Изобретение относится к способам получения амидов, в частности к усовершенствованному способу получения акрил- или метакриламида с использованием штаммов микроорганизмов.
Целью изобретения является упрощение процесса путем использования в гидролизе предлагаемых штаммов микроорганизмов.
Пример 1 „(сравнительный) . 12,5 ч. промытых клеток штамма N-77 I (содержа- ние воды 80%) получают аэробной культивацией с использованием культурной среды (рН 7,2), содержащей, %: глюкоза 1; пептон 0,5j дрожжевой экстракт 0,3; солодовый экстракт 0,3, 6ч. акрило- нитрила и 81,5 ч. 0,05М фосфатного буффера (рН 8,8) смешивают и проводят в течение 1 ч реакцию при 30 С с перемешиванием. После завершения реакции клетки удаляют центрифугированием с получением прозрачного раствора. Такой раствор содержит 8% акриламида, но не содержит непрореагировавший ак- рилонитрил и побочных продуктов, таких как акриловая кислота. Таким образом, реакция протекает почти количественно до полного завершения.
П р и м е р 2 (сравнительный). 12,5 ч, промытых клеток штамма N-771 (содержание воды 80%), полученных аналогично примеру 1, смешивают с 87,5 ч. воды и акрилонитрил непрерывно прикапывают в смесь со скоростью 4 Ч./1 ч, контролируя при этом рН на значении 8,0 с помощью гидроокиси ка- ЛИЯ с перемешиванием, поддерживая температуру реакции 30 С. Через 2,5ч прикапывание акрилонитрила прекращают, после чего смесь перемешивают в течение 30 мин. Полученньй в результате реакционный раствор подвергают реакции в течение еще 30 мин, после чего центрифугируют с целью удаления клеток и получения прозрачного раствора. Такой раствор содержит 12,.0% акриламида и совершенно не содержит непрореагировавшегр акрилонитрила. Таким образом, реакция полностью за- ,вершена.
П р и м е р 3. (сравнительный). 15 ч. промытых клеток штамма N-771 (содержание воды 80%), полученных аналогично примеру 1, 8ч, метакрило- нитрила и 77 ч..0,05 М фосфатного буффера (рН 8,8) смешивают и проводят в течение 1 .ч реакцию при 30 С. После завершения реакции клетки удаляют
5
0
5
0
5
0
5
0
5
центрифугированием с получением прозрачного раствора. Такой раствор содержит 10,2% метакриламида. Хотя детектируют следы метакриловой кислоты, непрореагировавшего метакрилонитрила не обнаружено. Таким образом, реакция протекает почти-количественно до завершения.
П р и м е р 4 (сравнительньй). 12 ч. промытых клеток штамма N-774 (содержание воды 75%), полученных аналогично примеру 1, смешивают с 88 ч. воды и к полученной смеси непрерывно прикапывают метакрилонитрила со скоростью 3 Ч./1 ч, контролируя при этом рН раствора на уровне 8,5 с помощью гидроокиси калия с перемешиванием при 30°С. После протекания реакции в течение 4 ч прикапывание метакрилонитрила прекращают, после чего перемешивание продолжают еще в течение 30 мин до почти полного реагирования метакрилата в системе. После завершения реакции клетки удаляют центрифугированием с получением прозрачного раствора. Количество метакриламида, в таком растворе согласно
определению составляет 13%. I
П р и м е р 5 (сравнительный).
25 ч. промытых клеток (содержание воды 78%) штамма N-775, полученных аэробной культивацией с использованием культурной среды (рН 7,2), содержащей, %: глюкоза 1; пептон 0,5; дрожжевой экстракт 0,3; солодовый экстракт 0,3; ацетонитрил 0,1; 0,1; HgSO X 7 HgO 0,05, 5 ч. акрилонитрила и 70 ч. 0,05 М фосфатного буфера (рН 8,8), смешивают и проводят в течение 1 ч реакцию при 30 С с перемешиванием. После завершения реакции клетки удаляют центрифугированием с образованием прозрачного раствора. Такой раствор содержит 6,7% арилами- да, но не содержит непрореагировавшего акрилонитрила и побочных продуктов, таких как акриловая кислота. Таким образом, реакция проходит почти количественно до завершения.
Пример 6. 8ч. промытых клеток штамма N-771 (содержание воды 75%), полученных аэробной культива- цией при использовании культурной среды (рН 7,2), содержащей, %: глюко- за 1; пептон 0,5; дрожжевой з кстракт 0,3; солодовый экстракт 0,3, смепшва- ют с 92 ч. воды и к смеси прикапывают акрилонитрил со скоростью 2 ч./1 ч.
контролируя при этом рН раствора на уровне 8,0 с помощью добавления 0,5 N водного раствора КОН при перемешивании, при различных температурах реакции (0-30 С) . Реакцию про; олжают до детектирования непрореагировавшего акрилонитрила и на этой стадии реакцию прерывают, и клетки удаляют центТемпература реакции, С
(-)З-О 5 10 15 20 30
16
16 14
12
31,8 31,0 28,1 25,0 10,7 9,3
Из результатов табл.1 следует, что энзимная активность клеток является стабильной, а концентрация полученного и накопленного акриламида значительно повышается при проведении40 реакции при температуре не выше 15°С.
Примеру. 13,5ч. промытых . клеток штамма N-775 (содержание воды 78%), полученных культивацией соглас-45 но примеру 6, смешивают в 86,5 ч. воды и по каплям добавляют акрилонитрил
рифугированием с получением прозрачного раствора. Содержание акриламида определяют в каждом из растворов с целью сравнения концентраций накопленного акриламида при соответствующих температурах реакции.
Результаты опытов представлены в табл.1.
Т а б л и ц а 1
16 14
12
со скоростью 2 Ч./1 ч, контролируя при этом рН раствора на уровне 8,0 путем добавлений -0,5 N-водного раствора гидрос киси калия с перемешиванием, при различных температурах реакции (0-30°С). После этого реакцию продолжают аналогично примеру 6 до определения непрбреагировавшего акрилонитрила. Концентрацию акриламида определяют в каждом из растворов.
Результаты опытов представлены в табл.2.
Таблица2
Показатели по примеру 7
iiniiiiiiiiu
14 13 11 10 5 4
28,2 27,5 23,1 21,0 11„5 9,5
Из табл.2 видно, что концентрация полученного и накопленного акриламида значительно увеличивается в тех опытах, в которых реакцию проводят при температуре выше 15 С.
Пример 8. 4ч. промытых клеток штамма N-771, полученных по примеру. 6, 0,45 ч. акриламида, 0,05 ч. К,ы -метилен-бис-акрш1амида и 4 ч. физиологического раствора смешивают с получением однородной суспензии. К полученной суспензии добавляют 0,5 ч 5%-ного раствора диметиламинопропио- нитрила и 1 ч. 2,5%-ного водного раствора персульфата калия, и в полученной системе проводят полимеризацию при 10-30 С. Полученный таким образом массивный, содержащий клетки, гель пробивают на мелкие частицы и промы- вают физиологическим раствором для получения 10 ч. иммобилизованньк клеток. К 20 ч. иммобилизованных клеток добавляют 72 ч. 0,05 М фосфатного буфера (рН 8,0) и добавляют по каплям акрилонитрил со скоростью 2 ч./1 ч, проводя реакцию при 15 С в течений 4 ч при перемешивании. Прозрачный раствор, полученный отделением и удалением бактериальных клеток от продукта реакции, содержит 10,6% акриламида и почти не содержит побочных продуктов, таких как акриловая кислота, а количество непрореагировавшего акрилонит- рила определяют. В результате реакция протекает почти количественно до полного завершения.
Пример9. 5ч. промытых клеток N-77A (содержание воды 80%), по30
35
25
Q 5 Q
лученных азробным выращиванием в культзфальной среде (рН 7,2), содержащей, %: глюкоза 1;-пептон 0,5; солодовый экстракт 0,3; дрожжевой экстракт 0,3, в течение 48 ч, добавляют к 95 ч., 0,1. М фосфатного буффера, содержащего 2% акрилонитрила, регулируя рН до 6,0, 7,0; 8,0 и 9,0 соотвественно. Реакцию проводят при в течение 5 ч, постепенно добавляя акрилонитрил так, чтобы концентрация акрилонитрила не превышала 2%. Концентрацию акрилонитрила измеряют со- ответствуюп1ими: реакционными растворами.
Результаты опытов приведены в табл.3.
рН
6,0 7,0 8,0 9,0
Пример 10. 40 г иммобилизованных клеток штамма N-771, полученных согласно способу примера.9, загружают в колонку с рубашкой нут- ренний диаметр 3 см, длина 25 см) и 4%-ный водный раствор акрилонитрила
или 2,6%-ный водный раствор метакрила- нитрила непрерывно подают сверху колонки со скоростью 100 мл/ч при 10°С и при 25°С (для сравнения), при времени реакции, указанной в табл.4. 5
Соотношения полученного:акриламида или метакриламида на соответствующих стадиях реакции представлены в табл.4.
Таблица4
Пример 11. В табл.5 приведено сравнение активности целых клеток и иммобилизованных клеток по отношению к различным микроорганизмам, обладающим акриламид-производящей способностью.
Получают иммобилизованные клетки следующим образом.
4 ч. целых клеток (содержание воды 75%), 0,45 ч. акриламида, 0,05 ч. N,N -мeтилeн-биc-aкpилaмидa и 4 ч. физиологического раствора смешивают с целью получения однородной суспензии. К этой суспензии добавляют 0,5ч. 5%-ного .водного раствора диметилами- нопропионитрила и 1 ч. 2,5%-ного водного раствора персульфата калия .и систему выдерживают при 10-15 С в течение 30 мин, с целью полимеризации. После этого, полученные таким образом, содержащие клетки гели дробят и
5
5
0
промывают физиологическим раствором с целью получения 10 ч. иммобилизованных клеток.
Измерение акриламид-производящей способности ведут следующим образом.
0,8 ч. целых клеток или 2 ч. иммобилизованных клеток разбавляют 0,05 М фосфатным буффером (рН 8,0) до объема в 100 ч. Затем 1 ч. каждого из разбавленных таким образом растворов смешивают с 1 ч. 0,05 М фосфатного буффера (рН 8,0), содержащего 2% акрилонитри- ла и после реакции при 10°С в течение 30 мин при перемешивании, полученный в реакционном растворе акриламид определяют с целью расчета акриланид- производящей способности каждого образца целых клеток и иммобилизованных клеток.
I ТаблицаЗ
Штамм N-771 вида 30 Corynebacteriura
(FEPM-P № 4445)
Штамм N-774 вида Corynebacterium 35 (FEPM-P № 4446)
40
Штамм N-775 вида Nocardia (FEPM-P № 4447)
5
0
5
Количество акриламида, (г), полученное за 1 ч реакции, на 1 г сухих бактериальных клеток. Пример 12. 40 ч. промытых клеток штамма N-771 (содержание воды 75%), полученных аэробной культива- дией с использованием культурной среды (рН 7,2), содержащей, %: глюкоза 1; пептон 0,5; дрожжевой экстракт 0,3; солодовый экстракт 0,3; 4,5 ч. акриламида, 0,5 ч. N,N -метилен-бис- акриламида и 40 ч. физиологического раствора смешивают с целью получения однородной суспензии. К полученной суспензии добавляют 5 ч. 5%-ного ди- метиламинопропионитрильного водного раствора и 10 ч. 2,5%-ного водного раствора персульфата калия и вьщерживают при 10°С в течение 30 мин с целью полимеризации. Полученный таким образом массивный, содержащий клетки, гель дробят на небольшие частицы и промывают физиологическим ра- створом с целью получения 100 ч. им- (мобилизованных клеток.
В пять колонок, снабженньк рубашками, с внутренним диаметром 3 см и длиной в 25 см загружают 40 г иммобилизованных клеток и последовательно соединяют друг с другом и сверху колонки 1 пропускают 4, водный jpacTBOp акрилонитрила (при использо- вании фосфатного буффера, рН 8,0) при 10 С со скоростью 50 мл/ч (об. скорость 0,5 ч ). После этого 100 ч. элюата смешивают с 4,5 ч. акрилонитрила и пропускают сйерху через колон- ку 2 со скоростью 52,3 мл/ч (об.скорость 0,53 ). Полученный элюат аналогичным образом пропускают последовательно через колонку 3 со скоростью 54,5 мл/ч (об.скорость 0,54 , колонку 4 со скоростью 56,8 мл/ч (об, скорость 0,57 ) и через колонку 3 со скоростью 59 мл/ч (об.скорость 0,59 ч ) в течение 48 ч. Таким образом, непрерывно получают элюат с ре- акционным соотношением 100%. Концентрация акриламида в таком элюате составляет 25,5%.
При мер13. В7 колонок с рубашками диаметром в 3 см и длиной 25 см загружают 40 г иммобилизованных клеток, полученных согласно примеру 12, и их последовательно соединяют друг с другом и сверху колонки 1 пропускают 2,5%-ный водный раствор ме- такрилонитрила, растворенный вО,05М фосфатном буффере (рН 8,0), со скоростью 100 мл /ч (об.скорость 1,0 ч ), при 15 С. Затем 100 ч. элюата смешивают с 2,5 ч. метакрилата и эту смесь пропускают сверху вниз через колонку 2 со скоростью 103 мл/ч (об.скорость 1,03 ч- ).
Затем полученный элюат аналогичным образом пропускают через колонку 3 со- Скоростью движения вниз, равной 105 мл/ч (об. скорость 1,05 ), колонку 4 со скоростью 108 мл/ч (об. скорость 1,08 ), колонку 5 со скоростью 110 мл/ч (об.скорость 1,10 ), колонку 6 со скоростью 113 мл/ч (об. скорость 1,13 ), колонку 7 со скоростью 115 мл/ч (об.скорость 1,15 ) в течение 48 ч. Реакционное соотношение такого элюата 100%, концентрация метакрилс1мида в элюате 19,3%.
Пример 14, 45 ч. промытых клеток штамма N-775 (содержание воды 78%), полученных аэробной культивацией с использованием культурной среды, содержащей, %: глюкоза 1; пептон 0,5j дрожжевой экстракт 0,3; солодовый экстракт 0,3; ацетонитрил 0,1; , 0,1; MgSO X 7 0,05, 4,5 ч, акриламида, 0,5 ч, N,N -мeти- лен-бис-акриламида и 40 ч, физиологического раствора смешивают с целью получения однородной суспензии. К полученной смеси добавляют 5 ч. 5%-ного водного раствора диметиламинопропио- нитрила и 10 ч. 2,5%-ного водного раствора персульфата калия и вьщержива- ют в течение 30 мин при комнатной температуре-. Полученные таким образом массивные, содержащие кле.тки гели дробят на небольшие частицы и промывают физиологическим раствором с получением 100 ч. иммобилизованных клеток,
Такие иммобилизованные клетки загружают в секционную колонку, имеющую несколько секций, каждая из которых имеет объем в 100 мл и содержит 40 г иммобилизованных клеток, 2,5%-ный ме- такрилонитриловый раствор (при использовании 0,05 М фосфатного буфера рН 8,0) непрерывно подают со скоростью 100 мл/ч сверху самой верхней секции, поддерживая при этом температуру внутри колонки, равной 15 С, и метакрилонитрил со скоростью 3 мл/ч добавляют сверху каждой секции 2-7 в течение 48 ч для проведения реакции, В этом случае в элюате со дна 7-й секции колонки не обнаруживают, мета- крилонитрила. Таким образом, реакция прошла на 100%, Содержание метакрил- амида в этом элюате 19,3%.
Пример 15, Две снабженных кожухами колонны, имеющие внутренний диаметр, равный 3 см, и длину 25 см, каждая из которых заполнена 40 г иммобилизованных клеток (штамм N-771), полученных аналогично примеру 12, соединены друг с другом последовательно, при этом обеспечивается стекание вниз через верхнюю часть колонны 1 4%-ного водного раствора акрилонитрила (используя 0,05 М и фосфатный буфер рН 8,0), при температуре 10°С, при скорости потока, идущего вниз, 100 мл/ч (,0 ч). После этого 100 ч. выходящего потока смешивают с
ц ч. акрилонитрила и позволяют стекать вниз через верхнюю часть колонны 2 со скоростью 104 мл/ч (,04 ). Таким образом, непрерывно получают выходящий поток в форме водного ра- створа акриламида, содержащего непрореагировавший акрилонитрил при коэффициенте реактивности 100%. В дополнение к этому концентрация акриламида в этом выходящем потоке составляет 10,3%.
Пример 16. Три колонны, снабженные кожухами, имеющие внутренний диаметр 3 см и длину 25 см, каждая из которьрс заполнена 40 г иммобилизованных клеток (штамм N-771), полученных аналогично примеру 12, присоединяют последовательно друг с другом, и при этом обеспечивается отекание вниз через верхнюю часть колонны 1 4,5%-ного водного раствора акрилонитрила (используя 0,05 М фосфатный буф- фер, ,0), при температуре 5°С,
Предлагаемый способ позволяет упр стить процесс за счет использования микроорганизмов, сохраняющих стабиль ную ферментативную активность в течение длительного времени, ведения процесса при низкой температуре, исключить стадию очистки раствора клеток, так как получают прозрачный раствор. При этом концентрацТ1я целево раствора либо выше (32% против 20%)
при скорости идущего вниз потока, составляющей 50 мл/ч (,5 ч ). Пос-25 либо находится на уровне известного ле этого 100 ч. выходящего потока сме- способа, шивают с 4,5 ч. акрилонитрила, и позволяют стекать вниз через верхнюю
часть колонны 2 со скоростью идущего
- ) .
вниз потока 52,3 мл/ч (,53 ч 104,5 ч. выходящего потока после этого смешивают с 4,5 ч. акрилонитрила и аналогичным образом позволяют ему стекать вниз через колонну 3, причем в этом случае скорость идущего вниз потока регулируют на уровне 54,5 мл/ч (,54 ). Таким образом, в данном случае непрерывно получают выхоФормула изобретения
30
1. Способ получения водных растворов акриламида или метакридамида гидролизом соответствующего нитрила при рН 7,0-9,0 с использованием штаммов
35 микроорганизмов, отличающий с я тем, что, с целью упрощения процесса, используют штамм N-771 или N-774 вида Corynebacterium, или N-775 вида Nocardia, депонированные в Индящий поток при коэффициенте геактив- ности 100%. В дополнение к этому кон- 40 ституте ферментативных исследований центрация акриламида в этом выходящем Агенства промышленной науки и техно- потоке составляет 16,6%.
Пример 17. Три колонки с рубашкой, внутренним диаметром 3 см, длиной 25 см, заполненные каждая 40 г 45 иммобилизованных клеток (штамм N-710, полученных аналогично примеру 12, соединяют друг с другом последовательлогии Министерства международной торговли, город Чиба, и процесс ведут при (-3)-15°С.
2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что используют штаммы, иммобилизованные полнакриламидны гелем.
но, и пропускают 5,6%-ный водный ра- 3. Способ поп.1, отли.чаю- створ акрилонитрила (с использованием 50 щ и и с я тем, что процесс осуществ- фосфатного буффера 0,05 М, рН 8) ни- ляют непрерывно в 3-7 последовательно сходящим потоком через верх колонки 1 соединенных колонках. при и при скорости потока 50 мп/ч (,5 ч ). Затем 100 ч. истечения смешивают с 5,6 ч. акрилонитрила-и пропускают нисходящим потоком через
Приоритет по пунк гам: 55 28.04.78 - по пп.2 и 3; 29.03.78 - по П.1.
ВНИИПИ Заказ 905/63
Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
верх колонки 2 со скоростью потока 52,8 мл/ч (,53 ч). Затем 100 ч истечения смешивают с 5,6 ч. акрилонитрила и точно также последовательн пропускают нисходящим потоком через колонку 3, регулируя скорость потока на уровне 55,6 мл/ч (,56 ч ). Таким образом, непрерывно получают истечение в виде акриламидного водного раствора, не содержащего реагировавшего акрилонитрила, при реакционном отношении 100%. Концентрация акриламида в этом истечении составляет 20,2%.
Предлагаемый способ позволяет упростить процесс за счет использования микроорганизмов, сохраняющих стабильную ферментативную активность в течение длительного времени, ведения процесса при низкой температуре, исключить стадию очистки раствора клеток, так как получают прозрачный раствор. При этом концентрацТ1я целевог раствора либо выше (32% против 20%),
либо находится на уровне известного способа,
Формула изобретения
30
1. Способ получения водных растворов акриламида или метакридамида гидролизом соответствующего нитрила при рН 7,0-9,0 с использованием штаммов
35 микроорганизмов, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения процесса, используют штамм N-771 или N-774 вида Corynebacterium, или N-775 вида Nocardia, депонированные в Ин40 ституте ферментативных исследований Агенства промышленной науки и техно-
ституте ферментативных исследований Агенства промышленной науки и техно-
логии Министерства международной торговли, город Чиба, и процесс ведут при (-3)-15°С.
2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что используют штаммы, иммобилизованные полнакриламидным гелем.
3. Способ поп.1, отли.чаю- 50 щ и и с я тем, что процесс осуществ- ляют непрерывно в 3-7 последовательно соединенных колонках.
Приоритет по пунк гам: 55 28.04.78 - по пп.2 и 3; 29.03.78 - по П.1.
Тираж 372
Подписное
Изобретение касается производных ненасьщенных кислот, в частности получения водных растворов акриламида (AM) или метакриламида (МА), используемых в органическом синтезе. Упрощение процесса достигается микробиологическим путем с использованием других штаммов микроорганизмов. Получение AM и МА ведут гидролизом соответствующих нитрилов при рН 7-9 и (-3)-(+15)°С с помощью штаммов N-771 или N-774 вида Corynebacterium или N-775 вида Nocardia. Преимущественно используют штаммы, иммобилизированные полиакриламидным гелем, и процесс ведут непрерывно в 3-7 последовательно соединенных колоннах. Реакция протекает количественно с использованием аэробной культивации с использованием культуральной среды, содержащей 1% глюкозы, 0,5% пептона, 0,3% дрожжевого экстракта и 0,3% солодового экстракта при 30 С. По окончании процесса клетки удаляют центрифугированием и получают прозрачный раствор, содержащий AM и МА 9,3-31,8%. Упрощение процесса-достигается за счет микроорганизмов, сохраняющих стабильную фер- мента ивную активность, а ведение процесса при низкой температуре позволяет исключить стадию очистки раствора клеток. 2 з.п. ф-лы, 5 табл. с SS (Л и Ро со ел о ы
| Патент США № 4001081, кл | |||
| Способ гальванического снятия позолоты с серебряных изделий без заметного изменения их формы | 1923 |
|
SU12A1 |
| Шеститрубный элемент пароперегревателя в жаровых трубках | 1918 |
|
SU1977A1 |
