Procedimiento de síntesis de carbonato de poliol a partir de polioles efectuado al usar un disolvente selectivo para carbonatos de poliol.

Procedimiento para sintetizar un carbonato de poliol que comprende hacer reaccionar un poliol seleccionado de glicerol

, etilenglicol, 1,2-propanodiol y 1,3-propanodiol con urea en presencia de un catalizador, que es fosfato de Zr α y γ o fosfato de Ti γ, extraer el NH3 producido y, además, en presencia en el transcurso de al menos una etapa del procedimiento de un disolvente selectivo para el carbonato de poliol que permita extraerlo del medio de reacción, presentando dicho disolvente selectivo una solubilidad para el carbonato de poliol en comparación con sus solubilidades para el poliol y la urea tal que las relaciones solubilidad de poliol/solubilidad de carbonato de poliol y solubilidad de urea/solubilidad de carbonato de poliol sean respectivamente menores de 8% y 15% y preferiblemente menores de 2% y 10%, eligiéndose dicho disolvente selectivo entre los compuestos que comprenden al menos un función nitrilo o cetona.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08305653.

Solicitante: ARKEMA FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 420, RUE D'ESTIENNE D'ORVES 92700 COLOMBES FRANCIA.

Inventor/es: DUBOIS, JEAN-LUC, ARESTA,MICHELE, DIBENEDETTO,ANGELA, FERRAGINA,CARLA, NOCITO,FRANCESCO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS HETEROCICLICOS (Compuestos macromoleculares... > Compuestos heterocíclicos que contienen ciclos de... > C07D317/36 (Carbonatos de alquileno; Carbonatos de alquileno sustituidos)

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de síntesis de carbonato de poliol a partir de polioles efectuado al usar un disolvente selectivo para carbonatos de poliol.

La presente invención se refiere a un procedimiento de síntesis de un carbonato de poliol, tal como carbonato de glicerol, a partir de polioles tales como glicerol, propilenglicol o etilenglicol y urea efectuado usando un disolvente selectivo para carbonatos de poliol (glicerol).

La síntesis de carbonato de glicerol se describió durante años. Una reacción de glicerol con fosgeno y una reacción de intercambio de glicerol con un carbonato de dialquilo se conocen como métodos convencionales para sintetizar carbonato de glicerol a partir de glicerol. Otro método para sintetizar carbonato de glicerol que consiste en hacer reaccionar glicerol con monóxido de carbono y oxígeno a alta presión se describe en USP 5.359.094.

Más recientemente, se ha propuesto una nueva manera basada en la reacción de glicerol con urea según la reacción global que sigue:

O

nh2cnh2

ch2oh

I

, CHOH + I

ch2oh

**(Ver fórmula)**

+ 2 NH3

ch2oh

En la práctica, esta reacción es el resultado de dos etapas según el siguiente mecanismo:

1) CH2OH-CHOH-CH2OH + NH2-CO-NH2 <=> CH2OH-CHOH-CH2O-CO-NH2 + NH3

Ec. 1

**(Ver fórmula)**

2) CH2OH-CHOH-CH2O-CO-NH2 <=> 0H + NH3

Ambas reacciones son reversibles. Significa que a fin de alcanzar la conversión total de reactivos en carbonato de glicerol, el equilibrio de la reacción se tiene que desplazar hacia la derecha. La solución clásica es la extracción de NH3 del medio de reacción bajo vacío.

Este tipo de procedimiento se describe en patentes recientes: EP 0 955 298 (ONIDOL) y 1 156 042 (KAO) y además en el artículo de J-W. Yoo y Z. Mouloungui «Catalytic carbonylation of glycerin by urea in presence of zinc mesoporous system for the synthesis of glycerol carbonate» en Studies in Surface Science and Catalysis 146 páginas 757-760 Park y cois. (Editores) 2003.

Estos documentos describen las condiciones de operación del procedimiento.

Según EP 0 955 298, el procedimiento se efectúa a una temperatura comprendida entre 90°C y 220°C y una presión comprendida entre 1 y 20 kPa, en presencia de un catalizador que comprende centros de ácidos de Lewis con su par proporcionado por heteroátomos. Ejemplos de dichos catalizadores son sulfatos organometálicos, tales como MnSÜ4, ZnSÜ4, MgSCU, FeSCU o hidrato de paratoluenosulfato de cinc, por ejemplo, que posiblemente están asociados con un soporte.

Según EP 1 156 042, la reacción se efectúa generalmente en presencia de un catalizador tal como un óxido metálico (óxido de cinc) y preferiblemente se lleva a cabo en presencia de un agente deshidratante tal como sulfato magnésico anhidro, sulfato sódico anhidro, sulfato cálcico anhidro o un tamiz molecular, a fin de asegurar la calidad del glicerol, a una temperatura comprendida entre 100°C y 140°C y a una presión reducida comprendida entre 13,3 y 101 kPa.

El artículo citado anteriormente en la presente trata de los trabajos llevados a cabo por el equipo de investigación previamente dirigido a la presentación de EP 0 955 298. El artículo está dedicado a diversos sistemas catalíticos que

usan Zn como elemento activo. Estos sistemas son heterogéneos u homogéneos. Para los sistemas heterogéneos, el cinc (ZnSÜ4) está en la forma de una sal mineral o asociado con una resina ácida o sobre un aluminosilicato. En la forma homogénea, el Zn está presente como un p-toluenosulfonato. Los rendimientos molares de carbonato de glicerol alcanzan aproximadamente 80%. Los experimentos se efectúan a una temperatura de 130-150°C bajo una presión de 4 kPa. Los procedimientos descritos en estas patentes presentan algunas desventajas. Los reactivos usados, glicerol y urea, conducen a una mezcla viscosa que se tiene que remover vigorosamente a fin de obtener un contacto correcto entre los reactivos y el catalizador y proporcionar una transferencia de masa eficaz para la retirada de amoníaco. Por otra parte, tal suspensión no permite una recuperación fácil de carbonato de glicerol ni el reciclado del catalizador. Este contacto será mejor cuando el catalizador esté bajo una forma homogénea. Sin embargo, en ese caso la separación del catalizador del carbonato de glicerol producido contenido dentro del medio de reacción es bastante problemática. Tal procedimiento llevado a cabo de modo discontinuo no se puede poner en práctica económicamente a escala industrial considerando además las condiciones de presión reducida requeridas para retirar el amoníaco.

La invención se dirige a un procedimiento que permite vencer las desventajas de los procedimientos previos al usar un disolvente en el transcurso de al menos una etapa de todo el procedimiento que permita particularmente separar fácilmente el carbonato de glicerol del medio de reacción. Típicamente, la invención se aplicará asimismo a los carbonatas de poliol preparados mediante la reacción de la urea con etanodiol, también llamado etilenglicol, propanodiol-1,2, también llamado propilenglicol, o propanodiol-1,3 (polioles). A fin de simplificar la siguiente descripción, los términos glicerol y carbonato de glicerol también designarán respectivamente glicerol o poliol y carbonato de glicerol o carbonato de poliol. Las características físicas de estos compuestos se dan en la siguiente Tabla 1.

Tabla 1

Poliol

Punto de ebullición (°C)

CAS RN

Densidad (g/cm'3)

1,2-Etanodlol, Etilenglicol

197,3

107-21-1

1,1088

1,2-Propanodlol, Propilenglicol

187,6

57-55-6

1,0361

1,3-Propanodiol

214,4

504-63-2

1,0538

Glicerol

290

56-81-5

1,2613

Carbonato de Etileno

246

96-49-1

1,321

Carbonato de Propileno

241

108-32-7

1,204

Carbonato de glicerol

110-115°C a 0,1 mm Hg

931-40-8

1,4

La invención se refiere a un procedimiento para sintetizar un carbonato de poliol que comprende hacer reaccionar un poliol con urea en presencia de un catalizador heterogéneo u homogéneo con una extracción continua del NH3 producido y, además, la combinación en el transcurso del procedimiento en al menos una etapa de un disolvente selectivo para carbonato de poliol que permita extraerlo del medio de reacción.

Como consecuencia, la presente invención se enfrenta a un procedimiento para sintetizar un carbonato de poliol que comprende hacer reaccionar un poliol con urea en presencia de un catalizador, extraer el Nhb producido y además en presencia en el transcurso de al menos una etapa del procedimiento de un disolvente selectivo para el carbonato de poliol que permita extraerlo del medio de reacción.

Un disolvente selectivo para carbonato de poliol significa que este disolvente es capaz de formar una solución estable con carbonato de poliol, es decir un disolvente en el que el carbonato de poliol sea soluble en todas las relaciones sin disolver poliol ni urea o que al menos tenga una capacidad de disolución muy baja de tales compuestos.

Dicho disolvente selectivo presenta una solubilidad para carbonato de poliol... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para sintetizar un carbonato de poliol que comprende hacer reaccionar un poliol seleccionado de glicerol, etilenglicol, 1,2-propanodiol y 1,3-propanodiol con urea en presencia de un catalizador, que es fosfato de Zr a y y o fosfato de Ti y, extraer el NH3 producido y, además, en presencia en el transcurso de al menos una etapa del procedimiento de un disolvente selectivo para el carbonato de poliol que permita extraerlo del medio de reacción, presentando dicho disolvente selectivo una solubilidad para el carbonato de poliol en comparación con sus solubilidades para el poliol y la urea tal que las relaciones solubilidad de poliol/solubilidad de carbonato de poliol y solubilidad de urea/solubilidad de carbonato de poliol sean respectivamente menores de 8% y 15% y preferiblemente menores de 2% y 10%, eligiéndose dicho disolvente selectivo entre los compuestos que comprenden al menos un función nitrilo o cetona.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que las condiciones de operación son como sigue

- una temperatura comprendida entre 90°C y 200°C, preferiblemente a una temperatura de 100 a 150°C y más preferiblemente a aproximadamente 130-145°C y

- una presión comprendida entre 2 y 200 kPa, preferiblemente comprendida entre 4 y 150 kPa, y más preferiblemente entre 10 y 120 kPa.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que el disolvente selectivo se elige entre acetonitrilo, propionitrilo e isovaleronitrilo.

4. Procedimiento según cualquier reivindicación 1 a 3, en el que la catálisis es heterogénea y el catalizador usado es sólido a las condiciones de operación.

5. Procedimiento según cualquier reivindicación 1 a 4, efectuado de un modo compacto en el que la reacción catalítica poliol-urea se lleva a cabo en presencia del disolvente selectivo.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, efectuado de un modo compacto continuo en el que la reacción y la extracción de la solución de carbonato son simultáneas.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, efectuado de un modo compacto discontinuo en el que la extracción de la solución de carbonato se lleva a cabo al final de cada tanda.

8. Procedimiento según cualquier reivindicación 5 a 7, llevado a cabo a una presión comprendida entre 30 y 200 kPa y preferiblemente entre 60 y 150 kPa.

9. Procedimiento según cualquier reivindicación 1 a 4, efectuado en un modo secuencial en el que la reacción catalítica se lleva a cabo sin el disolvente selectivo y el medio de reacción se transfiere a una zona Independiente en la que se añade el disolvente activo.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, efectuado de un modo secuencial discontinuo en el que todo el medio de reacción se transfiere a la zona independiente en la que se añade el disolvente selectivo.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, efectuado de un modo secuencial continuo en el que solo una parte del medio de reacción se transfiere a la zona independiente en la que se añade el disolvente selectivo, introduciéndose reactivos recientes al reactor fin de mantener su nivel de reactivos.

12. Procedimiento según cualquier reivindicación 9 a 11, llevado a cabo a una presión comprendida entre 2 y 100 kPa y preferiblemente entre 4 y 20 kPa.