PT91757B - Processo de preparacao de gama-butirobetaina - Google Patents

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Description

DESCRIÇÃO
DA
PATENTE DE INVENÇÃO
N.° 91 757
REQUERENTE: LONZA S.A., suiça, industrial,com sede em Gampel/Vallese, Basilea, Suiça.
EPÍGRAFE: PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE Y -BUTIROBETAÍNA
INVENTORES: Peter Hardt, Andrej Stravs e Pius Abgottspon.
Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.
Suiça com o ns 3514/88 em 21 de Setembro de 1988.
INP1. MOD. 113 RF 1S732
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CASE: L.P. 1423 PATENTE NS. 3 3
Processo de preparação de Y -but irobetaína para que
LONZA S .A., pretende obter privilé gio de invenção em Portugal.
RESUMO presente invento refere-se a um processo de preparação de y -butirobetaína, realizável à escala industrial.
Converte-se butirolactona, com ácido clorídrico e um álcool num éster do ácido clorobutírico, forma-se o sal do ácido trimetilamónio butírico, com trimetilamina e finalmen te saponifica-se para obter o produto final.
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-2MEMÓRIA DESCRITIVA
A / -butirobetaina é cada vez mais,empregue como produto de partida para a preparaçao microbiológica da L-carnitina. 0 invento descreve um novo processo para a preparar.
Os processos laboratoriais para a síntese dos passos intermédios estão suficientemente descritos.
Segundo a patente alema 27 51 134, a Y-butirolactona é convertível, com cloreto de tionilo e metanol, no éster de metílo do ácido Y -clorobutírico com 91% de rendimento. A desvantagem deste processo é a necessidade de eliminaçào do SOg formado.
Na patente alemã 19 03 076 divulga-se que a -butirolac tona é convertível, com ácido clorídrico anidro e metanol, no éster de metilo do ácido / -clorobutírico, em 4 horas de refluxo e após 1 semana de repouso da solução de reacção.
Da patente alemã 19 39 759 sabe-se que a /-butirolacto na pode ser convertida no éster de metilo do ácido -clorobutírico, com 90% a 95% de rendimento num processo de dois pa£ sos (o 12 com cloreto de zinco e ácido clorídrico, o 22 com metanol em condiçbes de refluxo). A grande desvantagem, porém, é o aparecimento de sal de zinco não recirculável e muito pre judicial para a água residual.
De-Aksnes e outros, em J. Chem. Soc., 1959, pág. 103 e seguintes, é conhecido ainda que se pode fazer o éster de meti lo do ácido jf-bromobut írico reagir, por aquecimento, com tri. metilamina alcoólica e dar com um rendimento de apenas 20% o éster de metilo do ácido 4-trimetilamóniobutírico.
Os passos processuais acima mensionados têm rendimentos muito insatisfatórios ou, devido aos problemas da eliminação de produtos secundários formados, irrealizáveis à escala indust rial.
Há portanto o objectivo de desenvolver um processo reall. zável à escala da grande técnica para a preparação de / -butirobetaína a partir de butirolactona que dê bons rendimentos e seja inofensivo do ponto de vista ecológico.
Este objectivo pode ser alcançado com o processo do inven
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to de acordo com a reivindicação 1. Num primeiro passo, faz-se reagir -but irolactona com ácido clorídrico para se obter o ácido í-clorobutírico. Oonvenientemente trabalha-se a uma pressão de 1 a 25 bares, preferivelmente 8 a 20 bares. A tempe ratura da reacção pode variar entre 40°C e 150°C , preferivelmente entre 80°C e 120°C.
ácido clorídrico é empregue habitualmente num excesso de 5% a 40/, em relação à f-butirolactona.
A reacção para se obter o ácido Ϊ-clorobutírico dura cer ca de 2 a 10 horas e em regra decorre de modo praticamente quan titativo.
Uma vantagem do processo do invento é não se ter de isolar o ácido y-clorobutírico, podendo-se adicionar directamente à solução reaccional no 12 passo o álcool alifático inferior necessário à formação do éster. 0 excesso de ácido clorídrico do 12 passo pode actuar directamente como catalisador de esterif^ cação. Poderá porém mostrar-se necessário ter à disposição áci do clorídrico adicional para a esterificação.
Como álcoois alifáticos inferiores utiliza-se conveniente mente o metanol, o etanol, propanol ou butanol, de preferência o metanol.
A reacção de esterificação decorre vantajosamente a uma pressão de 1 a 15 bares, em particular de 1 a 10 bares, e uma temperatura de 40°C e 150°C, de preferência 70°C a 120°C.
E porém igualmente possível efectuar a reacção da /-bu tirolactona para o éster do ácido Y-clorobutírico num passo.
Para isso, os reagentes /-butirolactona, ácido clorídrico e o álcool correspondente são reunidos e feitos reagir directao mente a uma pressão de 1 a 10 bares e uma temperatura de 40 C a 150°C para o correspondente éster do ácido Y-clorobutírico .
No terceiro passo tem lugar o conversão de éster do ácido Y -clorobutírico com trimetilamina no cloreto do éster do ácido trimetilamóniobutírico. Oonvenientemente, esta reacção é efectuada a uma pressão de 1 a 10 bares e uma temperatura de 20°C a 180°C, vantajosamente de 80°C a 150°C.
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A trimetilamina pode ser junta num pequeno excesso ou em quantidades estequiométricas, de preferência num pequeno excesso .
Ê vantajoso empregar como solvente o álcool corresponden te ao radical éster. E porém inteiramente possível utilizar solventes solúveis na trimetilamina, por ex. toluol.
A reacção para se obter o cloreto do éster do ácido X -trimetilamoniobutírico dura em regra 2 a 6 horas e decorre de modo praticamente quantitativo.
A solução de reacção pode mais uma vez ser deitada directamente no último passo da saponificação.
Como bases podem, em princípio, servir todas as bases for tes conhecidas para saponif icações. De preferência, porém, são utilizáveis soluções aquosas de bases inorgânicas, como os hidróxidos alcalinos ou alcalino-terroso (p.ex. NaOH ou KOH) ou os carbonatos alcalinos ou alcalino-terrosos (por. ex. o carbo nato de sódio). Para a saponificação verificou-se ser vantajosa uma temperatura de reacção de 20°C a 100°C.
acabamento ou purificação da D - but irobetaína a partir da solução de reacção pode ser feito - consoante a posterior finalidade de utilização - por ex. por dessalificação com permutadores iónicos especialmente métodos de cristalização, ou por electrodiálise. Este último método é empregue, com êxito, para se conseguir uma solução de )(-but irobetaína completamente dessalifiçada, que eventualmente pode ser utilizada directamente numa síntese microbiológica de carnitina, após diluição .
A tf - but irobetaína preparada pelo processo do invento apresenta uma pureza em regra superior a 99,5%.
Além do mais, com o novo processo pode-se conseguir um rendimento total de #-butirobetaína referido à tf-butirolactona superior a 65%.
Exemplo
a) Preparação de éster de etilo do ácido )f-clorobutírico
Pôs-se num misturador de pressão esmaltado 51,7 kg (0,6 kmol) de )(-butirolactona (a 100%). Aqueceu-se a 100°C, misturando bem o sistema fechado, a partir de 60°C, feito entrar
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ao todo cerca de 26,5 kg (0,72 kMol) de HC1. Condicionadas pela exotermia, a temperatura e a pressão subiram rapidamente. Regulou-se a dosagem de HC1 e a potência calorífica de modo que a reacção pudesse ser conduzida isotermicamente a 100°C e isobaricamente a 11 bares de pressão, Doseou-se HC1 até não ser admitido mais (cerca de 5 a 6 horas). Depois arrefeceu-se até 20°C e deixou-se sair o HC1 residual. À solução de reacção juntou-se então 62,3 kg (l,35 kmol) de etanol. Depois fizeram-se entrar mais 2 kg (0,055 kMol) de HC1. Aqueceu-se a 100°C e manteve-se a esta temperatura por 2 horas (pressão 6 bares) e depois arrefeceu-se até 20°C. Misturou-se então a solução com 92 kg de toluol e basificou-se com 23 kg de NaOH aquoso (a 30%) (pH = 8a 8,5). Separaram-se as fases e lavou-se a fa se orgânica com 26 kg de água. Extractaram-se novamente as fa ses aquosas reunidas com 46 kg de toluol. Destilou-se a fase orgânica, tendo-se separado toluol, etanol e água. Como resíduo do alambique ficaram 87 kg de éster de etilo do ácido /-clorobutírico bruto (teor 88%), que se pôde empregar directa mente na fase seguinte.
Rendimento de 85%, em relação à /-butirolactona. b) Preparação de Y-butirobeta ίna
Colocaram-se, num misturador de pressão, 159 kg (0,92 kMol) de éster de etilo do ácido Y-clorobut írico bruto, concentração 88%, e 107 kg (2,3 kMol) de etanol. Depois dosea ram-3e, durante 15 a 30 minutos, 57 kg (0,96 kMol) de trimetilamina. A'temperatura subiu de 30°C a 50°C . Depois aqueceu-se a 130°C . A pressão subiu para 5 a 7 bares e depois baixou novamente para cerca de 4 bares. Depois de ser alcança da uma pressão estável, arrefeceu-se para 20°C e retirou-se a trimetilamina residual. Ajustou-se o pH da solução de reacção para mais de 11, com 138 kg de NaOH aquoso (a 30%). Manteve-se então a 60°C durante 1 hora e reajustou-se evetualmente o pH. Depois, arrefeceu-se até 20°C e retirou-se por filtração o NaCl precipitado. Depois remoção, por destilação, da trimetilamina em excesso e do solvente, diluiu-se o resíduo com água. Ajustou-se o pH desta solução a 8, filtrou-se e dessalificou-se
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por electrodiálise. A solução resultante continha 32% de Y-butirobetaína, correspondendo a um rendimento de 80%, em rela çào ao éster de etilo do ácido /-clorobutírico. Concentração 99,5% (determinação por HPLC numa amostra sem água).
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Claims (1)

  1. REIVINDICAgÕES
    1§. - Processo de preparação de % -butirobetaína, caracterizado por compreender a reacção de / -butirolactona com ácido clorídrico, para se obter o ácido / -clorobutírico, a conversão deste, sem isolar, no correspondente éster de alquilo inferior do ácido y-clorobutírico com um álcool alifático inferior, a reacção com trimetilamina, para se obter o cloreto do éster de alquilo inferior do ácido trimetilamónio butírico, e finalmente a saponificação deste, sem isolar, com uma base para obter o produto final,
    29. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri. zado por a reacção para se obter o ácido /-clorobutírico ser realizada a uma pressão de 1 a 25 bares e uma temperatura de 40 a 150 °C .
    39. - Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por a reacção para se obter o éster do ácido y~ -clorobutírico ser realizada a uma pressão de 1 a 15 bares e uma temperatura de 40 a 150°C.
    49. - Processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por se empregar como álcool alifático inferior o matanol ou o etanol.
    59. - Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por se converter num passo / -butirolactona com ácido clorídrico e o álcool alifático inferior correspondente no éster de alquilo inferior do ácido /-clorobutírico.
    69. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a reacção com trimetilamina ser efectuada a uma pressão de 1 a 10 bares e uma temperatura de 20 a 180°G.
    Lisboa, 20. SET. 1?39
    Por LONZA S.A.
    - 0 AGENTE 0PIC1AL OADjUíS1' ’
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