Método para la producción de pirrolidonas a partir de succinatos de caldos de fermentación.

Método para la producción de un compuesto II o una mezcla que contiene el compuesto II,

(Compuesto II)

donde el método incluye por lo menos las siguientes etapas:

(a) poner a disposición un caldo de fermentación que contiene el compuesto I(Compuesto I)

Donde R1 es igual a NH4

+, H o a otro catión y

R2 puede ser igual a NH4

+, H o a otro catión, y

donde por lo menos R1 o R2 es igual NH4

+;(b) transformar el compuesto I en el caldo de fermentación hasta tener el compuesto II

(c) separar por destilación en forma simultánea, intermitente o subsiguiente el amoníaco y/o agua;

(d) subsiguiente destilación del fondo de destilación de la etapa (c) a presión reducida, donde surge un destiladoque contiene el compuesto II; y

(e) aislar el compuesto II o transformar el destilado de la etapa (d).

Método para la producción de pirrolidonas a partir de succinatos de caldos de fermentación El ácido succínico y sus derivados son importantes productos precursores para una serie de productos de interés económico y encuentran aplicación por ejemplo en la producción de resinas alquídicas y de poliéster, solventes o una serie de sustancias químicas especiales, ver Zeikus, Appl. Microbiol. Biotechnol, 1999, 545-552. Las pirrolidonas, que son nombradas también ocasionalmente como pirrolidinonas, son producidas esencialmente en la petroquímica a partir de la reacción de gama-butirolactona con amoníaco (2-pirrolidona) o bien con metilamina (Nmetilpirrolidona) o en general con alquilamina (N-alquilpirrolidona) . Las N-alquilpirrolidonas, como por ejemplo NMP, encuentran empleo como solvente por ejemplo en la electroindustria, la 2-pirrolidona es un agente de extracción y solvente importante y sirve predominantemente como producto intermedio para la producción de N-vinilpirrolidona, la cual representa nuevamente un monómero importante.

Hasta ahora existe sólo un mercado relativamente pequeño para el ácido succínico, el cual es producido por regla general en la petroquímica a partir de anhídrido maleico o butanodiol, sin embargo en los últimos años se investigó muy fuertemente en el campo de la producción por fermentación, de modo que para un futuro cercano surge la posibilidad de una producción industrial de ácido succínico mediante fermentación como producto intermedio para sustancias químicas C4; Miller, Varadarajan en Biotechnol. Prog. 1999, 15, 845-854 describen numerosos métodos de purificación para el aislamiento de ácido succínico o sales de ácido succínico a partir de caldos de fermentación. El ácido succínico es producido por ejemplo con ayuda de filtración, cristalización, extracción, electrodiálisis, cromatografía a partir de caldos de fermentación: US 5, 034, 105, US 4, 670, 155, US 5, 814, 498, US 5, 168, 055, US 5, 958, 744, US 5, 780, 276, US 5, 143, 834, US 5, 143, 833, US 5, 412, 126, US 5, 104, 492, US 4, 670, 155.

Por regla general, el ácido succínico y sus sales o sus ésteres purificados son transformados hasta Nalquilsuccinimida (US 4, 841, 069, US 4, 814, 464) o directamente hasta 2-pirrolidona (US 3, 080, 377, US 3, 198, 808, US 3, 681, 387, US 4, 263, 175) o NMP (US 3, 448, 118, US 5, 157, 127, US 5, 434, 273, WO02/102772) .

Además se describen métodos en los cuales se producen pirrolidonas a partir de succinimida. La succinimida en sí misma puede ser producida según JP 04282361 a partir de ácido succínico y amoniaco en presencia de fosfito. SU 1317890 describe la producción de succinimida a partir de ácido succínico y urea, mientras que de acuerdo con Zh. Obshch. Khim.; 20, 1950, 1145, 1149, 1191, 1195 la succinimida puede ser producida junto con succinilmonoamida a partir de ácido succínico en presencia de piridina y sulfamida. Por ejemplo otros métodos para la producción de succinimida son descritos en Yakugaku Zasshi; 62; 1942; 532, 169, donde se produce succinimida a partir de ácido succínico con formamida, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas; 75; 1956; 164, 167; J. Indian Chem. Soc.; 10; 1933; 111, 114, las cuales describen la producción de succinimida a partir de ácido succínico y urea así como las publicaciones J. Chem. Soc.; 1931; 443 (producción de succinimida a partir de ácido succínico y carbonato de amonio) , Chem. Ber.; 23; 1890; 3285 (producción de succinimida a partir de succinilmonoamida) y Justus Liebigs Ann. Chem.; 49; 1844; 197 (producción de succinimida a partir de succinildiamida) .

En Clarke, Org. Synth. 1943, II, 562 se describe la reacción de succinato de diamonio químicamente puro hasta dar succinimida mediante una destilación reactiva con subsiguiente destilación. En una primera etapa se concentra la solución acuosa de succinato de diamonio hasta que está presente un fundido y después en una segunda etapa se separa por destilación en la cabeza la succinimida. Por ejemplo se ejecuta la cristalización de la succinimida en etanol al 95 %, para alcanzar una pureza tan alta como sea posible.

DT 2313386 describe la transformación química de ácido succínico en presencia de amoníaco y fosfato de triamonio hasta dar succinimida.

WO 02/102772 describe un método para la producción de N-metilpirrolidonas, en el cual se hidrogena succinato de diamonio y surge una mezcla de 2-pirrolidona y N-metilpirrolidona.

En la fabricación de productos de reacción, como por ejemplo pirrolidonas, a partir de ácido succínico y sus derivados producidos por fermentación, frecuentemente la ejecución exitosa de las etapas de reacción requiere que los productos intermedios tengan que ser purificados. Para la elaboración de ácido succínico o sus derivados (por ejemplo sales o ésteres) a partir de caldos de fermentación se proponen frecuentemente etapas del método costosas desde el punto de vista de tiempo y equipos, como por ejemplo cristalización, precipitación, electrodiálisis, extracción o cromatografía, para alcanzar una separación suficiente de por ejemplo los componentes dañinos para el catalizador (posiblemente componentes del medio nutritivo, productos secundarios del metabolismo, componentes celulares) . Puesto que en particular para el ácido succínico y sus sales se describe frecuentemente como necesaria una combinación de estas etapas del método, los costos originados por ello eran hasta ahora un impedimento para el método industrial para la reacción de ácido succínico fermentativo hasta dar productos de precio comparativamente bajo, como por ejemplo pirrolidonas. Además, para algunos de estos métodos de elaboración no

es posible reciclar la base empleada en la fermentación, lo cual genera costos adicionales respecto a las materias primas y disposición.

Por consiguiente, la presente invención basó el problema en poner a disposición un método que permitiera una producción conveniente en costos de succinimida así como posibles productos de reacción, en particular de pirrolidonas sustituidas y no sustituidas a partir de soluciones contaminadas que contienen succinato, es decir a partir de soluciones que contienen muchos productos secundarios, como por ejemplo caldos de fermentación.

El problema en el que se basa la presente invención es resuelto poniendo a disposición el método acorde con la invención aquí descrito y las formas de operación caracterizadas en las reivindicaciones.

En consecuencia, la presente invención se refiere a un método para la producción del producto intermedio succinimida o una mezcla que contiene la succinimida, y en el cual pueden producirse pirrolidonas en otras etapas acordes con la invención. El método acorde con la invención se caracteriza por las formas de operación aquí descritas.

En una forma de operar, la presente invención se refiere en consecuencia a un método para la producción del compuesto II o una mezcla que contiene el compuesto II

Compuesto II donde el método incluye por lo menos las siguientes etapas:

(a) poner a disposición un caldo de fermentación que, en otra forma de operación es tratado previamente, por ejemplo mediante separación de la biomasa, esterilización y/o concentración, el cual contiene el compuesto I

Compuesto I

Donde R1 es igual a NH4+, H+ o a otro catión y

R2 puede ser igual a NH4+, H+ o a otro catión,

y donde por lo menos R1 o R2 es igual a NH4+;

(b) transformar el compuesto I en el caldo de fermentación hasta tener el compuesto II;

(c) separar por destilación en forma simultánea, intermitente o subsiguiente el amoníaco y/o agua;

(d) subsiguiente destilación del fondo de destilación de la etapa (c) a presión reducida, donde surge un destilado que contiene el compuesto II; y

(e) aislar el compuesto II o hacer reaccionar el destilado de la etapa (d) .

En la etapa (c) se separa mediante destilación en forma total o parcial el agua que surge en la reacción o que está presente en el caldo. Se forma amoníaco sólo cuando R1 y R2 representan amonio. Adicionalmente pueden separarse por destilación aún otras sustancias volátiles, sobre todo sustancias que son más ligeras que la succinimida, como por ejemplo etanol, el cual puede surgir como producto secundario durante la fermentación. Los cationes son esencialmente cationes que están presentes comúnmente en los caldos de fermentación o sus preparaciones. En otra forma de operar, el catión es un catión monovalente, por ejemplo en los siguientes cationes: Na+ y/o K+. En otra forma de operar el catión es un catión divalente, por ejemplo Mg2+, y/o Ca2+. En otra forma de operar está presente una mezcla de diferentes cationes, por... [Seguir leyendo]

1. Método para la producción de un compuesto II o una mezcla que contiene el compuesto II,

(Compuesto II) donde el método incluye por lo menos las siguientes etapas:

(a) poner a disposición un caldo de fermentación que contiene el compuesto I

(Compuesto I) Donde R1 es igual a NH4+, H o a otro catión y 10 R2 puede ser igual a NH4+, H o a otro catión, y donde por lo menos R1 o R2 es igual NH4+;

(b) transformar el compuesto I en el caldo de fermentación hasta tener el compuesto II

(c) separar por destilación en forma simultánea, intermitente o subsiguiente el amoníaco y/o agua;

(d) subsiguiente destilación del fondo de destilación de la etapa (c) a presión reducida, donde surge un destilado 15 que contiene el compuesto II; y

(e) aislar el compuesto II o transformar el destilado de la etapa (d) .

2. Método según la reivindicación 1, donde el compuesto II es obtenido en una mezcla que contiene además por lo menos (Compuesto IIa) ;

donde R3 puede ser igual a H u otro catión, y/o (Compuesto IIb)

3. Método para la producción de un compuesto IIIa o una mezcla que contiene el compuesto IIIa

(Compuesto III)

donde para el compuesto IIIa R4 es igual a H; y donde el método contiene las etapas del método según las reivindicaciones 1 o 2 y además la siguiente:

(f) reducción del compuesto II hasta el compuesto IIIa.

4. Método para la producción de un compuesto IIIb o una mezcla que contiene los compuestos IIIa y IIIb

(Compuesto III) 10 donde para el compuesto IIIa R4 es igual a H; y

donde para el compuesto IIIb R4 es igual a un alquilo ramificado o no ramificado con 1 a 20 radicales de carbono con 0 a 1 radicales OH o NH2; y donde el método incluye la etapa del método según la reivindicación 3 y además la siguiente:

(g) introducción total o parcial de grupos alquilo en el compuesto IIIa para dar el compuesto IIIb durante o 15 después de la etapa (f) .

5. Método según la reivindicación 4, donde se producen pirrolidona, hidroxietilpirrolidona y/o N-metilpirrolidona (NMP) .

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, donde se ejecuta la reacción y destilación en un método continuo bajo las siguientes condiciones:

(i) opcionalmente, separación de la biomasa y/o purificación del caldo de fermentación;

(ii) opcionalmente, concentración del caldo de fermentación;

(iii) separación por destilación de los productos secundarios y reacción del compuesto I a una temperatura de 100 a 300°C;

(iv) opcionalmente reacción posterior a 150 a aproximadamente 300 °C; y

(v) separación por destilación del compuesto II o del compuesto II y el compuesto IIa y/o IIb a una temperatura de 150 °C a 300 °C y a presión normal o a una presión de aproximadamente 0, 01 a aproximadamente 1000 mbar.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, donde la transformación y destilación son ejecutadas en forma de lote a las siguientes condiciones:

(i) opcionalmente, separación de la biomasa y/o purificación del caldo de fermentación;

(ii) opcionalmente, concentración del caldo de fermentación; (iii) separación por destilación de los productos secundarios y transformación del compuesto I a una temperatura de temperatura ambiente a 300°C;

(iv) opcionalmente, reacción posterior del destilado a 150 °C hasta 300°C por menos de 2h; y

(v) opcionalmente, sobredestilación de la mezcla de reacción a presión normal o presión reducida y a 150 °C a 300 °C.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, donde antes de la reacción del compuesto I o antes de la destilación del compuesto II se añade al caldo de fermentación hasta 50% de diluyente del fondo.

9. Método según una de las reivindicaciones 4 a 7, donde la reacción del compuesto II hasta compuesto III es una hidrogenación.

10. Método según una de las reivindicaciones 4 a 8, donde la reducción es una hidrogenación en fase gaseosa o fase líquida, que es ejecutada bajo las siguientes condiciones:

(i) a una temperatura entre 80°C y 330°C;

(ii) con un catalizador homogéneo o heterogéneo adecuado para la hidrogenación de grupos carbonilo, el cual contiene uno o varios elementos de los grupos 11, 6, 7, 8-10, 13, 14 o 15 del sistema periódico de elementos; y/o

(iii) en la fase gaseosa a una presión entre presión normal y 130 bar o en la fase líquida a una presión entre 20 y 400 bar.

11. Método según una de las reivindicaciones 4 a 10, donde el método incluye las siguientes etapas:

introducción de grupos alquilo en el compuesto IIIa con un hidrocarburo saturado ramificado o no ramificado con 1 a 20 radicales de carbono y 1 a 2 radicales OH o NH2.

12. Método según la reivindicación 11, donde la introducción de grupos alquilo en la fase gaseosa es ejecutada a las siguientes condiciones:

(i) a una temperatura de 50 a 600°C;

(ii) a una presión de presión normal a 100 bar;

(iii) empleo estequiométrico o sobreestequiométrico de un componente de introducción de grupos alquilo; y

(iv) empleo de un óxido u óxido mixto básico, neutro o ácido Lewis o bien Brönsted u óxidos mezclados o un metal.

13. Método según la reivindicación 11, donde la introducción de grupos alquilo es ejecutada en la fase líquida bajo las siguientes condiciones:

(i) a una temperatura de 50 a 600°C;

(ii) a una presión de presión normal a 325 bar;

(iii) empleo estequiométrico o sobreestequiométrico de un componente de introducción de grupos alquilo; y

(iv) empleo de un óxido u óxido mixto básico, neutro o ácido Lewis o bien Brönsted u óxidos mezclados o un metal.

14. Mezcla que contiene succinimida y polialquilenglicoles, aceites de silicona o aceites de parafina.