NO168469B - Fremgangsmaate ved fremstilling av beta-hydroksysmoersyre-estere. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstillingen av p<->hydroksysmørsyreestere ved en alkoholyse av poly-P-hydroksybutyrat.

Det er allerede beskrevet en fremgangsmåte for fremstilling av P-hydroksysmørsyre-estere i Helvetice Chim. Acta 1982, 65 (2), s. 495-503. Denne fremgangsmåten innbefatter et trinn, hvor man utfører en alkoholyse av polyhydroksybutyrat som enten er uisolert eller isolert fra biomassen, ved hjelp av metanol og svovelsyre i nærvær av et oppløsningsmiddel såsom 1,2-dikloretan. Deretter utfører man en nøytralisering ved å vaske med en vandig oppløsning av NaCl og en vandig oppløsning av NaHC03, hvoretter man utfører en rensning som innbefatter tørking over magnesium-sulfat, filtrering under redusert trykk og destillasjon. Vaske-trinnene i denne fremgangsmåten fører til blandinger som vanske-lig lar seg skille ved sedimentasjon og henstand, spesielt fordi man har to faser, en vandig fase og en organisk fase som lett fører til dannelse av emulsjoner. Videre er både reaksjonstiden og separasjonstiden, foruten selve sedimentasjonen, meget lang.

Hensikten ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte som ikke har de ulemper ved ovennevnte tidligere kjente fremgangsmåte.

Foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte for fremstilling av p<->hydroksysmørsyre-estere fra poly-P-hydroksybutyrat, som innbefatter følgende trinn: a) et første trinn hvor man utfører en alkoholyse av poly-P-hydroksybutyratet i et medium som er en homogen flytende

fase av en alkohol, et halogenert oppløsningsmiddel og en

syre,

b) et annet trinn hvor syren nøytraliseres med en base som er oppløselig i den homogene væskefasen, . c) et tredje trinn hvor et halogenert oppløsningsmiddel tilsettes mediet, hvoretter det fremstilte vannet og

alkoholen fjernes ved azeotrop destillasjon, og

d) et fjerde trinn hvor den fremstilte esteren utvinnes.

Poly-P-hydroksybutyrat som kan behandles ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, kan fremstilles på en rekke måter. Tallrike mikroorganismer, da spesielt bakterier, er istand til

å syntetisere denne forbindelsen. Valget av mikroorganismer utføres vanligvis på basis av de relative mengder poly-p-hydroksybutyrat som forefinnes i mikroorganismen, og er en funksjon av voksehastigheten på den anvendte mikroorganismen og dens syntesehastighet for nevnte poly-P-hydroksybutyrat.

Disse mikroorganismer kan behandles direkte etter separa-sjon og etter tørking av kulturmediet, ved at man utfører alkoholysen av poly-p<->hydroksybutyratet uten at man ekstraherer denne forbindelsen. Denne separasjonen kan utføres ved hjelp av tidligere kjente fremgangsmåter. Én fremgangsmåte innbefatter at man sentrifugerer kulturmediet for å skille mikroorganismene fra mediet, vasker mikroorganismene med vann og deretter tørker dem.

En annen teknikk som er beskrevet i europeisk patent 0 168 095 består i at man ekstraherer poly-P-hydroksybutyratet fra en vandig suspensjon av mikroorganismene, idet man bruker et oppløsningsmiddel som danner en azeotrop i det minste med vann, hvoretter vannet fjernes ved azeotropisk destillasjon.

En annen teknikk innbefatter at man behandler mikroorganismene med en oppløsning av natriumhypokloritt, for derved å oppnå et poly-P-hydroksybutyrat som ikke inneholder cellematerialet, hvoretter man tørker det fremstilte produktet.

Den alkohol man bruker i første trinn velges etter den type ester det er ønskelig å fremstille. Enhver type alkohol kan brukes i foreliggende fremgangsmåte. Vanligvis vil fremgangsmåten gjennomføres ved å bruke alifatiske alkoholer som inneholder fra1-10 karbonatomer, mer spesielt metanol, etanol eller propanol. Man har spesielt oppnådd gode resultater ved å bruke metanol eller etanol.

Når man bruker metanol i fremgangsmåten, er det vanlig å anvende fra 0,1 til 50 ml alkohol pr. gram poly-P-hydroksybutyrat. Fortrinnsvis bruker man fra 0,5-20 ml alkohol pr. gram poly-P-hydroksybutyrat .

De halogenerte oppløsningsmidler for poly-P-hydroksybutyratet som brukes i første trinn velges blant oppløsningsmidler for poly-P-hydroksybutyrat som er blandbare med alkohol og som kan skilles fra esteren ved destillasjon. Vanligvis bruker man klormetaner, kloretaner eller klorpropaner. Mer spesifikke eksempler innbefatter kloroform, 1,2-dikloretan, 1,2-diklorpropan, 1,1,2-trikloretan, 1,1,2,2-tetrakloretan og 1,2,3-triklorpropan. Det er imidlertid foretrukket å bruke 1,2-diklorpropan eller 1,2-dikloretan. Det spesielt foretrukne oppløsningsmiddel er 1,2-diklorpropan.

Når man bruker sistnevnte oppløsningsmiddel i foreliggende fremgangsmåte, er det vanlig å anvende fra 0,1-50 ml 1,2-diklorpropan pr. gram poly-P-hydroksybutyrat, fortrinnsvis fra 1-20 ml av nevnte oppløsningsmiddel pr. gram av poly-P-hydroksybutyrat.

De syrer som brukes i første trinn er de som vanligvis brukes som en forestringskatalysator. Vanlig anvendte syrer er svovelsyre, p-toluensulfonsyre og metansulfonsyre. Spesielt gode resultater har man oppnådd ved hjelp av svovelsyre. Når sistnevnte syre anvendes, er det vanlig å bruke mengder på mellom 1 og 5 volumprosent av den konsentrerte syren i alkoholen, fortrinnsvis fra 2-4%.

I foreliggende fremgangsmåte vil reaksjonen utføres i en reaksjonsblanding, hvor oppløsningsmiddelet, alkoholen, syren og poly-P-hydroksybutyratet utgjør en enkel, homogen væskefase, men blandingen kan imidlertid inneholde cellulært materiale og eventuelt uoppløst poly-P-hydroksybutyrat, men uansett innholdet av sistnevnte bestanddeler, så utføres reaksjonen i fravær av en annen væskefase.

Første trinn i fremgangsmåten utføres vanligvis ved temperaturer på mellom 25 og 160°C, fortrinnsvis mellom 35og 150°C, og de beste resultater er oppnådd ved temperaturer mellom 50 og 140'C.

Første trinn utføres ved et trykk som vanligvis varierer mellom 1 og 10 bar, mer vanlig mellom 3 og 8 bar. Det er imidlertid foretrukket å utføre reaksjonen under autogent trykk, dette betyr at arbeidstrykket er fastlagt ved sammensetningen av reaksjonsblandingen og ved den anvendte temperaturen.

Det første trinn i foreliggende fremgangsmåte kan utføres

i ethvert utstyr som er utformet for dette formål.

Under annet trinn vil syren nøytraliseres med en base som er oppløselig i den homogene væskefasen og som danner et salt med syren, og hvor dette saltet utfelles i det minste delvis fra blandingen. Det er vanlig å bruke et alkalimetallalkoholat eller et alkalijordmetallalkoholat. Det er foretrukket at alkoholatet tilsvarer den alkoholen som ble brukt i første trinn, og at man anvender natrium eller kalium som alkalimetallet eller alkali-jordmetallet.

Tilsetningen av basen kan være diskontinuerlig. Nøytrali-seringen følges ved at forandringen i blandingen følges som en funksjon av fargeendringen på et pH-papir, og tilsetningen av base stoppes når fargingen på et pH-papir tilsvarer en surhets-grad mellom 5 og 6 i den vandige fasen.

Det er foretrukket at den basen som brukes i oppløsningen

i den samme alkoholen er den som brukes i det første trinnet.

Temperaturen i annet trinn av fremgangsmåten utføres vanligvis mellom 20 og 50°C, og gode resultater er blitt oppnådd ved vanlig romtemperatur.

Trykket i annet trinn utføres mellom 1 og 3 bar, og gode resultater er blitt oppnådd ved atmosfærisk trykk.

Annet trinn i fremgangsmåten kan utføres i ethvert utstyr som er utformet for dette formål. Vanligvis utføres trinnet i utstyret fra første trinn.

Under tredje trinn tilsettes et halogenert oppløsnings-middel til blandingen for derved å kunne fjerne det fremstilte vannet, og mer spesielt alkoholen ved azeotropisk destillasjon.

Vanlig kjente oppløsningsmidler for poly-e-hydroksybutyrat kan brukes som det halogenerte oppløsningsmiddel. Generelt er det fordelaktig å bruke klormetaner, kloretaner eller klorpropaner, f.eks. kloroform, 1,2-dikloretan, 1,2-diklorpropan, 1,1,2-trikloretan, 1,1,2,2-tetrakloretan og 1,2,3-triklorpropan. Det er foretrukket å bruke et halogenert oppløsningsmiddel av samme type som i det første trinnet. Følgelig er det følgelig å bruke 1,2-diklorpropan i dette trinnet.

For å utføre den azeotropiske destillasjonen tilsetter man et volum av det halogenerte oppløsningsmiddel som tilsvarer det forventede volum av azeotropen, og denne tilsetningen kan utføres kontinuerlig før eller under selve destillasjonen.

Azeotropen fjernes under atmosfærisk trykk eller under redusert trykk. Fjerningen av oppløsningsmiddelet stoppes når temperaturen p<' toppen av kolonnen når koketemperaturen for det rene oppløsningsmiddel.

Under det fjerde trinnet innvinnes esteren uten ytterligere vanskelighet ved hjelp av enhver kjent teknikk, f.eks. filtrering og/eller sentrifugering, fulgt av vasking, fortrinnsvis med et halogenert oppløsningsmiddel av samme type som anvendt i første og/eller tredje trinn, fulgt av destillasjon av det halogenerte oppløsningsmiddelet og en destillasjon av e-hydroksysmørsyre-esteren.

e-hydroksysmørsyre-esteren fremstilt ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte kan brukes for alle de formål som er kjent for dette produkt, det vil si spesielt de medisiner, som et mellomprodukt for fremstilling av finere kjemikalier eller som et additiv i dyrefor.

e-hydroksysmørsyre-esteren fremstilt ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte kan brukes som sådan i kjemisk syntese, eller den kan hydrolyseres med henblikk på å oppnå P-hydroksysmørsyre med en minimumsdannelse av krotonsyre.

Det følgende eksempel illustrerer oppfinnelsen.

Eksempel 1

200 ml 1,2-diklorpropan, 200 ml metanol, 6 ml konsentrert svovelsyre (0,110 mol H2DO4) og 72 g av en mikroorganismekultur som var blitt sentrifugert, vasket og deretter tørket, og som inneholdt 60% poly-P-hydroksybutyrat og som tilsvarer 0,5 mol C4-enheter, ble tilsatt under røring til en 1 liters autoklav utstyrt med et manometer, et system for oppvarming og regulering av temperaturen, en rører og et rør som gjorde det mulig å ta ut prøver.

Reaktoren ble renset med nitrogen, og blandingen ble så holdt på 110°C i 5 timer. Trykket steg fra 4,75 yil 5 bar.

Oppvarmingen ble stoppet, og reaksjonsblandingen ble hensatt for avkjøling til romtemperatur. 45 ml 1,3M metanolisk oppløsning av natriummetylat ble tilsatt blandingen, og denne tilsetningen nøytraliserer svovel-syren.

355 ml 1,2-diklorpropan ble så tilsatt blandingen, og man

utførte en azeotropisk fjernende destillasjon ved atmosfærisk trykk, og kokepunktet for azeotropen var 63°C.

Fjerningen av 1,2-diklorpropan ble stoppet da temperaturen nådde 96°C, dvs. kokepunktet for 1,2-diklorpropan.

Blandingen ble så filtrert gjennom en filtreringsplate med en porositet på P3 i løpet av 2 minutter, og resten ble vasket to ganger med 200 ml 1,2-diklorpropan.

Filterkaken ble så tørket under redusert trykk (<10 mm Hg) til konstant vekt. Filterkaken hadde en fuktevekt på ca. 110 g og en endelig vekt på ca. 45 g.

1,2-diklorpropanen ble fjernet under redusert trykk (150 mm Hg), og e-hydroksysmørsyre-esteren ble så avdestillert under et trykk på 20 mm Hg. Kokepunktet for metylesteren er 76°C ved dette trykk.

Man fikk fremstilt 50 g i alt vesentlig helt rent metyl-p<->hydroksybutyrat.

Esteren inneholdt meget lite metylkrotonat, dvs. i størrel-sesorden 0,05-0,1 g/kg.

Destillasjonsutbyttet var 90%.

Den 1,2-diklorpropan som ble innvunnet under destillasjon og vaskingen resirkuleres i prosessen.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av P-hydroksysmørsyre-estere fra poly-P-hydroksybutyrat, karakterisert vedat man: a) i et første trinn utfører en alkoholyse av poly-P-hydroksybutyratet i et medium som er en homogen flytende fase av en alkohol, et halogenert oppløsningsmiddel og en syre, b) i et annet trinn nøytraliserer syren med en base som er oppløselig i den homogene væskefasen, c) i et tredje trinn tilsetter et halogenert oppløsningsmiddel til mediet, hvoretter man fjerner det fremstilte vannet og alkoholen ved azeotrop destillasjon, og d) i et fjerde trinn utvinner esteren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det som basen brukes i det andre trinnet et alkoholat.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat det anvendes et alkoholat tilsvarende den alkohol som brukes i første trinn.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3,karakterisert vedat alkoholatet brukes i oppløsning i alkoholen som brukes i første trinn.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående trinn,karakterisert vedat fjerde trinn innbefatter filtrering og/eller sentrifugering.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert vedat fjerde trinn innbefatter en destillasjon av esteren.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat det halogenerte oppløs-ningsmiddel som brukes i første og tredje trinn velges uavhengig av hverandre, fra gruppen bestående av klormetaner, kloretaner og klorpropaner.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat det anvendes samme halogenerte oppløsningsmiddel i første trinn som i tredje trinn.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat det som halogenert oppløsningsmiddel anvendes 1,2-diklorpropan.