JP3762980B2 - アミノ基導入法及びアミノ酸の合成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温高圧下で有機酸にアミノ基を導入する方法等に関するものであり、更に詳しくは、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることによる有機酸へのアミノ基導入方法、上記方法によって有機酸からアミノ酸を合成する方法、及び有機酸からアミノ酸を製造する方法に関するものである。
本発明は、有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応基質として、合成過程に有機溶媒、触媒を関与させること無しに、バッチ方式であるいは連続的に高温高圧下でアミノ酸を合成あるいは製造することを可能とするものであり、産業技術として好適かつ有用な方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的にアミノ酸は、発酵法、加水分解法、有機合成法等の多様な生産手段により生産されているが、それらの方法のうち、例えば、アラニンの合成については、微生物発酵法、その加水分解物を利用する方法や有機試薬を用いた有機合成的な方法により生産されてきている。
従来のアラニンの合成方法の代表的な例は、以下に示される。
ａ）パラジウム電極を使用した硫酸中の３−アミノ−１−プロパノールの電気的酸化による合成
（文献：Ｊｕｂｉｌｅｅ Ｖｏｌ．Ｅｍｉｌ Ｂａｒｅｌｌ １９４６，８５−９１．）
ｂ）エチレンシアノヒドリンからの合成
（文献：Ｂｏａｔｒｉｇｈｔ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ２，７３４，０８１（１９５６ ｔｏ Ａｍ．Ｃｙａｎａｍｉｄ）．）
ｃ）β−アミノプロピオニトリルからの合成
（文献：Ｆｏｒｄ，Ｏｒｇ．Ｓｙｓ．Ｃｏｌｌ．Ｖｏｌ．III,３４（１９５５）．）
ｄ）上記ｃ）の改良法
（文献：Ｂｅｕｔｅｌ，Ｋｌｅｍｃｈｕｋ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ２，９５６，０８０（１９６０ ｔｏ Ｍｅｒｃｋ ＆ Ｃｏ）．）
等の触媒を用いた電極合成や通常の有機合成による方法などがある。
【０００３】
従来のこれらの合成方法では、例えば、使用した触媒の処理、合成反応に使用した有機溶媒の廃棄処理、有機溶媒の人体に対する有害性等に対する対策やそれらの使用にあたっての安全性等に対する数々の配慮等が必要である。また、合成規模が大きくなればなるほど、それらのウエートが増してくる。従って、使用した有機溶媒、触媒等の処理技術の開発が必要とされている。一方、これらの有機溶媒、触媒等を使用しない全く新しい合成方法を開発できれば、上記諸問題の根本的な解決策となり得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、高温高圧下での有機酸に対するアミノ基導入法について種々研究を進める過程で、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより有機酸にアミノ基を導入することができることを見出し、かかる知見に基づいて、更に研究を重ねて、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、高温高圧水条件下で有機酸にアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させてアミノ基を導入する新規なアミノ基導入方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記アミノ基導入方法により、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物からアミノ酸を合成する新規なアミノ酸合成方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記アミノ基導入方法により、例えば、ヒドロキシ酸型の乳酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩からアラニンを、グリコール酸からグリシンを、リンゴ酸からアスパラギン酸を、あるいは酒石酸からα, β−ジアミノコハク酸を合成する等の、有機酸からアミノ酸を合成する新規なアミノ酸合成方法を提供することを目的とするものである。
更に、本発明は、高温高圧水条件下で、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応器に導入し、バッチ方式によるアミノ酸合成方法、あるいは連続的にアミノ酸を合成するアミノ酸連続合成方法を提供することを目的とするものである。
そして、本発明は、上記アミノ基導入方法により、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物からアミノ酸を合成し、得られた反応溶液に対してイオン交換樹脂等のアミノ酸分離材を用いてアミノ酸を分離精製することを特徴とする高純度のアミノ酸の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより有機酸にアミノ基を導入することを特徴とするアミノ基導入法。
（２）２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させ、有機酸にアミノ基を導入してアミノ酸を合成することを特徴とするアミノ酸合成方法。
（３）３００〜４２０℃の温度及び２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力の範囲である高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応時間０．００１秒から１０分の短時間で反応させることを特徴とする前記（２）記載のアミノ酸合成方法。
（４）高温高圧水条件下で有機酸とアンモニア水、酢酸アンモニウムあるいは炭酸アンモニウムを反応させることを特徴とする前記（２）又は（３）記載のアミノ酸合成方法。
（５）高温高圧水条件下で有機酸と液化アンモニアを反応させることを特徴とする前記（２）又は（３）記載のアミノ酸合成方法。
（６）有機酸として、ヒドロキシ酸を使用することを特徴とする前記（２）から（５）のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
（７）有機酸として、乳酸、グリコール酸、リンゴ酸又は酒石酸を使用することを特徴とする前記（２）から（６）のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
（８）有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を高温高圧水条件下の反応器に導入して連続的に反応させることを特徴とする前記（２）から（７）のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
（９）高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応基質としてアミノ酸を製造する方法であって、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下の反応器に導入して連続的に反応させ、反応後、得られた反応液をイオン交換樹脂等のアミノ酸分離材を用いて分離精製処理してアミノ酸を得ることを特徴とするアミノ酸製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の説明を容易にするために、以下、相当するヒドロキシ酸にアンモニア及びアンモニウム塩化合物を高温高圧下で反応させて、例えば、アミノ酸であるアラニン、グリシン、アスパラギン酸あるいはα, β−ジアミノコハク酸を合成した場合を例にとって詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
本発明者らが、種々の実験を経て開発した本発明の合成法の代表的な例として、例えば、乳酸とアンモニア水溶液、酢酸アンモニウム水溶液あるいは炭酸アンモニウム水溶液を高温高圧水条件下の反応器に導入して高速で通過させることにより、アラニンを合成する方法が例示される。本発明の合成方法で使用する原料試薬としては、有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物だけである。本発明では高温高圧水を反応場あるいは反応溶媒として用いており、有機溶媒あるいは触媒は使用しないし、また、特に使用する必要はない。従って、この方法を用いれば、処理しなければならない廃溶媒や廃触媒といった類の処理を必要とする廃棄物は排出されない。また、未反応の有機酸や使用水は本発明の反応に再使用することが可能である。更に、本発明の方法は、有用なアミノ酸等の製品を連続的に高速で合成できることから、それらの製造方法の手段として最も好適な方法であると考えられる。なお、この反応はバッチ型反応器においても実施できる。
【０００７】
本発明のアミノ基導入法あるいはアミノ酸合成方法について、以下に詳しく説明する。
本発明では、例えば、高温高圧水条件下でα−ヒドロキシ酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させ、α−ヒドロキシ酸にアミノ基を導入することによりアミノ酸を合成することができる。
一般に、アミノ酸は、主に生物体内で合成されるが、有機合成的にも合成できる。ここで取り上げるアミノ酸は、例えば、β−アラニン（β−ａｌａｎｉｎｅ）は、β−プロピオラクトン（β−ｐｒｏｐｉｏｎｌａｃｔｏｎｅ）にアセトニトリル溶媒中でアンモニアと反応させることで合成できる。
【０００８】
【化１】
【０００９】
これに対し、本発明者らは、高温高圧水条件下でα−ヒドロキシ酸である乳酸（ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）、グリコール酸（ｇｌｙｃｏｌｉｃ ａｃｉｄ）、リンゴ酸（ｍａｌｉｃ ａｃｉｄ）あるいは酒石酸（ｔａｒｔａｒｉｃ ａｃｉｄ）等の有機酸とアンモニア（ａｍｍｏｎｉａ）あるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより、それぞれアラニン、グリシン（ｇｌｙｃｉｎｅ）、アスパラギン酸（ａｓｐａｒｔｉｃ ａｃｉｄ）あるいはα, β−ジアミノコハク酸（α, β−ｄｉａｍｉｎｏｓｕｃｃｉｎｉｃ ａｃｉｄ）等のアミノ酸を合成できることを見出した。
本発明によるアミノ酸合成の具体例として、アラニン、グリシン、アスパラギン酸及びα, β−ジアミノコハク酸のそれぞれの合成反応式を以下に示す。
【００１０】
【化２】
【００１１】
【化３】
【００１２】
【化４】
【００１３】
【化５】
【００１４】
本発明の方法において、高温高圧水は反応器の外からヒーターや溶融塩等を用いて温度を制御することが可能であり、あるいは反応器内で内熱方式で制御することも可能である。また、予め高温高圧水を製造しておき、外部から反応器内に注入して反応させることもできる。温度圧力条件の異なる２種類以上の高温高圧水を反応系に供給して反応条件を制御することも可能である。反応容器内での圧力は流通式であれば圧力調整弁で制御することができる。また、バッチ方式による反応圧力は、例えば、使用温度における自生圧力を計算することができる。更に、窒素ガスなど他の気体を注入することによって圧力をコントロールすることもできる。一般的には使用する圧力は使用温度における自生圧力以上であればよい。
基本的には、温度２５０℃以上及び圧力２０ＭＰａ以上の高温高圧水条件下であれば本発明は達成されるが、温度３００℃以上及び圧力２５ＭＰａ以上の高温高圧水条件下では、より好適に本発明を達成できる。更に、３００〜４２０℃の温度範囲及び２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力範囲の高温高圧水条件を選択すれば、最も好適に本発明は達成される。最適の温度条件は処理時間によっても変化するが、一般に、好適には２５０℃から４５０℃の温度範囲を選択できる。また、処理量や反応装置によって適宜の温度及び圧力条件を採用すればよい。
反応装置としては、例えば、高温・高圧反応装置が使用されるが、これに限らず、高温高圧水条件下の反応系を設定できる装置であれば、その種類は制限されない。
ここで、好適な反応装置として、例えば、本発明で使用した流通式の高温高圧反応装置やバッチ式の反応装置が例示される。市販のオートクレーブは好適に用いられる。
【００１５】
本発明の方法において、反応条件は、使用する有機酸の種類及び濃度、アンモニアやアンモニウム塩化合物の種類及び濃度、反応時間、高温高圧水条件によって変化する。
本発明では、反応基質の有機酸としては、例えば、乳酸、グリコール酸、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ−ｎ−酪酸、マンデル酸、２−ヒドロキシ−３−メチルブチル酸、クエン酸、グリセリン酸、トロパ酸、ベンジル酸、ヒドロキシ吉草酸等の１分子内に１個以上のカルボキシル基と１個以上の水酸基とを有するヒドロキシ酸が例示される。ヒドロキシ酸であれば、α−ヒドロキシ酸、β−ヒドロキシ酸、γ−ヒドロキシ酸、δ−ヒドロキシ酸、ε−ヒドロキシ酸等はいずれも好適に反応に用いることができる。本発明では、反応に用いる有機酸は１種類に限定されるものでなく、２種類以上の混合物を用いても反応は好適に進行する。また、脂肪族飽和ヒドロキシカルボン酸、脂肪族不飽和ヒドロキシカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸の様なヒドロキシカルボン酸、ステロイド等の有機酸も本発明の反応基質として好適に用いられる。
また、上記有機酸の金属塩も本発明の原料として用いることが可能であり、例えば、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、アンモニウム等の有機酸塩が好適に用いられる。
流通方式の装置を用いる場合は、例えば、キャリヤー水として用いる高温高圧水の流速及び反応基質である有機酸の導入流速を制御することによって反応器に導入する有機酸の濃度をコントロールできる。有機酸やアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を、同時にあるいは別個に、予めキャリヤー水中に溶解して反応に供してもよい。通常、反応器に導入する有機酸の濃度としては１ｍＭから１０Ｍの濃度範囲で選択できる。好適には２ｍＭから５Ｍの間の適宜な濃度の値を選択でき、最も好適には４ｍＭから２Ｍの間の適宜な濃度の値が選択されるが、本発明は、これらの濃度の値に限定されるものではない。バッチ法の場合は単に仕込みの有機酸の濃度を制御すればよい。反応器内の有機酸の濃度は反応に関与する高温高圧水の密度によって変化する。
本発明では、有機酸の種類に応じて、反応系の温度、圧力、反応時間、反応基質の濃度とアンモニア及びアンモニウム塩の濃度を調節することによって、アミノ基の導入量、アミノ基の導入位置、アミノ酸の生成種、生成量あるいは反応収率を操作することができる。
【００１６】
反応に用いるアンモニアとしては、通常、濃度２８％のアンモニア水ないし液化アンモニアが好適に用いられるが、気体状のアンモニアを高温高圧水に導入しても反応は進行する。アンモニウム塩化合物としては、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等が好適に用いられる。
アンモニアやアンモニウム塩化合物は、通常、反応基質である有機酸塩ないし有機酸エステルと混合して反応器内に導入される場合が多い。その際、アンモニアやアンモニウム塩化合物は、通常、水溶液として用いられ、また、液化アンモニアを用いた場合も最終的には水溶液となり、反応濃度は、有機酸塩ないし有機酸エステル濃度の１−１０倍の濃度範囲の適宜な値から選択できる。例えば、アンモニア水溶液及びアンモニウム水溶液の濃度は、１ｍＭから２０Ｍ、好適には２ｍＭから１０Ｍの値を選択できる。最も好適には４ｍＭから８Ｍの間の適宜な値を選択できるが、本発明は、これらの濃度の値に限定されるものではない。なお、有機酸とアンモニアやアンモニウム塩化合物は、別々に反応器に導入しても、また、キャリヤー水に直接混合して使用しても本発明の反応は進行する。また、アンモニアとアンモニウム塩を混合して用いても本発明の反応は達成される。
【００１７】
本発明の反応系は、温度２５０℃以上、及び圧力２０ＭＰａ以上の高温高圧水中に上記反応基質の有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を存在させればよく、その際、例えば、金属イオン、酸、あるいは塩基等のような水溶性の触媒、金属担持触媒、固体酸、固体塩基等の固体触媒あるいは酵素等は特に添加する必要がなく、また、有機溶媒を使用する必要もない。
本発明は、基本的には、高温高圧水中に上記反応基質を存在させて、無触媒条件下で、あるいは有機溶媒を反応に関与させることなく、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させて有機酸にアミノ基を導入すること、及びそれによりアミノ酸を合成することを最大の特徴としているが、必要により、メタノール、エタノール、エチレングリコール等の有機溶媒、金属イオン、酸、あるいは塩基等のような水溶性の触媒、金属担持触媒、固体酸、固体塩基等の固体触媒あるいは酵素を添加して反応させても一向にさしつかえない。
【００１８】
本発明では、上記反応系により、例えば、反応時間０．００１秒から１０分程度の短時間で有機酸にアミノ基が導入され、あるいはアミノ酸が合成される。例えば、流通式反応装置を用いる場合、反応時間は、反応温度、反応圧力、高温高圧水の流速、反応基質の導入流速、反応器の大きさ、反応器の流通経路の長さ等を制御することによって反応時間をコントロールできる。好適には反応時間は０．０１秒から５分の範囲の値を選択でき、最も好適には０．０５秒から２分の範囲の値を選択できるが、本発明は、これらの値に限定されるものではない。
【００１９】
本発明者らは、後記する実施例に示されるように、高温高圧水条件下では、短時間（例えば、反応時間０．１秒前後）で有機酸へのアミノ基の導入が可能であることを、高速液体クロマトグラフィー質量分析装置（ＬＣ−ＭＳ装置）やフリエー赤外分光光度計（ＦＴＩＲ装置）を用いて確認している。更に、ＬＣ−ＭＳ装置を用いることにより、有機酸やアミノ酸の種類を分離して同定でき、それらの含有量を正確に定量できる。また、連続的に得られるアミノ酸をイオン交換樹脂等を用いて分離精製して、ＦＴＩＲ装置により赤外線吸収スペクトルを計測し、純度の高い特級試薬製品のそれと比較することにより、アミノ酸の種類を正確に同定できる。同様にＮＭＲ測定によってもアミノ酸の種類や純度を確認できる。
例えば、流通式装置を用いて３００℃〜４２０℃、圧力３５ＭＰａ及び反応時間０．０６秒〜０．３３秒の条件下で、４．８ｍＭ〜４７．８ｍＭ濃度のリンゴ酸とアンモニア水から０．２ｍＭ〜７．３ｍＭ濃度のアスパラギン酸が合成できた。また、同様にバッチ方式では乳酸とアンモニア水から温度３５０℃、圧力３０ＭＰａ及び反応時間４０秒で１３．７ｍＭ濃度のアラニンを合成した。これらの反応の結果、アンモニアがこれらの有機酸の水酸基と反応して水酸基を引き抜き、その位置にアミノ基が導入されていることがＬＣ−ＭＳ装置、ＮＭＲ測定装置やＦＴＩＲ装置より得られた測定結果から確認された。
【００２０】
本発明で生成したアミノ酸の反応収率は、温度、圧力等の反応条件、有機酸の種類、有機酸の濃度、アンモニアやアンモニウム化合物の濃度、反応装置の形態、反応器の大きさ等によって変動する。例えば、流通式装置を用いたアスパラギン酸合成の場合の反応収率は４．２％から２１．３％であった。これらのアスパラギン酸は、原料のリンゴ酸等と混合して回収される。同様に、本発明によって種々の有機酸あるいはそれらの混合物から多種のアミノ酸が原料基質とともに回収されるが、反応後、得られた反応液をイオン交換樹脂、例えば、陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂あるいはそれらの併用によってアミノ酸と原料基質を分離精製でき、更に、アミノ酸同士の分離も可能なので、アミノ酸は、その種類毎に精製濃縮できる。また、同時に回収された原料基質は、再度原料として用いることができる。また、イオン交換樹脂の代わりにアルミナ、逆相用シリカゲル、ゼオライト、セルロース、カーボン等の一般的な適宜のアミノ酸分離用資材を利用してアミノ酸を分離精製することもできる。
従って、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させてアミノ酸を合成し、得られた反応溶液に対してイオン交換樹脂、アルミナ、逆相用シリカゲル、セルロース等のアミノ酸分離材を用いてアミノ酸を分離精製して、高純度のアミノ酸を好適に製造できる。
【００２１】
【作用】
本発明では、高温高圧水条件下の高温熱水中に、反応基質として所定の濃度の有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を存在させることにより、例えば、α−ヒドロキシ酸型の乳酸及びアンモニアからアラニンが合成される。この場合、乳酸に代えて、グリコール酸、リンゴ酸あるいは酒石酸とアンモニアを反応させることによりアミノ基がこれらの有機酸に導入され、グリシン、アスパラギン酸あるいはα, β−ジアミノコハク酸が合成される。また、これらの有機酸等とアンモニア水溶液あるいはアンモニウム塩化合物を反応器に連続的に導入することにより、連続的にそれぞれの有機酸に対応した種々のアミノ酸を合成することができる。
これらのことから、本発明は、上記反応系において、反応条件、反応基質の有機酸の種類、有機酸及びアンモニア水溶液あるいはアンモニウム塩化合物の濃度を調節することにより、有機酸にアミノ基を導入すること、それによりアミノ酸を短時間で合成することを可能とし、新規のアミノ基導入法及びアミノ酸合成方法あるいはアミノ酸製造方法として有用である。
【００２２】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
図１に示す連続式反応装置を用い、温度３５０℃、圧力３５ＭＰａ及び密度０．６５９３ｇ／ｃｍ3 の高温高圧水条件下でリンゴ酸（和光純薬社製特級試薬）とアンモニア水（和光純薬社製特級試薬）を反応させ、アミノ基の導入によるアスパラギン酸の連続合成を試みた。
反応器材料は合金Ｃ−２７６であり、反応器内径：０．６５ｍｍ及び反応器長さ：２５ｃｍで、従って、反応器容積は０．０８３ｃｍ3 と算出された。各導入調製液は高圧ポンプで注入した。反応に使用した水は蒸留水を使用し、窒素ガスでバブリングして溶存酸素を追い出したキャリヤー水を９ｍｌ／ｍｉｎの流速で通水した。同様に処理した蒸留水を用い、０．１００Ｍリンゴ酸及び０．３００Ｍアンモニア水を含有した基質溶液を調製し、この基質溶液を４．７ｍｌ／ｍｉｎの流速で反応器に導入した。反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：３４．３ｍＭ及びアンモニア水：０．１０２８Ｍであった。反応時間は０．２４０秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は７．３ｍＭであり、その反応収率は２１．３％であった。
【００２３】
実施例２
実施例１と全く同じ条件で一時間、連続してリンゴ酸とアンモニア水を反応させた。得られた反応溶液を陽イオン交換樹脂（ダウケミカル社製５０Ｗ−Ｘ８）カラムに通して原料のリンゴ酸と生成したアスパラギン酸を分離し、アスパラギン酸含有溶液を濃縮精製後、エタノールにて析出させ、濾過、乾燥して、本発明製品０．７８ｇを得た。得られた本発明製品は、純白の粉末状をしており、ＦＴＩＲ吸収スペクトル結果及びＮＭＲ測定結果から不純物をほとんど含まない高純度のアスパラギン酸であることを確認した。
【００２４】
実施例３
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。また、図２に示した連続反応装置を用い、別々に調製した０．１００Ｍリンゴ酸水溶液と０．３００Ｍアンモニア水溶液を異なった２つの送水ポンプで反応器に注入した。
ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（０．１００Ｍリンゴ酸水溶液）流速：３．２ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（０．３００Ｍアンモニア水溶液）流速：３．２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：１９．５ｍＭ及びアンモニア水：０．０５８５Ｍであった。反応時間は０．２２２秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は４．６ｍＭであり、その反応収率は２３．６％であった。
【００２５】
実施例４
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３００℃
高温高圧水密度０．７５８０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：５．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：４７．８ｍＭ及びアンモニア水：０．１４３４Ｍであった。反応時間は０．３２８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は５．４ｍＭであり、その反応収率は１１．３％であった。
【００２６】
比較例
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：２００℃
反応圧力：１５ＭＰａ
高温高圧水密度０．８７４６ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：５．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：４７．８ｍＭ及びアンモニア水：０．１４３４Ｍであった。反応時間は０．３７９秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、原料のリンゴ酸だけが検出され、アスパラギン酸は全く得られなかった。
【００２７】
実施例５
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：４２０℃
高温高圧水密度０．２７００ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：２０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：１ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：４．８ｍＭ及びアンモニア水：０．０１４２Ｍであった。反応時間は０．０６４秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は０．２ｍＭであり、その反応収率は４．２％であった。
【００２８】
実施例６
実施例１と同様に反応させて、グリコール酸（和光純薬社製１級試薬）とアンモニア水からグリシンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、０．１００Ｍグリコール酸及び０．１９９Ｍアンモニア水を含有した基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２．３ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はグリコール酸：２７．７ｍＭ及びアンモニア水：５５．２ｍＭであった。反応時間は０．３５３秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、グリコール酸にアミノ基が導入され、グリシンが生成していることを確認した。グリシンの含有濃度は１．２ｍＭであり、その反応収率は４．３％であった。
【００２９】
実施例７
実施例６と同様に反応させて、グリコール酸とアンモニア水からグリシンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：４００℃
高温高圧水密度０．４７４９ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はグリコール酸：１６．７ｍＭ及びアンモニア水：３３．２ｍＭであった。反応時間は０．１９７秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、グリコール酸にアミノ基が導入され、グリシンが生成していることを確認した。グリシンの含有濃度は０．７ｍＭであり、その反応収率は４．２％であった。
【００３０】
実施例８
実施例１と同様に反応させて、乳酸（和光純薬社製特級試薬）とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．０８５Ｍ乳酸及び５．００２Ｍアンモニア水とした基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：５ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３１０Ｍ及びアンモニア水：１．４２９Ｍであった。反応時間は０．４１８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は８．６ｍＭであり、その反応収率は２．８％であった。
【００３１】
実施例９
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応圧力：４０ＭＰａ
高温高圧水密度０．６０９０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：４．５ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：１．３５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．２５０Ｍ及びアンモニア水：１．１５４Ｍであった。反応時間は０．５１８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は７．７ｍＭであり、その反応収率は３．１％であった。
【００３２】
実施例１０
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応圧力：３０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５５８０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：９．３ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：４．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３５４Ｍ及びアンモニア水：１．６３１Ｍであった。反応時間は０．２０１秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は７．３ｍＭであり、その反応収率は２．１％であった。
【００３３】
実施例１１
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応圧力：２５ＭＰａ
高温高圧水密度０．４８５１ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６．７ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．２４９Ｍ及びアンモニア水：１．１５０Ｍであった。反応時間は０．２７８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は４．５ｍＭであり、その反応収率は１．８％であった。
【００３４】
実施例１２
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：４００℃
反応圧力：４０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５２３７ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：１ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．１５５Ｍ及びアンモニア水：０．７１５Ｍであった。反応時間は０．３７３秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は５．５ｍＭであり、その反応収率は３．６％であった。
【００３５】
実施例１３
実施例１と同様に反応させて、乳酸と酢酸アンモニウム（和光純薬社製特級試薬）からアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．０８５Ｍ乳酸及び１．４０９Ｍ酢酸アンモニウム水溶液を含有した基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：７ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：３ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３２５Ｍ及び酢酸アンモニウム水溶液：０．４２３Ｍであった。反応時間は０．２９３秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は６．０ｍＭであり、その反応収率は１．８％であった。
【００３６】
実施例１４
実施例１と同様に反応させて、乳酸と炭酸アンモニウム（国産化学社製特級試薬）からアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．１５３Ｍ炭酸アンモニウム水溶液を調製し、キャリヤー水として用いた。また溶存酸素を除去した蒸留水を用いて１．０８４Ｍ乳酸基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
反応圧力：３０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５５８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：７ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：３ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３２５２Ｍ及び炭酸アンモニウム水溶液：０．８０７１Ｍであった。反応時間は０．２７８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は６．５ｍＭであり、その反応収率は２．０％であった。
【００３７】
実施例１５
実施例１と同様に反応させて、Ｌ−酒石酸（半井化学社製特級試薬）とアンモニア水からα, β−ジアミノコハク酸の連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．００ＭＬ−酒石酸及び４．６１Ｍアンモニア水とした基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：４．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は酒石酸：０．３１０３Ｍ及びアンモニア水：１．４３０７Ｍであった。反応時間は０．２０２秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、酒石酸に２個のアミノ基が導入され、α, β−ジアミノコハク酸が生成していることを確認した。α, β−ジアミノコハク酸の含有濃度は０．７５ｍＭであり、その反応収率は０．２％であった。
【００３８】
実施例１６
乳酸とアンモニア水を反応基質として用い、高温高圧水条件下で乳酸に対してアミノ基の導入を試みた。反応は図３に示した反応中に振とう攪拌ができるバッチ反応装置で行った。反応器として内容積１０．５ｃｍ3 の反応管を用いて、温度３５０℃、圧力３０ＭＰａになるように設定し、硝酸ナトリウム／硝酸カリウム混合塩の塩浴槽温度に６０秒投入してアミノ基導入反応を行った。反応温度まで上昇するのに４０秒を要し、反応時間は４０秒であった。反応前の反応溶液中の乳酸濃度は１．０８５Ｍ及びアンモニア水濃度は５．００２Ｍであった。反応後、得られた溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、１３．７ｍＭのアラニンが生成していることを確認した。アラニンの反応収率は１．４％であった。
【００３９】
実施例１７
実施例１と同様に反応させて、乳酸と液化アンモニアからアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水から０．５５６Ｍ乳酸水溶液を調製した。図２に示した連続反応装置を用い、０．５５６Ｍ乳酸水溶液と液化アンモニアを異なった２つの送水ポンプで反応器に注入した。
ただし、反応条件を下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３８０℃
反応圧力：３０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５３４０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（０．５５６Ｍ乳酸水溶液）流速：０．５ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（液化アンモニウム）流速：１ｍｌ／ｍｉｎ
反応器の各基質濃度は乳酸：２６．５ｍＭ及びアンモニア水：０．２８Ｍであった。反応時間は０．３０５秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は５．４ｍＭであり、その反応収率は２０．４％であった。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明は、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより有機酸にアミノ基を導入することを特徴とするアミノ基導入法、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させ、有機酸からアミノ酸を合成することを特徴とするアミノ酸合成方法に係り、本発明により、１）高温高圧下での新規のアミノ基導入法を提供することができる、２）有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を高温高圧下で反応させてアミノ酸を合成することができる、３）上記アミノ基導入法を流通式に適用して、有機酸からアミノ酸を連続的に高速で合成することができる、４）有機溶媒、触媒を一切使用しないアミノ酸合成方法を提供することができる、５）高純度のアミノ酸を製造することができる、６）環境に優しい化学物質生産システムとして有用である、という格別の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いた送水ポンプ２台付属の流通式反応装置のフローシートを示す。
【図２】本発明に用いた送水ポンプ３台付属の流通式反応装置のフローシートを示す。
【図３】バッチ式反応に用いたバッチ式反応管及び硝酸ナトリウム／硝酸カリウム混合塩を使用した振とう攪拌式塩浴槽の概要を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温高圧下で有機酸にアミノ基を導入する方法等に関するものであり、更に詳しくは、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることによる有機酸へのアミノ基導入方法、上記方法によって有機酸からアミノ酸を合成する方法、及び有機酸からアミノ酸を製造する方法に関するものである。
本発明は、有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応基質として、合成過程に有機溶媒、触媒を関与させること無しに、バッチ方式であるいは連続的に高温高圧下でアミノ酸を合成あるいは製造することを可能とするものであり、産業技術として好適かつ有用な方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的にアミノ酸は、発酵法、加水分解法、有機合成法等の多様な生産手段により生産されているが、それらの方法のうち、例えば、アラニンの合成については、微生物発酵法、その加水分解物を利用する方法や有機試薬を用いた有機合成的な方法により生産されてきている。
従来のアラニンの合成方法の代表的な例は、以下に示される。
ａ）パラジウム電極を使用した硫酸中の３−アミノ−１−プロパノールの電気的酸化による合成
（文献：Ｊｕｂｉｌｅｅ Ｖｏｌ．Ｅｍｉｌ Ｂａｒｅｌｌ １９４６，８５−９１．）
ｂ）エチレンシアノヒドリンからの合成
（文献：Ｂｏａｔｒｉｇｈｔ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ２，７３４，０８１（１９５６ ｔｏ Ａｍ．Ｃｙａｎａｍｉｄ）．）
ｃ）β−アミノプロピオニトリルからの合成
（文献：Ｆｏｒｄ，Ｏｒｇ．Ｓｙｓ．Ｃｏｌｌ．Ｖｏｌ．III,３４（１９５５）．）
ｄ）上記ｃ）の改良法
（文献：Ｂｅｕｔｅｌ，Ｋｌｅｍｃｈｕｋ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ２，９５６，０８０（１９６０ ｔｏ Ｍｅｒｃｋ ＆ Ｃｏ）．）
等の触媒を用いた電極合成や通常の有機合成による方法などがある。
【０００３】
従来のこれらの合成方法では、例えば、使用した触媒の処理、合成反応に使用した有機溶媒の廃棄処理、有機溶媒の人体に対する有害性等に対する対策やそれらの使用にあたっての安全性等に対する数々の配慮等が必要である。また、合成規模が大きくなればなるほど、それらのウエートが増してくる。従って、使用した有機溶媒、触媒等の処理技術の開発が必要とされている。一方、これらの有機溶媒、触媒等を使用しない全く新しい合成方法を開発できれば、上記諸問題の根本的な解決策となり得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、高温高圧下での有機酸に対するアミノ基導入法について種々研究を進める過程で、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより有機酸にアミノ基を導入することができることを見出し、かかる知見に基づいて、更に研究を重ねて、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、高温高圧水条件下で有機酸にアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させてアミノ基を導入する新規なアミノ基導入方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記アミノ基導入方法により、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物からアミノ酸を合成する新規なアミノ酸合成方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記アミノ基導入方法により、例えば、ヒドロキシ酸型の乳酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩からアラニンを、グリコール酸からグリシンを、リンゴ酸からアスパラギン酸を、あるいは酒石酸からα, β−ジアミノコハク酸を合成する等の、有機酸からアミノ酸を合成する新規なアミノ酸合成方法を提供することを目的とするものである。
更に、本発明は、高温高圧水条件下で、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応器に導入し、バッチ方式によるアミノ酸合成方法、あるいは連続的にアミノ酸を合成するアミノ酸連続合成方法を提供することを目的とするものである。
そして、本発明は、上記アミノ基導入方法により、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物からアミノ酸を合成し、得られた反応溶液に対してイオン交換樹脂等のアミノ酸分離材を用いてアミノ酸を分離精製することを特徴とする高純度のアミノ酸の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより有機酸にアミノ基を導入することを特徴とするアミノ基導入法。
（２）２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させ、有機酸にアミノ基を導入してアミノ酸を合成することを特徴とするアミノ酸合成方法。
（３）３００〜４２０℃の温度及び２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力の範囲である高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応時間０．００１秒から１０分の短時間で反応させることを特徴とする前記（２）記載のアミノ酸合成方法。
（４）高温高圧水条件下で有機酸とアンモニア水、酢酸アンモニウムあるいは炭酸アンモニウムを反応させることを特徴とする前記（２）又は（３）記載のアミノ酸合成方法。
（５）高温高圧水条件下で有機酸と液化アンモニアを反応させることを特徴とする前記（２）又は（３）記載のアミノ酸合成方法。
（６）有機酸として、ヒドロキシ酸を使用することを特徴とする前記（２）から（５）のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
（７）有機酸として、乳酸、グリコール酸、リンゴ酸又は酒石酸を使用することを特徴とする前記（２）から（６）のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
（８）有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を高温高圧水条件下の反応器に導入して連続的に反応させることを特徴とする前記（２）から（７）のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
（９）高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応基質としてアミノ酸を製造する方法であって、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下の反応器に導入して連続的に反応させ、反応後、得られた反応液をイオン交換樹脂等のアミノ酸分離材を用いて分離精製処理してアミノ酸を得ることを特徴とするアミノ酸製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の説明を容易にするために、以下、相当するヒドロキシ酸にアンモニア及びアンモニウム塩化合物を高温高圧下で反応させて、例えば、アミノ酸であるアラニン、グリシン、アスパラギン酸あるいはα, β−ジアミノコハク酸を合成した場合を例にとって詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
本発明者らが、種々の実験を経て開発した本発明の合成法の代表的な例として、例えば、乳酸とアンモニア水溶液、酢酸アンモニウム水溶液あるいは炭酸アンモニウム水溶液を高温高圧水条件下の反応器に導入して高速で通過させることにより、アラニンを合成する方法が例示される。本発明の合成方法で使用する原料試薬としては、有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物だけである。本発明では高温高圧水を反応場あるいは反応溶媒として用いており、有機溶媒あるいは触媒は使用しないし、また、特に使用する必要はない。従って、この方法を用いれば、処理しなければならない廃溶媒や廃触媒といった類の処理を必要とする廃棄物は排出されない。また、未反応の有機酸や使用水は本発明の反応に再使用することが可能である。更に、本発明の方法は、有用なアミノ酸等の製品を連続的に高速で合成できることから、それらの製造方法の手段として最も好適な方法であると考えられる。なお、この反応はバッチ型反応器においても実施できる。
【０００７】
本発明のアミノ基導入法あるいはアミノ酸合成方法について、以下に詳しく説明する。
本発明では、例えば、高温高圧水条件下でα−ヒドロキシ酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させ、α−ヒドロキシ酸にアミノ基を導入することによりアミノ酸を合成することができる。
一般に、アミノ酸は、主に生物体内で合成されるが、有機合成的にも合成できる。ここで取り上げるアミノ酸は、例えば、β−アラニン（β−ａｌａｎｉｎｅ）は、β−プロピオラクトン（β−ｐｒｏｐｉｏｎｌａｃｔｏｎｅ）にアセトニトリル溶媒中でアンモニアと反応させることで合成できる。
【０００８】
【化１】
これに対し、本発明者らは、高温高圧水条件下でα−ヒドロキシ酸である乳酸（ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）、グリコール酸（ｇｌｙｃｏｌｉｃ ａｃｉｄ）、リンゴ酸（ｍａｌｉｃ ａｃｉｄ）あるいは酒石酸（ｔａｒｔａｒｉｃ ａｃｉｄ）等の有機酸とアンモニア（ａｍｍｏｎｉａ）あるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより、それぞれアラニン、グリシン（ｇｌｙｃｉｎｅ）、アスパラギン酸（ａｓｐａｒｔｉｃ ａｃｉｄ）あるいはα, β−ジアミノコハク酸（α, β−ｄｉａｍｉｎｏｓｕｃｃｉｎｉｃ ａｃｉｄ）等のアミノ酸を合成できることを見出した。
本発明によるアミノ酸合成の具体例として、アラニン、グリシン、アスパラギン酸及びα, β−ジアミノコハク酸のそれぞれの合成反応式を以下に示す。
【００１０】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
本発明の方法において、高温高圧水は反応器の外からヒーターや溶融塩等を用いて温度を制御することが可能であり、あるいは反応器内で内熱方式で制御することも可能である。また、予め高温高圧水を製造しておき、外部から反応器内に注入して反応させることもできる。温度圧力条件の異なる２種類以上の高温高圧水を反応系に供給して反応条件を制御することも可能である。反応容器内での圧力は流通式であれば圧力調整弁で制御することができる。また、バッチ方式による反応圧力は、例えば、使用温度における自生圧力を計算することができる。更に、窒素ガスなど他の気体を注入することによって圧力をコントロールすることもできる。一般的には使用する圧力は使用温度における自生圧力以上であればよい。
基本的には、温度２５０℃以上及び圧力２０ＭＰａ以上の高温高圧水条件下であれば本発明は達成されるが、温度３００℃以上及び圧力２５ＭＰａ以上の高温高圧水条件下では、より好適に本発明を達成できる。更に、３００〜４２０℃の温度範囲及び２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力範囲の高温高圧水条件を選択すれば、最も好適に本発明は達成される。最適の温度条件は処理時間によっても変化するが、一般に、好適には２５０℃から４５０℃の温度範囲を選択できる。また、処理量や反応装置によって適宜の温度及び圧力条件を採用すればよい。
反応装置としては、例えば、高温・高圧反応装置が使用されるが、これに限らず、高温高圧水条件下の反応系を設定できる装置であれば、その種類は制限されない。
ここで、好適な反応装置として、例えば、本発明で使用した流通式の高温高圧反応装置やバッチ式の反応装置が例示される。市販のオートクレーブは好適に用いられる。
【００１５】
本発明の方法において、反応条件は、使用する有機酸の種類及び濃度、アンモニアやアンモニウム塩化合物の種類及び濃度、反応時間、高温高圧水条件によって変化する。
本発明では、反応基質の有機酸としては、例えば、乳酸、グリコール酸、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ−ｎ−酪酸、マンデル酸、２−ヒドロキシ−３−メチルブチル酸、クエン酸、グリセリン酸、トロパ酸、ベンジル酸、ヒドロキシ吉草酸等の１分子内に１個以上のカルボキシル基と１個以上の水酸基とを有するヒドロキシ酸が例示される。ヒドロキシ酸であれば、α−ヒドロキシ酸、β−ヒドロキシ酸、γ−ヒドロキシ酸、δ−ヒドロキシ酸、ε−ヒドロキシ酸等はいずれも好適に反応に用いることができる。本発明では、反応に用いる有機酸は１種類に限定されるものでなく、２種類以上の混合物を用いても反応は好適に進行する。また、脂肪族飽和ヒドロキシカルボン酸、脂肪族不飽和ヒドロキシカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸の様なヒドロキシカルボン酸、ステロイド等の有機酸も本発明の反応基質として好適に用いられる。
また、上記有機酸の金属塩も本発明の原料として用いることが可能であり、例えば、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、アンモニウム等の有機酸塩が好適に用いられる。
流通方式の装置を用いる場合は、例えば、キャリヤー水として用いる高温高圧水の流速及び反応基質である有機酸の導入流速を制御することによって反応器に導入する有機酸の濃度をコントロールできる。有機酸やアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を、同時にあるいは別個に、予めキャリヤー水中に溶解して反応に供してもよい。通常、反応器に導入する有機酸の濃度としては１ｍＭから１０Ｍの濃度範囲で選択できる。好適には２ｍＭから５Ｍの間の適宜な濃度の値を選択でき、最も好適には４ｍＭから２Ｍの間の適宜な濃度の値が選択されるが、本発明は、これらの濃度の値に限定されるものではない。バッチ法の場合は単に仕込みの有機酸の濃度を制御すればよい。反応器内の有機酸の濃度は反応に関与する高温高圧水の密度によって変化する。
本発明では、有機酸の種類に応じて、反応系の温度、圧力、反応時間、反応基質の濃度とアンモニア及びアンモニウム塩の濃度を調節することによって、アミノ基の導入量、アミノ基の導入位置、アミノ酸の生成種、生成量あるいは反応収率を操作することができる。
【００１６】
反応に用いるアンモニアとしては、通常、濃度２８％のアンモニア水ないし液化アンモニアが好適に用いられるが、気体状のアンモニアを高温高圧水に導入しても反応は進行する。アンモニウム塩化合物としては、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等が好適に用いられる。
アンモニアやアンモニウム塩化合物は、通常、反応基質である有機酸塩ないし有機酸エステルと混合して反応器内に導入される場合が多い。その際、アンモニアやアンモニウム塩化合物は、通常、水溶液として用いられ、また、液化アンモニアを用いた場合も最終的には水溶液となり、反応濃度は、有機酸塩ないし有機酸エステル濃度の１−１０倍の濃度範囲の適宜な値から選択できる。例えば、アンモニア水溶液及びアンモニウム水溶液の濃度は、１ｍＭから２０Ｍ、好適には２ｍＭから１０Ｍの値を選択できる。最も好適には４ｍＭから８Ｍの間の適宜な値を選択できるが、本発明は、これらの濃度の値に限定されるものではない。なお、有機酸とアンモニアやアンモニウム塩化合物は、別々に反応器に導入しても、また、キャリヤー水に直接混合して使用しても本発明の反応は進行する。また、アンモニアとアンモニウム塩を混合して用いても本発明の反応は達成される。
【００１７】
本発明の反応系は、温度２５０℃以上、及び圧力２０ＭＰａ以上の高温高圧水中に上記反応基質の有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を存在させればよく、その際、例えば、金属イオン、酸、あるいは塩基等のような水溶性の触媒、金属担持触媒、固体酸、固体塩基等の固体触媒あるいは酵素等は特に添加する必要がなく、また、有機溶媒を使用する必要もない。
本発明は、基本的には、高温高圧水中に上記反応基質を存在させて、無触媒条件下で、あるいは有機溶媒を反応に関与させることなく、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させて有機酸にアミノ基を導入すること、及びそれによりアミノ酸を合成することを最大の特徴としているが、必要により、メタノール、エタノール、エチレングリコール等の有機溶媒、金属イオン、酸、あるいは塩基等のような水溶性の触媒、金属担持触媒、固体酸、固体塩基等の固体触媒あるいは酵素を添加して反応させても一向にさしつかえない。
【００１８】
本発明では、上記反応系により、例えば、反応時間０．００１秒から１０分程度の短時間で有機酸にアミノ基が導入され、あるいはアミノ酸が合成される。例えば、流通式反応装置を用いる場合、反応時間は、反応温度、反応圧力、高温高圧水の流速、反応基質の導入流速、反応器の大きさ、反応器の流通経路の長さ等を制御することによって反応時間をコントロールできる。好適には反応時間は０．０１秒から５分の範囲の値を選択でき、最も好適には０．０５秒から２分の範囲の値を選択できるが、本発明は、これらの値に限定されるものではない。
【００１９】
本発明者らは、後記する実施例に示されるように、高温高圧水条件下では、短時間（例えば、反応時間０．１秒前後）で有機酸へのアミノ基の導入が可能であることを、高速液体クロマトグラフィー質量分析装置（ＬＣ−ＭＳ装置）やフリエー赤外分光光度計（ＦＴＩＲ装置）を用いて確認している。更に、ＬＣ−ＭＳ装置を用いることにより、有機酸やアミノ酸の種類を分離して同定でき、それらの含有量を正確に定量できる。また、連続的に得られるアミノ酸をイオン交換樹脂等を用いて分離精製して、ＦＴＩＲ装置により赤外線吸収スペクトルを計測し、純度の高い特級試薬製品のそれと比較することにより、アミノ酸の種類を正確に同定できる。同様にＮＭＲ測定によってもアミノ酸の種類や純度を確認できる。
例えば、流通式装置を用いて３００℃〜４２０℃、圧力３５ＭＰａ及び反応時間０．０６秒〜０．３３秒の条件下で、４．８ｍＭ〜４７．８ｍＭ濃度のリンゴ酸とアンモニア水から０．２ｍＭ〜７．３ｍＭ濃度のアスパラギン酸が合成できた。また、同様にバッチ方式では乳酸とアンモニア水から温度３５０℃、圧力３０ＭＰａ及び反応時間４０秒で１３．７ｍＭ濃度のアラニンを合成した。これらの反応の結果、アンモニアがこれらの有機酸の水酸基と反応して水酸基を引き抜き、その位置にアミノ基が導入されていることがＬＣ−ＭＳ装置、ＮＭＲ測定装置やＦＴＩＲ装置より得られた測定結果から確認された。
【００２０】
本発明で生成したアミノ酸の反応収率は、温度、圧力等の反応条件、有機酸の種類、有機酸の濃度、アンモニアやアンモニウム化合物の濃度、反応装置の形態、反応器の大きさ等によって変動する。例えば、流通式装置を用いたアスパラギン酸合成の場合の反応収率は４．２％から２１．３％であった。これらのアスパラギン酸は、原料のリンゴ酸等と混合して回収される。同様に、本発明によって種々の有機酸あるいはそれらの混合物から多種のアミノ酸が原料基質とともに回収されるが、反応後、得られた反応液をイオン交換樹脂、例えば、陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂あるいはそれらの併用によってアミノ酸と原料基質を分離精製でき、更に、アミノ酸同士の分離も可能なので、アミノ酸は、その種類毎に精製濃縮できる。また、同時に回収された原料基質は、再度原料として用いることができる。また、イオン交換樹脂の代わりにアルミナ、逆相用シリカゲル、ゼオライト、セルロース、カーボン等の一般的な適宜のアミノ酸分離用資材を利用してアミノ酸を分離精製することもできる。
従って、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させてアミノ酸を合成し、得られた反応溶液に対してイオン交換樹脂、アルミナ、逆相用シリカゲル、セルロース等のアミノ酸分離材を用いてアミノ酸を分離精製して、高純度のアミノ酸を好適に製造できる。
【００２１】
【作用】
本発明では、高温高圧水条件下の高温熱水中に、反応基質として所定の濃度の有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を存在させることにより、例えば、α−ヒドロキシ酸型の乳酸及びアンモニアからアラニンが合成される。この場合、乳酸に代えて、グリコール酸、リンゴ酸あるいは酒石酸とアンモニアを反応させることによりアミノ基がこれらの有機酸に導入され、グリシン、アスパラギン酸あるいはα, β−ジアミノコハク酸が合成される。また、これらの有機酸等とアンモニア水溶液あるいはアンモニウム塩化合物を反応器に連続的に導入することにより、連続的にそれぞれの有機酸に対応した種々のアミノ酸を合成することができる。
これらのことから、本発明は、上記反応系において、反応条件、反応基質の有機酸の種類、有機酸及びアンモニア水溶液あるいはアンモニウム塩化合物の濃度を調節することにより、有機酸にアミノ基を導入すること、それによりアミノ酸を短時間で合成することを可能とし、新規のアミノ基導入法及びアミノ酸合成方法あるいはアミノ酸製造方法として有用である。
【００２２】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
図１に示す連続式反応装置を用い、温度３５０℃、圧力３５ＭＰａ及び密度０．６５９３ｇ／ｃｍ3 の高温高圧水条件下でリンゴ酸（和光純薬社製特級試薬）とアンモニア水（和光純薬社製特級試薬）を反応させ、アミノ基の導入によるアスパラギン酸の連続合成を試みた。
反応器材料は合金Ｃ−２７６であり、反応器内径：０．６５ｍｍ及び反応器長さ：２５ｃｍで、従って、反応器容積は０．０８３ｃｍ3 と算出された。各導入調製液は高圧ポンプで注入した。反応に使用した水は蒸留水を使用し、窒素ガスでバブリングして溶存酸素を追い出したキャリヤー水を９ｍｌ／ｍｉｎの流速で通水した。同様に処理した蒸留水を用い、０．１００Ｍリンゴ酸及び０．３００Ｍアンモニア水を含有した基質溶液を調製し、この基質溶液を４．７ｍｌ／ｍｉｎの流速で反応器に導入した。反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：３４．３ｍＭ及びアンモニア水：０．１０２８Ｍであった。反応時間は０．２４０秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は７．３ｍＭであり、その反応収率は２１．３％であった。
【００２３】
実施例２
実施例１と全く同じ条件で一時間、連続してリンゴ酸とアンモニア水を反応させた。得られた反応溶液を陽イオン交換樹脂（ダウケミカル社製５０Ｗ−Ｘ８）カラムに通して原料のリンゴ酸と生成したアスパラギン酸を分離し、アスパラギン酸含有溶液を濃縮精製後、エタノールにて析出させ、濾過、乾燥して、本発明製品０．７８ｇを得た。得られた本発明製品は、純白の粉末状をしており、ＦＴＩＲ吸収スペクトル結果及びＮＭＲ測定結果から不純物をほとんど含まない高純度のアスパラギン酸であることを確認した。
【００２４】
実施例３
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。また、図２に示した連続反応装置を用い、別々に調製した０．１００Ｍリンゴ酸水溶液と０．３００Ｍアンモニア水溶液を異なった２つの送水ポンプで反応器に注入した。
ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（０．１００Ｍリンゴ酸水溶液）流速：３．２ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（０．３００Ｍアンモニア水溶液）流速：３．２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：１９．５ｍＭ及びアンモニア水：０．０５８５Ｍであった。反応時間は０．２２２秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は４．６ｍＭであり、その反応収率は２３．６％であった。
【００２５】
実施例４
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３００℃
高温高圧水密度０．７５８０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：５．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：４７．８ｍＭ及びアンモニア水：０．１４３４Ｍであった。反応時間は０．３２８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は５．４ｍＭであり、その反応収率は１１．３％であった。
【００２６】
比較例
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：２００℃
反応圧力：１５ＭＰａ
高温高圧水密度０．８７４６ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：５．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：４７．８ｍＭ及びアンモニア水：０．１４３４Ｍであった。反応時間は０．３７９秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、原料のリンゴ酸だけが検出され、アスパラギン酸は全く得られなかった。
【００２７】
実施例５
実施例１と同様に反応させて、リンゴ酸とアンモニア水からアスパラギン酸の連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：４２０℃
高温高圧水密度０．２７００ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：２０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：１ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はリンゴ酸：４．８ｍＭ及びアンモニア水：０．０１４２Ｍであった。反応時間は０．０６４秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、リンゴ酸にアミノ基が導入され、アスパラギン酸が生成していることを確認した。アスパラギン酸の含有濃度は０．２ｍＭであり、その反応収率は４．２％であった。
【００２８】
実施例６
実施例１と同様に反応させて、グリコール酸（和光純薬社製１級試薬）とアンモニア水からグリシンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、０．１００Ｍグリコール酸及び０．１９９Ｍアンモニア水を含有した基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２．３ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はグリコール酸：２７．７ｍＭ及びアンモニア水：５５．２ｍＭであった。反応時間は０．３５３秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、グリコール酸にアミノ基が導入され、グリシンが生成していることを確認した。グリシンの含有濃度は１．２ｍＭであり、その反応収率は４．３％であった。
【００２９】
実施例７
実施例６と同様に反応させて、グリコール酸とアンモニア水からグリシンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：４００℃
高温高圧水密度０．４７４９ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度はグリコール酸：１６．７ｍＭ及びアンモニア水：３３．２ｍＭであった。反応時間は０．１９７秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、グリコール酸にアミノ基が導入され、グリシンが生成していることを確認した。グリシンの含有濃度は０．７ｍＭであり、その反応収率は４．２％であった。
【００３０】
実施例８
実施例１と同様に反応させて、乳酸（和光純薬社製特級試薬）とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．０８５Ｍ乳酸及び５．００２Ｍアンモニア水とした基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：５ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３１０Ｍ及びアンモニア水：１．４２９Ｍであった。反応時間は０．４１８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は８．６ｍＭであり、その反応収率は２．８％であった。
【００３１】
実施例９
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応圧力：４０ＭＰａ
高温高圧水密度０．６０９０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：４．５ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：１．３５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．２５０Ｍ及びアンモニア水：１．１５４Ｍであった。反応時間は０．５１８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は７．７ｍＭであり、その反応収率は３．１％であった。
【００３２】
実施例１０
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応圧力：３０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５５８０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：９．３ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：４．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３５４Ｍ及びアンモニア水：１．６３１Ｍであった。反応時間は０．２０１秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は７．３ｍＭであり、その反応収率は２．１％であった。
【００３３】
実施例１１
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応圧力：２５ＭＰａ
高温高圧水密度０．４８５１ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６．７ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：２ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．２４９Ｍ及びアンモニア水：１．１５０Ｍであった。反応時間は０．２７８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は４．５ｍＭであり、その反応収率は１．８％であった。
【００３４】
実施例１２
実施例８と同様に反応させて、乳酸とアンモニア水からアラニンの連続合成を試みた。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：４００℃
反応圧力：４０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５２３７ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：６ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：１ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．１５５Ｍ及びアンモニア水：０．７１５Ｍであった。反応時間は０．３７３秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は５．５ｍＭであり、その反応収率は３．６％であった。
【００３５】
実施例１３
実施例１と同様に反応させて、乳酸と酢酸アンモニウム（和光純薬社製特級試薬）からアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．０８５Ｍ乳酸及び１．４０９Ｍ酢酸アンモニウム水溶液を含有した基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：７ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：３ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３２５Ｍ及び酢酸アンモニウム水溶液：０．４２３Ｍであった。反応時間は０．２９３秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は６．０ｍＭであり、その反応収率は１．８％であった。
【００３６】
実施例１４
実施例１と同様に反応させて、乳酸と炭酸アンモニウム（国産化学社製特級試薬）からアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．１５３Ｍ炭酸アンモニウム水溶液を調製し、キャリヤー水として用いた。また溶存酸素を除去した蒸留水を用いて１．０８４Ｍ乳酸基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
反応圧力：３０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５５８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：７ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：３ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は乳酸：０．３２５２Ｍ及び炭酸アンモニウム水溶液：０．８０７１Ｍであった。反応時間は０．２７８秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は６．５ｍＭであり、その反応収率は２．０％であった。
【００３７】
実施例１５
実施例１と同様に反応させて、Ｌ−酒石酸（半井化学社製特級試薬）とアンモニア水からα, β−ジアミノコハク酸の連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水を用い、１．００ＭＬ−酒石酸及び４．６１Ｍアンモニア水とした基質溶液を調製し反応に供した。ただし、反応条件を一部下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３７４℃
高温高圧水密度０．５８８ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液流速：４．５ｍｌ／ｍｉｎ
反応器に入る前の各基質濃度は酒石酸：０．３１０３Ｍ及びアンモニア水：１．４３０７Ｍであった。反応時間は０．２０２秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、酒石酸に２個のアミノ基が導入され、α, β−ジアミノコハク酸が生成していることを確認した。α, β−ジアミノコハク酸の含有濃度は０．７５ｍＭであり、その反応収率は０．２％であった。
【００３８】
実施例１６
乳酸とアンモニア水を反応基質として用い、高温高圧水条件下で乳酸に対してアミノ基の導入を試みた。反応は図３に示した反応中に振とう攪拌ができるバッチ反応装置で行った。反応器として内容積１０．５ｃｍ3 の反応管を用いて、温度３５０℃、圧力３０ＭＰａになるように設定し、硝酸ナトリウム／硝酸カリウム混合塩の塩浴槽温度に６０秒投入してアミノ基導入反応を行った。反応温度まで上昇するのに４０秒を要し、反応時間は４０秒であった。反応前の反応溶液中の乳酸濃度は１．０８５Ｍ及びアンモニア水濃度は５．００２Ｍであった。反応後、得られた溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、１３．７ｍＭのアラニンが生成していることを確認した。アラニンの反応収率は１．４％であった。
【００３９】
実施例１７
実施例１と同様に反応させて、乳酸と液化アンモニアからアラニンの連続合成を試みた。溶存酸素を除去した蒸留水から０．５５６Ｍ乳酸水溶液を調製した。図２に示した連続反応装置を用い、０．５５６Ｍ乳酸水溶液と液化アンモニアを異なった２つの送水ポンプで反応器に注入した。
ただし、反応条件を下記の様に変更して実施した。
変更した反応条件
反応温度：３８０℃
反応圧力：３０ＭＰａ
高温高圧水密度０．５３４０ｇ／ｃｍ3
キャリヤー水流速：１０ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（０．５５６Ｍ乳酸水溶液）流速：０．５ｍｌ／ｍｉｎ
基質溶液（液化アンモニウム）流速：１ｍｌ／ｍｉｎ
反応器の各基質濃度は乳酸：２６．５ｍＭ及びアンモニア水：０．２８Ｍであった。反応時間は０．３０５秒であり、反応後の水溶液を高速液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、乳酸にアミノ基が導入され、アラニンが生成していることを確認した。アラニンの含有濃度は５．４ｍＭであり、その反応収率は２０．４％であった。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明は、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより有機酸にアミノ基を導入することを特徴とするアミノ基導入法、高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させ、有機酸からアミノ酸を合成することを特徴とするアミノ酸合成方法に係り、本発明により、１）高温高圧下での新規のアミノ基導入法を提供することができる、２）有機酸及びアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を高温高圧下で反応させてアミノ酸を合成することができる、３）上記アミノ基導入法を流通式に適用して、有機酸からアミノ酸を連続的に高速で合成することができる、４）有機溶媒、触媒を一切使用しないアミノ酸合成方法を提供することができる、５）高純度のアミノ酸を製造することができる、６）環境に優しい化学物質生産システムとして有用である、という格別の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いた送水ポンプ２台付属の流通式反応装置のフローシートを示す。
【図２】本発明に用いた送水ポンプ３台付属の流通式反応装置のフローシートを示す。
【図３】バッチ式反応に用いたバッチ式反応管及び硝酸ナトリウム／硝酸カリウム混合塩を使用した振とう攪拌式塩浴槽の概要を示す。
Claims (9)
- ２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させることにより有機酸にアミノ基を導入することを特徴とするアミノ基導入法。
- ２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応させ、有機酸にアミノ基を導入してアミノ酸を合成することを特徴とするアミノ酸合成方法。
- ３００〜４２０℃の温度及び２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力の範囲である高温高圧水条件下で有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応時間０．００１秒から１０分の短時間で反応させることを特徴とする請求項２記載のアミノ酸合成方法。
- 高温高圧水条件下で有機酸とアンモニア水、酢酸アンモニウムあるいは炭酸アンモニウムを反応させることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のアミノ酸合成方法。
- 高温高圧水条件下で有機酸と液化アンモニアを反応させることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のアミノ酸合成方法。
- 有機酸として、ヒドロキシ酸を使用することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
- 有機酸として、乳酸、グリコール酸、リンゴ酸又は酒石酸を使用することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
- 有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を高温高圧水条件下の反応器に導入して連続的に反応させることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載のアミノ酸合成方法。
- 高温高圧水条件下でカルボキシル基と水酸基を有する有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を反応基質としてアミノ酸を製造する方法であって、有機酸とアンモニアあるいはアンモニウム塩化合物を２５０℃以上の温度及び２０ＭＰａ以上の圧力の範囲である高温高圧水条件下の反応器に導入して連続的に反応させ、反応後、得られた反応液をイオン交換樹脂等のアミノ酸分離材を用いて分離精製処理してアミノ酸を得ることを特徴とするアミノ酸製造方法。
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