HIDROGENOLISIS DE AZÚCARES DE 5 ÁTOMOS DE CARBONO Y ALCOHOLES DE AZÚCARES DE 5 ÁTOMOS DE CARBONO.

Un método de hidrogenolisis que comprende reaccionar un azúcar de 5 átomos de carbono o un alcohol deazúcar de 5 átomos de carbono e hidrógeno en agua en presencia de un catalizador sólido multimetálicocomprendiendo Ni y 0.

7 a 5.0 % en peso Re a una temperatura de al menos 120°C para producir propilenglicol ,etilenglicol , glicerol o cualquier combinación de los mismos.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2002/033983.

Solicitante: BATTELLE MEMORIAL INSTITUTE.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: PACIFIC NORTHWEST LABORATORIES INTELLECTUAL PROPERTY DIVISION P.O. BOX 999R RICHLAND, WA 99352 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: FRYE, JOHN G., JR., Werpy,Todd A, Zacher,Alan H, Miller,Dennis J.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01J21/18 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS, QUIMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS (procedimientos o aparatos para usos específicos, ver las clases correspondientes a los procedimientos o al equipo, p. ej. F26B 3/08). › B01J 21/00 Catalizadores que contienen los elementos, los óxidos o los hidróxidos de magnesio, de boro, de aluminio, de carbono, de silicio, de titanio, de zirconio o de hafnio. › Carbono.
  • B01J23/36 B01J […] › B01J 23/00 Catalizadores que contienen metales, óxidos o hidróxidos metálicos no previstos en el grupo B01J 21/00 (B01J 21/16 tiene prioridad). › Renio.
  • B01J23/889 B01J 23/00 […] › Manganeso, tecnecio o renio.
  • C07C29/00 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C07 QUIMICA ORGANICA.C07C COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos macromoleculares C08; producción de compuestos orgánicos por electrolisis   o electroforesis C25B 3/00, C25B 7/00). › Preparación de compuestos que tienen grupos hidroxilo o grupos O-metal unidos a un átomo de carbono que no forma parte de un ciclo aromático de seis miembros.
  • C07C31/18 C07C […] › C07C 31/00 Compuestos saturados que tienen grupos hidroxilo o grupos O-metal unidos a átomos de carbono acíclicos. › Alcoholes polihidroxílicos acíclicos.

PDF original: ES-2386002_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Lapresente invención se refiere a los métodos y composiciones para hidrogenolisis de azúcares de 5 átomos de carbono y alcoholes de azúcar de 5 átomos de carbono.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, mucho s de los pro ductos químicos de uso com ún son deriv ados de materias primas de petróleo. Sin embargo, el petróleo esta presente en reservas limitadas subterráneas, y la extracción, transporte, y refino del petróleo puede tener graves consecuencias medioambientales.

Las materias primas de origen biológico, por otro lado, pueden ser obtenidas de plantas ypueden ser procesadas po r medio de pr ocesos bio lógicos tales como la ferm entación. Par a util izar más com pletamente materiales biológicos, es necesario a menudo transformar los productos de fermentación o otras materias primas biológicas en otros productos químicos que pueden ser usados en una variedad de procesos y productos. Por ello, es un objeto de la presente invención proporcionar nuevos métodos de transformar azúcares, alcoholes de azúcar y otras moléculas pequeñas en una variedad de productos químicos deseados.

US 6, 291, 725 describe un proceso para la preparación de polioles de bajo peso molecular por medio de la hidrogenización de polioles de alto peso molecular en la presencia de un catalizador de metal de transición sobre un soporte de apoyo inerte.

Durante mucho tiem po, los científi cos e ingenieros han querido cons eguir transformar az úcares y alcoholes de azúcar en otros productos químicos. Por ej emplo, Conradin et al. en la Patente U.S. Nº. 2, 852, 570 (presentada en 1957) informó que para la producción incrementada de propilenglicol, debería llevarse a cabo la hidrogenolisis en presencia de un catalizador Ni/Cu en un soporte tal como el óxido magnésico.

En la Patente U.S. Nº . 3, 030, 429 (presentada en 1959) , Conradin et al. Indic aron que la disociación de sacarosa por hidrógeno a glicerol yglicoles puede ser llevada a cabo en presencia de prácticamente cualquier catalizador técnicamente viable, siempre que se añada suficiente álcali para asegurar un pH de 11 a 12.5. En un ejemplo, se informaba que la hidrogenolisis de un disolución acuosa de sacarosa sobre un catalizador de níquelsobre-kieselguhr funcionaba con un 83% de conversión a un producto conteniendo 43% de glicerol y un 25% de propilenglicol .

Sirkar en la Patente U.S. Nº. 4, 338, 472 (presentada en 1981) informó de la hidrogenolisis de sorbitol para producir glicerol sobre un catalizador de níquel-sobre-kieselgur en la cual se añadía un promotor alcalino a una corriente de alimentación para controlar el pH y evitar lixiviación del níquel del catalizador.

Tanikella en la Patente U.S. Nº. 4, 404, 411 (presentada en 1983) describía la hidrólisis de sorbitol y xilitol en disolventes no acuosos conteniendo al menos base de 10 mol %. El catalizador usado en los ejemplos era níquel sobre silice/alúmina. Se informó de la distribución de etilenglicol , propilenglicol y glicerol.

Gubitosa et al. en la Patente U.S. Nº. 5, 600, 028 (presentada en 1995) discutió de la hidrogenolisis de alcoholes polihidricos, tal como sorbitol, sobre un catalizador rutenio-sobre-carbono. En los ejemplos, Gubitosa et al. informaba que podía convertirse el 100% del sorbitol, con 41 a 51% de los átomos de carbono del producto en propilenglicol .

A pesa r de estos y otros esfuerz os, permanec e una n ecesidad de n uevos métodos de transform ar azúcares y a lcoholes de azúcar en mol éculas más pe queñas que ten gan d iversos us os. Existe tam bién u na necesidad de métodos n ovedosos par a tra nsformar m oléculas tales co mo xilitol en p roductos d e m ayor v alor tales como pr opilenglicol y 1, 3-propanodiol. Existe especialmente un a neces idad de nuev os métodos de tales conversiones que proporcionen mejor rendimiento y distribuciones de productos más deseables.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un método de hidrogenolisis de un azúcar de 5 átomos de carbono o un alcohol de azúcar de 5 átomos de carbono, comprendiendo: reaccionar el azúcar de 5 átomos de carbono o el alcohol de azúcar de 5 átomos de carbono con hidrógeno en agua a una temperatura de al menos 120 °C, y en la presencia de un catal izador sól ido m ultimetálico co mprendiendo Ni y 0.1 a 5 .0 % en p eso d e Re para pr oducir propilenglicol, etile nglicol , glycard o c ualquier com binación de los mism os. Normalm ente, ha y a l me nos tan to como 25% de hidrogenolisis de C-O que ocurre como hidrogenolisis de C-C. En algunas realizaciones preferidas, al men os tant o como 1 00% de hi drogenolisis C-O ocurr e como h idrogenolisis C-C. En alg unas re alizaciones preferidas, est os porc entajes (tales com o 25%) s e re fieren a la c antidad tota l d e hidrogenolisis, en otras realizaciones, se refieren a velocidades, por ejemplo, la velocidad de hidrogenolisis C-O es al menos 25% tan rápida como la veloc idad d e hidr ogenolisis C-C. Ha sido sorpre ndemente desc ubierto que u n cataliza dor d e Ni/Re es superior a otros catalizadores.

Aún en otro aspecto, la invención proporciona una composición de materia que comprende: un catalizador sólido multimetálico compuesto de Ni y 0.1 a 5.0 % en peso de Re, agua, hidrógeno, y un azúcar de 5 átomos de carbono o un alco hol de az úcar de 5 áto mos de carbono; y al men os un e lemento selecc ionado del grupo formado de propilenglicol, etilenglicol, glicerol y lactato, cuya composición es d’otanalde por un proceso según la invención, normalmente reducida antes de o simultáneamente con la reacción de hidrógeno con un azúcar de 5 átomos de carbono o un alcohol de azúcar de 5 átomos de carbono. Preferentemente, el método incluye el paso de e xponer el azúcar, o al cohol d e az úcar al c atalizador d e meta l multimetá lico conten iendo renio ba jo condiciones suficientes para convertir al menos el 40% del azúcar, alcohol de azúcar o ácido láctico a propileno, glicerol, etilenglicol o cualquier combinación de los mismos. En este m étodo, “mejorar” significa que cuando se ensaya con 20 % en peso de xilitol en disolución acuosacon 1 % en peso de hidróxido de sodio, hidrógeno a 1200 psi (8.2 MPa) en un re actor de al imentación discontinua hasta q ue haya 80% de conversión de xilitol, el rendimiento de PG se mejora en al menos un 5%, comparado con realizar la misma reacción sobre cada uno de: el mismo catalizador sin renio, el mismo catalizador sin renio pero conteniendo peso añadido de metal igual al peso de r enio en e l méto do mejorado, y el mismo cata lizador s in r enio pero c onteniendo mo les añadidos d e metal iguales a los moles de renio en el método mejorado.

La invención también incluye métodos de fabricar 1, 3 propanodiol por reacción de los materiales iniciales descritos aquí con hidrógeno en presencia de los catalizadores descritos.

La invención incluye cualquiera de los aspectos anteriores solos o en combinación con cualquiera de los detalles en los siguientes Ejemplos y descripciones de las realizaciones preferidas.

Se ha encontra do q ue div ersas r ealizaciones de los métod os inventiv os p roporcionan n umerosos resultados inesperados que son su periores a l as tecn ologías a nteriores, inclu yendo: estabi lidad d el sistem a catalítico, altas conversiones en condiciones relativamentente suaves, selectividades deseadas, distribuciones de producto de al to valor tales como alta concentración de prop ilenglicol , alta selectividad de PG a elev ada temperatura, producción de 1, 3 propanodiol, y control de proceso para producir los productos deseados.

Las mezclas de producto que pueden derivarse de los métodos inventivos ofrecen ventajas tales como economía y derivación ecológica de materiales fermentados. Estas mezclas de producto pueden ser usadas en diversas aplicaciones, por ejemplo, como anti-congelante.

El objeto de la presente invención es particularmente señalado y claramente reivindicado en la parte de conclusión de esta especificación. Sin embargo, tanto la organización como el método de funcionamiento, junto con v entajas adicionales y o bjetos d e l as mismas, p ueden s er m ejor entendidas por refere ncia a l a si guiente descripción tomada en conexión con los dibujos acompañantes en donde similares caracteres de referencia se refieren a elementos similares.

GLOSARIO DE TÉRMINOS

"Multimetalico" significa que el catalizador... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de hidrogenolisis que comprende reaccionar un azúcar de 5 átomos de carbono o un alcohol de azúcar de 5 átomos de carbono e hidr ógeno en agu a en presencia de u n cata lizador só lido mul timetálico comprendiendo Ni y 0.7 a 5.0 % en peso Re a una temperatura de al menos 120°C para producir propilenglicol , etilenglicol , glicerol o cualquier combinación de los mismos.

2. Un proceso según la reivindicación 1, en donde el catalizador sólido comprende un soporte de carbono.

3. Un proceso según la reivindicación 1 o 2, que es llevado a cabo a un pH básico.

4. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde el catalizador contiene 0.1 a 5 % en peso de renio y 1 a 10 % en peso de níquel.

10 5. Un proceso según la reivindicación 4, en donde el catalizador multimetálico comprende 0.5 a 1 en peso de Re y 2.5 a 5 en peso de Ni.

6. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el azúcar de 5 átomos de carbono

o un alcohol de azúcar de 5 átomos de carbono es seleccionado del grupo formado de arabinitol, xilitol, ribosa, arabinosa, xilosa, y lixosa.

15 7. Una composición comprendiendo un catalizador sólidomultimetálico que comprende Ni y0.1 a 5 % en peso de Re; agua; hidrógeno; un azúcar de 5 átomos de carbono o un alcohol de azúcar de 5 átomos de carbono; y al menos un elemento se lccionado d el grupo formad o d e prop ilenglicol, etile nglicol, g licerol y l actato, cu ya composición es obtenible por un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante es solamente para conveniencia del lector. No forman parte del documento de la Patente Europea. A pesar de que se ha tenido especial cuidado al compilar las referencias, no pueden excluirse errores u o misiones y la EPO declina toda responsabilidad en este asunto. Documentos de la patente citados en la descripción • US 6291725 B [0004]10 • US 2852570 A, Conradin [0005]

• US 3030429 A, Conradin [0006]

• US 4338472 A, Sirkar [0007]

• US 4404411 A, Tanikella [0008]

• US 5600028 A, Gubitosa [0009]

 

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