Procedimiento de producción polímeros.

Un procedimiento de preparación de un polímero de un monómero etilénicamente insaturado,

monómero que es (met)acrilamida, en el que el monómero se obtiene a partir de una reacción biocatalizada,

en el que el monómero etilénicamente insaturado se prepara proporcionando un sustrato que puede convertirse en el monómero etilénicamente insaturado, dicho sustrato es (5 met)acrilonitrilo,

poniendo en contacto el sustrato con un biocatalizador, dicho biocatalizador comprende material celular en forma de células enteras o células fracturadas y caldo de fermentación y convirtiendo de esta manera el sustrato en el monómero etilénicamente insaturado en presencia del material celular y el caldo de fermentación,

dicho biocatalizador comprende una enzima nitrilo hidratasa,

formando el polímero por polimerización del monómero etilénicamente insaturado o una mezcla de monómeros que comprende el monómero etilénicamente insaturado, en el que no hay retirada del material celular y el caldo de fermentación del monómero etilénicamente insaturado.

Procedimiento de producción polímeros La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación polímeros de un monómero etilénicamente insaturado, monómero que es (met) acrilamida. En particular, la invención se refiere a procedimientos en los que los monómeros etilénicamente insaturados se fabrican usando un biocatalizador.

Es bien conocido cómo emplear biocatalizadores, tales como microorganismos que contienen enzimas para realizar reacciones químicas, o el uso de enzimas que están libres de microorganismos. Es conocido que diversos monómeros etilénicamente insaturados pueden prepararse convirtiendo un material de partida de sustrato en el monómero deseado mediante el uso de un biocatalizador.

Es conocido que las enzimas nitrilo hidratasa catalizan la hidratación de nitrilos directamente a las amidas correspondientes. Típicamente las enzimas nitrilo hidratasa pueden sintetizarse por una diversidad de microorganismos, por ejemplo microorganismos de los géneros Bacillus, Bacteridium, Micrococcus, Brevibacterium, Cor y nebacterium, Pseudomonas, Acinetobacter, Xanthobacter, Streptomyces, Rhizobium, Klebsiella, Enterobacter, Erwinia, Aeromonas, Citrobacter, Achromobacter, Agrobacterium, Pseudonocardia, Rhodococcus y Comamonas.

Se ha deescrito ampliamente sobre lo relacionado con la síntesis de nitrilo hidratasa dentro de microorganismos. Arnaud y col., Agric. Biol. Chem. 41: (11) 2183-2191 (1977) describen la característica de una enzima a la que hacen referencia como "acetonitrilasa" a partir de Brevibacterium sp R312 que degrada el acetonitrilo a acetato mediante el intermedio amida. Asano y col., Agric. Biol. Chem. 46: (5) 1183-1189 (1982) aislaron Pseudomonas chlororaphis B23 que producía nitrilo hidratasa para catalizar la conversión de acrilonitrilo a acrilamida, generando 400 g/l de acrilamida.

Se ha encontrado que diversas cepas de las especies Rhodococcus rhodochrous producen muy eficazmente la enzima nitrilo hidratasa. El documento EP-0 307 926 describe el cultivo de Rhodococcus rhodochrous, específicamente la cepa J1 en un medio de cultivo que contiene iones cobalto. La nitrilo hidratasa puede usarse para hidratar nitrilos en amidas y en particular la conversión de 3-cianopiridina en nicotinamida. En una realización, se produce una amida en un medio de cultivo del microorganismo en el cual está presente un nitrilo sustrato. En otra realización, se añade un nitrilo sustrato al medio de cultivo en el que la nitrilo hidratasa se ha acumulado para realizar la reacción de hidratación. También hay una descripción del aislamiento de células de microorganismos y soportarlas en un soporte adecuado por ejemplo por inmovilización, y después poniéndolas en contacto con un sustrato. Rhodococcus rhodochrous J1, se usa también comercialmente para fabricar monómero de acrilamida a partir de acrilonitrilo y este procedimiento se ha descrito por Nagasawa y Yamada Pure Appl. Chem. 67: 1241-1256 (1995) . El documento EP-A-0362829 describe un procedimiento para cultivar bacterias de la especie Rhodococcus rhodochrous que comprende al menos uno de urea e ión cobalto para preparar las células de Rhodacoccus rhodochrous que tienen actividad nitrilo hidratasa. Se describe específicamente el Rhodococcus rhodochrous J1.

Leonova y col., Appl. Biochem. Biotechnol. 88: 231-241 (2000) titulado "Nitrile Hydratase of Rhodococcus", describen el crecimiento y síntesis de nitrilo hidratasa en Rhodococcus rhodochrous M8. La síntesis de NH de esta cepa está inducida por urea en el medio, que también se usa como una fuente de nitrógeno para el crecimiento mediante este organismo. Se requiere también cobalto para una alta actividad de nitrilo hidratasa. El presente documento bibliográfico tiene la inducción y los efectos metabólicos como su objetivo principal.

Leonova y col., Appl. Biochem. Biotechnol. 88: 231-241 (2000) indican también que la acrilamida se produce comercialmente en Rusia usando Rhodococcus rhodochrous M8. La patente Rusa 1731814 describe la cepa M8 de Rhodococcus rhodochrous.

La cepa M33 de Rhodococcus rhodochrous, que produce nitrilo hidratasa sin necesidad de un inductor tal como urea, se describe en el documento US-A-5827699. Esta cepa de microorganismos es un derivado de Rhodococcus rhodochrous M8.

La producción de un monómero de acrilamida, en particular, es deseable mediante la ruta biocatalítica. En la publicación de revisión de Yamada y Kobayashi, Biosci. Biotech. Biochem. 60: (9) 1391-1400 (1996) titulada "Nitrile Hydratase and its Application to Industrial Production of Acr y lamide" se describe un informe detallado de un desarrollo de una ruta biocatalítica para la obtención de acrilamida. Se describen con cierto detalle tres catalizadores sucesivamente mejores y sus características para la producción de acrilamida y, en particular, el catalizador de tercera generación Rhodococcus rhodochrous J1.

Se sabe también como producir acrilato de amonio directamente a partir de acrilonitrilo por la acción de una enzima nitrilasa. El documento WO-A-9721827 describe la producción de una solución concentrada de (met) acrilato de amonio que está sustancialmente libre de (met) acrilonitrilo mediante hidrólisis enzimática de (met) acrilonitrilo en presencia de agua usando una enzima nitrilasa que tiene una Km para (met) acrilonitrilo por debajo de 500 micro moles y una Ki para (met) acrilato de amonio por encima de 100.000 micro moles. La enzima puede obtenerse a partir de un microorganismo Rhodococcus rhodochrous.

Nagasawa y col., Appl. Microbiol. Biotechnol. 34: 322-324 (1990) también describen el uso de la nitrilasa de Rhodococcus rhodochrous J1 para la síntesis de ácido acrílico y metacrílico. Buscaron los efectos de temperatura, concentración de acrilonitrilo y condiciones de pH sobre la reacción.

La nitrilasa se ha usado también para catalizar la hidrólisis selectiva de dinitrilos, como se describe por Bengis-Garber y Gutman en Appl. Microbiol. Biotechnol. 32: 11-16 (1989) . Su organismo Rhodococcus rhodochrous NCIMB 11216 se usó para convertir selectivamente, en particular, fumaronitrilo a ácido 3-cianoacrílico.

El uso de una combinación de nitrilo hidratasa y amidasa a menudo se ha descrito para la formación de ácido carboxílico a partir del nitrilo correspondiente. Por ejemplo, el documento US-A-2003/0148480 describe el uso de nitrilo hidratasa y amidas de Comamonas testosteroni 5-MGAM-4D para la formación de ácido acrílico y metacrílico con altos rendimientos y especificidades obteniéndose.

Es la práctica común retirar las células biocatalíticas del medio de crecimiento antes de usar la biomasa para producir los monómeros para evitar la contaminación del monómero con impurezas que podrían afectar negativamente a la polimerización exitosa del monómero.

Se acepta, en general, que incluso pequeñas cantidades de impurezas pueden afectar a la polimerización de los monómeros o evitar la polimerización que está teniendo lugar. Por ejemplo, los sistemas iniciadores usados para la polimerización se usan en pequeñas cantidades y, por lo tanto, se requerirían solo pequeñas cantidades de impurezas para inactivarlos, deteniendo o casi deteniendo la polimerización. Tales impurezas pueden dar como resultado ramificación, reticulación, terminación de cadenas u otros efectos sobre el polímero. Aunque se sabe cómo introducir a propósito pequeñas cantidades de sustancias específicas para inducir la transferencia de cadenas, ramificación o reticulación durante la polimerización, estas sustancias se introducen de una manera controlada en un monómero por lo demás sustancialmente puro para ocasionar una estructura molecular particular. Los recientes desarrollos en las técnicas de polimerización han hecho posible partir de monómeros esencialmente puros e introducir cantidades traza de aditivos químicos para formar polímeros que presentan pesos moleculares extremadamente altos o polímeros que tienen una estructura molecular particular. En consecuencia, es posible proporcionar polímeros que presentan propiedades que son particularmente adecuadas para aplicaciones específicas, por ejemplo deshidratación de sólidos suspendidos para proporcionar una torta de sólidos mejorada o en el campo de la fabricación de papel una combinación mejorada de retención, drenaje y formación.

Se sabe cómo polimerizar monómeros etilénicamente insaturados en presencia de un biocatalizador. Por ejemplo, se sabe a partir del documento WO-A-92/05205 que las poliacrilamidas con niveles reducidos de acrilamida libre pueden prepararse introduciendo una enzima amidasa en la mezcla de monómeros antes de la polimerización. En este procedimiento, las células microbianas que contienen amidasa se separan del... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de preparación de un polímero de un monómero etilénicamente insaturado, monómero que es (met) acrilamida, en el que el monómero se obtiene a partir de una reacción biocatalizada, en el que el monómero etilénicamente insaturado se prepara proporcionando un sustrato que puede convertirse en el monómero etilénicamente insaturado, dicho sustrato es (met) acrilonitrilo, poniendo en contacto el sustrato con un biocatalizador, dicho biocatalizador comprende material celular en forma de células enteras o células fracturadas y caldo de fermentación y convirtiendo de esta manera el sustrato en el monómero etilénicamente insaturado en presencia del material celular y el caldo de fermentación, dicho biocatalizador comprende una enzima nitrilo hidratasa, formando el polímero por polimerización del monómero etilénicamente insaturado o una mezcla de monómeros que comprende el monómero etilénicamente insaturado, en el que no hay retirada del material celular y el caldo de fermentación del monómero etilénicamente insaturado.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material celular comprende células enteras.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el material celular comprende material celular fracturado.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el material celular fracturado es seleccionado del grupo que consiste en material de la pared celular, material de la membrana celular, material del núcleo celular, citoplasma y proteínas.

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el polímero es un polímero de alto peso molecular soluble en agua que presenta una viscosidad intrínseca (VI) de al menos 3 dl/g (medida usando un viscosímetro de nivel suspendido en cloruro sódico 1 M a 25 º C) .

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el polímero es un homopolímero o copolímero de (met) acrilamida.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el sustrato es introducido en un recipiente y puesto en contacto con el biocatalizador y en el que el sustrato es convertido en el monómero etilénicamente insaturado, opcionalmente otros monómeros son introducidos en el recipiente para formar una mezcla monomérica, el monómero etilénicamente insaturado o mezcla de monómeros es sometido a condiciones de polimerización, introduciendo opcionalmente los iniciadores en el recipiente y, de esta manera, formar el polímero dentro del recipiente.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el biocatalizador es producido en el recipiente.

9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el biocatalizador comprende microorganismos del género Rhodococcus, preferentemente la especie Rhodococcus rhodochrous.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el microorganismo es Rhodococcus rhodochrous NCIMB 41164.