DE4407036A1 - Prodn. of lactide from aq. lactic acid - Google Patents
Prodn. of lactide from aq. lactic acidInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Lactid aus Milchsäure oder Trialkylammoniumlactat durch thermische Kondensation der Ausgangsverbindungen zu Oligo meren der Milchsäure und Spaltung dieser Oligomeren zu Lactid.The present invention relates to an improved method for Production of lactide from lactic acid or trialkylammonium lactate by thermal condensation of the starting compounds to oligo mer of lactic acid and cleavage of these oligomers to lactide.
Lactid ist Ausgangsstoff für hochmolekulare Polylactide. Diese Polymeren finden u. a. Verwendung als resorbierbare chirurgische Nahtmaterialien.Lactide is the starting material for high-molecular polylactides. These Find polymers u. a. Use as an absorbable surgical Sutures.
Die an sich bekannte technische Herstellung von Lactid für die Weiterverarbeitung zu Polymeren geht im allgemeinen von monomerer Milchsäure aus, wobei diese in der D- oder L-Form sowie als race misches Gemisch vorliegen kann. Diese Säuren werden durch Erhit zen zu oligomeren Estern kondensiert, welche dann thermisch in Gegenwart von Katalysatoren in das Dimer Lactid gespalten werden, das destillativ isoliert werden kann. Bedingt durch die hohen Temperaturen und die langen Verweilzeiten kommt es bei diesem Verfahren zur Rückreaktion der oligomeren Ester mit Wasser zu Milchsäure sowie bei Verwendung optisch aktiver Milchsäure zur Racemisierung.The known technical production of lactide for the Further processing into polymers generally starts from monomeric Lactic acid, which is in the D or L form and as a race mixed mixture may be present. These acids are caused by heating zen condensed to oligomeric esters, which then thermally in The presence of catalysts are cleaved into the dimer lactide, that can be isolated by distillation. Due to the high Temperatures and the long dwell times come with this Process for back-reaction of the oligomeric esters with water Lactic acid and when using optically active lactic acid Racemization.
Zur Vermeidung dieser Nachteile lehrt die WO 92/00292 ein konti nuierliches Verfahren zur Herstellung von Lactid aus Milchsäure oder deren Estern. Nach dieser Lehre werden die Ausgangs verbindungen verdampft, an einem Festbettkatalysator zum Lactid cyclisiert und dieses wird anschließend aus dem gasförmigen Reak tionsgemisch isoliert. Auch bei einer solchen Verfahrensweise ist mit einer teilweisen Rückreaktion des Lactids mit während der Re aktion freigesetztem Wasser oder Alkohol zu rechnen, da diese Komponenten erst bei der Aufarbeitung aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt werden. Weiterhin kommt dieses Verfahren nur für ver dampfbare Ausgangsverbindungen in Betracht.To avoid these disadvantages, WO 92/00292 teaches a continuous Nuclear process for the production of lactide from lactic acid or their esters. According to this teaching, the starting compounds evaporated on a fixed bed catalyst to lactide cyclized and this is then from the gaseous reak tion mixture isolated. Even with such a procedure with a partial reverse reaction of the lactide with during the re action released water or alcohol as this Components only when working up from the reaction mixture be separated. Furthermore, this method comes only for ver vaporizable starting compounds into consideration.
Die kontinuierliche Herstellung von Lactid aus Milchsäure unter Austragen des Verfahrensprodukts sowie des bei der Cyclisierung gebildeten Wassers durch einen inerten Gasstrom beschreibt die US-A 5 043 458. Auch in diesem Verfahren kann die Rückreaktion von Lactid mit Wasser die Ausbeute senken, da diese Reaktionspro dukte gemeinsam im Reaktionsaustrag vorliegen, bevor sich eine Isolierung des Lactids anschließt. The continuous production of lactide from lactic acid Discharge of the process product as well as that during the cyclization water formed by an inert gas stream describes the US Pat. No. 5,043,458. The back reaction can also be carried out in this process of lactide with water reduce the yield, since this reaction pro products are together in the reaction discharge before one Isolation of the lactide follows.
Nach der Deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 43 41 770.1 können Trialkylammoniumlactate nach ihrer Isolie rung aus Milchsäurefermentationsbrühen mit einem Alkohol zu Milchsäureestern umgesetzt werden, die dann als Ausgangs verbindung für die Herstellung von Lactid dienen können.After the German patent application with the file number P 43 41 770.1 can trialkylammonium lactates after their isolation from lactic acid fermentation broths with an alcohol Lactic acid esters are implemented, which are then used as the starting compound can serve for the production of lactide.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zu fin den, daß die Herstellung von Lactid unter weitgehender Vermeidung einer Rückreaktion zu Milchsäure erlaubt.The object of the present invention was to provide a method the fact that the production of lactide is largely avoided allowed a back reaction to lactic acid.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von Lactid aus Milchsäure oder Trialkylammoniumlactaten gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß manAccordingly, a process for producing lactide from Lactic acid or trialkylammonium lactates found this is characterized in that one
- a) entweder eine wäßrige Milchsäurelösung mit einem organischen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 210 bis 300°C, das mit Wasser nicht mischbar ist und worin Lactid oberhalb von 200°C löslich ist,a) either an aqueous lactic acid solution with an organic Solvent with a boiling point of 210 to 300 ° C, with Water is immiscible and in which lactide is above 200 ° C is soluble
- b) oder eine wäßrige Lösung von Trialkylammoniumsalzen der Milchsäure, deren Trialkylaminkomponente einen Siedepunkt von 210 bis 300°C hat,b) or an aqueous solution of trialkylammonium salts Lactic acid, whose trialkylamine component has a boiling point of 210 to 300 ° C,
in einer ersten Stufe unter Abdestillieren von Wasser auf 100 bis 200°C erhitzt, anschließend wirksame Mengen eines Umesterungskata lysators zusetzt, das Reaktionsgemisch einer zweiten Stufe unter Abdestillieren von Wasser auf 200 bis 280°C erhitzt und das so erhaltene Lactid vom Reaktionsgemisch abtrennt.in a first stage by distilling off water to 100 to Heated 200 ° C, then effective amounts of a transesterification kata lysator adds the reaction mixture to a second stage Distilling water heated to 200 to 280 ° C and so lactide obtained separated from the reaction mixture.
Erfindungsgemäß werden wäßrige Milchsäurelösungen als Ausgangs stoffe eingesetzt, die im allgemeinen 5 bis 50 Gew.-% Milchsäure enthalten, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%.According to the invention, aqueous lactic acid solutions are used as the starting point substances used, generally 5 to 50 wt .-% lactic acid contain, preferably 10 to 20 wt .-%.
Diese Milchsäurelösung wird mit einem organischen Lösungsmittel versetzt, in der Regel im Gewichtsverhältnis von 0,5:1 bis 5:1, bezogen auf die Milchsäurelösung.This lactic acid solution comes with an organic solvent offset, usually in a weight ratio of 0.5: 1 to 5: 1, based on the lactic acid solution.
Erfindungsgemäß zu verwendende Lösungsmittel weisen bei Normal druck einen Siedepunkt von 210 bis 300°C auf. Sie sind mit Wasser nicht mischbar, d. h. die Gemische aus wäßriger Milchsäurelösung und Lösungsmittel bilden zwei Phasen aus. Weiterhin lösen sie - zumindest oberhalb 200°C - Lactid, wobei die Löslichkeit zweckmä ßigerweise mindestens 10 g Lactid pro 100 g Lösungsmittel betra gen sollte. Solvents to be used according to the invention have at normal print a boiling point of 210 to 300 ° C. You are with water immiscible, d. H. the mixtures of aqueous lactic acid solution and solvent form two phases. Furthermore they solve - at least above 200 ° C - lactide, the solubility expedient It is usually at least 10 g of lactide per 100 g of solvent should.
Diese Löslichkeiten bringen es mit sich, daß die Lösungsmittel auch für die oligomeren Ester der Milchsäure noch eine signifi kante Löslichkeit aufweisen.These solubilities mean that the solvents also a signifi cant for the oligomeric esters of lactic acid edge solubility.
Solche Lösungsmittel können aliphatische Kohlenwasserstoffe wie methyliertes Tetralin, Diphenyl, Diphenylmethan, Diphenylethan und Tetrahyronaphthalin sein, aber auch Ether wie Diphenylether oder Mischungen dieser Stoffe.Such solvents can include aliphatic hydrocarbons such as methylated tetralin, diphenyl, diphenylmethane, diphenylethane and tetrahyronaphthalene, but also ethers such as diphenyl ether or mixtures of these substances.
Alternativ zu den unter Punkt (a) beschriebenen Gemischen können auch wäßrige Lösungen von Trialkylammoniumlactaten als Ausgangs verbindung eingesetzt werden. In der Regel enthalten diese Lösun gen 10 bis 80 Gew.-% der Lactate und sind beispielsweise durch Versetzen wäßriger Milchsäurelösungen mit den entsprechenden Trialkylaminen erhältlich. Vorzugsweise handelt es sich bei die sen Milchsäurelösungen um solche, die durch Fermentation von Zuckern erhalten wurden (z. B. P 43 41 770.1).As an alternative to the mixtures described under point (a) also aqueous solutions of trialkylammonium lactates as starting materials connection can be used. As a rule, these contain solutions gen 10 to 80 wt .-% of the lactates and are, for example Add aqueous lactic acid solutions with the appropriate Trialkylamines available. It is preferably the lactic acid solutions around those produced by fermentation of sugars were obtained (e.g. P 43 41 770.1).
Die Trialkylamine, die zur Herstellung der Trialkylammoniumlac tate dienen, weisen einen Siedepunkt von 210 bis 300°C bei Normal druck auf. Es handelt sich dabei um gleiche oder verschiedene geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen tragende Amine, z. B. um Tributylamin, Tripentylamin, Trihexylamin, Trioctylamin und Tri-(2-ethylhexyl)-amin.The trialkylamines used to prepare the trialkylammoniumlac tate serve, have a boiling point of 210 to 300 ° C at normal print on. These are the same or different straight-chain or branched alkyl groups carrying amines, e.g. B. um Tributylamine, tripentylamine, trihexylamine, trioctylamine and Tri- (2-ethylhexyl) amine.
Unabhängig von der Wahl der genannten Ausgangsstoffe werden diese erfindungsgemäß unter Abdestillieren von Wasser auf 100 bis 200°C erhitzt. Im Falle der Verfahrensvariante (a) wird dabei das durch die wäßrige Milchsäurelösung in den Reaktor eingebrachte Wasser sowie das durch Oligomerisierung der Milchsäure freiwerdende Was ser abgetrennt. Die Oligomeren lösen sich zumindest teilweise im Lösungsmittel.Regardless of the choice of the starting materials mentioned, these are according to the invention by distilling off water to 100 to 200 ° C. heated. In the case of process variant (a), this is done by the aqueous lactic acid solution water introduced into the reactor and what is released by oligomerization of lactic acid severed. The oligomers dissolve at least partially in the Solvent.
Im Falle der Verfahrensvariante (b) wird das Trialkylammoniumlac tat unter den Reaktionsbedingungen in Milchsäure und Amin gespal ten, so daß wie bei (a) ein Zweiphasensystem vorliegt, aus dem Wasser entfernt wird. Nachdem zumindest ein Großteil des vorhan denen Wassers abdestilliert ist - in der Regel 80 bis 100% des in die Reaktion eingebrachten Wassers -, wird dem Reaktionsansatz ein Umesterungskatalysator zugesetzt. Darunter sind Katalysatoren zu verstehen, die den Austausch der Alkoholkomponente in Carbon säureestern katalysieren. Solche Katalysatoren sind z. B. in Ull mann′s Encyclopedia of Ind. Chem., 5th ed., VCH 1987, Vol. A 9, S. 575 beschrieben. In the case of process variant (b), the trialkylammonium lac did split into lactic acid and amine under the reaction conditions ten, so that as in (a) there is a two-phase system from which Water is removed. After at least a large part of the existing whose water is distilled off - usually 80 to 100% of water introduced into the reaction becomes the reaction batch a transesterification catalyst was added. Among them are catalysts understand the exchange of the alcohol component in carbon catalyze acid esters. Such catalysts are e.g. B. in Ull mann's Encyclopedia of Ind. Chem., 5th ed., VCH 1987, Vol. A 9, P. 575.
Vorzugsweise werden Verbindungen wie Zinkacetat, Manganacetat, Titan- und Zinnalkoxylate, z. B. Titantetrabutylat, Titantetraiso propylat und Zinn(II)-octoat verwendet, wobei die wirksame Mengen in der Regel bei 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Reaktionsge misch, liegen.Compounds such as zinc acetate, manganese acetate, Titanium and tin alkoxylates, e.g. B. titanium tetrabutylate, titanium tetraiso propylate and tin (II) octoate used, the effective amounts usually 0.05 to 1 wt .-%, based on the reaction mix, lie.
Nach Zugabe des Katalysators wird das Reaktionsgemisch unter Ab destillieren des bei der Gyclisierung der Oligomeren zum Lactid freigesetzten Wasser auf 200 bis 280°C erhitzt.After the addition of the catalyst, the reaction mixture under Ab distill the when cyclizing the oligomers to lactide released water heated to 200 to 280 ° C.
Diese zweite Stufe kann im gleichen oder in einem anderen Reak tionsgefäß durchgeführt werden wie die erste Stufe. Das Verfahren läßt sich in Reaktoren wie Rührkesseln, in einer Rührkessel kaskade, Blasensäulen oder Dünnschichtverdampfern ausüben. Es kann diskontinuierlich und kontinuierlich ausgeführt werden.This second stage can be in the same or a different reak be carried out like the first stage. The procedure can be in reactors such as stirred tanks, in a stirred tank Exercise cascade, bubble columns or thin film evaporators. It can be carried out discontinuously and continuously.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden das organische Lösungsmittel bzw. das Amin und Lactid nach dem Abdestillieren des Wassers von Katalysator und ggf. noch vorhandenen Oligomeren abdestilliert. Der Destillationssumpf kann wieder in die zweite Stufe der Reaktion zurückgeführt werden. Das Destillat kann ge kühlt werden, wobei je nach Lösungsmittel bzw. Amin das Lactid kristallin anfällt und durch Filtration isoliert wird oder aber oberhalb des Erstarrungspunktes des Lactids eine zweite Phase bildet und durch Phasentrennung isoliert wird. Das so erhaltene organische Lösungsmittel bzw. das Amin kann in die erste Stufe des Verfahrens zurückgeführt werden.In a preferred embodiment, the organic Solvent or the amine and lactide after distilling off the water of the catalyst and any oligomers still present distilled off. The distillation bottoms can again be in the second Stage of the reaction can be recycled. The distillate can ge are cooled, the lactide depending on the solvent or amine is obtained in crystalline form and is isolated by filtration or else a second phase above the solidification point of the lactide forms and is isolated by phase separation. The so obtained organic solvents or the amine can be in the first stage of the procedure.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von Lactid, wobei die Rückreaktion zu Milchsäure während der Reaktion dadurch vermieden wird, daß das Verfahrensprodukt oder seine oligomere Vorstufe in einem Lösungsmittel gelöst ist und so einer Reaktion mit Wasser entzogen ist. Weiterhin wird die hydrolyti sche Zersetzung des Katalysators vermieden, indem dieser dem Re aktionsgemisch erst nach Abtrennung der Hauptmenge an Wasser in der ersten Stufe zugesetzt wird.The method according to the invention allows the production of Lactide, the back reaction to lactic acid during the reaction is avoided in that the process product or its oligomeric precursor is dissolved in a solvent and so one Reaction with water is withdrawn. Furthermore, the hydrolyti cal decomposition of the catalyst avoided by this the Re action mixture only after separation of the main amount of water in is added to the first stage.
In einem Rührbehälter wurden 700 g einer 50 gew.-%igen wäßrigen Lösung von L-Milchsäure sowie 3500 g einer Mischung aus 50 Gew.-% Biphenyl und 50 Gew.-% Diphenylether unter Rühren 2 h auf 180°C unter Abdestillieren von 350 g Wasser erhitzt. Nach Zugabe von 0,6 g Zinn(II)-octoat wurde 15 Minuten unter Abdestillieren von 6 g Wasser auf 240°C erhitzt. Dann wurden bei 255°C das Verfahrensprodukt sowie das organische Lösungsmittel destilliert und auf Raumtemperatur abgekühlt. Es kristallisierten 230 g Lactid (Ausbeute: 82%), die durch Filtration isoliert wurden.700 g of a 50% strength by weight aqueous solution were placed in a stirred container Solution of L-lactic acid and 3500 g of a mixture of 50% by weight Biphenyl and 50 wt .-% diphenyl ether with stirring at 180 ° C for 2 h heated while distilling off 350 g of water. After adding 0.6 g of stannous octoate was distilled for 15 minutes 6 g of water heated to 240 ° C. Then at 255 ° C Process product and the organic solvent distilled and cooled to room temperature. 230 g crystallized Lactide (yield: 82%), which were isolated by filtration.
2,5 kg einer wäßrigen Lösung, die 13 Gew.-% Milchsäure (3,61 mol) enthielt, wurden mit 971 g (3,61 mol) Trihexylamin durch Vermi schen umgesetzt. Das so erhaltene Gemisch wurde innerhalb von 2 h von 100 auf 155°C erhitzt, wobei 2,18 kg Wasser abdestilliert wur den. Nach Zugabe von 0,8 g Zinn(II)-octoat wurden bei 245°C 130 g Wasser abdestilliert. Anschließend wurden Lactid und Trihexylamin bei 265°C destilliert und auf 120°C gekühlt, wobei sich zwei Pha sen bildeten. Es wurden 220 g Lactid (Ausbeute: 84%) isoliert.2.5 kg of an aqueous solution containing 13% by weight of lactic acid (3.61 mol) contained, were with 971 g (3.61 mol) of trihexylamine by Vermi implemented. The resulting mixture was within 2 h heated from 100 to 155 ° C, 2.18 kg of water being distilled off the. After addition of 0.8 g of stannous octoate, 130 g were obtained at 245 ° C Distilled water. Then lactide and trihexylamine distilled at 265 ° C and cooled to 120 ° C, two Pha sen formed. 220 g of lactide (yield: 84%) were isolated.
Claims (5)
- a) entweder eine wäßrige Milchsäurelösung mit einem organi schen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 210 bis 300°C, das mit Wasser nicht mischbar ist und worin Lactid oberhalb von 200°C löslich ist,
- b) oder eine wäßrige Lösung von Trialkylammoniumsalzen der Milchsäure, deren Trialkylaminkomponente einen Siedepunkt von 210 bis 300°C hat,
- a) either an aqueous lactic acid solution with an organic solvent with a boiling point of 210 to 300 ° C, which is immiscible with water and in which lactide is soluble above 200 ° C,
- b) or an aqueous solution of trialkylammonium salts of lactic acid, the trialkylamine component of which has a boiling point of 210 to 300 ° C,
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| DE19944407036 DE4407036A1 (en) | 1994-03-03 | 1994-03-03 | Prodn. of lactide from aq. lactic acid |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19944407036 DE4407036A1 (en) | 1994-03-03 | 1994-03-03 | Prodn. of lactide from aq. lactic acid |
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| DE19944407036 Withdrawn DE4407036A1 (en) | 1994-03-03 | 1994-03-03 | Prodn. of lactide from aq. lactic acid |
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