專利名稱：改進的快速生產(chǎn)環(huán)酯類的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的制備環(huán)酯類的方法，它通過在較短的滯留時間內(nèi)用熱分解一種α-羥基羧酸、酯、含氮有機鹽或其一種低聚物來制備環(huán)酯。更具體的說，本發(fā)明涉及一種用于快速生產(chǎn)環(huán)酯類，特別是丙交酯。氣體參與式常壓方法。
二聚環(huán)酯，例如丙交酯，可聚合成高分子量的聚羥基羧酸類，后者由于其水解性和可生物降解性而有重大意義。例如，它們長期以來對于諸如用作縫合線和纖維(Staple)之類的生物醫(yī)學應用一直具有重大意義。最近，它們對于在自然環(huán)境中可降解的多種非生物醫(yī)學應用的大宗使用的物品的制造也具有了影響，特別是能被環(huán)境接受的可水解的制品。絕大多數(shù)這類應用(如果不是全部的話)是優(yōu)先選用一種二聚環(huán)酯生成的可降解的聚合物。然而，以現(xiàn)有技術生產(chǎn)的二聚環(huán)酯用于這種非醫(yī)學的應用太昂貴了，因為生產(chǎn)率低，產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)品并且處理也很麻煩。
制備α-羥基羧酸的二聚環(huán)酯類的方法是古老而研究過多年的方法。從前，進行這種制備分為明顯不同的兩個步驟，首先制備出一種羥基羧酸的低聚物(例如鏈比較短的相應的縮聚物)，然后減壓加熱生成所需的環(huán)酯。環(huán)酯的生產(chǎn)在以下參考文獻中有說明Gruter等人的US 1095205(1914年)號專利;Lowe的US 2668162(1954);Bellis的US 4727163(1988);Bhatia的US 4835293和Muller的德國專利申請公開號第3632109和3708915(1988)。這類方法對于非醫(yī)學應用從經(jīng)濟上看沒有吸引力，因為在高溫下從聚合中間體轉化成環(huán)酯需要好幾個小時的反應時間。另外，在高溫下長時間滯留經(jīng)常能產(chǎn)生副反應，導致產(chǎn)生例如不需要的異構體聚合物的焦化，以及隨之而來的很難處理的反應器殘余料。
本發(fā)明基于以下的發(fā)現(xiàn)一種α-羥基羧酸或如下文所定義的一種α-羥基羧酸部分的低聚物，例如乳酸，轉化成環(huán)酯，例如丙交酯，其過程要比迄今所認為的要快得多，所以當液體和氣體之間具有大界面面積，而氣體的流速和其體積相對于低聚物的量而言足夠大時，就可使環(huán)酯的排出基本上與其生成速度一樣快。因此，該方法可以把乳酸低聚物非常迅速地轉變成環(huán)酯，例如丙交酯。這就使短滯留時間的連續(xù)過程成為可能。
因此，本發(fā)明的方法為該類技術提供了眾多的優(yōu)點。本發(fā)明顯著地減少了將一種如前述定義的羥基羧基為主的低聚物材料轉變成所需的環(huán)酯需要的時間。與需要幾小時轉變的先有方法成為對照，本發(fā)明的方法只用短的多的時間即可生成環(huán)酯，例如丙交酯。因而，反應物的滯留量可以減少，從而能使因反應物外消旋作用和焦化而可能損失的環(huán)酯產(chǎn)量也減少了。因而本發(fā)明的方法能快速而高產(chǎn)量地生產(chǎn)環(huán)酯，例如丙交酯。通過把未反應的起始料(即未轉化的反應物)再循環(huán)，環(huán)酯的轉化還可以提高到更高的水平。
本發(fā)明的第一實施方案涉及連續(xù)制備具有下式結構的環(huán)酯的方法
<p>其中R1和R2可任意地為氫或具有1到6個碳原子的脂族烴基，該方法包括(ⅰ)把至少含有(a)，α-羥基羧酸，HOCR1R2CO2H和(b)，(a)的鹽二者之一的反應物料流連續(xù)供入反應器的進器的進口端，反應器有一進口端和一生成物出口端及一個用于引入在操作溫度下為氣體和不反應的物質(zhì)的進口;同時(ⅱ)把反應區(qū)的溫度和壓力維持在能有效生成含有環(huán)酯的流態(tài)反應物的水平;
(ⅲ)將上述在運行溫度下是氣體的并且不反應的物質(zhì)連續(xù)從上述入口通入，氣流要足夠大以便能從反應物中排除走環(huán)酯并形成含有氣體和環(huán)酯的氣態(tài)生成物流。
(ⅳ)把(ⅲ)的生成物流從反應區(qū)排出;和(Ⅴ)從生成物流中回收環(huán)酯。
本發(fā)明的第二個實施方案涉及制備具有如下結構式的一種環(huán)酯的改進的方法，
其中，R1和R2任意地為氫或含有1到6個碳原子的脂族烴基，該方法包括(ⅰ)把一種α-羥基羧酸，HOCR1R2CO2H，或其一種酯或一種含氮有機鹽，的低聚物連續(xù)供入維持一定溫態(tài)的反應區(qū)中，該溫度足以使低聚物解聚而形成環(huán)酯;
(ⅱ)把在上述溫度下呈氣態(tài)并且不發(fā)生反應的物質(zhì)連續(xù)供入反應區(qū)，上述物質(zhì)形成一氣流與低聚物接觸，結果與低聚物形成大的界面面積;上述氣態(tài)物質(zhì)的供入量要足夠大，以使環(huán)酯從低聚物中的排除大體上與其生成一樣快，氣體的供入量至少為90標準立方英尺每分鐘每立方英尺反應區(qū)的低聚物;
(ⅲ)從反應區(qū)中排出含有環(huán)酯的氣流;及(ⅳ)從氣流中回收環(huán)酯。
本發(fā)明的一個方面是第一和/或第二實施方案是不連續(xù)進行的。
本發(fā)明的另一方面是供入的進料物系是液體，并且通常都予熱，以減少反應器的熱負荷。
上述第二實施方案中的一個方面是，低聚物連續(xù)供入反應區(qū)，環(huán)酯從反應區(qū)連續(xù)排出。
本發(fā)明另一個更特別的方面是反應物進料速度和生成物的排出速度是協(xié)調(diào)的，從而建立一種穩(wěn)定的狀態(tài)，即在反應區(qū)內(nèi)的反應物料量大體上保持恒定。
不過，在上面討論的第二個實施方案的另一更特殊的連續(xù)方法中，低聚物的供入速度和生成物流以及未轉化的低聚物的排出速度是協(xié)調(diào)的，從而建立一種穩(wěn)定狀態(tài)，即在反應區(qū)內(nèi)的反應物料大體上維持不變。
具體的說，本發(fā)明的方法的一個方面是關于以乳酸，酯，含氮鹽或其低聚物為原料高產(chǎn)率，高線度，高轉化率地制備包括L-丙交酯和D-丙交酯的丙交酯的方法。
再有，在大致為常壓下運行減少了投資和運行費用，因為取消了迄今在該技術中所用的需要保持低減壓的花費大的設備。在常壓或再高一些的壓力下進行汽提消除了在反應器內(nèi)形成爆燃空氣的潛在危險，(有時候，由于空氣滲漏，特別是在減壓下情況下，有可能形成燃爆性空氣)。


圖1所示為解聚按照實例3生產(chǎn)的一種低聚物的熟解重量分析法所得的曲線。
在本發(fā)明的第一實施方案中，其方法為將一種α-羥基羧酸或其一種可熱離解的鹽(例如一種胺鹽)連續(xù)通入予熱到一定溫度的反應區(qū)里，該溫度足可以把這種α-羥基羧酸和或其鹽轉化成一種環(huán)酯。大體上同時把基本上為恒定流量的如上文所定義的一種環(huán)酯汽洗劑通進反應物內(nèi)，使之與反應物緊密接觸，并把反應生成物從反應區(qū)帶出來。從反應區(qū)排出的生成物流中包含環(huán)狀的生成物以及其他的反應生成物，例如，在原料為乳酸的情況下，可能含有游離水分，反應水和未轉化的乳酸。環(huán)酯可以用已知技術中的任一方法回收，包括溶劑洗滌法。一種這類的溶劑洗滌法在Bhatia的US 4835293號專利中有說明，在本文已借用來作參考。從反應生成物流中回收的未反應的α-羥基羧酸，以及來自反應器中的任何低聚物驅(qū)氣可以單獨的，或與新鮮的起始原料一起被循環(huán)。
第一實施方案中含有α-羥基羧酸基的進料流包括(a)α-羥基羧酸，HOCR1R2CO2H，此處R1和R2可以任意地為氫或一個C1-C6脂族烴基;
(b)一種鹽，例如，一種堿金屬的鹽或一種可熱離解的銨或胺鹽，HOCR1R2CO2HA，這里A是氨或胺，而這種鹽在運行溫度下可離解成(a)項中的酸和含有氮的有機鹽。
例如，R1和R2，當在上式中不是H時，可以是C1-C4烷基。在某些情形中，R1和R2是H或甲基，如乙醇酸(R1＝R2＝H)和乳酸(R1＝H，R2＝CH3)。
α-羥基羧酸的胺鹽可以是任一種在運行溫度下離解成酸和胺的鹽。例如，可以是叔胺的一種鹽，脂族的則更好，例如三甲胺，三乙胺，二甲基乙胺，三丁胺，等。
在本發(fā)明的第二實施方案中，其方法為把一種α-羥基羧酸的低聚物，其一種酯的低聚物或其一種含氮的有機鹽的低聚物引入反應區(qū)并加熱到足以解聚其成為環(huán)酯的溫度。大體上在同時把基本上為恒定流量的如上文定義的一種氣態(tài)循環(huán)汽洗劑通入液體反應物中，其通入量和速度可以使液體反應物與氣體之間造成大界面，并且氣量足可以把環(huán)酯從反應物中迅速提走。汽洗氣形成的生成物流包括環(huán)酯和其他揮發(fā)性物質(zhì)，后者可以存在于回收的環(huán)酯中。環(huán)酯可以用已知技術中的任意一種方法回收，例如溶劑萃取法或凝聚法。一種這類的溶劑萃取法在Bhatia的US 4835293號專利中有說明，本文引用來作為參考文獻。在回收環(huán)酯時從反應生成物流中回收的乳酸和其線性二聚物可以單獨的，或者與新的起始原料一起循環(huán)到反應區(qū)。從反應器排出的反應物料的清洗氣流也可以再循環(huán)。應該理解術語“連續(xù)進料”對于本發(fā)明的實施例的連續(xù)方法而言，包括恒定的和脈動式的兩種進料。
第二實施方案的低聚物進料包括一種α-羥基羧酸、其酯和/或其一種含氮鹽的一種聚合物，即
這里，n是2到12的整數(shù)，X可任意為H、R3或陽離子基HA、R1、R2和R3可任意為H或C1-C6烴基，而A為含氮有機堿基。通常，R1、R2和R3、當在上式中不是H時，為一烷基，例如，R1和R2是H或甲基，如在乙醇酸中(R1＝R2＝H)和乳酸中(R1＝H，R2＝甲基)。還有，陽離子基是從諸如氨或烷基胺的氮堿衍生而來的。此外，氮堿為氨或一種叔胺，例如三甲胺，三乙胺，甲基二乙胺、三丙胺，三丁胺等。低聚物的分子量可以變動很廣，對于生產(chǎn)丙交酯一般不超過約1000以易于控制。此外，低聚物的結構，就n、R1、R2、R3和HA而言，應該這樣它能在操作溫度液化以便解聚成環(huán)酯。為連續(xù)地或間歇地把低聚物供入到反應區(qū)所需的流動性用下述的辦法獲得予熱該物料和/或加入促液化的大量的可相容的溶劑(一般為小分子溶劑)，當需要時可方便地泵送該組合物。
本發(fā)明的方法，通常是在有催化劑存在下進行的，催化劑與低聚物反應物料一起由進料流帶入或直接將其加入到反應物中。催化劑應當適于促進(1)α-羥基羧酸縮合成低聚物，或(2)低聚物熱分離成環(huán)酯。催化劑一般是周期表中Ⅳ、Ⅴ和Ⅷ族中的金屬或金屬的化合物。適用的催化劑的例子有Ⅳ族的金屬，值得注意的是Sn金屬(粉狀)，其氧化物，鹵化物，或羧酸鹽，或者Ⅴ族的，值得注意的為Sb，通常為其氧化物Sb2O3。一種適用的錫催化劑的特例是Sn(Ⅱ)羧酸鹽，尤其是那些可溶于進料流中的和反應生成物混合物中的，示例則為二價錫的雙(2-乙基己基羧酸鹽)，一般稱為二價錫辛酸鹽。
催化劑要以有效催化量使用，其變化范圍可以很寬，決定于所用的進料的本身和反應條件。對于任何特定物系的最佳有效催化用量可以很容易地通過試車運行來確定。例如，以二價錫的辛酸鹽為催化劑，其用量一般為反應物含量的約0.1到約1.5%(以重量計)，更常用量為從約0.3到0.9%。
反應器也可以盛有對于低聚物來說基本上是惰性的稀釋劑或溶劑，例如高沸點導熱劑，以幫助減少在其解聚成環(huán)酯過程中低聚物的局部過熱和焦化。
用于把環(huán)酯和反應水從反應混合物及反應器中夾帶走/取走/排除的汽洗劑，可以是在操作溫度和壓力下呈氣態(tài)的和穩(wěn)定的，并對起始物料反應物各組分及反應生成物不反應的任何物質(zhì)。它們可以是常態(tài)下的氣體，如氮、氬、一氧化碳或二氧化碳或低分子量的烴。它們也可以是常態(tài)下非氣態(tài)但在反應溫度和壓力下呈氣態(tài)的物質(zhì)。常態(tài)下為氣態(tài)的汽洗劑一般都利用N2或氮氣，因為其惰性和便于獲得。通常惰性氣體予熱達到或很接近操作溫度并注入到在反應區(qū)中反應物的表面以下，例如引入到反應器攪拌槽的攪拌器下方，或引入到垂直設置的反應器的底部，以使之與向下流動的低聚物能對流接觸。這種技術允許人們進行連續(xù)反應，滯留時間較短。
氣體的流速應該足夠高以免限制環(huán)酯的洗滌速率。如果流速太低，向環(huán)酯的轉化會受到相反的影響，其生產(chǎn)率會受限制，因為氣體的很重要的作用是把蒸汽態(tài)的環(huán)酯帶出反應器。最佳流量隨下面各因素的不同組合而變化進料，催化劑，反應溫度，反應器的構造及形狀，其范圍一般從約5到20摩爾每摩爾進料，常用量為從7到15摩爾每摩爾進料。
依照本發(fā)明的第二個實施方案，惰性氣體的流量至少為大約90標準立方英尺每分鐘(Scfm)每立方英尺的低聚物，通常為大約180到600Scfm每立方英尺在反應器中的低聚物。對于連續(xù)操作的情形，在穩(wěn)定況態(tài)下，以低聚物供入反應器的流量決定氣體的供入速度也很方便。按此計算，氣體流量至少為1000Scfm(可高達2000至6000Scfm)每立方英尺每分鐘供入到反應區(qū)中的低聚物。低聚物轉變成環(huán)酯的合適的有效的溫度范圍可以變化很寬，但一般在約185到270℃，或在約200到220℃的范圍內(nèi)。對于連續(xù)操作的實施例，在此溫度范圍內(nèi)的滯流時間不會超過45分鐘，而通常不大于20分鐘。對于某一特定的低聚物-環(huán)酯轉化的最佳溫度，依其組分而變動。例如，對于生產(chǎn)L-或D-環(huán)丙交酯的溫度一般的范圍為約190-220℃，對于乙交酯為220-250℃。
還要注意到，氣體成分可幫助在反應區(qū)的反應混合物保持良好混合狀態(tài)，并幫助從該處排出揮發(fā)物，以這種方式幫助避免局部地區(qū)的“熱點”(hot spots)(即過度高溫區(qū)域)發(fā)生，否則就會造成不希望的和低產(chǎn)率的反應物的降解和焦化。單體的或α-羥基羧基的組分(即第二實施方案的酸或銨鹽或胺鹽)轉化成環(huán)酯的合適有效的溫度范圍可以變動很寬，但通常的范圍在約從170到270℃，或者在約190到235℃的范圍內(nèi)，對于生產(chǎn)丙交酯來說為195℃到220℃。
壓力的變動可以從低于大氣壓到等于大氣壓到高于大氣壓。通常是1大氣壓加一小背壓施加在生成物流的設備上，后者的設計應使背壓保持在實際可能達到的低水平上，例如少于5磅每平方英寸。
反應器的結構和形狀不是關鍵的，只要具有裝置(1)，能允許在原地生成的流體反應物積聚，或(2)，可以引入低聚物進料，還有用于將氣態(tài)的環(huán)酯汽洗劑引入到反應區(qū)的裝置，便于使之直接地緊密地與低聚物組分接觸而形成大的氣-液交界面，并具有用于排出含有環(huán)酯的氣態(tài)物流的裝置。因此，反應器可以是一個配有氣體噴射裝置的攪拌釜，并且通常是可以使氣體直接進到攪拌器下面的那種。反應器也可以是一填充塔或篩板塔，或者是已知技術中任何其他可有效地使氣-液緊密接觸的裝置，例如，泡罩塔，板式塔，噴射式反應器或薄膜式反應器，還要有引入氣體組分的裝置，以便使氣體組分緊密地與噴射的或成膜的反應物相接觸。同樣的，生成物流的回收和處理系統(tǒng)也可以是任一種已有的技術。一種這類的反應器裝置在Bha-tia的US 4835293號專利中有說明，本文特地借用作參照。
依據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，如果愿意，α-羥基羧酸可以以溶液的形式(例如在水、丙酮中等)供入到反應區(qū)。例如乳酸的濃縮水溶液可大量獲得，依照本發(fā)明的方法可以直接供入到反應區(qū)。
一種特別適合于依照本發(fā)明的第二實施方案的連續(xù)的方法解聚低聚物組合物的反應器包括一垂直設置的塔式反應器，例如篩板塔，在塔的頂部或靠近塔頂部設置有供入液化的低聚物裝置，在塔的底部有排出未轉化的液體反應物的裝置，在塔的底部或靠近塔的底部有供入氣體組分的裝置，以便于穿過在塔中向下方來的反應物，在塔的頂部有出口裝置用于排出氣態(tài)生成物流，以及環(huán)繞塔柱有加熱裝置，用于把反應物加熱到要求的溫度并予以保持。
供入到反應器的低聚合物應該能在操作溫度下液化。如果是固態(tài)的或太粘稠不便于送入到反應器中并在反應區(qū)保持液態(tài)，可以使用適當?shù)娜軇├绫?，用量宜少，能足以使之成為可泵送的液態(tài)物即可。通常，進料流予熱到使低聚物解聚成環(huán)酯的反應溫度。
以下的試劑是用來說明本發(fā)明的，而不能認為是把本發(fā)明限于本文中所述的任一特定實施例。
實施例1和2是在一個28毫米的Oldershaw蒸餾塔內(nèi)進行的，有五塊篩板，為了本發(fā)明的目的，在頂板處設置了一個低聚物進料管，一個把氣體引入到塔內(nèi)最底層篩板之下的接口，一個在塔頂?shù)臍饬髋欧趴?，一個用于收集在塔底部未轉化低聚物的燒瓶，和一個用于控制溫度的加熱套。氣流排放口與一汽提裝置連接，用以從氣體流中提出環(huán)酯。汽提裝置Bhatia的US 4835293號專利中有說明。
實施例 1A 用下述方法制備一種L-乳酸的低聚物把754.1克88%含水乳酸(約98%L-乳酸)和2.54克的二價錫的辛酸鹽的混合物逐漸加熱，在2小時內(nèi)達到167℃，同時用小股流的N2氣排出游離水分及縮合水。在此期間收集到190毫升水餾分。再把反應物保溫在160-176℃半小時，在此期間又收集到6毫升餾出液，而餾出液的排出速度大體上降到零。然后將反應物冷卻并與丙酮混合;形成的組合物含78.6%的低聚物和21.4%的丙酮(重量比)，并且完全可以在室溫下用泵送到反應器里。
B 將溫度剛剛超過室溫由A所獲得的低聚物-丙酮組合物，以2.2克/分的流量連續(xù)泵送到前述的五篩板反應器的最高層板上，同時將予熱至約185℃的N2氣流。以0.14scfm的流量送至最低層(第五層)篩板下。進料持續(xù)約2小時15分鐘，溫度范圍從186C到197℃，平均約190℃，在第四層篩板處的溫度范圍為205°到212℃，大部分時間為210℃。
在135分鐘的操作期間，305克的進料組合物(含240克的低聚物，理論上相當于222克丙交酯)進入塔內(nèi)，有86克未反應的低聚物在收集瓶里被回收，相當于64%的轉化率。反應器滯留量基本上是恒定的，大約為11克。從上面的數(shù)據(jù)計算出惰性氣體流量為2750scfm/每立方英尺/每分鐘低聚物進料，和432scfm/每立方英尺在反應區(qū)的滯留量。97克的低聚物(滯留量和底沉積物)純凈而顏色略黃。低聚物在反應器中滯留的時間可以用滯留量除以低聚物流量來計算?；诘途畚锏倪M料流量計算為約6分鐘，以其在底部的流出速度來計算則為17分鐘。
C 以丙酮洗滌從塔中出來的N2氣流來回收丙交酯生成物。在減壓的條件下部分蒸發(fā)丙酮溶液以沉淀出丙交酯。加入激冷水進一步沉淀丙交酯，后者被過濾，濾餅用異丙醇在過濾器上沖洗，殘余溶劑減壓蒸發(fā)去掉，獲得86克丙交酯。另有21克從濾液和洗液中回收，如前述的一樣，也在減壓下濃縮濾液、洗液并干燥。這107克的白色結晶L-丙交酯相當于79%數(shù)量(136克)的低聚物轉化了。
用高壓液體色譜法(HPLC)在手性柱上發(fā)現(xiàn)這一生成物中沒有D-丙交酯和內(nèi)消旋丙交酯。其純度，不計重結晶作用，用HPLC測為99.71%，用差示掃描量熱法測(DSC)為98.69%。如DSC測定的那樣，它有一個明確的熔點在97℃。經(jīng)過重結晶作用(90%的回收率)，純度增加到99.77%(HPLA測)，和99.59(用DSC測)。熔點用DSC測為97.5℃。重結晶前的旋光度為-288°，而從異丙醇重結晶后為-298°，再次表明純度非常高。
實施例 2重復實施例1中的步驟，除了以下幾項之外(a)低聚物本身(即不加丙酮)，予熱到140℃形成液態(tài)進料，(b)低聚物進料流量為1.5克/分，(c)最高層板的溫度范圍為204到217℃，絕大部分時間在215℃，(d)在第四層板處的溫度范圍為189到196℃，絕大部分時間在195℃，(e)墮性氣體的流量為3300scfm/立方英尺/分鐘低聚物進料，和432scfm/立方英尺在反應區(qū)的滯留低聚物，以及(f)未轉化的低聚物量為13.8克，相應的轉化率為約93%。
未重結晶前的丙交酯的純度用HPLC測為98.5%，用DSC測為99.34%，明確顯示的熔點為98.9℃。旋光度為-294°。從異丙醇重結晶后，用DSC測的純度為99.69%;旋光度為-300℃。大約80%的轉化了的低聚物作為純L-丙交酯生成物從丙酮溶液中被回收。
實施例 3使用一個熱解重量分析(TGA)裝置模擬在氮氣流中乳酸低聚物的解聚。所使用的低聚物是用與實施例1中描述相同的步驟從88%的乳酸制備的。使用的低聚物的試樣重15.3毫克。表面與體積比非常高假定試樣是一個單個的液滴，交界面積經(jīng)計算大約為600平方英尺每立方英尺低聚物。低聚物的溫度在大約2分鐘內(nèi)快速升到解聚溫度215℃并將其維持。通入流量比較大的氮氣(100立方厘米/分)。令人驚異的是發(fā)現(xiàn)低聚物的解聚速度非常快。
如從圖1中所看出的那樣，約50%的低聚物在大約10分鐘內(nèi)發(fā)生轉化，而有70%在約16-18分鐘內(nèi)轉化。這表明低聚物解聚成環(huán)酯可以非常迅速地完成(即用幾分鐘的滯留時間，不同于先有技術中所用的幾小時)，只要反應器設計成能夠提供大界面面積，以易于環(huán)酯的排出，并且要有充足數(shù)量的載體以便將環(huán)酯從反應區(qū)帶走的速度與其生成的一樣快。
下面的實施例4和5是在一個帶攪拌器的反應器中進行的，反應器設置有一進料口，一氣態(tài)生成物流出口和一氣體噴射裝置，用于將N2氣引進來，更詳細的說明見Bhatia的US 4835293號專利，包括本文中的圖1。
實施例 4將376.4克含有2克二價錫的辛酸鹽的88%L-乳酸加入到反應器內(nèi)并予熱到217℃以減少加熱時間，同時將予熱到135℃的N2氣流以0.1scfm的流量通入反應器以便排除在乳酸中的游離水分和乳酸縮合成低聚物的縮合水。將乳酸加入予熱的反應器中使其溫度降至93℃，但很快又被加熱以開始排除水分。隨著反應器溫度不斷地增加，排除水分在不斷地進行。僅20分鐘后大部分水分被排出，在反應溫度達到178℃時丙交酯開始離析，并且可看到從與反應器連接的水冷式冷凝器內(nèi)的N2氣流中凍結出來。
所以，隨著丙交酯的不斷產(chǎn)生，可以連續(xù)地供入乳酸，如下面的實施例中專門說明的那樣。
實施例 5將106.9克含有0.25%重量的二價錫的辛酸鹽(催化劑)的88%L-乳酸裝入予熱到215℃的反應器內(nèi)并如實施例4所述的方法排出水分。19分鐘后，收集到40.2克水和揮發(fā)出來的乳酸，反應器內(nèi)留下的66.7克縮聚的低聚物。
然后開始連續(xù)供入予熱到68℃、含有0.25%重量催化劑的88%乳酸，由N2氣流提走的反應生成物用丙酮洗滌回收。進料速度、N2氣流量和反應器的溫度在以下73分鐘內(nèi)調(diào)配好，以便達到接近穩(wěn)定狀態(tài)的操作條件。在此期間全部180克的乳酸進料被消耗，從反應器泄放出25克低聚物反應物質(zhì)，因而低聚物的含量與連續(xù)進料開始時大至相同。
在上述調(diào)協(xié)期間獲得近于穩(wěn)定的操作之后，從洗滌器排出丙酮溶液，并向其中加入新鮮的丙酮。在以下的20分鐘內(nèi)以3克/分的速度往反應器供入含0.25%催化劑的乳酸，同時將加熱到164℃的氮氣以0.3scfm的流量噴入。在此期間反應器溫度的范圍在208°和221℃之間。然后將反應停止，將反應器中的物質(zhì)以及滌氣器中的丙酮溶液排出。
反應物61克，具有一定的流動性，略呈琥珀色，與先有技術的傳統(tǒng)方法得到的高粘度呈淡黑色的反應器殘余料成明顯的對比。
丙酮溶液通過真空法提出丙酮來濃縮，然后加入激冷水以使丙交酯產(chǎn)物沉淀并將未轉化的酸保存在水中。將L-丙交酯產(chǎn)物過濾，用冷水洗二次并干燥。其重量為35.6克。產(chǎn)物是純白的結晶體的L-丙交酯，其純度用差示掃描量熱法(DSC)測得為97.24%。
上述操作中的濾液和洗液合在一起并且減壓蒸發(fā)，獲得26克未轉化的乳酸。
這樣，大約55%的乳酸進料轉化成丙交酯。回收的未轉化的酸以及流體反應物，可以再循環(huán)而獲得更高的總產(chǎn)量。
以在反應結束后從反應器中排出的61克反應物和3克/分酸的進料流量為基礎，計算出的反應滯留時間大約為20分鐘。
權利要求
1.一種制備具有下式結構的環(huán)酯的改進的方法，
其中R1和R2任意為一氫或-C1-C6脂族烴基，該方法包括(i)將包含有α-羥基羧酸，HOCR1R2CO2H，或其一種酯或低聚物或一種鹽的反應原料引入反應區(qū)中，并將反應區(qū)維持在足以能生成環(huán)酯的溫度和壓力下；(ii)往反應區(qū)連續(xù)通入一種在上述溫度為氣態(tài)且不起反應的物質(zhì)，上述物質(zhì)形成一氣體流與反應原料接觸從而與反應原料形成一大交界面；上述氣態(tài)物質(zhì)的供入量要足以將從進料中生成的環(huán)酯以大體上與其生成同樣快的速度提走；(iii)從反應區(qū)中排出含有環(huán)酯的氣流；和(iv)從氣流中回收環(huán)酯。
2.權利要求1的方法，其中，(ⅰ)的反應原料是連續(xù)地被加入到反應區(qū)中，在(ⅱ)中供入的氣體是至少以1000標準立方英尺每分鐘(scfm)每立方英尺供入的低聚物的速率加入，(ⅲ)的氣流連續(xù)地從反應區(qū)排出。
3.權利要求2的方法，其中，反應區(qū)保持的壓力至少為大約一大氣壓。
4.權利要求3的方法，其中，反應原料含有一種低聚物且所說的低聚物含有一種足可以將低聚物解聚成環(huán)酯的催化劑，催化劑以催化有效量存在。
5.權利要求4的方法，其中，催化劑和低聚物一起被加入到反應區(qū)。
6.權利要求1的方法，其中，溫度的范圍為約180℃到270℃。
7.權利要求1的方法，其中，反應原料予熱到的溫度是反應區(qū)的溫度，或大體上接近反應區(qū)的溫度。
8.權利要求1的方法，其中，反應原料以第一流量供入，含有環(huán)酯的氣流以第二流量排出而未轉化的原料以第三流量排出，上述各流量保持基本恒定且相互協(xié)調(diào)，以保持在反應區(qū)內(nèi)的進料量大體恒定。
9.權利要求1的方法，其中，反應原料包括一種α-羥基羧酸或其一種鹽，以及一種催化劑，該催化劑能高效地促使α-羥基羧酸或者其一種鹽縮合成一低聚合物，并高效地將縮合產(chǎn)物轉化成一種環(huán)酯。
10.權利要求1的方法，其中，反應原料包括至少一種從下組選出的物質(zhì)，該組的組成為L-乳酸，α-羥基羧酸和乳酸。
11.權利要求1的方法，其中，環(huán)酯包括有丙交酯。
12.權利要求1的方法，其中，氣態(tài)物質(zhì)引入到反應區(qū)的流量至少為90標準立方英尺每立方英尺進料。
全文摘要
一種用于將α-羥基羧酸、酯、鹽或其低聚物高產(chǎn)量，高純度地轉化成環(huán)酯的氣體參與式方法。在一個實施方案中，氣體與低聚物緊密接觸以造成大的界面面積，其流量至少為90標準立方英尺每分每立方英尺在反應區(qū)的低聚物。在連續(xù)操作過程中，氣流量相應的為至少1000標準立方英尺每分每立方英尺供入的低聚物。
文檔編號C07D309/32GK1056877SQ9110342
公開日1991年12月11日 申請日期1991年5月3日 優(yōu)先權日1990年5月3日
發(fā)明者坎列什·K·巴蒂亞 申請人:納幕爾杜邦公司