于具有腈水解酶活性(EC 3.5.5.7)或具有腈水合酶(EC 4.2.1.84)和酰胺酶(EC3.5.1.4)活性；和(b)以酸或对应盐的形式分离(a)中生产的2-羟基异丁酸。通过使(a)中生产的酸脱水得到甲基丙烯酸；和分离酸或对应的盐。反应如下所示。 本专利技术使用的酶催化剂(包括本文指明的由生物保藏物获得的酶催化剂)是以完整的微生物细胞，经渗透化的微生物细胞，微生物细胞提取物的一种或多种细胞组分以及不完全纯化的酶或纯化的酶的形式。不论何种形式的酶催化剂都可以固定在可溶的或不溶的载体中或载体上。生物保藏物的简要说明为了满足专利程序的要求，申请人按照布达佩斯条约关于微生物保藏的国际认可的条件制备了下列生物保藏物保藏物登记名称国际保藏单位名称保藏日期敏捷假单胞菌72-PF-17 ATCC 55745 1996年3月8日敏捷假单胞菌72WATCC 55746 1996年3月8日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由丙酮合氰化氢制备２－羟基异丁酸的方法，包括（ａ）在合适的含水反应混合物中将丙酮合氰化氢与催化剂接触，催化剂的特征在于具有由敏捷假单胞菌７２Ｗ获得的腈水解酶活性或具有由睾丸酮假单胞菌获得的组合的腈水合酶和酰胺酶活性；和（ｂ）以盐或酸的形式分离（ａ）中产生的２－羟基异丁酸。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S乔汉，R迪科西莫，RD法隆，JE加瓦甘，LE曼泽，MS佩恩，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]