特表 2024-524905 テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-09

(54)【発明の名称】テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C07C 29/149 20060101AFI20240702BHJP

   C07D 307/08 20060101ALI20240702BHJP

   C07C 31/20 20060101ALI20240702BHJP

   C07D 307/33 20060101ALI20240702BHJP

   C07B 61/00 20060101ALN20240702BHJP

【ＦＩ】

C07C29/149

C07D307/08

C07C31/20 B

C07D307/33 150

C07B61/00 300

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023577260

(86)(22)【出願日】2022-06-24

(85)【翻訳文提出日】2023-12-13

(86)【国際出願番号】 KR2022009050

(87)【国際公開番号】W WO2022270982

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0083443

(32)【優先日】2021-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0034844

(32)【優先日】2022-03-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512088051

【氏名又は名称】シージェイ チェイルジェダン コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＣＪ ＣｈｅｉｌＪｅｄａｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ

【住所又は居所原語表記】ＣＪ Ｃｈｅｉｌｊｅｄａｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ， ３３０， Ｄｏｎｇｈｏ－ｒｏ， Ｊｕｎｇ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ソ， ジャン－ウー

(72)【発明者】

【氏名】チョン， ジンウー

(72)【発明者】

【氏名】ユー， ヨンス

(72)【発明者】

【氏名】イ， ジュー ヨン

(72)【発明者】

【氏名】キム， ジウン

【テーマコード（参考）】

4H006

4H039

【Ｆターム（参考）】

4H006AA02

4H006AB84

4H006AC21

4H006AC41

4H006AC91

4H006BA05

4H006BA16

4H006BA55

4H006BE20

4H006FE11

4H006FG28

4H039CA60

4H039CB20

4H039CL30

(57)【要約】

本発明は、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの製造方法に関する。特に、本発明の実施形態によれば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を用いることにより、優れた生分解性及び生体適合性により環境にやさしいテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率が、複雑な追加プロセスを用いることなく効果的に制御され得る。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を非プロトン性溶媒中で銅ベース触媒を用いた水素化反応に付すステップを含む、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項2】

前記水素化反応が５０℃～５００℃の温度及び１ｂａｒ～１００ｂａｒの圧力で実施される、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項3】

水素ガスが前記水素化反応のステップにおいて注入され、前記水素ガスが、前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）のモノマーのモル数の１倍～５００倍のモル数で注入される、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項4】

前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）及び前記銅ベース触媒を前記非プロトン性溶媒と混合するステップと、混合物を水素化反応に付すステップとを含む、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項5】

前記水素化反応のステップの前に、反応器内の酸素を除去するステップと、水素ガスを注入することにより前記反応器の内圧を１ｂａｒ～１００ｂａｒに調節するステップとを含む、請求項４に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項6】

前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）と前記銅ベース触媒との重量比が１：０．０１～５である、請求項４に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項7】

前記水素化反応が１時間～１０時間、２００ｒｐｍ～２，０００ｒｐｍの撹拌速度で実施される、請求項４に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項8】

前記非プロトン性溶媒中に前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を溶解させるステップと、
溶解したポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を前記銅ベース触媒を含む触媒床を通過させて水素化反応に付すステップとを含む、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項9】

前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）に対する前記銅ベース触媒の重量空間速度（ＷＨＳＶ）が０．１ｈ^－１～１０ｈ^－１である、請求項８に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項10】

前記銅ベース触媒が担持体に担持されており、
前記担持体がカーボン、ゼオライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、及びＣｒ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記銅ベース触媒が銅触媒又は銅－金属複合触媒であり、
前記銅－金属複合触媒が、銅以外に、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＦｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む銅－金属複合体を含む、
請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項11】

前記担持体がＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、又はＺｒＯ_２であり、
前記銅ベース触媒がＣｕ触媒、Ｃｕ－Ｍｎ触媒、Ｃｕ－Ｚｎ触媒、又はＣｕ－Ｍｇ触媒である、請求項１０に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項12】

前記担持体に担持された前記銅ベース触媒中の銅又は銅－金属複合体の含有量が、前記担持体の合計重量に対して０．１重量％～８５重量％である、請求項１０に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項13】

前記非プロトン性溶媒が、アセトン、ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリドン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル、アクリロニトリル、ジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、ジメチルプロピレン尿素、及びヘキサメチルリン酸トリアミドからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項14】

テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率が６５モル％を超える、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項15】

前記水素化反応の前に、前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を前処理するステップをさらに含み、前記前処理のステップが、溶媒抽出法を用いて前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を精製することを含む、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項16】

前記水素化反応の後、蒸留工程、イオン交換工程、溶媒抽出工程、及び吸着工程からなる群から選択される１つ又は複数の工程により反応生成物を処理するステップをさらに含む、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項17】

前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）が４－ヒドロキシブチレート（４－ＨＢ）繰り返し単位を０．１重量％～１００重量％の量で含む、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【請求項18】

前記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）が０．５μｍ及び５μｍの平均粒子径、並びに２．５未満の多分散性指数（ＰＤＩ）を有する、請求項１に記載のテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

［技術分野］
本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を用いるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法に関する。

【0002】

［背景技術］
テトラヒドロフランは、有機化学分野において広く用いられている溶媒である。テトラヒドロフランは、天然及び合成樹脂の工業スケールでの製造に広く用いられている。このように、テトラヒドロフランの需要は高い。さらに、ガンマ－ブチロラクトンは、様々な合成方法の出発物質として広く用いられている溶媒である。例えば、ガンマ－ブチロラクトンは、Ｎ－メチルピロリドン、酪酸、及びその誘導体等の物質の製造において重要な役割を果たす。また、ガンマ－ブチロラクトンは、アクリレート、スチレンポリマー、ポリマー、及び合成樹脂の製造における重要な溶媒としても知られている。

【0003】

従来、コハク酸、マレイン酸、又はそれらの無水物を用いるテトラヒドロフラン又はガンマ－ブチロラクトンの作製方法が用いられてきた。しかし、副反応を制御することが困難であり、目的物の収率は低い。さらに、ブタンジオールを用いるテトラヒドロフラン又はガンマ－ブチロラクトンの製造方法が用いられてきたが、ブタンジオールの価格が比較的高く、製造プロセスが複雑である。従って、所望の材料の収率を制御することが可能であり、優れたプロセス効率を有する製造方法に関する研究が行われている。

【0004】

一方で、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）は、多くの微生物により産生される数種類のヒドロキシルカルボン酸で構成されている生分解性ポリマーであり、細胞内貯蔵物質として用いられる。ポリヒドロキシアルカノエートは、従来の石油由来の合成ポリマー、例えばポリブチレンアジペートテレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリブチレンサクシネートテレフタレート（ＰＢＳＴ）、及びポリブチレンサクシネートアジペート（ＰＢＳＡ）と同様の物理的特性を有し、完全な生分解性を示し、生体適合性に優れている。

【0005】

［先行技術文献］
［特許文献１］韓国特許出願公開第２００１－００９５５００号

【0006】

［発明の開示内容］
［技術的課題］
従って、本発明は、その優れた生分解性及び生体適合性のおかげで環境にやさしいポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を用いるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法を提供することを目的とし、複雑な追加プロセスを用いることなく、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率を効果的に制御することを可能とする。

【0007】

［課題の解決方法］
本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を非プロトン性溶媒中で銅ベース触媒を用いた水素化反応に付すステップを含む。

【0008】

本発明の別の実施形態によれば、上記水素化反応は、５０℃～５００℃の温度及び１ｂａｒ～１００ｂａｒの圧力で実施されてもよい。

【0009】

本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）及び銅ベース触媒を非プロトン性溶媒と混合するステップと、上記混合物を水素化反応に付すステップとを含んでいてもよい。

【0010】

本発明の別の実施形態によれば、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、水素化反応ステップの前に、反応器内の酸素を除去するステップと、水素ガスを注入することにより反応器の内圧を１ｂａｒ～１００ｂａｒに調節するステップとを含む。

【0011】

本発明の別の実施形態によれば、上記ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）と銅ベース触媒との重量比は、１：０．０１～５であってもよい。

【0012】

本発明の別の実施形態によれば、上記水素化反応は、１時間～１０時間、２００ｒｐｍ～２，０００ｒｐｍの撹拌速度で実施されてもよい。

【0013】

本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、非プロトン性溶媒中にポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を溶解させるステップと、溶解したポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を銅ベース触媒を含む触媒床を通過させて水素化反応に付すステップとを含んでいてもよい。

【0014】

本発明の別の実施形態によれば、水素ガスは、水素化反応ステップにおいて注入され、上記水素ガスは、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）モノマーのモル数の１倍～５００倍のモル数で注入されてもよい。

【0015】

本発明の別の実施形態によれば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）に対する銅ベース触媒の重量空間速度（ＷＨＳＶ）は０．１ｈ^－１～１０ｈ^－１であってもよい。

【0016】

本発明の別の実施形態によれば、上記銅ベース触媒は担持体に担持されており、上記担持体はカーボン、ゼオライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、及びＣｒ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。

【0017】

本発明の別の実施形態によれば、上記銅ベース触媒は銅触媒又は銅－金属複合触媒であり、銅－金属複合触媒は、銅以外に、Ｍｎ、Ｚｎ、ＭｇＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＦｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む銅－金属複合体を含んでいてもよい。

【0018】

本発明の別の実施形態によれば、上記担持体はＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、又はＺｒＯ_２であってもよく、上記銅ベース触媒はＣｕ触媒、Ｃｕ－Ｍｎ触媒、Ｃｕ－Ｚｎ触媒、又はＣｕ－Ｍｇ触媒であってもよい。

【0019】

本発明の別の実施形態によれば、上記担持体に担持された銅ベース触媒中の銅又は銅－金属複合体の含有量は、担持体の合計重量に対して０．１重量％～８５重量％であってもよい。

【0020】

本発明の別の実施形態によれば、上記非プロトン性溶媒は、アセトン、ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリドン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル、アクリロニトリル、ジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、ジメチルプロピレン尿素、及びヘキサメチルリン酸トリアミドからなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。

【0021】

本発明の別の実施形態によれば、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率は６５モル％を超え得る。

【0022】

本発明の別の実施形態によれば、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、水素化反応の前に、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を前処理するステップをさらに含んでいてもよく、上記前処理ステップは、溶媒抽出法を用いてポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を精製することを含んでいてもよい。

【0023】

本発明の別の実施形態によれば、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、水素化反応の後、蒸留すること、イオン交換すること、溶媒抽出すること、及び吸着することからなる群から選択される１つ又は複数のことにより反応生成物を処理するステップをさらに含んでいてもよい。

【0024】

本発明の実施形態によれば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）は、４－ヒドロキシブチレート（４－ＨＢ）繰り返し単位を０．１重量％～１００重量％の量で含んでいてもよい。

【0025】

本発明の実施形態によれば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）は０．５μｍ及び５μｍの平均粒子径を有してもよい。

【0026】

本発明の実施形態によれば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）は２．５未満の多分散性指数（ＰＤＩ）を有してもよい。

【0027】

［発明の有利な効果］
本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法において、水素化反応を通じてテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールを製造するために、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）が用いられる。従って、本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）の優れた生分解性及び生体適合性のおかげで環境にやさしい。また、複雑な追加プロセスを用いることなく、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率を効果的に制御することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法のフローチャート（Ｓ１００）を示している。

【図2】本発明の別の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法のフローチャート（Ｓ２００）を示している。

【0029】

［発明を実施するための最良の形態］
以下、本発明を詳細に説明する。本発明は、下記開示内容に限定されないが、発明の趣旨が変更されない限り、様々な形態に改変され得る。

【0030】

本明細書を通して、ある部分がある要素を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と表記される場合、他に特に言及のない限り、他の要素が除外されるのではなく、他の要素を含むことができると理解される。

【0031】

本明細書に使用される成分及び反応条件等の量に関連する全ての数値及び表現は、他に示唆がない限り、用語「約（ａｂｏｕｔ）」により改変されると理解される。

【0032】

本明細書において、ある要素が別の要素の上（ｏｎ）又はその下（ｕｎｄｅｒ）に形成されると言及される場合、１つの要素が別の要素の上（ｏｎ）に直接的に、又はその下（ｕｎｄｅｒ）に形成されることのみを意味するのではなく、それらの間に他の要素を挟んで１つの要素が間接的に別の要素の上、又はその下に形成されることも意味する。

【0033】

本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を非プロトン性溶媒中で銅ベース触媒を用いた水素化反応に付すステップを含む。

【0034】

従来から用いられているテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの製造方法において所望の材料の収率を選択的に制御することは困難であった。具体的には、コハク酸、マレイン酸、又はそれらの無水物を用いてテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールが作製される場合、テトラヒドロフランの収率は向上する可能性があるが、一方で、ガンマ－ブチロラクトン又は１，４－ブタンジオールの収率を向上させるために複雑な追加プロセスを実施する必要があるという問題がある。具体的には、コハク酸又はマレイン酸を無水物に転化させるプロセスをさらに要する、又はエステル化反応等のプロセスをさらに要し、プロセス時間及びコストを増加させ、低プロセス効率につながる。

【0035】

例えば、コハク酸を原材料として用いる場合、発酵ブロスからコハク酸無水物を得るためにバイオマスを除去し、塩酸等を適用することによりｐＨを３に酸性化し、高温、減圧（１８０℃、２００ｍｂａｒ）蒸留プロセスを追加で実施してコハク酸無水物を得る。さらに、マレイン酸を原材料として用いる場合、具体的には、エタノールのエステル化反応を通じて製造されたマレイン酸ジエチルを原材料として用いる場合、エステル化反応中に形成される酸及び副生成物は触媒の寿命を縮めるおそれがあり、水素化反応の後にエタノールが再度生成され得ることにより、エタノール分離及び回収プロセスを追加で要するとの問題につながる。

【0036】

しかし、本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法においては、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）が用いられる。従って、本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）の優れた生分解性及び生体適合性のおかげで環境にやさしい。また、複雑な追加プロセスを用いることなく、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率を効果的に制御することが可能であることにより、プロセスを簡略化することができ、プロセス効率に優れる。

【0037】

第一に、本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を用いて実施される。

【0038】

ＰＨＡは、微生物細胞に蓄積する天然の熱可塑性ポリエステルポリマーである。ＰＨＡは生分解性材料であるため、堆肥化され、毒性廃棄物を生じることなく、最終的に二酸化炭素、水、及び有機廃棄物に分解され得る。

【0039】

具体的には、ＰＨＡは、微生物細胞内に蓄積する天然の熱可塑性ポリエステルポリマーである。栄養素（窒素源及びリン等）が一定の細菌に偏って供給される際に、カーボン及びエネルギーを貯蔵するために、ＰＨＡ細胞内にＰＨＡが蓄積されることにより形成される。

【0040】

さらに、ＰＨＡは、従来の石油由来の合成ポリマー、例えばポリブチレンアジペートテレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリブチレンサクシネートテレフタレート（ＰＢＳＴ）、及びポリブチレンサクシネートアジペート（ＰＢＳＡ）と同様の物理的特性を有し、完全な生分解性を示し、生体適合性に優れている。

【0041】

特に、ＰＢＳ、ＰＬＡ、及びＰＴＴ等の他の環境にやさしいプラスチック材料とは異なり、ＰＨＡは１５０種類以上のモノマーから合成できるため、何百種類ものＰＨＡをモノマーの種類に応じて作製することができる。モノマーの種類に応じた何百種類ものＰＨＡは完全に異なる構造及び特性を有する。

【0042】

ＰＨＡは、生きた細胞中の単一のモノマー繰り返し単位で構成され得るものであり、１つ又は複数のモノマー繰り返し単位を重合させることにより形成され得る。具体的には、ＰＨＡはホモ－ポリヒドロキシアルカノエート（以下、ホモＰＨＡと表記する）又は共重合されたポリヒドロキシアルカノエート（以下、共重合されたＰＨＡと表記する）、すなわち、ポリマー鎖中で異なる繰り返し単位が無作為に分布している共重合体であってもよい。

【0043】

ＰＨＡ中に含有され得る繰り返し単位の例としては、２－ヒドロキシブチレート、乳酸、グリコール酸、３－ヒドロキシブチレート（以下、３－ＨＢと表記する）、３－ヒドロキシプロピオネート（以下、３－ＨＰと表記する）、３－ヒドロキシバレレート（以下、３－ＨＶと表記する）、３－ヒドロキシヘキサノエート（以下、３－ＨＨと表記する）、３－ヒドロキシヘプタノエート（以下、３－ＨＨｅｐと表記する）、３－ヒドロキシオクタノエート（以下、３－ＨＯと表記する）、３－ヒドロキシノナノエート（以下、３－ＨＮと表記する）、３－ヒドロキシデカノエート（以下、３－ＨＤと表記する）、３－ヒドロキシドデカノエート（以下、３－ＨＤｄと表記する）、４－ヒドロキシブチレート（以下、４－ＨＢと表記する）、４－ヒドロキシバレレート（以下、４－ＨＶと表記する）、５－ヒドロキシバレレート（以下、５－ＨＶと表記する）、及び６－ヒドロキシヘキサノエート（以下、６－ＨＨと表記する）が挙げられる。ＰＨＡは、上記から選択される１つ又は複数の繰り返し単位を含有し得る。

【0044】

具体的には、ＰＨＡは３－ＨＢ、４－ＨＢ、３－ＨＰ、３－ＨＨ、３－ＨＶ、４－ＨＶ、５－ＨＶ、及び６－ＨＨからなる群から選択される１つ又は複数の繰り返し単位を含んでいてもよい。

【0045】

より詳細には、ＰＨＡは４－ＨＢ繰り返し単位を０．１重量％～１００重量％の量で含んでいてもよい。例えば、ＰＨＡは４－ＨＢ繰り返し単位を０．２～１００重量％、０．５～１００重量％、１～１００重量％、５重量％～１００重量％、１０重量％～１００重量％、２０重量％～１００重量％、３０重量％～１００重量％、４０重量％～１００重量％、５０重量％～１００重量％、６０重量％～１００重量％、７０重量％～１００重量％、８０重量％～１００重量％、又は９０重量％～１００重量％の量で含んでいてもよい。すなわち、ＰＨＡは、４－ＨＢ繰り返し単位単独で構成されるホモＰＨＡ又は４－ＨＢ繰り返し単位を含む共重合されたＰＨＡであってもよい。

【0046】

例えば、ＰＨＡは、４－ＨＢ繰り返し単位を含み、さらに４－ＨＢ繰り返し単位とは異なる１つの繰り返し単位、又は２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又はそれ以上の互いに異なる繰り返し単位を含む共重合されたＰＨＡであってもよい。例えば、ＰＨＡはポリ－３－ヒドロキシブチレート－ｃｏ－４－ヒドロキシブチレート（以下、３ＨＢ－ｃｏ－４ＨＢと表記する）であってもよい。

【0047】

さらに、ＰＨＡは異性体を含んでいてもよい。例えば、ＰＨＡは構造異性体、エナンチオマー、又は幾何異性体を含んでいてもよい。具体的には、ＰＨＡは構造異性体を含んでいてもよい。

【0048】

ＰＨＡは、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率制御の効果を最大化させる観点から、好ましくは４－ＨＢ繰り返し単位単独で構成されるホモＰＨＡであってもよい。

【0049】

さらに、ＰＨＡは制御された結晶性を有する共重合されたＰＨＡであってもよい。例えば、ＰＨＡは少なくとも１つ以上の４－ＨＢ繰り返し単位を含んでいてもよく、そして４－ＨＢ繰り返し単位の含有量は、ＰＨＡの結晶性を調節するために制御してもよい。

【0050】

例えば、ＰＨＡは、３－ヒドロキシブチレート（３－ＨＢ）、４－ヒドロキシブチレート（４－ＨＢ）、３－ヒドロキシプロピオネート（３－ＨＰ）、３－ヒドロキシヘキサノエート（３－ＨＨ）、３－ヒドロキシバレレート（３－ＨＶ）、４－ヒドロキシバレレート（４－ＨＶ）、５－ヒドロキシバレレート（５－ＨＶ）、及び６－ヒドロキシヘキサノエート（６－ＨＨ）からなる群から選択される少なくとも１つの繰り返し単位を含む共重合されたポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）であってもよい。

【0051】

具体的には、共重合されたＰＨＡは４－ＨＢ繰り返し単位を含むことができ、３－ＨＢ繰り返し単位、３－ＨＰ繰り返し単位、３－ＨＨ繰り返し単位、３－ＨＶ繰り返し単位、４－ＨＶ繰り返し単位、５－ＨＶ繰り返し単位、及び６－ＨＨ繰り返し単位からなる群より選択される１つ又は複数の繰り返し単位をさらに含む。より詳細には、ＰＨＡは４－ＨＢ繰り返し単位及び３－ＨＢ繰り返し単位を含み得る。

【0052】

例えば、上記共重合されたＰＨＡは、３－ＨＢ繰り返し単位を共重合されたＰＨＡの合計重量に対して２０重量％以上、３５重量％以上、４０重量％以上、５０重量％以上、６０重量％以上、７０重量％以上、又は７５重量％以上、そして９９重量％以下、９８重量％以下、９７重量％以下、９６重量％以下、９５重量％以下、９３重量％以下、９１重量％以下、９０重量％以下、８０重量％以下、７０重量％以下、６０重量％以下、又は５５重量％以下の量で含み得る。

【0053】

結晶性が調節されたＰＨＡは、その分子構造においてその結晶性及びアモルファス性の不規則性が高まるように調節されたものであってもよい。具体的には、モノマーの種類若しくは比率、又は異性体の種類若しくは含有量を調節してもよい。

【0054】

本発明の実施形態によれば、ＰＨＡは異なる結晶性を有する２種類以上のＰＨＡを含んでいてもよい。具体的には、ＰＨＡは、４－ＨＢ繰り返し単位の含有量を特定の範囲内とするために、異なる結晶性を有する２種類以上のＰＨＡを混合することにより作製することができる。

【0055】

具体的には、ＰＨＡは、半結晶性ＰＨＡである第一のＰＨＡを含んでいてもよい。

【0056】

制御された結晶性を有する半結晶性ＰＨＡ（以下、ｓｃＰＨＡと表記する）として、第一のＰＨＡは、４－ＨＢ繰り返し単位を０．１重量％～３０重量％の量で含んでいてもよい。例えば、第一のＰＨＡは４－ＨＢ繰り返し単位を０．１重量％～３０重量％、０．５重量％～３０重量％、１重量％～３０重量％、３重量％～３０重量％、１重量％～２８重量％、１重量％～２５重量％、１重量％～２４重量％、１重量％～１５重量％、２重量％～２５重量％、３重量％～２５重量％、３重量％～２４重量％、５重量％～２４重量％、７重量％～２０重量％、１０重量％～２０重量％、１５重量％～２５重量％、又は１５重量％～２４重量％の量で含んでいてもよい。

【0057】

第一のＰＨＡのガラス転移温度（Ｔｇ）は－３０℃～８０℃、－３０℃～１０℃、－２５℃～５℃、－２５℃～０℃、－２０℃～０℃、又は－１５℃～０℃であってもよい。第一のＰＨＡの結晶化温度（Ｔｃ）は７０℃～１２０℃、７５℃～１２０℃、又は７５℃～１１５℃であってもよい。第一のＰＨＡの溶融温度（Ｔｍ）は１０５℃～１６５℃、１１０℃～１６０℃、１１５℃～１５５℃、又は１２０℃～１５０℃であってもよい。

【0058】

第一のＰＨＡは１０，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モル、５０，０００ｇ／モル～１，１００，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／モル～９００，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～８００，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～６００，０００ｇ／モル、又は２００，０００ｇ／モル～４００，０００ｇ／モルの重量平均分子量を有してもよい。

【0059】

さらに、ＰＨＡは、制御された結晶性を有するアモルファスＰＨＡ樹脂である、第二のＰＨＡを含んでいてもよい。

【0060】

制御された結晶性を有するアモルファスＰＨＡ（以下、ａＰＨＡと表記する）として、第二のＰＨＡは、４－ＨＢ繰り返し単位を１５重量％～６０重量％、１５重量％～５５重量％、２０重量％～５５重量％、２５重量％～５５重量％、３０重量％～５５重量％、３５重量％～５５重量％、２０重量％～５０重量％、２５重量％～５０重量％、３０重量％～５０重量％、３５重量％～５０重量％、又は２０重量％～４０重量％の量で含んでいてもよい。

【0061】

第二のＰＨＡのガラス転移温度（Ｔｇ）は、－４５℃～－１０℃、－３５℃～－１５℃、－３５℃～－２０℃、又は－３０℃～－２０℃であってもよい。

【0062】

さらに、第二のＰＨＡの結晶化温度（Ｔｃ）は測定されなくてもよく、又は６０℃～１２０℃、６０℃～１１０℃、７０℃～１２０℃、又は７５℃～１１５℃であってもよい。第二のＰＨＡの溶融温度（Ｔｍ）は測定されなくてもよく、又は１００℃～１７０℃、１００℃～１６０℃、１１０℃～１６０℃、又は１２０℃～１５０℃であってもよい。

【0063】

第二のＰＨＡ樹脂は１０，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モル、１０，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、５０，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モル、３００，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／モル～９００，０００ｇ／モル、５００，０００ｇ／モル～９００，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～８００，０００ｇ／モル、又は２００，０００ｇ／モル～４００，０００ｇ／モルの重量平均分子量を有してもよい。

【0064】

第一のＰＨＡ及び第二のＰＨＡは、４－ＨＢ繰り返し単位の含有量の観点で区別されるものであってもよく、上記ガラス転移温度（Ｔｇ）、結晶化温度（Ｔｃ）、及び溶融温度（Ｔｍ）からなる群から選択される少なくとも一種の特性を有していてもよい。具体的には、第一のＰＨＡ及び第二のＰＨＡは、４－ＨＢ繰り返し単位の含有量、ガラス転移温度（Ｔｇ）、結晶化温度（Ｔｇ）、及び溶融温度（Ｔｍ）等の観点で区別されるものであってもよい。

【0065】

本発明の実施形態によれば、ＰＨＡは第一のＰＨＡを含んでいてもよく、又は第一のＰＨＡと第二のＰＨＡの両方を含んでいてもよい。

【0066】

具体的には、ＰＨＡが半結晶性ＰＨＡである第一のＰＨＡ、又は、半結晶性ＰＨＡである第一のＰＨＡとアモルファスＰＨＡである第二のＰＨＡの両方を含む場合、より詳細には、第一のＰＨＡと第二のＰＨＡの含有量が調節されている場合、所望の材料の収率をより効果的に制御することが可能である。

【0067】

さらに、ＰＨＡのガラス転移温度（Ｔｇ）は、－４５℃～８０℃、－３５℃～８０℃、－３０℃～８０℃、－２５℃～７５℃、－２０℃～７０℃、－３５℃～５℃、－２５℃～５℃、－３５℃～０℃、－２５℃～０℃、－３０℃～－１０℃、－３５℃～－１５℃、－３５℃～－２０℃、－２０℃～０℃、－１５℃～０℃、又は－１５℃～－５℃であってもよい。

【0068】

ＰＨＡの結晶化温度（Ｔｃ）は測定されなくてもよく、又は６０℃～１２０℃、６０℃～１１０℃、７０℃～１２０℃、７５℃～１２０℃、７５℃～１１５℃、７５℃～１１０℃、又は９０℃～１１０℃であってもよい。

【0069】

ＰＨＡの溶融温度（Ｔｍ）は測定されなくてもよく、又は１００℃～１７０℃、１０５℃～１７０℃、１０５℃～１６５℃、１１０℃～１６０℃、１１５℃～１５５℃、１１０℃～１５０℃、１２０℃～１５０℃、又は１２０℃～１４０℃であってもよい。

【0070】

さらに、ＰＨＡは１０，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モルの重量平均分子量を有してもよい。例えば、ＰＨＡ樹脂の重量平均分子量は５０，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モル、５０，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モル、２５０，０００ｇ／モル～１，１５０，０００ｇ／モル、３００，０００ｇ／モル～１，１００，０００ｇ／モル、３５０，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、３５０，０００ｇ／モル～９５０，０００ｇ／モル、１００，０００ｇ／モル～９００，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～８００，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～７００，０００ｇ／モル、２５０，０００ｇ／モル～６５０，０００ｇ／モル、２００，０００ｇ／モル～４００，０００ｇ／モル、３００，０００ｇ／モル～８００，０００ｇ／モル、３００，０００ｇ／モル～６００，０００ｇ／モル、５００，０００ｇ／モル～１，２００，０００ｇ／モル、５００，０００ｇ／モル～１，０００，０００ｇ／モル、５５０，０００ｇ／モル～１，０５０，０００ｇ／モル、５５０，０００ｇ／モル～９００，０００ｇ／モル、６００，０００ｇ／モル～９００，０００ｇ／モル、又は５００，０００ｇ／モル～９００，０００ｇ／モルであってもよい。

【0071】

ＰＨＡは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）により測定される９０％以下の結晶性を有してもよい。例えば、ＰＨＡの結晶性は示差走査熱量計で測定することができ、９０％以下、８５％以下、８０％以下、７５％以下、又は７０％以下であってもよい。

【0072】

さらに、ＰＨＡは、０．５μｍ～５μｍの平均粒子径を有してもよい。例えば、ＰＨＡは、０．５μｍ～５μｍ、０．５μｍ～４．５μｍ、０．７μｍ～４μｍ、１μｍ～３．５μｍ、又は１．２μｍ～３．５μｍの平均粒子径を有してもよい。

【0073】

ＰＨＡの平均粒子径は、ナノ粒子径測定装置（例えば、Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ）を用いて測定してもよい。具体的には、ＰＨＡは、２５℃の温度及び１７５°の測定角度でＺｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（製造者：Ｍａｒｖｅｎ）を用いた動的光散乱（ＤＬＳ）を通じた平均粒子径の測定に付される。このような事態において、０．５の信頼区間における多分散性指数（ＰＤＩ）を通じて導出されたピーク値を粒子径とする。

【0074】

ＰＨＡは２．５未満の多分散性指数（ＰＤＩ）を有してもよい。例えば、ＰＨＡの多分散性指数は、２．５未満、２．３以下、２．１以下、又は２．０以下であってもよい。

【0075】

ＰＨＡの平均粒子径及び多分散性指数のそれぞれが上記範囲を満たす場合、所望の材料の収率をより効果的に制御することが可能である。

【0076】

さらに、ＰＨＡは、非機械的な方法又は化学的な方法を用いた細胞破壊により得られるものであってもよい。具体的には、ＰＨＡは微生物細胞内に蓄積し、比較的大きな平均粒子径を有する天然の熱可塑性ポリエステルポリマーであるため、所望の材料の収率をより効果的に制御し、プロセス効率を高めるための破壊プロセスを通じて得ることができる。

【0077】

本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を用いる水素化反応を通じて実施される。

【0078】

具体的には、上記水素化反応は、非プロトン性溶媒中で銅ベース触媒を用いて実施されてもよい。より詳細には、上記水素化反応は、水素の存在下で、ＰＨＡ、非プロトン性溶媒、及び銅ベース触媒を用いて実施されてもよい。

【0079】

上記水素化反応は、５０℃～５００℃の温度及び１ｂａｒ～１００ｂａｒの圧力で実施されてもよい。例えば、上記水素化反応は、５５℃～４８０℃、８０℃～４６０℃、１００℃～４２０℃、１５０℃～４００℃、２００℃～３６０℃、２２０℃～３５０℃、２５０℃～３５０℃、２７０℃～３１０℃、２７５℃～３００℃、２８０℃～２９０℃、５０℃～３００℃、８０℃～２５０℃、１００℃～２２０℃、１２０℃～２０５℃、１５５℃～２００℃、又は１７５℃～１９５℃の温度で、及び５ｂａｒ～７５ｂａｒ、１０ｂａｒ～１００ｂａｒ、１０ｂａｒ～６５ｂａｒ、１ｂａｒ～５５ｂａｒ、５ｂａｒ～３５ｂａｒ、１０ｂａｒ～３０ｂａｒ、１５ｂａｒ～５５ｂａｒ、３０ｂａｒ～９０ｂａｒ、４５ｂａｒ～８０ｂａｒ、又は４５ｂａｒ～６５ｂａｒの圧力で実施されてもよい。水素化反応の温度及び圧力を上記範囲内でそれぞれ制御する場合、所望の材料の収率を選択的に制御し、プロセス安定性を向上させ、プロセスコストを削減することが可能である。

【0080】

本発明の別の実施形態によれば、水素ガスは、水素化反応ステップにおいて注入され、上記水素ガスは、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）モノマーのモル数の１倍～５００倍のモル数で注入されてもよい。

【0081】

具体的には、上記水素化反応は水素の存在下で実施できる。より詳細には、水素化反応ステップにおいて水素ガスを注入することにより実施されてもよい。

【0082】

例えば、水素化反応ステップにおいて、水素ガスは、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）モノマーのモル数の１倍～３５０倍、２倍～２５０倍、５倍～１００倍、１０倍～８０倍、又は３０倍～６０倍で注入されてもよい。

【0083】

上記非プロトン性溶媒は、アセトン、ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリドン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル、アクリロニトリル、ジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、ジメチルプロピレン尿素、及びヘキサメチルリン酸トリアミドからなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。上記非プロトン性溶媒は、所望の材料に応じて選択的に使用してもよい。

【0084】

さらに、上記銅ベース触媒は、担持体に担持された触媒であってもよい。具体的には、上記銅ベース触媒は、担持体に担持されており、上記担持体は、カーボン、ゼオライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、及びＣｒ_２Ｏ_３からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。

【0085】

さらに、上記銅ベース触媒は、銅触媒又は銅－金属複合触媒であってもよく、上記銅－金属複合触媒は、銅以外に、Ｍｎ、Ｚｎ、ＭｇＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＦｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む銅－金属複合体を含んでいてもよい。

【0086】

より詳細には、上記銅ベース触媒は、担持体に担持された銅ベース触媒である。上記担持体はＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、又はＺｒＯ_２であってもよく、上記銅ベース触媒はＣｕ触媒、Ｃｕ－Ｍｎ触媒、Ｃｕ－Ｚｎ触媒、又はＣｕ－Ｍｇ触媒であってもよい。例えば、上記銅ベース触媒は、Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｕＺｎ／Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｕＭｎ／Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｕ／ＳｉＯ_２、Ｃｕ／ＺｒＯ_２、Ｃｕ／ＴｉＯ_２、ＣｕＭｎ／ＳｉＯ_２、ＣｕＭｎ／ＺｒＯ_２、又はＣｕＭｎ／ＴｉＯ_２であってもよいが、これらに限定されない。

【0087】

さらに、上記担持体に担持された銅ベース触媒中の銅又は銅－金属複合物の含有量は、担持体の合計重量に対して０．１重量％～８５重量％であってもよい。例えば、上記銅ベース触媒は、担持体の合計重量に対して８５重量％以下の銅又は銅－金属複合物が担持された触媒であってもよい。より詳細には、銅又は銅－金属複合物の含有量は、担持体の合計重量に対して８０重量％以下、７５重量％以下、７０重量％以下、６５重量％以下、６４重量％以下、３０重量％以下、１０重量％以下、８重量％以下、７重量％以下、６重量％以下、又は５．５重量％以下、及び０．１重量％以上、０．５重量％以上、１．５重量％以上、又は２重量％以上、又は０．１重量％～８５重量％、０．５重量％～７５重量％、１重量％～７０重量％、２重量％～６８重量％、５重量％～６６重量％、８重量％～６４重量％、０．１重量％～２５重量％、０．２重量％～２０重量％、０．５重量％～１３重量％、１重量％～１０重量％、１．５重量％～８重量％、又は２重量％～５重量％であってもよい。

【0088】

銅ベース触媒は、１０μｍ～２，０００μｍの平均粒子径を有してもよい。例えば、銅ベース触媒の平均粒子径は、２５μｍ～１，５００μｍ、５０μｍ～１，０００μｍ、１００μｍ～８００μｍ、又は２００μｍ～５００μｍであってもよい。

【0089】

さらに、銅ベース触媒は５００ｍ^２／ｇ以下の表面積を有してもよい。例えば、銅ベース触媒の表面積は３５０ｍ^２／ｇ以下、３００ｍ^２／ｇ以下、１００ｍ^２／ｇ以下、又は８０ｍ^２／ｇ以下であってもよい。

【0090】

バッチ反応
本発明の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）及び銅ベース触媒を非プロトン性溶媒と混合するステップと、上記混合物を水素化反応に付すステップとを含んでいてもよい。

【0091】

さらに、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、水素化反応ステップの前に、反応器内の酸素を除去するステップと、水素ガスを注入することにより反応器の内圧を１ｂａｒ～１００ｂａｒに調節するステップとを含んでいてもよい。酸素の除去は水素ガスを用いて実施できるが、これらに限定されない。

【0092】

水素ガスの注入量は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）の重量の１倍～５００倍であってもよい。例えば、水素ガスの注入量は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）モノマーの重量の１倍～３５０倍、２倍～２５０倍、５倍～１００倍、１０倍～８０倍、又は３０倍～６０倍であってもよい。

【0093】

さらに、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）と銅ベース触媒との重量比は、１：０．０１～５であってもよい。例えば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）の銅ベース触媒に対する重量比は、１：０．０２～４．５、１：０．０５～２．５、１：０．０８～２．２、１：０．１～２、１：０．１～１．２、１：０．１～１、１：０．１～０．８、１：０．１～４、１：０．５～３．５、１：１～３、１：１．２～２．５、又は１：１．５～２．２であってもよい。ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）と銅ベース触媒との重量比が上記範囲内に調節されている場合、所望の材料の収率を効果的に制御することが可能である。

【0094】

さらに、上記水素化反応は、１時間～１０時間、２００ｒｐｍ～２，０００ｒｐｍの撹拌速度で実施されてもよい。例えば、上記撹拌速度は２５０ｒｐｍ～１，５００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ～１，２００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ～１，０００ｒｐｍ、４５０ｒｐｍ～９００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ～７５０ｒｐｍ、又は５２０ｒｐｍ～７００ｒｐｍであってもよく、上記反応時間は１時間～９時間、２時間～７．５時間、４．５時間～７時間、又は５．５時間～６．５時間であってもよい。

【0095】

連続反応
本発明の別の実施形態によるテトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、非プロトン性溶媒中にポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を溶解させるステップと、溶解したポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を銅ベース触媒を含む触媒床を通過させて水素化反応に付すステップとを含んでいてもよい。

【0096】

上記溶解ステップは、非プロトン性溶媒中にＰＨＡを０．１重量％～３０重量％となるように溶解させるステップであってもよい。例えば、溶解したＰＨＡの含有量は０．１重量％～２０重量％、０．２重量％～１６重量％、０．５重量％～１０重量％、０．６重量％～８重量％、０．７重量％～６重量％、０．８重量％～３重量％、又は０．９重量％～２重量％であってもよい。

【0097】

さらに、連続反応において、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）に対する銅ベース触媒の重量空間速度（ＷＨＳＶ）は０．１ｈ^－１～１０ｈ^－１であってもよい。例えば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）に対する銅ベース触媒の重量空間速度（ＷＨＳＶ）は０．０２ｈ^－１～５ｈ^－１、０．０５ｈ^－１～２ｈ^－１、０．１ｈ^－１～１ｈ^－１、又は０．２ｈ^－１～０．５ｈ^－１であってもよい。

【0098】

本発明の実施形態によれば、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率は６５モル％を超え得る。例えば、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率は、６７モル％以上、６９モル％以上、７０モル％以上、７１モル％以上、８０モル％以上、８５モル％以上、９０モル％以上、９１モル％以上、９３モル％以上、９５モル％以上、９７モル％以上、又は９９モル％以上であり得る。上記収率は、水素化反応を通じて得られた最終生成物にガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて測定できる。

【0099】

具体的には、テトラヒドロフランの収率は６５モル％を超え得る。例えば、テトラヒドロフランの収率は６７モル％以上、６９モル％以上、７０モル％以上、７１モル％以上、８０モル％以上、９５モル％以上、又は９７モル％以上であり得る。

【0100】

より詳細には、上記銅ベース触媒が６重量％～８５重量％の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３又はＣｕＭｎ／Ａｌ_２Ｏ_３である場合、テトラヒドロフランの収率は６５モル％を超え得る。例えば、上記銅ベース触媒が銅を６重量％～８０重量％、７重量％～７５重量％、６重量％～６５重量％、又は８重量％～６４重量％の量で含有するＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３又はＣｕＭｎ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒である場合、テトラヒドロフランの収率は６５モル％を超え得る。

【0101】

さらに、５５℃～４８０℃、８０℃～４６０℃、１００℃～４２０℃、１５０℃～４００℃、２００℃～３６０℃、２２０℃～３５０℃、２５０℃～３５０℃、２７０℃～３１０℃、２７５℃～３００℃、又は２８０℃～２９０℃の温度で、及び１０ｂａｒ～１００ｂａｒ、３０ｂａｒ～９０ｂａｒ、４５ｂａｒ～８０ｂａｒ、又は４５ｂａｒ～６５ｂａｒの圧力で水素化反応が実施される場合、テトラヒドロフランの収率は６５モル％を超え得る。

【0102】

あるいは、ガンマ－ブチロラクトンの収率は６５％を超え得る。例えば、ガンマ－ブチロラクトンの収率は６７モル％以上、６９モル％以上、７０モル％以上、８０モル％以上、８５モル％以上、９５モル％以上、又は９９モル％以上であり得る。

【0103】

具体的には、水素化反応が１ｂａｒ～７５ｂａｒの圧力で実施される場合、ガンマ－ブチロラクトンの収率は６５％を超え得る。例えば、水素化反応が５ｂａｒ～７５ｂａｒ、１０ｂａｒ～６５ｂａｒ、１５ｂａｒ～５５ｂａｒ、１ｂａｒ～３５ｂａｒ、１０ｂａｒ～２５ｂａｒ、３０ｂａｒ～６５ｂａｒ、又は４５ｂａｒ～５５ｂａｒで実施される場合、ガンマ－ブチロラクトンの収率は６５モル％を超え得る。

【0104】

さらに、銅ベース触媒の担持体がＳｉＯ_２又はＴｉＯ_２を含む場合、ガンマ－ブチロラクトンの収率は６５モル％を超え得る。

【0105】

さらに、触媒が、８重量％未満の量の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒である場合、ガンマ－ブチロラクトンの収率は６５％を超え得る。例えば、触媒が、８重量％未満、７重量％以下、６重量％以下、０．１重量％～７重量％、０．５重量％～８重量％、１重量％～６重量％、又は１．５重量％～５．５重量％の量の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒である場合、ガンマ－ブチロラクトンの収率は６５モル％を超え得る。

【0106】

あるいは、１，４－ブタンジオールの収率は６５モル％を超え得る。例えば、１，４－ブタンジオールの収率は７０モル％以上、８５モル％以上、９０モル％以上、９１モル％以上、又は９３モル％以上であり得る。

【0107】

例えば、水素化反応が５０℃～３００℃、８０℃～２５０℃、１００℃～２２０℃、１２０℃～２０５℃、１５５℃～２００℃、又は１７５℃～１９５℃の温度で、及び１０ｂａｒ～１００ｂａｒ、３０ｂａｒ～９０ｂａｒ、４５ｂａｒ～８０ｂａｒ、又は４５ｂａｒ～６５ｂａｒの圧力で実施される場合、１，４－ブタンジオールの収率は６５モル％を超え得る。

【0108】

本発明の別の実施形態によれば、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、水素化反応の前に、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を前処理するステップをさらに含んでいてもよい。

【0109】

具体的には、上記前処理ステップは、溶媒抽出法を用いてポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を精製することを含んでいてもよい。溶媒抽出法は、ジオキサン、クロロホルム、及び塩化メチレンからなる群から選択される１つ又は複数の溶媒を用いて実施されてもよい。

【0110】

例えば、ＰＨＡ、すなわち、ＰＨＡ培地又は発酵ブロスから得られた乾燥物を溶媒と混合してＰＨＡを抽出するステップ、細胞残渣を分離するステップ、そして細胞残渣をエタノールに滴下して加えて回収するステップによる溶媒抽出法を実施されてもよい。

【0111】

さらに、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの作製方法は、水素化反応の後、蒸留すること、イオン交換すること、溶媒抽出すること、及び吸着することからなる群から選択される１つ又は複数のことにより反応生成物を処理するステップをさらに含んでいてもよい。これらの処理ステップを追加で実施する場合、上記収率を効果的に制御することができる。

【0112】

蒸留は、通常使用される蒸留法を用いて実施されてもよい。イオン交換、溶媒抽出、及び吸着は、通常使用される方法を用いて、本発明の効果が損なわれない限り、それぞれ実施されてもよい。

【0113】

例えば、蒸留塔のレシーバーを用いて反応生成物を加熱するステップ、コンデンサーを備える蒸留塔の最上部から生成した蒸気を凝縮して生成物を分離するステップ、及び生成物を回収するステップにより蒸留を実施されてもよい。

【0114】

蒸留は、５０℃～２５０℃の温度、及び１０Ｔｏｒｒ～７６０Ｔｏｒｒの減圧下で実施されてもよい。例えば、蒸留は、５０℃～２００℃又は８０℃～２００℃の温度、及び２０Ｔｏｒｒ～７００Ｔｏｒｒ又は３０Ｔｏｒｒ～５００Ｔｏｒｒの減圧下で実施されてもよい。

【0115】

［発明の形態］
以下、下記実施例を参照しながら本発明をより詳細に説明する。しかし、下記実施例は本発明を説明することを意図しており、実施例の範囲はそれらのみに限定されない。

【0116】

［実施例］
ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）ペレットの作製
作製例１－１
４００ｍｌのポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）培地を、高速遠心分離機を用いて３，８００ｒｐｍで２０分間撹拌させて、上澄みを除去した。その後、４００ｍｌの蒸留水を加えて混合し、上澄みを同一条件下で高速遠心分離機を用いてもう一度除去した。その後、それを－７０℃及び真空で凍結乾燥し、ホモジナイザー（製品名：Ｈｏｍｏｍｉｘｅｒ Ｍａｒｋ２、製造者：Ｐｒｉｍｉｘ）を用いて平均粒子径が１μｍとなるように均一に粉砕した。

【0117】

５０ｇの粉砕された材料を１リットルのクロロホルム（製造者：Ｄａｅｊｕｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｓ）と混合し、５５℃で１．５時間撹拌させた。細胞残渣をろ過により除去し、クロロホルムのろ液を５リットルのエタノールに滴下して加えた。その後、析出したＰＨＡを回収し、４０℃の真空オーブン内で乾燥させて、ＰＨＡペレット（回収率：９０％、純度：９９％、４－ヒドロキシブチレート（４－ＨＢ）の含有量：１００重量％）を作製した。

【0118】

触媒の作製
作製例２－１：Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
５ｇのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｔｒｅｍ）及び１．５２ｇの硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２・３Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｄａｅｊｕｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｓ）が溶解した２５０ｍｌの水溶液を室温で１０時間撹拌してスラリーを作製した。真空ロータリーエバポレーターを用いてスラリー中の溶媒を除去した後、１０５℃に維持された循環オーブン内で１２時間乾燥させた。

【0119】

その後、乾燥した銅－アルミナ複合物を空気雰囲気下で５００℃で４時間焼結した後、５％水素及び窒素雰囲気下で５００℃で２時間還元させた。その後、室温で十分に冷却し、１％酸素及び窒素雰囲気下で０．５時間安定化させて８重量％の銅がアルミナ担持体に担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製した。

【0120】

作製例２－２：Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
０．３８ｇの硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２・３Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｄａｅｊｕｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｓ）を用いた以外は、２重量％の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0121】

作製例２－３：Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
０．９５ｇの硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２・３Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｄａｅｊｕｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｓ）を用いた以外は、５重量％の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0122】

作製例２－４：Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
３．０４ｇの硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２・３Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｄａｅｊｕｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｓ）を用いた以外は、１６重量％の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0123】

作製例２－５：Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
６．０８ｇの硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２・３Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｄａｅｊｕｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｓ）を用いた以外は、３２重量％の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0124】

作製例２－６：Ｃｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
１２．１６ｇの硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２・３Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｄａｅｊｕｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｓ）を用いた以外は、６４重量％の銅が担持されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0125】

作製例２－７：ＣｕＺｎ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
１．８ｇの亜鉛前駆体硝酸亜鉛六水和物（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）を追加で用いた以外は、８重量％の銅及び８重量％の亜鉛がアルミナ担持体に担持されたＣｕＺｎ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0126】

作製例２－８：ＣｕＭｎ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒の作製
２．１ｇのマンガン前駆体硝酸マンガン六水和物（Ｍｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｊｕｎｓｅｉ）を追加で用いた以外は、８重量％の銅及び８重量％のマンガンがアルミナ担持体に担持されたＣｕＭｎ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0127】

作製例２－９：Ｃｕ／ＳｉＯ_２触媒の作製
アルミナに代えてシリカ（ＳｉＯ_２、製造者：Ｓｔｒｅｍ）を用いた以外は、８重量％の銅がシリカ担持体に担持されたＣｕ／ＳｉＯ_２触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0128】

作製例２－１０：Ｃｕ／ＺｒＯ_２触媒の作製
アルミナに代えてジルコニア（ＺｒＯ_２、製造者：Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）を用いた以外は、８重量％の銅がジルコニア担持体に担持されたＣｕ／ＺｒＯ_２触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0129】

作製例２－１１：Ｃｕ／ＴｉＯ_２触媒の作製
アルミナに代えてチタニア（ＴｉＯ_２、製造者：Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）を用いた以外は、８重量％の銅がチタニア担持体に担持されたＣｕ／ＴｉＯ_２触媒を作製例２－１と同様の手法で作製した。

【0130】

作製例２－１２：ＣｕＭｎ／ＳｉＯ_２触媒の作製
２．１ｇのマンガン前駆体硝酸マンガン六水和物（Ｍｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｊｕｎｓｅｉ）を追加で用いた以外は、８重量％の銅及び８重量％のマンガンがシリカ担持体に担持されたＣｕＭｎ／ＳｉＯ_２触媒を作製例２－７と同様の手法で作製した。

【0131】

作製例２－１３：ＣｕＭｎ／ＺｒＯ_２触媒の作製
２．１ｇのマンガン前駆体硝酸マンガン六水和物（Ｍｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｊｕｎｓｅｉ）を追加で用いた以外は、８重量％の銅及び８重量％のマンガンがジルコニア担持体に担持されたＣｕＭｎ／ＺｒＯ_２触媒を作製例２－８と同様の手法で作製した。

【0132】

作製例２－１４：ＣｕＭｎ／ＴｉＯ_２触媒の作製
２．１ｇのマンガン前駆体硝酸マンガン六水和物（Ｍｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、製造者：Ｊｕｎｓｅｉ）を追加で用いた以外は、８重量％の銅及び８重量％のマンガンがチタニア担持体に担持されたＣｕＭｎ／ＴｉＯ_２触媒を作製例２－９と同様の手法で作製した。

【0133】

水素化反応を用いた生成物の作製
実施例１－１
オートクレーブ反応器に作製例１－１で作製されたＰＨＡペレット１ｇ、ジオキサン４０ｇ、及び作製例２－１で作製されたＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒０．５ｇを投入し、水素ガスを用いて反応器内の酸素を３又は４回除去した。その後、水素ガスを注入して圧力を５０ｂａｒに上げ、２８０℃の反応温度に加熱した。反応温度に到達した時間を反応開始時間に設定し、６００ｒｐｍの撹拌速度で反応を合計で６時間実施した。上記反応が完了した際、温度を室温まで低下させ、最終生成物を回収し、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて最終生成物の収率を分析した。結果は表２に示されている。

【0134】

実施例１－２～１－１４及び比較例１－１～１－７
下記表１に示されるように成分及びプロセス条件を変更した以外は、実施例１－１と同様の手法で最終生成物を回収した。その後、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて最終生成物の収率を分析した。結果は表２に示されている。ここで、比較例１－１において、前処理されたコハク酸無水物（商品名：コハク酸無水物、製造者：Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）を用いた。

【0135】

【表1】

【0136】

【表2】

【0137】

上記表２からわかるように、プロセス温度と圧力及び触媒に担持された銅の含有量を調節し、触媒のキャリアーを選択的に制御しながら、水素の存在下でＰＨＡペレット、非プロトン性溶媒、及び触媒を反応させた場合、ヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、又は１，４－ブタンジオールの収率を６５モル％を超えるように調節することができる。

【0138】

特に、非プロトン性溶媒の代わりにエタノールを用いた比較例１－２において、テトラヒドロフラン、ガンマ－ブチロラクトン、及び１，４－ブタンジオールの収率は、副反応に起因して全て非常に低かった。

【0139】

実施例２－１
ＳＵＳ３１６製の連続固定床反応器を作製例２－７で作製された触媒２．０ｇで充填して触媒床を形成し、ガラス繊維を触媒床の上及び下に配置して触媒床を固定した。その後、３００℃で２時間水素ガスを流通させることにより触媒を活性化した。その後、水素ガスの流速を上昇させて反応器内の圧力を４０ｂａｒに高めた後、温度を２８０℃に調節した。

【0140】

その後、作製例１－１で作製されたＰＨＡペレットをジオキサン中で１重量％に溶解させ、上記溶液を１ｍｌ／分の速度で反応器に入れ、同時に、それにポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）モノマーのモル数の５０倍の割合で水素ガスを供給して反応を実施した。生成物を毎時間回収し、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて収率を分析した。結果は表３に示されている。

【0141】

実施例２－２
作製例２－１で作製された触媒を用いた以外は、実施例２－１と同様の手法で反応を実施した。生成物を毎時間回収し、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて収率を分析した。結果は表３に示されている。

【0142】

【表3】

【0143】

上記表３からわかるように、触媒床がＣｕＺｎ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒で固定され、ＰＨＡペレットが非プロトン性溶媒中に溶解した溶液をその後に入れて反応させた実施例２－１において、テトラヒドロフランの収率が優れていた。具体的には、反応の初期段階でのテトラヒドロフランの収率は９８．６モル％であった。１８時間後でも、テトラヒドロフランの収率は９７．０モル％で優れていた。さらに、テトラヒドロフランの収率の１時間あたりの低下速度は約０．０８９モル％であり、安定的な活性を示した。

【0144】

さらに、触媒床がＣｕ／Ａｌ_２Ｏ_３触媒で固定され、その後ＰＨＡペレットが非プロトン性溶媒中に溶解した溶液を入れて反応させた実施例２－２において、テトラヒドロフランの収率の経時的な低下速度は、実施例２－１と比べて悪くなる傾向にある一方で、反応の初期段階でのテトラヒドロフランの収率は９５．１モル％で優れていた。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】