WO2014140392A1 - Proceso integrado de obtención de alcoholes monoinsaturados, biodiesel y productos biodegradables a partir de aceite de jojoba - Google Patents

Proceso integrado de obtención de alcoholes monoinsaturados, biodiesel y productos biodegradables a partir de aceite de jojoba Download PDF

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Mercedes MARTÍNEZ RODRÍGUEZ
El Boulifi NOUREDDIN
Marcos SÁNCHEZ RODRÍGUEZ
Marta SERRANO MARTÍNEZ
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Universidad Complutense de Madrid
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Definitions

  • the present invention relates to a process for carrying out the integrated obtaining of different mixtures composed of monounsaturated primary aliphatic alcohols and monoalkyl esters from Jojoba oil.
  • the procedure consists in the catalytic transesterification of Jojoba oil with short and medium chain alcohols which results in a mixture of monounsaturated primary aliphatic alcohols and monoalkyl esters of Jojoba acids and the subsequent separation thereof.
  • the alcohols obtained have between 18 and 24 carbon atoms.
  • These high purity blends are used in pharmaceutical compositions, food products and dietary supplements. More specifically for the topical treatment of subdermal infections such as herpes virus infections and transdermal administration of pharmacological agents for the treatment of various disorders.
  • the mixture of mono-alkyl esters can be used as biodiesel and as biodegradable products.
  • Jojoba oil (Simmonsdia chinensis) is a natural product that is extracted from the seeds of the plant that bears his name and that is a shrub originating in the Sonoran Desert, in northern Mexico and the southwestern United States. Unlike other oils obtained from plants or fish, Jojoba oil is not composed of triglycerides, but a mixture of linear esters composed mainly of alcohols and carboxylic acids both long chain (Wisniak, The Chemistry and technology of Jojoba oil , publ. by American Oil Chemists Society, Champaign, Illinois, 272 pp, 1987). These esters have two double bonds, in cis configuration, one on each side of the ester group at the 9-Omega position (Formula I).
  • Jojoba oil has been commercially available for more than fifty years, and several million kilos are used per year in pharmaceutical and cosmetic formulations. It is recognized as safe for cosmetic uses (J. Amer. Coll. Toxicol., 11 (1): 57-74, 1992). Numerous tests have shown that its topical use in humans is safe and non-toxic, as well as oral administration to mice, rats and rabbits (Taguchi and Kunimoto, cosmetics and toiletries, 92: 53-61, 1977; Clark and Yérmanos , Biochem. Biophys. Res. Commun., 102 (2): 1409-1415, 1981; Hamm, J. Food Sci., 49: 417-428, 1984; Verschuren and Nugteren, Food Chem.
  • Jojoba oil is also used as a promoter of therapeutic efficacy of other active ingredients, since it increases percutaneous absorption and accumulation in the epidermis, and is able to act as a carrier of the active ingredients to the deep layer of the skin to perform its function US6559182.
  • Jojoba oil itself used directly as a carrier is only capable of dissolving lipophilic active ingredients, but is not useful as a carrier of hydrophilic active ingredients.
  • Jojoba oil acts as an intestinal lubricant, and it is estimated that approximately 20 % Jojoba oil is hydrolyzed by esterases in the gastrointestinal system, thus producing Jojoba alcohols in situ. After dermal absorption, Jojoba oil is also partially metabolized to the corresponding alcohols. Therefore, a new carrier derived from Jojoba oil, such as the mixture of alcohols, may be able to transport a wide range of active ingredients, either lipophilic or hydrophilic, also presenting the advantages of aqueous carriers compared to oily ones. .
  • the preparation involves the hydrogenolysis of Jojoba oil with sodium bis (2-methoxyethoxy) aluminum hydride using dry toluene as solvent.
  • the same patent also describes the obtaining of a mixture of long chain alcohols such as those found in Jojoba oil from whale sperm oil, applying the same hydrogenolysis process mentioned above.
  • the first stage of the process described here is a procedure that involves subjecting Jojoba oil to decomposition through a transesterification reaction, using different alcohols of low and medium molecular weight.
  • the alcohols used are methanol and octanol of petrochemical origin, and on the other hand ethanol and butanol, obtained by fermentation of biomass. Enzymatic, heterogeneous and homogeneous catalysts have been used in said transesterification reaction.
  • the enzymes used in the present invention are of certain characteristics, making the transesterification reach conversions greater than 90%.
  • the catalytic systems referred to in the invention are enzymatic preparations consisting of lipases, triacylglycerol hydrolases (EC 3.1.1.3), produced by the fungal species Mucor miehi or the fungal species Candida antárctica, and immobilized on anionic exchange resins or macroporous acrylics , with different properties each of them.
  • the two enzyme species can exert the lipase action or the carboxylesterase action with high effectiveness and, in both cases, the specificity of said enzymes can be positional or not depending on the type of substrate to be modified with them.
  • the catalytic systems have an average diameter that is in the range of 50 to 400 A, preferably between 120 and 300 A, the range in which the specific surface is 10 to 150 m 2 / g, preferably between 25 and 100 m 2 / g.
  • Catalytic systems produced from the fungal species Mucor miehi have a (number of ⁇ of n-propyl laurate obtained from lauric acid and 1-propanol for a reaction time of 15 minutes, at a temperature of 60 ° C). activity that is in the range of 20 to 80 BIUS (number of ⁇ of palmitic acid transformed by triolein per minute using the immobilized enzyme at a temperature of 40 ° C).
  • Catalytic systems produced from the fungal species Candida antárctica have an activity that is in the range of 5000 to 12000 PLUS / g
  • the heterogeneous basic catalysts used in the present invention are: Na / y-AI 2 0 3 , ⁇ / ⁇ - ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ ⁇ / ⁇ - ⁇ 2 0 3 and Ca / y-AI 2 O 3 (10% content in metal) comprising a combination formed between a metal hydroxide (LiOH, NaOH, KOH, Ca (OH) 2 and Ba (OH) 2 .8H 2 0) and alumina ( ⁇ - ⁇ 2 0 3 ).
  • the homogeneous basic catalysts used are: NaOH and KOH with a purity of 99%, NaOCH 3 and KOCH 3 in the form of solutions in methanol (32%).
  • both stirred reactors can be used working in batch or in continuous, whether it is a stirred or fixed bed type.
  • the stirred reactor is charged with Jojoba oil, alcohol and catalyst and the transesterification reaction is carried out.
  • the reactor vessel In the case of using stirred reactors but working continuously, the reactor vessel is initially charged with the alcohol mixture and the catalyst and once the working conditions of the reaction are reached, the oil is fed with the required flow rate. . If a fixed bed type reactor is used, the catalyst is loaded into the reactor and once the catalytic bed reaches the working conditions of pressure and temperature, the oil-alcohol mixture is passed with the required flow rate.
  • the reaction is carried out in a temperature range between 60 and 95 ° C (depending on the alcohol and the catalyst system used), using an oil: alcohol molar ratio between 1: 1 and 1: 6 preferably (1: 1 -1: 4.5), the amount of catalyst used being between 5 and 7%, for heterogeneous and enzymatic catalysts and between 0.5 and 1.5% for homogeneous catalysts, with respect to the total reagent weight.
  • the reaction is carried out at atmospheric pressure, with a stirring speed of between 300 to 700 rpm and a reaction time of between 3 and 10h.
  • the alcohols and esters present in the reaction medium are subjected to a separation process.
  • the separation of transtesterified products can be carried out by flash column chromatography and subsequent fractionation of the alcohol mixture or by direct fractionation by recrystallization.
  • the mixture of aliphatic alcohols obtained from jojoba oil contain between 18 to 24 carbon atoms with the following quantitative composition:
  • the mixture of alcohols obtained by flash column chromatography is fractionated by cryogenic crystallization in solvent systems.
  • the procedure followed is as follows: a certain amount of polar solvent such as, for example, ethyl ether, acetone, tetrahydrofuran, dichloromethane, ethyl acetate, methanol or ethanol, is added hot to the mixture of alcohols obtained per column. It is stirred and after 10 minutes an apolar solvent such as hexane, pentane or heptane is added.
  • the concentration of the alcohol mixture is usually from 8 to 20 and, preferably from 12 to 15% by weight in a solvent system, which can be in pure form or in the form of a mixture of apolar: polar solvents.
  • the ratio of apolar / polar solvent is from 1 to 8 and, preferably, from 2 to 4.
  • the solution formed is allowed to crystallize at a temperature between -25 ° C and -15 ° C, preferably between -18 and -20 ° C for 24h.
  • the white solid obtained is filtered off using a Büchner funnel, which has been previously cooled and washed with a non-polar solvent at low temperature (hexane is used in most cases);
  • the solvent is removed under reduced pressure to give rise to the first solid fraction that contains the alcohol, C24: i-
  • the resulting mother liquors are concentrated, recycled by recrystallizing in the same way as the previous one, the only difference is that the concentration of the solute in the Solvent system is greater in this case than the first recrystallization.
  • the fraction obtained in the second recrystallization is liquid and it is enriched with alcohols; C22: i and C24: i.
  • the final mother liquors were concentrated to give rise to a liquid mixture of alcohols
  • the crude liquid mixture of alcohols obtained directly by column chromatography, or;
  • the 3 fractions obtained by cryogenic crystallization thereof can be used as is or reformulated for the topical treatment of subdermal infections such as herpes virus infections and the transdermal administration of pharmacological agents for the treatment of various disorders.
  • Jojoba alcohols are not limited to topical treatment of subdermal infections;
  • the US patent US5700453 describes its use together with a large number of compounds in the formulation of the lipstick, providing less dryness and greater durability.
  • Jojoba alcohols have also been used as excipients in US5750563 on kojic acid.
  • the use of Jojoba oil as a source of mixture of aliphatic alcohols offers numerous advantages over the use of other raw materials, such as beeswax or sugarcane. For example, there are factors associated with the purity of beeswax or sugarcane that are difficult to control, and therefore it is difficult to obtain a reliable source that meets the requirements to obtain a pure product.
  • alcohols obtained from beeswax and sugarcane are solid and require a carrier or surfactant to facilitate transdermal penetration.
  • Jojoba oil is used with the properties shown in Table 1.
  • Table 1 properties and composition of Jojoba oil
  • This example shows the influence of the enzymatic catalytic system obtained from the fungal species Mucor miehi, immobilized in anion exchange resin, with an average pore diameter of 176 A, a specific surface area of 60 m 2 / g and an activity of 60 BIUS.
  • the reaction is carried out in a complete mixing reactor of 250 ml capacity, equipped with a reflux refrigerant system. Oil and alcohol are introduced into the reactor in a 1: 3 molar ratio, with an initial enzyme catalyst concentration of 5% by weight.
  • the reaction temperature is maintained at 70 ° C and the stirring speed is 700 rpm. After 10 hours of reaction, the oil conversion was 77%.
  • This example shows the influence of the enzymatic catalytic system obtained from the fungal species Candida Antarctica, immobilized in macroporous acrylic resin, with an average pore diameter of 180 A, a specific surface area of 95 m 2 / g and an activity of 7000 PLUS / g.
  • the reaction is carried out in a complete mixing reactor of 250 ml capacity, equipped with a reflux refrigerant system. Oil and alcohol are introduced into the reactor in a 1: 3 molar ratio, with an initial concentration of enzyme catalyst of 5% by weight. The reaction temperature is maintained at 70 ° C and the stirring speed is 700 rpm. After 10 hours of reaction the oil conversion was 81%.
  • this example shows the influence of the enzymatic catalytic system obtained from the fungal species Candida Antarctica immobilized in macroporous acrylic resin with an average pore diameter of 210A, a specific surface area of 67 m 2 / g and an activity of 7800 PLUS / g.
  • the reaction is carried out in a complete mixing reactor of 250 ml capacity, equipped with a reflux refrigerant system.
  • the oil and alcohol are introduced into the reactor in a 1: 3 molar ratio, the initial catalyst concentration being 5% by weight.
  • the reaction temperature was maintained at 70 ° C and the stirring speed at 700 rpm After 10 hours of reaction the oil conversion was 72%.
  • This example shows the influence of the heterogeneous catalytic system ( ⁇ / ( ⁇ - ⁇ 2 0 3 ).
  • the reaction is carried out in a complete mixing reactor of 250 ml capacity, equipped with a reflux refrigerant system. Oil and alcohol are introduced into the reactor in a 1: 3 molar ratio, with a catalyst initial concentration of 5% by weight.
  • the reaction temperature is maintained at 70 ° C and the stirring speed is 700 rpm. After 10 hours of reaction the oil conversion was 82%.
  • This example shows the influence of the homogeneous catalytic system (NaOCH 3 ).
  • the reaction is carried out in a complete mixing reactor of 250 ml capacity, equipped with a reflux refrigerant system. Oil and alcohol are introduced into the reactor in a 1: 3 molar ratio, with a catalyst initial concentration of 1% by weight.
  • the reaction temperature is maintained at 70 ° C and the stirring speed is 700 rpm. After 10 hours of reaction the oil conversion was 84%.
  • Example 2 was repeated, with the same catalyst and identical operating conditions, except for the reaction temperature, which was maintained at 78 ° C. After 10 hours of reaction, the oil conversion was 89%.
  • Example 7
  • a bed of extensible capacity with a diameter of 1.6 cm and a height of 6 cm, provided with a jacket to thermostatize the operation, 4.5 g of immobilized enzyme are introduced. Through it a mixture of oil and alcohol is circulated in a 1: 3 molar ratio at a flow rate of 1ml / min.
  • the enzymatic catalyst used is that obtained from the fungal species Candida antárctica, immobilized in macroporous acrylic resin, with an average pore diameter of 180 A, a specific surface area of 95 m 2 / g and an activity of 7000 PLUS / g.
  • the reaction temperature was maintained at 70 ° C.
  • the average residence time was 1, 3 hours and the acid conversion was 18%.
  • Examples 10, 11 and 12 show the influence of the complexity of the alcohol chain used as a transesterification agent.
  • the catalyst used is obtained from the fungal species Candida Antarctica, immobilized in a macroporous acrylic resin, with an average pore diameter of 180 A, a specific surface area 95 m 2 / g. and an activity of 7000 PLUG / g.
  • Example 10
  • the reaction is carried out under the same conditions as in Example 8, except that the alcohol used in the transesterification is methanol and the reaction temperature is 60 ° C. After 10 hours of reaction, the oil conversion was 95%.
  • the reaction is carried out under the same conditions as in Example 8, except that the alcohol used in the transesterification is ethanol. After 10 hours of reaction, the oil conversion was 89%.
  • the reaction is carried out under the same conditions as in Example 8, except that the alcohol used in the transesterification is octanol. After 10 hours of reaction, the oil conversion was 84%.
  • Jojoba oil is used in the form of two solid and liquid fractions obtained by a controlled cryogenization process at temperatures between 6 and 10 ° C and operating time between 1 h and 36h. Said fractions have different compositions and properties. Table 2 shows the properties of the liquid and solid fraction.
  • Example 8 The reaction is carried out under the same conditions as in Example 8, except that the oil used in the transesterification is a liquid fraction of Jojoba oil obtained by a controlled cryogenic process. After 10 hours of reaction, the oil conversion was 93%. Unlike example 8, the proportions of the alcohols obtained in this example are: Ci 8: i: 0.8%, C 20: i: 51.2% ⁇ C 22: i: 41.5% and C 24: i: 6.3%.
  • the reaction is carried out under the same conditions as in Example 8, except that the oil used in the transesterification is a solid fraction of Jojoba oil obtained by a controlled cryogenic process. After 10 hours of reaction, the oil conversion was 92.5%. Unlike example 8, the proportions of the alcohols obtained in this example are: C 2 or: 31.4%; C 22 : 53.3% and C 2 : 15.3%.
  • Isolated alkyl alcohols and esters have been identified based on their spectroscopic and / or analytical data.
  • Table 3 shows the percentages of alcohols and alkyl esters obtained using different alcohols in the Jojoba oil transesterification process.
  • the mixture of alcohols obtained in example 15 was subjected to crystallization fractionation.
  • 50 g of the mixture, containing 4 alcohols (Ci 8: i, C20.1, C22.1 and C24.1) were dissolved in 200 ml of hot ethyl ether and subsequently diluted with 800 ml of hexane.
  • the mixture was kept at 30 ° C and with vigorous stirring for 10 min. Precipitation was caused by cooling of the mixture in a thermostatic bath at -20 0 C for 24 hours.
  • the solution was filtered using a Büchner funnel.
  • the white solid was washed with previously cooled hexane and dried under reduced pressure to give 4.2 g of the C 2 4: i alcohol.
  • Pentane / 3 1 47.3 97% (Ci 8 : 0.6; C 20 : 37.7; C 22 : 51.2; C 24 : 10.5) ethyl ether
  • Example 10 100 g of the resulting transesterification product in Example 10, containing alcohols and esters, was dissolved in 200 ml of hot ethyl ether and subsequently diluted with 800 ml of hexane. The mixture was kept at 30 ° C and with vigorous stirring for 10 min. Let stand at -20 ° C for 24 h. A solid appears that filters using a funnel Büchner and washed with hexane, both previously cooled. The solvent was removed under reduced pressure to give 21 g of a solid mixture of C22: i and C24: i alcohols in a ratio of 5.8: 1. at room temperature. The mother liquors were concentrated and subjected to two recrystallizations following the same procedure.
  • Example 11 100 g of the resulting transesterification product in Example 11, containing alcohols and esters, was dissolved in 200 ml of hot ethyl ether and subsequently diluted with 800 ml of hexane using a beaker. The mixture was kept at 30 ° C and with vigorous stirring for 10 min. Let stand at -20 ° C for 24 h. A solid appears which is filtered using a Büchner funnel and washed with hexane, both previously cooled. The solvent was removed under reduced pressure to give 18.5 gr. of a fraction of alcohols, solid at room temperature. The mother liquors were concentrated, and in the same way it is recrystallized again 2 more times.
  • Example 12 100 g of the resulting transesterification product in Example 12, containing alcohols and esters, was dissolved in 200 ml of hot ethyl ether and subsequently diluted with 800 ml of hexane using a beaker. The mixture was kept at 30 ° C and with vigorous stirring for 10 min. Let stand at -20 ° C for 24 h. A solid appears which is filtered using a Büchner funnel and washed with hexane, both previously cooled. The solvent was removed under reduced pressure to give 18.2 g of a solid alcohol fraction at room temperature. The mother liquors were concentrated, and in the same way it is recrystallized again 2 more times.
  • the content of aliphatic alcohols obtained varies greatly depending on the solvent system used in the crystallization, the concentration of the solute and also the alcohol used in the transesterification.
  • the content of aliphatic alcohols obtained during recrystallization is higher when butyl alcohol is used as a reagent in transesterification, because butyl esters have a lower melting point compared to methyl or ethyl esters.
  • the conversion of the oil is low compared to the transesterification with the other alcohols, whereby mixtures of alcohols are obtained with lower yield.
  • Figure 1 shows a diagram for the integrated obtaining of Jojoba alcohols and mono-alkyl esters from Jojoba oil.
  • Figure 3 shows the gas chromatogram: a) Jojoba oil; b) product of the transesterification reaction and c) isolated alcohols of Jojoba.
  • Figure 4 shows the structure and spectral data ( 1 H-NMR) of the Jojoba alcohol mixture.
  • Figure 5 shows the infrared spectrum of the alcohol mixture.

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Abstract

Se transesterifica aceite de jojoba en presencia de alcoholes de bajo y medio peso molecular empleando catalizadores enzimáticos, heterogéneos u homogéneos. El producto de reacción se somete a varias etapas de cristalización en un sistema de disolventes orgánicos puros o mezcla disolvente polar/apolar. El proceso permite la obtención de diferentes mezclas de alcoholes grasos insaturados de alta pureza en forma de líquido oleoso útil para la administración transdérmica de agentes farmacológicos. Como producto secundario se obtienen ésteres monoalquílicos que pueden utilizarse como biodiesel o como productos biodegradables.

Description

Título
Proceso integrado de obtención de alcoholes monoinsaturados, biodiesel y productos biodegradables a partir de aceite de Jojoba.
Sector de la Técnica
La presente invención se refiere a un procedimiento para llevar a cabo la obtención integrada de diferentes mezclas compuestas por alcoholes alifáticos primarios monoinsaturados y esteres monoalquílicos a partir de aceite de Jojoba. El procedimiento consiste en la transesterification catalítica de aceite de Jojoba con alcoholes de cadena corta y mediana que da lugar a una mezcla de alcoholes alifáticos primarios monoinsaturados y esteres monoalquílicos de ácidos de Jojoba y la posterior separación de los mismos. Los alcoholes obtenidos tienen entre 18 y 24 átomos de carbono. Estas mezclas de alta pureza se usas en las composiciones farmacéuticas, productos alimenticios y suplementos dietéticos. Más específicamente para el tratamiento tópico de infecciones subdérmicas tales como infecciones por virus herpes y la administración transdérmica de agentes farmacológicos para el tratamiento de diversos trastornos. Por otro lado, la mezcla de esteres monoaquílicos puede ser utilizada como biodiesel y como productos biodegradables.
Estado de la técnica
El aceite de Jojoba (Simmonsdia chinensis) es un producto natural que se extrae de las semillas de la planta que lleva su nombre y que es un arbusto originario del desierto de Sonora, al norte de México y sudoeste de EE.UU. A diferencia de otros aceites obtenidos de plantas o de pescados, el aceite de Jojoba no está compuesto por triglicéridos, sino por una mezcla de ésteres lineales compuestos principalmente de alcoholes y ácidos carboxílicos ambos de cadena larga (Wisniak, The Chemistry and technology of Jojoba oil, publ. by American Oil Chemists Society, Champaign, Illinois, 272 pp, 1987). Estos ésteres tienen dos dobles enlaces, en configuración cis, uno a cada lado del grupo éster en la posición 9-Omega (Fórmula I).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
Figure imgf000003_0001
m = 7, 9, 11, 13 n = 8, 10, 12, 14
(l)
El aceite de Jojoba ha estado disponible comercialmente desde hace más de cincuenta años, y varios millones de kilos se utilizan al año en formulaciones farmacéuticas y cosméticas. Es reconocido como seguro para usos cosméticos (J. Amer. Coll. Toxicol., 11(1): 57-74, 1992). Numerosas pruebas han demostrado que su uso tópico en humanos es seguro y no tóxico, de igual modo que su administración vía oral a ratones, ratas y conejos (Taguchi y Kunimoto, cosmetics and toiletries, 92: 53-61 , 1977; Clark y Yérmanos, Biochem. Biophys. Res. Commun., 102(2): 1409-1415, 1981; Hamm, J. Food Sci., 49: 417-428, 1984; Verschuren y Nugteren, Food Chem. Toxicol, 27: 45- 48, 1989). Los seres humanos que han ingerido semillas de Jojoba, con un contenido en aceite de aproximadamente del 50%, no han sufrido efectos adversos, si bien la ingesta de 200 gramos puede producir náuseas. El aceite de Jojoba es empleado también como promotor de eficacia terapéutica de otros principios activos, ya que aumenta la absorción percutánea y la acumulación en la epidermis, y es capaz de actuar como un portador de los principios activos a la capa profunda de la piel para realizar su función US6559182. Sin embargo, el aceite de Jojoba por sí mismo utilizado directamente como portador, sólo es capaz de disolver los principios activos lipófilicos, pero no es útil como portador de principios activos hidrófilicos.
Verbiscar et al. (J. Agrie Food Chem., 28: 571-578, 1980), en un estudio sobre la administración oral del aceite de Jojoba para ratones, demostró que el aceite de Jojoba actúa como un lubrificante intestinal, y se estima que aproximadamente el 20% de aceite de Jojoba se hidroliza por las esterasas en el sistema gastrointestinal, produciendo así alcoholes de Jojoba in situ. Después de la absorción dérmica, el aceite de Jojoba también se metaboliza parcialmente a los correspondientes alcoholes. Por lo tanto, un nuevo portador derivado del aceite de Jojoba, como la mezcla de alcoholes, puede ser capaz de transportar una amplia gama de principios activos, ya sea lipófilos o hidrófilos, presentando además las ventajas propias de los portadores acuosos frente a los oleosos.
Los alcoholes grasos insaturados representan productos intermedios importantes para un gran número de productos de la industria química, tal como por ejemplo para la obtención de tensioactivos, en aplicaciones directas farmacéuticas, cosméticas, o como auxiliares textiles (Monick, J.-A., JAOCS, 56: 853-860, 1979). Los alcoholes de cadena de 16 a 20 átomos de carbono y de 1 a 4 dobles enlaces son antiproliferativos y antivirales contra virus con envoltura (Sands, J. et al., Antimicrob. Agents Chemother., 15: 67-73, 1979). Estos alcoholes insaturados fueron más potente in vitro que los alcoholes saturados de cadena más corta (Snipes, W. et al., Antimicrob. Agents Chemother., 1 1 : 98-104, 1977). La patente US4513008 describe la inhibición de virus encapsulados como el herpes con ácidos, aldehidos o alcoholes primarios lineales poliinsaturados de cadena de 20 a 24 carbonos y de 5 a 7 dobles enlaces. Posteriores investigaciones dieron lugar al desarrollo de n- docosanol como un tratamiento tópico para las infecciones de herpes.
La obtención de alcoholes grasos insaturados no se consigue a base de materias primas y de procedimientos petroquímicos, por el contrario debe partirse de materias primas naturales más o menos insaturadas. La producción industrial actualmente se basa en la hidrogenación a alta presión (260-300 °C y 25-30 MPa) de metilésteres y ácidos grasos, obtenidos respectivamente mediante transesterificación e hidrólisis o saponificación del aceite (Kreutzer, U.-R. JAOCS, 61 (2), 343-348, 1984; Voeste, T. y Buchold, H., JAOCS, 61 (2), 350-352, 1984). Numerosas patentes norteamericanas describen la fabricación de alcoholes de cadena larga, ya sea a partir de cera de abeja o de caña de azúcar, entre las que cabe mencionar: US6596776, US6225354, US5856316 y US5663156. Estas patentes reivindican procesos de aislamiento de los alcoholes, directamente o después de la saponificación de los ésteres existentes en la cera. Sin embargo, solo existen 2 ejemplos de preparación de alcoholes a partir de aceite de Jojoba. El primero lo describe Molaison, L.-J (JAOCS, 36: 379-382, 1959). Este procedimiento se basa en la hidrogenolísis del aceite usando sodio como agente reductor y en presencia de un alcohol. A diferencia de la hidrólisis química donde los ácidos grasos permanecen intactos y deben ser separados de los alcoholes en la mezcla, en esta reacción, el ácido carboxílico del éster se convierte en su correspondiente alcohol. La hidrogenolísis duplica la cantidad de alcoholes que se puede obtener a partir de aceite de Jojoba. La composición real de alcoholes de Jojoba varía de acuerdo con la fuente del aceite. Las cantidades relativas de los componentes individuales de alcoholes en Jojoba dependerán de la composición de ésteres de aceite de Jojoba. Un producto de alcoholes de Jojoba preparado por hidrogenolísis resultó en una mezcla de 6% octadec- 9-enol, 62% eiocos-1 1-enol, 28% docos-13-enol y 4% tetracos-15-enol (Taguchi, Proc. Sexth Int. Conf. Jojoba and its use, eds. Wisniak and Zabickí, Ben-Gurian Negev Univ., Negev, Beer-Shiva, Israel, pp 371-391 , 1984). Posteriormente, Verbíscar, A.-L en la patente US6703052 trató de mejorar el rendimiento de Molaison por hidrogenolísis de aceite de Jojoba empleando un nuevo agente reductor. La preparación implica la hidrogenolísis de aceite de Jojoba con hidruro de sodio bís-(2-metoxietox¡) aluminio empleando tolueno seco como disolvente. En la misma patente se describe también la obtención de una mezcla de alcoholes de cadena larga como los encontrados en aceite de Jojoba a partir del aceite de la esperma de ballena, aplicando el mismo proceso de hidrogenolísis mencionado anteriormente.
En resumen, la mayor parte de los procedimientos de fabricación de alcoholes derivados de aceite de Jojoba o de otros, presentan una serie de inconvenientes: Durante la saponificación del aceite o la cera (un éster o triglicérido) con álcali fuerte, se forman como subproductos sales de metales alcalinos de los ácidos carboxílicos de alto peso molecular. La presencia de estas sales, obviamente, plantea un obstáculo para la purificación y recuperación de los alcoholes obtenidos a partir de cera o aceite obtenidos mediante este método. Otro procedimiento que presenta inconvenientes para la obtención de alcoholes es la hidrogenación. Dentro de estos inconvenientes cabe resaltar las condiciones severas de reacción, además de que los alcoholes obtenidos tienen un índice de yodo menor; son hidrogenados y son de tipo céreo, ya que el agente reductor puede reducir también el doble enlace carbono-carbono.
Para resolver estos inconvenientes se ha desarrollado en la presente invención, un procedimiento para la obtención de mezclas de alcoholes monoinsaturados de Jojoba, que consiste en (1) la descomposición del aceite de Jojoba a través de reacción de transesterificación (2) separación de la mezcla de alcoholes monoinsaturados y de los esteres alquílicos. La etapa de separación (2) puede desarrollarse por dos vías diferentes: por cromatografía flash en columna sobre gel de sílice y fraccionamiento de la mezcla de alcoholes obtenida mediante cristalización criogénica o la separación directa de los alcoholes y ésteres resultante de la reacción de transesterificación por cristalización fraccionada. La transesterificación se lleva a cabo usando diferentes alcoholes de bajo y medio peso molecular y en presencia de catalizadores enzimáticos, heterogéneos que al terminar la reacción se recuperan por filtración.
Este procedimiento de purificación, además de permitirnos obtener diferentes mezclas de alcoholes alifáticos monoinsaturados de Jojoba, se obtiene una mezcla de esteres monoalquílicos de los ácidos grasos de Jojoba como subproductos que tienen muchas aplicaciones como biodiesel y como productos biodegradables.
Otra novedad de la presente invención, consiste en que al contrario que en la mayoría de las mezclas de alcoholes monoinsaturados de cadena larga descritas en la bibliografía (que se obtienen en forma de cera o sólidos de bajo punto de fusión) se obtiene 3 diferentes mezclas de alcoholes, una sólida y dos liquidas a temperatura ambiente. Esta característica hace que las mezclas de alcoholes de Jojoba sean fácilmente absorbidas por la piel humana, al igual que el aceite de Jojoba. A diferencia del aceite de Jojoba, estos alcoholes no requieren un portador o agente tensioactivo para facilitar la penetración transdérmica.
Descripción detallada de la invención
Proceso integrado de obtención de alcoholes monoinsaturados, biodiesel y productos biodegradables a partir de aceite de Jojoba.
El objeto de la invención es proporcionar un proceso integrado para la producción de 3 mezclas de alcoholes monoinsaturados, con actividad farmacológica dentro del grupo de antivirales, y una mezcla de ésteres monoalquílicos, con aplicaciones como biodiesel y como productos biodegradables a partir de aceite de Jojoba (Figura 1) que comprende las siguientes etapas:
La primera etapa del proceso aquí descrito, es un procedimiento que consiste en someter el aceite de Jojoba a descomposición a través de una reacción de transesterificación, usando diferentes alcoholes de bajo y medio peso molecular. Los alcoholes empleados son metanol y octanol de origen petroquímico, y por otra parte etanol y butanol, obtenidos por fermentación de biomasa. En dicha reacción de transesterificación se han empleado catalizadores enzimáticos, heterogéneos y homogéneos.
Este procedimiento se amplía a fracciones liquidas y sólidas del aceite de Jojoba, las cuales se han obtenido mediante un proceso criogenización controlado a temperaturas entre 6 y 10 °C y tiempo de operación entre 1h y Las enzimas utilizadas en la presente invención, son de determinadas características, consiguiendo que la transesterificación alcance conversiones superiores al 90%. Los sistemas catalíticos a los que se refiere la invención son preparados enzimáticos constituidos por lipasas, triacilglicerol hidrolasas (EC 3.1.1.3), producidas por la especie fúngica Mucor miehi o la especie fúngica Candida antárctica, e inmovilizadas sobre resinas de intercambio anióníco o acrílicas macroporosas, con diferentes propiedades cada una de ellas. Las dos especies enzimáticas pueden ejercer con elevada efectividad la acción de lipasa o la acción carboxilesterasa y, también en ambos casos, la especificidad de dichas enzimas puede ser posicional o no dependiendo del tipo de sustrato que se desee modificar con ellas. Los sistemas catalíticos tienen un diámetro medio que se encuentra en el rango de 50 a 400 A, preferentemente entre 120 y 300 A, siendo el rango en el que se encuentra la superficie específica de 10 a 150 m2/g, preferentemente entre 25 y 100 m2/g.
Los sistemas catalíticos producidos a partir de la especie fúngica Mucor miehi tienen una(número de μιηοΐββ de laurato de n-propilo obtenidos partiendo de ácido laúrico y 1 -propanol durante un tiempo de reacción de 15 minutos, a temperatura de 60°C). actividad que se encuentra en el rango de 20 a 80 BIUS (número de μΐηοΐβε de ácido palmítico transformados por trioleína por minuto utilizando la enzima inmovilizada a una temperatura de 40°C). Los sistemas catalíticos producidos a partir de la especie fúngica Candida antárctica tienen una actividad que se encuentra en el rango de 5000 a 12000 PLUS/g
Los catalizadores básicos heterogéneos utilizados en la presente invención son: Na/y-AI203, Κ/γ-ΑΙ2Ο3ι ϋ/γ-ΑΙ203 y Ca/y-AI2O3 (10% de contenido en metal) que comprenden una combinación formada entre un hidróxido metálico (LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2 y Ba(OH)2.8H20) y alúmina (γ -ΑΙ203). Los catalizadores básicos homogéneos utilizados son: NaOH y KOH con una pureza del 99%, NaOCH3 y KOCH3 en forma de disoluciones en metanol (32%).
En la reacción de transesterificación se puede utilizar tanto reactores agitados trabajando en discontinuo como en continuo bien sea tipo agitado o lecho fijo. En el caso de trabajar en régimen discontinuo, el reactor agitado se carga con el aceite de Jojoba, el alcohol y el catalizador y se procede a realizar la reacción de transesterificación.
En el caso de utilizar reactores agitados pero trabajando en continuo, la vasija del reactor se carga ¡nicialmente con la mezcla de alcohol y el catalizador y una vez se alcanzan las condiciones de trabajo de la reacción se comienza a alimentar el aceite con el caudal requerido. Si se emplea un reactor tipo lecho fijo se carga el catalizador en el reactor y una vez que el lecho catalítico alcance las condiciones de trabajo de presión y temperatura se hace pasar la mezcla aceite-alcohol con el caudal requerido.
La reacción se lleva a cabo en un rango de temperatura comprendido entre 60 y 95°C (dependiendo del alcohol y del sistema catalítico utilizado), utilizando una relación molar aceite:alcohol comprendido entre 1 :1 y 1 :6 preferiblemente (1 :1-1 :4.5), siendo la cantidad de catalizador utilizada de entre el 5 y 7%, para catalizadores heterogéneos y enzimáticos y de entre 0.5 y 1.5% para catalizadores homogéneos, con respecto al peso total de reactivos. La reacción se lleva a cabo a presión atmosférica, con una velocidad de agitación de entre 300 a 700 rpm y un tiempo de reacción de entre 3 y 10h.
Al terminar la reacción, después de eliminar catalizador y el alcohol en exceso, se procede a la purificación de alcoholes.
Los alcoholes y ésteres presentes en el medio de reacción se someten a un proceso de separación. Como se ha mencionado anteriormente, la separación de los productos transtesterificados se puede llevar a cabo mediante cromatografía flash en columna y su posterior fraccionamiento de la mezcla de alcoholes o por un fraccionamiento directo por recristalización. La mezcla de alcoholes alifáticos obtenidos a partir de aceite de jojoba, contienen entre 18 a 24 átomos de carbono con la siguiente composición cuantitativa:
9-octadecenol Cis:i 0-1 %
1 1 -eicosenol C2o:i 36-40%
13-docosenol C22:i 43-49%
15-tetracosenol C2 :i 9-10%
La mezcla de alcoholes obtenida por cromatografía flash en columna se fracciona por cristalización criogénica en sistemas de disolventes. El procedimiento seguido es el siguiente: una cantidad determinada de disolvente polar como por ejemplo éter etílico, acetona, tetrahidrofurano, diclorometano, acetato de etilo, metanol o etanol, es añadida en caliente a la mezcla de alcoholes obtenida por columna. Se somete a agitación y tras 10 minutos se añade un disolvente apolar tal como hexano, pentano u heptano. La concentración de la mezcla de alcoholes, usualmente es de 8 hasta 20 y, preferiblemente de 12 hasta 15% en peso en un sistema de disolventes, que puede ser en forma pura o en forma de mezcla de disolventes apolar:polar. La proporción de disolvente apolar/polar es de 1 hasta 8 y, preferentemente, de 2 hasta 4. La solución formada, se deja a cristalizar a una temperatura comprendida entre -25 °C y -15 °C, preferentemente, entre -18 y -20 °C durante 24h. El sólido blanco obtenido se separa por filtración utilizando un embudo Büchner, que ha sido previamente enfriado y se lava con un disolvente apolar a baja temperatura (se usa el hexano en la mayoría de los casos); se elimina el disolvente bajo presión reducida para dar lugar a la primera fracción sólida que contiene el alcohol, C24:i- Las aguas madres resultantes se concentran, se recicla recristalizándose de la misma manera que la anterior, la única diferencia es que la concentración del soluto en el sistema de disolventes es mayor en este caso que la primera recristalización. La fracción obtenida en la segunda recristalización es liquida y ésta enriquecida con los alcoholes; C22:i y C24:i . Las aguas madres finales se concentraron para dar lugar a una mezcla liquida de alcoholes; Cis:i , C20 1 y
C22:1 -
La mezcla cruda liquida de alcoholes, obtenida directamente por cromatografía en columna, o bien; las 3 fracciones obtenidas por cristalización criogénica de la misma,_se pueden utilizar tal cual o reformulada para el tratamiento tópico de infecciones subdérmicas tales como infecciones por virus herpes y la administración transdérmica de agentes farmacológicos para el tratamiento de diversos trastornos.
La mayoría de las mezclas de alcoholes de cadena larga descritas en la bibliografía, son en forma de cera o sólidos de bajo punto de fusión. Sin embargo, en este procedimiento se han obtenido 3 diferentes mezclas resultando en una sólida y dos liquidas a temperatura ambiente. Esta característica hace que la mezcla de alcoholes de Jojoba sea fácilmente absorbida por la piel humana, al igual que en caso del aceite de Jojoba. A diferencia del aceite de Jojoba, estos alcoholes no requieren un portador o agente tensioactivo para facilitar la penetración transdérmica. Así por ejemplo la patente de US7435424, describe, que cuando se incluye un porcentaje de 5% a 10% de una composición que contiene producto derivado de aceite de Jojoba hidrolizado en formulación de productos cosméticos, repelente o productos pesticidas, aumenta la persistencia de dichos productos sobre la piel de animales o en el cabello. La utilización de alcoholes de Jojoba, no se limita a tratamiento tópico de infecciones subdérmicas; asi por ejemplo la patente americana US5700453 describe su utilización junto con un gran número de compuestos en la formulación del lápiz labial, proporcionando menor sensación de sequedad y mayor durabilidad al mismo. Los alcoholes de Jojoba también se han empleado como excipiente en la patente US5750563 sobre el ácido kójico. En esta invención, se ha descubierto que el uso de aceite de Jojoba como fuente de mezcla de alcoholes alifáticos ofrece numerosas ventajas frente al uso de otras materias primas, como son la cera de abejas o la caña de azúcar. Por ejemplo, existen factores asociados a la pureza de cera abeja o de caña de azúcar que son difíciles de controlar, y por lo tanto resulta difícil obtener una fuente fiable de que cumpla los requisitos para obtener un producto puro.
Además, los alcoholes obtenidos a partir de cera de abeja y de caña de azúcar son sólidos y requieren un portador o agente tensioactivo para facilitar la penetración transdérmica.
Mediante un diseño de experimentos se han obtenido las condiciones óptimas de operación para los procesos de esterificación y purificación que conducen a la obtención de alcoholes con mayor rendimiento y alto nivel de pureza. Estos parámetros operativos son: el sistema catalítico utilizado, su porcentaje, el alcohol utilizado en el proceso de transesterificación, el rango de la temperatura, el régimen de recristalización y el régimen de filtración de los sólidos.
Este procesos, después de la separación de los alcoholes alifáticos monoinsaturados de Jojoba,_permite obtener como subproducto una mezcla de esteres monoalquílicos de los ácidos grasos de Jojoba que tienen muchas aplicaciones como biodiesel y como productos biodegradables (dependiendo del alcohol empleado en la transesterificación). Estos esteres monoalquílicos, se han establecido cierto número de especificaciones cuya lista, límites y métodos forman parte de la norma de EN 14214 (2003) aplicable actualmente en Europa.
Todos los productos obtenidos en este procesos fueron identificados de forma cualitativa y cuantitativa mediante combinación de técnicas tales como espectrometría de infrarrojo, resonancia magnética nuclear (1H, 13C y Dept), espectrometría de masas y cromatografía de gases. Modo de realización de la invención
La presente invención se hará más clara a partir de la consideración de los siguientes ejemplos que se exponen para ilustrar adicionalmente los principios de la invención y no pretenden, de ninguna manera, ser limitativos de su alcance.
Como materia de partida en esta invención se emplea el aceite de Jojoba con las propiedades que se recoge en la Tabla 1.
Tabla 1 : propiedades y composición del aceite de Jojoba
Propiedades
Viscosidad (mm2/s) 26.6
índice de yodo (l2/100g) 83.00
Estabilidad a la oxidación (h) 41.30
CFPP (°C) 10.00
Acidez (mg/g) 0.36
Humedad (%) 0.03
Densidad (g/cm3) 0.86
Composición
Esteres % Acoholes % Acidos %
C34-36 0.2 C20:1 43.8 C18:1 11.2
C38 6.6 C22:1 44.9 C20:1 71.3
C40 30.2 C24:1 8.9 C22:1 13.6
C42 50.9
C44 9.0
C46-50 0.9
En los ejemplos 1 , 2, 3, 4 y 5, se muestran la influencia del sistema catalítico y del rendimiento del mismo empleado en la transesterificación de aceite de Jojoba. El alcohol empleado en este proceso es 1-butanol. Ejemplo 1
En este ejemplo se muestra la influencia del sistema catalítico enzimático obtenido a partir de especie fúngica Mucor miehi, inmovilizada en resina de intercambio aniónico, con un diámetro medio de poro de 176 A, una superficie específica de 60 m2/g y una actividad de 60 BIUS.
La reacción se lleva a cabo en un reactor de mezcla completa de 250 mi de capacidad, provisto de un sistema de refrigerante de reflujo. Se introduce en el reactor, el aceite y el alcohol en una relación molar 1 :3, con una concentración inicial de catalizador enzimático del 5% en peso. La temperatura de reacción se mantiene en 70°C y la velocidad de agitación es de 700 r.p.m. Después de 10 horas de reacción, la conversión de aceite fue del 77%.
Ejemplo 2
En este ejemplo se muestra la influencia del sistema catalítico enzimático obtenido a partir de la especie fúngica Candida antárctica, inmovilizada en resina acrílica macroporosa, con un diámetro medio de poro de 180 A, una superficie específica de 95 m2/g y una actividad de 7000 PLUS/g.
La reacción se lleva a cabo en un reactor de mezcla completa de 250 mi de capacidad, provisto de un sistema de refrigerante de reflujo. Se introduce en el reactor, el aceite y el alcohol en una relación molar 1 :3, con una concentración de inicial de catalizador enzimático del 5% en peso. La temperatura de reacción se mantiene en 70°C y la velocidad de agitación en 700 r.p.m. Después de 10 horas de reacción la conversión del aceite fue del 81%.
Ejemplo 3
En este ejemplo de muestra la influencia del sistema catalítico enzimático obtenido a partir de especie fúngica Candida Antárctica inmovilizada en resina acrílica macroporosa con un diámetro medio de poro de 210Á, una superficie específica de 67 m2/g y una actividad de 7800 PLUS/g. La reacción se lleva a cabo en un reactor de mezcla completa de 250 mi de capacidad, provisto de un sistema de refrigerante de reflujo. Se introducen en el reactor el aceite y el alcohol en una relación molar 1 :3, siendo la concentración inicial de catalizador del 5% en peso. La temperatura de reacción se mantuvo en 70°C y la velocidad de agitación en 700 r.p.m. Después de 10 horas de reacción la conversión del aceite fue del 72%.
Ejemplo 4
En este ejemplo se muestra la influencia del sistema catalítico heterogéneo (Κ/(γ-ΑΙ203).
La reacción se lleva a cabo en un reactor de mezcla completa de 250 mi de capacidad, provisto de un sistema de refrigerante de reflujo. Se introduce en el reactor, el aceite y el alcohol en una relación molar 1 :3, con una concentración de inicial de catalizador del 5% en peso. La temperatura de reacción se mantiene en 70°C y la velocidad de agitación en 700 r.p.m. Después de 10 horas de reacción la conversión del aceite fue del 82%.
Ejemplo 5
En este ejemplo se muestra la influencia del sistema catalítico homogéneo (NaOCH3).
La reacción se lleva a cabo en un reactor de mezcla completa de 250 mi de capacidad, provisto de un sistema de refrigerante de reflujo. Se introduce en el reactor, el aceite y el alcohol en una relación molar 1 :3, con una concentración de inicial de catalizador del 1 % en peso. La temperatura de reacción se mantiene en 70°C y la velocidad de agitación en 700 r.p.m. Después de 10 horas de reacción la conversión del aceite fue del 84%.
Ejemplo 6
En este ejemplo se muestra la influencia de la temperatura de reacción. Se repitió el ejemplo 2, con el mismo catalizador e idénticas condiciones de operación, salvo la temperatura de reacción, que se mantuvo en 78°C. Después de 10 horas de reacción, la conversión de aceite fue del 89%. Ejemplo 7
En este ejemplo se muestra la influencia de la concentración inicial de catalizador. Se realiza la reacción con el mismo sistema catalítico y las mismas condiciones descritas en el ejemplo 6 salvo la concentración inicial de catalizador que se fijó en 7 % en peso. Después de 10 horas de reacción la conversión del aceite fue del 91%.
Ejemplo 8
En este ejemplo de muestra la influencia de la relación molar alcohol:aceite. Se realiza la reacción con el mismo catalizador y condiciones de reacción del ejemplo 7, salvo que la relación molar alcohol/aceite, que se fijó en 6. Después de 10 horas de reacción, la conversión de ácido fue del 93%.
Ejemplo 9
En un lecho de capacidad extensible, con un diámetro de 1 ,6 cm y una altura de 6 cm, provisto de una camisa para termostatizar la operación, se introducen 4,5 g de enzima inmovilizada. A través del mismo se hace circular una mezcla de aceite y alcohol en una relación molar 1 :3 a un caudal de 1ml/min. El catalizador enzimático empleado es el obtenido a partir de la especie fúngica Candida antárctica, inmovilizada en resina acrílica macroporosa, con un diámetro medio de poro de 180 A, una superficie específica de 95 m2/g y una actividad de 7000 PLUS/g. La temperatura de reacción se mantuvo en 70°C. El tiempo de residencia medio fue de 1 ,3 horas y la conversión del ácido fue del 18%.
En los ejemplos 10, 11 y 12, como comparación, se muestra la influencia de la complejidad de la cadena del alcohol empleado como agente de transesterificación. El catalizador empleado es obtenido a partir de la especie fúngica Candida Antárctica, inmovilizada en una resina acrílica macroporosa, con un diámetro medio de poro de 180 A, una superficie especifica 95 m2/g. y una actividad de 7000 PLUG/g. Ejemplo 10
La reacción se lleva a cabo en las mismas condiciones del ejemplo 8, salvo que el alcohol empleado en la transesterificación es metanol y la temperatura de reacción es de 60°C. Después de 10 horas de reacción, la conversión de aceite fue del 95%.
Ejemplo 11
La reacción se lleva a cabo en las mismas condiciones del ejemplo 8, con salvo que el alcohol empleado en la transesterificación es etanol. Después de 10 horas de reacción, la conversión de aceite fue del 89 %.
Ejemplo 12
La reacción se lleva a cabo en las mismas condiciones del ejemplo 8, salvo que el alcohol empleado en la transesterificación es octanol. Después de 10 horas de reacción, la conversión de aceite fue del 84%.
En los ejemplos 13 y 14, se emplea el aceite de Jojoba en forma de dos fracciones sólidas y liquidas obtenidas mediante un proceso de criogenización controlado a temperaturas entre 6 y 10°C y tiempo de operación entre 1 h y 36h. Dichas fracciones tienen diferentes composiciones y propiedades. En la Tabla 2 se recoge las propiedades de la fracción liquida y sólida.
Tabla 2: Propiedades de la fracción sólida y liquida
Fracción liquida Fracción sólida
Viscosidad (cSt) 24,6 27,9
índice de lodo (l2/100g) 85 82
Estabilidad a la oxidación (h) 60,6 34,4
CFPP (°C) 8 10
Acidez (mg/g) 0,295 0,298
Humedad (%) 0,03 0,03
Densidad (g/cm3) 0,8616 0,8620
Ejemplo 13
La reacción se lleva a cabo en las mismas condiciones del ejemplo 8, salvo que el aceite empleado en la transesterificación es una fracción liquida del aceite de Jojoba obtenida mediante un proceso criogénico controlado. Después de 10 horas de reacción, la conversión de aceite fue del 93%. A diferencia del ejemplo 8, las proporciones de los alcoholes obtenidos en este ejemplo son: Ci8:i:0.8% , C20:i:51.2% ¡ C22:i:41.5% y C24:i:6.3%.
Ejemplo 14
La reacción se lleva a cabo en las mismas condiciones del ejemplo 8, salvo que el aceite empleado en la transesterificación es una fracción sólida del aceite de Jojoba obtenida mediante un proceso criogénico controlado. Después de 10 horas de reacción, la conversión de aceite fue del 92.5%. A diferencia del ejemplo 8, las proporciones de los alcoholes obtenidos en este ejemplo son: C2o:31.4%; C22:53.3% y C2 :15.3%.
Separación de alcoholes y esteres alquílicos de Jojoba de la mezcla transesterificada utilizando cromatografía flash en columna de gel de sílice.
Ejemplo 15
La separación de los productos de reacción de transesterificación se ha llevado a cabo por cromatografía flash en columna sobre gel de sílice (gel de sílice 60, MERCK 230-400 mesh), utilizando como eluyente una mezcla de hexano/acetato de etilo en proporción 95:5. Rf( Alcoholes) = 0.33 y Rf(Esteres) = 0.52.
Los alcoholes y esteres alquílicos aislados se han identificado atendiendo a sus datos espectroscópicos y/o analíticos.
En la Tabla 3, se muestra los porcentajes de alcoholes y esteres alquílicos obtenidos usando diferentes alcoholes en el proceso de transesterificación del aceite de Jojoba
Tabla 3
Alcohol utilizado en Porcentaje Porcentaje
la transesterificación de alcoholes (% m/m) de esteres (% m/m)
Metanol (ejemplo 10) 44.32% 44.9%
Etanol (ejemplo 1 1) 41.4% 44.0%
Butanol (ejemplo 8) 43.4% 49.9%
Octanol (ejemplo 12) 39.2% 52.2%
Fraccionamiento de la mezcla de alcoholes obtenida en el ejemplo 15 por Cristalización criogénica utilizando un sistema de hexano/Éter etílico en proporción 3: 1.
Ejemplo 16
Se sometió la mezcla de alcoholes obtenida en el ejemplo 15, a fraccionamiento por cristalización. Se disolvieron 50 g de la mezcla, que contiene 4 alcoholes (Ci8:i , C20.1 , C22.1 y C24.1 ), en 200 mi de éter etílico en caliente y se diluyó posteriormente con 800 mi de hexano. La mezcla se mantuvo a 30 °C y con agitación vigorosa durante 10 mín. La precipitación fue provocada por el enfriamiento de la mezcla en un baño termostático, a -20 0 C durante 24 horas. La solución se filtró utilizando un embudo Büchner. El sólido blanco se lavó con hexano previamente enfriado y se secó bajo presión reducida para dar lugar a 4.2 g del alcohol C24:i . Las aguas madres combinadas se concentraron y se sometieron a la segunda recristalización. En la segunda recristalización se obtienen 21 .5 g de una mezcla de alcoholes; C22:i y C24:i en proporción 15: 1 . Las aguas madres resultantes se concentraron para dar lugar 22.3g de una mezcla enriquecida con los alcoholes, CIB:I , C20:i y C22:i en proporción 0.2: 5:2.
Separación de alcoholes y esteres de Jojoba, de la mezcla transesterificada con 1-butanol, por cristalización criogénica usando sistemas de disolventes alternativos en diferentes proporciones, sin pasar la mezcla por columna.
Diferentes disolventes fueron investigados durante la purificación de alcoholes alifáticos de aceite de Jojoba transesterificado con 1-butanol. El método de recristalización seguido fue el descrito anteriormente. Ocho sistemas de diferentes disolventes fueron utilizados durante el proceso de recristalización de los alcoholes alifáticos. Estos sistemas están compuestos por disolventes puros o mezcla de los mismos: hexano puro; hexano/éter etílico; hexano/acetato de etilo; hexano/diclorometano; hexano/metanol; hexano/etanol; pentano puro y pentano/éter etílico.
Las cantidades de alcoholes obtenidas y sus rendimientos a partir de 100 g del producto en bruto para cada sistema de disolvente utilizado en la recristalización se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4
Sistema de ProporCantidad Rendimiento (%) y la proporción de cada disolventes ción alcoholes alcohol
ta)
Hexano/ 1 :1 36.2 88% (C18:0.5; C20:42.2; C22:48.2; C24:9.1)
Éter etílico
Hexano/ 2:1 39.6 91 % (C18:0.6; C20:43.2; C22:46.9; C24:9.3)
Éter etílico
Hexano/ 3:1 48.9 98% (C18:0.8; C20:37.3; C22:52.0; C24:9.9)
Éter etílico
Hexano puro 41.8 93% ÍCiR:0.8: C™:37.1 : C^:51.0: C^H .Cn
Hexano/ 3:1 27.8 84% (Ci8:0.1 ; C20:30.9; C22:56.0; C24:13.0)
Acetato de
etilo
Hexano/ 3:1 28.6 81% (Ci8:0.2; C20:43.8; C22:44.0; C24:12.0) diclorometano
Hexano/ 3:1 31.2 83% (C 8:0.0; C20:39.0; C22:48.0; C2 :13.0)
Etanol
Hexano/ 3:1 29.8 84% (Ci8:0.0; C20:40.0; C22:48.0; C24:12.0) metanol
Pentano/ 3:1 47.3 97% (Ci8:0.6; C20:37.7; C22:51.2; C24:10.5) éter etílico
Pentano puro 43.1 96% (C18:0.6; C20:37.4; C22:51.0; C24:11.0)
Eter etílico 35.7 96% (C18:0.0; C20:36.0; C22:50.0; C24:14.0) puro
En resumen
El uso de la mezcla de disolventes constituida por hexano:éter etílico en proporción 3: 1 proporcionó el mejor resultado, obteniéndose el 97% de alcoholes existentes en el aceite de Jojoba tras las 2 etapas de recristalizaciones.
Separación de alcoholes y esteres de Jojoba, de la mezcla transesterificada con metanol, por cristalización criogénica usando un sistema hexanoiéter etílico en proporción 3:1
Eiemplo17
Se disolvieron 100 g del producto de la transesterificación resultante en el ejemplo 10, que contiene alcoholes y ésteres, en 200 mi de éter etílico en caliente y se diluyó posteriormente con 800 mi de hexano. La mezcla se mantuvo a 30 °C y con agitación vigorosa durante 10 min. Se deja en reposo a -20 °C durante 24 h. Aparece un sólido que se filtra usando un embudo Büchner y se lava con hexano, ambos previamente enfriados. El disolvente se eliminó a presión reducida para dar lugar a 21 g de una mezcla sólida de alcoholes C22:i y C24:i en proporción 5.8:1. a temperatura ambiente. Las aguas madres se concentraron y se sometieron a dos recristalizaciones siguiendo el mismo procedimiento. En la segunda recristalización se obtienen 13.3 g de una mezcla de alcoholes C-2o:i, C-22:i y C24:i en proporción 5.4:10:1 , mientras que el tercera se obtienen 7.5 g de una mezcla enriquecida con alcoholes Cis:i, C20:i y C22:i en proporción 0.1 :5.2:2. Las aguas madres resultantes de la tercera cristalización se concentraron para dar lugar a una mezcla de esteres metílicos de ácidos grasos de Jojoba que se pueden utilizar como carburante diesel.
Separación de alcoholes y esteres de Jojoba, de la mezcla transesterificada con etanol, por cristalización criogénica usando un sistema hexano. éter etílico en proporción 3:1
Ejemplo 18
Se disolvieron 100 g del producto de la transesterificación resultante en el ejemplo 11 , que contiene alcoholes y ésteres, en 200 mi de éter etílico en caliente y se diluyó posteriormente con 800 mi de hexano empleando un vaso de precipitados. La mezcla se mantuvo a 30 °C y con agitación vigorosa durante 10 min. Se deja en reposo a -20 °C durante 24 h. Aparece un sólido que se filtra usando un embudo Büchner y se lava con hexano, ambos previamente enfriados. El disolvente se eliminó a presión reducida para dar lugar a 18.5 gr. de una fracción de alcoholes, sólida a temperatura ambiente. Las aguas madres se concentraron, y de la misma manera se vuelve a recristalizar 2 veces más. En la segunda recristalización se obtienen 8.5 g de una mezcla de alcoholes C2o:i , C22:i y C24:i , mientras que el tercera se obtienen 3.6 g de una mezcla enriquecida con solo 2 alcoholes C2o:i y C22:i - Las aguas madres resultantes de la tercera cristalización se concentraron para dar lugar a una mezcla ésteres etílicos de ácidos grasos de Jojoba que se pueden utiliza carburante diesel. Separación de alcoholes y esteres de Jojoba, de la mezcla transesterifícada con octanol, por cristalización criogénica usando un sistema hexano.éter etílico en proporción 3:1
Ejemplo 19
Se disolvieron 100 g del producto de la transesterificación resultante en el ejemplo 12, que contiene alcoholes y ésteres, en 200 mi de éter etílico en caliente y se diluyó posteriormente con 800 mi de hexano empleando un vaso de precipitados. La mezcla se mantuvo a 30 °C y con agitación vigorosa durante 10 min. Se deja en reposo a -20 °C durante 24 h. Aparece un sólido que se filtra usando un embudo Büchner y se lava con hexano, ambos previamente enfriados. El disolvente se eliminó a presión reducida para dar lugar a 18.2 g de una fracción de alcoholes, sólida a temperatura ambiente. Las aguas madres se concentraron, y de la misma manera se vuelve a recristalizar 2 veces más. En la segunda recristalización se obtienen 8.3 g de una mezcla de alcoholes C-20:i . C22:i y C24:i , mientras que en la tercera se obtienen 4.9 g de una mezcla enriquecida con solo 2 alcoholes, C2o:i y C22:i en proporción. Las aguas madres resultantes de la tercera recristalización se concentraron para dar lugar a una mezcla esteres alquílicos de ácidos grasos de Jojoba que se pueden utilizar como carburante diesel.
En resumen
El mejor resultado de la cristalización se ha obtenido, utilizando el producto resultante de la transesterificación con 1-butanol, obteniéndose más del 97% de alcoholes con una pureza del 99%.
El contenido de alcoholes alifáticos obtenidos varia mucho dependiendo del sistema de disolventes utilizado en la cristalización, de la concentración del soluto y también del alcohol utilizado en la trasesterificación.
En general, el contenido de alcoholes alifáticos obtenidos durante la recristalización resulta mayor cuando se emplea el alcohol butílico como reactivo en la transesterificación, debido a que los esteres butílicos tienen un punto de fusión menor comparando con los esteres metílicos o etílicos. En el caso de la transesterificación con octanol, la conversión del aceite es bajo comparado con la transesterificación con los otros alcoholes, por lo que se obtiene con menor rendimiento las mezclas de alcoholes.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un diagrama para la obtención integrado de alcoholes de Jojoba y esteres monoalquílicos a partir de aceite de Jojoba.
En la figura 2 se muestra el proceso de cristalización.
La figura 3 muestra el cromatograma de gases: a) aceite de Jojoba; b) producto de la reacción de transesterificación y c) alcoholes aislados de Jojoba.
La figura 4 muestra la estructura y los datos espectrales (1H-RMN) de la mezcla de alcoholes de Jojoba.
En la figura 5 se muestra el espectro de infrarrojo de la mezcla de alcoholes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes monoinsaturados de Jojoba de entre 18 y 24 átomos de carbono de fórmula general (II) y ásteres monoalquílicos a partir de aceite de jojoba que comprende:
9 - octadecenol
11 - eicosenol
13 - docosenol
15 - tetracosenol
Figure imgf000025_0001
(II)
Transesterificación catalítica de aceite de jojoba con alcoholes de bajo y medio peso molecular para obtener una mezcla de los correspondientes alcoholes alifáticos primarios monoinsaturados y ésteres de ácidos grasos de jojoba.
Separación y fraccionamiento de los alcoholes de los ésteres mediante cromatografía flash en columna y el posterior fraccionamiento de la mezcla de alcoholes obtenida mediante cristalización criogénica o bien, mediante la separación directa de los alcoholes y ésteres resultante de la reacción de transesterificación por cristalización fraccionada. En ambos casos se utiliza un sistema de disolventes apolar/polar para la recristalización de los alcoholes.
2. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 1 , donde le aceite de jojoba está en forma de fracción sólida o líquida obtenidas mediante un proceso de criogenización controlada.
3. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 1 , donde el catalizador es un catalizador básico homogéneo o heterogéneo.
4. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 1 , donde el catalizador es una enzima.
5. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 4, donde el catalizador enzimático tiene un diámetro de poro entre 50 y 400 Á, y una superficie especifica entre 10 y 150 m2/gr.
6. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 1 , donde la reacción de transesterificación se realiza a una temperatura entre 60 y 95°C, con una concentración de catalizador entre 0,5 y 7% y un tiempo de reacción que varía entre 3 y 10 horas.
7. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 1 , caracterizado porque la reacción de transesterificación se realiza a una relación molar aceite:alcohol entre 1 : 1 y 1 :6.
8. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 1 , donde el alcohol empleado en la transesterificación es metanol, etanol, butanol u octanol.
9. Proceso integrado para la producción de diferentes mezclas enriquecidas en diferentes alcoholes, según reivindicación 1 , donde el sistema de disolventes utilizado para la separación por cristalización se elige entre el grupo formado por: acetona, éter etílico, cloroformo, hexano, heptano, pentano, acetato de etilo, metanol, etanol o la mezcla de los mismos. Mezclas enriquecidas en diferentes proporciones de alcoholes y diferentes estados a temperatura ambiente obtenibles mediante el procedimiento reivindicado
Mezclas enriquecidas en diferentes proporciones de alcoholes y en diferentes estados, a temperatura ambiente, según reivindicación 10, que comprenden:
a) Primera fracción sólida que contiene 15-tetracosenol
b) Segunda fracción liquida que contiene 13-docosenol y 15- tetracosenol, siendo 13-docosenol el mayoritario.
c) Tercera fracción liquida que contiene 9-octadecenol, 1 1- eicosenol y 13-docosenol, siendo 1 1 -eicosenol el mayoritario
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