一种meso-丙交酯和D,L-丙交酯的混合丙交酯的纯化方法

本发明属于高分子材料合成技术领域，具体涉及一种meso-丙交酯和d,l-丙交酯的混合丙交酯的纯化方法。

背景技术：

聚乳酸是一种可降解聚酯，力学性能和可加工性能优异，可作为传统聚合物材料的替代品。聚乳酸已实现了工业化生产，其中丙交酯是工业合成聚乳酸的重要原料。

以d,l-乳酸为原料合成的粗丙交酯中同时含外消旋丙交酯(d,l-丙交酯)和内消旋丙交酯(meso-丙交酯)，meso-丙交酯与d,l-丙交酯的比例约为40:60。除此以外，粗丙交酯中还含有乳酸、乳酸二聚体、乳酸三聚体和水等杂质，因此粗丙交酯在常温下是一种固液混合物。在现有的聚乳酸生产工艺中，仅使用d,l-丙交酯作为生产原料，因此，现有技术通常是以保留d,l-丙交酯为目的对粗丙交酯进行纯化。

现有的粗丙交酯纯化方法主要包括溶剂重结晶法和精馏法。

溶剂重结晶法通常是先过滤除去固液混合物中的液体部分，再用乙醇、乙酸乙酯等对固体部分进行重结晶纯化。由于meso-丙交酯易溶解于乙醇和乙酸乙酯，因此，纯化后的丙交酯中通常只含d,l-丙交酯，而固体部分中的meso-丙交酯几乎全部随溶剂流失。

精馏法是基于meso-丙交酯与d,l-丙交酯在物理性能上有显著差异。meso-丙交酯的熔点为53℃，d,l-丙交酯熔点为124℃-128℃；在相同压力下，meso-丙交酯与d,l-丙交酯的沸点相差7℃左右。在高真空条件下，利用粗丙交酯中各组分的挥发性差异，在精馏塔内进行多次部分汽化与冷凝，最终在汽相中富集低沸点组分，而在液相中富集高沸点组分，从而到达各组分的分离纯化。

然而，随着本领域技术的发展，人们发现不同构型的丙交酯也可以进行共聚。例如，庞烜等(丙交酯开环聚合立体选择型催化剂:2005年全国高分子学术，论文报告会[c],中国北京,2005)指出，meso-丙交酯或者d,l-丙交酯(l-丙交酯和d-丙交酯的等摩尔量混合物)聚合，可以得到无规立构和不均匀有规立构聚乳酸，它们是非晶聚合物。有研究发现，通过l-丙交酯与其它类型的丙交酯(d-丙交酯、d,l-丙交酯和meso-丙交酯)共聚，可以改变材料的分子链结构，进而改变材料性能。

因此，在某些聚乳酸的生产工艺中，人们希望使用meso-丙交酯和d,l-丙交酯的混合物作为生产原料。然而，现有的粗丙交酯提取工艺中，要么只能保留d,l-丙交酯，要么需要采用成本较高的精馏法将meso-丙交酯和d,l-丙交酯分别进行分离。现有技术仍然缺少一种简单高效的方法，能够以meso-丙交酯和d,l-丙交酯的混合物作为保留的目标产物进行粗丙交酯的纯化。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种meso-丙交酯和d,l-丙交酯的混合丙交酯的纯化方法，实现了通过重结晶法，得到纯化后的meso-丙交酯和d,l-丙交酯的混合物。

一种meso-丙交酯和d,l-丙交酯的混合丙交酯的纯化方法，以异丙醇作为溶剂对粗丙交酯进行重结晶法纯化。

优选的，包括如下步骤：

(1)将粗丙交酯过滤，得到固体部分a和液体部分a；

(2)以异丙醇作为溶剂对所述液体部分a进行纯化，得到同时含meso-丙交酯和d,l-丙交酯的丙交酯混合物；

(3)以异丙醇作为溶剂对所述固体部分a进行纯化，得到同时含meso-丙交酯和d,l-丙交酯的丙交酯混合物。

优选的，步骤(2)具体包括如下步骤：

(2.1)在15℃～45℃条件下，向所述液体部分a中加入异丙醇，于-20℃～4℃环境中静置5小时以上，过滤，收集固体；

(2.2)将得到的固体在15℃～45℃条件下溶于异丙醇中，再在-20℃～4℃环境中静置5小时以上使丙交酯结晶析出，过滤，收集固体；

(2.3)重复步骤(2.2)2～5次，即得。

优选的，步骤(2.1)中，所述异丙醇与所述液体部分a的用量体积比为(2～4):1；和/或，步骤(2.2)中，所述异丙醇与所述固体的用量比为(1～3):1ml/g。

优选的，步骤(2.1)中，所述异丙醇与所述液体部分a的用量体积比为(2～3):1；和/或，步骤(2.2)中，所述异丙醇与所述固体的用量比为(1～3):1ml/g。

优选的，步骤(3)具体包括如下步骤：

(3.1)在15℃～45℃条件下，向所述固体部分a中加入异丙醇，过滤，得到固体部分b和液体部分b；

(3.2)对所述固体部分b，按照步骤(3.1)的方法重复分离3～10次，得到纯d,l-丙交酯；

(3.3)将步骤(3.1)得到的液体部分b和步骤(3.2)得到的所有液体合并，得到液体部分c，将所述液体部分c在-20℃～4℃环境中静置5小时以上，过滤，收集固体；

(3.4)将得到的固体在15℃～45℃条件下溶于异丙醇中，再在-20℃～4℃环境中静置5小时以上使丙交酯结晶析出，过滤，收集固体；

(3.5)重复步骤(3.4)2～5次，即得同时含meso-丙交酯和d,l-丙交酯的丙交酯混合物。

优选的，步骤(3.1)中，所述异丙醇与所述固体部分b的用量比为(1～3):1ml/g；和/或，步骤(3.4)中，所述异丙醇与所述固体的用量比为(1～3):1ml/g。

优选的，步骤(3.1)中，所述异丙醇与所述固体部分b的用量比为1.67:1ml/g；和/或，步骤(3.4)中，所述异丙醇与所述固体的用量比为1.67:1ml/g。

优选的，粗丙交酯是以d,l-乳酸为原料裂解环化得到的。所述粗丙交酯中meso-丙交酯和d,l-丙交酯的总含量为80-90％。粗丙交酯中的杂质为乳酸、乳酸二聚体、乳酸三聚体和水等。采用d,l-乳酸为原料裂解环化得到的粗丙交酯，meso-丙交酯和d,l-丙交酯的总含量通常为80-90％，均可以采用本发明方法纯化。

本发明还提供上述纯化方法得到的丙交酯。

本发明仅使用异丙醇一种溶剂就能同时达到除去粗丙交酯中杂质，回收meso-丙交酯和d,l-丙交酯的目的，对设备无特殊要求，操作简单，大幅度减少了meso-丙交酯的流失，还降低了丙交酯的成本。而且，传统工艺中，无论是精馏法还是重结晶法，通常将粗丙交酯中分离的液体部分作为废液处理掉，而本发明采用异丙醇从液体部分中回收了近25％的纯丙交酯，其中近76％是meso-丙交酯，从而进一步提高了丙交酯的得率，降低了丙交酯的成本。本发明技术对丙交酯的回收率可以达到68.6％，而采用常规的基于乙醇和乙酸乙酯的纯化方法时，丙交酯的回收率最高只有37.2％。

显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

图1为本发明实施例1的流程示意图；

图2为粗丙交酯液体部分15℃溶解重结晶3次的丙交酯的核磁共振氢谱图。

图3为粗丙交酯固体部分15℃溶解重结晶3次的丙交酯的核磁共振氢谱图。

图4为实验例1中丙交酯的¹hnmr谱图(a：d,l-丙交酯；b～n：固体部分重复异丙醇重结晶过程中所得丙交酯)。

具体实施方式

本发明实施例所用试剂和材料均为市售。

实施例1

本实施例的纯化方法如图1所示，具体如下：

(1)本实施例中所述粗丙交酯中meso-丙交酯和d,l-丙交酯的总含量为81％，粗丙交酯中的杂质为乳酸、乳酸二聚体、乳酸三聚体和水等。将粗丙交酯固液混合物过滤，分别得到固体部分和液体部分。用异丙醇洗涤固体部分4～5次，除去乳酸。

(2)用异丙醇对液体部分进行重结晶：①在15℃-45℃条件下在液体部分中加入异丙醇，搅拌混合均匀，于-20℃～4℃环境中静置5小时以上，过滤，收集固体。②将固体在15℃-45℃条件下溶于异丙醇中(记为“溶解”)，再在-20℃～4℃环境中静置5小时以上使丙交酯结晶析出(记为“结晶”)，过滤，收集固体(记为“过滤”)。对所得固体重复过程“溶解”、“结晶”和“过滤”2～5次，即可得到同时含meso-丙交酯和d,l-丙交酯的丙交酯混合物，实现对meso-丙交酯的回收。

(3)用异丙醇对固体部分进行重结晶：①在15℃-45℃条件下在固体部分中加入异丙醇，大量meso-丙交酯和少量d,l-丙交酯溶于异丙醇中，过滤，得到固体部分和液体部分；②对固体部分继续重复过程①3～10次，即得到纯的d,l-丙交酯；③按批次收集步骤①和步骤②中所有的液体部分，-20℃～4℃环境中静置5小时以上，过滤，收集固体；④在15℃-45℃条件下将固体溶于一定体积的异丙醇中(记为“溶解”)，再在-20℃～4℃环境中静置5小时以上使丙交酯结晶析出(记为“结晶”)，过滤，收集固体(记为“过滤”)。对所得固体重复过程“溶解”、“结晶”和“过滤”2～5次，即可得到同时含有meso-丙交酯和d,l-丙交酯的丙交酯混合物，实现对meso-丙交酯的回收(见图3)。

上述步骤中，对异丙醇的用量通过如下方式进行确定：

在上述步骤(2)用异丙醇对液体部分进行重结晶时，异丙醇用量的选择：液体部分含大量乳酸，步骤(2)①中加异丙醇的主要目的是除去乳酸并使meso-丙交酯析出。所加异丙醇的体积为液体部分体积的2-4倍，优选为2-3倍，本实施例选择2倍；步骤(2)②中加异丙醇的目的是使固体溶解，除去杂质，异丙醇加入过多，会使丙交酯随溶剂流失多，降低回收率，因此加入的异丙醇体积与固体质量之比为1ml/g-3ml/g为宜，本实施例的用量比为1.67ml/g。

在上述步骤(3)中用异丙醇对固体部分进行重结晶时，异丙醇用量的选择：固体部分中主要含d,l-丙交酯和少量meso-丙交酯与乳酸。在步骤(3)①②中加入异丙醇的目的是将乳酸和meso-丙交酯从d,l-丙交酯中分离出来，获得纯的d,l-丙交酯。因此，加入的异丙醇的体积与固体质量的比值以1ml/g-3ml/g为宜，本实施例的用量比为1.67ml/g。步骤(3)④中所得到的固体部分主要含meso-丙交酯和少量d,l-丙交酯，在这一步中加入异丙醇的目的与(3)②中加入异丙醇的目的相同，因此加入的异丙醇体积与固体质量之比为1ml/g-3ml/g为宜，本实施例的用量比为1.67ml/g。

步骤(2)得到的同时含meso-丙交酯和d,l-丙交酯的丙交酯混合物的核磁共振氢谱图见图2，其中a为d,l-丙交酯，b为粗丙交酯液体部分重结晶2次的丙交酯。d,l-丙交酯的-ch3双重峰位于δ＝1.67～1.69ppm处，-ch四重峰位于δ＝5.01～5.07ppm处，两处峰面积比为3:1。meso-丙交酯因其环两侧的-ch3对称分布，双重峰会发生偏移，而位于δ＝1.71～1.73ppm处。图2中b在δ＝1.67～1.69ppm和δ＝1.71～1.73ppm处均出现双重峰，且-ch3与-ch的峰面积比为3:1，表明丙交酯是d,l-丙交酯与meso-丙交酯的混合物。异丙醇重结晶所得丙交酯的¹hnmr谱图在δ＝4.34～4.40ppm处没有出现乳酸的-ch四重峰，表明异丙醇重结晶法可以完全除去乳酸。通过计算meso-丙交酯与d,l-丙交酯的-ch3双重峰的面积比，可得到混合丙交酯中meso-丙交酯的含量。步骤(2)得到的丙交酯混合物中meso-丙交酯的含量高达76％。

步骤(3)得到的同时含meso-丙交酯和d,l-丙交酯的丙交酯混合物的核磁共振氢谱图见图3，同样，通过计算核磁共振氢谱图中meso-丙交酯与d,l-丙交酯的-ch3双重峰的面积比，能够得到混合丙交酯中meso-丙交酯的含量。步骤(3)得到的丙交酯混合物中meso-丙交酯的含量高达69％。

本发明中，收率的计算方法为：纯化后的收率＝纯化后的丙交酯质量/粗丙交酯固液混合物的总质量。本实施例中，得到的丙交酯纯度为99.9％，总收率为68.6％。

实验例1

本实验例考察步骤(3)中固体部分的重结晶次数对丙交酯的保留量的影响。图4是步骤(3)中采用异丙醇对粗丙交酯的固体部分进行重结晶过程中所得丙交酯的¹hnmr谱图。

根据¹hnmr谱图计算所得丙交酯的meso-丙交酯含量和丙交酯的收量，结果如下表所示。表中lari是指第i次重结晶得到的丙交酯；d,l-丙交酯是第12次加入异丙醇后过滤得到的固体部分；重结晶后总收量是所有lari与d,l-丙交酯的总和。

表1异丙醇重结晶法所得丙交酯中meso-la含量及丙交酯收量

表1数据表明：(1)初始数次重结晶中,得到的丙交酯收量较高,且重结晶产品中,meso-丙交酯含量较高，因此有必要对过滤得到的液体中的丙交酯进行回收；(2)随着重结晶次数的增加，所得丙交酯中meso-la的含量从69％下降到3％，每次的丙交酯收量也在逐渐减少；(3)由于异丙醇重结晶法保留了meso-丙交酯，且d,l-丙交酯在异丙醇中的溶解度较小，使得实施例1总的丙交酯收率(68.6％)明显高于乙酸乙酯重结晶纯化法的丙交酯收率(37.5％)【付春华.可用于药物缓释的星型聚合物的制备与表征[d].重庆:重庆大学,2007.】，这表明本发明的异丙醇重结晶法的丙交酯收率相比现有技术更高。

从上述实施例和实验例中可以看到，本发明提供的纯化方法能够同时保留粗丙交酯中的meso-丙交酯和d,l-丙交酯，相比于现有的重结晶纯化粗丙交酯的方法，本发明能够显著提高丙交酯的总收率。