Un procedimiento para la producción de diésteres cíclicos de alfa-hidroxiácidos.

Proceso para la síntesis de un diéster cíclico de un alfa-hidroxiácido,

que comprende las siguientes etapas:

- una sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del alfa-hidroxiácido correspondiente se mezcla con dicho alfa-hidroxiácido y agua;

- la mezcla se trata por evaporación-cristalización, para que precipite un hidrato de la sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del dímero lineal del alfa-hidroxiácido correspondiente;

- la sal hidratada se deshidrata para dar la sal anhidra correspondiente; y

- la sal anhidra se piroliza, liberando el diéster cíclico del alfa-hidroxiácido correspondiente y dejando el hidróxido de Mg, Ca, Zn, Al o Fe en forma de un residuo sólido.

Un procedimiento para la producción de diésteres cíclicos de alfa-hidroxiácidos Esta solicitud reivindica prioridad de la Solicitud de Estados Unidos Número 61/008.654 presentada el 26 de diciembre de 2007.

La mayor parte de las síntesis indicadas de ácido poliláctico (PLA) usan ácido láctico enantioméricamente puro (LA) en forma de materia prima. Como la materia prima para la síntesis de LA es renovable, la producción comercial de este polímero biodegradable está ganando lentamente terreno (Drumright y col., "Polylactic Acid Technology", 2000, Adv. Mater., v.12, págs. 1841-1846) .

Sus aplicaciones en el campo de la medicina pueden alcanzar un alto precio, pero si es para competir con éxito con polímeros derivados de combustibles fósiles, tales como poliestireno (cuyas propiedades mecánicas son bastante similares a las de PLA) o tereftalato de polietileno (para botellas) , entonces sus coste de producción tiene que disminuir.

La reacción de síntesis de PLA es una polimerización de apertura de anillo de láctido (LD) en presencia de un catalizador homogéneo (Patente de Estados Unidos Nº 5.319.107) . En la actualidad, las condiciones de reacción se conocen bien y aparentemente existe poco que obtener por medio de una mejor calidad del producto o un menor consumo de energía en esta etapa.

Por el contrario, el procedimiento de producción clásico a partir de LA del intermedio clave, el diéster cíclico LD está plagado de dificultades.

Varias etapas en el procedimiento clásico son básicamente evaporaciones de una sola etapa (a baja presión) que pretenden eliminar el agua de la solución o el agua de la reacción de condensación, como se aprecia a partir de la siguiente descripción:

a. -La fermentación de un carbohidrato bien elegido por bacterias bien elegidas, en presencia de Ca (OH) 2 (o CaCO3) conduce a la producción de una suspensión de bacterias en una solución de lactato cálcico (CaLac2) .

b. -las bacterias se separan por centrifugación o filtración y se desechan (Patente de Estados Unidos Nº 5.766.439)

c. -el filtrado reacciona con ácido sulfúrico, que provoca la precipitación de yeso (sulfato cálcico dihidrato) y la liberación de ácido láctico (LA) en forma de una solución del 10% en peso (Sol. de Pat. de Estados Unidos Nº 20050281913) .

d. -esa solución se concentra por destilación para dar LA al 85-88% en peso.

e. -la solución concentrada de LA, en presencia de un catalizador homogéneo, experimenta una prepolimerización en una columna de destilación al vacío, en la que se separa más agua.

f. -como el peso molecular del prepolímero es sólo de aproximadamente 1000, sus propiedades mecánicas no son adecuadas para su uso industrial.

g. -después el prepolímero se despolimeriza por retrocorrosión en presencia de un catalizador bien elegido al vacío y el LD que sale del reactor en la fase de vapor se condensa en forma de un líquido o se suministra directamente a una columna de destilación para producir LD en bruto líquido (mezclado con LA, algunos de sus oligómeros ligeros, agua, enantiómeros no deseados de LD, etc.) (Patente de Estados Unidos Nº 5.357.035) .

h. -el LD en bruto se purifica adicionalmente por extracción líquido-líquido con agua seguido de la cristalización en la solución acuosa (Sol. de Pat. de Estados Unidos Nº 20060014975) .

i. -la centrifugación proporciona una torta de LD purificado, pero ya que el nivel de impureza es todavía demasiado grande, se necesita una última operación:

j. -cristalización de fusión con condensación de la humedad para eliminar las impurezas por flujo gravitatorio.

Todas estas operaciones son bien conocidas, de manera que es posible producir, por ejemplo, el enantiómero L-LD con una pureza de hasta el 99, 9%. Pero el rendimiento de algunas de las operaciones de esta cadena larga es bastante modesto, de forma que se requieren grandes flujos de reciclado, para que los diversos elementos de equipo tiendan a ser grandes con mayores requisitos de energía.

Se ha dedicado un gran esfuerzo en Investigación y Desarrollo para la mejora del procedimiento de producción de LD clásico, es decir, el procedimiento en el que el ácido láctico se considera como la materia prima (Rathin Datta, "Technological and economic potential of poly (lactic acid) and lactic acid derivatives", 1995, FEMS Microbiology Reviews, v. 16, págs. 221-231) . Por ejemplo, los procedimientos de extracción líquido-líquido pueden ofrecer una forma que demande menos energía que la evaporación de agua para la concentración de LA, pero la eliminación completa de las trazas de disolvente sigue siendo un problema. Las técnicas de separación más avanzadas, tales como electrodiálisis de lactato de etilo, son prometedoras.

En el procedimiento clásico, se produce una gran cantidad de producto de desecho (sulfato cálcico dihidrato o yeso) .

Otros alfa-hidroxiácidos, tales como ácido glicólico (GA) , pueden dimerizarse de forma análoga para dar el diéster cíclico correspondiente y, por consiguiente, para dar el poliácido (por ejemplo, glicólido que conduce a ácido poliglicólico, PGA) mediante el mismo procedimiento y con las mismas desventajas.

A pesar de estas desventajas, el PLA (y el PGA) puede convertirse en un producto básico, por lo que debe abordarse la cuestión de la eliminación o reciclaje de grandes cantidades de material de desecho, tal como botellas vacías. Una posibilidad es la despolimerización por calentamiento a aproximadamente 300 º C, produce vapor de LD y condensarlo. El procedimiento es muy simple, pero la racemización a tan alta temperatura degrada la pureza enantiomérica del producto. Con el fin de bordear esta última dificultad, se puede mezclar polvo de CaO o MgO en PLA y despolimerizarlo por pirolisis a una temperatura inferior (Toru Motoyama, "Effects of MgO catalyst on depolymerization of poly-L-lactic acid to L, L-lactide", 2007, Polymer Degradation and Stability, v. 92, págs. 13501358) .

Es especialmente relevante para la presente invención la observación de que la temperatura de despolimerización (y el alcance de la racemización) de PLA con un peso molecular de 170 000 se reduce regularmente cuando el tamaño de las partículas de MgO disminuye (figura 2 y 3 en Toru Motoyama, 2007) . Además, destaca el hecho de que en dicha referencia el peso de MgO representa el 5% (como Mg) del peso de PLA.

Otro punto de interés en la técnica anterior es que el hidróxido de magnesio (Mg (OH) 2) se deshidratará sólo a una temperatura mucho más alta (aproximadamente 400 º C) .

Otro punto de interés más en la técnica anterior es que el dímero lineal de LA, concretamente el ácido lactoil-láctico (LacOLacA) es un ácido más fuerte que LA (Bezzi, S., "I produtti di anidrificazione dell'acido lattico come tipo delle trasformazioni degli esteri ciclici in poliesteri lineari", 1937, Mem. reale acad. Italia, Classe sci. fis., mat. e nat., v. 8, págs. 127-213) .

Se sabe desde hace tiempo que la producción de lactato de magnesio (MgLaC2) por fermentación es tan fácil como la de CaLaC2 (Patente de Estados Unidos Nº 3.429.777) . Además, ya que la solubilidad de MgLaC2 es mayor que la del CaLac2, el primero puede tener cierta ventaja si el lactato se separa por cristalización.

Si fuera posible ir directamente desde la materia prima de LA, es decir, lactato cálcico o de magnesio, directamente al LD, no habría ninguna cuestión acerca de las trazas restantes del disolvente de extracción, ni de las trazas del catalizador de despolimerización, y el coste de producción de PLA probablemente disminuiría.

En una solicitud de patente anterior (documento WO 2008/0701776) , se ha descrito un procedimiento que consigue estos objetivos al llevar al reactor de producción de LD reactivos anhidros, tales como lactato cálcico anhidro y anhídrido sulfúrico, de tal forma que el producto orgánico se haya deshidratado en una operación anterior en condiciones suaves.

El producto de desecho residuos obtenido en dicho procedimiento puede usarse industrialmente, pero será incluso más atractivo un procedimiento sin productos de desecho. Un procedimiento sin desechos de este tipo es el objeto de la presente invención.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento para la síntesis de un diéster cíclico de un alfa-hidroxiácido, que comprende las siguientes etapas:

- una sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del alfa-hidroxiácido correspondiente... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la síntesis de un diéster cíclico de un alfa-hidroxiácido, que comprende las siguientes etapas:

- una sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del alfa-hidroxiácido correspondiente se mezcla con dicho alfa-hidroxiácido y agua; -la mezcla se trata por evaporación-cristalización, para que precipite un hidrato de la sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del dímero lineal del alfa-hidroxiácido correspondiente; -la sal hidratada se deshidrata para dar la sal anhidra correspondiente; y -la sal anhidra se piroliza, liberando el diéster cíclico del alfa-hidroxiácido correspondiente y dejando el hidróxido de Mg, Ca, Zn, Al o Fe en forma de un residuo sólido.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que se añade el hidróxido de Mg, Ca, Zn, Al o Fe a un medio de reacción que comprende azúcar y bacterias para que se produzca una solución que comprenda la sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe correspondiente del alfa-hidroxiácido por fermentación.

3. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el alfa-hidroxiácido se selecciona entre ácido láctico, ácido glicólico, ácido glutárico, ácido mandélico, ácido málico, ácido cítrico y ácido tartárico.

4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la sal del alfa-hidroxiácido correspondiente se selecciona entre sal de Mg y Ca.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la solución resultante que comprende la sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del alfa-hidroxiácido se concentra por evaporación.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que la mitad de dicha solución concentrada se enfrió, para que precipite un hidrato de la sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del alfa-hidroxiácido correspondiente.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que dicha sal deshidrata se separa de las aguas madre, y se deshidrata adicionalmente para dar la sal anhidra correspondiente.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que dicha sal anhidra se piroliza a 250 º C o menos en presencia de vapor de agua, liberando el alfa-hidroxiácido y dejando el hidróxido de Mg, Ca, Zn, Al o Fe en forma de un residuo sólido.

9. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8,

- en el que dicho alfa-hidroxiácido está en forma de vapor, se absorbe en la segunda mitad de la solución concentrada de la reivindicación 6, y se trata por evaporación-cristalización, para que precipite un hidrato de la sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del dímero lineal del alfa-hidroxiácido correspondiente; -en el que el hidrato se separa en sus aguas madre, y se deshidrata adicionalmente para dar la sal anhidra correspondiente; -en la que la sal anhidra se piroliza a 350 º C o menos, liberando el diéster cíclico del alfa-hidroxiácido correspondiente en forma de vapor y dejando el hidróxido de Mg, Ca, Zn, Al o Fe en forma de un residuo sólido.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que el hidróxido de Mg, Ca, Zn, Al o Fe se recicla para dar un fermentador o para dar un reactor de neutralización de alfa-hidroxiácido.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, en el que el vapor de diéster cíclico de alfa-hidroxiácido se condensa y se purifica in situ por condensación de la humedad, eliminándose principalmente las impurezas por evaporación.

12. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8,

- en el que dicho alfa-hidroxiácido está en forma líquida o sólida, se separa en el residuo sólido por destilación o extracción líquida, después se hace reaccionar con la segunda mitad de la solución concentrada de la reivindicación 6 y se trata por evaporación-cristalización, para que precipite un hidrato de la sal de Mg, Ca, Zn, Al o Fe del dímero lineal del alfa-hidroxiácido correspondiente; -en la que el hidrato se separa en sus aguas madre, y se deshidrata adicionalmente para dar la sal anhidra correspondiente; -en la que la sal anhidra se piroliza a temperatura suave, para dar el diéster cíclico del alfa-hidroxiácido correspondiente en forma de un sólido o un líquido atrapado en el hidróxido de Mg, Ca, Zn, Al o Fe en forma de un residuo sólido; y -en el que dicho diéster se separa del residuo sólido por una etapa o etapas de extracción líquido-sólido seguidas de una destilación o una cristalización en solución.