專利名稱：由來自發酵液的琥珀酸鹽制備吡咯烷酮的方法
琥珀酸及其衍生物是用于許多有經濟利益的產品的重要前體，例如在醇酸樹脂和聚酯樹脂、溶劑或許多特制化學品的制備中得到應用；參見Zeikus，Appl.Microbiol.Biotechnol，1999，545-552。吡咯烷酮，偶爾也稱作pyrrolidinone，基本上通過石油化工方法從γ-丁內酯與氨的反應(2-吡咯烷酮)或者與甲胺的反應(N-甲基吡咯烷酮)或者籠統地與烷基胺的反應(N-烷基吡咯烷酮)制成。N-烷基吡咯烷酮，例如NMP，例如在電子工業中作為溶劑得到應用；2-吡咯烷酮是重要的溶劑和萃取劑，主要用作N-乙烯基吡咯烷酮制備用的中間體，而N-乙烯基吡咯烷酮又是一種重要的單體。
迄今，對于琥珀酸僅存在相對較小的市場，并且一般通過石油化工方法由馬來酸酐或丁二醇制備琥珀酸，但是最近幾年在發酵制備領域進行了大量研究，以使得在不久的將來作為C4化學品用中間體的琥珀酸的工業發酵制備似乎會成為可能；Miller，Varadarajan in Biotechnol.Prog.1999，15，845-854。用于從發酵液中分離琥珀酸或琥珀酸鹽的眾多純化方法已有敘述。例如借助于過濾、結晶、萃取、電滲析、層析從發酵液中得到琥珀酸US5,034,105，US4,670,155，US5,814,498，US5,168,055，US5,958,744，US5,780,276，US5,143,834，US5,143,833，US5,412,126，US5,104,492，US4,670,155。
通常使經過純化的琥珀酸及其鹽、或其酯轉化成N-烷基琥珀酰亞胺(US4,841,069，US4,814,464)或直接轉化成2-吡咯烷酮(US3,080,377，US3,198,808，US3,681,387，US4,263,175)或NMP(US3,448,118，US5,157,127，US5,434,273，WO02/102772)。
從琥珀酰亞胺制備吡咯烷酮的工藝也有敘述。琥珀酰亞胺本身可以按照JP04282361在亞磷酸酯的存在下由琥珀酸和氨制備。SU1317890描述了由琥珀酸和尿素制備琥珀酰亞胺，然而，按照Zh.Obshch.Khim.，20，1950，1145，1149，1191，1195，可以使琥珀酰亞胺連同琥珀單酰胺一起在吡啶和硫酰胺的存在下由琥珀酸制成。制備琥珀酰亞胺的其它工藝例如在以下文獻中得到描述Yakugaku Zasshi；62；1942；532，169，其中從琥珀酸和甲酰胺制成琥珀酰亞胺，Recl.Trav.Chim.Pays-Bas；75；1956；164，167；J.Indian Chem.Soc.；10；1933；111，114，其描述的是從琥珀酸和尿素制備琥珀酰亞胺，以及出版物J.Chem.Soc.；1931；443(從琥珀酸和碳酸銨制備琥珀酰亞胺)，Chem.Ber.；23；1890；3285(從琥珀單酰胺制備琥珀酰亞胺)和Justus Liebigs Ann.Chem.；49；1844；197(從琥珀二酰胺制備琥珀酰亞胺)。
Clarke，Org.Synth.1943，II，562描述了化學純的琥珀酸二銨通過反應蒸餾以及隨后的蒸餾而轉化成琥珀酰亞胺。在第一階段中，使琥珀酸二銨水溶液濃縮直至存在熔體為止，接著在第二階段中將琥珀酰亞胺從塔頂蒸餾出來。例如，為了獲得最大的純度，將琥珀酰亞胺在95％乙醇中結晶。
DT2313386描述了琥珀酸在氨和磷酸三銨的存在下化學轉化成琥珀酰亞胺。
WO02/102772描述了制備N-甲基吡咯烷酮的方法，其中將琥珀酸二銨氫化形成2-吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮的混合物。
在由通過發酵制成的琥珀酸及其衍生物的轉化產物如吡咯烷酮的制備中，反應步驟的成功進行往往需要將中間體進行純化。對于處理來自發酵液的琥珀酸或其衍生物(如鹽或酯)，為了實現例如損害催化劑的成分(可能是營養成分、代謝副產物、細胞成分)的充分脫除，往往提出耗費時間和設備的工藝步驟，如結晶、沉淀、電滲析、萃取或層析。由于這些工藝步驟的組合常被描述成是必要的，尤其是對于琥珀酸及其鹽而言，所以由此引起的成本迄今已經成為將發酵琥珀酸轉化成相比低成本產物(如吡咯烷酮)的工業過程的障礙。另外，在一些上述處理工藝中，發酵中所用堿的循環不可能進行，這造成有關補料和處理的額外成本。
因而本發明的目的在于提供一種方法，其可以由含雜質的含琥珀酸鹽溶液，即包含許多次要組分的溶液，例如發酵液廉價制備琥珀酰亞胺以及可能的轉化產物、尤其是取代的和未取代的吡咯烷酮。
成為本發明基礎的問題通過提供本文所述的本發明方法以及權利要求中限定的實施方案而得到解決。
因此，本發明涉及一種制備琥珀酰亞胺中間體或包含琥珀酰亞胺的組合物的方法，其中可以在進一步的本發明步驟中制備吡咯烷酮。本發明方法的特征在于本文所述的實施方案。
在一種實施方案中，本發明因此涉及用于制備化合物II或包含該化合物II的組合物的方法， (化合物II)所述方法包括至少下列步驟(a)提供包含化合物I的發酵液，該發酵液在另一實施方案中已經例如通過脫除生物質、殺菌和/或濃縮進行了預處理， (化合物I)其中R1可以是NH4+、H+或另外的陽離子，以及R2可以是NH4+、H+或另外的陽離子，其中至少R1或R2是NH4+；(b)使所述發酵液中的化合物I轉化成化合物II；(c)同時地、間歇地或連續地蒸餾除去氨和/或水；
(d)隨后在減壓下蒸餾步驟(c)的蒸餾塔底物，以形成包含化合物II的餾出物；(e)分離化合物II或將步驟(d)的餾出物進行轉化。
在步驟(c)中，將所述反應中形成的或者存在于所述發酵液中的水部分地或完全地蒸餾出來。氨僅在R1和R2是銨時才形成。另外，其它揮發性物質，特別是比琥珀酰亞胺輕的物質，也可以被蒸餾出來，例如在發酵中會作為副產物形成的乙醇。所述陽離子基本上是通常存在于發酵液或其配劑中的陽離子。在另一實施方案中，所述陽離子是單價陽離子，例如下列陽離子中的一種Na+和/或K+。在另一實施方案中，所述陽離子是二價陽離子，例如Mg2+和/或Ca2+。在另一實施方案中，存在不同陽離子的混合，例如Na+和/或K+。在另一實施方案中，所述陽離子是二價陽離子，如Mg2+和/或Ca2+和/或其它例如痕量元素的陽離子。
意外地，在本發明的方法中，以組合物獲得化合物II，該組合物使得所述化合物II以及組合物中的任意其它成分能夠直接進一步轉化，例如在氫化中轉化，而不需要一個或多個進一步的純化步驟。特別是考慮到原料是“發酵液”，這是令人驚訝的。有利地，本發明的方法也將存在于所得混合物中的衍生物，如琥珀酸的單酰胺轉化成吡咯烷酮，以使得盡管在本發明方法的反應之前所述發酵液包含許多次要組分，但都令人驚訝地，琥珀酰亞胺均勻轉化。
發酵方法中制成的代謝產物的處理往往需要特定的純化步驟，因為未轉化的或不完全轉化的培養基成分；培養基成分的降解產物；所形成的副產物及其降解產物；裂解細胞所釋放的成分及其降解產物，例如鹽類、多糖、蛋白質、肽和氨基酸、胺、酰胺、有機酸、醇、醛和/或酮，特定的降解產物和/或其它有機和無機化合物，這些會抑制進一步的化學反應或者無法達到沒有中間體純化的后繼反應所容許的純化效果。有利地，化合物I是熱穩定的。在本發明的方法中，省去了所述化合物I耗時且昂貴的純化步驟，例如層析、電滲析或結晶。另外有利的是將所有形成的氨以氫氧化銨水溶液的形式回收，并且可以再用于發酵中。本發明的方法使催化劑受所述發酵液次要成分毒害的風險降低，并使最終產物的蒸餾純化變容易，因為在化合物II或包含化合物II的組合物的蒸餾中除去了大多數來自發酵的副產物。
因此，在優選的實施方案中，使化合物II和/或以上提及的衍生物例如像以下所述的那樣，尤其是在氫化中，沒有進一步分離或中間純化地進行反應。
因此，在本方法的另一實施方案中，將形成的氨回收并且優選再次用于所述發酵中，例如作為氫氧化銨水溶液。
化合物I至化合物II的轉化形成中間體化合物IIa和化合物IIb化合物IIa(琥珀單酰胺) 其中R3可以是H+或另一種陽離子，優選是培養基成分的陽離子，如以上列舉的陽離子或NH4+；和/或化合物IIb(琥珀二酰胺) 根據選擇參數，在本發明的方法中化合物II和/或IIa和/或IIb的具體比例可以改變和確定。在一種實施方案中，在溫度區間的較高區域中的停留時間較長，并且將形成的水和形成的所有氨基本上完全地蒸餾出來，例如達到至少50％的程度，優選達到60％、70％、80％、90％、95％、97％、99％或更高的程度。優選完全蒸餾出水。因此，在一種實施方案中，本發明涉及本發明制備包含琥珀酰亞胺和/或琥珀單酰胺和/或琥珀二酰胺的組合物的方法。
在一種實施方案中，在本發明的方法中，選擇參數以便獲得包含化合物II的熔體。因此，在一種實施方案中，溫度在所述熔體的熔點以上。琥珀酰亞胺的熔點在約120℃-130℃之間；含琥珀酰亞胺的熔體的熔點根據含雜質的程度而在琥珀酰亞胺的熔點以下。在一種實施方案中，將熔體保持在大于120℃的溫度下，例如大于126℃。
在一種實施方案中，水和/或氨和任何其它相對揮發性物質的蒸餾基本上與所述反應平行進行。
按照本發明，在一種實施方案中，在水和氨的蒸餾之后進行琥珀酰亞胺的蒸餾。
在一種實施方案中，本發明涉及包含琥珀酰亞胺以及至少琥珀單酰胺或者至少琥珀單酰胺和琥珀二酰胺的組合物。根據選擇工藝參數，本發明的方法形成包含不同比例的琥珀酰亞胺、琥珀酸、琥珀單酰胺和/或琥珀二酰胺的混合物。優選基本上除去殘余的次要發酵成分。有利地，在本發明的方法中，不管步驟(c)之后蒸餾塔底物中琥珀酰亞胺和琥珀單酰胺和/或琥珀二酰胺的存在比例，所得到的產物令人驚訝地能夠提供允許未經進一步處理而反應的形態的琥珀酰亞胺、琥珀單酰胺和/或琥珀二酰胺。
因此在一種實施方案中，未經進一步處理而使步驟(d)的餾出物反應或進一步加工步驟(d)的餾出物。特別地，在一種實施方案中，可以使步驟(d)的餾出物無需進一步處理地轉化成吡咯烷酮，或者解離成琥珀酸或其鹽或琥珀酸衍生物。
令人驚訝地，可以使步驟(d)的包含化合物II、IIa和/或IIb的蒸餾產物通過還原直接進一步轉化成化合物IIIa。特別是令人驚訝地，本發明中包含化合物II和IIa和/或IIb的組合物的還原，不僅使化合物II而且可能通過中間體化合物II使化合物IIa和IIb轉化成化合物IIIa。因此，在一種實施方案中，通過本文所述的本發明進一步的工藝步驟，高產率地使步驟(d)的餾出物轉化成2-吡咯烷酮。
任選地，可以進一步處理熔體的化合物II，如琥珀酰亞胺或包含琥珀酰亞胺、琥珀酸、琥珀單酰胺和/或琥珀二酰胺的組合物，例如進一步純化。
因此在一種實施方案中，本發明涉及一種用于制備化合物IIIa或包含化合物IIIa的組合物的方法， (化合物III)其中R4是H(化合物IIIa)，或其中所述方法包括權利要求1或2的方法步驟，接著(f)將化合物II還原成化合物III。
令人驚訝地，因而本方法可以將存在于發酵液中的化合物I通過轉化為化合物II以及簡單的蒸餾等而轉化成化合物IIIa和/或IIIb，或者轉化成化合物IIa和/或IIb，避免了化合物I借助于電滲析、結晶、萃取等的昂貴純化步驟。
因而特別地，本發明的方法有利地可以根據需要制備取代的或未取代的吡咯烷酮，尤其是2-吡咯烷酮。因此，在一種實施方案中，如下所述的還原是氫化。
特別有利的是，本發明方法廉價且沒有耗時純化步驟地提供了主要包含2-吡咯烷酮的組合物。在一種實施方案中，按照本發明制備的2-吡咯烷酮不含任何NMP。
因而在一種實施方案中，本發明涉及一種用于制備化合物IIIb或包含該化合物IIIb的組合物，特別是包含化合物IIIa和IIIb的組合物的方法， (化合物III)
其中對于化合物IIIa，R4是H；和其中對于化合物IIIb，R4是支化或未支化的具有1-20個碳原子的烷基，其具有0-1個OH或NH2基團；其中所述方法包括權利要求3的方法步驟，接著(g)在步驟(f)期間或之后，將化合物IIIa完全地或部分地烷基化以獲得化合物IIIb。
為了制備經取代的吡咯烷酮，可以向氫化工藝中加入合適的烷基化劑，例如以下提及的烷基化劑。對于N-烷基吡咯烷酮的制備，特別優選使用直鏈或支鏈的C1-C20醇或烷基胺，優選直鏈或支鏈的C1-C4醇，如甲醇、乙醇、丙醇或丁醇，或者相應的胺，如甲胺、乙胺、丁胺或丙胺。在一種實施方案中，因而在甲醇或乙醇的存在下進行烷基化。
因此在一種實施方案中，將本發明方法中制備的2-吡咯烷酮轉化成經取代的吡咯烷酮，如羥乙基吡咯烷酮或N-甲基吡咯烷酮(NMP)，或其混合物。有利地，選擇工藝參數，使2-吡咯烷酮轉化成2-吡咯烷酮與經取代的吡咯烷酮，尤其是NMP的預定混合物，或者基本上完全轉化成經取代的吡咯烷酮。選擇參數，可以確定反應程度以及由此產物混合物中的產物分布。在一種實施方案中，在烷基化劑，例如烷基胺或羥烷基胺或烷基二胺等的胺的存在下使化合物II轉化。烷基化劑，例如烷基胺或羥烷基胺或烷基二胺與化合物II的摩爾比越高，越多的化合物IIIb形成在與IIIa的混合物中。
在本發明方法的一種實施方案中，通過厭氧或有氧發酵或有氧和厭氧發酵的組合，優選通過碳源的發酵，制成所述發酵液，所述碳源例如是油類或醇類，尤其是甘油、乙醇、甲醇、L-山梨糖或D-山梨糖醇，或者糖類，如C6或C5糖，尤其是葡萄糖、蔗糖、阿拉伯糖、木糖或CO2，或H2，其以純物質形式或者例如作為糖蜜或所提及物質或其前體例如淀粉，例如與酶一起的混合物，或者其它可能的含碳組合物，如纖維素，其例如以用過的紙張、木材廢料或含淀粉植物成分的形式。
對于發酵，例如使用原核或真核微生物，例如細菌，如大腸桿菌(E.coli)，Anaerobiopirillum succiniproducens，Actinobacillus succinogenes，Mannheimia succiniproducens或產生琥珀酸的其它細菌或真菌。
在一種實施方案中，所述發酵中，將微生物，如大腸桿菌在形成生物質的有氧生長階段之后轉移到厭氧條件下。琥珀酸鹽的合成在該厭氧階段中進行。這兩個培養步驟尤其可以在復合培養基中進行。在另一實施方案中，所述發酵中，微生物，尤其是大腸桿菌在厭氧階段中的培養用基本培養基進行。另一實施方案包括細胞的重復循環以及厭氧生長階段在復合培養基或基本培養基中進行。
所述發酵可以在攪拌發酵罐、泡罩塔和環管反應器中進行。包括攪拌器類型和幾何構造的可能實施方案的全面綜述可以在“ChmielBioprozesstechnikEinführung in die Bioverfahrenstechnik，Band 1”[ChmielBioprocess TechnologyIntroduction into BioprocessTechnology，volume 1]中找到。在工藝設計中，下列所屬領域的技術人員已知的或者在例如“Chmiel，Hammes and BaileyBiochemicalEngineering”中有說明的變化方案通常是可利用的，例如在生物質的循環下或者沒有該循環下的分批、補料分批、反復補料分批或連續的發酵。根據生長菌株，為了獲得好的產率可以/必須噴射氧氣、二氧化碳、氫氣或氮氣。
在本發明方法中所述發酵液內的反應之前，可以將發酵液進行預處理；例如，可以除去發酵液中的生物質。用于除去生物質的工藝是所屬領域的技術人員已知的，例如過濾、沉積和浮選。因此，可以例如用離心機、分離器、傾析器、過濾器或在浮選設備中除去生物質。為了幾乎完全地得到有價值的產物，生物質的洗滌往往是可取的，例如以滲濾形式。方法的選擇取決于發酵液中的生物質含量和該生物質的性質，以及該生物質與所述有價值產物的相互作用。
在一種實施方案中，可以將所述發酵液進行滅菌或巴氏殺菌。
在另一實施方案中，將發酵液濃縮。該濃縮或蒸發可以根據需要間歇地或連續地進行。應當選擇壓力和溫度范圍，以使得一方面沒有發生產物損害，另一方面需要最低限度使用設備和能量。特別是對多級蒸發的壓力和溫度階段的選擇要使得能夠節約能量。
就設備而言，為此目的可以使用攪拌罐、降膜蒸發器、薄膜蒸發器、強制循環閃蒸器以及自然或強制循環模式的其它蒸發器設計。
因此，術語“發酵液”要理解為指基于發酵工藝的水溶液，其未經處理或者已經例如像本文所述那樣的經過處理。
根據工藝參數的選擇，本發明的方法在步驟(b)的反應和蒸餾中形成包含琥珀酸、琥珀單酰胺、琥珀酰亞胺和琥珀二酰胺產物等的混合物。這些不同產物的比例可以例如通過選擇停留時間、溫度、或者水和氨含量來改變。殘余的次要發酵成分在蒸餾中基本除去。令人驚訝地，可以使琥珀酸、琥珀單酰胺、琥珀酰亞胺和琥珀二酰胺的混合物以高產率轉化成吡咯烷酮，尤其是2-吡咯烷酮。在本發明方法的一種實施方案中，選擇所述反應的反應參數，以使得當蒸餾流出物的溫度保持在熔點以上時，優選在＞130℃時，形成基本上包含琥珀酰亞胺的熔體。
用于制備琥珀酰亞胺的工藝可以連續地或間歇地進行。
在連續工藝中，在下列條件下進行所述反應和蒸餾(i)優選地，除去生物質和/或純化所述發酵液；(ii)優選地，濃縮所述發酵液；(iii)蒸餾除去副產物，如H2O和NH3，并且在例如約100-約300℃、更優選約150-約200℃、最優選約170℃的溫度下，例如在標準壓力下，使所述發酵液中的化合物I轉化，直至熔體存在為止；和(iv)優選地，在例如約150-約300℃、優選約200-約300℃、更優選在約250℃下，例如在標準壓力下，進行補充反應例如基本上小于約2h、例如約0.5h-約1h；和(v)例如在約150℃-300℃、優選在大于170℃和小于270℃、更優選在約220℃-約250℃的溫度下，蒸餾除去化合物II以及適當的話化合物IIa和IIb，所述溫度以及壓力當然很大程度上取決于所述組合物、次要組分和脫除程度，以及例如在標準壓力或減壓下，優選在0.01-1000mbar、優選1-100mbar的壓力下進行例如對于除去次要組分的純化。
在一種實施方案中，在下列條件下進行所述反應和蒸餾(i)優選地，除去生物質和/或純化所述發酵液；(ii)優選地，濃縮所述發酵液；(iii)蒸餾除去副產物，如H2O和NH3，以及在RT直至約300℃的溫度下，優選在標準壓力下，使化合物I轉化；和(iv)優選地，在例如約150-約300℃、優選約200-約300℃、更優選在約250℃下，例如在標準壓力下，進行補充反應例如小于約2h、更優選約0.5h-約1h；和(v)優選地，隨后在減壓以及約150-約300℃、優選170-250℃下過蒸餾(overdistilling)反應混合物，例如通過蒸餾除去次要組分以便純化，更優選在例如約185-約195℃的溫度下，例如在標準壓力或減壓下，優選在約0.01-約1000mbar、優選1-100mbar、更優選約25mbar的壓力下。
在一種實施方案中，本發明的方法包括所提及的全部工藝步驟(i)-(iii)，尤其是在所述的壓力和所述溫度下。優選的是，在每種情形中的優選條件下進行所述工藝。
步驟(i)中的反應可以例如在攪拌罐或其它反應器中，在各種蒸發器類型如降膜蒸發器中、在蒸餾塔中或其組合中進行。
所用的反應干燥器也可以是噴霧干燥器或噴霧造粒機，在這種情形下產物以固體形式存在，并且此后為了純化或進一步反應不得不將其再溶解或熔化。
步驟(iii)中除去的次要組分優選是乙酸酯、乳酸酯、甲酸酯和培養基成分(例如鹽類、蛋白質、糖類、氨基酸、酵母提取物)。取決于原料，琥珀酰亞胺的含量優選大于50％、60％或70％，優選大于80％，甚至更優選大于85％。例如，在連續方式中，用底部物稀釋劑、特別是與PluriolP600和基本培養基混合的DAS，獲得純度為85％或更大的琥珀酰亞胺，當在生物質脫除之后使用發酵液(用基本培養基發酵)并補充合成DAS時，獲得純度87％或更大的琥珀酰亞胺。
在間歇方式中，當使用以基本培養基補充的DAS時，可以獲得70-98％琥珀酰亞胺或更大的純度。
可替換地，對于向琥珀酰亞胺的轉化及其蒸餾，也可以借助于琥珀酸的釋放和結晶，借助于膜工藝、特別是電滲析，借助于層析或萃取，或者所屬領域技術人員已知的其它工藝，實現從琥珀酸二銨中除去次要組分的純化。
在一種實施方案中，向發酵液中加入1-50％、優選小于30％的底部物稀釋劑，例如聚亞烷基二醇，如Pluriol(商品名)、特別是Pluriol P600(商品名)，或硅油，例如Baysilone(商品名)，或石蠟油。
因此，在一種實施方案中，本發明涉及一種組合物，例如一種熔體，其包含化合物II和底部物稀釋劑，例如聚亞烷基二醇，如Pluriol(商品名)、特別是Pluriol P600(商品名)，或硅油，例如Baysilone(商品名)，或石蠟油，例如具有Pluriol P600底部物稀釋劑。
優選使用足夠的底部物稀釋劑以通過充分降低粘度和保持反應混合物的可攪拌性而改進所述反應和蒸餾。
在一種實施方案中，本發明涉及可通過本發明方法得到的組合物。
具體地，在制備取代的或未取代的吡咯烷酮的情況下，在本發明的方法中由DAS制備琥珀酰亞胺是有利的，因為即使在不完全轉化的情況下，也可以進一步處理DAS、琥珀單酰胺和琥珀二酰胺以及琥珀酰亞胺的混合物。因此，在本發明方法的一種實施方案中，化合物II或包含化合物II和任選的化合物IIa和IIb的組合物向化合物III的還原通過氫化進行，例如可以在布置成懸浮或固定形式的均相或多相催化劑的存在下用氫的催化氫化，或者用復合氫化物進行氫化，或者轉移氫化，其中例如醇類如甲醇或異丙醇形成醛或酮時釋放出氫，用于氫化。
在優選的實施方案中，化合物II的還原是催化氫化，并且可以在氣相或液相中進行。
可用的反應器包括常用于氫化的所有類型，例如間歇式反應器，例如攪拌反應器，或連續式反應器所用的反應器可以例如是管式反應器、管束反應器、軸式反應器或流化床反應器。
可以在一個階段或幾個階段中進行氫化，例如用主反應器和補充反應器。在這種情況下，主反應器至少在液相中優選在除熱的外部循環下運行，補充反應器優選是直通型(straight pass)，以獲得最大的轉化。用于液相或氣相中的反應壓力可以是以下提及的壓力。
在吡咯烷酮的制備中，可以在加入氨的情況下進行氫化，然而這不是必要的。當加入氨時，可以抑制γ-丁內酯的形成，這使得反應流出物的處理容易?；谒玫姆磻?，以至多10倍、優選至多5倍、更優選至多2倍的摩爾過量使用氨。
在處理中，一般可以使存在并且仍然有待完全轉化的產物再循環以提高產率。上述產物例如是酰亞胺或二酰胺。
用于本發明方法中的氫化催化劑一般可以是適合氫化羰基的多相催化劑，也可以是均相催化劑?？梢詫⑺鼈円怨潭ù残问交蛘咭砸苿有问绞褂?，例如在流化床反應器中使用。其實例描述在例如Houben-Weyl，Methodender Organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry]，卷IV/1c，第16-26頁。在這些氫化催化劑中，優選包含元素周期表第11、6、7、8、9、10、13、14和15族的一種或多種元素的那些催化劑，特別是含銅、錸、錳、鈷、釕、銠、鎳、鈀、鐵、鉑、銦、錫和銻。特別優選含銅、鈷、釕或錸的催化劑。
用于本發明方法中的催化劑可以例如是所謂的沉淀催化劑。所述催化劑可以如下制成從其鹽溶液中、特別是其硝酸鹽和/或乙酸鹽溶液中，例如通過加入堿金屬和/或堿土金屬氫氧化物和/或碳酸鹽溶液，如微溶的氫氧化物、氧化物水合物、堿式鹽或碳酸鹽，使其催化活性組分沉淀，然后干燥所得到的沉淀物，接下來通過在一般約300-約700℃、特別是約400-約600℃下煅燒而使其轉化成相應的氧化物、混合氧化物和/或混合價態的氧化物，通過用氫或含氫氣體在一般約50-約700℃、特別是約100-約400℃下處理使它們還原成所關注的金屬和/或低氧化態的含氧化合物，并轉化成實際的催化活性形式。一般而言，還原進行至不再生成水為止。在含有載體材料的沉淀催化劑的制備中，可以使催化活性組分在所述載體材料的存在下沉淀。還可以有利地使催化活性組分從同時具有載體材料的所述鹽溶液中沉淀。
在本發明的方法中，優選使用包含沉積在載體材料上的催化氫化的金屬或金屬化合物的氫化催化劑。除了上述沉淀催化劑以外，該催化劑除包含催化活性組分以外另外還包含載體材料，適合本發明方法的載體材料一般是已經將催化氫化組分例如通過浸漬施加到載體材料上的那些。將催化活性金屬施加到載體上的方法一般并非關鍵，而且可以以多種方式實現。例如通過用所關注元素的鹽或氧化物的溶液或懸浮液浸漬、干燥并且隨后借助于還原劑、優選用氫或復合氫化物將金屬化合物還原以得到該金屬或低氧化態的化合物，從而可以將催化活性金屬施加到這些載體材料上。將催化活性金屬施加到這些載體上的另一種方法在于，用所述催化活性金屬的易熱分解的鹽如硝酸鹽、或者易熱分解的絡合物例如羰基或氫化(hydrido)絡合物的溶液浸漬載體，并且為了將所吸附的金屬化合物熱分解，將如此浸漬的載體加熱至300-600℃的溫度。該熱分解優選在保護氣體氛圍下進行。適合的保護氣體例如是氮氣、二氧化碳、氫氣或惰性氣體。催化活性金屬還可以通過氣相沉積或通過火焰噴射沉積在催化劑載體上。催化活性金屬在這些負載催化劑中的含量原則上并非本發明方法成功的關鍵。對于所屬領域技術人員不證自明的是，催化活性金屬在這些負載催化劑中的較高含量比較低含量可以產生更高的時空產率。一般而言，使用催化活性金屬含量基于整個催化劑為約0.1-約90wt％、優選約0.5-約40wt％的負載催化劑。由于這些含量數據基于包含載體材料在內的整個催化劑，然而不同的載體材料具有十分不同的比重和比表面積，因此在對本發明方法的結果沒有不利影響的情況下，這些值也可以在上述數據以上或以下。要認識到，還可以將多種催化活性金屬施加到特定的載體材料上。另外可以例如通過DE-A2519817、EP-A1477219和EP-A285420的方法將催化活性金屬施加到載體上。在按照上述文獻的催化劑中，催化活性金屬以合金形式存在，這通過熱處理和/或還原得到，例如通過用上述金屬的鹽或絡合物浸漬得到。
沉淀催化劑和負載催化劑的活化也可以借助于存在的氫在反應開始時直接進行，但是這些催化劑優選在使用前單獨進行活化。
所用的載體材料一般可以是鋁和鈦的氧化物、二氧化鋯、二氧化硅、氧化鋁例如蒙脫土，硅酸鹽如硅酸鎂或硅酸鋁，沸石如ZSM-5或ZSM-10沸石，以及活性炭。優選的載體材料是鋁氧化物、二氧化鈦、二氧化硅、二氧化鋯和活性炭。要認識到，不同載體材料的混合物也可以用作適用于本發明方法中的催化劑的載體。
可用于本發明方法中的多相催化劑的實例包括活性炭上的鈷、二氧化硅上的鈷、氧化鋁上的鈷、活性炭上的錸、二氧化硅上的錸、活性炭上的錸/錫、活性炭上的錸/鉑、活性炭上的銅、銅/二氧化硅、銅/氧化鋁、亞鉻酸銅、亞鉻酸銅鋇、銅/氧化鋁/氧化錳、銅/氧化鋁/氧化鋅，還有按照DE-A3932332、US-A3449445、EP-A44444、EP-A147219、DE-A3904083、DE-A2321101、EP-A415202、DE-A2366264、EP0552463和EP-A100406的催化劑。
為了由琥珀酰亞胺和琥珀酸二銨制備經取代的吡咯烷酮，可以在加入相應醇或胺的情況下進行氫化。
在另一實施方案中，本發明的方法中將2-吡咯烷酮在氣相或液相中烷基化。在優選的實施方案中，使2-吡咯烷酮在氣相中烷基化以得到支化的或未支化的C1至C20-N-烷基吡咯烷酮或者支化或未支化的N-羥烷基吡咯烷酮或者支化或未支化的氨基烷基吡咯烷酮；特別優選烷基化成N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N-乙基吡咯烷酮。在這種情況下，在100-400℃、優選140-370℃、更優選180-350℃的溫度以及0.2-50bar、優選0.7-40bar、更優選0.8-20bar的(絕對)壓力下，使吡咯烷酮與醇、烷基胺、羥烷基胺或二烷基胺反應。優選醇。優選加入過量的烷基化劑，即以吡咯烷酮計為1.01-10摩爾當量。優選1.1-3摩爾當量。使用具有酸性或堿性位的催化劑。通常這些是氧化物催化劑，例如鋁氧化物、硅氧化物、鈦氧化物或混合氧化物，例如氧化鋁、沸石等。
為了制成經取代的吡咯烷酮，還可以向氫化中特別加入以下提及的烷基化劑。為制成N-烷基吡咯烷酮，特別優選使用直鏈或支鏈的C1至C20-醇或-烷基胺，優選直鏈或支鏈的C1至C4醇，例如甲醇、乙醇、丙醇或丁醇，或相應的胺例如甲胺、乙胺、丁胺或丙胺。在一種實施方案中，因此在甲醇或乙醇的存在下進行烷基化。
當目的是例如制備NMP時，可以在甲醇或甲胺的存在下進行氫化。烷基化劑過量越多，相應產物的比例會越高。當不期望吡咯烷酮和相應的取代吡咯烷酮的混合物時，可以在蒸餾處理后將吡咯烷酮循環至反應中。
在一種實施方案中，本發明的方法中將琥珀酰亞胺氫化成2-吡咯烷酮。
在一種實施方案中，所述還原是氣相或液相氫化，其在下列條件下進行(i)在約80℃-約330℃、優選約120℃-約300℃、更優選約150℃-約280℃的溫度下；(ii)用適合羰基氫化的均相或多相催化劑，優選包含元素周期表第11、6、7、8-10、13、14或15族的一種或多種元素的催化劑；優選基于銅、錸、錳、鈷、釕、銠、鎳、鈀、鐵、鉑、銦、錫或銻的催化劑，更優選基于銅、鈷、釕或錸的催化劑；(iii)氣相中在約為標準壓力至約130bar、優選約2-約100bar以及更優選約5-約60bar的壓力下，或者液相中在約20-約400bar、優選約40-約300bar、更優選約120-約290bar的壓力下，和/或(iv)在沒有氨的情況下或者在氨的存在下，優選在以反應物計直至約10倍過量的氨存在下，更優選在直至約5倍過量的氨存在下，特別優選在直至約2倍過量的氨存在下。
在一種實施方案中，在所述壓力和所述溫度下以及用所述催化劑進行該工藝。優選在所有情況中最優選的條件下進行該工藝。
因此，在一種實施方案中，在氣相中于約150℃-約280℃以及約5-約60bar下，利用基于銅、鈷、釕或錸的催化劑的催化作用，在以反應物計約1倍至約2倍過量的氨存在下，進行氫化。
在本發明的另一實施方案中，本發明的方法包括下列步驟用具有1-約20個碳原子和約1-2個OH或NH2基團、優選1-2個碳原子和1個OH或NH2基團的支化或未支化的飽和烴，使化合物IIIa烷基化。
所述烷基化可以在液相或氣相中進行。
例如，可以在下列條件下在氣相中進行烷基化(i)在約50-約600℃、優選約100-約500℃、更優選約150-約450℃的溫度下；(ii)在約為標準壓力至約100bar、優選約為標準壓力至約50bar、更優選約為標準壓力至40bar的壓力下；(iii)用化學計量或超出化學計量的量的烷基化組分，優選超出化學計量的量，更優選以約1-約10mol/mol吡咯烷酮的比例，更優選以約1-約5mol/mol吡咯烷酮的比例；和(iv)用堿性的、中性的或路易斯或布朗斯臺德酸性的氧化物或中間氧化物(interoxide)或混合氧化物、或者金屬、優選釕、鈷、鎳或銅作為催化劑。
例如，可以在下列條件下在液相中進行本發明的烷基化(i)在約50-約600℃、優選約100-約500℃、更優選約150-約450℃的溫度下；(ii)在標準壓力至約325bar、優選約10-約250bar、更優選約20-約200bar的壓力下；(iii)用化學計量或超出化學計量的量的烷基化組分，優選超出化學計量的量，更優選以約1-約10mol/mol吡咯烷酮的比例，更優選以約1-約5mol/mol吡咯烷酮的比例；和
(iv)用堿性的、中性的或路易斯或布朗斯臺德酸性的氧化物或中間氧化物或混合氧化物、或者金屬、優選釕、鈷、鎳或銅作為催化劑。
特別優選在液相中進行烷基化。
在一種實施方案中，在所述壓力和所述溫度下以及用所述催化劑進行該工藝。優選在每一情況中最優選的條件下進行。
當烷基化中的轉化不完全時，可以使反應物在蒸餾純化(例如間歇或連續蒸餾)后再循環。在這種情況下，如果存在，低沸物如水、胺、氨、醇通常首先在第一塔中除去，并且合適的話，使其在純化后如果合適再次循環。然后使殘余的產物流(合適的話)在另一塔中進一步分離，在該情況下，如果存在，將未轉化的式III吡咯烷酮除去并再循環。
在一種實施方案中，在本發明的方法中制備取代的或未取代的吡咯烷酮。在一種實施方案中，為了制備N-羥烷基吡咯烷酮或N-烷基吡咯烷酮，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，將提及的步驟組合。在一種實施方案中，產生2-吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混合物。
因此，本發明在一種實施方案中涉及一種方法，其包括下列步驟用大腸桿菌、Anaerobiopirillum succiniproducens或Actinobacillussuccinogenes作為制備菌株由葡萄糖發酵制備DAS溶液，除去生物質，將發酵液滅菌或巴氏殺菌并濃縮。
使溶液中的DAS閉環以得到琥珀酰亞胺，同時蒸發H2O和NH3，通過蒸餾純化琥珀酰亞胺，基本上完全除去干擾氫化的次要組分，該反應和純化在連續工藝中于下列條件下進行在約為標準壓力下蒸餾除去H2O和NH3，直至在約150℃下存在熔體為止，然后如果合適進一步加熱至約250℃用于補充反應。通過蒸餾除去次要組分的純化在約190℃的溫度和約20-約30mbar的壓力下進行。在接下來的步驟中，在以反應物計高達約2倍過量的氨的存在下，用適合羰基氫化的均相或多相催化劑，優選基于銅、鈷、釕或錸的催化劑，在液相中于約250℃和約250bar下，在熔體中通過催化氫化將制得的琥珀酰亞胺和琥珀單酰胺和/或二酰胺轉化成2-吡咯烷酮。在下一步中，利用氧化物催化劑的催化，例如含釕、鈷、鎳、銅或者沒有金屬加入的催化劑，使用比例為大于1至約5mol/mol吡咯烷酮的甲醇，在標準壓力直至約6bar的壓力下，在約150-約450℃的溫度下于氣相中可以將所生成的2-吡咯烷酮烷基化成N-甲基吡咯烷酮。
表1工藝的簡化描述DAS→琥珀酰亞胺→2-P→NMP，沒有說明例如濃縮、滅菌等。閉環與蒸餾純化已示于一個單元中。
以下實施例對本發明進行說明，不應以限制性方式進行解釋。
實施例實施例1琥珀酸的發酵制備培養基和培養條件Vemuri，Eiteman and Altman，2002，該培養基補充有氨必西林和pH調節劑NH4OH1.1主細胞庫和工作細胞庫的制備將琥珀酸鹽生成菌株的試樣劃線到LB+葡萄糖瓊脂上，并在37℃培養20小時，然后儲存在+4℃下。然后將選擇的菌落進一步復制在LB+葡萄糖液體培養基中。LB+葡萄糖液體培養基具有以下組成10g/l胰蛋白胨，5g/l酵母提取物，10g/lNaCl和10g/l葡萄糖。LB+葡萄糖瓊脂另外包含15g/l瓊脂。已經制成的制劑可以從Becton Dickinson GmbH，Heidelberg作為Bacto LB Broth，Miller或Bacto LB-Agar，Miller購買。加入10g/l葡萄糖，得到所述培養基。將100ml錐形瓶中的20ml培養物于37℃和180rpm下在攪拌培養器(Infors，Multitron型)上培養15小時。隨后將細胞懸浮液用實驗室離心機(Heraeus，Biofuge Primo R；轉子#7590，50ml GreinerPP離心管，無菌)在8500rpm下離心分離15分鐘。將細胞顆粒重懸于10ml無菌LB+葡萄糖液體培養基中，該培養基已經補充了20％甘油。將所得的細胞懸浮液在無菌條件下制成等分的1ml并儲存在-70℃下。這些培養物用作主細胞庫。
為制備工作細胞庫，在無菌條件下將無菌的LB+葡萄糖液體培養基分成在無菌100ml錐形瓶中的20ml份。隨后，在無菌條件下用100μl上述主細胞庫對這些瓶子進行接種。在攪拌培養器(Infors，Multitron型)上于37℃和180rpm下培養15小時。隨后，將細胞懸浮液用實驗室離心機(Heraeus，Biofuge Primo R；轉子#7590，50ml Greiner PP離心管，無菌)在8500rpm下離心分離15分鐘。將細胞顆粒重懸于10ml無菌LB+葡萄糖液體培養基中，該培養基已經補充了20％甘油。將所得的細胞懸浮液在無菌條件下制成等分的1ml，并儲存在-70℃下。這些培養菌用作工作細胞庫。
1.2含琥珀酸鹽的發酵液的制備將1.0ml琥珀酸鹽生成菌株的工作細胞庫的等分試樣從冷凍室中取出，并在室溫下儲存10分鐘。在無菌條件下取出其中的100μl，并在無菌條件下用接種環將其分布在LB+葡萄糖瓊脂平板上。在37℃下培養20小時后，在無菌條件下取出該細胞材料的平板，并用于對預培養瓶(具有4個彎段(chicane)的2000ml圓底燒瓶，其包含300ml預培養基)進行接種。將該預培養瓶在培養振蕩器(Infors，Multitron型)上于37℃和110rpm下培養6小時。
為開始主培養，用250ml預培養物接種3.5 l分批培養基。在具有6葉圓盤攪拌器和4塊折流板、pH和pO2電極的51l攪拌生物反應器(Infors，ISF 100)中于37℃下培養120小時。在最初的5.5小時(有氧生長階段)中，在900rpm的恒定速度并噴射無菌空氣(3.0l/min)下進行培養，然后轉換到250rpm和噴射無菌CO2氣體(0.18l/min)。起初用20％NaOH溶液和20％HCl溶液將pH控制為7.0。從5.5小時起，用25％NH4OH溶液代替NaOH溶液，并將pH調節至6.8。按照確保發酵液中的葡萄糖濃度總在10-30g/l之間的固定計量曲線圖，計量送入供給培養基。對于供給計量，使用天平(Satorius，LP6200S)、計量組件(Satorius，YFC02Z-V2)和泵(Meredos，HP60)。在培養期間，在600nm(OD600)的測量波長下用光度計(Pharmacia Biotech，Ultrospec 2000)確定光密度的變化過程。不含細胞的上層清液(培養液過濾，用Braun注射器，2ml注射和注射過濾器附件，Millipore，Millipore GP；Φ33mm；孔寬度0.22μm；PESExpress膜)中葡萄糖和琥珀酸鹽的濃度通過HPLC(固定相AminexHPX-87H，300×7.8mm[Biorad]，流動相5mM H2SO4，RI檢測)進行定量。
在培養結束時，將發酵液排到3l錐形瓶中，并在121℃下于高壓釜中滅菌20分鐘。
在進一步處理之前，優選除去生物質，例如通過實驗室離心機。
預培養基包含表2所列的成分。為制備該預培養基，將22.0g葡萄糖一水合物、10.0g酵母提取物、20.0g胰蛋白胨、0.9g K2HPO4·3H2O、1.14g KH2PO4、0.25g CaCl2·2H2O、3.0g(NH4)2SO4、0.5g MgSO4·7H2O、20ml生物素溶液(50mg/l，軟化水作為溶劑)和1ml硫胺溶液(1g/l，軟化水作為溶劑)加到0.95l軟化水中。攪拌下，用2N NaOH溶液將pH調節到7.0，然后用軟化水使溶液達到1.01。通過具有孔寬為0.22μm的MilliporeExpress PLUS膜(Millipore)的Stericups無菌過濾進行滅菌。
表2預培養基
用于主培養的分批培養基包含表3所述成分。為制備該分批培養基，將154.0g葡萄糖一水合物、35.0g酵母提取物、70.0g胰蛋白胨、3.15gK2HPO4·3H2O、3.99g KH2PO4、0.88g CaCl2·2H2O、10.5g(NH4)2SO4、1.75g MgSO4·7H2O、70ml生物素溶液(50mg/l，軟化水作為溶劑)和3.5ml硫胺溶液(1g/l，軟化水作為溶劑)加到3.30l軟化水中。攪拌下，用2N NaOH溶液將pH調節到7.0，然后用軟化水使溶液達到3.5l。由通過具有孔寬為0.22μm的Millipore Express PLUS膜(Millipore)的Stericups無菌過濾進行滅菌。
表3用于主培養的分批培養基
對于進料培養基的制備，將550g葡萄糖一水合物溶解在1l主培養用的軟化水中。通過具有孔寬為0.22μm的Millipore Express PLUS膜(Millipore)的Stericups無菌過濾進行滅菌。
實施例2DAS生成琥珀酰亞胺的反應蒸餾2.1向1030g具有約13g/l琥珀酸二銨(＝DAS)的發酵液中補充58.5g約95％的合成琥珀酸二銨。發酵液的干物質約是7％[這里，沒有除去生物質]。
在2l燒瓶中于旋轉蒸發器上濃縮經過補充的發酵液。濃縮后，留下約150ml的熔體，并將其轉移到500ml具有PTFE攪拌器、溫度計、加熱板和蒸餾系統的四頸瓶中。在標準溫度下，175℃下蒸餾5小時，然后升高該溫度至底部溫度250℃，并保持約45分鐘。然后將壓力降低至約25bar，在172-182℃的蒸餾溫度下蒸餾出26.7g產物。
該產物含88％琥珀酰亞胺。沒有檢測到琥珀酸、單酰胺或二酰胺。
2.2將大約120g純度約88％的合成DAS和101g Pluriol P 600加到1450g具有約30g/lDAS的發酵液中。在旋轉蒸發器上將發酵液連同Pluriol一起進行濃縮。將317g蒸餾流出物轉移到經加熱的滴液漏斗中，而漏斗位于具有加熱板、溫度計和固體蒸餾系統的500ml四頸瓶上。該四頸瓶最初裝有100g Pluriol P600。將Pluriol預先加熱至240-250℃。將濃縮過的發酵液滴加到經過加熱的瓶中，同時在逐漸升高至310℃的底部溫度和減壓(35mbar)下蒸餾出23g產物。
產物含64％琥珀酰亞胺，約4％琥珀單酰胺以及約20％琥珀酸或DAS。
2.3最初將684g 25％氨水裝入具有PTFE攪拌器的2000ml二頸瓶中。然后在最高30℃下于10分鐘內加入約600g琥珀酸(用干冰冷卻)。將該混合物攪拌1小時，直至所有琥珀酸溶解為止。此后，用氨水將pH調節至7。向反應溶液中加入基本培養基，然后在旋轉蒸發器上濃縮該反應混合物。將殘余物轉移到2000ml具有PTFE攪拌器、溫度計、加熱板和蒸餾設備的四頸瓶中。標準壓力下將反應混合物逐漸加熱至250℃的底部溫度，并且最初將水蒸餾出來。將混合物在250℃下再攪拌1小時。然后使底部物冷卻至170℃，并施加真空。在26mbar和179-185℃的蒸餾溫度下，蒸餾出486g產物。產物含92％琥珀酰亞胺。沒有檢測到作為副產物的二酰胺、單酰胺和琥珀酸。
在所述試驗的一種變化方案中，DAS向琥珀酰亞胺的轉化在薄膜蒸發器中進行。使用10％或50％合成DAS溶液，并在兩個階段中通過薄膜蒸發器進行。在第一階段中，在標準壓力下蒸餾出水和氨。部分轉化的熔體流入底部。此后，將底部物在250℃下加熱約1小時，以使DAS反應完成，從而得到琥珀酰亞胺。在第二步中，使底部物質通過薄膜蒸發器，并通過頂部蒸餾出琥珀酰亞胺。加熱套溫度為230℃，壓力約30mbar。PluriolE600作為底部物稀釋劑的加入對于第二階段中琥珀酰亞胺蒸餾的結果沒有影響。
對于500l/h進料速率下的50％DAS溶液，薄膜蒸發器的加熱套溫度是170℃，而對于1l/h進料速率下的10％溶液，加熱套溫度為220℃。
如對合成DAS一樣，另外對基本培養基中的DAS以及用DAS補充的發酵罐流出物進行所述反應。為了更好的處理，將部分轉化的琥珀酰亞胺熔體各自與Pluriol E600混合。試驗結果列于表4中。
表4薄膜蒸發器試驗的試驗結果
實施例3氫化所有實施例中使用的催化劑已經在使用前在氫氣流中活化，而且在氫氣活化之前具有下列組成63.4％CoO，18.1％CuO，6.8％Mn3O4，3.1％MoO3，0.15％N2O，3.3％H3PO4，直至100％的余量是水。催化劑的制備例如在DE-A2321101或DE-A3904083中有描述。
3.1琥珀酰亞胺的制備及其氫化在200℃和標準壓力下于薄膜蒸發器中將50g/h 15％琥珀酸二銨水溶液分離10小時，分成主要含水(約30g/h)的餾分和主要含琥珀酸鹽的底部產物。再使該底部產物作為進料溫度約120℃(進料約40g/h)的熔體在薄膜蒸發器中反應，此次是在250℃和50mbar下。得到的餾出物(約13g/h)主要是琥珀酰亞胺以及少量的水和氨。除琥珀酰亞胺，底部產物包含來自最初琥珀酸二銨溶液的雜質。總計得到約65g琥珀酰亞胺，并在高壓釜中在10g催化劑上，40ml 25％氨水溶液的存在下，24小時內將其氫化。在反應流出物中，通過定量氣相色譜分析發現吡咯烷酮產率為95％。另外，存在約2％琥珀酰亞胺，＜0.1％γ-丁內酯，1％吡咯烷和許多數量上無關緊要的產物。
3.2吡咯烷酮向NMP的轉化在可外加熱的反應器中，在55g酸性氧化鋁上，在300℃下連續地轉化約20g/h吡咯烷酮與甲醇的1∶1混合物(在催化劑上游20ml玻璃環床(glass ring bed)上蒸發)。在反應流出物中，發現48％未轉化的吡咯烷酮和23.3％甲醇，還有27％NMP。
3.3吡咯烷酮向NMP的轉化與實施例3.2相似地，使用56g由80％Al2O3/20％SiO2組成的催化劑，而不是酸性氧化鋁。在300℃下，得到48.1％吡咯烷酮，34.2％甲醇和16.2％NMP。在將溫度提高到350℃后，在流出物中得到18％吡咯烷酮，17％甲醇和61.3％NMP。
權利要求
1.一種用于制備化合物II或包含所述化合物II的組合物的方法， (化合物II)所述方法包括至少下列步驟(a)提供包含化合物I的發酵液， (化合物I)其中R1可以是NH4+、H+或另外的陽離子，以及R2可以是NH4+、H+或另外的陽離子，其中至少R1或R2是NH4+；(b)使所述發酵液中的所述化合物I轉化成所述化合物II；(c)同時地、間歇地或連續地蒸餾除去氨和/或水；(d)隨后在減壓下蒸餾步驟(c)的蒸餾底部物，以形成包含所述化合物II的餾出物；(e)分離所述化合物II或將步驟(d)的所述餾出物進行轉化。
2.權利要求2的方法，其中所述化合物II以還至少包含下列化合物的組合物得到 (化合物IIa)其中R3可以是H或另外的陽離子和/或 (化合物IIb)。
3.一種用于制備化合物IIIa或包含所述化合物IIIa的組合物的方法， (化合物III)其中對于化合物IIIa，R4是H；其中所述方法包括權利要求1或2的方法步驟，接著(f)將所述化合物II還原成所述化合物IIIa。
4.一種用于制備化合物IIIb或包含所述化合物IIIa和IIIb的組合物的方法， (化合物III)其中對于所述化合物IIIa，R4是H；和對于所述化合物IIIb，R4是具有1-20個碳原子和0-1個OH或NH2基團的支化或未支化的烷基；以及所述方法包括權利要求3的方法步驟，接著(g)在步驟(f)期間或之后，將所述化合物IIIa完全或部分地烷基化成所述化合物IIIb。
5.權利要求4的方法，其中制備吡咯烷酮、羥乙基吡咯烷酮和/或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
6.權利要求1-5中任一項的方法，其中所述轉化和蒸餾在下列條件下以連續工藝進行(i)任選地，除去生物質和/或純化所述發酵液；(ii)任選地，濃縮所述發酵液；(iii)蒸餾除去副產物，并在100-300℃的溫度下使所述化合物I轉化；(iv)任選地，在150-約300℃下進行補充反應；和(v)在150℃-300℃的溫度下，以及在標準壓力下或在約0.01-約1000mbar的壓力下，蒸餾除去所述化合物II或者所述化合物II和所述化合物IIa和/或IIb。
7.權利要求1-5中任一項的方法，其中所述轉化和蒸餾在下列條件下間歇地進行(i)任選地，除去生物質和/或純化所述發酵液；(ii)任選地，濃縮所述發酵液；(iii)蒸餾除去副產物，并在RT-300℃的溫度下使所述化合物I轉化；(iv)任選地，在150直至300℃下使餾出物補充反應小于2小時；和(v)任選地，在標準壓力或減壓下以及在150℃-300℃下過蒸餾反應混合物。
8.權利要求1-7中任一項的方法，其中在所述化合物I反應之前或在所述化合物II蒸餾之前，所述發酵液具有加入其中的至多50％的底部物稀釋劑。
9.權利要求4-7中任一項的方法，其中所述化合物II向所述化合物III的所述還原是氫化。
10.權利要求4-8中任一項的方法，其中所述還原是氣相或液相氫化，其在下列條件下進行(i)在80℃-330℃的溫度下；(ii)使用適合羰基氫化的均相或多相催化劑，其包含元素周期表第11、6、7、8-10、13、14或15族的一種或多種元素；和/或(iii)在氣相中在標準壓力至130bar的壓力，或者在液相中在20-400bar的壓力下。
11.權利要求4-10中任一項的方法，其包括下列步驟用具有1-20個碳原子和1-2個OH或NH2基團的支化或未支化的飽和烴，使所述化合物IIIa烷基化。
12.權利要求11的方法，其中所述烷基化于氣相中在下列條件下進行(i)在50-600℃的溫度下；(ii)在標準壓力至100bar的壓力下；(iii)用化學計量或超出化學計量的量的烷基化組分；和(iv)用堿性的、中性的或路易斯或布朗斯臺德酸性的氧化物或中間氧化物或混合氧化物、或者金屬。
13.權利要求11的方法，其中所述烷基化于液相中在下列條件下進行(i)在50-600℃的溫度下；(ii)在標準壓力至325bar的壓力下；(iii)用化學計量或超出化學計量的量的烷基化組分；和(iv)用堿性的、中性的或路易斯或布朗斯臺德酸性的氧化物或中間氧化物或混合氧化物、或者金屬。
14.一種包含琥珀酰亞胺和底部物稀釋劑的組合物。
15.一種通過權利要求8-13中任一項的方法得到的組合物。
全文摘要
本發明涉及一種用于制備化合物II或包含該化合物II的組合物的方法，涉及包含琥珀酰亞胺的組合物，并涉及通過本發明方法制備的組合物。
文檔編號C07D207/12GK101084188SQ200580043887
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月17日 優先權日2004年12月21日
發明者W·費希爾, D·克萊因, A·金克爾, R·平科斯, E·朔爾騰 申請人:巴斯福股份公司