乳酸酯制备方法
【专利摘要】提供一种用于由包含子结构(I)的起始化合物来制备R-乳酸烷基酯的方法。所述方法包含：由所述起始化合物制备包含R,R-和S,S-丙交酯的中间体，其中使所述起始化合物经受立体异构化条件，并使所述中间体的至少一部分与烷基醇反应以制备包含R-乳酸烷基酯的产物，其中在酶的存在下制备R-乳酸烷基酯。还提供了用于制备R-乳酸、低聚R-乳酸、R,R-丙交酯、聚R-乳酸和立体复合乳酸的方法。
【专利说明】乳酸酯制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及从含有S-乳酸结构单元的化合物来制备含有R-乳酸结构单元的化合 物。具体而言，本发明涉及对R-乳酸烷基酯、R-乳酸、以及其它含有R-乳酸结构单元的可 用化合物（诸如R，R-丙交酯和聚R-乳酸）进行制备。
【背景技术】
[0002] 乳酸（2-羟基丙酸）及其环状二聚体丙交酯（3, 6-二甲基-1，4-二噁烷-2, 5-二 酮）是用于化学和制药工业的重要结构单元。其用途的一个实例是用于聚乳酸的制造，聚 乳酸为一种聚合物，其可从多种可再生原料来制备并且其具有可生物降解性，这使之成为 引人注目的用以替代更多种常规石化聚合物的候选物。可通过多步骤工艺来制备聚乳酸， 包括（a)使乳酸脱水以生成丙交酯（通过低聚-解聚工艺），和（b)在仔细受控的条件下使 所述丙交酯聚合，从而确保长的聚合物链优先于较短的低聚物而生成。另外，可以直接通过 乳酸的缩聚来制备聚乳酸，尽管其通常比丙交酯的开环聚合更难以获得高分子量的材料。
[0003] 目前，商业有售的乳酸的几乎所有大规模生产都是通过发酵工艺来实施，参见例 如可再生化学品全球市场战略分析（Worldwide Market for Biorenewable Chemicals) M2F2-39，Frost&Sullivan，2009。乳酸具有手性并且可以将其制备成两种对映体形式，分别 为一方面的L-乳酸（下文称为S-乳酸）和另一方面的D-乳酸（下文R-乳酸）。常规发 酵技术主要生成S-乳酸，同时形成极少的R-乳酸。尽管可以利用不同的菌株（通常经过 基因工程处理）来生产R-乳酸，但是迄今为止经修饰的细菌及其相关工艺是昂贵的并难以 可靠地在大型工业规模上使用。这从R-乳酸相对高的价格和有限的可获得性方面得以印 证。
[0004] 丙交酯，乳酸的环状二聚体，以三种不同的立体异构形式存在：R，R-丙交酯、 S，S-丙交酯和R，S-丙交酯。R，R-丙交酯和S，S-丙交酯是彼此的对映体，且含有大致等量 的R, R-丙交酯和S, S-丙交酯的混合物被称为外消旋丙交酯（rac-lactide)。R, S-丙交酯 也被称为内消旋丙交酯（meso-lactide)，并且是R, R-丙交酯和S, S-丙交酯的非对映异构 体。
[0005] 由于乳酸最容易获得的来源是S-乳酸，所以迄今为止商业上主要采用的丙交酯 是S，S-丙交酯且由此制备得到的聚合物为聚L-乳酸（PLLA)(下文称为聚S-乳酸）。然 而，相对于常规聚合物，聚-S-乳酸的物理和化学性质是有限的，相应的聚D-乳酸（PDLA) (下文称为聚R-乳酸）的物理和化学性质也一样，这迄今为止已限制了它们的实用性，特别 是关于更耐用和/或工程上的应用。
[0006] 已发现可以通过使用（例如）由熔融共混制备的聚S-乳酸和聚R-乳酸的混合物 来克服缺陷。据信，在这些被称作"立体复合物"的聚合物混合物中，由其不同的手性引起 的聚S-乳酸链和聚R-乳酸链的密堆积提高了聚合物的结晶性，这导致以上提及的性质得 到改善。这使得立体复合物聚乳酸能够用于更广范围的耐用消费品应用，使其成为传统商 品聚合物（例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和聚苯乙烯）的可行替代品。然而这种方 法需要获得大量的聚R-乳酸，因此最终需要获得大量的R-乳酸或其合适的衍生物。
[0007] 能够有效制备这种材料的工艺将是可取的。Jeon等人（Tetrahedron Letters，47,（2006),6517-6520)公开了实验观察：在溶剂和被负载的脂肪酶N 〇V〇zym435 的存在下，可使用多种醇使外消旋丙交酯进行醇解，从而生成含有相应的R-乳酸烷基酯和 S，S-乳酰乳酸烷基酯的混合物。然而，此文献并不能解决在提供一种以工业规模高效、经济 地制备基于R-乳酸的材料的工艺中存在的问题。关于如何对来自该工艺的不需要的副产 物加以利用这一点，所述Jeon文件也未提及。
[0008] 与此相反，本发明人已确认一种灵活且高效的处理方案，其能够制备基于R-乳酸 的材料，利用了多种相对便宜和容易获得基于S-乳酸的原料，并且提供了能够对有价值的 含乳酸副产物加以回收和再利用的处理方案。
【发明内容】
[0009] 因此，本发明提供一种用于制备R-乳酸烷基酯的方法，其包含：从包含子结构（I) 的起始化合物制备包含R，R-和s，S-丙交酯的中间体。
[0010]
【权利要求】
1. 一种用于制备R-乳酸烷基酯的方法，其包含：由包含子结构（I)的起始化合物制备 包含R，R-和S，S-丙交酯的中间体，
其中使所述起始化合物经受立体异构化条件；以及 将所述中间体的至少一部分与烷基醇进行反应以制备包含R-乳酸烷基酯的产物，其 中在酶的存在下制备R-乳酸烷基酯。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中使所述起始化合物与叔胺立体异构化催化剂进行 接触。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述起始化合物包含低聚S-乳酸、S-乳酸或 其盐、S，S-乳酰乳酸烷基酯和/或S-乳酸烷基酯，且其中所述中间体是通过以下方式制备 的： (i) 使所述起始化合物经受立体异构化条件；以及 (ii) 将步骤（i)的产物的至少一部分转化为所述中间体。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述起始化合物包含低聚S-乳酸，其中所述低聚 S-乳酸是由S-乳酸制备的，且其中步骤⑴包含在从约KKTC至约200°C的温度下使所述 低聚S-乳酸与叔胺立体异构化催化剂进行接触以制备低聚乳酸。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中步骤（ii)包含：在路易斯酸催化剂的存在下，通 过在从约160°C至约240°C的温度下加热，将所述低聚乳酸的至少一部分转化为R，R_和 S，S-丙交酯，所述路易斯酸催化剂包括金属的氧化物、醇盐或羧酸盐。
6. 根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中将所述叔胺被回收并再循环至所述方 法。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将R，R-和S，S-丙交酯与R，S-丙交酯 分离，并将R，S-丙交酯再循环至所述方法。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烷基醇为C2至C8烷基醇。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述酶为脂肪酶。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述酶为南极假丝酵母菌脂肪酶B。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过蒸馏使R-乳酸烷基酯与S，S-乳 酰乳酸烷基酯分离。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中将S，S-乳酰乳酸烷基酯回收并任选地再循环至 所述方法。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将烷基醇回收并再循环至所述方法。
14. 一种用于制备R-乳酸的方法，其包含根据前述权利要求中任一项来制备R-乳酸烷 基酯，并将所述R-乳酸烷基酯转化成R-乳酸。
15. -种用于制备低聚R-乳酸的方法，其包含：根据权利要求1-13中任一项来制备 R-乳酸烷基酯，或根据权利要求14来制备R-乳酸；以及将所述R-乳酸烷基酯或R-乳酸 转化成低聚R-乳酸。
16. -种用于制备R, R-丙交酯的方法，其包含：根据权利要求1-13中任一项来制备 R-乳酸烷基酯，或根据权利要求14来制备R-乳酸，或根据权利要求15来制备低聚R-乳 酸；以及将所述R-乳酸烷基酯、R-乳酸或低聚R-乳酸转化成R，R-丙交酯。
17. -种用于制备聚-R-乳酸的方法，其包含：根据权利要求16来制备R，R-丙交酯； 以及将所述R，R-丙交酯转化成聚-R-乳酸。
18. -种用于制备立体复合乳酸的方法，其包含：根据权利要求17来制备聚-R-乳酸； 以及将所述聚-R-乳酸与聚-S-乳酸合并，从而制备立体复合乳酸。
19. 一种用于制备S，S-乳酰乳酸烷基酯的方法，其包含：从包含子结构（IP)的起始化 合物制备包含R，R-和S，S-丙交酯的中间体
其中使所述起始化合物经受立体异构化条件；并使所述中间体的至少一部分与烷基醇 进行反应以制备S，S-乳酰乳酸烷基酯和R，R-乳酰乳酸烷基酯，其中在酶的存在下使所述 R，R-乳酰乳酸烷基酯与烷基醇进行反应以生产R-乳酸烷基酯。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中将R-乳酸烷基酯回收并任选地再循环至所述方 法。
【文档编号】C12P41/00GK104364385SQ201380030524
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月10日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】爱德华·莱斯利·马歇尔, 艾兰·凯西, 大卫·马克·萨顿 申请人:普拉克西卡有限公司