DE69103159T2

DE69103159T2 - Herstellung von Lactid durch Dehydrierung einer mit wässeriger Milchsäure beschickten Vorlage.

Info

Publication number: DE69103159T2
Application number: DE69103159T
Authority: DE
Inventors: Richard Markle; Richard Sinclair; Russell Smith
Original assignee: Biopak Technology Ltd
Current assignee: Biopak Technology Ltd
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2011-09-19
Also published as: EP0552226A1; HK175595A; ZA917410B; IE62721B1; CN1061222A; ES2057917T3; US5274127A; MX9101131A; FI95697C; FI931185A0; AU653179B2; KR0171432B1; FI931185A; CA2091691A1; DE69103159D1; MY107225A; KR930702331A; ATE109141T1; BR9106855A; WO1992005167A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die katalytische Herstellung von Laktid und insbesondere auf deren direkte Herstellung aus Milchsäure.
In dieser Anmeldung gelten die folgenden Definitionen:
L&sub1;A : Milchsäure oder 2-Hydroxypropionsäure,
LD : Laktid oder 3,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion
L&sub2;A Lactoyl-Milchsäure oder Milchsäuredimer
L&sub3;A : Lactoyllactoyl-Milchsäure oder Milchsäuretrimer,
LnA : n-Oligomer von Milchsäure
Der PG oder Polymerisationsgrad von Milchsäure ist "n", d.h. die mittlere Zahl von Milchsäureeinheiten, die in dem Milchsäurepolymer kovalent miteinander verbunden sind.
Milchsäure besitzt ein asymmetrisches Kohlenstoffatom und kann somit in zwei enantiomeren Formen vorliegen. Laktid besitzt andererseits zwei asymmetrische Kohlenstoffatome und kann somit in drei stereoisomeren Formen vorliegen: L-Laktid, in dem beide asymmetrischen Kohlenstoffatome die L- (oder S-) Konfiguration besitzen; D-Laktid, in dem beide asymmetrischen Kohlenstoffatome die D- (oder R-) Konfiguration besitzen; und meso-Laktid, in dem ein asymmetrisches Atom die L-Konfiguration und das andere die D-Konfiguration besitzt. L-Laktid und D-Laktid sind Enantiomere. Bei der Herstellung von Laktid aus Milchsäure wäre es vorteilhaft, wenn die absolute Konfiguration der Milchsäurevorlage bei ihrer Umwandlung in Laktid beibehalten werden würde. Enantiomeres Laktid, insbesondere L-Laktid ist zur Herstellung von Polymeren, insbesonders zur Herstellung von in der Umwelt abbaubaren Polymeren verwendbar, wie sie in den gewöhnlich übertragenen U.S.-Anmeldungen Nr. 387 670; 387 676; 387 678; und 386 844 vorgeschlagen wurden.
Bisher verlief die Herstellung von Laktid aus Milchsäure über die anfängliche Bildung von oligomerer Milchsäure, LnA, wie etwa durch Dehydratisierung von wässriger Milchsäure, gefolgt von katalytischer Transveresterungsreaktion, die als "Rückseitenangriff" (back-biting) bekannt ist und nachstehend gezeigt ist:
Wie vorstehend gezeigt, ergibt sich durch die Depolymerisation von LnA infolge des Rückseitenangriffs die Herstellung von Laktid. Für eine derartige Reaktion vorgeschlagene Katalysatoren beinhalten Zinnpulver, Zinnhalogenide oder Zinncarboxylate (EP-Offenlegungsschrift 261 572 und 275 581); Zinnalkoxide (U.K. Patent Nr. 1,007,347); und Zink oder Zinn (EP-Offenlegungsschrift 264 926 und U.S. Patent Nr. 4,797,468). Ein weiteres Beispiel des Rückseitenangriffsverfahrens ist in US-A-3,867,190 zu finden.
Weitere Verfahren beinhalten das des US-Patents Nr. 4,797,163, bei dem ein Alkali- oder Erdalkali-Metallsalz von 2-halopropionsäure in einem nichtwäßrigen Lösungsmittel unter Bildung von Laktid erhitzt wird und das des US-Patents Nr. 4,070,375, bei dem 1,4-Dioxan-2-on und 5-substituierte 1,4- Dioxan-2-one durch Kontaktierung von CO mit Formaldehyd, einem 1,2-Glykol, und HF-Katalysator hergestellt werden. In US- Patent Nr. 4,727,163 wird ein thermisch stabiles Polyetherrumpf-/α-Hydroxysäure(ester)-Blockcopolymer im Vakuum unter Bildung von zyklischen Estern thermisch abgebaut. In US-Patent Nr. 4,835,293 wird ein Präpolymer, das ein Polymer einer α-Hydroxysäure/eines α-Hydroxysäureesters oder eines Blockcopolymers davon in einen stabilen Polyether bei Atmosphärendruck oder Atmosphärenüberdruck zerlegt, wobei eine Benetzung der Reaktionsmischung mit inertem Gas beibehalten wird, um die sich bildenden Dämpfe aus zyklischem Ester zu erzeugen.
Gemäß eines ersten Gesichtspunktes der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Laktid (LD) [3,6-Dimethyl-1,4- dioxan-2,5-dion] aus wäßriger Milchsäurevorlage bereitgestellt, die mit Milchsäure (L&sub1;A) und Milchsäuredimer (L&sub2;A) angereichert war, wobei dieses umfaßt:
die Behandlung der Vorlage zur Entfernung von Wasser daraus, bis die behandelte Vorlage einen Polymerisationsgrad in einem Bereich von 1,59 bis 2,63, gemessen durch Titration, besitzt, und danach Beendigung der Behandlung unter Herstellung eines rohen Laktidprodukts; und
Trennung des Laktids von dem rohen Laktidprodukt.
Gemäß eines zweiten Gesichtspunktes der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Laktid (LD) [3,6-Dimethyl-1, 4- dioxan-2,5-dion] aus einer wäßrigen Milchsäurevorlage bereitgestellt, die mit Milchsäure (L&sub1;A) und Milchsäuredimer (L&sub2;A) angereichert und an höheren Oligomeren von Milchsäure (LnA) verarmt war, wobei dieses umfaßt:
Erhitzen der Vorlage bei erhöhter Temperatur zur Entfernung von Wasser daraus, bis die erhitzte Vorlage einen Polymerisationsgrad im Bereich von 1,59 bis 2,63, gemessen durch Titration besitzt, und danach Beendigung des Erhitzens unter Herstellung eines rohen Laktidprodukts; und
Trennung des Laktids vom rohen Laktidprodukt.
Im allgemeinen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von L-Laktid aus wäßriger L-Milchsäure. Wäßrige L-Milchsäurevorlage für die vorliegenden Zwecke umfalt eine wäßrige Mischung aus einer oder mehreren der folgenden Verbindungen L&sub1;A, L&sub2;A und L&sub3;A, ggfs. mit vorhandenem LD. L- Milchsäure ist die bevorzugte Konfiguration der Vorlage zur Herstellung von L-Laktid, und soll angenommen werden, selbst wenn das Konfigurationssymbol in der Anmeldung nicht immer verwendet wird. Wäßrige Milchsäurevorlage wird zur Entfernung von Wasser aus dieser behandelt, bis ein Polymerisationsgrad (PG) nicht wesentlich mehr als etwa 2 erreicht wird. Die Behandlung wird dann unter Herstellung eines rohen LD-Produktes beendet. LD wird dann von dem rohen LD-Produkt abgetrennt. Eine bevorzugte Behandlung beinhaltet die Erhitzung der Vorlage bei erhöhter Temperatur unter Entfernung des Wassers, wobei sich zusätzliches LD bildet.
LD kann von dem rohen LD-Produkt mit einer Vielzahl von Verfahren getrennt werden, wobei ein LD-verarmtes Produkt entsteht. Dieses LD-verarmte Produkt, ggfs. angereichert mit zusätzlicher wäßriger Milchsäure und/oder Wasser kann dann dem Verfahren zur Herstellung von zusätzlichem Laktid wieder zugeführt werden. Die Ausführungsform der Erfindung mit diesem Kreislauf-oder Rückführungsverfahren ermöglicht es, eine sehr hohe Laktid-Konversion zu erhalten.
Ein Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit der direkten Konversion von Milchsäure in Laktid mit hoher Reinheit. Ein weiterer Vorteil ist es, daß das asymmetrische Kohlenstoffatom in dem Laktid-Produkt in der gleichen absoluten Konfiguration wie in der Milchsäurevorlage, aus der es hergestellt wurde, vorherrscht. Ein weiterer Vorteil ist ein für das Recycling von umgesetzter Milchsäure und von während des Behandlungsverfahrens gebildeten Nebenprodukten zugängliches Verfahren. Die Einfachheit des Verfahrens ist ein weiterer Vorteil. Diese und weitere Vorteile werden durch die hier vorliegende Beschreibung für den Fachmann offensichtlich.
Ein anfänglicher Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daD die Milchsäurevorlage in wäßriger Form in die Dampfphase übergeführt wird. Die Rolle des Wassers in dem Verfahren kann unter Bezugnahme auf die folgenden Gleichge wichtsreaktionen beurteilt werden.
oder anders geschrieben:
2L&sub1;A E> L&sub2;A + H&sub2;O
LA + L&sub2;A E> L&sub3;A + H&sub2;O
2L&sub2;A E> L&sub4;A + H&sub2;O
etc.
So wird beobachtet, daß sich L&sub1;A in Gleichgewicht mit höheren Oligomeren von Milchsäure und Wasser befindet. Durch Entfernung des Wassers verschieben sich diese Reaktionen nach rechts. Tatsächlich werden L&sub2;A und höhere Milchsäureoligomere (LnA) durch Dehydratisierung von wäßriger Milchsäure hergestellt. So sollte ausreichend Wasser vorhanden sein, damit das vorstehend dargelegte Gleichgewicht die Gegenwart von L&sub1;A und L&sub2;A im Ansatz begünstigt. Eine zusätzliche Wassermenge im Ansatz ist zuungunsten der damit verbundenen Handhabung und Energiekosten möglich.
In den vorstehenden Gleichgewichtsreaktionen war es nicht bekannt, daß bei Entfernung von Wasser unter Erzeugung von oligomerer Milchsäure mit höherem PG auch LD erzeugt wird. Wie die Daten zeigen werden, wird bei einem PG von etwa 2 der LD- Gehalt des Stoffes maximal. Es soll erneut festgestellt werden, daß die Entfernung von Wasser die treibende Kraft hinter dieser Reaktion ist. Wenn die Wasserentfernung bei einem PG von etwa 2 beendet wird, kann LD von der Reaktionsmischung abgetrennt und für den Einsatz wiedergewonnen werden. Es wurde erkannt, daß in der Technik immer wäßrige Milchsäure zur Bildung von oligomerer LnA mit einem PG von 5 oder mehr dehydratisiert wurde. Daher wurde in der Technik eine als Rückseitenangriff bekannte Katalysereaktion zur Herstellung von Laktid verwendet. Es wurde in der Technik jedoch nicht erkannt, daß während der Dehydratisierung gebildetes Laktid maximal ein Gehalt von etwa 2 betrug. Es blieb auch unerkannt, daß LD in Gegenwart von heißem LnA und Wasser ausreichend stabil ist und in beträchtlichen Mengen isoliert werden kann.
Da das rohe LD-Produkt einen PG von etwa 2 besitzt und die Verfahrensbedingungen die Entfernung von Wasser beinhalten, ist die zweckmäßige Milchsäurevorlage an L&sub1;A und L&sub2;A angereichert und an höheren Oligomeren LnA-Arten verarmt. Das heißt nicht, daß L&sub3;A, L&sub4;A und einige höhere oligomere LnA-Arten in der Milchsäurevorlage nicht vorhanden sind, aber ihre Gegenwart sollte minimiert werden, um die LD-Herstellung erfindungsgemäß zu maximieren. Der an höheren oligomeren LnA-Arten angereicherte Milchsäure-Ansatz sollte vorzugsweise hydrolysiert werden, um die vorstehend dargelegten Gleichgewichts gleichungen zur Anreicherung von L&sub1;A und L&sub2;A in der Milchsäurevorlage vorteilhaft auszunutzen. Die Gegenwart von höheren oligomeren LnA-Arten setzt somit lediglich die Ausbeute an LD im vorliegenden Verfahren herab. Der Milchsäure-Ansatz kann selbst LD enthalten, insbesondere bei Einsatz einer Rückführung des rohen LD-Ansatzes, der zur Abtrennung des LD-Produkts von diesem behandelt wurde. Die Gegenwart von LD im Ansatz scheint keine nachteiligen Wirkungen auf die Umwandlung von L&sub1;A und L&sub2;A in LD zu haben, d.h., LD kann eher kinetisch als streng nach Gleichgewichtsanteilen gewonnen werden.
Eine Vielzahl von Reaktoren und Reaktionsverläufe sind zur Behandlung der wäßrigen Milchsäurevorlage für die Entfernung von Wasser vorstellbar. Eine zügige Behandlung beinhaltet das Erhitzen von wäßriger Milchsäure bei erhöhter Temperatur (d.h. 150º-225ºC), um das Wasser daraus zu entfernen, bis die erhitzte Vorlage einen PG von nicht wesentlich mehr als etwa 2 besitzt. Alternative Behandlungsverläufe zur Entfernung von Wasser sind jedoch vorstellbar. Eine zusätzliche Behandlung kann die Zugabe eines Wasserfängers beinhalten, der vorzugsweise mit Wasser unter Bildung einer im Verfahren unschädlichen Verbindung reagiert. Derartige Verbindungen beinhalten beispielsweise Anhydride (z.B. Essigsäureanhydrid), Acetale (z.B. der Diethylacetal von Acetaldehyd), Carbodiimide, und Ketale (z.B. Demethylketal von Aceton). Eine weitere vorstellbare Technik zur Entfernung von Wasser aus wäßriger Milchsäurevorlage beinhaltet die Aufbringung der Vorlage auf eine osmotische Membran, die zur Durchleitung von Wassermolekülen geeignet ist und dennoch L&sub1;A, L&sub2;A, LD und dgl. zurückhalten kann. Solange bevorzugt Wasser aus der wäßrigen Milchsäurevorlage entfernt wird, bis ein PG von nicht wesentlich mehr als etwa 2 erreicht ist, ergeben die vorstehend aufgeführten Gleichgewichtsreaktionen die Bildung des LD-Produkts.
Man glaubt, daß in einem nicht-katalysierten Verfahren L&sub2;A unter Bildung von LD zyklisiert (oder verestert). LD befindet sich in der Reaktionsmischung in Gleichgewicht mit L&sub2;A, jedoch ist das erzeugte rohe LD-Produkt keine Gleichgewichtsreaktionsmischung. Das heißt, das LD wird anscheinend während der Behandlung gebildet, wodurch sich der PG auf einen Wert von nicht wesentlich mehr als etwa 2 erhöht. Dann muß die Behandlung beendet werden und das rohe LD-Produkt zur Entfernung von LD behandelt werden. Wenn man die Reaktionsmischung mit dem rohen LD-Produkt zu lange stehenläßt, stellt sich ein Gleichgewicht zwischen den Reaktanten und Produkten in der Reaktionsmischung ein und es ist wahrscheinlich, daß ein Teil des LD in L&sub2;A zurückgeführt wird, oder unter Bildung von L&sub3;A und L&sub4;A reagiert. Ein ausgedehnter Zeitraum zwischen der Erzeugung des rohen LD-Produktes und der Trennung des LD von sind nicht empfehlenswert.
Herkömmliche Rückseiten-Angriffsreaktionen oder Depolymerisationsreaktionen von höheren oligomeren LnA-Arten zur LD-Produktion werden in Gegenwart von Katalysatoren durchgeführt. Dementsprechend wurde in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung auch die Wirkung von Katalysatoren auf das vorliegende Verfahren erforscht. Wie die Daten in den Beispielen zeigen werden, besitzt die Gegenwart von herkömmlichen Katalysatoren, z.B. Zinnverbindungen, sehr wenig Wirkung auf die LD-Produktion, verglichen mit der Durchführung des Verfahrens im wesentlichen bei Abwesenheit derartiger Katalysatoren. Diese Ergebnisse können erklärt werden, indem postuliert wurde, daß durch die Funktionalität des Zinnkatalysators oligomere LnA-Arten mit höheren PG in kleinere Fragmente gespalten werden, die Laktid bilden. Bei einem PG von etwa 2 glaubt man, daß der Mechanismus der LD-Produktion primär einen schnellen Ringschluß mit sich bringt, der die Gegenwart eines Katalysators nicht erfordert. So ist die Gegenwart von herkömmlichen LD-erzeugenden Katalysatoren im vorliegenden Verfahren nicht nötig, obwohl deren Gegenwart nicht ausgeschlossen wird.
Eine Vielzahl von Trennungstechniken ist zur Trennung des LD von dem durch die Behandlung der wäßrigen Milchsäurevorlage erzeugten rohen LD-Produkts vorstellbar. Diese Techniken beinhalten beispielsweise das Waschen des rohen LD-Produktes mit kaltem Wasser, fraktionierte Destillation des rohen LD- Produktes, Lösungsmittelextraktion des rohen LD-Produktes und die Umkristallisierung des rohen LD-Produkts zur LD-Wiedergewinnung daraus. Kombinationen dieser Techniken können zusätzlich verwendet werden.
Das derzeit bevorzugte Verfahrensschema zur Wiedergewinnung von LD beinhaltet die Destillation, die vorzugsweise im Vakuum durchgeführt wird und/oder die Verwendung eines organischen Kodestillationslösungsmittels, um die Entfernung von LD aus dem rohen LD-Produkt zu erleichtern. Ein Kodestillations lösungsmittel ist zweckmäßig, insbesondere für grobe Destillationsanlagen, bei denen für die Hitze der LD-Bildung und Destillation eine Destillierblase erforderlich ist. Das Kodestillationslösungsmittel führt dem oberen Teil der Destillationsanlage Wärme zu und stellt den Wärmeübergang für die Reaktion bereit. Zusätzlich verdünnt ein Kodestillationslösungsmittel den Dampf von der Vorlage und beschleunigt das Ringschlußverfahren. Insbesondere zweckmäßig ist die Verwendung eines Kodestillationslösungsmittels, das mit LD und den LnA-Arten nicht mischbar ist. Dadurch wird für zusätzlichen Dampfdruck des Lösungsmittels und des LD und für die Trennung des LD vom Lösungsmittel gesorgt. Eine Klasse von Kodestillationslösungsmitteln, die den bevorzugten Bedingungen entsprechen, umfasst Alkylbenzole, insbesondere solche mit einem Siedepunkt gleich oder leicht über dem von LD. Stellvertretende, bevorzugte Alkylbenzol-Lösungsmittel beinhalten höhere Alkylbenzole wie C&sub1;&sub0;- bis C&sub2;&sub2;-Alkylbenzole und vorzugsweise Dodecylbenzol oder Tridecylbenzol. Destillationsfraktionen mit einer mittleren Zusammensetzung an Dodecylbenzol sind zur Verwendung in der Erfindung recht zweckmäßig. Diese gemischten Fraktionen sorgen für den nötigen Siedepunkt, sind nichttoxisch und gewerblich erhältlich.
Das zur Entfernung von LD behandelte rohe LD-Produkt enthält LnA, das in LD übergeführt werden kann, typischerweise durch Behandlung des Produktrückstandes zur Anreicherung von L&sub1;A und L&sub2;A. Wenn die Destillation die Wasserentfernungsbehandlung der Wahl ist, kann der Destillationssumpf zusätzlich mit dem Produktrückstand zur Wiederzuführung zum Verfahren kombiniert werden. Die Hydrolyse dieses Rückführungsstroms zur Anreicherung von L&sub1;A und L&sub2;A ist typischerweise bei Zugabe zusätzlicher frischer wäßriger Milchsäurevorlage empfehlenswert. Eine Gesamtausbeute an LD über 90% kann bei Verwendung derartiger Recyclingtechniken erwartet werden.
Die folgenden Beispiele zeigen die Durchführung der vorliegenden Erfindung, aber sollten nicht zu deren Einschränkung verwendet werden. Bei diesen Anwendungen sind alle Prozentwerte und Anteile gewichtsbezogen und alle Einheiten entsprechen dem metrischen System, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben wurde. Auch alle hier angeführten Verweise werden ausdrücklich durch Verweis hierin eingeschlossen.

Beispiele

Beispiel 1

An einem 3 l Drei-Hals-Rundkolben wurde ein mechanischer Rührer, eine Stickstoffbegasung und eine direkte Destillationsentnahme zu einem Kondensator und am Sammelbehälter eine Entlüftungsvorrichtung und ein Manometer angebracht. In den Kolben wurden 650 ml (770,4g) 88%-ige L-Milchsäurevorlage eingefüllt und auf 120º-130ºC unter Rühren und Stickstoff-Blasenbildung erhitzt. Wasser wurde unter Verwendung einer Wasser- Saugflasche bei 150-220 Torr destilliert. Aliquots wurden während des Erhitzens entfernt und deren PG (Polymerisations grad) wurde durch Titration bestimmt. Dann wurde nach Methylierung mit Diazomethan der Prozentgehalt an L&sub2;A, L&sub3;A, L&sub4;A und LD der Aliquots durch Gaschromatographie (GO) bestimmt. Die aufgezeichneten Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Tabelle 1 Zusammensetzung (Gew.-%) (b) Destillationsbedingungen Druck(Torr) (a) Titration mit KOH. OLA ist oligomere Milchsäure (b) Gaschromatographie von Methylestern (c) L-Milchsäurevorlage (d) Verlängerte Distillation (über Nacht)
Wie die vorstehend tabellierten Daten zeigen, zeigte die LD- Produktion überraschenderweise bei einem PG von etwa 2 einen Spitzenwert. Dieser Spitzenwert der LD-Produktion wurde bei relativ milden Destillationsbedingungen auf einfache Weise erhalten. Wenn der Kolbeninhalt weiter zu höherem PG dehydratisiert wird, beginnt das LD schließlich zu destillieren. Fortgesetzte Destillation bis zum Gleichgewichtszustand ergibt einen LD-Gehalt in der Blase von etwa 3-6% der vorhandenen oligomeren Milchsäuren, d.h. wie beim herkömmlichen Rückseitenangriff.

Beispiele 2-11

Eine Blase wurde mit einem Destillationskopf und einem gekühlten Sammelgefäß, einem Beschickungstrichter und einem Druckregler verbunden, um einen Druck von etwa 50-60 Torr aufrechtzuerhalten. Aliquots der Stoffe mit verschiedenem PG von Beispiel 1 wurden stufenweise destilliert, indem sie durch den erhitzten Trichter (145ºC) der Blase unter schnellem Rühren tropfenweise zugegeben wurden. Die Blasentemperatur der Schmelze wurde durch ein internes Thermoelement überwacht und die Blase wurde mit einem externen Ölbad erhitzt. Die Blasentemperatur wurde variiert und die Destillationsgeschwindigkeit vermerkt. Die schnell destillierende Stoffmenge, d.h. einige Tropfen pro Sekunde, wurde gewogen und mit der in der Blase verbleibenden Menge verglichen. Die Destillationen waren im allgemeinen zu Beginn jeden Laufs schnell und verlangsamten sich schließlich auf etwa 1/5 der ursprünglichen Geschwindigkeit, d.h. ein Tropfen pro 2 - 3 Sekunden. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen aufgezeichnet. Tabelle 2 Beispiel Menge (b) destill.-/nicht destill.(Gew.%) Destill.-Temperatur(ºC) (c) Destillations-Geschwindigk. Spuren destill. schnell langsam mittel sehr langsam(a) Durch Titration (b) Als Gew.-% des Ausgangsmaterials (c) 50-60 Torr Tabelle 3 Ausgangsstoff L-LD(b)(Gew.-%) Destillat Blase Spuren (a) Polymerisationsgrad des Ausgangsmaterials, durch Titration (b) Zusammensetzung der GC-Analysen nach Methylierung mit Diazomethan
Die Ergebnisse aus Tabelle 2 zeigen, daß zur Destillation von LD fortschreitend höhere Temperaturen nötig sind, wenn der PG und die Schmelzviskosität ansteigt. Die schnelldestillierende Stoffmenge erhöht sich bei geringerem PG, jedoch wird die beste Ausbeute und Reinheit bei einem PG von etwa 2 gefunden. Dies ist durch Vergleich der Daten von Tabelle 2 mit denen der Tabelle 3, wo die Produkte geprüft wurden, ersichtlich. Diese Beispiele zeigen, daß LD aus Stoffen mit geringerem PG schnell destilliert werden kann und daß diese Geschwindigkeit viel schneller ist als der Crack-Mechanismus nach dem Stand der Technik bei höherem PG, z.B. einem PG von 5 und darüber. Die größte Anreicherung von LD tritt bei einem PG von etwa 2 auf, bei dem dieses auch schnell destilliert. Da die Menge an LD nach Destillation größer ist als die Menge an LD vor Destillation, bildet sich LD während der Destillation wahrscheinlich durch einen Ringschluß-Mechanismus.

Beispiele 12-14

Die Versuche der Beispiele 8, 10 und 11 wurden wiederholt, außer daß ein Gew.-% Zinn(II)octoat zu dem Ausgangsmaterial zugegeben wurde. Die aufgezeichneten Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Tabelle 4 Beispiel Katalysator(b) mit/ohne destilliert(c) (Gew.-%) Destill.-Geschwindigk. mit ohne Spuren sehr langsam mittel (a) durch Titration (b) ein (1) Prozent Zinn(II)octoat (c) als Gew.-% des Ausgangsmaterials
Die Destillationsgeschwindigkeit von Laktid wurde durch Verwendung des Katalysators nur beschleunigt, wenn der PG entsprechend den vorstehend tabellierten Daten größer als 2 war. Dies ist unter Berücksichtigung des wahrscheinlich vorliegenden chemischen Mechanismus verständlich. Man glaubt, daß Zinn(II)octoat wirkt, indem es die oligomeren Milchsäuren mit höherem PG in kleinere Fragmente spaltet, die Laktid bilden und ist deshalb zur PG-Steuerung wirksam. Bei einem PG von etwa 2 ist der Mechanismus wahrscheinlich hauptsächlich ein schneller Ringschluß ohne Katalysator, welcher nur geringen erkennbaren Effekt auf die Destillationsgeschwindigkeit bei diesem PG hat. Dementsprechend sind herkömmliche Katalysatoren im erfindungsgemäßen Lactid-Herstellungsverfahren überflüssig.

Beispiel 15

Es wurde eine Laborvorrichtung verwendet, um die Grundoperation der kontinuierlichen Zugabe einer oligomeren Milchsäurevorlage mit PG 2 zu einer Destillationssäule zur Bildung, Destillation und Reinigung des LD-Produkts zu zeigen. Die Hitze für die Säule wurde von der Flüssigkeit der Destillierblase bereitgestellt, die in einer 5-Boden-Oldershaw-Säule unter Rückfluß erhitzt wurde. Die Vorlage wurde in den Kopf der Säule eingefüllt, wo LD mit dem Dampf der Destillierblase kodestilliert. Weiteres LD bildet sich, wenn die Vorlage die Säule hinab sickert. Höhere LnA-Oligomere (n größer als 3) erreichen schließlich den Boden der Destillationssumpf. Wasser wird mit einem heißen Kondensator entfernt, der jegliche Milchsäure verwirft und diese in die Säule zurückleitet. Das LD wird durch einen Auslaß an der unteren Seite zu einem gekühlten Fraktionssammler abdestilliert.
Die verwendete Flüssigkeit der Destillierblase war ein Alkylbenzol (AB), in dem der Alkylrest eine Mischung von C&sub1;&sub1;- bis C&sub1;&sub4;-Isomeren war. Das Alkylbenzol besaß einen Siedebereich von 220º-230ºC bei 56 Torr, nachdem ein kleiner Vorlaufverworfen wurde. Das Alkylbenzol ist mit LD oder LnA sowohl im heißen als auch im kalten Zustand vollständig unvermischbar. Der Wärmefluß wurde aufrecht erhalten, so daß das Alkylbenzol bei tropfenweiser Zugabe der Vorlage mit einer Geschwindigkeit von etwa 17-75 g/Std. schwach siedet. Etwa 3-4 Gewichtsteile an rohem LD destillieren pro 1 Gewichtsteil Alkylbenzol. Alkylbenzol allein destilliert bei 58 Torr bei 215º- 220ºC, wogegen LD bei den gleichen Bedingungen bei 189ºC destilliert. Alkylbenzol und Lactid kodestillieren bei 165º- 177ºC bei 56 Torr. Das Vorlagematerial mit PG 2 wurde auf etwa 80º-120ºC erhitzt und über ein kleines Teflon -Rohr dem System zugeführt. Die Vorlage wird durch Vakuum oder Pumpen mit einer Peristaltikpumpe in das System gezogen. Die Geschwindigkeit wurde durch die Temperatur der Vorlage, ihre Viskosität und den Innendurchmesser des Rohrs oder die Geschwindigkeit der Pumpe, je nach Verwendung, bestimmt.
Die Milchsäurevorlage mit PG 2 (146,22g) wurde in die Säule während eines Zeitraumes von 2 Stunden eingefüllt. Die Destillierblase wurde bei einer Temperatur von 222º-224ºC und einem Druck von 94 Torr gehalten. Der obere Boden der Säule wurde bei etwa 174º-178ºC gehalten, der LD-Entnahmepunkt war bei einer Temperatur von etwa 167ºC, die Sammelblase der Vorlage wurde bei etwa 80º-90ºC gehalten und das Teflon -Spei sungsrohr wurde bei einer Temperatur von 44ºC gehalten und der Druck in der gesamten Säule unter Verwendung von Druckreglern, Manometern, Kühlfallen und Vakuumpumpen auf 94 Torr ausgesteuert. Nach 2 Stunden wurde der Druck auf 53 Torr verringert und zusätzliche 51,82 g des Vorlagematerials wurden in die Säule während eines Zeitraums von 95 Minuten eingefüllt. Die Produkte wurden bei den zwei Druckbedingungen in getrennten Fraktionen gesammelt.
Die erste Fraktion bei höherem Druck ergab 66,05 g Destillat, aus dem das Alkylbenzol-Lösungsmittel dekantiert wurde. Die untere Phase des Dekantierungsschrittes ergab ein rohes weißes kristallines LD-Produkt, das mit niedrig siedendem Petroliumether gewaschen wurde und im Vakuum unter Gewinnung von 49,53 g LD-Produkt getrocknet wurde. Aufähnliche Weise ergab die zweite Fraktion bei geringerem Druck 62,45 g Destillat und 50,48 g rohes LD nach Waschen mit Petroleumether zur Entfernung des Alkylbenzol-Lösungsmittels. Der Destillationssumpf wurde gekühlt und das Alkylbenzol unter Gewinnung von 94,33 g oligomerer Milchsäuren dekantiert. Der Wasserkondensator entfernte 4,8 ml Wasser. Die Materialbilanz wurde zu 100,6% berechnet.
Die Ausbeute an rohem Laktid beruhte auf der Umwandlung von L&sub2;A in LD von 88,9% der Theorie. Auf dieser Grundlage betrug die Gesamtausbeute an rohem LD 56,8%. Die GC-Bestimmung der zwei Fraktionen wurde nach Behandlung eines Aliquots mit Diazomethan und Vergleich mit Standards durchgeführt. Die GC- Analyse ist nachstehend gezeigt. Tabelle 4 GC-Bestimmung (Gew. -%) Komponente Fraktion Gesamt
Die Gesamtausbeute an LD vor Reinigung wurde mit 34,6% berechnet. Diese Ergebnisse zeigen, daß das rohe LD-Produkt mit PG 2 mit einem zweckmäßigen Lösungsmittel zur Sammlung des LD-Produkts kontinuierlich kodestilliert werden kann.

Beispiel 16

Das Verfahren des Beispiels 15 wurde wiederholt, außer daß 116,87 g Vorlage mit PG 2,13 drei Stunden lang bei konstantem Druck von 53 Torr zugeführt wurden. Das nach Waschen und Trocknung gesammelte rohe LD wog 73,43 g. Nachdem die Zugabe beendet wurde, wurde eine zweite Fraktion entnommen, da die Destillation eine weitere Stunde fortgesetzt wurde. Die zweite Fraktion ergab 14,83 g rohes LD nach Waschen und Trocknung. Die erste während der kontinuierlichen Zugabe erfolgte Fraktion berechnete sich zu 70,7% der Theorie unter Vernachlässigung von Verunreinigungen und die zweite Fraktion berechnet sich zu 14,3% der Theorie Es wurde eine Materialbilanz von 103% für die LA und Alkylbenzol-Materialien gefunden. Die zwei Fraktionen wurden mit GC bestimmt, wodurch sich folgendes ergab: Tabelle 5 GC-Bestimmung (Gew. %) Komponente Fraktion Gesamt
Schließlich zeigte die Bestimmung des Destillationssumpfs die Gegenwart von 2,9% LD und 0% L&sub1;A, L&sub2;A und L&sub3;A.

Beispiel 17

Das LD aus der ersten Fraktion des Beispiels 16 wurde in trockenem Methylisobutylketon (MIBK) umkristallisiert, das LD durch Filtration abgetrennt und das MIBK-Filtrat in einem Rotationsverdampfer ausgetrieben. Der Filtratrückstand wurde mit dem Destillationssumpf des Beispiels 16 durch Vermischen und kurzes Erhitzen auf 120º-140ºC vereint. Der PG dieser Mischung betrug nach Titration 2,37. Die Mischung wurde durch Vermischen mit 2,96 ml heiter Milchsäurevorlage (85% L-Milchsäure) mit einem PG von etwa 2,0 - 2,1 wiederhergestellt. In der wiederhergestellten Mischung wurde durch GC ein Gehalt an L&sub1;A von 5,1%, an L&sub2;A von 4,9% und an LD von 35,4% bestimmt. Der Rest des Materials waren wahrscheinlich höhere Oligomere, LnA (größer als 3). Das wiederhergestellte Material wurde in das in Beispiel 16 beschriebene Verfahren wieder rückgeführt. Die Vorlage wog 94,19 g. Das wiedergewonnene Produkt wurde nach dem Verfahren gewaschen und getrocknet, wodurch sich 44,34 g rohes, weißes, kristallines LD ergaben, das zu 65-71% LD bestimmt wurde. Dieses Experiment zeigt, daß der Destillationssumpf unter Herstellung zusätzlichen LD-Produkts wieder rückgeführt werden kann.

Beispiele 18-19

Der Destillationssumpf und Reinigungsausschuß aus Beispiel 17 wurden mit zusätzlichen 85% L&sub1;A auf einen PG von 2,0-2,1 wieder hergestellt und in einem zweiten Rückführungsschritt wiederverwendet. Auf ähnliche Weise wurde ein dritter Rückführungsschritt am Ende des zweiten Rückführungsschrittes unter Verwendung dessen Destillationssumpfes und Reinigungsausschußes verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Tabelle 6 Beispiel Rückführ rohes LD(a) % d. Theor. GC-Best. Gew.-% LD-Ausb./Zyklus(b) % d. Theorie Mittel(a) [Gewicht des rohen Destillats/Gewicht des Ausgangsmaterials x 0,889] x 100 (b) gewonnen durch Multiplikation von Säule 2 (rohes LD) mit Säule 3 (Bestimmung) Tabelle 7 Zusammensetzung (Gew.-%) GC Gesamt Spuren
Die vorstehend tabellierten Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren in einer kontinuierlichen Rückführung ohne wesentlichen Rückgang der LD-Ausbeute und ohne erkennbaren Materialverlust durchgeführt werden kann. Das Verfahren sollte bei kontinuierlichem Betrieb LD-Ausbeuten über 90% ergeben.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Laktid (LD) [3,6-Dimethyl- 1,4-dioxan-2,5-dion] aus einer wäßrigen Milchsäurevorlage, die an Milchsäure (L&sub1;A) und Milchsäuredimer (L&sub2;A) angereichert war, wobei dieses umfaßt:

die Behandlung der Vorlage zur Entfernung von Wasser aus dieser, bis die behandelte Vorlage einen Polymerisationsgrad im Bereich von 1,59 - 2,63 besaß, wie mit Titration gemessen wurde, und danach Beendigung der Behandlung zur Herstellung eines rohen Laktid-Produktes; und

Abtrennung des Laktids aus dem rohen Laktid-Produkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Behandlung ausgewählt wird aus Erhitzen bei erhöhter Temperatur, Zugabe eines Wasserfängers, der bevorzugt mit Wasser reagiert, und Verwendung einer osmotischen Membran.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wasserfänger entweder ein Anhydrid oder ein Ketal oder beides ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abtrennung eines oder mehrerer der folgenden Verfahren ist: Waschen mit kalten Wasser, fraktionierte Destillation, Lösungsmittelextraktion und Lösungsmittelumkristallisierung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Trennungstechnik die Destillation ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Destillation unter Verwendung eines organischen Kodestillationslösungsmittels durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Kodestillationslösungsmittel ein Alkylbenzol umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Alkylbenzol aus der aus Dodecylbenzol, Tridexylbezol und Mischungen aus diesen bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das rohe LD-Produkt, aus dem das LD abgetrennt wurde, mit einem PG von weniger als 2 wiederhergestellt wird und zur zusätzlichen Behandlung rückgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Laktid (LD) [3,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion] aus einer wäßrigen Milchsäurevorlage, die an Milchsäure (L&sub1;A) und Milchsäuredimer (L&sub2;A) angereichert und an höheren Oligomeren von Milchsäure (LnA) verarmt war, wobei dieses umfaßt:

Erhitzen der Vorlage bei erhöhter Temperatur zur Entfernung von Wasser aus dieser, bis die erhitzte Vorlage einen Polymerisationsgrad im Bereich von 1,59 - 2,63 besitzt, wie mit Titration gemessen wurde, und danach Beendigung des Erhitzens zur Herstellung eines hohen Laktid- Produkts; und

Abtrennung des Laktids vom rohen Laktid-Produkt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erhitzen im Vakuum durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150º-225ºC erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 - 12, wobei das rohe LD-Produkt, aus dem das LD abgetrennt wurde, mit einem PG von weniger als 2 wiederhergestellt und zur zusätzlichen Behandlung rückgeführt wurde.