JP2015525074A - 乳酸エステルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
サブ構造(I)【化1】を含む出発化合物から、R−乳酸アルキルエステルを製造する方法を提供する。その方法は、該出発化合物を立体異性化条件に供して、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体を調製すること;及び該中間体の少なくとも一部を、アルキルアルコールと反応させて、酵素の存在下にR−乳酸アルキルエステルを生成せしめて、R−乳酸アルキルエステルを含む生成物を調製することを含む。また、R−乳酸、オリゴマーR−乳酸、R,R−ラクチド、ポリ−R−乳酸及びステレオコンプレックス型乳酸の製造方法をも、提供する。【選択図】図1
Description
本発明は、S−乳酸の構成要素(building block)を含む化合物から、R−乳酸の構成要素を含む化合物を製造する方法に関する。特に、本発明は、R−乳酸アルキルエステル、R−乳酸、並びにR,R−ラクチド及びポリR−乳酸の様なR−乳酸の構成要素を含むその他の有用な化合物の製造方法に関する。
乳酸(2−ヒドロキシプロパン酸)及びその環状二量体のラクチド(3,6−ジメチル−1,4−ジオキサン−2,5−ジオン)は、化学及び医薬産業のための重要な構成要素である。その使用の一つの例は、ポリ乳酸の製造においてであり、そのポリマーの様々な再生可能な原料から製造できる能力及び生分解性能力により、それは、より慣用の石油化学系ポリマーを置き換えるための魅力的な候補になる。ポリ乳酸は、(a)乳酸を脱水して、ラクチドを調製する工程(オリゴマー化−解重合工程を経由)、及び(b)より短いオリゴマーではなく、長いポリマー鎖を確実に生成できるように、注意深く制御された条件下に、ラクチドを重合する工程を含む多段階の工程を経由して製造される。代替的に、ポリ乳酸は、乳酸の縮重合から、直接的に製造することができるが、高分子量のものを得ることは、ラクチドの開環重合よりも、一般的により困難である。
今日、商業的に利用できる乳酸の全ての大規模生産は、事実上、発酵法で行われている。例えば、Strategic Analysis of the Worldwide Market for Biorenewable Chemicals M2F2-39, Frost & Sullivan発行、2009年出版、を参照。乳酸は、キラルであり、二種のエナンチオマーの形態、それぞれ一方はL−乳酸(以下、S−乳酸という)及び他方はD−乳酸(以下、R−乳酸という)、で製造される。従来の発酵技術は、主に、S−乳酸とごく僅かに形成されるR−乳酸とを生成する。しばしば遺伝子組み換えされた、代替的なバクテリア株を、R−乳酸を生産するために利用できるが、現在までのところ、該修飾バクテリア及びそれに関連する工程は高価で、大規模な工業的規模で信頼性を持って用いるのは困難である。このことは、R−乳酸の価格が比較的高く、入手可能性が限られていることから、明らかである。
乳酸の環状二量体であるラクチドは、三種の異なる立体異性形態:R,R−ラクチド、S,S−ラクチド、及びR,S−ラクチド、で存在する。R,R−ラクチド及びS,S−ラクチドは、互いにエナンチオマーであり、及び、R,R−及びS,S−ラクチドを実質的に等量ずつ含む混合物は、rac−ラクチドという。R,S−ラクチドは、meso−ラクチドとしても知られており、R,R−及びS,S−ラクチドのジアステレオ異性体である。
最も容易に利用できる乳酸源は、S−乳酸であるので、現在までのところ、主に、商業的に用いられているラクチドはS,S−ラクチドであり、そして製造されるポリマーはポリ−L−乳酸(PLLA)(以下、ポリ−S−乳酸という)である。しかしながら、ポリ−S−乳酸の物理的及び化学的特性は、従来のポリマーに比べて限られている。相当するポリ−D−乳酸(PDLA)(以下ポリ−R−乳酸という)の該特性は、ポリ−S−乳酸の場合と同様に、今日までのところ、使用用途、特に、より耐久性の求められる用途及び/又はエンジニアリング用途への応用を制限するものである。
これらの欠点は、例えばメルトブレンディングによって調製されたポリ−S−乳酸とポリ−R−乳酸の混合物を用いることによって、克服できることが見出されている。これらのいわゆる「ステレオコンプレックス型(stereocomplex)」ポリマー混合物においては、ポリ−S−乳酸鎖及びポリ−R−乳酸鎖が、それらの相違するキラリティーによって誘引されて、密に詰まることで、ポリマーの結晶化度を改善して、上記した特性の改良に導くものと考えられている。これにより、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸はより広範囲に及ぶ耐久消費財に適用可能となり、ポリエチレンテレフタフレート、ポリプロピレン及びポリスチレンの様な伝統的な商品用ポリマーの実用的な代替になる。しかしながら、このアプローチは、大量のポリ−R−乳酸の入手を必要とし、それゆえ結局は、大量のR−乳酸又はその適切な誘導体を必要とする。
そのような物質の効率的な製造を可能とする方法が望ましいであろう。ジョン(Jeon)等(Tetrahedron Letters 47, (2006), 6517-6520)は、溶剤及び支持されたリパーゼ酵素Novozym 435の存在下に、rac−ラクチドを、種々のアルコールで、アルコール化して(alcoholised)、相当するR−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル(alkyl S,S-lactyllactate)を含む混合物を製造できるという実験的観察を開示している。
Strategic Analysis of the Worldwide Market for Biorenewable Chemicals M2F2-39, Frost & Sullivan発行、2009年出版
Tetrahedron Letters 47, (2006), 6517-6520
しかしながら、この文献は、R−乳酸系物質を商業的規模で製造するための効率的及び経済的な製造方法を提供するという課題について対処するものではない。ジョン(Jeon)文献には、その方法からの望ましくない副生物をどのように利用し得るかについての何らの記載も無い。
これに対して、本発明者は、R−乳酸系物質の製造を可能とし、比較的安価で容易に利用できる広範で様々なS−乳酸系原料を利用でき、又貴重な乳酸を含む副生物の回収及び再利用ができる、フレキシブルで効率的な方法的解決を見出した。
各定義:
乳酸という用語は、S−乳酸、R−乳酸、及びそれらの混合物を包含し、この混合物は、ラセミ乳酸(S−乳酸及びR−乳酸を実質的に等量ずつ、即ち約50:50で含む混合物)、及びスカレミック乳酸混合物(S−乳酸及びR−乳酸を非等量の割合で含む混合物)を含む。
ラクチドという用語は、R,R−ラクチド、S,S−ラクチド、R,S−ラクチド、及びラセミラクチド(S,S−ラクチド及びR,R−ラクチドを実質的に等量ずつ、即ち約50:50で含む混合物)のような、それらの混合物を含む。
ラセミ−ラクチド:S,S−ラクチド及びR,R−ラクチドを実質的に等量ずつ(即ち約50:50)含有する混合物で、rac−ラクチドともいう。
オリゴマーS−乳酸:S−乳酸モノマー単位を含む乳酸のオリゴマー(プレポリマーということがある)、即ち下記サブ構造を含む化合物,
ここで、nは、典型的には、50以下の整数を示す。ある実施態様では、オリゴマーS−乳酸はカルボン酸基の末端でよい。他の実施態様では、例えば、オリゴマーS−乳酸がS−乳酸アルキルエステルのオリゴマー化で調製され、オリゴマーS−乳酸はアルキルエステル基の末端でよい。
オリゴマーR−乳酸:R−乳酸モノマー単位を含む乳酸のオリゴマー(プレポリマーということがある)、即ち下記サブ構造を含む化合物,
ここで、nは、典型的には、50以下の整数を示す。ある実施態様では、オリゴマーR−乳酸はカルボン酸基の末端でよい。他の実施態様では、例えば、オリゴマーR−乳酸がR−乳酸アルキルエステルのオリゴマー化で調製され、オリゴマーR−乳酸はアルキルエステル基の末端でよい。
オリゴマー乳酸:R−及びS−乳酸モノマー両単位を含む乳酸のオリゴマー(プレポリマーということがある)。オリゴマー乳酸は、典型的には、50以下の乳酸モノマー単位を含む。ある実施態様では、オリゴマー乳酸はカルボン酸基の末端でよい。他の実施態様では、例えば、オリゴマー乳酸が乳酸アルキルエステルのオリゴマー化で調製され、オリゴマー乳酸はアルキルエステル基の末端でよい。
ラクチル乳酸アルキルエステル(alkyl lactyllactate):下記式を有する化合物,
ここで、Rはアルキル基を示す。ラクチル乳酸アルキルエステルという用語は、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステル、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル、S,R−ラクチル乳酸アルキルエステル、R,S−ラクチル乳酸アルキルエステル、及びそれらの混合物を含む。
乳酸アルキルエステル:下記式を有する化合物,
ここで、Rはアルキル基を示す。乳酸アルキルエステルという用語は、S−乳酸アルキルエステル、R−乳酸アルキルエステル、及びそれらの混合物を包含し、この混合物は、ラセミ乳酸アルキルエステル(S−乳酸アルキルエステル及びR−乳酸アルキルエステルを実質的に等量ずつ含む混合物)、及びスカレミック乳酸アルキルエステル混合物(S−乳酸アルキルエステル及びR−乳酸アルキルエステルを非等量の割合で含む混合物)を含む。
本発明は、原料としてS−乳酸系物質を用いて、R−乳酸アルキルエステルを、高いエナンチオマー純度(enantiomeric purity)で製造できる、フレキシブルで経済的な方法を提供するものである。典型的には、本方法で製造されるR−乳酸アルキルエステルのエナンチオマー過剰率(enantiomeric excess)は、少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%、更により好ましくは少なくとも98%、最も好ましくは少なくとも99%である。
特に有利なことは、他の乳酸系方法からの廃棄物質、副生物、又はポリ乳酸を含む様々な乳酸系構成要素を、原料として用いることができるという、本方法の柔軟性にある。出発化合物は、サブ構造(I)を含む。即ち、出発化合物は、S−乳酸に基づく構成要素を組み入れる。例えば、出発化合物は、オリゴマーS−乳酸(例えば、カルボン酸基末端又はアルキルエステル基末端のオリゴマーS−乳酸)、S−乳酸又はその塩(例えば、乳酸アンモニウム)、S−乳酸アルキルエステル(例えば、S−乳酸n−ブチル又はS−乳酸メチル)、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はS,S−ラクチドであってよい。これらのどの物質も、相当するR−物質と混合して、用いてもよい。従って、例えば、主成分としてのS−乳酸と共に副成分としてのR−乳酸を含む廃棄乳酸原料を、使用できる。類似して、主成分のS−乳酸モノマー単位と副成分のR−乳酸モノマー単位を含むオリゴマー乳酸を、利用できる。出発化合物は、R,S−ラクチドであってよい。従って、出発化合物は、サブ構造(I)に加えて、下記サブ構造(IP)を含んでいてもよい。
即ち、出発化合物は、R−乳酸に基づく構成要素を含んでいてもよい。例えば、出発化合物は、オリゴマー乳酸(例えば、カルボン酸基末端又はアルキルエステル基末端のオリゴマー乳酸)、乳酸又はその塩(例えば、ラセミ乳酸)、乳酸アルキルエステル(例えば、ラセミ乳酸メチル等のラセミ乳酸アルキルエステル)、ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はラクチドであってもよい。ポリ乳酸、例えばポリS−乳酸(例えば、市販品として有用なキラル純度には不十分な廃棄ポリ乳酸、又は再利用ポリ乳酸)も使用できる。他の可能な原料として、ポリ乳酸プラントの廃液(例えば、ラクチドモノマー、オリゴマー乳酸及び/又はmeso−ラクチドを含む)が含まれる。単一の出発化合物又は複数を組み合わせた出発化合物を、使用できる。本方法は、サブ構造(I)を含む出発化合物を立体異性化条件に供することを、含む。これは、サブ構造(I)を含む化合物中の酸性プロトンを含むキラル中心での立体化学配置をランダム化する効果を持っている。立体異性化は、「ラセミ化」ともいえるが、光学不活性なラセミ化物の製造に限定されない。言い換えると、立体異性化は、光学異性体の非等量の割合の混合物を製造でき、即ち部分的ラセミ化である。例えば、出発化合物がS−乳酸アルキルエステルであるとき、S−乳酸アルキルエステルを立体異性化条件に供すると、R−乳酸アルキルエステルとS−乳酸アルキルエステルの混合物の生成に導かれる。出発化合物がS−乳酸であるとき、そのS−乳酸を立体異性化条件に供すると、R−乳酸とS−乳酸の混合物の生成に導かれる。出発化合物がオリゴマーS−乳酸であるとき、そのオリゴマーS−乳酸を立体異性化条件に供すると、オリゴマー乳酸(即ち、R−及びS−乳酸モノマー単位を共に含むオリゴマー乳酸)の生成に導かれる。出発化合物がS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルであるとき、そのS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを立体異性化条件に供すると、ラクチル乳酸アルキルエステル(即ち、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステル、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル、R,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びS,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含む混合物)の生成に導かれる。出発化合物がR,S−ラクチドであるとき、そのR,S−ラクチドを立体異性化条件に供すると、R,R−、S,S−及びR,S−ラクチドの混合物の生成に導かれる。
換言すれば、サブ構造(I)を含む出発化合物を立体異性化条件に供することは、第一の立体異性体分布から第二の異なる立体異性体分布への変化を導く結果となる。
出発化合物は、好ましくは、立体異性化触媒と接触せしめられる。立体異性化触媒としては、塩基性触媒(これらが好ましい)、及び酸性触媒が含まれる。好ましい立体異性化触媒は、アミン触媒であり、好ましくは三級アミン触媒であり、より好ましくはトリアルキルアミン(各アルキル基は、独立して、2〜12個の炭素原子を含む)であり、最も好ましくはトリエチルアミンである。他の好ましいアミン触媒の例としては、アンモニア、トリメチルアミン、トリ(n−プロピル)アミン、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−ペンチル)アミン、トリ(n−ヘキシル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン、トリ(n−デシル)アミン、アラミン336(Alamine 336)、ピリジン、ルチジン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ(n−プロピル)アミン、ジ(iso−プロピル)アミン、ジ(n−ブチル)アミン、ジ(tert−ブチルアミン)、ジフェニルアミン、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、iso−プロピルアミン、n−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、iso−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−オクチルアミン、n−デシルアミン、フェニルアミン(アニリン)、ベンジルアミンが、包含される。この様なアミン触媒は、出発化合物がオリゴマー乳酸(例えば、オリゴマーS−乳酸、例えば酸基末端又はアルキルエステル基末端のオリゴマーS−乳酸)、乳酸アルキルエステル(例えば、S−乳酸アルキルエステル)、ラクチル乳酸アルキルエステル(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル)及び/又はラクチド(例えば、R,S−ラクチド)である場合に、特に好適に使用できる。アミン触媒の立体異性化反応は、サブ構造(I)を含む化合物中のキラル中心をランダム化する効果に好適なあらゆる温度で行うことができる。例えば、それは、約80℃〜約220℃、より好ましくは約100℃〜約200℃、最も好ましくは約120℃〜約180℃の温度で、行うことができる。
他の好適な立体異性化触媒は、金属アルコキシド触媒、好ましくはC1〜C8金属アルコキシド、より好ましくはナトリウムn−ブトキシドである。金属アルコキシドは、乳酸アルキルエステルのような出発化合物と共に用いるのが特に好適である。その場合、金属アルコキシドは、そのアルコキシドから由来するアルコールがその乳酸エステルに由来するアルコールと一致することで、起こり得るいかなるエステル交換反応も、異なるエステル基を有する乳酸アルキルエステルの混合物を形成する結果を招くことの無いように、好ましく選択される。ある環境においては、そのような金属アルコキシドは、また、出発物質と共に用いるのが好ましく、そこでアルコーリシスとキラル中心のランダム化とが同時に起こるのが望ましく、例えば、出発化合物としてのラクチル乳酸アルキルエステル(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル)と共に用いるのが好ましい。代替的に、エステル交換及び/又はアルコーリシスを減少させるか又は避けることが望ましい場合には、カリウムt−ブトキシド又はナトリウムt−ブトキシドのような立体障害のある金属アルコキシドを用いることができる。立体異性化触媒が金属アルコキシドである場合、立体異性化は、サブ構造(I)を含む化合物中のキラル中心をランダム化する効果に好適なあらゆる温度で行うことができる。例えば、それは、25℃〜150℃、より好ましくは50℃〜100℃の温度で、行うことができる。好適な触媒の更なる例として、ステアリン酸金属塩(好ましくはステアリン酸カルシウム)の様な金属塩が包含される。出発物質が乳酸である場合、触媒は、水酸化ナトリウムのような金属水酸化物であってよい。
ある実施態様においては、出発物質が乳酸である場合、好適な立体異性化条件が、好ましくは水酸化ナトリウムのような金属水酸化物触媒の存在下に、出発物質を高温(例えば、約250℃〜約325℃)及び高圧(例えば、約150bar(15,000,000Pa))の条件にさらすことを含んでいてもよい。
出発化合物がラクチド以外(例えば、S,S−又はR,S−ラクチド以外)である場合、出発物質は、(i)出発化合物(例えば、オリゴマーS−乳酸、S−乳酸又はその塩、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はS−乳酸アルキルエステル)を立体異性化条件に供し;そして、(ii)ステップ(i)の生成物の少なくとも一部を、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体に変換する工程を含む方法を介して、中間体に変換される。ステップ(i)及びステップ(ii)は、単一の反応容器で行ってもよいし、別個に行ってもよい。
好ましい実施態様において、出発化合物はオリゴマーS−乳酸を含み、ステップ(i)は、そのオリゴマーS−乳酸を、約100℃〜約200℃の温度で、三級アミン立体異性化触媒と接触させて、オリゴマー乳酸を生成することを含む。オリゴマーS−乳酸は、例えば、S−乳酸から調製でき(例えば、脱水条件下にS−乳酸を加熱することにより)、又はそれはS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はS−乳酸アルキルエステルから調製できる(例えば、加熱及びアルコールの留去により)。オリゴマーS−乳酸をS−乳酸から調製した場合、そのS−乳酸は、例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はS−乳酸アルキルエステルから調製できる(例えば、加水分解により)。出発化合物がオリゴマーS−乳酸を含む好ましい実施態様において、好ましくはステップ(ii)は、金属の酸化物、アルコキシド又はカルボン酸塩を含むルイス酸触媒の存在下に加熱して、オリゴマー乳酸の少なくとも一部をR,R−及びS,S−ラクチドへと変換することを含む。より好ましくは、ルイス酸触媒は、ビス(オクタン酸)すず(II)、Sb2O3、ZnO、ビス(2−エチルヘキサン酸)すず(II)、Al(OiPr)3、Al(ラクテート)3、Zn(ラクテート)2、Sn(ラクテート)2、Ti(OiPr)4、Ti(OnBu)4、MgO、CaO、Mg(ラクテート)2、Ca(ラクテート)2、及びY(OCH2CH2NMe2)3からなる群より選ばれ;更により好ましくは、ルイス酸触媒は、ビス(オクタン酸)すず(II)、ZnO又はAl(OiPr)3であり;最も好ましくは、ルイス酸触媒は、ビス(オクタン酸)すず(II)である。反応条件(例えば、温度及び圧力)は、反応混合物から、生成したラクチドを、蒸留により除去できるように選択することができ、例えば、温度は、約120℃〜約250℃、より好ましくは約160℃〜約240℃、更により好ましくは約180℃〜約220℃でよく、圧力は、好ましくは約5000Pa〜約1000Paでよい。
1つの好ましい実施態様において、オリゴマーS−乳酸は、S−乳酸から、流下薄膜型蒸発器(falling film evaporator)又はワイプ薄膜型蒸発器(wiped film evaporator)のような蒸発器ユニット中でのオリゴマー化によって、調製される。連続的蒸発工程は、S−乳酸及び/又はオリゴマーS−乳酸フラグメントの縮合からの水の除去を促進する。有利には、立体異性化(即ちステップ(i))及び/又は引続く三級アミン触媒の除去は、同じ反応器中で行うこともできる。オリゴマーからラクチドへの変換(即ちステップ(ii))は、蒸発器ユニット中で行うこともでき、例えばステップ(i)及び(ii)は、一つ又はそれ以上の蒸発器ユニット中で行うことができる。
代替的だが、なお好ましい実施態様において、出発化合物はS−乳酸を含み、ステップ(i)は、そのS−乳酸を、立体異性化条件下に、エステル化して、R−乳酸アルキルエステル及びS−乳酸アルキルエステルを生成することを含む。他の好ましい実施態様において、出発化合物はS−乳酸アルキルエステルを含み、ステップ(i)は、そのS−乳酸アルキルエステルを、例えば、約25℃〜約150℃、より好ましくは約80℃〜約150℃の温度で、三級アミン又はより好ましくは金属アルコキシド立体異性化触媒と接触させて、R−乳酸アルキルエステル及びS−乳酸アルキルエステルを生成することを含む。これらの実施態様において、好ましくは、ステップ(ii)は、そのR−乳酸アルキルエステル及びS−乳酸アルキルエステルを、オリゴマー乳酸に変換し(例えば、加熱及びアルコールの留去により、アルキルエステル基末端のオリゴマー乳酸を生成することにより)、及びそのオリゴマー乳酸の少なくとも一部を、金属の酸化物、アルコキシド又はカルボン酸塩を含むルイス酸触媒の存在下に加熱して、R,R−及びS,S−ラクチドへと、変換することを含む。好ましいルイス酸触媒及び条件は、オリゴマーS−乳酸を出発物質とすることに基づく工程用として、先に示したものと同じである。
他の好ましい実施態様において、出発化合物はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを含み、そしてステップ(i)は、そのS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを、約80℃〜220℃、より好ましくは100℃〜200℃の温度で、最も好ましくは約120℃〜約180℃の温度で、三級アミン立体異性化触媒と接触させて、ラクチル乳酸アルキルエステルを生成することを含む。その実施態様において、ステップ(ii)は、好ましくは、そのラクチル乳酸アルキルエステルを、オリゴマー乳酸に変換し、及びそのオリゴマー乳酸の少なくとも一部を、金属の酸化物、アルコキシド又はカルボン酸塩を含むルイス酸触媒の存在下に加熱して、R,R−及びS,S−ラクチドへと、変換することを含む。好ましいルイス酸触媒及び条件は、出発物質をオリゴマーS−乳酸とすることに基づく工程用として、先に示したものと同じである。
代替的な好ましい実施態様において、出発化合物はR,S−ラクチドを含み、それは、約80℃〜約220℃、より好ましくは約100℃〜約200℃、最も好ましくは約120℃〜約180℃の温度で、三級アミン脱プロトン化触媒と接触させて、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体を生成することを含む。
出発化合物がR,S−ラクチド以外である場合、(i)出発化合物を立体異性化条件に供し、そして(ii)ステップ(i)の生成物の少なくとも一部がR,R−及びS,S−ラクチドに変換され、典型的にはいくらかのR,S−ラクチドの生成が導かれる。類似して、R,S−ラクチドを立体異性化条件に供すると、典型的には、R,R−ラクチド、S,S−ラクチド及びR,S−ラクチドを含む生成混合物が導かれる。R,R−及びS,S−ラクチドは、アルキルアルコールとの反応及びR−乳酸アルキルエステルへの変換に先立って、R,S−ラクチドから分離することができる。例えば、ラクチド間の溶解性、沸点、及び/又は融点の相違の利点を利用して、結晶化(例えば、溶融結晶化、分画結晶化)及び/又は蒸留及び/又は溶剤抽出/溶剤洗浄によって、分離することができる。好適な結晶化溶剤としては、酢酸エチル及びトルエンが包含される。精製(例えば、結晶化及び/又は蒸留)は、混合物中に含まれることがある三級アミンのような他の物質から、R,R−及びS,S−ラクチドを分離する結果にもなる。R,R−及びS,S−ラクチドとアルキルアルコールとの反応は、少量のR,S−ラクチドを含む混合物を用いて行うことができるが、好ましくはアルキルアルコールと反応させる中間体は、R,S−ラクチドを含まないか実質的に含んでいない。
アルキルアルコールは、好ましくはC2〜C8アルキルアルコール、より好ましくはC3〜C8アルキルアルコール、さらにより好ましくはC3〜C4アルキルアルコールである。そのアルコールは、好ましくは直鎖状アルコールである。エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、及びn−ブタノールは好ましいアルキルアルコールであり、n−プロパノール及びn−ブタノールは特に好ましい。1つの好ましい実施態様においては、アルキルアルコールは、n−ブタノールである。1つの好ましい実施態様においては、アルキルアルコールは、n−プロパノールである。1つの好ましい実施態様においては、アルキルアルコールは、i−プロパノールである。アルキルアルコールは、溶剤として用いることができ、その場合には、R,R−及びS,S−ラクチドが完全に又は部分的に溶解するアルキルアルコールを選択することが好ましい。従って、1つの態様では、その中間体は、アルキルアルコール以外の溶剤の実質的不存在下で、アルキルアルコールと反応せしめる(即ち、その場合は、アルコール、R,R−及びS,S−ラクチド及び/又は酵素は、水の様ないくらかの残余の溶剤を含んでもよい)。他の態様では、他の溶剤/助溶剤を用いてもよい。例えば、アルキルアルコールと混和性がある溶剤/助溶剤である。もしも、R,R−及びS,S−ラクチドが、アルキルアルコールと、溶解できないか又は低い溶解性/混和性しかない場合、特に前記工程を連続的工程(例えば、流通反応装置が使用される)として行う場合においては、アルキルアルコールと混和性であり、そしてR,R−及びS,S−ラクチドが少なくとも部分的に溶解する溶剤/助溶剤を用いることが、好ましい。代表的な溶剤/助溶剤の好ましい例は、非反応性酸素含有溶剤、例えば、ジアルキルエーテル(例えば、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル又はMTBE)、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、グリコールエーテル類、ポリアルキレングリコールエーテル類等を包含する。ケトン溶剤/助溶剤は、特に好ましい。好ましいケトン溶剤は、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及び特にアセトンを包含する。助溶剤の更なる例は、ラクチル乳酸アルキルエステル(例えば、ラクチル乳酸n−ブチル)である。アルキルアルコール又はアルキルアルコール/助溶剤混合物は、水を含んでいてもよい。ある好ましい態様では、この工程で分子篩が用いられる。その工程は、過剰なアルキルアルコールと共に、追加の溶剤/助溶剤を用いて、行うことができる。その工程は、化学量論的又は準化学量論的な量の脂肪族アルコールを用いて行うことができること、そして「他の」溶剤は主要な又は唯一の溶剤であってよいことが、理解されるであろう。代表的には、用いられるアルキルアルコールの量は、アルキルアルコールとR,R−及びS,S−ラクチドの合計モル量とのモル比が1:1〜10:1、好ましくは2:1〜5:1、より好ましくは2:1〜3:1の範囲内になる量である。
酵素としては、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステルをアルキルアルコールと反応させて、R−乳酸アルキルエステルを生成する反応を、立体選択的に触媒することができるエステラーゼを、好適に包含する。好ましくは、そのエステラーゼはリパーゼである。より好ましくは、その酵素(例えば、エステラーゼ、リパーゼ)は、多孔質担体例えばポリマー樹脂ビーズ又はシリカ、アルミナ若しくはアルミノシリケートのビーズに、化学的又は物理的に固定化されているか、又は酵素間架橋(inter-enzyme cross-linking)によって物理的に凝集されているものである。1つの特に好ましい例は、カンジダ・アンタクチカ(Candida antarctica)のリパーゼBで、エステル類の加水分解に対する公知のエナンチオ選択性を有するセリンヒドラーゼ(serine hydrolase)の1つである。本発明のこの側面において、カンジダ・アンタクチカのリパーゼBは、例えば市販されている物質のNovozym 435の場合のように、例えば官能基化されたスチレン/ジビニルベンゼンコポリマー又はポリアクリレート樹脂等のポリマー樹脂製のミクロ又はナノビーズに、最も好適に化学的又は物理的に結合されている。他の好ましい酵素としては、IMMCALB-T2-150、乾燥アクリルビーズに共有結合で付加した固定化カンジダ・アンタクチカリパーゼB、キラルビジョン(Chiralvision)社製;IMMCALBY-T2-150、乾燥アクリルビーズに共有結合で付加した一般的なカンジダ・アンタクチカのリパーゼB、キラルビジョン社製;IMMCALB-T1-350、乾燥ポリプロピレンビーズに吸収させたカンジダ・アンタクチカのリパーゼB、キラルビジョン社製;及び、カンジダ・アンタクチカのリパーゼBの架橋された凝集体、クレア(CLEA)社製;を包含する。酵素は、アスペルギルス・オリゼー(Aspergillus oryzae)からのカンジダ・アンタクチカのリパーゼB組換え体、シグマ・アルドリッチ社(Sigma Aldrich)製(非固定化)であってもよい。好ましくは、酵素(例えば、リパーゼ、カンジダ・アンタクチカのリパーゼB)は、回収され、本方法に再利用される。
R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体のR−乳酸アルキルエステルを含む生成物への変換は、一方で反応速度が高いことを、及び他方で酵素が長期間の使用で劣化しないことを確実なものとするために、15〜140℃の範囲内の温度で、好適に行われる。好ましくは、採用される温度は、25〜80℃の範囲内であり、より好ましくは、30〜70℃の範囲内である。ある好ましい実施態様では、温度は40〜75℃の範囲内である。
本方法により調製したR−乳酸アルキルエステルは、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから、例えば蒸留により、例えば、50℃〜120℃の温度、100Pa〜10,000Paの圧力で、分離できる。少なくともより低沸点のR−乳酸アルキルエステル分画は、更なる使用又は処理のために、塔頂留出物(overhead)として除去され、それによって、2つの乳酸エナンチオマーの分離に間接的に効果を及ぼす。従って、R−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの一方又は両方は、本発明方法から、回収できる。好ましい態様では、R−乳酸アルキルエステルは、蒸留によって、塔頂留出物として除去され、蒸留残渣はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを含み、側留を介して(via a side stream)、除去できる。代替的な態様においては、両成分が、蒸留によって、塔頂留出物として除去される(例えば、それらは、例えば異なる温度及び/又は圧力で、分離された生成物流として、収集される。)。使用される蒸留塔(distillation column)は、分離効率の改良を達成するために、任意に、例えば、ラシヒリング(Raschig rings)又は構造充填材(structured packing)等の充填物を含んでいてもよい。
好ましくは、もしも、中間体の生成物への変換が、バッチ型反応器で実施される場合、酵素は、蒸留前に、反応生成物から、分離され(例えば、濾過により)、酵素の回収及び再利用を促進する。例えば、支持された酵素を使用する場合、反応は、単一の撹拌タンク又は高逆混合タンク(highly back-mixed tank)中で、バッチ法で行うことができ、その後、支持された酵素を、例えば濾過又はハイドロサイクロンを用いて、分離し、そして精製された液体を、蒸留塔の釜に供給する。そのような場合において、撹拌タンク中の反応物及び酵素の滞留時間は、典型的には24時間まで、好ましくは10時間まで、より好ましくは1〜8時間であり、支持された酵素の使用量は、典型的にはR,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体の10重量%まで、好ましくは5重量%までであろう。
代替的な好ましい態様では、酵素は、固定化され(例えばNovozym-435)、カラムの充填床(packed bed)中に蓄えられる。中間体(例えば、R,R−ラクチド及びS,S−ラクチド)、アルキルアルコール(例えばn−ブタノール)及び溶剤/助溶剤(例えばアセトン)の混合物を、高い変換を保証するように選択された滞留時間で、カラムを通過させる(即ち、その混合物を、酵素の充填床に通すことによって、酵素例えばNovozym-435と接触させることができる)。この様に配置することにより、フロー操作により、連続的に生成物を調製でき、酵素の濾過の必要無く、生成物と酵素を分離することができる。特に好ましい態様では、充填床は縦型で、混合物はカラムの頂上から供給される。ケトン溶剤/助溶剤は、このような方法に用いるのに特に好ましい。一つの好ましい態様において、中間体とアルキルアルコールとの反応工程は、タワー反応器中で、例えば、液体の反応物を滴り落として、支持された酵素を含む固定又は流動床(fixed or fluidised bed)を通すことによって、連続的に行うことができる。次いで、R−乳酸アルキルエステル、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び任意に未反応ラクチド、未反応アルコール、溶剤/助溶剤及び未反応R,R−ラクチル乳酸エステル(もしも存在すれば)を含む生成混合物は、塔の底部から回収することができる。この配置において、反応物の床(bed)との接触時間は、典型的には24時間までの範囲内である。好ましくは、滞留時間(反応物と床との接触時間)は、10分〜4時間の範囲内であり、より好ましくは10分〜2時間の範囲内である。このタイプの配置は、フロー操業による生産物の連続的又は半連続的な製造を可能にする。
中間体とアルキルアルコールとの反応ステップをバッチ型の反応器で行う場合には、R−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを含む混合物は、例えば、酵素の濾過によって、又は混合物のデカントもしくはサイホンによって、例えば、混合物の蒸留に先立って、酵素から分離することができる。好ましくは、バッチ法の場合には、酵素は、少なくとも1回、より好ましくは少なくとも2回、更に好ましくは少なくとも5回、更により好ましくは少なくとも10回、最も好ましくは少なくとも20回、再使用される。R,R−ラクチド、S,S−ラクチド及びアルキルアルコールを、酵素の充填床を通過させる方法(即ち連続的又は半連続的フロー工程)の場合には、生成物と酵素は、互いに、連続的に分離させられ、酵素は連続的にリサイクルされる。従って、1つの好ましい態様において、本発明方法は、サブ構造(I)
を含む出発化合物から、該出発化合物を立体異性化条件に供して、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体を調製すること;及び
R,R−及びS,S−ラクチド、アルキルアルコール(例えば、n−ブタノール)及び任意に溶剤/助溶剤(例えば、アセトンのようなケトン溶剤/助溶剤)を含む溶液を、固定化酵素(例えば、Novozym 435)の充填床を通すことによって、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体の少なくとも一部を、アルキルアルコール(例えば、n−ブタノール)と反応させて、R−乳酸アルキルエステル(及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル)を含む生成物を調製することを含む。
R,R−及びS,S−ラクチド、アルキルアルコール(例えば、n−ブタノール)及び任意に溶剤/助溶剤(例えば、アセトンのようなケトン溶剤/助溶剤)を含む溶液を、固定化酵素(例えば、Novozym 435)の充填床を通すことによって、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体の少なくとも一部を、アルキルアルコール(例えば、n−ブタノール)と反応させて、R−乳酸アルキルエステル(及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル)を含む生成物を調製することを含む。
本発明方法の特に有利な点は、本方法において用いた試薬及び触媒を回収して再利用する可能性を、更に又本方法で生じる乳酸に由来する副生物、特にR,S−ラクチド及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの再利用を、許容することにある。例えば、R,S−ラクチドは、R,R−及びS,S−ラクチドから、例えば、前述の通り、結晶化及び/又は蒸留及び/又は溶剤抽出/溶剤洗浄によって、分離することができる。次いで、R,S−ラクチドは、例えば、R,S−ラクチドを三級アミン立体異性化触媒と接触させて、さらなるR,R−及びS,S−ラクチド(R,S−ラクチドと共に)を生成させることによって、再利用することができ、それは他の中間体流と結合することができ、そして、R−乳酸アルキルエステルの付加的生産を可能にする。代替的に、R,S−ラクチドは、加水分解してラセミ乳酸にすることによって、再利用することができ、それは他の供給原料乳酸と合わせて、本方法に戻すことができる。
S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルは、回収して、任意に本方法に再利用することができる。前述の通り、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルは、R−乳酸アルキルエステルから、蒸留によって、分離することができる。当初化合物が、オリゴマーS−乳酸である場合において、オリゴマーS−乳酸をS−乳酸供給原料から調製し(例えば、脱水条件下にS−乳酸を加熱することにより)、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを加水分解して更なるS−乳酸を生成し次いでそれは他の供給原料S−乳酸と合わせて、本方法に戻すことができる。S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの加水分解は、また、S,S−ラクチル乳酸の生成に導くことができ、それは本方法に戻すことができる。代替的に、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルは、直接的にオリゴマーS−乳酸に変換することができ(例えば、加熱及びアルコールの留去により)、それは他の供給原料オリゴマーS−乳酸と合わせて、本方法に戻すことができる。更なる選択肢は、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを立体異性化条件下に供してラクチル乳酸アルキルエステルを生成すること(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを、約80℃〜約220℃、より好ましくは約100℃〜約200℃、最も好ましくは約120℃〜約180℃の温度で、三級アミン立体異性化触媒と接触させることにより)、そのラクチル乳酸アルキルエステルをオリゴマー乳酸(即ち、アルキルエステル基末端オリゴマー乳酸)に変換すること、及びそのオリゴマー乳酸を、他の方法で調製したオリゴマー乳酸(例えば、オリゴマーS−乳酸を立体異性化条件下に供して得られたオリゴマー乳酸)と合わせることを含む。
立体異性化触媒が三級アミンであるとき、その三級アミンは他の物質との分離(例えば、蒸留により)に続いて、本方法に再利用してもよい。三級アミンは、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体を精製するために実施できる前述の任意の精製工程を介して、回収することができる。回収は、例えば、結晶化、蒸留及び/又は溶剤洗浄/抽出の工程の間に行うことができる。出発化合物がR,S−ラクチドを含まない場合、三級アミンは、その工程のより早い段階で行われる、精製工程(例えば、蒸留)によって、代替的に回収される。例えば、一つの好ましい態様では、ステップ(i)(そこでは、出発化合物が立体異性化条件に供される)の後で、しかしながらステップ(ii)(そこではステップ(i)の生成物の少なくとも一部が、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体に変換される)の前に、三級アミンの蒸留工程を行うことができる。アルキルアルコール及び/又は助溶剤は、又回収、再利用が可能である。例えば、これらの成分は、その工程の生成物から、蒸留によって分離され、その方法に戻すことができる。アセトンの様なケトン溶剤は、蒸留によって、R−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから、容易に分離することができ、その溶剤のリサイクルを可能にするような沸点を有する。好ましい態様においては、R−乳酸アルキルエステル(例えば、R−乳酸n−ブチル)、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル(例えば、S,S−ラクチル乳酸n−ブチル)、アルキルアルコール(例えば、n−ブタノール)及び助溶剤(例えば、アセトン)を含む生成混合物は、アルキルアルコール及び助溶剤をR−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから分離する第一蒸留工程及びR−乳酸アルキルエステルをS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから分離する第二蒸留工程である、二段階蒸留工程によって、分離される。生成混合物が未反応のR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含む場合には、次いで、アルキルアルコール、助溶剤及びR−乳酸アルキルエステルは、蒸留によって、例えば上述の二段階蒸留工程によって、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステルから、分離することができる。
本発明の好ましい態様においては、以下のことを含む:
i)S−乳酸(例えば、発酵によって、又はポリS−乳酸の加水分解によって、又はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの加水分解によって、又はS−乳酸アルキルエステルの加水分解によって、得られたS−乳酸)から、オリゴマーS−乳酸を調製し、そのオリゴマーS−乳酸を、立体異性化条件に供して、オリゴマー乳酸を調製し、そのオリゴマー乳酸の少なくとも一部を、R,S−ラクチドと共にR,R−及びS,S−ラクチドに変換させ、R,S−ラクチドから、R,R−及びS,S−ラクチドを分離し(例えば、蒸留又は再結晶によって)、そのR,R−及びS,S−ラクチドを、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含む混合物を調製し、その混合物を、酵素の存在下に、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR−乳酸アルキルエステルを生成し、R−乳酸アルキルエステルをS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから分離し(例えば、蒸留によって)、及びR−乳酸アルキルエステル及び/又はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを回収する。その態様においては、前記工程で生成するS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はR,S−ラクチドを、任意に、本発明に再利用することができる、(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルは加水分解して更にS−乳酸を生成でき、次いでそれは他の供給原料S−乳酸と合わせて、本方法に戻すことができる);或いは
ii)S−乳酸アルキルエステル(例えば、S−乳酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、又はベンジルエステル)から、オリゴマーS−乳酸を調製し、そのオリゴマーS−乳酸を、立体異性化条件に供して、オリゴマー乳酸を調製し、そのオリゴマー乳酸の少なくとも一部を、R,S−ラクチドと共にR,R−及びS,S−ラクチドに変換させ、R,S−ラクチドから、R,R−及びS,S−ラクチドを分離し(例えば、再結晶及び/又は蒸留によって)、そのR,R−及びS,S−ラクチドを、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含有する混合物を調製し、その混合物を、酵素の存在下に、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR−乳酸アルキルエステルを生成し、R−乳酸アルキルエステルをS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから分離し(例えば、蒸留によって)、及びR−乳酸アルキルエステル及び/又はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを回収する。その態様においては、前記工程で生成するS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はR,S−ラクチドを、任意に、本発明に再利用することができる、(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルはアルコール化して(alcoholised)更なるS−乳酸アルキルエステルを生成でき、次いでそれは他の供給原料のS−乳酸アルキルエステルと合わせて、本方法に戻すことができる)。それらの好ましい態様において、生成混合物が未反応のR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含む場合には、次いで、アルキルアルコール、助溶剤及びR−乳酸アルキルエステルは、例えば蒸留によって、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステルから、分離することができる。
i)S−乳酸(例えば、発酵によって、又はポリS−乳酸の加水分解によって、又はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの加水分解によって、又はS−乳酸アルキルエステルの加水分解によって、得られたS−乳酸)から、オリゴマーS−乳酸を調製し、そのオリゴマーS−乳酸を、立体異性化条件に供して、オリゴマー乳酸を調製し、そのオリゴマー乳酸の少なくとも一部を、R,S−ラクチドと共にR,R−及びS,S−ラクチドに変換させ、R,S−ラクチドから、R,R−及びS,S−ラクチドを分離し(例えば、蒸留又は再結晶によって)、そのR,R−及びS,S−ラクチドを、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含む混合物を調製し、その混合物を、酵素の存在下に、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR−乳酸アルキルエステルを生成し、R−乳酸アルキルエステルをS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから分離し(例えば、蒸留によって)、及びR−乳酸アルキルエステル及び/又はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを回収する。その態様においては、前記工程で生成するS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はR,S−ラクチドを、任意に、本発明に再利用することができる、(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルは加水分解して更にS−乳酸を生成でき、次いでそれは他の供給原料S−乳酸と合わせて、本方法に戻すことができる);或いは
ii)S−乳酸アルキルエステル(例えば、S−乳酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、又はベンジルエステル)から、オリゴマーS−乳酸を調製し、そのオリゴマーS−乳酸を、立体異性化条件に供して、オリゴマー乳酸を調製し、そのオリゴマー乳酸の少なくとも一部を、R,S−ラクチドと共にR,R−及びS,S−ラクチドに変換させ、R,S−ラクチドから、R,R−及びS,S−ラクチドを分離し(例えば、再結晶及び/又は蒸留によって)、そのR,R−及びS,S−ラクチドを、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含有する混合物を調製し、その混合物を、酵素の存在下に、アルキルアルコールと反応させて、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR−乳酸アルキルエステルを生成し、R−乳酸アルキルエステルをS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから分離し(例えば、蒸留によって)、及びR−乳酸アルキルエステル及び/又はS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを回収する。その態様においては、前記工程で生成するS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はR,S−ラクチドを、任意に、本発明に再利用することができる、(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルはアルコール化して(alcoholised)更なるS−乳酸アルキルエステルを生成でき、次いでそれは他の供給原料のS−乳酸アルキルエステルと合わせて、本方法に戻すことができる)。それらの好ましい態様において、生成混合物が未反応のR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを含む場合には、次いで、アルキルアルコール、助溶剤及びR−乳酸アルキルエステルは、例えば蒸留によって、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステルから、分離することができる。
S−乳酸系供給原料よりも、むしろR−乳酸系供給原料を用いることに基づく方法も又、有用な生成物、即ち、S−乳酸の構成要素(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル)を含む生成物を供給し得ることが理解されるだろう。従って、他の側面において、本発明は、サブ構造(IP)
を含む出発化合物から、該出発化合物を立体異性化条件に供して、R,R−及びS,S−ラクチドを含む中間体を調製すること;及び該中間体の少なくとも一部を、アルキルアルコールと反応させてS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及びR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルを生成せしめ、そこで酵素の存在下にそのR,R−ラクチル乳酸アルキルエステルをアルキルアルコールと反応させてR−乳酸アルキルエステルを生成せしめることを含む、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの製造方法を、提供する。その方法において、出発化合物は、例えば、ポリR−乳酸、オリゴマーR−乳酸、R−乳酸又はその塩、R−乳酸アルキルエステル(例えば、R−乳酸メチル)、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はR,R−ラクチドであってよい。さらにまた、出発物質単独でも、複数出発物質の組み合わせでも、用いてよい。サブ構造(I)を含む出発化合物に基づく方法に関連して、上述した好ましいもの(例えば、立体異性化触媒、エステル交換触媒、アルキルアルコール、助溶剤、酵素、及び温度に関する好ましいもの)は、サブ構造(IP)を含む出発化合物に基づく方法にも又、適用できる。
サブ構造(IP)を含む出発化合物に基づく方法は、さらに、その方法において用いた試薬及び触媒を回収して再利用でき、又その方法で生じる乳酸に由来する副生物の再利用を、許容するという利点を提供する。特に、R,S−ラクチド及び/又はR−乳酸アルキルエステルは、再利用できる。R,S−ラクチドは、R,R−及びS,S−ラクチドから、例えば蒸留及び/又は再結晶によって、分離され、再利用される。次いで、R,S−ラクチドは、例えば、R,S−ラクチドを三級アミン立体異性化触媒と接触させて、R,R−及びS,S−ラクチド(R,S−ラクチドと共に)を生成させることによって、再利用することができ、それは他の中間体流と結合することができ、そして、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの付加的生産を可能にする。R−乳酸アルキルエステルも、回収して、任意に本方法に再利用することができる。例えば、R−乳酸アルキルエステルは、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから、蒸留によって、分離することができる。当初化合物が、オリゴマーR−乳酸である場合において、オリゴマーR−乳酸をR−乳酸供給原料から調製し(例えば、脱水条件下にR−乳酸を加熱することにより)、R−乳酸アルキルエステルを加水分解して更なるR−乳酸を生成し、次いでそれは他の供給原料のR−乳酸と合わせて、本方法に戻すことができる。代替的に、R−乳酸アルキルエステルは、オリゴマーR−乳酸に変換することができ(例えば、加熱及びアルコールの留去により)、それは他の供給原料オリゴマーR−乳酸と合わせて、本方法に戻すことができる。
三級アミン立体異性化触媒、アルキルアルコール及び/又は助溶剤も又、サブ構造(I)を含む出発化合物に基づく方法について前述したように、再利用することができる。
図1に、本発明方法の好ましい態様を示す。S−乳酸のストリーム1は、オリゴマー化反応器10に、導かれる。熱が反応器10に供給され、水が留去されて、S−乳酸がオリゴマーS−乳酸に変換されると同時に水が除去される。オリゴマーS−乳酸のストリームを含むストリーム2は、次いで、立体異性化反応器20に回され、高温で三級アミン(例えば、トリエチルアミン)と接触せしめられオリゴマー乳酸(即ち、オリゴマー中のキラル中心はランダム化している)を生成する。オリゴマー乳酸を含むストリーム3は、蒸留塔30を介する蒸留によって、三級アミンから分離される。分離された三級アミン10Aは、立体異性化反応器20又は立体異性化反応器90(下記で説明する)のいずれかの中に導入して再利用できる。精製されたオリゴマー乳酸を含むストリーム4は、次いで、解重合/ラクチド生成反応器40内に導入され、ビス(2−エチルヘキサン酸)すず(II)のようなルイス酸触媒の存在下で加熱されて、ラクチド混合物(R,R−、S,S−及びR,S−ラクチド)を生成し、それは、例えば、高温で真空下に除去される。そのラクチド混合物を含むストリーム5は、再結晶反応器50に導入され、結晶化(例えば、酢酸エチルから)により精製され、R,S−ラクチドからR,R−及びS,S−ラクチドを分離する結果となる。
その方法は、meso−ラクチド再利用モジュールを組み入れており、そこで、分離されたR,S−ラクチド副生物を含むストリーム11は、立体異性化反応器90に導入され、高温で三級アミンと接触せしめられ、R,R−ラクチド、S,S−ラクチド及びR,S−ラクチドを含む更なるラクチドストリーム5Aとなる。ラクチドストリーム5Aは、その方法に再利用される(例えば、再結晶反応器50中に導入されてラクチドストリーム5と組み合わせる、又は加水分解され、オリゴマー化反応器10(図示せず)中に加えられる)。
R,R−及びS,S−ラクチドを含む、精製されたラクチドストリーム6は、アルコーリシス/分割反応器60に導入され、R,R−及びS,S−ラクチドが、酵素(例えば、カンジダ・アンタクチカのリパーゼB)及び助溶剤(例えば、アセトン)の存在下で、アルキルアルコール(例えば、n−ブタノール)と反応せしめられて、R−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを生成する。R−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを含むストリーム7は、次いで、蒸留塔70に通されて、そのR−乳酸アルキルエステル及びS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを、蒸留によって、分離する。アルコール13及び助溶剤14も、乳酸類から、分離せしめられ、反応器60へリサイクルさせ得る。任意に、そのアルコール及び助溶剤は、第一蒸留塔中で除去でき、そしてR−乳酸アルキルエステルは、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから、第二蒸留塔(図示せず)を用いて、分離できる。
その方法は、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル再利用モジュールも組み入れている。S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを含むストリーム12は、加水分解反応器100に導入され、加水分解によって、S−乳酸及びより高級なオリゴマーに変換される。S−乳酸を含むストリーム1Aは、次いで、オリゴマー化反応器10(そこでS−乳酸のストリーム1と合わせられる)を介して、本方法にリサイクルされる。S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの加水分解によって生成したアルコールは、アルコールストリーム13Aとしても回収され、アルコーリシス反応器60中に再導入される。
R−乳酸アルキルエステルを含むストリーム8は、加水分解反応器80に導入され、加水分解によって、R−乳酸9に変換させられる。さらに、加水分解で生成したアルコールは、アルコールストリーム13Bとして回収され、アルコーリシス反応器60中に再導入される。
図2に、S−乳酸アルキルエステルのラセミ化に基づく本方法の変形を示す。その態様において、S−乳酸を含むストリーム1は、エステル化反応器110に、導かれ、そこでは、S−乳酸が、例えば酸触媒存在下の加熱によって、アルコールと反応せしめられて、S−乳酸アルキルエステルに変換せしめられる。S−乳酸アルキルエステルを含むストリーム15は、立体異性化反応器120に通されて、そのS−乳酸アルキルエステルは、高温で三級アミン(例えば、トリエチルアミン)と接触させられて、乳酸アルキルエステルを生成する。その乳酸アルキルエステルを含むストリーム16は、次いで、オリゴマー化反応器130に導入される。熱が反応器130に供給され、アルコールが留去されて、乳酸アルキルエステルがオリゴマー乳酸に変換される。オリゴマー乳酸ストリーム3は、次いで、蒸留塔30に通される、そして、本方法の残りの部分は、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル再利用モジュールを除いて、図1に示した方法で説明した通りである。S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを含むストリーム12は、アルコーリシス反応器140に導入され、S−乳酸アルキルエステルに変換させられる(例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを、酸触媒存在下の加熱によって、アルキルアルコールと反応せしめる)。S−乳酸アルキルエステルストリーム15Aは、次いで、S−乳酸アルキルエステルストリーム15と合わせられて、本方法にリサイクルされる。
図3に、更なる本方法の変形を示す。S−乳酸を含むストリーム1は、エステル化/ラセミ化反応器150に導かれ、例えば、S−乳酸及び/又はS−乳酸アルキルエステルのキラル中心をラセミ化するのに十分な条件下で、酸触媒存在下の加熱によってアルコールと反応せしめて、ラセミ乳酸アルキルエステルに変換せしめられる。その乳酸アルキルエステルを含むストリーム17は、次いで、異性化反応器130に導入される。反応器130に熱が供給され、アルコールが留去されて、その乳酸アルキルエステルがオリゴマー乳酸に変換される。オリゴマー乳酸を含むストリーム3は、次いで、解重合/ラクチド生成反応器40内に導入され、ビス(2−エチルヘキサン酸)すず(II)のようなルイス酸触媒の存在下で加熱されて、ラクチド混合物(R,R−、S,S−及びR,S−ラクチド)を生成する。そのラクチド混合物を含むストリーム5は、結晶化反応器50に導入され、結晶化により(例えば、酢酸エチルから)精製され、R,S−ラクチドからR,R−及びS,S−ラクチドが分離される結果となる。本方法の残りの部分は、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル再利用モジュールを除いて、図2に示した通りである。S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを含むストリーム12は、加水分解反応器100に導入され、加水分解によって、S−乳酸に変換せしめられる。S−乳酸ストリーム1Aは、次いで、S−乳酸ストリーム1と合わせられて、本方法にリサイクルされる。
上述した本方法の変形のある種の場面では、個別の反応器を用いる必要が無いことは、明らかであろう。例えば、オリゴマーS−乳酸の立体異性化及び該オリゴマーを解重合してラクチド混合物を生成することは、エバポレータユニットの様な単一の容器中で行うことができる。S−乳酸をオリゴマー化してオリゴマーS−乳酸を生成することも、同じ容器中で行うことができる。各図中に示されていない、例えば、溶剤、アミン、酵素のような付加的なインプットを、種々の場面で導入できることも、明らかであろう。類似して、本発明方法は、例えば、追加的な中和工程及び/又は分離工程及び/又は精製工程(アルコーリシス/解重合反応に続いて、R−乳酸アルキルエステル/S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル混合物を濾過して酵素を回収するというような)等の付加的な処理工程を含むことができる。
本発明方法で得られたR−乳酸アルキルエステルは、常法によって、更なる有用な下流製品に変換することができる。従って、本発明は、本発明に従って、R−乳酸アルキルエステルを調製し、そしてそのR−乳酸アルキルエステルを、例えば、アルキルエステル基の加水分解によって、R−乳酸に変換することを含むR−乳酸の製造方法も、提供する。その場合において、生成したアルキルアルコールを、回収して、本方法に再利用することもできる。
本発明は、本発明に従って、R−乳酸アルキルエステルを調製し、又はR−乳酸を調製し、そしてそのR−乳酸アルキルエステル又はR−乳酸を、オリゴマーR−乳酸に変換することを含むオリゴマーR−乳酸の製造方法も、提供する。例えば、R−乳酸アルキルエステル又はR−乳酸を、加熱し、生成した水又はアルコールを除去して、オリゴマーR−乳酸に変換することができる。
本発明は、本発明に従って、R−乳酸アルキルエステルを調製し、又はR−乳酸を調製し、又はオリゴマーR−乳酸を調製し、そしてそのR−乳酸アルキルエステル、R−乳酸又はオリゴマーR−乳酸を、R,R−ラクチドに変換することを含むR,R−ラクチドの製造方法も、提供する。例えば、オリゴマーR−乳酸を、エステル交換触媒(例えば、金属の酸化物、アルコキシド又はカルボン酸塩を含むルイス酸触媒)の存在下に加熱して、R,R−ラクチドに変換することができる。そのようなR,R−ラクチドへの連続的変換を含む方法の利点は、より低いエナンチオマー過剰率を有するR−乳酸アルキルエステルの生成も許容できることである。それらの場合におけるR,R−ラクチドへの変換は、少量のR,S−ラクチド(及び非常に少量のS,S−ラクチド)をも形成する結果になるであろう。生成したR,S−ラクチドは、例えば、蒸留及び/又は結晶化及び/又は洗浄によって、容易に、R,R−ラクチドから分離できる。
ラクチドは、重合してポリ乳酸を形成することができる。従って、本発明は、更に、本発明方法で、R,R−ラクチドを調製し、そしてそのR,R−ラクチドを、ポリR−乳酸に変換することを含むポリR−乳酸の製造方法をも、提供する。この重合は、ラクチドを適切な触媒と接触させることによって、行うことができる。
本発明は、また、本発明に従ってポリR−乳酸を調製し、そのポリR−乳酸を、例えば溶融ブレンド法により、ポリS−乳酸と合わせて、ステレオコンプレックス型乳酸を調製することを含む、ステレオコンプレックス型乳酸の製造方法をも、提供する。
本発明方法で得られたS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルは、常法によって、更なる有用な下流製品に変換することができる。従って、本発明は、本発明に従って、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを調製し、そしてそのS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを、例えば、エステル基の加水分解によって、S−乳酸に変換することを含むS−乳酸の製造方法をも、提供する。その場合において、生成したアルキルアルコールを、回収して、本方法に再利用することもできる。
本発明は、本発明に従って、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを調製し、又はS−乳酸を調製し、そしてそのS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル又はS−乳酸を、オリゴマーS−乳酸に変換することを含むオリゴマーS−乳酸の製造方法をも、提供する。例えば、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル又はS−乳酸を、加熱し、生成した水又はアルコールを除去することによってオリゴマーS−乳酸に変換することができる。
本発明は、本発明に従って、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルを調製し、又はS−乳酸を調製し、又はオリゴマーS−乳酸を調製し、そしてそのS,S−ラクチル乳酸アルキルエステル、S−乳酸又はオリゴマーS−乳酸を、S,S−ラクチドに変換することを含むS,S−ラクチドの製造方法をも、提供する。例えば、オリゴマーS−乳酸を、エステル交換触媒(例えば、金属の酸化物、アルコキシド又はカルボン酸塩を含むルイス酸触媒)の存在下に加熱することによってS,S−ラクチドに変換することができる。
ラクチドは、重合してポリ乳酸を形成することができる。従って、本発明は、更に、本発明方法に従って、S,S−ラクチドを調製し、そしてそのS,S−ラクチドを、ポリS−乳酸に変換することを含むポリS−乳酸の製造方法をも、提供する。この重合は、ラクチドを適切な触媒と接触させることによって、行うことができる。
本発明は、また、本発明に従ってポリS−乳酸を調製し、そのポリS−乳酸を、例えば溶融ブレンド法を用いて、ポリR−乳酸と合わせて、ステレオコンプレックス型乳酸を調製することを含む、ステレオコンプレックス型乳酸の製造方法をも、提供する。
本発明は、また、本発明に従ってポリS−乳酸を調製し、及び本発明に従ってポリR−乳酸を調製し、そのポリS−乳酸を、例えば溶融ブレンド法を用いて、そのポリR−乳酸と合わせて、ステレオコンプレックス型乳酸を調製することを含む、ステレオコンプレックス型乳酸の製造方法をも、提供する。
以下の実施例は、本発明を説明するものである。
実施例1:有機塩基を用いたS−乳酸のラセミ化
S−乳酸溶液(1.64kg、水中80重量%、14.6モル)を、100mbarで、4時間120℃に加熱して、水溶剤(及びいくらかのオリゴマー化の縮合水)を除去した。次いで、温度を、140℃に60分間、それから160℃に更に60分間、上昇させて、オリゴマーS−乳酸を生成した。それから、フラスコの内容物を、140℃に冷却し、N2の1気圧下に置いた。トリエチルアミン(147g、0.1モル当量)を15分間かけて滴下し、反応混合物を140℃に60分間保持して、オリゴマー乳酸を生成した。最後に、反応混合物を、200℃に加熱し、圧力を100mbarに減少させて、Et3Nを完全に除いた。
S−乳酸溶液(1.64kg、水中80重量%、14.6モル)を、100mbarで、4時間120℃に加熱して、水溶剤(及びいくらかのオリゴマー化の縮合水)を除去した。次いで、温度を、140℃に60分間、それから160℃に更に60分間、上昇させて、オリゴマーS−乳酸を生成した。それから、フラスコの内容物を、140℃に冷却し、N2の1気圧下に置いた。トリエチルアミン(147g、0.1モル当量)を15分間かけて滴下し、反応混合物を140℃に60分間保持して、オリゴマー乳酸を生成した。最後に、反応混合物を、200℃に加熱し、圧力を100mbarに減少させて、Et3Nを完全に除いた。
オリゴマー生成物の加水分解及びキラル液体クロマトグラフィーによる分析により、等量のS−及びR−乳酸成分の存在が確認された。
実施例2:金属塩を用いたS−乳酸のS,S−、R,R−、及びR,S−ラクチドへの変換
S−乳酸溶液(水中85重量%、59ml/60.3g)及びステアリン酸カルシウム(3.45g、0.01モル当量)を、内部熱電対及び磁気スターラーバーを備えた栓をしていない丸底フラスコ中で、一緒に撹拌した。その混合物を、18時間160℃に加熱して、水を除去して(大気中に逃した)、オリゴマー乳酸を形成した。
S−乳酸溶液(水中85重量%、59ml/60.3g)及びステアリン酸カルシウム(3.45g、0.01モル当量)を、内部熱電対及び磁気スターラーバーを備えた栓をしていない丸底フラスコ中で、一緒に撹拌した。その混合物を、18時間160℃に加熱して、水を除去して(大気中に逃した)、オリゴマー乳酸を形成した。
次いで、そのフラスコに、スチルヘッド、コンデンサー、真空ポンプに結合したテイクオフアーム(take-off arm)及び収集フラスコ(固体CO2/アセトンのスラッシュバス(slush bath)中で冷却)を加えることによって、減圧下の蒸留に適合させた。20mbarの真空を印加し、フラスコの温度を、ラクチドが蒸留し始める188℃まで、徐々に上昇させた。蒸留の経過中、温度は、ラクチドの生成速度がほぼ一定となるように、最高242℃まで、徐々に上昇させた。
収集したラクチド混合物の量は、30.65g(74.8%)であった。1H NMR及びキラルガスクロマトグラフィーによる分析で、37.6%(S,S)、25.6%(R,R)及び36.8%メソ(R,S)のラクチド組成を確認した。
実施例3:低pH熱水分解を用いた乳酸のラセミ化
S−乳酸溶液を水中に希釈して、0.01、0.1、1.0、及び2.0Mの濃度とし、次いで、HPLCポンプを用いて、1.2ml/minの流速で、微加熱ステンレススチール反応チューブ(外径0.5インチ、長さ36cm、内容量35ml)を通して、垂直上方へポンプで引き上げられた(算出した反応器中の滞在時間=29分)。チューブを、250、275、300及び325℃の温度に加熱し、その間内圧を、反応を抑制する(quench)冷却コイルの後ろに続く反応チューブの頂上に取り付けた背圧調節器を介して150barに維持した。調節器から排出された液体を集め、キラル液体クロマトグラフィーで分析して、ラセミ化の度合を調べた。
S−乳酸溶液を水中に希釈して、0.01、0.1、1.0、及び2.0Mの濃度とし、次いで、HPLCポンプを用いて、1.2ml/minの流速で、微加熱ステンレススチール反応チューブ(外径0.5インチ、長さ36cm、内容量35ml)を通して、垂直上方へポンプで引き上げられた(算出した反応器中の滞在時間=29分)。チューブを、250、275、300及び325℃の温度に加熱し、その間内圧を、反応を抑制する(quench)冷却コイルの後ろに続く反応チューブの頂上に取り付けた背圧調節器を介して150barに維持した。調節器から排出された液体を集め、キラル液体クロマトグラフィーで分析して、ラセミ化の度合を調べた。
実施例4:高pH熱水分解を用いた乳酸のラセミ化
S−乳酸溶液は水中に希釈して、0.01、0.1、1.0、2.0及び4.0Mの濃度とされ、次いで、1.1当量のNaOHと混合して乳酸ナトリウムのアルカリ溶液を形成し、次いで、HPLCポンプを用いて、1.2ml/minの流速で、微加熱ステンレススチール反応チューブ(外径0.5インチ、長さ36cm、内容量35ml)を通して、垂直上方へポンプで引き上げられた(算出した反応器中の滞在時間=29分)。そのチューブを、250、275、300及び325℃の温度まで加熱し、その間内圧を、反応を抑制する(quench)冷却コイルの後ろに続く反応チューブの頂上に取り付けた背圧調節器を介して150barに維持した。調節器から排出された液体を集め、キラル液体クロマトグラフィーで分析して、ラセミ化の度合を調べた。
S−乳酸溶液は水中に希釈して、0.01、0.1、1.0、2.0及び4.0Mの濃度とされ、次いで、1.1当量のNaOHと混合して乳酸ナトリウムのアルカリ溶液を形成し、次いで、HPLCポンプを用いて、1.2ml/minの流速で、微加熱ステンレススチール反応チューブ(外径0.5インチ、長さ36cm、内容量35ml)を通して、垂直上方へポンプで引き上げられた(算出した反応器中の滞在時間=29分)。そのチューブを、250、275、300及び325℃の温度まで加熱し、その間内圧を、反応を抑制する(quench)冷却コイルの後ろに続く反応チューブの頂上に取り付けた背圧調節器を介して150barに維持した。調節器から排出された液体を集め、キラル液体クロマトグラフィーで分析して、ラセミ化の度合を調べた。
NaOHがある場合、無い場合とも、全ての濃度で完全なラセミ化を達成するためには、325℃の温度が必要である。しかしながら、NaOHの添加により、LCにおいて痕跡という副生物の欠如に見られるように、更によりきれいな反応となり、従ってrac−ラクチドの収量が更により高くなる結果となる。
実施例5:20℃での、カリウムt−ブトキシドによるS−乳酸ブチルのラセミ化
カリウムt−ブトキシド(0.18g、1.7mmol)を、室温で、10mlの丸底フラスコ中のS−乳酸ブチル(5.0g、34mmol、エナンチオマー過剰率99%)に、撹拌しながら加えた。その無色の溶液を16時間撹拌後、室温まで冷却し、水を一滴加えて、KOtBuをクエンチし、アセトン希釈剤とヘキサノール内部標準を用いたGC(Cyclosil B、30M×0.32mm×9.25μmのカラム)による分析のために、サンプルを採取した。生成物は、部分的にラセミ化したS−乳酸ブチル(エナンチオマー過剰率88%)及び12重量%のS,S−ラクチル乳酸ブチルを含むことが分かった。
カリウムt−ブトキシド(0.18g、1.7mmol)を、室温で、10mlの丸底フラスコ中のS−乳酸ブチル(5.0g、34mmol、エナンチオマー過剰率99%)に、撹拌しながら加えた。その無色の溶液を16時間撹拌後、室温まで冷却し、水を一滴加えて、KOtBuをクエンチし、アセトン希釈剤とヘキサノール内部標準を用いたGC(Cyclosil B、30M×0.32mm×9.25μmのカラム)による分析のために、サンプルを採取した。生成物は、部分的にラセミ化したS−乳酸ブチル(エナンチオマー過剰率88%)及び12重量%のS,S−ラクチル乳酸ブチルを含むことが分かった。
実施例6:50℃での、カリウムt−ブトキシドによるS−乳酸ブチルのラセミ化
カリウムt−ブトキシド(0.18g、1.7mmol)を、室温で、10mlの丸底フラスコ中のS−乳酸ブチル(5.0g、34mmol、エナンチオマー過剰率99%)に、撹拌しながら加えた。次いで、そのフラスコに空冷コンデンサーを取り付け、その混合物を16時間50℃まで加熱した。反応時間の終わりに、その暗褐色の溶液を室温迄冷却後、水を一滴加えて、KOtBuをクエンチし、アセトン希釈剤とヘキサノール内部標準を用いたGC(Cyclosil B、30M×0.32mm×9.25μmのカラム)による分析のために、サンプルを採取した。生成物は、部分的にラセミ化したS−乳酸ブチル(エナンチオマー過剰率48%)、10重量%のS,S−ラクチル乳酸ブチル、及び少量のR,R−、R,S−及びS,R−ラクチル乳酸ブチルを含むことが分かった。
カリウムt−ブトキシド(0.18g、1.7mmol)を、室温で、10mlの丸底フラスコ中のS−乳酸ブチル(5.0g、34mmol、エナンチオマー過剰率99%)に、撹拌しながら加えた。次いで、そのフラスコに空冷コンデンサーを取り付け、その混合物を16時間50℃まで加熱した。反応時間の終わりに、その暗褐色の溶液を室温迄冷却後、水を一滴加えて、KOtBuをクエンチし、アセトン希釈剤とヘキサノール内部標準を用いたGC(Cyclosil B、30M×0.32mm×9.25μmのカラム)による分析のために、サンプルを採取した。生成物は、部分的にラセミ化したS−乳酸ブチル(エナンチオマー過剰率48%)、10重量%のS,S−ラクチル乳酸ブチル、及び少量のR,R−、R,S−及びS,R−ラクチル乳酸ブチルを含むことが分かった。
実施例7:90℃での、カリウムt−ブトキシドによるS−乳酸ブチルのラセミ化
カリウムt−ブトキシド(0.18g、1.7mmol)を、室温で、10mlの丸底フラスコ中のS−乳酸ブチル(5.0g、34mmol、エナンチオマー過剰率99%)に、撹拌しながら加えた。次いで、そのフラスコに空冷コンデンサーを取り付け、その混合物を30分間90℃まで加熱した。反応時間の終わりに、その暗褐色の溶液を室温迄冷却後、水を一滴加えて、KOtBuをクエンチし、アセトン希釈剤とヘキサノール内部標準を用いたGC(Cyclosil B、30M×0.32mm×9.25μmのカラム)による分析のために、サンプルを採取した。生成物は、完全にラセミ化した乳酸ブチル(エナンチオマー過剰率0%)、10重量%のrac−及びmeso−ラクチル乳酸ブチルを含むことが分かった。
カリウムt−ブトキシド(0.18g、1.7mmol)を、室温で、10mlの丸底フラスコ中のS−乳酸ブチル(5.0g、34mmol、エナンチオマー過剰率99%)に、撹拌しながら加えた。次いで、そのフラスコに空冷コンデンサーを取り付け、その混合物を30分間90℃まで加熱した。反応時間の終わりに、その暗褐色の溶液を室温迄冷却後、水を一滴加えて、KOtBuをクエンチし、アセトン希釈剤とヘキサノール内部標準を用いたGC(Cyclosil B、30M×0.32mm×9.25μmのカラム)による分析のために、サンプルを採取した。生成物は、完全にラセミ化した乳酸ブチル(エナンチオマー過剰率0%)、10重量%のrac−及びmeso−ラクチル乳酸ブチルを含むことが分かった。
実施例8:ラクチドの製造
実施例1からのオリゴマー乳酸(1068g)を、微加熱サイドアームにより収集フラスコに結合されたスチルヘッドを備えた丸底フラスコ中で、120℃に加熱した。ビス(2−エチルヘキサン酸)すず(II)(14.0g、0.034mol)を加えた。次いで、15mbarの真空を印加し、容器の温度を、90分間215℃まで、上昇させて、(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物を、そのフラスコから留去した。全生成物収量は、830g(5.8mol)、理論収量のほぼ80%であり、蒸留された生成物の組成は、35%(S,S)−;35%(R,R)−;30%(S,R)−ラクチドであった。
実施例1からのオリゴマー乳酸(1068g)を、微加熱サイドアームにより収集フラスコに結合されたスチルヘッドを備えた丸底フラスコ中で、120℃に加熱した。ビス(2−エチルヘキサン酸)すず(II)(14.0g、0.034mol)を加えた。次いで、15mbarの真空を印加し、容器の温度を、90分間215℃まで、上昇させて、(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物を、そのフラスコから留去した。全生成物収量は、830g(5.8mol)、理論収量のほぼ80%であり、蒸留された生成物の組成は、35%(S,S)−;35%(R,R)−;30%(S,R)−ラクチドであった。
実施例9:Rac−ラクチドの精製
(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物(725g、70%rac−;30%meso−ラクチド)に、620gの乾燥酢酸エチル(Aldrich社)を加えた。その混合物を、ラクチドが十分に溶解するポイントである沸騰する迄加熱した。次いで、その溶液を、氷浴を用いて冷却して、溶液からの無色結晶の析出を導いた。結晶を、真空濾過によって、混合物から分離し、冷(−5℃)酢酸エチル75mlでの洗浄を2回行い、次いで、乾燥させた。生成物収量は、337g(66%)であり、キラルGCで測定した純度は、等量の(S,S)−及び(R,R)−ラクチドが99%であった[<1%(S,R)−ラクチド]。
(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物(725g、70%rac−;30%meso−ラクチド)に、620gの乾燥酢酸エチル(Aldrich社)を加えた。その混合物を、ラクチドが十分に溶解するポイントである沸騰する迄加熱した。次いで、その溶液を、氷浴を用いて冷却して、溶液からの無色結晶の析出を導いた。結晶を、真空濾過によって、混合物から分離し、冷(−5℃)酢酸エチル75mlでの洗浄を2回行い、次いで、乾燥させた。生成物収量は、337g(66%)であり、キラルGCで測定した純度は、等量の(S,S)−及び(R,R)−ラクチドが99%であった[<1%(S,R)−ラクチド]。
実施例10〜12:立体選択的アルコーリシス(バッチ法)
ガラス製反応器に、ラセミラクチド(1当量)、n−ブタノール(1.5当量)、Novozym 435(ラセミラクチドの3重量%)及び様々な量の90:10(重量比)のヘプタン/THF助溶剤(n−ブタノールの使用量に基づく量(volumes))を仕込んだ。その混合物を、室温で24時間撹拌し、次いでキラルカラムクロマトグラフィーにより、S−乳酸ブチル、R−乳酸ブチル、S,S−ラクチル乳酸ブチル及びR,R−ラクチル乳酸ブチルを分析して、乳酸エステル成分の組成を測定した。
ガラス製反応器に、ラセミラクチド(1当量)、n−ブタノール(1.5当量)、Novozym 435(ラセミラクチドの3重量%)及び様々な量の90:10(重量比)のヘプタン/THF助溶剤(n−ブタノールの使用量に基づく量(volumes))を仕込んだ。その混合物を、室温で24時間撹拌し、次いでキラルカラムクロマトグラフィーにより、S−乳酸ブチル、R−乳酸ブチル、S,S−ラクチル乳酸ブチル及びR,R−ラクチル乳酸ブチルを分析して、乳酸エステル成分の組成を測定した。
注:引用されたパーセンテージは、キラル液体クロマトグラフィーのクロマトグラムで認められた全ピーク面積のパーセンテージである。もしも、反応が3.0当量のn−ブタノールの存在下で進行するようにされたならば、49%のR−乳酸アルキルエステル及び51%のS,S−ラクチル乳酸アルキルエステルが認められる。実験は、R,R−ラクチル乳酸アルキルエステルのR−乳酸アルキルエステルへの選択的アルコーリシスが、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルの顕著なアルコーリシスを認めることなく、起こっていることを示している。
実施例13〜16:ブタノール中でのrac−ラクチドの立体選択的アルコーリシス(バッチ法)
一連の実験において、2.89gのラセミラクチド、100mgのNovozym-435(ラクチドの3.5重量%)及び様々な量のn−ブタノール(ラセミラクチドに基づいて、1.5〜10モル当量)を、ガラス製反応器中で一緒に混合し、60℃で24時間まで撹拌した。サンプルを、様々な時間に採取し、キラルHPLC及びNMRにより、R−及びS−乳酸n−ブチルの存在を分析した。この情報を用いて、出発物質のラセミラクチドのR,R−成分に基づく、R−乳酸n−ブチルの%収率を、計算して、下記表に示した。すべての場合において、S−乳酸n−ブチルは検出されず、それゆえ収率を示していない。
一連の実験において、2.89gのラセミラクチド、100mgのNovozym-435(ラクチドの3.5重量%)及び様々な量のn−ブタノール(ラセミラクチドに基づいて、1.5〜10モル当量)を、ガラス製反応器中で一緒に混合し、60℃で24時間まで撹拌した。サンプルを、様々な時間に採取し、キラルHPLC及びNMRにより、R−及びS−乳酸n−ブチルの存在を分析した。この情報を用いて、出発物質のラセミラクチドのR,R−成分に基づく、R−乳酸n−ブチルの%収率を、計算して、下記表に示した。すべての場合において、S−乳酸n−ブチルは検出されず、それゆえ収率を示していない。
実施例17
酵素として、Novozym-435に代えて、IMMCALB-T2-150、IMMCALBY-T2-150、IMMCALB-T1-350、又はカンジダ・アンタクチカからのリパーゼBの架橋された凝集体を用いて、実施例10〜16に記載されたのと同様の実験を行った。これらの酵素は、Novozym-435と同様のレベルの立体選択性を示した。
酵素として、Novozym-435に代えて、IMMCALB-T2-150、IMMCALBY-T2-150、IMMCALB-T1-350、又はカンジダ・アンタクチカからのリパーゼBの架橋された凝集体を用いて、実施例10〜16に記載されたのと同様の実験を行った。これらの酵素は、Novozym-435と同様のレベルの立体選択性を示した。
実施例18:立体選択的アルコーリシス(バッチ法)
ガラス製反応器に、rac−ラクチド(2.30g)、Novozym 435(115mg、ラクチドに対して5重量%)、n−ブタノール(2.9ml、ラクチドに対して2:1モル比)、次にアセトン(6.8ml)を仕込んだ。その混合物を、ラクチドの溶解を確実にするために、室温〜45℃で、手で振り動かした。次いで、その反応器を、45℃、750rpm(t=0)の加熱したシェーカーに入れた。反応を、24時間に渡ってモニターした。キラルガスクロマトグラフィーにより、サンプルを分析して、(S)−乳酸ブチル、(R)−乳酸ブチル、(S,S)−ラクチル乳酸ブチル、(R,R)−ラクチル乳酸ブチル、(S,S)−ラクチド及び(R,R)−ラクチドの組成を測定した。24時間後、反応は、エナンチオマー過剰率99%を超える光学純度の(R)−乳酸ブチルへの変換が89%に達した。
ガラス製反応器に、rac−ラクチド(2.30g)、Novozym 435(115mg、ラクチドに対して5重量%)、n−ブタノール(2.9ml、ラクチドに対して2:1モル比)、次にアセトン(6.8ml)を仕込んだ。その混合物を、ラクチドの溶解を確実にするために、室温〜45℃で、手で振り動かした。次いで、その反応器を、45℃、750rpm(t=0)の加熱したシェーカーに入れた。反応を、24時間に渡ってモニターした。キラルガスクロマトグラフィーにより、サンプルを分析して、(S)−乳酸ブチル、(R)−乳酸ブチル、(S,S)−ラクチル乳酸ブチル、(R,R)−ラクチル乳酸ブチル、(S,S)−ラクチド及び(R,R)−ラクチドの組成を測定した。24時間後、反応は、エナンチオマー過剰率99%を超える光学純度の(R)−乳酸ブチルへの変換が89%に達した。
実施例19:酵素をリサイクルする、ブタノール/アセトン混合物中でのrac−ラクチドの立体選択的アルコーリシス(バッチ法)
2.75mlのアセトンの存在下に、n−BuOH(2.75ml、30mmol、3当量)及びNovozym-435(200mg、14%)で、35℃で7時間、rac−ラクチド(1.45g、10mmol)をアルコール化した。7時間後、反応を止め、R−乳酸ブチルへの変換を、分析した。次いで、シリンジで、固定化酵素から、反応液を注意深く分離し、その酵素を、溶剤で洗浄し次の反応に再使用した。その酵素は、8回の反応に、繰り返し再使用した。R−乳酸ブチルへの変換率は、1回目の反応後で(理論収量の)92%であり、8回目の反応後で79%であった。
2.75mlのアセトンの存在下に、n−BuOH(2.75ml、30mmol、3当量)及びNovozym-435(200mg、14%)で、35℃で7時間、rac−ラクチド(1.45g、10mmol)をアルコール化した。7時間後、反応を止め、R−乳酸ブチルへの変換を、分析した。次いで、シリンジで、固定化酵素から、反応液を注意深く分離し、その酵素を、溶剤で洗浄し次の反応に再使用した。その酵素は、8回の反応に、繰り返し再使用した。R−乳酸ブチルへの変換率は、1回目の反応後で(理論収量の)92%であり、8回目の反応後で79%であった。
実施例20:酵素をリサイクルする、ブタノール/アセトン混合物中でのrac−ラクチドの立体選択的アルコーリシス(連続法)
規則的な間隔で、(S,S)−及び(R,R)−ラクチドの50:50混合物を、還流冷却器を備え、水で45℃に加熱したジャケット付の1リットルの容器中のアセトンに、ラクチド濃度30重量%で溶解した。次いで、n−ブタノールを、ラクチド溶液に加えて、45℃での、n−BuOH/ラクチドのモル比を2:1とした。これらの条件下で、ラクチドは溶液のままであった。代表的バッチは、少なくとも24時間操作するために十分な基質を反応装置(reaction rig)に供給するように準備された。
規則的な間隔で、(S,S)−及び(R,R)−ラクチドの50:50混合物を、還流冷却器を備え、水で45℃に加熱したジャケット付の1リットルの容器中のアセトンに、ラクチド濃度30重量%で溶解した。次いで、n−ブタノールを、ラクチド溶液に加えて、45℃での、n−BuOH/ラクチドのモル比を2:1とした。これらの条件下で、ラクチドは溶液のままであった。代表的バッチは、少なくとも24時間操作するために十分な基質を反応装置(reaction rig)に供給するように準備された。
次に、その内容物を、長さ400mmの還流塔を通して、供給し、外部カラーを、再循環加熱水を用いて45℃に加熱した。その塔を、Novozym-435(支持されたカンジダ・アンタクチカのリパーゼB)の5g充填床を含むガラスアダプター上に、直接取り付けた。ペリスタポンプ(Watson Marlow 120S)及び内径1.6mmのマープリーンチューブ(Marprene tubing)を用いて、その溶液を、塔を通して供給した。一度酵素床を通過した生成混合物を、収集し、ガスクロマトグラフィーにより、サンプルを分析した。酵素床上の反応物の流れを、(R,R)−ラクチル乳酸ブチルのR−乳酸ブチルへの変換率が80〜90%の範囲内を達成するように、調節した。3ヶ月の連続運転後であっても、変換率は80%を超え、R−乳酸ブチルの光学純度はエナンチオマー過剰率99%を超えるものであった。
実施例21:酵素をリサイクルする、ブタノール/メチルエチルケトン(MEK)混合物中でのrac−ラクチドの立体選択的アルコーリシス(連続法)
Rac−ラクチド10g、BuOH15g(3当量)及びMEK50g(割合1:1.5:5)の溶液を、60時間をかけて、カンジダ・アンタクチカのリパーゼBを固定化したNovozym-435の0.500gを含む金属製のカラムを通過させた。分析用サンプルを、カラムのフィード及びアウトプットから、2時間間隔毎に、採取し、(S)−乳酸ブチル、(R)−乳酸ブチル、(S,S)−ラクチル乳酸ブチル、(R,R)−ラクチル乳酸ブチル、(S,S)−ラクチド及び(R,R)−ラクチドの各濃度を、キラル液体クロマトグラフィーによって、測定した(S−乳酸ブチルは検出されなかった。)。変換率は85%で安定して保持されており、R−乳酸ブチル生成物は全て99%を超えるエナンチオマー過剰率であった。
Rac−ラクチド10g、BuOH15g(3当量)及びMEK50g(割合1:1.5:5)の溶液を、60時間をかけて、カンジダ・アンタクチカのリパーゼBを固定化したNovozym-435の0.500gを含む金属製のカラムを通過させた。分析用サンプルを、カラムのフィード及びアウトプットから、2時間間隔毎に、採取し、(S)−乳酸ブチル、(R)−乳酸ブチル、(S,S)−ラクチル乳酸ブチル、(R,R)−ラクチル乳酸ブチル、(S,S)−ラクチド及び(R,R)−ラクチドの各濃度を、キラル液体クロマトグラフィーによって、測定した(S−乳酸ブチルは検出されなかった。)。変換率は85%で安定して保持されており、R−乳酸ブチル生成物は全て99%を超えるエナンチオマー過剰率であった。
実施例22:ブタノール、乳酸ブチル及びラクチル乳酸ブチルを分離するための蒸留
7.5gのNovozym-435(基質の5重量%)及び195mlのn−ブタノールの存在下に、150gのラセミラクチル乳酸n−ブチルを、50℃で6時間、穏やかに撹拌して、(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチルから、(R)−乳酸n−ブチルへの変換率が、95%を超えるようにした。次いで、固定化酵素を濾過により除去し、そして過剰量のn−ブタノールの大部分を、50℃/25mbarでのロータリーエバポレーションによって、除去した。残渣の一部(100ml;90g)を、ラシヒリング、スチルヘッド及びコンデンサーを装填した蒸留塔を備えた丸底フラスコに移した。Vacuubrand CVC 2000コントローラーによって真空を維持して、蒸留を30mbarで行った。
7.5gのNovozym-435(基質の5重量%)及び195mlのn−ブタノールの存在下に、150gのラセミラクチル乳酸n−ブチルを、50℃で6時間、穏やかに撹拌して、(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチルから、(R)−乳酸n−ブチルへの変換率が、95%を超えるようにした。次いで、固定化酵素を濾過により除去し、そして過剰量のn−ブタノールの大部分を、50℃/25mbarでのロータリーエバポレーションによって、除去した。残渣の一部(100ml;90g)を、ラシヒリング、スチルヘッド及びコンデンサーを装填した蒸留塔を備えた丸底フラスコに移した。Vacuubrand CVC 2000コントローラーによって真空を維持して、蒸留を30mbarで行った。
下記表にまとめた様に、分画を収集した。分画2及び3は、(R)−乳酸n−ブチルを含み、ラクチル乳酸n−ブチルは含んでいなかった。分画3は、(R)−乳酸n−ブチルを、エナンチオマー過剰率98%を超えて含んでいた。この結果は、エナンチオマー純度を顕著に損なうことなく、蒸留によって、ラクチル乳酸アルキルエステルからの乳酸アルキルエステルの分離が可能であることを示している。
実施例23:乳酸ブチル及びラクチル乳酸ブチルからのアセトン及びブタノールの蒸留
1リットルの三首フラスコに、マグネチックスターラバーと250mlレシーバー付パーキン(Perkin)真空スチルヘッドを載せた断熱された20段オールダーショー(Oldershaw)カラムとを取り付けた。カラムのほぼ中間辺りの高さにある供給ポイントは、PharMed(登録商標) BPTペリスタチューブを用いたペリスタポンプを介して、供給原料をチャージできるようにした。そのフラスコは、オイルバスを用いて加熱され、真空は、固体CO2で冷却されたトラップ付テフロンダイヤフラムポンプを介して、適用された。この蒸留の供給原料は、アセトン(49重量%);(R)−乳酸n−ブチル(21重量%);ブタノール(7重量%);(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチル(3重量%)及び(S,S)−ラクチル乳酸n−ブチル(19重量%)からなっていた。残余の成分は、(S)−乳酸n−ブチルと(S,S)−及び(R,R)−の両ラクチドとを痕跡量含んでいた。
1リットルの三首フラスコに、マグネチックスターラバーと250mlレシーバー付パーキン(Perkin)真空スチルヘッドを載せた断熱された20段オールダーショー(Oldershaw)カラムとを取り付けた。カラムのほぼ中間辺りの高さにある供給ポイントは、PharMed(登録商標) BPTペリスタチューブを用いたペリスタポンプを介して、供給原料をチャージできるようにした。そのフラスコは、オイルバスを用いて加熱され、真空は、固体CO2で冷却されたトラップ付テフロンダイヤフラムポンプを介して、適用された。この蒸留の供給原料は、アセトン(49重量%);(R)−乳酸n−ブチル(21重量%);ブタノール(7重量%);(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチル(3重量%)及び(S,S)−ラクチル乳酸n−ブチル(19重量%)からなっていた。残余の成分は、(S)−乳酸n−ブチルと(S,S)−及び(R,R)−の両ラクチドとを痕跡量含んでいた。
始めに、供給原料中のブタノールの存在量が低いので、連続的蒸留状態を達成するために、いくらかの追加のブタノールを原料に加えた。一度これが達成されたら(オイルバス〜135℃、内部温度〜117℃、スチルヘッド温度〜77℃、真空=500mBarA)、主原料を2.5〜5.0ml/minでチャージした。下表の様に各分画を収集し、キラルGCで分析した。
用いた供給原料702ml(609.5g)から、得られた濃縮生成物(340.11g)の組成は:アセトン(4.5%);(R)−乳酸n−ブチル(44.3%);n−ブタノール(4.7%);(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチル(5.9%);(S,S)−ラクチル乳酸n−ブチル(39.0%)及び(S)−乳酸n−ブチル(0.7%)であり、残余の成分は、(S,S)−及び(R,R)−ラクチドであった。
コールドトラップに集めた揮発性生成物(59.7g)の組成は:アセトン(89%)及びブタノール(10%)と、残余の1%は乳酸n−ブチルの両異性体であった。
実施例24:乳酸ブチル及びラクチル乳酸ブチルからのアセトン及びブタノールの蒸留
連続蒸留装置(set up)が、250mlのハステロイリボイラー(Hastelloy reboiler)(点検窓付)、250mlレシーバー付パーキン真空スチルヘッドを載せた微加熱された20段オールダーショーカラムを含んで、構築された。カラムの中間辺りの高さに、PharMed(登録商標) BPTペリスタチューブを用いたペリスタポンプを介して、供給原料をチャージできるようにする供給ポイントを設けた。リボイラー及びカラムのヒートトレーシング(heat tracing)の温度は、電気的に制御された。真空は、固体CO2で冷却されたトラップ付テフロンダイヤフラムポンプを介して、適用された。この蒸留の供給原料(1050.0g)は:アセトン(49重量%);(R)−乳酸n−ブチル(21重量%);ブタノール(7重量%);(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチル(3重量%)及び(S,S)−ラクチル乳酸n−ブチル(19重量%)からなっており、(S)−乳酸n−ブチルと(S,S)−及び(R,R)−の両ラクチドとを痕跡量含んでいた。カラムの最初の充填及び調整後、供給原料が供給され、一定の連続的蒸留が達成されるまで、速度及び温度が調節された。最適条件は、真空=100mBarA;リボイラー温度100℃;ヒートトレーシング=65℃;供給速度4ml/minであった。
連続蒸留装置(set up)が、250mlのハステロイリボイラー(Hastelloy reboiler)(点検窓付)、250mlレシーバー付パーキン真空スチルヘッドを載せた微加熱された20段オールダーショーカラムを含んで、構築された。カラムの中間辺りの高さに、PharMed(登録商標) BPTペリスタチューブを用いたペリスタポンプを介して、供給原料をチャージできるようにする供給ポイントを設けた。リボイラー及びカラムのヒートトレーシング(heat tracing)の温度は、電気的に制御された。真空は、固体CO2で冷却されたトラップ付テフロンダイヤフラムポンプを介して、適用された。この蒸留の供給原料(1050.0g)は:アセトン(49重量%);(R)−乳酸n−ブチル(21重量%);ブタノール(7重量%);(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチル(3重量%)及び(S,S)−ラクチル乳酸n−ブチル(19重量%)からなっており、(S)−乳酸n−ブチルと(S,S)−及び(R,R)−の両ラクチドとを痕跡量含んでいた。カラムの最初の充填及び調整後、供給原料が供給され、一定の連続的蒸留が達成されるまで、速度及び温度が調節された。最適条件は、真空=100mBarA;リボイラー温度100℃;ヒートトレーシング=65℃;供給速度4ml/minであった。
これらの条件は、蒸留中を通して、維持された。生成物の分布の詳細は、下記の結果の通りであった。この工程は、リボイラー中のより高沸点の成分[主として(R)−乳酸n−ブチル及び(S,S)−ラクチル乳酸n−ブチル]を、高収率で、うまく濃縮した。アセトン及びブタノールの回収も高く、これらの溶剤は全工程のより早い段階でリサイクルできる。
実施例25:ラクチル乳酸ブチルからの乳酸ブチルの蒸留
連続蒸留装置が、250mlレシーバー付パーキン真空スチルヘッドを載せた加熱された20段オールダーショーカラムを取り付けた250mlの点検窓付ハステロイリボイラーを含んで、構築された。カラムの中間辺りの高さに、PharMed(登録商標) BPTペリスタチューブを用いたペリスタポンプを介して、供給原料をチャージできるようにする供給ポイントを設けた。リボイラー及びカラムのヒートトレーシングの温度は、電気的に制御された。真空は、固体CO2で冷却されたトラップ付テフロンダイヤフラムポンプを介して、適用された。
連続蒸留装置が、250mlレシーバー付パーキン真空スチルヘッドを載せた加熱された20段オールダーショーカラムを取り付けた250mlの点検窓付ハステロイリボイラーを含んで、構築された。カラムの中間辺りの高さに、PharMed(登録商標) BPTペリスタチューブを用いたペリスタポンプを介して、供給原料をチャージできるようにする供給ポイントを設けた。リボイラー及びカラムのヒートトレーシングの温度は、電気的に制御された。真空は、固体CO2で冷却されたトラップ付テフロンダイヤフラムポンプを介して、適用された。
この蒸留の供給原料(740.5g)は:アセトン(<0.5%);(R)−乳酸n−ブチル(46%);ブタノール(3%);(R,R)−ラクチル乳酸n−ブチル(6%)及び(S,S)−ラクチル乳酸n−ブチル(44%)からなっており、(S)−乳酸n−ブチルと(S,S)−及び(R,R)−の両ラクチドとを痕跡量(<0.5%)含んでいた。カラムの最初の充填及び調整後、供給原料が供給され、一定の連続的蒸留が達成されるまで、速度及び温度が調節された。最適条件は、真空=35mBarA;リボイラー温度150℃;ヒートトレーシング=110℃;供給速度1〜4ml/minであった。これらの条件は、蒸留中を通して、維持された。生成物の分布の詳細は、下記の結果の通りであった。
蒸留生成物は、(R)−乳酸ブチル93.9%;(S)−乳酸ブチル0.4%;ブタノール5.0%;(S,S)−ラクチル乳酸ブチル0.5%;(R,R)−ラクチル乳酸ブチル0.1%及び(R,R)−ラクチド0.1%として、分析された。
実施例26:S−乳酸のR−乳酸への変換
実施例26a:乳酸のラセミ化
市販のS−乳酸(1642g、80重量%水中、14.6mol)を、機械式スターラー及び蒸留テークオフ(distillation take-off)を取り付けた2リットルのフラスコに、仕込んだ。反応混合物を、120℃まで加熱し、4時間100mbaraに維持して、水を除去した。次いで、低分子量オリゴマーを生成し、反応中に生じた縮合水を除去するために、その混合物を、60分間140℃まで加熱し、更に60分間160℃まで加熱した。この期間後、オリゴマーを140℃に冷却し、真空を解除した。トリエチルアミン(147g、1.45mol)を15分間で加え、オリゴマーをラセミ化してR−及びS−乳酸エステル繰り返し単位にするために、この反応混合物をこの温度で60分間維持した。その反応混合物を、次いで、100mbaraで、1時間200℃に加熱して、Et3Nを除去して、ラセミ化オリゴマー乳酸1068gを得た。
市販のS−乳酸(1642g、80重量%水中、14.6mol)を、機械式スターラー及び蒸留テークオフ(distillation take-off)を取り付けた2リットルのフラスコに、仕込んだ。反応混合物を、120℃まで加熱し、4時間100mbaraに維持して、水を除去した。次いで、低分子量オリゴマーを生成し、反応中に生じた縮合水を除去するために、その混合物を、60分間140℃まで加熱し、更に60分間160℃まで加熱した。この期間後、オリゴマーを140℃に冷却し、真空を解除した。トリエチルアミン(147g、1.45mol)を15分間で加え、オリゴマーをラセミ化してR−及びS−乳酸エステル繰り返し単位にするために、この反応混合物をこの温度で60分間維持した。その反応混合物を、次いで、100mbaraで、1時間200℃に加熱して、Et3Nを除去して、ラセミ化オリゴマー乳酸1068gを得た。
実施例26b:Rac/Meso−乳酸の製造
ラセミオリゴマー乳酸(1068g)を、機械式スターラー及び加熱された、氷冷レシーバーへのテークオフアーム(take-off arm)を取り付けた2リットルのフラスコ中で120℃に加熱した。混合物が流動性で均一になったとき、ビス(2−エチルヘキサン酸)すず(II)(14g、0.034mol)を加え、15mbarの真空を印加し、容器の温度を、215℃まで、上昇させた。これらの条件下で、ほぼ90分間で、ポット残渣が枯渇するまで、混合物から(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物を蒸留した。全生成物収量は、830g(5.8mol)、即ち実施例26aで用いたS−乳酸からの理論収量の79%であった。
ラセミオリゴマー乳酸(1068g)を、機械式スターラー及び加熱された、氷冷レシーバーへのテークオフアーム(take-off arm)を取り付けた2リットルのフラスコ中で120℃に加熱した。混合物が流動性で均一になったとき、ビス(2−エチルヘキサン酸)すず(II)(14g、0.034mol)を加え、15mbarの真空を印加し、容器の温度を、215℃まで、上昇させた。これらの条件下で、ほぼ90分間で、ポット残渣が枯渇するまで、混合物から(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物を蒸留した。全生成物収量は、830g(5.8mol)、即ち実施例26aで用いたS−乳酸からの理論収量の79%であった。
実施例26c:Rac−ラクチドの精製
(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物(725g、5.0mol、70%rac:30%meso−ラクチド)に、620gの乾燥酢酸エチルを加えた。その混合物を、ラクチドが十分に溶解するポイントである、沸騰する迄加熱した。次いで、その混合物を、氷水浴を用いて、−5℃まで徐々に冷却し、その間に、溶液から一定量のラクチドが析出した。生成した固形物を、真空濾過によって、混合物から分離した。生成物を、フィルター上で、−5℃の酢酸エチル75mlで2回洗浄し、乾燥させた。生成物収量は、337g(66%)であり、キラルGCで測定した純度は、等量の(R,R)−及び(S,S)−ラクチドが99%W/Wであった(<1%メソ)。
(S,S)−、(S,R)−及び(R,R)−ラクチドの混合物(725g、5.0mol、70%rac:30%meso−ラクチド)に、620gの乾燥酢酸エチルを加えた。その混合物を、ラクチドが十分に溶解するポイントである、沸騰する迄加熱した。次いで、その混合物を、氷水浴を用いて、−5℃まで徐々に冷却し、その間に、溶液から一定量のラクチドが析出した。生成した固形物を、真空濾過によって、混合物から分離した。生成物を、フィルター上で、−5℃の酢酸エチル75mlで2回洗浄し、乾燥させた。生成物収量は、337g(66%)であり、キラルGCで測定した純度は、等量の(R,R)−及び(S,S)−ラクチドが99%W/Wであった(<1%メソ)。
実施例26d:Rac−ラクチドのR−乳酸ブチルへの変換
220gのrac−ラクチドを、アセトン中に、30重量%の濃度で溶解し、還流冷却器を備えた1リットルの水加熱ジャケット付容器中で、45℃に保持した。n−ブタノールを、45℃で、ラクチド溶液に加えて、n−BuOH/ラクチドのモル比を2:1とした。
220gのrac−ラクチドを、アセトン中に、30重量%の濃度で溶解し、還流冷却器を備えた1リットルの水加熱ジャケット付容器中で、45℃に保持した。n−ブタノールを、45℃で、ラクチド溶液に加えて、n−BuOH/ラクチドのモル比を2:1とした。
その溶液を、長さ400mmの還流塔を通して、供給し、水浴を介して45℃で加熱し、ペリスタポンプ(Watson Marlow 120S)及び内径1.6mmのマープリーンチューブを用いて、支持されたNovozym 435酵素の充填床5gを含むカラム底部を通した。カラム温度は、柔軟な微加熱ケーブルを用いて、45℃に維持された。
流速は、ほぼ0.55ml/分であり、実験は30時間継続した。生成混合物は、カラム出口で収集され、一定の間隔でサンプリングした。キラルGCを用いて、分析した。(R,R)−ラクチドの(R)−乳酸ブチルへの変換は、30時間を通して、平均95%であった。(S)−乳酸ブチルは、検出されなかった。
実施例26e:R−乳酸ブチルの精製−ステップ1
実施例26dからの反応混合物は、真空分画蒸留により、二段階で分離された。これらの第一段階では、混合物からアセトン及びブタノールを除去し、第二段階では、S,S−ラクチル乳酸ブチルからR−乳酸ブチルを分離した。
実施例26dからの反応混合物は、真空分画蒸留により、二段階で分離された。これらの第一段階では、混合物からアセトン及びブタノールを除去し、第二段階では、S,S−ラクチル乳酸ブチルからR−乳酸ブチルを分離した。
従って、アセトン及びブタノールは、還流調節器付真空スチルヘッド及びリボイラーを備え、微加熱された20理論段数の1インチオールダーショーカラムを用いて、(R)−乳酸ブチル及び(S,S)−ラクチル乳酸ブチルから分離された。カラムには、ペリスタポンプを介して、10段目で供給された。蒸留は、100mbaraの圧力で、リボイラー温度100℃、カラムヒートトレーシング65℃及び供給速度4ml/minで行われた。
実施例26f:R−乳酸ブチルの精製−ステップ2
R−乳酸ブチル及びS,S−ラクチル乳酸ブチルは、次いで、還流調節器付真空スチルヘッド及びリボイラーを備え、微加熱された20理論段数の1インチオールダーショーカラムを用いて、分離された。カラムには、ペリスタポンプを介して、10段目で供給された。蒸留は、35mbaraの圧力で、リボイラー温度150℃、カラムヒートトレーシング110℃及び供給速度1〜4ml/minの間で行われた。
R−乳酸ブチル及びS,S−ラクチル乳酸ブチルは、次いで、還流調節器付真空スチルヘッド及びリボイラーを備え、微加熱された20理論段数の1インチオールダーショーカラムを用いて、分離された。カラムには、ペリスタポンプを介して、10段目で供給された。蒸留は、35mbaraの圧力で、リボイラー温度150℃、カラムヒートトレーシング110℃及び供給速度1〜4ml/minの間で行われた。
実施例26g:R−乳酸ブチルのR−乳酸への加水分解
R−乳酸ブチル(104g、0.71mol)、脱イオン水(500g)及びアンバーリスト(Amberlyst)15樹脂(2.5g)を、還流冷却器及びディーンアンドスタークテークオフトラップ(Dean and Stark take-off trap)を備えた1リットルのフラスコに加えた。混合物を加熱還流し、有機分画をディーンアンドスタークテークオフトラップを介して除去し、水をフラスコに戻した。反応は、トラップ中に有機物が収集されなくなったときに、完結したとみなされた。生成物は、水88.8重量%、R−乳酸11.0重量%及びn−ブタノール0.2重量%と分析された。
R−乳酸ブチル(104g、0.71mol)、脱イオン水(500g)及びアンバーリスト(Amberlyst)15樹脂(2.5g)を、還流冷却器及びディーンアンドスタークテークオフトラップ(Dean and Stark take-off trap)を備えた1リットルのフラスコに加えた。混合物を加熱還流し、有機分画をディーンアンドスタークテークオフトラップを介して除去し、水をフラスコに戻した。反応は、トラップ中に有機物が収集されなくなったときに、完結したとみなされた。生成物は、水88.8重量%、R−乳酸11.0重量%及びn−ブタノール0.2重量%と分析された。
Claims (20)
- 出発化合物を三級アミン立体異性化触媒に接触せしめる請求項1に記載の方法。
- 出発物質が、オリゴマーS−乳酸、S−乳酸又はその塩、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステル及び/又はS−乳酸アルキルエステルを含み、中間体が下記ステップにより製造される:
(i)出発物質を立体異性化条件に供し;そして、
(ii)ステップ(i)の生成物の少なくとも一部を中間体に変換する、請求項1又は請求項2に記載の方法。 - 出発化合物がオリゴマーS−乳酸を含み、そのオリゴマーS−乳酸は、S−乳酸から調製され、そして、ステップ(i)が、そのオリゴマーS−乳酸を、約100℃〜約200℃の温度で、三級アミン立体異性化触媒と接触させて、オリゴマー乳酸を生成することを含む、請求項3に記載の方法。
- ステップ(ii)が、金属の酸化物、アルコキシド又はカルボン酸塩を含むルイス酸触媒の存在下に、約160〜約240℃の温度で加熱して、オリゴマー乳酸の少なくとも一部をR,R−及びS,S−ラクチドへと変換することを含む、請求項4に記載の方法。
- 三級アミンを回収し、本方法に再利用する請求項2〜5のいずれか1項に記載の方法。
- R,S−ラクチドからR,R−及びS,S−ラクチドを分離し、そしてR,S−ラクチドを本方法に再利用する前記のいずれかの請求項に記載の方法。
- アルキルアルコールが、C2〜C8のアルキルアルコールである前記のいずれかの請求項に記載の方法。
- 酵素が、リパーゼである前記のいずれかの請求項に記載の方法。
- 酵素が、カンジダ・アンタクチカのリパーゼBである請求項9に記載の方法。
- R−乳酸アルキルエステルが、S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルから、蒸留によって分離される前記のいずれかの請求項に記載の方法。
- S,S−ラクチル乳酸アルキルエステルが、回収され、任意に本方法に再利用される請求項11に記載の方法。
- アルキルアルコールが、回収され、本方法に再利用される前記のいずれかの請求項に記載の方法。
- 前記のいずれかの請求項に記載の方法によって、R−乳酸アルキルエステルを調製すること、及びそのR−乳酸アルキルエステルをR−乳酸に変換することを含むR−乳酸の製造方法。
- 請求項1〜13のいずれかの請求項に記載の方法によって、R−乳酸アルキルエステルを調製すること又は請求項14に記載の方法によって、R−乳酸を調製すること、及びそのR−乳酸アルキルエステル又はR−乳酸をオリゴマーR−乳酸に変換することを含むオリゴマーR−乳酸の製造方法。
- 請求項1〜13のいずれかの請求項に記載の方法によって、R−乳酸アルキルエステルを調製すること、請求項14に記載の方法によって、R−乳酸を調製すること又は請求項15に記載の方法によって、オリゴマーR−乳酸を調製すること、及びそのR−乳酸アルキルエステル、R−乳酸又はオリゴマーR−乳酸をR,R−ラクチドに変換することを含むR,R−ラクチドの製造方法。
- 請求項16に記載の方法によって、R,R−ラクチドを調製すること、及びそのR,R−ラクチドをポリR−乳酸に変換することを含むポリR−乳酸の製造方法。
- 請求項17に記載の方法によって、ポリR−乳酸を調製し、そのポリR−乳酸をポリS−乳酸と合わせて、ステレオコンプレックス型乳酸を調製するステレオコンプレックス型乳酸の製造方法。
- R−乳酸アルキルエステルが、回収され、任意に本方法に再利用される請求項19に記載の方法。
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