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GEBIET DER
OFFENBARUNG
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren für die Reinigung von Isosorbid
durch Destillation und Umkristallisation in Anwesenheit eines aliphatischen
Alkohols.
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HINTERGRUND
DER OFFENBARUNG
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Anhydrozuckeralkohole,
insbesondere Derivate von Mannitol, Iditol und Sorbitol, sind für ihre therapeutischen
Verwendungen und Verwendungen in Nahrungsmitteln bekannt. Weiter
wird gegenwärtig
zumindest Isosorbid, 1,4:3,6-Dianhydrosorbitol, als erneuerbarer
natürlicher
Rohstoff für
die Herstellung von Polymeren, speziell Polyestern, untersucht,
weil Isosorbid ein Derivat von Sorbitol ist, das aus verschiedenen
natürlichen
Rohstoffen, einschließlich
Maisstärke
und Cassava (Tapioka), erhalten werden kann. Siehe verwandte Anmeldungen
zu Verfahren der Herstellung und Produkten, hergestellt aus Polymeren
mit Isosorbid-, Terephthaloyl- und Ethylenglycoleinheiten,
US 5959066 ;
US 6063465 ;
US 6126992 ;
US 5958581 ;
US 6140422 ;
US 6603495 ;
US 6025061 und
US 6063464 .
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Die
Reinheitsanforderungen für
die Verwendung von Anhydrozuckeralkoholen unterscheiden sich in Abhängigkeit
von der beabsichtigten Anwendung. In Nahrungsmittel- und Arzneimittelanwendungen
ist es zum Beispiel eine Anforderung, daß es keine Verunreinigungen
gibt, die bei Verwendung des Materials, das den Anhydrozuckeralkohol
enthält,
Schaden für
das Individuum oder den Organismus bewirken. Nach dieser Definition
kann ein Anhydrozuckeralkohol zahlreiche andere Materialien oder
Verunreinigungen enthalten, die keine Anhydrozuckeralkohole sind,
und doch noch als rein für
eine Nahrungsmittel- oder Arzneimittelanwendung angesehen werden.
In Polymeranwendungen, speziell denjenigen, die optische Klarheit
erfordern, wie beispielsweise Polymere, die beim Verpacken verwendet
werden, ist es eine Anforderung an die Monomerreinheit, daß keine
Materialien oder Verunreinigungen in dem Monomer vorhanden sind,
die bewirken könnten, daß das resultierende
Polymer während
Synthese und/oder Verarbeitung einen unakzeptablen Farbgrad annimmt.
Verunreinigungen, die in für
Nahrungsmittel- und Arzneimittelanwendungen verwendeten Anhydrozuckeralkoholen
zulässig
sein können,
können
in der Tat für
Anhydrozuckeralkohole, die in Polymeranwendungen verwendet werden
sollen, nicht akzeptabel sein, da diese Verunreinigungen zu der
Entwicklung eines unakzeptablen Farbniveaus während der Synthese oder Verarbeitung
des Polymers führen
können.
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Verschiedene
Verfahren der Reinigung von Anhydrozuckeralkoholen sind auf dem
Fachgebiet bekannt. Zum Beispiel können derartige Alkohole durch
Vakuumdestillation oder Umkristallisation aus einem organischen
Lösungsmittel,
wie beispielsweise Ethylacetat und/oder Ether, wie bei Flèche und
Huchette, "Isosorbide:
Preparation, Properties and Chemistry" („Isosorbid:
Herstellung, Eigenschaften und Chemie"), starch/stärke 38 (1986) Nr. 1. S. 26-30
auf 29, offenbart, oder Methylethylketon, wie in der US-Patentschrift 3454603
offenbart, gereinigt werden. Diese Verfahren entfernen jedoch nicht
hinreichend Verunreinigungen, die zur Entwicklung eines unakzeptablen
Farbniveaus während
Polymersynthese und/oder -verarbeitung führen können.
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Reinigung
durch Umkristallisation aus Wasser ist ebenfalls bekannt, wie bei
Beck, „Dianhydrosorbitol – a new
pharmaceutical ingredient" („Dianhydrosorbitol – ein neuer
pharmazeutischer Bestandteil"),
Pharmaceutical Manufacturing International, S. 97-100 auf 97-98
(1996) offenbart, obwohl das Produkt, das daraus resultiert, nur
zu etwa 97% rein ist. Im allgemeinen ist Wasser als Lösungsmittel
unerwünscht,
weil Anhydrozucker extrem hygroskopisch sind.
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Reinigung
durch Destillation unter vermindertem Druck in Anwesenheit von Borhydridionen
ist ebenfalls vorgeschlagen worden, wie von Flèche und Huchette, S. 29,
offenbart ist und wie in der US-Patentschrift 3160641
für die
Reduktion von Periodat-verbrauchenden Verunreinigungen in Isosorbid
unter Verwendung von Borsäure
beschrieben ist.
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Verfahren
sind auch für
die Reinigung von Anhydrozuckeralkoholderivaten und zur Reinigung
von Anhydrozuckeralkoholvorprodukten bekannt. Reinigung von speziellen
Anhydrozuckeralkoholderivaten durch Umkristallisation aus Methanol
und Ethanol wird zum Beispiel bei Hockett et al., J. Am. Chem. Soc.,
Bd. 68, S. 930-935 (1946); Cope und Chen, J. Am. Chem. Soc. S. 3177-3182 (1956); und
Ojrzanowski et al., Acta Pol. Pharm. 43(6) S. 567-71 (1986) demonstriert.
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Weiterhin
wird Reinigung von Vorprodukten wie beispielsweise D-Mannitol und
D-Glucitol durch Extraktion oder Umkristallisation aus Ethanol bzw.
einem Gemisch von Ethanol und Wasser von Block et al. in Acta Chem.
Scan. (43) S. 264-268 (1989) demonstriert.
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Die
Verwendung von Methanol und Ethanol bei der Umkristallisation von
Vorprodukten und Derivaten von Anhydrozuckeralkoholen wird auch
von Defaye et al., Carb. Res. 205 S. 191-202 (1990) demonstriert.
Defaye et al. demonstrieren auch Umkristallisation von Dianhydrozuckeralkoholen,
speziell 1,4:3,6-Dianhydro-D-mannitol und 1,4:3,6-Dianhydro-D-glucitol.
Jedoch verwenden diese Umkristallisationen keine aliphatischen Alkohole
wie Methanol, Ethanol oder Ethylenglycol als Lösungsmittel.
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Ein
Verfahren der Reinigung von Monoanhydrohexitolen und Dianhydrohexitolen
wird auch in der US-Patentschrift 4564692 von Feldmann et al. angegeben.
Jedoch erfordert dieses Verfahren das Einbringen des Anhydrozuckeralkohols
in eine Schwerflüssigkeit
mit 1-20 Gew.-% Wasser und das Hinzufügen von Impfkristallen des
gewünschten
Anhydrozuckeralkohols, der umkristallisiert werden soll.
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Es
gibt keine bekannte Lehre zum Reinigen eines Anhydrozuckeralkohols
durch Umkristallisation aus aliphatischen Alkoholen wie Methanol,
Ethanol oder Ethylenglycol. Die vorstehenden Verfahren, wie sie
auf dem Fachgebiet bekannt sind, sind auf die Reinigung des Anhydrozuckeralkohols
zur Verwendung in Nahrungsmittel- oder Arzneimittelzusammensetzungen
gerichtet. Die Erfinder hier sind sich keines früheren Reinigungsverfahrens
bewußt,
das das erforderliche Reinheitsniveau zur Verwendung in Polymeren
erreicht.
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Angesichts
des Vorstehenden wird ein einfaches und kosteneffektives Verfahren
der Reinigung von Isosorbid gewünscht,
das zu einem extrem reinen Produkt führt.
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Weiterhin
wird ein extrem reines Isosorbid gewünscht, besonders zur Verwendung
in der Polymererzeugung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Dementsprechend
stellt die Erfindung ein Verfahren zum Erhalt eines gereinigten
Isosorbids bereit, umfassend:
- – Destillieren
des Isosorbids in Anwesenheit von Borhydridionen; und
- – Umkristallisieren
des Isosorbids;
wobei die Umkristallisation entweder
Lösungsmittelumkristallisation,
umfassend Lösen
des Isosorbids in einem niederen aliphatischen Alkohol, um eine
Lösung
zu erzeugen, Kühlen
der Lösung
auf eine Temperatur, ausreichend, um Kristalle des gereinigten Isosorbids
zu erzeugen; und Abtrennen der Kristalle des gereinigten Isosorbids
von der Lösung;
oder
Schmelzumkristallisation, um ein Isosorbid mit einer Reinheit
von mindestens 99,0% zu erhalten, ist.
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Die
Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben entdeckt, daß Umkristallisation
aus niederen aliphatischen Alkoholen, wie beispielsweise Methanol
und Ethanol, ebenso wie Schmelzumkristallisation die Reinheit und
Klarheit der Farbe von Isosorbiden verbessert. Destillation verbessert
die Reinheit des Endprodukts ebenfalls und wird über Borhydridionen, vorzugsweise
Natriumborhydrid (NaBH4), durchgeführt. Eine
Kombination von Destillation und Lösungsmittel- oder Schmelzumkristallisation
verbessert die Reinheit des Endprodukts deutlich. Ähnlich wurde
gefunden, daß mehrfache
Destillationen und/oder mehrfache Umkristallisationen aus niederen
aliphatischen Alkoholen die Reinheit des Isosorbids deutlich erhöhen.
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Die
Reinheit des Isosorbids wird am besten im Hinblick auf die relative
Farbe des Isosorbids und seine Ultraviolett-(LTV)-Durchlässigkeit
gemessen. Ein Verfahren zum Erhalt derartiger Messungen wird hier
bereitgestellt.
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Außerdem wird
ein Verfahren zum Bestimmen der Qualität von Polymeren, hergestellt
mit dem gereinigten Isosorbid, bereitgestellt, wobei das Isosorbid
bei Temperaturen getempert wird, die denen nahe kommen, die in der
Polymererzeugung verwendet werden, wodurch die Entwicklung von Farbe
in dem getemperten Isosorbid bei den erhöhten Temperaturen getestet
wird, die für
die Erzeugung von Polymeren notwendig sind. Die Färbung des
resultierenden getemperten Isosorbids zeigt die Farbe an, die sich
während
Synthese und/oder Verarbeitung des resultierenden Polymers entwickeln
kann.
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Das
aus den vorstehenden Verfahren resultierende gereinigte Isosorbid
kann bei der Erzeugung von Polymeren und daraus erzeugten Produkten
verwendet werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER OFFENBARUNG
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Es
ist möglich,
als Ausgangsmaterial der Verfahren der Erfindung entweder ein im
Handel erhältliches Produkt
oder ein Produkt, erhalten direkt aus einem chargenmäßigen oder
kontinuierlichen Verfahren zur Erzeugung von Isosorbid, zu verwenden.
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In
dem Verfahren der Erfindung wird das Isosorbid durch Destillation
und Lösungsmittel-
oder Schmelzumkristallisation gereinigt.
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Für Lösungsmittelumkristallisation
ist das Lösungsmittel
ein niederer aliphatischer Alkohol. „Niedere aliphatische Alkohole" bedeuten lineare
aliphatische Alkohole, vorzugsweise mit 1-4 Kohlenstoffatomen. Am wünschenswertesten
sind die Alkohole Methanol, Ethanol oder Ethylenglycol.
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Das
resultierende gereinigte Isosorbid ist zu mindestens 99,0% rein
oder frei von Verunreinigungen und ist vorzugsweise farblos.
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Die
Destillation von Isosorbid wird mit Borhydridion enthaltenden Verbindungen
wie NaBH4 durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Destillation, indem das Isosorbid in einen Kolben eingebracht
wird und der Kolben einer Vakuumdestillation bei einer Temperatur
von mindestens 60°C,
vorzugsweise mindestens 70°C,
am meisten bevorzugt mindestens 80°C, unterworfen wird. Das Isosorbid
wird bei dieser Temperatur gehalten, bis die Destillation aller
flüchtigen
Verunreinigungen vollständig
ist. Der Kolben wird dann vorzugsweise mit einem nichtreaktionsfähigen Gas,
wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, gespült. Eine Borhydridion enthaltende
Verbindung, am meisten bevorzugt NaBH4,
wird zu diesem Zeitpunkt zu dem Isosorbid in dem Kolben hinzugegeben.
Der Kolben wird dann vor der Evakuierung auf ungefähr 1 mbar
Druck unter Vakuum und der anschließenden Destillation auf eine
Temperatur von mindestens 100°C,
vorzugsweise mindestens 120°C,
am meisten bevorzugt mindestens 140°C, erhitzt. Das Isosorbid wird
dann im Vakuum destilliert. Vorzugsweise wird die Destillation in
einer Apparatur durchgeführt,
die mit einer kurzen Destillationskolonne ausgestattet ist. Das
destillierte Isosorbid wird durch eine oder mehrere zusätzliche
Destillationen und Umkristallisationen weiter gereinigt.
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Zur
Umkristallisation aus einer Lösung
kann das Isosorbid in eine Lösung
von aliphatischen Alkoholen, vorzugsweise Methanol, Ethanol und
Ethylenglycol, eingebracht werden. Die Temperatur der Lösung wird
auf weniger als 30°C,
vorzugsweise weniger als 10°C,
stärker
bevorzugt weniger als 0°C
und am meisten bevorzugt weniger als –10°C, verringert, bis die Umkristallisation
vollständig
ist, gewöhnlich
ein Zeitraum von mindestens 4 Stunden. Die resultierenden Kristalle
werden durch Filtration gesammelt und mit dem kalten aliphatischen
Alkohol gewaschen, vorzugsweise bei oder unter der Temperatur der
Kristallisation, um die Kristalle nicht aufzulösen. Die Kristalle können gegebenenfalls
im Vakuum bei Raumtemperatur getrocknet werden. Weitere Umkristallisationen
aus aliphatischen Alkoholen und/oder Destillationen können durchgeführt werden.
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Alternativ
können
Schmelzumkristallisationen des Isosorbids durchgeführt werden.
Schmelzumkristallisation kann durch beliebige Mittel ausgeführt werden,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind, und kann vor oder nach der
Destillation durchgeführt
werden. Typischerweise gehört
zu Schmelzumkristallisation Erwärmen einer
Verbindung in Abwesenheit von Lösungsmittel
gerade über
ihren Schmelzpunkt, dann langsames Abkühlen der geschmolzenen Verbindung,
um die Bildung gereinigter Kristalle der Verbindung zu bewirken.
Die Verunreinigungen bilden im allgemeinen eine Flüssigkeit,
die die gereinigten Kristalle umgibt, und haben einen tieferen Schmelzpunkt
als die Kristalle.
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Das
nach den vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene Isosorbid
hat eine Reinheit von mindestens 99,0%, vorzugsweise mindestens
99,5% und am meisten bevorzugt mindestens 99,8%. Dieses Reinheitsniveau
wird erwünschtermaßen durch
nicht mehr als drei Destillationen, drei Umkristallisationen aus
aliphatischem Alkohol, drei Schmelzumkristallisationen oder eine
Kombination von nicht mehr als drei von den vorstehend beschriebenen
Reinigungsverfahren erhalten.
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Die
vorstehenden Verfahren zur Reinigung des Isosorbids können auf
ein Chargenverfahren angewendet werden. Sie sind auch auf ein kontinuierliches
Verfahren der Herstellung von Isosorbid mit Modifizierungen, wie
sie dem Fachmann bekannt sind, anwendbar.
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Die
Erzeugung von Isosorbid, isoliert aus einem kontinuierlichen Verfahren,
wird durch den Reaktionsmechanismus des kontinuierlichen Verfahrens
gesteuert. Deshalb kann die Ausbeute in einer Reinigung mit kontinuierlichem
Verfahren etwas geringer sein, als wenn der Reinigungsschritt als
gesonderte Reaktion oder in einem Chargenverfahren optimiert würde. Insbesondere
beginnt Destillation und/oder Umkristallisation aus einem kontinuierlichen
Verfahren mit der Abtrennung des Isosorbids von dem Lösungsmittel
des kontinuierlichen Verfahrens. Dies kann zum Beispiel durch direkte
Umkristallisation des Isosorbids aus dem in dem kontinuierlichen
Verfahren verwendeten Lösungsmittel
erreicht werden. So wird das Isosorbid als Feststoff erhalten. Ein
anderes Mittel zur Abtrennung des Isosorbids von dem Lösungsmittel
des kontinuierlichen Verfahrens ist die Flüssig-Flüssig-Extraktion unter Verwendung
von Wasser oder einem aliphatischen Alkohol, wie Methanol, Ethanol
oder Ethylenglycol. Das Isosorbid wird so als Lösung in Wasser, Methanol, Ethanol
oder Ethylenglycol erhalten. Das abgetrennte Isosorbid wird dann,
wie vorstehend diskutiert, durch Destillation und Umkristallisation
weiter gereinigt. Dies führt
zu einem Reaktionsprodukt mit überlegener
Reinheit, verglichen mit anderen Verfahren, und stellt ein wirtschaftlicheres
Verfahren für
die Erzeugung von gereinigtem Isosorbid bereit.
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Die
Reinheit des durch Destillation oder Umkristallisation erhaltenen
Isosorbids kann durch herkömmliche
Mittel, wie beispielsweise Differentialscanningkalorimetrie (DSC),
gemessen werden, wobei die Messungen gemäß ASTM E 928-96 vorgenommen
werden. Jedoch kann eine einfachere und sehr genaue Messung der
Reinheit des Isosorbids zur Verwendung in Polymeranwendungen, die
optische Klarheit erfordern, ausgeführt werden, indem die Farbe
des Isosorbids, vorzugsweise als unterkühlte Schmelze, untersucht wird.
Farbbestimmung eines Isosorbids kann durch Vergleich des Isosorbids
mit einem bekannten Farbsystem ausgeführt werden.
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Zum
Beispiel ist ein derartiges Farbsystem als das HSB-System bekannt,
in dem Farben bestimmt werden, indem Werte zugeordnet werden, die
Farbton, Sättigung
und Helligkeit betreffen. In diesem System hat der Farbton, typischerweise
mit dem Symbol H bezeichnet, Werte zwischen 0 und 360, wobei 0 und
360 identisch sind. Zum Beispiel haben rote Farben Werte um 0 (oder
360) herum, haben gelbe Farben Werte um 60 herum und so weiter durch
den Rest des Farbspektrums (grün,
blau, purpurn usw.) hindurch. Kombinationen von Farben, wie beispielsweise
orange (rot und gelb), haben Werte zwischen den zwei Zahlen, zum
Beispiel zwischen 0 und 60 für
orange. Sättigung,
typischerweise mit dem Symbol S bezeichnet, zeigt die Intensität der Farbe
an und reicht von 0 bis 100, wobei null, was keine Intensität ist, eine
weiße
Farbe anzeigt. Helligkeit, bezeichnet mit dem Symbol B, reicht von
0 für schwarz
bis 100 für
weiß.
Bei der Anwendung dieses Farbsystems auf die Bewertung der Farbe
von Monomer oder Polymer sind Werte der Sättigung (S) nahe 0 und Werte
der Helligkeit (B) nahe 100 wünschenswert.
Bei einem Sättigungswert
von null hat der Farbton keine Bedeutung.
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Für beste
Ergebnisse wird bevorzugt, die Entfärbung unterkühlter Schmelzen
des Isosorbids bei Raumtemperatur zu vergleichen. Dies eliminiert
Farbunterschiede, die durch die Auswirkung der Teilchengröße eines
Feststoffs verursacht werden können.
Zum Beispiel könnte
die Verwendung von Kristallen oder Fragmenten von Isosorbid unterschiedliche
Farben, basierend auf Proben- und Teilchengröße, erzeugen, zurückzuführen auf
die Menge von Lichtbrechung in oder -reflexion von der Probe. Weiterhin
ist es wünschenswert, die
Farbe des Isosorbids zu bewerten, nachdem es einer Temperaturgeschichte ähnlich der,
die bei der Polymersysnthese und/oder -verarbeitung verwendet wird,
unterworfen worden ist, um seine Verwendbarkeit für die Einbringung
in Polymere zu bestimmen. Deshalb wird bevorzugt, daß eine Probe
von gereinigtem Isosorbid in einem klaren Glasrohr bei einer Temperatur
von mindestens 260°C,
vorzugsweise 285°C,
für mindestens vier
Stunden, vorzugsweise mindestens acht, getempert wird, dann abgekühlt wird,
um eine unterkühlte Schmelze
zu ergeben. Die getemperte Isosorbidschmelze wird dann mit einer
bekannten Farbtafel verglichen. Je näher das Isosorbid an farblos
ist, um so reiner ist es.
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Alternativ
kann das gereinigte Isosorbid durch Wellenlängendurchlässigkeit unter Verwendung von UV/Vis-Spektroskopie
untersucht werden. Die Wellenlängendurchlässigkeit
des Isosorbids zeigt seine Färbung
an, die zumindest teilweise von Verunreinigungen in dem Isosorbid
abhängig
ist. Die Wellenlängendurchlässigkeit
des Isosorbids wird durch UV/Vis-Spektroskopie bei festgelegten
Wellenlängen
bestimmt. Da Isosorbid nach der Reinigung vorzugsweise in einem
kristallinen Zustand gehalten wird, wird die spektroskopische Messung
von Isosorbid in einer 20%igen Lösung
von destilliertem Wasser gemacht. Das gereinigte Isosorbid hat wünschenswerterweise,
wenn gemessen in 5-cm-Zellen
in einer 20%igen Lösung,
UV-Durchlässigkeiten von
mehr als 50% bei 224 nm, mehr als 65% bei 242 nm, mehr als 75% bei
276 nm und mehr als 85% bei 400 nm. Vorzugsweise sind die Prozent
Durchlässigkeit
so hoch wie möglich.
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Farbbestimmungen
und UV/Vis-Spektroskopie können
auch an Polymeren bestimmt werden, die das gereinigte Isosorbid
einschließen.
Ob das gereinigte Isosorbid oder ein es einschließendes Polymer
untersucht wird, der Farbtest wird gegenüber der UV/Vis-Spektroskopie
bevorzugt, da die Untersuchung der Farbe der Probe alle Wellenlängen des
sichtbaren Lichts benutzt, wodurch die vollständige Farbe der Probe bereitgestellt wird,
wie sie mit dem bloßen
Auge gesehen wird. Messungen bei einzelnen Wellenlängen zeigen
nicht die Gesamtfarbe der Probe an und können in die Irre führen.
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Durch
die hier beschriebenen Verfahren kann ein Isosorbid erhalten werden,
das im wesentlichen farblos ist und eine Reinheit von mindestens
99,0% hat. Vorzugsweise beträgt
die Reinheit mindestens 99,5%, am meisten bevorzugt 99,8%. Eine
Bestimmung der Reinheit kann durch Farbbestimmung oder UV-Vis-Spektroskopie
ebenso wie durch andere auf dem Fachgebiet bekannte Methoden ausgeführt werden.
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Das
gereinigte Isosorbid kann in Polymere eingebracht werden, besonders
zur Verwendung in Polymeren optischer Qualität. Zum Beispiel kann ein Polyester
aus einem Isosorbid, einem aliphatischen Diol, wie beispielsweise
Ethylenglycol, und einer Dicarbonsäure, wie beispielsweise eine
Terephthaloyleinheit, oder einem Dimethylesterderivat davon erzeugt
werden, wie in
US 5959066 ,
US 6140422 und
US 6063464 demonstriert ist. Derartige
Polyester können
verwendet werden, um kommerzielle Produkte wie beispielsweise Fasern, Flächengebilde,
Folien, Behälter
und optische Scheiben zu erzeugen, wie in
US 6043465 ,
US 6126992 ,
US 6063495 und
US 6025061 demonstriert ist. Insbesondere
können
Polymere, die die Isosorbide, hergestellt durch das hier beschriebene
Verfahren, einschließen,
durch Polykondensation des Isosorbids mit Materialien, die mehrfache
Funktionen enthalten, wie beispielsweise Polycarboxylmonomere, Polycarbonsäurehalogenide wie
beispielsweise Säurechlorid,
Polycarbonatmonomere wie beispielsweise Diphenylcarbonat oder Phosgen, Isocyanate
wie beispielsweise Toluoldiisocyanat und Methylendiphenylisocyanat,
und Dicarbonsäuren,
wie beispielsweise Terephthaloyleinheiten, oder Dimethylester davon
und gegebenenfalls aliphatische Diole, wie beispielsweise Ethylenglycol,
erzeugt werden.
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Beispiele
der hier beschriebenen Erfindung werden nachstehend angegeben. Diese
Beispiele sind lediglich veranschaulichend.
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BEISPIELE
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REINIGUNG VON ISOSORBID
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Eine
Reihe von Reinigungsexperimenten wurde unter Verwendung von Isosorbid
durchgeführt.
Die Temperaturen für
die Auflösung
ebenso wie für
die Umkristallisation selbst wurden variiert. Die Konzentration von
Isosorbid in der Mutterlauge wurde ebenfalls variiert. Ergebnisse
sind nachstehend in den Tabellen 1-3 angegeben. Die Tabellen enthalten
eine kurze Beschreibung des jeweiligen Experiments zusammen mit
Reinheitswerten, bestimmt durch Differentialscanningkalorimetrie
(DSC) und Färbung
der Proben nach dem Tempern bei 285°C für 4 Stunden.
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Im
einzelnen wurden die Reinigungsexperimente unter Verwendung der
folgenden allgemeinen Verfahrensweisen durchgeführt.
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DESTILLATION
VON ISOSORBID AUS ISOSORBID
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Isosorbid,
1300 g, wurde in einen Schlenk-Kolben eingebracht und wurde für 60 Minuten
bei 80°C
unter einem dynamischen Vakuum gehalten, um restliches Lösungsmittel
und andere flüchtige
Verunreinigungen zu entfernen. Der Kolben wurde mit Argon gespült. Natriumborhydrid
(NaBH4) in einer Menge von 1,3 g wurde in
den Kolben gegeben. Der Kolben wurde auf 140°C erhitzt. Der Kolben wurde
auf einen Druck von ungefähr 1
mbar evakuiert und Isosorbid wurde unter Vakuum destilliert.
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Die
Verfahrensweise ist die gleiche für alle Beispiele außer für die Abwesenheit
von NaBH4, wenn NaBH4 nicht
als verwendet angegeben ist.
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UMKRISTALLISATION
VON ISOSORBID AUS METHANOL ODER ETHANOL
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Isosorbid,
1400 g, wurde in Methanol, 600 ml, gelöst und man ließ es über Nacht
in einem Kühlschrank bei –18°C wieder
auskristallisieren. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt
und wurden mit 600 ml kaltem (–18°C) Methanol
gewaschen. Die gewaschenen Kristalle wurden im Vakuum bei Raumtemperatur
getrocknet. Die Ausbeute beträgt
850 g (60%).
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Umkristallisation
aus Ethanol ist identisch mit der Ersetzung von Ethanol für Methanol.
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In
den meisten der Umkristallisationsexperimente wurden Impfkristalle
zu der Mutterlauge hinzugegeben, um die Rekristallisation von Isosorbid
zu initiieren.
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TEMPERTEST
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Gereinigtes
Isosorbid wurde in ein dickwandiges Glasrohr eingebracht. Das Rohr
wurde evakuiert und verschlossen. Das das Isosorbid enthaltende
Rohr wurde für
vier Stunden auf 285°C
erhitzt und abgekühlt. Eine
Farbwertbestimmung wurde durchgeführt.
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FARBBESTIMMUNG
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Eine
Abschätzung
der Farbe einer unterkühlten
Monomerschmelze oder der Farbe eines Polymerchips wurde ausgeführt, indem
das Material mit zwei HSB-Farbtabellen verglichen wurde, die auf
einem Farbtintenstrahldrucker Hewlett Packard HP-Deskjet® 890C
unter Verwendung des CorelDraw®-Programms erzeugt wurden. In einer Tabelle
wurde die Helligkeit bei 100 gehalten, wurde der Farbton in Inkrementen
von 5 von 25 bis 60 variiert, und wurde die Sättigung in Inkrementen von
10 von 0 bis 100 variiert. In der zweiten Tabelle wurde die Sättigung
bei 100 gehalten, wurde der Farbton in Inkrementen von 5 von 25
bis 60 variiert, wurde die Helligkeit in Inkrementen von 10 von
0 bis 100 variiert. Die Proben wurden mit diesen Tabellen verglichen
und die beste Farbübereinstimmung
wurde aufgezeichnet. Kleinere Zahlen für Helligkeit zeigen ein dunkleres
Material an. Kleinere Zahlen für
Sättigung
und Farbton zeigen ein farbloseres Material an.
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UV/Vis-SPEKTROSKOPIE
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UV/Vis-Spektren
wurden auf einem UV/Vis/NIR-Doppelstrahlspektrometer Perkin Elmer
Lambda 9 erzeugt. Lösungen
von Isosorbid wurden mit 20,0 Gew.-% in destilliertem Wasser (Aldrich,
Optima-Qualität)
hergestellt. Spektren wurden mit 960 Wellenzahlen/min gesammelt.
Isosorbidlösungen
wurden in einer 5-cm-Quarzzelle gegen einen Standard von destilliertem
Wasser gemessen.
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REINHEITSMESSUNG DURCH
DIFFERENTIALSCANNINGKALORIMETRIE (DSC)
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Absolute
Reinheit wurde durch Differentialscanningcalorimetrie gemäß ASTM E
928-96, welches hiermit durch Bezugnahme einbezogen ist, gemessen.
Die Messungen wurden unter Verwendung eines DSC7-Differentialscanningkalorimeters
von Perkin Elmer gemacht.
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Die
in den Tabellen verwendeten Abkürzungen
sind wie folgt:
- A-Isos
- = Isosorbid, hergestellt
durch das Verfahren, offenbart in US
6639067
- BuOH
- = Butanol
- C-Isos
- = im Handel erhältliches
Isosorbid von Cerestar;
- kalt umkrist.
- = gelöst bei maximal
50°, wieder
auskristallisiert bei –15°;
- D
- = Destillation;
- dest.
- = mit kurzer Kolonne
vakuumdestilliert bei 1 mbar;
- EtOH
- = Ethanol;
- EtOAc
- = Ethylacetat;
- heiß umkrist.
- = gelöst unter
Rückfluß, wieder
auskristallisiert bei 25°C;
- Isos
- = Isosorbid;
- Isos-Ref
- = Isosorbid (hochgereinigte
Referenz);
- MeOH
- = Methanol;
- (NaBH4)
- = Zugabe von NaBH4 zu Isosorbid vor der Vakuumdestillation;
- R
- = Umkristallisation.
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Tabelle
1 demonstriert das Niveau von Reinheit, das durch Behandlung von
im Handel erhältlichem Isosorbid
mit verschiedenen Reinigungsverfahren, einschließlich der hier offenbarten,
erreicht wird. Wie aus den Ergebnissen gesehen werden kann, wird
das höchste
Niveau der Reinheit erreicht, wenn eine Kombination von Umkristallisation
und Destillation verwendet wird, wobei die Umkristallisation aus
Methanol oder Ethanol ist, oder wo mehrmalige Destillationen durchgeführt werden,
wie in der Probe, die mit Isos-Ref bezeichnet ist.
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TABELLE
1 Reinheit
des Anhydrozuckeralkohols Isosorbid
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- * Die Referenzprobe ist eine extrem reine Probe von Isosorbid,
die von den Erfindern hier durch mehrfache Destillationen, wie vorstehend
beschrieben, hergestellt wurde, um einen hohen Reinheitsgrad zu
sichern. Tempern bei 300°C
erzeugte eine klare Lösung.
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Tabelle
2 stellt die Reinheit, nach Reinigung durch verschiedene Verfahren,
von im Handel erhältlichem
Isosorbid und Isosorbid, hergestellt nach dem in
US 6639067 offenbarten Verfahren,
bereit. Wie aus der Tabelle gesehen werden kann, wurden die besten
Ergebnisse durch die Kombination von Destillation und nachfolgender
Umkristallisation aus Methanol oder Ethanol erhalten. Diese Beispiele
haben die niedrigste Sättigung
(10) und höhere
Niveaus von Durchlässigkeit
bei jeder getesteten UV-Wellenlänge als
das im Handel erhältliche
Produkt.
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TABELLE
2 Reinheit
von Isosorbid, wie gemessen durch UV-Durchlässigkeit und Farbe von Polymer,
das gereinigtes Isosorbid einschließt
-
- * Polymer erzeugt durch Schmelzpolymerisation von Ethylenglycol,
Isosorbid und Terephthaloyleinheit.
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Tabelle
3 demonstriert die Wirkung des Erhitzens von gereinigtem Isosorbid
auf die Temperatur, die zum Tempern eines Polymers erforderlich
ist. Dies zeigt an, ob das gereinigte Polymer während der Polymerisation Farbe
entwickeln kann oder klar bleibt. Wie aus den Ergebnissen von Tabelle
3 gesehen werden kann, fuhrt beim Tempern eine Kombination von Umkristallisation
aus Methanol oder Ethanol und Destillation zu einem klaren Monomer,
was ein gutes Ergebnis anzeigt, wenn es zur Erzeugung von Polymeren
verwendet wird.
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TABELLE
3 Farbe
von gereinigtem Isosorbid nach Hochtemperaturtempern
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Es
sollte vermerkt werden, daß nicht
in allen Fällen
eine klare Korrelation zwischen analytischen Werten, die die Reinheit
von gereinigtem Isosorbid betreffen, und der Entfärbung, die
auf der HSB-Skala für
gereinigtes Isosorbid nach Tempern bei 285°C beobachtet wird, hergestellt
werden kann. Dies ist höchstwahrscheinlich
auf die Tatsache zurückzuführen, daß sogar
Spurenmengen von Verunreinigungen für das Entfärbungsphänomen verantwortlich sein können.
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Reinigung
von Isosorbid, die nur durch Vakuumdestillation durchgeführt wird,
schließt
wünschenswerterweise
die Zugabe von NaBH4 ein, um gute Ergebnisse
zu erhalten, wie in den vorstehenden Tabellen gezeigt ist. Es ist
jedoch kein NaBH4 erforderlich, wenn eine
Kombination von Destillation und Umkristallisation angewendet wird.
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Es
wurde gefunden, daß eine
Kombination von Destillation und nachfolgender Umkristallisation
die besten Ergebnisse hinsichtlich Reinheit und Färbung von
Isosorbid erzeugt.
