ES2235833T3 - Procedimiento para la fabricacion de esteres. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de esteres.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de ésteres de fórmula general I, **(Fórmula)** a partir de los compuestos contenidos en las disoluciones acuosas de fórmula general **(Fórmula)** caracterizado porque a) los compuestos de fórmula general II se extraen directamente o tras la liberación de sus sales en presencia de un alcohol C1-C8 y un disolvente no miscible con agua, en los que el alcohol se puede usar al mismo tiempo como disolvente y b) a continuación, se esterifican con el alcohol C1-C8 en presencia de un catalizador y un agente de arrastre cuyo punto de ebullición como azeótropo con el alcohol y el agua es al menos 8ºC menor que el azeótropo del alcohol y del agua, bajo las condiciones de una destilación azeotrópica, usándose al menos 1% en peso de agente de arrastre referido al volumen total de la reacción y en el que los pasos (a) y (b) del procedimiento pueden estar separados temporal y espacialmente o también se pueden realizar en una secuencia consecutiva continua o discontinua y en el que las variables y los sustituyentes en las fórmulas I y II tienen el significado siguiente: 35 R1 = F, Cl, -OH, -O-alquilo C1-C10 sustituido o no sustituido, ramificado o no ramificado, R2 = H, alquilo C1-C10 sustituido o no sustituido, ramificado o no ramificado, R3 = alquilo C1-C8 sustituido o no sustituido, ramificado o no ramificado, 40 Q = -OH, , -O-K+, en el que K+ es un ión alcalino o alcalinotérreo o una amina,
Description
Procedimiento para la fabricación de ésteres.
La presente invención se refiere a un nuevo
procedimiento para la fabricación de ésteres de fórmula general I,
así como a un procedimiento para la extracción de compuestos de
fórmula II.
Los ésteres de fórmula general I son productos
intermedios valiosos para la disociación del racemato de aminas
mediante reacción catalizada por enzimas con estos ésteres.
Así, Kitaguchi y col. (J. Amer. Chem. Soc. 111,
3094-3095, 1989) describe, por ejemplo, la
disociación del racemato de aminas con butirato de trifluoroetilo
mediante catálisis de subtilisina. Gotor y col. (J. Chem. Soc.
Chem. Commun. 957-958, 1988) describe la acilación
enantioselectiva de
2-amino-butan-1-ol
con acetato de etilo mediante catálisis de lipasa pancreática de
cerdo (PPL).
Quiros y col. (Tetrahedron: Asymmetry 4,
1105-1112, 1993) describe la síntesis de amidas
ópticamente activas catalizada por lipasa a partir de ésteres
etílicos racémicos del ácido propiónico
\alpha-halogenosustituidos y aminas primarias.
En el documento US 5,057,607 se describe un
procedimiento para la acilación estereoselectiva de aminas
primarias con ésteres, que llevan un átomo de oxígeno en los
alrededores del carbono carbonilo, para la síntesis de
\beta-lactamas.
El documento WO 95/08636 describe un
procedimiento para la disociación del racemato de aminas primarias
y secundarias en presencia de un éster con una hidrolasa.
En la disociación cinética del racemato de aminas
catalizada por enzima descrita en el documento WO 95/08636, un
enantiómero se convierte en la amida. Para esta reacción de
acilación enzimática se usan con preferencia ésteres que llevan un
átomo de oxígeno en la posición \alpha del carbono carbonilo,
como por ejemplo el éster del ácido metoxiacético. A partir de la
amida formada en esta reacción se obtiene la amina libre por
disociación con una base. Además, en la disolución acuosa junto a la
amina se forma el ácido, por ejemplo, el ácido metoxiacético en
forma de sus sales. Es importante para la rentabilidad del
procedimiento volver a hacer disponibles estos ácidos para la
reacción de acilación, es decir, volver a transformarlos en sus
ésteres, que entonces se pueden usar de nuevo en la acilación
enzi-
mática.
mática.
Normalmente los ésteres de este tipo se forman a
partir de los ácidos en presencia de un alcohol y un ácido mineral
como catalizador. Sin embargo, esta formación de ésteres se realiza
sólo hasta un equilibrio.
En los casos en los que los puntos de ebullición
de los ácidos, alcoholes y ésteres se encuentran por encima del
agua, el equilibrio se puede desplazar ligeramente mediante la
eliminación del agua a través de una destilación. Si los puntos de
ebullición se encuentran por debajo del agua, este procedimiento no
se puede aplicar.
En la bibliografía se describen una serie de
procedimientos en los que se ha intentado tener bajo control el
problema de los puntos de ebullición bajos de los ésteres y
alcoholes. Así, en el documento DE 195 39 293 se describe, por
ejemplo, un procedimiento para la fabricación de ésteres alquílicos
del ácido cianacético, en los que el agua se elimina por destilación
a través de un azeótropo. Es desventajoso en este procedimiento que
no se pueda alcanzar una reacción completa bajo las condiciones
descritas.
El documento CH 527 156 describe también un
procedimiento para la fabricación de ésteres de ácidos carboxílicos
de punto de ebullición elevado. En este procedimiento, un gran
exceso de alcohol influye en el equilibrio y, con ello, en la
reacción. Es desventajoso que el alcohol eliminado mediante la
destilación se tenga que introducir más tarde constantemente durante
la reacción.
Es desventajoso en las destilaciones azeotrópicas
descritas anteriormente que el agua de reacción no se pueda
eliminar completamente y que por ello sea posible una transformación
completa.
En el documento
EP-B-0 361 839 se describe un
procedimiento que no tiene esta desventaja. El documento
EP-B-0 361 839 reivindica un
procedimiento para la deshidratación de sustancias y mezclas,
realizado mediante destilación azeotrópica continua con un
disolvente orgánico, que forma con agua una mezcla azeotrópica
prácticamente inmiscible con punto de ebullición mínimo, en el que
el destilado de condensación se enfría al menos a una temperatura en
la que el condensado se satura con un contenido en agua dado o la
fase orgánica del condensado se satura con agua, de manera que es
posible otra separación de agua. Por desgracia, este procedimiento
no se puede aplicar ampliamente y requiere como otro paso del
procedimiento un enfriado del condensado.
En el documento US 5,202,463 se describe un
procedimiento de varios pasos para la separación del agua que se
forma en la esterificación. Por eso, este procedimiento requiere un
gasto operativo elevado.
Ya que ninguno de los procedimientos conocidos
permite una transformación lo más completa posible a los ésteres y
se puede realizar de forma simple y sencilla, por eso el objetivo
consistió en desarrollar un procedimiento correspondiente que no
presente las desventajas de los procedimientos mencionados
anteriormente y permita la fabricación sencilla y asequible de
ésteres a partir de los ácidos contenidos en la disolución
acuosa.
Este objetivo se alcanzó mediante un
procedimiento para la fabricación de ésteres de fórmula general
I,
a partir de compuestos contenidos
en disolución acuosa de fórmula general
II,
caracterizado
porque,
- a)
- los compuestos de fórmula general II se extraen directamente o tras la liberación de sus sales en presencia de un alcohol C_{1}-C_{8} y un disolvente no miscible con agua y
- b)
- a continuación se esterifican con el alcohol C_{1}-C_{8} en presencia de un catalizador y un agente de arrastre bajo las condiciones de una destilación azeotrópica,
en el que los pasos (a) y (b) del
procedimiento pueden estar separados temporal y espacialmente o
también se pueden realizar en una secuencia consecutiva continua o
discontinua y en el que las variables y los sustituyentes en las
fórmulas I y II tienen el significado
siguiente:
- R^{1} = F, Cl, -OH, -O-alquilo C_{1}-C_{10},
- R^{2} = H, alquilo C_{1}-C_{10},
- R^{3} = alquilo C_{1}-C_{8},
- Q = -OH, -O^{-}K^{+}, en el que K^{+} es un ión alcalino o alcalinotérreo o una amina,
- n = 0, 1 ó 2, con preferencia 0 ó 1, con especial preferencia 0.
R^{1} en los compuestos de fórmulas I y II
describe flúor, cloro, hidroxilo, alquilo
C_{1}-C_{10} sustituido o no sustituido,
ramificado o no ramificado.
Son restos O-alquilo las cadenas
-O-alquilo C_{1}-C_{10}
sustituidas o no sustituidas, ramificadas o no ramificadas, en las
que el enlace de las cadenas se realiza a través de un átomo de
oxígeno a la estructura básica de las fórmulas y en las que los
restos alquilo tienen, por ejemplo, el significado siguiente,
metilo, etilo, n-propilo,
1-metiletilo, n-butilo,
1-metilpropilo, 2-metilpropilo,
1,1-dimetiletilo, n-pentilo,
1-metilbutilo, 2-metilbutilo,
3-metilbutilo, 2,2-dimetilpropilo,
1-etilpropilo, n-hexilo,
1,1-dimetilpropilo,
1,2-dimetilpropilo, 1-metilpentilo,
2-metilpentilo, 3-metilpentilo,
4-metilpentilo, 1,1-dimetilbutilo,
1,2-dimetilbutilo,
1,3-dimetilbutilo,
2,2-dimetilbutilo,
2,3-dimetilbutilo,
3,3-dimetilbutilo, 1-etilbutilo,
2-etilbutilo,
1,1,2-trimetilpropilo,
1,2,2-trimetilpropilo,
1-etil-1-metilpropilo,
1-etil-2-metilpropilo,
n-heptilo, n-octilo,
n-nonilo o n-decilo. Como restos
preferibles se mencionan metilo, etilo o
n-propilo.
R^{2} en los compuestos de fórmulas I y II
describe hidrógeno o alquilo C_{1}-C_{10}
sustituido o no sustituido, ramificado o no ramificado.
Se mencionan como restos alquilo las cadenas
alquilo C_{1}-C_{10} sustituidas o no
sustituidas, ramificadas o no ramificadas, como por ejemplo metilo,
etilo, n-propilo, 1-metiletilo,
n-butilo, 1-metilpropilo,
2-metilpropilo, 1,1-dimetiletilo,
n-pentilo, 1-metilbutilo,
2-metilbutilo, 3-metilbutilo,
2,2-dimetilpropilo, 1-etilpropilo,
n-hexilo, 1,1-dimetilpropilo,
1,2-dimetilpropilo, 1-metilpentilo,
2-metilpentilo, 3-metilpentilo,
4-metilpentilo, 1,1-dimetilbutilo,
1,2-dimetilbutilo,
1,3-dimetilbutilo,
2,2-dimetilbutilo,
2,3-dimetilbutilo,
3,3-dimetilbutilo, 1-etilbutilo,
2-etilbutilo, 1,1,2-trimetilpropilo,
1,2,2-trimetilpropilo,
1-etil-1-metilpropilo,
1-etil-2-metilpropilo,
n-heptilo, n-octilo,
n-nonilo o n-decilo. Como restos
preferibles se mencionan hidrógeno, metilo, etilo o
n-propilo. Es especialmente preferible hidrógeno o
el resto metilo.
R^{3} en los compuestos de fórmula I describe
alquilo C_{1}-C_{8} sustituido o no sustituido,
ramificado o no ramificado.
Se mencionan como restos alquilo las cadenas
alquilo C_{1}-C_{10} sustituidas o no
sustituidas, ramificadas o no ramificadas, como por ejemplo metilo,
etilo, n-propilo, 1-metiletilo,
n-butilo, 1-metilpropilo,
2-metilpropilo, 1,1-dimetiletilo,
n-pentilo, 1-metilbutilo,
2-metilbutilo, 3-metilbutilo,
2,2-dimetilpropilo, 1-etilpropilo,
n-hexilo, 1,1-dimetilpropilo,
1,2-dimetilpropilo, 1-metilpentilo,
2-metilpentilo, 3-metilpentilo,
4-metilpentilo, 1,1-dimetilbutilo,
1,2-dimetilbutilo,
1,3-dimetilbutilo,
2,2-dimetilbutilo,
2,3-dimetilbutilo,
3,3-dimetilbutilo, 1-etilbutilo,
2-etilbutilo, 1,1,2-trimetilpropilo,
1,2,2-trimetilpropilo,
1-etil-1-metilpropilo,
1-etil-2-metilpropilo,
n-heptilo, n-octilo,
n-nonilo o n-decilo. Como restos
preferibles se mencionan etilo, n-propilo,
isopropilo, butilo, hexilo u octilo. Es especialmente preferible el
resto isopropilo.
Como sustituyentes de los restos mencionados
R^{1}, R^{2} y R^{3} entran en consideración los
sustituyentes como F, Cl, Br, CN, O-CH_{3} y/o
O-fenilo.
La variable Q en los compuestos de fórmula
general I significa hidroxilo o -O^{-}K^{+}, en el que K^{+}
es un ión alcalino o alcalinotérreo o una amina. Se mencionan como
iones alcalinos o alcalinotérreos, por ejemplo, los cationes de
litio, sodio, potasio o calcio. Son preferibles los de sodio o
potasio. Se entienden como amina, por ejemplo, aminas orgánicas o
NH_{3}.
En el procedimiento según la invención los
ácidos que se usan para la esterificación se liberan en primer
lugar en la disolución acuosa en caso necesario a partir de sus
sales. Para ello son apropiados todos los ácidos cuyos valores de
pK_{s} sean menores que los valores de pK_{s} de los compuestos
de fórmula general II (Q = OH). En el caso de los ácidos
metoxiacéticos, todos estos son ácidos que presentan un valor de
pK_{s} aproximadamente menor que 2 y así pueden liberar el ácido
metoxiacético de su sal, por ejemplo su sal sódica. Por ejemplo,
son ácidos apropiados los ácidos minerales como ácido sulfúrico,
ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico o ácidos orgánicos
como ácido fórmico, ácido oxálico, ácido cloroacético, ácido
fluoroacético, ácido cianoacético, ácido bencenosulfónico, ácido o-
o p-toluenosulfónico, ácido metanosulfónico, ácido
trifluorometanosulfónico o ácido trifluoroacético. Es preferible el
uso de ácido sulfúrico o ácido p-toluenosulfónico,
siendo especialmente preferible el uso de ácido sulfúrico por
razones de costes.
La liberación del ácido se puede realizar también
a través de un intercambiador iónico ácido que tiene un valor de
pK_{s} que es capaz de liberar el ácido de su sal.
Tras la liberación de los ácidos de fórmula
general II (Q = OH) de sus sales, éstos se extraen con un alcohol
C_{1}-C_{8} y con un disolvente apolar orgánico
no miscible con agua. Los disolventes de este tipo se encuentran en
una serie de clases de sustancias, por ejemplo, entre los
hidrocarburos de cadena lineal o ramificada, saturados o
insaturados, como n-heptano,
n-hepteno, n-octano,
n-octeno y sus isómeros ramificados, los
hidrocarburos cíclicos saturados, ciclohexano o ciclopentano,
éteres o tioéteres saturados o insaturados de cadena abierta o
cíclicos o compuestos aromáticos como benceno, tolueno o xileno.
Son preferibles los compuestos aromáticos, es especialmente
preferible el tolueno.
De forma ventajosa la disolución acuosa de los
ácidos liberados se diluye con aproximadamente 5% de agua, para
impedir que precipiten las sales de los ácidos usados para la
liberación, por ejemplo el ácido sulfúrico.
La cantidad de la mezcla de disolventes para la
extracción no es crítica. El disolvente se puede usar en un exceso
múltiple para la extracción. De forma ventajosa se usa en casi la
misma cantidad en volumen referido a la disolución acuosa del ácido,
es decir, en una relación de 1:1 y/o 1:1,5, referido a la
disolución acuosa del ácido.
Tiene una importancia decisiva para el
rendimiento de extracción en el procedimiento según la invención
que la extracción se realice en presencia de un alcohol
C_{1}-C_{8}. Sin el alcohol, el rendimiento de
extracción asciende sólo a un porcentaje bajo. Son alcoholes
apropiados, metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol y sus
isómeros, así como pentanol, hexanol, heptanol y octanol y sus
isómeros ramificados. Son preferibles etanol, propanol, isopropanol,
butanol, hexanol u octanol. Es especialmente preferible el
isopropanol. En principio las cetonas también son apropiadas para
la mejora de la extracción. Mediante la adición del alcohol los
ácidos se pueden extraer con un rendimiento de al menos el 85%, con
preferencia de al menos el 90%, con especial preferencia al menos
del 95%.
En la extracción se ajusta de forma ventajosa una
relación de alcohol frente a disolvente orgánico de 1:2 a 5:1. Es
preferible una relación de alcohol frente a disolvente orgánico de
1:1 a 3:1. Con especial preferencia se usa una mezcla 3:1. Es
desventajoso otro co-solvente como ciclohexano, ya
que se forman tres fases.
En el procedimiento según la invención los
alcoholes se pueden usar al mismo tiempo también como
disolvente.
Para la mejora de los resultados de extracción,
dado el caso se pueden añadir sales adicionalmente.
El paso (a) del procedimiento [= extracción] se
puede realizar en el procedimiento según la invención en principio
a cualquier temperatura a la que el alcohol y/o el disolvente no
sean considerablemente volátiles y la extracción se pueda realizar
lo más rápidamente posible. Es ventajosa la extracción a una
temperatura de 0ºC hasta 70ºC. Con preferencia la extracción se
realiza a una temperatura de 20ºC a 50ºC.
Para la extracción se puede introducir el ácido
liberado o se puede añadir el alcohol y/o el disolvente y los otros
componentes respectivos. De forma ventajosa se añaden todos los
componentes al mismo tiempo. La extracción se puede realizar por
lotes, de forma semi-continua (adición múltiple de
uno o varios componentes) o de forma continua. De forma ventajosa la
extracción se realiza de forma continua.
Los ácidos apropiados con preferencia para el
procedimiento según la invención conducen a ésteres que llevan en
el componente ácido del éster un átomo de oxígeno o átomo de flúor
en los alrededores del carbono carbonilo.
Se entiende como alrededores del carbono
carbonilo el enlace del heteroátomo a un átomo de carbono en
posición alfa, beta o gama con el carbono carbonilo. Son preferibles
aquellos componentes ácido del éster, en los que el heteroátomo se
une al átomo de C alfa. Como heteroátomo es preferible el
oxígeno.
En el caso del oxígeno el heteroátomo puede estar
unido dado el caso con otros grupos, por ejemplo, grupos alquilo.
Esto conduce a éteres.
Entre estos, son preferibles los ésteres de
alquilo C_{1}-C_{8} de los ácidos
alcoxiacéticos C_{1}-C_{4}, como el éster
etílico del ácido metoxiacético.
Como catalizadores de la formación de ésteres a
partir de los ácidos extraídos y los alcoholes
C_{1}-C_{8} que se usaron de forma ventajosa en
la extracción, son apropiados principalmente todos los
catalizadores que pueden catalizar una formación de ésteres, como
carbonatos, ácidos o intercambiadores iónicos ácidos. De forma
ventajosa son ácidos apropiados los ácidos fuertes a medianamente
fuertes inorgánicos u orgánicos, como ácido sulfúrico, ácido
clorhídrico, ácido fosfórico, ácido oxálico, ácido fórmico, ácido
benzosulfónico, ácido toluenosulfónico, ácido metanosulfónico, ácido
trifluoroacético, ácido fluoroacético, ácido mono-, di- o
tricloroacético o ácido trifluorometanosulfónico. Son apropiados por
razones de costes el ácido sulfúrico y el ácido
p-toluenosulfónico, con especial preferencia el
ácido sulfúrico. Los intercambiadores iónicos apropiados son, por
ejemplo, las diferentes amberlitas como Amberlyst W38.
En la esterificación se usan de forma ventajosa
los mismos alcoholes que ya se usaron también para la extracción.
Sin embargo, también se pueden usar otros alcoholes o mezclas de
alcoholes.
Para el procedimiento según la invención, en el
paso (b) del procedimiento (esterificación) son apropiados como
agentes de arrastre principalmente todos los disolventes orgánicos
que no son miscibles con agua y su punto de ebullición como
azeótropo con el alcohol y el agua es al menos 8ºC, con preferencia
al menos 10ºC, con especial preferencia al menos 14ºC menor que el
azeótropo del alcohol y del agua. De forma ventajosa son disolventes
apropiados, por ejemplo, ciclohexano, ciclopentano,
n-hexano, n-heptano,
metilciclohexano. Con preferencia se usa ciclohexano como agente de
arrastre.
Para la esterificación se usa al menos un 1% en
peso de agente de arrastre referido al volumen total de reacción.
También se puede usar en un gran exceso. De forma ventajosa se usa
un 5 a 50% en peso de agente de arrastre, con especial referencia 5
a 20% en peso, con especial preferencia 5 a 10% en peso de agente
de arrastre para la esterificación.
La esterificación se realiza de forma ventajosa a
una temperatura de 50ºC a 100ºC, con especial preferencia de 60ºC a
90ºC.
El procedimiento según la invención se puede
realizar a presión normal o a presión elevada o reducida. Además,
los pasos (a) y (b) del procedimiento se pueden realizar a la misma
o a diferente presión. Con preferencia el procedimiento se realiza a
presión normal o a presión elevada.
Mediante el agente de arrastre ventajoso el
contenido en agua en la reacción de esterificación se puede reducir
por debajo del 1%, con preferencia por debajo del 0,5%, con
especial preferencia por debajo del 0,1%. El contenido de agua se
determinó mediante valoración por Karl-Fischer. El
bajo contenido en agua permite un rendimiento en éster de al menos
el 90%, con preferencia de al menos el 95%, con especial
preferencia de al menos el 97%, con mucha especial preferencia de al
menos el 99%.
Además, mediante la utilización del agente de
arrastre se acorta el tiempo de reacción en la esterificación.
Mediante el uso del agente de arrastre se puede reducir a más de la
mitad, pudiéndose obtener al mismo tiempo una conversión
cuantitativa de los ácidos en ésteres, mientras sin agente de
arrastre la reacción transcurre sólo hasta una conversión de
aproximadamente el 85% del rendimiento.
El curso de la reacción en el procedimiento según
la invención se sigue fácilmente con los procedimientos habituales,
por ejemplo mediante HPLC, cromatografía de capa fina o
cromatografía de gases.
La invención es apropiada también para la
extracción de compuestos de fórmula II según la reivindicación 1 a
partir de disoluciones acuosas, caracterizados porque los
compuestos de fórmula general II se extraen directamente o tras la
liberación de sus sales en presencia de un alcohol
C_{1}-C_{8} y un disolvente no miscible con
agua.
Los ejemplos siguientes sirven para explicar la
invención.
En la disociación cinética catalizada por enzima
del racemato de aminas, como las que se describen en el documento
WO 95/08636, un enantiómero se convierte en una metoxiacetamida
(amida), cuya disociación con sosa cáustica produce también, junto a
la amina libre deseada, un metoxiacetato sódico (=NAMA) (véase
esquema I). En el procedimiento según la invención el ácido
metoxiacético contenido dentro (=MES) se liberó a partir de su sal
NAMA, el MES disuelto entonces en agua se aisló a continuación
mediante extracción y finalmente se esterificó dando éster
isopropílico (=MEIPE), que después se vuelve a encontrar como
reactivo de acilación en la disociación del racemato catalizada por
enzima.
Esquema
I
Hidrólisis de la amida en el
ejemplo de la
feniletilamina
Los puntos clave del procedimiento según la
invención son el uso de isopropanol como
co-solvente en la extracción del MES a partir de
agua, así como la adición de ciclohexano como
co-arrastrador en la esterificación azeotrópica del
extracto.
El ácido se liberó a partir de 320 g de una
disolución acuosa de metoxiacetato sódico (NAMA), que se obtuvo a
partir de una disociación de la amida con NaOH (véase esquema II).
La amida se obtuvo a partir de una disociación del racemato que se
realizó según el procedimiento descrito en el documento WO
95/08636.
Esquema
II
Liberación del ácido
metoxiacético
Composición:
aproximadamente 3% de sosa cáustica
37% de metoxiacetato sódico (NAMA)
Se introdujo la disolución acuosa a temperatura
ambiente (aproximadamente 23ºC) y se añadió el ácido sulfúrico
mencionado anteriormente. De esta manera, la temperatura aumentó a
65ºC y precipitó sulfato sódico. Se enfrió bajo agitación a
temperatura ambiente y se diluyó con 175 ml de agua, la disolución
así obtenida presentó un valor de pH de 1.
La cantidad de agua añadida fue suficiente para
mantener en disolución el sulfato sódico formado a temperatura
ambiente (>22ºC).
La disolución resultante según RMN ^{1}H y
analíticas elementales tuvo un contenido en MES de aproximadamente
el 15% y un contenido en Na_{2}SO_{4} del 17%.
Las disoluciones obtenidas según esta
especificación, si no se indica lo contrario, se emplearon en los
siguientes ensayos de extracción.
Como el MES es miscible con agua de forma
ilimitada, no se podría aislar del agua satisfactoriamente, como
muestran los ensayos, con disolventes no polares como tolueno,
ciclohexano o éteres. A causa de los coeficientes de reparto bajos
en estas mezclas el rendimiento de extracción ascendió a <
5%.
Mediante adición de un alcohol como isopropanol
se pudo realizar la extracción tras la liberación del ácido de su
sal.
a) extracción con diferentes mezclas de agentes
de extracción:
Esquema
III
Extracción del
MES
Para 40 g de una disolución acuosa de ácido
metoxiacético (MES) con la siguiente composición:
- 18,5% de ácido metoxiacético (MES)
- aproximadamente 18% de sulfato sódico
Para 40 g de una mezcla de agentes de extracción
con la composición descrita en la tabla I.
\vskip1.000000\baselineskip
A la disolución acuosa de ácido metoxiacético se
le añadieron a temperatura ambiente (aproximadamente 23ºC) los
agentes de extracción mencionados en la Tabla I y se agitó 30
minutos en un agitador magnético a 500 rpm. Las mezclas se
transfirieron entonces respectivamente a un embudo de decantación y
se dejaron reposar hasta la separación de fases completa
(aproximadamente 30 minutos). En las fórmulas (E, F, H) en las que
precipitó sulfato sódico, antes de la separación de fases la sal se
volvió a disolver mediante calentamiento con un ventilador de aire
caliente (aproximadamente a 30ºC). En la fórmula H se formaron tres
fases.
En la fórmula F se alcanzó un rendimiento de
extracción del 95%. D y E produjeron rendimientos de extracción
respectivamente de > 85% y/o > 90%.
b) Variación de las relaciones agente de
extracción-alimentación:
Disolución acuosa de ácido metoxiacético (MES)
con la siguiente composición:
- 18,5% de ácido metoxiacético (MES)
- aproximadamente 18% de sulfato sódico
- = alimentación
- Diferentes cantidades de mezcla de agentes de extracción tolueno/isopropanol = 1:1 (p/p)
- = agente de extracción
A la disolución acuosa de ácido metoxiacético se
le añadieron a temperatura ambiente (aproximadamente 23ºC) los
agentes de extracción mencionados en la Tabla II y se agitó 30
minutos en un agitador magnético a 500 rpm. Las mezclas se
transfirieron entonces respectivamente a un embudo de decantación y
se dejaron reposar hasta la separación de fases completa
(aproximadamente 30 minutos). En las fórmulas en las que precipitó
sulfato sódico, antes de la separación de fases la sal se volvió a
disolver mediante calentamiento con un ventilador de aire caliente
(aproximadamente a 30ºC).
Se alcanzaron rendimientos de > 95% con
relación > 2.
c) Extracción continua
Disolución acuosa de ácido metoxiacético (MES)
con la siguiente composición:
- 17,4% de ácido metoxiacético (MES)
- 17,5% de sulfato sódico
- Agente de extracción tolueno/isopropanol = 1:1 (p/p)
La disolución acuosa de ácido metoxiacético se
diluyó a temperatura ambiente (aproximadamente 23ºC) con 5% en peso
de agua y se le añadieron 210 g/h en el cabezal de una columna de
extracción (60 cm de longitud, \diameter 3 cm, rellena con anillos
de vidrio de \diameter 3 mm). Se introdujeron a contracorriente
200 g/h de una mezcla tolueno/isopropanol en la salida de la columna
de extracción. Durante la extracción se temperó la columna a
aproximadamente 30ºC con una cinta calentadora. La interfase se
ajustó de manera que quedó en el centro del matraz colocado al final
de la columna (véase figura 1). Tras 8 horas se obtuvo lo
siguiente:
Fase acuosa inferior: 1215 g, densidad: 1,24
gcm^{-3}
Extracto orgánico: 2062 g, densidad: 0,87
gcm^{-3}
El extracto (fase superior) contuvo 12,3% en peso
de MES
El rendimiento de extracción ascendió al 91%.
En la extracción de ácido metoxiacético (MES) con
tolueno/isopropanol descrita en el ejemplo 2 se formó un extracto
que además del producto valioso deseado contuvo también grandes
cantidades de agua.
Como en todas las esterificaciones H+-catalizadas
de ácidos carboxílicos libres con alcoholes, la esterificación
prevista del ácido metoxiacético con isopropanol transcurrió en un
equilibrio.
a) catálisis mediante intercambiador iónico, en
suspensión:
Esquema de reacción
IV
Esterificación en presencia de
un intercambiador
iónico
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Cantidades
empleadas:
4,4 kg de extracto de la extracción continua de
una disolución acuosa de MES con la siguiente composición:
- 12,3% de ácido metoxiacético (MES)
- 38,1% de isopropanol
- 38,8% de tolueno
- 10,7% de agua
- 0,1% de Na_{2}SO_{4}
- 15 g de intercambiador iónico ácido Amberlyst W 38
Al extracto se le añadió a temperatura ambiente
el intercambiador iónico y se calentó a reflujo bajo agitación. A
través de una columna Vigreux de 20 cm de longitud rellena con
cuerpos de relleno de alambre se destiló a una temperatura de
burbuja de 77 a 79ºC un heteroazeótropo ternario compuesto por
tolueno/isopropanol y agua (temperatura del cabezal 76ºC). Este
azeótropo se introdujo en un separador de fases y se desechó la
fase inferior acuosa. La fase superior orgánica se reintrodujo en
la columna. Tras 35 horas ya no se formó ninguna fase inferior más
en el separador de fases. El contenido en agua en la burbuja se
encontró alrededor del 2,2% (según valoración por
Karl-Fischer). Según el espectro RMN ^{1}H el
ácido metoxiacético se transformó hasta el 85%. Se filtró el
intercambiador iónico, el separador de fases se cambió por un
cabezal de columna y se destiló fraccionadamente el contenido de
burbujas.
Rendimiento de MEIPE aisl.: 715,5 g (90%
d.t.)
Pureza del MEIPE: pureza quím.: > 99,8%
b) catálisis mediante intercambiador iónico, en
la derivación:
Cantidades
empleadas:
785 g de extracto de la extracción continua de
una disolución acuosa de MES con la siguiente composición:
- 12,3% de ácido metoxiacético (MES)
- 38,1% de isopropanol
- 38,8% de tolueno
- 10,7% de agua
- 0,1% de Na_{2}SO_{4}
- 50 g de intercambiador iónico ácido Amberlyst W 38
El aparato se toma de la figura 2.
El extracto se introdujo a temperatura ambiente
en un recipiente miniplanta de 1 l. Se abrió la salida del fondo
del recipiente y se bombeó la mezcla con una bomba de membrana
(rendimiento: 4,8 l/h) a través de una columna rellena con 50 g de
intercambiador iónico ácido Amberlyst W 38 (longitud 30 cm,
\diameter: 3 cm). La calefacción del recipiente miniplanta se
elevó hasta 140ºC y el destilado formado se destiló a través de una
columna Vigreux de 20 cm de longitud (rellena con cuerpos de relleno
de alambre) a una temperatura de burbuja de 78 a 80ºC. El
heteroazeótropo ternario formado compuesto por tolueno/isopropanol
y agua (temperatura del cabezal 76ºC) se introdujo en un separador
de fases y se desechó la fase inferior acuosa. La fase superior
orgánica se reintrodujo en la columna. Para evitar pérdidas de
temperatura la derivación rellena con intercambiador iónico también
se calentó con una cinta calentadora. Al salir de la derivación la
mezcla de reacción presentó la misma temperatura que en el
recipiente miniplanta. Tras 10 horas ya no se formó ninguna fase
inferior más en el separador de fases.
La mezcla se destiló fraccionadamente.
Rendimiento de MEIPE aisl.: 82 g (56% d.t.)
El bajo rendimiento se tiene que atribuir en
parte a que una parte del producto valioso permanece en la
derivación rellena con el intercambiador iónico.
Pureza del MEIPE: pureza quím.: > 98,5%
(contiene tolueno)
b) catálisis con H_{2}SO_{4}:
\vskip1.000000\baselineskip
Esquema de reacción
V
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Cantidades
empleadas:
1 kg de extracto de la extracción continua de una
disolución acuosa de MES con la siguiente composición:
- 10,7% de ácido metoxiacético (MES)
- 2,0% de éster isopropílico del ácido metoxiacético
- 36,0% de isopropanol
- 38,0% de tolueno
- 14,0% de agua
- 0,04% de Na_{2}SO_{4}
Añadido:
- 40,0 g de ácido metoxiacético (MES)
- 0,8 g de H_{2}SO_{4} conc.(0,5% en moles)
- 100 ml de ciclohexano
El extracto se mezcló a temperatura ambiente
(aproximadamente 23ºC) con el ácido metoxiacético, el ácido
sulfúrico y el ciclohexano y a continuación se calentó a reflujo. A
través de una columna de 30 cm de longitud rellena con cuerpos de
relleno de alambre se destiló a una temperatura de burbuja de 74 a
76ºC un heteroazeótropo ternario compuesto por
ciclohexano/isopropanol y agua (temperatura del cabezal 66ºC). Este
azeótropo se introdujo en un separador de fases llenado
anteriormente con ciclohexano y se desechó la fase inferior acuosa.
La fase superior orgánica se reintrodujo en la columna. Tras 16
horas la temperatura interna aumentó a 92ºC, la temperatura del
cabezal en la columna ascendió a 70ºC y el contenido en agua en la
burbuja se encontró alrededor del 0,07% (según valoración por
Karl-Fischer). Según el espectro RMN ^{1}H el
ácido metoxiacético se transformó hasta > 98%.
Se destiló fraccionadamente el contenido de
burbujas.
Rendimiento de MEIPE aisl. (= aislado):
- 220 g (94% d.t. = del teórico).
Pureza del MEIPE: pureza quím. (= química) >
99,8%
d) Esterificación azeotrópica del ácido
metoxiacético/catálisis con H_{2}SO_{4}:
\vskip1.000000\baselineskip
Esquema de reacción
VI
Esterificación azeotrópica bajo
catálisis con
H_{2}SO_{4}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Cantidades
empleadas:
400 g (4,44 moles) de ácido metoxiacético
400 g de ciclohexano
300 g de tolueno
600 g (10 moles) de isopropanol
1 g (0,01 moles) de ácido sulfúrico conc.
(corresponde a 0,2% en moles)
\newpage
Se introdujeron a temperatura ambiente ácido
metoxiacético, ciclohexano, tolueno, isopropanol y ácido sulfúrico
y a continuación se calentó a reflujo. A través de una columna de
30 cm de longitud rellena con cuerpos de relleno de alambre se
destiló a una temperatura de burbuja de 74 a 76ºC un
heteroazeótropo ternario compuesto por ciclohexano/isopropanol y
agua (temperatura del cabezal 66ºC). Este azeótropo se introdujo en
un separador de fases llenado anteriormente con ciclohexano
(contenido: aproximadamente 600 ml). La fase inferior acuosa
desplazó así la correspondiente cantidad de ciclohexano que refluyó
a través de la columna en el depósito de reacción. Tras 6 horas se
transformó el 75% de ácido metoxiacético según el espectro RMN
^{1}H, el contenido en agua en la burbuja de destilación se
encontró alrededor del 0,58%. Tras 16 horas ya no se formó más agua
en el separador de fases; la temperatura del cabezal en la columna
ascendió a 70ºC y el contenido en agua en la burbuja se encontró
alrededor del 0,01% (según valoración por
Karl-Fischer). Según el espectro RMN ^{1}H el
ácido metoxiacético se transformó cuantitativamente.
El separador de fases se cambió por un cabezal de
columna y el contenido de burbujas se destiló fraccionadamente.
Rendimiento de MEIPE aisl.: 562 g (97% d.t.)
Pureza del MEIPE: pureza quím. > 99,8%
Claims (17)
1. Procedimiento para la fabricación de ésteres
de fórmula general I,
a partir de los compuestos
contenidos en las disoluciones acuosas de fórmula general
II,
caracterizado
porque
- a)
- los compuestos de fórmula general II se extraen directamente o tras la liberación de sus sales en presencia de un alcohol C_{1}-C_{8} y un disolvente no miscible con agua, en los que el alcohol se puede usar al mismo tiempo como disolvente y
- b)
- a continuación, se esterifican con el alcohol C_{1}-C_{8} en presencia de un catalizador y un agente de arrastre cuyo punto de ebullición como azeótropo con el alcohol y el agua es al menos 8ºC menor que el azeótropo del alcohol y del agua, bajo las condiciones de una destilación azeotrópica, usándose al menos 1% en peso de agente de arrastre referido al volumen total de la reacción y
en el que los pasos (a) y (b) del
procedimiento pueden estar separados temporal y espacialmente o
también se pueden realizar en una secuencia consecutiva continua o
discontinua y en el que las variables y los sustituyentes en las
fórmulas I y II tienen el significado
siguiente:
- R^{1} = F, Cl, -OH, -O-alquilo C_{1}-C_{10} sustituido o no sustituido, ramificado o no ramificado,
- R^{2} = H, alquilo C_{1}-C_{10} sustituido o no sustituido, ramificado o no ramificado,
- R^{3} = alquilo C_{1}-C_{8} sustituido o no sustituido, ramificado o no ramificado,
- Q = -OH, -O^{-}K^{+}, en el que K^{+} es un ión alcalino o alcalinotérreo o una amina,
- n = 0, 1 ó 2.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque para la liberación del ácido de las
sales de los compuestos de fórmula II se usa un ácido cuyo valor de
pK_{s} es menor que el del compuesto de fórmula II.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque se usa H_{2}SO_{4} para la
liberación del ácido de las sales de los compuestos de fórmula
II.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque como alcohol se usa etanol,
propanol, isopropanol, butanol, hexanol u octanol.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque el alcohol se usa al mismo tiempo
también como disolvente orgánico.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque el paso (a) del procedimiento se
realiza a una temperatura de 0ºC a 70ºC.
7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
6, caracterizado porque el alcohol
C_{1}-C_{8} y el disolvente no miscible con agua
se añaden por separado para la extracción (a).
8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
7, caracterizado porque los compuestos de la fórmula II se
extraen de forma continua.
9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
8, caracterizado porque en el paso (a) del procedimiento se
extraen los ácidos de los compuestos de fórmula II con un
rendimiento de al menos el 85%.
10. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
9, caracterizado porque se usan disolventes orgánicos
apolares como disolventes en el paso (a) del procedimiento.
11. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
10, caracterizado porque como catalizador para la
esterificación en el paso (b) del procedimiento se usan
intercambiadores iónicos ácidos o ácidos minerales.
12. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
11, caracterizado porque se usa ciclohexano como agente de
arrastre.
13. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
12, caracterizado porque el paso (b) del procedimiento se
realiza a una presión mayor de un bar.
14. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
13, caracterizado porque el contenido en agua durante la
esterificación se reduce por debajo del 0,1% en el paso (b) del
procedimiento.
15. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
14, caracterizado porque el rendimiento del éster de fórmula
general I en el paso (b) del procedimiento asciende al menos al
90%.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como
éster se fabrica éster de alquilo C_{1}-C_{8} de
un ácido alcoxiacético C_{1}-C_{4}.
17. Procedimiento para la extracción de los
compuestos de fórmula II según la reivindicación 1 a partir de
disoluciones acuosas, caracterizado porque los compuestos de
fórmula general II se extraen directamente o tras la liberación de
sus sales mediante acidificación en presencia de un alcohol
C_{1}-C_{8} y un disolvente no miscible con
agua.
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