生产有机酸的方法技术

一种制备有机酸的新方法，该方法包括以下步骤：用满足下面公式（１）的酸Ｂ（比如一元羧酸）来使有机酸Ａ（比如二元羧酸、三元羧酸或氨基酸）铵盐进行反应结晶，从而分离出固体形式的有机酸Ａ：ｐＫａ（Ａ）≤ｐＫａ（Ｂ）（１），其中，ｐＫａ（Ａ）和ｐＫａ（Ｂ）分别代表有机酸Ａ和酸Ｂ的电离指数，假若它们具有多个值，则代表其中最小的ｐＫａ。沉淀和分离出有机酸Ａ后，从所得母液中分离出酸Ｂ，再分离出酸Ｂ的铵盐，之后，被再循环利用于反应结晶步骤。将酸Ｂ的铵盐分解成酸Ｂ和氨，它们分别被再循环用作反应结晶步骤和作为微生物转化步骤中的中和剂。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生产具有高熔点的有机酸的方法，比如是二元羧酸、三元羧酸或氨基酸(下文中有时通称为有机酸A)。更具体而言，本专利技术涉及一种，该方法包括有机酸的新的分离/纯化步骤，该方法适合于通过微生物转化由诸如葡萄糖、果糖或纤维素等源自生物的物质来生产有机酸。
技术介绍
羧酸，比如琥珀酸或其衍生物，被广泛用作聚合物的材料，比如是聚酯或聚酰胺，特别是用作生物可降解聚酯的材料，或者作为食品、药物和化妆品的材料。此外，诸如柠檬酸等三元羧酸广泛地用作食品添加剂等。近年来，特别是琥珀酸以及乳酸被认为是生物可降解聚合物的材料。迄今为止，琥珀酸一直通过马来酸的氢化来工业化制备，同时，马来酸是源自石油的一种材料。因此，作为一项以源自植物的材料来生产诸如有琥珀酸、马来酸、酒石酸或柠檬酸等有机酸的技术，使用发酵操作的技术一直在进行研究。此外，通过发酵方法已经生产出氨基酸，但是，氨基酸的分离和纯化一般通过等电点沉淀来进行，所述沉淀采用了硫酸。另外，诸如二元羧酸或三元羧酸这样的有机酸具有至少两个羧基、或者羧基和氨基来作为官能团。由于这种氢键，其熔点通常是高的(通常至少120℃)，而在生产过程中，作为普通分离/纯化方法的蒸馏操作，并不能采用。此外，在使用发酵的这种有机酸生产中，由于诸如真菌或霉菌等用于发酵的微生物通常在低pH条件下不会表现出充足的活性，因而通常需要进行中和。因此，从发酵罐中获得的有机酸通常与用于中和的碱形成盐的形式。这是一个使得这种有机酸的分离/纯化变得更为困难的因素。此前，对于由发酵形成的有机酸的盐来说，一种采用电渗析的方法(JP-A-2-283289)可作为普通的分离/纯化方法。然而，电渗析具有一个问题，即由于设备的大小与生产规模成比例，而即使以工业化规模生产，规模效益仍是小的，结果成本往往是高的。另外，已经建议一种采用离子交换树脂的方法(美国专利6284904)。然而，该方法中，在再生该离子交换树脂的时候，会形成强酸和强碱的盐(比如NaCl)，结果则是，这种盐需要被除去或用电渗析来处理。另外，已经建议了一种用硫酸来分解琥珀酸钙的方法(JP-A-3-030685)。然而在该方法中，硫酸钙将作为副产物而大量形成，而其处理是成问题的。另外，作为一种有效的方法，已经建议了一种通过盐的交换反应来进行反应结晶的方法，所述交换反应使用了硫酸(JP-A-2001-514900，美国专利5958744)。换句话说，这是一种通过进行反应结晶来沉淀和分离有机酸的方法，其中使用了将硫酸加入有机酸的铵盐中的方式。在这种方法中，在通过结晶来分离有机酸之后，可溶解量的有机酸铵盐将留在结晶母液中，并且硫酸铵也将包含于这种结晶母液中。为了增加整个处理的回收率，有必要回收保留在结晶母液中的这种有机酸铵盐，但即使再将结晶操作应用于这种结晶母液，要分离出固体形式的硫酸铵、而又使有机酸铵盐保留在液体中，这是极其困难的。否则，即使试图通过诸如蒸馏等气/液分离操作来进行分离，有机酸铵盐和硫酸铵具有非常高的熔点，在来使这些化合物蒸发的这种高温条件下，有机酸铵盐将发生脱水反应，从而要回收该有机酸将是不可能的。另外，使用这种方法，为了从硫酸铵中回收以及再利用硫酸，则需要特殊的设备来在至少300℃的温度下进行硫酸铵的热解。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决这样的常规问题，并提供一种新的生产具有高纯度的有机酸A的方法，该方法通过在中和剂的存在下从有机酸A的盐中分离出并纯化游离的有机酸A，所述有机酸A的盐通过经碳源微生物转化的发酵方法而形成。本专利技术的另一个目的是提供这样一种方法，通过分解和再利用在前述生产有机酸A的新方法中形成的副产品盐来有效地生产有机酸A，该方法成本低，而且出于环境的考虑，其废物量低。作为对上述问题深入研究的结果，本专利技术人对由本专利技术获得的有机酸A的下述特性给予特别的关注在弱的一元羧酸(下文中称为酸B)比如乙酸或丙酸中，有机酸A的溶解度通常是低的，而其温度依赖性是高的，并且有机酸A的铵盐在酸B中具有高的溶解度。现已发现，通过利用这些特性，可通过使用酸B的反应结晶从而以酸的形式分离出有机酸A的铵盐，所述铵盐单从pKa(Ka电离常数，pKa＝log10Ka)判断应该是几乎不可分解的，并且，可在相对温和加热的条件下分解作为副产物形成的酸B的铵盐，并且可再利用分解所获得的氨。在本专利技术中，除另有说明外，“铵盐”指单、二和/或三铵盐。公知的是，一般而言，弱酸盐可被强酸通过交换反应所分解，从而产生作为副产物的强酸盐，并获得弱酸。这就是前述用来进行盐的交换反应的常规方法，其中使用了硫酸(美国专利5958744)。另外，在采用离子交换树脂的方法中，离子交换树脂还需是一种比二元羧酸或三元羧酸更强的酸。然后，正如前面所述，在这样的方法中，将形成比所需有机酸更强的酸的盐作为副产物。如果以pKa作为酸强度的指数来作比较，例如，琥珀酸和乙酸的pKa见下面，显然，琥珀酸二铵(二级kPa)能与乙酸进行酸/碱交换反应，但是琥珀酸一铵则几乎不能与乙酸进行这样的酸/碱反交换反应。琥珀酸 一级pKa 4.21琥珀酸 二级pKa 5.64乙酸 pKa 4.76因此，如前所述，采取使用强酸或具有强酸性的离子交换树脂的方法已经是常用的。如JP-A-2001-514900中所示，在采用无机酸的结晶中，通常要求通过单级结晶具有高的回收率，因为无机酸的铵盐通常是不易挥发的。因此，在琥珀酸的情况中，一级pKa为4.21，由此为获得足够的回收率，其pH必须小于2.1。因而在JP-A-2001-514900中，在反应结晶中使用硫酸。在这种方法中，pH要求在1.5-1.8。然而，本专利技术人已经发现，单靠酸/碱反应很难获得的有机酸A可被轻松地分离出并纯化，所用方式是使用诸如一元羧酸等酸B来进行反应结晶，所述酸B是一种比所需酸A更弱的酸。也就是说，在中和剂的存在下通过微生物转化而获得的有机酸A，在弱酸B中作为有机酸A的铵盐具有高的溶解度，而作为游离有机酸A则具有低的溶解度，注意到上述事实，本专利技术人已经发现，存在一个区域，其中在酸B中，作为有机酸A的铵盐是可溶的，但作为无氨有机酸A则是不可溶的。另一方面，酸B可作为质子源，因而通过允许足量的酸B共存并降低pH，可以将有机酸A的铵盐通过与酸B的酸/碱反应来转化成无氨有机酸A。如果这种无氨有机酸A的存在超过了溶解度，则无氨有机酸A将沉淀出。此时，铵盐形式的有机酸A在酸B中具有足够高的溶解度，因而不会同时沉淀。在上述发现的基础上，本专利技术人成功地通过反应结晶来分离出有机酸A，所述有机酸A单靠酸/碱反应是难以获得的，所述反应结晶中使用了比有机酸A更弱的酸B。另一方面，在这种情况中，与通过采用强酸的常规结晶相比较，每级的回收可能是较低的。因此，优选的是，作为副产物形成的酸B的铵盐以及有机酸A的铵盐(这两者都包含在母液中)可通过工业化操作来从母液中分离和回收，以及再循环。另外，如果作为副产物形成的酸B的铵盐被除去，则将像常规技术一样产生所除去废物的问题，因此，优选分解和再利用作为副产物形成的酸B的铵盐。本专利技术人发现，构成有机酸A的铵盐的氨是一种挥发性碱，而在挥发性酸(优选具有低沸点的饱和一元羧酸，比如乙酸或丙酸)被用作酸B的情况中，可以使酸B的铵盐蒸发。通过这个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产有机酸Ａ的方法，该方法包括以下步骤：用满足下面公式（１）的酸Ｂ来使有机酸Ａ的铵盐进行反应结晶，从而分离出固体形式的有机酸Ａ：ｐＫａ（Ａ）≤ｐＫａ（Ｂ）（１）其中，ｐＫａ（Ａ）和ｐＫａ（Ｂ）分别代表有机酸Ａ和酸Ｂ的 电离指数，假若它们具有多个值，则代表其中最小的ｐＫａ。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：矶谷笃志，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]