Procedimiento para la purificación de diéster cíclico de ácido L- o D-láctico.

Procedimiento para la purificación de L, L- o D, D-dilactida a partir de una mezcla de estereoisómeros,

sometiendo una mezcla que comprende los estereoisómeros de dilactida así como componentes de puntos de ebullición más altos y/o más bajos a una primera etapa de destilación, para obtener una fracción de los estereoisómeros de dilactida ampliamente purificada de los componentes de puntos de ebullición más altos y/o más bajos, que es sometida a continuación a una segunda etapa de destilación, para obtener una L, L- o D, D-dilactida sustancialmente libre de estereoisómeros, caracterizado porque una cantidad estequiométrica, calculada a partir del contenido en meso-dilactida de la mezcla de isómeros o un pequeño exceso de agua o vapor de agua se añade a la fracción de los esteroisómeros de dilactida antes de la segunda etapa de destilación, con el fin de hidrolizar la meso-dilactida selectivamente para obtener ácido lactoilláctico y/o ácido L- y D-láctico, de los cuales se separa la L, L- o D, Ddilactida sustancialmente en forma pura en la segunda etapa de destilación

Procedimiento para la purificación de diéster cíclico de ácido L- o D-láctico.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la purificación de L, L- o D, D-dilactida a partir de mezclas de estereoisómeros que contienen meso-dilactida, a L, L- o D, D-dilactida preparada por medio de dicho procedimiento así como a la utilización de L, L- o D, D-dilactida así preparada para la preparación de ácidos polilácticos de alto peso molecular.

Antecedentes de la invención La preparación de plásticos de PLA de alto peso molecular para el conformado termoplástico para dar hilos, hojas, espumas o piezas moldeadas por polimerización con apertura de anillo de los diésteres cíclicos del ácido L- o Dláctico requieren monómeros de alta pureza. La síntesis de dichos monómeros para la síntesis del ácido poliláctico se lleva a cabo en un proceso multi-etapa, que incluye etapas de procedimiento biotecnológicas y químicas, el cual comprende esencialmente las siguientes etapas:

• Hidrólisis de substratos que contienen almidón para dar glucosa;

• Fermentación de glucosa al ácido L- o D-láctico;

• Policondensación para dar un ácido poli-L- o -D-láctico de bajo peso molecular;

• Despolimerización ciclizante para dar L, L- o D, D-dilactida;

• Purificación fina de las dilactidas crudas.

Dicho procedimiento multi-etapa para la preparación de, preferentemente, ácido poli-L-láctico ha sido descrito en un gran número de patentes por Cargill Inc., EE.UU. (ver, por ejemplo, las patentes US nº 6.277.951, US nº 6.005.067, US nº 5.357.035, US nº 6.291.597, CA 2.128.509) , Dainippon Ink & Chem., Japón (ver, por ejemplo, US nº 5.844.066, US nº 5.616.657, US nº 5.605.981, US nº 5.403.897) , Mitsui Toatsu Japón (ver, por ejemplo, US nº 5.194.473) , Neste Oy, Finlandia (WO 98/36008) , Brussels Biotec (ver, por ejemplo, GB 2.407.572, WO 98/102480, DE 69905016, US nº 6.489.508, US 2004/0014991) o Shimadzu, Japón (ver, por ejemplo, US nº 5.770.682, US nº 5.866.677, JP 7206851) .

En los documentos EP 0893462 A2 y JP 2004/149419, se adaptan procedimientos de separación convencionales, tales como se utilizan en un gran número de procesos químicos de la misma manera o de manera similar, a la tarea de separación para las lactidas crudas. En el documento EP 0893462 A2, se reivindica protección para un procedimiento para la preparación y purificación de L, L-dilactida, tal como ha sido descrita ya varias veces de dicha forma por Cargill Corp., la solicitante del documento EP 0893462 A2, con alta redundancia. Procedimientos básicamente similares para la preparación del monómero y del polímero se han descrito también en otros documentos (ver, por ejemplo, los documentos JP 7206891, US 5770982, US 5866682, WO 1998/36008, GB 2407572, DE 10020898) , ya que la termodinámica y cinética de la formación de poliésteres alifáticos a partir de ádicos a-hidroxicarboxílicos son similares. En dichas memorias de patente, se utilizan en su mayoría procesos de separación de destilación multi-etapa (con la excepción del documento GB 2407572) para la purificación fina de la L, L-dilactida, refiriéndose las diferencias en particular al diseño de los aparatos para el proceso de despolimerización y de la polimerización con apertura de anillo del monómero cíclico. Con relación a la rectificación, se utilizan las técnicas de destilación probadas según el documento EP 0893462 A2. De forma concreta, el documento EP 0893462 A2 describe la preparación de una polilactida a partir de una mezcla de lactidas crudas por purificación de la mezcla de lactidas crudas por destilación, obteniéndose dos fracciones, una fracción de punto de ebullición bajo y una fracción de punto de ebullición medio alto, la que contiene la lactida purificada, no realizándose una extracción en solución o recristalización de la mezcla de lactidas crudas, y reacción de la lactida purificada con el fin de formar una polilactida. No se describen la combinación de un proceso de separación física con un proceso químico, tal como la hidrólisis de control selectiva de un producto secundario no deseado para mejorar la eficacia de separación, ni en el documento EP 0893462 A2 ni en los procedimientos análogos mencionados.

En el documento JP 2004/149419, se describe un procedimiento para la preparación de L, L-dilactida, en el que se realizan una deshidratación del ácido L-láctico y su policondensación para dar un ácido L-láctico oligomérico así como la despolimerización ciclizante de dicho ácido poli-L-láctico de bajo peso molecular como destilación azeotrópica en un disolvente orgánico. El monómero se separa del disolvente en exceso por medio de cristalización. Además, en el documento JP 2004/149419 se expone que el lavado de la lactida cruda aislada con agua permite separar de la L, L-dilactida impurezas que contienen grupos carboxilo, preferentemente ácido lactoilláctico y oligómeros lineares de peso molecular más alto así como meso-dilactida, debido a su solubilidad más alta en agua. El agua se adiciona a la dilactida cruda. El lavado de un cristalizado para separarlo de la solución madre y de otras impurezas es una práctica común en operaciones de purificación de este tipo en sólidos.

Independientemente de los conceptos tecnológicos y con respecto a los aparatos técnicos en las memorias de patente citadas, la preparación de una L, L-dilactida capaz de polimerización es una parte central de los procedimientos descritos. Las purezas química y quiral de los diésteres cíclicos obtenidos a partir del ácido L- o Dláctico preparado por fermentación, tras su policondensación y despolimerización, son esenciales para la preparación de un ácido poliláctico de alto peso molecular con propiedades de deformación y utilización, tales como son necesarias según los procesadores y usuarios con relación a la reología y estabilidad térmica de la masa fundida polimérica así como a la estabilidad mecánica y estabilidad de conformación en caliente del sólido polimérico. Las impurezas quirales afectan a la tacticidad de los poliésteres a nivel molecular y con ello en particular a las propiedades mecánicas y térmicas del sólido. Las impurezas químicas, en particular en forma de oligómeros lineales, actúan en la polimerización con apertura de anillo como regulador de cadenas y impiden la formación de pesos moleculares lo suficientemente altos.

Las unidades de D- o L-lactida en el ácido poli-L- o poli-D-láctico, incorporadas por medio de ácido láctico ópticamente contaminado, racemización durante la policondensación y/o ciclización o separación incompleta durante la elaboración de las dilactidas, actúan de comonómeros a pesar de su estructura química idéntica y afectan en particular a la tacticidad de los polímeros. Esto conduce entonces a las influencias ya citadas sobre la morfología del sólido polimérico junto con los cambios macroscópicos observados en el comportamiento de fusión y reblandecimiento así como en las propiedades mecánicas seleccionadas. Dichos cambios morfológicos son directamente una función de la concentración de las impurezas estereoisoméricas, tal como ha sido demostrado por ejemplo por D.W. Grijpma et al., Makromol. Chemie 195, 1649 (1994) ; G. Perego et al., J. Appl. Polymer Sci. 59, 37 (1996) ; G. Schmack et al., J. Appl. Polymer Sci. 73, 2785 (1999) : o R. E. Drumright et al., Adv. Mater. 12 (23) , 1841 (2000) ; y R. Auras et al., Macromol. Biosci. 4.835 (2004) .

A pesar de su estructura químicamente idéntica, las dilactidas estereoisoméricas deben considerarse como impurezas del componente principal que determina su estructura, por lo cual deben separarse de la forma la más completa posible antes de la síntesis propiamente dicha de los polímeros. Incluso en la preparación selectiva de polímeros de ácido láctico modificados de estructura idéntica (PLA o PDLA (poli-D-lactida) por adición de D, D-o meso-dilactida para PLA o L, L- o meso-dilactida para PDLA como comonómeros, los monómeros de partida deben ser libres de isómeros, para evitar variaciones en la composición y con ello también en las propiedades del material del producto final. Las posibles fuentes para dichas adiciones perturbadoras de la L, L- o D, D-lactida son tanto el ácido L- o D-láctico como las etapas de procedimiento para la preparación de las dilactidas. Las impurezas enantioméricas del ácido L- o D-láctico originariamente presentes en el ácido láctico siguen presentes en el intermedio de bajo peso molecular preparado por policondensación. Además de esto, según la patente US nº 6.277.951,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la purificación de L, L- o D, D-dilactida a partir de una mezcla de estereoisómeros, sometiendo una mezcla que comprende los estereoisómeros de dilactida así como componentes de puntos de ebullición más 5 altos y/o más bajos a una primera etapa de destilación, para obtener una fracción de los estereoisómeros de dilactida ampliamente purificada de los componentes de puntos de ebullición más altos y/o más bajos, que es sometida a continuación a una segunda etapa de destilación, para obtener una L, L- o D, D-dilactida sustancialmente libre de estereoisómeros, caracterizado porque una cantidad estequiométrica, calculada a partir del contenido en meso-dilactida de la mezcla de isómeros o un pequeño exceso de agua o vapor de agua se añade a la fracción de los esteroisómeros de dilactida antes de la segunda etapa de destilación, con el fin de hidrolizar la meso-dilactida selectivamente para obtener ácido lactoilláctico y/o ácido L- y D-láctico, de los cuales se separa la L, L- o D, Ddilactida sustancialmente en forma pura en la segunda etapa de destilación 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla sometida a la primera etapa de 15 destilación es alimentada desde un reactor de despolimerización.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque después de la segunda etapa de destilación se lleva a cabo una tercera etapa de destilación adicional para la purificación ulterior de la L, L- o D, D-dilactida.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el agua o el vapor de agua se adiciona a un conducto de conexión entre la primera y segunda etapas de destilación.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la fracción de estereoisómeros de dilactida y el agua o vapor de agua se mezclan en el conducto de conexión por medio de un dispositivo mezclador. 25

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos una etapa de destilación se lleva a cabo en una columna de rectificación.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos una etapa de

destilación se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 100 y 200º C, preferentemente entre 120 y 180º C, en particular entre 140 y 160º C.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos una etapa de destilación se lleva a cabo a una presión comprendida entre 1 y 100 mbar, preferentemente entre 1 y 50 mbar, en 35 particular entre 3 y 30 mbar.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos una etapa de destilación se lleva a cabo en un gas inerte.