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CN102869655B - 用于制备高化学收率和光学纯度的l-丙交酯的改进方法 - Google Patents

用于制备高化学收率和光学纯度的l-丙交酯的改进方法 Download PDF

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CN102869655B
CN102869655B CN201180020676.1A CN201180020676A CN102869655B CN 102869655 B CN102869655 B CN 102869655B CN 201180020676 A CN201180020676 A CN 201180020676A CN 102869655 B CN102869655 B CN 102869655B
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巴斯卡尔·苏希拉·伊达奇
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07D319/00Heterocyclic compounds containing six-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
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Abstract

本发明公开了一种用于通过粒径小于150微米的锌和锡金属催化剂催化而合成100%光学纯的L(+)丙交酯的方法。进一步纯化所得到的L-丙交酯,以得到光学纯度为100%且酸杂质少于10meq/kg的丙交酯。

Description

用于制备高化学收率和光学纯度的L-丙交酯的改进方法
发明的技术领域
本发明涉及一种用于制备高化学收率和高光学纯度的L(+)丙交酯的改进方法。本发明还涉及一种用于纯化粗制丙交酯以制备所含酸杂质少于10meq/kg的纯(L)丙交酯的方法,所述纯(L)丙交酯被聚合为高分子量聚(L-丙交酯)。
背景和现有技术
聚乳酸(PLA)是生物可降解的塑料,其引起环境危害的可能性明显较低。因此,它已经具有范围广泛的应用,包括农业产品、建筑板材、食物包装、卫生材料、渔网、钓鱼线和各种其它用途。它还广泛用于单轴和双轴拉伸膜、纤维、挤出产品和各种其它用途。
乳酸具有手性中心,并以D-(-)和L-(+)对映体的形式出现。对映体的纯度对于工业应用是重要的,而且需求最多的是L-同分异构体。有意地将对映体共混提供了同时控制聚乳酸的物理性质和生物降解速度的有效方法。丙交酯是二聚的环状的乳酸酯,并且在确实是生物可降解聚合物的高分子量聚丙交酯的制备过程中是中间体。L(+)丙交酯的光学纯度是重要的,特别是对于用于制备膜和纤维的高分子量聚丙交酯的制备而言。
通常,将乳酸低聚,并随后以催化方式二聚以制成环状丙交酯单体。由所述丙交酯单体,通过使用最普通的辛酸亚锡催化剂或氯化锡(II)进行开环聚合,制备高分子量的PLA。这一机理不产生附加的水,因此,可以达到宽范围的分子量。锌也是一种常用的用于这样的反应的催化剂。这些方法典型地得到范围为60-92%的PLA,其所得到的最大光学纯度为至多99.6%。
标题为“用于制备丙交酯的方法”的美国专利号5053522,公开了连续或半连续制备基本上光学纯度的L(-)或D(+)-丙交酯的方法,其中,使用L(-)-聚乳酸作为原料制备L(-)丙交酯,且使用D(+)-聚乳酸作为原料制备D(+)-丙交酯。所用原料的光学纯度为90%,且其中,在约0.05至1.0重量百分比的催化剂的存在下,聚乳酸在减压下被加热至约130℃至230℃,所述催化剂选自由以下各项组成的组:锡粉、卤化锡和衍生自C1-C20羧酸的有机锡化合物。如此得到的L-丙交酯具有99%的光学纯度且收率在64至69%的范围内。
由Shimadzu Corp在2000年1月18日公布的标题为“丙交酯化催化剂和丙交酯的制备”的日本公开号2000-015107,公开了一种乳酸低聚物,其通过在减压下在含有锌化合物的催化剂的存在下加热而解聚以制备丙交酯,所述锌化合物由式Zn(OCOR11)(OCOR12)(I)或ZnX1X2(II)表示。如此得到的丙交酯的光学纯度为99.66%且收率为92%。
标题为“光学活性丙交酯的制备”的美国专利号3322791公开了一种从光学活性乳酸制备基本上纯的光学活性丙交酯的方法,其中,通过在0.1-5重量百分比钛醇盐的存在下加热,L(+)乳酸被转化为L(-)丙交酯且D(-)乳酸被转化为D(+)丙交酯。
美国专利号5023349公开了一种用于将α-羟基羧酸、它们的酯或盐快速转化为环状酯L-丙交酯的气体辅助的连续方法。在反应区中的低聚物含有对将低聚物解聚为环状酯有效的催化剂((粉末化的)金属Sn),所述催化剂以在催化上有效的量存在。以高收率得到高纯度的L-丙交酯。
然而,考虑到必须要保持应足够高的气体流量的事实,所述方法有其局限性。如果该流量太低,反而影响转化为环状酯,而导致更低的L-丙交酯收率。
通常通过蒸馏方法合成丙交酯,所述蒸馏方法使用具有相对低分子量的所谓“预聚物”的聚乳酸作为中间体,并且包括在180至220℃的温度在催化剂的存在下将该中间体环化从而形成丙交酯(其是由两个乳酸分子形成的环状酯)的步骤,以及从反应体系中以蒸气形式将该丙交酯提取出来的步骤。在上述任意步骤中通过蒸馏从用于合成丙交酯的反应部分中排出的丙交酯蒸气含有乳酸单体、乳酸二聚体(乳酰乳酸)、丙烯酸、丙酮酸和水作为杂质。在这些杂质中,酸杂质干扰了聚乳酸链的断开,并因此干扰通过开环聚合制备高分子量聚乳酸。
通常通过如结晶、萃取或蒸馏的方法从粗制丙交酯中除去杂质,以允许制备纯化的丙交酯。然而,当从这些杂质中分离丙交酯通过结晶完成时,通过结晶得到的收率过低,对于工业上制备高纯度丙交酯而言是不可接受的。在通过蒸馏分离时,乳酸和丙交酯经历热聚合、水解和这样的反应。因为将它们彻底分离是困难的而且丙交酯的收率低,所以这一方法是不可接受的。
也在双溶剂混合物如丙酮和水中进行丙交酯的纯化,并且要求所述纯化以制备高纯度丙交酯。因为丙交酯在丙酮中的溶解度高,所以这一方法遭受由于结晶导致的重大损失。
当使用L-乳酸作为用于粗制丙交酯的原料时,因为通常为了使反应进行必须使用高的反应温度和长的保留时间,所以乳酸经历外消旋化作用并且除L-丙交酯之外还产生内消旋-丙交酯,以及微量D-丙交酯。
标题为“用于纯化丙交酯的方法”的US 5502215公开了用20℃的冷水清洗粗制(L/D)丙交酯以除去/控制水溶性杂质如内消旋-丙交酯和乳酸单体。此外,从沸腾的丙酮中重结晶出丙交酯晶体。
标题为“聚合物丙交酯、制备它的方法和含有它的组合物”的US5053485,描述了通过使用廉价的溶剂如甲苯、苯和二乙醚纯化粗制DL-丙交酯。
US5136057要求保护一种通过将聚丙交酯解聚制备丙交酯的方法。将解聚产物用溶剂如丙酮洗涤,以形成丙交酯和其乳酸值杂质的溶液。将该溶液进一步浓缩以使丙交酯开始沉淀,并用足以使丙交酯基本上沉淀的量的水(优选冷却至0°-5℃的水)稀释,在丙酮水溶液中留下乳酸值。分离出基本上不含其杂质的丙交酯,并且通过清洗、干燥和从非反应性溶剂如甲苯中重结晶进一步纯化。在循环1中收率为50%,在循环2和3中收率上升到70和84%。
标题为“用于制备聚(乳酸)的方法”的US 5543494公开了通过用无水甲苯煮沸进行的(L)丙交酯的纯化,且还公开了用无水冷甲苯逐次洗涤产生60%的L-丙交酯。
此外,为了合成具有高分子量且具有高光学纯度的聚乳酸的目的,作为用作原料的丙交酯的组分的乳酸具有高光学纯度是必要的,即丙交酯本身应当具有高光学纯度。
因此,本领域尚无能够产生具有高收率且具有100%光学纯度的产物的制备L-丙交酯的方法。此外,发现L-丙交酯的收率和光学纯度对所用的温度、压力、催化剂等敏感。而且,通过分批式操作方法的制备导致总收率的恶化和导致光学纯度的下降。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种用于制备100%光学纯的丙交酯、特别是光学纯的L(+)丙交酯的改进的方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于以99%收率制备100%光学纯的丙交酯的改进的方法。
本发明的另一个目的是开发一种改进的方法,所述方法简单,使用通常可得的催化剂而以高收率获得光学纯的丙交酯。
本发明的另一个目的是出于制备可以通过开环聚合进一步聚合为高分子量聚(L-丙交酯)的光学纯的L(+)丙交酯的考虑,开发一种纯化丙交酯的方法。
本发明的另一个目的是提供一种合成酸杂质少于10meq/kg的光学纯的L(+)丙交酯的方法,
发明概述
因此,本发明提供了一种用于制备高化学收率和高光学纯度的L(+)丙交酯的改进的方法。本发明也涉及用于纯化粗制丙交酯,以制备含有的酸杂质少于10meq/kg的纯(L)丙交酯,其聚合为高分子量聚(L-丙交酯)。
在尝试以优良的收率获得100%L(+)丙交酯的过程中,发明人发现,降低催化剂的粒径导致产物更高的收率。因此,本发明提供了一种通过锌或锡金属催化剂催化合成100%光学纯的L(+)丙交酯的改进的方法。通过本纯化方法获得的丙交酯含有的酸杂质少于10meq/kg,优选少于5meq/kg,更优选少于1meq/kg且光学纯度为100%。
在本发明的实施方案中,一种通过金属催化剂催化制备100%光学纯的L(+)丙交酯的改进的方法,其中所述方法包括下列步骤:
a.将L(+)乳酸装填到反应器中,在以60-70RPM连续搅拌的情况下,将所述L(+)乳酸在以下条件下连续地进行熔融聚合以获得粘性低聚物:在氮气气氛下,在150℃至160℃范围内的温度下,持续在2至3h范围内的时间;随后在150至160℃之间的范围内的温度下,在100-110mm.Hg,持续1.5至2h;再随后在150-160℃,在30-40mm.Hg,持续1.5至2h;且最后在150至160℃,在0.01至0.1mm.Hg,进行1至1.5h的熔融聚合;
b.在氮气流下,将如在步骤(a)中所得到的粘性低聚物材料冷却至25-30℃之间的范围内的室温;
c.将在步骤(b)中所得到的低聚物和基于低聚物在0.1至0.5重量%之间的范围内的金属催化剂装填到反应器中;
d.将如在步骤(c)中所得到的低聚物在以下条件下连续地解聚以获得粗制丙交酯:在氮气气氛下,在160至170℃,持续1至1.5h;随后在170至180℃之间的范围内的温度下,在100-110mm.Hg,持续1至1.5h;再随后在180至190℃,在10至20mm.Hg,持续1至1.5h;且最后在190至200℃,在0.01至0.1mm.Hg,进行2至2.5h的解聚;
e.将如在步骤(d)中所得到的粗制丙交酯从溶剂中提纯,以获得纯的丙交酯。
在本发明的另一个实施方案中,在步骤(c)中所用的金属催化剂选自锡或锌。
在本发明的另一个实施方案中,其中,在步骤(e)中所用的溶剂是乙酸乙酯。
在本发明的另一个实施方案中,其中,催化剂的粒径小于150微米。
在本发明的另一个实施方案中,其中,光学纯的L(+)丙交酯的收率为至多99%。
在本发明的另一个实施方案中,一种纯化粗制丙交酯以获得光学纯度为100%且含有少于10meq/kg,优选少于5meq/kg的酸杂质的纯(L)丙交酯的方法,所述方法包括下列步骤:
a.使粗制丙交酯从沸腾的无水甲苯中结晶;
b.通过过滤将甲苯结晶的丙交酯分离;
c.用冷甲苯洗涤丙交酯晶体;
d.用低于10℃,优选0-5℃的水洗涤丙交酯晶体;和
e.在减压下干燥所述丙交酯晶体。
在本发明的另一个实施方案中,其中,在干燥之前任选地用无水乙酸乙酯洗涤而洗涤丙交酯晶体。
发明详述
d.将如在步骤(c)中所得到的低聚物在以下条件下连续地解聚以获得粗制丙交酯:在氮气气氛下,在160至170℃,持续1至1.5h;随后在170至180℃之间的范围内的温度下,在100-110mm.Hg,持续1至1.5h;再随后在180至190℃,在10至20mm.Hg,持续1至1.5h;且最后在190至200℃,在0.01至0.1mm.Hg,进行2至2.5h的解聚;
e.将如在步骤(d)中所得到的粗制丙交酯从溶剂中提纯,以获得纯的丙交酯。
在本发明的另一个实施方案中,在步骤(c)中所用的金属催化剂选自锡或锌。
在本发明的另一个实施方案中,其中,在步骤(e)中所用的溶剂是乙酸乙酯。
在本发明的另一个实施方案中,其中,催化剂的粒径小于150微米。
在本发明的另一个实施方案中,其中,光学纯的L(+)丙交酯的收率为至多99%。
在本发明的另一个实施方案中,一种纯化粗制丙交酯以获得光学纯度为100%且含有少于10meq/kg,优选少于5meq/kg的酸杂质的纯(L)丙交酯的方法,所述方法包括下列步骤:
a.使粗制丙交酯从沸腾的无水甲苯中结晶;
b.通过过滤将甲苯结晶的丙交酯分离;
c.用冷甲苯洗涤丙交酯晶体;
d.用低于10℃,优选0-5℃的水洗涤丙交酯晶体;和
e.在减压下干燥所述丙交酯晶体。
在本发明的另一个实施方案中,其中,在干燥之前任选地用无水乙酸乙酯洗涤而洗涤丙交酯晶体。
发明详述
在本发明中,将L(+)乳酸低聚,以获得约98%的收率。随后将低聚物与按它的重量计0.5%的金属催化剂反应,以获得基于低聚物重量70%收率的丙交酯,所述金属催化剂选自粒径大于150μm的锡(实施例1)。所得到的形成的L(+)丙交酯是97%光学纯的。然而,当使用小于150μm的锡催化剂(分别为实施例2至6)或粒径少于10μm的锌催化剂(实施例8)进行聚合时,产出100%光学纯的L(+)丙交酯。反应的收率为98%。
给出以下实施例,以说明本发明的方法,但不应解释为限制本发明的范围。
实施例1
制备聚乳酸低聚物
在一个装配有机械搅拌器、氮气入口和真空夹套的韦氏(Vigreux)柱和蒸馏头的1L三颈圆柱玻璃反应器中,装填700g L(+)乳酸(90%)。在以下条件下进行熔融聚合:在氮气气氛下,在150℃,持续2h;在150℃,于100mm Hg,持续1.5h;在150℃,于30mm Hg,持续1.5h;且最后在150℃,于0.01mm Hg,持续1h。搅拌速度在整个熔融聚合过程中保持在70RPM。在氮气流下,将获得的粘性物质在25℃冷却,并且用气相渗透剂(VPO)表征。收率:493g(98%),Mn=1100g/mol。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和2.46g(基于低聚物0.5重量%)作为催化剂的锡粉(>150μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。聚乳酸低聚物的解聚是个缓慢的过程。因此,在不同的温度/时间条件下,于减压下进行解聚,并且将形成的丙交酯连续地收集在收集容器中。
在上述反应时间结束时,获得345g(基于聚乳酸低聚物为70%)丙交酯。通过从乙酸乙酯中结晶,进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为95%的L(+)丙交酯。收率:70%。
实施例2
通过按照在实施例1中给出的实验流程由L(+)-乳酸制备乳酸低聚物。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和0.492g(基于低聚物0.1重量%)作为催化剂的锡粉(<150μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得433g(基于聚乳酸低聚物为88%)丙交酯。进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为100%的L(+)丙交酯。收率:88%。
实施例3
通过按照在实施例1中给出的实验流程由L(+)-乳酸制备乳酸低聚物。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和0.984g(基于低聚物0.2重量%)作为催化剂的锡粉(<150μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得443g(基于聚乳酸低聚物为90%)丙交酯。进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为100%的L(+)丙交酯。收率:90%。
实施例4
通过按照在实施例1中给出的实验流程由L(+)-乳酸制备乳酸低聚物。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和1.476g(基于低聚物0.3重量%)作为催化剂的锡粉(<150μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得458g(基于聚乳酸低聚物为93%)丙交酯。进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为100%的L(+)丙交酯。收率:93%。
实施例5
通过按照在实施例1中给出的实验流程由L(+)-乳酸制备乳酸低聚物。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和1.968g(基于低聚物0.4重量%)作为催化剂的锡粉(<150μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得473g(基于聚乳酸低聚物为96%)丙交酯。进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为100%的L(+)丙交酯。收率:96%。
实施例6
通过按照在实施例1中给出的实验流程由L(+)-乳酸制备乳酸低聚物。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和2.46g(基于低聚物0.5重量%)作为催化剂的锡粉(<150μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得488g(基于聚乳酸低聚物为99%)丙交酯。进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为100%的L(+)丙交酯。收率:99%。
使用干燥锡粉(<150μm)催化剂加快了聚乳酸低聚物解聚的速度。随着锡粉浓度的提高,丙交酯的收率提高。此外,与实施例2相比,在实施例6中丙交酯的收率较高。
表1:制备丙交酯
催化剂:锡粉
粒径:<150μm
*粒径:>150μm
实施例7
通过按照在实施例1中给出的实验流程由L(+)-乳酸制备乳酸低聚物。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和2.46g(基于低聚物0.5重量%)作为催化剂的锌粉(>150μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得345g(基于聚乳酸低聚物为70%)丙交酯。进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为97%的L(+)丙交酯。收率:70%。
实施例8
通过按照在实施例1中给出的实验流程由L(+)-乳酸制备乳酸低聚物。
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和2.46g(基于低聚物0.5重量%)作为催化剂的锌粉(<10μm)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得483g(基于聚乳酸低聚物为98%)丙交酯。进一步纯化丙交酯,并且使用手性柱通过HPLC表征。纯化后的丙交酯的手性纯度为100%的L(+)丙交酯。收率:98%。
使用干燥锌粉(<10μm)加快了聚乳酸低聚物解聚的速度。与实施例7相比,丙交酯的收率也较高。
实施例9
制备丙交酯
在一个1L三颈圆柱玻璃反应器上装配机械搅拌器、蒸馏冷凝器和盘管接收分水器。在反应器中装填493g聚乳酸低聚物(数均分子量1100)和2.46g(基于低聚物0.5重量%)作为催化剂的锡粉(<10微米)。在以下条件下进行解聚:在氮气气氛下,在160℃,持续1h;在180℃,于100mm.Hg,持续1h;在190℃,于10mm.Hg,持续1h;且最后在200℃,于0.01mm.Hg,持续2h。在上述反应时间结束时,获得488g(基于聚乳酸低聚物为99%)丙交酯。分析所得到的粗制丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为99%,并发现自由酸含量为360meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g粗制丙交酯(自由酸含量:360meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=11,300g/mol,Mw=18,200g/mol,Mw/Mn=1.61。
实施例10
纯化L-丙交酯
向装配有磁力搅拌器的2升圆底烧瓶中添加488g在实施例9中制备的粗制L-丙交酯和500mL蒸馏水(10℃)。搅拌混合物0.5h,并通过在氮气下过滤而分离丙交酯,并在减压下在60℃干燥4h。得到熔点为97℃的365g L-丙交酯,等于收率为75%。分析所得到的粗制丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为100%,并发现自由酸含量为<240meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g纯化过的L-丙交酯(自由酸含量:240meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml 1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=15,300g/mol,Mw=24,700g/mol,Mw/Mn=1.62。
实施例11
纯化L-丙交酯
向装配有迪恩-斯达克(Dean Stark)装置、磁力搅拌器和回流冷凝器的2升圆底烧瓶中添加488g在实施例9中制备的粗制L-丙交酯和500mL无水甲苯。使混合物达到沸点并且回流,直至丙交酯中存在的水完全放出。将在迪恩-斯达克装置中收集的水移除,并且使溶液能够结晶L-丙交酯。将如此结晶了的L-丙交酯在氮气下过滤,用两份无水冷甲苯洗涤,并且在减压下在60℃干燥4h。得到熔点为97℃的449g L-丙交酯,等于收率为92%。分析甲苯结晶丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为99%,并发现自由酸含量为160meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g甲苯结晶L-丙交酯(自由酸含量:160meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml 1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=21,700g/mol,Mw=35,200g/mol,Mw/Mn=1.62。
实施例12
纯化L-丙交酯
向装配有迪恩-斯达克装置、磁力搅拌器和回流冷凝器的2升圆底烧瓶中添加488g在实施例9中制备的粗制L-丙交酯和500mL无水甲苯。使混合物达到沸点并且回流,直至丙交酯中存在的水完全放出。将在迪恩-斯达克装置中收集的水移除,并且使溶液能够结晶L-丙交酯。将如此结晶了的L-丙交酯在氮气下过滤,用无水冷甲苯洗涤。将结晶了的丙交酯再次用蒸馏水(0℃)洗涤两次,并在减压下在70℃干燥4h。得到熔点为97℃的439gL-丙交酯,等于收率为90%。分析所得到粗制丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为100%,并发现自由酸含量为9meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g纯化过的L-丙交酯(自由酸含量:9meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml 1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=99,300g/mol,Mw=1,66,400g/mol,Mw/Mn=1.67。
实施例13
纯化L-丙交酯
向装配有迪恩-斯达克装置、磁力搅拌器和回流冷凝器的2升圆底烧瓶中添加488g在实施例9中制备的粗制L-丙交酯和500mL无水甲苯。使混合物达到沸点并且回流,直至丙交酯中存在的水完全放出。将在迪恩-斯达克装置中收集的水移除,并且使溶液能够结晶L-丙交酯。将如此结晶了的L-丙交酯在氮气下过滤,用无水冷甲苯洗涤。将结晶了的丙交酯再次用蒸馏水(10℃)洗涤两次,并在减压下在70℃干燥4h。得到熔点为97℃的400g L-丙交酯,等于收率为82%。分析所得到粗制丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为100%,并发现自由酸含量为8meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g纯化过的L-丙交酯(自由酸含量:8meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml 1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=75,400g/mol,Mw=1,24,300g/mol,Mw/Mn=1.64。
实施例14
纯化L-丙交酯
向装配有迪恩-斯达克装置、磁力搅拌器和回流冷凝器的2升圆底烧瓶中添加488g在实施例9中制备的粗制L-丙交酯和500mL无水甲苯。使混合物达到沸点并且回流,直至丙交酯中存在的水完全放出。将在迪恩-斯达克装置中收集的水移除,并且使溶液能够结晶L-丙交酯。将如此结晶了的L-丙交酯在氮气下过滤,用无水冷甲苯洗涤。将结晶了的丙交酯再次用蒸馏水(20℃)洗涤两次,并在减压下在70℃干燥4h。得到熔点为97℃的342g L-丙交酯,等于收率为70%。分析所得到粗制丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为100%,并发现自由酸含量为6meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g纯化过的L-丙交酯(自由酸含量:6meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml 1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=82,700g/mol,Mw=1,34,000g/mol,Mw/Mn=1.62。
实施例15
纯化L-丙交酯
向装配有迪恩-斯达克装置、磁力搅拌器和回流冷凝器的2升圆底烧瓶中添加488g在实施例9中制备的粗制L-丙交酯和500mL无水甲苯。使混合物达到沸点并且回流,直至丙交酯中存在的水完全放出。将在迪恩-斯达克装置中收集的水移除,并且使溶液能够结晶L-丙交酯。将如此结晶了的L-丙交酯在氮气下过滤,用无水冷甲苯洗涤。将结晶了的丙交酯再次用蒸馏水(30℃)洗涤两次,并在减压下在70℃干燥4h。得到熔点为97℃的244g L-丙交酯,等于收率为50%。分析所得到粗制丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为100%,并发现自由酸含量为4meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g纯化过的L-丙交酯(自由酸含量:4meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml 1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=95,800g/mol,Mw=1,57,000g/mol,Mw/Mn=1.63。
实施例16
纯化L-丙交酯
向装配有迪恩-斯达克装置、磁力搅拌器和回流冷凝器的2升圆底烧瓶中添加488g在实施例9中制备的粗制L-丙交酯和500mL无水甲苯。使混合物达到沸点并且回流,直至丙交酯中存在的水完全放出。将在迪恩-斯达克装置中收集的水移除,并且使溶液能够结晶L-丙交酯。将如此结晶了的L-丙交酯在氮气下过滤,用无水冷甲苯洗涤。将结晶了的丙交酯再次用蒸馏水(0℃)洗涤两次,并在减压下在60℃干燥,从无水的乙酸乙酯中重结晶,并且再次在减压下在60℃干燥4h。得到熔点为97℃的342g L-丙交酯,等于收率为70%。分析所得到粗制丙交酯的光学纯度和自由酸含量。发现光学纯度(L+)为100%,并发现自由酸含量为<1meq/kg丙交酯。
制备聚(L-乳酸)
在干燥氮气气氛下,借助小漏斗,向一个50mL玻璃安瓿中,装入10g纯化过的L-丙交酯(自由酸含量:<1meq/kg)。在干燥氮气下,向其添加0.5ml 1重量%的辛酸锡的甲苯溶液。在减压下(0.01mbar),在60-70℃将玻璃安瓿的内容物干燥1h。随后用煤气喷灯将玻璃安瓿封口,并在200℃进行1h的聚合。将获得的玻璃般清澈的聚合物从玻璃安瓿中分离出来,并通过溶胶渗透色谱法(GPC)表征。该聚乳酸的Mn=1,36,000g/mol,Mw=2,24,000g/mol,Mw/Mn=1.64。
优点
在于不同的温度/时间条件下解聚聚乳酸低聚物时,使用金属催化剂即锡(<150μm)和锌(<10μm)给出了高的化学产率(>98%)和光学纯度(L+:100%)的L-丙交酯,这对于制备膜和纤维而言是所需的。
考虑到为了制备光学纯的L(+)丙交酯,其可以通过开链聚合进一步聚合成高分子量聚(L-丙交酯),本发明的另一个优点是是纯化丙交酯。

Claims (7)

1.一种用于通过金属催化剂催化而制备100%光学纯的L(+)丙交酯的改进方法,其中,所述方法包括下列步骤:
a)将L(+)乳酸装填到反应器中,在以60-70RPM连续搅拌的情况下,将所述L(+)乳酸在以下条件下连续地进行熔融聚合以获得粘性低聚物:在氮气气氛下,在150℃至160℃范围内的温度下,持续在2至3h范围内的时间;随后在150至160℃之间的范围内的温度下,在100-110mmHg,持续1.5至2h;再随后在150-160℃,在30-40mmHg,持续1.5至2h;且最后在150至160℃,在0.01至0.1mmHg,进行1至1.5h的熔融聚合;
b)在氮气流下,将如在步骤(a)中所得到的粘性低聚物材料冷却至25-30℃之间的范围内的室温;
c)将在步骤(b)中所得到的低聚物和基于低聚物在0.1至0.5重量%之间的范围内的选自由锡或锌组成的组中的金属催化剂装填到反应器中;
d)将如在步骤(c)中所得到的低聚物在以下条件下连续地解聚以获得粗制丙交酯:在氮气气氛下,在160至170℃,持续1至1.5h;随后在170至180℃之间的范围内的温度下,在100-110mmHg,持续1至1.5h;再随后在180至190℃,在10至20mmHg,持续1至1.5h;且最后在190至200℃,在0.01至0.1mmHg,进行2至2.5h的解聚;
e)将如在步骤(d)中所得到的粗制丙交酯从溶剂中提纯,以获得纯的丙交酯,
其中,催化剂的粒径小于150微米。
2.如权利要求1所述的改进方法,其中,在步骤(e)中所用的溶剂是乙酸乙酯。
3.如权利要求1所述的改进方法,其中,光学纯的L(+)丙交酯的收率为至多99%。
4.如权利要求1所述的改进方法,其中,纯化粗制丙交酯以获得光学纯度为100%且含有少于10meq/kg的酸杂质的纯(L)丙交酯包括下列步骤:
a.使粗制丙交酯从沸腾的无水甲苯中结晶;
b.通过过滤将甲苯结晶的丙交酯分离;
c.用冷甲苯洗涤丙交酯晶体;
d.用低于10℃的水洗涤丙交酯晶体;和
e.在减压下干燥所述丙交酯晶体。
5.如权利要求4所述的改进方法,其中,所述光学纯度为100%的纯(L)丙交酯含有少于4meq/kg的酸杂质。
6.如权利要求4所述的改进方法,其中,用0-5℃的水洗涤所述丙交酯晶体。
7.如权利要求4所述的方法,其中,在干燥之前使用无水乙酸乙酯来洗涤所述丙交酯晶体。
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