ES2163137T5 - Procedimiento de cristalizacion. - Google Patents

Procedimiento de cristalizacion.

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Abstract

ESTA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA PREPARAR UNA SUSPENSION CRISTALIZADA DE UN COMPUESTO ORGANICO QUE TIENE UN VALOR DL H/RT SUPERIOR A 10. ESTE PROCEDIMIENTO CONSISTE EN DISPERSAR UN PRODUCTO FUNDIDO DEL COMPUESTO ORGANICO EN UN MEDIO DE DISPERSION LIQUIDA PARA FORMAR UNA EMULSION, EN ENFRIAR LA EMULSION POR DEBAJO DEL PUNTO DE FUSION DEL COMPUESTO ORGANICO Y EN SOMETER LA EMULSION A UNA VIBRACION ULTRASONICA.

Description

Procedimiento de cristalización.
Esta invención se refiere a un procedimiento de cristalización y, en particular, a un procedimiento para producir una suspensión cristalina de un compuesto agroquímico orgánico en un medio líquido.
En la industria agroquímica, los plaguicidas se suministran a menudo en la forma de concentrados para suspensiones. Estos comprenden un ingrediente activo en partículas en gran parte insoluble, suspendido en un medio líquido, habitualmente un medio acuoso. Se preparan comúnmente moliendo en molino de bolas o cuentas una base de molienda que consiste en el ingrediente activo, medio líquido y uno o más agentes dispersantes, y a continuación se formulan con aditivos y una cantidad de ajuste de volumen del medio líquido. Los aditivos pueden incluir, por ejemplo, agentes antisedimentación o de suspensión, conservantes, antiespumantes, anticongelantes y adyuvantes biológicos.
Es importante que la industria pueda proporcionar concentrados estables al almacenamiento fluidos sin la necesidad de recipientes de almacenamiento agitados o el uso de espesantes para mantener las partículas sólidas en suspensión. Un factor clave para obtener un producto físicamente estable es el tamaño de las partículas del sólido suspendido. Normalmente, cuanto más pequeño es el tamaño de las partículas, más estable es la suspensión.
La molienda es una técnica común para reducir el tamaño de las partículas de un sólido suspendido, pero no siempre puede producir los mejores resultados y, debido a que genera considerable calor, no siempre puede ser apropiada, por ejemplo, cuando el ingrediente activo es un sólido de bajo punto de fusión.
Una técnica alternativa es cristalizar el sólido en una emulsión del sólido fundido, o una solución de él, en el medio líquido. Por ejemplo, se conoce de EP-A-0221465 la preparación de suspensiones dispersando una masa fundida por encima de su temperatura de solidificación en una fase acuosa y dejando que la masa fundida se solidifique enfriándola por debajo de su temperatura de cristalización. También se conoce de DE-A-2551841 y DE-A-2900268 que una masa fundida puede dispersarse en una fase acuosa que tiene una temperatura por debajo de la temperatura de solidificación de la masa fundida. Las dispersiones de este tipo se producen usando agitadores de alta velocidad o máquinas de rotor-estátor. La desventaja de estos procedimientos es que tienden a dar sólo dispersiones gruesas con vidas útiles en depósito cortas, aunque pueden obtenerse dispersiones más finas si, según se describe en EP-A-0399266, la emulsión inicial se somete a una etapa de homogeneización adicional.
En estas emulsiones, la masa fundida se suspende en la fase acuosa en forma de gotículas. Si las gotículas cristalizan rápidamente, la distribución de los tamaños de los cristales será la misma que el tamaño de las gotículas original dentro de la emulsión. Por lo tanto, en teoría, debe ser posible generar dispersiones más finas y más estables reduciendo el tamaño de las gotículas. Sin embargo, a medida que el tamaño de las gotículas disminuye, la cristalización se hace más lenta. Por otra parte, la solubilidad de la gotícula en la fase continua se incrementa con el tamaño de gotícula descendente, debido a presiones superiores dentro de la gotícula. El efecto de esto es que la concentración de la fase continua puede ascender hasta un nivel en el que se sobresatura con relación a la forma cristalina, con el resultado de que se producen nucleación y crecimiento cristalino en la fase continua. Como las velocidades de nucleación tienden a ser lentas en la fase continua, se generan cristales grandes que no tienen semejanza con las gotículas originales. Esto es claramente indeseable si han de obtenerse dispersiones finas.
El uso de ultrasonidos para cristalizar masas fundidas y soluciones es bien conocido. Por ejemplo, un procedimiento para la cristalización de ácido adípico en solución acuosa se conoce de US-A-5471001 y un método para cristalizar grasas y aceites en solución se conoce de JP-A-0128502. También se conoce el uso de ultrasonidos para preparar emulsiones y dispersiones de gotículas finas (véanse, por ejemplo, WO-A-94/20072 y EP-A-0167825). Se ha encontrado ahora que pueden usarse ultrasonidos para generar dispersiones más estables de tamaño de partícula más fino a partir de emulsiones.
Así, de acuerdo con la presente invención se proporciona un procedimiento para preparar una suspensión cristalina de un compuesto agroquímico orgánico que tiene un valor de \DeltaH/RT mayor que 10, comprendiendo el procedimiento dispersar una masa fundida del compuesto orgánico en un medio de dispersión líquido para formar una emulsión, enfriar la emulsión por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico y someter a la emulsión a vibración ultrasónica.
El valor \DeltaH/RT es una expresión bien conocida que significa la entalpía (calor) de fusión de un compuesto (\DeltaH en kJmol^{-1}) en el punto de fusión normal del compuesto dividida por la constante molar de los gases (R, donde R es 8,31451 Jmol^{-1}K^{-1}) y el punto de fusión del compuesto medido en la escala absoluta o Kelvin (en ºK). Así, por ejemplo, el valor de \DeltaH/RT del octadecano, que tiene un punto de fusión de 28,2ºC y un calor de fusión de 61,39 kJmol^{-1} (véase the CRC Handbook of Chemistry and Physics, [1996-1997], 77ª Edición, 6-138) se calcula como sigue:
61,39/8,31451x10^{-3}x(28,2+273,16)=24,5
El calor de fusión de un compuesto (\DeltaH) puede medirse mediante calorimetría de exploración diferencial. Un método adecuado es descrito por McNaughton, J.L. y Mortimer, C.T. en IRS: Physical Chemistry Series 2, Butterworth, Londres, 1975, Vol 10, reimpreso posteriormente por Perkin-Elmer Corpn. Norwalk, CT, EE.UU. de A.).
La invención es de particular interés en la formulación de productos agroquímicos de bajo punto de fusión, especialmente plaguicidas tales como fungicidas, insecticidas y herbicidas, como concentrados para suspensiones. Cuando la suspensión cristalina ha de almacenarse durante largos períodos a temperatura ambiente, es deseable que el compuesto orgánico tenga un punto de fusión por encima de 20ºC y, preferiblemente, por encima de 30ºC. Sin embargo, el punto de fusión no debe ser superior que el punto de ebullición del medio de dispersión líquido a su presión de trabajo. Esta presión será tan alta como sea razonablemente práctico o económico para presurizar el aparato que se usa. Así, cuando el medio líquido es agua, como será normalmente el caso, el compuesto puede tener un punto de fusión de 20ºC a 200ºC, siendo posible la temperatura superior cuando el aparato se presuriza hasta alrededor de 14 bares. Adecuadamente, el compuesto orgánico tendrá un punto de fusión de 20ºC a 120ºC, por ejemplo de 30ºC a 100ºC y, típicamente, de 40ºC a 90ºC.
El medio de dispersión líquido, que puede ser cualquier líquido adecuado, por ejemplo, agua o un disolvente orgánico agrícolamente aceptable que sea benigno para el tejido vivo, tendrá idealmente un punto de cristalización de al menos 10ºC, adecuadamente 20ºC, por debajo del punto de cristalización del compuesto orgánico, y un punto de ebullición de al menos el mismo orden que el punto de ebullición del compuesto orgánico, y preferiblemente al menos 5ºC por encima del punto de fusión del compuesto orgánico, por ejemplo de 10ºC a 30ºC mayor. De más interés, sin embargo, son las suspensiones en las que el medio de dispersión líquido es un medio acuoso y en las que la emulsión formada es una emulsión de aceite en agua.
Convenientemente, el compuesto orgánico se funde y se calienta hasta una temperatura ligeramente por encima de su punto de fusión, por ejemplo de 5ºC a 10ºC por encima, y se añade al medio de dispersión líquido calentado hasta aproximadamente la misma temperatura que la masa fundida, es decir dentro de 5ºC o así. Alternativamente, el compuesto orgánico puede añadirse al medio líquido a una temperatura por encima o por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico, por ejemplo antes de calentar hasta la temperatura de la masa fundida, y la temperatura ajustarse hasta que el compuesto orgánico se ha fundido.
Dependiendo de las propiedades de cristalización del compuesto orgánico, también es posible añadir la masa fundida al medio líquido a una temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico sin calentamiento adicional.
La concentración del compuesto orgánico en el medio de dispersión líquido será hasta 60% p/p, normalmente de 20% p/p a 60% p/p, por ejemplo, de 30% p/p a 50% p/p, y típicamente alrededor de 40% p/p.
El medio líquido puede contener aditivos, por ejemplo uno o más agentes dispersantes, u otros aditivos del tipo normalmente usado en la preparación de suspensiones cristalinas y que están bien documentados en la literatura.
El medio líquido que contiene la masa fundida o la solución se agita vigorosamente usando, por ejemplo, un mezclador u homogeneizador de alto cizallamiento o una combinación de estos, para generar el tamaño de las gotículas deseado del compuesto orgánico suspendido. Generalmente, se requieren tamaños de gotículas de menos de 10 \mum (diámetro medio), por ejemplo entre 1 \mum y 10 \mum y preferiblemente entre 10 \mum y 5 \mum, pero la presente invención también es aplicable a gotículas submicrométricas.
La emulsión así formada se enfría, preferiblemente tan rápidamente como sea posible, hasta una temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico, adecuadamente hasta una temperatura de 1ºC a 80ºC, dependiendo del punto de fusión del compuesto orgánico y la naturaleza del medio de dispersión líquido. Para un compuesto con un punto de fusión de, por ejemplo, 70ºC a 80ºC y cuando el medio de dispersión líquido es agua, la emulsión puede enfriarse de 30ºC a 70ºC, por ejemplo de 50ºC a 60ºC, por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico. Para un compuesto con un punto de fusión de, por ejemplo, 20ºC a 40ºC, la emulsión puede enfriarse desde 1ºC hasta 20ºC, por ejemplo de 3ºC a 10ºC, por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico. Después de enfriar, se aplica vibración ultrasónica hasta que la cristalización ha progresado hasta un grado aceptable.
Puede usarse cualquier fuente de vibración ultrasónica. Se ha encontrado conveniente una sonda ultrasónica de media pulgada de diámetro (12,7 mm) que funciona a 20 kHz y una potencia de entrada de 100 vatios, pero habrá muchos otros dispositivos disponibles comercialmente igualmente adecuados.
La invención es de particular interés para preparar una suspensión cristalina del fungicida (E)-2-{2-[6-(trifluoro-
metil)piridin-2-iloximetil}fenil]-3- metoxiacrilato de metilo (EP-A-0278595, compuesto Nº 177, Tabla I) y una mezcla eutéctica de este compuesto con el fungicida azoxiestrobina ((E)-2-{2-[6-(2-cianofenoxi)pirimidin-4- iloxi]fenil}-3-metoxiacrilato de metilo). Sin embargo, puede usarse para otros compuestos agroquímicos de bajo punto de fusión.
La invención se ilustra mediante los siguientes Ejemplos en los que el compuesto A es (E)-2-{2-[6-(trifluorometil)piridin-2-iloximetil}fenil]-3- metoxiacrilato de metilo que tiene un punto de fusión de 76ºC y un valor de \DeltaH/RT de 10,55, y Morwet D425^{*}, que es un condensado aniónico de ácido naftalenosulfónico-formaldehído, y Atlox 4913^{*}, que es un polimetacrilato no iónico, se usan ambos como agentes dispersantes. Las siguientes abreviaturas se usan en todas partes:
\newpage
g = gramos %p/p = porcentaje ºC = grados centígrados
mm = mililitros peso en peso kHz = kilohertzios
w = vatios \mum = micrómetros \DeltaH = calor de fusión (kJmol^{-1})
R = constante molar de los gases (8,31451 pf = punto de fusión T = temperatura en grados Kelvin
Jmol^{-1}K^{-1})
Los nombres Morwet y Atlox son marcas comerciales registradas.
Ejemplo 1
Una masa de compuesto A (100 g) a 80ºC se añadió a agua (150 g) a 80ºC que contenía Morwet D425 (0,3% p/p de la formulación total) y Atlox 4913 (4,8% p/p de la formulación total). El agua con masa fundida añadida se agitó vigorosamente usando un mezclador de alto cizallamiento Silverson. Se generó una dispersión que contenía gotículas de 5-10 \mum (diámetro medio). La dispersión se enfrió rápidamente (en 5 minutos) hasta 20ºC en un recipiente con camisa. Una sonda ultrasónica de 12 mm (obtenida de Heat Systems Ultrasonics Inc) que funcionaba a 20 kHz y a una potencia de entrada de 100 vatios se sumergió en la dispersión y se aplicó sonicación durante 30 minutos. La velocidad de cristalización se siguió mediante observación microscópica bajo polarizadores cruzados.
Por comparación con una dispersión preparada y procesada del mismo modo, pero sin sonicación, se observó que el uso de ultrasonidos incrementa la velocidad de nucleación dentro de las gotículas fundidas dispersadas. Esto era evidente a partir de las siguientes observaciones:
1.
El tiempo para que cristalizara la dispersión entera se redujo desde 1 hora hasta 10 minutos usando ultrasonidos.
2.
La distribución de tamaños de los cristales de la dispersión sonicada correspondía más estrechamente a la distribución del tamaño de las gotículas de la emulsión original.
3.
La Microscopía Electrónica de Exploración confirmaba que todas las gotículas de la dispersión sonicada habían cristalizado. Las partículas resultantes eran aproximadamente esféricas y comprendían principalmente cristales desarrollados internamente individuales. Aunque algunas gotículas de la dispersión no sonicada cristalizaban, el número de cristales por gotícula era inferior y se formaban algunos cristales planos grandes.
Ejemplo 2
Se preparó una dispersión exactamente del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que el agua con masa fundida añadida se homogeneizó usando un homogeneizador de válvula Niro-Soavi fijado a 50 bares, en lugar de agitarse usando un mezclador de alto cizallamiento Silverson. Esto generaba una dispersión fundida con gotículas del orden de 3 \mum. La sonicación producía una dispersión fluida de cristales esféricos de 3 \mum de diámetro que parecía ser porosa (alta superficie específica).
Por comparación, una dispersión preparada y procesada exactamente del mismo modo, pero sin sonicación, producía una dispersión solidificada de cristales planos que eran mucho más grandes que las gotículas originales. Estos habían cristalizado en la fase acuosa continua.
Ejemplo 3
Se preparó una mezcla eutéctica de compuesto A, 75% p/p, y azoxiestrobina (pf 121ºC, \DeltaH/RT 11,64), 25% p/p, y se fundió a 95ºC. Esta mezcla se homogeneizó (homogeneizador de alta presión Soavi) a 50 bares con Morwet D425 al 2,4% p/p y Atlox 4913 al 4,8% p/p, para formar gotículas de alrededor de 2 \mum de tamaño. Al enfriar hasta 40ºC se producía cristalización en la fase continua en ausencia de sonicación. En presencia de sonicación podía observarse que las gotículas cristalizaban en minutos, generando cristales con conformación de diamante en números iguales a las gotículas.

Claims (12)

1. Un procedimiento para preparar una suspensión de cristales de un compuesto agroquímico orgánico que tiene un valor de \DeltaH/RT mayor que 10, en donde \DeltaH es la entalpía de fusión del compuesto, R es la constante molar del gas (8,31451 Jmol^{-1}K^{-1}) y T es el punto de fusión del compuesto medido en la escala Kelvin (en ºK), comprendiendo el procedimiento:
(a) dispersar una masa fundida del compuesto orgánico en un medio de dispersión líquido para formar una emulsión,
(b) enfriar la emulsión por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico, y
(c) someter la emulsión a vibración ultrasónica.
2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el compuesto orgánico tiene un punto de fusión por encima de 20ºC.
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el compuesto orgánico tiene un punto de fusión entre 30ºC y 100ºC.
4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el medio de dispersión líquido tiene un punto de cristalización de al menos 10ºC por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico y un punto de ebullición de al menos el mismo orden que el punto de fusión del compuesto orgánico.
5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el medio de dispersión líquido es un medio acuoso.
6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la emulsión formada es una emulsión de aceite en agua.
7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la masa fundida se añade al medio de dispersión líquido mientras el medio de dispersión líquido está aproximadamente a la misma temperatura que la masa fundida.
8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la masa fundida del compuesto orgánico se dispersa en el medio de dispersión líquido usando un mezclador de alto cizallamiento.
9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la masa fundida del compuesto orgánico se dispersa en el medio de dispersión líquido usando un homogeneizador.
10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el compuesto orgánico se dispersa en el medio de dispersión líquido en la forma de gotículas que tienen un diámetro medio de entre 1 \mum y 10 \mum.
11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la emulsión se enfría rápidamente hasta una temperatura de 10ºC a 80ºC por debajo del punto de fusión del compuesto orgánico.
12. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compuesto orgánico es (E)-2-[2-[6-(trifluorometil)piridin-2-iloximetil]fenil]-3-metoxiacrilato de metilo.
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