Verfahren zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten unter Verwendung einer enzy- matischen Cyanhydrinhydrolyse

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten un- ter Verwendung einer enzymatischen Cyanhydrinhydrolyse.

Acrylsäureester und Methacrylsäureester, nachfolgend als Alkyl(meth)acrylate bezeichnet, finden ihr Haupteinsatzgebiet in der Herstellung von Polymeren und Copolymeren mit anderen polymerisierbaren Verbindungen.

Methacrylsäureester, wie zum Beispiel Methylmethacrylat, ist zudem ein wichtiger Baustein für diverse, auf Methacrylsäure (MAS) basierender Spezialester, die durch Umesterung mit dem entsprechenden Alkohol hergestellt werden.

Methylmethacrylat (MMA) und Methacrylsäure werden heute überwiegend ausgehend von Blausäure und Aceton über das entstehende Acetoncyanhydrin (ACH) als Zentralintermedi- at hergestellt.

Weitere Verfahren, die eine andere Rohstoffbasis als ACH verwenden, sind in der einschlä- gigen Patentliteratur beschrieben und mittlerweile im Produktionsmaßstab realisiert worden. In diesem Zusammenhang werden heute C-4 basierte Rohstoffe wie Isobutylen oder tert- Butanol als Edukte verwendet, die über mehrere Verfahrenstufen in die gewünschten Me- thacrylsäurederivate umgewandelt werden.

Intensiv untersucht wurde darüber hinaus die Verwendung von Propen als Basisrohstoff, wobei man über die Stufen Hydrocarbonylierung (zur Isobuttersäure) und dehydrierender Oxidation in moderaten Ausbeuten zur Methacrylsäure gelangt.

Es ist bekannt, Propanal oder Propionsäure, die in technischen Prozessen ausgehend von Ethylen und C-I Bausteinen wie Kohlenmonoxid zugänglich sind, als Basisrohstoff einzusetzen. In diesen Prozessen wird in einer aldolisierenden Reaktion mit Formaldehyd unter Dehydratisierung der in situ entstehenden ß-Hydroxy-carbonylverbindung zur entsprechenden α, ß -ungesättigten Verbindung umgesetzt. Eine übersicht über die gängigen Verfahren zur Herstellung der Methacrylsäure und deren Ester findet sich in der Literatur wie Weis- sermel, Arpe „Industrielle organische Chemie", VCH, Weinheim 1994, 4. Auflage, S.305 ff oder Kirk Othmer „Encyclopedia of Chemical Technology", 3. Ausgabe, Vol. 15, Seite 357.

Es ist allgemein bekannt, dass technische, auf ACH basierende Verfahren mit hochkonzent- rierter Schwefelsäure (um etwa 100 Gew.-% H ₂ SO ₄ ) im ersten Schritt der Umsetzung, der sogenannten Amidierung, bei Temperaturen zwischen 80 ⁰ C bis etwa 110 ⁰ C durchgeführt werden.

Repräsentativ für einen solchen Prozess ist beispielsweise US Patent 4,529,816, in der die ACH Amidierung bei Temperaturen um 100 ⁰ C mit einem molaren Verhältnis von ACH : H ₂ SO ₄ von etwa 1 : 1,5 bis 1 : 1,8 durchgeführt wird. Verfahrensrelevante Prozessschritte für diesen Prozess sind: a) Amidierung; b) Konvertierung; und c) Veresterung.

Neben den schlechten Gesamtausbeuten des oben beschriebenen Prozesses, die insbesonde- re im Produktionsmaßstab mit dem Anfall erheblicher Mengen an Abfällen und Abgasen verbunden sind, hat dieser Prozess den Nachteil, dass weit überstöchiometrische Mengen an Schwefelsäure eingesetzt werden müssen. Aus der Ammoniumhydrogensulfat- und Schwefelsäure-haltigen Prozesssäure, die in einer Schwefelsäurekontaktanlage regeneriert wird, sondern sich zudem teerartige, feste Kondensationsprodukte ab, die eine einwandfreie För-

derung der Prozesssäure behindern und unter erheblichem Aufwand beseitigt werden müssen.

Aufgrund der drastischen Ausbeuteverluste bei dem oben beschriebenen Verfahren aus US Patent 4,529,816, gibt es einige Vorschläge, ACH in Gegenwart von Wasser zu amidieren und hydrolysieren, wobei die Hydroxyfunktion im Molekülverbund zumindest in den ersten Schritten der Umsetzung erhalten bleibt.

Diese Vorschläge zu einer alternativen Amidierung in Gegenwart von Wasser führen je nach dem, ob in Gegenwart von oder ohne Methanol durchgeführt, entweder zur Entstehung von 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester (= HIBSM) oder zur Entstehung von 2Hydroxyisobuttersäure (= HIBS).

2-Hydroxyisobuttersäure ist ein zentrales Intermediat für die Herstellung von Methacrylsäure und hiervon abgeleitete Methacrylsäureester, insbesondere Methylmethacrylat.

Eine weitere Alternative der Herstellung von Estern der 2-Hydroxyisobuttersäure, insbesondere 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester, ausgehend von ACH wird in JP Hei- 4193845 beschrieben. In JP Hei- 4-193845 wird ACH mit 0,8 bis 1,25 äquivalenten Schwefeisäure in Gegenwart von weniger als 0,8 äquivalenten Wasser unterhalb 60 ⁰ C zunächst amidiert und anschließend bei Temperaturen von größer 55°C mit mehr als 1,2 äquivalenten Alkohol, insbesondere Methanol, zum HIBSM oder entsprechenden Estern umgesetzt. Auf die Anwesenheit von viskositätserniedrigenden Medien, die stabil gegenüber der Reaktionsmatrix sind, wird hier nicht eingegangen.

Die Nachteile und Probleme dieses Verfahrens sind die technische Umsetzung durch außerordentliche Viskositätsbildung am Ende der Reaktion.

Einige Ansätze zur Verwertung und Umwandlung von HIBSM durch Dehydratisierung zu Methylmethacrylat sind in der Patentliteratur beschrieben.

Es ist außerdem bekannt, dass zur Herstellung von 2-Hydroxyisobuttersäure ausgehend von Acetoncyanhydrin (ACH) die Verseifung der Nitrilfunktion in Gegenwart von Mineralsäuren durchgeführt werden kann (siehe J. Brit. Chem. Soc. (1930); Chem. Ber. 72 (1939), 800).

Repräsentativ für einen solchen Prozess ist beispielsweise die japanische Patentveröffentlichung Sho 63-61932, in der ACH in einem zweistufigen Prozess zur 2Hydroxyisobuttersäure verseift wird. Hierbei wird ACH zunächst in Gegenwart von 0,2 1,0 mol Wasser und 0,5 - 2 äquivalenten Schwefelsäure umgesetzt, wobei die entsprechenden Amidsalze gebildet werden. Bereits in diesem Schritt treten bei Verwendung geringer Wasser- und Schwefelsäurekonzentrationen, die zum Erhalt guter Ausbeuten, kurzer Reaktionszeiten und geringer Abfall-Prozesssäuremengen notwendig sind, massive Probleme mit der Rührbarkeit des Amidierungsgemischs durch hohe Viskosität der Reaktionsansätze insbesondere gegen Ende der Reaktionszeit auf.

Erhöht man die molare Wassermenge zur Gewährleistung einer niedrigen Viskosität, so verlangsamt sich die Reaktion drastisch und es treten Nebenreaktionen auf, insbesondere die Fragmentierung von ACH in die Edukte Aceton und Blausäure, die unter den Reaktionsbedingungen zu Folgeprodukten weiterreagieren. Auch bei Erhöhung der Temperatur lässt sich nach den Vorgaben der japanischen Patentveröffentlichung SHO 63-61932 die Viskosität des Reaktionsgemischs zwar beherrschen und die entsprechenden Reaktionsansätze werden durch die sinkende Viskosität zwar rührbar, aber auch hier nehmen bereits bei moderaten Temperaturen die Nebenreaktionen drastisch zu, was sich letztlich in nur mäßigen Ausbeuten äußert (siehe Vergleichsbeispiele).

Arbeitet man bei niedrigen Temperaturen < 50 ⁰ C, die eine selektive Reaktionsführung gewährleisten würden, so kommt es gegen Ende der Reaktionszeit durch die Erhöhung der Konzentration der unter den Reaktionsbedingungen schwer löslichen Amidsalzen zunächst

zur Bildung einer schwer rührbaren Suspension und schließlich zur vollständigen Verfestigung des Reaktionsansatzes.

Im zweiten Schritt der japanischen Patentveröffentlichung SHO 63-61932 wird Wasser zur Amidierungslösung gegeben und bei höheren Temperaturen als der Amidierungstemperatur hydrolisiert, wobei sich aus den nach der Amidierung gebildeten Amidsalzen unter Freisetzung von Ammoniumhydrogensulfat 2-Hydroxyisobuttersäure bildet.

Wesentlich für die Wirtschaftlichkeit eines technischen Prozesses ist neben der selektiven Darstellung des Zielprodukts HIBS in der Reaktion auch die Isolierung aus der Reaktionsmatrix bzw. die Abtrennung von HIBS von der verbleibenden Prozesssäure.

In JP Sho 57-131736, Methode zur Isolierung von alpha-Oxyisobuttersäure (=HIBS), wird diese Problematik behandelt, indem die nach der Reaktion zwischen Acetoncyanhydrin, Schwefelsäure und Wasser durch hydrolytische Spaltung erhaltene, alpha¬

Hydroxyisobuttersäure und saures Ammoniumhydrogensulfat enthaltende Reaktionslösung mit einem Extraktionsmittel behandelt wird, wobei die 2-Hydroxyisobuttersäure in das Extraktionsmittel übergeht und das saure Ammonsulfat in der wässrigen Phase zurückbleibt.

Nach diesem Verfahren, wird vor der Extraktion die noch freie Schwefelsäure im Reaktionsmedium durch Behandlung mit einem alkalischen Medium neutralisiert, um den Extraktionsgrad von HIBS in die organische Extraktionsphase zu erhöhen. Die notwendige Neutralisation ist mit einem erheblichen Mehraufwand an aminischer oder mineralischer Base verbunden und damit mit erheblichen Abfallmengen an entsprechenden Salzen, die nicht ökologisch und wirtschaftlich entsorgt werden können.

Die Nachteile des JP Sho 57-131736 Verfahrens zur Darstellung von MMA über Methacrylsäureamid-Hydrogensulfat (Reaktionssequenz: Amidierung - Konvertierung - hydrolytische Veresterung) lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

a.) Verwendung hoher molarer Schwefelsäure überschüsse bezüglich ACH (im technischen Prozess ca. 1,5 - 2 äquivalente Schwefelsäure pro äquivalent ACH). b.) Hohe Ausbeuteverluste im Amidierungsschritt (ca. 3-4%) und im Konvertierungsschritt (ca. 5-6%), was sich letztlich in einer maximalen Methacrylsäureamidsulfat Ausbeute von ca. 91% äußert. c.) Große Abfallströme in Form wässriger Schwefelsäure, in der Ammoniumhydrogensulfat und organische Nebenprodukte gelöst sind. Abscheidung Undefinierter Teerrückstände aus dieser Prozess- Abfallssäure, die eine Nachbehandlung bzw. aufwendige Entsorgung notwendig machen.

Die Nachteile des JP Sho 57-131736 Verfahrens zur Darstellung von MMA über Hydroxyisobuttersäure als Zentralintermediat (Reaktionssequenz: Amidierung - Hydrolyse HIBS Synthese - MAS Synthese - hydrolytische Veresterung) lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: a.) Verwendung zwar geringer molarer Schwefelsäure überschüsse bezüglich ACH (nur ca. 1,0 äquivalente Schwefelsäure pro äquivalent ACH), aber massive Probleme mit Viskosität und Rührbarkeit des Amidierungsmediums bis zur kompletten Verfestigung der Reaktionsansätze; die vorgeschlagene Verdünnung der Amidierung mit Alkoholen (Methanol) oder diversen Estern führt unter den

Reaktionsbedingungen zur unvollständigen ACH Umsetzung, drastischer Zunahme der Nebenreaktionen oder zur chemischen Zersetzung der Verdünner, b.) Hohe Ausbeuteverluste im Amidierungsschritt (ca. 5-6%) und aufwendige Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel unter Entstehung einer Wasser und HIBS enthaltenden Extraktionsmittelphase, die unter hohem energetischen

Aufwand zur Isolierung von HIBS destillativ aufbereitet werden muss. Pro kg HIBS werden etwa 2 kg Prozesssäure-Abfall erzeugt, der etwa 34 Gew.-% Wasser neben 66 Gew.-% Ammoniumhydrogensulfat enthält (siehe japanische Offenlegung SHO-57-131736, Beispiel 4). Die Regenerierung einer Abfallsalzlösung mit hohen Wassergehalten in einer Schwefelsäure-Kontaktanlage (=SK An

läge) ist mit einem erheblichen energetischen Aufwand verbunden, die Kapazität einer solchen SK Anlage deutlich limitiert.

Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass die Isolierung von HIBS aus der Ammoniumhydrogensulfat-haltigen wässrigen Reaktionsmatrix sehr aufwendig ist. Ein zu hoher Wassergehalt in der HIBS-haltigen Extraktionsphase bedingt auch eine Verschleppung von Ammoniumhydrogensulfat in die nachfolgende MAS Stufe, die nicht mehr im technischen Maßstab über einen vertretbaren Zeitraum hinweg kontinuierlich betrieben werden kann. Der hohe energetische Aufwand bei der Regenerierung hochkonzentrierter wasserhaltiger Prozesssäure- wie auch Extraktionsströme machen die vorgeschlagenen Verfahrensweisen zudem unwirtschaftlich und bieten gegenüber dem zwar unselektiven, aber aufgrund der einfachen, wenigen verfahrenstechnischen Operationen zielgerichteten, etablierten Verfahrensweise, keine wirkliche Alternative.

EP 0 487 853 beschreibt die Herstellung von Methacrylsäure ausgehend von Acetoncyanhydrin (ACH), dadurch gekennzeichnet, dass man im ersten Schritt ACH mit Wasser bei moderaten Temperaturen in Gegenwart eines heterogenen Hydrolysekatalysators umsetzt und man im zweiten Schritt 2-Hydroxyisobuttersäureamid mit Methylformiat oder Methanol/Kohlenmonoxid unter Entstehung von Formamid und Hydroxyisobuttersäuremethylester umsetzt, und man im dritten Schritt HIBSM in Gegenwart eines heterogenen Ionenaustauschers mit Wasser zu Hydroxyisobuttersäure verseift, und man im vierten Schritt HIBS dehydratisiert, indem man in flüssiger Phase bei hohen Temperaturen in Gegenwart eines löslichen Alkalisalzes reagieren lässt. Die Methacrylsäure-Herstellung ex HIBS wird bei hohen Umsätzen um 99% mit mehr oder weniger quantitativen Selektivitäten beschrieben. Die Vielzahl der notwendigen Reaktionsschritte und die Notwendigkeit der Zwischenisolierung einzelner Intermediate, insbesondere auch die Durchführung einzelner Prozessschritte bei erhöhtem Druck, machen das Verfahren kompliziert und damit letztlich unwirtschaftlich.

Einige Ansätze zur Verwertung und Umwandlung von HIBSM durch Dehydratisierung zu Methylmethacrylat sind in der Patentliteratur beschrieben. HIBSM

Zum Beispiel wird in der EP 0 429 800 HIBSM oder eine Mischung aus HIBSM und eines entsprechenden alpha- oder beta-Alkoxyesters in der Gasphase, in Gegenwart von Methanol als Co-Feed an einem heterogenen Katalysator bestehend aus einem kristallinen Alumosilikat und einer Misch-Dotierung aus einem Alkalimetallelement einerseits und einem Edelmetall andererseits umgesetzt.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt EP 0 941 984, in der die Gasphasendehydratisierung von HIBSM als Teilschritt einer MMA Synthese in Gegenwart eines heterogenen Katalysators bestehend aus einem Alkalimetallsalz der Phosphorsäure auf SiC>2 beschrieben wird. Insgesamt ist aber dieses vielstufϊge Verfahren kompliziert, erfordert in Teilschritten erhöhte Drücke und damit teures Equipment und liefert nur unbefriedigende Ausbeuten.

Ein zentraler Schritt bei der Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten gemäß den Verfahren der Dokumente EP 0 429 800, EP 0 487 853 und EP 0 941 984 stellt die Hydrolyse des Cyanhydrins zum Carbonsäureamid dar. Im Allgemeinen können hierfür Mangandioxid umfassende Katalysatoren eingesetzt werden. Beispielhaft für viele Dokumente wird auf die Druckschrift DE 1593320 verwiesen. In DE 1593320 wird ein Verfahren zur Hydrolyse von Nitrilen zu Amiden mit Hilfe von Mangandioxid beschrieben, bei dem mit aliphatischen Nitrilen Ausbeuten bis über 90 % erzielt wurden. Dieses Verfahren liefert bei einer hohen Geschwindigkeit gute Ausbeuten. Nachteilig ist jedoch die geringe Haltbarkeit des Katalysators. Bei kontinuierlich durchgeführten Verfahren muss daher nach kurzer Zeit die Produktion unterbrochen werden, um den Katalysator auszutauschen. Dieser Vorgang ist mit sehr hohen Kosten verbunden. Obwohl viele Anstrengungen unternommen wurden, die Standzeiten der Katalysatoren zu verbessern, stellt die begrenzte Lebensdauer des Katalysators einen hohen Kostenfaktor in der Produktion von Alkyl(meth)acrylaten gemäß den zuvor dargelegten Verfahren dar.

Darüber hinaus ist die Verwendung von Enzymen zur Herstellung von Carbonsäureamiden aus Cyanhydrinen bekannt. Zu den geeigneten Enzymen gehören unter anderem Nitrilhydra

tasen. Diese Reaktion ist beispielhaft in "Screening, Characterization and Application of Cyanide-resistant Nitrile Hydratases" Eng. Life. Sei. 2004, 4, No. 6 beschrieben. Allerdings ist die Produktivität dieser Reaktion sehr gering, so dass diese Art der Herstellung der Carbonsäureamide bisher keine technische Bedeutung zur Produktion von Alkyl(meth)acrylaten erlangt hat.

In Anbetracht des Standes der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten zur Verfügung zu stellen, die besonders einfach, kostengünstig und mit hoher Ausbeute durchgeführt werden können. Ein besonderes Problem bestand insbesondere darin ein Verfahren zu schaffen, das bei hoher Geschwindigkeit, geringem Energieeinsatz und geringen Ausbeuteverlusten eine besonders lange Haltbarkeit der eingesetzten Katalysatoren gewährleistet.

Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Zweckmäßige Abwandlungen der erfindungsgemäßen Verfahren werden in Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Dadurch, dass ein Verfahren zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten einen Schritt aufweist, bei dem ein Cyanhydrin mit einem Enzym hydrolysiert wird, dessen Restaktivität nach der Umsetzung von Methacrylnitril in Gegenwart von 20 mM Cyanidionen bei 20 ⁰ C nach 30 min. mindestens 90 % der Restaktivität des Enzyms beträgt, das unter ansonsten denselben Bedingungen in Abwesenheit von Cyanidionen eingesetzt wurde, gelingt es ein Verfahren zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten zur Verfügung zu stellen, das besonders einfach, kostengünstig und mit hoher Ausbeute durchgeführt werden kann.

Zugleich lassen sich durch die erfindungsgemäßen Verfahren eine Reihe weiterer Vorteile erzielen. Hierzu gehört unter anderem, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Lebensdauer des Katalysators überraschend stark verlängert werden kann. Hierdurch kann das

Verfahren besonders effizient und kostengünstig durchgeführt werden, da bei einem kontinuierlichen Betrieb der Anlage nur selten eine Betriebsunterbrechung zum Austausch des Katalysators notwendig ist. Des Weiteren kann der erfindungsgemäß einzusetzende Katalysator sehr einfach und kostengünstig erhalten werden. Darüber hinaus zeigen bevorzugte Enzyme, die zur Hydrolyse des Cyanhydrins eingesetzt werden können, eine überraschend hohe Produktivität.

Das Verfahren vermeidet die Verwendung von Schwefelsäure in hohen Mengen als Reaktant. Dementsprechend fallen beim erfindungsgemäßen Verfahren keine großen Mengen an Ammoniumhydrogensulfat an.

Hierbei ist die Bildung von Nebenprodukten ungewöhnlich gering. Des Weiteren werden, insbesondere unter Berücksichtigung der hohen Selektivität, hohe Umsätze erzielt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung weist eine geringe Bildung von Nebenprodukten auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die effiziente Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten. Alkyl(meth)acrylate sind Ester, die von den (Meth)acrylsäuren abgeleitet sind. Der Ausdruck (Meth)acrylsäure bezeichnet Methacrylsäure, Acrylsäure und Mischungen aus beiden. Neben Acrylsäure (Propensäure) und Methacrylsäure (2Methylpropensäure) gehören hierzu insbesondere Derivate, die Substituenten umfassen. Zu den geeigneten Substituenten gehören insbesondere Halogene, wie Chlor, Fluor und Brom sowie Alkylgruppen, die vorzugsweise 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome umfassen können. Hierzu gehören unter anderem ß-Methylacrylsäure (Butensäure), α, ß-Dimethylacrylsäure, ß-Ethylacrylsäure, sowie ß,ß-Dimethylacrylsäure. Bevorzugt sind Acrylsäure (Propensäure) und Methacrylsäure (2-Methylpropensäure), wobei Methacrylsäure besonders bevorzugt ist. Der Alkoholrest bevorzugter Alkyl(meth)acrylate umfasst vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome, insbesondere 1 bis 10 Kohlenstoffatome und besonders bevorzugt 1 bis 5 Kohlenstoffatome. Bevorzugte Alkoholreste leiten sich insbesondere von Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, insbesondere n-Butanol und 2-Methyl-lpropanol, Pentanol, Hexanol und 2-Ethylhexanol ab, wobei Methanol und Ethanol beson

ders bevorzugt sind. Zu den bevorzugten Alkyl(meth)acrylaten gehören insbesondere Me- thylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylmethacrylat und Ethylacrylat.

Das erfϊndungsgemäße Verfahren weist einen Schritt auf, bei dem ein Cyanhydrin mit einem Enzym hydrolysiert wird, dessen Restaktivität nach der Umsetzung von Methacrylnitril in Gegenwart von 20 mM Cyanidionen bei 20 ⁰ C nach 30 min. mindestens 90 % der Restaktivität des Enzyms beträgt, das unter ansonsten denselben Bedingungen in Abwesenheit von Cyanidionen eingesetzt wurde. Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Restaktivität nach der Umsetzung in Gegenwart von 50 mM Cyanidionen mindestens 60 % betragen.

Die Form, in der das Enzym eingesetzt wird, ist im Allgemeinen unkritisch. Beispielsweise kann das Enzym in Form von Mikroorganismen eingesetzt werden, die das Enzym enthalten. Hierbei kann auch ein Lysat dieser Mikroorganismen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden hierfür Mikroorganismen eingesetzt, die das Enzym produzieren. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können ruhende Zellen dieser Mikroorganismen eingesetzt werden. Hierbei können natürliche Mikroorganismen eingesetzt werden oder Mikroorganismen, die isoliert und gereinigt wurden. „Isolierte und gereinigte Mikroorganismen" betrifft Mikroorganismen, die in einer höheren Konzentration als natürlich zu finden vorliegen. Weiterhin kann das Enzym, das als Nitrilhydratase bezeichnet werden kann, auch in gereinigter Form eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Enzym aus Mikroorganismen der Gattung Pseudomonas stammen. Zu den besonders bevorzugten Mikroorgansimen der Gattung Pseudomonas gehören Pseudomonas marginalis oder Pseudomonas putida. Besonders bevorzugte Mikroorganismen der Gattung Pseudomonas, aus denen erfindungsgemäß einsetzbare Enzyme stammen, wurden unter der Nummer DSM 16275 und DSM 16276 hinterlegt. Die Hinterlegung erfolgte am 09.03.2004 bei der DSMZ, Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen in Braunschweig, nach dem

Budapester Vertrag. Diese Stämme sind besonders geeignet, die erfϊndungsgemäßen Enzyme zu produzieren.

Die Mikroorganismen bzw. Enzyme können beispielsweise durch ein Verfahren, bei dem man a) einen diese Nitrilhydratase produzierenden Mikroorganismen, insbesondere der Gattung Pseudomonas marginalis oder Pseudomonas putida, unter Bedingungen fermentiert, dass sich das Enzym in dem Mikroorganismus bildet, b) frühestens nach dem Durchlaufen der logarithmischen Wachstumsphase die Zellen erntet und c) entweder den das Enzym enthaltenden Mikroorganismus, gegebenenfalls nach der Erhöhung der Permeabilität der Zellmembran oder d) das Lysat der Zellen oder e) das in den Zellen des Mikroorganismus Enzym mit bekannten Maßnahmen isoliert. Der Mikroorganismus kann bevorzugt als ruhende Zelle isoliert werden.

Das zu verwendende Kulturmedium sollte in geeigneter Weise den Ansprüchen der jeweiligen Stämme genügen. Beschreibungen von Kulturmedien verschiedener Mikroorganismen sind im Handbuch "Manual of Methods for General Bacteriology" der American Society for Bacteriology {Washington D. C, USA, 1981) enthalten.

Als Kohlehstoffquelle können Zucker und Kohlehydrate wie z.B. Glucose, Saccharose, Lac- tose, Fructose, Maltose, Melasse, Stärke und Cellulose, öle. und Fette wie z.B. Sojaöl, Sonnenblumenöl, Erdnußöl und Kokosfett, Fettsäuren wie z.B. Palmitinsäure, Stearinsäure und Linolsäure, Alkohole wie z.B. Glycerin und Ethanol und organische Säuren wie z.B. Essigsäure verwendet werden. Diese Stoffe können einzeln oder als Mischung verwendet werden.

Als Stickstoffquelle können vorteilhaft organische Nitrile oder Säureamide wie Acetonitril, Acetamid, Methacrylnitrile, Methacrylamid, Isobutyronitril, Isobutyramid oder Harnstoff auch in Kombination mit anderen Stickstoffhaltigen Verbindungen wie Peptone, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Malzextrakt, Maisquellwasser, Sojabohnenmehl und oder anorganisehe Verbindungen wie Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Ammoniumphosphat, Ammoniumearbonat und Ammoniumnitrat verwendet werden. Die Stickstoffquellen können einzeln oder als Mischung verwendet werden.

Als Phosphorquelle können Phosphorsäure, Kaliumdihydrogen-phosphat oder Dikaliumhydrogenphosphat oder die entsprechenden Natrium-haltigen Salze verwendet werden.

Das Kulturmedium enthält im Allgemeinen weiterhin Salze von Metallen wie z.B. Magnesiumsulfat oder Eisensulfat, die für das Wachstum notwendig sind. Schließlich können essentielle Wuchsstoffe wie Aminosäuren und Vitamine zusätzlich zu den oben genannten Stoffen eingesetzt werden. Die genannten Einsatzstoffe können zur Kultur in Form eines einmaligen Ansatzes hinzugegeben oder in geeigneter Weise während der Kultivierung zugefüttert werden.

Zur pH-Kontrolle der Kultur werden basische Verbindungen wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniak bzw. Ammoniakwasser oder saure Verbindungen wie Phosphorsäure oder Schwefelsäure in geeigneter Weise eingesetzt.

Zur Kontrolle der Schaumentwicklung können Antischaummittel wie z.B. Fettsäurepolyglykolester eingesetzt werden; Um aerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten, werden Sauerstoff oder Sauerstoffhaltige Gasmischungen wie z.B. Luft in die Kultur eingetragen.

Die Temperatur der Kultur liegt normalerweise bei 10 ⁰ C bis 40 ⁰ C und vorzugsweise bei 10 ⁰ C bis 30 ⁰ C. Die Kultur kann vorzugsweise solange fortgesetzt werden, bis sie die logarithmische Wachstumsphase durchschritten hat. Dieses Ziel wird normalerweise innerhalb von 10 Stunden bis 70 Stunden erreicht. Im Anschluss daran werden die Zellen bevorzugt

geerntet, gewaschen und in einem Puffer als Suspension bei einem pH- Wert von 6-9, insbesondere von 6,8 bis 7,9 aufgenommen. Die Zellkonzentration beläuft sich auf 1-25%, insbesondere 1,5 bis 15% (Feuchtgewicht/v). Die Permeabilität kann mit physikalischen oder chemischen Methoden so, z. B. mit Toluol wie bei Wilms et al., J. BiotechnoL, Vol. 86 (2001), 19-30 beschrieben, erhöht werden, dass das umzuwandelnde Cyanhydrin die Zellwand durchdringen und das Carbonsäureamid austreten kann.

Erfindungsgemäß werden Cyanhydrine (α-Hydroxycarbonsäurenitrile) eingesetzt. Diese Verbindungen sind an sich bekannt und beispielsweise in Römpp Chemie Lexikon 2. Aufla- ge auf CD-ROM beschrieben. Zu den bevorzugten Cyanhydrinen gehören unter anderem Hydroxyacetonitril, 2-Hydroxy-4-methylthio-butyronitril, α-Hydroxy-γ- methylthiobutyronitril (4-Methylthio-2-hydroxybutyronitril), 2-Hydroxypropionitril (Lacto- nitril) und 2-Hydroxy-2-methylpropionitril (Acetoncyanhydrin), wobei Acetoncyanhydrin besonders bevorzugt ist.

Die Konzentration der umzusetzenden Cyanhydrine in der Reaktionslösung ist nicht auf bestimmte Bereiche begrenzt.

Um eine Inhibierung der Enzymaktivität durch das Substrat zu vermeiden, hält man die Konzentration des Cyanhydrins im allgemeinen auf 0,02 bis 10 w/w%, insbesondere 0,1 bis 2 w/w%, bezogen auf die Menge des Biokatalysators als getrocknete Zellmasse. Das Substrat kann zu Beginn der Umsetzung insgesamt oder im Verlauf der Umsetzung kontinuierlich oder diskontinuierlich zugesetzt werden.

Die Bestimmung des Trockengewichts erfolgt mit dem Moisture Analyser MA 45 (Sartori- us).

Das Wasser, welches zur Hydrolyse des Cyanhydrins notwendig ist, kann vielfach als Lösungsmittel eingesetzt werden.

Das zur Hydrolyse eingesetzte Wasser kann einen hohen Reinheitsgrad aufweisen. Allerdings ist diese Eigenschaft nicht zwingend. So kann neben Frischwasser auch Brauchwasser oder Prozesswasser eingesetzt werden, welches mehr oder minder hohe Mengen an Verunreinigungen umfasst. Dementsprechend kann auch recyceltes Wasser zur Hydrolyse verwendet werden.

Wenn die Löslichkeit der Cyanhydrins in dem wässrigen Reaktionssystem zu gering ist, kann ein Lösungsvermittler zugesetzt werden. Die Reaktion kann aber alternativ auch in einem Zweiphasensystem Wasser/organische Lösungsmittel durchgeführt werden.

Bei der Verwendung von Zellen des Mikroorganismus als enzymatisch aktivem Material, ist die Menge der eingesetzten Zellen im Verhältnis zur Substratmenge bevorzugt 0,02 bis 10 w/w% als getrocknete Zellmasse.

Es ist auch möglich, das isolierte Enzym nach allgemein bekannten Techniken zu immobilisieren und in dieser Form dann einzusetzen.

Des Weiteren können weitere Bestandteile in der Reaktionsmischung zur Hydrolyse des Carbonsäurenitrils vorhanden sein. Hierzu gehören u.a. Carbonylverbindungen, wie Aldehyde und Ketone, insbesondere jene, die zur Herstellung von bevorzugt als Carbonsäurenitril einzusetzenden Cyanhydrinen verwendet wurden. Beispielsweise kann Aceton und / oder Acetaldehyd in der Reaktionsmischung enthalten sein. Dies wird beispielsweise in US 4018829- A beschrieben. Die Reinheit der zugegebenen Aldehyde und/oder Ketone ist im Allgemeinen nicht besonders kritisch. Dementsprechend können diese Stoffe Verunreinigungen, insbesondere Alkohole, beispielsweise Methanol, Wasser und/oder α-Hydroxyisobuttersäuremethylester (HIBSM) enthalten. Die Menge an Carbonylverbindungen, insbesondere Aceton und / oder Acetaldehyd kann in der Reaktionsmischung in weiten Bereichen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Carbonylverbindung in einer Menge im Bereich von 0,1-6 Mol, vorzugsweise 0,1-2 Mol pro Mol Carbonsäurenitril eingesetzt.

Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Hydrolyse des Cyanhydrins in Gegenwart von Blausäure oder einem Salz der Blausäure durchgeführt werden. Hierbei liegt die Anfangskonzentration an Cyanid vorzugsweise im Bereich von 0,1 mol% bis 3 mol% Cyanid, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 mol% Cyanid, bezogen auf das eingesetzte Cyanhydrin.

Die Temperatur, bei der Hydrolysereaktion des Cyanhydrins erfolgt, kann im Allgemeinen im Bereich von -5 bis 50 ⁰ C, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 40 ⁰ C und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 30 ⁰ C liegen.

Die Hydrolysereaktion kann, je nach Reaktionstemperatur, bei Unter- oder überdruck durchgeführt werden. Vorzugsweise wird diese Reaktion in einem Druckbereich von 0,1-10 bar, besonders bevorzugt 0,5 bis 5 bar durchgeführt.

Die Reaktionsdauer der Hydrolysereaktion hängt unter anderem von den eingesetzten Carbonsäurenitrilen, der Aktivität des Katalysator sowie der Reaktionstemperatur ab, wobei dieser Parameter in weiten Bereichen liegen kann. Bevorzugt liegt die Reaktionszeit der Hydrolysereaktion im Bereich von 5 Minuten bis 200 Stunden, besonders bevorzugt 30 Minuten bis 100 Stunden und ganz besonders bevorzugt 2 Stunden bis 50 Stunden.

Bei kontinuierlichen Verfahren beträgt die Verweilzeit vorzugsweise 5 Minuten bis 100 Stunden, besonders bevorzugt 30 Minuten bis 50 Stunden und ganz besonders bevorzugt 2 Stunden bis 10 Stunden.

Die Reaktion kann beispielsweise in einem Festbettreaktor oder in einem Suspensionsreaktor durchgeführt werden.

Die so erhaltene Reaktionsmischung kann im Allgemeinen neben dem gewünschten Carbonsäureamid weitere Bestandteile umfassen, insbesondere nicht umgesetztes Cyanhydrin sowie gegebenenfalls eingesetztes Aceton und / oder Acetaldehyd. Dementsprechend kann die Re

aktionsmischung aufgereinigt werden, wobei beispielsweise nicht umgesetztes Cyanhydrin in Aceton und Blausäure gespalten werden kann, um diese wieder zur Herstellung des Cyanhydrins einzusetzen. Gleiches gilt für das abgetrennte Aceton und / oder Acetaldehyd.

Des Weiteren kann die gereinigte Carbonsäureamid umfassende Reaktionsmischung durch Ionenaustauschsäulen von weiteren Bestandteilen gereinigt werden.

Hierzu können insbesondere Kationenaustauscher und Anionenaustauscher eingesetzt werden. Hierfür geeignete Ionenaustauscher sind an sich bekannt. Beispielsweise können geeignete Kationenaustauscher durch Sulfonierung von Styrol-Divinylbenzolcopolymeren erhalten werden. Basische Anionenaustauscher umfassen quaternäre Ammoniumgruppen, die kovalent an Styrol-Divinylbenzolcopolymere gebunden sind.

Die Aufreinigung von α-Hydroxycarbonsäureamiden ist u.a. in EP-A-0686623 detaillierter beschrieben.

Das zur Hydrolyse eingesetzte Cyanhydrin kann auf jede Weise erhalten werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Reinheit des Carbonsäurenitrils, beispielsweise des Cyanhydrins im Allgemeinen unkritisch. Demzufolge kann gereinigtes oder ungereinigtes Carbonsäurenitril zur Hydrolysereaktion eingesetzt werden. Beispielsweise kann beispielsweise ein Keton, insbesondere Aceton, oder ein Aldehyd, beispielsweise Acetaldehyd, Propanal, Butanal, mit Blausäure zum entsprechenden Cyanhydrin umgesetzt werden. Besonders bevorzugt wird hierbei Aceton und / oder Acetaldehyd auf typische Weise unter Verwendung einer geringen Menge an Alkali oder eines Amins als Katalysator umgesetzt.

Die zuvor beschriebene Hydrolysereaktion dient als Zwischenschritt in Verfahren zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten. Verfahren, die einen Hydrolyseschritt von Cyanhydrinen zur Herstellung von (Meth)acrylsäure und/oder Alkyl(meth)acrylaten aufweisen können, sind unter anderem in EP-A-O 406 676, EP-A-O 407 811, EP-A-O 686 623 und EP-A-O 941 984 dargelegt.

Ausgehend von Cyanhydrinen kann das erhaltene α-Hydroxycarbonsäureamid beispielsweise zum (Meth)acrylsäureamid umgesetzt werden, welches anschließend mit einem Alkylformiat, beispielsweise Methylformiat oder einem Alkohol in Alkyl(meth)acrylat, insbesondere Methylmethacrylat überfuhrt werden kann. Die zuvor dargelegten Reaktionsschritte sind in EP-A-O 406 676 und EP-A-O 686 623 ausfuhrlich dargelegt.

Die Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten ausgehend von Cyanhydrinen kann auch über eine Dehydratisierung von α-Hydroxycarbonsäurealkylestern erfolgen, die zuvor aus αHydroxycarbonsäureamiden durch Alkoholyse bzw. Umesterung gewonnen wurden. Die einzelnen Schritte dieses Reaktionswegs ist beispielsweise in EP-A-O 407 811 bzw. EP-A-O 941 984 ausführlich beschrieben sind.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform können aus Carbonylverbindungen, Blausäure und Alkoholen Alkyl(meth)acrylate auf einfache und kostengünstige Weise durch Verfahren erhalten werden, die die folgenden Schritte umfassen:

A) Bildung mindestens eines Cyanhydrins durch Umsetzung mindestens einer Carbonylverbindung mit Blausäure;

B) Hydrolyse des Cyanhydrins bzw. der Cyanhydrine unter Bildung mindestens eines αHydroxycarbonsäureamids;

C) Alkoholyse des α-Hydroxycarbonsäureamids bzw. der α-Hydroxycarbonsäureamide, wobei mindestens ein α-Hydroxycarbonsäurealkylester erhalten wird;

D) Umesterung des α-Hydroxycarbonsäurealkylesters bzw. der α-Hydroxycarbonsäurealkylester mit (Meth)acrylsäure, wobei mindestens ein Alkyl(meth)acrylat und mindestens eine α-Hydroxycarbonsäure gebildet werden;

E) Dehydratisierung der α-Hydroxycarbonsäure bzw. der α-Hydroxycarbonsäuren, wobei (Meth)acrylsäure gebildet wird.

Durch Verfahren die insbesondere einen Schritt D) umfassen, können besondere Vorteile erzielt werden. So können durch Verfahren, die einen Umesterungsschritt aufweisen, Al

kyl(meth)acrylate in hohen Ausbeuten erhalten werden. Dies gilt insbesondere auch im Vergleich mit den in EP-A-0941984 beschriebenen Verfahren, bei denen die α- Hydroxycarbonsäurealkylester unmittelbar zu den Alkyl(meth)acrylaten dehydratisiert werden. überraschend konnte festgestellt werden, dass durch den zusätzlichen Reaktionsschritt der Umesterung des α-Hydroxycarbonsäurealkylesters mit (Meth)acrylsäure insgesamt höhere Selektivitäten erzielt werden. Hierbei ist die Bildung von Nebenprodukten ungewöhnlich gering. Des Weiteren werden, insbesondere unter Berücksichtigung der hohen Selektivität, hohe Umsätze erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann kostengünstig, insbesondere bei geringem Energiebedarf durchgeführt werden. Hierbei können die zur Dehydra- tisierung und Umesterung verwendeten Katalysatoren über einen langen Zeitraum eingesetzt werden, ohne dass die Selektivität oder die Aktivität abnimmt.

Die Schritte A) und B) wurden zuvor ausführlich dargelegt. Im nächsten Schritt C) kann das so erhaltene α-Hydroxycarbonsäureamid zum α-Hydroxycarbonsäurealkylester umgesetzt werden. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Alkylformiaten erfolgen. Insbesondere geeignet ist Methylformiat oder eine Mischung von Methanol und Kohlenmono- oxid, wobei diese Reaktion beispielhaft in EP-A-0407811 beschrieben ist.

Bevorzugt erfolgt die Umsetzung des α-Hydroxycarbonsäureamids durch Alkoholyse mit einem Alkohol, der vorzugsweise 1-10 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 1 bis 5 Kohlenstoffatome umfasst. Bevorzugte Alkohole sind u.a. Methanol, Ethanol, Propanol, Buta- nol, insbesondere n-Butanol und 2-Methyl-l -propanol, Pentanol, Hexanol, Heptanol, 2- Ethylhexanol, Octanol, Nonanol und Decanol. Besonders bevorzugt wird als Alkohol Methanol und / oder Ethanol eingesetzt, wobei Methanol ganz besonders bevorzugt ist. Die Umsetzung von Carbonsäureamiden mit Alkoholen, um Carbonsäureester zu erhalten, ist allgemein bekannt.

Diese Reaktion kann beispielsweise durch basische Katalysatoren beschleunigt werden. Diese umfassen homogene Katalysatoren sowie heterogene Katalysatoren.

Zu den homogenen Katalysatoren gehören Alkalimetallalkoholate und organometallische Verbindungen von Titan, Zinn und Aluminium. Vorzugsweise wird ein Titanalkoholat oder Zinnalkoholat, wie beispielsweise Titantetraisopropyloxid oder Zinntetrabutyloxid eingesetzt. Zu den heterogenen Katalysatoren gehören u.a. Magnesiumoxid, Calciumoxid sowie basische Ionenaustauscher, wie sie zuvor beschrieben wurden.

Das Molverhältnis von α-Hydroxycarbonsäureamid zu Alkohol, beispielsweise α-Hydroxyisobuttersäureamid zu Methanol, ist an sich nicht kritisch, wobei dieses vorzugsweise im Bereich von 2:1-1 :20 liegt.

Die Reaktionstemperatur kann ebenfalls in weiten Bereichen liegen, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmender Temperatur im Allgemeinen zunimmt. Die obere Temperaturgrenze ergibt sich im Allgemeinen aus dem Siedepunkt des eingesetzten Alkohols. Vorzugsweise liegt die Reaktionstemperatur im Bereich von 40-300 ⁰ C, besonders bevorzugt 160-240 ⁰ C. Die Reaktion kann, je nach Reaktionstemperatur, bei Unter- oder überdruck durchgeführt werden. Vorzugsweise wird diese Reaktion in einem Druckbereich von 0,5-35 bar, besonders bevorzugt 5 bis 30 bar durchgeführt.

üblicherweise wird der entstehende Ammoniak aus dem Reaktionssystem abgeleitet, wobei die Umsetzung vielfach beim Siedepunkt durchgeführt wird.

Der bei der Alkoholyse freigesetzte Ammoniak kann dem Gesamtprozess auf leichte Weise zurückgeführt werden. Beispielsweise kann Ammoniak mit Methanol zu Blausäure umgesetzt werden. Dies ist beispielsweise in EP-A-0941984 dargelegt. Des Weiteren kann die Blausäure aus Ammoniak und Methan gemäß dem BMA- oder Andrussow- Verfahren erhalten werden, wobei diese Verfahren in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5. Auflage auf CD-ROM, Stichwort „Inorganic Cyano Compounds" beschrieben sind.

In einem nächsten Schritt D) wird der α-Hydroxycarbonsäurealkylester mit (Meth)acrylsäure umgesetzt, wobei Alkyl(meth)acrylat sowie α-Hydroxycarbonsäure erhalten werden.

Gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können α-

Hydroxycarbonsäurealkylester mit (Meth)acrylsäure umgesetzt werden. Die hierfür einsetzbaren (Meth)acrylsäuren sind an sich bekannt und können kommerziell erhalten werden. Neben Acrylsäure (Propensäure) und Methacrylsäure (2-Methylpropensäure) gehören hierzu insbesondere Derivate, die Substituenten umfassen. Zu den geeigneten Substituenten ge- hören insbesondere Halogene, wie Chlor, Fluor und Brom sowie Alkylgruppen, die vorzugsweise 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome umfassen können. Hierzu gehören unter anderem ß-Methylacrylsäure (Butensäure), α, ß-Dimethylacrylsäure, ß- Ethylacrylsäure, sowie ß,ß-Dimethylacrylsäure. Bevorzugt sind Acrylsäure (Propensäure) und Methacrylsäure (2-Methylpropensäure), wobei Methacrylsäure besonders bevorzugt ist.

Die hierfür eingesetzten α-Hydroxycarbonsäurealkylester sind an sich bekannt, wobei der Alkoholrest des Esters vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome, insbesondere 1 bis 10 Kohlenstoffatome und besonders bevorzugt 1 bis 5 Kohlenstoffatome umfasst. Bevorzugte Alkoholreste leiten sich insbesondere von Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, insbeson- dere n-Butanol und 2-Methyl-l -propanol, Pentanol, Hexanol und 2-Ethylhexanol ab, wobei Methanol und Ethanol besonders bevorzugt sind.

Der Säurerest der zur Umesterung eingesetzten α-Hydroxycarbonsäurealkylester leitet sich bevorzugt von der (Meth)acrylsäure ab, die durch Dehydratisierung der α- Hydroxycarbonsäure erhalten werden kann. Wird beispielsweise Methacrylsäure eingesetzt, so wird α-Hydroxyisobuttersäureester verwendet. Wird beispielsweise Acrylsäure eingesetzt, so wird bevorzugt α-Hydroxyisopropionsäure eingesetzt.

Bevorzugt eingesetzte α-Hydroxycarbonsäurealkylester sind α-Hydroxypropionsäuremethylester, α-Hydroxypropionsäureethylester, α-Hydroxyisobuttersäuremethylester und α-Hydroxyisobuttersäureethylester.

Die Reaktionsmischung kann neben den Reaktanden weitere Bestandteile, wie beispielsweise Lösungsmittel, Katalysatoren, Polymerisationsinhibitoren und Wasser umfassen.

Die Umsetzung des Alkylhydroxycarbonsäureesters mit (Meth)acrylsäure kann durch mindestens eine Säure oder mindestens eine Base katalysiert werden. Hierbei können sowohl homogene als auch heterogene Katalysatoren verwendet werden. Als saure Katalysatoren besonders geeignet sind insbesondere anorganische Säuren, beispielsweise Schwefelsäure oder Salzsäure, sowie organische Säuren, beispielsweise Sulfonsäuren, insbesondere p-Toluolsulfonsäure sowie saure Kationenaustauscher.

Zu den besonders geeigneten Kationenaustauscherharzen gehören insbesondere sulfonsäu- regruppenhaltige Styrol-Divinylbenzolpolymere. Besonders geeignete Kationenaustauscherharze können kommerziell von Rohm&Haas unter der Handelsbezeichnung Amber- lyst® und von Bayer unter der Handelsbezeichnung Lewatit® erhalten werden.

Die Konzentration an Katalysator liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Summe des eingesetzten α-Alkylhydroxycarbonsäureesters und der eingesetzten (Meth)acrylsäure.

Zu den bevorzugt einsetzbaren Polymerisationsinhibitoren gehören unter anderem Phenothi- azin, Tertiärbutylcatechol, Hydrochinonmonomethylether, Hydrochinon, 4-Hydroxy-

2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxyl (TEMPOL) oder deren Gemische; wobei die Wirksamkeit dieser Inhibitoren durch Einsatz von Sauerstoff teilweise verbessert werden kann. Die Polymerisationsinhibitoren können in einer Konzentration im Bereich von 0,001 bis 2,0 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Sum-

nie des eingesetzten α-Alkylhydroxycarbonsäureesters und der eingesetzten (Meth)acrylsäure, eingesetzt werden.

Die Reaktion wird bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 50 ⁰ C bis 200 ⁰ C, besonders bevorzugt 70 ⁰ C bis 130 ⁰ C, insbesondere 80 ⁰ C bis 120 ⁰ C und ganz besonders bevorzugt 90 ⁰ C bis 110 ⁰ C durchgeführt.

Die Reaktion kann bei Unter- oder überdruck durchgeführt werden, je nach Reaktionstemperatur. Vorzugsweise wird diese Reaktion beim Druckbereich von 0,02-5 bar, insbesonde- re 0,2 bis 3 bar und besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5 bar durchgeführt.

Das molare Verhältnis von (Meth)acrylsäure zum α-Hydroxycarbonsäurealkylester liegt vorzugsweise im Bereich von 4:1-1 :4, insbesondere 3:1 bis 1 :3 und besonders bevorzugt im Bereich von 2:1-1 :2.

Bevorzugt beträgt die Selektivität mindestens 90 %, besonders bevorzugt 98 %. Die Selektivität ist definiert als das Verhältnis der Summe aus gebildeten Stoffmengen an Al- kyl(meth)acrylaten und α-Hydroxycarbonsäuren, bezogen auf die Summe der umgesetzten Stoffmengen an α-Hydroxycarbonsäurealkylester und (Meth)acrylsäure.

Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Umesterung in Gegenwart von Wasser erfolgen. Vorzugsweise liegt der Wassergehalt im Bereich von 0,1-50 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5-20 Gew.-%, und ganz besonders bevorzugt 1-10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten α-Hydroxycarbonsäurealkylesters.

Durch den Zusatz von geringen Mengen Wasser kann überraschend die Selektivität der Umsetzung erhöht werden. Trotz Wasserzugabe kann dabei die Bildung von Methanol ü- berraschend gering gehalten werden. Bei einer Wasserkonzentration von 10 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten α-Hydroxycarbonsäurealkylesters, bilden sich

vorzugsweise weniger als 5 Gew.-% Methanol bei einer Reaktionstemperatur von 120 ⁰ C und einer Reaktionsdauer bzw. Verweilzeit von 5 bis 180 min.

Die Umesterung kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden, wobei kontinuierliche Verfahren bevorzugt sind.

Die Reaktionsdauer der Umesterung hängt von den eingesetzten Molmassen sowie der Reaktionstemperatur ab, wobei dieser Parameter in weiten Bereichen liegen kann. Bevorzugt liegt die Reaktionszeit der Umesterung des α-Hydroxycarbonsäurealkylesters mit (Meth)acrylsäure im Bereich von 30 Sekunden bis 15 Stunden, besonders bevorzugt 5 Minuten bis 5 Stunden und ganz besonders bevorzugt 15 Minuten bis 3 Stunden.

Bei kontinuierlichen Verfahren beträgt die Verweilzeit vorzugsweise 30 Sekunden bis 15 Stunden, besonders bevorzugt 5 Minuten bis 5 Stunden und ganz besonders bevorzugt 15 Minuten bis 3 Stunden.

Bei der Herstellung von Methylmethacrylat aus α-Hydroxyisobuttersäuremethylester beträgt die Temperatur vorzugsweise 60 bis 130 ⁰ C, besonders bevorzugt 80 bis 120 ⁰ C und ganz besonders bevorzugt 90 bis 110 ⁰ C. Der Druck liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 1000 mbar, besonders bevorzugt 300 bis 800 mbar. Das molare Verhältnis von Methacrylsäure zu α-Hydroxyisobuttersäuremethylester liegt vorzugsweise im Bereich von 2:1-1 :2, insbesondere 1,5:1-1 :1,5.

Beispielsweise kann die Umesterung in der in Fig. 1 dargelegten Anlage erfolgen. Der Hydroxycarbonsäureester, beispielsweise Hydroxyisobuttersäuremethylester, wird über Leitung (1) einem Festbettreaktor (3) zugeführt, der ein Kationenaustauschharz umfasst. (Meth)acrylsäure, beispielsweise 2-Methylpropensäure wird über Leitung (2) oder Leitung (17) in den Festbettreaktor (3) zugegegeben. Die Leitung (2) kann mit weiteren Leitungen, beispielsweise Leitung (9) und Leitung (13), verbunden sein, um so die Anzahl der Zuleitungen in den Reaktor zu verringern. Die Leitungen (9), (13) und/oder (17) können jedoch

auch direkt in den Festbettreaktor führen. Bei den zuvor genannten Reaktionsbedingungen wird eine Reaktionsmischung gebildet, die neben Methanol sowie nicht umgesetztem Hydroxyisobuttersäuremethylester und Methacrylsäure die Reaktionsprodukte Hydroxyisobuttersäure sowie Methylmethacrylat umfasst. Diese Reaktionsmischung wird über Leitung (4) in eine Destille (5) geleitet. In der Destille (5) wird Wasser, Methylmethacrylat sowie Methanol als Destillat erhalten, welches über Leitung (7) als Kopfprodukt einem Phasentrenner (8) zugeführt wird. In der oberen Phase sammelt sich Methylmethacrylat sowie Methanol, welche über Leitung (10) aus dem System entnommen werden. In der unteren Phase des Phasentrenners (8) sammelt sich insbesondere Wasser, welches über Leitung (11) aus dem System entfernt oder über Leitung (9) dem Festbettreaktor (3) zugeführt werden kann.

Aus dem Sumpf können Hydroxyisobuttersäuremethylester, Hydroxyisobuttersäure sowie Methacrylsäure gewonnen werden, die über Leitung (6) in eine zweite Destille (12) geleitet werden können. Hierbei wird Hydroxyisobuttersäuremethylester sowie Methacrylsäure abdestilliert, die über Leitung (13) der Umesterung zurückgeführt werden. Die im Destillationssumpf enthaltene Hydroxyisobuttersäure wird über Leitung (14) in einen Reaktor zur Dehydratisierung (15) geleitet. Die hierdurch erhaltene Methacrylsäure kann über Leitung (17) der zuvor dargelegten Umesterung zugeführt oder über Leitung (16) dem System entnommen werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Umesterung in einer Destille erfolgen. Hierbei kann der Katalysator in jedem Bereich der Destille beigefügt werden. Beispielsweise kann der Katalysator in den Bereich des Sumpfes oder im Bereich der Kolonne bereitgestellt werden. Hierbei sollten die Edukte jedoch in Kontakt mit dem Katalysator gebracht werden. Des Weiteren kann Katalysator in einem separaten Bereich der Destille bereitgestellt werden, wobei dieser Bereich mit den weiteren Bereichen der Destille, beispielsweise des Sumpfes und/oder der Kolonne verbunden sind. Diese separate Anordnung des Katalysatorbereichs ist bevorzugt.

Durch diese bevorzugte Ausgestaltung gelingt es überraschend die Selektivität der Umsetzung zu erhöhen. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass der Druck der Umsetzung unabhängig vom Druck innerhalb der Destillationskolonnen eingestellt werden kann. Hierdurch kann die Siedetemperatur niedrig gehalten werden, ohne dass die Reaktionszeit bzw. die Verweilzeit entsprechend ansteigt. Darüber hinaus kann die Temperatur der Umsetzung über einen weiten Bereich variiert werden. Hierdurch kann die Reaktionszeit verkürzt werden. Darüber hinaus kann das Volumen an Katalysator beliebig gewählt werden, ohne dass auf die Geometrie der Kolonne Rücksicht genommen werden müsste. Weiterhin kann beispielsweise ein weiterer Reaktand hinzugefügt werden. All diese Maßnahmen können zur Steigerung der Selektivität und der Produktivität beitragen, wobei überraschende Synergieeffekte erzielt werden.

Hierbei wird der α-Hydroxycarbonsäurealkylester, beispielsweise α-Hydroxyisobuttersäuremethylester, der Destille zugeführt. Des Weiteren wird (Meth)acrylsäure, beispielsweise Methacrylsäure in die Destille eingeleitet. Die Destillationsbedingungen werden bevorzugt so ausgeführt, dass genau ein Produkt durch Destillation aus der Destille abgeleitet wird, wobei das zweite Produkt im Sumpf verbleibt und aus diesem kontinuierlich entfernt wird. Bei Verwendung von Alkoholen mit einer geringen Kohlenstoffanzahl, insbesondere Ethanol oder Methanol, wird vorzugsweise das Alkyl(meth)acrylat durch Destillation der Reaktionsmischung entzogen. Die Edukte werden zyklisch durch den Katalysatorbereich geleitet. Hierdurch entsteht kontinuierlich Alkyl(meth)acrylat sowie α-Hydroxy carbonsäure.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Reaktivdestillation ist in Fig. 2 schematisch dargelegt. Die Edukte können über eine gemeinsame Leitung (1) oder getrennt über zwei Leitungen (1) und (2) in die Destillationskolonne (3) eingeleitet werden. Bevorzugt erfolgt die Zugabe der Edukte über getrennte Leitungen. Die Edukte können dabei auf derselben Stufe oder in beliebiger Position der Kolonne zugeführt werden.

Die Temperatur der Reaktanden kann dabei über einen Wärmetauscher in der Zuführung eingestellt werden, wobei die hierfür notwendigen Aggregate nicht in Figur 1 dargestellt sind. In einer bevorzugten Variante werden die Edukte separat in die Kolonne dosiert, wobei die Zudosierung der leichtersiedenden Komponente unterhalb der Position für die Zu- führung der schwersiedenden Verbindung erfolgt. Bevorzugt wird in diesem Fall die leichtersiedende Komponente dampfförmig zugegeben.

Für die vorliegende Erfindung kann jede mehrstufige Destillationskolonne (3) verwendet werden, die zwei oder mehr Trennstufen besitzt. Als Anzahl der Trennstufen wird in der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Böden bei einer Bodenkolonne oder die Anzahl der theoretischen Trennstufen im Fall einer Packungskolonne oder eine Kolonne mit Füllkörpern bezeichnet.

Beispiele für eine mehrstufige Destillationskolonne mit Böden beinhalten solche wie GIo- ckenböden, Siebböden, Tunnelböden, Ventilböden, Schlitzböden, Sieb-Schlitzböden, Sieb- Glockenböden, Düsenböden, Zentrifugalböden, für eine mehrstufige Destillationskolonne mit Füllkörpern solche wie Raschig-Ringe, Lessing-Ringe, Pall-Ringe, Berl-Sättel, Intalox Sättel und für eine mehrstufige Destillationskolonne mit Packungen wie solche vom Typ Mellapak (Sulzer), Rombopak (Kühni), Montz-Pak (Montz) und Packungen mit Katalysa- tortaschen, beispielsweise Kata-Pak.

Eine Destillationskolonne mit Kombinationen aus Bereichen von Böden, aus Bereichen von Füllkörpern oder aus Bereichen von Packungen kann ebenso verwendet werden.

Die Kolonne (3) kann mit Einbauten ausgestattet sein. Die Kolonne weist vorzugsweise einen Kondensator (12) zur Kondensation des Dampfes und einen Sumpf- Verdampfer (18) auf.

Vorzugsweise weist die Destillationsapparatur mindestens einen Bereich, nachfolgend Re- aktor genannt, auf, in dem mindestens ein Katalysator vorgesehen ist. Dieser Reaktor kann

innerhalb der Destillationskolonne liegen. Vorzugsweise wird dieser Reaktor jedoch außerhalb der Kolonne (3) in einem separaten Bereich angeordnet, wobei eine dieser bevorzugten Ausführungsformen in Figur 2 näher erläutert wird.

Um die Umesterungsreaktion in einem separaten Reaktor (8) durchzuführen, kann innerhalb der Kolonne ein Teil der abwärts strömenden flüssigen Phase über einen Sammler aufgefangen und als Teilstrom (4) aus der Kolonne geleitet. Die Position des Sammlers wird durch das Konzentrationsprofil in der Kolonne der einzelnen Komponenten bestimmt. Das Konzentrationsprofil kann hierbei über die Temperatur und/oder den Rücklauf geregelt werden. Der Sammler wird bevorzugt so positioniert, dass der aus der Kolonne herausgeführte Strom beide Reaktanden, besonders bevorzugt die Reaktanden in ausreichend hoher Konzentration und ganz besonders bevorzugt im molaren Verhältnis Säure : Ester = 1,5:1 bis 1 :1,5 enthält. Des Weiteren können mehrere Sammler an verschiedenen Stellen der Destillationskolonne vorgesehen sein, wobei durch die Menge an entnommenen Reaktanden die molaren Verhältnisse eingestellt werden können.

Dem aus der Kolonne abgeführten Strom kann zudem noch ein weiterer Reaktand, beispielsweise Wasser zudosiert werden, um das Produktverhältnis Säure/Ester in der Kreuzumesterungsreaktion einzustellen oder die Selektivität zu erhöhen. Das Wasser kann über eine Leitung von außen zugeführt (in Figur 1 nicht dargestellt) oder aus einem Phasentrenner (13) entnommen werden. Der Druck des mit Wasser angereicherten Stroms (5) kann anschließend über ein Mittel zur Druckerhöhung (6), beispielsweise eine Pumpe, erhöht werden.

Durch eine Erhöhung des Drucks kann eine Bildung von Dampf in dem Reaktor, beispielsweise einem Festbettreaktor vermindert bzw. verhindert werden. Hierdurch kann eine gleichmäßige Durchströmung des Reaktors und Benetzung der Katalysatorpartikel erzielt werden. Der Strom kann durch einen Wärmetauscher (7) geführt und die Reaktionstemperatur eingestellt werden. Der Strom kann dabei je nach Bedarf erwärmt oder gekühlt wer

den. über die Reaktionstemperatur kann zudem das Produktverhältnis Ester zu Säure eingestellt werden.

Im Festbettreaktor (8) findet am Katalysator die Umesterungsreaktion statt. Der Reaktor kann dabei abwärts oder aufwärts durchströmt werden. Der die zu einem gewissen Anteil die Produkte und die nicht umgesetzten Edukte enthaltende Reaktorabstrom (9), wobei der Anteil der Komponenten im Reaktorabstrom von der Verweilzeit, der Katalysatormasse, der Reaktionstemperatur und dem Eduktverhältnis sowie der zugesetzten Wassermenge abhängt, wird zunächst durch einen Wärmetauscher (10) geleitet und auf eine Temperatur eingestellt, die beim Einleiten in die Destillationskolonne vorteilhaft ist. Bevorzugt wird die Temperatur eingestellt, die der Temperatur in der Destillationskolonne an der Stelle des Einleitens des Stroms entspricht.

Die Position, wo der den Reaktor verlassende Strom in die Kolonne zurückgeführt wird, kann dabei ober- oder unterhalb der Position für die Entnahme der Reaktorzuführung liegen, bevorzugt wird jedoch oberhalb. Vor dem Rückführen in die Kolonne kann der Strom über ein Ventil (11) entspannt werden, wobei vorzugsweise das gleiche Druckniveau wie in der Kolonne eingestellt wird. Bevorzugt weist die Destillationskolonne hierbei einen niedrigeren Druck auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Siedepunkte der zu trennenden Komponenten herabgesetzt werden, wodurch die Destillation auf niedrigerem Temperaturniveau, dadurch energiesparender und thermisch schonender durchgeführt werden kann.

In der Destillationskolonne (3) erfolgt dann die Auftrennung des Produktgemisches. Der Niedersieder, bevorzugt der in der Umesterung gebildete Ester, wird über Kopf abgetrennt. Bevorzugt wird die Destillationskolonne so gefahren, dass das vor dem Festbettreaktor zugegebene Wasser ebenfalls als Kopfprodukt abgetrennt wird. Der am Kopf abgezogene, dampfförmige Strom wird in einem Kondensator (12) kondensiert und anschließend in einem Dekanter (13) in die wässrige und Produktesterhaltige Phase aufgetrennt. Die wässrige Phase kann über eine Leitung (15) zur Aufarbeitung ausgeschleust oder vollständig oder

teilweise über Leitung (17) als Strom wieder in die Reaktion zurückgeführt werden. Der Strom aus der esterhaltigen Phase kann über Leitung (14) zum Teil als Rücklauf (16) auf die Kolonne gefahren werden oder zum Teil aus der Destille ausgeschleust werden. Der Schwersieder, bevorzugt die in der Kreuzumesterung gebildete Säure, wird als Sumpfstrom aus der Kolonne (19) ausgeschleust.

Durch diese bevorzugte Ausgestaltung gelingt es überraschend die Selektivität der Umsetzung zu erhöhen. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass der Druck der Umsetzung unabhängig vom Druck innerhalb der Destillationskolonnen eingestellt werden kann. Hierdurch kann die Siedetemperatur niedrig gehalten werden, ohne dass die Reaktionszeit bzw. die Verweilzeit entsprechend ansteigt. Darüber hinaus kann die Temperatur der Umsetzung über einen weiten Bereich variiert werden. Hierdurch kann die Reaktionszeit verkürzt werden. Darüber hinaus kann das Volumen an Katalysator beliebig gewählt werden, ohne dass auf die Geometrie der Kolonne Rücksicht genommen werden müsste. Weiterhin kann beispielsweise ein weiterer Reaktand hinzugegeben werden.

Die aus der Reaktion erhaltene α-Hydroxycarbonsäure, beispielsweise Hydroxyisobuttersäure, kann auf bekannte Weise in einem weiteren Schritt E) dehydratisiert werden. Im Allgemeinen wird die α-Hydroxycarbonsäure, beispielsweise die α-Hydroxyisobuttersäure in Gegenwart mindestens eines Metallsalzes, beispielsweise von Alkali- und/oder Erdalkalimetallsalzen, auf Temperaturen im Bereich von 160-300 ⁰ C, besonders bevorzugt im Bereich von 200 bis 240 ⁰ C erhitzt, wobei im Allgemeinen die (Meth)acrylsäure sowie Wasser erhalten werden. Zu den geeigneten Metallsalzen gehören u.a. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Natriumsulfit, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Strontiumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumacetat, Kaliumacetat und Natriumdihydrogenphosphat.

Die Dehydratisierung der α-Hydroxycarbonsäure kann vorzugsweise bei einem Druck im Bereich von 0,05 bar bis 2,5 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bar bis 1 bar durchgeführt werden.

Die Dehydratisierung von α-Hydroxycarbonsäuren ist beispielsweise in DE-A- 176 82 53 beschrieben.

Die so erhaltene (Meth)acrylsäure kann wiederum zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten eingesetzt werden. Des Weiteren ist (Meth)acrylsäure ein Handelsprodukt. überraschend kann dementsprechend das Verfahren zur Herstellung von Alkyl(meth)acrylaten ebenfalls dazu dienen, (Meth)acrylsäure herzustellen, wobei das Produktverhältnis von Alkyl(meth)acrylaten zu (Meth)acrylsäure durch die Konzentration an Wasser bei der Umesterung des α-Hydroxycarbonsäurealkylesters und/oder durch die Reaktionstemperatur leicht reguliert werden kann.

Nachfolgend soll die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Anzuchtbedingungen

Die Vorkulturen wurden innerhalb von 24 h unter Schütteln bei 30 ⁰ C in einem Volumen von 5 ml in Glasröhrchen angezogen. Mit 1 ml der Vorkultur wurden 100 ml der 15 Hautkultur angeimpft und 42 h bei 25°C in einem Erlenmeyerkolben mit einem Gesamtvolumen von 1000 ml geschüttelt.

Beispiel 2

Isolierung und Identifizierung der Mikroorganismen

Die beiden Stämme MA32 und MAl 13 wurden durch Bestimmung der Nitrilhydratase- Aktivität der Ruhezellen in Gegenwart von 2 mM Kaliumcyanid selektiert.

Eigenschaften von MA32:

Zellform Stäbchen

Breite 0,6 - 0,8 um

Länge 1,5 - 3,0 um

Beweglichkeit +

Geißeln polar > 1

Gram-Reaktion

Lyse durch 3% KOH +

Aminopeptidase (Cerny) +

Oxidase +

Katalase +

Wachstum bei 4 FC

Substratverwertung

Adipat

Citrat +

Malat +

Phenylacetat

D-Glucose +

Maltose

Mannitol +

Arabinose +

Mannose +

Trehalose +

Sorbitol +

Erythro 1 +

Citraconat +

Inositol +

ADH +

Urease

Hydrolyse von Gelatine +

Hydrolyse von Esculin +

Levan aus Saccharose +

Denitrifϊcation +

Lecithinase +

Fluoreszens +

Pyocyanin

Das Profil der zellulären Fettsäuren ist typisch für die Gruppe I der Pseudomonaden.

Die Analyse eines 484 bp langen Abschnitts der 16S rRNA ergab eine 100%-ige überein- Stimmung mit der Sequenz von Pseudomonas marginalis.

Unter Berücksichtigung aller Daten konnte MA32 als Pseudomonas marginalis identifiziert werden.

Eigenschaften von MAl 13 :

Zellform Stäbchen

Breite 0,6 - 0,8 um

Länge 1,5 - 3,0 um

Beweglichkeit +

Geißeln polar > 1

Gram-Reaktion

Lyse durch 3% KOH +

Aminopeptidase (Cerny) +

Oxidase +

Katalase +

Wachstum bei 4 FC

Substratverwertung

Adipat -

Citrat +

Malat +

Phenylacetat +

D-Glucose +

Maltose -

Mannitol -

Arabinose -

Mannose -

Trehalose -

Inositol - ß-Alanin + α-Ketoglutarat +

Benzylamin +

Hippurat +

Azelat +

D-Mandelat +

ADH +

Urease

Hydrolyse von Gelatine Hydrolyse von Esculin

Levan aus Saccharose Denitrifϊcation

Lecithinase

Fluoreszens +

Pyocyanin

Das Profil der zellulären Fettsäuren ist typisch für die Gruppe I der Pseudomonaden.

Die Analyse eines 476 bp langen Abschnitts der 16S rRNA ergab eine 100%-ige überein- Stimmung mit der Sequenz von Pseudomonas putida.

Unter Berücksichtigung aller Daten konnte MA32 als Pseudomonas putida identifiziert werden.

Beispiel 3

Einfluß von Cyanid auf die Aktivität der Nitrilhydratase

Die Zellen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben angezogen, durch Zentrifugation vom Kulturmedium abgetrennt und im Standardpuffer (50 mM Kaliumphosphatpuffer pH 7,5) resuspendiert. 50 μl dieser Zellsuspension Zellsuspension wurden zu 700 ul des Standardpuffers gegeben, der 0; 21,4; 53,6 und 107,1. mM Kaliumcyanid enthielt (Endkonzentration 0, 20, 50, 100 mM Cyanid. Zum starten der Reaktion wurden 200 μl einer 200 mM Lösung des Nitrils im Standardpuffer zugesetzt, der jeweils die selbe Cyanidkonzentration aufwies wie die übrige Reaktionslösung. Die Konzentration der Zellen in der Zellsuspension war hierbei so bemessen, daß das Nitril im Ansatz ohne Cyanid nach 10 min bei 20 ⁰ C zu 16 % umgesetzt war. Nach 10 min bei 20 ⁰ C wurde die Reaktion durch Zugabe von 20 μl halbkonzentrierter Phosphorsäure abgestoppt und die Zellen wurden durch Zentrifugation abgetrennt.

Die Aktivität von einem U ist definiert als die Menge an Enzym, die 1 μmol Methacrylnitril in einer Minute zum Amid umsetzt. Entstand neben dem Amid auch die Säure, wurde ein U

definiert als die Menge an Enzym, die 1 μmol Methacrylnitril in einer Minute zu Amid und Säure umsetzt.

Der Umsatz wurde durch HPLC-Analyse ermittelt. Hierfür wurde eine Säule mit Intersil ODS-3V (GL Sciences Inc.) eingesetzt, wobei als mobile Phase war ein Gemisch aus 10 mM Kaliumphosphatpuffer pH 2,3und Acetonitril im Verhältnis 85:15 verwendet wurde. Die Flussrate betrug 1 ml/min. Die Detektion erfolgte mittels UV bei 200nm.

In Abbildung 3 und Abbildung 4 werden die relativen Aktivitäten für die Umsetzung von Methacrylnitril in Abhängigkeit von der Cyanidkonzentration wiedergegeben.

Beispiel 4

Umsetzung von Acetoncyanhydrin mit Pseudomonas marginalis MA.32 und Pseudomonas putida MA 113 Ruhezellen

Pseudomonas marginalis MA32 und Pseudomonas putida MAl 13 Zellen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben angezogen und abzentrifugiert. Eine solche Menge der Zellen, die 1,16 g Biotrockenmasse enthielt, wurde mit 50 mM Kaliumphosphatpuffer pH 8,0 auf ein Endvolumen von 50 ml verdünnt. Zusätzlich wurden dem Reaktionsgemisch 0,02 mM 2-Methyl-l-propanboronsäure zugesetzt. Frisch destilliertes Acetoncyanhydrin wurde bei 4°C unter heftigem Rühren kontinuierlich mit einer solchen Rate zugegeben, dass die Konzentration während der Reaktion 5 g/L zu keinem Zeitpunkt überschritt. Der pH- Wert wurde konstant .bei 7,5 gehalten. Die Reaktionsverfolgung wurde mittels HPLC wie in Beispiel 3 beschrieben durchgeführt. Nach 140 min waren 10,0 g des Nitrils vollständig zu 10,7 g Amid und 1,4 g Säure umgesetzt worden.

In Abbildung 5 und Abbildung 6 wird der mit den Stämmen MAl 13 und M A31 erzielte zeitliche Reaktionsablauf dargestellt.

Beispiel 5

In einer in Fig. 2 dargelegten Reaktivdestille wurden über einen Zeitraum von 48 Stunden 4619 g α-Hydroxyisobuttersäuremethylester (HIBSM) sowie 3516 g Methacrylsäure (MAS) zugeführt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 120 ⁰ C und einem Druck von 250 mbar durchgeführt. Entstandene α-Hydroxyisobuttersäure wurde aus dem Sumpf entfernt. Methylmethacrylat (MMA) wurde abdestilliert. Die Reaktion wurde in Gegenwart von 16 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht an α-Hydroxyisobuttersäuremethylester, durchgeführt. Die Umsetzung wurde unter Verwendung eines sauren Katalysators durchgeführt (Kationenaustauscher; Lewatit®-Typ K2431 von Bayer).

Die als das Verhältnis von gebildeten Stoffmengen an Methylmethacrylat (MMA) und αHydroxyisobuttersäure (HIBS) zu umgesetzten Stoffmengen an HIBSM und MAS definierte Selektivität betrug 99%

Die aus dem Verfahren gewonnene α-Hydroxyisobuttersäure wurde gemäß DE-OS 17 68 253 dehydratisiert.

Insgesamt ergibt sich eine Selektivität von 98,5%, die als das Verhältnis von gebildeter Stoffmenge an MMA zur umgesetzten Stoffmenge an HIBSM definiert ist.

Beispiel 6

Methylmethacrylat wurde hergestellt durch Dehydratisierung von α-Hydroxyisobuttersäuremethylester. Diese Reaktion wurde gemäß EP-A-0941984 durchgeführt. Eine Mischung von 20 g Natriumdihydrogenphosphat und 80 g Wasser wurden zu 60 g Silikagel zugegeben. Das Wasser wurde aus der Mischung unter einem reduzierten Druck entfernt. Der Rückstand wurde über Nacht bei 150 ⁰ C getrocknet, um einen Katalysator zu erhalten. 10 g des erhaltenen Katalysators wurden in eine Quarzröhre gegeben, der

mit einem Verdampfer ausgestattet war. Die Quarzröhre wurde mit einem Ofen erhitzt, wobei die Temperatur der Katalysatorschicht etwa 400 ⁰ C betrug. Eine Mischung von Methanol und α-Hydroxyisobuttersäuremethylester (2:1) wurden kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 10 g pro Stunde verdampft und über die Katalysatorschicht geleitet. Die als das Verhältnis von gebildeter Stoffmenge an MMA zur umgesetzten Stoffmenge an HIBSM definierte Selektivität der Umsetzung betrug 88 %.

Beispiele 7 bis 23

Das Beispiel 1 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch der Reaktionsmischung kein Wasser hinzugegeben wurde. Die Umsetzung erfolgte unter den in der Tabelle 1 angegebenen Bedingungen, insbesondere hinsichtlich der Temperatur, Verweilzeit und molarem Verhältnis der Edukte. Die als das Verhältnis von gebildeten Stoffmengen an MMA und HIBS zu umgesetzten Stoffmengen an HIBSM und MAS definierte Selektivität der Umsetzungen ist ebenfalls in Tabelle 1 dargelegt.

Tabelle 1