BRPI0708669A2 - processo para produção de álcoois de anidroaçúcar - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA PRODUçãO DE áLCOOIS DE ANIDROAçúCAR." Um processo é fornecido para a preparação de álcoois de anidroaçúcar. O processo envolve aquecer um álcool de açúcar ou um material de partida de álcool de monoidroaçúcar na presença de um catalisador de ácido e sob pressão. Opcionalmente o produto resultante é purificado. Purezas muito altas são obtidas, sem necessitar o uso de solventes orgânicos no processo.
Description
"PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE ÁLCOOIS DEANIDROAÇÚCAR"
REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS
Este pedido reivindica o beneficio de prioridadeao Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos pendenteNo. Serial 60/780.907, depositado em 9 de março de 2006,intitulado "Process for the Production Of AnhydrosugarAlcohols", e tendo o mesmo inventor nomeado, istoAlexandra J. Sanborn. Pedido de Patente Provisório dosEstados Unidos No. Serial 60/780,907 está incorporadoatravés de referência neste Pedido como se completamentereescrito aqui.
ANTECEDENTE DA INVENÇÃO
1. Campo da Invenção
A presente invenção refere-se à produção deálcoois de anidroaçúcar, da mesma forma conhecidos comoanidroalditóis ou, em alguns casos, anidroexitóis. Maisparticularmente, a presente invenção refere-se a um processopara a produção de álcoois de anidroaçúcar de álcool deaçúcar ou materiais de partida de álcool de monoanidroaçúcarutilizando pressão e temperatura elevadas.
2. Técnica Relacionada
A formação química de moléculas orgânicas de anelfechado tem proposto muitas questões para químicos orgânicosestruturais. Isto foi particularmente verdadeiro comrespeito às reações sintéticas que envolvem açúcares epolióis, a desidratação de ácido da qual leva aos compostosde anidro internos (produtos de mono e dianidro). Fleche eHuchette, Staerke 38:26-30 (1985) (aqui incorporado atravésde referência em sua totalidade).
O trabalho mais antigo nesta área foi feito em- 1, 4:3, 6-dianidro-D-manitol por Faucommier em 1884 . Apenastrabalho esporádico seguiu até os 1940 e 1950, quandotrabalho intensivo foi feito em todos os possíveis isômerosde 1,4:3,6-dianidroexitóis. Stoss e Hemmer, Adv.Carbohidrate Chem. e Biochem. 93-173 (1991) (aquiincorporado através de referência em sua totalidade) . Desdeentão um grande corpo da literatura química desenvolveu-senesta área.
Os 1,5:3,6-dianidroexitóis pertencem às assimchamadas "substâncias derivadas de biomassa", obteníveis deprodutos naturais. Portanto, estes compostos sãoclassificados como "recursos regeneráveis". Além disso,- 1,4:3,6-dianidroexitóis, tal como isossorbeto, podem serutilizados como materiais de partida e intermediários emvários esquemas de reação sintéticos orgânicos. Por exemplo,isossorbeto é útil na formação de numerosos compostosfarmacêuticos, na produção alimentar, produção cosmética,produção de plástico e polímero, e em outros usosindustriais tal como na produção de poliuretano,policarbonato, poliésteres, e poliamidas. Stoss e Hemmer,1991. Exemplos de compostos específicos em que isossorbeto éutilizado são isossorbeto dimetil éter que é útil como umsolvente industrial, um aditivo farmacêutico, e em produtosde cuidado pessoal, e dinitrato de isossorbeto que é útilcomo um medicamento para aliviar a dor de ataques de anginaou reduzir o número de tais ataques melhorando-se o fluxosangüíneo ao coração.
Das isoexidas conhecidas, isossorbeto éconsiderado ser aquele da mais alta importância. Stoss eHemmer (1991) descrevem etapas putativas levando de D-glucitol (da mesma forma referido para na técnica comosorbitol) ao isossorbeto. Meios ácidos são geralmenteutilizadas para desidratar o substrato de álcool de açúcar.Especialmente para realçar o rendimento e evitar as reaçõescolaterais, certas modificações das condições de reaçãoforam empregadas durante os anos, com vários impactos norendimento de produto de isossorbeto. Stoss e Hemmer (1991).
Vários processos para a produção de álcoois deanidroaçúcar (incluindo isoexidas tal como isossorbeto)foram relatados. Por exemplo, pedido PCT númeroPCT/US99/00537 (WO 00/14081), descreve métodos de coleção eum método de produção contínuo com reciclagem de solventeorgânico. A maioria dos métodos envolve o uso de ácidosconcentrados e solventes orgânicos. Goodwin e outros,Carbohydrate Res. 79:133-141 (1980) têm descrito um métodoenvolvendo o uso de resina de troca catiônica-ácida no lugarde ácidos concentrados, corrosivos, porém, com baixorendimento de produto de isossorbeto. Uma alternativa é ométodo com base na super-saturação, como descrito em PatU.S. No. 4.564.692 (Feldmann, e outros, Jan. 14, 1986).Entretanto, uma necessidade continua na técnica para umprocesso para produção de isossorbeto muito puro, emrendimentos razoáveis. As referências citadas acima estãoaqui incorporadas através de referência em sua totalidade.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um processo para apreparação de álcoois de anidroaçúcar de álcool de açúcar oumateriais de partida de álcool de monoanidroaçúcarutilizando pressão elevada e temperatura elevada.
De acordo com um aspecto da presente invenção, éfornecido um processo para produzir um álcool deanidroaçúcar compreendendo aquecer um álcool de açúcar dehexitol ou pentitol ou material de partida de álcool demonanidroaçúcar, com ou sem solvente ou catalisador, em umatemperatura e pressão elevadas por uma duração de tempo(dependente das condições de reação) suficiente parafornecer um álcool de anidroaçúcar. 0 material de partidapode ser aquecido, por exemplo, até que seja fundido. 0solvente que é adicionado ou é excluído pode ser um solventeorgânico ou um solvente inorgânico. Seguindo a preparação, oálcool de anidroaçúcar produzido por um processo da invençãopode ser purificado. Purificação pode ser realizada, porexemplo, pelo uso de um evaporador de película.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Figura 1 é um fluxograma mostrando um processode reator contínuo como ensinado aqui. 0 vaso de reator podeser, por exemplo, porém não está limitado a um cano, tubo,ou arame.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Em um aspecto, a invenção fornece um processo paraproduzir um álcool de anidroaçúcar compreendendo aquecer umálcool de açúcar de hexitol ou pentitol ou material departida de álcool de monoanidroaçúcar sob pressão elevadaaté que fundido, com ou sem um solvente orgânico e com ousem um catalisador, até que o material de partida de álcoolde açúcar de hexitol ou pentitol ter produzido um álcool deanidroaçúcar.
Em um outro aspecto, o catalisador de ácido é umcatalisador de ácido sólido.
Em um outro aspecto, o material de partidautilizado no processo é misturado com água para formar umasolução de material de partida.
Em um outro aspecto, o catalisador de ácido sólidoé um material de troca iônica inorgânico selecionado apartir do grupo que consiste em resinas de troca iônicaácidas e pós de zeólito ácidos.
Em um outro aspecto, o catalisador de ácido sólidoé uma resina de troca iônica ácida. Em outra modalidade, aresina de troca iônica ácida é selecionada a partir do grupoque consiste em AG50W - X12, Amberlyst 35, Amberlyst 15,RCP21H, e Dowex 50Wx4. Em outra modalidade, a resina detroca iônica ácida é Amberlyst 35. A resina de troca iônicaácida pode da mesma forma ser uma resina de troca iônicaácida de copolimero de divinilbenzeno/estireno sulfonado.
Em uma outra modalidade, o catalisador de ácidosólido é um pó de zeólito ácido. Em uma modalidade, o pó dezeólito ácido é selecionado a partir do grupo que consisteem CBV 3024, 5534G, T-2665, T-4480, e CS331-3. 0 catalisadorde ácido sólido pode ser um zeólito calcinado.Em uma outra modalidade, o catalisador de ácido éum catalisador de ácido solúvel. Em uma modalidade, ocatalisador de ácido solúvel é selecionado a partir de ácidosulfúrico, ácido fosfórico, ácido p-toluenossulfônico, eácido p-metanossulfônico.
Em uma outra modalidade, o catalisador estápresente em uma quantidade entre cerca de 0,10 equivalentede material de partida a cerca de 0,4 equivalente dematerial de partida em peso. Em uma outra modalidade, ocatalisador está presente em uma quantidade de cerca de 0,20equivalente de material de partida em peso.
Em uma outra modalidade, a produção de um álcoolde anidroaçúcar é seguida por purificação compreendendorecristalização do álcool de anidroaçúcar. Em outramodalidade, a · recristalização é uma recristalização porfusão. Em outra modalidade, a recristalização é umarecristalização de solvente. Em uma modalidade, arecristalização de solvente compreende aquecer o referidoálcool de anidroaçúcar com um solvente seguido porresfriamento gradual em uma taxa dentre cerca de 80C a cercade 12°C por minuto. Em uma modalidade, a recristalização desolvente é realizada com acetona como o solvente.
Em uma outra modalidade, a purificação tambémcompreende uma lavagem de solvente seguida por filtração. Emoutra modalidade, a lavagem de solvente é realizada com umsolvente que, por exemplo, compreende metanol, acetona,acetato de etila, e/ou etanol. Em uma modalidade preferida,a lavagem de solvente é realizada com acetona.Em uma outra modalidade, a purificação tambémcompreende destilação da mistura de álcool de anidroaçúcarem um segundo evaporador de película. Em outra modalidade, osegundo evaporador de película é um evaporador de películalimpa. Em outra modalidade, a destilação no segundoevaporador de película é realizada sob a mesma temperatura econdições de pressão como a destilação no primeiroevaporador de película.
Em uma outra modalidade, o processo tambémcompreende purificação do produto álcool de anidroaçúcaratravés de centrifugação. Em outra modalidade, o processotambém compreende separação do álcool de anidroaçúcar através de filtração.
Em uma outra modalidade, o álcool de açúcar oumaterial de partida de álcool de monoanidroaçúcar éselecionado a partir de arabinitol, ribitol, sorbitol,manitol, galactitol, iditol, eritritol, treitol, e misturasdestes. Em uma modalidade preferida, o álcool de açúcar oumaterial de partida de álcool de monoanidroaçúcar ésorbitol. Em outra modalidade preferida, o álcool de açúcarou material de partida de álcool de monoanidroaçúcar émanitol.
Em uma outra modalidade, o álcool de anidroaçúcaré um dianidroexitol. Em uma modalidade, o dianidroexitol éisossorbeto. Em uma outra modalidade da invenção, o processoproduz um monoanidroexitol, sorbitano, da mesma formaconhecidos como anidrido de sorbitol.
Em uma modalidade da invenção, desidratação érealizada em uma temperatura dentre cerca de 1500C a cercade 350°C. Em uma outra modalidade, desidratação é realizadaem uma temperatura dentre cerca de 2000C a cerca de 300°C.
Em outra modalidade, a desidratação é realizada em umatemperatura dentre cerca de 210°C a cerca de 290°C. Em outramodalidade, a desidratação é realizada em uma temperaturadentre cerca de 215°C a cerca de 280°C. Em outra modalidade,a desidratação é realizada em uma temperatura dentre cercade 2300C a cerca de 270°C. Em outra modalidade, adesidratação é realizada em uma temperatura dentre cerca de240°C a cerca de 260°C.
Em uma modalidade preferida da invenção, adesidratação é realizada em uma temperatura de cerca de280°C. Esta temperatura é particularmente adequada paraconversão de sorbitol a isossorbeto. Aqueles versados natécnica reconhecerão, com o beneficio desta descrição, quetemperatura necessária e/ou ideal para a reação da invençãovariará com pressão selecionada. Uso de certoscatalisadores, por exemplo, resinas de troca iônica, podeimpor que a reação seja conduzida em uma temperatura maisbaixa (por exemplo, a cerca de 150°C), resultando em umataxa limitada por quantidade de catalisador.
Em uma outra modalidade, a desidratação érealizada em uma pressão elevada dentre cerca de 21,09kg/cm2 a cerca de 140,61 kg/cm2. Em uma modalidade, adesidratação é realizada em uma pressão elevada dentre cercade 56, 24 kg/cm2 a cerca de 84, 36 kg/cm2. Em outramodalidade, a desidratação é realizada em uma pressão decerca de 70,30 kg/cm2. Em uma ainda outra modalidade, adesidratação é realizada em uma pressão de cerca de 84,36kg /cm2.
Em uma outra modalidade incluindo purificaçãoatravés de destilação, a destilação no primeiro evaporadorde película é realizada em uma temperatura de vapor dentrecerca de 120°C a cerca de 190°C e uma temperatura de pote depelo menos o ponto de destilação do álcool de anidroaçúcardesidratado. Em outra modalidade, a destilação no primeiroevaporador de película é realizada em uma temperatura devapor dentre cerca de 160°C a cerca de 180°C e umatemperatura de pote de pelo menos o ponto de destilação doálcool de anidroaçúcar desidratado. Em outra modalidade, adestilação no primeiro evaporador de película é realizada emuma temperatura de vapor dentre cerca de 165°C a cerca de170 °C e uma temperatura de pote de pelo menos o ponto dedestilação destilando do álcool de anidroaçúcar desidratado.Em outra modalidade, a destilação no evaporador de películaé realizada em uma temperatura de vapor de cerca de 170°C euma temperatura de pote de pelo menos o ponto de destilaçãodo álcool de anidroaçúcar desidratado. A purificação podepreferivelmente ocorrer sob pressão atmosférica normal ou umvácuo, entretanto aqueles versados na técnica reconhecerãoque uma pressão elevada pode da mesma forma ser utilizada.
Em uma outra modalidade incluindo uma etapa depurificação, a destilação no primeiro evaporador de películaé realizada em uma pressão a vácuo dentre cerca de 0,000013kg/cm2 a cerca de 5,34 kg/cm2. Em uma outra modalidade, adestilação no primeiro evaporador de película é realizada emuma pressão a vácuo dentre cerca de 0,00013 kg/cm2 a cercade 1,33 kg/cm2. Em outra modalidade, a destilação noprimeiro evaporador de película é realizada em uma pressão avácuo dentre cerca de 0,013 kg/cm2 a cerca de 1,33 kg/cm2.
Em uma modalidade, a invenção fornece um processopara produzir um álcool de anidroaçúcar compreendendo: (a)aquecer um álcool de açúcar de hexitol ou pentitol oumaterial de partida de álcool de monoanidroaçúcar sobpressão elevada até que fundido; (b) desidratar o materialde partida fundido na presença de um catalisador de ácidosólido para formar uma mistura de álcool de anidroaçúcar;(c) destilar a mistura de álcool de anidroaçúcar em umprimeiro evaporador de película para produzir um primeirodestilado de álcool de anidroaçúcar; e (d) também purificaro álcool de anidroaçúcar do primeiro destilado de álcool de anidroaçúcar.
Em uma outra modalidade, o primeiro evaporador depelícula é um evaporador de película limpa.
Em uma outra modalidade, a outra purificação doprimeiro destilado de anidroaçúcar compreende destilação doprimeiro destilado de álcool de anidroaçúcar em um segundoevaporador de película. Em uma outra modalidade, o segundoevaporador de película é um evaporador de película limpa.
Em uma outra modalidade, a outra purificação doprimeiro destilado de anidroaçúcar compreenderecristalização de solvente do primeiro destilado de álcoolde anidroaçúcar. Em outra modalidade, a outra purificação doprimeiro destilado de anidroaçúcar compreenderecristalização por fusão do primeiro destilado de álcool deanidroaçúcar. Em outra modalidade, a outra purificação doprimeiro destilado de anidroaçúcar compreende uma lavagem desolvente seguida por uma filtração.
Em uma outra modalidade incluindo purificação, adestilação no primeiro evaporador de película é realizada emuma temperatura de vapor dentre cerca de 165°C a cerca de170°C e uma temperatura de pote' de pelo menos o ponto de destilação do álcool de anidroaçúcar desidratado.
Em uma outra modalidade, a destilação no primeiroevaporador de película é realizada em uma pressão à vácuodentre cerca de 0,0013 kg/cm2 a cerca de 0,013 kg/cm2.
Em uma outra modalidade, o álcool de açúcar oumaterial de partida de álcool de monoanidroaçúcar ésorbitol.
Em uma outra modalidade, o álcool de anidroaçúcaré isossorbeto.
Em uma outra modalidade, o catalisador de ácidosólido é uma resina de troca iônica ácida. Em outramodalidade, a resina de troca iônica ácida é Amberlyst 35(Rohm & Haas) . Em outra modalidade, o catalisador de ácidosólido é um zeólito.
Materiais de Partida
Álcoois de açúcar típicos, por exemplo, pentitóise hexitóis, são adequados para uso como materiais de partidano processo da invenção. Quando aqui utilizado, "pentitol"refere-se a um álcool de açúcar ou álcool demonoanidroaçúcar tendo cinco átomos de carbono (por exemplo,ribitol). Quando aqui utilizado, "hexitol" refere-se a umálcool de açúcar ou álcool de monoanidroaçúcar tendo seisátomos de carbono (por exemplo, sorbitol ou manitol). Osmateriais de partida podem incluir álcoois de açúcar ouálcoois de monoanidroaçúcar, ou uma mistura de tais álcooisde açúcar ou álcoois de monoanidroaçúcar. Exemplos demateriais de partida incluem, porém não são limitado a,arabinitol, ribitol, glucitol (da mesma forma referido natécnica como sorbitol, e referido aqui como sorbitol),manitol (da mesma forma conhecido como açúcar de maná oumanita), galactitol (dulcitol), iditol, eritritol, treitol,e similares. Sorbitol é um material de partidaparticularmente preferido porque é facilmente disponível eporque isossorbeto puro (da mesma forma conhecido comodianidrosorbitol) é muito útil em várias aplicações químicase farmacêuticas. Sorbitol está comercialmente disponível emuma solução aquosa a 70% (Archer-Daniels-Midland Company)preparando uma forma preferida de material de partida parauso industrial.
O processo da invenção pode da mesma formaproduzir sorbitano, da mesma forma conhecido como anidridode sorbitol. Esteres de sorbitol são segundo relatos úteisem limpadores e detergentes, como aditivos de polímero, naindústria têxtil como emulsificadores, como agentesumectantes, e como modificadores de viscosidade. Interesseem sorbitano foi expresso da mesma forma na indústria decápsula de gel.Em uma etapa inicial de um processo da presenteinvenção, o material de partida selecionado pode sercombinado com um solvente em um vaso capaz de resistir àpressões e temperaturas aumentadas da invenção. Um talsolvente pode ser, por exemplo água. Em outra modalidade,uma solução de material de partida (incluindo ou nãoincluindo um catalisador como descrito abaixo) pode sertransferida em uma taxa medida através de um tubo aquecido,pressurizado ou tubos durante um periodo de tempo necessáriopara produzir um rendimento desejado (e rendimento constanteou próximo a constante) de produto.
Em ainda uma outra modalidade da invenção, umamistura de material de partida e água pode ser submetida àirradiação por microondas, em que pressões adequadas para ainvenção são da mesma forma aplicadas. Pressões elevadaspodem ser aplicadas colocando-se os reagentes em um vaso dereator de pressão selado antes da inserção no reator demicroondas. Como com as outras modalidades da invenção,pressão e/ou temperatura pode(m) ser variada(s) paraproduzir quantidades diferentes do produto final ou dequalquer intermediário desejado.
Catalisadores e Desidratação.
Um catalisador que facilitará a desidratação doálcool de açúcar pode ser adicionado à solução de materialde. partida. Tipicamente, os catalisadores utilizados parafacilitar a desidratação de álcoois de açúcar sãocatalisadores de ácido. As classes de catalisadores de ácidoúteis na prática da presente invenção incluem, porém não sãolimitadas a, ácidos solúveis, resina de troca iônica ácida,e materiais de troca iônica inorgânicos. Catalisadores re-utilizávéis ou recicláveis são preferidos para uso nareação, visto que eles fornecem eficácia aumentada, eviabilidade econômica e industrial. Quando aqui utilizado, otermo "catalisador reciclável" refere-se a um catalisadorque não é irreversivelmente gasto como um resultado dareação. Em outras palavras, o catalisador pode ser utilizadonovamente.
Catalisadores de ácido sólidos freqüentementecompreendem um material sólido que foi funcionalizado paraconceder grupos ácidos que são cataliticamente ativos.Catalisadores ácidos sólidos podem ter uma ampla faixa decomposição, porosidade, densidade, tipo de grupos ácidos edistribuição de grupos ácidos. catalisadores de ácidosólidos podem ser recuperados e re-utilizados, opcionalmentecom um tratamento para regenerar qualquer atividade que foiperdida em uso. Alguns catalisadores de ácido sólidos quepodem ser utilizados no processo descrito incluem, porém nãosão limitados a, resinas de troca iônica, materiais de trocaiônica inorgânicos, ácidos de Lewis, argilas, e peneirasmoleculares.
Ácidos solúveis. Em algumas modalidades, ocatalisador de ácido da presente invenção compreende umácido solúvel. Ácidos solúveis incluindo, porém nãolimitados a, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido p-toluenossulfônico, e ácido p-metanossulfônico são preferidospara uso na presente invenção. Alguém de experiência natécnica reconheceria que outros ácidos solúveis compropriedades similares podem ser úteis na presente invençãoembora não especificamente listados aqui.
Materiais de troca iônica inorgânicos. Zeólitossão materiais de troca iônica inorgânicos. Em algumasmodalidades, o catalisador de ácido da presente invençãocompreende um zeólito, especificamente um zeólito ácido, emais especificamente, um zeólito tipo H-ZSM-5. Zeólitosácidos preferidos incluem zeólito H-Y, zeólito H-Mordenita,zeólito Η-beta, e zeólito DA-Y. Exemplos de zeólitos que sãoúteis na prática da presente invenção incluem, porém não sãolimitados a, CBV 3024 ou CBV 5534G (ambos dispóniveis deZeolyst International), T-2665, T-4480 e/ou CS331-3 (osúltimos três disponíveis de United Catalysis, Inc.), esimilares. Alguém de experiência na técnica reconhecerá queoutros zeólitos com propriedades similares podem ser úteisna presente invenção embora não especificamente listadosaqui. Zeólitos calcinados são particularmente preferidos naprática da invenção, especialmente para a produção deisossorbeto de sorbitol. Uma maneira para- preparar umzeólito calcinado é, por exemplo, empregar um zeólito comodescrito acima e aquecê-lo em uma temperatura dentre cercade 300°C a cerca de 600°C durante cerca de 2 horas. Zeólitoscomercialmente calcinados podem da mesma forma seradquiridos. Catalisadores de óxido de metal sulfatados sãoaqueles que compreendem uma mistura de íons de metal, ou umúnico íon de metal, capaz de ser sulfatado para produzir umasuperfície fortemente ácida. Um catalisador de óxido demetal sulfatado preferido é zircônia sulfatada. Calcinação égeralmente requerida para ativar a zircônia sulfatada.
Resinas de Troca Iônica Ácidas. Em algumasmodalidades, o catalisador de ácido da presente invençãocompreende uma resina de troca iônica ácida. A resina detroca iônica ácida pode ser, por exemplo, uma resina detroca iônica ácida de co-polimero de divinilbenzeno/estirenosulfonada. Exemplos de resinas de troca iônica ácidas úteisna prática da presente invenção incluem, porém não sãolimitados a, AG50W-X12 de BioRad Laboratories, Amberlyst 15ou Amber.lyst 35 de Rohm & Haas, RCP21H de MitsubishiChemical Corp., Lewatit S2328, Lewatit K2431, Lewatit S2568,Lewatit K2629 de Bayer Corparation, e Dowex 50Wx5 (DowChemical Co.). A resina de troca iônica ácida de co-polimerode divinilbenzeno/estireno sulfonada Amberlyst 35 é umaresina particularmente preferida na prática da presenteinvenção, especificamente para a produção de isossorbeto desorbitol. Alguém de experiência na técnica reconhecerá queoutras resinas de troca iônica ácida com propriedadessimilares podem ser úteis na presente invenção embora nãoespecificamente listadas aqui.
A quantidade de catalisador utilizada variarádependendo das condições de reação e material de partida,visto que aqueles de experiência na técnica apreciarão com obeneficio desta descrição, porém geralmente estará na ordemdentre cerca de 0,10 equivalente a cerca de 1,0 equivalenteem peso, cerca de 0,10 a cerca de 0,35 equivalente em peso,cerca de 0,10 a cerca de 0,30 equivalente em peso, cerca de0,10 a cerca de 0,25 equivalente em peso, cerca de 0,15 acerca de 0,35 equivalente em peso, cerca de 0,15 a cerca de0,30 equivalente em peso, ou cerca de 0,15 a cerca de 0,25equivalente em peso. Uma quantidade preferida de catalisadoré cerca de 0,2 equivalente em peso.
É possível realizar uma ou mais desidratações doálcool de açúcar de partida durante a reação, produzindo,por exemplo, um álcool de mono ou dianidroaçúcar. A reaçãopode da mesma forma ser controlada para produzir umacombinação de álcoois de mono ou dianidroaçúcar ouajustando-se as condições de reação ou os materiais departida, que assim como aqueles de experiência na técnicaapreciarão, poderia conter álcoois de açúcar e álcoois demonoanidroaçúcar.
A desidratação na presença do catalisador pode serrealizada sob pressão, em temperaturas elevadas, e comagitação da mistura de reação. A pressão pode variar empressão dentre cerca de 21,09 kg/cm2 a cerca de 140,61kg/cm2, com pressões preferidas dentre cerca de 56,24 kg/cm2a cerca de 105,46 kg/cm2. Como um exemplo específico, umapressão preferida para a etapa de desidratação no processoda presente invenção em que isossorbeto é feito a partir desorbitol é de cerca de 56,24 kg/cm2 a cerca de 84,36 kg/cm2.
Uma faixa de temperaturas é adequada para uso nainvenção. Em uma modalidade da invenção, desidratação érealizada em uma temperatura dentre cerca de 1500C a cercade 350°C. Em uma outra modalidade, desidratação é realizadaem uma temperatura dentre cerca de 200°C a cerca de 300°C.Em outra modalidade, a desidratação é realizada em umatemperatura dentre cerca de 210°C a cerca de 290°C. Em outramodalidade, a desidratação é realizada em uma temperaturadentre cerca de 215°C a cerca de 280°C. Em outra modalidade,a desidratação é realizada em uma temperatura dentre cercade 230°C a cerca de 270°C. Em outra modalidade, adesidratação é realizada em uma temperatura dentre cerca de240°C a cerca de 260°C. Na produção de isossorbeto desorbitol, por exemplo, a desidratação pode ser realizadadurante cerca de 30 minutos, com agitação constante, em umatemperatura de cerca de 280°C.
Claro, será apreciado por aqueles de experiênciana técnica que, em um processo tal como aquele da presenteinvenção que envolve aplicação de ambas, pressão etemperatura elevadas, os parâmetros específicos do processo,incluindo o tempo que gasta para levar certas etapas até aconclusão, variará, dependendo das temperaturas, e pressõesutilizadas. Por exemplo, o inventor determinou que níveis detemperatura e pressão mais alta levam a um tempo de reaçãomais rápido; entretanto, tempos de reação excessivamentelongos podem levar à degradação e polimerização do produtodesejado. Uma variável adicional é o material de partidaselecionado, que terá um ponto de fusão particular e pressãoideal para reação. Isto é igualmente verdade para osprocessos de purificação descritos abaixo. Entretanto, dadaa descrição apresentada aqui, está dentro do nível deexperiência na técnica aperfeiçoar os parâmetros de processoda invenção para uma aplicação particular. Isto pode serfeito com apenas algumas experiências preliminares, e semexperimentação indevida, levando em conta a presentedescrição.
Purificação
Seguindo o procedimento de desidratação, o produtopode ser neutralizado e água removida por evaporaçãorotatória. Neutralização pode ser realizada por, porexemplo, adição de hidróxido de sódio. Seguindo oprocedimento de desidratação, a mistura de álcool deanidroaçúcar resultante pode ser purificada. Em umamodalidade, uma destilação a vácuo é utilizada parapurificação. Em uma modalidade mais especifica, a destilaçãoa vácuo é realizada utilizando um evaporador de película,especificamente um evaporador de película limpa. Um exemplode um aparato de evaporador de película limpa que é útil napresente invenção é um processador de película fina agitadovertical. Vantagens de utilizar um evaporador de películalimpa incluem manipulação de soluções viscosas, pureza deproduto melhorada, e baixo tempo de residência, que levam auma redução ou eliminação de degradação de produto.Especificamente com respeito à produção de isossorbeto desorbitol, uso de um evaporador de película limpa forneceaproximadamente 8 0% de rendimento em destilação, perda deágua desprezível durante destilação (que resulta napolimerização reduzida), e fornece outra recuperação deisossorbeto e sorbitano do resíduo. 0 processo de destilaçãoresulta em um primeiro destilado de álcool de anidroaçúcar.
Como notado acima, os parâmetros para destilação avácuo variarão dependendo do material a ser purificado e datemperatura e pressão, como ficará evidenciado por aquelesde experiência ordinária na técnica. A temperatura de potedependerá da temperatura em que o material a ser purificadodestila (isto é, o ponto de destilação), que, novamente,dependerá do vácuo aplicado no sistema. Por exemplo, no casode isossorbeto, uma faixa de temperaturas de vapor dentrecerca de 140°C a cerca de 190°C é preferida; mais preferidaé de cerca de 160°C a cerca de 170°C; ainda mais preferida éde cerca de 165°C a cerca de 170°C. A pressão a vácuo podeser de cerca de 9,6 χ 10"4 psi a cerca de 0,05 kg/cm2;preferivelmente cerca de 1,33 kg/cm2. Por exemplo, eespecificamente com respeito à destilação a vácuo deisossorbeto, uma pressão a vácuo de cerca de 1,33 kg/cm2, emuma temperatura de pote de cerca de 1800C, e uma temperaturade vapor dentre cerca de 160°C a cerca de 170°C são maispreferidas.
Métodos de purificação alternativos da mistura deálcool de anidroaçúcar tal como filtração da mistura deálcool de anidroaçúcar, ou a adição de carbono ativado comcristalização subseqüente da mistura de álcool deanidroaçúcar, são da mesma forma úteis na presente invenção.
Em uma modalidade, para também purificar e isolaro álcool de anidroaçúcar, um destilado de álcool deanidroaçúcar é submetido a uma segunda destilação a vácuo,especificamente em um evaporador de película, e maisespecificamente em um evaporador de película limpa. Osegundo evaporador de película limpa pode ser do mesmo tipocomo, ou diferente do primeiro evaporador de película limpa.As condições (por exemplo, temperatura e pressão a vácuo) dasegunda destilação a vácuo podem ser as mesmas como, oudiferentes das condições da primeira destilação a vácuo, osparâmetros dos quais são descritos acima. O uso de doisevaporadores de película permite a purificação de álcoois deanidroaçúcar, especificamente isossorbeto, sem o uso desolventes orgânicos potencialmente prejudiciais.
Em outro aspecto da invenção, para tambémpurificar e isolar o álcool de anidroaçúcar, o primeirodestilado de álcool de anidroaçúcar é submetido àcristalização por fusão. 0 produto destilado recuperado éaquecido até que fundido, e em seguida resfriado com opassar do tempo até que o ponto de cristalização sejaalcançado, porém não tanto para que o material solidifique.De fato, uma consistência como lama é preferida, de formaque o material possa ser centrifugado. Quando aquiutilizado, o termo "consistência como lama" refere-se aodestilado de álcool de anidroaçúcar recristalizado que é uma mistura de líquido com várias partículas finamentedivididas. A centrifugação é realizada em uma velocidaderelativamente alta durante um período relativamente curto detempo para evitar a solidificação do material, e da mesmaforma evitar ter o produto final de álcool de anidroaçúcarpurificado desejado retirado com as impurezas restantes. Porexemplo, a centrifugação pode ser realizada a cerca de 3000a cerca de 4000 rpm durante cerca de 5 minutos. -Entretanto,alguém de experiência na técnica evidenciará que o tempo dacentrifugação variará dependendo da quantidade de material aser purificada. 0 produto de álcool de anidroaçúcarresultante pode ser pelo menos 98% puro, e na maioria doscasos será maior do que 99% puro (dependendo da solidez da"lama"). Alternativamente, o primeiro destilado de álcool deanidroaçúcar é submetido à recristalização de solvente paratambém purificar e isolar o álcool de anidroaçúcar.
Solventes que são úteis na presente invenção, incluem, porémnão são limitados a, acetona, acetato de etila, e álcoois depeso molecular baixo tal como etanol e metanol.
Em outra modalidade, para também purificar eisolar o álcool de anidroaçúcar, o primeiro destilado deanidroaçúcar álcool pode ser submetido a uma lavagem desolvente seguida por filtração. Preferivelmente, ossolventes são frios, especificamente em uma temperatura decerca de O0C a cerca de 23°C. Solventes que são úteis napresente invenção incluem, porém não são limitados a,acetona, acetato de etila, e álcoois de peso molecular baixotal como etanol e metanol. Filtração pode ser realizada pormeios que são bem conhecidos na técnica.
A presente invenção é descrita em outros detalhesnos seguintes exemplos não limitantes.
EXEMPLOS
Exemplo 1
Sorbitol (25,21 g) foi dissolvido em água (500 ml)e em seguida transferido a um vaso de reator de autoclaveIL. 0 catalisador, MFI-40 (zeólito HZSM-5, 5,02 g) , foiadicionado. Depois de estimular três vezes com hidrogênio,pressão foi fixada em 21,09 kg/cm2 e o reator foi aquecidocom agitação a 280°C. A pressão aumentou para 77,33 kg/cm2com aquecimento. Cronometragen começou quando o reatoralcançou 280°C. Depois de 30 minutos um rendimento de 42,4%de isossorbeto (calculado como isossorbeto em mol produzido/ sorbitol de partida em mol) foi obtido.
Exemplo 2
Sorbitol (37,78 g) foi dissolvido em água (500 ml)e transferido para um vaso de reator de autoclave IL. 0catalisador, CBV 3024E calcinado (Zeolyst International 7,55g), foi adicionado e depois de estimular o reator três vezescom hidrogênio, pressão foi fixada em 35,15 kg/cm2. 0 reatorfoi aquecido, com agitação, a 280°C, durante um período detempo de cerca de 30 a cerca de 45 minutos. A pressãoaumentou com o passar do tempo para 84,36 kg/cm2. Depois de15 minutos a 280°C, o rendimento de isossorbeto foi 51,4%.
Exemplo 3
Sorbitol (75,4 g) foi dissolvido em água (500 ml)e transferido para um vaso de reator de autoclave IL. 0catalisador, CBV 5524G (Zeolyst International 15,10 g), foiadicionado e depois de estimular o reator três vezes comhidrogênio, pressão foi fixada em 70,30 kg/cm2. 0 reator foipermitido aquecer a 280°C com agitação constante (940 rpm).A pressão aumentou com o passar do tempo para 80,85 kg/cm2.Depois de 30 minutos a 280°C o rendimento de isossorbeto foi41,4%.
Exemplo 4
Tabelas 1 a 8, abaixo, detalham os resultados deoutras experiências adicionais conduzidas de acordo com onovo processo da invenção. As experiências foram conduzidasutilizando-se os métodos e aparatos como descrito no Exemplo1, com as quantidades de reagente como mencionado na tabela.As quantidades resultantes de isossorbeto produzidas com opassar do tempo são da mesma forma listadas.
Tabela 1
<table>table see original document page 25</column></row><table>Tabela 2
<table>table see original document page 26</column></row><table>
Tabela 3
<table>table see original document page 26</column></row><table><table>table see original document page 27</column></row><table><table>table see original document page 28</column></row><table>Tabela 5
<table>table see original document page 29</column></row><table><table>table see original document page 30</column></row><table><table>table see original document page 31</column></row><table>
zeólito 'MFI-4 0 (SÍ02/A1203 relação molar = 40),
zeólito CBV3024 (relação molar = 30), zeólito CBV5534G(relação molar = 50).
Exemplo 6
Exemplo 6 demonstra a formação de sorbitano eisossorbeto de sorbitol utilizando um processo da invenção.Em teste No. 8A 75 g de sorbitol foi misturado com 15 g decatalisador CS331-3 calcinado como descrito acima esubmetido a temperatura aumentada utilizando o método eaparato descrito no Exemplo 1, porém com os parâmetrosdescritos na Tabela 8. Depois de vinte horas de reação nasdeterminadas condições, sorbitano foi obtido em umrendimento de 57,6%, e isossorbeto foi obtido em umrendimento de 8,0%
Tabela 8
<table>table see original document page 32</column></row><table>
Exemplo 7
Exemplo 7 demonstra a formação de sorbitano eisossorbeto de sorbitol. Ácido sulfúrico concentrado (0,20mL) foi adicionado a uma solução de sorbitol a 70% (50 g) . Areação foi realizada em um vaso de reator de pressão seladoem uma pressão de cerca de 1,01 kg/cm2. O vaso foiintroduzido ao reator de microondas Milestone MicroSynthdurante 30 minutos a 170°C. 0 produto final compreendeu50,4% de sorbitano, 7,8% de isossorbeto, e 11,9% desorbitol.
Exemplo 8Um álcool de açúcar ou solução de álcool demonoanidroaçúcar é bombeado através de um reator de bobinacontinuo aquecido para formar um álcool de anidroaçúcar. Umreator de bobina continuo pode ser similar, por exemplo, aum mostrado na Figura 1 de Patente U.S. No. 2.735.792,incorporada aqui através de referência. A taxa de fluxo etemperatura é controlada para produzir rendimentos altos deum álcool de anidroaçúcar. Uma segunda passagem de umasolução contendo álcool de monoanidroaçúcar através dabobina aquecida gera rendimentos mais altos de um álcool deanidroaçúcar.
Tendo agora completamente descrito a presenteinvenção em detalhes por meio de ilustração e exemplo parapropósitos de clareza de entendimento, ficará evidente paraalguém de experiência ordinária na técnica, com o beneficiodesta descrição, que a invenção pode ser realizadamodificando-se ou mudando-se a invenção com uma ampla faixaequivalente de condições, formulações e outros parâmetrosdesta. Além disso, ficará evidente para o médico versado como beneficio desta descrição que tais modificações oumudanças são pretendidas ser abrangidas dentro do escopo dasreivindicações anexas.
Todas as publicações, patentes e pedidos depatente mencionados nesta especificação são indicativos donivel de experiência daqueles versados na técnica ao qualesta invenção pertence, e são incorporados aqui através dereferência à mesma extensão como se cada publicaçãoindividual, patente ou pedido de patente fosseespecificamente e individualmente indicadoincorporados através de referência.
Claims (20)
1. Processo para a produção de um álcool deanidroaçúcar, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:(a) misturar um álcool de açúcar de hexitol oupentitol ou material de partida de álcool demonoanidroaçúcar com um solvente para formar uma soluçãomaterial de partida, e, opcionalmente, agitar a referidasolução de material de partida;(b) aquecer a referida solução de material departida;(c) pressurizar a referida solução de material departida; e(d) formar um álcool de anidroaçúcar.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de também compreender coletar oreferido álcool de anidroaçúcar.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido álcool deaçúcar de hexitol ou pentitol ou material de partida demonoanidroaçúcar que é selecionado a partir do grupo queconsiste em a.rabinitol, ribitol, glucitol, manitol,galactitol, iditol, eritritol, treitol, e misturas destes.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido material departida de álcool de açúcar de hexitol que é glucitol.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido solvente que éágua.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido álcool deanidroaçúcar que é formado na presença de um catalisador.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido catalisadorque é selecionado do grupo que consiste em pelo menos umcatalisador de ácido sólido e pelo menos um catalisador deácido solúvel.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido catalisadorque é selecionado a partir do grupo que consiste em ácidosulfúrico, ácido fosfórico, ácido p-toluenossulfônico, eácido p-metanossulfônico.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido catalisadorque é um material de troca de ácido inorgânico.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido material detroca de ácido inorgânico que é um zeólito.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido zeólito que éum zeólito calcinado.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido zeólito que éselecionado a partir do grupo que consiste em CBV 3024, CBV 5534G, T-2665, T-4480, e CS 331-3.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 9,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido material detroca de ácido inorgânico que é uma resina de troca iônicaácida.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADO pelo fato de incluir a referida resina detroca iônica ácida que é selecionada a partir do grupo queconsiste em AG50W-X12, Amberlyst 15, Amberlyst 35, Amberlyst-36, Amberlyst 131, Lewatit S2328, Amberlyst 35, Amberlyst-36, Amberlyst 15, Amberlyst 131, Lewatit S2328, LewatitK24 31, Lewatit S2568, Lewatit K2629, Dianion SKl 04, DianionPK22 8, Dianion RCPl 60, e Relite RAD/F, RCP21H, e Dowex50Wx5.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADO pelo fato de incluir a referida resina detroca iônica ácida que é uma resina de troca iônica ácida decopolimero de divinilbenzeno/estireno sulfonada.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido catalisadorque está presente em uma quantidade entre cerca de 0,10equivalente a cerca de 1,00 equivalente em peso de materialde partida.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir a referida solução dematerial de partida que é reagida em uma pressão entre cercade 21,09 kg/cm2 a cerca de 140,61 kg/cm2.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir a referida solução dematerial de partida que é aquecida em uma temperaturaselecionada a partir do grupo que consiste em umatemperatura entre cerca de 150 0C a cerca de 350 °c, umatemperatura entre cerca de 200 0C a cerca de 300 °c, umatemperatura entre cerca de 210 0C a cerca de 290 °c, umatemperatura entre cerca de 215 0C a cerca de 280 °c, umatemperatura entre cerca de 230°C a cerca de 270°C, e umatemperatura entre cerca de 240°C a cerca de 260°C.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir as referidas etapas deaquecimento e pressurização sob irradiação de microonda.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de incluir o referido aquecimento epressurização que ocorre em pelo menos um tubo durante umrendimento constante de material de partida.
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