ES2929373T3 - Procedimiento de fabricación de lactida - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para producir lactida que comprende los pasos de - proporcionar una solución de ácido láctico en un solvente orgánico volátil, - someter la solución a un paso de evaporación para eliminar el solvente orgánico volátil y el agua, dando como resultado la formación de una composición que comprende oligómero de ácido láctico, - añadir catalizador a la composición que comprende el oligómero de ácido láctico, y llevar la mezcla a las condiciones de reacción, para formar lactida. Se ha encontrado que el proceso según la invención da como resultado la producción eficiente de lactida con una alta tasa de producción y una buena calidad del producto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de fabricación de lactida

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de lactida.

La lactida es bien conocida en la técnica como material de partida para el polímero de polilactida, que también se indica como ácido poliláctico, o PLA. El PLA se utiliza en aplicaciones médicas, por ejemplo en suturas biodegradables, pinzas, placas óseas y dispositivos de liberación controlada biológicamente activos. Además, el PLA es un polímero atractivo para muchas aplicaciones, por ejemplo, en los envases, porque es biodegradable y puede obtenerse de recursos renovables.

Convencionalmente, la lactida se fabrica a partir del ácido láctico mediante un procedimiento que comprende las etapas de polimerización del ácido láctico para formar oligómeros de ácido láctico, y la despolimerización de los oligómeros de ácido láctico en presencia de un catalizador, para formar lactida. El ácido láctico puede obtenerse de muchas fuentes, por ejemplo, sometiendo una fuente de hidrocarburos a un medio de fermentación para fabricar ácido láctico, seguido de un aislamiento del ácido láctico.

Para que el PLA sea una alternativa atractiva a los polímeros derivados del petróleo, existe la necesidad en la técnica de un procedimiento de fabricación de lactida que dé como resultado una producción eficiente de lactida con una alta tasa de producción y una buena calidad del producto. La presente invención proporciona tal procedimiento.

La invención se refiere a un procedimiento para producir lactida que comprende las etapas de

• proporcionar una solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil, en el que el disolvente se selecciona del grupo que comprende cetonas C2-C10, éteres C2-C10, en particular del grupo que comprende cetonas C2-C8 y éteres C2-C6, más en particular de metil-isobutil-cetona, metil-etil-cetona y 2- o 3-pentanona.

• someter la solución a una etapa de evaporación para eliminar el disolvente orgánico volátil y el agua, dando lugar a la formación de una composición que comprende el oligómero de ácido láctico,

• añadir un catalizador a la composición que comprende el oligómero de ácido láctico, y llevar la mezcla a las condiciones de reacción, para formar la lactida.

Se ha comprobado que el procedimiento de acuerdo con la invención tiene una serie de ventajas.

En primer lugar, el inicio de una etapa de fabricación de lactida a partir de una solución de ácido láctico en un disolvente orgánico también presenta ventajas de procedimiento desde el punto de vista de un procedimiento de producción de lactida globalmente rentable. Estos se discutirán con más detalle a continuación. Además, y sorprendentemente, se ha descubierto que la síntesis de lactida a partir de una solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil da buenos resultados, e incluso puede dar lugar a una mayor tasa de reacción que la síntesis de lactida a partir de una solución de ácido láctico en agua.

Las figuras 1 y 2 muestran el porcentaje de lactida producida a partir del prepolímero a lo largo del tiempo para los sistemas del Ejemplo 1 (sistema de base acuosa de referencia) y, respectivamente, el Ejemplo 2 (sistema de base MIBK de acuerdo con la invención) y el Ejemplo 4 (sistema de base MTBE de acuerdo con la invención). De las figuras 1 y 2 se desprende que los sistemas de acuerdo con la invención muestran una mayor tasa de reacción que el sistema comparativo. Esto puede utilizarse en la configuración de un procedimiento total y en el diseño de equipos para reducir costes.

Como se ha indicado anteriormente, el procedimiento de acuerdo con la invención está asociado a ventajas de procedimiento. Para explicarlo, se describirá primero un procedimiento convencional de fabricación de ácido láctico.

El ácido láctico se suele fabricar por fermentación. Durante la fermentación, se suele añadir una base para neutralizar el ácido láctico y mantener el pH en un intervalo adecuado para el microorganismo que genera el ácido láctico. El resultado es un caldo de fermentación que contiene una sal de ácido láctico. La sal de ácido láctico suele convertirse en ácido láctico mediante la acidificación con un ácido inorgánico fuerte. Esto puede hacerse en el caldo de fermentación como tal, pero también después de la eliminación de la biomasa del mismo, y de otras etapas de purificación opcionales. El resultado es una solución acuosa que comprende ácido láctico, una sal (disuelta o sólida) resultante de la etapa de acidificación (el catión de la sal de lactato y el anión del ácido) y otros componentes opcionales, como uno o más componentes adicionales resultantes del caldo de fermentación.

Hay varias maneras de aislar y purificar el ácido láctico a partir de este medio acuoso. Entre los ejemplos se encuentran la destilación y la extracción. Cuando se utiliza una etapa de extracción, el medio de fermentación, a menudo después de varias etapas de purificación como la eliminación de la biomasa, se pone en contacto con un disolvente orgánico, lo que resulta en la formación de una solución de ácido láctico en un disolvente orgánico. Esta solución se procesa convencionalmente de dos maneras. Como primera posibilidad, la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico se somete a una etapa de retroextracción, poniéndola en contacto con agua. Esto se describe, por ejemplo, en el documento W0O0/17378, que describe el uso de aminas, alcoholes y éteres, preferentemente alcohol isoamílico, diisopropiléter y Alamina 336, que es una amina teriaria de alto punto de ebullición con baja solubilidad en agua. El documento WO95/03268 describe la extracción de un alimento que contiene un ácido carboxílico, por ejemplo, ácido láctico, con un disolvente oxigenado que tiene de 4 a 12 átomos de carbono, y que tiene al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en hidroxilo, éster, ceto, éter, carbonilo y amido. El extracto de disolvente se vuelve a extraer posteriormente con un líquido acuoso. Más, el documento WO2013/093028 describe la extracción de ácido láctico a partir de una mezcla acuosa que comprende ácido láctico y al menos un 5 % en peso de cloruro de magnesio, utilizando un disolvente orgánico seleccionado del grupo que consiste en cetonas C5+, dietilétery metil-tbutil éter. La solución orgánica de ácido láctico se somete a una etapa de retroextracción poniéndola en contacto con agua, para formar una solución acuosa de ácido láctico. En el procedimiento de esta referencia, la combinación de extracción-back-extracción permite obtener una solución de producto de ácido láctico más concentrada que la solución de partida de ácido láctico.

Además de la extracción por retroceso, también se ha descrito extraer el ácido láctico de una solución acuosa utilizando un disolvente volátil, y luego eliminar el disolvente. Por ejemplo, el documento US2.710.880 describe la extracción de ácido láctico de un medio acuoso que comprende ácido láctico y una sal de soluto utilizando alcoholes o cetonas que tienen 3-4 átomos de carbono. En el ejemplo, el disolvente se elimina por destilación. El documento GB173,479 describe un procedimiento análogo.

GB280969 describe un procedimiento en el que se añade ácido sulfúrico y sulfato de sodio a una solución de ácido láctico al 80 %, y la solución se extrae con éter. El extracto se lava con agua para eliminar los contaminantes. Se indica que el éter puede ser retirado de "manera conocida" y reutilizado.

En el procedimiento de acuerdo con la invención, en lugar de someter el extractor que comprende el ácido láctico a una etapa de retroextracción o a una etapa de destilación para recuperar el ácido láctico, y luego convertir el ácido láctico en oligómero de ácido láctico, la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil se utiliza directamente como material de partida en la fabricación de lactida, lo que conduce a un ahorro tanto en la inversión en aparatos, como en los costes de procesamiento. Además, se ha encontrado, y sorprendentemente, que el procedimiento de acuerdo con la invención conduce a la formación de lactida en buen rendimiento, sin la formación de productos secundarios no deseados, e incluso a una tasa de reacción que puede ser aumentada.

Se observa que el documento US2009/0093034 describe un procedimiento para la extracción de ácido láctico de un licor de fermentación con un pH de 4,8 o menos, utilizando un disolvente seleccionado entre tolueno, xileno, mesitileno, etilbenceno, metanol, etanol, propanol, butanol y alcohol mineral. Se afirma que el ácido oligoláctico puede obtenerse calentando un medio de fermentación de ácido láctico con un pH de 4,8 o menos a presión reducida, y lavando con agua. También describe un procedimiento en el que un disolvente como el descrito anteriormente se añade a un medio de fermentación, el medio de fermentación que contiene disolvente se calienta a una temperatura comprendida entre el azeótropo del disolvente y el agua y el punto de ebullición del disolvente para formar oligómeros de ácido láctico, y se calienta el licor de fermentación a una temperatura comprendida entre 60°C y el punto de ebullición del disolvente, para extraer el ácido oligoláctico del medio de fermentación. Esta referencia no describe, int. al., la conversión directa del producto en lactida.

El documento US2012/0116100 describe un procedimiento para la producción de dímeros cíclicos hidroxicarboxílicos que comprende una etapa de despolimerización de oligómeros de ácido hidroxicarboxílico en la que en la etapa de despolimerización se calienta una solución de reacción mediante transferencia de calor desde un paso de medio de calentamiento a presión reducida mientras la solución de reacción fluye a través de un paso de solución de reacción proporcionado horizontalmente. No se describe el uso de un disolvente orgánico volátil.

El documento US2011/0155557 describe un procedimiento para producir lactida a partir de oligómeros de ácido láctico que incluye la etapa de calentar el oligómero de ácido láctico en presencia de un catalizador a una temperatura entre 150 y 300°C. No se describe el uso de un disolvente orgánico volátil.

El documento WO2012/110117 describe un procedimiento para fabricar un ácido polihidroxicarboxílico, específicamente un ácido poliláctico mediante un procedimiento de polimerización de apertura de anillo utilizando lactida como material de partida. La lactosa se retira del producto polimérico y se recicla al inicio de la reacción. No se describe la fabricación de lactida mediante un procedimiento que comprenda el uso de un disolvente orgánico volátil.

El documento US5420304 describe un procedimiento integrado para la fabricación de ésteres cíclicos mediante un procedimiento de extracción/reacción secuencial que utiliza múltiples disolventes. No se describe la formación de un oligómero de ácido láctico mediante la evaporación del disolvente orgánico volátil y el agua, seguida de la adición de un catalizador para formar la lactida.

La invención y sus diversas realizaciones se describirán con más detalle a continuación.

Una primera etapa en el procedimiento de acuerdo con la invención es el suministro de una solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil, en el que el disolvente se selecciona del grupo que comprende cetonas C2-C10, éteres C2-C10, en particular del grupo que comprende cetonas C2-C8 y éteres C2-C6, más en particular de metilisobutil-cetona, metil-etil-cetona y 2- o 3-pentanona.

En el contexto de la presente invención, un disolvente orgánico es volátil cuando tiene un punto de ebullición a presión atmosférica inferior a 200°C. Para que un disolvente sea adecuado para su uso en la presente invención, se requiere que no reaccione con el ácido láctico en las condiciones que se encontrarán en el procedimiento de acuerdo con la invención. Por lo tanto, el disolvente no debe comprender alcoholes en cantidades sustanciales, ya que éstos pueden reaccionar con el ácido láctico bajo la formación de ésteres del mismo. Además, el disolvente no debe incluir aminas en cantidades sustanciales, ya que éstas pueden reaccionar para formar amidas de ácido láctico.

Se prefiere que el disolvente comprenda menos del 5 % en peso del total de alcoholes y aminas, más en particular menos del 2 % en peso, aún más en particular menos del 1 % en peso.

Se prefiere además que el disolvente no contenga cantidades sustanciales de ésteres, ya que pueden hidrolizarse. Por lo tanto, se prefiere que el disolvente contenga menos del 5 % en peso de ésteres, más en particular menos del 2 % en peso, más en particular menos del 1 % en peso.

Además, se prefiere que el disolvente a utilizar en la presente invención tenga una solubilidad relativamente alta para el ácido láctico. Esto permite la preparación de una solución de ácido láctico en el disolvente de una concentración relativamente alta, por ejemplo, al menos 5 % en peso, más en particular al menos 10 % en peso. De lo contrario, será necesario utilizar volúmenes de disolvente muy elevados. Por esta razón, el uso de alcanos de cadena recta se considera menos adecuado, y lo mismo ocurre con los compuestos aromáticos como el tolueno, el xileno, el mesitileno y el etilbenceno. El uso de la metil-isobutil-cetona, la metil-etil-cetonay la 2- o 3-pentanona ha resultado especialmente atractivo.

También pueden utilizarse mezclas de compuestos.

Como se ha indicado anteriormente, la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil tiene preferentemente una concentración de ácido láctico de al menos 5 % en peso, en particular de al menos 10 % en peso. No hay un máximo para la concentración de ácido láctico, ya que el disolvente se evaporará de todos modos. Una mayor concentración de ácido láctico y, por lo tanto, un menor contenido de disolvente requerirá una menor evaporación del mismo, lo que será atractivo desde el punto de vista comercial. Desde un punto de vista práctico, la concentración de ácido láctico será generalmente inferior al 40 % en peso.

La solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil puede contener otros componentes. En particular, puede contener agua, especialmente si procede de un procedimiento de extracción. Como habrá que eliminar el agua para la producción de lactida, es preferible que el contenido de agua sea relativamente bajo. En particular, se prefiere que el contenido de agua de la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil sea inferior al 15 % en peso. En una realización, la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil se obtiene extrayendo el ácido láctico de un medio acuoso, poniendo en contacto un medio acuoso con el disolvente orgánico, y sometiendo el medio de reacción así obtenido a una etapa de separación líquido-líquido. Esto se discutirá con más detalle más adelante en la memoria descriptiva.

La solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil se somete a una etapa de evaporación para eliminar el disolvente orgánico y el agua, lo que da lugar a la formación de una composición que comprende el oligómero de ácido láctico.

La etapa de evaporación puede llevarse a cabo mediante procedimientos conocidos en la técnica. Puede, por ejemplo, llevarse a cabo a una temperatura elevada a presión atmosférica, o a una presión reducida. La ventaja de trabajar a presión reducida es que se pueden aplicar temperaturas más bajas. El uso de temperaturas más bajas puede ser atractivo para reducir la racemización del ácido láctico.

La etapa de evaporación da lugar a la formación de una composición que comprende el oligómero de ácido láctico. Los oligómeros de ácido láctico tienen generalmente un grado de polimerización promedio entre 2 y 30, en particular entre 4 y 20, más en particular entre 5 y 15. Se cree que con un grado promedio de polimerización en este intervalo se ha encontrado un equilibrio entre la limitación de la cantidad de oligómeros volátiles de bajo peso molecular, por un lado, y por otro, el mantenimiento de la viscosidad en niveles aceptables mediante la limitación de la cantidad de oligómeros de muy alto peso molecular. En el contexto de la presente memoria descriptiva, el grado promedio de polimerización se define como sigue

DP = 1 (1000/(FA*10/90)-90)/72

En esta fórmula, DP representa el grado promedio de polimerización y FA representa el contenido de ácido libre en % en peso, determinado mediante titulación.

La composición puede contener además una cantidad residual de disolvente, por ejemplo, en el intervalo de 0 a 5 % en peso, más específicamente en el intervalo de 0 a 2 % en peso, más específicamente en el intervalo de 0-0,5 % en peso.

La composición puede comprender además agua, por ejemplo, en el intervalo de 0 a 5 % en peso, más específicamente en el intervalo de 0 a 2 % en peso, aún más específicamente en el intervalo de 0-0,5 % en peso.

A la composición que comprende el oligómero de ácido láctico, se añade un catalizador que cataliza el procedimiento de despolimerización/ciclización en el que los oligómeros de ácido láctico se convierten en lactida. Los catalizadores adecuados son conocidos en el arte e incluyen óxidos metálicos, haluros metálicos, polvos metálicos, compuestos metálicos orgánicos derivados de ácidos carboxílicos o similares, y compuestos orgánicos como la guanidina. Se considera preferible el uso de un catalizador que comprenda estaño(II). El catalizador puede, por ejemplo, comprender óxido de estaño(II) o estaño(II)-2-etilhexanoato, que es bien conocido en la técnica para este fin. El catalizador puede, por ejemplo, añadirse en una cantidad de 0,01 a 5 % en peso, en particular en una cantidad de 0,01 a 2 % en peso, calculada sobre la cantidad de oligómero de ácido láctico.

La mezcla de reacción se lleva entonces a las condiciones de reacción para formar la lactida. Las condiciones de reacción adecuadas incluyen una temperatura en el intervalo de 160 a 220°C, más en particular en el intervalo de 180 a 200°C, y una presión en el intervalo de 1 a 15 mbar. Al formarse, la lactida se evapora y puede recogerse, por ejemplo, condensando en un condensador. Los oligómeros de ácido láctico de mayor ebullición no se evaporan. De este modo, es posible obtener lactida de gran pureza.

La lactida obtenida por el procedimiento de acuerdo con la invención puede ser procesada adicionalmente por procedimientos conocidos en el arte. Dependiendo del uso futuro previsto, pueden ser deseables etapas de purificación como la cristalización o la destilación.

La lactida (a menudo denominada dilactida) es un dímero cíclico del ácido láctico. El ácido láctico existe en dos formas que son enantiómeros ópticos, designados como ácido D-láctico y ácido L-láctico. El ácido L-láctico es la forma que predomina en la naturaleza y es la que se obtiene generalmente en los procedimientos de fermentación. La existencia de dos tipos de ácido láctico da lugar a tres tipos de lactida, según esté formada por dos moléculas de ácido L-láctico, por dos moléculas de ácido D-láctico o por una molécula de ácido L-láctico y una de ácido D-láctico combinadas para formar el dímero. Estos tres dímeros se denominan, respectivamente, L-lactida, D-lactida y meso-lactida. Además, una mezcla 50/50 de L-lactida y D-lactida con un punto de fusión de aproximadamente 126°C se denomina a menudo en la literatura D,L-lactida.

Se sabe que la actividad óptica del ácido láctico y de la lactida se altera bajo ciertas condiciones, tendiendo al equilibrio en la inactividad óptica, donde están presentes cantidades iguales de los enantiómeros D y L. Se sabe que las concentraciones relativas de enantiómeros D y L en los materiales de partida, la presencia de impurezas o catalizadores y el tiempo a temperaturas y presiones variables afectan a la tasa de dicha racemización. La pureza óptica del ácido láctico o de la lactida es decisiva para la estereoquímica del ácido poliláctico obtenido tras la polimerización de apertura de anillo de la lactida, y un parámetro clave para las propiedades del polímero.

Se ha encontrado que en el procedimiento de la invención la pureza óptica del material de partida puede ser retenida en un grado relativamente grande. En otras palabras, si el procedimiento de acuerdo con la invención parte de un ácido láctico con una pureza óptica de al menos el 90 %, en particular de al menos el 95 %, más en particular de al menos el 98,5 %, incluso más en particular de al menos el 99,5 %, se obtiene un vapor de lactida a partir de la mezcla de reacción con una pureza óptica de al menos el 85 %, en particular de al menos el 92 %, más en particular de al menos el 97,5 %, incluso más en particular de al menos el 99 %. La pérdida de pureza óptica es preferentemente inferior al 5 %, en particular inferior al 3 %, más en particular inferior al 1 %, incluso más en particular inferior al 0,5 %, donde la pérdida de pureza óptica se define como la diferencia entre la pureza óptica del ácido láctico de partida y la pureza óptica del ácido láctico tal como está presente en la lactida tal como está presente en el vapor de lactida obtenido de la mezcla de reacción.

En la presente memoria descriptiva, la indicación de pureza óptica se refiere al porcentaje de ácido D-láctico o de ácido L-láctico, calculado sobre la cantidad total de ácido láctico presente en el sistema. Dependiendo de la etapa del procedimiento, el ácido láctico estará presente en forma de ácido láctico, oligómero de ácido láctico y/o lactida. Una pureza óptica del 90 % significa, por tanto, que, calculada sobre la cantidad total de moléculas de ácido láctico presentes en el sistema en cualquier forma, el 90 % es ácido L-láctico y el 10 % es ácido D-láctico, o el 90 % es ácido D-láctico y el 10 % es ácido L-láctico.

Se prefiere que el ácido láctico presente en el material de partida sea ácido L-láctico con una pureza óptica de al menos el 90 %, en particular de al menos el 95 %, más en particular de al menos el 98,5 %, incluso más en particular de al menos el 99,5 %.

En una realización, la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil utilizado como material de partida en el procedimiento de acuerdo con la invención se obtiene extrayendo el ácido láctico de un medio acuoso. Esta etapa de extracción puede comprender el contacto de un medio acuoso que comprende ácido láctico con un disolvente orgánico volátil que, al menos en parte, no es miscible con el medio acuoso que comprende ácido láctico. Para los disolventes orgánicos adecuados, se hace referencia a lo indicado anteriormente.

El contenido de ácido láctico del medio acuoso es preferentemente lo más alto posible. Por ejemplo, la mezcla acuosa puede comprender al menos un 5 % en peso, preferentemente al menos un 10 % en peso, más preferentemente al menos un 15 % en peso de ácido láctico, basado en el peso total de la mezcla acuosa. Se prefieren valores de al menos el 20 % en peso, más en particular el 25 % en peso. Como máximo, se puede mencionar un valor de 40 % en peso.

En una realización, la mezcla acuosa tiene un pH de 2 o inferior, típicamente un pH inferior a 1, por ejemplo un pH de 0-1. Es preferible que el pH sea relativamente bajo, para asegurar que el ácido láctico esté presente en la mezcla en forma ácida, permitiendo la extracción. El pH puede adaptarse mediante la adición de un ácido inorgánico.

En una realización, el medio acuoso que comprende el ácido láctico comprende al menos un 5 % en peso de una sal inorgánica disuelta. Se ha comprobado que la presencia de una sal inorgánica disuelta da lugar a un procedimiento de extracción mejorado, en el sentido de que una mayor cantidad de ácido láctico se incorpora al disolvente orgánico volátil. Además, la presencia de una sal inorgánica disuelta significa que la solubilidad del disolvente orgánico en el medio acuoso disminuye. Esto conlleva una menor pérdida de disolvente durante el procedimiento de extracción, lo que resulta atractivo tanto desde el punto de vista económico como medioambiental. Además, la solubilidad del agua en el disolvente orgánico también disminuye al aumentar las concentraciones de sal. Estos efectos combinados dan lugar a la posible aplicación de disolventes que son miscibles con el agua pura, pero sólo parcialmente miscibles con el agua que contiene una cantidad sustancial de sal. Esto conduce a una gama más amplia de posibles disolventes adecuados. Para aumentar el efecto de la invención, la concentración de sal es preferentemente relativamente alta. Es preferible que la concentración de sal sea de al menos un 10 % en peso, más preferentemente de al menos un 15 % en peso, e incluso más preferentemente de al menos un 20 % en peso. Dependiendo del contenido de ácido láctico de la solución, el contenido de sal puede ser mayor, por ejemplo, al menos 25 % en peso, o al menos 30 % en peso, o a veces al menos 35 % en peso. El valor máximo se determina generalmente por la solubilidad de la sal en cuestión en la solución de ácido láctico en cuestión, y puede ser fácilmente determinado por el experto.

Las sales inorgánicas adecuadas para su uso en la presente invención son sales inorgánicas con una alta solubilidad en agua, en particular una solubilidad que permite obtener las concentraciones de sal especificadas anteriormente. Los cationes presentes en la sal inorgánica se seleccionan preferentemente del grupo formado por el magnesio, el calcio, el potasio, el sodio, el níquel, el cobalto, el hierro y el aluminio, y el amonio, y sus combinaciones. Se prefiere el uso de uno o más cationes seleccionados del grupo de magnesio, calcio, sodio y potasio. Se prefiere el uso de calcio y magnesio, ya que se ha comprobado que estos cationes favorecen la presencia de ácido láctico en la fase orgánica. El uso de magnesio puede ser especialmente preferido por esta razón.

El anión de la sal inorgánica puede, por ejemplo, seleccionarse entre nitrato, sulfato y haluro. Será evidente para el experto que el anión y el catión deben coincidir de tal manera que se obtenga una sal soluble. El uso de sales de haluro puede ser preferible desde un punto de vista práctico. La sal de haluro puede ser un fluoruro, cloruro, bromuro o yoduro. Se prefiere el uso de cloruro. Esta selección se aplica en combinación con la preferencia por los cationes especificada anteriormente. Ejemplos específicos de sales preferidas son MgCh, CaCh, NaCl y KCl. Se comprobó que estas sales contribuyen a una mayor distribución del ácido láctico a la fase orgánica. Se considera preferible el uso de cloruro de calcio y magnesio. El uso de cloruro de magnesio puede ser particularmente preferido.

En la etapa de extracción, el medio acuoso que comprende el ácido láctico, y preferentemente la sal inorgánica disuelta como se ha descrito anteriormente, se combina con el disolvente orgánico, generalmente en condiciones tales que se asegure un contacto intenso entre el disolvente y el medio. Se forma un sistema que comprende una fase acuosa, que, si está presente, contiene la sal soluble y posiblemente algunos restos de ácido láctico, y una fase de disolvente orgánico, que comprende el ácido láctico.

La etapa de separación, en la que la fase acuosa y la fase de disolvente orgánico se separan entre sí mediante la separación líquido-líquido, puede realizarse utilizando procedimientos conocidos en la técnica para separar un sistema bifásico líquido-líquido. Algunos ejemplos de aparatos y procedimientos adecuados para la separación líquido-líquido son la decantación, la sedimentación, la centrifugación, el uso de separadores de placas, el uso de coalescentes y el uso de hidrociclones. También puede utilizarse una combinación de diferentes procedimientos y aparatos.

La etapa de separación puede llevarse a cabo a cualquier temperatura adecuada, en general en el intervalo de 5-95°C. Para la composición de la fase disolvente, se hace referencia a lo indicado anteriormente.

En una realización, el medio acuoso que comprende el ácido láctico, y preferentemente la sal inorgánica disuelta, se obtiene mediante un procedimiento que comprende una etapa de acidificación que comprende la adición de un ácido inorgánico a una sal de ácido láctico, para proporcionar un líquido de medio acuoso que comprende el ácido láctico y una sal inorgánica disuelta.

La sal de ácido láctico puede estar en forma sólida, por ejemplo, en forma de torta de filtración o suspensión. Este puede ser el caso cuando la sal de lactato tiene una solubilidad relativamente limitada en agua, por ejemplo, en el caso del lactato de magnesio. Por otra parte, la sal de ácido láctico también puede proporcionarse en forma disuelta, por ejemplo, para el lactato de sodio, el lactato de potasio y el lactato de calcio.

El ácido utilizado en la etapa de acidificación, también indicada como etapa de acidulación, suele ser un ácido fuerte, como el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico o el ácido nítrico. El ácido debe seleccionarse de manera que el anión del ácido y el catión de la sal de latato formen juntos una sal soluble. Se prefiere el uso de ácido clorhídrico o ácido nítrico, siendo especialmente preferible el uso de ácido clorhídrico. En este caso, se obtiene una mezcla acuosa que comprende ácido láctico y una sal de cloruro. En una realización preferida, el lactato de magnesio en forma sólida se pone en contacto con una solución de ácido clorhídrico, dando lugar a la formación de un medio acuoso que comprende ácido láctico y lactato de magnesio disuelto.

La acidulación puede llevarse a cabo, por ejemplo, poniendo en contacto la sal de lactato, en forma silícea o disuelta, con una solución ácida acuosa. En el caso del HCl, que también puede estar en forma gaseosa, también es posible poner en contacto una solución o suspensión de sales de lactato con una corriente de gas que contenga HCl.

Cuando la acidulación de la sal de lactato se realiza poniéndola en contacto con una solución ácida, ésta tiene preferentemente una concentración de ácido lo más alta posible. Una concentración de ácido tan elevada dará lugar a una mezcla acuosa con una alta concentración de ácido láctico, lo cual es deseable. Por lo tanto, la solución ácida comprende al menos un 5 % en peso, más preferentemente al menos un 10 % en peso e incluso más preferentemente al menos un 20 % en peso de ácido, basado en el peso total de la solución ácida. La acidulación se realiza normalmente utilizando un exceso de ácido. El exceso es preferentemente pequeño, de tal manera que la mezcla acuosa obtenida no es altamente ácida, lo que puede no ser deseable en vista del procesamiento posterior de dicha mezcla. Por ejemplo, el exceso de ácido utilizado puede ser tal que la mezcla acuosa resultante tenga un pH 2 o inferior, preferentemente un pH de 0-1.

En caso de que se utilice una corriente de gas que comprenda HCl, se puede poner en contacto una solución o suspensión de lactato con la corriente de gas que comprende HCl, por ejemplo, soplando a través de la solución o suspensión de lactato. En el caso de que se utilice gas HCl, éste puede proceder de una etapa de descomposición térmica, como se ha descrito anteriormente.

Preferentemente, la acidulación se realiza a una temperatura de 75 °C o menos. A mayor temperatura, resulta antieconómico adaptar los equipos a las duras condiciones de un entorno ácido a altas temperaturas.

Después de la acidulación, el material sólido, si está presente, puede ser eliminado de la mezcla acuosa, por ejemplo, por filtración. La presencia de material sólido en la mezcla acuosa no es deseable durante la extracción.

La mezcla acuosa puede concentrarse después de la acidulación antes de la extracción hasta una concentración que alcance la solubilidad de la sal inorgánica soluble.

En una realización, se utiliza una sal de lactato, en particular lactato de calcio, lactato de sodio, lactato de potasio, o lactato de magnesio, en particular lactato de magnesio, que se origina en un procedimiento de fermentación. Por consiguiente, el procedimiento de la invención puede comprender además una etapa de fermentación para formar el ácido láctico, cuyo procedimiento de fermentación comprende las etapas de fermentar una fuente de carbono, como un carbohidrato, mediante un microorganismo en un caldo de fermentación para formar ácido láctico y neutralizar al menos una parte del ácido láctico mediante la adición de una base, en particular una base de sodio, una base de potasio, una base de calcio o una base de magnesio, más en particular una base de magnesio, obteniendo así una sal de lactato como la especificada anteriormente, en particular lactato de magnesio. Los procedimientos de fermentación para la fabricación de ácido láctico son conocidos en el arte y no requieren más elucidación aquí. El experto puede seleccionar, utilizando sus conocimientos generales, un procedimiento de fermentación adecuado, en función del ácido que se desee producir, la fuente de carbono y el microorganismo disponible.

El producto del procedimiento de fermentación es un caldo de fermentación, que es un líquido acuoso que comprende una sal de lactato, biomasa, y opcionalmente otros componentes, como impurezas como azúcares, proteínas y sales. La sal de lactato puede estar presente en forma sólida, en forma disuelta, o tanto en forma sólida como en forma disuelta. Por ejemplo, el lactato de sodio, el lactato de potasio y el lactato de calcio suelen estar presentes en forma disuelta. El lactato de magnesio suele estar presente tanto en forma sólida como en forma disuelta, dependiendo de la concentración.

Si se desea, el caldo de fermentación puede someterse a una etapa de eliminación de biomasa, por ejemplo, una etapa de filtración, antes de su procesamiento posterior. En general, se prefiere para mejorar la calidad del producto, en particular el color del producto.

Otra etapa intermedia puede ser la separación del producto sólido de la reacción, por ejemplo, el lactato de magnesio, del caldo de fermentación, antes, después o simultáneamente con la eliminación de la biomasa, y opcionalmente someter el producto sólido, por ejemplo, el lactato de magnesio, a una etapa de lavado. Según la concentración, el lactato de magnesio puede precipitar en el medio de fermentación. En una realización, el lactato de magnesio sólido se separa del medio de fermentación, por ejemplo, por filtración, y se somete a una etapa de acidificación como la descrita anteriormente.

Otra etapa intermedia puede ser someter el caldo de fermentación a una etapa de concentración para aumentar la concentración de sal de lactato en la composición antes de la acidificación. Esta etapa puede llevarse a cabo antes, después o simultáneamente con la eliminación de la biomasa. Esta etapa puede ser atractivs para aumentar el contenido de la sal de lactato sólida, que luego puede separarse del caldo de fermentación como se ha descrito anteriormente, y procesarse como sal de lactato sólida, en particular el lactato de magnesio en el procedimiento de acuerdo con la invención.

Pueden llevarse a cabo otras etapas intermedias, por ejemplo, etapas de purificación, según se desee, como será evidente para el experto.

Estará claro para el experto que los aspectos preferidos de diversas etapas en el procedimiento de acuerdo con la invención pueden combinarse como se desee.

La presente invención se ilustra en más detalle mediante los siguientes Ejemplos, sin pretender estar limitados a los mismos o por mismos.

Ejemplo 1 (comparativo)

Se prepararon 4520 g de solución de ácido láctico al 9 % en peso en agua. Esta solución se concentró hasta aproximadamente el 90 % en peso a una presión de 100 mbar(a). Tras la concentración se obtuvieron 480 g de solución concentrada de ácido láctico. se calentaron 400 g de solución concentrada de ácido láctico en 90 minutos en un matraz de fondo redondo utilizando un agitador mecánico hasta el punto de ajuste de 180 °C y se aplicó lentamente el vacío. En 90 minutos la presión se redujo a 100 mbar(a) mientras el agua se evaporaba. A continuación, la presión se redujo en los siguientes 60 minutos a 50 mbar(a) y finalmente a 40 mbar(a). En total se condensaron 94 g de agua.

El prepolímero en el matraz así producido tenía un contenido de ácido libre del 17 % en peso, medido por titulación. A partir de este número se puede calcular que el grado promedio de polimerización del prepolímero era de 7,1. Una medición por HPLC mostró que el prepolímero comprendía un 4,1 % en peso del total de D y L lactida y menos de un 0,1 % en peso de mesolactida. El contenido de agua del prepolímero era de 0,24 % en peso, medido con una titulación Karl Fischer.

La síntesis de la lactida se realizó directamente después de la etapa de prepolimerización en el mismo reactor. En primer lugar se añadió 0,05 % en peso de 2-etilhexanoato de estaño (catalizador). El contenido del matraz, con el prepolímero (263 g), se calentó a 120 °C antes de poner en marcha el agitador debido a la elevada viscosidad. A continuación, se aumentó el punto de ajuste a 200 °C. A continuación se redujo el vacío a 10 mbar(a). se evaporaron 192 g de lactida y se condensaron en 3,25 horas. La lactida resultante comprendía un 87,8 % en peso del total de la lactida D y L, y un 3,3 % en peso de mesolactida, medido por un procedimiento HPLC. La HPLC mostró además que el resto de componentes era principalmente ácido láctico, ácido lactoiláctico y ácido lactoilactoiláctico. Estos componentes se liberan a través del catalizador que escinde progresivamente la lactida de los oligómeros pares y desiguales, y aunque tienen un punto de ebullición en el mismo intervalo que la lactida, se evaporan junto con ésta.

Ejemplo 2 (de acuerdo con la invención) - MIBK como disolvente

Se prepararon 3977 g de solución de ácido láctico al 10 % en peso en metil isobutil cetona (MIBK) con un 2 % de agua. Esta solución se concentró hasta aproximadamente el 90 % en peso a 90 °C y a una presión de 120 mbar(a). Tras la concentración se obtuvieron 439 g de solución concentrada de ácido láctico. se calentaron 420 g de solución de ácido láctico concentrado en 50 min en un matraz de fondo redondo utilizando un agitador mecánico hasta el punto de ajuste de 180 °C y se aplicó lentamente el vacío. En 60 minutos la presión se redujo a 100 mbar(a) mientras el agua y el MIBK seguían evaporándose. Cuando se alcanzaron los 100 mbar(a), casi no se produjo la llegada de MIBK al condensado, lo que indica que (casi) todo el MIBK se evaporó. A continuación, la presión se redujo en los siguientes 30 minutos a 50 mbar(a) y sólo se recogieron 2 ml del condensado.

En total se condensaron 117 g de agua/MIBK. El contenido de ácido libre se midió portitulación en un 12,2 % en peso, lo que lleva a un grado promedio de polimerización de 10.

El prepolímero comprendía un 5,2 % en peso del total de D y L lactida y menos de un 0,5 % en peso de mesolactida, medido por HPLC. El contenido de agua en el prepolímero se midió en 0,43 % en peso mediante una titulación Karl Fischer.

La síntesis de la lactida se realizó directamente después de la etapa de prepolimerización en el mismo reactor, con 296 g de prepolímero. En primer lugar se añadió 0,05 % en peso de 2-etilhexanoato de estaño (catalizador). El contenido del matraz, con el prepolímero, se calentó a 200 °C. A continuación se redujo el vacío a 10 mbar(a). se evaporaron 197 g de lactida y se condensaron en 2,25 horas. La lactida resultante estaba compuesta en un 87,3 % en peso del total de D y L lactida, y en un 1,5 % en peso de mesolactida, siendo el resto ácido láctico y oligómeros superiores.

La Figura 1 muestra el peso de la lactida producida a partir del prepolímero a lo largo del tiempo para los sistemas del Ejemplo 1 (sistema de base acuosa de referencia) y del Ejemplo 2 (sistema de base MIBK de acuerdo con la invención). De la figura 1 se desprende que el sistema de acuerdo con la invención muestra una tasa de reacción mayor que el sistema comparativo. Esto puede utilizarse en la configuración de un procedimiento total y en el diseño de equipos para reducir costes.

Ejemplo 3 (de acuerdo con la invención) - 2-pentanona como disolvente

Se preparó una solución de 2096,6 g de ácido láctico al 20 % en peso (cristales de ácido láctico, Purac Corbion) en 2-pentanona (Acros) con un 2 % en peso de agua. Esta solución se concentró hasta aproximadamente el 90 % en peso a 80-90 °C a presión reducida en un rotavap (1589,3 g de agua y 2-pentanona condensada). Tras la concentración se obtuvieron 449 g de solución concentrada de ácido láctico. La solución se transfirió a un matraz de fondo redondo con agitador mecánico y se calentó en 55 minutos hasta 180 °C. A 180 °C se aplicó lentamente el vacío hasta 100 mbar. En 60 minutos el agua y la 2-pentanona se evaporaron más y se formó un sistema de dos fases en el condensador enfriado a temperatura ambiente. Una vez alcanzados los 100 mbar, la presión se redujo aún más hasta los 50 mbar, hasta el punto de que parte de la lactida presente en el equilibrio del prepolímero comenzó a evaporarse y a cristalizar en el condensador.

En total se condensaron 116 g de agua/2-pentanona, de los cuales 56 g como fase acuosa. Basándose en todos los pesos, se estimó que se hizo un prepolímero con un grado de polimerización medio de 7-8. El prepolímero comprendía un 4,7 % en peso del total de D y L lactida y un 0,4 % en peso de mesolactida.

A continuación se añadió 0,05 % en peso de 2-etilhexanoato de estaño (catalizador). El prepolímero (315 g) se calentó a 200 °C y el vacío se redujo lentamente a 10 mbar. En 160 minutos se destilaron 157,3 g de lactida, más rápido que la referencia. La lactida tenía un contenido de D+L lactida del 68,3 % en peso. Esta menor pureza que en el caso de la referencia y del MIBK, indica la relativamente baja DP del prepolímero, y la codestilación del ácido láctico y del ácido lactoiláctico liberado por la despolimerización del prepolímero por el catalizador. Mediante la optimización de la relación temperatura-presión durante la prepolimerización, se puede aumentar la AD del prepolímero y, en consecuencia, la pureza de la lactida. El contenido de meso-lactida de la lactida era del 0,9 % en peso.

Ejemplo 4 (de acuerdo con la invención) - MTBE como disolvente

Se preparó una solución de 3505,9 g de ácido láctico al 12 % en peso (cristales de ácido láctico, Purac Corbion) en MTBE (metil terbutil éter, Acros) que contenía un 4 % en peso de agua. Esta solución se concentró hasta aproximadamente el 90 % en peso. a 80-90 °C a presión reducida en un rotavap (3040,3 agua y MTBE condensado). Tras la concentración se obtuvieron 434,9 g de solución concentrada de ácido láctico. La solución se transfirió a un matraz de fondo redondo con agitador mecánico y se calentó en 101 minutos hasta el punto de consigna de 180 °C. A 180 °C se aplicó lentamente el vacío hasta 80 mbar en 23 minutos, mientras el agua y el MTBE seguían evaporándose. A 80 mbar, parte de la lactida presente en equilibrio en el prepolímero comenzó a evaporarse y a cristalizar en el condensador, y se detuvo la prepolimerización. En total se evaporaron 110 g de agua y MTBE. Se estimó un prepolímero con un grado de polimerización medio de 7-8.

El prepolímero comprendía un 4,7 % en peso del total de D y L lactida y un 0,4 % en peso de mesolactida.

A continuación se añadió 0,05 % en peso de 2-etilhexanoato de estaño (catalizador). El prepolímero (316 g) se calentó a 200 °C y el vacío se redujo lentamente a 5 mbar. En 153 minutos se destilaron 180 g de lactida, más rápido que la referencia. La lactida tenía un contenido de D+L lactida del 77 % en peso. El contenido de meso-lactida de la lactida era del 1,1 % en peso.

La Figura 2 muestra el peso de la lactida producida a partir del prepolímero a lo largo del tiempo para los sistemas del Ejemplo 1 (sistema de base acuosa de referencia) y el Ejemplo 4 (sistema de base MTBE de acuerdo con la invención). De la figura 2 se desprende que el sistema de acuerdo con la invención muestra una tasa de reacción mayor que el sistema comparativo. Esto puede utilizarse en la configuración de un procedimiento total y en el diseño de equipos para reducir costes.

Ejemplo 5 (de acuerdo con la invención) - MEK como disolvente

Se preparó una solución de 1680 g de ácido láctico al 25 % en peso (cristales de ácido láctico, Purac Corbion) en MEK (metil etil cetona, Acros) con un 10 % en peso de agua. Esta solución se concentró hasta aproximadamente el 90 % en peso. a 80 °C a 150 mbar de presión en un rotavap (1217 g de agua y MEK condensados). Tras la concentración se obtuvieron 445,5 g de solución concentrada de ácido láctico. La solución se transfirió a un matraz de fondo redondo con agitador mecánico y se calentó en 81 minutos hasta el punto de consigna de 180 °C. A 180 °C se aplicó lentamente el vacío hasta 100 mbar en 60 minutos, mientras se seguía evaporando el agua y el MEK. A 100 mbar ya se empezó a evaporar y cristalizar algo de lactida en el condensador y se detuvo la prepolimerización. En total se evaporaron 94 g de agua y MEK. Se estimó un prepolímero con un grado de polimerización promedio de 7-8.

El prepolímero comprendía un 3,5 % en peso del total de D y L lactida y menos del 0,1 % en peso de mesolactida.

A continuación se añadió 0,05 % en peso de 2-etilhexanoato de estaño (catalizador). El prepolímero se calentó a 200 °C y el vacío se redujo lentamente a 10 mbar. En 185 minutos se destilaron 155 g de lactida, más rápido que la referencia. La lactida tenía un contenido de D+L lactida del 70 % en peso. El contenido de meso-lactida de la lactida era del 1 % en peso.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para producir lactida que comprende las etapas de

- proporcionar una solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil,

- someter la solución a una etapa de evaporación para eliminar el disolvente orgánico volátil y el agua, dando lugar a la formación de una composición que comprende el oligómero de ácido láctico,

- añadir el catalizador a la composición que comprende el oligómero de ácido láctico, y llevar la mezcla a las condiciones de reacción, para formar la lactida, _donde el disolvente se selecciona del grupo que comprende las cetonas C2-C10, los éteres C2-C10, en particular del grupo que comprende las cetonas C2-C8 y los éteres C2-C6, más en particular de la metil-isobutil-cetona, la metil-etil-cetona, y la 2- o 3-pentanona.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la concentración de ácido láctico en la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil es de al menos el 5 % en peso, más en particular de al menos el 10 % en peso, y generalmente inferior al 40 % en peso.

3. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de agua de la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil es inferior al 15 % en peso, en particular inferior al 10 % en peso.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la composición que comprende el oligómero de ácido láctico, los oligómeros de ácido láctico tienen un grado de polimerización promedio entre 2 y 30, en particular entre 4 y 20, más en particular entre 5 y 15.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición que comprende los oligómeros de ácido láctico formados después de la etapa de evaporación comprende una cantidad residual de disolvente en el intervalo de 0 a 5 % en peso, más específicamente en el intervalo de 0 a 2 % en peso, más específicamente en el intervalo de 0-0,5 % en peso, y o agua en el intervalo de 0 a 5 % en peso, más específicamente en el intervalo de 0 a 2 % en peso, más específicamente en el intervalo de 0-0,5 % en peso.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las condiciones de reacción durante la etapa de formación de lactida incluyen una temperatura en el intervalo de 160 a 220°C, más en particular en el intervalo de 180 a 200°C, y una presión en el intervalo de 1 a 15 mbar.

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ácido láctico de la solución de partida tiene una pureza óptica de al menos el 90 %, en particular de al menos el 95 %, más en particular de al menos el 98,5 %, más en particular de al menos el 99,5 %, y en el que se obtiene un vapor de lactida con una pureza óptica de al menos el 85 %, en particular de al menos el 92 %, más en particular de al menos el 97,5 %, más en particular de al menos el 99 %.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pérdida de pureza óptica del ácido láctico durante la reacción de formación de la lactida es inferior al 5 %, en particular inferior al 3 %, más en particular inferior al 1 %, incluso más en particular inferior al 0,5 %.

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución de ácido láctico en un disolvente orgánico volátil utilizada como material de partida en el procedimiento de acuerdo con la invención se obtiene extrayendo el ácido láctico de un medio acuoso.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el medio acuoso que comprende el ácido láctico comprende al menos un 5 % en peso de una sal inorgánica disuelta.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el medio acuoso que comprende el ácido láctico y la sal inorgánica disuelta se obtiene mediante un procedimiento que comprende una etapa de acidificación que comprende la adición de un ácido inorgánico a una sal de ácido láctico.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la sal de ácido láctico se selecciona entre el lactato de magnesio, el lactato de calcio, el lactato de sodio y el lactato de potasio, en particular el lactato de magnesio.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en el que el ácido inorgánico se selecciona entre el ácido clorhídrico, el ácido nítrico y el ácido sulfúrico, en el que el ácido se selecciona de manera que el anión del ácido y el catión de la sal de lactato formen juntos una sal soluble, en particular ácido clorhídrico o ácido nítrico, más en particular ácido clorhídrico.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11-13, en el que la solución de una sal de ácido láctico se deriva de un procedimiento de fermentación.