WO2021194381A1 - Кристаллический эпоксисукцинат кальция, способ его получения и применение - Google Patents

Кристаллический эпоксисукцинат кальция, способ его получения и применение Download PDF

Info

Publication number
WO2021194381A1
WO2021194381A1 PCT/RU2021/000122 RU2021000122W WO2021194381A1 WO 2021194381 A1 WO2021194381 A1 WO 2021194381A1 RU 2021000122 W RU2021000122 W RU 2021000122W WO 2021194381 A1 WO2021194381 A1 WO 2021194381A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
calcium
epoxysuccinate
cis
hours
crystalline form
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000122
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Светлана Игоревна ГУСТЯКОВА
Денис Алексеевич Ленев
Евгения Владимировна НИКОЛАЕВА
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Сибур Холдинг" (Пао "Сибур Холдинг)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2020112407A external-priority patent/RU2787475C2/ru
Application filed by Публичное Акционерное Общество "Сибур Холдинг" (Пао "Сибур Холдинг) filed Critical Публичное Акционерное Общество "Сибур Холдинг" (Пао "Сибур Холдинг)
Publication of WO2021194381A1 publication Critical patent/WO2021194381A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C59/00—Compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms and containing any of the groups OH, O—metal, —CHO, keto, ether, groups, groups, or groups
    • C07C59/235—Saturated compounds containing more than one carboxyl group
    • C07C59/245—Saturated compounds containing more than one carboxyl group containing hydroxy or O-metal groups
    • C07C59/255—Tartaric acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00—Preparation of oxiranes
    • C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/12—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with hydrogen peroxide or inorganic peroxides or peracids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D303/00—Compounds containing three-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D303/02—Compounds containing oxirane rings
    • C07D303/48—Compounds containing oxirane rings with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, directly attached to ring carbon atoms, e.g. ester or nitrile radicals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/20—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the epoxy compounds used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G65/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G65/02—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring
    • C08G65/04—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring from cyclic ethers only
    • C08G65/22—Cyclic ethers having at least one atom other than carbon and hydrogen outside the ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/44—Polycarboxylic acids
    • C12P7/46—Dicarboxylic acids having four or less carbon atoms, e.g. fumaric acid, maleic acid

Definitions

  • the invention relates to the production of metal carboxylates, in particular, to the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, characterized by a modified crystal lattice.
  • the obtained crystalline form of cis-2, 3-epoxysuccinate of calcium is used, for example, in the production of tartaric acid, polycarboxylates, etc.
  • 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.
  • One of the methods for obtaining L - (+) - tartaric acid is a multistage process, including the following stages: obtaining an alkali or alkaline earth metal maleate; epoxidation of maleate with peroxide in the presence of epoxidation catalysts - molybdates or tungstates of alkali or alkaline earth metals to obtain epoxysuccinates of an alkali or alkaline earth metal.
  • epoxidation catalysts - molybdates or tungstates of alkali or alkaline earth metals to obtain epoxysuccinates of an alkali or alkaline earth metal.
  • calcium or barium is usually used as alkali and alkaline earth metals, the salts of which are poorly soluble or insoluble.
  • non-toxic salts are used, i. E. calcium salts;
  • 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), and the second stage of crystallization is cis-2, 3-epoxysuccinate calcium (pentahydrate) is carried out at a temperature not exceeding 70 ° C.
  • this method is characterized by insufficiently large crystals, which can lead to a slowdown in salt dissolution due to the low surface area, and, therefore, an increased fermentation time.
  • the claimed method is characterized by the formation of a large number of small crystals and gelation, which ultimately leads to a complex and long process of filtration of crystals of cis-2, 3-epoxysuccinate calcium.
  • the objective of the present invention is to develop a new crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium, which allows more efficiently carry out the process of enzymatic production of L - (+) - tartaric acid.
  • the technical result is to obtain a homogeneous and well-filterable suspension of the crystalline form of cis-2,3-calcium epoxysuccinate with a crystal size of 60 to 115 microns, preferably 100 microns.
  • An additional technical result is the absence of the effect of temperature on the formation of a new crystalline form of cis-2,3-calcium epoxysuccinate.
  • crystalline forms of a substance are understood to mean modifications of the crystalline structure that occur due to the ability of one substance to exist in different crystalline forms, or structures, called polymorphic modifications.
  • the present invention also relates to a method for producing a crystalline form of cis-2, 3-epoxysuccinate calcium according to the present invention, comprising the following steps: a) reacting maleic anhydride or maleic acid with a calcium compound to obtain acid calcium maleate;
  • FIG. 4 shows the particle size distribution of cis-2, 3-epoxysuccinate calcium obtained according to the invention by crystallization at 30 ° C.
  • FIG. 6 shows the results of a full-profile refinement of the diffractogram of cis-2,3-epoxysuccinate calcium obtained according to the invention, according to the LeBel method.
  • starting materials are used with a purity of at least 90%, preferably at least 95%, most preferably at least 98% or more.
  • the reaction is carried out in an aqueous medium, having previously dissolved maleic acid or maleic anhydride in water and adding dry calcium compounds to the resulting solution or suspension.
  • 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.
  • the mass concentration of the solution or the mass fraction of a suspension of acidic calcium maleate in water can be from 5 to 50%, preferably from 10 to 30%, most preferably from 15 to 25%.
  • the weight concentration of the catalyst can be from 0.001 to 5%, preferably from 0.1 to 0.5%.
  • the reaction is carried out for 0.5 to 24 hours, preferably 1 to 6 hours, most preferably 2 to 4 hours.
  • the reaction temperature may be 40 to 100 ° C, preferably 50 to 80 ° C, most preferably 55 to 65 ° C. At higher temperatures, hydrolysis of the epoxysuccinate to D-tartrate is possible, while at lower temperatures the reaction can be too slow.
  • the acidic cis-2,3-epoxysuccinate calcium is neutralized by adding a calcium compound in an amount of 0.4-0, b eq. to neutralize acidic salts and bring the pH value to 5-8. Precipitation of crystalline cis-2,3-epoxysuccinate calcium is observed.
  • the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium can be formed in the form of crystals of various sizes.
  • A, b 8.9121 (1)
  • A, c 7.724 (1)
  • A, beta 103.309 (1) °, which are convenient to use in the biotechnological stage of epoxy ring opening.
  • the invention discloses the use of the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium according to the present invention as a seed in a process for preparing new portions of the crystalline form of cis-2,3-epoxysuccinate calcium.
  • Elemental analysis was performed using an Elementar Vario MACRO CHNS analyzer.
  • 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) fvbil radiation, with a primary Ge (111) monochromator bent according to Johanson, in the geometry Bragg-Brentano in transmission mode (symmetric scanning w - 2Q) using a linear gas-filled position-sensitive detector.
  • the sample was ground in an agate mortar and applied to an X-ray amorphous PET film, preliminarily 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.
  • Example 3 Obtaining a crystalline form of cis-2, 3-calcium epoxysuccinate (crystallization at 50 ° C using a seed).
  • reaction mass was cooled to 30 ° C and 4.9 g of calcium carbonate and a seed in the amount of 2.5 g of cis-2,3-epoxysuccinate calcium according to Example 2. Then gradually added the remaining 44.1 g of calcium carbonate and stirred the reaction mass until the end of gas evolution. After the reaction mass was cooled to 15-20 ° C, while the reaction mass was divided into an aqueous phase and a precipitate. After that, the crystalline phase was separated from the aqueous phase by vacuum filtration on a filter with a pore size of 3-5 ⁇ m with a vacuum in the receiver of 100 mbar. Washed with 500 ml of water. Filtration took an average of 5 minutes. The product consisted of fine crystals (size distribution is shown in Figure 4). The weight after drying was 225.5 g (93%).
  • Example 4 The data of Example 1 and Example 4 on the filtration time show that the rate of filtration of crystals of cis-2,3-epoxysuccinate calcium when using a new crystalline modification as a seed is much higher (Example 4, filtration time 5 min) than in the absence of it ( Example 1, filtration time 60 min).
  • the crystallization temperature does not affect the formation of a new crystalline modification of cis-2,3-calcium epoxysuccinate.
  • the diffractogram was refined by the LeBel method in the Jana2006 software.
  • the initial refinement was carried out for the P2 / t space group (the maximum symmetric one for the monoclinic system), then - for the P21 / n group.
  • the crystal structure was solved using direct space methods in FOX software (Free Object for Xtallograhy).
  • the solution was carried out by the Monte Carlo method in the approximation of a constant occupancy of positions and a penalty for approaching atoms at a distance of less than 0.8 ⁇ .
  • Table 2 the results shown in Table 2 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. 6.
  • the calcium coordination polyhedra are shown in Fig. 7.
  • 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 that there is an ⁇ 2 0 molecule not bound to calcium in the crystal structure.
  • crystals of the second crystalline modification contain C - 17.69% H - 4.62%. According to the formula of cis-epoxysuccinate calcium pentahydrate C 4 Hi 2 0ioCa theoretically C 18.46%, H - 4.62%.
  • Example 5 Obtaining a polycarboxylate - a polymer of cis-epoxy-1,4-butanedioic acid (PESA).
  • PESA cis-epoxy-1,4-butanedioic acid
  • Example 6 Obtaining L-calcium tartrate and L - (+) - tartaric acid.
  • the Acinetobacter tartarogenes strain KB-111 was introduced into a 2-liter fermenter containing 500 ml of liquid culture medium consisting of cis-2,3-epoxysuccinate calcium (0.6%), ammonium sulfate (0.5%), dipotassium phosphate (0, 1%), magnesium sulfate (0.05%), with a pH of 7.0.
  • the above mixture was subjected to a reciprocating culture at 30 ° C. for 24 hours, and 500 ml of culture broth was obtained.
  • This culture broth was transferred to a 50 L tank, which contained 30 L of liquid culture medium consisting of peptone (0.1%), ammonium sulfate (0.5%), dipotassium phosphate (0.1%), magnesium sulfate (0, 05%), ferrous sulfate (0.001%), glucose (0.2%), with a pH of 7.0; at the same time, 180 g of cis-2,3-epoxysuccinate calcium was added to the tank according to Example 4. The resulting product was cultured at 30 ° C with stirring and aeration, while 20 g of Terravis K1-2 (trade mark Sasol) was added to the culture as an antifoam agent.
  • liquid culture medium consisting of peptone (0.1%), ammonium sulfate (0.5%), dipotassium phosphate (0.1%), magnesium sulfate (0, 05%), ferrous sulfate (0.001%), glucose (0.2%), with a pH of 7.0; at the same time, 180 g of c
  • L- (+) - tartaric acid was obtained by hydrolysis of calcium L-tartrate tetrahydrate by passing the obtained crystals of L-tartrate calcium tetrahydrate through an ion exchange column.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Epoxy Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения мелкокристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, которая может быть использована в качестве затравки для получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция и сырья для получения L-(+)-винной кислоты.

Description

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭПОКСИСУКЦИНАТ КАЛЬЦИЯ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области производства карбоксилатов металлов, в частности, к кристаллической форме цис-2,3- эпоксисукцината кальция, характеризующейся модифицированной кристаллической решеткой. Полученную кристаллическую форму цис- 2 ,3-эпоксисукцинат кальция используют, например, в производстве винной кислоты, поликарбоксилатов и т.д.
Уровень техники
L-(+)-винная кислота широко применяется в пищевой промышленности, медицине и фармакологии, аналитической химии, производстве гипсовых изделий и сухих строительных смесей и т.д.
Одним из способов получения L-(+)-винной кислоты является многостадийный процесс, включающий следующие стадии: получение малеата щелочного или щелочно-земельного металла; эпоксидирование малеата пероксидом 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;
- ферментативный гидролиз эпоксисукцинатов с получением L- (+)-винной кислоты.
Из документа GB1423028 (MITSUBISHI GAS CHEMICAL COMPANY, INC., опубл. 28.01.1976) известен способ получения цис-2,3- эпоксисукцината кальция дигидрата 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%.
Из документа GB1534195 (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), а вторую стадию кристаллизации цис-2, 3- эпоксисукцинат кальций (пентагидрата) проводят при температуре не выше 70°С. Однако данный способ характеризуется недостаточно крупными кристаллами, что может приводить к замедлению растворения соли из-за низкой площади поверхности, и, следовательно, увеличенному времени ферментации. Так же, как будет далее проиллюстрировано в примерах, заявленный способ характеризуется образованием большого количества мелких кристаллов и гелеобразованием, что в конечном итоге приводит к сложному и долгому процессу фильтрации кристаллов цис-2, 3- эпоксисукцината кальция.
Таким образом, существует необходимость в разработке улучшенных кристаллических форм цис-2,3-эпоксисукцината кальция и способов их получения, а также приготовления хорошо фильтрующихся суспензий цис-2,3-эпоксисукцината кальция для повышения эффективности стадии эпоксидирования и последующей стадии ферментации.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка новой кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, позволяющей более эффективно проводить процесс ферментативного получения L-(+)-винной кислоты.
Технический результат заключается в получении новой кристаллической формы цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22 °С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.724(1) A, beta=103.309(1)°, характеризующейся размером частиц от 60 до 115 мкм, предпочтительно 100 мкм.
Также техническим результатом является получение однородной и хорошо фильтрующейся суспензии кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция с размером кристаллов от 60 до 115 мкм, предпочтительно 100 мкм. Дополнительным техническим результатом является отсутствие влияния температуры на процесс образования новой кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
Данная техническая задача решается, и достижение технического результата обеспечивается за счет получения новой кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция при выдерживании нестабильной кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 часов, а также за счет дальнейшего использования новой кристаллической формы цис- 2 ,3-эпоксисукцината кальция в качестве затравочных кристаллов при кристаллизации (затравки).
Здесь и далее под различными «кристаллическими формами вещества» понимают видоизменения кристаллической структуры, происходящие из-за способности одного вещества существовать в различных кристаллических формах, или структурах, называемых полиморфными модификациями.
Авторами настоящего изобретения было неожиданно обнаружено, что при выдерживании первоначальной трудно филь рующейся кристаллической формы цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, образуются кристаллы новой кристаллической модификации. Дальнейшее использование новой кристаллической формы в качестве затравки позволяет получить хорошо фильтрующуюся суспензию цис- 2,3-эпоксисукцината кальция со средним размером частиц 100 мкм.
Неожиданно было обнаружено, что при кристаллизации с затравкой, распределение кристаллов по размерам практически не зависит от температуры кристаллизации, максимум распределения размеров кристаллов составляет 100 мкм.
Настоящее изобретение также относится к способу получения кристаллической формы цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция согласно настоящему изобретению, включающему следующие стадии: a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция; c) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; d) выдерживание цис-2,3-эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 ч с получением кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция e) выделение кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
Настоящее изобретение также относится к однородной суспензии кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция согласно настоящему изобретению, где кристаллы принадлежат к пространственной группе R2c/h, причем параметры кристаллической решетки при 22 °С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8. 9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°.
Также настоящее изобретение относится к применению кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция согласно настоящему изобретению в качестве затравки в способе получения новых порций кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция .
Настоящее изобретение также относится к способу получения кристаллической формы цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, включающему следующие стадии: a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого эпоксисукцината кальция; c) добавление от 0,1 до 20 мас.% затравки; d) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; e) выделение кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция; отличающийся тем, что в качестве затравки используют кристаллическую форму цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция согласно настоящему изобретению.
Также настоящее изобретение относится к способу получения L-(+)-винной кислоты, включающему стадии: а) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция; b) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция; c) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; d) выдерживание цис-2,3-эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 ч с получением кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°; e) ферментативный гидролиз полученной кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
Настоящее изобретение также относится к способу получения L- (+)-винной кислоты, включающему стадии; a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого эпоксисукцината кальция; c) добавление от 0,1 до 20 мае.% затравки; d) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; e) ферментативный гидролиз полученной кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, отличающийся тем, что в качестве затравки используют кристаллическую форму цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°.
Описание фигур
Для пояснения технических решений, раскрывающих суть настоящего изобретения, представлены Фиг. 1 -7.
На Фиг. 1 представлена дифрактограмма цис-2,3- эпоксисукцината кальция, полученного по прототипу.
На Фиг. 2 представлена дифрактограмма цис-2,3- эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению. На Фиг. 3 представлено распределение по размерам частиц цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению при кристаллизации при 50°С.
На Фиг. 4 представлено распределение по размерам частиц цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению при кристаллизации при 30°С.
На Фиг. 5 представлен ИК-спектр цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению, где сплошной линией представлен спектр цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по Примеру 3, пунктирной линией - спектр цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по Примеру 4.
На Фиг. 6 приведены результаты полнопрофильного уточнения дифрактограммы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению, по методу ЛеБеля.
На Фиг.7 приведена проекция координационных полиэдров ионов кальция в кристаллической структуре цис-2,3-эпоксисукцината кальция, полученного по изобретению.
Подробное описание изобретения
Далее приводится описание различных аспектов реализации настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к кристаллической форме цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, где ее кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8 . 9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°.
В одном варианте осуществления изобретения, раскрывается способ получения кристаллической модификации цис-2,3- эпоксисукцината кальция по настоящему изобретению, где кристаллическую форму получают следующим способом: a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция; c) нейтрализация кислого цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция добавлением соединения кальция; d) выдерживание суспензии цис-2,3-эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 ч с получением кристаллической формы цис- 2,3-эпоксисукцината кальция; е) выделение кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
Общая схема получения цис-2,3-эпоксисукцината кальция представлена следующим образом:
Figure imgf000008_0001
Стадия а) получение кислого малеата кальция.
Кислый малеат кальция получают путем взаимодействия малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция. В качестве соединения кальция используют карбонат кальция. Соотношение малеиновой кислоты или малеинового ангидрида к соединению кальция меньше эквимолярного (т.е. менее 1:1) и составляет предпочтительно 1:0,5.
Предпочтительно используют исходные вещества со степенью чистоты не менее 90%, предпочтительно не менее 95%, наиболее предпочтительно не менее 98% и выше. Предпочтительно реакцию проводят в водной среде, предварительно растворив малеиновую кислоту или малеиновый ангидрид в воде и добавляя в полученному раствору или суспензии соединения кальция в сухом виде.
Реакцию можно проводить при перемешивании для упрощения отведения диоксида углерода и ускорения растворения соединения кальция. Реакцию предпочтительно проводят в течение от 10 мин до 10 ч, предпочтительно от 20 мин до 3 ч, наиболее предпочтительно от 30 мин до 2 ч.
Температура реакции составляет от 0 до 100 °С, предпочтительно от 15 до 70°С, наиболее предпочтительно от 20 до 60°С.
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 .
Стадия Ь) получение кислого цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция .
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. Массовая концентрация раствора или массовая доля суспензии кислого малеата кальция в воде может составлять от 5 до 50%, предпочтительно от 10 до 30%, наиболее предпочтительно от 15 до 25%. Массовая концентрация катализатора может составлять от 0,001 до 5%, предпочтительно от 0,1 до 0,5%.
Пероксид водорода вводят в реакционную смесь в виде раствора в воде. Концентрация раствора может составлять любую удобную концентрацию от 5 до 100%. Наиболее предпочтительно использовать товарные формы пероксида водорода с концентрацией от 20 до 40%. Пероксид водорода можно добавлять единовременно или по частям. Наиболее предпочтительно, с целью контроля температуры реакционной среды, добавлять пероксид водорода постепенно в течение от 5 мин до 3 ч.
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.
Реакцию проводят в течение от 0,5 до 24 ч, предпочтительно от 1 до б ч, наиболее предпочтительно от 2 до 4 ч.
Температура реакции может составлять от 40 до 100°С, предпочтительно от 50 до 80°С, наиболее предпочтительно от 55 до 65°С. При более высокой температуре возможен гидролиз эпоксисукцината в D-тартрат, тогда как при более низкой температуре реакция может идти слишком медленно.
Стадия с) нейтрализация кислого цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция .
По окончании реакции эпоксидирования проводят нейтрализацию кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция, описанных ранее на стадии а), в количестве 0,4-0,6 экв. для нейтрализации кислых солей и доведения значения pH до 5-8.
Стадия d) выдерживание цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
Выдерживание можно проводить при температуре от 10 до 60°С, предпочтительно от 20 до 40°С.
Для выделения цис-2,3-эпоксисукцината кальция суспензию выдерживают в течение от 24 до 240 ч, предпочтительно от 32 до 120 ч, наиболее предпочтительно от 48 до 96 ч. Стадия e) выделение кристаллической формы цис-2 ,3- эпоксисукцината кальция.
По окончании выдерживания визуально заметно образование двух кристаллических форм цис-2,3-эпоксисукцината кальция: мелких кристаллов, соответствующих по своей структуре кристаллам цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, известным из уровня техники, и крупных кристаллов, представляющих собой цис-2,3-эпоксисукцинат кальция по изобретению. Разделение кристаллических форм осуществляют, например, путем просеивания.
После разделения крупные кристаллы цис-2,3-эпоксисукцината кальция по изобретению размалываются. Размолотые кристаллы могут быть использованы как в качестве исходного компонента в органическом синтезе, так и в качестве затравки в процессе получения новых порций цис-2,3-эпоксисукцината кальция, как будет описано ниже.
В другом варианте осуществления изобретения, раскрывается способ получения кристаллической формы цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция согласно настоящему изобретению, включающий следующие стадии : a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата пероксидом водорода в присутствии катализаторов с получением кислого цис-2,3- эпоксисукцината кальция; c) добавление от 0,1 до 20 мас.% затравки; d) нейтрализация кислых солей с одновременной кристаллизацией цис-2,3-эпоксисукцината кальция; e) выделение кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция; отличающийся тем, что в качестве затравки используют кристаллическую форму цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция по настоящему изобретению.
Стадии а) получения малеата кальция и Ь) кислого цис-2,3- эпоксисукцината кальция идентичны стадиям а) и Ь) описанного выше способа.
Стадия с) добавление затравки.
Затравку, представляющую собой кристаллическую форму цис- 2,3-эпоксисукцината кальция, добавляют 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.
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.
Стадия d) нейтрализация кислых солей.
После введения в реакционную массу затравки проводят нейтрализацию кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция в количестве 0,4-0,б экв . для нейтрализации кислых солей и доведения значения pH до 5-8. Наблюдается выпадение в осадок кристаллического цис-2,3- эпоксисукцината кальция.
Кристаллическая форма цис-2,3-эпоксисукцината кальция может образовываться в виде кристаллов различного размера. Однако, предпочтительно, кристаллическая форма образуется в виде мелких кристаллов со средним размером частиц от 65 до 115 мкм, предпочтительно 100 мкм, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22 °С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.724(1) A, beta=103.309(1)°, которые удобно использовать в биотехнологической стадии раскрытия эпоксидного цикла.
В другом варианте осуществления изобретения раскрывается однородная водная суспензия кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°.
В другом варианте осуществления изобретения раскрывается применение кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция согласно настоящему изобретению в качестве затравки в способе получения новых порций кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция.
Кристаллическая форма цис-2,3-эпоксисукцината кальция согласно настоящему изобретению может быть использована для получения винной кислоты путем ферментативного гидролиза указанной кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция. Также, однородная суспензия кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция может быть использована как подходящее сырье для получения (со)полимерных карбоксилатов, например, 2,3- полиэпоксисукцината натрия (PESA), используемых в синтетических моющих средствах, а также в качестве ингибиторов солеотложения в технике.
Осуществление изобретения
Методы исследования цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
Элементный анализ проводили при помощи анализатора элементного состава «Elementar Vario MACRO CHNS».
Порошковая рентгенография
Первичный рентгенофазовый анализ образцов проводился на рентгеновском дифрактометре XRD-7000S (Shimadzu, Япония) на медном излучении СиКа (l=1,5418 А) с вторичным графитовым монохроматором в геометрии Брегга-Брентано в режиме «на отражение» с использованием сцинтилляционного детектора с шагом сканирования 0,02° в диапазоне углов от 10 до 80° и временем экспозиции в каждой точке 0,6 с.
В дальнейшем, регистрация прецизионной дифрактограммы порошка цис-2,3-эпоксисукцината кальция была выполнена на дифрактометре STOE STADI-P (управляющее ПО WinXPow), излучение Со (кобальт) fvbil, с первичным Ge (111) монохроматором, изогнутым по Иогансону, в геометрии Брегга-Брентано в режиме «на просвет» (симметричное сканирование w - 2Q) с использованием линейного газонаполненного позиционно-чувствительного детектора. Для регистрации дифрактограммы образец перетирали в агатовой ступке и наносили на рентгенаморфную РЕТ-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.
Инфракрасная спектроскопия (ИК)
ИК спектры регистрировали на ИК-Фурье спектрометре Varian Excalibur НЕ 3600 (Австралия) на приставке НПВО с кристаллом ZnSe/алмаз в области частот 400-4000 см-1.
Распределение размеров кристаллов
Определение размеров частиц проводили методом лазерной гранулометрии с помощью прибора Horiba LA-950V2 при суспендировании порошка эпоксисукцината кальция в деионизованной воде. Для расчетов использовали показатели преломления тартрата кальция (1,535) и деионизованной воды (1,333).
Пример 1 (сравнительный по прототипу). Получение кристаллов цис-эпоксисук ината кальция.
98 г малеинового ангидрида растворяли в 400 г воды в трехгорлой колбе. Затем добавляли 50 г карбоната кальция (0,5 моль карбоната кальция на 1 моль малеинового ангидрида) . Перемешивали верхнеприводной мешалкой со скоростью 400 об/мин. После того как весь карбонат кальция прореагировал, добавляли 6,6 г вольфрамата натрия. Нагревали реакционную массу до 60°С и дозировали 102 г 35 мае.% раствора перекиси водорода через капельную воронку в течение 1 часа. По окончании дозирования всей перекиси водорода перемешивание продолжали в течение 7 часов. После этого охлаждали реакционную массу до 30°С и постепенно добавляли 49 г карбоната кальция. После реакционную массу охлаждали до 15-20°С. Полученные кристаллы цис-2,3- эпоксисукцината кальция образовывали плотную массу, не отделяющуюся от водной фазы. К реакционной массе добавляли 500 мл промывочной воды, при добавлении промывочной воды, 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. Получившийся осадок представлял собой мелкодисперсные (размер около 10-100 мкм) кристаллы. Кристаллы сушили в течение 72 ч на воздухе, масса составила 88 г (выход 36%). Рентгенограмма полученных кристаллов представлена на Фиг.1.
Пример 2. Получение кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция.
98 г малеинового ангидрида растворяли в 400 г воды в трехгорлой колбе. Затем добавляли 50 г карбоната кальция (0,5 моль карбоната кальция на 1 моль малеинового ангидрида). После того как весь карбонат кальция прореагировал, добавляли 6,6 г вольфрамата натрия. Нагревали реакционную массу до 60°С и дозировали 102 г 35 мас.% раствора перекиси водорода через капельную воронку в течение 1 часа. По окончании дозирования всей перекиси водорода реакцию проводили в течение 7 часов. После этого охлаждали реакционную массу до 30°С и постепенно добавляли 49 г карбоната кальция. После реакционную массу охлаждали до 15-20°С. Полученную суспензию цис-2, 3- эпоксисукцината кальций выдерживали в течение 72 ч. При этом происходило образование крупных сростков кристаллов (до 150 мкм) в смеси с первоначальными мелкодисперсными кристаллами. При этом водная фаза хорошо отделялась. Смесь фильтровали и сушили на воздухе. Смесь кристаллов просеивали и отделяли крупные кристаллы (более 50 мкм). Получали 100 г крупных кристаллов и 30 г мелких кристаллов. Крупные кристаллы размалывали в агатовой ступке и анализировали. Порошковая рентгенограмма полученной кристаллической формы представлена на Фиг.2.
Пример 3. Получение кристаллической формы цис-2 ,3- эпоксисукцината кальция (кристаллизация при 50°С с применением затравки) .
98 г малеинового ангидрида растворяли в 400 г воды в трехгорлой колбе. Затем добавляли 50 г карбоната кальция (0,5 моль карбоната кальция на 1 моль малеинового ангидрида). После того как весь карбонат кальция прореагировал, добавляли 6,6 г вольфрамата натрия. Нагревали реакционную массу до 60°С и дозировали 102 г 35 мас.% раствора перекиси водорода через капельную воронку в течение 1 часа. По окончании дозирования перекиси водорода реакцию проводили в течение 7 часов. После этого охлаждали реакционную массу до 50°С и постепенно добавляли 4,9 г карбоната кальция и затравку в количестве молотого 2,5 г цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, полученного по Примеру 2. Затем постепенно добавляли оставшиеся 44,1 г карбоната кальция и перемешивали реакционную массу до окончания выделения газа. После реакционную массу охлаждали до 15-20°С, при этом происходило разделение реакционной массы на водную фазу и осадок. После этого отделяли крис аллическую фазу от водной при помощи вакуум-фильтрования на фильтре с размером пор 3-5 мкм с разрежением в приемнике 100 мбар. Промывали 500 мл воды. Фильтрование занимало в среднем 5 минут. Продукт представлял собой мелкодисперсные кристаллы (распределение по размерам представлено на Фиг.З). Масса после сушки составила 218,2 г (выход 90%).
Пример 4. Получение кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция (кристаллизация при 30°С с применением затравки) .
98 г малеинового ангидрида растворяли в 400 г воды в трехгорлой колбе. Затем добавляли 50 г карбоната кальция (0,5 моль карбоната кальция на 1 моль малеинового ангидрида). После того как весь карбонат кальция прореагировал, добавляли 6,6 г вольфрамата натрия. Нагревали реакционную массу до 60 °С и дозировали 102 г 35 мас.% раствора перекиси водорода через капельную воронку в течение 1 часа. По окончании дозирования всей перекиси водорода реакцию проводили в течение 7 часов. После этого охлаждали реакционную массу до 30°С и постепенно добавляли 4,9 г карбоната кальция и затравку в количестве 2,5 г цис-2,3-эпоксисукцината кальция по Примеру 2. Затем постепенно добавляли оставшиеся 44,1 г карбоната кальция и перемешивали реакционную массу до окончания выделения газа. После реакционную массу охлаждали до 15-20°С, при этом реакционная масса разделилась на водную фазу и осадок. После этого отделяли кристаллическую фазу от водной при помощи вакуум-фильтрования на фильтре с размером пор 3-5 мкм с разрежением в приемнике 100 мбар. Промывали 500 мл воды. Фильтрование занимало в среднем 5 минут . Продукт представлял собой мелкодисперсные кристаллы (распределение по размерам представлено на Фиг.4). Масса после осушки составила 225,5 г (93%).
Результаты рентгенофазового анализа кристаллов цис-2, 3- эпоксисукцината кальция, полученных по Примеру 1 (сравнительный по прототипу) и Примеру 2, приведенные на Фиг.1 и Фиг. 2, соответственно, указывают на разную кристаллическую форму, а именно, разное кристаллическое строение цис-2,3-эпоксисукцината кальция, получаемого в данных примерах. Таким образом, кристаллы цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция по Примеру 2, полученные длительной выдержкой реакционной массы, характеризуются новой модификацией кристаллического цис-2,3-эпоксисукцината кальция пентагидрата .
Данные Примера 1 и Примера 4 по времени фильтрования показывают, что скорость фильтрования кристаллов цис-2,3- эпоксисукцината кальция при применении новой кристаллической модификации в качестве затравки, гораздо выше (Пример 4, время фильтрования 5 мин), чем в случае ее отсутствия (Пример 1, время фильтрования 60 мин).
По данным, представленным на Фиг.3 и Фиг. 4, можно сделать вывод, что температура кристаллизации не влияет на размер кристаллов суспензии соли, который составляет в среднем около 10 мкм. ИК-спектры продуктов, полученных по Примеру 3 и Примеру 4, приведены на Фиг.5. Высокое сходство спектров указывает, что состав продукта, при разных температурах осаждения, также остается постоянным.
Таким образом, температура кристаллизации не оказывает влияния на процесс образования новой кристаллической модификации цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
По данным анализа рентгенограммы продукта по Примеру 2 и повторных рентгенограмм (порошка по Примеру 4) проводили Рентх<енофазовый и рентгеноструктурный анализ.
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 h. Профильный анализ проводили в диапазоне 8-52 °2Q. 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 ST0E 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 1.
На основании полученных при индицировании данных дифрактограмма была уточнена методом ЛеБеля в ПО Jana2006. Исходное уточнение проводили для пространственной группы Р2/т (максимальной симморфной для моноклинной сингонии), затем - для группы Р21/п.
Таблица 1. Параметры элементарной ячейки и критерий качества индицирования
Figure imgf000016_0001
Рассчитанный сдвиг нуля, °2Q -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 0.8Ά. В результате решения и уточнения структуры получили результаты, приведенные в Таблице 2. Уточнение кристаллической структуры позволило достичь высококачественного соответствия между теоретической и экспериментальной дифрактограммами . Результаты полнопрофильного уточнения приведены на Фиг.6.
Координационные полиэдры кальция представлены на Фиг .7. 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 Н20.
Таблица 2 - Результаты рентгеноструктурного анализа
Figure imgf000017_0001
По данным элементного анализа, кристаллы второй кристаллической модификации содержат С - 17,69% Н - 4,62%. По формуле пентагидрата цис-эпоксисукцината кальция C4Hi20ioCa теоретически С 18,46%, Н - 4,62%.
Пример 5. Получение поликарбоксилата - полимера цис-эпокси- 1,4-бутандиовой кислоты (PESA).
Кристаллы цис-2,3- эпокисукцината кальция из примера 4 (200 г, 0,826 моль), суспендированные в 500 мл Н20, смешивали с водным раствором сульфата натрия (118 г, 0,831 моль, в 500 мл Н20) при 30 °С. Смесь интенсивно перемешивали в течение 2 ч. Затем отфильтровывали осадок сульфата кальция дигидрата, осадок промывали 100 мл воды. Фильтрат представлял собой водный раствор динатрия цис-2 ,3-эпоксисукцината. К фильтрату добавляли 25 г (0,103 моль) кальция цис-2 ,3-эпокисукцината, полученного по Примеру 4, и 16,5 г (0,206 моль) 50% раствора NaOH. Смесь нагревали при перемешивании до 100 °С и выдерживали 2 ч с обратным холодильником. Затем раствор подкисляли до pH 2 соляной кислотой и отфильтровывали осадок полимера. Полимер суспендировали в 200 мл Н20 и подщелачивали 50% раствором NaOH до значения pH равного 6. Молекулярная масса поликарбоксилата Mw по данным ГПХ составляла 1083 г/моль.
Пример 6. Получение L-тартрата кальция и L-(+)-винной кислоты .
Штамм Acinetobacter tartarogenes КВ-111 вносили в ферментер емкостью 2 л, содержащий 500 мл жидкой культуральной среды, состоящей из цис-2,3-эпоксисукцината кальция (0,6%), сульфата аммония (0,5%), дикалийфосфата (0,1%), сульфата магния (0,05%), с pH 7,0. Вышеуказанную смесь подвергали культивированию с возвратно-поступательным движением при 30°С в течение 24 часов и получали 500 мл культурального бульона. Этот культуральный бульон переносили в резервуар емкостью 50 л, который содержал 30 л жидкой культуральной среды, состоящей из пептона (0,1%), сульфата аммония (0,5%), дикалийфосфата (0,1%), сульфата магния (0,05%), сульфата железа (0,001%), глюкозы (0,2%), с pH 7.0; в то же время добавляли в резервуар 180 г цис-2,3-эпоксисукцината кальция по Примеру 4. Полученный продукт культивировали при 30°С с перемешиванием и аэрацией, при этом добавляли в культуру 20 г Terravis К1-2 (торговая марка Sasol) в качестве пеногасителя. По истечении 24 часов после начала культивирования добавляют 6 кг цис-2,3-эпоксисукцината кальция пентагидрата с последующей культивацией в течение 24 часов. Примерно 30 л полученного культурального бульона фильтровали с помощью фильтровального пресса и полученный осадок промывали водой. Продукт суспендировали в 10 л воды, центрифугировали, осадок вновь отделяли и промывали водой. Получали кристаллы L-тартрата кальция тетрагидрата массой 5,8 кг, выход 94%.
L- (+)-винную кислоту получали гидролизом L-тартрата кальция тетрагидрата путем пропускания полученных кристаллов L-тартрата кальция тетрагидрата через ионообменную колонку.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Кристаллическая форма цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция отличающаяся тем, что кристаллы принадлежат к пространственной группе R2i/h, где параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15. 1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) А, beta=103. 309(1)°.
2. Кристаллическая форма по п.1, где размер кристаллов составляет от 60 до 115 мкм.
3. Кристаллическая форма по п.2, где размер кристаллов составляет 100 мкм.
4. Способ получения кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция по п.1, включающий следующие стадии: a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция; c) нейтрализация кислого цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; d) выдерживание цис-2,3-эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 ч с получением кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция e) выделение кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция .
5. Способ по п.4, где на стадии а) соотношение малеиновой кислоты или малеинового ангидрида к соединению кальция составляет 1:0,5.
6. Способ по п.4, где на стадии а) реакцию проводят в течение от 10 мин до 10 ч.
7. Способ по п.6, где на стадии а) реакцию проводят в течение от 20 мин до 3 ч.
8. Способ по п.7, где на стадии а) реакцию проводят в течение от 30 мин до 2 ч.
9. Способ по п.4, где на стадии а) температура реакции составляет от 0 до 100°С.
10. Способ по п.9, где на стадии а) температура реакции составляет от 15 до 70°С.
11. Способ по п.10, где на стадии а) температура реакции составляет от 20 до 60°С.
12. Способ по п.4, где пероксид водорода вводят в реакционную смесь в виде раствора в воде.
13. Способ по п.12, где используют раствор пероксида водорода в воде с концентрацией от 5 до 100%
14. Способ по п.13, где используют раствор пероксида водорода в воде с концентрацией от 20 до 40%.
15. Способ по п.4, где пероксид водорода вводят единовременно .
16. Способ по п.4, где пероксид водород вводят по частям в течение от 5 мин до 3 ч.
17. Способ по п.4, где катализатор эпоксидирования представляет собой вольфрамовую и/или молибденовую кислоты, гетерополикислоты вольфрама и молибдена, соли вольфрамовой и молибденовой кислот.
18. Способ по п.17, где катализатор эпоксидирования представляет собой вольфрамат натрия, вольфрамат калия, молибдат натрия, фосфорвольфрамовую кислоту, фосфомолибденовую кислоту и кремнийвольфрамовую кислоту.
19. Способ по п.4, где на стадии Ь) температура реакции составляет от 40 до 100°С.
20. Способ по п.19, где на стадии Ь) температура реакции составляет от 50 до 80°С.
21. Способ по п.20, где на стадии Ь) температура реакции составляет от 55 до 65°С.
22. Способ по п.4, где на стадии Ь) реакцию проводят в течение от 0,5 до 24 ч.
23. Способ по п.22, где на стадии Ь) реакцию проводят в течение от 1 до 6 ч.
24. Способ по п.23, где на стадии Ь) реакцию проводя в течение от 2 до 4 ч.
25. Способ по п.4, где на стадии d) выдержку осуществляют от 32 до 120 ч.
26. Способ по п.25, где на стадии d) выдержку осуществляют от 48 до 96 ч.
27. Способ по п.4, где на стадии d) выдержку осуществляют при температуре от 10 до 60°С.
28. Способ по п.27, где на стадии d) выдержку осуществляют при температуре от 20 до 40°С.
29. Однородная водная суспензия кристаллической формы цис- 2,3-эпоксисукцината кальция по п.1, где кристаллы принадлежат к пространственной группе R2i/h, причем параметры кристаллической решетки при 22 °С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°.
30. Применение кристаллической формы цис-2, 3- эпоксисукцината кальция по п.1 в качестве затравки в способе получения новых порций кристаллической формы цис-2, 3- эпоксисукцината кальция.
31. Способ получения кристаллической формы цис-2, 3- эпоксисукцината кальция по п.1, включающий следующие стадии: a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого эпоксисукцината кальция; c) добавление от 0,1 до 20 мае. % затравки; d) нейтрализация кислого цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; отличающийся тем, что в качестве затравки используют кристаллическую форму цис-2,3-эпоксисукцината кальция по п.1.
32. Способ по п.31, где на стадии а) соотношение малеиновой кислоты или малеинового ангидрида к соединению кальция составляет 1:0,5.
33. Способ по п.31, где на стадии а) реакцию проводят в течение от 10 мин до 10 ч.
34. Способ по п.ЗЗ, где на стадии а) реакцию проводят в течение от 20 мин до 3 ч.
35. Способ по п.34, где на стадии а) реакцию проводят в течение от 30 мин до 2 ч.
36. Способ по п.31, где на стадии а) температура реакции составляет от 0 до 100°С.
37. Способ по п.36, где на стадии а) температура реакции составляет от 15 до 70°С.
38. Способ по п.37, где на стадии а) температура реакции составляет от 20 до 60°С.
39. Способ по п.31, где пероксид водорода вводят в реакционную смесь в виде раствора в воде.
40. Способ по п.39, где используют раствор пероксида водорода в воде с концентрацией от 5 до 100%
41. Способ по п.40, где используют раствор пероксида водорода в воде с концентрацией от 20 до 40%.
42. Способ по п.31, где пероксид водорода вводят единовременно.
43. Способ по п.31, где пероксид водород вводят по частям в течение от 5 мин до 3 ч.
44. Способ по п.31, где катализатор эпоксидирования представляет собой вольфрамовую и/или молибденовую кислоты, гетерополикислоты вольфрама и молибдена, соли вольфрамовой и молибденовой кислот.
45. Способ по п.44, где катализатор эпоксидирования представляет собой вольфрамат натрия, вольфрамат калия, молибдат натрия, фосфорвольфрамовую кислоту, фосфомолибденовую кислоту и кремнийвольфрамовую кислоту.
46. Способ по п.31, где на стадии Ь) температура реакции составляет от 40 до 100°С.
47. Способ по п.31, где на стадии Ь) температура реакции составляет от 50 до 80°С.
48. Способ по п.47, где на стадии Ь) температура реакции составляет от 55 до 65°С.
49. Способ по п. 31, где на стадии Ь) реакцию проводят в течение от 0,5 до 24 ч.
50. Способ по п.49, где на стадии Ь) реакцию проводят в течение от 1 до б ч.
51. Способ по п.50, где на стадии Ь) реакцию проводя в течение от 2 до 4 ч.
52. Способ по п.31, где затравку добавляют в количестве от 0,2 до 5 мас.%.
53. Способ по п.52, где затравку добавляют в количестве от 0,5 до 2 мас.%.
54. Способ получения L-(+)-винной кислоты, включающий стадии : a) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция;
B) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция; c) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; d) выдерживание цис-2,3-эпоксисукцината кальция в течение от 24 до 240 ч с получением кристаллической формы цис-2,3- эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)° е) ферментативный гидролиз полученной кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция.
55. Способ получения L-(+)-винной кислоты, включающий стадии : а) взаимодействие малеинового ангидрида или малеиновой кислоты с соединением кальция с получением кислого малеата кальция; b) эпоксидирование кислого малеата кальция пероксидом водорода в присутствии катализаторов эпоксидирования с получением кислого эпоксисукцината кальция; c) добавление от 0,1 до 20 мас.% затравки; d) нейтрализация кислого цис-2,3-эпоксисукцината кальция путем добавления соединения кальция; e) ферментативный гидролиз полученной кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция, отличающийся тем, что в качестве затравки используют кристаллическую форму цис-2 ,3-эпоксисукцината кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°.
56. Способ получения поликарбоксилата, в котором в качестве (со)мономера используют цис-2,3-эпоксисукцинат кальция, где кристаллы принадлежат к пространственной группе Р21/п, причем параметры кристаллической решетки при 22°С составляют а=15.1916(2) А, Ь=8.9121(1) А, с=7.4724(1) A, beta=103.309(1)°.
PCT/RU2021/000122 2020-03-26 2021-03-25 Кристаллический эпоксисукцинат кальция, способ его получения и применение WO2021194381A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020112407 2020-03-26
RU2020112407A RU2787475C2 (ru) 2020-03-26 Кристаллическая форма эпоксисукцината кальция, способ ее получения и применение для получения винной кислоты

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021194381A1 true WO2021194381A1 (ru) 2021-09-30

Family

ID=77836508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000122 WO2021194381A1 (ru) 2020-03-26 2021-03-25 Кристаллический эпоксисукцинат кальция, способ его получения и применение

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021194381A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1534195A (en) * 1975-05-07 1978-11-29 Takeda Chemical Industries Ltd Method for producing l(+)-tartaric acid
CN101602852B (zh) * 2009-07-13 2011-04-06 山东省泰和水处理有限公司 一种水处理用聚环氧琥珀酸钠的制备方法
US9109084B1 (en) * 2014-09-18 2015-08-18 Jacam Chemical Company 2013, Llc Synthesis of polyepoxy succinic acid compounds using free radical initiators
CN105753818A (zh) * 2014-12-17 2016-07-13 怀来县长城生物化学工程有限公司 合成环氧琥珀酸钙悬浊液的方法和生产l-(+)-酒石酸的方法
EP2370586B1 (en) * 2008-12-02 2017-11-01 PURAC Biochem BV Process for the preparation of a monovalent succinate salt

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1534195A (en) * 1975-05-07 1978-11-29 Takeda Chemical Industries Ltd Method for producing l(+)-tartaric acid
EP2370586B1 (en) * 2008-12-02 2017-11-01 PURAC Biochem BV Process for the preparation of a monovalent succinate salt
CN101602852B (zh) * 2009-07-13 2011-04-06 山东省泰和水处理有限公司 一种水处理用聚环氧琥珀酸钠的制备方法
US9109084B1 (en) * 2014-09-18 2015-08-18 Jacam Chemical Company 2013, Llc Synthesis of polyepoxy succinic acid compounds using free radical initiators
CN105753818A (zh) * 2014-12-17 2016-07-13 怀来县长城生物化学工程有限公司 合成环氧琥珀酸钙悬浊液的方法和生产l-(+)-酒石酸的方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BERNSHTEIN DZH.: "Polimorfizm molekuliarnykh kristallov", SCIENCE, 2007, Moscow, pages 500, ISBN: 978-5-02-035729-7 *
DYTNERSKII IU.I.: "Protsessy i apparaty khimicheskoi tekhnologii", KHIMIIA, 1995, Moscow, pages 368, ISBN: 5-7245-1007-3 *
HUANG HENGHUI ET AL.: "Polyepoxysuccinic acid with hyper-branched Structure as an environmentally friendly scale inhibitor and its scale inhibition mechanism", JOURNAL OF SAUDI CHEMICAL SOCIETY, vol. 23, no. 1, 2019, pages 61 - 74, XP085573807, DOI: 10.1016/j.jscs. 2018.04.00 3 *
KITAMURA MITSUTAKA: "Controlling factor of polymorphism in crystallization process", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, vol. 237 - 23, 2002, pages 2205 - 2214, XP004356336, DOI: 10.1016/80022-0248(01)02277-1 *
PIKKERING U.F.: "Sovremennaia analiticheskaia khimiia", KHIMIIA, 1977, Moscow, pages 560 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020112407A (ru) 2021-09-27
RU2020112407A3 (ru) 2021-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0319917B1 (en) Process for batchwise acetal production
US9314774B2 (en) Catalyst for methanol production, method of producing the same and process of methanol production
Song et al. Synthesis and characterization of magnesium hydroxide by batch reaction crystallization
CN104229826A (zh) 一种zsm-5 分子筛及其制备方法
US3953584A (en) Process for the preparation of basic aluminum chlorides
CN108217665A (zh) 一种纯硅纳米Beta分子筛及其制备方法
RU2757039C2 (ru) Способ получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция
WO2021194382A1 (ru) Способ получения кристаллической формы цис-2, 3-эпоксисукцината кальция
WO2021194381A1 (ru) Кристаллический эпоксисукцинат кальция, способ его получения и применение
RU2787475C2 (ru) Кристаллическая форма эпоксисукцината кальция, способ ее получения и применение для получения винной кислоты
RU2756956C2 (ru) Способ получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция
Lennartson et al. Absolute asymmetric synthesis of five-coordinate complexes
CN112028087A (zh) 过渡金属元素掺杂的AlPO-15分子筛及其制备方法
CN1109576C (zh) 制备水滑石及其金属氧化物的方法
RU2763329C2 (ru) Способ получения кристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция
RU2762326C2 (ru) Способ получения мелкокристаллической формы цис-2,3-эпоксисукцината кальция
RU2389690C2 (ru) Порошок вольфрамовой кислоты, состоящий из сферических частиц вольфрамовой кислоты, и способ его получения
RU2384564C2 (ru) Способ получения дигидрата оксалата кобальта (ii)
CN114437148A (zh) 一种药用辅料的钠盐或钾盐的制备方法
JP3247896B2 (ja) ヒドロキシアパタイトの製造方法
JPH04261189A (ja) トリフルオロメタンスルホン酸スズの製造法
CN1756739A (zh) 硫代乙酸及其盐的制备方法
CN116041724B (zh) 一种多孔手性金属-有机框架材料及其制备方法和应用
JP2618271B2 (ja) モノｐ―ニトロベンジルマロネートマグネシウム塩の結晶変態及びその製法
JP5529045B2 (ja) トリフェニルホウ素−ピリジン化合物の改善された製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21776579

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21776579

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1