Procedimiento catalítico para la obtención de ácido láctico a partir de materias primas renovables.

Procedimiento para la produccion de acido 2-hidroxipropanoico (acido lactico) o sus sales (lactatos),

en el que almenos un compuesto de partida organico que presenta al menos tres atomos de carbono, que se selecciona de unalcohol primario de la formula general (I')

y/o un aldehido de la formula general (I")

en el que el alcohol primario o el aldehido presenta un grupo hidroxilo en posicion α con respecto a la funcion dealcohol primario o con respecto al grupo aldehido asi como un grupo hidroxilo o un grupo eter en posicion ß conrespecto a la funcion de alcohol primario o con respecto al grupo aldehido,

se hace reaccionar en presencia de un catalizador de metal de transicion para dar acido 2-hidroxipropanoico (acidolactico) o sus sales (lactatos),

en el que como catalizador de metal de transicion se utiliza un catalizador a base de cobre en forma de Cu0 y/o uncatalizador que contiene cobre en forma de Cu0 y

en el que el procedimiento se realiza a una presion absoluta en el intervalo de 0,1 a< 20 bar y a temperaturas en elintervalo de 80 a 190 °C y en el que el procedimiento se realiza en condiciones de reaccion basicas, ascendiendo larelacion molar de OH- utilizado con respecto a lactato o acido lactico que se genera al menos a 1 : 1.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09003463.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: KRAFT, AXEL, DANZIG,JOACHIM, FASTABEND,ANNA, GRÄN-HEEDFELD,JÜRGEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C07C51/00 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 ácidos carboxílicos o sus sales, haluros o anhídridos.
  • C07C59/08 C07C […] › C07C 59/00 Compuestos que tienen grupos carboxilo unidos a átomos de carbono acíclicos y conteniendo uno de de los grupos OH, O-metal, — CHO, cetona, éter, grupos, grupos, o grupos. › Acido láctico.

PDF original: ES-2397565_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento catalítico para la obtención de ácido láctico a partir de materias primas renovables La presente invención se refiere a un procedimiento catalítico para la obtención de materias de base químicas a partir de materias primas renovables.

En particular la presente invención se refiere a un procedimiento catalítico para la producción de ácido 2hidroxipropanoico (ácido láctico) o sus sales (lactatos) , preferiblemente partiendo de polialcoholes (polioles) o polihidroxialdehídos, tales como en particular gliceroles (por ejemplo 1, 2, 3-propanotriol o sus oligómeros o poligliceroles) o azúcares y derivados de azúcar (por ejemplo mono-, di-, oligo-y polisacáridos) .

Según una forma de realización preferida la presente invención se refiere a un procedimiento catalítico adecuado para la deshidrogenación de alcoholes polihidroxilados (polialcoholes o polioles) que, a partir de fuentes de materias primas biológicas, renovables, genera las materias de base químicas ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) o sales de ácido láctico (lactatos) e hidrógeno, en particular liberándose por molécula de (sal) de ácido láctico una molécula de hidrógeno.

El ácido láctico, también denominado ácido 2-hidroxipropanoico o ácido 2-hidroxipropiónico, es un compuesto químico con la fórmula semiestructural CH3-CH (OH) -COOH, que representa un producto intermedio importante en el metabolismo humano y representa por ejemplo un producto en la degradación de azúcares mediante una glucólisis anaeróbica. Las sales de los ácidos lácticos se denominan lactatos. En el organismo humano el ácido láctico existe en forma del denominado ácido L- (+) -láctico por ejemplo en el sudor, la sangre, el suero muscular, el riñón y la bilis.

El ácido láctico representa una sustancia química de base relevante, que puede derivarse de biomasa. Por ejemplo el ácido láctico como parte fundamental para disolventes o sustancias tensioactivas, ácido láctico o sus sales, los lactatos, encuentran aplicación además en distintos productos, por ejemplo en cosméticos, alimentos como aditivos alimentarios, sustancias químicas agrícolas o similares.

También en la producción de los denominados biopolímeros a base de poli (ácidos lácticos) (polilactidas o PLA) el ácido láctico (ácido 2-hidroxipropanoico) cobra una importancia en aumento. El PLA puede generarse a partir de la materia prima natural ácido láctico a través de diferentes rutas sintéticas.

Para más detalles para la aplicabilidad del ácido láctico o lactatos y los productos que pueden obtenerse a partir de los mismos puede remitirse por ejemplo al artículo de revisión de R. Datta y col. “Lactic acid: recent advances in products, processes and technologies -a review” en: J. Chem. Technol. Biotechnol. 81: 1119-1129 (2006) .

La producción del ácido láctico por medio de fermentación es hoy en día estado de la técnica y provee a la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética de esta materia de base. Entretanto, la producción fermentativa en el caso predominante parte de azúcar como materia prima de base.

Con la producción fermetantiva de ácido láctico según el estado de la técnica están relacionadas sin embargo una serie de desventajas. De este modo por ejemplo con la producción de ácido láctico por medio de la fermentación, son posibles sólo bajos rendimientos espacio-temporales, que en general se encuentran en el intervalo de sólo 5 a 45 30 g/ (l·h) . Además la separación del ácido láctico del medio de fermentación está relacionada con un coste nada insignificante. Además, las condiciones de fermentación han de mantenerse en límites muy estrechos, de modo que es necesario un control de la técnica de procesos costoso. Durante la fermentación del ácido láctico heterofermentativa convencional se genera además en muchos casos también productos secundarios indeseados, que en parte no pueden reutilizarse o sólo pueden separarse con dificultad del producto deseado.

El documento EP0523015 da a conocer un procedimiento catalítico para la hidrogenación de glicerol, en el que se generan compuestos que contienen oxígeno con de 1 a 3 átomos de carbono, principalmente 1, 2-propanodiol y 1, 2etanodiol y algo de ácido láctico. Durante la realización del procedimiento se pone en contacto glicerol con hidrógeno y se lleva a reacción con le mismo en presencia de un catalizador que contiene cobre y zinc a temperaturas de al

menos 200°C, en ausencia de compuestos básicos.

MARIS ET AL: “Hydrogenolysis of glycerol over carbon-supported Ru and Pt catalysts”, JOURNAL OF CATALYSIS, 249 (2) , 2007, páginas 328-337 da a conocer un procedimiento catalítico para la hidrogenolisis de glicerol en catalizadores de rutenio y platino, en presencia de hidróxido de sodio u óxido de calcio a temperaturas de hasta 200

°C y a una presión de 5 bar con una selectividad con respecto a ácido láctico del 19 al 65 % en moles.

El documento EP0523014 da a conocer un procedimiento catalítico para la producción de ácido láctico a partir de glicerol en presencia de un catalizador de rutenio e hidróxido de sodio realizándose el procedimiento a una presión absoluta de 130 bar y a temperaturas en el intervalo de 230 a 270°C, con una selectividad con respecto a ácido 65 láctico del 1, 5 al 23, 5 % en moles.

Por lo tanto, la presente invención se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento para la obtención de materias de base químicas a partir de materias primas renovables, en particular un procedimiento para la producción de ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) o sus sales (lactatos) , que evite al menos en parte las desventajas de los procedimientos planteados anteriormente, conocidos por el estado de la técnica, o que incluso al menos las atenúe.

Para la solución del problema planteado anteriormente, la presente invención plantea un procedimiento según la reivindicación 1; otras configuraciones, en particular ventajosas, son objeto de las reivindicaciones dependientes de procedimiento correspondientes.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención un procedimiento para la producción de ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) o sus sales (lactatos) , en el que al menos un compuesto de partida orgánico que presenta al menos tres átomos de carbono, que se selecciona de un alcohol primario de la fórmula general (I’)

y/o un aldehído de la fórmula general (I”)

en el que el alcohol primario o el aldehído presenta un grupo hidroxilo en posición α con respecto a la función de alcohol primario o con respecto al grupo aldehído así como un grupo hidroxilo o un grupo éter en posición β con respecto a la función de alcohol primario o con respecto al grupo aldehído, se hace reaccionar en presencia de un catalizador de metal de transición para dar ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) o sus sales (lactatos) .

Para el caso en el que en las dos fórmulas (I’) o (I”) designadas anteriormente esté presente un grupo éter en posición β con respecto a la función de alcohol primario o con respecto al grupo aldehído, este grupo éter puede estar representado por un resto -OG, designando G un resto orgánico, en particular pudiendo seleccionarse el resto orgánico G de uno o varios de los siguientes restos: (A) un grupo alquilo; (B) un grupo arilo; (C) un grupo arilalquilo;

(D) un grupo alquilarilo; (E) un grupo polialcohólico (grupo poliol) , en particular seleccionado de (i) grupos mono-, di

o poli-1, 2, 3-propanotriolilo (grupos mono-, di-o poliglicerol) , preferiblemente grupos mono-, di-o poliglicerol lineales, ramificados y/o cíclicos con de 1 a 10 unidades de glicerol, o (ii) restos, en particular restos C3 o C6, de azúcares o derivados de azúcar, preferiblemente a base de hexosa.

En general, el metal de transición del catalizador seleccionado de metales de los grupos I B, II B, III B, IV B, V B, VI B, VII B y VIII B del sistema periódico de los elementos así como sus mezclas, mezclados y combinaciones, en particular de los metales cobre, cobalto, níquel, plata, zinc, paladio, rutenio, platino y/o rodio.

En una forma de realización preferida se utiliza como catalizador de metal de transición un catalizador a base de cobre y/o que contiene cobre, preferentemente Cu0. En una forma de realización especialmente preferida según la invención se utiliza como catalizador de metal de transición un catalizador a base de cobre y/o que contiene cobre, preferentemente Cu0, en combinación con al menos un metal adicional, preferiblemente en combinación con zirconio, cobalto, níquel, plata, zinc, paladio,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la producción de ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) o sus sales (lactatos) , en el que al menos un compuesto de partida orgánico que presenta al menos tres átomos de carbono, que se selecciona de un alcohol primario de la fórmula general (I’)

y/o un aldehído de la fórmula general (I”)

en el que el alcohol primario o el aldehído presenta un grupo hidroxilo en posición α con respecto a la función de alcohol primario o con respecto al grupo aldehído así como un grupo hidroxilo o un grupo éter en posición β con respecto a la función de alcohol primario o con respecto al grupo aldehído, se hace reaccionar en presencia de un catalizador de metal de transición para dar ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) o sus sales (lactatos) , en el que como catalizador de metal de transición se utiliza un catalizador a base de cobre en forma de Cu0 y/o un catalizador que contiene cobre en forma de Cu0 y en el que el procedimiento se realiza a una presión absoluta en el intervalo de 0, 1 a < 20 bar y a temperaturas en el intervalo de 80 a 190 °C y en el que el procedimiento se realiza en condiciones de reacción básicas, ascendiendo la relación molar de OH-utilizado con respecto a lactato o ácido láctico que se genera al menos a 1 : 1.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que como catalizador de metal de transición se utiliza un catalizador a base de cobre en forma de Cu0 y/o que contiene cobre en forma de Cu0 en combinación con al menos un metal adicional, preferiblemente en combinación con zirconio, cobalto, níquel, plata, zinc, paladio, rutenio, platino y/o rodio.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que como catalizador de metal de transición se utiliza Cu0ZrIVO2.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el catalizador se utiliza en forma activada, en particular en el que la activación se realiza bajo atmósfera de hidrógeno, en particular a 30 una presión absoluta de 1 a 5 bar, preferiblemente de 2 a 3 bar.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el procedimiento se realiza en presencia de al menos un promotor, en particular en presencia de un agente de formación de complejo para el ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) producido o sus sales (lactatos) , preferiblemente en presencia de un metal alcalinotérreo, de manera especialmente preferente calcio y/o magnesio, en particular en el que el promotor se encuentra combinado con el catalizador, en particular está aplicado en el mismo, y/o en particular en el que el promotor está situado en la disolución de reacción.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para el caso en el

que como compuesto de partida se utiliza el alcohol primario de la fórmula general (I’) , la reacción tiene lugar con deshidrogenación simultánea, en particular en el que por 1 mol de ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) generado o su sal (lactato) se genera 1 mol de hidrógeno.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto de 45 partida presenta al menos tres átomos de carbono o un múltiplo del mismo, en particular dos, tres, cuatro o más unidades C3, en particular en el que en el caso de compuestos de partida de más de una unidad C3 la reacción tiene lugar con escisión molecular.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación molar de 50 OH-utilizado con respecto a lactato o ácido láctico que se genera varía en particular en el intervalo de 1 : 1 a 10 : 1, preferiblemente de 1, 05 : 1 a 5 : 1, de manera especialmente preferente de 1, 1 : 1 a 2 : 1, de manera muy especialmente preferente de 1, 1 : 1 a 1, 5 : 1.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el procedimiento se 55 realiza con una selectividad con respecto a ácido láctico o lactato, calculada como relación porcentual de la cantidad de moles de ácido láctico o lactato formada con respecto a la cantidad de moles de compuesto de partida utilizada, de al menos el 50 % en moles, en particular al menos el 55 % en moles, preferiblemente al menos el 60 % en moles.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto de partida corresponde a la fórmula general (Ia)

o a la fórmula general (Ib)

,

en las que en las fórmulas (Ia) y (Ib) el resto R1, independientemente uno de otro, designa en cada caso hidrógeno o un resto orgánico, preferiblemente hidrógeno, pudiendo seleccionarse el resto orgánico de uno o varios de los siguientes restos:

• un grupo alquilo;

• un grupo arilo;

• un grupo arilalquilo;

• un grupo alquilarilo;

• un grupo polialcohólico (grupo poliol) , en particular seleccionado de (i) grupos mono-, di-o poli-1, 2, 3propanotriolilo (grupos mono-, di-o poliglicerol) , preferiblemente grupos mono-, di-o poliglicerol lineales, ramificados y/o cíclicos con de 1 a 10 unidades de glicerol, o (ii) restos, en particular restos C3 o C6, de azúcares o derivados de azúcar, preferiblemente a base de hexosa.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto de partida corresponde a la fórmula general (Ia’)

o a la fórmula general (Ib’)

, en las que en las fórmulas (Ia’) y (Ib’) el resto R1 tiene el significado indicado anteriormente.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto de partida corresponde a la fórmula general (Ia”) o a la fórmula general (Ib”)

.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto de partida corresponde a la fórmula general

,

en la que los restos R, R’ y R”, en cada caso independientemente uno de otro, designan hidrógeno; alquilo; opcionalmente arilo sustituido, en particular fenilo, hidroxifenol y alcoxifenilo, en particular metoxifenilo; arilalquilo; alquilarilo; halógeno, preferiblemente flúor.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto de 15 partida corresponde a la fórmula general

,

en la que los restos R, R’ y R”, en cada caso independientemente uno de otro, designan hidrógeno; alquilo;

opcionalmente arilo sustituido, en particular fenilo, hidroxifenol y alcoxifenilo, en particular metoxifenilo; arilalquilo; alquilarilo; halógeno, preferiblemente flúor.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto de partida se selecciona de 25

(i) 1, 2, 3-propanotriol (glicerol) y sus oligómeros (oligogliceroles) y polímeros (poligliceroles) lineales, ramificados o cíclicos;

(ii) gliceraldehído (2, 3-hidroxipropionaldehído) ;

(iii) azúcares y alcoholes de azúcar, en particular mono-y disacáridos, preferentemente a base de hexosas,

de manera muy especialmente preferente sacarosa (sucrosa) , glucosa, fructosa, galactosa, lactosa y maltosa, así como alcoholes de azúcar que pueden derivarse de los mismos, en particular sorbitol y manitol;

(iv) polisacáridos, en particular a base de hexosas, preferentemente almidón y celulosa; así como sus mezclas.


 

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