ES2707957T3 - Disociación térmica de sales de 3-hidroxipropionato de alquil(amonio) - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para convertir un 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio, en una mezcla acuosa, en ácido 3- hidroxipropiónico (3-HP), comprendiendo el procedimiento: mezclar un disolvente orgánico aprótico polar y la mezcla acuosa, en donde el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio y el 3-HP son solubles en el disolvente orgánico aprótico polar, el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio es 3-hidroxipropionato amónico (A3HP), y el disolvente orgánico aprótico polar se selecciona del grupo que consiste en dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMA), N-metil-2-pirrolidona (NMP), dimetilsulfóxido (DMSO), dimetilsulfona, o una combinación de los mismos; mezclar un disolvente formador de azeótropo y la mezcla acuosa y el disolvente orgánico aprótico polar, en donde el disolvente formador de azeótropo forma una mezcla azeotrópica con agua de la mezcla acuosa, y la mezcla acuosa, el disolvente orgánico aprótico polar y el disolvente formador de azeótropo forman un líquido disociador de sales; calentar el líquido disociador de sales para convertir 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio en 3-HP y amoníaco, en donde el calentamiento del líquido disociador de sales produce una fase de vapor que contiene al menos agua, amoníaco y el disolvente formador de azeótropo; separar al menos una parte del agua y amoníaco de la fase de vapor durante el calentamiento; y devolver al menos una parte del disolvente formador de azeótropo desde la fase de vapor al líquido disociador de sales para mantener la mezcla azeotrópica con el agua de la mezcla acuosa.

Description

DESCRIPCION

Disociacion termica de sales de 3-hidroxipropionato de alquil(amonio)

Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un procedimiento para convertir un 3-hidroxipropionato de alquil(amonio) en acido 3-hidroxipropionico.

Antecedentes

El procedimiento para producir acido 3-hidroxipropionico (3-HP) implica fermentar azucar(es) a, o cerca del, pH neutro. Sin embargo, mantener la fermentacion a, o cerca del, pH neutro conduce a la formacion de una sal de 3-HP, lo mas comunmente un 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio. Ejemplos de dichas sales de 3-HP incluyen 3-hidroxipropionato amonico (A3HP), junto con las que tienen un cation mono-, di-, o trialquil-amonio, por ejemplo un cation metil-, dimetil-, o trimetil-amonio. Para llegar al 3-HP, la sal A3HP del proceso de fermentacion debe ser “disociada” en amomaco y 3-HP. Una vez separado, el amomaco se recicla y el 3-HP se convierte en un producto mas util, por ejemplo acido acnlico.

Sin embargo, hay problemas al “disociar” la sal A3HP en amomaco y 3-HP. Por ejemplo, en un planteamiento para “disociar” la sal A3HP, se calienta una disolucion acuosa de A3HP a presion atmosferica o reducida en un procedimiento llamado “disociacion termica de sales” (TSS). La TSS separa agua de la disolucion acuosa, lo cual no se desea por dos razones: 1) la viscosidad de la disolucion resultante aumenta hasta el punto de que es muy diffcil de manejar, y 2) el producto resultante 3-HP puede sufrir reacciones de condensacion tanto consigo mismo (para formar, por ejemplo, esteres oligomericos) como con otros acidos y aminas presentes en la mezcla, tales como los acidos acetico y glutamico. Estas reacciones de condensacion complican tanto la reaccion posterior de deshidratacion como los procesos de separacion. Las reacciones con aminas para formar amidas son especialmente no deseadas porque es diffcil convertir estos productos en acido acnlico.

Por tanto, en la tecnica existe una necesidad de un ffquido disociador de sales y un procedimiento que use el ffquido disociador de sales para “disociar” la sal A3HP en amomaco y 3-HP que minimice cualquier aumento de la viscosidad y las reacciones de condensacion del 3-HP. Por tanto existe en la tecnica una necesidad de un procedimiento que minimice cualquier aumento de la viscosidad y las reacciones de condensacion del 3-HP.

Compendio

La presente descripcion proporciona un ffquido disociador de sales y un procedimiento que usa el ffquido disociador de sales para “disociar” la sal 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio en amomaco y acido 3-hidroxipropionico (3-HP) y que minimiza tanto los aumentos de viscosidad como las reacciones de condensacion del 3-HP. Concretamente, la presente descripcion proporciona entre otras cosas un procedimiento para convertir 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio, en una mezcla acuosa, en 3-HP. El procedimiento incluye mezclar un disolvente organico aprotico polar con la mezcla acuosa, en donde el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio y el 3-HP son solubles en el disolvente organico aprotico polar. Un disolvente formador de azeotropo se mezcla con la mezcla acuosa y el disolvente organico aprotico polar, en donde el disolvente formador de azeotropo forma una mezcla azeotropica con el agua de al menos la mezcla acuosa. La mezcla acuosa, el disolvente aprotico polar, y el disolvente formador de azeotropo forman conjuntamente el ffquido disociador de sales. El ffquido disociador de sales se calienta para convertir el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio en 3-HP y amomaco, en donde el calentamiento del ffquido disociador de sales produce tambien una fase de vapor que contiene al menos agua, amomaco y el disolvente formador de azeotropo. Al menos una parte del agua y el amomaco se separa de la fase de vapor durante el calentamiento. Al menos una parte del disolvente formador de azeotropo de la fase de vapor se devuelve al ffquido disociador de sales para mantener la mezcla azeotropica con el agua de al menos la mezcla acuosa. Devolver al menos una parte del disolvente formador de azeotropo de la fase de vapor al ffquido disociador de sales incluye mantener 0,1 por ciento en peso (% en peso) a 1% en peso del disolvente formador de azeotropo en el ffquido disociador de sales basado en el peso total del ffquido disociador de sales. El 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio es 3-hidroxipropionato de amonio (A3HP).

El calentamiento del ffquido disociador de sales puede alcanzar una temperatura de 100°C a 200°C. El disolvente formador de azeotropo se puede seleccionar del grupo que consiste en tolueno, m-xileno, anisol, metil-isobutilcetona, benceno, ciclohexano, eter diefflico, metil-etil-cetona o una combinacion de los mismos. El disolvente organico aprotico polar se selecciona del grupo que consiste en dimetilformamida (DFM), dimetilacetamida (DMA), W-metil-2-pirrolidona (NMP), dimetilsulfoxido (DMSO), dimetilsulfona, o una combinacion de los mismos. El disolvente organico aprotico polar se puede mezclar con la mezcla acuosa de modo que una relacion en peso de 3-HP al disolvente organico aprotico polar (3-HP: disolvente organico aprotico polar) en la mezcla acuosa es 0,6:1 o menor, preferiblemente 0,18:1 a 0,58:1, mas preferiblemente 0,24:1 a 0,42:1.

Descripcion detallada

Los caldos de fermentacion usados en la produccion de acido 3-hidroxipropionico (3-HP) funcionan a, o cerca del, pH neutro. Al mantener este pH neutro se producen sales del 3-HP (por ejemplo, 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio), lo mas comunmente 3-hidroxipropionato amonico (A3HP). Por tanto, para llegar al 3-HP, se “separa” amomaco del 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio.

Un metodo directo para “disociar” el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio, tal como A3HP, en amomaco y 3-HP es calentar la mezcla acuosa en un procedimiento de “disociacion termica de sales” o “TSS”. Durante el calentamiento, el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio se convierte en 3-HP a medida que se separan el amomaco y agua. El procedimiento de calentamiento provoca tambien un aumento tanto de la acidez de la mezcla acuosa (por ejemplo, la mezcla acuosa que se vuelve mas acida) como la concentracion de 3-HP en la mezcla acuosa a medida que se separan el amomaco y agua. Esta condicion puede hacer que el 3-HP experimente reacciones adicionales para dar no solamente oligomeros de ester de 3-HP, sino tambien otros productos de reaccion.

En el documento DE 2718363 se sugirio que el procedimiento de calentamiento se puede usar con sales amonicas de acidos carboxflicos (por ejemplo, isobutirato, acetato, adipato, (met)acrilato, benzoato, y tereftalato) en disolventes organicos solubles en agua (por ejemplo, dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMA), N-metilpirrolidona (NMP), dimetilsulfoxido (DMSO), dimetilsulfona, dioxanos, y diglima). La publicacion de patente de EE.UU. No. 2010/0099910 sugiere que el calentamiento de un acido p-hidroxicarboxflico se puede lograr en una sola fase en un disolvente no acuoso. Los ejemplos de esta publicacion describen el calentamiento de A3HP en NMP para dar una conversion de 91% y 94% de A3HP en 3-HP.

Sin embargo, existen varios problemas con los planteamientos del documento DE 2718363 y la publicacion de patente de EE.UU. No. 2010/0099910. Por ejemplo, los disolventes del documento DE 2718363 funcionan bien a bajas concentraciones de sal en el disolvente (por ejemplo, concentraciones bajas que son 0,2 moles de sal en 100 gramos de disolvente, o una relacion de 3-HP/disolvente de 0,18). Sin embargo, es deseable funcionar a concentraciones mas altas de 3-HP para un procedimiento industrial (por ejemplo, concentraciones de 3-HP de 18 por ciento en peso (% en peso) a 60% en peso basado en el peso total de la disolucion mtegra (por ejemplo, la disolucion disociadora de sales)). El disolvente NMP usado en la publicacion de patente de EE.UU. No.

2010/0099910 funciona bien a concentraciones mas altas de sal, pero la separacion posterior de 3-HP del disolvente es diffcil porque el disolvente tiene un punto de ebullicion alto a temperatura y presion estandar (por ejemplo, 202°C), y la naturaleza basica del disolvente NMP dificultara la separacion del acido 3-HP. Ademas, el uso de los disolventes de punto de ebullicion inferior enumerados en el documento DE 2718363 (por ejemplo, DMF, DMA y DMSO) conduce a graves problemas de formacion de espuma que los hacen inadecuados para su uso en un procedimiento comercial.

La presente descripcion proporciona una solucion a estos problemas. Sorprendentemente, se ha descubierto que la adicion de un disolvente formador de azeotropo y un disolvente organico aprotico polar a una mezcla acuosa que contiene A3HP forma una mezcla azeotropica con el agua que no solamente permite la separacion de agua de la mezcla acuosa a una presion reducida, sino que tambien promueve la separacion de amomaco en mayor medida (mayor conversion de sal en amomaco y acido). Tambien se ha descubierto sorprendentemente que el uso del disolvente formador de azeotropo en la mezcla acuosa mitiga tambien los problemas de formacion de espuma encontrados durante el proceso de calentamiento (por ejemplo, disociacion termica de sales) con muchos disolventes organicos aproticos polares.

Como se usa en la presente memoria, una “mezcla acuosa” se puede obtener a partir de un caldo de fermentacion o puede ser el producto del medio resultante del sometimiento de microorganismos a una o mas etapas de fermentacion en un medio de fermentacion para producir, entre otras cosas, mezcla acuosa de acido 3-hidroxipropionico (3-HP) y 3-hidroxipropionato amonico (A3HP). El medio de fermentacion, como se usa en la presente memoria, significa una mezcla de agua, azucares y solidos disueltos que se usa en una o mas etapas de fermentacion que permiten a los microorganismos producir 3-HP y A3HP, junto con otros compuestos. La mezcla acuosa puede someterse a pasteurizacion, esterilizacion, purificacion, filtracion, concentracion, o una combinacion de las mismas. Los ejemplos adecuados de una mezcla acuosa, como se usa en la presente memoria, incluyen, pero no se limitan a, los descritos en el numero de publicacion internacional WO 2011/094457.

Como se usa en la presente memoria, un “lfquido disociador de sales” puede tener la caractenstica ffsica de ser una mezcla o una disolucion, como se conoce en la tecnica. La mezcla acuosa, disolvente aprotico polar, y disolvente formador de azeotropo forman conjuntamente el lfquido disociador de sales.

Como se usa en la presente memoria, “disociacion termica de sales” es un procedimiento usado para “disociar” o “convertir” A3HP en 3-HP y amomaco. El procedimiento de disociacion termica de sales incluye calentar el lfquido disociador de sales que incluye la mezcla acuosa para convertir A3HP en 3-HP y amomaco. Como tal, el calentamiento del lfquido disociador de sales para convertir A3HP en 3-HP y amomaco es un procedimiento de disociacion termica de sales.

El procedimiento de la presente descripcion convierte A3HP de la mezcla acuosa en 3-HP. El procedimiento incluye mezclar un disolvente organico aprotico polar con la mezcla acuosa, en donde el A3HP y el 3-HP son solubles en el disolvente organico aprotico polar. Un disolvente formador de azeotropo se mezcla con la mezcla acuosa y el disolvente organico aprotico polar. El disolvente formador de azeotropo forma una mezcla azeotropica con el agua de al menos la mezcla acuosa. Como se usa en la presente memoria, un disolvente formador de azeotropo es un Ifquido que forma un azeotropo con el agua.

El lfquido disociador de sales se calienta para convertir A3HP en 3-HP y amomaco (por ejemplo, TSS). El calentamiento del Kquido disociador de sales produce tambien una fase de vapor que contiene al menos agua, amomaco y el disolvente formador de azeotropo. Al menos una parte del agua y el amomaco se separan de la fase de vapor durante el calentamiento y al menos una parte del disolvente formador de azeotropo se devuelve de la fase de vapor al lfquido disociador de sales para mantener la mezcla azeotropica con el agua de la mezcla acuosa.

Como se usa en la presente memoria, soluble significa la capacidad de A3HP y el 3-HP, a las concentraciones proporcionadas en la presente memoria, para mezclarse con el disolvente organico aprotico polar y la mezcla acuosa para formar una disolucion homogenea (por ejemplo, la disolucion acuosa de la mezcla acuosa). Esto permite la solubilidad del A3HP, 3-HP y disolvente organico aprotico polar en la mezcla acuosa (por ejemplo, agua, entre otros compuestos). De esta disolucion homogenea el agua y el amomaco se pueden separar (a traves de la fase de vapor), dejando el disolvente organico aprotico polar en el lfquido disociador de sales. Mantener el disolvente organico aprotico polar en el lfquido disociador de sales ayuda a mantener la viscosidad de la mezcla acuosa lo suficientemente baja (por ejemplo, menos de 5 Pa.s (5000 centiPoise (cP)), preferiblemente menos de 2 Pa.s (2000 cP, medida a 25°C)) para permitir que el lfquido disociador de sales se maneje mas facilmente. Mantener el disolvente en el lfquido disociador de sales ayuda tambien a mantener el 3-HP diluido (por ejemplo, una concentracion de aproximadamente 6,3 moles de 3-HP por litro de lfquido disociador de sales o menos) para minimizar reacciones secundarias y de polimerizacion. Como tal, la presente descripcion proporciona, entre otras cosas, un disolvente organico aprotico polar y un disolvente formador de azeotropo que, cuando se usa con una mezcla acuosa durante el calentamiento (por ejemplo, disociacion termica de sales), permite la solubilidad del agua, 3-HP y A3HP en el lfquido disociador de sales, la separacion del agua y amomaco en la fase de vapor, y que el disolvente organico aprotico polar permanezca en el lfquido disociador de sales de la mezcla acuosa para mantener la viscosidad del sistema lo suficientemente baja para manipular el material y mantener el 3-HP lo suficientemente diluido para minimizar las reacciones secundarias y de polimerizacion.

Preferiblemente, el disolvente organico aprotico polar tiene un punto de ebullicion que es superior, pero cercano, al del agua (a presion y temperatura comparables). Esto permite que el agua se separe preferiblemente durante el proceso de calentamiento y tambien facilita su separacion mas adelante en el proceso. Como se ha comentado, el agua, 3-HP y A3HP son todos solubles en el disolvente aprotico polar (por ejemplo, el disolvente aprotico polar es un buen disolvente para la mezcla acuosa). Como se ha comentado, la mezcla acuosa se puede “concentrar” (por ejemplo, cuando el agua se ha separado de la mezcla acuosa antes de la adicion del disolvente aprotico polar, tal como por evaporacion rotatoria) para proporcionar una mezcla acuosa concentrada para usar con la presente descripcion.

El disolvente organico aprotico polar puede ser uno que disuelva tanto el 3-HP como A3HP en las proporciones requeridas. El disolvente organico aprotico polar se selecciona del grupo que consiste en dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMA), W-metilpirrolidona (NMP), dimetilsulfoxido (DMSO), dimetilsulfona, o una combinacion de los mismos.

La determinacion de la cantidad de disolvente organico aprotico polar para mezclar con la mezcla acuosa se basa en la suposicion de que el agua se separara completamente del lfquido disociador de sales al final del procedimiento de la presente descripcion. La cantidad de disolvente organico aprotico polar a usar es, por tanto, una funcion de la concentracion deseada (por ejemplo, % en peso) del 3-HP en el disolvente organico aprotico polar y el disolvente formador de azeotropo, conforme a lo establecido en la presente memoria, al final del procedimiento. Esto tambien puede ser funcion de la relacion en peso del 3-HP al disolvente organico aprotico polar.

Para las diversas realizaciones, se mezcla disolvente organico aprotico polar con la mezcla acuosa de modo que una relacion en peso de 3-HP al disolvente organico aprotico polar (3-HP:disolvente organico aprotico polar) en la mezcla acuosa es 0,6:1 o inferior, preferiblemente 0,18:1 a 0,58:1, mas preferiblemente 0,24 :1 a 0,42:1. Otro enfoque de cuanto disolvente organico aprotico polar se mezcla con la mezcla acuosa es tener una concentracion de hasta 60 por ciento en peso (% en peso) del 3-HP en el lfquido disociador de sales, preferiblemente 10 a 40% en peso del 3-HP en el lfquido disociador de sales, mas preferiblemente 11 a 26% en peso del 3-HP en el lfquido disociador de sales. Tambien es posible que el 3-HP en el lfquido disociador de sales pueda tener una concentracion de 15 a 25% en peso basado en el peso total del lfquido disociador de sales.

Un disolvente formador de azeotropo se mezcla con la mezcla acuosa y el disolvente organico aprotico polar. Como se usa en la presente memoria, un disolvente formador de azeotropo es un lfquido que forma un azeotropo con el agua (una mezcla azeotropica) en la mezcla acuosa. Esto ayuda a disminuir la cantidad de calor necesario durante la conversion de A3HP en 3-HP disminuyendo la temperatura a la que se separa el agua del lfquido disociador de sales. Por tanto, un resultado de mezclar el disolvente formador de azeotropo es hacer mas eficiente la separacion de agua y amomaco del lfquido disociador de sales. En otras palabras, el uso del disolvente formador de azeotropo ayuda a lograr una mejor separacion tanto del agua como del amomaco del lfquido disociador de sales en comparacion con no usar el disolvente formador de azeotropo.

El disolvente formador de azeotropo se selecciona del grupo que consiste en hidrocarburos aromaticos (por ejemplo benceno, tolueno, m-xileno, anisol), cetonas (por ejemplo metil-isobutil-cetona, metil-etil-cetona), alcanos (por ejemplo ciclohexano), eteres (por ejemplo eter dietilico) o una combinacion de los mismos. Por ejemplo, el disolvente formador de azeotropo incluye, pero no se limita a, los seleccionados del grupo que consiste en tolueno, m-xileno, anisol, metil-isobutil-cetona, benceno, ciclohexano, eter dietflico, metil-etil-cetona o una combinacion de los mismos. Un ejemplo de una combinacion preferida del disolvente organico aprotico polar y el disolvente formador de azeotropo es DMSO y tolueno.

El aparato de reaccion usado en el procedimiento de la presente descripcion puede incluir los disenados segun un aparato de Dean-Stark. Generalmente, el aparato de reaccion incluye un recipiente de reactor calentado (por ejemplo, usado para calentar el lfquido disociador de sales y generar la fase de vapor discutida en la presente memoria) que tiene una salida en una estructura de columna de fraccionamiento. El reactor calentado se puede usar para calentar el lfquido disociador de sales a una temperatura de 100°C a 200°C. La estructura de la columna de fraccionamiento incluye un condensador y un decantador. La fase de vapor producida en el reactor calentado entra en el condensador donde se condensa y entra en el decantador. En el decantador, el lfquido disociador de sales condensado se deja separar en una capa acuosa y una capa de disolvente formador de azeotropo. Una parte de la capa acuosa (por ejemplo, agua y amomaco) se separa mientras una parte controlada de la capa de disolvente formador de azeotropo se devuelve al lfquido disociador de sales en el reactor calentado para al menos mantener el nivel base de disolvente formador de azeotropo en el lfquido disociador de sales. El aparato de reaccion puede funcionar a presion atmosferica. Alternativamente, el aparato de reaccion puede funcionar a una presion reducida (una presion inferior a la presion atmosferica, por ejemplo, a vado).

Como se ha discutido, al menos una parte del agua y el amomaco se separan de la fase de vapor durante el calentamiento. Al menos una parte del disolvente formador de azeotropo de la fase de vapor se devuelve tambien al lfquido disociador de sales para mantener la mezcla azeotropica con el agua de la mezcla acuosa. Este procedimiento garantiza que el disolvente formador de azeotropo este siempre presente en el lfquido disociador de sales durante el procedimiento de calentamiento que convierte A3HP en 3-HP y amomaco. Preferiblemente, el lfquido disociador de sales tiene un nivel base de al menos 0,1% en peso del disolvente formador de azeotropo basado en el peso total del lfquido disociador de sales. Mas preferiblemente, el lfquido disociador de sales tiene un nivel base de al menos 1% en peso del disolvente formador de azeotropo basado en el peso total del lfquido disociador de sales. El nivel base se puede mantener tambien en 0,1% en peso a 1% en peso del disolvente formador de azeotropo en el lfquido disociador de sales basado en el peso total del lfquido disociador de sales. Se ha descubierto sorprendentemente que el uso de disolvente formador de azeotropo en la mezcla acuosa controla la formacion de espuma durante el proceso de calentamiento (por ejemplo, disociacion termica de sales) que se encuentra sin el uso del disolvente formador de azeotropo. Se ha descubierto que cuando no se usa un disolvente formador de azeotropo, pero el procedimiento de convertir A3HP en 3-HP y amomaco sigue siendo por lo demas el mismo, la formacion de espuma dentro del reactor calentado puede crear una espuma que sube y llena el espacio libre por encima del lfquido disociador de sales hasta el punto de que el proceso se debe parar antes de lograr una conversion satisfactoria de A3HP en 3-HP y amomaco.

Se proporcionan los siguientes ejemplos para ilustrar la descripcion, pero no pretenden limitar el alcance de la misma.

Ejemplos

Materiales

Preparar la mezcla acuosa de acuerdo con el Ejemplo 11A (la segunda fermentacion) segun lo dispuesto en el numero de publicacion internacional WO 2011/094457.

Concentrar la mezcla acuosa a aproximadamente 32% en peso a aproximadamente 53% en peso de 3-HP evaporando el agua a 50°C y 4 kPa (30 mm de Hg) en un evaporador rotatorio.

Todos los demas compuestos se adquirieron de Sigma/Aldrich o Fisher Scientific y se usaron tal como se suministraron.

Tecnicas y dispositivos de medida

Medir el porcentaje en peso (% en peso) de 3-HP usando HPLC.

Aparato y procedimiento

Preparar el reactor del sistema de la siguiente manera. En un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml, colocar una entrada de alimentacion (sobre la superficie del lfquido disociador de sales) y una trampa Dean-Stark. Dotar el matraz de una barra de agitacion magnetica y una manta termica. Con la entrada de alimentacion usar una bomba peristaltica (Masterflex L/S) para anadir la mezcla acuosa al matraz del sistema reactor.

Para los ejemplos que utilizan tolueno, cargar el matraz del sistema reactor con el disolvente aprotico polar, como se explica mas adelante, y cargar la trampa Dean-Stark con 14 a 16 gramos (g) de tolueno. Anadir el resto del tolueno al matraz, y calentar los contenidos a la temperature de reaccion conforme al ejemplo enumerado mas adelante. Para los ejemplos y ejemplos comparativos enumerados mas adelante, el contenido del matraz se mantiene a temperatura de reflujo, en donde la temperatura vana con el contenido de agua en la mezcla de reaccion del matraz. Se controlo la velocidad de alimentacion de la mezcla acuosa, cuando fue necesario, para evitar que la espuma saliera del matraz y entrara en la trampa Dean-Stark.

Expresar las concentraciones de 3-hidroxipropionato amonico (A3HP) como porcentaje en peso de los equivalentes de acido 3-hidroxipropionico (3-HP) (medido por HPLC). Determinar la base total mediante titulacion con HCl 0,1 N y expresarla en meq totales en la muestra.

Ejemplo comparativo (Ej. Comp.) A - DMSO sin tolueno: problema de formacion de espuma, menor rendimiento Anadir DMSO (100,0 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 140°C. Anadir mezcla acuosa (55,0 g, 45,4% en peso de 3-HP, 19,8% en peso de agua, 288,0 meq de base total, pH = 5,4) al matraz con agitacion durante 84 minutos. Mantener la temperatura de reaccion en el lfquido disociador de sales a 133 a 145°C durante la adicion de la mezcla acuosa. La mezcla acuosa se alimenta al sistema reactor rapidamente al principio, pero despues de varios minutos la formacion de espuma es tan severa que la velocidad de alimentacion debe reducirse considerablemente para evitar que la espuma salga por encima. Una vez que la adicion es completa, la temperatura de reaccion se mantiene a 135 a 140°C durante 30 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 148,3 g en los fondos, que contienen 78,6 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 72,7% del A3HP, y 4,3 g de agua y amornaco en la parte superior.

Ejemplo (Ej.) 1 - DMSO con tolueno: poca formacion de espuma, alto rendimiento

Anadir DMSO (96,4 g, disolvente) y tolueno (22,0 g) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 140°C. Anadir mezcla acuosa (94,0 g, 32,2% en peso de 3-HP, 40,3% en peso de agua, 382,9 meq de base total, pH = 5,5) al matraz con agitacion durante 9 minutos. Mantener la temperatura de reaccion en el lfquido disociador de sales a 111 a 147°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Una vez que se completa la adicion, la temperatura de reaccion se mantiene a 111 a 147°C durante 139 minutos. Los productos de reaccion son 150,2 g en total en los fondos, que contienen 34,5 meq de base total, que corresponde a una conversion de 91,0% del A3HP; y 38,5 g de agua y amornaco en la parte superior. El analisis por r Mn del producto muestra principalmente monomero de 3-HP.

Ej. Com. B - Dioxano: no se disuelve

Anadir dioxano (100,0 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de aproximadamente 100°C. Anadir mezcla acuosa (58,0 g, 52,6% en peso de 3-HP, 6,9% en peso de agua, 327,4 meq de base total, pH = 5,2) al matraz con agitacion durante 29 min. La temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales es aproximadamente 100°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Una vez completada la adicion, mantener la temperatura de reaccion a aproximadamente 100°C durante 2 horas. Una segunda fase se forma en el lfquido disociador de sales desde el principio.

Ej. Comp. C - Triglima/tolueno: no se disuelve

Anadir triglima (59,9 g, disolvente) y tolueno (22 g) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 160°C. Anadir mezcla acuosa (55,3 g, 32,2% en peso de 3-HP, 40,3% en peso de agua, 225,2 meq de base total, pH = 5,5) al matraz con agitacion durante 14 min. Mantener la temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales a 118-160°C durante la adicion de la mezcla acuosa. No se produce esencialmente espuma, pero se forma una segunda fase en el lfquido disociador de sales. El analisis por RMN del producto muestra una oligomerizacion sustancial del 3-HP.

Ej. 2 - Etilenglicol: la adicion de tolueno permite completar el experimento

Anadir etilenglicol (80,0 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 148°C. Anadir mezcla acuosa (102,8 g, 32,2% en peso de 3-HP, 40,3% en peso de agua, 418,7 meq de base total, pH = 5,5) al matraz con agitacion durante 71 min. Mantener la temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales a 107 a 154°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Inicialmente, hay poca o ninguna formacion de espuma, pero despues de 6 min es necesario detener brevemente la alimentacion de la mezcla acuosa para evitar que la espuma del matraz entre en la trampa Dean Stark.

La adicion de tolueno (21,0 g) al matraz redujo la espuma y permitio que el resto de la mezcla acuosa se anadiera al matraz. Una vez completada la adicion de la mezcla acuosa (71 min.), la temperatura se mantiene a 107 a 154°C durante 164 min.

Los productos de reaccion son 132,0 g en total en los fondos, que contienen 132,5 meq de base total, lo que corresponde a un 68,4% de conversion del A3HP; y 47,9 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. Comp. D - NMP sin tolueno

Anadir NMP (80,0 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 149°C. Anadir mezcla acuosa (101,1 g, 32,2% en peso de 3-HP, 40,3% en peso de agua, 411,8 meq de base total, pH = 5,5) al matraz con agitacion durante 55 min. Mantener la temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales de 128°C a 157°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Despues de 13 min es necesario reducir la velocidad de alimentacion para manejar la formacion de espuma, y despues de 17 min es necesario detener la adicion durante 3 min. La adicion completa se consigue despues de 55 min. Una vez que se completa la adicion, la temperatura se mantiene a 128°C a 157°C durante 180 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 129,1 g en los fondos, que contienen 16,7 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 96% del A3HP; y 48,5 g de agua y amomaco en la parte superior. El analisis por RMN del producto muestra principalmente monomero de 3-HP.

Ej. 3: NMP/tolueno: menos formacion de espuma, conversion completa

Anadir NMP (80,0 g, disolvente) y tolueno (21,0 g) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 153°C. Anadir mezcla acuosa (103,4 g, 32,2% en peso de 3-HP, 40,3% en peso de agua, 421,1 meq de base total, pH = 5.5) al matraz con agitacion durante 76 min. Mantener la temperatura del lfquido disociador de sales de 113°C a 171°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Despues de 11 min es necesario reducir la velocidad de alimentacion para manejar la formacion de espuma, pero la alimentacion nunca se detiene. La adicion completa se consigue en 76 min. Una vez que se completa la adicion, la temperatura se mantiene a 128°C a 157°C durante 95 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 132,0 g en los fondos, que no contienen base observable, lo que corresponde a una conversion de 100,0% del A3HP; y 47,5 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. Comp. E DMF

Anadir DMF (100 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de reaccion de 144°C. Anadir mezcla acuosa (53,6 g, 32,6% en peso de 3-HP, 41,6% en peso de agua, 224,8 meq de base total, pH = 5,5) al matraz con agitacion durante 14 min, momento en el cual se detiene la alimentacion para manejar la formacion de espuma. Mantener la temperatura del lfquido disociador de sales a aproximadamente 123°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Los contenidos se calientan a 150°C y se mantienen a esa temperatura hasta que la destilacion se detiene, aproximadamente 20 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 109,7 g en los fondos, que contienen 6,14 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 97,3% del A3HP; y 39,1 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. Comp. F DMF (un intento de suministrar una mayor cantidad de caldo al disolvente)

Anadir DMF (100 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 132°C. Anadir mezcla acuosa (120,9 g, 47,7% en peso de 3-HP, 15,6% en peso de agua, 618,8 meq de base total) al matraz con agitacion durante 78 min. Mantener la temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales a aproximadamente 122-140°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Despues de 8 min, la alimentacion se detiene durante 11 min para manejar la formacion de espuma. La adicion completa se logra en 78 min. Una vez completada la adicion, la temperatura de reaccion se mantiene a 135°C durante 33 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 192,5 g en los fondos, que contienen 203,2 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 67,2% del A3HP; y 20,6 de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. 4: DMF/tolueno: el tolueno controla la formacion de espuma, pero no mejora la conversion

Anadir DMF (100,0 g, disolvente) y tolueno (7,0 g) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 117°C. Anadir mezcla acuosa (96,45 g, 32,2% en peso de 3-HP, 40,3% en peso de agua, 384,8 meq de base total, pH = 5.5) al matraz con agitacion durante 41 min. Mantener la temperatura del lfquido disociador de sales a aproximadamente 106-115°C durante la adicion de la mezcla acuosa. La velocidad de alimentacion se ralentiza despues de 12 min para manejar la formacion de espuma, pero nunca se detiene. La adicion completa se consigue en 41 min. Una vez completada la adicion, la temperatura se mantiene a 113 a 120°C durante 15 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 163,2 g en los fondos, que contienen 172,2 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 55,2% del A3HP; y 35,0 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. Comp. G: DMF

Anadir DMF (100 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 135°C. Anadir mezcla acuosa (56,8 g, 47,7% en peso de 3-HP, 15,6% en peso de agua, 238,2 meq de base total, pH = 5,5) al matraz con agitacion durante 50 min. Mantener la temperatura de reaccion del Ifquido disociador de sales a aproximadamente 135°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Una vez completada la adicion, la temperatura de reaccion se mantiene a 140°C durante 2 horas y 45 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 113,1 g en los fondos, que contienen 11,1 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 95,3% del A3HP; y 38,9 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. Comp. H: DMF

Anadir DMF (50 g, disolvente) y 4 g de agua al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 130°C. Anadir mezcla acuosa (100 g, 52,6% en peso de 3-HP, 6,93% en peso de agua, 564,5 meq de base total) al matraz con agitacion durante 91 min. (Fue necesaria adicion lenta para manejar la formacion de espuma). Mantener la temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales a aproximadamente 135°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Una vez completada la adicion, la temperatura de reaccion se mantiene a 130 a 135°C durante 5 min. Los productos de reaccion tienen un total de 179,4 g en los fondos, que contienen 208,7 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 63,0% del A3HP; y 7,1 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. Comp. I: DMA

Anadir DMA (100 g, disolvente) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 145°C. Anadir mezcla acuosa (53,9 g, 45,4% en peso de 3-HP, 19,79% en peso de agua, 282,2 meq de base total, pH = 5,4) al matraz con agitacion durante 16 min. Mantener la temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales en un intervalo de 128 a 145°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Una vez completada la adicion, la temperatura de reaccion se mantiene a 128 a 145°C durante 20 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 135,0 g en la parte superior, que contiene 19,0 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 93,3% del A3HP; y 15,4 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. 5: DMSO/tolueno: menos formacion de espuma, conversion completa

Tomar una muestra de 120,83 g del DMSO y mezcla acuosa (despues de completar la adicion) como se ha preparado en el ejemplo comparativo A y anadir tolueno (24,0 g) en dos alfcuotas de 12 g al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de aproximadamente 140°C. Mantener la temperatura de reaccion en el lfquido disociador de sales a aproximadamente 140°C durante 3 horas.

Los productos de reaccion tienen un total de 119,4 g en la parte superior, que contiene 1,5 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 99,5% del A3HP; y 8,5 g de agua y amomaco en la parte superior.

Ej. Comp. J: NMP

Anadir NMP (100 g, disolvente ) al matraz y calentar a una temperatura de reaccion de 126 a 150°C. Anadir mezcla acuosa (52,4 g, 45,4% en peso de 3-HP, 19,79% en peso de agua, 274,3 meq de base total, pH = 5,4) al matraz con agitacion durante 15 min. Mantener la temperatura de reaccion del lfquido disociador de sales en un intervalo de 126 a 150°C durante la adicion de la mezcla acuosa. Una vez completada la adicion, la temperatura de reaccion se mantiene a 126 a 150°C durante 21 min.

Los productos de reaccion tienen un total de 140,6 g en la parte superior, que contiene 6,9 meq de base total, lo que corresponde a una conversion de 97,5% del A3HP; y 7,1 g de agua y amomaco en la parte superior.

Los datos de la Tabla 1 compendian las condiciones de reaccion y los resultados. Los tiempos de alimentacion enumerados son el tiempo total desde el inicio de la alimentacion hasta el final (incluido el tiempo de detencion para esperar a que la espuma disminuya). Los tiempos de mantenimiento son el tiempo a la temperatura una vez completada la alimentacion. La temperatura vario a medida que se vario la velocidad de alimentacion, por lo que la columna de temperatura enumera el intervalo completo de temperaturas registradas durante un experimento Como muestra la Tabla 1, la disociacion termica de sal (TSS) de A3HP en DMF es eficiente siempre que la concentracion de 3-HP sea baja (15-17% en peso), pero pierde efectividad a una concentracion de 24% en peso. La TSS de A3HP en DMA se comporto de manera similar. La TSS en 1,4-dioxano o triglima dio como resultado una mezcla de dos fases al final del proceso, aunque incluso el 3-HP es soluble en ambos disolventes. A3HP es poco soluble en esos disolventes, y evidentemente la presencia de otros compuestos organicos y sales en la mezcla acuosa de 3-HP es suficiente para estabilizar una fase acuosa separada. La TSS es eficiente en NMP, incluso a una concentracion de 25% en peso. Esto es porque probablemente la funcionalidad amina en la NMP puede reemplazar al amomaco como un contraion, pero la NMP tiene un problema importante en que este par ionico y el alto punto de ebullicion de la NMP (203°C) dificultaran la separacion posterior. La TSS avanza hasta solo aproximadamente 73% de conversion en DMSO, pero cuando se anadio tolueno para separar agua como un azeotropo, tambien dio por resultado la separacion eficaz del amomaco (Ej. 5). La adicion de tolueno a DMSO desde el principio (Ej. 1) dio resultados similares. Sin embargo, la adicion de tolueno a DMF dio como resultado una menor conversion. Se observo la separacion completa de amomaco usando una mezcla de NMP y tolueno (Ej. 3).

El Ej. 1 y Ej. 5 demostraron los resultados de usar un disolvente formador de azeotropo. La conversion y separacion de agua fueron altas, y la formacion de espuma fue manejable (por ejemplo, el Ej. 1 requirio solo nueve minutos de tiempo de alimentacion) cuando se uso el disolvente formador de azeotropo. El punto de ebullicion del DMSO (189°C) es suficientemente bajo y su solubilidad suficientemente alta como para poder separarse de la reaccion de deshidratacion, pero su punto de ebullicion es suficientemente alto como para separarse facilmente del acido acnlico. En cambio, la basicidad de la NMP probablemente evitana su destilacion desde el reactor de deshidratacion y consumina equivalentes de acido aim.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para convertir un 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio, en una mezcla acuosa, en acido 3-hidroxipropionico (3-HP), comprendiendo el procedimiento:

mezclar un disolvente organico aprotico polar y la mezcla acuosa, en donde el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio y el 3-HP son solubles en el disolvente organico aprotico polar, el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio es 3-hidroxipropionato amonico (A3HP), y el disolvente organico aprotico polar se selecciona del grupo que consiste en dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMA), N-metil-2-pirrolidona (NMP), dimetilsulfoxido (DMSO), dimetilsulfona, o una combinacion de los mismos;

mezclar un disolvente formador de azeotropo y la mezcla acuosa y el disolvente organico aprotico polar, en donde el disolvente formador de azeotropo forma una mezcla azeotropica con agua de la mezcla acuosa, y la mezcla acuosa, el disolvente organico aprotico polar y el disolvente formador de azeotropo forman un lfquido disociador de sales;

calentar el lfquido disociador de sales para convertir 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio en 3-HP y amomaco, en donde el calentamiento del lfquido disociador de sales produce una fase de vapor que contiene al menos agua, amomaco y el disolvente formador de azeotropo;

separar al menos una parte del agua y amomaco de la fase de vapor durante el calentamiento; y

devolver al menos una parte del disolvente formador de azeotropo desde la fase de vapor al lfquido disociador de sales para mantener la mezcla azeotropica con el agua de la mezcla acuosa.

2. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el disolvente formador de azeotropo se selecciona del grupo que consiste en tolueno, m-xileno, anisol, metil-isobutil-cetona, benceno, ciclohexano, eter dietflico, metil-etil-cetona o una combinacion de los mismos.

3. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la devolucion de al menos una parte del disolvente formador de azeotropo desde la fase de vapor al lfquido disociador de sales incluye mantener un nivel base de al menos 0,1 por ciento en peso (% en peso) del disolvente formador de azeotropo basado en el peso total del lfquido disociador de sales.

4. El procedimiento de la reivindicacion 1, en donde una relacion en peso de 3-HP a disolvente organico aprotico polar (3-HP:disolvente organico aprotico polar) en la mezcla acuosa es 0,6:1 o inferior.

5. El procedimiento de la reivindicacion 1, en donde el disolvente organico aprotico polar es dimetilsulfoxido (DMSO) y el disolvente formador de azeotropo es tolueno.

6. Un lfquido disociador de sales, que comprende:

una mezcla acuosa que incluye, agua, 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio y acido 3-hidroxipropionico (3-HP), en donde el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio es 3-hidroxipropionato amonico (A3HP);

un disolvente organico aprotico polar en el que el agua, el 3-hidroxipropionato de (alquil)amonio y el 3-HP son solubles, en donde el disolvente organico aprotico polar se selecciona del grupo que consiste en dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMA), N-metil-2-pirrolidona (NMP), dimetilsulfoxido (DMSO), dimetilsulfona, o una combinacion de los mismos; y

un disolvente formador de azeotropo, en donde el disolvente formador de azeotropo forma una mezcla azeotropica con agua de la mezcla acuosa.

7. El lfquido disociador de sales de la reivindicacion 6, en donde el disolvente formador de azeotropo se selecciona del grupo que consiste en tolueno, m-xileno, anisol, metil-isobutil-cetona, benceno, ciclohexano, eter dietflico, metiletil-cetona o una combinacion de los mismos.

8. El lfquido disociador de sales de la reivindicacion 6, en donde el lfquido disociador de sales tiene al menos 0,1 por ciento en peso (% en peso) del disolvente formador de azeotropo basado en el peso total del lfquido disociador de sales.

9. El lfquido disociador de sales de la reivindicacion 6, en donde el lfquido disociador de sales tiene al menos 1% en peso del disolvente formador de azeotropo basado en el peso total del lfquido disociador de sales.

10. El lfquido disociador de sales de la reivindicacion 6, en donde una relacion en peso de 3-HP a disolvente organico aprotico polar (3-HP:disolvente organico aprotico polar) en la mezcla acuosa es 0,6:1 o inferior.

11. El lfquido disociador de sales de la reivindicacion 6, en donde el disolvente organico aprotico polar es dimetilsulfoxido (DMSO) y el disolvente formador de azeotropo es tolueno.