PT97558A

PT97558A - Processo aperfeicoado para a preparacao rapida de esteres ciclicos

Info

Publication number: PT97558A
Application number: PT97558A
Authority: PT
Inventors: Kamlesh Kumar Bhatia
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1992-01-31
Also published as: EP0531458B1; NZ238006A; CN1056877A; AU7762291A; EP0531458A4; JPH05506242A; IE911477A1; EP0531458A1; WO1991017155A1; DE69127284D1

Description

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E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY "PROCESSO APERFEIÇOADO PARA A PREPARAÇÃO RÁPIDA DE ÉSTERES CÍ-CLICOS"

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um processo aperfeiçoado para a preparação de ésteres cíclicos mediante termôlise de um ácido alfa-hidroxicarboxílico, um seu éster, um seu sal contendo azoto ou um seu oligomero, com um tempo de residência curto. Mais em particular, a presente invenção refere-se a um processo efectuado à pressão atmosférica assistido por gás que proporciona a produção rápida de ésteres cíclicos, em particular lacte-tos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os ésteres cíclicos diméricos, tais como os lactetos, são polimerizáveis para se obterem ácidos poli(hidroxicarboxílicos) de peso molecular elevado que apresentam grande interesse devido às suas propriedades hidrolíticas e biodegradáveis. Por exemplo, há muito tempo que apresentam interesse para certas utilizações biomêdicas, tais como suturas e agrafos. Mais recentemente, têm apresentado interesse para a manufactura de artigos do comércio para utilizações não biomêdicas que deverão ser degradáveis no ambiente, em particular mediante hidrólise, com obtenção de produtos aceitáveis sob o ponto de vista ambiental. Na maior parte destas utilizações, senão em todas, ê preferível que o polímero degradável seja obtido a partir de um éster cíclico dimêrico. Contudo, os ésteres cíclicos diméricos obtidos pela tecnologia existente são demasiado dispendiosos para estas utilizações não clínicas devido aos baixos rendimentos do processo, à formação de produtos secundários indesejáveis e dificuldades de processamento . A preparação de ésteres cíclicos diméricos dos ácidos al-fa-hidroxicarboxílicos ê um processo antigo e bem conhecido. Até agora, esta preparação tem sido efectuada em dois passos descontínuos distintos envolvendo primeiro a preparação de um oligóme-ro do ácido hidroxicarboxílico (isto é, um seu polímero de condensação de cadeia relativamente curta), seguido de aquecimento do polímero sob pressão reduzida para se obter o éster cíclico pretendido. A preparação dos ésteres cíclicos é descrita nas seguintes referências: Gruter et al., patente de invenção norte--americana n2 1 095 205 (1914); Lowe patente de invenção norte--americana n2 2 668 162 (1954); Bellis, patente de invenção norte-americana n2 4 727 163 (1968); Bhatia, patente de invenção norte-americana n2 4 835 293; e Muller, publicações dos pedidos de patente de invenção alemã n2s 36 32 109 e 37 08 915 (1988). Estes processos não são economicamente satisfatórios para aplicações não clínicas visto que requerem várias horas de tempo de reacção a temperaturas elevadas durante a conversão do intermé- -3- dio polimérico no éster cíclico. Além disso, os tempos de residência longos a temperaturas elevadas utilizados podem frequentemente originar reacções secundárias, levando, por exemplo, à obtenção de isoméros não pretendidos, carbonização do polímero e, consequentemente, dificuldade em manusear os fundos dos rea-ctores.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção baseia-se na descoberta de que a conversão de um ácido alfa-hidroxicarboxílico ou um oligómero de um radical de um ácido alfa-hidroxicarboxílico tal como se define aqui, num éster cíclico, tal como lacteto, se verifica mais rapidamente do que até agora se pensava, de modo que quando existe uma elevada superfície interfacial entre o líquido e o gás e o caudal do gás e o seu volume relativo à quantidade de oligóme-ro são suficientemente grandes, pode remover-se o éster cíclico substancialmente tão rapidamente quanto a sua formação. Assim, o processo permite a conversão do oligómero do ácido láctico, por exemplo, no lacteto muito rapidamente. Isto torna realizável um processo contínuo com um tempo de residência curto.

Assim, o processo de acordo com a presente invenção oferece numerosas vantagens em relação à técnica anterior. Este processo reduz substancialmente o tempo requerido para a conversão de um produto oligomêrico à base de ácido alfa-hidroxicarboxílico, tal como se definiu antes no éster cíclico pretendido. Con- -4- trariamente aos processos da técnica anterior, que requerem várias horas para essa conversão, o processo da presente invenção permite obter um éster cíclico, tal como o lacteto, num tempo muito mais curto. Consequentemente, pode minimizar-se a retenção da massa reaccional, de modo que as perdas do rendimento do éster cíclico potencial através da racemização e da carbonização da massa reaccional podem também ser minimizadas. Deste modo, o processo de acordo com a presente invenção permite a preparação de um éster cíclico, tal como o lacteto, rapidamente e com rendimentos elevados. Reciclando os compostos iniciais que não reagiram (isto é a massa reaccional não convertida), pode aumentar--se a conversão do éster cíclico para valores ainda mais elevados .

Uma primeira variante da presente invenção diz respeito a um processo em contínuo para a preparação de um éster cíclico de fórmula geral

O

II c \ o /

I

Ri na qual e R2 representam, cada um, independentemente, um átomo de hidrogénio ou um radical hidrocarbilo alifático -Cg, que consiste em : (i) introduzir continuamente uma corrente de alimentação reactiva contendo pelo menos um de : (a) um ácido alfa- -5-

-hidroxicarboxílico de formula geral HOCR-iI^CC^H e (b) um sal de (a) na extremidade de entrada de um reactor que tem uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída de produto e uma entrada para introdução de uma substância gasosa e não reactiva à temperatura de trabalho; e ao mesmo tempo (ii) manter a zona de reacção a uma temperatura e a uma pressão eficazes para a formação de uma massa reaccional fluida que contém o éster cíclico; (iii) fazer passar continuamente uma corrente da referida substância gasosa e não reactiva à temperatura de reacção através da referida entrada, sendo este caudal suficientemente grande para arrastar o éster cíclico da massa reaccional e formar uma corrente gasosa que contém o gás e o éster cíclico; (iv) remover a corrente de produto de (iii) proveniente da zona de reacção; e (v) recuperar o éster cíclico a partir da corrente de produto.

Uma segunda variante da presente invenção refere-se a um processo aperfeiçoado para a preparação de um éster cíclico de formula geral

0

II c \ R1 0 / c 1 *2 *2 na qual e R2 representara, cada um, independentemente, um átomo de hidrogénio ou um radical hidrocarbilo alifático C„-Cr, 1 o que consiste em: (i) introduzir um oligómero de um ácido alfa-hidroxicarbo-xílico de fórmula geral HOCR.| R2CO2H ou um seu éster ou sal contendo azoto numa zona de reacção mantida a uma temperatura suficiente para despolimerizar o oligómero e formar um éster cíclico; (ii) introduzir continuamente na zona de reacção uma substância gasosa e não reactiva à referida temperatura, formando a referida substância uma corrente gasosa que contacta com o oligómero de modo a formar uma grande superfície interfacial com ele; sendo a referida substância gasosa alimentada em uma quantidade suficiente para arrastar o éster cíclico do oligómero substancialmente tão depressa quanto este se forma; sendo o caudal da corren- 3 3 te gasosa pelo menos de 90 cm /minuto/cm de oligómero na zona de reacção (90 scfm/scf); (iii) remover da zona de reacção a corrente gasosa que contêm o éster cíclico; e (iv) recuperar o éster cíclico da corrente gasosa.

De acordo com um aspecto da presente invenção, realiza--se por partidas o processo da primeira e/ou segunda variantes da invenção.

Num outro aspecto da presente invenção, o sistema de alimentação é liquido e normalmente é pré-aquecido de modo a redu- -7 - -7 -

zir a carga térmica do reactor.

Num aspecto da segunda variante descrita antes, introduz--se continuamente o oligomero na zona de reacção e remove-se continuamente o éster cíclico da referida zona dê reacçao.

Num outro aspecto mais específico da presente invenção, controlam-se os caudais de alimentação de reagentes e de remoção da corrente de produtos de modo a estabelecer um estado estacionário tal que a quantidade de massa reaccional é mantida substancialmente constante dentro da zona de reacçao.

Num segundo processo em contínuo ainda mais específico da segunda variante descrita antes, controlam-se os caudais de alimentação de oligomero, corrente de produtos e caudal de remoção do oligomero não convertido, de modo a estabelecer um estado estacionário tal que a quantidade de massa reaccional seja mantida substancialmente constante dentro da zona de reacção.

Em particular, um aspecto do processo da presente invenção refere-se à preparação do lacteto, incluindo L-lacteto e D--lacteto com elevados rendimentos e elevados estados de pureza a taxas de conversão elevadas, a partir do ácido láctico, de um éster, de um sal que contenha azoto ou de um seu oligomero.

Além disso, a operação a pressões próximas da pressão atmosférica reduz os custos de investimento e de operação dado que elimina o equipamento dispendioso requerido para manter as baixas pressões reduzidas utilizadas na técnica até agora existente. A desgaseificação ("stripping") à pressão atmosférica ou a pressões mais elevadas elimina a possibilidade de formação de uma atmosfera explosiva dentro do reactor que pode por vezes resultar de fugas de ar, especialmente para baixas porções.

BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA A Figura 1 é uma representação gráfica de uma análise termo-gravimétrica (TGA) da despolimerização de um oligómero preparado de acordo com o Exemplo 3.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO

Numa primeira variante da presente invenção, realiza-se o processo em contínuo introduzindo um ácido alfa-hidroxicarbo-xílico ou um seu sal dissociável sob a acção do calor (por exemplo um sal de amina) numa zona de reacção que foi pré-aquecida até uma temperatura eficaz para converter o ácido alfa-hidroxi-carboxílico e/ou o seu sal num éster cíclico. Substancialmente ao mesmo tempo, faz-se passar através da massa reaccional um caudal substancialmente constante de um agente de arrastamento do éster cíclico, tal como se definiu antes, de modo a estabelecer um contacto íntimo com a massa reaccional e a remover os produtos de reacção da zona de reacção. A corrente de produtos removida da zona de reacção contém o produto cíclico juntamente com outros produtos da reacção, por exemplo, no caso de alimentação de ácido láctico, água livre, água da reacção e ácido láctido não convertido. 0 éster cíclico pode ser recuperado por -9- qualquer dos processos conhecidos na técnica/ incluindo lavagem por solvente. Um destes processos de lavagem por solvente é descrito por Bhatia na patente de invenção norte-americana nS 4 835 293, cuja descrição se inclui aqui a título de referência. 0 ácido alfa-hidroxicarboxílico que não reagiu recuperado da corrente de produtos da reacção pode ser reciclado para a zona de reacção bem como qualquer purga oligomérica proveniente do reactor, quer isoladamente quer juntamente com os compostos iniciais frescos. A corrente de alimentação à base de compostos alfa-hi-droxicarboxílicos da primeira variante contém: (a) ácidos alfa-hidroxicarboxílicos de fórmula geral HOCR.JR2CC>2H, na qual R^ e R2 representam, cada um, independentemente, um átomo de hidrogénio ou um radical hi-drocarbilo alifático C^-Cgj (b) o sal, por exemplo, um sal de metal alcalino ou um sal de amónio ou de amina dissociável sob a acção do calor, de fórmula geral H0CR^R2C02HA, na qual A representa um grupo amónio ou amina e o sal ê dissociável no ácido da alínea (a) e o sal que contém azoto, às temperaturas de operaçao.

Por exemplo, quando R^ e R2, não representam um átomo de hidrogénio nas fórmulas gerais anteriores, representam, cada um, um grupo alquilo C^-C^. Em certos casos, R^ e R2 representam, cada um, um átomo de azoto ou um grupo metilo, tal como no ácido glicólico (R^=R2=H) e no ácido láctico (R^=H, R^CH^)· -10- -10-

0 sal de amina do ácido alfa-hidroxicarboxílico pode ser qualquer sal que se dissocie no ácido e na amina às temperaturas de trabalho. Por exemplo, pode ser um sal de um amina terciária, com maior preferência uma amina alifática, tal como trimetilamina, trietilamina, dimetiletilamina, tributilamina ou similar.

Numa segunda variante da presente invenção, realiza-se o processo mediante introdução de um oligómero de um ácido alfa--hidroxicarboxílico, um seu éster ou um seu sal que contenha azoto numa zona de reacção e aquece-se até uma temperatura eficaz para o despolimerizar no éster cíclico. Substancialmente ao mesmo tempo, faz-se passar através da massa reaccional líquida um caudal substancialmente constante de um agente de arrastamento do éster cíclico gasoso, tal como se definiu antes, em uma quantidade e num caudal de modo a criar uma grande área interfacial entre a massa reaccional fluida e o gás, sendo a quantidade de gás suficiente para arrastar o éster cíclico rapidamente da massa reaccional. O gás de arrastamento forma uma corrente de produtos que contém o éster cíclico e outros produtos voláteis que podem estar presentes no éster cíclico recuperado. O éster cíclico pode ser recuperado por qualquer dos processos conhecidos na técnica, tal como lavagem por solventes ou condensação. Um destes processos de lavagem por solvente é descrito por Bhatia na patente de invenção norte-americana n2 4 835 293, cuja descrição se inclui aqui a título de referência. O ácido láctico e o seu dimero de cadeia linear recuperados da corrente de pro- -11- -11-

dutos da reacção apôs a recuperação do éster cíclico pode ser reciclado para a zona de reacção, quer isoladamente quer juntamente com reagentes frescos. Pode também reciclar-se uma corrente purgada da massa reaccional e removida do reactor. Deve entender-se que a designação "alimentação contínua" na variante do processo em contínuo da presente invenção compreende tanto a alimentação constante como intermitente. A alimentação oligomérica da segunda variante á constituída por um polímero de um ácido alfa-hidroxicarboxílico, de um seu éster, e/ou um seu sal que contenha azoto, por exemplo de fórmula geral

V 1 -o-c-c- ox

t II R2 O J n na qual n representa um numero inteiro de 2 a 12, X representa independentemente um átomo de hidrogénio, tem um significado definido para ou representa um grupo catiónico de fórmula geral HA; , R2^ e R3 representam, cada um, independentemente, um átomo de hidrogénio com radical hidrocarbilo - Cg e A representa uma base que contém azoto. Normalmente, quando R^, R2 e R^ não representam átomos de hidrogénio na fórmula geral anterior, representam, cada um, um grupo alquilo. Por exemplo, R^ e R£ podem representar, cada um, um átomo de hidrogénio ou um grupo metilo, tal como no ácido glicólico (R^=R2=H) e no ácido láctico R^=H, R2=metilo). Além disso, o grupo catiónico ê derivado de uma ba- -12- -12-

se que contém azoto tal como amoníaco ou uma alquilamina. Por outro lado, a base que contém azoto é o amoníaco ou uma amina terciária, tal como trimetilamina, trietilamina, metildietilami-na, tripropilamina, tributilamina ou similar. O peso molecular do oligómero pode variar largamente; geralmente, para a preparação de lacteto não deverá ser superior a cerca de 1000 por uma questão de facilidade de manuseamento. Também, no polímero oli-gomérico os símbolos n, , R2f R^ e HA deverão ter significados tais que o polímero possa liquefazer-se à temperatura de trabalho para se despolimerizar originando o éster cíclico. A lique-facção, que ê necessária para alimentar contínua ou intermitentemente o oligómero à zona de reacção, pode ser conseguida mediante pré-aquecimento do material e/ou adição de quantidades liquefeitas, usualmente pequenas quantidades, de um dissolvente compatível, de acordo com as necessidades para tornar a composição facilmente bombável. O processo da presente invenção deverá ser normalmente realizado na presença de um catalisador contido na corrente de alimentação juntamente com o reagente oligomérico, ou pode ser incorporado directamente na massa reaccional. O catalisador deverá ser apropriado para promover (1) a condensação do composto alfa-hidroxicarboxílico para a obtenção de um aligómero ou (2) a termólise dos oligómeros com obtenção de ésteres cíclicos. Os catalisadores são geralmente metais ou compostos de metais dos grupos IV, V e VIII da Tabela Periódica. São exemplos de catalisadores apropriados os metais dos grupos IV, em especial o esta- -13- -13-

nho, quer sob a forma de metal (pulverizado), óxido, halogeneto ou carboxilato, ou V, de preferência o antimónio Sb, usualmente sob a forma de óxido Sb2C>2. São exemplos específicos de um catalisador de estanho apropriado os carboxilatos de Sn (II), especialmente os que forem solúveis na corrente de alimentação e na mistura reaccional obtida, de que é exemplo o bis(2-etil-hexil-carboxilato) de estanho (II), normalmente referido como octoato de estanho (II). 0 catalisador será utilizado em quantidades catalitica-mente eficazes, as quais podem variar largamente em função do tipo de carga de alimentação utilizada e das condições da reac-ção. As quantidades óptimas cataliticamente eficazes para qualquer sistema particular podem ser facilmente determinadas por meio de experiências de tentativas. Por exemplo, com octoato es-tanoso como catalisador, a quantidade utilizada deverá ser geralmente tal que a massa reaccional contenha entre cerca de 0,1 e cerca de 1,5% em peso, mais usualmente cerca de 0,3 a cerca de 0,9%. 0 reactor pode conter também um diluente ou dissolvente substancialmente inerte em relação ao oligómero, tal como um meio de transferência de calor líquido com ponto de ebulição elevado, para auxiliar a minimizar os sobreaquecimentos localizados e a carbonização do oligómero durante a sua despolimerização com obtenção do éster cíclico. O agente gasoso para arrastamento/transporte/lavagem do éster cíclico e da água formada durante a reacção para fora da mistura reaccional e para o exterior do reactor pode ser qualquer substância que seja gasosa e estável âs temperaturas e pressões de trabalho e que seja inerte em relação ao material de partida, aos componentes da massa reaccional e aos produtos da reacção. Pode ser normalmente gasoso, tal como o azoto, o árgon, o monó-xido de carbono ou o dióxido de carbono ou um hidrocarboneto de baixo peso molecular. Pode ser normalmente não gasoso mas ser gasoso à temperatura e à pressão da reacção. Normalmente, utiliza--se azoto ou ^ como agente gasoso devido à sua inércia e facilidade de obtenção. Usualmente, o gás inerte deverá ser pré-aque-cido até uma temperatura relativamente próxima da temperatura de trabalho e deverá ser injectado abaixo da superfície do material da massa reaccional na zona de reacção; por exemplo, introduzido por baixo do agitador num reactor com a forma de tanque agitado ou alimentado junto â base de um reactor vertical de modo a que possa contactar em contra-corrente com o oligómero que se escoa para baixo. Esta técnica permite efectuar uma reacção em contínuo com um tempo de residência curto. 0 caudal do gás deverá ser suficientemente elevado de modo a não limitar a velocidade de remoção do éster cíclico. Se o caudal for demasiado baixo, a conversão em éster cíclico será prejudicialmente afectada e a sua velocidade de produção limitada visto que o gás tem principalmente como função transportar o éster cíclico sob a forma de vapor para fora do reactor. Embora o caudal óptimo possa variar com a associação particular de car-ga de alimentação, catalisador, temperatura de reacção e projecto -15-

do reactor e respectiva configuração, deverá normalmente estar compreendido entre cerca de 5 e 20 moles por mole de carga de alimentação e usualmente entre 7 e 15 moles por mole de carga de alimentação.

De acordo com uma segunda variante da presente invenção, o caudal de gás inerte deverá ser de pelo menos cerca de 90 cm / 3 /minuto/cm de oligómero (90 scfm/cf) e estará normalmente com- 3 3 preendida entre cerca de 180 a 600 cm /minuto/cm (180 a 600 scfm/cf) de oligómero no reactor. Na operação em contínuo, sob condições de estado estacionário, é conveniente também basear o caudal de alimentação de gás no caudal de alimentação do oligómero no reactor. Nesta base, o caudal de gás deverá ser pelo me-nos de 1000 cm /minuto/cm (1000 scfm/cf) (e da ordem de 2000 a 6000 cm /minuto/cm ou seja 2000 a 6000 scfm/fm) de oligómero alimentado na zona de reacção. As temperaturas apropriadas eficazes para a conversão do oligómero no éster cíclico pode variar largamente mas normalmente estarão compreendidas entre cerca de 185° e 270°C ou entre cerca de 200° e 220°C. A estas temperaturas os tempos de residência na variante contínua não deverão exceder cerca de 45 minutos e normalmente não serão superiores a 20 minutos. A temperatura óptima para a conversão de qualquer oligómero em particular num éster cíclico deverá variar com a composição. Por exemplo, para a preparação do L-ou do D-lacteto a temperatura estará normalmente compreendida entre cerca jde 190° e 220°C, e para o glicoleto estará compreendida entre 220° e 250°C.

Deverá também notar-se que o componente gasoso ajuda a -1 6- -1 6-

manter a mistura reaccional bem misturada na zona de reacção, bem como a remover dela as substâncias voláteis, e deste modo ajuda a evitar a ocorrência de "manchas quentes" localizadas (isto é zonas de temperatura anormalmente elevadas), as quais originariam uma decomposição indesejável com abaixamento de rendimento e a carbonização da massa reaccional. As temperaturas apropriadas para converter eficazmente o componente monomérico ou alfa-hidroxicarboxílico (isto é, um ácido ou um sal de amonio ou de amina de acordo com a segunda variante) no éster cíclico podem variar largamente mas normalmente estarao compreendidas entre cerca de 170° e 270°C ou entre cerca de 190° e 235°C e, no caso da produção de lacteto, entre 195° e 220°C. A pressão pode ser inferior à pressão atmosférica, igual à pressão atmosférica ou superior a esta. Normalmente, trabalha--se â pressão atmosférica mais uma pequena contra-pressão exercida sobre o equipamento da corrente de produto, o qual poderá ser projectado de modo a manter uma contra-pressão tão baixa quanto possível, por exemplo, inferior a 0,35 kg/cm (5 psi). O projecto e a configuração do reactor não são críticos, desde que existam meios (1) que permitam a formação e a acumulação de uma massa reaccional fluida produzida in situ, ou (2) para a introdução de uma carga oligomêrica, e existam meios para a introdução de um agente de arrastamento do éster cíclico gasoso para dentro da zona reaccional de tal modo que este contacte directa e intimamente com a composição oligomêrica de modo a formar uma grande área interfacial gás-liquído e existam meios para -17 -17

promover uma corrente gasosa que contém o éster cíclico. Deste modo, o reactor pode ser um tanque agitado equipado com meios de pulverização de gás e usualmente com a entrada do gás directamen-te sob o agitador. 0 reactor pode também ser uma coluna com enchimento ou de pratos ou pode ter qualquer outra concepção conhecida na técnica para efectuar um contacto íntimo gás-líquido, por exemplo, uma coluna de borbulhamento, uma coluna de pratos, um reactor de pulverização ou um reactor de película, juntamente com meios para a introdução do componente gasoso, de tal modo que ele contacte intimamente com a pulverização ou a película que constitui a massa reaccional. Do mesmo modo, o sistema de recuperação e de processamento da corrente de produtos pode ser qualquer conhecida na técnica. Um reactor deste tipo é descrito por Bhatia na patente de invenção norte-americana ne 4 835 293, que aqui se inclui expressamente a título de referência.

De acordo com uma primeira variante da presente invenção, caso se deseje, podem introduzir-se no reactor os ácidos alfa--hidroxicarboxílicos sob a forma de solução (por exemplo, em água, acetona, etc.). Por exemplo, o ácido láctico está comercializado sob a forma de soluções aquosas concentradas que podem ser introduzidas directamente na zona de reacção de acordo com o processo da presente invenção.

Um reactor particularmente apropriado para a despolime-rização das composições oligoméricas de acordo com o processo em contínuo da segunda variante da presente invenção é constituído por um reactor sob a forma de coluna vertical, tal como uma colu- -18-1 na de pratos perfurados equipada com meios para alimentar o oli-gómero liquefeito no topo da coluna ou próximo do topo da coluna meios para remover a massa reaccional líquida não convertida colocados no fundo da coluna, meios para alimentar o componente gasoso no fundo da coluna ou próximo do fundo da coluna, de tal modo que ele passe através da massa reaccional descendente na coluna, um meio de saída situado no topo da coluna para a remoção da corrente de produtos gasosos e meios de aquecimento rodeando a coluna para elevar a temperatura da massa reaccional até ao valor pertendido e para manter esta temperatura. 0 material oligomérico a introduzir no reactor deverá poder liquefazer-se às temperaturas de trabalho. Se for sólido ou demasiado viscoso para ser convenientemente introduzido no reactor e mantido liquido na zona de reacção, pode utilizar-se um dissolvente apropriado tal como a acetona em pequenas quantidades suficientes para proporcionar uma massa fluida bombável. Usualmente a corrente de alimentação será pré-aquecida até à tem peratura da reacção escolhida para despolimerizar o oligómero com obtenção do éster cíclico.

Os Exemplos que se seguem têm como finalidade ilustrar a invenção e não devem ser considerados como limitativos de qual quer variante particular aqui descrita.

Os Exemplos 1 e 2 foram realizados numa coluna de destilação de Oldershaw de 28 mm com 5 pratos perfurados e equipada para as finalidades da presente invenção com uma linha de alimentação de material oligomérico no prato do topo, um acessório -19 para introduzir o gás na coluna abaixo do prato que fica mais próximo do fundo da coluna e uma linha da redução da corrente gasosa situada no topo da coluna, um balão para recolher o oli-gómero não convertido proveniente do fundo da coluna e uma man-ta de aquecimento para controlo de temperatura. A linha de remoção da corrente gasosa comunicava com o sistema de lavagem para remover o éster cíclico da corrente gasosa. 0 sistema de lavagem está descrito em Bhatia, patente de invenção norte-americana n2 4 835 293. EXEMPLO 1 A. Prepara-se um oligômero de ácido L-láctico mediante aque cimento gradual de uma mistura de 754,1 g de ácido láctico aquoso a 88% (cerca de 98% de ácido L-láctico) e de 2,54 g de octoato estanoso, durante 2 horas até à temperatura de 167° C, removendo ao mesmo tempo a água livre e a água de condensação numa pequena corrente de azoto gasoso. Durante este período recolhem-se 190 ml de destilado aquoso. Mantém-se a massa reaccional a uma temperatura compreendida entre 160° e 176°C durante mais 30 minutos, recolhendo-se durante este tempo mais 6 ml de destilado e reduz-se a velocidade de remoção de destilado até ser essencialmente nula. Em seguida, arrefece-se a massa reaccional e mistura-se com acetona; a composição resultante contém 78,6% de oligômero e 21,4% em peso de acetona e é suficientemente fluida para ser bombada para o reactor à temperatura ambiente. A composição de oligómero-acetona de A que tem uma temperatura um pouco superior à temperatura ambiente é bombada em contínuo para o prato de topo do reactor de 5 pratos descrito antes, com um caudal de 2,2 g/minuto, introduzindo ao mesmo tempo uma corrente de azoto gasoso pre-aquecida até à temperatura de cerca de 185°C com um caudal de 3965 cm /minuto (0,14 scfm) abaixo do prato mais próximo do fundo (o 52 prato). Mantém-se a alimentação durante 2 horas e 15 minutos. A temperatura varia de 186° até 197°C, tendo um valor médio de cerca de 190°C; a temperatura no 4S prato varia entre 205° e 212°C sendo de 210°C durante a maior parte do tempo.

Durante a experiência de 135 minutos, introduzem-se na coluna 305 g da composição de alimentação que contém 240 g de oligomero, equivalente a 222 g teóricos de lacteto e recolhem-se no balão 86 g de oligomero que não reagiu, correspondendo a uma conversão de 64%. A retenção do reactor é essencialmente constante e ê igual a cerca de 11 g. Os dados anteriores são calculados para um caudal de gás inerte de 2750 cm /minuto/cm de ali- _ 3 mentação de oligomero (2750 scfm/minuto/cf) e 432 cm / 3 ~ /minuto/cm (432 scfm/cf) de retenção de oligomero na zona de reacção. Os 97 g de oligomero (retenção e produtos de fundo) têm um aspecto límpido e cor ligeiramente -21- amarela. Calcula-se o tempo de residência do oligómero no reactor dividindo a retenção pelo caudal de oligómero. É de cerca de 6 minutos com base no caudal de alimentação de oligómero e de 17 minutos com base no caudal de fundo. C. Recupera-se o produto lacteto a partir da corren te de azoto gasoso que sai da coluna mediante lavagem com acetona. Evapora-se parcialmente a solução de acetona sob pressão reduzida para precipitar o lacteto. Adiciona-se água gelada para precipitar mais quantidade de lacteto que se filtra, lavando-se o bolo do filtro sobre o filtro com álcool isopropílico e elimina-se o dissolvente residual mediante evaporação sob pressão reduzida para se obterem 86 g de lacteto. Recuperam-se mais 21 g a partir do filtrado e das lavagens, também mediante concentração sob pressão reduzida, filtração, lavagem e secagem tal como no anteriormente. Os 107 g de L-lacteto cristalino e de cor branca correspondem a 79% da quantidade (136 g) do oligómero convertido.

Verifica-se que este produto está isento de D--lacteto e de meso-lacteto mediante análise por cromato-grafia líquida de alta pressão (HPLC) numa coluna quirá-lica. A sua pureza, sem recristalização, é de 99,71% determinada por HPLC e de 98,69% mediante análise colori-métrica de varrimento diferencial (DSC). Apresenta um ponto de fusão brusco a 97°C tal como determinado por DSC. Após recristalização (90% de recuperação), o grau de pureza aumenta para 99,77% determinado por HPLC e 99,59% por DSC. O ponto de fusão é de 97,5% por DSC. A rotação óptica antes da recristalização é de - 288° e após a recristalização em álcool isopropílico é de - 298°, apresentando mais uma vez uma pureza muito elevada. EXEMPLO 2

Repete-se o procedimento do Exemplo 1 com as seguintes diferenças: a) efectua-se o pré-aquecimento do oligómero propriamento dito (isto é, sem adição de acetona) até à temperatura de 140°C, para se obter uma alimentação líquida, b) o caudal de alimentação de oligómero é de 1,5 g/minuto, c) a temperatura no prato do topo varia entre 204° e 217°C, sendo igual a 215°C durante a maior parte do tempo, d) a temperatura no prato na 4 varia entre 189° e 196°C, sendo igual a 195°C durante a maior parte do tempo, 3 3 e) o caudal de gás inerte é de 3300 cm /minuto/cm (3300 scfm/ /•cf) de alimentaçao de oligómero e 432 cm /minuto/cm (432 scfm/cf) de retenção de oligómero na zona de reacção e f) a quantidade de oligómero não convertido é de 13,8 g, correspondendo a uma conversão de cerca de 93%. O produto lacteto antes da recristalização apresenta uma

pureza de 98,5% determinada por HPLC, 99,34% determinada por DSC -23-

e apresenta um ponto de fusão brusco de 98f9°C. A sua rotação optica ê de - 294°. Após recristalizaçao em álcool isopropílico, a pureza determinada por DSC é de 99,69%; e a sua rotação optica é de - 300°. Recupera-se cerca de 80% do oligómero convertido a partir da solução de acetona sob a forma de produto L-lacteto. EXEMPLO 3

Simula-se a despolimerização do oligómero de ácido láctico numa corrente de azoto utilizando um aparelho de análise termo-gravimétrico (TGA). Utiliza-se um oligómero preparado a partir de ácido láctico a 88% por um procedimento similar ao descrito no Exemplo 1. Utiliza-se uma amostra de 15,3 mg do oligómero. A relação superfície/volume é muito elevada: admitindo que a amostra é uma gotícula individual, calcula-se a área interfacial como sendo igual a cerca de 183 m /m do oligómero (600 ft /ft ). Eleva-se a temperatura do oligómero rapidamente em cerca de 2 minutos até à temperatura de despolimerização de 215° C e mantém--se a esta temperatura. Faz-se passar através do oligómero uma corrente de azoto com um caudal relativamente elevado (100 cm / /minuto). Surpreendentemente, verifica-se que a velocidade de despolimerização do oligómero é muito elevada.

Tal como se verifica na Figura 1, cerca de 50% do oligómero convertem-se durante cerca de 10 minutos e 70% convertem-se em cerca de 16 a 18 minutos. Isto demonstra que a despolimerização dos oligómeros em éster cíclico pode ser efectuada rapida- -24-

mente (isto é, durante alguns minutos de tempo de residência ao contrário das várias horas necessárias na técnica anterior), desde que o reactor seja projectado para proporcionar uma grande área interfacial para facilitar a remoção do éster cíclico e exista uma quantidade suficiente de gás veículo para remover o éster cíclico da zona de reacção tão rapidamente quanto este se forma.

Os Exemplos 4 e 5 seguintes são realizados num reactor equipado com uma entrada para a alimentação, uma saída para a corrente de produto gasosa e de gás para introduzir azoto gasoso, tal como Bhatia descreve mais pormenorizadamente na patente de invenção norte-americana ns 4 835 293, incluindo a respectiva Figura 1. EXEMPLO 4

Introduzem-se num reactor 376,4 g de ácido L-láctico a 88% contendo 2 g de catalisador de octoato estanoso, pré-aquece--se até à temperatura de 217°C para reduzir o tempo de aquecimento, enquanto se faz passar através do reactor uma corrente de azoto pré-aquecido à temperatura de 135°C, com um caudal de 2,8 litros/minuto (0,1 scfm) para facilitar a remoção da água livre presente no ácido láctico e da água de condensação do ácido láctico com um oligomero. A introdução de ácido láctico no reactor pré-aquecido faz baixar a temperatura para 93°C, mas eleva-se a temperatura rapidamente para iniciar a remoção da água. Continua a remover-se a água à medida que a temperatura do reactor aumenta. Decorridos apenas 20 minutos a maior parte da água foi removida e a temperatura do reactor atinge 178°C, verificando-se que o lacteto se liberta e congela a partir da corrente de azoto no condensador arrefecido com água ligado ao reactor. A partir daqui pode introduzir-se continuamente o ácido láctico com formação contínua de lacteto, tal como se descreve mais especificamente no Exemplo seguinte. EXEMPLO 5

Num reactor pré-aquecido à temperatura de 215°C introduzem-se 106,9 g de ácido L-láctico a 88% contendo 0,25% em peso de octoato estanoso como catalisador e efectua-se a remoção da água tal como no Exemplo 4. Durante 19 minutos recólheram-se por condensação 40,2 g de água mais o ácido láctico que se vaporizou ficando 66,7 g de oligómero no reactor.

Em seguida começou a introduzir-se em contínuo uma alimentação de ácido láctico a 88% contendo 0,25% em peso de catalisador, pré-aquecido até à temperatura de 68°C, e recuperaram--se por lavagem com acetona os produtos da reacção arrastados pela corrente de azoto. Durante os próximos 73 minutos ajustaram -se o caudal de alimentação, o caudal da corrente de azoto e a temperatura do reactor de modo a conseguir condições de operação próximas do estado estacionário. Durante este período sao consumidos um total de 180 g de alimentação de ácido láctico e são -26- c ( drenados do reactor 25 g da massa reagente de oligómero, de modo a que o nível de oligómero seja sensivelmente o mesmo que no inicio da alimentação em contínuo.

Após o referido período de ajustamento para conseguir uma operação próxima do estado estacionário, drena-se do lavador a solução de acetona e substitui-se por acetona fresca no lavador. Nos próximos 20 minutos introduz-se no reactor ácido láctico contendo 0,25% de catalisador, com um caudal de 3 g/minuto ao mesmo tempo que se pulveriza uma corrente de azoto aquecida à temperatura de 164°C, com um caudal de 8,5 litros/minuto (0,3 scfm). Durante este período a temperatura do reactor variou entre 208° e 221°C. Em seguida, interrompe-se a reacção e drenam-se os conteúdos do reactor e a solução de acetona do lavador. A massa reaccional (61 g) apresenta-se bastante fluida e de cor ambar clara, contrastando acentuadamente com os fundos do reactor extremamente viscosos e enegrecidos obtidos nos processos da técnica anterior convencional.

Concentra-se a solução de acetona eliminando a acetona sob vazio e em seguida adiciona-se água arrefecida de modo a precipitar o produto lacteto e a reter na água o ácido não convertido. Filtra-se o produto L-lacteto, lava-se duas vezes com água fria e seca-se. Obtêm-se 35,6 g de produto. O produto é L-lacteto cristalino de cor branca e puro e verifica-se que tem uma pureza de 97,24% através de colorimetria de varrimento diferencial (DSC).

Reunem-se o filtrado e as lavagens do passo anterior e -27-

evapora-se sob vazio para se obterem 26 g de ácido láctico não convertido.

Assim, converteram-se em lacteto cerca de 55% do ácido láctico da alimentação. Pode reciclar-se o ácido não convertido recuperado bem como a massa reaccional fluida para se obter um elevado rendimento global.

Com base em 61 g da massa reaccional drenados do reactor no final da reacção e no caudal de alimentação de 3 g/minuto do ácido, calcula-se o tempo de residência da reacção como sendo igual a cerca de 20 minutos.

Claims

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REIVINDICAÇÕES 1.- Processo aperfeiçoado para a preparação de ésteres cíclicos de fõrmula geral

na qual e R2, representam, cada um, independentemente, um átomo de hidrogénio ou um radical hidrocarbilo alifá tico C-^-Cg; caracterizado pelo facto de: -29-

i) se introduzir uma carga de alimentação constituída por um ácido alfa-hidroxicarboxílico de formula geral hocr1r2co2h na qual R^ e R2 têm os significados definidos antes, ou um seu éster, oligômero ou sal, numa zona de reacção mantida a uma pressão e a uma temperatura apropriadas para se obter um éster cíclico; ii) se introduzir continuamente na zona de reacção uma substância que esteja no estado gasoso e não seja reactiva ã referida temperatura, formando essa substância uma corrente gasosa que contacta com os reagentes de modo a formar com eles uma gran de área interfacial; sendo a referida substância gasosa alimenta da em uma quantidade suficiente para arrastar o éster cíclico da carga de alimentação substancialmente tão depressa quanto este se forma; iii) se remover da zona de reacção a corrente gasosa que contém o éster cíclico; e iv) se recuperar o éster cíclico da corrente gasosa.
2.- Processo de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo facto de se introduzir continuamente a carga de alimentação de i) na zona de reacção, sendo a alimentação gasosa de ii) pelo menos de 1000 cm3/cm3 (1000 scfm/cuft) de oligômero alimentado por minuto e sendo a corrente gasosa de iii) continua -30-

mente removida da 2ona reaccional.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracte rizado pelo facto de se manter a zona reaccional a uma pressão pelo menos próxima da pressão atmosférica.
4. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracte rizado pelo facto de a carga de alimentação ser formada por um oligómero e de a referida carga de alimentação na zona de reac-ção conter um catalisador apropriado para despolimerizar o oligó mero para dar um éster cíclico, estando o catalisador presente em uma quantidade catalítica eficaz.
5. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracte rizado pelo facto de se introduzir o catalisador com a alimentação de oligómero na zona de reacção.
6. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado pelo facto de a temperatura estar compreendida entre cerca de 180° e 270°C.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado pelo facto de se pré-aquecer a carga de alimentação até â temperatura da zona de reacção ou uma temperatura substancialmen te próxima desta. -31-
8.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado pelo facto de se introduzir a carga de alimentação com um primeiro caudal, se remover a corrente gasosa que contém o éster cíclico com um segundo caudal e se remover a parte da carga de alimentação que não reagiu com um terceiro caudal, sendo estes caudais mantidos substancialmente constantes e controlados de mo do a manter uma quantidade substancialmente constante de carga de alimentação na zona de reacção.
9.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado pelo facto de a carga de alimentação ser constituída por um ácido alfa-hidroxicarboxílico ou um seu sal e por um catalisa dor apropriado para promover a condensação do ácido alfa-hidro-xicarboxílico ou do seu sal com obtenção de um oligómero e para efectuar a conversão do produto da condensação para se obter um éster cíclico.
10. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado pelo facto de a carga de alimentação ser constituída pelo menos por uma substância escolhida entre ácido L-láctico, ácido alfa-hidroxicarboxílico e ácido láctico.
11. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado pelo facto de o éster cíclico ser um lactídeo. -32-
12.- Processo de acordo com a reivindicação 1, carac terizado pelo facto de se introduzir a substância gasosa na zona de reacção com um caudal de pelo menos 90 cm3/cm3 (90 scuft/cuft) de carga de alimentação. Lisboa, 3 de Maio de 1991 è Agen·- *** -· · “