Способ удаления азотсодержащих гетероциклических или ароматических соединений из стоков - RU2216524C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу удаления азотсодержащих гетероциклических или ароматических соединений, содержащих, по меньшей мере, одну нитрогруппу. Способ изобретения состоит в превращении, по меньшей мере, одной нитрогруппы в аминогруппу с помощью восстановления. Восстановителем может быть микроорганизм, способный восстановить, по меньшей мере, одну нитрогруппу до аминогруппы, или водород в присутствии катализатора Pd/C.

Настоящее изобретение относится также к способу получения 5-амино-1,2,4-триазол-3-она из 5-нитро-1,2,4-триазол-3-она указанным методом конверсии.

Настоящее изобретение относится также к штамму типа Bacillus licheniformis, способному превратить одну или более нитрогрупп азотсодержащих гетероциклических или ароматических соединений в аминогруппу(ы).

Азотсодержащим гетероциклическим соединением может быть, например, триазиновое или триазольное соединение. Эти соединения составляют разнородное семейство азотсодержащих молекул, некоторые из которых используются в промышленности и в сельском хозяйстве. Несмотря на то, что токсичность этих соединений до сих пор не была обнаружена, попадая в природную среду, они, однако, могут стать источником загрязнения.

Примером таких соединений является ДНТО или 1,2-дигидро-5-нитро-1,2,4-триазол-3-он. Это соединение взрывоопасно и в некоторых растворах, таких как выходящие стоки от промышленного кондиционирования в производстве взрывчатых веществ, может достигать концентраций порядка 15 г/л. Эти стоки являются загрязняющими с позиций действующего законодательства и в настоящее время хранятся как таковые в ожидании подходящего способа переработки.

Способ согласно изобретению как раз и позволяет перерабатывать такие растворы, содержащие, в частности, соединение ДНТО, т.е. взрывоопасное азотсодержащее гетероциклическое соединение, содержащее, по меньшей мере, одну нитрогруппу, превращая взрывоопасное азотсодержащее гетероциклическое соединение в соединение, не являющееся взрывчатым.

В упомянутом выше примере способ согласно изобретению позволяет превращать нитрогруппу соединения ДНТО в аминогруппу с получением 5-амино-1,2,4-триазол-3-она.

Образующийся 5-амино-1,2,4-триазол-3-он является соединением, полезным в промышленности, так как он может быть предшественником в синтезе соединений, обладающих, например, противовирусной активностью, таких как рибавирин и пиразомицин; или обладающих способностью ингибировать NO-синтазы, таких как 3-амино-1,2,4-триазин и аминогуанидин, или гербицидной активностью, таких как 5-амино-1,2, 4-триазол, а также антипаразитарной и цитотоксической активностью.

Таким образом, способ согласно изобретению позволяет в некоторых случаях превратить не имеющие ценности соединения (неутилизируемые) в полезные соединения.

Другим аспектом изобретения является способ получения гетероциклического амина 5-амино-1,2, 4-триазол-3-она из 5-нитро-1,2,4-триазол-3-она.

Ароматическое соединение, содержащее, по меньшей мере, одну нитрогруппу, может, например, представлять собой бензольный цикл, содержащий одну или несколько нитрогрупп, например, соединения из группы, в которую входят 2,6-динитроанилин, 1,3-динитробензол, 2-нитроанилин, о-, м- и п-нитробензойные кислоты.

Ароматические или гетероциклические азотсодержащие амины часто получают восстановлением содержащего нитрогруппу аналога. Это восстановление катализируется различными способами, в которых используются восстанавливающие агенты, такие как цинк, железо или олово в кислой среде или гидриды, такие как гидрид алюминия и лития, или каталитическое гидрирование. Однако в тех случаях, когда ароматические амины являются сложными, то есть когда они кроме нитрогруппы содержат реакционноспособные функциональные группы, то могут протекать многочисленные побочные реакции с участием этих функциональных групп, в результате чего снижается выход целевого ароматического амина.

Например, восстановление ДНТО путем каталитического гидрирования в присутствии оксида платины может кроме нитрогруппы затронуть ароматическую часть молекулы.

Кроме того, условия осуществления указанных методов зачастую являются жесткими и опасными.

Настоящее изобретение относится к способу, по крайней мере, частичного удаления из стоков, по меньшей мере одного азотсодержащего гетероциклического или ароматического соединения, содержащего, по меньшей мере, одну нитрогруппу, включающему следующие стадии:
- введение раствора удаляемого азотсодержащего гетероциклического или ароматического соединения в контакт с восстановителем для превращения нитрогруппы или нитрогрупп названного соединения в аминогруппу(ы) и
- отделение восстановителя от раствора азотсодержащего гетероциклического или ароматического соединения, в которых, по крайней мере, часть нитрогрупп превращена в аминогруппы.

В соответствии со способом изобретения, раствор азотсодержащего гетероциклического и/или ароматического соединения, содержащего, по меньшей мере, одну нитрогруппу, может содержать одно соединение или несколько различных соединений. Этот раствор может представлять собой сток от промышленного кондиционирования на производстве взрывчатых веществ, промышленные стоки, загрязненные воды и в более общем случае раствор, содержащий азотсодержащие гетероциклические и/или ароматические соединения, содержащие, по меньшей мере, одну нитрогруппу, которые необходимо подвергнуть обработке, путем конверсии нитрогруппы в аминогруппу. Этот раствор далее будет называться обрабатываемым раствором, а азотсодержащее гетероциклическое или ароматическое соединение, содержащее, по меньшей мере, одну нитрогруппу, будет далее называться соответственно обрабатываемым азотсодержащим гетероциклическим соединением или обрабатываемым ароматическим соединением.

Согласно способу изобретения, восстановителем может быть водород в присутствии катализатора Pd/C.

Катализатор гидрирования палладий на угле (Pd/C) может быть использован в количестве от 5 до 15 мас.% от количества удаляемого азотсодержащего гетероциклического или ароматического соединения, преимущественно в количестве от 10 мас.%. Обрабатываемым стоком может быть, например, водный или метанольный раствор.

В способе согласно изобретению восстановителем может быть микроорганизм.

В способе согласно изобретению азотсодержащим гетероциклическим соединением, содержащим, по меньшей мере, одну нитрогруппу, может быть триазол.

В случае, когда обрабатываемым азотсодержащим гетероциклическим соединением является триазол, то он может представлять собой соединение следующей формулы I:

в которой группы R¹ и R², одинаковые или разные, обозначают Н или заместитель, выбранный из группы, включающей -NO₂, -ОН, -СООН, -Сl, NH₂ или остаток циклического или линейного сахарида, незамещенный или замещенный одной или несколькими группами, выбранными, независимо друг от друга, из группы, содержащей, например, ацетил или толуил, или линейный или циклический алкил с 1-10 атомами углерода, незамещенный(ые) или замещенный(ые) одной или несколькими группами, выбранными независимо друг от друга, в группе, содержащей -NO₂, -ОН, -СООН, -Сl, NH₂. Например, когда R¹ и/или R² является сахаридом, то им может быть незамещенная или замещенная рибоза, дезоксирибоза и т.п.

Согласно способу изобретения, соединение формулы (I) может быть превращено в соединение формулы II

в которой группы R³ и R⁴, одинаковые или разные, обозначают Н или заместитель, выбранный из группы, включающей -NO₂, -ОН, -СООН, -Cl, NH₂ или остаток циклического или линейного сахарида, незамещенного или замещенного одной или несколькими группами, выбранными независимо друг от друга из группы, содержащей, например, ацетил или толуил, или линейный или циклический алкил с 1-10 атомами углерода, незамещенный (ые) или замещенный(ые) одной или несколькими группами, выбранными независимо друг от друга из групп -NO₂, -ОН,
-СООН, -Сl, NH₂. Например, когда R³ и/или R⁴ является остатком сахарида, то последний может быть рибозой, дезоксирибозой, β-D-рибофуранозилом и т.п.

Когда R¹ является группой -NO₂, то эта группа может быть восстановлена до соответствующей аминогруппы, а R³ может быть в этом случае группой -NH₂. Когда R² является группой -NO₂, то эта группа может быть восстановлена до соответствующей аминогруппы, а R⁴ может быть группой -NH₂.

Обрабатываемым ароматическим соединением, содержащим, по меньшей мере, одну нитрогруппу, может, например, быть моно-, ди- или тринитробензол, 2-нитроанилин, о-, м- или п-нитробензойные кислоты.

Когда, например, обрабатывается 2,6-динитроанилин, то можно получить 2-амино-6-нитроанилин. Когда обрабатывается 1,3-динитробензол, то можно получить 1-амино-3-нитробензол. Когда обрабатывается 2-нитроанилин, то можно получить 2-аминоанилин. Когда обрабатываются о-, м- и п-нитробензойные кислоты, то можно получить соответственно о-, м- и п-аминобензойные кислоты.

Согласно изобретению, микроорганизм, способный превращать названную выше нитрогруппу или нитрогруппы в аминогруппу(ы), может быть отобран методом скрининга живых микроорганизмов или микроорганизмов, способных к жизнедеятельности либо в стоке от промышленного кондиционирования, выходящем с производства взрывчатых веществ, либо в загрязненной воде, или, в более общем случае, в среде, называемой далее средой происхождения, в которой содержатся азотсодержащие гетероциклические соединения, содержащие преимущественно, по меньшей мере, одну нитрогруппу. Скрининг может, например, производиться на образце, который может быть обработан в соответствии со способом изобретения, например, на образце стока от промышленного кондиционирования на производстве взрывчатых веществ или образце очищаемой воды, в которых содержатся органические соединения, содержащие нитрогруппы, ароматические нитросоединения, азотсодержащие гетероциклические соединения и т.п.

Согласно способу изобретения, микроорганизм, способный превращать названную выше нитрогруппу или нитрогруппы в аминогруппу(ы), может быть выбран из коллекции микроорганизмов.

В способе согласно изобретению, отбор методом скрининга может, например, производиться исходя из культуры живых микроорганизмов в среде, имеющей названное выше происхождение. Такого рода культура выращивается преимущественно на богатой культуральной среде таким образом, чтобы сохранить жизнеспособными и вырастить максимальное количество микроорганизмов, находящихся в среде происхождения. С другой стороны, культуральная среда является по преимуществу твердой для того, чтобы микроорганизмы могли образовывать колонии.

Примером богатой культуральной среды для отбора методом скрининга является среда, содержащая в 1 л воды:
K₂HPO₄ - 1 г
KH₂PO₄ - 0,5 г
Глюкоза - 30 г
Кукурузный сок - 10 г
MgSO₄ - 0,5 г
NaNO₃ - 2 г
KCl - 0,5 г
FeSO₄ - 0,02 г
Среду перед применением стерилизуют в течение 20 мин при 120^oС.

Когда количество микроорганизмов в среде происхождения слишком велико, то перед культивированием этих микроорганизмов на твердой богатой культуральной среде осуществляют разбавление образца среды происхождения, чтобы смогли образоваться изолированные колонии этих микроорганизмов.

Анализ способности каждой колонии, образованной на твердой богатой среде, восстанавливать нитрогруппы обрабатываемых азотсодержащих гетероциклических соединений и анализ биохимических характеристик каждой колонии позволяют соответственно установить их присутствие и идентифицировать микроорганизмы, которые могут быть использованы в способе согласно изобретению.

Согласно изобретению, микроорганизмами преимущественно являются микроорганизмы, распространенные в природной среде и не обладающие значительной токсичностью.

Согласно изобретению, микроорганизм, наряду с превращением одной или нескольких нитрогрупп азотсодержащих гетероциклических или ароматических соединений в аминогруппу(ы), может подвергать метаболизму азотсодержащие гетероциклические или ароматические соединения, содержащие названную выше аминогруппу или аминогруппы, частично или полностью разлагая это соединение.

Микроорганизмом может, например, быть один или несколько нитевидных грибов или одна или несколько бактерий.

Когда микроорганизмом является бактерия, она может относиться к типу Bacillus licheniformis.

Предпочтительным штаммом Bacillus licheniformis может быть штамм Bacillus licheniformis LCM2, депонированный под номером 1-1915 в Национальной Коллекции культур микроорганизмов, принадлежащей Институту Пастера во Франции.

Согласно изобретению, микроорганизм Bacillus licheniformis является, например, подходящим для превращения обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения формулы III

в азотсодержащее гетероциклическое соединение формулы IV

Согласно способу изобретения, введение раствора названного выше обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения в контакт с микроорганизмом, способным восстанавливать названную нитрогруппу или нитрогруппы в аминогруппу(ы), осуществляют путем смешения биомассы названного микроорганизма с названным раствором.

Биомассу микроорганизма можно получить культивированием микроорганизма или микроорганизмов, отобранных методом скрининга, на твердой или жидкой, предпочтительно жидкой, богатой культуральной среде.

Пригодная для роста биомассы культуральная среда в случае, когда микроорганизмом является Bacillus licheniformis, представляет собой среду, содержащую в 1 л воды:
K₂HPO₄ - 1 г
KH₂PO₄ - 0,5 г
Глюкоза - 30
Кукурузный сок - 10 г
MgSO₄ - 0,5 г
NaNO₃ - 2 г
KCl - 0,5 г
FeSO₄ - 0,02 г
Перед применением среду стерилизуют в течение 20 мин при 120^oС.

Когда получают достаточное количество биомассы и используемая культуральная среда является жидкой, полученная биомасса может быть выделена компактированием путем центрифугирования культуральной среды.

Согласно способу изобретения, биомассу можно получить из одного или нескольких типов микроорганизмов, способных восстанавливать нитрогруппу или нитрогруппы в аминогруппу(ы) в соответствии со способом изобретения.

Количество биомассы, перемешанной с раствором обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения для осуществления контакта с этим соединением, должно быть достаточным для обеспечения превращения нитрогруппы или нитрогрупп присутствующего в растворе обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения(ий) или ароматического соединения(ий). Количество используемой биомассы может быть определено, например, как функция от количества соединений, содержащих нитрогруппы, превращаемые в аминогруппы. Это количество биомассы может быть также определено с помощью испытаний, в которых измеряют зависимость степени превращения нитрогрупп присутствующего в растворе азотсодержащего гетероциклического соединения от количества биомассы микроорганизма, смешанного с этим раствором, причем концентрация обрабатываемых азотсодержащих гетероциклических соединений и длительность проведения испытаний во всех испытаниях были одинаковы.

Биомасса может быть смешана с раствором обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения с использованием обычной мешалки, например вращающейся мешалки, скорость перемещения которой может варьировать от 50 до 250 об/мин и составлять, например, 100 об/мин.

Перемешивание может производиться в течение всего периода осуществления контакта биомассы микроорганизма с обрабатываемым азотсодержащим гетероциклическим соединением с целью оптимизации этого процесса. Смесь биомассы и раствора обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения будет также называться в дальнейшем инкубационной смесью.

Предпочтительно, раствор азотсодержащего гетероциклического соединения, содержащего, по меньшей мере, одну нитрогруппу, или инкубационную смесь, нейтрализуют до значения рН, обеспечивающего превращение нитрогруппы или нитрогрупп в аминогруппу(ы).

Серия испытаний, состоящих в измерении количества соединений, содержащих превращенные нитрогруппы, в инкубационной смеси в зависимости от рН, может позволить определить диапазон значений рН, обеспечивающих это превращение, т.е. благоприятных для этого превращения.

Например, когда микроорганизмом является Bacillus licheniformis, то рН раствора азотсодержащего гетероциклического соединения, содержащего, по меньшей мере, одну нитрогруппу, и/или инкубационной смеси доводят до значения рН в пределах от 5,5 до 8 с целью осуществления контакта с микроорганизмом.

С другой стороны, когда обрабатываемым азотсодержащим гетероциклическим соединением является ДНТО, то образующийся амин устойчив и не подвержен дальнейшему превращению до тех пор, пока рН инкубационной смеси поддерживается на уровне приблизительно 6.

Когда раствор обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения или инкубационная смесь имеет нежелательное кислое значение рН, то оно может быть доведено до значения, обеспечивающего превращение обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения, с помощью основания, которое может быть в жидком или твердом виде. Предпочтительно, чтобы использованное основание было твердым, чтобы не происходило разбавления раствора обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения. Целесообразно, например, использовать основание в виде пастилок. Основание выбирают, например, из группы, содержащей NaOH и КОН.

Согласно способу изобретения, контакт микроорганизма с раствором обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения осуществляют при температуре, предпочтительно, практически постоянной, обеспечивающей культивирование микроорганизма в инкубационной смеси и превращение нитрогрупп, т.е. при температуре, благоприятствующей культивированию микроорганизма и названному превращению. Когда микроорганизмом является бактерия, такая температура обычно составляет от 20 до 35^oС, преимущественно 20-30^oС. Когда бактерией является Bacillus licheniformis, эта температура лежит преимущественно в диапазоне 20-30^oС и наиболее предпочтительной температурой является температура приблизительно 25^oС.

Контакт между компонентами может быть осуществлен, например, в ферментере, который может выполнять роль средства для поддержания практически постоянной температуры в процессе превращения нитрогрупп в аминогруппы.

Ферментер кроме того может быть оборудован мешалкой для поддержания перемешивания во время осуществления контакта между компонентами.

Согласно способу изобретения, к раствору азотсодержащего гетероциклического соединения, содержащего, по меньшей мере, одну нитрогруппу, или инкубационной смеси может быть добавлен индуктор общего восстановительного метаболизма используемого микроорганизма для осуществления контакта с микроорганизмом. Этот индуктор добавляют к раствору или смеси для усиления общего восстановительного метаболизма микроорганизма, создавая таким образом благоприятные условия для превращения нитрогруппы или нитрогрупп в аминогруппу(ы).

Оптимальная концентрация индуктора общего восстановительного метаболизма может быть получена на основании испытаний по определению конверсии азотсодержащего гетероциклического соединения, содержащего нитрогруппу, в зависимости от концентрации индуктора в инкубационной смеси.

Названным выше индуктором может быть любое соединение, способное индуцировать общий восстановительный метаболизм используемого микроорганизма, например глюкоза, полимеры глюкозы, мелассы, кукурузные гидролизаты и т.п.

В том случае, когда индуктором общего восстановительного метаболизма выбранного микроорганизма является глюкоза, ее концентрация в растворе может, например, составлять приблизительно от 0 до 3,0 г и, предпочтительно, приблизительно от 1 до 2 г на 100 мл раствора.

Например, при использовании 1 л раствора азотсодержащего гетероциклического соединения ДНТО при концентрации 15 г/л, 90 г биомассы Bacillus licheniformis, 15 г/л сахара, при рН приблизительно 6 и температуре 25^oС способ изобретения позволяет превратить в соответствующий амин более 80% ДНТО и даже все количество ДНТО за 24 часа.

Способ изобретения позволяет таким образом обрабатывать промышленные водные стоки, содержащие обрабатываемое токсичное азотсодержащее гетероциклическое соединение такое, например, как ДНТО. Когда обрабатываемое азотсодержащее гетероциклическое соединение превращено микроорганизмом в обрабатываемом стоке в соответствующий амин, то этот обработанный сток может, например, быть освобожден от образовавшегося амина, например, путем фильтрации, например, на Sephadex G10.

Изобретение относится также к способу получения 5-амино-1,2, 4-триазол-3-она, включающего контактирование раствора 5-нитро-1,2,4-триазол-3-она с микроорганизмом, способным восстанавливать 5-нитрогруппу в 5-аминогруппу.

Раствор 5-нитро-1,2, 4-триазол-3-она может быть водным раствором этого соединения в концентрации, доходящей до концентрации насыщения.

Названный выше способ синтеза может быть осуществлен таким же образом, что и способ превращения нитрогруппы обрабатываемого азотсодержащего гетероциклического соединения, описанный выше.

Согласно изобретению, микроорганизм может быть отобран путем скрининга живых микроорганизмов или микроорганизмов, способных к жизнедеятельности или в стоке от промышленного кондиционирования, выходящем с производства взрывчатых веществ, или в загрязненной воде, или в более общем случае в среде, называемой в настоящем описании средой происхождения, содержащей преимущественно азотсодержащие гетероциклические соединения, содержащие преимущественно, по меньшей мере, одну нитрогруппу.

Скрининг может, например, производиться на образце среды, которую будут обрабатывать в соответствии со способом изобретения.

Согласно способу изобретения, микроорганизмом может быть микроорганизм типа Bacillus licheniformis.

Согласно изобретению, Bacillus licheniformis является штаммом Bacillus licheniformis LCM2, депонированным под номером 1-1915 в Национальной Коллекции культур микроорганизмов, принадлежащей Институту Пастера во Франции.

Согласно изобретению, после того как синтез 5-амино-1,2, 4-триазол-3-она завершен, последний может быть выделен из смеси раствор и биомасса путем центрифугирования для удаления биомассы и очисткой 5-амино-1,2,4-триазол-3-она, содержащегося в супернатанте центрифугирования.

Обработка может, в частности, производиться путем упаривания водной фазы и очистки экстракта 5-амино-1,2,4-триазол-3-она с применением обычных методов очистки.

Изобретение относится также к штамму типа Bacillus licheniformis LCM2, депонированному под номером 1-1915 в Национальной Коллекции культур микроорганизмов, принадлежащей Институту Пастера во Франции.

Характеристики и преимущества изобретения будут ясны из приведенного ниже описания. В нем описан пример осуществления изобретения, приведенный в качестве не ограничивающего объема изобретения со ссылками на приведенные фигуры.

Краткое описание фигур
Фиг. 1 является графическим изображением превращения ДНТО в 5-амино-1,2,4-триазол-3-он, где показывается изменение концентраций (г/л) обоих соединений в зависимости от времени (час) в примере осуществления настоящего изобретения на стоке, обрабатываемом Bacillus licheniformis (штамм 1-1915 в Национальной Коллекции культур микроорганизмов).

Фиг.2 является графическим изображением изменения количества ДНТО (г/л), превращенного в соответствующий амин согласно изобретению в зависимости от значения рН в течение 10 дней инкубации.

Фиг. 3 является графическим изображением изменения количества амина (г/л), образованного при превращении ДНТО согласно изобретению, в зависимости от концентрации глюкозы, в течение 7 дней инкубации.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В этом примере обрабатывали водный сток промышленного кондиционирования с производства взрывчатых веществ.

Этот промышленный водный сток содержит ДНТО приведенной ниже формулы III

Скрининг микроорганизма и приготовление биомассы
Скрининг микроорганизмов, присутствующих в названном выше промышленном водном стоке, позволил выделить штамм Bacillus licheniformis. Преимуществом этого штамма является то, что он распространен в природной среде и не обладает какой-либо токсичностью. Кроме того, его использование в способе не требует соблюдения специальной предосторожности. Этот штамм депонирован под номером 1-1915 в Национальной Коллекции культур микроорганизмов, принадлежащей Институту Пастера.

Для образования биомассы названный штамм культивировали при 25^oС в течение 48 ч в богатой жидкой культуральной среде, имеющей следующий состав:
K₂HPO₄ - 1 г
KH₂PO₄ - 0,5 г
Глюкоза - 30 г
Кукурузный сок - 10 г
MgSO₄ - 0,5 г
NaNO₃ - 2
KCl - 0,5 г
FeSO₄ - 0,02 г
Среду стерилизуют 20 мин при 120^oС.

Полученную культуру центрифугировали для выделения образовавшейся биомассы Bacillus licheniformis.

Определение значения рН, обеспечивающего конверсию ДНТО в водном стоке
Серия из девяти испытаний производилась следующим образом:
В термостатируемый при 25^oС ферментер, например ферментер Эрленмейера, оборудованный системой перемешивания, отрегулированной на скорость 100 об/мин, заливали и перемешивали:
1 л водного стока, содержащего 15 г/л ДНТО и имеющего рН 3,5,
90 г биомассы Bacillus licheniformis и 15 г глюкозы для получения инкубационной смеси Е, имеющей рН 3,5.

Испытание Е1 было контрольным. Его выполняли, не изменяя рН инкубационной смеси Е.

Испытания Е2-Е9 выполняли, нейтрализуя инкубационную смесь щелочью натрия в форме пастилок до получения рН 5 для испытания Е2, рН 5,5 для испытания Е3, рН 6 для испытания Е4 и т.д. вплоть до испытания Е9, в котором среда была нейтрализована до получения рН 8,5.

В каждом испытании производили инкубацию при 25^o С при перемешивании со скоростью 100 об/мин в течение 10 суток. В конце десятых суток измеряли количество ДНТО в г/л в каждой инкубационной смеси.

В приведенной табл. 1 представлены результаты, полученные в испытаниях Е1-Е9.

График на фиг.2 построен на основе результатов табл. 1. Он демонстрирует таким образом изменение концентрации ДНТО (г/л) в инкубационной смеси в зависимости от значения рН по истечении 10 суток инкубации.

Полученные результаты показывают, что превращение ДНТО в соответствующий амин с помощью Bacillus licheniformis является оптимальным при значении рН инкубационной смеси равным 6 и что значение рН, обеспечивающее конверсию, превышает 3,5, а предпочтительные значения рН лежат в пределах от 5,5 до 8.

Определение оптимальной концентрации индуктора общего восстановительного метаболизма Bacillus licheniformis
Серия из восьми испытаний G1-G8 была выполнена на инкубационной смеси, приготовленной следующим образом.

В термостатируемый при 25^oС ферментер, например ферментер Эрленмейера, оборудованный системой перемешивания, отрегулированной на скорость 100 об/мин, заливали и перемешивали:
1 л водного стока, содержащего 15 г/л ДНТО и имеющего рН 3,5,
щелочь натрия в форме пастилок в количестве, обеспечивающем получение рН 6, и 90 г биомассы Bacillus licheniformis для получения инкубационной смеси G, имеющей рН 6.

Испытание G1 было контрольным. Его выполняли, не добавляя к реакционной смеси G глюкозы.

Испытания G2-G8 выполняли, добавляя к инкубационной смеси G глюкозу в таком количестве, чтобы получить в проведенных испытаниях концентрацию глюкозы в диапазоне от 0,5 г (испытание G2) до 10 г (испытание G8) в 100 мл инкубационной смеси G.

В каждом испытании производили инкубацию при 25^oС при перемешивании со скоростью 100 об/мин в течение 7 суток. В конце седьмых суток в инкубационной смеси измеряли количество амина (в г/л), образовавшегося путем конверсии ДНТО. В приведенной в конце описания табл.2 представлены результаты, полученные в испытаниях G2-G8.

График на фиг.3 построен на основе результатов табл. 2. Он демонстрирует таким образом, изменение концентрации образующегося при конверсии ДНТО амина (г/л) от концентрации глюкозы (г) на 100 мл инкубационной смеси после 7 дней инкубации.

Полученные результаты показывают, что превращение ДНТО в соответствующий амин с помощью Bacillus licheniformis максимально при концентрации глюкозы 5 г на 100 мл инкубационной смеси.

С учетом результатов исследования компромисса между эффективностью индукции и стоимостью способа согласно изобретению изобретатели остановились на использовании в приведенном ниже примере концентрации глюкозы, равной 15 г на 1 л инкубационной смеси.

Превращение ДНТО, содержащегося в промышленном водном стоке, под действием микроорганизма
В термостатированном ферментере с системой перемешивания нейтрализовали 1 л обрабатываемого водного стока до рН 6 с помощью пастилок едкого натра при перемешивании со скоростью 100 об/мин.

К нейтрализованному раствору добавили 90 г полученной выше биомассы Bacillus licheniformis и 15 г глюкозы для индуцирования общего восстановительного метаболизма у Bacillus licheniformis. Полученную инкубационную смесь перемешивали со скоростью 100 об/мин в течение 72 ч при 25^oС и следили за превращением нитрогруппы ДНТО в аминогруппу путем измерения в зависимости от времени концентраций (г/л) ДНТО и образующегося амина путем ВЭЖХ.

Кривая 1 на фиг.1 является кривой, описывающей конверсию ДНТО, а кривая 2 - кривой, описывающей образование соответствующего амина.

Эти кривые показывают, что все количество взрывоопасного ДНТО, содержащегося в исходном растворе, было превращено в невзрывоопасный амин за 24 ч.

С другой стороны, кривая 2 показывает, что образовавшийся амин не претерпевает никакого последующего превращения, когда рН поддерживается на уровне 6.

Через 72 ч смесь центрифугировали при скорости 18000 q для отделения биомассы от раствора. Полученный раствор очищали после лиофилизации путем растворения в метаноле и последующего упаривания метанола и растворения в уменьшенном количестве воды с целью получения концентрированного раствора.

Очистку амина производили элюированием водой на колонке с гелем Sephadex G10. Поскольку полученный амин был желтого цвета, следить за его элюированием не представляло трудности. Водный элюат вслед за этим упаривали, получая амин в виде желтоватого порошка, характеристики которого представлены в табл.3.

Этот амин, имеющий формулу IV

полученный из ДНТО, содержащегося в стоке, представляет интерес в связи с возможностью его дальнейшего использования.

Наряду с этим, поскольку штамм Bacillus licheniformis не проявляет токсичности, обработанный поток, из которого был удален взрывоопасный ДНТО, превращенный в невзрывоопасный амин, обладал такой степенью токсичности, что он мог находиться в естественных условиях, не создавая значительного риска для окружающей среды.

Конверсия содержащегося в промышленном водном стоке ДНТО путем гидрирования в присутствии Pd/C
В реакторе, оборудованном системой перемешивания, 40 мл стока, содержащего 1,3 г ДНТО, смешивали со 140 мг 10%-ного Pd/C. Смесь гидрировали с помощью аппарата PARR под давлением 0,21 МПа при комнатной температуре в течение 5 ч. Смесь анализировали с помощью жидкостной хроматофафии высокого разрешения в процессе превращения ДНТО для оценки степени протекания реакции.

В результате этого процесса все количество ДНТО было превращено в соответствующий амин.

Следует отметить, что после фильтрации смеси и упаривания растворителя, т.е. воды, было получено 0,7 г амина.

Спектроскопические и структурные характеристики идентичны тем, которые описаны в примере, в котором восстановительным агентом является Bacillus licheniformis LCM2. Подобного рода превращение было также осуществлено в метанольном растворе и дало те же результаты, что и в водном растворе.

Реферат

Изобретение относится к способу удаления азотсодержащих гетероциклических или ароматических соединений, содержащих, по меньшей мере, одну нитрогруппу. Способ заключается в превращении, по меньшей мере, одной нитрогруппы в аминогруппу при контактировании раствора удаляемого соединения с микроорганизмом типа Bacillus licheniformis. Изобретение относится также к методу синтеза 5-амино-1,2,4-триазол-3-она из 5-нитро-1,2,4-триазол-3-она с использованием названного выше способа превращения. Изобретение относится также к штамму типа Bacillus licheniformis, депонированному под номером 1-1915 в Национальной Коллекции культур микроорганизмов, принадлежащей Институту Пастера, способному превращать нитрогруппу азотсодержащих гетероциклических соединений в аминогруппу. Технический эффект - превращение взрывоопасного азотсодержащего гетероциклического соединения в соединение, не являющееся взрывчатым. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил.

Формула