BRPI0708623A2 - método para preparar um complexo de amina orgánica/ácido lático - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA PREPARAR UM COMPLEXO DE AMINA ORGáNICA/áCIDO LáTICO. A presente invenção refere-se a um método para preparar um complexo de uma amina orgânica e de ácido lático em um reator, caracterizado pelo fato de que uma amina orgânica miscível em água é colocada em contato com lactato de magnésio, em um meio aquoso, no reator, para formar o complexo e hidróxido de magnésio precipitado, após o que o hidróxido de magnésio é separado do complexo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA PREPARAR UM COMPLEXO DE AMINA ORGÂNICA/ÁCIDO LÁTICO".

A presente invenção refere-se a um método para preparar umcomplexo de uma amina orgânica e ácido lático em um reator.

O ácido lático é um hidroxiácido usado principalmente na indús-tria alimentícia. Ele é usado também na indústria de polímeros para a prepa-ração de ácido polilático, que é um polímero biodegradável.

A maioria dos processos industriais para a preparação de ácidolático baseia-se na fermentação de carboidratos por microorganismos. Estesprocessos requerem o controle rigoroso da temperatura e do pH. Uma carac-terística comum a todos os processos de fermentação é a necessidade deneutralizar os ácidos excretados pelos microorganismos no processo. Umaqueda no pH abaixo de um valor crítico, dependendo do microorganismousado no processo, poderia danificar o processo metabólico do microorga-nismo e levar o processo de fermentação a uma parada. Portanto, é práticacomum adicionar Ca(OH)2 à reação de fermentação, e assim sendo, produ-zir Iactato de cálcio. O uso de ácido sulfúrico para liberar ácido lático do Iac-tato de cálcio gera subseqüentemente sulfato de cálcio como um rejeito sóli-do, que é atualmente descartado como gesso. Um aumento na produção deácido lático gerará um aumento substancial no rejeito sólido, o que poderiaeventualmente se tornar um ônus insuportável para o meio ambiente. Alémdisso, e apesar dos vários esquemas de separação desenvolvidos para pro-cessos de fermentação, a preparação de ácido lático de alta pureza aindapermanece sendo uma meta ilusória. Caso o produto desejado seja um salIactato específico, com processos convencionais um sal Iactato de cálcioresultante da fermentação com base em cálcio como agente neutralizador épreparado em primeiro lugar. Depois, o Iactato de cálcio é convertido emácido lático por meio da adição de ácido sulfúrico sob a formação de gesso,e subseqüentemente, o ácido lático é convertido no sal Iactato desejado.

Não é necessário mencionar que este processo para preparar o sal Iactato élaborioso, moroso e resulta em um rejeito sólido indesejado na forma degesso.

Um processo para a preparação de ácido lático sem a formaçãode gesso é conhecido através do documento ns EP 614983. Naquele pro-cesso, usa-se amônia como agente neutralizador, e assim sendo, forma-selactato de amônio. Esse processo impede eficientemente a formação degesso, mas tem a desvantagem de que o Iactato de amônio formado é difícilde clivar termicamente para obter o ácido lático desejado, e por esta razão, éconvertido em um éster com butanol, após o que o éster é convertido emácido lático.

É um propósito da presente invenção fornecer um processo a-perfeiçoado para a produção de ácido lático e/ou sal lactato, sem formargesso, e obtendo produtos que podem ser facilmente convertidos em ácido lático.

É outro propósito da invenção fornecer um processo mais ino-fensivo para o meio ambiente, sem formar grandes quantidades de rejeitosólido, para a preparação de ácido lático e/ou sal lactato.

É outro propósito da invenção fornecer um processo para a pre-paração de ácido lático e/ou sal lactato, compreendendo uma etapa de cli-vagem.

Outros objetos da invenção tornar-se-ão evidentes à medida quea descrição prossegue.

De acordo com a presente invenção, o ácido lático e/ou o sallactato é preparado por intermédio de um processo aperfeiçoado que com-preende o fato de que uma amina orgânica miscível em água, que tem uma pKa > 9, é colocada em um reator em contato com lactato de magnésio emum meio aquoso, para formar um complexo de amina orgânica/ácido lático ehidróxido de magnésio, após o que o hidróxido de magnésio precipitado éseparado do complexo. Este processo pode ser conduzido virtualmente isen-to de quaisquer efluentes de rejeitos sólidos ou líquidos que não água; sen-do assim inofensivo para o meio ambiente. A presente invenção fornece umprocesso para a preparação de ácido lático e/ou sal lactato a partir de ummeio que compreende lactato de magnésio. O uso de lactato de magnésioem vez de Iactato de cálcio tem uma outra vantagem pelo fato de que elepermite uma separação fácil dos cristais a partir do sobrenadante, por e-xemplo, um caldo de fermentação. Nas técnicas anteriores, várias publica-ções descrevem a possibilidade de usar uma base de magnésio como agen-te neutralizador na fermentação de ácido lático e/ou no processamento (pos-terior) para ácido lático.

O carbonato de magnésio como agente neutralizador para o áci-do lático formado durante a fermentação de pastas de açúcares está descri-to por Zbiobrowsky, Jerzy; Lesniak, Wladislaw; em Przemysl refment 7(1):3-6(1964), que descrevem o uso de carbonato de magnésio como agente neu-tralizador para ácido lático produzido em fermentação de melaços e açúcarbranco. O Iactato de magnésio é convertido em carbonato de magnésio elactato de sódio em uma coluna de troca iônica. O uso de uma coluna detroca iônica, entretanto, tem a desvantagem que ela precisa de uma etapaadicional de regeneração depois do seu uso.

Além disso, o documento n2 JP-B4-63000038 refere-se à recu-peração de ácido lático a partir de uma fermentação, convertendo o ácidoem seu sal de magnésio, e evaporação em uma temperatura acima de 50°C. Isto resultou em Iactato de magnésio cristalino, que foi convertido emácido lático usando ácido sulfúrico, após o que o sulfato de magnésio forma-do foi removido com uma resina de troca iônica.

A fabricação de lactato de magnésio está descrita por Kolomaz-nik, A. Blaha, S. Saha, em Czech Rep.CZ 279:449, 12 de abril de 1995, quedescrevem a produção de lactato de magnésio por fermentação de soro doleite (Iaetose) e neutralização com óxido, hidróxido ou carbonato de magné-sio. A conversão, em pH 4,5-5,0, foi significativamente mais alta do que napresença de bases de Ca convencionais.

No documento n- US 1.459.395 foi descrita a purificação de áci-do lático por neutralização de ácido lático (escuro) comercial com óxido, hi-dróxido ou carbonato de magnésio, para produzir lactato de magnésio. Olactato de magnésio é acidulado com ácido sulfúrico concentrado em umsolvente apropriado. Depois de remover o sulfato de magnésio por filtração,a solução resultante é destilada para remover o solvente. O ácido lático puropermanece como um resíduo. Além disso, uma conversão de Iactato de cál-cio em Iactato de magnésio com a formação de sulfato de cálcio (uma rea-ção assim denominada SWAP, isto é, conversão de um sal em outro) émencionada.

O documento n2 GB 173.479 descreve um processo para a puri-ficação de ácido lático a partir de uma fermentação na qual o ácido lático emsolução pode ser convertido em Iactato de magnésio. O ácido lático em so-lução pode ser convertido em um sal Iactato mais solúvel, tal como Iactatode cálcio, antes da sua conversão em Iactato de magnésio. A solução deIactato de magnésio resultante é acidificada com ácido sulfúrico e o ácidolático é recuperado por extração com, por exemplo, acetona. A etapa de ex-tração e acidulação pode ser também combinada colocando a solução do salde magnésio em suspensão em acetona e depois acidificando para formarsulfato de magnésio precipitado e ácido lático.

Esses processos das técnicas anteriores produzem gesso ououtro sal como subproduto, que pode ser separado e removido, e portanto,aumenta os custos do processo.

O documento n2 WO 00/17378 refere-se à fermentação de açú-car para formar ácido lático. O pH da fermentação é ajustado para 5,5 a 6,5pela adição de hidróxido de cálcio ou magnésio. O Iactato de magnésio éconvertido com ácido clorídrico para formar ácido lático e cloreto de magné-sio. O ácido lático é extraído por LLE (extração líquido-líquido) com álcoolisoamílico, uma amina ou éter. O cloreto de magnésio é decomposto termi-camente para ácido clorídrico e oxido de magnésio. Embora o processo nãoproduza um sal como subproduto, a necessidade de altas temperaturas dedecomposição (acima de 500 0C) na presença de ácido clorídrico corrosivo,requer equipamentos inertes especiais, e é uma certa desvantagem destemétodo, enquanto que uma etapa de extração complicada aumenta aindamais as desvantagens deste método.

No documento n2 WO 2005/12364 foi descrita a conversão delactato de magnésio em outros sais lactato, usando bases inorgânicas fortes.A recuperação de ácido lático a partir de Iactato de amônio ouIactatos de alquil-amônio também foi descrita, por exemplo, no documento n2WO 02/074403, onde o método para a recuperação de um ácido orgânico,tal como um ácido lático termicamente estável, está descrito a partir de umacorrente de alimentação que compreende pelo menos um dentre uma amidade ácido orgânico, um sal de amônio de ácido orgânico, ou um complexo dealquilamina/ácido orgânico. A alquilamina é tipicamente uma alquilamina su-perior imiscível em água, tal como lauril-amina. A recuperação, portanto, re-quer que a corrente de alimentação seja misturada com um agente promotorde azeótropo, e a mistura é alimentada para um aparelho ou reator de desti-lação fracionada. O agente promotor de azeótropo é um hidrocarboneto ca-paz de formar pelo menos um azeótropo com o ácido orgânico que é produ-zido pela decomposição térmica da amida, sal de amônio ou complexo nacorrente de alimentação. A corrente de vapor é condensada em um conden-sador para uma corrente de líquido, e o ácido orgânico é recuperado na cor-rente líquida que é produzida. Este método precisa do uso de uma etapa dedestilação azeotrópica relativamente complicada.

De acordo com a presente invenção, o Iactato de magnésio é, depreferência, obtido por fermentação de um carboidrato em pH 5-7 por pelomenos um entre hidróxido de magnésio, óxido de magnésio e carbonato demagnésio.

Em outra modalidade, o Iactato de magnésio é deixado cristali-zar e precipitar do caldo de fermentação (opcionalmente, depois da separa-ção da biomassa) e subseqüentemente separado. Para iniciar a cristaliza-ção, o caldo de fermentação pode ser opcionalmente concentrado. A etapade cristalização/precipitação/separação purifica adicionalmente o Iactato demagnésio removendo contaminantes.

O processo inteiro é claramente direcionado para o uso da basede magnésio como um agente neutralizador, que mantém o caldo de fermen-tação em um nível de pH que não é nocivo para o microorganismo, que é emmuitos casos um pH de cerca de 5 a 7.

Embora o uso de uma base de magnésio como agente neutrali-zador em fermentações de ácido lático seja conhecido, nunca foi divulgadoque o uso de uma amina orgânica miscível em água e de Iactato de magné-sio tem vantagens sobre os processos comuns que usam compostos taiscomo Iactato de cálcio ou sódio e outros sais Iactato formados quando seusa outros agentes neutralizadores. Nem são estas propriedades vantajosasutilizadas para desenvolver um processo isento de rejeitos sólidos menosprejudicial para o meio ambiente, com melhor purificação e separação deácido lático e/ou lactato. Além disso, nenhuma das publicações supramen-cionadas enuncia as condições de reação necessárias para esse processo.

Para esta finalidade, a presente invenção refere-se a um pro-cesso para a preparação de ácido lático e/ou lactato, colocando uma aminaorgânica miscível em água em um reator em contato com lactato de magné-sio em um meio aquoso, para formar um complexo e hidróxido de magnésioprecipitado, após o que o hidróxido de magnésio é separado do meio docomplexo que compreende o complexo de lactato de amina orgânica, ondedepois disso o lactato de amina orgânica é separado e tratado adicionalmen-te para dar ácido lático e a amina orgânica, por exemplo, por um tratamentotérmico. O ácido lático obtido pode ser convertido em um sal lactato porqualquer método convencional conhecido nessas técnicas.

Com o processo de acordo com a invenção, um sal lactato deamina orgânica (complexo) é formado (na forma líquida ou em solução) ehidróxido de magnésio é precipitado, e este precipitado pode ser recicladopara a primeira etapa a fim de neutralizar a fermentação.

O termo "miscível em água" significa que a amina orgânica deveser pelo menos muito miscível em água, o que significa uma solubilidade emágua melhor do que 250 vol/vol, de preferência melhor do que 400 vol/vol,mais preferivelmente tendo uma solubilidade ilimitada.

As aminas preferidas, de acordo com esta invenção, têm umapKa > 9, mais preferivelmente uma pKa > 9,5, tal como trimetilamina e trieti-lamina, porque ela assegura uma conversão apropriada, e estas aminas sãoparticularmente preferidas. Mais preferivelmente, a pKa é pelo menos 10. Omeio aquoso é mais preferivelmente água.O complexo de amina orgânica obtido deve ser clivável para ob-ter ácido lático. Portanto, o complexo é clivado em ácido lático e a aminaorgânica miscível em água, onde a amina orgânica miscível em água recu-perada pode ser reciclada para o reator e usada novamente. Este métodoimpede a formação de rejeitos e a perda desnecessária de compostos valio-sos. Esta reação de clivagem é realizada, de preferência, por um tratamentotérmico, mas qualquer outro método, tal como eletrodiálise ou esterificação,também pode ser usado.

A decomposição térmica do Iactato de trialquil-amônio inferior(tal como Iactato de trimetil-amônio e trietil-amônio) pode ser realizada deacordo com o método de Wasewar et aí., Chemical Engineering Science59(11):2315-2320 (2004). A decomposição térmica destes Iactatos de trial-quil-amônio inferiores é substancialmente mais fácil do que a decomposiçãode Iactato de amônio, como exemplificado, por exemplo, no documento n-WO 02/090312.

Deve-se assinalar que a fabricação direta de complexos de al-quilamina com ácido lático é conhecida a partir de outros Iactatos inorgâni-cos. Por exemplo, o documento n2 US 5.510.526 descreve o uso de Iactatode sódio para fabricar um complexo de trialquilamina. As trialquilaminas u-sadas são, ao contrário da presente invenção, tipicamente trialquilaminassuperiores imiscíveis com água. Este método tem várias desvantagens, taiscomo a necessidade de trabalhar sob pressão de CO2, o que é um tanto in-seguro, e portanto, necessita equipamentos especiais, enquanto que as al-quilaminas são consideravelmente menos onerosas do que as aminas sim-pies miscíveis com água usadas presentemente, tal como trietil-amina.

O processo de acordo com a invenção é, de preferência, condu-zido continuamente, usando as etapas de reciclagem mencionadas anteri-ormente.

Em uma modalidade de acordo com a invenção, o Iactato demagnésio é obtido por fermentação de um carboidrato em pH 5-7 por pelomenos um entre hidróxido de magnésio, óxido de magnésio e carbonato demagnésio. Prefere-se especificamente que o hidróxido de magnésio precipi-tado e separado seja reciclado para a etapa de fermentação.

Em outra modalidade preferida de acordo com a invenção, ocomplexo é clivado em ácido lático e a amina orgânica miscível em água, depreferência, aquecendo. A amina orgânica miscível em água obtida depoisda clivagem do complexo pode ser reciclada para o reator de SWAP (o rea-tor no qual a reação de SWAP é realizada).

Em outra modalidade ainda mais preferida de acordo com a in-venção, a reação é, portanto, conduzida obtendo o Iactato de magnésio porfermentação de uma carboidrato, em que o pH é levado até 5-7 por pelomenos um dentre hidróxido de magnésio, oxido de magnésio e carbonato demagnésio, e clivando o complexo em ácido lático e a amina orgânica miscí-vel em água, reciclando o hidróxido de magnésio precipitado e separado pa-ra a etapa de fermentação, e reciclando a amina orgânica miscível em águapara o reator de SWAP.

Como mencionado acima, o hidróxido de magnésio e o sal Iacta-to formados podem ser separados facilmente um do outro. As partículas dehidróxido de magnésio podem ser separadas por filtração ou sedimentação.De preferência, o hidróxido de magnésio formado é separado diretamente domeio de reação, porque neste ponto no tempo o tamanho de partícula e aestrutura das partículas de hidróxido de magnésio são ideais. Opcionalmen-te, as partículas de hidróxido de magnésio são lavadas com água depois daseparação. No caso de um processo contínuo, as partículas de hidróxido demagnésio são, de preferência, removidas continuamente do meio de reaçãoe recicladas. No caso de um processo em batelada, prefere-se que as partí-cuias de hidróxido de magnésio sejam removidas do meio de reação direta-mente depois da formação ou tão logo quanto tecnicamente possível.

A presente invenção será ilustrada ainda mais pelo Esquema epelo Exemplo que se seguem. O exemplo serve meramente para ilustraçãoe não deve ser interpretado como sendo limitativo. No esquema, R3N repre-senta a amina miscível em água e HL representa ácido lático.

Um frasco Erlenmeyer de 250 ml_ foi carregado com 5,0 g (21mmols) de cristais de Iactato de magnésio diidratado (obtidos pela PuracBiochem B.V. por um processo industrial comum) e 95 ml_ de água desmine-ralizada. A mistura foi aquecida até cerca de 30 0C por meio de um forno demicroondas para facilitar a dissolução dos cristais de Iactato de magnésio.

Para clarificar a solução, 4,1 g (40,5 mmols) de trietilamina foram adiciona-dos em parcelas (em parcelas de cerca de 1 g) sob agitação com uma barramagnética agitadora. O pH final foi de cerca de 10,5. A mistura foi agitadapor mais uma hora à temperatura ambiente, e o hidróxido de magnésio foiremovido por filtração por meio de vácuo, usando um papel de filtro para ob-ter uma solução sobrenadante límpida. A solução resultante continha 1.070ppm de íons Mg2+, indicando cerca de 80% de conversão do Iactato de mag-nésio.

Claims (10)

1. Método para preparar um complexo de uma amina orgânica eácido lático em um reator, caracterizado pelo fato de que uma amina orgâni-ca miscível em água é colocada em contato com Iactato de magnésio em ummeio aquoso no reator, para formar o complexo e o hidróxido de magnésioprecipitado, após o que o hidróxido de magnésio é separado do complexo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a aminatem uma pKa > 9, de preferência uma pKa > 10.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a ami-na é uma trialquilamina.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, em que a amina épelo menos uma entre trimetilamina e trietilamina.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-4, em que o meio aquoso é água.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, em que o Iactato de magnésio é obtido fermentando um carboidrato, neu-tralizando com pelo menos um dentre hidróxido de magnésio, óxido de mag-nésio e carbonato de magnésio.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que o hidróxidode magnésio separado é reciclado para a fermentação.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-7, em que o complexo é clivado em ácido lático e a amina orgânica miscívelem água.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que o complexoé clivado aquecendo.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, em que a a-mina orgânica miscível em água obtida depois da clivagem do complexo éreciclada para o reator.