CN107438602B - 用于制造丙交酯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造丙交酯的方法，所述方法包括以下步骤：提供乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液；使溶液经受蒸发步骤以除去挥发性有机溶剂和水，致使形成包含乳酸低聚物的组合物；将催化剂添加到包含乳酸低聚物的组合物中，并使混合物达到反应条件以形成丙交酯。已经发现根据本发明的过程致使以高制备速率和良好产物质量高效制造丙交酯。

Description

用于制造丙交酯的方法

技术领域

本发明涉及用于制造丙交酯的方法。

背景技术

丙交酯是本领域中公知的作为聚丙交酯聚合物的起始材料，聚丙交酯聚合物还表示为聚乳酸或PLA。PLA在医学应用中使用，例如在生物可降解缝合线、夹具、骨板和生物活性受控释放设备中使用。此外，PLA对于许多应用(例如在包装方面的应用)是有吸引力的聚合物，因为它是生物可降解的，并且可从可再生资源获得。

通常，丙交酯由乳酸通过包括以下步骤的方法制造：聚合乳酸以形成乳酸低聚物，以及在催化剂存在下解聚该乳酸低聚物以形成丙交酯。乳酸可从许多来源获得，例如，通过将烃源提供到发酵培养基中以制造乳酸，随后分离乳酸。

发明内容

为了使PLA成为石油衍生型聚合物的有吸引力的替代物，在本领域中需要用于制造丙交酯的方法，该方法致使以高制备速率和良好产物质量高效制造丙交酯。本发明提供此类方法。

本发明涉及用于制造丙交酯的方法，其包括以下步骤：

—提供乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液，

—使溶液经受蒸发步骤以除去挥发性有机溶剂和水，致使形成包含乳酸低聚物的组合物，

—将催化剂添加到包含乳酸低聚物的组合物中，并使混合物达到反应条件以形成丙交酯。

已经发现根据本发明的工序具有许多优点。

首先，从具有总体成本效益的丙交酯制造方法角度看，从乳酸在有机溶剂中的溶液开始丙交酯制造步骤还具有工艺优点。这将在下文更详细地阐明。另外并且令人惊奇地，已经发现从乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液合成丙交酯实际上给出良好结果，并且甚至可产生比从乳酸在水中的溶液合成丙交酯更高的反应速率。

图1和图2分别示出从实施例1(基于参考水溶液的体系)和实施例2(根据本发明的基于MIBK的体系)的体系以及实施例1(基于参考水溶液的体系)和实施例4(根据本发明的基于MIBE的体系)的体系的预聚物制造的丙交酯的百分比与时间的关系。从图1和图2可以看出，与比较体系相比，根据本发明的体系示出更高的反应速率。这可用于配置整个工序和设备设计以降低成本。

如上所述，根据本发明的工序与工艺优点相关联。为了解释这一点，将首先描述制造乳酸的常规方法。

乳酸经常通过发酵制造。在发酵过程中，常添加碱来中和乳酸并保持pH在适合于微生物生成乳酸的范围内。这产生包含乳酸盐的发酵液。通常，乳酸盐通过与强无机酸的酸化转化成乳酸。这可对发酵液如此地进行，但是还可在从发酵液除去生物质和任选进一步的纯化步骤之后进行。其结果是水溶液，该水溶液包含乳酸、得自酸化步骤的 (溶解或固体)盐(乳酸盐的阳离子和来自酸的阴离子)和任选的其它组分比如得自发酵液的一种或多种附加组分。

存在其中可从该含水介质开始分离和纯化乳酸的许多方式。这些的实例包括蒸馏和萃取。在使用萃取步骤的情况下，发酵培养基经常在各种纯化步骤比如除去生物质之后与有机溶剂接触，致使形成乳酸在有机溶剂中的溶液。以两种方式之一来常规地加工此溶液。作为第一种可能性，乳酸在有机溶剂中的溶液通过使其与水接触而进行反萃取步骤。这在例如WO00/17378中有所描述，其描述使用胺、醇和醚，优选异戊醇、二异丙醚和三烷基胺(Alamine 336)，三烷基胺(Alamine 336)是高沸点叔胺，在水中溶解度低。WO95/03268描述用具有4至 12个碳原子以及具有选自羟基、酯基、酮基、醚基、羰基和酰胺基中的至少一个官能团的经氧化溶剂来萃取含有羧酸例如乳酸的进料。该溶剂萃取物随后用含水液体反萃取。此外，WO2013/093028描述使用选自C5+酮、二乙醚和甲基叔丁基醚的有机溶剂从包含乳酸和至少5 wt.％氯化镁的含水混合物中萃取乳酸。将有机乳酸溶液通过使其与水接触而进行反萃取步骤，以形成含水乳酸溶液。在该参考文献的方法中，萃取-反萃取组合使得可能获得比乳酸起始溶液更浓缩的乳酸产物溶液。

除了反萃取，还描述使用挥发性溶剂从水溶液萃取乳酸，然后除去溶剂。例如，US2,710,880描述使用具有3至4个碳原子的醇或酮从包含乳酸和溶质盐的含水介质萃取乳酸。在该实例中，通过蒸馏除去溶剂。GB173,479描述类似的方法。

GB280969描述一种方法，其中将硫酸和硫酸钠添加到80％的乳酸溶液中，并且将溶液用醚萃取。将提取物用水洗涤，以除去污染物。表明可以以“公知方式”除去并重新使用醚。

在根据本发明的工序中，并非使包含乳酸的提取物经受反萃取步骤或蒸馏步骤以回收乳酸，然后将乳酸转化为乳酸低聚物，而是，将乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液直接用作制造丙交酯的起始材料，这致使装置投资和加工成本的节约。此外，已经发现并且令人惊讶的是，根据本发明的工序致使丙交酯以良好收率形成、没有不期望副产物形成，并且甚至以可能增加的反应速率形成。

需注意，US2009/0093034描述使用选自甲苯、二甲苯、三甲基苯 (mesytylene)、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和矿油精的溶剂从 pH为4.8或更低的发酵液中萃取乳酸的方法。据述，可通过在减压下加热pH为4.8或更低的乳酸发酵培养基以及用水洗涤而获得低聚乳酸。其还描述一种方法，其中将如上所述的溶剂添加到发酵培养基中，将含溶剂的发酵培养基加热至溶剂和水的共沸点与溶剂的沸点之间的温度以形成乳酸低聚物，并且将发酵液加热至范围从60℃至溶剂沸点的温度，以从发酵培养基中萃取低聚乳酸。该参考文献没有具体描述产物到丙交酯的直接转换。

US2012/0116100描述用于制备羟基羧酸环状二聚体的方法，该方法包括羟基羧酸低聚物的解聚步骤，其中在解聚步骤中，在反应溶液流经水平设置的反应溶液通道时，在减压下经由来自加热介质通道的热转换加热反应溶液。未描述挥发性有机溶剂的使用。

US2011/0155557描述用于从乳酸低聚物制备丙交酯的方法，该方法包括在150℃和300℃之间的温度下在催化剂存在下加热乳酸低聚物的步骤。未描述挥发性有机溶剂的使用。

WO2012/110117描述使用丙交酯作为起始材料通过开环聚合过程制造聚羟基羧酸、特别是聚乳酸的方法。将丙交酯从聚合物产物中除去并循环到反应的起始。

未描述通过包括使用挥发性有机溶剂的方法制造丙交酯。

US5420304描述使用多种溶剂经由连续萃取/反应过程制造环酯的综合方法。未描述通过蒸发挥发性有机溶剂和水形成乳酸低聚物、接着添加催化剂以形成丙交酯。

具体实施方式

将在下文更详细地描述本发明及其各种实施方式。

根据本发明的工序中的第一步骤为提供乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液。

在本发明的上下文中，有机溶剂当其具有在大气压下低于200℃的沸点时为挥发性的。对于适用于本发明的溶剂，要求在根据本发明的工序中将遇到的条件下，该溶剂不与乳酸反应。

因此，溶剂应当不包含大量醇，因为醇可与乳酸反应形成乳酸酯。另外，溶剂应当不包含大量胺，因为胺可反应形成乳酸胺。

优选的是，该溶剂包含小于5wt.％的总的醇和胺，更特别是小于2 wt.％，还更特别是小于1wt.％。

另外，优选的是，溶剂不含有大量酯，因为它们可水解。因此，优选的是，溶剂包含小于5wt.％的酯，更特别是小于2wt.％，还更特别是小于1wt.％。

此外，优选的是，在本发明中使用的溶剂具有对乳酸的相对高溶解度。这允许制备相对高浓度(例如，至少5wt.％、更特别是至少10 wt.％)的乳酸在溶剂中的溶液。否则，将要求使用非常大的溶剂体积。为此，认为使用直链烷烃是较不合适的，并且对于芳族化合物比如甲苯、二甲苯、三甲基苯和乙苯也是如此。在本发明中使用的优选溶剂是选自C2-C10酮和C2-C10醚的那些。

在本发明中使用的特别优选的溶剂是选自C2-C8酮和C2-C6醚的那些。已经发现使用甲基异丁基酮、甲基乙基酮和2-戊酮或3-戊酮尤为有吸引力。

还可以使用化合物的混合物。

如上所述，乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液优选具有至少5wt.％、特别是至少10wt.％的乳酸浓度。没有最大乳酸浓度，因为溶剂无论如何都会被蒸发。乳酸浓度越高，则因此溶剂含量越低，将要求更少的溶剂蒸发，这从商业角度看有吸引力。从实际的角度来看，乳酸浓度通常低于40wt.％。

乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液可包含其它组分。特别地，其可包含水，尤其在该溶液得自萃取方法的情况下。因为对于丙交酯制造，必须除去水，所以优选的是，水含量相对低。特别地，优选的是，乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液的水含量低于15wt.％。

在一个实施方式中，乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液是通过从含水介质萃取乳酸、通过使含水介质与有机溶剂接触并使如此获得的反应介质经受液-液分离步骤而获得。这将更详细地在说明书中进一步讨论。

乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液经受蒸发步骤以除去有机溶剂和水，致使形成包含乳酸低聚物的组合物。

可以使用本领域中已知的方法进行蒸发步骤。蒸发可例如在大气压下以增加的温度进行或在减压下进行。在减压下操作的优点是可应用较低温度。使用较低温度对于减少乳酸的外消旋化可以有吸引力。

蒸发步骤致使形成包含乳酸低聚物的组合物。乳酸低聚物通常具有在2至30之间、特别是在4至20之间、更特别是在5至15之间的平均聚合度。据相信，在该范围内的平均聚合度的情况下，已经发现在一方面限制挥发性低分子量低聚物的量以及在另一方面通过限制极高分子量低聚物的量而使粘度保持在可接受水平之间的平衡。在本说明书的上下文中，平均聚合度可定义如下：

DP＝1+(1000/(FA*10/90)-90)/72

在该式中，DP表示平均聚合度，FA表示通过滴定确定的以wt％计的游离酸含量。

该组合物还可包含例如在0wt.％至5wt.％的范围内、更具体在0 wt.％至2wt.％的范围内、还更具体在0wt.％至0.5wt.％的范围内的残余量溶剂。

该组合物还可包含例如在0wt.％至5wt.％的范围内、更具体在0 wt.％至2wt.％的范围内、还更具体在0wt.％至0.5wt.％的范围内的水。

将催化剂添加到包含乳酸低聚物的组合物，该催化剂催化解聚/环化过程，其中乳酸低聚物转化成丙交酯。合适的催化剂是本领域已知的并且包括金属氧化物、金属卤化物、金属粉尘、衍生自羧酸等的有机金属化合物以及比如胍的有机化合物。认为优选的是使用包含锡(II) 的催化剂。该催化剂可以例如包含锡(Ⅱ)氧化物或锡(II)-2-乙基己酸，其为在本领域中公知用于此目的。以乳酸低聚物的量计，催化剂可以例如以0.01wt.％至5wt.％、特别是以0.01wt.％至2wt.％的量添加。

然后使反应混合物达到反应条件，以形成丙交酯。合适的反应条件包括在160℃至220℃范围内、更特别是在180℃至200℃范围内的温度，以及在1mbar至15mbar范围内的压力。在形成后，丙交酯蒸发并且可例如通过在冷凝器中冷凝来收集。较高沸点的乳酸低聚物不蒸发。因此，可以获得高纯度丙交酯。

通过根据本发明的工序获得的丙交酯还可通过本领域中已知的方法进行进一步加工。取决于预期的未来用途，可能期望纯化步骤比如结晶或蒸馏。

丙交酯(有时也称为双丙交酯)是乳酸的环状二聚体。乳酸以光学对映异构体的两种形式存在，命名为D-乳酸和L-乳酸。L-乳酸主要为天然存在的形式，并且是通常在发酵过程中获得的形式。两种类型乳酸的存在产生三种类型的丙交酯，取决于丙交酯是否由两个L乳酸分子、两个D-乳酸分子或L-乳酸分子和D-乳酸分子组合以形成二聚体。这三种二聚体分别命名为L-丙交酯、D-丙交酯和内消旋丙交酯。此外，熔点为约126℃的L-丙交酯和D-丙交酯的50/50混合物在文献中常被称为D,L-丙交酯。

已知在某些条件下乳酸和丙交酯的旋光性会改变，在不旋光性下倾向于平衡，其中存在等量的D和L对映异构体。已知D和L对映异构体在起始材料中的相对浓度、杂质或催化剂的存在和在变化的温度下的时间以及压力影响此类外消旋化的速率。乳酸或丙交酯的光学纯度对于在丙交酯的开环聚合后获得的聚乳酸的立体化学是决定性的，并且是聚合物特性的关键参数。

已发现，在本发明的方法中，起始材料的光学纯度可保持为相对大的程度。换句话讲，如果根据本发明的方法以具有至少90％、特别是至少95％、更特别是至少98.5％、甚至更特别是至少99.5％的光学纯度的乳酸开始，则通过光学纯度为至少85％、特别是至少92％、更特别是至少97.5％、甚至更特别是至少99％的反应混合物获得丙交酯蒸气。光学纯度的损失优选为小于5％、特别是小于3％、更特别是小于 1％、甚至更特别是小于0.5％，其中光学纯度的损失定义为起始乳酸的光学纯度和存在于丙交酯中的乳酸的光学纯度之间的差值，该丙交酯存在于通过反应混合物获得的丙交酯蒸气中。

在本说明书中，指示光学纯度是指以存在于体系中的乳酸的总量计的D-乳酸或L-乳酸的百分比。取决于过程中的阶段，乳酸将以乳酸、乳酸低聚物和/或丙交酯的形式存在。因此，90％的光学纯度意指以体系中存在的任何形式的乳酸分子的总量计，90％是L-乳酸，而10％为 D-乳酸，或90％是D-乳酸，而10％为L-乳酸。

优选的是，存在于起始材料中的乳酸是光学纯度为至少90％、特别是至少95％、更特别是至少98.5％、甚至更特别是至少99.5％的L- 乳酸。

在一个实施方式中，在根据本发明的工序中用作起始材料的乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液是通过从含水介质萃取乳酸而获得。该萃取步骤可包括使包含乳酸的含水介质与挥发性有机溶剂接触，该挥发性有机溶剂为至少部分地不易与包含乳酸的含水介质相混溶。对于合适的有机溶剂，参考上述内容。

含水介质的乳酸含量优选为尽可能高。例如，基于含水混合物总重量，含水混合物可包含至少5wt.％、优选为至少10wt.％、更优选为至少15wt.％的乳酸。可为特别优选的是至少20wt.％的值、更特别是至少25wt.％的值。作为最大值，可以提及40wt.％的值。

在一个实施方式中，含水混合物具有2或更低的pH，通常为低于 1的pH，例如0至1的pH。优选的是，pH相对低，以确保乳酸以酸的形式存在于混合物中，从而允许萃取。可通过添加无机酸来调整pH。

在一个实施方式中，包含乳酸的含水介质包含至少5wt.％的溶解无机盐。已经发现，存在溶解的无机盐引起改善的萃取过程，因为较大量的乳酸掺入到挥发性有机溶剂中。另外，溶解的无机盐的存在意指有机溶剂在含水介质中的溶解度降低。这致使萃取工序期间的更少溶剂损失，这从经济和环境角度来看均具有吸引力。另外，随着增加盐浓度，水在有机溶剂中的溶解度也降低。

这些组合效应引起潜在应用这样的溶剂，该溶剂易与纯水混溶、但是与包含大量盐的水仅部分地混溶。这产生更广泛范围的可能合适的溶剂。为了增加本发明的效果，盐的浓度优选为相对较高。盐浓度可优选为至少10wt.％、更优选为至少15wt.％、甚至更优选为至少20 wt.％。取决于溶液的乳酸含量，盐含量可更高，例如，至少25wt.％、或至少30wt.％、或有时至少35wt.％。最大值通常由所讨论的盐在所讨论的乳酸溶液中的溶解度确定，并且可由本领域技术人员容易地确定。

用于本发明的合适的无机盐为在水中具有高溶解度、特别是具有允许获得上述盐浓度的溶解度的无机盐。存在于无机盐中的阳离子优选地选自镁、钙、钾、钠、镍、钴、铁和铝、以及铵、和它们的组合。优选使用选自镁、钙、钠和钾中的一种或多种阳离子。特别优选使用钙和镁，因为已发现这些阳离子促进乳酸在有机相中的存在。为此，使用镁可为尤其优选。

无机盐的阴离子可例如选自硝酸盐、硫酸盐和卤化物。对于本领域技术人员显而易见的是，阴离子和阳离子应以获得合适盐的方式匹配。从实际的角度看，可优选使用卤化物盐。卤化物盐可为氟化物、氯化物、溴化物或碘化物。优选使用氯化物。这种选择与上述优选阳离子组合地应用。优选的盐的具体实例是MgCl₂、CaCl₂、NaCl和KCl。据发现，这些盐有助于增加乳酸至有机相的分布。认为优选使用氯化钙和氯化镁。可特别优选使用氯化镁。

在萃取步骤中，包含乳酸以及如上所述的优选溶解无机盐的含水介质通常在确保溶剂和介质之间紧密接触的条件下与有机溶剂结合。形成包含含水相和有机溶剂相的体系，该含水相(如果存在的话)包含可溶性盐和可能一些剩余乳酸，该有机溶剂相包含乳酸。

分离步骤(其中含水相和有机溶剂相经由液-液分离而彼此分离) 可使用本领域已知的用于分离液-液两相体系的方法进行。用于液-液分离的合适装置和方法的实例包括倾析、沉降、离心、使用板分离器、使用聚结器和使用水力旋流器。还可使用不同方法和装置的组合。

分离步骤可在任何合适温度下进行，通常在5℃至95℃范围内的温度下进行。对于溶剂相的组合物，参考上述内容。

在一个实施方式中，包含乳酸和优选地溶解无机盐的含水介质通过涵盖酸化步骤的方法获得，该酸化步骤包括将无机酸添加至乳酸盐，以提供包含乳酸和溶解无机盐的含水介质液体。

乳酸盐可处于固体形式，例如，处于滤饼或悬浮液的形式。这可以是其中乳酸盐在水中具有相对有限溶解度的情况，例如乳酸镁的情况。在另一方面，乳酸盐还可以以溶解的形式提供，例如对于乳酸钠、乳酸钾和乳酸钙。

在酸化步骤(也称为酸化作用步骤)中使用的酸通常为强酸，比如盐酸、硫酸或硝酸。酸应当以如下方式选择：酸的阴离子和乳酸盐的阳离子一起形成可溶性盐。优选使用盐酸或硝酸，其中特别优选使用盐酸。在这种情况下，含水混合物获得为包含乳酸和氯化物盐。在优选实施方式中，固体形式的乳酸镁与盐酸溶液接触，致使形成包含乳酸和溶解的乳酸镁的含水介质。

酸化作用可例如通过使处于固体或溶解形式的乳酸盐接触含水酸溶液而进行。在HCl(其还可为气体形式)的情况下，还能够使乳酸盐溶液或悬浮液与包含HCl的气流接触。

当乳酸盐的酸化作用是通过其与酸性溶液接触而进行时，优选具有尽可能高的酸浓度。如此高的酸浓度将产生期望的具有高乳酸浓度的含水混合物。基于酸性溶液的总重量，该酸性溶液因此包含至少5 wt.％、更优选地至少10wt.％、甚至更优选至少20wt.％的酸。

通常使用过量酸进行酸化作用。过量优选是低程度的，使得所获得的含水混合物不是高度酸性的，在进一步加工此类混合物的角度可能不期望高度酸性。例如，所使用过量的酸可使得所得含水混合物具有2或更低的pH、优选0至1的pH。

在使用包含HCl的气流的情况下，例如通过将气流吹过乳酸盐溶液或悬浮液，乳酸盐溶液或悬浮液可与包含HCl气流接触。在使用HCl 气体的情况下，HCl可源自如上所述的热分解步骤。

优选地，酸化作用在75℃或更低温度下进行。在更高温度下，使设备适应高温酸性环境的恶劣条件变得不经济。

在酸化作用之后，固体材料(如果存在的话)可以例如经由过滤从该含水混合物中除去。在含水混合物中存在固体材料是萃取期间不期望的。

在酸化作用之后，可在萃取前将含水混合物浓缩到最多达无机可溶性盐的溶解度的浓度。

在一个实施方式中，使用乳酸盐，特别是乳酸钙、乳酸钠、乳酸钾或乳酸镁，特别是乳酸镁，其源自发酵工序。因此，本发明的方法还可包括发酵步骤以形成乳酸，该发酵工序包括在发酵液中通过微生物对碳源比如碳水化合物进行发酵的步骤以形成乳酸、以及通过添加碱(特别是钠碱、钾碱、钙碱或镁碱，更特别是镁碱)中和至少一部分乳酸的步骤，从而获得如上所述的乳酸盐、特别是乳酸镁。

用于制造乳酸的发酵工序在本领域中是已知的并且在这里不需要进一步阐述。它由本领域技术人员在能力范围内使用其公知常识，根据所期望的待制备的酸选择合适发酵过程、碳源和可用微生物。

发酵工序的产物是发酵液，其为包含乳酸盐、生物质和任选其它组分比如杂质如糖、蛋白质和盐的含水液体。乳酸盐可以以固体形式存在、以溶解形式存在，或以固体形式和溶解形式两者存在。例如，乳酸钠、乳酸钾和乳酸钙通常以溶解形式存在。乳酸镁取决于浓度常以固体形式和溶解形式这两者存在。

如果如此期望，则发酵液在进一步加工之前可经受生物质除去步骤，例如过滤步骤。这通常优选用于改善产物质量、特别是产物颜色。

另一个中间步骤可以是在除去生物质之前、之后或同时从发酵液中分离固体反应产物例如乳酸镁，并任选地使固体产物例如乳酸镁经受洗涤步骤。乳酸镁取决于浓度可在发酵培养基中沉淀。在一个实施方式中，固体乳酸镁例如通过过滤从发酵培养基中分离并且经受如上所述的酸化步骤。

另一个中间步骤可以是使发酵液在酸化之前经受浓缩步骤来增加乳酸盐在组合物中的浓度。该步骤可在除去生物质之前、之后或与其同时进行。此类步骤对于增加固体乳酸盐的含量可具有吸引力，该乳酸盐然后可从如上所述的发酵液中分离，并且在根据本发明的工序中加工为固体乳酸盐，特别是乳酸镁。

对于本领域技术人员显而易见的将是，可根据需要进行其它中间步骤，例如纯化步骤。

对于本领域技术人员将清楚的是，可根据需要而组合根据本发明的方法中的各种步骤的优选方面。

实施例

本发明将通过以下实施例来阐明，但不限于此。

实施例1(比较)

制备9wt.％乳酸在水中的溶液4520g。该溶液在压力100mbar(a) 下浓缩至约90wt.％。在浓缩之后为480g浓缩的乳酸溶液。使用机械搅拌器将400g浓缩的乳酸溶液在圆底烧瓶中在90min内加热至设定点 180℃并且缓慢施加真空。在90分钟内，压力降低至100mbar(a)同时蒸发水。然后，在接下来的60min内压力进一步降低至50mbar并且最终降低至40mbar(a)。冷凝总共94g水。

如通过滴定所测量，如此制备的在烧瓶中的预聚物具有17wt.％的游离酸含量。通过这个数字可计算出预聚物的平均聚合度为7.1。HPLC 测量示出预聚物包含4.1wt.％总D丙交酯和L丙交酯以及小于0.1wt.％的内消旋丙交酯。如用Karl Fischer滴定法所测量，聚合物的水含量为 0.24wt％。

在预聚合步骤之后在相同反应器中立即进行丙交酯合成。首先添加0.05wt.％的2-乙基己酸锡(催化剂)。由于极高粘度，在搅拌器开始前，将烧瓶的内容物与预聚物(263g)加热到120℃。之后，将设定点增加至200℃。然后，真空降低至10mbar(a)。在3.25小时内蒸发并冷凝192g丙交酯。

如通过HPLC方法所测量，所得丙交酯包含87.8wt.％的总D丙交酯和L丙交酯以及3.3wt.％内消旋丙交酯。HPLC还示出残余组分主要为乳酸、乳酰乳酸和乳酰乳酰乳酸(lactoyllactoyllactic acid)。这些组分通过催化剂逐步从偶数和奇数低聚物裂解丙交酯而释放，并且同时具有与丙交酯在相同范围内的沸点，这些组分连同丙交酯一起被蒸发。

实施例2(根据本发明)-MIBK作为溶剂

制备10wt.％的乳酸在含有2％水的甲基异丁基酮(MIBK)中的溶液3977g。在90℃和压力120mbar(a)下将该溶液浓缩至约90wt.％。在浓缩之后为439g浓缩的乳酸溶液。使用机械搅拌器，将420g浓缩的乳酸溶液在圆底烧瓶中在50min内加热至设定点180℃，并且缓慢施加真空。在60min内，压力降低至100mbar(a)，同时仍然蒸发水和MIBK。当达到100mbar(a)时，几乎没有MIBK馏出到冷凝物，这指示(几乎)蒸发所有MIBK。然后在接下来的30min内压力进一步降低至50mbar(a)，并且仅收集2ml冷凝物。

冷凝总共117g的水/MIBK。通过滴定测量游离酸含量为12.2 wt.％，产生10的平均聚合度。

如通过HPLC所测量，预聚物包含5.2wt.％的总D丙交酯和L丙交酯、以及小于0.5wt.％的内消旋丙交酯。通过Karl Fischer滴定法测得预聚物中的水含量为0.43wt.％。

在预聚合步骤之后在相同反应器中以296g预聚物立即进行丙交酯合成。首先添加0.05wt.％的2-乙基己酸锡(催化剂)。烧瓶的内容物与预聚物加热到200℃。然后，真空降低至10mbar(a)。在2.25小时内蒸发并冷凝197g丙交酯。所得丙交酯包含87.3wt.％的总D丙交酯和L丙交酯、以及1.5wt.％内消旋丙交酯，残余部分为乳酸和更高级的低聚物。

图1示出由实施例1的体系(基于参考水溶液的体系)和实施例2 的体系(根据本发明的基于MIBK的体系)的预聚物制造的丙交酯的重量与时间的关系。从图1可以看出，根据本发明的体系示出高于比较体系的反应速率。这可用于配置整个工序和设备设计以减少成本。

实施例3(根据本发明)-2-戊酮作为溶剂

制备20wt.％的乳酸(乳酸晶体，柯碧恩-普拉克公司(Purac Corbion))在含有2wt.％水的2-戊酮(Acros公司)中的溶液2096.6g。在80℃至90℃下、于减压下在旋转蒸发仪中将该溶液浓缩至约90wt.％ (冷凝了1589.3g水和2-戊酮)。在浓缩之后为449g浓缩的乳酸溶液。用机械搅拌器将溶液转移到圆底烧瓶中并且在55分钟内加热至 180℃。在180℃下，缓慢施加真空降至100mbar。在60分钟内进一步蒸发水和2-戊酮，并且在室温下冷却的冷凝器中形成两相体系。在达到100mbar之后，压力进一步降低至50mbar，至以平衡态存在于预聚物中的一些丙交酯开始蒸发并且在冷凝器中结晶的点。

冷凝总计116g水/2-戊酮，其中56g为含水相。基于所有重量，估计制成具有平均聚合度为7至8的预聚物。该预聚物包含4.7wt.％的总D丙交酯和L丙交酯以及0.4wt.％的内消旋丙交酯。

接下来，添加0.05wt.％的2-乙基己酸锡(催化剂)。预聚物(315 g)加热至200℃，并且真空缓慢降低到10mbar。在160分钟内，馏出 157.3g丙交酯，比参考实施例更快。丙交酯具有68.3wt.％的D+L丙交酯含量。这比参考和MIBK的情况的纯度低，表明预聚物的相对较低DP以及由通过催化剂的预聚物的解聚释放的乳酸与乳酰乳酸的共蒸馏。通过优化预聚期间的温度-压力关系，可增加预聚物的DP以及因此的丙交酯的纯度。丙交酯的内消旋-丙交酯含量为0.9wt％。

实施例4(根据本发明)-MTBE作为溶剂

制备12wt.％的乳酸(乳酸晶体，柯碧恩-普拉克公司(Purac Corbion))在含有4wt％水的MTBE(甲基叔丁基醚，Acros公司)中的溶液3505.9g。在80℃至90℃下、于减压下在旋转蒸发仪中将该溶液浓缩至约90wt.％(冷凝了3040.3g水和MTBE)。在浓缩之后为434.9 g浓缩的乳酸溶液。用机械搅拌器将溶液转移到圆底烧瓶中并且在101 分钟内加热至设定点180℃。在180℃下，在23分钟内缓慢施加真空降至80mbar，同时进一步蒸发水和MTBE。在80mbar下，以平衡态存在于预聚物中的一些丙交酯开始蒸发并且在冷凝器中结晶，并且预聚停止。总计蒸发110g水和MTBE。估计制成具有平均聚合度为7至 8的预聚物。

该预聚物包含4.7wt.％的总D丙交酯和L丙交酯以及0.4wt.％的内消旋丙交酯。

接下来，添加0.05wt.％的2-乙基己酸锡(催化剂)。预聚物(316 g)加热至200℃，并且真空缓慢减少至5mbar。在153分钟内，馏出 180g丙交酯，比参考实施例更快。丙交酯具有77wt.％的D+L丙交酯含量。丙交酯的内消旋-丙交酯含量为1.1wt％。

图2示出由实施例1的体系(基于参考水溶液的体系)和实施例4 的体系(根据本发明的基于MTBE的体系)的预聚物制造的丙交酯的重量与时间的关系。从图2可以看出，根据本发明的体系示出高于比较体系的反应速率。这可用于配置整个工序和设备设计以减少成本。

实施例5(根据本发明)-MEK作为溶剂

制备25wt.％的乳酸(乳酸晶体，柯碧恩-普拉克公司(Purac Corbion))在含有10wt％水的MEK(甲基乙基酮，Acros公司)中的溶液1680g。在80℃下、在150mbar下在旋转蒸发仪中将该溶液浓缩至约90wt.％(冷凝了1217g水和MKE)。在浓缩之后为445.5g浓缩的乳酸溶液。用机械搅拌器将溶液转移到圆底烧瓶中并且在81分钟内加热至设定点180℃。在180℃下，在60分钟内缓慢施加真空降至100 mbar，同时进一步蒸发水和MEK。在100mbar下，一些丙交酯已经开始蒸发并且在冷凝器中结晶，并且预聚停止。总计蒸发94g水和MEK。估计制成具有平均聚合度为7至8的预聚物。

该预聚物包含3.5wt％的总D丙交酯和L丙交酯以及小于0.1wt.％的内消旋丙交酯。

接下来，添加0.05wt％的2-乙基己酸锡(催化剂)。预聚物加热至 200℃并且真空缓慢减少至10mbar。在185分钟内，馏出155g丙交酯，比参考实施例更快。丙交酯具有70wt％的D+L丙交酯含量。丙交酯的内消旋-丙交酯含量为1wt％。

Claims (38)

1.一种用于制造丙交酯的方法，所述方法包括以下步骤：

—提供乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液，

—使所述溶液经受蒸发步骤以除去挥发性有机溶剂和水，致使形成包含乳酸低聚物的组合物，其中所述挥发性有机溶剂包括小于5wt.％的总的醇和胺，并且所述有机溶剂选自C2-C10酮和C2-C10醚，—将催化剂添加到所述包含乳酸低聚物的组合物中，并使混合物达到反应条件以形成丙交酯。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液中的乳酸的浓度为至少5wt.％。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液中的乳酸的浓度为至少10wt.％。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液中的乳酸的浓度低于40wt.％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂选自C2-C8酮和C2-C6醚。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述溶剂选自甲基异丁基酮、甲基乙基酮和2-戊酮或3-戊酮。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液中的水含量低于15wt.％。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液中的水含量低于10wt.％。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在所述包含乳酸低聚物的组合物中，所述乳酸低聚物具有在2至30之间的平均聚合度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述包含乳酸低聚物的组合物中，所述乳酸低聚物具有在4至20之间的平均聚合度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述包含乳酸低聚物的组合物中，所述乳酸低聚物具有在5至15之间的平均聚合度。

12.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在所述蒸发步骤之后形成的所述包含乳酸低聚物的组合物包含0wt.％至5wt.％范围内的剩余量的溶剂，和或0wt.％至5wt.％范围内的水。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述蒸发步骤之后形成的所述包含乳酸低聚物的组合物中包含的溶剂的剩余量在0wt.％至2wt.％范围内。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述蒸发步骤之后形成的所述包含乳酸低聚物的组合物中包含的溶剂的剩余量在0wt.％至0.5wt.％范围内。

15.根据权利要求12所述的方法，其中在所述蒸发步骤之后形成的所述包含乳酸低聚物的组合物中包含的水的剩余量在0wt.％至2wt.％范围内。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述蒸发步骤之后形成的所述包含乳酸低聚物的组合物中包含的水的剩余量在0wt.％至0.5wt.％范围内。

17.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述丙交酯形成步骤期间的所述反应条件包括160℃至220℃范围内的温度，以及1mbar至15mbar范围内的压力。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述丙交酯形成步骤期间的所述反应条件包括180℃至200℃范围内的温度，以及1mbar至15mbar范围内的压力。

19.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中起始溶液中的乳酸具有至少90％的光学纯度，并且其中丙交酯蒸汽以至少85％的光学纯度获得。

20.根据权利要求19所述的方法，其中起始溶液中的乳酸具有至少95％的光学纯度。

21.根据权利要求20所述的方法，其中起始溶液中的乳酸具有至少98.5％的光学纯度。

22.根据权利要求21所述的方法，其中起始溶液中的乳酸具有至少99.5％的光学纯度。

23.根据权利要求19所述的方法，其中丙交酯蒸汽以至少92％的光学纯度获得。

24.根据权利要求23所述的方法，其中丙交酯蒸汽以至少97.5％的光学纯度获得。

25.根据权利要求24所述的方法，其中丙交酯蒸汽以至少99％的光学纯度获得。

26.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在丙交酯形成反应期间乳酸的光学纯度的损失小于5％。

27.根据权利要求26所述的方法，其中在丙交酯形成反应期间乳酸的光学纯度的损失小于3％。

28.根据权利要求27所述的方法，其中在丙交酯形成反应期间乳酸的光学纯度的损失小于1％。

29.根据权利要求28所述的方法，其中在丙交酯形成反应期间乳酸的光学纯度的损失小于0.5％。

30.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在工序中用作起始材料的所述乳酸在挥发性有机溶剂中的溶液是通过从含水介质中提取乳酸而获得。

31.根据权利要求30所述的方法，其中包含乳酸的所述含水介质包含至少5wt.％的溶解无机盐。

32.根据权利要求31所述的方法，其中包含乳酸和溶解无机盐的所述含水介质通过涵盖酸化步骤的方法而获得，所述酸化步骤包括将无机酸添加到乳酸盐。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述乳酸盐选自乳酸镁、乳酸钙、乳酸钠和乳酸钾。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述乳酸盐是乳酸镁。

35.根据权利要求32-34中任一项所述的方法，其中所述无机酸选自盐酸、硝酸和硫酸，其中所述酸以所述酸的阴离子和所述乳酸盐的阳离子一起形成可溶性盐的方式来选择。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述无机酸是盐酸或硝酸。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述无机酸是盐酸。

38.根据权利要求32-34中任一项所述的方法，其中乳酸盐的所述溶液得自发酵工序。

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