DE3632103C2

DE3632103C2 -

Info

Publication number: DE3632103C2
Application number: DE19863632103
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. 6101 Bickenbach De Mueller
Original assignee: Boehringer Ingelheim GmbH
Current assignee: Boehringer Ingelheim GmbH
Priority date: 1986-09-20
Filing date: 1986-09-20
Publication date: 1993-05-06
Also published as: DE3632103A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lactid, insbesondere von optisch reinem L(-)- bzw. D(+)-Lactid in einem technischen Maßstab.

Die Darstellung von Lactid ist seit längerem aus zahlreichen Patent- und Offenlegungsschriften bekannt.

So beansprucht die deutsche Patentschrift 2 67 826 ein Verfahren zur Darstellung von Lactid, bei dem Milchsäure langsam auf eine Temperatur von 200°C erhitzt und das dabei entstehende Polylactid, vorteilhafterweise im Vakuum, abdestilliert wird.

Aus der deutschen Patentschrift 12 34 703 wird die Herstellung von optisch aktivem L(-)-Lactid aus einer wäßrigen Lösung von L(+)-Milchsäure in Gegenwart von Titantetraalkylat offenbart. Die deutsche Auslegeschrift 10 83 275 beschreibt ein Herstellungsverfahren, bei dem die Depolymerisation in Gegenwart von Metallen oder ihrer Verbindungen der IV, V oder VIII Gruppe des Periodensystems erfolgen kann. In den Beispielen sind Zinkoxyd, Zinnoxyd und Antimonoxyd als Katalysatoren erwähnt. Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 15 43 958 die Verwendung von Blei(II)-stearat als Depolymerisationskatalysator bekannt.

Die genannten Publikationen beschreiben in ihren Beispielen lediglich Ansätze im Labormaßstab, d. h. bis ca. 1 kg. Wie die Praxis jedoch gelehrt hat, ist bei der Herstellung von Lactid, insbesondere optisch reinem Lactid, die direkte Übertragung auch erfolgreicher Laborversuche in den technischen Maßstab problematisch, wobei als Kriterien u. a. die optische Reinheit und die chemische Ausbeute anzusehen sind.

Während J. Klein in Makromol. Chem. 30, 35 (1959) berichten, daß die Depolymerisation von Polylactid in Gegenwart von Zinkstaub in 90%iger Ausbeute verläuft, können diese hohen Ausbeuten in einem technisch durchgeführten Produktionsverfahren nicht erreicht werden. Ein technisches Verfahren wie es industriell praktiziert wird, verwendet als Ausgangsmaterial L(+)-Milchsäure, die thermisch in L(-)-Polymilchsäure überführt und anschließend in Gegenwart eines Zink-Pulver-Katalysators zu L(-)-Lactid depolymerisiert wird. Nach diesem Verfahren können bei einem Ansatz ausgehend von ca. 440 kg L(+)-Milchsäure ca. 168 kg optisch aktives L(-)-Lactid in zufriedenstellender Qualität erhalten werden, das entspricht einer Ausbeute von ca. 50 bis 55% (bezogen auf L(+)-Milchsäure). Bei diesem Verfahren ist es notwendig nach jeder Charge das Reaktionsgefäß zu reinigen, wozu im allgemeinen halbkonzentrierte Natronlauge Verwendung findet.

Abgesehen davon, daß bei dem beschriebenen technischen Verfahren lediglich Ausbeuten zwischen 50 und 55% erreicht werden können, erwies sich dieses Verfahren als sehr kostenintensiv, da die Reaktionsapparatur sowohl während der Entwässerung der L(+)-Milchsäure wie auch während der Reinigungsphase nicht zur Herstellung von L(-)-Lactid genutzt werden kann.

Versuche, dieses ansatzweise arbeitende Verfahren auf ein kontinuierliches oder halbkontinuierliches Verfahren umzustellen, führte überraschenderweise zu einer Verschlechterung der Gesamtausbeute und einer Verminderung der optischen Reinheit des L(-)-Lactids.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Lactid, insbesondere von optisch reinem L(-)- bzw. D(+)-Lactid in technischem Maßstab zur Verfügung zu stellen, welches eine bessere Ausnutzung der eingesetzten Rohstoffe ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Polymilchsäure in Gegenwart von 0,05 bis 1,0 Gew.-% Zinnstaub bei vermindertem Druck auf 130 bis 230°C erhitzt, das sich bildende Lactid abdestilliert und kontinuierlich oder batchweise Polymilchsäure nachgefüllt wird.

Die optisch aktiven Lactide, L(-)-Lactid und D(+)-Lactid, werden nach analogem Verfahren ausgehend von den entsprechenden L(-)-Polymilchsäuren bzw. D(+)-Polymilchsäuren hergestellt.

Die in das Verfahren eingesetzte Polymilchsäure wird in einem gesonderten Reaktionsschritt nach bekannten Verfahren durch Entwässern von Milchsäure hergestellt.

Im Fall von optisch aktiven Polymilchsäuren erfolgt die Herstellung des Ausgangsmaterials selbstverständlich aus den entsprechend optisch aktiven Milchsäuren (L(+)-Milchsäure → L(-)-Polymilchsäure; D(-)-Milchsäure → D(+)-Polymilchsäure).

Im nachfolgenden wird das Verfahren zur Herstellung von L(-)-Lactid näher beschrieben, dieses ist jedoch ebenso auf die Herstellung von D(+)-Lactid, D,L-Lactid und meso-Lactid, durch den Einsatz der entsprechenden Polymilchsäuren übertragbar.

Beim Anfahren des Reaktors wird L(-)-Polymilchsäure vorgelegt und mit 0,05 bis 1,0 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,8 Gew.-% Zinnstaub versetzt. Anschließend wird bei vermindertem Druck auf 130 bis 230°C, bevorzugt 180 bis 200°C erhitzt, wobei das entstehende L(-)-Lactid abdestilliert wird. Der optimale Temperaturbereich ist von dem angelegten Vakuum abhängig und kann durch einfache Versuche ermittelt werden; es ist jedoch darauf zu achten, daß die Schmelztemperatur des Zinns (231°C) nicht überschritten wird. Eine möglichst niedrige Destillationstemperatur wirkt sich günstig auf die Reinheit des Destillats aus. Nachdem eine bestimmte Produktmente abdestilliert ist, wird L(-)-Polymilchsäure nachgefüllt. Dies geschieht zweckmäßigerweise in geschmolzener Form. Das Nachfüllen kann ansatzweise bzw. portionsweise oder aber auch in kontinuierlicher Form, z. B. durch Zutropfen, geschehen. Dabei kann die nachgefüllte Menge durchaus größer sein als die ursprüngliche, beim Start der Reaktion eingesetzte Menge.

Für den Fall, daß die L(-)-Polymilchsäure ansatzweise nachgefüllt wird, ist das Restvolumen des Reaktorinhalts in einem weiten Bereich bezüglich der Qualität des Produktes unkritisch, es ist jedoch zweckmäßig, nach ca. 50- bis 90%igem Umsatz aufzufüllen. Es ist nicht auszuschließen, daß ein zu weites Absenken des Reaktorinhalts zu einer Produktverschlechterung führt. Im Fall der kontinuierlichen Produktenführung erfolgt der Zulauf zweckmäßiger so, daß das Volumen des Reaktorinhalts weitestgehend konstant gehalten wird.

Das abdestillierte L(-)-Lactid wird nach bekannten Verfahren aufgearbeitet, z. B. durch Umkristallisieren in Alkohol mit C₁- bis C₆-, bevorzugt C₁- bis C₃- Kohlenstoffatomen, bevorzugt Isopropanol, oder durch Lösen und anschließendem Fällen in einem Nichtlösemittel.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man optisch reines L(-)-Lactid in 65%iger Ausbeute, bezogen auf den Einsatz von L(+)-Milchsäure.

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine hohe Ausbeute bei einem im technischen Maßstab durchgeführten Herstellungsverfahren bei hoher optischer Reinheit, eine bessere Ausnutzung des eigentlichen Depolymerisationsreaktors, so daß auch mit relativ kleinen Anlagen ein hoher Durchsatz (gemessen in kg/h) zu erreichen ist.

Während nach dem herkömmlichen Prozeß, unter Verwendung von Zinkstaub, gegen Ende der Reaktion eine deutliche Qualitätseinbuße des abdestillierten L(-)-Lactids beobachtet wurde, erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch nach wiederholtem Nachziehen an L(-)-Polymilchsäure eine gleichbleibende hohe Qualität; entsprechendes gilt auch für die anderen Lactide.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Vergleichsbeispiel Herkömmliches Verfahren unter Verwendung von Zink als Katalysator

440 kg L(+)-Milchsäure (90%ig) werden mit 2,2 kg Zinkstaub versetzt und bis ca. 180°C Sumpftemperatur und ca. 0,035 bar entwässert. Anschließend wird bis ca. 230°C und ca. 0,01 bar das entstehende L(-)-Lactid abdestilliert. Man erhält ca. 263 kg L(-)-Lactid als Destillat. Der Rückstand, ca. 10-20 kg, wird mittels ca. 150 kg verdünnter Natronlauge entfernt. Das erhaltene Destillat wird mit 263 kg Isopropanol versetzt, wobei man 195 kg L(-)-Lactid als Rohkristalle erhält. Durch Umkristallisieren aus Isopropanol unter Zusatz von Aktivkohle werden 168 kg L(-)-Lactid, = 53% bzw. auf L(+)-Milchsäure, mit einem Schmp. von 96-98°C und [α] < -287°C erhalten.

Beispiel 1

232 kg L(-)-Polymilchsäure mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 610 werden mit 1 kg Zinnstaub versetzt und auf 194°C-198°C, bei einem Vakuum von 1733-3333 Pa, erhitzt. Hierbei destilliert L(-)-Lactid ab. Nach einer Destillatmenge von 190 kg L(-)-Lactid werden 220 kg L(-)-Polymilchsäure nachgezogen und unter vorgenannten Bedingungen destilliert.

Dieses Verfahren wiederholt sich mehrmals:

Destillatmenge:\|188 kg
	154 kg
	178 kg
	355 kg
	370 kg
	363 kg
	378 kg
	398 kg
	374 kg
Nachgezogen:	186 kg
	226 kg
	405 kg
	393 kg
	396 kg
	409kg
	429kg
	401 kg
Rückstand	20 kg
Durchsatz	L(-)-Polymilchsäure: 44 kg/h

Das Destillat wird wie im Vergleichsbeispiel beschrieben, aufgearbeitet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Lactid in technischem Maßstab, dadurch gekennzeichnet, daß man Polymilchsäure in Gegenwart von 0,05 bis 1,0 Gew.-% Zinnstaub bei vermindertem Druck auf 130 bis 230°C erhitzt, das sich bildende Lactid abdestilliert und kontinuierlich oder ansatzweise Polymilchsäure nachfüllt.

2. Verfahren zur Herstellung von optisch reinem L(-)-Lactid in technischem Maßstab, dadurch gekennzeichnet, daß man L(-)-Polymilchsäure in Gegenwart von 0,05 bis 1,0 Gew.-% Zinnstaub bei vermindertem Druck auf 130 bis 230°C erhitzt, das sich bildende L(-)-Lactid abdestilliert und kontinuierlich oder ansatzweise L(-)-Polymilchsäure nachfüllt.

3. Verfahren zur Herstellung von optisch reinem D(+)-Lactid in technischem Maßstab, dadurch gekennzeichnet, daß man D(+)-Polymilchsäure in Gegenwart von 0,05 bis 1,0 Gew.-% Zinnstaub bei vermindertem Druck auf 130 bis 230°C erhitzt, das sich bildende D(+)-Lactid abdestilliert und kontinuierlich oder ansatzweise D(+)-Polymilchsäure nachfüllt.