专利名称：由蓖麻油酸同时产生7-氧代庚酸甲酯和十一碳烯酸的方法
由蓖麻油酸同时产生7-氧代庚酸甲酯和十一碳烯酸的方
法本发明的目标在于将蓖麻油酸转化以获得尤其是7-氧代庚酸甲酯和10-十一碳 烯酸(也称作十一碳-10-烯酸，在下文中更简单地称作十一碳烯酸)的方法，该方法包括 将该蓖麻油酸发酵的步骤。蓖麻油酸的发酵产生十九碳烯的二酸。 最知名的不饱和二酸或二酯为包括含有4 6个碳原子的链的那些，例如C4酸 (马来酸和富马酸)，C5酸(柠康酸、中康酸和衣康酸)，以及C6酸(2-甲基戊二酸和粘康 酸)。另一方面，关于长链二酸，具有一定重要性的只是二聚体，其通常通过不饱和羧酸的缩 合得到。在Kirk-Othmer Encylopedia第A8卷第533-536页中描述了这些二酸的性质、合 成和用途。饱和二酸在工业上通过各种方法得到，但是所有的方法都呈现出一些缺点。在以 上参考文献Kirk-Othmer Encylopedia第A8卷第523-536页中进一步详述了各种各样的 这些方法。可将其中的方法区分为通过植物脂肪酸的降解例如臭氧分解或氧化进行的方法。 根据以上的岩芹酸的反应过程，油酸、岩芹酸和芥酸的臭氧分解使得可分别产生 含有9个、6个和13个碳原子的二酸。另一实例为蓖麻油酸在高于180°C的温度下通过氢氧化钠的作用进行的裂解。这 种在工业上使用的方法使得可得到含有10个碳原子的二酸。如下面的方案中所示的相同 方法可以应用于14-羟基-顺式-11-二十碳烯酸(lesquerolic acid)并导致形成含有12个碳原子的二酸。这种方法呈现出使用可再生原料的优点，但是基本上限于Cltl二酸，14-羟 基_顺式-11- 二十碳烯酸仍不是十分普遍，因此相对很少使用这种方法。
还可提及单羧酸通过N2O4的作用进行的氧化降解。硬脂酸的氧化使得可得到癸二 酸和辛酸的混合物；辛二酸可以由棕榈酸得到。或还可通过使用不同的羰基化技术由更小的分子得到二酸。最后，可提及饱和或不饱和脂肪族酯、酸、醇或烷属烃底物通过酵母、真菌或细 菌进行的发酵，这使得可将所述底物化合物氧化。这种方法是公知的。其特别描述于 W. H. Eschenfeldt 等人的文章"Transformation of FattyAcids Catalyzed by Cytochrome P450 Monooxygenase Enzymes of Candidatropicalis”以及专利 2445374>US 4474882、 US 3823070、US 3912586、US 6660505、US 6569670 和 5254466 中。其使得可得到具有多 变链长的许多二酸。在Zu-Hua Yi和Hans-JUrgen Rehm的出版物即Appl. Microbiol. Biotechnol.，(1989)，30，327-331中描述了通过油酸和油醇的发酵产生9-十八碳烯二酸。在说明羟基化的不饱和二酸的形成的资料方面的文献相对不足。D.Fabritius， H. J. SchSfer 和 A. Steinbiichel 的出版物即 Appl. Microbiol. Biotechnol.，(1996) ,45, 342-348说明了通过使用热带假丝酵母(CandidaTropicalis)的突变株使油酸发酵而形成 3-羟基-9-十八碳烯二酸。用N-甲基-N-硝基-N’ -亚硝基胍使热带假丝酵母DSM 3152 菌株突变产生突变体M25，这使得所获得的羟基化二酸的浓度为使用母菌株时所获得的羟 基化二酸的浓度的1. 8倍。专利US 6569670描述了用于制造二酸的发酵方法。在该专利的第6栏第25行中 描述了天然脂肪酸的用途。特别地，描述了蓖麻油酸、其酯和具有高的蓖麻油酸含量的甘油三酯，尽管没有举例说明。就环境而言，目前的发展导致在能源和化学领域受到偏爱的源自可再生资源的天 然原料的使用。因此，从植物或动物来源的油或脂肪中提取的因而是可再生的脂肪酸/脂 肪酸酯正变成特别有利的原料。 使用脂肪酸作为原料的工业方法的实例是以从蓖麻油中提取的蓖麻油酸为原料 制造11-氨基i^一酸，其形成Rilsan 合成的基础。在EditionsTECHNIP (1986)中发表的 A· Chauvel 等人白勺著作“Les Procedes dePetrochimie" [Petrochemical Processes]中描 述了这种方法。11-氨基十一酸是以几个步骤获得的。第一步骤包括使蓖麻油在碱性介质 中进行甲醇分解，从而产生蓖麻油酸甲酯，随后使蓖麻油酸甲酯进行热解以一方面得到庚 醛，另一方面得到十一碳烯酸甲酯。通过水解将十一碳烯酸甲酯转化为酸形式。随后，使 形成的酸经历溴氢化作用以产生ω-溴化酸，该ω-溴化酸通过胺化(amination)转化为 11-氨基十一酸。这种方法导致同时产生11-氨基十一酸和庚醛，它们在价值上应分开收取。庚醛 可应用于香料或精细化学品市场，或者还必须通过氧化转化为庚酸以应用于油、增塑剂或 油漆中，或者还必须转化为庚醇以应用于增塑剂、健康和安全领域。而且，庚醛仅具有有限 的市场并且主要转化为尤其是在价值上待收取的庚酸。蓖麻油包含约85%的蓖麻油酸。在制造10-十一碳烯酸的常规方法中，蓖麻油中 存在的其它脂肪酸不裂化并且导致包含具有低附加值的化合物的称为Esterol的级分。这些市场可以是高度波动性的，希望找到如下的方法，该方法使得可避免产生庚 醛，同时促进可以用在工业上例如用于制造工业聚合物或用于制药工业的其它化合物的形 成。在制药工业中，7-氧代庚酸甲酯具有特别用途；具体地说，在前列腺素类化合物 例如 2-(6-甲氧基羰基己基)环戊-2-烯-1-酮(Bosone，Enrico ；Synthesisl983 (11), 第942-4页)的合成期间、或者在前列腺素例如Mexiprostil 的合成期间，必须使得7-氧 代庚酸甲酯是可得到的(Kolb, Μ.，Tetrahedron Letters，1988，第 29 卷(51)，第 6769-72 页)。而且，十一碳烯酸在制药工业领域中也有用途，其中十一碳烯酸用作用于对海藻 糖进行处理的组合物中的活性成分。因此，必须找到一种这样的方法，该方法使得可得到7-氧代庚酸甲酯和十一碳烯 酸两者，另外，该方法使用天然来源的可再生材料蓖麻油。因此，本发明的主题是使蓖麻油转化的方法。根据本发明，所述方法包括下列相继的步骤a)通过细菌、酵母或真菌对蓖麻油酸进行发酵，以得到7-羟基-9-十八碳烯二 酸；b)将步骤a)中得到的7-羟基-9-十八碳烯二酸进行酯化，以形成相应的二甲酯 (methyl diester)；c)对步骤b)中得到的产物进行高温裂化，以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸 甲酯的混合物；d)将步骤C)中得到的十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分离；
e)对步骤d)中得到的十一碳烯酸甲酯进行水解，以形成十一碳烯酸。
根据本发明的方法，在步骤d)完成时得到7-氧代庚酸甲酯，在步骤e)结束时得 到十一碳烯酸。在本发明的优选实施方式中，可将步骤e)中得到的十一碳烯酸转化为11-氨基 十一酸和可将步骤d)中得到的7-氧代庚酸甲酯转化为7-氨基庚酸。这些作为氨基酸的化合物在化学工业中并且尤其是在聚合物工业，例如聚酰胺或 工业聚合物的制造中具有特别用途。因此，作为本发明主题的方法可另外包括下列步骤f)使步骤e)中得到的十一碳烯酸与HBr反应，以形成11-溴代十一碳烯酸，g)使步骤f)中得到的11-溴代十一碳烯酸与氨反应，以形成11-氨基十一酸。作为本发明主题的方法还可包括将步骤d)中得到的7-氧代庚酸甲酯还原性地胺 化的步骤和随后的水解步骤以形成7-氨基庚酸。7-氨基庚酸是值得注意的单体。这是因为该单体具有很小的环化倾向，并且得自 7-氨基庚酸的聚酰胺7具有高于聚酰胺6的熔点。优选地，所述蓖麻油酸得自主要从蓖麻油植物中提取，但是也从一些藻类以及经 基因改性或未经基因改性的植物例如亚麻或油菜中提取的植物油。步骤a)中采用的蓖麻油酸可源自蓖麻油。蓖麻油包含约85%的蓖麻油酸和低百 分率的其它脂肪酸。当在上述方法的步骤a)中采用蓖麻油时，在高温裂化步骤c)之后，该油中存在的 除了蓖麻油酸之外的脂肪酸转化为ci8、C16和C2tl 二酸，这些二酸自身可应用于工业聚合物 的制造。在本说明书的后续部分中，为了清楚起见，使用术语“酸”没有区别地表示酸和酯 或者甘油三酯。这是因为，在本发明的方法中，蓖麻油酸可以其酸形式或其酯形式或其甘油 三酯形式进行处理。通过醇解、酯化、酯交换或水解进行从一种形式到另一种形式的转变。在本发明的方法中，使用天然来源即存在于油或脂肪中的脂肪酸或脂肪酸酯。除 了参与反应的酯或酸之外，所述脂肪酸酯实际上还包含具有密切相关的结构式的酯或酸的 混合物。作为实例，除了蓖麻油酸之外，蓖麻油还同时包含油酸和亚油酸、棕榈酸、硬脂酸和 花生酸。这些饱和的、单个不饱和度的、两个不饱和度的或多个不饱和度的酸的存在对所述 方法的进程没有显著影响，只要在裂化步骤期间实施产物的分离。作为本发明主题的方法的第一步骤即步骤a)通过在微生物存在下的发酵进行， 也就是说，使用使得原料的脂肪酸酯、甘油三酯或酸可被氧化的任何细菌、真菌或酵母进行 发酵。所述发酵步骤可以在包含使得可获得7-羟基-9-十八碳烯二酸的酶的微生物的 存在下进行。可没有区别地对脂肪酸、脂肪酸酯和甘油三酯进行发酵。这是因为所述微生物也 能够代谢醇和甘油。作为本发明主题的方法的步骤b)由对步骤a)中所得到的7-羟基-9-十八碳烯 二酸进行酯化以形成相应的二甲酯组成。优选地，该酯化步骤在过量的甲醇和催化剂例如 酸催化剂的存在下进行。
对步骤b)中得到的产物进行高温裂化以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯的混合物的步骤c)优选在400°C 600°C的温度下进行。分离步骤d)对于本领域技术人员来说是常规步骤，因此不进行具体描述。作为实 例，所述分离可由蒸馏组成。水解步骤e)优选在氢氧化钠的存在下在接近环境温度的温度下进行，但是也可 以例如在80°C的温度和压力下进行。步骤f)由溴氢化作用组成，所述溴氢化作用优选在溶剂例如甲苯和自由基引发 剂例如过氧化苯甲酰的存在下进行。最后，胺化步骤g)优选在大大过量的氨水溶液的存在下进行。将步骤c)中得到的7-氧代庚酸还原性地胺化以形成7-氨基庚酸可根据许多催 化方法或酶促(enzymatic)方法进行，例如根据专利申请US 5973208中描述的方法进行。在作为本发明主题的方法的一个实施方式中，使用14-羟基-顺式-11- 二十碳烯 酸作为蓖麻油酸的代替物。因此，本发明还涉及14-羟基-顺式-11-二十碳烯酸的转化方法，包括下列相继 的步骤a)通过细菌、酵母或真菌对14-羟基-顺式_11_ 二十碳烯酸进行发酵，以得到 7-羟基-11-二十碳烯二酸；b)对步骤a)中得到的7-羟基-11-二十碳烯二酸进行酯化，以形成相应的二甲 酯；c)对步骤b)中得到的产物进行高温裂化，以形成12-十三碳烯酸甲酯和7-氧代 庚酸甲酯的混合物；d)将步骤c)中得到的12-十三碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分离；e)将步骤d)中得到的12-十三碳烯酸甲酯水解，以形成12-十三碳烯酸。该方法可另外包括将步骤d)中得到的7-氧代庚酸甲酯还原性地胺化的步骤和随 后的水解步骤以形成7-氨基庚酸。下列实施例采用蓖麻油酸来举例说明但不限制作为本发明主题的方法。 实施例实施例1 所述方法的步骤a)，蓖麻油酸的发酵在该实施例中，在包含蓖麻油酸的介质中培养酵母菌株。随后将该混合物在120°C 下灭菌15分钟。将培养物保持在30°C下。不断加入氢氧化钠溶液以将pH维持在7-7. 5。 在培养48小时之后，通过使用二乙醚进行萃取而收取羟基化的不饱和二酸。通过采用这种 程序，可得到7-羟基-9-十八碳烯二酸。实施例2 所述方法的步骤b)，7-羟基-9-十八碳烯二酸的酯化通过在酸催化剂和甲醇存在下的反应将产生的二酸酯化以产生二甲酯。在由Wako 得到的硫酸化氧化锆非均相酸催化剂的存在下将Ig 二酸与甲醇混合在一起。将该反应混 合物在150°C下加热直至达到平衡，然后蒸馏除去过量的甲醇。这些实验条件使得可获得 7-羟基-9-十八碳烯二酸的二甲酯。实施例3 所述方法的步骤C)，所述二酯的热裂化
在停留时间为15秒的管式炉中在500°C下进行所述二甲酯的热裂化。在260°C下 蒸发所述二酯之后，将其与加热至600°C的蒸汽混合。得自该反应的物流首先在其中温度降 低至约150°C的一系列换热器中冷凝。然后通过沉降分离出水。在连续的蒸馏柱中对所形 成的产物进行分馏。在这些实验条件下，可由此收取如下馏分十一碳烯酸甲酯、7-氧代庚 酸的酯、以及不同于得自蓖麻油酸的二酯的二酯。在分离之后，可在反应器的入口处回收未 转化的产物。作为本发明主题的方法的步骤d)、e)和f)是对于本领域技术人员来说为常规的 步骤，因此不进行说明。实施例4 -J-氧代庚酸甲酯的还原性胺化
将Ig亚铬酸铜催化剂、8g 7-氧代庚酸甲酯、30g乙醇和30g氨引入到装有磁性搅 拌器的高压釜中。随后在80巴的压力下引入氢气。随后在1小时之内将所述高压釜加热 至150°C并保持在该温度下2小时。在过滤以除去催化剂并除去溶剂之后对产物进行分析。 这些实验条件使得可获得7-氨基庚酸甲酯。随后可将7-氨基庚酸甲酯水解以形成7-氨 基庚酸。所述水解在停留时间为30分钟的带有夹套的反应器中在25°C下进行。在纯化之 后可以将甲醇回收用于酯化步骤。
权利要求
蓖麻油酸的转化方法，包括下列相继的步骤a)通过细菌、酵母或真菌对蓖麻油酸进行发酵，以得到7-羟基-9-十八碳烯二酸；b)将步骤a)中得到的7-羟基-9-十八碳烯二酸进行酯化，以形成相应的二甲酯；c)对步骤b)中得到的产物进行高温裂化，以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯的混合物；d)将步骤c)中得到的十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分离；e)对步骤d)中得到的十一碳烯酸甲酯进行水解，以形成十一碳烯酸。
2.权利要求1的方法，其特征在于，其另外包括下列步骤f)使步骤e)中得到的十一碳烯酸与HBr反应，以形成11-溴代十一碳烯酸；g)使步骤f)中得到的11-溴代十一碳烯酸与氨反应，以形成11-氨基十一酸。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，其另外包括将步骤d)中得到的7-氧代庚酸甲 酯还原性地胺化的步骤和随后的水解步骤以形成7-氨基庚酸。
全文摘要
本发明涉及使蓖麻油酸转化的方法，包括下列相继的步骤a)用细菌、酵母或真菌对蓖麻油酸进行发酵以得到7-羟基-9-十八碳烯二酸；b)将步骤a)中得到的7-羟基-9-十八碳烯二酸进行酯化以形成相应的二甲酯；c)对步骤b)中得到的产物进行高温裂化以形成十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯的混合物；d)将步骤c)中得到的十一碳烯酸甲酯和7-氧代庚酸甲酯分离；e)对步骤d)中得到的十一碳烯酸甲酯进行水解以形成十一碳烯酸。
文档编号C10G9/36GK101868551SQ200880116906
公开日2010年10月20日 申请日期2008年9月17日 优先权日2007年9月20日
发明者让-卢克·杜波依斯 申请人:阿克马法国公司