CN104781248B - 用于制备环状二酯尤其是丙交酯的方法 - Google Patents

用于制备环状二酯尤其是丙交酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制备环状羧酸酯的方法，尤其是分子内酯，如丙交酯，其中，这些环酯通过环化解聚由低聚羧酸反应制得。所述反应给出了作为副产物的这些低聚羧酸的缩合产物，即在进一步步骤中被水解并由此被回收的高分子量低聚羧酸的混合物。这种水解产物能够再次加入至第一步实施的环化解聚中。

Description

用于制备环状二酯尤其是丙交酯的方法
本发明涉及一种用于生产环状羧酸酯，尤其是分子内酯，例如丙交酯(dilactide)的方法，通过环化解聚由低聚羧酸实现这些环酯的生产。在环化解聚反应期间，生成了作为副产物的这些低聚羧酸的缩合产物，例如高分子量聚羧酸的混合物，该高分子量聚羧酸的混合物在进一步的步骤中被水解且被回收。这种水解产物能够被再次加入至第一步中实施的环化解聚中。
用于工业化生产聚乳酸(PLA)的所有目前常用方法都是基于丙交酯的开环聚合。为此，通过乳酸缩聚物的环化解聚实现丙交酯的生产。因此，在添加催化剂的情况下在低压下加热低平均分子量(500-2000Da)的乳酸缩聚物，结果，形成了丙交酯并以蒸气形式排出。因此必然会留下残留物，所述残留物包括催化剂、平均分子量为3000-5000Da的乳酸缩聚物和各种杂质。残留物的量直接影响所述方法的总产率。因此倾向于尽可能彻底地将乳酸缩聚物转化以形成丙交酯，以便提高产率。
PLA生产的特性存在这样的事实：乳酸以两种光学活性形式存在，即S(+)-型和R(-)-型，也被称作L-乳酸和D-乳酸。在丙交酯的生产中，能够相应地形成三种不同光学形式：L-丙交酯(立体中心的绝对S,S-构型)、内消旋-丙交酯(立体中心的绝对R,S-构型)和D-丙交酯(立体中心的绝对R,R-构型)。主要想要的是L-丙交酯，由于通常使用的乳酸包括高达＞99％的L-异构体，该L-丙交酯也是主要形成的。
然而，在所述方法的所有步骤中，结果基本上是L-乳酸转化为D-乳酸或者L-丙交酯转化为内消旋-丙交酯和D-丙交酯(外消旋化)。在转化高于正常的95％时，L-丙交酯转化为内消旋-丙交酯的外消旋化程度极大地增加了，这对所述方法的总产率是不利的。由于只有内消旋-丙交酯的比例为至多10-12％时才能够聚合L-丙交酯，以形成高熔点的聚合物，因此，以高质量的产品为代价实现了额外的产率。
在现有技术中，存在着与PLA或乳酸缩聚物(还有乳酸低聚物)的水解有关的全面信息。这里包括：例如WO2011/029648、WO2010/11894、US5229528、EP0628533或EP0893462。同样地，已经公开了进一步提高转化率的可选择的方法，例如DE19637404或US7557224。在增加的温度下，通过添加外消旋抑制剂，在外消旋化没有增加太大的情况下，尽可能地减少了残留物。在现有技术中，也存在着关于纯化乳酸和回收丙交酯的全面信息；DE19637404A1、DE60317581T2、DE69405201T2(EP0657447B1)、DE69815369T2、EP1276890B1、US2011/0155557A1。在乳酸的聚合中，供应至聚合反应器的一种或多种催化剂是已知的。所述催化剂可以包括金属或无机/有机金属化合物，例如Sn化合物、Zn化合物、或铁化合物(DE19637404A1、DE60317581T2、DE60317581T2)。
然而，就描述了在解聚过程中通过残留物的水解并随后再循环进入该过程以减少外消旋化而言，没有已知的信息。也没有描述关于去除或回收催化剂的数据。
WO2011/029648和WO2010/118954(银河(Galactic))：文中描述了乳酸乙酯作为水解介质在降解PLA中的用途。生成的乙醇是不利的，该乙醇在水解后必须要被蒸馏去除。
WO2010/118955(银河)：文中描述了各种乳酸酯作为水解介质进行醇解，这里各自生成的乙醇随后也必须被去除。
US2526554：在早期提及了醇解。然而，只用于由β-内酯制备的聚酯。
US5229528：聚羟基脂肪酸酯(PHA)(PLA也属于PHA)在增加的压力和增加的温度下遇水水解。在封闭容器中水解是不利的，此外，所述方法是不连续的。此外，由于纯水被用作水解介质，需要非常长的反应时间。
EP0628533(杜邦(DuPont))：描述了通过水、醇、胺、二胺以及它们的混合物发生的水解。包括权利要求1中水解产物的分离。
EP0893462(嘉吉(Cargill))：在这一专利中(实施例4)，描述了用88％的乳酸水解解聚残留物。因为没有发生催化剂的去除、且由于催化剂的浓度因而能够产生恒定增加部分的D-异构体，因此这是不利的。
费萨尔(Faisal)：2007(亚洲化学(Asian Journal of Chemistry)，卷19，期3：1714-1722)：这里描述了PLA在高温(＞160℃)下水解。因为外消旋化能够由此发生到较大的程度，所以，事实上，这一高温水平是不利的。
柳桥(Yagihashi)2010(工业与工程化学研究，2010，49(3)，页：1274-1251)：这里，在70-180℃的温度范围内使用了稀释的氢氧化钠溶液。在20-60min的反应时间内没有发生外消旋化。随后必须要去除钠则是不利的。
US7557224(九州工业大学(Kyushu Institute of Technology))：描述了通过加入氢氧化铝，缩聚物选择性热解。高于300℃的极高温度是不利的。
DE19637404：描述了直接从PLA中回收交酯，然而这只能通过使用大量催化剂且在非常高的温度下实现。
法恩(Fan)2003(绿色化学(Green Chemistry)，2003,5,75-579)：解聚残留物在250-300℃下通过添加钙成分发生热解以便阻止过度的外消旋化。
DE19637404A1(岛津公司(Schimadzu Corp))：描述了用于从聚乳酸(PLA)中回收丙交酯的方法，包括热处理PLA。
DE60317581T2(泰莱公司(Tate&Lyle plc))：该专利涉及用于从粗丙交酯的蒸气产品流中纯化丙交酯的方法，该粗丙交酯的蒸气产品流至少包括丙交酯、乳酸、水和线性乳酸低聚物。
DE69405201T2(EP0657447B1)(株式会社武蔵野化学研究所)：这里描述了用于纯化丙交酯的方法。
DE69815369T2(嘉吉)：本发明涉及乳酸的加工处理，尤其是从混合物中分离乳酸流和丙交酯盐流，以及以优选形式分离和处理乳酸和分离丙交酯盐。
EP1276890B1(伍德-伊文达-菲瑟有限公司(Uhde Inventa-Fischer GmbH)：本发明涉及用于由乳酸生产聚乳酸(PLA)的方法，所述乳酸使用淀粉作为原料通过发酵产生。
US2011/0155557A1(福特，Futerro)：本发明涉及用于由乳酸生产交酯(lactide)的方法。
在本发明的范围内，使用如下定义：
PLA水解产物的端羧基、PLA低聚物的摩尔质量：
将PLA低聚物溶解于丙酮中。在加入甲醇后，形成的溶液用0.1N苯甲醇的KOH溶液滴定。由电位法检测终点。由以mmol/kg测量的端羧基的浓度(“COOH”)，根据等式Mn＝106/COOH能够计算摩尔质量的平均值。
交酯的羧基：
将丙交酯样品溶解于甲醇中，随后用与确定PLA低聚物中端羧基一样的方法进行滴定。
丙交酯的光学异构体：
将丙交酯样品溶解于90/10ml/ml的正己烷/乙醇的混合液中。溶解的成分通过高效液相色谱法(HPLC)在手性柱上进行分离并用紫外(UV)检测器在223nm下进行分析。
乳酸和PLA中的D比例：
PLA样品或PLA低聚物的样品通过沸腾回流的1-N氢氧化钠溶液进行水解、并在冷却后进行中和。中和的样品与3毫摩尔硫酸铜溶液以1/9ml/ml的比例进行混合、并通过HPLC在立体专一性柱上分离出各成分，这些成分随后用UV检测器在238nm波长下进行分析。乳酸样品直接溶解于3毫摩尔的硫酸铜溶液中并通过所述的HPLC进行分析。
丙交酯：
2个乳酸分子的环酯，可以以纯的L-丙交酯(S,S-丙交酯)、D-丙交酯(R,R-丙交酯)或内消旋-丙交酯(S,R-丙交酯)的形式或以至少两种这些成分的混合物的形式(在多数情况中)出现。环化解聚产生丙交酯粗品，所述丙交酯粗品中除了所提及的丙交酯异构体之外，还可以包括线性低聚物、更高的环状低聚物和乳酸与水的残留物。这里应该理解为：L-丙交酯为两个L-乳酸单元的环酯；D-丙交酯为两个D-乳酸单元的环酯；内消旋-丙交酯为D-乳酸单元和L-乳酸单元的环酯。外消旋丙交酯(rac-lactide)是L-丙交酯和D-丙交酯1:1的混合物。
术语外消旋化在本文中表示L-单元至D-单元的转化以及其逆向过程的转化。因为有L-乳酸时这一过程不管怎样都会发生，根据本发明，提高外消旋化通常意味着增加D-单元的形成。因为乳酸和丙交酯的手性中心的稳定性不同，对于丙交酯，这种外消旋化明显更容易发生。
环化解聚：
这一反应是开环聚合的逆向反应，开环聚合几乎用于由交酯形成PLA的所有工业化过程。环化解聚在完成的PLA中是不希望有的，因为在加工处理期间，环化解聚导致摩尔质量分解并因此损害产物性能。在丙交酯的生产中使用环化解聚是为了由通过乳酸缩聚得到的低聚物中生产丙交酯粗品，纯化后，丙交酯粗品形成用于开环聚合的起始物。丙交酯粗品除了80-90％的丙交酯外，还包括水残留物、乳酸残留物、短链乳酸低聚物残留物以及痕量的其它杂质(例如有机酸)。
这一过程理论上最大可能产率是80％，即1.25kg乳酸形成1kg丙交酯。本发明所表示的产率与这一最大可能状态有关。因此95％的总产率描述了由1.25kg乳酸已经生成了0.95kg丙交酯。因为通过蒸发转化为丙交酯粗品的乳酸在所述方法中的后续时间能够被分离且被返回，因此根据本发明所述用包括80％丙交酯的丙交酯粗品可以实现95％的总产率，甚至更高。
聚乳酸(PLA)：
聚乳酸是指由乳酸单元例如通过L-丙交酯、D-丙交酯或内消旋-丙交酯，或两种或三种这些交酯的混合物的开环聚合生成的聚合物。这也涉及由提及的纯交酯或混合交酯生成的聚合物的混合物。PLA一般具有＞10000g/mol的平均分子量。由丙交酯生成的PLA的品质取决于D-丙交酯单元和内消旋-丙交酯单元的含量。随着主要由L-丙交酯单元生成的PLA中D-乳酸单元含量的增加，PLA的熔点、热尺寸稳定性、结晶率和结晶度下降。如果PLA中D,D-单元的这一含量超过6％(因为只包括一种D单元，这相当于12％的内消旋-丙交酯)，聚合物是无定形的，熔点与例如为55℃的玻璃化转变温度一致。对于主要由D-单元构建的PLA中的内消旋-丙交酯和L-丙交酯是同样适用的。
水解介质：
根据本发明，这里应该理解为：水解介质是指水、乳酸或水与乳酸的混合物。纯乳酸事实上不能引起PLA的水解但能引起再酯化反应。然而再酯化反应(分解为PLA低聚物)与水解是相同的。因此对这一发明的目标来说分化是多余的。乳酸通常含有工业上适用量的水并催化促进水解。
因此根据本发明，所使用的术语“乳酸”包括小比例的水。其它含水的酸也能促进水解，但这些酸随后必须要从产物中去除，因为与乳酸不同，其他含水的酸妨碍解聚形成交酯、或妨碍交酯聚合形成PLA。
部分水解：
像所有的聚合物一样，PLA也符合聚合物链的水解分裂。在聚合反应和加工处理期间必须要避免的是，为了将聚合物明确分解为想要的摩尔质量而使用根据本发明的方法。尽管事实上PLA的水解发生在低于熔点的温度下，所需的停留时间和聚合物中必要的水浓度是非常高的。如果工艺过程在短的停留时间内达到目标，这样会产生装置的小构造尺寸，则这是有利的。此外，根据本发明的工艺过程使用了有可能最小量的水用于水解，目标在于恰好只获得所需的摩尔质量。过多的水在水解反应结束后必须要再次去除，耗费了能量和装置，因此要避免过多的水。在显著较大量的水下发生的水解进一步产生较大部分的外消旋化(JP 2009-249508；M.Faisal等，亚洲化学，卷19，期3(2007)，页1714)。
Sn的沉积、过滤/离心以及H2S的去除：
在加工处理水解产物的第一步中，通过在温和搅拌下在室温下添加沉淀剂，锡催化剂从水解产物中沉淀析出。通过过滤去除沉淀物。随后滤液中只包含小ppm的锡。在用沉淀剂处理水解产物期间，生成了硫化氢(H2S)。H2S能够通过将温度增加至40℃在搅拌下去除。沉淀的锡能够用于氧化锡的合成，然后再在丙交酯的聚合中用作催化剂。
纳米过滤：
在Sn沉淀和Sn-/H2S被去除之后，随后为低锡溶液提供纳米过滤(NF)。
纳米过滤为压力驱动膜方法，能截留纳米级范围内(大约1-10nm)的颗粒或离子，例如重金属离子。此外，通过NF也能截留着色剂。在纳米过滤(NF)后是乳酸的精制(polishing)、最终纯化。这里目标在于去除乳酸中包括着色剂的所有残留的杂质。在精制(离子交换第一步和第二步)期间，通过蒸发逐渐浓缩乳酸。纯化步骤结束后，能够达到这样的乳酸(LA)聚合物质量，以便其能够将被提供至此处的聚合反应中。
离子交换：
使用离子交换剂是加工处理水解产物的重要组成步骤，且被称为精制。现今使用的离子交换剂不适用于水但通过取代离子活性基团可使合成树脂膨胀。因此，它们代表固体形式的电解质。特定类型的离子能够由水相扩散进入到含水的离子交换剂相中并以等量与等电荷离子在交换活性基团处发生交换。
由于单体和尽可能高的光学纯度对于生产聚乳酸具有所描述的重要意义，因此，本发明的目标是指出一种用于生产环酯的方法，尤其是丙交酯，通过所述方法能够以尽可能高的产率和尽可能高的光学纯度获得丙交酯。
通过专利权利要求1的特征可以实现这一目标。进而，从属专利权利要求代表有利的开发。
根据本发明，在此提供了一种用于生产通式Ⅰ的环酯的方法，
其中，
a)在第一步中，通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物的一部分通过环化解聚被转化为通式Ⅰ的环状二酯，通式Ⅰ和Ⅱ中R分别选自具有1-6个碳原子的直链型或支链型脂肪族基团，通式Ⅱ中n的平均值为2～40，
然后将生成的通式Ⅰ的环状二酯分离，未转化为通式Ⅰ的环状二酯的那部分通式Ⅱ的低聚羧酸在环化解聚过程中反应形成残留物，所述残留物包括通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物，该残留物中的通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物的n平均值高于投入到第一步中的通式Ⅱ的低聚羧酸的n平均值，
b)在第二步中，在第一步中获得的、n平均值在1～20之间且为通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物的残留物发生水解以形成通式Ⅲ的α-羟基羧酸、或者形成n平均值在1～20之间的通式Ⅱ的低聚羧酸与通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物，
然后，在第二步中获得的水解产物至少部分地或全部地投入到第一步。
根据本发明，现在提供以限制第一步中的解聚转化率，即一直实施第一步的环化解聚，直到所用的通式Ⅱ的低聚羧酸混合物以重量计至多98％通过环化解聚转化为通式Ⅰ的环状二酯。
出人意料地，能够证明的是，通过这样的操作模式，在不增加外消旋率并由此不降低可得产物的品质的情况下，能够显著增加用于生产环状二酯的方法的产率。根据本发明的方法，有可能使总产率高达＞99％，同时具有可接受的外消旋化。因此基本想法是，解聚步骤的新的操作模式与残留物的加工处理方法相结合，并限制第一步的转化率。改变的解聚操作模式的结果是：减少了外消旋化，但同时增加了残留物的量。在水解和可能必要的纯化步骤(过滤、沉淀、离子交换)等处理之后，通过将残留物再循环进入之前的工艺步骤，使处理过程的总产率显著增加，有可能由此得到的外消旋化程度与没有这一方法步骤的一样高，甚至倾向于更低。
根据本发明方法的优选实施例，被投入到第一步的、通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物由通式Ⅲ的α-羟基羧酸的在先缩聚获得，
所述通式Ⅲ中的R具有上述表示的含义。
根据这一有利变型，为了生产环酯的本发明所述方法的第一步中所使用的通式Ⅱ的低聚羧酸混合物，在此直接通过对应的通式Ⅲ的α-羟基羧酸的缩聚生成。因此，通式Ⅲ的α-羟基羧酸的这种缩聚例如能够直接在在先的反应器中原位产生，由此生成的通式Ⅱ的低聚羧酸混合物能够直接用于进一步的环化解聚。因此有必要不分离或不加工处理在这一变型方法中生成的通式Ⅱ的低聚羧酸。
此外，作为将水解产物投入到第一步中的替代或额外步骤，如果将所述水解产物部分地或全部地投入到通式Ⅲ的α-羟基羧酸的在先缩聚中，这将是优选的。根据这一方法的变型，在本发明所述方法第二步中出现的水解产物也能够直接投入到通式Ⅲ的α-羟基羧酸的在先缩聚中。在水解产物包括通式Ⅲ的α-羟基羧酸的情况中，通式Ⅲ的α-羟基羧酸能在水解产物中缩合以形成低聚羧酸，例如，可能包含低分子量的通式Ⅱ的低聚羧酸能够进一步缩合。在每种情况中，由于没有转化为通式Ⅰ所述的环酯的反应成分能够通过再次加入到相应的反应步骤中被再次循环利用，这种方法变型以所使用的离析物的高物质经济为特征。
特别地，如果一直实施第一步的环化解聚，直到所使用的通式Ⅱ的低聚羧酸混合物以重量计至多95％、优选以重量计50-95％、更优选以重量计60-85％通过环化解聚被转化为通式Ⅰ的环状二酯，这将是有利的。通过这种方法管理方式，在环化解聚期间的外消旋化能够被避免到最大的可能程度，即在各自的立体中心的绝对立体构型中的变化发生在通式Ⅱ的低聚羧酸中。通过水解和再循环未转化的残留物的方式，况且没有损害这一方法的总产率，这样产生了极其有利的、经济的操作模式。
本发明所述方法的进一步有利实施例提供了：通过用水解介质转化残留物来实施第二步中实施的残留物的部分水解，所述水解介质选自由水，通式Ⅲ的α-羟基羧酸，或水含量优选以重量计为1-99％、优选为10-80％、尤其优选为20-60％的水与通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物构成的组。
进一步优选变型提供了：在500毫巴(mbar)到2巴(bar)之间、优选900mbar到1100mbar之间的压力下，和/或在50到300℃之间、优选80到120℃之间的温度下实施在第二步中实施的部分水解。
此外，在水解产物再循环进入第一步和/或进入第一步之前的缩聚中之前，优选实施水解产物的纯化。尤其是，通过过滤、纳米过滤、离心、蒸馏、对可能存在的催化剂的沉淀和/或分离、离子交换法或多个之前提及的纯化方法来实现这种纯化。
通过在第一步中使用催化剂，优选含锡催化剂，尤其是辛酸锡(Ⅳ)，能够加速第一步的环化解聚。
在第一步中实施的环化解聚的优选温度因此在100到300℃之间，优选在150到250℃之间。
此外，如果在第一步中生成的、通式Ⅰ的环状二酯的环化解聚和/或分离在相对于标准状态降低的压力下实施，优选在0.1到500mbar之间、进一步优选10到100mbar之间的压力下实施，这将是有利的。
尤其是，本发明方法适用于生产通式Ⅰ的光学活性的环酯，即R表示具有1-6个碳原子的直链型或支链型脂肪族基团的通式Ⅰ的环酯。如果R为甲基，即根据通式Ⅰ所述的环状二酯为丙交酯，这将是尤其优选的。
如果相应的二酯的立体异构纯度为至少95％、优选至少98％、尤其优选至少99％，即通式Ⅱ的立体中心中S-构型或R-构型高达至少95％、优选高达至少98％、尤其优选高达至少99％，这将是尤其优选的。
若通式Ⅱ的立体中心中，S-构型高达至少95％、优选高达至少98％、尤其优选高达至少99％，在这一情况中，如果一直实施第一步的环化解聚，直到至多10％、优选至多5％、尤其优选至多3％的被分离的通式Ⅰ的环状二酯中具有R,S构型和/或R,R-构型，这将是优选的。
可选地，若通式Ⅱ的立体中心中，R-构型高达至少95％、优选高达至少98％、尤其优选高达至少99％，则优选的是，一直实施第一步的环化解聚，直到至多10％、优选至多5％、尤其优选至多3％的被分离的通式Ⅰ的环状二酯中具有R,S构型和/或S,S-构型。
根据之前提及的优选实施例，因此控制第一步的环化解聚是有利的，以便发生尽可能低的外消旋化。所获得的且被分离的环状二酯的立体异构纯度例如能够通过手性HPLC色谱法以现有技术已知的方式进行确定。
作为之前提及的实施例的替代，有利的是，在通式Ⅰ的光学活性的环酯的情况下，一直实施在第二步中实施的水解，直到实现了10％、优选至多5％、尤其优选至多3％的相对于残留物的立体中心的最大外消旋化。
将参照后续例子和实施例进一步解释本发明，但不将本发明限制为特别说明的参数。以举例方式给出的实施例尤其与生产丙交酯有关，但这些实施例同样能够适用于根据通式Ⅰ所述的其它环状二酯。
根据本发明，示出了用于提高生产丙交酯的产率的方法，其中，在第一步中，在转化率很低时，低于设定的低的、一位数的外消旋化程度(表示为％D-异构体，相对于乳酸的总量)时，停止乳酸缩聚物的解聚。因此出现的残留物借助于乳酸水溶液在增加的温度(大约95℃)和稍微较低的压力(900-950mbar，以便去除挥发性成分)下进行水解。据此要选择水解介质的组成，以便使产生的水解产物恰好具有想要的分子量以便再循环进入相应的处理步骤。添加剂可能加入到水解介质中以便结合杂质。可能地，通过过滤的方式，进一步通过沉淀或离子交换的方式，杂质的量随后被减少以便预防工艺过程中杂质的过度浓度。伴随这一过程，少量的水解产物被排出以作为纯化流(冲洗)。相对于所用的总乳酸，由此产生乳酸的损失优选少于0.5％。这样获得的缩聚物能够直接再循环进入解聚步骤、或进入在先缩聚步骤，在该在先缩聚步骤中，所述缩聚物与新供应的缩聚物混合。结果是，额外节省了用于蒸发多余水的能量，这使得工艺过程更加经济。
实施例
实施例1
取100g平均分子量为1000g/mol的乳酸缩聚物，加入30mg的辛酸Sn(Ⅱ)后，在20mbar下(a)在油浴中加热至200℃。将产生的蒸气相凝结出来，并且该蒸气相中包括高达超过90％的丙交酯。3.5小时后，95％的缩聚物被转化为丙交酯。产生的残留物的平均分子量为3000g/mol，并且该残留物在120℃下转变为固态。
在实验过程中，从产生的丙交酯相中采集多个样本。丙交酯中外消旋化程度XR的测定产生的结果如表1所示。
表1：环化解聚的残留物中外消旋化程度XR
实施例2
取100g平均分子量为1000g/mol的乳酸缩聚物，加入30mg的辛酸Sn(Ⅱ)后，在20mbar下(a)在油浴中加热至200℃。将产生的蒸气相凝结出来，并且该蒸气相中包括高达超过90％的丙交酯。大约2.5小时后，通过去除真空并冷却至室温来停止反应，该反应具有80％的转化率。产生的残留物的平均分子量为2000g/mol，并且该残留物在115℃下转变为固态。残留物中的外消旋化程度为2.5％D-单元。
实施例3
分别取100g实施例1和实施例2的残留物，分别熔化并加热在100g的水解介质中(乳酸比例以重量计为50％的乳酸水溶液)，在100℃和大气压力下回流4小时。过滤产生的溶液以便去除固体物质颗粒。这样获得的均相溶液具有乳酸比例以重量计为88％(残留物1)或以重量计为87％(残留物2)。外消旋化程度为1％(残留物1)或3％(残留物2)。
实施例4
100g实施例2的残留物与50g的水解介质(乳酸以重量计为60％的乳酸水溶液)一起熔化并加热，在100℃和大气压力下回流4小时。过滤产生的溶液以便去除固体物质颗粒。这样获得的均相溶液具有以重量计为92％的乳酸比例(通过滴定法测定)。
实施例5
100g实施例2的残留物与50g的水解介质(乳酸比例以重量计为95％的乳酸水溶液)一起熔化并加热，在100℃和大气压力下回流4小时。过滤产生的溶液以便去除固体物质颗粒。这样获得的均相溶液具有乳酸比例以重量计高于99％。溶液的平均分子量为300g/mol。
实施例6
30升水解产物(100g/l的乳酸)通过添加1.5g/l的硫化钠(Na2S)在25℃和50rpm下搅拌30min。通过过滤去除沉淀物(表2)。滤液用于后续过程。
表2：过滤前和过滤后水解产物的滤液中的锡
实施例7
30升的水解产物(10％乳酸)通过添加1g/l硫代乙酰胺(C2H5NS)在60℃和50rpm下搅拌30min。通过离心去除沉淀物(表3)。滤液用于后续过程。
表3：离心前和离心后水解产物的滤液中的锡
实施例8
实施例5的水解产物转化为与实施例2相对应的丙交酯。在同样的实验条件下(温度、压力、催化剂用量)，在4小时的反应时间后，由此产生的转化率(丙交酯相对于所用的缩聚物的量)至少为90％。
实施例9
实施例6或实施例7的水解产物与平均分子量为1000g/mol的乳酸缩聚物混合，该乳酸缩聚物对应于实施例1中所用的乳酸缩聚物，这样，形成的混合物生成平均分子量为500g/mol的乳酸缩聚物。形成的混合物被转化以形成对应于实施例1的丙交酯。4小时后，由此产生转化为丙交酯的至少90％的转化率。
图1示出了根据本发明所述方法的流程图，本发明所述的方法参照生产丙交酯的实施例进行说明。然而同样的方法设置也能用于其他环状二酯，例如乙交酯等。通过开关、T形管或泵a将乳酸从储液槽0加入到缩聚反应器Ⅰ中。这种乳酸至低聚乳酸的缩聚反应发生在缩聚反应器中。此外，低聚乳酸有可能已经存在于反应混合物中。在缩聚反应期间，分离出水Ⅶ，这些水例如能够以蒸气形式和/或在降低的压力下被去除。在步骤Ⅰ中获得的缩聚物通过开关、T形管或泵b供应至解聚反应器Ⅱ，该缩聚物主要由低聚羧酸构成。在缩聚反应器中，实施环化解聚生成丙交酯粗品Ⅲ，该丙交酯粗品从解聚反应器Ⅱ中分离出。环化解聚后残留在解聚反应器中的残留物基本对应于低聚羧酸，然而该低聚羧酸的缩聚程度高于步骤Ⅰ中获得的低聚羧酸的缩聚程度。在解聚反应期间残留的低聚羧酸被转入水解步骤Ⅳ作为水解介质，该水解介质例如为水或水与能够使用的乳酸的混合物。有可能地，随后能够发生水解产物的处理过程Ⅴ，水解产物例如固体物质、尤其是所包含的催化剂有可能在确保沉淀后能够被分离出来。在处理过程期间分离出的残留物例如能够通过清洗出口(净化)Ⅵ进行分离。因此处理后的水解产物例如能够通过开关、T形管或泵a和/或开关、T形管或泵b被加入到每种化合物的各自的流中，以便使这些成分的有效循环是可能的。尤其是，这种闭合循环系统只投入了乳酸却获得了高产率和高光学性质的丙交酯粗品，这是有利的。
完整实施例
取100g平均分子量为1000g/mol的乳酸缩聚物置于具有搅拌单元的实验烧瓶中，放于油浴中，在20mbar下(a)加入30mg的辛酸Sn(Ⅳ)后，加热至200℃。将产生的蒸气相凝结出来，并且该蒸气相中包括高达超过90％的丙交酯。2.5小时后，80％的缩聚物被转化为丙交酯。产生的残留物的平均分子量为2500g/mol，并且该残留物在120℃下转变为固态，丙交酯相的外消旋化程度为2.5％。。
将100g这样获得的残留物与50g水解介质(90％乳酸水溶液)一起加热，在100℃和大气压力下回流4小时并连续地充分混合。产生的溶液与硫化钠混合，然后在充分混合30min后过滤，以便去除固体物质颗粒。这样获得的均相溶液具有乳酸比例以重量计超过99％且外消旋化程度为2.5％，并能够与缩聚物混合以便直接供应至解聚单元。尽管再循环利用，所获得的丙交酯的总外消旋化程度在多个循环后从来没有增加，并且转化率高于直接解聚期间获得的最大值，转化率高达95％(参见实施例1)。通过在水解期间从分离杂质去除的量确定总产率，该总产率优选大于99％，然而在任何情况下都大于95％。

Claims (24)

1.一种用于生产通式Ⅰ的环酯的方法，
其中，
a)在第一步中，具有通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物的一部分通过环化解聚被转化为通式Ⅰ的环状二酯，通式Ⅰ和通式Ⅱ中R选自具有1-6个碳原子的直链型或支链型脂肪族基团，通式Ⅱ中n的平均值为1～20，
然后将生成的通式Ⅰ的环状二酯分离，未转化为通式Ⅰ的环状二酯的那部分通式Ⅱ的低聚羧酸在所述环化解聚过程中反应形成残留物，所述残留物包括通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物，所述残留物中的通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物的n平均值高于投入到第一步中的通式Ⅱ的低聚羧酸的n平均值，
b)在第二步中，在第一步中获得的、n平均值在2～40之间且为通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物的残留物通过水解介质发生水解以形成通式Ⅲ的α-羟基羧酸、或者形成n平均值在1～20之间的通式Ⅱ的低聚羧酸与通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物，其中所述水解介质选自由水、通式Ⅲ的α-羟基羧酸、或水和通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物构成的组，
c)在第二步中获得的水解产物至少部分地或全部地投入到第一步，
其特征在于，
一直实施第一步的环化解聚，直到所用的通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物以重量计至多98％通过所述环化解聚被转化为通式Ⅰ的环状二酯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被投入到第一步的、通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物由通式Ⅲ的α-羟基羧酸的在先缩聚获得，
R具有权利要求1中所指示的含义。
3.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，作为将水解产物投入到第一步的替代或额外步骤，水解产物被部分地或全部地投入到通式Ⅲ的α-羟基羧酸的在先缩聚中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一直实施第一步的环化解聚，直到所用的通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物以重量计至多95％通过所述环化解聚被转化为通式Ⅰ的环状二酯。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一直实施第一步的环化解聚，直到所用的通式Ⅱ的低聚羧酸的混合物以重量计60-85％通过所述环化解聚被转化为通式Ⅰ的环状二酯。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中实施的残留物的部分水解是通过用所述水解介质转化所述残留物来实施的，所述水解介质选自水和通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物，其中所述水和通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物中水含量以重量计为1-99％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中实施的残留物的部分水解是通过用所述水解介质转化所述残留物来实施的，所述水解介质选自水和通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物，其中所述水和通式Ⅲ的α-羟基羧酸的混合物中水含量以重量计为20-60％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中实施的部分水解是在500毫巴到2巴之间、和/或在50到300℃之间的温度下实施的。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中实施的部分水解是在900毫巴到1100毫巴之间的压力下、和/或在80到120℃之间的温度下实施的。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在再循环水解产物之前纯化所述水解产物。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在再循环水解产物之前通过过滤、离心、蒸馏、对可能存在的催化剂的沉淀和/或分离、离子交换法或多个之前提及的纯化方法纯化所述水解产物。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在再循环水解产物之前通过纳米过滤纯化所述水解产物。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中使用催化剂，所述催化剂为含锡催化剂。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中使用催化剂，所述催化剂为辛酸锡(Ⅳ)。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中实施的环化解聚是在100到300℃之间的温度下实施的。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中生成的通式Ⅰ的环状二酯的环化解聚和/或分离是在相对于标准状态降低的压力下实施的。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中生成的通式Ⅰ的环状二酯的环化解聚和/或分离是在10到100毫巴之间的压力下实施的。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通式Ⅱ的立体中心中具有高达至少95％的S-构型或R-构型。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通式Ⅱ的立体中心中具有高达至少99％的S-构型或R-构型。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
a)通式Ⅱ的立体中心中具有高达至少95％的S-构型，并一直实施第一步的环化解聚，直到被分离的通式Ⅰ的环状二酯中具有至多10％的R,S-构型和/或R,R-构型，或
b)通式Ⅱ的立体中心中具有高达至少95％的R-构型，并一直实施第一步的环化解聚，直到被分离的通式Ⅰ的环状二酯中具有至多10％的R,S-构型和/或S,S-构型。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
a)通式Ⅱ的立体中心中具有高达至少99％的R-构型，并一直实施第一步的环化解聚，直到被分离的通式Ⅰ的环状二酯中具有至多3％的R,S-构型和/或R,R-构型，或
b)通式Ⅱ的立体中心中具有高达至少99％的R-构型，并一直实施第一步的环化解聚，直到被分离的通式Ⅰ的环状二酯中具有至多3％的R,S-构型和/或S,S-构型。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一直实施第二步的水解，直到实现了10％的相对于残留物的立体中心的最大外消旋化。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一直实施第二步的水解，直到实现了3％的相对于残留物的立体中心的最大外消旋化。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通式Ⅰ至通式Ⅲ中的R为甲基。
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