RU2695998C1 - Способ каталитического синтеза лактида в присутствии неорганических добавок - Google Patents
Способ каталитического синтеза лактида в присутствии неорганических добавок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695998C1 RU2695998C1 RU2018114220A RU2018114220A RU2695998C1 RU 2695998 C1 RU2695998 C1 RU 2695998C1 RU 2018114220 A RU2018114220 A RU 2018114220A RU 2018114220 A RU2018114220 A RU 2018114220A RU 2695998 C1 RU2695998 C1 RU 2695998C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lactide
- alkyl
- catalyst
- producing
- polylactide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D319/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
- C07D319/10—1,4-Dioxanes; Hydrogenated 1,4-dioxanes
- C07D319/12—1,4-Dioxanes; Hydrogenated 1,4-dioxanes not condensed with other rings
Abstract
Изобретение относится к способу получения ценного мономера - лактида - для получения полимолочной кислоты (полилактида), который является биосовместимым и биоразлагаемым полимером. Полилактид широко применяется в медицине для производства эндопротезов, хирургических шовных материалов, штифтов, а также в системах доставки лекарств. Заявлен каталитический способ получения лактида, включающий олигомеризацию смеси алкил, алкил ди- и алкил трилактатов в атмосфере азота и последующую термодеструкцию полученного олигоалкил лактата при пониженном давлении и температуре в диапазоне от 180 до 200°С с использованием соединений щелочных и редкоземельных металлов как менее токсичных неорганических добавок, где металл - это один из следующих элементов данного ряда: Na, K, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Yb, Lu. Технический результат заключается в получении не загрязненной токсичными примесями смеси алкиллактатов, уменьшении времени проведении процессов олигомеризации и термодеструкции. 3 пр.
Description
Изобретение относится к улучшению способа синтеза лактида молочной кислоты с использованием неорганических добавок. Лактид является ценным мономером для получения полимолочной кислоты (полилактида), которая в свою очередь является биосовместимым и биоразлагаемым полимером. Ввиду своей биосовместимости, полилактид широко применяется в медицине для производства эндопротезов, хирургических шовных материалов, штифтов, а также в системах доставки лекарств. В последние годы возрастает интерес к полимерным материалам, которые под действием микроорганизмов, обитающих в почве, подвергаются биоразложению {International Biodeterioration & Biodegradation, 2017, 117, 215-223). Такие биодеградируемые полимеры находят свое применение в производстве продукции краткосрочного пользования (упаковочные материалы, одноразовая посуда, пластиковые пакеты и другие), а также изделий медицинского назначения.
Одним из перспективных биосовместимых и биоразлагаемых полимеров, получаемых из растительного сырья, является полилактид. Данный полимер охватывает существенную часть рынка биополимеров. Мировые производители полилактида используют два способа его получения: поликонденсация молочной кислоты и полимеризация лактида с раскрытием цикла. С целью получения полимера с высокой молекулярной массой и низким индексом полидисперсности, его синтез осуществляют вторым способом (Схема 1).
Согласно литературным данным, синтез лактида осуществляют либо из молочной кислоты, либо из и ее эфиров - лактатов.
Известен двухстадийный способ получения лактида из молочной кислоты (МК), который включает олигомеризацию МК с дальнейшей термодеструкцией полученных олигомеров в присутствии катализатора при температуре в диапазоне от 230°С до 280°С и давлении менее 0,01 МПа. Катализатором данного процесса является фосфит олова (II) (SnHPO3). Выход L-лактида составляет 87% (патент США 2011/0155557 А1).
Известен метод получения лактида, в котором 3977 г 10 мас. % молочной кислоты в метилизобутилкетоне, содержащем 2% воды концентрировали до 90 мас. % при температуре 90°С и давлении 120 мбар. После концентрирования получали 439 г смеси. 420 г полученного концентрированного раствора молочной кислоты нагревали в течение 50 минут до 180°С, затем, медленно понижали давление в системе. Через час давление уменьшали до 100 мбар, при этом происходил отгон воды и растворителя. Затем в последующие 30 минут давление понижали до 50 мбар, но отгон составлял лишь 2 мл конденсата, в котором уже не присутствовал метилизобутилкетон. Стадию термодеструкции проводили при температуре 200°С и пониженном давлении до 10 мбар в присутствии 0,05% мае. 2-этилгексаноата олова в течение 2,25 ч. Выход D- и L-лактида составляет 87,3 мас. %, выход мезо-лактида 1,5 мас. %. (патент всемирной организации по защите интеллектуалльной собственности (WO) 2016/128501, пример 2)
Главным недостатком данных способов является высокое содержание кислотных примесей и воды, что требует многостадийную очистку полученного продукта.
Процесс очистки полученного лактида может быть упрощен, если в качестве сырья применять эфиры молочной кислоты - алкил лактаты.
Существует способ получения лактида из этилового эфира молочной кислоты (патент США 7488783). В данном патенте синтез лактида осуществляется из товарного этил лактата. На стадии олигомеризации алкил лактата используют л-толуолсульфокислоту в качестве катализатора (0,5 мас. %). Продолжительность реакции составляет 10 часов при температуре не более 175°С.Стадия деполимеризации протекает с использованием другого катализатора - октоата олова (1,5 мас. %) при 220-230°С и пониженном давлении (5-10 мбар). Выход L-лактида 73-78%, а выход мезо-лактида 2-5%.
Основным недостатком данного способа является содержание кислотных примесей, что связанно с применением n-толуол сульфокислоты в качестве катализатора на стадии олигомеризации. Недостатком также является получение лактида из товарного этил лактата, обладающего большей стоимостью по сравнению с молочной кислотой.
Известен способ получения лактида, в котором лучший результат достигается с использованием катализатора, содержащего оксид олова (IV). Установка для синтеза лактида состоит из следующих блоков:
1. блок подачи сырья;
2. дистилляционный блок 1, в котором отделяется часть воды и концентрируется молочная кислота;
3. реакторный блок, заполненный твердым катализатором, в который вводят водный раствор концентрированной молочной кислоты;
4. конденсаторный блок 1, заполненный первым растворителем, в который поступают пары воды, молочной кислоты и неочищенного лактида из блока каталитической реакции для сбора и кристаллизации, включающий блок фильтрации 1;
5. конденсаторный блок 2, заполненный вторым растворителем, в котором происходит растворение и перекристаллизация лактида, полученного в конденсаторном блоке 1, с последующим отделением полученных кристаллов в блоке фильтрации 2, и возвратом фильтрата в конденсаторный блок 2;
6. дистилляционный блок 2, в котором фильтрат из конденсаторного блока 1 разделяют, регенерируя первый растворитель в виде дистиллята, который затем поступает в конденсаторный блок 1 в качестве первого растворителя. Кубовый остаток, представляющий собой водный раствор молочный кислоты, направляется в блок подачи сырья.
Реакция проводилась в атмосфере азота при 240°С в течение 100 часов. При этом выход лактида 90% и выше (патент США 20170101390 А1). Недостатками данного способа являются длительность процесса, а также проведение синтеза при относительно высоких температурах. При этом, основными недостатками данных методов синтеза L-лактида является длительность процесса, содержание кислотных примесей. Кроме того, большинство из перечисленных способов получения лактида подразумевает использование в качестве катализаторов соединений, содержащих ионы тяжелых металлов. Присутствие тяжелых металлов даже в небольших количествах в полимерных материалах исключает их дальнейшее применение в медицине и пищевой промышленности. Наиболее близким к заявляемому изобретению является двухстадийный способ синтеза лактида из эфиров молочной кислоты (патент РФ 2460726 С1, прототип), включающий в себя: 1) олигомеризацию алкил лактата в инертной атмосфере при температуре до 200°С; 2) последующую деполимеризацию олигоалкил лактата при повышенной температуре до 220°С и пониженном давлении (2-5 мм рт.ст.) в присутствии четыреххлористого олова для каждой из стадий. Продолжительность стадий составляет 2,9-5,8 ч и 1,5-2,2 ч соответственно. Выход L-лактида 82,3-86,1%, мезо-лактида - 2,4-2,6%..
Главным недостатком данного способа, как и ряда других перечисленных выше, является использование в качестве катализатора соединения, содержащего ионы олова, относящегося к токсичным тяжелым металлам. Основная цель нашего изобретения заключается в использовании менее токсичного катализатора процесса синтеза лактида, а имено неорганических соединений щелочных и редкоземельных металлов.
Иные сопутствующие цели, достигаемые посредством реализации настоящего изобретения подразумевают:
1) сокращение времени термодеструкции без добавления дополнительных количеств катализатора;
2) разработка способа получения лактида, который может быть реализован в промышленном производстве лактида.
3) поиск катализаторов, присутствие которых в полилактиде, полученного из синтезированного мономера, не ограничит широкое применение полилактида ввиду нетоксичности применяемого катализатора.
Указанные цели достигаются тем, что металл, входящий в состав катализатора, выбирается из следующих элементов: Na, К, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Yb, Lu.
Указанные цели достигается также тем, что предлагаемые катализаторы не токсичны, устойчивы к кислороду и влаге воздуха.
Указанные цели достигаются тем, что на первой стадии получения лактида используется не чистый алкиллактат, а смесь, состоящая из алкил, алкил ди-и алкил трилактатов, что значительно выгоднее из-за простоты синтеза, сокращении дополнительных стадий и оборудования для получения чистого алкиллактата, уменьшении времени проведения процессов олигомеризации и термодеструкции.
Указанные цели достигаются тем, что количество катализатора находится в пределах 0,5-1,5 моль % от количества используемых эфиров молочной кислоты.
Указанные цели достигаются тем, что предлагаемые катализаторы производятся в промышленности и коммерчески доступны. Указанные цели достигаются также тем, что стадия олигомеризации проводится при температуре в диапазоне от 150°С до 190°С в течение 3,5 - 5 часов, а стадия термодеструкции проводится при температуре до 200°С в течение 0,5 - 1 часа.
Новизна данного изобретения подтверждается тем, что в прототипе и других публикациях по синтезу лактида используются более токсичные катализаторы. Данный факт существенно сокращает области применения синтезируемого лактида.
Достоинства данного изобретения иллюстрируют и поясняют следующие примеры, которые также обосновывают его применение в промышленности.
Пример 1. Синтез лактида в присутствии NdCl3
В сосуд помещали 300 г смеси продуктов кубового остатка этерификации молочной кислоты этанолом, содержащего эквивалент ~3 моль остатков молочной кислоты, добавляли 0,5 моль % NdCl3 - 0,015 моль. Реакция проводилась в течение 4,5 часов в сосуде, заполненным азотом при давлении 780 мм. рт.ст. с воздушным обратным холодильником, снабженным в верхней части тарелкой для отбора конденсирующегося раствора, и присоединенным водным обратным холодильником при температурах 150, 160, 170 и 180°С.Состав конденсатов был определен методом 1Н ЯМР-спектроскопии. Выход олигомера определяли как отношение массы образующегося олигомера к теоретической массе олигомера с учетом его средней молекулярной массы, вычисленной из степени олигомеризации DPn. Полученную смесь олигоэфиров молочной кислоты с катализатором, содержащимся в исходном олигомере, подвергали термокаталитической деструкции. Колбу соединяли с воздушным обратным холодильником-приемником, с водяным обратным холодильником и ловушкой, охлаждаемой до температуры минус 196°С (жидкий азот). Процесс проводили при температуре 180°С и давлении 5 мм рт.ст.в течении 1 часа. Выход лактида-сырца составил 95%.
Пример 2. Синтез лактида в присутствии Na2S2O3
Процесс синтеза проводился аналогично примеру 1. В качестве катализатора использовали 1 моль % Na2S2O3 - 0,015 моль. Олигомеризация проводилась в течение 5 часов, а термодеструкция в течение 1 часа при температуре 200°С. Выход лактида-сырца составил 65%.
Пример 3. Синтез лактида в присутствии CeCl3
Процесс проводился аналогично примеру 1 с использованием 0,5 моль % CeCl3 - 0,015 моль. В сосуд помещали 320 г смеси продуктов кубового остатка этерификации молочной кислоты изопропанолом, содержащего эквивалент - 3 моль остатков молочной кислоты. Процесс олигомеризации проводился в течение 3,5 часов, а термодеструкция в течение 0,5 часов при температуре 180°С. Выход лактида-сырца составил - 99%.
Пример 4. Синтез лактида в присутствии K2S
Синтез проводился аналогично примеру 3. В качестве катализатора использовали 1 моль % K2S - 0,015 моль. Олигомеризация проводилась в течение 4 часов, а термодеструкция в течение 1 часа при температуре 190°С. Выход лактида сырца - 62%.
Описанные выше примеры подтверждают достижение положительного эффекта, который заключается в том, что данный способ синтеза лактида отличается меньшим временем, реализуемым за 1 рабочую смену (до 8 часов), так как стадия термодеструкции осуществляется от 0,5 до 1 часа, при том, что дополнительное количество катализатора не добавляется. Также способ отличается простотой предлагаемой установки (см. стр. 6, абзац 1) и легкостью варьирования параметров для достижения требуемого соотношения выход/время, с возможностью дальнейшей регенерации образующегося в ходе процесса спирта, отделяемого в дальнейшем ректификацией с последующим вовлечением в процесс этерификации молочной кислоты.
Предлагаемый способ также отличается тем, что для синтеза лактида используется менее токсичный неорганический катализатор. При этом, выходы лактида-сырца, достигнутые с применением в качестве катализаторов соединений Y, La, Pr, Sm, Yb, Lu, сопоставимы с выходами, полученными при использовании NdCb и CeCl3 в сравнимых условиях проведения процесса.
Список литературы
1. Х. Qi, Y. Ren, X. Wang, International Biodeterioration & Biodegradation, 2017, 117, 215.
2. US 2011/0155557 A1, 30.06.2011.
3. WO 2016/128501, 18.08.2016.
4. US 7488783 B2, 10.02.2009.
5. US 20170/101390 A1, 13.04.2017.
6. RU 24760726 C1, 10.09.2012.
Claims (1)
- Каталитический способ получения лактида, включающий в себя олигомеризацию алкиллактата с последующей деполимеризацией олигоалкиллактата в атмосфере азота при пониженном давлении и температуре в диапазоне от 180 до 200°С, в присутствии катализатора на каждой стадии, отличающийся тем, что катализатор однократно добавляют в смесь, состоящую из алкил, алкил ди- и алкил трилактатов, с дальнейшей олигомеризацей данной смеси и последующей термодеструкцией полученного олигоалкил лактата, содержащего добавленный на первой стадии катализатор, причем используют катализатор на основе соединений элементов, выбранных из ряда: Na, K, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Yb, Lu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114220A RU2695998C1 (ru) | 2018-04-17 | 2018-04-17 | Способ каталитического синтеза лактида в присутствии неорганических добавок |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114220A RU2695998C1 (ru) | 2018-04-17 | 2018-04-17 | Способ каталитического синтеза лактида в присутствии неорганических добавок |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2695998C1 true RU2695998C1 (ru) | 2019-07-30 |
Family
ID=67586822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018114220A RU2695998C1 (ru) | 2018-04-17 | 2018-04-17 | Способ каталитического синтеза лактида в присутствии неорганических добавок |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2695998C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993018021A1 (en) * | 1992-03-13 | 1993-09-16 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Rare earth metal catalyzed oligomerization of alpha-hydroxycarboxylic acids and conversion to dimeric cyclic esters |
| US6569989B2 (en) * | 2001-01-31 | 2003-05-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for producing lactide and process for producing polylactic acid from fermented lactic acid employed as starting material |
| RU2460726C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-09-10 | Валерий Федорович Швец | Способ получения l-лактида |
-
2018
- 2018-04-17 RU RU2018114220A patent/RU2695998C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993018021A1 (en) * | 1992-03-13 | 1993-09-16 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Rare earth metal catalyzed oligomerization of alpha-hydroxycarboxylic acids and conversion to dimeric cyclic esters |
| US6569989B2 (en) * | 2001-01-31 | 2003-05-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for producing lactide and process for producing polylactic acid from fermented lactic acid employed as starting material |
| RU2460726C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-09-10 | Валерий Федорович Швец | Способ получения l-лактида |
Non-Patent Citations (3)
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pretula et al. | Polylactides—Methods of synthesis and characterization | |
| JP5030585B2 (ja) | 残留環状エステルの少ない脂肪族ポリエステルの製造方法 | |
| CN101903370B (zh) | 获得丙交酯的方法 | |
| US20060004183A1 (en) | Process for producing aliphatic polyester | |
| US20080214842A1 (en) | Process For Purifying Hydroxycarboxylic Acid, Process For Producing Cyclic Ester, and Process For Producing Polyhydroxycarboxylic Acid | |
| KR20080032194A (ko) | 흡수성 폴리에테르 에스테르 및 의료용 임플란트를제조하기 위한 이의 용도 | |
| JP2010270102A (ja) | 乳酸エステルからラクチドへの直接転換用触媒及びそれを用いたラクチドの製造方法 | |
| US9062006B2 (en) | High molecular weight polylactic acid synthesized via polycondensation catalyzed by bionic creatinine guanidinium chloride | |
| EP2137229B1 (en) | Method for producing lactic acid polymers of high crystallinity and molecular weight | |
| RU2695998C1 (ru) | Способ каталитического синтеза лактида в присутствии неорганических добавок | |
| US8895760B2 (en) | Process for the preparation of L-lactide of high chemical yield and optical purity | |
| CN1556128A (zh) | 生物质有机胍化物催化合成医用生物降解材料的工艺方法 | |
| CN109970702B (zh) | 一种高纯度医用乙交酯的工业化生产方法 | |
| JP2011507934A (ja) | α−ヒドロキシ酸の環状ジエステルの製造方法 | |
| EP2209772B1 (de) | Verfahren zur herstellung zyklischer diester von l-, d- und d,l-milchsäure | |
| KR101183982B1 (ko) | 젖산 발효액으로부터 락타이드 및 폴리락타이드를 제조하는 방법 | |
| KR102126984B1 (ko) | 생분해성 고분자의 정제 방법 | |
| JPH072987A (ja) | ポリヒドロキシカルボン酸の製造方法 | |
| CN117089051B (zh) | 一种溶液聚合法合成高分子量聚乳酸的方法 | |
| Kuznetsov et al. | Polymerization of p-dioxanone initiated by compounds of tin and transition metals | |
| CN108219120B (zh) | 寡聚d-乳酸生产工艺 | |
| CN113087694B (zh) | 一种制备脂肪族聚碳酸酯单体的“共溶共蒸”方法 | |
| CN113979989A (zh) | 一种乙交酯的制备方法 | |
| JPH08301864A (ja) | α−オキシ酸の分子間環状ジエステルの精製方法 | |
| CN108239262B (zh) | 寡聚l-乳酸生产工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200418 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210618 |