CN102875522B

CN102875522B - 一种丙交酯的纯化方法

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Publication number: CN102875522B
Application number: CN201210378472.1A
Authority: CN
Inventors: 王威; 王伟; 朱士燕
Original assignee: SHANGHAI LVSE SHENGSHI ECO-MATERIALS Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI LVSE SHENGSHI ECO-MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: CN102875522A

Abstract

本发明涉及一种丙交酯的纯化方法，包括以下步骤：A）将粗丙交酯溶于乙酸乙酯和二氯乙烷的混合溶剂中，得到溶液；B）将上步得到的溶液静置，控制结晶时间使丙交酯结晶析出，得到晶体。利用本发明方法对丙交酯进行纯化，和现有技术相比，产物得率和纯度有明显提高，制备得到高光学纯度的L-丙交酯，经聚合得到的聚乳酸分子量较高，总体生产效率高。

Description

一种丙交酯的纯化方法

技术领域

本发明涉及酯类有机物纯化的技术领域，具体地，涉及一种丙交酯的纯化方法。

背景技术

聚乳酸是一种具有生物相容性和生物降解性的高分子材料，也是可以取代以石油为来源的传统聚合物的新一代环境友好的高分子材料。

高分子量的聚乳酸通常是由高纯度的丙交酯聚合获得。通常，丙交酯是由含水的乳酸经低分子量聚乳酸作为中间体，通过裂解的方法得到的。专利CN1212343、AU1369490、DE3232103、DE3708915、JP63101378、FR2843390、US1095205等介绍了丙交酯的合成过程。

由上述专利方法得到的丙交酯中，还含有少量乳酸单体、乳酸二聚物以及水等杂质。这些杂质对丙交酯的聚合反应会产生不利的影响：水的存在能够使丙交酯水解得到乳酸，也能使聚乳酸分子链水解断裂；乳酸及其二聚体等酸性物的存在会使聚乳酸分子链因酸解而遭到降解等。因此，只有经过纯化才能得到高纯度的丙交酯单体，用于制备高分子量的聚乳酸。

丙交酯，即一种由两分子乳酸生成的环酯，具有三种形式：由两分子L-乳酸生成的L-丙交酯分子；由两分子D-乳酸生成的D-丙交酯分子；和由L-乳酸和Ｄ－乳酸生成的内消旋丙交酯分子。

丙交酯是一种可用作制备聚乳酸中间体的重要化合物，近年来，由于聚乳酸是一种可生物降解的塑性物质而受到了广泛的关注。众所周知，高分子量的聚乳酸可用通过丙交酯的开环聚合反应来获得。

丙交酯的纯化方法大体分为3种：气助蒸发法、水解法以及重结晶法等。

气助蒸发法：此方法使交酯作为气流中的蒸气组分而迅速地与其杂质相分离，并能从气流中回收环酯的溶剂。相关专利有US5274073、US6277951、CN1056689A等。但该方法分离过程复杂，并且得率一般不高。

水解法：事实上就是一种从粗丙交酯中除去内消旋丙交酯从而获得高光学纯度丙交酯的方法，其操作是将含有内消旋丙交酯混合物与水接触并使内消旋丙交酯发生水解。相关专利有JP10025288、CN1112559等。该方法关键是水的量和水洗速度很难控制好，会使产品和水接触时间过长，造成水解；而且熔点、比旋光度都无法达到聚合要求，水解处理后，产品仍需要进一步纯化。

重结晶法：重结晶是最常用的方法，重结晶可以采用的溶剂有：乙醚、乙醇、乙酸乙酯、丁酮、苯、异丙醇等。溶剂重结晶法纯化粗品丙交酯因其操作步骤少、工艺较成熟而应用较为广泛。

专利CN1488628、FR2843390、WO9315069等都对重结晶法纯化丙交酯进行了介绍，选用的重结晶溶剂有如下种类：专利US4727163、CN1757643A采用乙酸乙酯；JP10279577采用低级酯类；JP6279435应用低级醇、酮、酯类或其混合物等；专利CN1757644A更优化了重结晶过程中重结晶溶液浓度、重结晶时间对结晶效果的影响。

中国专利申请200510094845.2（公开号为CN1757643A）以乙酸乙酯为溶剂重结晶丙交酯，重结晶得率不高（72~74%）；中国专利申请200510094846.7（公开号为CN1757644A）选用乙醇作为溶剂的，虽然重结晶得率较高，但是经过分子量实验测试发现用乙醇重结晶得到的丙交酯经聚合得到的聚乳酸分子量较低（为50000，在乙醇溶液中溶解度小，重结晶的收率高，但在制备聚乳酸的分子量比较低，多数文献认为是由于残存溶剂和极性杂质造成的）。

重结晶法纯化丙交酯的效果受多种因素的影响，而结晶时间的影响易被人们忽略。日本专利JP7118259在描述重结晶的方法时，将结晶体系降温至所设定的温度后，立即过滤得到晶体，其得率只有50%~52%；其原因之一可能是结晶时间过短所致。而在文献《生物降解材料聚丙交酯的研究(Ⅱ)丙交酯单体的纯化方法研究》（黑龙江大学自然科学学报，1998.15（1）：110-113）中，把结晶时间定为24时间，这又使得结晶时间过长，不仅会使产物纯度和得率下降，更会使生产周期大大延长。虽然文献《D,L-丙交酯提纯溶剂的选择》（过程工程学报，2007.7（2），韩宁、王鹏、张英民等）考虑到了重结晶时间的影响，但却认为其对提纯丙交酯熔点的影响不大，重结晶超过1小时以上即可得到晶体的最大收率，但是还是存在收率不是很高（63%）的问题。

因此，若开发出一种纯化丙交酯的方法，能解决现有技术各自存在的问题，对丙交酯的纯化、以及产品的后期推广与应用，将有很重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种丙交酯的纯化方法。

本发明提供的丙交酯的纯化方法，包括以下步骤：

A）将粗丙交酯溶于乙酸乙酯和二氯乙烷的混合溶剂中，得到溶液；

B）将上步得到的溶液静置，控制结晶时间使丙交酯结晶析出，得到晶体。

其中，步骤A）中，粗丙交酯溶解的温度为60℃~70℃，优选60℃。

其中，步骤A）中，粗丙交酯与乙酸乙酯和二氯乙烷混合溶剂总量的质量比为1:1。

其中，步骤A）中，混合溶剂中，乙酸乙酯与二氯乙烷的质量比为1：(0.5~3)，优选1：(0.5~2)，更优选1:1。

其中，步骤B）中，结晶温度为恒温25℃。

其中，步骤B）中，结晶时间为2~8小时，优选3~5小时，更优选5小时。结晶时间过短，会造成产品产率低；而结晶时间过长，会造成产品纯度差，生产率降低。

本发明所述的丙交酯的纯化方法，还包括：过滤步骤B）得到的晶体并干燥。

其中，干燥的条件为：于500~550MPa下真空干燥，干燥温度为35℃~45℃。

本申请的发明人发现，丙交酯在某一种溶剂，并优选某一浓度时，进一步地采用不同的结晶时间，其重结晶产物的得率和纯度具有很大的差别，并且对生产效率也有影响，但这一点并没有引起以往研究人员的重视。

本专利在同期的研究中发现：重结晶时间对提纯丙交酯的熔点影响很大。过分延长重结晶时间会明显扩大晶体熔程，降低其纯度，而对得率的影响具有逐渐减弱的趋势。

在单位时间内，晶体析出量与溶液浓度相关，溶液浓度越大，析出的晶体越多。随着结晶时间的延长，得率到达其最大值后，溶液体系进入浓度平衡状态，溶液浓度变为饱和且保持恒定，此时不再有晶体析出，结晶得率不再随结晶时间的增加而变化。另外，在结晶过程中，溶解与析晶同时存在，只是在结晶初始，丙交酯持续析出，而杂质仍残留于溶液中，所析出的晶体熔程比结晶前样品的熔程窄，随结晶继续进行，延长时间会使杂质包裹进丙交酯晶体中的机会增加：此外，还有可能会因时间过长，造成丙交酯的水解。因此，结晶时间过于延长，虽对结晶得率影响不大，但会造成晶体熔程变宽，纯度下降。

本发明指出：结晶时间过短，会造成产品产率低：而结晶时间过长，会造成产品纯度差，生产率降低。通过对重结晶过程中结晶时间的控制，能够有效的改善结晶产物的得率和纯度，提高生产效率。

并且，本发明对于溶剂的改进：

1）通过对重结晶过程中不同浓度的丙交酯乙酸乙酯和二氯乙烷溶液加以控制能有效改善结晶产物的得率、纯度和生产效率；

2）通过使用混合溶剂，两者能够产生协同作用，高效分离L-丙交酯中的杂质及meso-丙交酯，制备得到高光学纯度的L-丙交酯。

总之，利用本发明方法对丙交酯进行纯化，和现有技术相比，产物得率和纯度有明显提高，制备得到高光学纯度的L-丙交酯，经聚合得到的聚乳酸分子量较高（为600000），总体生产效率高。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：L-丙交酯的纯化方法

1、原料：粗L-丙交酯，其纯度90.00%wt，含有：乳酸6.0%wt、meso-丙交酯3%wt，水分0.80%wt，其他杂质（乳酸二聚物）0.2%wt。

2、方法：取上述粗丙交酯原料50.0g，按照质量比1:1加入乙酸乙酯和二氯乙烷（两者质量比1:0.5）的混合溶剂总量50.0g，加热至60℃溶解。溶解完全后，在恒温25℃静置结晶5小时，过滤得到晶体并于500MPa下真空干燥（40℃），干燥后得率95%。

3、产物：L-丙交酯，其纯度98.27%wt，含有：乳酸0.08%wt、meso-丙交酯1.5%wt，水分0.05%wt，其他杂质（乳酸二聚物）0.1%wt。

实施例2：L-丙交酯的纯化方法

1、原料：同实施例1。

2、方法：取上述粗丙交酯原料50.0g，按照质量比1:1加入乙酸乙酯和二氯乙烷（两者质量比1:1）的混合溶剂总量50.0g，加热至60℃溶解。溶解完全后，在恒温25℃静置结晶5小时，过滤得到晶体并于500MPa下真空干燥（35℃），干燥后得率97%。

3、产物：L-丙交酯，其纯度99.94%wt，含有：乳酸0.01%wt、meso-丙交酯0.02%wt，水分0.01%wt，其他杂质（乳酸二聚物）0.02%wt。

实施例3：L-丙交酯的纯化方法

1、原料：同实施例1。

2、方法：取上述粗丙交酯原料50.0g，按照质量比1:1加入乙酸乙酯和二氯乙烷（两者质量比1:2）的混合溶剂总量50.0g，加热至60℃溶解。溶解完全后，在恒温25℃静置结晶5小时，过滤得到晶体并于550MPa下真空干燥（45℃），干燥后得率99%。

3、产物：L-丙交酯，其纯度99.51%wt，含有：乳酸0.35%wt、meso-丙交酯0.02%wt，水分0.08%wt，其他杂质（乳酸二聚物）0.04%wt。

用本发明的方法，用粗D-丙交酯或粗D,L-丙交酯为原料，同样也可以得到纯的D-丙交酯或D,L-丙交酯。

对比例1

1、原料：同实施例1。

2、方法：取上述粗丙交酯原料50.0g，按照质量比1:1加入乙酸乙酯单一溶剂50.0g，加热至60℃溶解。溶解完全后，在恒温25℃静置结晶5小时，过滤得到晶体并真空干燥（条件同实施例1），干燥后得率86%。

3、产物：L-丙交酯，其纯度92%wt，含有：乳酸5%wt、meso-丙交酯2.2%wt，水分0.7%wt，其他杂质（乳酸二聚物）0.1%wt。

对比例2

1、原料：同实施例1。

2、方法：取上述粗丙交酯原料50.0g，按照质量比1:1加入二氯乙烷单一溶剂50.0g，加热至60℃溶解。溶解完全后，在恒温25℃静置结晶5小时，过滤得到晶体并真空干燥（条件同实施例1），干燥后得率83%。

3、产物：L-丙交酯，其纯度91%wt，含有：乳酸5.5%wt、meso-丙交酯2.5%wt，水分0.8%wt，其他杂质（乳酸二聚物）0.2%wt。

对比例3：中国专利200510094845.2-实施例3

单颈瓶中加入10.0g不纯丙交酯（经测量溶程85℃~95℃），按质量比100%加入乙酸乙酯10g，加热至75℃溶解，溶解完全后，在4℃冰箱内静置结晶8小时，过滤得到晶体并真空干燥。干燥后晶体质量7.4g，得率74.0%，L-丙交酯纯度91%，测其溶程为91~95℃。

对比例4：中国专利200510094846-实施例3

单颈瓶中加入10.0g不纯丙交酯（经测量溶程85℃~95℃），按质量比70%加入乙醇14.3g，加热至75℃溶解。溶解完全后，在4℃冰箱内静置结晶6小时，过滤得到晶体并真空干燥。干燥后晶体质量9.0g，得率90.0%，L-丙交酯纯度91.5%，测其溶程为91~95℃。

上述对比例3和4使用的是与实施例1相同的具体原料。从这两个实施例可以看出：恒温在4℃情况下，基本保证了丙交酯的得率，但是纯度品质达不到要求，远远低于本发明。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种丙交酯的纯化方法，包括以下步骤：

B）将上步得到的溶液静置，控制结晶时间使丙交酯结晶析出，得到晶体；

步骤A）中，粗丙交酯与乙酸乙酯和二氯乙烷混合溶剂总量的质量比为1:1；

步骤A）中，混合溶剂中，乙酸乙酯与二氯乙烷的质量比为1：(0.5～3)；

步骤B）中，结晶时间为2～8小时。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A）中，粗丙交酯溶解的温度为60℃～70℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，乙酸乙酯与二氯乙烷的质量比为1：(0.5～2)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B）中，结晶温度为恒温25℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B）中，结晶时间为3～5小时。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：过滤步骤B）得到的晶体并干燥。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，于500～550MPa下真空干燥，干燥温度为35℃～45℃。