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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Reinigen von Milchsäureestern.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Reinigung von Milchsäureestern
in einem industriellen Maßstab.
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Der Stand der Technik offenbart verschiedene
Verfahren zum Reinigen von Estern der Milchsäure. Das Amerikanische Patent
US 5 571 657 , veröffentlicht
am 5. November 1996, beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von
Metallionen aus organischen Lösungsmitteln
für, und
Lösungen
von photoätzenden
Bestandteilen, welches das Inkontaktbringen des Lösungsmittels,
beispielsweise einem Gemisch aus Ethyllactat und Butylacetat mit
einem kationischen Austauschharz betrifft. Es werden weder kristalline
Milchsäureester
noch reine Enantiomere davon beschrieben.
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Die japanische Patentanmeldung 8208565,
veröffentlicht
am 13. August 1996, beschreibt ein Verfahren, welches die Herstellung
von Ethyllactat durch Umsetzen von Milchsäure mit Ethanol in Gegenwart
eines Katalysators wie etwa p-Toluolsulfonsäure betrifft, wonach das Ethyllactat
aufgearbeitet wird und dann mittels Destillation gereinigt wird.
Es werden weder kristalline Milchsäureester noch reine Enantiomere
davon beschrieben.
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Die japanische Patentanmeldung 8012621,
veröffentlicht
am 16. Januar 1996 beschreibt ein Verfahren, in dessen Verlauf ein
aus einem Fermentationsverfahren erhaltener Milchsäureester
mit Aktivkohle behandelt wird und dann destilliert wird, um seine
UV-Absorption bei einer Wellenlänge
von 300 nm oder weniger zu verringern. Das erhaltene Produkt besitzt
eine UV-Absorption bei 280 nm von 1 oder weniger, eine Reinheit von
mindestens 99,5% und einen Metallgehalt von höchstens 10 ppb. Kristalline
Milchsäureester
werden nicht beschrieben.
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JP A 62026249 (veröffentlicht
am 4. Februar 1987) beschreibt ein Verfahren zum Gewinnen von Milchsäureestern
in reiner Form, welches das Einstellen des pH-Werts des unreinen
Esters auf einen Wert von 6 bis 8,5 und eine nachfolgende Destillation
des unreinen Esters betrifft. Kristalline Milchsäureester werden nicht beschrieben.
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Die Erfahrungen des Anmelders haben
gezeigt, dass die bekannten Verfahren nur eine unzureichende Reinigung
von Estern der Milchsäure
ermöglichen.
So hat es sich im Allgemeinen als sehr schwierig erwiesen, das Nebenprodukt
Essigsäure
vom Ethyllactat abzutrennen, was bedeutet, dass zu viel freie Säure im Ester vorliegt.
Außerdem
wird oft gefunden, dass die Farbe des destillierten Esters den gestellten
Anforderungen nicht gerecht wird. Auch andere Verunreinigungen,
wie etwa Brenztraubensäureester
können
durch Destillation nicht leicht entfernt werden. Solche Probleme
können
auch nicht durch die Verwendung von Aktivkohle gelöst werden.
Außerdem
ist es in der Praxis besonders wichtig, einen Essigsäureester
mit einer konstanten Qualität
bereitstellen zu können,
d.h. dass der Ester während
der Herstellung immer die Anforderungen wie etwa Gehalt an freier
Säure und
Farbe erfüllt,
und dass der Ester stabil ist.
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Die Beilstein-Datenbank gibt vorwiegend
die Schmelzpunkte von racemischen Gemischen von Milchsäureestern
wieder. Diese Schmelzpunkte sind oft geringer als diejenigen, welche
den reinen Enantiomeren entsprechen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
eine Lösung
des oben beschriebenen Problems bereitzustellen. Die Erfindung betrifft
deshalb ein Verfahren zum Reinigen von Milchsäureestern, worin ein unreiner
Milchsäureester
einer Schmelzkristallisation unterzogen wird.
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Die Schmelzkristallisation ist ein
Verfahren, worin ein kristallines Material aus einer Schmelze des
zu kristallisierenden Materials erhalten wird. Dieses Verfahren
wird beispielsweise ausführlich
von Kirk-Othmer in „Encyclopedia
of Chemical Technology",
vierte Auflage, Band 7, Seiten 723-727 (1993), von J.W. Mullin in „Crystallization", dritte überarbeitete
Auflage, Butterworth-Heinemann Ltd., Seiten 309-323 (1993) und von
J. Ullrich und B. Kallies in „Current
Topics in Crystal Growth Research", 1 (1994) beschrieben. Der Hauptvorteil der
Schmelzkristallisation im Vergleich mit einer Destillation ist der,
dass viel weniger Energie benötigt
wird, da die Enthalpie der Fusion von organischen Verbindungen im
Allgemeinen geringer ist als die Enthalpie der Verdampfung. Ein
weiterer Vorteil der Schmelzkristallisation im Vergleich mit einer
Destillation ist der, dass das Verfahren im Allgemeinen bei einer
viel niedrigeren Temperatur durchgeführt werden kann, was von Vorteil
ist, wenn die organische Verbindung thermisch instabil ist.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass Milchsäureester
auf eine besonders geeignete Art und Weise gereinigt werden können, durch
Unterwerfen der Milchsäureester
einer Schmelzkristallisierung. Der unreine Milchsäureester
enthält
bevorzugt nicht mehr als 10 Gew.-% Verunreinigungen und insbesondere
nicht mehr als 2 Gew.-% Verunreinigungen, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Esters.
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Gemäß der Erfindung weisen die
unreinen Milchsäureester
eine chirale Reinheit von mehr als 90% und insbesondere von mehr
als 98 Gew.-% auf.
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Die chriale Reinheit wird wie folgt
definiert:
Chirale Reiheit = 100% × {(R-Isomer)/(R-Isomer + S-Isomer)}.
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Die gereinigten Ester weisen eine
Reinheit von mindestens 98 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99,5 Gew.-%
und insbesondere mindestens 99,9 Gew.-% auf, bezogen auf die Gesamtmenge
des Esters. Außerdem
besitzen die gereinigten Ester einen Gehalt an freier Säure von
höchsten
0,2%, bevorzugt höchstens 0,05%
und insbesondere nicht mehr als 0,02%. Die Farbe der gereinigten
Ester ist bevorzugt nicht mehr als 20 APHA-Einheiten und insbesondere
nicht mehr als 5-APHA-Einheiten. Der Wassergehalt des Esters ist
vorzugsweise nicht höher
als 0,2 Gew.-% und insbesondere nicht höher als 0,05 Gew.-%, bezogen
auf die Gesamtmenge des Esters.
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Die Ester können hergestellt werden aus
Milchsäure,
welche durch Fermentation oder aus einer stereoselektiven Veresterung
von racemischer Milchsäure
erhalten wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für Ester
mit nur einer geringen chiralen Reinheit. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist aber insbesondere geeignet für
im Wesentlichen chiral reine Ester.
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Die Ester sind bevorzugt von Milchsäure und
einem C1-C18-Alkohol
abgeleitet. Bevorzugt sind diese Alkohole linear, verzweigt und/oder
zyklische Alkanole oder Alkenole, Aryl- oder Heteroarylalkylalkanole,
oder Tetrahydrofuryl-, Tetrahydrothienyl- oder Pyrrolidinylalkanole,
wobei die Alkohole oder Alkenole Alkoxygruppen- oder Alkenoxygruppen-Substituenten
tragen können.
Beispiele für
geeignete Ester sind Methyllactat, Ethyllactat, n-Propyl- und Isopropyllactat,
n-Butyl-, Isobutyl- und t-Butyllactat, n-Pentyl- und Isopentyllactat, Neopentyllactat,
n-Hexyl-, 2-Ethylhexyl-, Cyclohexyl-, cis-3-Hexenyl-, n-Heptyl-,
Isoheptyl-, n-Octyl-, n-Nonyl-, Isononyl-, n-Decyl-, n-Undecyl-,
n-Dodecyl-, n-Tridecyl-. Isotridecyl-, Benzyl-, Tetrahydrofuryl-,
Allyl-, Menthyl-, Myristyl-, Cetyl- und Stearyllactat. Beispiele
für Ester
mit Alkoxygruppen sind 2-Butoxyethyllactat und 2-Ethoxyethyllactat.
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Die Ester können auch Dieester sein wie
etwa 1,2-Propylengylcoldilactat oder Ester, welche von Diolen, Triolen
und Polyolen abgeleitet sind, in denen eine oder mehrere Hydroxylgruppen
mit Milchsäure
verestert sind. Beispiele für
solche Verbindungen sind Glycerolmonolactat, 1,2-Propylenglycolmonolactat,
Dipropylenglycolmonomethyletherlactat und Propylenglycolmonomethyletherlactat.
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Die Schmelzkristallisation kann mit
Hilfe einer Suspensionskristallisiation oder einer Schichtkristallisation
durchgeführt
werden, möglicherweise
in Verbindung mit einer Waschsäule
oder einer Zentrifuge, oder einigen anderen Reinigungsverfahren.
Beispiele für
geeignete Apparate und Verfahren werden von Kirk-Othmer in „Enzyclopedia
of Chemical Technology",
vierte Auflage, Band 7, Seiten 723-727 (1993), von J.W. Mullin in „Crystallization", dritte überarbeitet
Auflage, Butterworth-Heinemann Ltd., Seiten 309-323 (1993) und von
J. Ullrich und B. Kallies, in „Current
Topics in Crystal Growth Research", 1 (1994) beschrieben.
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Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
gereinigten Milchsäureester
sind insbesondere geeignet für
eine Verwendung auf dem Gebiet der Elektronik, bei stereoselektiven
Synthese von chemischen Verbindungen (siehe z.B. DE-A-3 902 372,
GB-A-2 005 668, DE-A-3 638 1 19, US-4 940 813, US-5 814 433 und EP-A-442
952).
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Die Erfindung wird nun unter Bezug
auf die folgenden Beispiele erklärt
werden.
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Beispiel 1
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In einem Dreihals-Rundkolben wurden
400 ml Ethyl-(S)-lactat (Gehalt an freier Säure [gemessen als Milchsäure] 1,13
Gew.-%, GLC-Reinheit 99,39%, 0,29 Gew.-% Essigsäure, chirale Reinheit 98,00%)
langsam unter Rühren
auf -6°C
abgekühlt.
Die Kristallisation begann bei –5°C. Nach einigen
Stunden wurden die Kristalle mit Hilfe einer Labortrommelzentrifuge
(Typ Sieve von Hermle) abgetrennt. Die Ausbeute betrug 6%, bezogen
auf die Ausgangsmenge. Nach dem Schmelzen wurde die Reinheit bestimmt:
GLC-Reinheit 99,96%, 0,00% Essigsäure, chirale Reinheit 99,99%.
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Beispiel 2
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Isobutyl-(R)-lactat (500 ml, chirale
Reiheit 95,4%) wurde bei –20°C für zwei Tage
gelagert. Es wurde ein Block eines festen Produkts erhalten. Der
Block des festen Produkts wurde langsam bei Umgebungstemperatur
erwärmt,
wobei sich in dem Verfahren ein Anteil des festen Produkts verflüssigte.
Die verbleibenden Anteile wurden mit Hilfe eines Spatels abgelöst, was
eine leicht rührfähige Suspension
ergab. Die Suspension wurde in einer Labortrommelzentrifuge getrennt,
und die isolierten Kristalle wurden geschmolzen durch Stehen lassen
bei Umgebungstemperatur. Aus einer Suspension von 445 g wurden 126
g Kristalle erhalten. Die chirale Reinheit des erhaltenen Produkts
betrug 99,85%.
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Beispiel 3
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sEine Menge von 40 kg Ethyllactat
(Gehalt an freier Säure
[gemessen als Milchsäure]
0,12 Gew.-%, Wassergehalt 0,42 Gew.-%, GLC-Reiheit 99,56%, 0,19
Gew.-% Ethyl-2-hydroxybutanoat) wurde in einem Pilotansatz einer
industriellen Schmelzkristallisation kristallisiert. Die Analyse
des Produkts ergab die folgenden Ergebnisse: Gehalt an freier Säure < 0,001 %, Wassergehalt
0,02%, GLC-Reinheit 99,98%, 0,02 Gew.-% Ethyl-2-hydroxybutanoat,
chirale Reinheit > 99,9%).
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Beispiel 4
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Die Tabelle unten gibt die Schmelzpunkte
von einigen Estern an.
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Eine Probe, welche (chiral + chemisch)
so rein wie möglich
ist, wird gekühlt,
bis sie ein fester Block ist. Dann wird die Probe langsam erwärmt und
gelöst.
Wenn eine leicht rührfähige Suspension
erhalten worden ist, wird die Temperatur abgelesen und als Schmelzpunkt
notiert.
