JPH072988A - ポリヒドロキシカルボン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ヒドロキシカルボン酸類、または、それらの
オリゴマーを触媒の存在下、あらかじめ有機溶媒中で加
熱還流し、水及び低沸点化合物を除去した後、溶媒の還
流と同時に反応系から水分を除去しながら脱水重縮合し
てポリヒドロキシカルボン酸を製造する方法において、
エステル系有機溶媒を溶媒として用いるポリヒドロキシ
カルボン酸の製造方法。 【効果】 直接脱水重縮合により高分子量のポリヒドロ
キシカルボン酸を工業的に、短時間に、且つ安価に得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用材料や汎用樹脂
代替の生分解生ポリマ−として有用なポリヒドロキシカ
ルボン酸の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリヒドロキシカルボン酸は機械的性
質、物理的性質、化学的性質に優れている上に、他に害
を与える事なく自然環境下で分解され、最終的には微生
物によって水と炭酸ガスになるという生分解性の機能を
有しており、近年医療用材料や、環境保全の観点から汎
用樹脂代替等、様々な分野で注目されており、今後もそ
の需要が大きく伸びることが期待されている。通常、ポ
リヒドロキシカルボン酸の製造方法としては、ヒドロキ
シカルボン酸例えば、乳酸、グリコ−ル酸の場合は、脱
水二量化し一旦環状二量体を得た後、各種触媒の存在
下、開環溶融重合する事で高分子量のポリマ−が得られ
る事が知られている。この方法は、環状二量体であるラ
クチド、またはグリコリドの製造に際して多大の労力と
費用を必要とするため経済的でない。また、ヒドロキシ
カルボン酸の種類によっては、環状二量体を形成しない
ものもあり、その場合はこの方法は使用できない。

【０００３】一方、ヒドロキシカルボン酸及びそのオリ
ゴマ−から直接脱水法によって、ポリヒドロキシカルボ
ン酸を得る方法が幾つか開示されている（特開昭５９−
０９６１２３号、特開昭６１−０２８５２１号）。しか
しながら、これらの方法では得られる該ポリマ−の固有
粘度は約０．３ｄｌ／ｇ程度が限界で十分な機械物性を
有さず、その用途、目的によっては使用できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】乳酸やグリコ−ル酸等
のヒドロキシカルボン酸の直接重縮合反応は、二塩基酸
と多価アルコ−ルによるエステル化反応と同様に逐次反
応であり、反応時間と共に分子量は増大する。また、こ
の際生成する水分子は、加水分解作用による逆反応によ
り重縮合体の分子量を低下させる作用を有するので、生
成する水分を系外へ効率よく除去することが高分子量ポ
リ乳酸やポリグリコ−ル酸等を得るために必要であっ
た。この方法として反応時に攪拌速度を高める方法、減
圧度を高める方法、不活性ガスを反応系に導入し水を揮
散させる方法等があるが、分子量の増大と共に反応系の
粘度が著しく上昇するため、これらの方法には限界があ
り、到達する分子量は触媒の有無にかかわらず通常２
０，０００以下であった。従ってこれらの方法により生
成したポリマ−から、充分な機械的特性を有する成形物
やフィルムを得ることは不可能であった。

【０００５】本発明は、ヒドロキシカルボン酸の直接脱
水縮合反応により高分子量のポリヒドロキシカルボン酸
を製造する方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高分子量
のポリヒドロキシカルボン酸を得るべく鋭意検討した結
果、ヒドロキシカルボン酸類、または、それらのオリゴ
マーを有機溶媒中で加熱還流し、ヒドロキシカルボン酸
中に含まれている不純物を反応系外へ除去した後脱水重
縮合してポリヒドロキシカルボン酸を得る方法におい
て、特殊な溶媒を用いることにより、平均分子量の高い
ポリマーを比較的短時間で得ることが出来ることを見い
出し本発明を完成したものである。

【０００７】すなわち本発明は、ヒドロキシカルボン
酸、またはそれらのオリゴマ−を、触媒の存在下、あら
かじめ有機溶媒中で加熱還流し、水及び低沸点化合物を
除去した後、溶媒の還流と同時に反応系から水分を除去
しながら加熱反応してポリヒドロキシカルボン酸を製造
する方法において、エステル系有機化合物を溶媒として
用いることを特徴とするポリヒドロキシカルボン酸の製
造方法である。

【０００８】本発明で使用されるヒドロキシカルボン酸
の具体例としては、以下のものが挙げられる。グリコ−
ル酸、乳酸、２−ヒドロキシブタノイックアシッド、２
−ヒドロキシペンタノイックアシッド、２−ヒドロキシ
ヘキサノイックアシッド、２−ヒドロキシヘプタノイッ
クアシッド、２−ヒドロキシオクタノイックアシッド、
２−ヒドロキシ−２−メチルプロパノイックアシッド、
２−ヒドロキシ−２−メチルブタノイックアシッド、２
−ヒドロキシ−２−エチルブタノイックアシッド、２−
ヒドロキシ−２−メチルペンタノイックアシッド、２−
ヒドロキシ−２−エチルペンタノイックアシッド、２−
ヒドロキシ−２−プロピルペンタノイックアシッド、２
−ヒドロキシ−２−ブチルペンタノイックアシッド、２
−ヒドロキシ−２−メチルヘキサノイックアシッド、２
−ヒドロキシ−２−エチルヘキサノイックアシッド、２
−ヒドロキシ−２−プロピルヘキサノイックアシッド、
２−ヒドロキシ−２−ブチルヘキサノイックアシッド、
２−ヒドロキシ−２−ペンチルヘキサノイックアシッ
ド、２−ヒドロキシ−２−メチルヘプタノイックアシッ
ド、２−ヒドロキシ−２−メチルヘプタノイックアシッ
ド、２−ヒドロキシ−２−エチルヘプタノイックアシッ
ド、２−ヒドロキシ−２−プロピルヘプタニックアシッ
ド、２−ヒドロキシ−２−ブチルヘプタノイックアシッ
ド、２−ヒドロキシ−２−ペンチルヘプタノイックアシ
ッド、２−ヒドロキシ−２−ヘキシルヘプタノイックア
シッド、２−ヒドロキシ−２−メチルオクタノイックア
シッド、２−ヒドロキシ−２−エチルオクタノイックア
シッド、２−ヒドロキシ−２−プロピルオクタノイック
アシッド、２−ヒドロキシ−２−ブチルオクタノイック
アシッド、２−ヒドロキシ−２−ペンチルオクタノイッ
クアシッド、２−ヒドロキシ−２−ヘキシルオクタノイ
ックアシッド、２−ヒドロキシ−２−ヘプチルオクタノ
イックアシッド、３−ヒドロキシプロパノイックアシッ
ド、３−ヒドロキシブタノイックアシッド、３−ヒドロ
キシペンタノイックアシッド、３−ヒドロキシヘキサノ
イックアシッド、３−ヒドロキシヘプタノイックアシッ
ド、３−ヒドロキシオクタノイックアシッド、３−ヒド
ロキシ−３−メチルブタノイックアシッド、３−ヒドロ
キシ−３−メチルペンタノイックアシッド、３−ヒドロ
キシ−３−エチルペンタノイックアシッド、３−ヒドロ
キシ−３−メチルヘキサノイックアシッド、３−ヒドロ
キシ−３−エチルヘキサノイックアシッド、３−ヒドロ
キシ−３−プロピルヘキサノイックアシッド、３−ヒド
ロキシ−３−メチルヘプタノイックアシッド、３−ヒド
ロキシ−３−エチルヘプタノイックアシッド、３−ヒド
ロキシ−３−プロピルヘプタノイックアシッド、３−ヒ
ドロキシ−３−ブチルヘプタノイックアシッド、３−ヒ
ドロキシ−３−メチルオクタノイックアシッド、３−ヒ
ドロキシ−３−エチルオクタノイックアシッド、３−ヒ
ドロキシ−３−プロピルオクタノイックアシッド、３−
ヒドロキシ−３−ブチルオクタノイックアシッド、３−
ヒドロキシ−３−ペンチルオクタノイックアシッド、４
−ヒドロキシブタノイックアシッド、４−ヒドロキシペ
ンタノイックアシッド、４−ヒドロキシヘキサノイック
アシッド、４−ヒドロキシヘプタノイックアシッド、４
−ヒドロキシオクタノイックアシッド、４−ヒドロキシ
−４−メチルペンタノイックアシッド、４−ヒドロキシ
−４−メチルヘキサノイックアシッド、４−ヒドロキシ
−４−エチルヘキサノイックアシッド、４−ヒドロキシ
−４−メチルヘプタノイックアシッド、４−ヒドロキシ
−４−エチルヘプタノイックアシッド、４−ヒドロキシ
−４−プロピルヘプタノイックアシッド、４−ヒドロキ
シ−４−メチルオクタノイックアシッド、４−ヒドロキ
シ−４−エチルオクタノイックアシッド、４−ヒドロキ
シ−４−プロピルオクタノイックアシッド、４−ヒドロ
キシ−４−ブチルオクタノイックアシッド、５−ヒドロ
キシペンタノイックアシッド、５−ヒドロキシヘキサノ
イックアシッド、５−ヒドロキシヘプタノイックアシッ
ド、５−ヒドロキシオクタノイックアシッド、５−ヒド
ロキシ−５−メチルヘキサノイックアシッド、５−ヒド
ロキシ−５−メチルヘプタノイックアシッド、５−ヒド
ロキシ−５−エチルヘプタノイックアシッド、５−ヒド
ロキシ−５−メチルオクタノイックアシッド、５−ヒド
ロキシ−５−エチルオクタノイックアシッド、５−ヒド
ロキシ−５−プロピルオクタノイックアシッド、６−ヒ
ドロキシヘキサノイックアシッド、６−ヒドロキシヘプ
タノイックアシッド、６−ヒドロキシオクタノイックア
シッド、６−ヒドロキシ−６−メチルヘプタノイックア
シッド、６−ヒドロキシ−６−メチルオクタノイックア
シッド、６−ヒドロキシ−６−エチルオクタノイックア
シッド、７−ヒドロキシヘプタノイックアシッド、７−
ヒドロキシオクタノイックアシッド、７−ヒドロキシ−
７−メチルオクタノイックアシッド、８−ヒドロキシオ
クタノイックアシッド等の脂肪族ヒドロキシカルボン酸
が挙げられる。これらは単独でも或は二種以上混合して
用いてもよい。特に好ましく用いられるヒドロキシカル
ボン酸は、乳酸、グリコ−ル酸、３−ヒドロキシブチリ
ックアシッド、４−ヒドロキシブチリックアシッド、３
−ヒドロキシバレリックアシッド、またはそれらの混合
物である。

【０００９】本発明方法では前述のヒドロキシカルボン
酸から誘導されるオリゴマ−を原料として用いることも
出来る。そしてそれらは一種または二種以上の混合物と
して用いてもよい。

【００１０】これらヒドロキシカルボン酸及びそれらの
オリゴマ−の中には光学活性炭素を有し各々Ｄ体、Ｌ
体、Ｄ／Ｌ体の形態をとる場合があるが、本発明に於い
ては、その形態に何等制限はない。

【００１１】本発明の特徴である溶媒のエステル系有機
化合物としては、脂肪族エステル系有機化合物として
は、エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルア
セテート、アミルアセテート、ペンチルアセテート、ヘ
キシルアセテート、シクロヘキシルアセテート、２−エ
チルブチルアセテート、２−エチルヘキシルアセテー
ト、メトキシブチルアセテート、メチルアセトアセテー
ト、エチルアセトアセテート、エチレングリコールジア
セテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルア
セテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルア
セテート、メチルモノクロロアセテート、メチルプロピ
オネート、エチルプロピオネート、ブチルプロピオネー
ト、エチルブチレート、ブチルブチレート、イソブチル
イソブチレート、イソアミルブチレート、メチルカプロ
エート、エチルカプロエート、メチルカプリレート、エ
チルカプリレート、メチルカプレート、エチルカプレー
ト、エチルイソバレレート、メチルマレエート、エチル
マレエート、ブチルマレエート、ブチルセバケート、ブ
チルステアレート、アミルステアレート、メチルオレエ
ート、エチルオレエート、エチルオキサレート、ブチル
オキサレート、エチルカルボネート、ブチロラクトン、
エチルアクリレート、エチルメタクリレート等が挙げら
れる。また、芳香族エステル系有機化合物としては、メ
チルベンゾエート、エチルベンゾエート、プロピルベン
ゾエート、イソアミルベンゾエート、ブチルベンゾエー
ト、ベンジルベンゾエート、ジメチルフタレート、ジエ
チルフタレート、ベンジルアセテート、エチルシナメー
ト等が挙げられる。これらは一種または二種以上の混合
物で用いても良い。特に、芳香族エステル系有機化合物
は、重合速度が早く、分子量がより高くなるため好まし
い溶媒である。

【００１２】本発明方法では、重合触媒の添加は目的と
するポリマ−の重合度（固有粘度、分子量）によって添
加したり、しなかったり任意に選択することが出来る。
低分子量のポリマ−を製造する場合（ポリスチレン換算
重量平均分子量Ｍｗが約３０，０００未満）は、触媒を
添加してもしなくても目的とするポリマ−を容易に得る
ことが出来る。一方、高分子量（ポリスチレン換算重量
平均分子量Ｍｗが３０，０００以上）のポリマ−を製造
する場合は、反応時間（反応速度）の関係上触媒を用い
る方が好ましい。

【００１３】本発明で用いる触媒としては、元素周期律
表Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ族の金属、或はそれらの
塩または水酸化物、酸化物が挙げられる。例えば亜鉛、
錫、アルミニウム、マグネシウム、アンチモン、チタ
ン、ジルコニウム等の金属。酸化錫、酸化アンチモン、
酸化鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チ
タン等の金属酸化物。塩化亜鉛、塩化第一錫、塩化第二
錫、臭化第一錫、臭化第二錫、フッ化アンチモン、塩化
亜鉛、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム等の金属ハ
ロゲン化物。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸
化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウ
ム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化コバルト、水酸化ニ
ッケル、水酸化銅、水酸化セシウム、水酸化ストロンチ
ウム、水酸化バリウム、水酸化リチウム、水酸化ジルコ
ニウム等の金属水酸化物。硫酸錫、硫酸亜鉛、硫酸アル
ミニウム等の硫酸塩。炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭
酸カルシウム等の炭酸塩。酢酸錫、オクタン酸錫、乳酸
錫、酢酸亜鉛、酢酸アルミニウム、乳酸鉄等の有機カル
ボン酸塩。トリフルオロメタンスルホン酸錫、ｐ−トル
エンスルホン酸錫等の有機スルホン酸塩等が挙げられ
る。

【００１４】その他、ジブチルチンオキサイド等の上記
金属の有機金属酸化物またはチタニウムイソプロポキサ
イド等の上記金属の金属アルコキサイドまたはジエチル
亜鉛等の上記金属のアルキル金属。およびダウエック
ス、アンバ−ライト等のイオン交換樹脂等が挙げられ
る。その使用量は、上記ヒドロキシカルボン酸またはそ
れらのオリゴマ−の０．０００１〜１０重量％が用いら
れる。

【００１５】脱水重縮合に先だってあらかじめヒジロキ
シカルボン酸類を有機溶媒中で加熱還流する。この操作
により、反応系内に存在する原料由来の不純物が、還流
する溶媒と共に反応系外へ除去される。従って、還流す
る不純物を含んだ有機溶媒は、一旦系外へ留出し不純物
を除去した後に再び反応系内へ戻す手法を選んでも良い
し、或は不純物を含む有機溶媒は反応系内に戻さず、不
純物を含まない有機溶媒をあらたに装入し、反応系内の
有機溶媒を置換する手法を選んでもよい。有機溶媒中で
加熱還流させる際の条件としては、温度は８０〜２５０
℃、好ましくは１１０〜１７０℃である。８０℃より低
い場合は不純物の除去効果が、少なくなるため好ましく
ない。逆に２５０℃を越える温度ではヒドロキシカルボ
ン酸の熱劣化が生ずるため好ましくない。圧力は常圧
下、減圧下の何れでもよく、使用する反応溶媒によって
上記温度範囲で還流する圧力が適宜選択される。加熱還
流する時間は温度条件、反応スケール等によって異なる
が、０．５〜６０時間、好ましくは２〜３０時間が良
い。０．５時間より短い場合は、前述した不純物の除去
効果があまり無く、また６０時間を越えても更なる不純
物の除去効果は期待できない。

【００１６】脱水重縮合時の反応温度は常圧下、使用す
る温度の還流温度、または減圧により、還流温度を５０
〜２５０℃に下げて行ってもよい。より好ましくは、１
００〜１７０℃がよい。５０℃未満では、反応によって
生成する水を溶媒との共沸によって反応系外へ除去する
効率が悪くなるため反応速度が著しく低下する。また２
５０℃を越える温度ではポリマーの劣化を生じたり、そ
のため反応液に着色を生じ、得られる製品の品質を悪化
させることがあるため好ましくない。

【００１７】乾燥剤を使用する場合は、例えばモレキュ
ラ−シ−ブ（３Ａ，４Ａ，５Ａ等）、五酸化二リン、水
素化カルシウム、水素化ナトリウム、水素化リチウムア
ルミニウム等の金属水素化物、ナトリウム、リチウム等
のアルカリ金属等が挙げられる。

【００１８】反応装置は、留出した溶媒が乾燥剤を充填
したカラムを通り、反応器に戻るようにすればよい。ま
たカラムに充填できないものは、留出した溶媒を別の反
応器で乾燥剤の存在下、還流脱水して一部留出させ、縮
合反応を行っている反応器に戻す等の方法で行うことが
できる。または蒸留分離能を有する装置を備えた反応機
で反応させ、還流する溶媒と水の混合物をそのまま蒸留
分離して水分を除去し、脱水された溶媒のみを系内へ戻
す方法をとってもよい。また、留出した水を含む溶媒は
そのまま除去し、あらたに溶媒を反応系に添加していっ
てもよい。

【００１９】本発明方法では、重縮合中の熱劣化による
着色を抑えるために着色防止剤を添加して重縮合を行っ
ても良い。使用される着色防止剤としては、リン酸、リ
ン酸トリフェニル、ピロリン酸、亜リン酸、亜リン酸ト
リフェニル等のリン化合物が好ましい。その添加量は、
ポリマ−に対して０．０１〜５重量％、より好ましくは
０．５〜２重量％である。０．０１重量％未満では着色
防止効果が小さくなり、５重量％以上では、さらなる着
色防止の効果は薄く、重合度が上がらないことがある。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明に於ける実施例を記載する
が、本発明は以下に記載する方法及び装置に限定される
ものではない。本明細書記載のポリマ−の分子量は、ゲ
ルパ−ミエ−ションクロマトグラフィ−（カラム温度２
３℃）により、ポリスチレン標準サンプルとの比較で行
った。

【００２１】実施例１ 温度計、撹拌翼、留出管を備えた５００ｍｌの四つ口フ
ラスコに、９０％Ｌ−乳酸７５ｇを装入し、１３０℃／
５０ｍｍＨｇで３時間系外へ水を除去しながら加熱攪拌
した。次に留出管を取り外し、代わりにディーンシュタ
ックを取り付け、更に、ｎ−ブチルベンゾエート３２５
ｇ、錫粉０．４ｇを加え、１４０℃／２５〜３０ｍｍＨ
ｇで５時間加熱還流させた。この時、還流するｎ−ブチ
ルベンゾエートと生成水との混合物を、ディーンシュタ
ック内で分離させ、水層を逐次抜き出した。次にディー
ンシュタックを取り外し、代わりにモレキュラ−シ−ブ
ス３Ａ５０ｇが充填された管を取り付け、還流により留
出する溶媒がモレキュラ−シ−ブスを通って系内へ戻る
ようにし、反応条件を１３０℃／２０〜３０ｍｍＨｇに
設定し、２０時間反応させた。反応終了後、反応マスに
クロロホルム４００ｍｌを加え、溶解した後吸引濾過し
錫粉末を除去した。得られたクロロホルム溶液にメタノ
−ル１４００ｍｌを加え、析出した白色固体のポリ乳酸
を濾別し、乾燥した。収量５２．０ｇ，収率は９６．２
％、重量平均分子量２００，０００（ポリスチレン換
算。以下同じ。）であった。

【００２２】実施例２ 重合溶媒としてｎ−ブチルベンゾエートの替わりに、エ
チルカプレートを用いた他は、実施例１と同様の方法で
行った結果、白色固体のポリ乳酸を得た。収量５１．６
ｇ、収率９５．５％、重量平均分子量１８０，０００で
あった。

【００２３】実施例３ 温度計、撹拌翼、留出管を備えた５００ｍｌの四つ口フ
ラスコに、９０％Ｌ−乳酸７５ｇを装入し、１３０℃／
５０ｍｍＨｇで３時間系外へ水を除去しながら加熱攪拌
した。次に留出管を取り外し、代わりにディーンシュタ
ックを取り付け、更に、イソブチルイソブチレート３２
５ｇ、錫粉０．４ｇを加え、１４０℃微減圧で５時間加
熱還流させた。この時、還流するイソブチルイソブチレ
ートと生成水との混合物を、ディーンシュタック内で分
離させ、水層を逐次抜き出した。次にディーンシュタッ
クを取り外し、代わりにモレキュラ−シ−ブス３Ａ５０
ｇが充填された管を取り付け、還流により留出する溶媒
がモレキュラ−シ−ブスを通って系内へ戻るようにし、
反応条件を１３０℃／３００〜４００ｍｍＨｇで、２５
時間反応させた。反応終了後、反応マスにクロロホルム
４００ｍｌを加え、溶解した後吸引濾過し錫粉末を除去
した。得られたクロロホルム溶液にメタノ−ル１４００
ｍｌを加え、析出した白色固体のポリ乳酸を濾別し、乾
燥した。収量５１．７ｇ，収率は９５．６％、重量平均
分子量１５０，０００であった。

【００２４】比較例１ 重合溶媒として１，２，４−トリクロロベンゼンの替わ
りに、ジベンジルエ−テルを用いた他は、実施例１と同
様の方法で行ったが、分子量はほとんど増大しなかっ
た。

【００２５】

【発明の効果】本発明方法は、ヒドロキシカルボン酸ま
たはそれらのオリゴマ−から直接脱水重縮合により高分
子量の該ポリマ−を工業的に、短時間に、且安価に得る
ことを可能とする方法である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒドロキシカルボン酸、または、それ
   らのオリゴマ−を、触媒の存在下、あらかじめ有機溶媒
   中で加熱還流し、水及び低沸点化合物を除去した後、溶
   媒の還流と同時に反応系から水分を除去しながら脱水重
   縮合してポリヒドロキシカルボン酸を製造する方法にお
   いて、エステル系有機化合物を溶媒として用いることを
   特徴とするポリヒドロキシカルボン酸の製造方法。
2. 【請求項２】 使用する溶媒であるエステル系有機化
   合物が、芳香族エステル系有機化合物であることを特徴
   とする請求項１記載のポリヒドロキシカルボン酸の製造
   方法。
3. 【請求項３】 溶媒の還流下に留出する溶媒を乾燥剤
   で処理したのち、或いは蒸留分離することにより脱水し
   た後に、再び反応系内に戻すことを特徴とする請求項１
   記載のポリヒドロキシカルボン酸の製造方法。
4. 【請求項４】 使用する乾燥剤が、モレキュラ−シ−
   ブ、または五酸化二リン、または金属水素化合物、また
   はアルカリ金属であることを特徴とする請求項２記載の
   製造方法。
5. 【請求項５】 ヒドロキシカルボン酸が、乳酸、グリ
   コ−ル酸、３−ヒドロキシブチリックアシッド、４−ヒ
   ドロキシブチリックアシッド、３−ヒドロキシバレリッ
   クアシッド、またはそれらの混合物であることを特徴と
   する請求項１〜４記載のいずれかの製造方法。