RU2741870C1

RU2741870C1 - Method of producing crystalline form of cis-2,3-epoxy succinate calcium

Info

Publication number: RU2741870C1
Application number: RU2020112440A
Authority: RU
Inventors: Егор Евгеньевич Поповцев; Наталья Валерьевна Жукова
Original assignee: Публичное акционерное общество "СИБУР Холдинг"
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-01-29
Also published as: WO2021194382A1

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to production of metal carboxylates. In particular, the invention relates to production of a new crystalline form of cis-2,3-epoxy succinate calcium (salts of 2,3-epoxy-1,4-butanedioic acid) and is a raw material for obtaining L - (+) - tartaric acid. Method of producing the crystalline modification of cis-2,3-epoxy succinate calcium involves the following steps: a) partial neutralization of maleic acid or maleic anhydride with a first portion of a calcium compound to obtain acidic calcium maleate; b) epoxidation of acidic calcium maleate with hydrogen peroxide in the presence of epoxidation catalysts to obtain acid cis-2,3-epoxy succinate calcium; c) neutralizing the acid cis-2,3-epoxy succinate calcium by adding a second portion of the calcium compound; d) holding cis-2,3-epoxy succinate calcium for 24 to 240 hours to obtain a crystalline form of cis-2,3-epoxy succinate calcium, where the crystals belong to the space group P21/n, wherein the crystal lattice parameters at 22 °C are a= 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1)°, where step (b) epoxidation is carried out at a pH value not higher than 3.

EFFECT: technical result is obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxy succinate calcium with content of D-tartaric acid (by-product) of 1.2 % and less, with pH of epoxidation stage not higher than 3.

75 cl, 4 tbl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к области производства карбоксилатов металлов, в частности, к способу получения к кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция. Полученную кристаллическую форму цис-2,3-эпоксисукцинат кальция используют в производстве винной кислоты, поликарбоксилатов и т.д.The invention relates to the production of metal carboxylates, in particular, to a method for obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium. The obtained crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate of calcium is used in the production of tartaric acid, polycarboxylates, etc.

Уровень техникиState of the art

L-(+)-винная кислота широко применяется в пищевой промышленности, медицине и фармакологии, аналитической химии, производстве гипсовых изделий и сухих строительных смесей и т.д. L - (+) - tartaric acid is widely used in the food industry, medicine and pharmacology, analytical chemistry, the production of gypsum products and dry building mixtures, etc.

Одним из способов получения L-(+)-винной кислоты является многостадийный процесс, включающий следующие стадии:One of the ways to obtain L - (+) - tartaric acid is a multistage process, which includes the following stages:

- получение малеата щелочного или щелочно-земельного металла;- obtaining maleate of an alkali or alkaline earth metal;

- эпоксидирование малеата пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования - молибдатов или вольфраматов щелочных или щелочно-земельных металлов с получением эпоксисукцинатов щелочного или щелочно-земельного металла. Для облегчения выделения эпоксисукцинатов из реакционной массы в качестве щелочного и щелочно-земельного металла, как правило, используют кальций или барий, соли которых малорастворимы или нерастворимы. Предпочтительно используют нетоксичные соли, т.е. соли кальция;- epoxidation of maleate with hydrogen peroxide in the presence of epoxidation catalysts - molybdates or tungstates of alkali or alkaline earth metals to obtain epoxysuccinates of alkali or alkaline earth metals. To facilitate the separation of epoxysuccinates from the reaction mass, calcium or barium is usually used as alkali and alkaline earth metals, whose salts are poorly soluble or insoluble. Preferably, non-toxic salts are used, i.e. calcium salts;

- ферментативный гидролиз эпоксисукцинатов с получением солей L-(+)-винной кислоты;- enzymatic hydrolysis of epoxysuccinates to obtain salts of L - (+) - tartaric acid;

- выделение винной кислоты из солей.- separation of tartaric acid from salts.

Из документа GB1423028 A (MITSUBISHI GAS CHEMICAL Company, INC., опубл. 28.01.1976) известен способ получения кислого дигидрата цис-2,3-эпоксисукцината кальция, заключающийся во взаимодействии кислого малеата кальция и перекиси водорода в присутствии водорастворимого катализатора эпоксидирования - одной или нескольких солей вольфрамовой и/или молибденовой кислоты. По окончании процесса эпоксидирования реакционную массу охлаждают до 25°С, цис-2,3-эпоксисукцинат кальция кристаллизуют и отфильтровывают от жидкой фазы. Недостатком данного способа является низкий выход соли, составляющий 64-75,9% и высокое содержание (более 4 мас.%). побочного продукта - D-тартрата кальция, который в ходе реакции может гидролизоваться до D-винной кислоты. From the document GB1423028 A (MITSUBISHI GAS CHEMICAL Company, INC., Publ. 01/28/1976) there is known a method for producing acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium dihydrate, which consists in the interaction of acidic calcium maleate and hydrogen peroxide in the presence of a water-soluble epoxidation catalyst - one or several salts of tungstic and / or molybdic acid. At the end of the epoxidation process, the reaction mass is cooled to 25 ° C, cis-2,3-epoxysuccinate calcium is crystallized and filtered from the liquid phase. The disadvantage of this method is the low yield of salt, amounting to 64-75.9% and high content (more than 4 wt.%). a by-product - calcium D-tartrate, which in the course of the reaction can be hydrolyzed to D-tartaric acid.

Из документа GB1534195 A (Takeda Chemical Industries, опубл. 29.11.1978) известен способ получения кристаллов эпоксисукцината кальция размером 100 мкм и менее, предпочтительно 70 мкм и менее, выбранный в качестве прототипа. Цис-2,3-эпоксисукцинат кальция получают в две стадии - первую стадию эпоксидирования с вольфраматом натрия проводят, используя кислый малеат кальция (при нейтрализации малеиновой кислоты 0,4-0,6 эквивалентами карбоната кальция, при этом отмечается, что желательно, чтобы рН был не выше 4), а вторую стадию кристаллизации цис-2,3-эпоксисукцината кальция проводят при температуре не выше 70°С. Однако данный способ характеризуется недостаточно крупными кристаллами, что замедляет растворение соли из-за низкой площади поверхности, и, как следствие, увеличивает временя ферментации. Также, как будет далее проиллюстрировано в примерах, заявленный способ характеризуется образованием большого количества мелких кристаллов и гелеобразованием реакционной массы, что в конечном итоге приводит к сложному и долгому процессу фильтрации кристаллов цис-2,3-эпоксисукцината кальция.From GB1534195 A (Takeda Chemical Industries, publ. 11/29/1978), a method for producing calcium epoxysuccinate crystals with a size of 100 µm or less, preferably 70 µm or less, selected as a prototype, is known. Cis-2,3-epoxysuccinate calcium is obtained in two stages - the first stage of epoxidation with sodium tungstate is carried out using acidic calcium maleate (when neutralizing maleic acid with 0.4-0.6 equivalents of calcium carbonate, it is noted that it is desirable that the pH was not higher than 4), and the second stage of crystallization of cis-2,3-epoxysuccinate calcium is carried out at a temperature not higher than 70 ° C. However, this method is characterized by insufficiently large crystals, which slows down the dissolution of salt due to the low surface area, and, as a consequence, increases the fermentation time. Also, as will be further illustrated in the examples, the claimed method is characterized by the formation of a large number of small crystals and gelation of the reaction mass, which ultimately leads to a complex and long process of filtration of crystals of cis-2,3-epoxysuccinate calcium.

Таким образом, существует необходимость в разработке улучшенных способов получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, в частности, хорошо фильтрующихся суспензий цис-2,3-эпоксисукцината кальция для повышения эффективности эпоксидирования и последующей ферментации.Thus, there is a need to develop improved methods of obtaining the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, in particular, well-filterable suspensions of cis-2,3-epoxysuccinate calcium to increase the efficiency of epoxidation and subsequent fermentation.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, позволяющего получить винную кислоту с низким содержанием побочных продуктов, в частности изомера D-винной кислоты. The object of the present invention is to provide a method for obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, which makes it possible to obtain tartaric acid with a low content of by-products, in particular the D-tartaric acid isomer.

Настоящее изобретение относится к способу получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, включающему следующие стадии:The present invention relates to a method for producing a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, comprising the following steps:

a) неполная нейтрализация малеиновой кислоты или малеинового ангидрида первой порцией соединения кальция с получением кислого малеата кальция;a) incomplete neutralization of maleic acid or maleic anhydride with the first portion of the calcium compound to obtain acid calcium maleate;

b) эпоксидирование кислого малеата кальция при значении рН не выше 3 пероксидом водорода в присутствии катализатора эпоксидирования с получением кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция;b) epoxidation of acidic calcium maleate at a pH value not higher than 3 with hydrogen peroxide in the presence of an epoxidation catalyst to obtain acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium;

c) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция добавлением второй порции соединения кальция;c) neutralizing the acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium by adding a second portion of the calcium compound;

d) выдерживание суспензии цис-2,3-эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 ч с получением кристаллической формы цис-2,3-эпоксукцината кальция, кристаллы которого принадлежат к пространственной группе P2₁/n, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют a=15.1916(2) Å, b=8.9121(1) Å, c=7.4724(1) Å, beta=103.309(1)°.d) holding a suspension of cis-2,3-epoxysuccinate calcium for 24 to 240 hours to obtain a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, the crystals of which belong to the space group P2 ₁ / n, and the crystal lattice parameters are at 22 ° С are a = 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1) °.

Технический результат заключается в получении кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция с содержанием D-винной кислоты (побочного продукта) 1,2% и менее при рН среды стадии эпоксидирования не выше 3. The technical result consists in obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium with a content of D-tartaric acid (by-product) of 1.2% or less at a pH of the medium of the epoxidation stage not higher than 3.

Данная техническая задача решается, и достижение технического результата обеспечивается за счет добавления соединения кальция к раствору малеиновой кислоты или малеинового ангидрида в количестве не более 0,4 моль соединения кальция на 1 моль кислоты (для обеспечения рН). This technical problem is solved, and the achievement of the technical result is ensured by adding a calcium compound to a solution of maleic acid or maleic anhydride in an amount of not more than 0.4 mol of calcium compound per 1 mol of acid (to ensure pH).

Авторами настоящего изобретения было неожиданно обнаружено, что проведение реакции эпоксидирования при рН среды не выше 3 не только упрощает технологический процесс (сокращает время дозирования соединения кальция в раствор малеиновой кислоты или малеинового ангидрида), но и позволяет снизить содержание примеси - D-винной кислоты в цис-2,3-эпоксисукцинате кальция 4,5 до 1,2 мас.% и менее.The authors of the present invention have unexpectedly found that carrying out the epoxidation reaction at a pH of the medium not higher than 3 not only simplifies the technological process (shortens the time for dosing the calcium compound into the maleic acid or maleic anhydride solution), but also makes it possible to reduce the content of the D-tartaric acid impurity in cis -2,3-epoxysuccinate calcium 4.5 to 1.2 wt.% Or less.

Настоящее изобретение также относится к способу получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, включающему следующие стадии:The present invention also relates to a method for producing a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, comprising the following steps:

b) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализатора эпоксидирования с получением кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция;b) epoxidizing acidic calcium maleate with hydrogen peroxide in the presence of an epoxidation catalyst to obtain acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium;

c) добавление от 0,1 до 20 мас.% затравки;c) adding from 0.1 to 20 wt.% seed;

d) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция второй порцией соединения кальция с одновременной кристаллизацией цис-2,3-эпоксисукцината кальция,d) neutralization of acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium with a second portion of calcium compounds with simultaneous crystallization of cis-2,3-epoxysuccinate calcium,

где затравка представляет собой кристаллическую форму цис-2,3-эпоксисукцинат кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе P21/n, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют a=15.1916(2) Å, b=8.9121(1) Å, c=7.4724(1) Å, beta=103.309(1)°,where the seed is a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, where the crystals belong to the space group P21 / n, and the lattice parameters at 22 ° C are a = 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1) °,

и где стадию эпоксидирования b) проводят при рН не выше 3.and where the epoxidation step b) is carried out at a pH not higher than 3.

Краткое описание фигурBrief description of figures

На Фиг. 1 представлена ВЭЖХ хроматограмма цис-2,3-эпоксисукцината, полученного кальция по изобретению.FIG. 1 is an HPLC chromatogram of cis-2,3-epoxysuccinate obtained from calcium according to the invention.

На Фиг. 2 представлена дифрактограмма цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по прототипу.FIG. 2 shows a diffractogram of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained according to the prototype.

На Фиг. 3 представлена дифрактограмма цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению.FIG. 3 shows a diffractogram of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained according to the invention.

На Фиг. 4 приведены результаты полнопрофильного уточнения дифрактограммы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению, по методу ЛеБеля.FIG. 4 shows the results of a full-profile refinement of the diffractogram of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained according to the invention by the LeBel method.

На Фиг. 5 приведена проекция координационных полиэдров ионов кальция в кристаллической структуре цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению.FIG. 5 shows the projection of the coordination polyhedra of calcium ions in the crystal structure of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained according to the invention.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Далее приводится описание различных аспектов реализации настоящего изобретения.The following is a description of various aspects of the implementation of the present invention.

Одним из аспектов реализации настоящего изобретения является способ получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, включающий следующие стадии:One of the aspects of the implementation of the present invention is a method of obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, including the following stages:

d) выдерживание суспензии цис-2,3-эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 ч с получением кристаллической формы цис-2,3-эпоксукцината кальция, кристаллы которого принадлежат к пространственной группе P21/n, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют a=15.1916(2) Å, b=8.9121(1) Å, c=7.4724(1) Å, beta=103.309(1)°.d) maintaining a suspension of cis-2,3-epoxysuccinate calcium for 24 to 240 hours to obtain the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, the crystals of which belong to the space group P21 / n, and the crystal lattice parameters at 22 ° C are a = 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1) °.

Общая схема получения цис-2,3-эпоксисукцината кальция представлена следующим образом: The general scheme for the preparation of cis-2,3-epoxysuccinate calcium is presented as follows:

Стадия а) получение кислого малеата кальцияStage a) obtaining acidic calcium maleate

Кислый малеат кальция получают неполной нейтрализацией малеинового ангидрида или малеиновой кислоты первой порцией соединения кальция.Acid calcium maleate is obtained by incomplete neutralization of maleic anhydride or maleic acid with the first portion of the calcium compound.

В качестве соединения кальция используют карбонат, гидрокарбонат, оксид или гидроксид кальция, предпочтительно карбонат кальция. В качестве источника соединений кальция возможно использование различных природных минералов: кальцита, арагонита, ватерита, известняка, мрамора, мела, доломита, травертина и прочих. Дополнительным источником карбоната кальция может быть карбонат кальция, получающийся в качестве побочного продукта синтеза цис-эпоксисукцината натрия из цис-эпоксисукцината кальция обработкой раствором карбоната натрия или другими методами. The calcium compound used is calcium carbonate, bicarbonate, oxide or hydroxide, preferably calcium carbonate. As a source of calcium compounds, it is possible to use various natural minerals: calcite, aragonite, vaterite, limestone, marble, chalk, dolomite, travertine and others. An additional source of calcium carbonate can be calcium carbonate, obtained as a by-product of the synthesis of cis-epoxysuccinate sodium from cis-epoxysuccinate calcium by treatment with sodium carbonate solution or other methods.

Вводить соединение кальция можно в любом удобном виде, в т.ч. в виде сухого порошка, в виде суспензии в воде.You can enter the calcium compound in any convenient form, incl. in the form of a dry powder, in the form of a suspension in water.

В случае использования суспензии соединения кальция, мольное соотношение соединения кальция и воды в суспензии составляет от 0,01:100 до 100:0,01, предпочтительно от 2:1 до 1:2, наиболее предпочтительно 1:1. In the case of using a suspension of a calcium compound, the molar ratio of the calcium compound to water in the suspension is from 0.01: 100 to 100: 0.01, preferably from 2: 1 to 1: 2, most preferably 1: 1.

Мольное соотношение малеиновой кислоты или малеинового ангидрида и соединения кальция меньше эквимолярного (т.е. менее 1:1) и составляет предпочтительно 1:0,4 и менее, наиболее предпочтительно 1:0,3. Данное соотношение обеспечивает оптимальный (не выше 3) рН для последующей стадии эпоксидирования. Предпочтительно количество добавляемого соединения кальция должно обеспечивать рН 2.The molar ratio of maleic acid or maleic anhydride and calcium compound is less than equimolar (i.e., less than 1: 1) and is preferably 1: 0.4 or less, most preferably 1: 0.3. This ratio provides an optimal (not higher than 3) pH for the subsequent epoxidation stage. Preferably, the amount of added calcium compound should provide a pH of 2.

Предпочтительно используют исходные вещества с чистотой не менее 90%, предпочтительно не менее 95%, наиболее предпочтительно не менее 98% и выше. Реакцию можно проводить при перемешивании для упрощения отведения диоксида углерода и ускорения растворения соединения кальция в малеиновой кислоте. Реакцию проводят в течение от 10 мин до 10 ч, предпочтительно от 20 мин до 3 ч, наиболее предпочтительно от 30 мин до 2 ч.Preferably, starting materials are used with a purity of at least 90%, preferably at least 95%, most preferably at least 98% or more. The reaction can be carried out with stirring to facilitate the removal of carbon dioxide and to accelerate the dissolution of the calcium compound in maleic acid. The reaction is carried out for 10 minutes to 10 hours, preferably 20 minutes to 3 hours, most preferably 30 minutes to 2 hours.

Температура реакции предпочтительно составляет от 0 до 100°С, предпочтительно от 15 до 70°С, наиболее предпочтительно от 20 до 60°С. The reaction temperature is preferably 0 to 100 ° C, preferably 15 to 70 ° C, most preferably 20 to 60 ° C.

По окончании стадии получения кислого малеата кальция реакционная масса содержит, по существу, раствор кислого малеата кальция в воде или суспензию кислого малеата кальция в водном растворе.At the end of the stage of obtaining acidic calcium maleate, the reaction mass contains essentially a solution of acidic calcium maleate in water or a suspension of acidic calcium maleate in an aqueous solution.

Стадия b) получение кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальцияStage b) obtaining acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium

Кислый цис-2,3-эпоксисукцинат кальция получают взаимодействием в водном растворе кислого малеата кальция, полученного на стадии а), с пероксидом водорода в присутствии катализатора эпоксидирования. Acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium is obtained by reacting in an aqueous solution of acidic calcium maleate obtained in stage a) with hydrogen peroxide in the presence of an epoxidation catalyst.

Массовая концентрация раствора или массовая доля суспензии кислого малеата кальция в воде может составлять от 1 до 99%, предпочтительно от 10 до 30%, наиболее предпочтительно от 15 до 25%. The mass concentration of the solution or the mass fraction of the suspension of acidic calcium maleate in water can be from 1 to 99%, preferably from 10 to 30%, most preferably from 15 to 25%.

В качестве катализатора используют любой известный из уровня техники водорастворимый катализатор эпоксидирования. В частности, используют вольфрамовую и/или молибденовую кислоты, гетерополикислоты вольфрама и молибдена, соли вольфрамовой и молибденовой кислот, например: вольфрамат натрия, вольфрамат калия, молибдат натрия, фосфорвольфрамовую кислоту, фосфомолибденовую кислоту и кремнийвольфрамовую кислоту. Предпочтительно используют вольфрамат натрия и вольфрамат калия. Катализатор можно вносить в реакционную массу в растворенном виде, сухим или в виде суспензии. Катализатор можно вносить в систему одномоментно или порционно, скорость дозирования может быть от 0,01 до 5 г/мин. The catalyst used is any water-soluble epoxidation catalyst known from the prior art. In particular, tungstic and / or molybdic acids, heteropoly acids of tungsten and molybdenum, salts of tungstic and molybdic acids, for example: sodium tungstate, potassium tungstate, sodium molybdate, phosphorotungstic acid, phosphomolybdic acid and silicotungstic acid, are used. Sodium tungstate and potassium tungstate are preferably used. The catalyst can be added to the reaction mass in dissolved form, dry or in suspension. The catalyst can be introduced into the system in one step or in portions, the dosage rate can be from 0.01 to 5 g / min.

Массовая концентрация катализатора составляет от 0,001 до 10% от массы малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, наиболее предпочтительно от 0,05 до 0,5%.The mass concentration of the catalyst is from 0.001 to 10% by weight of maleic anhydride or maleic acid, most preferably from 0.05 to 0.5%.

Пероксид водорода вводят в реакционную смесь в виде раствора в воде. Концентрация раствора может составлять любую удобную концентрацию от 1 до 100%. Наиболее предпочтительно использовать товарные формы пероксида водорода с концентрацией от 20 до 40%. Пероксид водорода можно добавлять единовременно или порционно. Наиболее предпочтительно, с целью контроля температуры реакционной среды, добавлять пероксид водорода постепенно в течение от 5 мин до 3 ч.Hydrogen peroxide is introduced into the reaction mixture as a solution in water. The concentration of the solution can be any convenient concentration from 1 to 100%. It is most preferable to use commercial forms of hydrogen peroxide with a concentration of 20 to 40%. Hydrogen peroxide can be added at one time or in portions. Most preferably, in order to control the temperature of the reaction medium, add hydrogen peroxide gradually over a period of 5 minutes to 3 hours.

В одном из вариантов осуществления изобретения реакцию проводят в течение от 0,5 до 24 ч, предпочтительно от 1 до 6 ч, наиболее предпочтительно от 2 до 4 ч.In one embodiment, the reaction is carried out for 0.5 to 24 hours, preferably 1 to 6 hours, most preferably 2 to 4 hours.

В одном из вариантов осуществления изобретения температура реакции составляет от 40 до 100°С, предпочтительно от 50 до 80°С, наиболее предпочтительно от 55 до 65°С. Температура выше верхнего предела приводит к образованию побочной D-винной кислоты, тогда как температура ниже нижнего предела не обеспечивает достаточной скорости реакции. In one embodiment, the reaction temperature is 40 to 100 ° C, preferably 50 to 80 ° C, most preferably 55 to 65 ° C. Temperatures above the upper limit lead to the formation of by-product D-tartaric acid, while temperatures below the lower limit do not provide a sufficient reaction rate.

Стадия с) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальцияStage c) neutralization of acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium

По окончании стадии эпоксидирования b) проводят нейтрализацию кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция в количестве 0,6 экв. и доведения значения pH до 5-8.At the end of the epoxidation step b), the acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium is neutralized by adding a calcium compound in the amount of 0.6 equiv. and bringing the pH value to 5-8.

Вводить соединение кальция можно в любом удобном виде, например, в виде сухого порошка, в виде суспензии в воде.The calcium compound can be administered in any convenient form, for example, as a dry powder, as a suspension in water.

Стадия d) выдерживание цис-2,3-эпоксисукцината кальция с получением кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе P21/n, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют a=15.1916(2) Å, b=8.9121(1) Å, c=7.4724(1) Å, beta=103.309(1)°. Stage d) aging cis-2,3-epoxysuccinate calcium to obtain the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, where the crystals belong to the space group P21 / n, and the lattice parameters at 22 ° C are a = 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1) °.

Для получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция суспензию, полученную на стадии с), выдерживают в течение от 24 до 240 ч, предпочтительно от 32 до 120 ч, наиболее предпочтительно от 48 до 96 ч.To obtain the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, the suspension obtained in step c) is kept for 24 to 240 hours, preferably 32 to 120 hours, most preferably 48 to 96 hours.

В одном из вариантов осуществления изобретения выдерживание проводят при температуре от 10 до 60°С, предпочтительно от 20 до 40°С.In one embodiment of the invention, the aging is carried out at a temperature of from 10 to 60 ° C, preferably from 20 to 40 ° C.

Образовавшиеся кристаллы цис-2,3-эпоксисукцината кальция отделяют от маточного раствора любым способом, например, декантированием, фильтрованием или центрифугированием. Полученные кристаллы цис-2,3-эпоксисукцината кальция по изобретению могут быть использованы как в качестве исходного компонента в органическом синтезе, так и в качестве затравки в способе получения цис-2,3-эпоксисукцината кальция, как описано ниже.The formed crystals of cis-2,3-epoxysuccinate calcium are separated from the mother liquor by any method, for example, by decantation, filtration or centrifugation. The obtained crystals of cis-2,3-epoxysuccinate calcium according to the invention can be used both as a starting component in organic synthesis, and as a seed in a method for producing cis-2,3-epoxysuccinate calcium, as described below.

Еще одним из аспектов реализации настоящего изобретения является способ получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, включающий следующие стадии: Another aspect of the implementation of the present invention is a method of obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, comprising the following stages:

Стадия а) и стадия b идентичны описанным выше стадиям а) и b).Stage a) and stage b are identical to the above described stages a) and b).

Стадия с) добавление затравкиStage c) addition of the seed

Затравку, представляющую собой кристаллическую форму цис-2,3-эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе P21/n, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют a=15.1916(2) Å, b=8.9121(1) Å, c=7.4724(1) Å, beta=103.309(1)°, вносят в реакционную массу, полученную на стадии b) в количестве от 0,1 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,2 до 5 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,5 до 2% от массы выпадающего цис-2,3-эпоксисукцината кальция.A seed, which is a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, where the crystals belong to the space group P21 / n, and the lattice parameters at 22 ° C are a = 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1) °, is introduced into the reaction mass obtained in step b) in an amount of 0.1 to 20 wt%, preferably 0.2 to 5 wt%, most preferably 0.5 to 2% by weight of the precipitated cis-2,3-epoxysuccinate calcium.

При введении затравки в кристаллизатор, предпочтительно проводить интенсивное перемешивание для обеспечения образования достаточного количества зародышей новой кристаллической фазы. При использовании кристаллизатора с перемешивающим устройством, необходимо обеспечить достаточную скорость вращения, предпочтительно от 100 до 500 об/мин.When seeding the crystallizer, it is preferable to carry out vigorous stirring to ensure the formation of a sufficient number of nuclei of a new crystalline phase. When using a crystallizer with an agitator, it is necessary to ensure a sufficient rotation speed, preferably from 100 to 500 rpm.

Стадия d) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальцияStage d) neutralization of acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium

После введения в реакционную массу затравки (стадия с)) проводят нейтрализацию кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция в количестве 0,6 экв. и доведения значения pH до 5-8. After the introduction of the seed into the reaction mass (stage c)), acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium is neutralized by adding a calcium compound in the amount of 0.6 equiv. and bringing the pH value to 5-8.

Вводить соединение кальция можно в любом удобном виде, например, в виде сухого порошка, в виде суспензии в воде. The calcium compound can be administered in any convenient form, for example, as a dry powder, as a suspension in water.

В случае использования суспензии соединения кальция, мольное соотношение соединения кальция и воды в суспензии составляет от 0,01:100 до 100:0,01, предпочтительно от 2:1 до 1:2, наиболее предпочтительно 1:1. Наблюдается выпадение в осадок кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция по изобретению.In the case of using a suspension of a calcium compound, the molar ratio of the calcium compound to water in the suspension is from 0.01: 100 to 100: 0.01, preferably from 2: 1 to 1: 2, most preferably 1: 1. Precipitation of the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium according to the invention is observed.

Полученную кристаллическую форму цис-2,3-эпоксисукцината кальция используют в биотехнологической стадии раскрытия эпоксидного цикла при получении винной кислоты. Кроме того, кристаллическая форма цис-2,3-эпоксисукцината кальция может быть использована в получении (со)полимерных карбоксилатов, в частности, 2,3-полиэпоксисукцината натрия (PESA), используемых в синтетических моющих средствах, а также в качестве ингибиторов солеотложения в технике.The obtained crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium is used in the biotechnological stage of opening the epoxy cycle in the production of tartaric acid. In addition, the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium can be used in the preparation of (co) polymeric carboxylates, in particular, 2,3-polyepoxysuccinate sodium (PESA), used in synthetic detergents, as well as scale inhibitors in technique.

В полученный продукт может быть добавлен любой антислеживающий агент в количестве от 0,01 до 10 мас.%.Any anti-caking agent can be added to the resulting product in an amount from 0.01 to 10 wt%.

Частным примером использования кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция по изобретению служит, но не ограничивается: получение L-(+)-винной кислоты, как описано, например, в GB1534195 A (Takeda Chemical Industries, опубл. 29.11.1978), получение поликарбокислатов, как описано, например, в US5770711 А (KIMBERLY CLARK CO, 23.06.1998).A particular example of the use of the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium according to the invention is, but is not limited to: obtaining L - (+) - tartaric acid, as described, for example, in GB1534195 A (Takeda Chemical Industries, publ. 29.11.1978) , preparation of polycarboxylic acid, as described, for example, in US5770711 A (KIMBERLY CLARK CO, 23.06.1998).

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Методы исследования цис-2,3-эпоксисукцината кальция.Methods for the study of cis-2,3-epoxysuccinate calcium.

Элементный анализ проводили при помощи анализатора элементного состава «Elementar Vario MACRO CHNS». Elemental analysis was carried out using an Elementar Vario MACRO CHNS analyzer.

Порошковая рентгенографияPowder X-ray

Первичный рентгенофазовый анализ образцов проводили на рентгеновском дифрактометре XRD-7000S (Shimadzu, Япония), излучение CuKα (λ=1,5418 Ǻ).The primary X-ray phase analysis of the samples was carried out on an XRD-7000S X-ray diffractometer (Shimadzu, Japan), CuKα radiation (λ = 1.5418 Ǻ).

В дальнейшем, регистрацию прецизионной дифрактограммы порошка цис-2,3-эпоксисукцината кальция выполняли на дифрактометре STOE STADI-P (управляющее ПО WinXPow), излучение Co (кобальт) Kα1, с первичным Ge (111) монохроматором, изогнутым по Иогансону, в геометрии Брегга-Брентано в режиме «на просвет» (симметричное сканирование ω - 2θ) с использованием линейного газонаполненного позиционно-чувствительного детектора. Subsequently, the registration of the precision diffractogram of the cis-2,3-epoxysuccinate calcium powder was performed on a STOE STADI-P diffractometer (WinXPow control software), Co (cobalt) K α1 radiation, with a primary Ge (111) monochromator bent according to Ioganson, in the geometry Bragg-Brentano in transmission mode (symmetric scanning ω - 2 θ ) using a linear gas-filled position-sensitive detector.

Для регистрации дифрактограммы образец перетирали в агатовой ступке и наносили на рентгенаморфную PET-пленку, заранее смазанную тонким слоем вакуумной смазки. Толщину слоя образца подбирали эмпирически по интенсивности сигнала и соотношению «сигнал/фон». Сверху образец закрывали аналогичной майларовой пленкой и помещали в кольцевой держатель.To record the diffraction pattern, the sample was ground in an agate mortar and applied to an X-ray amorphous PET film, previously smeared with a thin layer of vacuum grease. The thickness of the sample layer was selected empirically according to the signal intensity and the signal / background ratio. The sample was covered from above with a similar mylar film and placed in an annular holder.

Инфракрасная спектроскопия (ИК)Infrared Spectroscopy (IR)

ИК спектры регистрировали на ИК-Фурье спектрометре Varian Excalibur HE 3600 (Австралия) на приставке НПВО с кристаллом ZnSe/алмаз в области частот 400-4000 см^-1.IR spectra were recorded on a Varian Excalibur HE 3600 IR Fourier spectrometer (Australia) on an ATR attachment with a ZnSe / diamond crystal in the frequency range 400-4000 cm ^-1 .

Гранулометрический состав кристалловGranulometric composition of crystals

Гранулометрический состав кристаллов цис-2,3-эпоксисукцината кальция определяли на аппарате для рассева частиц HAVER EML digital plus. Для рассева использовали набор сит с диаметром ячеек: 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; 0,063; 0,038 мм. Время рассева - 15 минут. Массу порошка на ситах определяли гравиметрическим методом. The granulometric composition of the crystals of cis-2,3-epoxysuccinate calcium was determined on a HAVER EML digital plus particle sifter. For sieving used a set of sieves with a mesh diameter: 0.7; 0.6; 0.5; 0.4; 0.3; 0.2; 0.1; 0.063; 0.038 mm. Sieving time is 15 minutes. The weight of the powder on the sieves was determined by the gravimetric method.

Высокоэффективная жидкостная хроматографияHigh performance liquid chromatography

Цис-2,3-эпоксисукцинат кальция представляет собой практически нерастворимую соль (растворимость в воде составляет 1 мас.%), поэтому анализ его чистоты вызывает затруднения. Cis-2,3-epoxysuccinate calcium is a practically insoluble salt (solubility in water is 1 wt%), so the analysis of its purity is difficult.

Для определения чистоты продукта были подобраны условия для перевода цис-2,3-эпоксисукцината кальция в кислую форму обработкой серной кислотой в течение 4 ч при температуре 10-20°С. Анализ методом ВЭЖХ проводился с использованием хиральной колонки SUMICHIRAL OA-5000, размер пор 5 µm, размеры колонки 4,6 мм × 50 мм, производства SCAS (Sumika Chemical Analysis Service).To determine the purity of the product, conditions were selected for converting cis-2,3-epoxysuccinate calcium into an acidic form by treatment with sulfuric acid for 4 h at a temperature of 10-20 ° C. HPLC analysis was performed using a SUMICHIRAL OA-5000 chiral column, pore size 5 µm, column size 4.6 mm × 50 mm, manufactured by SCAS (Sumika Chemical Analysis Service).

Получение затравки Getting the seed

98 г (1 моль) малеинового ангидрида растворяли в 400 г воды в трехгорлой колбе. Затем добавляли 50 г (0,5 моль) карбоната кальция. Общее время добавления карбоната кальция составляло 10 минут. После окончания реакции в колбу добавляли 4,4 г дигидрата вольфрамата натрия, нагревали реакционную массу до 60°С и дозировали 116,2 г 35 мас.% раствора перекиси водорода через капельную воронку в течение 1 часа. По окончании дозирования всей перекиси водорода реакцию проводили в течение 1 часа. После этого охлаждали реакционную массу до 30°С и постепенно добавляли 49 г карбоната кальция, после чего реакционную массу охлаждали до 15-20°С. Полученную суспензию цис-2,3-эпоксисукцината кальция выдерживали в течение 72 ч. При этом происходило образование крупных сростков кристаллов (до 5 мм) в смеси с первоначальными мелкодисперсными кристаллами, из которой хорошо отделялась водная фаза. Смесь фильтровали и сушили на воздухе. Далее смесь кристаллов просеивали и отделяли крупные кристаллы (более 0,5 мм). Получали 100 г (41% от теоретического выхода) крупных кристаллов и 30 г (12% от теоретического выхода) мелких кристаллов. Крупные кристаллы размалывали в агатовой ступке. В дальнейшем полученную соль использовали в качестве затравки для получения новых порций соли. 98 g (1 mol) of maleic anhydride was dissolved in 400 g of water in a three-necked flask. Then added 50 g (0.5 mol) of calcium carbonate. The total time for adding calcium carbonate was 10 minutes. After the end of the reaction, 4.4 g of sodium tungstate dihydrate was added to the flask, the reaction mass was heated to 60 ° C and 116.2 g of a 35 wt% hydrogen peroxide solution was dosed through a dropping funnel for 1 hour. At the end of the dosage of all hydrogen peroxide, the reaction was carried out for 1 hour. After that, the reaction mass was cooled to 30 ° C and 49 g of calcium carbonate was gradually added, after which the reaction mass was cooled to 15-20 ° C. The resulting suspension of cis-2,3-epoxysuccinate calcium was kept for 72 hours. In this case, the formation of large intergrowths of crystals (up to 5 mm) in a mixture with the initial fine crystals, from which the aqueous phase was well separated. The mixture was filtered and air dried. Then the mixture of crystals was sieved and large crystals (more than 0.5 mm) were separated. 100 g (41% of theoretical yield) of large crystals and 30 g (12% of theoretical yield) of fine crystals were obtained. Large crystals were ground in an agate mortar. Subsequently, the resulting salt was used as a seed to obtain new portions of the salt.

Пример 1 (Сравнительный по прототипу). Получение цис-2,3-эпоксисукцината кальция Example 1 (Comparative on the prototype) . Obtaining cis-2,3-epoxysuccinate calcium

В круглодонной трехгорлой колбе, объемом 1 л растворяли 98 г (1 моль) малеинового ангидрида в 400 г воды. К полученному раствору малеиновой кислоты порционно добавляли 50 г (0,5 моль) сухого карбоната кальция. Контроль окончания реакции осуществляли по окончанию газообразования. рН раствора кислого малеата кальция при проведении реакции эпоксидирования равен 3.In a round-bottomed three-necked flask, with a volume of 1 L, 98 g (1 mol) of maleic anhydride was dissolved in 400 g of water. To the resulting maleic acid solution, 50 g (0.5 mol) of dry calcium carbonate was added in portions. Control of the end of the reaction was carried out at the end of gas formation. The pH of the solution of acidic calcium maleate during the epoxidation reaction is 3.

Затем в полученную массу, добавляли 4,4 г (0,013 моль) катализатора - дигидрата вольфрамата натрия. Полученную реакционную массу нагревали до 60°С, затем, в течение 1 часа через капельную воронку дозировали 116,2 г 35 мас.% (1,2 моль) раствора перекиси водорода. Во время добавления перекиси водорода осуществляли контроль температуры реакционной массы, не допуская перегрева смеси выше 65°С. После окончания дозирования всей перекиси водорода реакционную массу оставляли при температуре 60°С и перемешивании на 1 час для прохождения реакции эпоксидирования до завершения. Then 4.4 g (0.013 mol) of the catalyst - sodium tungstate dihydrate was added to the resulting mass. The resulting reaction mass was heated to 60 ° C, then, within 1 hour, 116.2 g of 35 wt.% (1.2 mol) hydrogen peroxide solution was dosed through a dropping funnel. During the addition of hydrogen peroxide, the temperature of the reaction mixture was controlled to prevent overheating of the mixture above 65 ° C. After the end of the dosage of all hydrogen peroxide, the reaction mass was left at a temperature of 60 ° C and stirring for 1 hour to undergo the epoxidation reaction until completion.

После окончания реакции реакционную смесь, содержащую кислый эпоксисукцинат кальция, охлаждали до 20°С и постепенно добавляли еще 50 г сухого карбоната кальция. Контроль окончания реакции осуществляли по окончании газообразования. Далее полученную массу дополнительно охлаждали до 15-20ºС. Полученный продукт цис-2,3-эпоксисукцинат кальция образовывал плотную массу, не отделяющуюся от водной фазы. К реакционной массе добавляли 500 мл промывочной воды, при этом кристаллы равномерно распределялись по объему водной фазы. Затем отделяли кристаллическую фазу от водной при помощи вакуум-фильтрования на фильтре с размером пор 3-5 мкм с разрежением 100 мбар. Фильтрование проводили в течение не менее 60 минут из-за медленного разделения жидкой и твердой фаз. Масса после осушки составила 226,6 г (86,5%). After the end of the reaction, the reaction mixture containing acidic calcium epoxysuccinate was cooled to 20 ° C. and another 50 g of dry calcium carbonate was gradually added. The end of the reaction was monitored after the end of gas formation. Then the resulting mass was additionally cooled to 15-20 ° C. The resulting product cis-2,3-epoxysuccinate calcium formed a dense mass that did not separate from the aqueous phase. To the reaction mass was added 500 ml of washing water, while the crystals were uniformly distributed over the volume of the aqueous phase. Then, the crystalline phase was separated from the aqueous phase by vacuum filtration on a filter with a pore size of 3-5 μm with a vacuum of 100 mbar. Filtration was carried out for at least 60 minutes due to the slow separation of liquid and solid phases. The weight after drying was 226.6 g (86.5%).

Гранулометрический состав продукта, полученного по Примеру 1, представлен в Таблице 1. The particle size distribution of the product obtained according to Example 1 is shown in Table 1.

Содержание D-винной кислоты в полученном по Примеру 1 цис-2,3-эпоксисукцинате кальция, представлено в Таблице 2. The content of D-tartaric acid in the cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained in Example 1 is shown in Table 2.

Пример 2 (Сравнительный). Получение цис-2,3-эпоксисукцината кальция. Проведение реакции эпоксидирования при рН 4 Example 2 (Comparative) . Obtaining cis-2,3-epoxysuccinate calcium. Carrying out the epoxidation reaction at pH 4

Получение цис-2,3-эпоксисукцината кальция проводили аналогично Примеру 1, за исключением того, что на стадии нейтрализации кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция в реакционную массу подавали затравку в количестве 1% (2,6 г) от массы продукта. Масса кальция цис-2,3-эпоксисукцината после осушки составила 242,0 г (92,2%).Obtaining cis-2,3-epoxysuccinate calcium was carried out similarly to Example 1, except that at the stage of neutralization of acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium, the reaction mass was seeded in the amount of 1% (2.6 g) by weight of the product. The mass of calcium cis-2,3-epoxysuccinate after drying was 242.0 g (92.2%).

Гранулометрический состав продукта, полученного по Примеру 2 представлен в Таблице 1. The particle size distribution of the product obtained in Example 2 is shown in Table 1.

Содержание D-винной кислоты в полученной по Примеру 2 кристаллической модификации цис-2,3-эпоксисукцината кальция, представлено в Таблице 2. The content of D-tartaric acid in the crystalline modification of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained in Example 2 is shown in Table 2.

Пример 3. Получение цис-2,3-эпоксисукцината кальция. Проведение реакции эпоксидирования при рН 2Example 3. Obtaining cis-2,3-epoxysuccinate calcium. Carrying out the epoxidation reaction at pH 2

Способ получения цис-2,3-эпоксисукцината кальция отличается от приведенного в Примере 2 тем, что реакция эпоксидирования кислого малеата кальция проводилась при рН 2, при этом отношение количества малеиновой кислоты в растворе при получении кислого малеата кальция к количеству карбоната кальция было 1:0,4 соответственно. Масса цис-2,3-эпоксисукцината кальция после осушки составила 245,5 г (93,5%).The method for producing cis-2,3-epoxysuccinate calcium differs from that given in Example 2 in that the epoxidation reaction of acidic calcium maleate was carried out at pH 2, while the ratio of the amount of maleic acid in solution in the preparation of acidic calcium maleate to the amount of calcium carbonate was 1: 0 , 4, respectively. The mass of cis-2,3-epoxysuccinate calcium after drying was 245.5 g (93.5%).

Гранулометрический состав продукта, полученного по Примеру 3, представлен в Таблице 1. The particle size distribution of the product obtained in Example 3 is shown in Table 1.

Содержание D-винной кислоте в полученной по Примеру 3 кристаллической модификации цис-2,3-эпоксисукцината кальция представлено в Таблице 2. The content of D-tartaric acid in the crystalline modification of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained according to Example 3 is shown in Table 2.

Пример 4. (Сравнительный) Получение кальция цис-2,3-эпоксисукцината. Проведение реакции эпоксидирования при рН 5Example 4 (Comparative) Preparation of cis-2,3-epoxysuccinate calcium. Carrying out the epoxidation reaction at pH 5

Способ получения цис-2,3-эпоксисукцината кальция отличается от приведенного в Примере 2 тем, что реакция эпоксидирования кислого малеата кальция проводилась при рН 5, при этом отношение количества малеиновой кислоты в растворе при получении кислого малеата кальция к количеству карбоната кальция было 1:0,6 соответственно. Масса цис-2,3-эпоксисукцината кальция после осушки составила 246,3 г (93,8%).The method for producing cis-2,3-epoxysuccinate calcium differs from that given in Example 2 in that the epoxidation reaction of acidic calcium maleate was carried out at pH 5, while the ratio of the amount of maleic acid in the solution when receiving acidic calcium maleate to the amount of calcium carbonate was 1: 0 , 6, respectively. The mass of cis-2,3-epoxysuccinate calcium after drying was 246.3 g (93.8%).

Гранулометрический состав продукта, полученного по Примеру 4, представлен в Таблице 1. The particle size distribution of the product obtained according to Example 4 is shown in Table 1.

Содержание D-винной кислоты в полученной по Примеру 4 кристаллической модификации цис-2,3-эпоксисукцината кальция представлено в Таблице 2. The content of D-tartaric acid in the crystalline modification of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained in Example 4 is shown in Table 2.

Пример 5. Получение цис-2,3-эпоксисукцината кальция. Проведение реакции эпоксидирования при рН 2 (масштабировании процесса) Example 5. Obtaining cis-2,3-epoxysuccinate calcium. Carrying out the epoxidation reaction at pH 2 ( scaling the process)

В 50 л стеклянном реакторе, растворяли 3500,74 г (35,7 моль) малеинового ангидрида в 7142,86 г воды, в полученный раствор малеиновой кислоты добавили 69,62 г затравки. К полученной реакционной массе добавляли суспензию карбоната кальция, причем отношение количества малеиновой кислоты в растворе при получении кислого малеата кальция к количеству карбоната кальция было 1:0,4 соответственно. Затем в полученную массу, добавляли 157,31 г (0,54 моль) катализатора - дигидрата вольфрамата натрия. В полученную реакционную массу, нагретую до 60°С, в течение 3 часов через капельную воронку дозировали 4161,97 г (42,83 моль) 35 мас.% раствора перекиси водорода. Во время добавления перекиси водорода осуществлялся контроль температуры реакционной массы, не допуская перегрева смеси выше 65°С. После окончания дозирования всей перекиси водорода реакционную массу оставляли при нагревании 60°С и перемешивании на 1 час для прохождения реакции эпоксидирования до конца. In a 50 l glass reactor, 3500.74 g (35.7 mol) of maleic anhydride was dissolved in 7142.86 g of water, and 69.62 g of seed was added to the resulting maleic acid solution. To the resulting reaction mass was added a suspension of calcium carbonate, and the ratio of the amount of maleic acid in the solution when receiving acidic calcium maleate to the amount of calcium carbonate was 1: 0.4, respectively. Then in the resulting mass, was added 157.31 g (0.54 mol) of the catalyst - sodium tungstate dihydrate. Into the resulting reaction mass, heated to 60 ° C, 4161.97 g (42.83 mol) of 35 wt% hydrogen peroxide solution were dosed through a dropping funnel for 3 hours. During the addition of hydrogen peroxide, the temperature of the reaction mixture was controlled, preventing the mixture from overheating above 65 ° C. After the end of the dosage of all hydrogen peroxide, the reaction mass was left under heating at 60 ° C and stirring for 1 hour to complete the epoxidation reaction.

После этого при перемешивании порционно добавляли оставшуюся суспензию карбоната кальция. Контроль окончания реакции осуществляли по окончанию газообразования, выдержка при перемешивании и нагреве до 60° полученной реакционной массы составляла 30 мин.Thereafter, with stirring, the remaining calcium carbonate slurry was added in portions. The control of the end of the reaction was carried out at the end of gas formation; holding with stirring and heating to 60 ° of the resulting reaction mass was 30 min.

Осушка на воздухе заняла 48 часов. Масса после осушки составила 8229,08 г (92,0%). Air drying took 48 hours. The weight after drying was 8229.08 g (92.0%).

Гранулометрический состав продукта, полученного по Примеру 5, представлен в Таблице 1. The particle size distribution of the product obtained in Example 5 is shown in Table 1.

Содержание D-винной кислоты в полученной по Примеру 5 кристаллической модификации цис-2,3-эпоксисукцината кальция представлено в Таблице 2. The content of D-tartaric acid in the crystalline modification of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained in Example 5 is shown in Table 2.

Таблица 1 - Гранулометрический состав цис-2,3-эпоксисукцината кальция.Table 1 - Particle size distribution of cis-2,3-epoxysuccinate calcium.

Размер сита, ммSieve size, mm Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Пример 4Example 4 Пример 5Example 5 0,70.7 1,001.00 0,000.00 0,400.40 5,735.73 0,700.70 0,60.6 0,190.19 0,000.00 0,050.05 1,121.12 0,150.15 0,50.5 0,550.55 0,540.54 0,380.38 3,463.46 0,150.15 0,40,4 0,760.76 1,191.19 0,510.51 2,682.68 0,260.26 0,30.3 3,713.71 1,901.90 1,001.00 18,3218.32 0,590.59 0,20.2 12,6412.64 2,802.80 4,484.48 22,3422.34 4,414.41 0,10.1 65,9565.95 8,898.89 41,7941.79 25,9125.91 28,2528.25 0,0630.063 13,9913.99 27,6927.69 33,4833.48 18,6518.65 47,8747.87 0,0380.038 1,211.21 36,3836.38 15,2815.28 1,681.68 13,8013.80 ДноBottom 0,000.00 20,6120.61 2,622.62 0,110.11 3,823.82 Сумма фракции меньше 100 мкмThe amount of the fraction is less than 100 microns 81,1581.15 84,6884.68 93,1793.17 46,3546.35 93,7493.74

Таблица 2 - Содержание D-винной кислоты, полученное методом ВЭЖХ-анализа. Table 2 - Content of D-tartaric acid obtained by HPLC analysis.

Номер примераExample number Содержание D-винной кислоты, мас.%D-tartaric acid content, wt% Пример 1Example 1 4,164.16 Пример 2Example 2 3,123.12 Пример 3Example 3 1,091.09 Пример 4Example 4 2,672.67 Пример 5Example 5 1,061.06

Как иллюстрирует Таблица 2 для Примеров 3 и 5 проведение реакции эпоксидирования при рН 2 и при мольном соотношении количества малеиновой кислоты к количеству карбоната кальция равном 1:0,4 соответственно при всех прочих условиях неожиданно приводит к снижению содержания D-винной кислоты в целевом продукте - кристаллической модификации цис-2,3-эпоксисукцинате кальция. Также при сравнении распределения частиц для Примеров 3 и 5 наблюдается увеличение фракции меньше 100 мкм. Такое распределение фракции способствует ускорению реакции ферментативного гидролиза цис-2,3-эпоксисукцината кальция в тартрат кальция.As Table 2 for Examples 3 and 5 illustrates, carrying out the epoxidation reaction at pH 2 and at a molar ratio of the amount of maleic acid to the amount of calcium carbonate equal to 1: 0.4, respectively, under all other conditions, unexpectedly leads to a decrease in the content of D-tartaric acid in the target product - crystalline modification of cis-2,3-epoxysuccinate calcium. Also, when comparing the distribution of particles for Examples 3 and 5, an increase in the fraction of less than 100 μm is observed. This distribution of the fraction helps to accelerate the reaction of enzymatic hydrolysis of cis-2,3-epoxysuccinate calcium to calcium tartrate.

Определение строения цис-2,3-эпоксисукцината кальция. Determination of the structure of cis-2,3-epoxysuccinate calcium .

По данным анализа рентгенограммы продуктов, полученных при получении затравки, и повторных рентгенограмм (порошка по Примеру 4) проводили Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ.According to the analysis of X-ray diffraction patterns of the products obtained during the preparation of the seed, and repeated X-ray diffraction patterns (powder according to Example 4), X-ray phase and X-ray structural analysis were performed.

Качественный рентгенофазовый анализ проводили с использованием БД ICDD PDF-2 (2003 г.в.) и поисковой системы Crystallographica Search-Match 3.0. Полученные результаты не позволили провести отнесение рефлексов к известным кристаллическим фазам. Профильный анализ рефлексов выполняли в ПО WinXPow. Для моделирования рефлексов использовали функцию pseudo-Voigt с постоянным по всему угловому диапазону значением параметра η. Профильный анализ проводили в диапазоне 8-52 °2θ. Для моделирования зависимости полуширин рефлексов от угла использовали функцию Кальотти с варьируемым параметром W (V и U принимали равными нулю в связи с работой в узком угловом диапазоне). Индицирование дифрактограммы проводили в ПО STOE WinXPow с использованием ПО DICVOL. Полученные параметры были дополнительно уточнены с учетом возможного сдвига нуля (линейное приближение). Полученные в результате индицирования параметры приведены в Таблице 3.Qualitative X-ray phase analysis was performed using the ICDD PDF-2 database (2003 onwards) and the Crystallographica Search-Match 3.0 search system. The results obtained did not allow us to assign the reflections to known crystalline phases. Reflex profile analysis was performed using WinXPow software. Reflexes were simulated using the pseudo-Voigt function with a constant value of the parameter η over the entire angular range. Profile analysis was carried out in the range of 8-52 ° 2 θ . To simulate the dependence of the half-widths of the reflections on the angle, we used the Calotti function with a variable parameter W ( V and U were taken equal to zero in connection with the work in a narrow angular range). The diffractogram was indexed in the STOE WinXPow software using the DICVOL software. The obtained parameters were additionally refined taking into account a possible zero shift (linear approximation). The parameters obtained as a result of the indication are shown in Table 3.

На основании полученных при индицировании данных дифрактограмма была уточнена методом ЛеБеля в ПО Jana2006. Исходное уточнение проводили для пространственной группы P2/m (максимальной симморфной для моноклинной сингонии), затем - для группы P21/n. On the basis of the data obtained during the indication, the diffractogram was refined by the LeBel method in the Jana2006 software. The initial refinement was carried out for the P2 / m space group (maximum symmetric for the monoclinic system), then for the P21 / n group.

Таблица 3. Параметры элементарной ячейки и критерий качества индицированияTable 3. Unit cell parameters and indexing quality criterion

Параметр Parameter Значение Value Сингония Syngonia Моноклинная Monoclinic Центрировка Centering P P a, Å a, Å 15.197(4) 15.197 (4) b, Å b, Å 8.912(2) 8.912 (2) c, Å c, Å 7.472(2) 7.472 (2) β, ° β, ° 103.31(2) 103.31 (2) V, Å ³ V , Å ³ 984.8(6) 984.8 (6) FF ₅₂₅₂ 41.8 41.8 Рассчитанный сдвиг нуля, °2θ Calculated zero offset, ° 2 θ -0.047(7) -0.047 (7)

Решение кристаллической структуры осуществляли методами прямого пространства в ПО FOX (Free Object for Xtallograhy). Решение проводили методом Монте-Карло в приближении постоянной заселенности позиций и штрафа за сближение атомов на расстояние менее 0.8Å. В результате решения и уточнения структуры получили результаты, приведенные в Таблице 4. Уточнение кристаллической структуры позволило достичь высококачественного соответствия между теоретической и экспериментальной дифрактограммами. Результаты полнопрофильного уточнения приведены на Фиг.4.The crystal structure was solved by the direct space methods in the FOX software (Free Object for Xtallograhy). The solution was carried out by the Monte Carlo method in the approximation of constant occupancy of positions and a penalty for approaching atoms at a distance of less than 0.8 Å. As a result of the solution and refinement of the structure, the results shown in Table 4 were obtained. Refinement of the crystal structure made it possible to achieve high-quality agreement between the theoretical and experimental diffraction patterns. The results of the full-profile refinement are shown in Fig. 4.

Координационные полиэдры кальция представлены на Фиг.5. Ионы кальция имеют восемь лигандов каждый, с двумя мостиковыми молекулами воды. Каждый эпоксисукцинат-анион является тридентатным лигандом и соединяется только с одним ионом кальция. Следует отметить наличие в кристаллической структуре не связанной с кальцием молекулы H₂O.The calcium coordination polyhedra are shown in FIG. 5. Calcium ions have eight ligands each, with two bridging water molecules. Each epoxysuccinate anion is a tridentate ligand and binds to only one calcium ion. It should be noted the presence of a crystal structure not associated with calcium molecules H ₂ O.

Таблица 4 - Результаты рентгеноструктурного анализаTable 4 - Results of X-ray structural analysis

Состав Composition C₄H₁₂O₁₀CaC ₄ H ₁₂ O ₁₀ Ca Пространственная группа Space group P21/n (№ 14) P21 / n (No. 14) a, Å a , Å 15.1916(2) 15.1916 (2) b, Å b , Å 8.9121(1) 8.9121 (1) c, Å c , Å 7.4724(1) 7.4724 (1) β, ° β , ° 103.309(1) 103.309 (1) V, Å3 V , Å3 984.52(2) 984.52 (2) Z Z 4 4 ρ _calc, г/см³ ρ _calc , g / cm ³ 1.756 1.756 T T 22°C 22 ° C Излучение Radiation CoK_α1; 1.78892 Å CoK _α1 ; 1.78892 Å Диапазон 2θ Range 2 θ 8°- 100° 8 ° - 100 ° Количество точек Amount of points 9200 9200 Количество параметров Number of parameters 101 101 Количество параметров описания профиля Number of profile description parameters 26 26 Весовая схема Weighing scheme 1/σ² 1 / σ ² wRp wRp 7.08 7.08 χχ ²² 2.02 2.02 RR _FF 4.92 4.92

По данным элементного анализа, кристаллы второй кристаллической модификации содержат С - 17,69% Н - 4,62%. По формуле пентагидрата цис-эпоксисукцината кальция C₄H₁₂O₁₀Ca теоретически С 18,46%, H - 4,62%. According to elemental analysis data, crystals of the second crystalline modification contain C - 17.69% H - 4.62%. According to the formula of cis-epoxysuccinate calcium pentahydrate C ₄ H ₁₂ O ₁₀ Ca theoretically C 18.46%, H - 4.62%.

Claims

1. A method of obtaining a crystalline modification of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, including the following stages:

a) incomplete neutralization of maleic acid or maleic anhydride with the first portion of the calcium compound to obtain acid calcium maleate;

b) epoxidation of acidic calcium maleate with hydrogen peroxide in the presence of epoxidation catalysts to obtain acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium;

c) neutralizing the acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium by adding a second portion of the calcium compound;

d) aging cis-2,3-epoxysuccinate calcium for 24 to 240 hours to obtain a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, where the crystals belong to the space group P21 / n, and the lattice parameters at 22 ° C are a = 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1) °,

where stage b) epoxidation is carried out at a pH value not higher than 3.

2. The method of claim 1, wherein the calcium compound is calcium carbonate, calcium hydrogencarbonate, calcium oxide, or calcium hydroxide.

3. The method of claim 2, wherein the calcium compound is calcium carbonate.

4. The method of claim 1, wherein the calcium compound is selected from natural minerals consisting of calcite, aragonite, vaterite, limestone, marble, chalk, dolomite and travertine.

5. The method of claim 1, wherein the calcium compound is added as a dry powder or suspension in water.

6. The method according to claim 5, wherein the ratio of the calcium compound and water in the suspension is from 0.01: 100 to 100: 0.01.

7. The method of claim 6, wherein the ratio of the calcium compound to the water in the slurry is from 2: 1 to 1: 2.

8. The method of claim 7, wherein the ratio of the calcium compound to water in the slurry is 1: 1.

9. The method of claim 1, wherein the molar ratio of maleic acid or maleic anhydride to calcium compound is 1: 0.4.

10. A method according to claim 1, wherein in step a) the reaction is carried out for 10 minutes to 10 hours.

11. The method according to claim 10, wherein in step a) the reaction is carried out for 20 minutes to 3 hours.

12. The method according to claim 11, wherein in step a) the reaction is carried out for 30 minutes to 2 hours.

13. The process according to claim 1, wherein in step a) the reaction temperature is 0 to 100 ° C.

14. A process according to claim 13, wherein in step a) the reaction temperature is 15 to 70 ° C.

15. The process according to claim 14, wherein in step a) the reaction temperature is 20 ° C to 60 ° C.

16. The method according to claim 1, wherein the epoxidation catalyst is tungstic and / or molybdic acids, heteropoly acids of tungsten and molybdenum, salts of tungstic and molybdic acids.

17. The method of claim 16, wherein the epoxidation catalyst is sodium tungstate, potassium tungstate, sodium molybdate, phosphorotungstic acid, phosphomolybdic acid, and silicotungstic acid.

18. The method of claim 17, wherein the epoxidation catalyst is sodium tungstate and potassium tungstate.

19. The method according to claim 1, where the catalyst is added to the reaction mass in dissolved form, dry or in the form of a suspension.

20. The method according to claim 1, wherein the weight concentration of the catalyst is from 0.001 to 10% by weight of maleic anhydride or maleic acid.

21. The method according to claim 20, wherein the weight concentration of the catalyst is from 0.05 to 0.5% by weight of maleic anhydride or maleic acid.

22. The method of claim 1, wherein hydrogen peroxide is introduced into the reaction mixture as a solution in water.

23. The method of claim 1, wherein in step b) the reaction is carried out for 0.5 to 24 hours.

24. A process according to claim 23, wherein in step b) the reaction is carried out for 1 to 6 hours.

25. The method of claim 24, wherein in step b) the reaction is carried out for 2 to 4 hours.

26. The process according to claim 1, wherein in step b) the reaction temperature is 40 to 100 ° C.

27. A process according to claim 26, wherein in step b) the reaction temperature is 50 to 80 ° C.

28. The process according to claim 27, wherein in step b) the reaction temperature is 55 to 65 ° C.

29. The method of claim 1, wherein the calcium compound is added as a dry powder or suspension in water.

30. The method of claim 29, wherein the ratio of the calcium compound to the water in the slurry is from 0.01: 100 to 100: 0.01.

31. The method of claim 30, wherein the ratio of the calcium compound to the water in the slurry is from 2: 1 to 1: 2.

32. The method of claim 31, wherein the ratio of the calcium compound to water in the slurry is 1: 1.

33. The method according to claim 1, wherein the aging is carried out from 32 to 120 hours.

34. The method according to claim 33, wherein the aging is carried out for 48 to 96 hours.

35. The method according to claim 1, wherein the aging is carried out at a temperature of from 10 to 60 ° C.

36. The method according to claim 35, wherein the aging is carried out at a temperature of 20 to 40 ° C.

37. The method according to claim 1, wherein the epoxidation step b) is carried out at a pH of 2.

38. A method of obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, including the following stages:

c) adding from 0.1 to 20 wt.% seed based on the weight of precipitated cis-2,3-epoxysuccinate calcium;

d) neutralizing the acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium by adding a second portion of the calcium compound,

where the seed is a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained by the method according to claim 1, where the crystals belong to the space group P21 / n, and the parameters of the crystal lattice at 22 ° C are a = 15.1916 (2) Å, b = 8.9121 (1) Å, c = 7.4724 (1) Å, beta = 103.309 (1) °,

and where the epoxidation step b) is carried out at a pH not higher than 3.

39. The method of claim 38, wherein the calcium compound is calcium carbonate, calcium bicarbonate, calcium oxide, or calcium hydroxide.

40. The method of claim 39, wherein the calcium compound is calcium carbonate.

41. The method of claim 38, wherein the calcium compound is selected from natural minerals consisting of calcite, aragonite, vaterite, limestone, marble, chalk, dolomite and travertine.

42. The method of claim 38, wherein the calcium compound is added as a dry powder or suspension in water.

43. The method of claim 42, wherein the ratio of the calcium compound to the water in the suspension is from 0.01: 100 to 100: 0.01.

44. The method of claim 43, wherein the ratio of the calcium compound to water in the slurry is from 2: 1 to 1: 2.

45. The method of claim 44, wherein the ratio of the calcium compound to water in the slurry is 1: 1.

46. The method of claim 38, wherein the molar ratio of maleic acid or maleic anhydride to calcium compound is 1: 0.4.

47. The method according to claim 38, wherein in step a) the reaction is carried out for 10 minutes to 10 hours.

48. The method according to claim 47, wherein in step a) the reaction is carried out for 20 minutes to 3 hours.

49. The method according to claim 48, wherein in step a) the reaction is carried out for 30 minutes to 2 hours.

50. The process according to claim 38, wherein in step a) the reaction temperature is 0 to 100 ° C.

51. The process according to claim 50, wherein in step a) the reaction temperature is 15 to 70 ° C.

52. The method according to claim 51, wherein in step a) the reaction temperature is 20 to 60 ° C.

53. The method according to claim 38, wherein the epoxidation catalyst is tungstic and / or molybdic acids, heteropoly acids of tungsten and molybdenum, salts of tungstic and molybdic acids.

54. The method of claim 53, wherein the epoxidation catalyst is sodium tungstate, potassium tungstate, sodium molybdate, phosphotungstic acid, phosphomolybdic acid, and silicotungstic acid.

55. The method of claim 54, wherein the epoxidation catalyst is sodium tungstate and potassium tungstate.

56. The method according to claim 38, wherein the catalyst is added to the reaction mass in dissolved form, dry or in suspension.

57. The method of claim 38, wherein the weight concentration of the catalyst is 0.001 to 10%.

58. The method according to claim 57, wherein the weight concentration of the catalyst is from 0.05 to 0.5%.

59. The method of claim 38, wherein hydrogen peroxide is introduced into the reaction mixture as a solution in water.

60. The method of claim 38, wherein in step b) the reaction is carried out for 0.5 to 24 hours.

61. The method of claim 60, wherein in step b) the reaction is carried out for 1 to 6 hours.

62. The process according to claim 61, wherein in step b) the reaction is carried out for 2 to 4 hours.

63. The method according to claim 38, wherein in step b) the reaction temperature is 40 to 100 ° C.

64. The method according to claim 63, wherein in step b) the reaction temperature is 50 to 80 ° C.

65. The process according to claim 64, wherein in step b) the reaction temperature is 55 to 65 ° C.

66. The method of claim 38, wherein the calcium compound is added as a dry powder or suspension in water.

67. The method of claim 66, wherein the ratio of the calcium compound to the water in the suspension is from 0.01: 100 to 100: 0.01.

68. The method of claim 67, wherein the ratio of the calcium compound to the water in the slurry is 2: 1 to 1: 2.

69. The method of claim 68, wherein the ratio of calcium compound to water in the slurry is 1: 1.

70. The method according to claim 38, wherein the seed is added in an amount of 0.2 to 5 wt% based on the weight of the precipitated cis-2,3-epoxysuccinate calcium.

71. The method of claim 70, wherein the seed is added in an amount of 0.5 to 2% by weight of the precipitated cis-2,3-epoxysuccinate calcium.

72. The method of claim 38, wherein the calcium compound is added as a dry powder or suspension in water.

73. The process according to claim 38, wherein the epoxidation step b) is carried out at a pH of 2.

74. Crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, obtainable according to any one of claims 1 to 37 or according to any of claims 38 to 73.

75. A method of obtaining L - (+) - tartaric acid, comprising the stages:

a) obtaining a crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium according to any one of claims 1 to 37 or according to any one of claims 38 to 73;

b) enzymatic hydrolysis of the obtained crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium.