专利名称：从碱金属羧酸盐制备纯烷基酯的方法
技术领域：
本发明提供一种使用二氧化碳和醇从对应的碱金属羧酸盐制备纯烷基酯的方法。碱金属羧酸盐通过发酵方法或者通过合成从天然来源制备。
背景技术：
高纯度S-(-)_乳酸甲酯构成在工业级别下具有有趣的应用可能性的重要产品。其可以用于医药和高纯度乳酸的生产。如此生产的乳酸可以用于奶制品的生产，作为在食物领域中的酸化剂、作为用于生产增塑剂、粘合剂、医药产品的中间体，在乳酸盐的生产中，作为羊毛染色中的媒染剂和其它许多。类似地，从高纯度乳酸甲酯制备的高纯度乳酸在生产对于制造袋、应用膜有用的生物相容和生物降解高分子的领域、在环境卫生和医疗用途的领域等等中具有相当显著的工业发展前景。 如从现有技术已知的，乳酸甲酯的制造方法通常包括两步。在步骤I中，将碱金属乳酸盐与浓缩的或稀释的硫酸反应。碱金属硫酸盐作为副产物与乳酸的稀释的水溶液一起生产。在步骤2中，将稀释的乳酸溶液浓缩并且使用催化剂用甲醇酯化。将所得的乳酸甲酯、甲醇和水的混合物进一步纯化以得到产物例如乳酸甲酯。如在以下专利文献中引用的过去已经建议了基于以上常规方法的各种乳酸甲酯的制造方法可以参考美国专利2290926、2406648、2390140、2334524、2350370 和 2434300，其
中公开了乳酸甲酯的制造方法，但是具有各种缺陷如产物不纯、需要用于分离产物的昂贵并且复杂的工艺、残留硫酸钠、腐蚀性和其它许多。可以参考美国专利6，342，626，其中记载了在高温200oC和高压20kg/cm2下以两阶段从73%乳酸制造乳酸甲酯的方法。所述方法以两阶段进行；报道的第一阶段乳酸平衡转化率为约80%并且在分离第一阶段的副产物之后，第二阶段给出保留的乳酸转化率。缺陷是更高温度和压力的使用以及乳酸的腐蚀本质早加了商业制造设备的成本。另外的缺陷是乳酸可以在这样更高的温度下recemize(C. H. Holtan,乳酸、乳酸衍生物的性能化学，Printer Oswald Schmidt KG Leipzig, 1971,第149页)。此外，没有报道生产的乳酸甲酯的光学纯度和乳酸甲酯的化学纯度。可以参考美国专利5453365，其中公开了借助含糖混合物的发酵制备乳酸盐、将在发酵期间获得的乳酸转化为其盐、接着酯化的连续工艺，其中a)将碱土金属碳酸盐或碳酸氢盐添加至发酵液以致中和所得乳酸至至少90摩尔％的程度，b)通过添加NH3和CO2将所得发酵液调节至pH 7-13并且分离所得的沉淀物，和c)将获得的、纯化的乳酸铵溶液用醇酯化。现有技术中报道的制备乳酸甲酯的通常方法是通过将碱金属乳酸盐酸化以产生粗制的乳酸和碱金属硫酸盐作为副产物，伴随着借助反应性蒸馏的共流法的粗制的乳酸的酯化，在所述反应性蒸馏中，通过将蒸馏器维持在更高的温度下而将产物乳酸甲酯、副产物水和过量的醇从反应性蒸馏蒸馏器中取出。这导致在所述反应性蒸馏蒸馏器中酸性的累积并且生产不希望的副产物如羟甲基糠醛、2-戊烯-I-醇等。已知在由反应性蒸馏获得的醇、水和乳酸甲酯的产物混合物中，乳酸甲酯形成与水的共沸混合物，从醇、水和乳酸甲酯的混合物以纯脱水形式分离乳酸甲酯是困难的。在报道的现有技术中，没有提及产物的杂质分布及其光学纯度。进一步，报道的方法使用碱金属乳酸盐以生产粗制的乳酸并且产生废物碱金属硫酸盐。报道的方法的另外的缺陷是粗制的乳酸在将碱金属乳酸盐与硫酸反应后产生并且维持在极低PH值下，粗制的乳酸本质上是极具腐蚀性的并且在高温下其本质上更具腐蚀性，制造设备及其建造材料需要仔细选择并且本质上是资本支出极其庞大的。这些报道的方法的另外的缺陷是碱金属作为碱金属硫酸盐而被浪费并且碱不能被循环利用至产生碱金属乳酸盐的发酵部分。
本发明的主要目的是提供一种使用醇如甲醇或乙醇和二氧化碳通过钙、钠或钾的碱金属羧酸盐的直接酯化来制备纯烷基酯的方法。本发明的另一目的是提供一种不使用矿物酸来制备烷基酯的方法。本发明的又一目的是通过乳酸钙或乳酸钠或乳酸钾的直接酯化提供纯乳酸甲酯并且以甘蔗汁发酵方法循环利用反应副产物即碳酸氢钙或碳酸氢钠或碳酸氢钾以制备相应的碱金属乳酸盐。本发明的又一目的是提供通过避免形成硫酸钙或硫酸钠或硫酸钾来生产纯乳酸甲酯和纯乳酸的无污染方法。本发明的又一目的是得到可以使用催化剂或者不使用催化剂水解以得到纯乳酸的纯乳酸甲酯。
发明内容
因此，本发明提供一种借助使用醇和CO2酯化碱金属羧酸盐来制备光学纯烷基酯的一步法，所述方法包括以下步骤i.将脱水金属羧酸盐粉末与甲醇在500_1000rpm的范围内搅拌的情况下混合在15分钟至30分钟范围内的时间以获得5-30重量％在甲醇中的金属羧酸盐溶液；ii.将在步骤⑴中获得的溶液在145-210°C范围内的温度下在5-60. 4Kg/cm2范围内用二氧化碳加压在15分钟至I小时范围内的时间以获得烷基酯和作为沉淀物的副产物；iii.通过过滤分离在步骤(ii)中获得的沉淀物将其在发酵部分循环利用以得到来自葡萄糖来源的碱金属盐；iv.利用分离的副产物重复步骤(i)、(ii)和(iii)优选3-4次直至期望的碱金属盐向烷基酯的转化率；V.通过蒸馏从滤液回收烷基酯，纯度在99. 50-99. 8重量％的范围内，湿度为约O. 03-0. I重量％，未反应的醇在步骤iv中被回收和循环利用。在本发明的一个实施方案中，所述副产物是相应的碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐。在本发明的又一实施方案中，金属选自由钠、钾或钙组成的组。在本发明的又一实施方案中，金属羧酸盐选自由乙酸盐、乳酸盐、水杨酸盐或苯甲酸盐组成的组。
在本发明的又一实施方案中，使用的醇选自由甲醇、乙醇和丁醇组成的组。在本发明的又一实施方案中，其中烷基酯的光学纯度在98-99%之间。在本发明的又一实施方案中，方法以间歇方式或连续方式进行。在本发明的又一实施方案中，用于步骤(b)中的方法的循环利用的甲醇与碱金属盐的摩尔比为2. 8 : I至4 : I、优选2. 8至I。 在本发明的又一实施方案中，金属羧酸盐向烷基酯的转化百分数在95-99%的范围内。在本发明的又一实施方案中，反应产率在90-99. O %之间并且反应朝向烷基酯的选择性在99. 0%的范围内。在本发明的又一实施方案中，所述碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐在发酵部分循环利用以得到来自葡萄糖来源的碱金属羧酸盐。在本发明的又一实施方案中，借助蒸馏的烷基酯的回收任选地使用真空进行。在本发明的又一实施方案中，碱金属盐和碱土金属盐来源于自然并且任选地来源于非自然资源。在本发明的又一实施方案中，碱金属羧酸盐通过发酵法或者通过合成从自然资源制备。在本发明的又一实施方案中，烷基酯的制备方法不使用矿物酸进行。在本发明的又一实施方案中，以甘蔗汁发酵方法循环利用反应副产物即碳酸氢钙或碳酸氢钠或碳酸氢钾以制备相应的碱金属乳酸盐。在本发明的又一实施方案中，本发明提供通过避免形成硫酸钙或硫酸钠或硫酸钾来生产纯乳酸甲酯和纯乳酸的无污染方法。在本发明的又一实施方案中，本发明提供可以使用催化剂或者不使用催化剂水解以得到纯乳酸的纯乳酸甲酯。
图I :在高压反应器中在多次回收利用醇和CO2气体的情况下使用碱金属羧酸盐、醇和CO2气体合成烷基酯的间歇过程。图2 :在高压反应器中使用碱金属羧酸盐、醇和CO2气体合成烷基酯的间歇过程。图3 :在常压下使用碱金属羧酸盐、醇和CO2气体合成烷基酯的连续过程。图4 :在甲醇制制造的无水溶液的过程。图5 :标准碳酸钙样品和通过使用CO2和醇的碱金属羧酸盐的酯化而制备的碳酸钙的XRD图。
具体实施例方式本发明的方法包括使用二氧化碳和醇、优选甲醇直接酯化脱水碱金属羧酸盐以获得光学纯烷基酯的单一步骤。所述方法涉及脱水碱金属羧酸盐的制备过程，在回流下反应约Ihr的一段时间，接着蒸馏以获得具有纯度为约99. 8重量％、湿度为O. 03-0. I重量％的期望的纯烷基酯，未反应的甲醇被回收和循环利用。所述方法包括以下步骤
(a)将脱水碱金属羧酸盐粉末与甲醇以期望的计量比反应以得到在甲醇中的5-30%溶液，在145-165°C的温度范围下在20_60Kg/Cm2的范围内用二氧化碳加压直至I小时以获得烷基酯和作为沉淀物的对应的碱金属碳酸盐或碳酸氢盐；(b)通过过滤分离所述金属碳酸盐或碳酸氢盐的沉淀物，其在发酵部分循环利用以得到来自葡萄糖来源的碱金属盐；(c)利用分离的金属碳酸盐或碳酸氢盐沉淀物重复在步骤(a)和(b)中提及的以上步骤优选3-4次，直至获得期望的碱金属盐向烷基酯的转化率；和(d)从在以上步骤中获得的滤液回收相当纯的烷基酯(< 99. 5% )。
由此获得的纯烷基酯可以任选地水解以得到纯乳酸。本发明的方法任选地以间歇或连续方式进行。碱金属选自钠、钾、钙和诸如此类的。碱金属的盐选自乙酸盐、乳酸盐、水杨酸盐、苯甲酸盐和诸如此类的。通过蒸馏回收烷基酯任选地使用真空进行。用于步骤(b)中的过程的循环利用的甲醇与碱金属盐的摩尔比为2.8 I至4 I、优选2. 8至I。获得的烷基酯的纯度在99. 50-99. 8重量％的范围内，湿度为约O. 03-0. I重量％。反应的产率大于99. 0%并且反应向烷基酯的选择性大于99. 0%。根据本发明获得的烷基酯的光学纯度大于99. 0%。碱金属和碱土金属盐来源于自然资源。在本发明的一个实施方案中，它们也可以从非自然资源获得。通过本发明的方法由此获得的高纯度乳酸用作用于制造聚乳酸的单体，作为制备生物降解高分子的单体、作为酸化剂、作为食品添加剂和用于可以将乳酸甲酯用作溶剂的医药应用，还具有医药应用。实施例以下实施例仅作为说明而给出并且因此不应理解为限定本发明的范围。乳酸钙在高压下的直接酯化实施例-I乳酸钙粉末的脱水使用真空干燥器将从甘蔗汁发酵或任何其它蔗糖来源获得的乳酸钙粉末在真空(50mbar)下和80°C温度下干燥24小时。乳酸钙中的初始湿度含量为30%并且在乳酸钙中的湿度降低至I. 5重量％。将该干燥乳酸钙粉末用于以下给出的随后的实施例中。实施例-2反应用原料溶液的制备将具有容量为5L的低碳钢高压反应器容器装入有在实施例-I中提及的250g干燥乳酸钙粉末以及2250g纯甲醇以得到最终在纯甲醇中的乳酸钙的最终10重量％溶液。接着在室温下使用搅拌器将该材料在750RPM下连续混合15分钟以得到在甲醇中的乳酸钙溶液。将该粗制的在甲醇中的乳酸钙溶液用作在以下给出的随后的实施例中的原料。实施例-3在165°C下在高压下使用二氧化碳直接酯化在甲醇中的乳酸钙溶液(图I)
将如在实施例-2中解释的制备的在甲醇⑵中的10重量％ (IlOOg)稀释的乳酸钙溶液(I)装入具有容量为5L的中碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)在反应器中加压以得到初始压力20Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间修正反应器内部的压力直至60. 4Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且将反应混合物在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得从离心机获得的包含碳酸钙的湿滤饼(6)在烘箱
(7)中在110°C下干燥并且贮存⑶。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析从离心机收集的滤液(9)的甲基酯、甲醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。发现滤液中的甲基酯的浓度为7. 5重量％，同时甲醇浓度为92. 4重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为I. I重量％。在期望的运行时间之后，通过排气口(10)释放反应器(4)内部的压力，蒸汽通过分离二氧化碳气体(13)的分离器(11)，所述二氧化碳气体(13)可以从在(4)回收利用的其它挥发性反应液体混合物(12)在(4)回收利用。在第二阶段，将从上述离心机获得的滤液(9)装入相同的中碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌15分钟。再次将二氧化碳气体(3)在反应器中鼓泡以实现在反应器中的压力直至40Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间反应器内部的压力上升至59. OKg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且接着将反应混合物在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得从离心机(5)获得的包含碳酸钙的湿滤饼(6)在110°C下在烘箱中(7)干燥并且贮存(8)。如上分析从离心机收集的滤液(9)的甲基酯、甲醇和湿度含量。发现滤液中的甲基酯的浓度为9. 3重量％，同时甲醇浓度为90. I重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为I. O重量％。在期望的运行时间之后，通过排气口(10)释放反应器(4)内部的压力，蒸汽通过分离来自其它挥发性反应液体混合物(12)的二氧化碳气体(13)的分离器(11)。如此制备的二氧化碳可以在(4)回收利用而液体混合物可以在(4)回收利用。在第三阶段，将从上述第二阶段离心机获得的滤液再次装入相同的中碳钢高压反应器(4)。其它操作步骤和参数与第一和第二阶段相同。发现在反应器中获得的最终压力为55Kg/cm2。发现从离心机(5)获得的滤液(9)中的甲基酯的浓度为10. 4重量％，同时甲醇浓度为89. 4重量％并且通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为I. O重量％。在期望的运行时间之后，通过排气口(10)释放反应器(4)内部的压力，蒸汽通过分离二氧化碳气体(13)的分离器(11)，所述二氧化碳气体(13)可以从在(4)回收利用的其它挥发性反应液体混合物(12)在(4)回收利用。在第四阶段，将从上述第三阶段离心机获得的滤液再次装入相同的中碳钢高压反应器(4)。其它操作步骤和参数与第一、第二和第三阶段相同。发现在反应器中获得的最终压力为54. 5Kg/cm2。发现从离心机(5)获得的滤液(9)中的甲基酯的浓度为11. 6重量％，同时甲醇浓度为87. 7重量％并且通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为I. O重量％。在期望的运行时间之后，通过排气口(10)释放反应器(4)内部的压力，蒸汽通过分离二氧化碳气体(13)的分离器(11)，所述二氧化碳气体(13)可以从在(4)回收利用的其它挥发性反应液体混合物(12)在(4)回收利用。在期望的阶段之后，为了回收将在(4)获得的如果存在的未转化的甲醇、甲基酯、湿度输送至再沸器组装塔馏分蒸馏组件(14)。将I重量％碳酸钠甲基酯添加至再沸器中作为稳定剂。使用或者不使用真空在馏分蒸馏组件(14)中分别从甲醇(16)分离纯甲基酯
(15)并且贮存。获得的纯甲醇可以在⑴回收利用。收集高纯度甲基酯馏分，其在GC分析时显示纯度为99. 8重量％并且湿度含量为O. 03%。通过旋光仪测量纯净液体甲基酯的旋光度为(_)8.43。实施例-4在165°C下在高压下使用三乙醇胺用二氧化碳直接酯化在甲醇中的乳酸钙溶液(图I)将如在实施例-I中提及的IlOg干燥乳酸钙(I)、794g纯甲醇⑵和IlOg三乙醇胺(2a)装入具有容量为5L的低碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)用于加压反应器以得到初始压力20Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间，将反应器内部的压力升至61. 2Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且将反应混合物在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得包含碳酸钙的湿滤饼在烘箱(7)中在110°C下干燥并且贮存⑶。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析从离心机(5)收集的滤液(9)的甲基酯和甲醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer7Lab India制仪器测量湿度。发现滤液中的甲基酯的浓度为9. 3重量％，同时甲醇浓度为89. 9重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为O. 5重量％。通过排气口(10)释放反应器⑷内部的压力，蒸汽通过分离二氧化碳气体(13)的分离器(11)，所述二氧化碳气体(13)可以在(4)回收利用。其它挥发性反应液体混合物(12)在(4)回收利用。 在第二阶段，将从上述离心机(5)获得的滤液再次装入相同的中碳钢高压反应器
(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。再次将二氧化碳气体(3)在反应器中加压至20Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间，反应器内部的压力上升至59. OKg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且将反应物质在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得包含碳酸钙的湿滤饼(6)在110°C下在烘箱(7)中干燥并且贮存(8)。如上分析从离心机(5)收集的滤液(9)的甲基酯、甲醇和湿度含量。发现滤液中的甲基酯的浓度为10. 4重量％，同时甲醇浓度为89. I重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为O. 6重量％。通过排气口(10)释放反应器(4)内部的压力并且蒸汽通过分离二氧化碳气体(13)的分离器(11)，所述二氧化碳气体(13)可以从在(4)回收利用的其它挥发性反应液体混合物(12)在(4)回收利用。实施例-5对照实验在165°C下在高压下在甲醇中的乳酸钙溶液的反应(图I)将如在实施例-2中解释的而制备的在甲醇中的IlOOg稀释的乳酸钙(10重量％ )溶液装入具有容量为5L的低碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间，获得的反应器内部的压力直至20. 2Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且在筐式离心过滤机
(5)上在3000RPM下过滤。在反应产物中没有观察到沉淀物。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析从反应器底部(9)收集的反应产物的甲基酯、甲醇含量。发现滤液中的甲基酯的浓度为O重量％，同时甲醇浓度为100重量％。因此发现在缺乏二氧化碳时没有形成甲基酷。在高压下乳酸钠的肓接酯化实施例-6在水中的乳酸钠溶液 的脱水(图4)将具有容积为5L的玻璃容器组装塔组件(3)装入有2500g、LACT0CHEM,Chennai (India)制具有浓度70重量％的在水中的纯乳酸钠溶液(I)以及IOOOg纯甲苯
(2)。接着将材料使用搅拌器在250RPM下连续混合。使用电加热器加热该反应器。水以及甲苯的蒸汽通过组装塔上升并且在顶部冷凝(6)以得到两层作为馏出物。将上部和轻的有机层连续回收利用，而连续去除底部水层直至完全耗净并且在馏出物没有观察到水层的存在。上部温度达到从85-105°C直至操作结束并且底部反应器温度在99-105°C的范围内。将在甲苯中的脱水乳酸钠转移至分离器(4)。接着将由此获得的在甲苯中的脱水乳酸钠缓慢地冷却至40°C。通过虹吸作用将上部有机层去除至分离器(4)以外。将在反应器底部获得的乳酸钠晶体溶解于2500g纯甲醇以制备在混合器(5)中的在甲醇中的2500g纯甲醇乳酸钠溶液。将在甲醇中的乳酸钠溶液冷却至25°C并且贮存。将该无水的在甲醇中的乳酸钠溶液用于以下给出的随后的实施例中。实施例-7在165°C下在高压下使用二氧化碳直接酯化在甲醇中的乳酸钠溶液(图I)将如在实施例-6中解释的而制备的在甲醇⑵中的1100g(40重量％ )无水的在甲醇(2)中的乳酸钠溶液(I)装入具有容量为5L的低碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)用于加压反应器以得到初始压力28. 7Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间反应器内部的压力上升至53. 5Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得包含碳酸钠的湿滤饼(6)在烘箱(7)中在110°C下干燥并且贮存⑶。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析从离心机(5)收集的滤液(9)的甲基酯、甲醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。发现滤液中的甲基酯的浓度为20. 3重量％，同时甲醇浓度为76. 9重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为O. 5重量％。在期望的运行时间之后，通过排气口
(10)释放反应器(4)内部的压力，蒸汽通过分离二氧化碳气体(13)的分离器(11)，所述二氧化碳气体(13)可以从在(4)回收利用的其它挥发性反应液体混合物(12)在(4)回收利用，为了回收将在(4)获得的如果存在的未转化的甲醇、甲基酯、湿度输送至再沸器组装塔馏分蒸馏组件(14)。将I重量％碳酸钠甲基酯添加至再沸器中作为稳定剂。使用或者不使用真空在馏分蒸馏组件(11)中分别从甲醇(16)分离纯甲基酯(15)并且贮存。获得的纯甲醇可以在(4)回收利用。实施例-8在165°C下在高压下使用三乙醇胺使用二氧化碳直接酯化在甲醇中的乳酸钠溶液(图2)蒸馏来自如在实施例_6中解释的在甲醇(2)中的无水的乳酸钠溶液(I)以去除过量的甲醇从而得到最终乳酸钠溶液为50重量％，残留甲醇和痕量的甲苯。将1300g该溶液(I)装入具有容量为5L的中碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)在反应器中加压以得到初始压力20Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间获得的反应器内部的压力直至56Kg/cm2。接着使得反应物质冷却至25°C并且然后从反应器底部去除接着在筐式离心过滤机(5)中过滤。然后将滤液(9)在旋转蒸发仪中进行闪蒸以去除最大量的挥发性物质作为馏出物。将蒸馏之后在旋转蒸发仪中收集的残留物在中碳钢反应器中与900g纯甲醇(2) —起回收利用。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析反应器底部样品的甲基酯、甲醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。发现在反应器底部样品中的甲基酯的浓度为15. 6重量％，同时甲醇浓度为69. 8重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为O. 5重量％。在第二阶段，将如上所述获得的原料在相同的中碳钢高压反应器(4)处理并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。再次将二氧化碳气体(3)在反应器中加压至20Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间，获得的反应器内部的压力直至46. 5Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且然后从反应器底部去除接着在筐式离心过滤机(5)中过滤。然后将滤液(9)在旋转蒸发仪中进行闪蒸以去除最大量的挥发性物质作为馏出物。分别收集馏出物和残余物。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000基于无水基准分析反应器底部样品的甲基酯、甲醇含量，同时通过AutomaticKarl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。发现在反应器底部样品中的甲基酯的浓度为17. I重量％，同时甲醇浓度为67. I重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为O. 55重量％并且发现在馏出物中的甲基酯的浓度为40. 2重量％，同时甲醇浓度为58. 7重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为O. 5重量％。由此发现乳酸钠可以使用甲醇和二氧化碳气体在高压反应和高温下直接转化为甲基酯。实施例_9在高压下在甲基酯(乳酸甲酯)的存在下使用甲醇和二氧化碳直接酯化乳酸钠(图2)蒸馏来自如在实施例_6中解释的在甲醇中的无水乳酸钠溶液以去除过量的甲醇从而得到最终乳酸钠和甲醇浓度分别为50重量％。添加等量的纯甲基酯(乳酸甲酯)，PURAC Inc. USA制从而得到原料组合物50重量％甲基酯、25重量％无水乳酸钠⑴和25重量％甲醇(2)。将该混合物装入具有容量为5L的中碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在750RPM下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)在反应器中加压以得到初始压力20Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至165°C并且维持在该温度下I小时。在操作期间，获得的反应器内部的压力直至56. 3Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且然后从反应器底部去除。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析反应器底部样品的甲基酯、甲醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。发现在反应器底部样品中的甲基酯的浓度为58. 4重量％，同时甲醇浓度为40. 2重量％和通过Karl-Fischer方法得到的湿度含量为O. 7重量％。由此乳酸钠可以直接转化为甲基酯并且发现转化率为37-40%。在高压下乳酸钙的直接酯化
实施例-9
在不同搅拌速度下乳酸钙的乙基化(图2)将IOOg乳酸钙(10重量％ )溶液⑴和乙醇⑵装入具有容量为5L的低碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在从300、600和1000RPM变化的搅拌速度下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)在反应器中加压以得到初始压力25Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至200°C并且维持在该温度下8小时。在操作期间，反应器内部的压力上升至72-80Kg/em2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且将反应混合物在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得从离心机获得的包含碳酸钠的湿滤饼(6)在烘箱(7)中在110°C下干燥并且忙存(8)。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析从离心机收集的滤液(9)的乙基酯、乙醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。在反应期间乙基酯的浓度分布示于表I。发现在反应结束时平均湿度含量在7. 5重量％的范围内。表I :搅拌速度对乙基酯的形成％的影响
(反应条件乳酸钙10%;湿度含量-5% ;反应温度-200°C，CO2压力_25kg/cm2 ；搅拌速度1000RPM)
在不同的搅拌速度下乙基化的形成％
时间(h)---
__300 RPM__600 RPM__1000 RPM
0.5__530__11.82__16.44_
1__13.54__22.91__24.02_
222.6332.7042.95----
3__32.65__52.56__52.56_
4__ 49.66__61.61__62.44_
5__61.83__69.00__69.65_
670.2472.42__72.88_
7__72.00__75.37__77.04_实施例-10在不同CO2压力下乳酸钙的乙基化(图2)将IOOg乳酸钙(10重量％ )溶液⑴和乙醇⑵装入具有容量为5L的低碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在1000RPM的搅拌速度下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)在反应器中加压以得到初始压力5、15和25Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至200°C并且维持在该温度下8小时。在乙基化反应期间，在初始压力5、15和25Kg/cm2下，在反应期间在反应器内部的最终整体压力分别升高至39、59和80Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且将反应混合物在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得从离心机获得的包含碳酸钙的湿滤饼(6)在烘箱(7)中在110°C下干燥并且贮存(8)。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析从离心机收集的滤液(9)的乙基酯、乙醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。在反应期间乙基酯的浓度分布不于表2。发现在反应结束时平均湿度含量为7. 5重量％。表2 =CO2压力对于使用CO2的乳酸钙的乙基化的影响(反应条件湿度含量5%;温度200°C，乳酸钙10% ;搅拌速度1000RPM)
~在不同的初始CO2压力下乙基化的形成％
时间(h) --2--2
5kg/cm15 kg/cm25kg/cm
0.5__13.95__17.46__16.44
1__21.25__25.40__24.02 226.6937.5042.95----
3__30.73__49.33__52.56
4__44.15__58.38__62.44
5__53.76__61.59__69.65
6__54.41__68.17__72.88
7_ 56.7075.28_ 77.04实施例-11在不同的乳酸钙初始浓度下使用CO2和乙醇的乳酸钙的乙基化(图2)将如在实施例-2中解释的而制备的通过溶解50、100和150g在乙醇⑵中的乳酸钙⑴溶液而制备的5%、10%和15%初始浓度的乳酸钙溶液装入具有容量为5L的低碳钢高压反应器(4)并且使用搅拌器在900RPM的搅拌速度下连续搅拌。将来自圆筒状钢瓶的二氧化碳气体(3)在反应器中加压以得到初始压力25Kg/cm2。接着使得加热反应材料直至200°C并且维持在该温度下8小时。在操作期间，反应器内部的压力上升至72-80Kg/cm2。然后使得冷却反应物质直至25°C并且将反应混合物在筐式离心过滤机(5)上在3000RPM下过滤。使得从离心机获得的包含碳酸钙的湿滤饼(6)在烘箱(7)中在110°C下干燥并且贮存(8)。使用Shimadzu制GC-MS型号QP5000分析从离心机收集的滤液(9)的乙基酯、乙醇含量，同时通过Automatic Karl-Fischer, Lab India制仪器测量湿度。在反应期间乙基酯的浓度分布示于表3。发现在反应结束时平均湿度含量在6. 2重量％的范围内。表3 :初始乳酸钙浓度对于使用CO2的乙基化的影响(反应条件湿度含量5%;温度200°C，CO2压力25kg/cm2 ;搅拌速度1000RPM)
权利要求
1. 一种借助使用醇和CO2将碱金属羧酸盐酯化来制备光学纯烷基酯的一歩法，所述方法包括以下步骤 1.将脱水金属羧酸盐粉末与醇在500-1000rpm的范围内搅拌的情况下混合在15分钟至30分钟范围内的时间以获得5-30重量％在醇中的金属羧酸盐溶液； ii.将在步骤(i)中获得的溶液在145-210°C范围内的温度下在5-60.4Kg/cm2范围内用ニ氧化碳加压在15分钟至I小时范围内的时间以获得烷基酯并且副产物选自由作为沉淀物的碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐组成的组； iii.通过过滤分离在步骤(ii)中获得的沉淀物将其在发酵部分循环利用以得到来自葡萄糖来源的碱金属盐； iv.利用分离的副产物重复步骤和(ii)优选3-4次直至期望的碱金属盐向烷基酯的转化率； V.通过蒸馏从滤液回收烷基酷，纯度在99. 50-99. 8重量％的范围内，湿度为约0.03-0. I重量％，未反应的醇在步骤iv中被回收和循环利用。
2.根据权利要求I的步骤(i)所述的方法，其中使用的醇选自由甲醇、こ醇和丁醇组成的组。
3.根据权利要求I的步骤(i)所述的方法，其中金属选自由钠、钾或钙组成的组。
4.根据权利要求I的步骤(i)所述的方法，其中金属羧酸盐选自由こ酸盐、乳酸盐、水杨酸盐或苯甲酸盐组成的组。
5.根据权利要求I所述的方法，其中烷基酯的光学纯度在98-99%之间。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述方法在不存在矿物酸时以间歇方式或连续方式进行。
7.根据权利要求I的步骤(V)所述的方法，其中用于步骤(iv)的方法中的循环利用的醇与碱金属盐的摩尔比为2. 8 : I至4 : I、优选2. 8至I。
8.根据权利要求I所述的方法，其中金属羧酸盐向烷基酯的转化百分数在95-99%的范围内。
9.根据权利要求I所述的方法，其中反应产率在90-99.0%之间并且反应朝向烷基酯的选择性大于99. 0%。
全文摘要
将脱水碱金属羧酸盐溶于醇如甲醇或乙醇或丁醇以制备它们在对应醇中的溶液。将溶液醇在加压或常压下在升高的温度如150-200℃下进一步用二氧化碳处理。羧酸转化为对应的烷基酯并且碳酸钙或碳酸钠或碳酸钾作为副产物。当在加压或常压下在升高的温度下用二氧化碳处理在甲醇或乙醇或丁醇中制备的乳酸钙或乳酸钠或乙酸钠或苯甲酸钠或水杨酸钠碱金属盐溶液时转化为乳酸甲酯或乳酸乙酯或乙酸甲酯或苯甲酸甲酯或水杨酸甲酯作为产物。
文档编号C07C67/08GK102666467SQ201080045396
公开日2012年9月12日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年9月7日
发明者巴斯卡尔·达塔特拉亚·库卡尼, 拉温德拉·威廉·沈德, 桑杰·纳拉扬·奈奈, 珀阮仕特·普鲁肖坦·保瑞夫, 莫雷德·亚视网特·格珀特 申请人:科学与工业研究理事会