專(zhuān)利名稱(chēng)：乳酸酯的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及收率優(yōu)異的乳酸酯的制造方法，特別涉及使用含有乳酸或乳酸鹽的乳酸發(fā)酵液有效率地制造乳酸酯的方法。
背景技術(shù)：
乳酸是作為食品添加劑被用于清酒、清涼飲料、咸菜、醬油、面包或啤酒等的制造中，另外，作為工業(yè)用被用于皮革、纖維、塑料、藥品或農(nóng)藥等制造中的有用的化合物。最近，作為乳酸的衍生物或合成中間體的乳酸乙酯或乳酸丁酯等酯類(lèi)作為安全性高的溶劑或洗滌劑，其用途變寬。特別是，作為藥品、農(nóng)藥的原料被利用時(shí)，具有高光學(xué)活性的高純度乳酸或其酯體成為必要，正借助乳酸發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)。
作為這種乳酸酯的制造方法，公開(kāi)了使用乳酸發(fā)酵液，伴隨著乳酸菌發(fā)酵的進(jìn)行，利用氨等中和降低的pH，同時(shí)進(jìn)行發(fā)酵，所得乳酸鹽以硫酸酸性轉(zhuǎn)化成乳酸，利用異丙醇等溶劑提取的方法。提取出的乳酸使用甲醇酯化(日本專(zhuān)利特開(kāi)昭58-56690號(hào)公報(bào))。
另外，還有在酯化乳酸的同時(shí)將含有酯化物的氣體混合物部分凝結(jié)，接著通過(guò)真空蒸餾濃縮乳酸酯，并對(duì)濃縮的粗制乳酸酯實(shí)施第二次蒸餾的方法(日本專(zhuān)利特開(kāi)昭58-189138號(hào)公報(bào))。該方法是鑒于如果使用乳酸水溶液制造酯化物，則酯化物在水的存在下容易分解這一點(diǎn)上，對(duì)酯化物進(jìn)行再次酯化反應(yīng)的方法。
另外，還有利用氨調(diào)整乳酸發(fā)酵時(shí)的培養(yǎng)基的pH，在含有通過(guò)該發(fā)酵所得乳酸銨的乳酸發(fā)酵液中加入碳原子數(shù)4或5的醇，加熱進(jìn)行酯化，制造對(duì)應(yīng)的乳酸酯的方法(日本專(zhuān)利特開(kāi)平6-311886號(hào)公報(bào))。在日本專(zhuān)利特開(kāi)平6-311886號(hào)公報(bào)中，在通過(guò)酯化反應(yīng)得到的溶液中添加無(wú)機(jī)酸作為酯化促進(jìn)劑，在酸性下進(jìn)行加熱和脫水，促進(jìn)并完成該乳酸和該醇的酯化。另外，使用碳原子數(shù)4或5的醇的原因是，在將該醇作為酯化原料使用的同時(shí)，還作為共沸脫水劑發(fā)揮作用。所得酯化反應(yīng)液幾乎不含水，含有剩余的醇、該醇的乳酸酯、氨的無(wú)機(jī)酸鹽、乳酸菌等微生物、其他雜質(zhì)，由于銨鹽、高分子的雜質(zhì)或乳酸菌等作為漿液存在，因此進(jìn)行間歇式或連續(xù)式的蒸餾工序，分離乳酸酯和醇。

發(fā)明內(nèi)容
乳酸酯作為其自身使用或者水解后作為乳酸使用。用途也涉及食品添加劑、工業(yè)用、藥品、農(nóng)藥等多個(gè)分支，而且作為聚合物的聚乳酸還是作為生物可降解性聚合物而被期待的化合物。因此，乳酸酯的收率和制造效率的提高是極為重要的問(wèn)題。另外，由于乳酸是光學(xué)活性的化合物，因此也強(qiáng)烈希望開(kāi)發(fā)出光學(xué)活性高的乳酸酯的制造方法。
在這種情況下，本發(fā)明提供乳酸酯的更有效率的制造方法。
本發(fā)明人等對(duì)乳酸酯的制造方法進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)含有乳酸或乳酸鹽和醇的反應(yīng)液進(jìn)行酯化，在酯化率為60～90％時(shí)暫時(shí)中斷，將所含的乳酸酯和醇分離，在殘液中添加醇再次進(jìn)行酯化時(shí)，通過(guò)第一次酯化和第二次酯化得到的乳酸酯總計(jì)酯化率超過(guò)90％，與單次得到乳酸酯的情況相比，收率高、而且酰胺化物等副產(chǎn)物量極其減少、純度提高，進(jìn)而完成了本發(fā)明。本發(fā)明可以以連續(xù)式也可以以間歇式進(jìn)行，還能夠縮短酯化時(shí)間，提高光學(xué)純度。
進(jìn)而，在研究酯化條件時(shí)還發(fā)現(xiàn)，將氨中和乳酸發(fā)酵液作為乳酸原料時(shí)，如果按照乳酰胺生成率0～6.0％進(jìn)行加熱，則能夠簡(jiǎn)便地制造光學(xué)純度高、收率高的乳酸酯。
即，本發(fā)明提供一種乳酸酯的制造方法，該方法是醇與乳酸和/或乳酸鹽的酯化物的制造方法，包括對(duì)含有醇與乳酸和/或乳酸鹽的反應(yīng)液進(jìn)行酯化直至酯化率達(dá)到60～90％的工序、分餾該反應(yīng)液中所含乳酸酯的工序、以及在蒸餾殘余物中添加醇再次進(jìn)行酯化的工序。
另外，本發(fā)明是一種光學(xué)純度95～100％ee的乳酸酯的制造方法，其特征在于，在乳酰胺生成率為0～6.0％范圍內(nèi)，使氨中和乳酸發(fā)酵液與醇進(jìn)行酯化。
通過(guò)本發(fā)明能夠以簡(jiǎn)便的方法制造收率高的乳酸酯。而且，由于酯化條件溫和，因此能量效率優(yōu)異。另外，通過(guò)本發(fā)明，由于是在溫和的酯化條件下進(jìn)行反應(yīng)，因此能夠得到光學(xué)純度高的乳酸酯。
本發(fā)明由于能夠?qū)⑷樗岚l(fā)酵液作為原料物質(zhì)，因此在通過(guò)乳酸發(fā)酵得到乳酸后制造酯化物時(shí)，尤其能夠有效地操作。


圖1是表示以連續(xù)式制造本發(fā)明乳酸酯的裝置的圖。
圖2是表示以間歇式制造本發(fā)明乳酸酯的裝置的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的第一發(fā)明是一種乳酸酯的制造方法，該方法是醇與乳酸和/或乳酸鹽的酯化物的制造方法，包括對(duì)含有醇與乳酸和/或乳酸鹽的反應(yīng)液進(jìn)行酯化直至酯化率達(dá)到60～90％的工序、分餾該反應(yīng)液中所含乳酸酯的工序、以及在蒸餾殘余物中添加醇再次進(jìn)行酯化的工序。
在本發(fā)明中使用的乳酸可以是通過(guò)任何方法制得的乳酸，可以使用兩分子乳酸結(jié)合而成的丙交酯經(jīng)水解而制造的物質(zhì)、化學(xué)合成的乳酸、或者通過(guò)利用乳酸發(fā)酵菌的生物學(xué)制造方法制作的乳酸等通過(guò)任意方法得到的乳酸。如果使用利用乳酸發(fā)酵菌制造的乳酸，則能夠得到光學(xué)活性?xún)?yōu)異的乳酸酯，因此特別優(yōu)選。
作為乳酸鹽，只要是在酯化時(shí)不阻礙鹽從乳酸上脫離并進(jìn)行酯化的就可以，可以使用任何乳酸鹽。作為這種乳酸鹽可以舉出與鈣離子、銨離子、和胺類(lèi)的鹽。含有乳酸鹽是由于考慮到了通過(guò)中和等的乳酸制造工序的處理，最終制品成為乳酸鹽的情況。
本發(fā)明中，乳酸或乳酸鹽(以下僅稱(chēng)為乳酸(鹽))可以以水溶液供給。使用這種乳酸(鹽)水溶液時(shí)，以乳酸換算優(yōu)選含有30～85質(zhì)量％、更優(yōu)選45～75質(zhì)量％、特別優(yōu)選50～70質(zhì)量％的乳酸(鹽)。另外，乳酸含量不在上述范圍內(nèi)時(shí)，還可以濃縮乳酸或乳酸鹽、或者將按照上述濃度進(jìn)行稀釋的溶液用作乳酸(鹽)水溶液。本發(fā)明中，可以使用乳酸發(fā)酵液作為這種乳酸(鹽)水溶液。并且，該乳酸發(fā)酵液是利用乳酸發(fā)酵菌生物學(xué)地制造乳酸時(shí)的含有乳酸的發(fā)酵液。由于pH隨著乳酸發(fā)酵的進(jìn)行而降低，因此通常通過(guò)添加堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，同時(shí)進(jìn)行發(fā)酵，優(yōu)選使用氨作為這種堿性物質(zhì)使用。本發(fā)明中，將這種乳酸發(fā)酵液稱(chēng)為“氨中和乳酸發(fā)酵液”。進(jìn)行氨中和時(shí)，還可以在酯化的同時(shí)分餾回收游離的氨。作為這種氨中和乳酸發(fā)酵液，例如可以通過(guò)日本專(zhuān)利特開(kāi)昭58-56690號(hào)公報(bào)、日本專(zhuān)利特開(kāi)平6-311886號(hào)公報(bào)記載的方法調(diào)制。
作為酯化中使用的醇，特別優(yōu)選使用碳原子數(shù)4～6的醇。作為這種醇可以使用例如正丁醇、異丁醇、叔丁醇、正戊醇(n-amylalcohol)、仲戊醇、叔戊醇、異戊醇、仲異戊醇、旋性戊醇、二乙基甲醇、叔丁基甲醇、正戊醇(n-pentyl alcohol)等，更優(yōu)選為正丁醇。由于正丁醇與水共沸，因此在將該共沸組合物適當(dāng)冷卻收集后，將正丁醇與水進(jìn)行2相分離，就能夠?qū)⒄〈荚俅斡糜邗セ磻?yīng)體系，很節(jié)約。另外，碳原子數(shù)超過(guò)6的醇時(shí)，酯化產(chǎn)生的氨的游離是可能的，但由于所生成的乳酸酯沸點(diǎn)高，因此之后的通過(guò)乳酸酯蒸餾進(jìn)行的精制往往變得困難。特別是碳原子數(shù)1～3的醇，由于與水的相分離不充分，因此往往不能效率良好地工作。
本發(fā)明中，考慮到反應(yīng)效率等，乳酸(鹽)水溶液和該醇的混合比，相對(duì)于乳酸(鹽)優(yōu)選為0.3～100摩爾倍、更優(yōu)選為1～10摩爾倍、特別優(yōu)選3～6摩爾倍。低于0.3摩爾倍，則有乳酸二聚體變多、反應(yīng)不進(jìn)行的情況。相反，如果超過(guò)100摩爾倍，則將反應(yīng)液的溫度升至酯化溫度需要很長(zhǎng)時(shí)間，其后的溫度控制也變困難。以下，作為本發(fā)明實(shí)施方式的一例，對(duì)使用圖1所示連續(xù)式乳酸酯制造裝置、使用氨中和乳酸發(fā)酵液和正丁醇制造乳酸酯的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖1所示裝置101中，第一反應(yīng)器103、薄膜蒸餾器104、第二反應(yīng)器105和薄膜蒸餾器106分別以配管108、109和110相連接。
首先，在該第一反應(yīng)器103中，從配管107添加氨中和乳酸發(fā)酵液、從配管116添加正丁醇作反應(yīng)液，在安裝在該第一反應(yīng)器103中的攪拌槳的攪拌下加熱，進(jìn)行酯化反應(yīng)。在配設(shè)于第一反應(yīng)器103的上部的蒸餾塔114，在其更上部以配管118連接有冷卻器117，正丁醇或、與正丁醇的共沸組合物、乳酸酯在冷卻器117中被收集，在該冷卻器117下方的二液相分離罐119中分離成水相和丁醇相。上相成分的正丁醇(含有乳酸酯和少量水)通過(guò)配管122回流到蒸餾塔114上部，下相成分的水(含有少量正丁醇和氨)隨時(shí)通過(guò)配管121被抽出、回收到水回收槽中。另外，通過(guò)了蒸餾塔114的大部分氨氣都在冷卻器117中被收集，剩余的氨經(jīng)由配管120被冰冷水式的氨吸收器收集。
酯化條件根據(jù)所用醇的種類(lèi)等而改變，蒸餾塔塔頂部壓力是常壓即可。反應(yīng)溫度也根據(jù)所用醇而不同，通常在100～170℃、優(yōu)選在120～130℃的范圍下進(jìn)行。該溫度小于100℃時(shí)，存在無(wú)法得到滿(mǎn)足工業(yè)上的反應(yīng)速度的情況。該溫度超過(guò)170℃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)乳酸部分外消旋化、2分子醇形成對(duì)應(yīng)的醚等現(xiàn)象。
另外，乳酸銨和正丁醇的酯化中，溫度為100～170℃、更優(yōu)選為110～150℃、特別優(yōu)選為120～130℃。該范圍內(nèi)，乳酸銨的反應(yīng)率高且乳酸酯的收率也高。此時(shí)，優(yōu)選僅加熱氨中和乳酸發(fā)酵液，向其中添加醇的同時(shí)使其反應(yīng)。如果像這樣在后添加醇，則能夠縮短反應(yīng)時(shí)間。例如，以乳酸銨的3摩爾倍投入沸點(diǎn)117.7℃的正丁醇的情況作為示例，達(dá)到正丁醇與水的共沸點(diǎn)92.3℃以上后，伴隨著脫水化和酯化反應(yīng)的進(jìn)行，溫度上升，因此對(duì)于酯化達(dá)到平衡狀態(tài)、酯化溫度達(dá)到恒定需要較長(zhǎng)時(shí)間。但是如果僅加熱氨中和乳酸發(fā)酵液，則由于鹽的效果，伴隨著濃縮而超過(guò)水的沸點(diǎn)達(dá)到107℃左右，因此能夠在短時(shí)間內(nèi)提高液體溫度。因此，如果在其后添加醇，則能夠在迅速控制到目標(biāo)反應(yīng)溫度的同時(shí)，縮短酯化反應(yīng)時(shí)間來(lái)制造乳酸酯。
本發(fā)明中，上述酯化按照反應(yīng)器103內(nèi)乳酸的酯化率達(dá)到60～90％、優(yōu)選65～90％、特別優(yōu)選70～90％進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)移到下個(gè)工序。如果酯化率超過(guò)90％，則高溫狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，因此往往光學(xué)活性降低。另一方面，如果酯化率小于60％，則生成率降低，不利。
酯化率為60～90％的反應(yīng)液通過(guò)配管108被供給至薄膜蒸餾器104中，在此處，將乳酸酯和醇從塔頂蒸餾出去。在進(jìn)行第二次酯化之前從反應(yīng)液中分離乳酸酯是為了防止光學(xué)活性的降低、并且提高酯化反應(yīng)速度。
蒸餾塔塔頂部壓力可以通過(guò)精餾的乳酸酯種類(lèi)而適當(dāng)選擇，通常優(yōu)選為0.67～13.33kPa、特別優(yōu)選為1.33～2.67kPa。如果高于13kPa，則乳酸酯、醇和水的蒸餾不充分。另一方面，即使小于0.67kPa，對(duì)蒸餾效果的影響也很小。乳酸丁酯的情況下，塔頂壓力為0.67～13kPa、塔頂溫度為61～125℃。將此時(shí)蒸餾出來(lái)的乳酸丁酯稱(chēng)為第一乳酸酯(A)。
將蒸餾殘余物通過(guò)配管109導(dǎo)入到第二反應(yīng)器105中，進(jìn)行再次酯化。在回避對(duì)所生成的乳酸酯進(jìn)行熱處理的同時(shí)，再在蒸餾殘余物中添加醇來(lái)發(fā)生反應(yīng)，由此能夠有效地分解乳酰胺，提高乳酸酯的收率，確保整體的光學(xué)純度。
該殘余部分中含有來(lái)自乳酸發(fā)酵液的糖、淀粉、焦油狀物質(zhì)、低聚乳酸、糖乳酸酯、乳酰胺、丙交酯、乳酸聚合物、乳酸(鹽)、水、醇、乳酸酯等。通過(guò)配管116’向其中供給正丁醇。在上述蒸餾殘余物中添加的醇量根據(jù)上述蒸餾殘余物中所含乳酸量為基準(zhǔn)進(jìn)行換算。乳酸或乳酸鹽通過(guò)與醇的反應(yīng)生成乳酸酯，但乳酰胺、丙交酯和低聚乳酸、乳酸聚合物等也分解成乳酸，成為乳酸酯。本申請(qǐng)中，在添加到蒸餾殘余物中的醇量的換算中，能夠轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岬幕衔镆矊⑺樗釗Q算成一單位而算出。例如，1摩爾乳酸和3分子乳酸聚合而成的低聚乳酸作為4摩爾乳酸。優(yōu)選相對(duì)于蒸餾殘余物中所含乳酸添加0.3～100摩爾倍、更優(yōu)選為0.5～80摩爾倍的醇。如果小于0.3摩爾倍，則酯化反應(yīng)變慢；另一方面，如果超過(guò)100摩爾倍，則往往酯化效率降低。
在第二反應(yīng)器105中的反應(yīng)條件，根據(jù)所用醇的種類(lèi)等改變，為100～150℃、更優(yōu)選為120～150℃。
伴隨酯化的進(jìn)行，產(chǎn)生副產(chǎn)物水，伴隨著該副產(chǎn)物水的蒸餾，醇也共沸蒸餾出去，但最好將該醇和水分離后將該醇回流到第二反應(yīng)器中。由此，能夠有效地再利用該醇，在經(jīng)濟(jì)上也優(yōu)異。
另外，本發(fā)明中，還可以在酯化反應(yīng)時(shí)，向反應(yīng)液中添加無(wú)機(jī)酸而在酸性下加熱，促進(jìn)該乳酸和該醇的酯化。酯化反應(yīng)中，一部分乳酸往往自身縮合，成為乳酸酯生成率降低的原因。因此，添加生成的乳酸的0.005～0.8摩爾倍、優(yōu)選為0.01～0.2摩爾倍的無(wú)機(jī)酸作為酸催化劑。通過(guò)添加酸催化劑，丙交酯、低聚乳酸、乳酸聚合物水解成為乳酸，提高乳酸酯的收率。此時(shí)，如果在減壓下進(jìn)行加熱脫水，則能夠降低溫度，可抑制生成醚等副反應(yīng)。另外，作為酸催化劑的無(wú)機(jī)酸的添加量的上限沒(méi)有特別限制，通常是生成的乳酸的0.2倍當(dāng)量以下的無(wú)機(jī)酸就足夠。另外，作為酸催化劑使用的無(wú)機(jī)酸有硫酸。這種無(wú)機(jī)酸的添加，可以添加到第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器中的任何一個(gè)中，但在本發(fā)明中，優(yōu)選在第二反應(yīng)器及其以后添加。其原因在于，第一反應(yīng)器中由于將酯化率控制在60～90％，因此無(wú)機(jī)酸的添加意義小。另外，在第二反應(yīng)容器中添加無(wú)機(jī)酸時(shí)，例如可以通過(guò)配管125進(jìn)行添加。如果在安裝在該第二反應(yīng)器105中的攪拌槳的攪拌下在120～130℃范圍下持續(xù)加熱，則酯化被促進(jìn)。另外，由該加熱反應(yīng)產(chǎn)生的水與正丁醇的共沸組合物，經(jīng)過(guò)該第二反應(yīng)器105的上方的蒸餾塔123在被該蒸餾塔123塔頂上方的冷卻器126中被收集、在該冷卻器126的下方的二液相分離罐128中分離成水相和丁醇相。上相成分正丁醇(含有少量水)通過(guò)配管131回流到蒸餾塔123上部，下相成分水(含有少量正丁醇)隨時(shí)通過(guò)配管132被抽出、回收到水回收槽中。另外，極微量的氨氣由排氣筒130通到處理裝置并被處理。
第二反應(yīng)器的酯化率沒(méi)有特別限制，優(yōu)選為被導(dǎo)入到第二反應(yīng)器的乳酸的40～95％，更優(yōu)選為50～80％。
最后，通過(guò)配管110將上述第二反應(yīng)器105內(nèi)的反應(yīng)液送至薄膜蒸餾裝置106。該裝置106內(nèi)在100～150℃、1.33～6.66kPa下，將該反應(yīng)液保持在平衡狀態(tài)下分離成液相和氣相，液相成分的酸性硫酸銨等其他殘余物通過(guò)配管134回收到殘?jiān)厥詹壑?，氣相成分的乳酸丁酯和正丁醇通過(guò)配管133收集到乳酸丁酯回收塔中。將此時(shí)得到的乳酸丁酯稱(chēng)為第二乳酸酯(B)。
根據(jù)本發(fā)明的乳酸酯的制造方法，合并上述第一乳酸酯(A)和第二乳酸酯(B)得到的乳酸酯，其酰胺化物等副產(chǎn)物的生成率低至例如0～6.0％，收率高、且光學(xué)活性也高。
另外，圖1是使用連續(xù)裝置的方式，但也可以以間歇式進(jìn)行各工序。另外，在圖1所示的方法中，需要從含有乳酸酯的反應(yīng)液中分取乳酸酯的裝置，但也可以在將上述反應(yīng)液酯化至酯化率達(dá)到60～90％的工序后，進(jìn)行使用同一反應(yīng)器分餾該反應(yīng)液中所含乳酸酯的工序。
另外，還可以同時(shí)進(jìn)行將上述反應(yīng)液酯化至酯化率達(dá)到60～90％的工序和將該反應(yīng)液中所含乳酸酯和醇蒸餾出來(lái)的工序。通過(guò)該方法，能夠使用同一原料、以更簡(jiǎn)便的裝置制造乳酸酯。參照?qǐng)D2對(duì)這種方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在反應(yīng)器203中添加氨中和乳酸溶液(乳酸含量30～85質(zhì)量％)和3～7倍摩爾的正丁醇作反應(yīng)液，在安裝在該反應(yīng)器203中的攪拌槳的攪拌下加熱進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)溫度在進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí)為100～170℃、更優(yōu)選為120～130℃，壓力為40.00～101.30kPa、更優(yōu)選為93.33～101.30kPa。與水共沸的正丁醇、酯化反應(yīng)用的醇、乳酸酯在位于反應(yīng)器203上方的蒸餾塔204塔頂上方的冷卻器206中被收集，在冷卻器206下方的二相分離器207中分離成水相和丁醇相，上相成分丁醇(含有乳酸酯和少量水)通過(guò)配管210回流到蒸餾塔204的塔頂，下相成分水(含有少量正丁醇)隨時(shí)通過(guò)配管211被抽出，回收到水回收槽中。未被收集的氨氣可以從配管209放出，利用氨回收裝置進(jìn)行回收。其后，在反應(yīng)液的酯化率最終達(dá)到60～90％的階段，按照反應(yīng)液溫度達(dá)到100～170℃、更優(yōu)選為130～150℃將反應(yīng)裝置減壓至1.33～13.33kPa。由此，能夠?qū)⒎磻?yīng)液中所含有的乳酸酯和醇從反應(yīng)液中分餾出來(lái)。在溫度上升的同時(shí)，關(guān)閉設(shè)于配管210上的閥210’，停止二相分離器207的上相的回流，乳酸酯和醇從蒸餾塔204到達(dá)冷卻器206，冷卻后被導(dǎo)入到二相分離器207中。乳酸酯可以經(jīng)由配管211回收。另外，此分餾操作時(shí)酯化反應(yīng)也在進(jìn)行中。
接著，添加1～10摩爾倍、更優(yōu)選為2～5摩爾倍于反應(yīng)器203中殘留的蒸餾殘余物中所含乳酸的醇，進(jìn)行再次酯化。另外，所添加的醇量與上述相同，可轉(zhuǎn)變成乳酸的化合物也將所含乳酸換算成一單位而求出。在反應(yīng)溫度100～170℃、更優(yōu)選為120～150℃，壓力40.00～101.3kPa、更優(yōu)選為93.33～101.30kPa下反應(yīng)。第二次酯化可以與第一次酯化同樣進(jìn)行。但是，酯化率并不限定在60～90％。第二次酯化中，與第一發(fā)明同樣，可以從配管211回收乳酸酯，也可以不分離乳酸酯而包含在反應(yīng)液中。從反應(yīng)液中過(guò)濾除去固體成份而得到的濾液中含有乳酸酯和醇。將第一酯化中得到的乳酸酯和第二次酯化中得到的乳酸酯合并，進(jìn)行蒸餾，就能夠精制乳酸酯。根據(jù)本發(fā)明的乳酸酯的制造方法，即使酯化反應(yīng)時(shí)間相同也能夠在將光學(xué)活性維持在高值的狀態(tài)下降低酰胺生成率。另外，還能夠縮短酯化時(shí)間、降低酰胺生成率、以及提高光學(xué)活性和收率。
本發(fā)明的第二發(fā)明是一種光學(xué)純度95～100％ee的乳酸酯的制造方法，其特征在于，使氨中和乳酸發(fā)酵液與醇在乳酰胺生成率為0～6.0％的范圍內(nèi)進(jìn)行酯化。如果將氨中和乳酸發(fā)酵液作為乳酸原料進(jìn)行酯化，則由于乳酸作為乳酸銨鹽存在，因此須要從乳酸銨鹽中脫離氨后進(jìn)行酯化。如果該脫氨率低，則酯化率不會(huì)上升。另外，乳酸和氨反應(yīng)產(chǎn)生乳酰胺等酰胺化物。本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，脫氨率和酯化率之間呈正相關(guān)，以及酰胺生成率和脫氨率之間呈逆相關(guān)關(guān)系，如果在酯化時(shí)將酰胺生成率限定在規(guī)定范圍內(nèi)，則能夠制造脫氨率和酯化率優(yōu)異、光學(xué)純度為95～100％ee的乳酸酯。
本發(fā)明中，在氨中和乳酸溶液與醇的酯化中，酰胺生成率優(yōu)選為0～6.0％、更優(yōu)選為0～5.0％。若超過(guò)6.0％，則收率降低、另外光學(xué)活性下降。
作為這種將乳酰胺生成率控制在0～6.0％的范圍內(nèi)進(jìn)行酯化的方法，例如有制造上述第一乳酸酯的方法。此時(shí)，雖然酯化率沒(méi)有限定，但與上述第一乳酸酯制造方法相同，如果是在酯化率達(dá)到60～90％時(shí)暫時(shí)中斷，分離所生成的乳酸酯之后，在未反應(yīng)的乳酸中添加醇再次進(jìn)行酯化的方法，就能夠縮短用于酯化的加熱時(shí)間，而且能夠得到高純度的乳酸酯，因此優(yōu)選。
另外，上述第一和第二方法中，通過(guò)在蒸餾殘余物中再次添加醇來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，能夠分解乳酰胺，降低最終的酰胺生成率。
根據(jù)第二發(fā)明，能夠抑制外消旋化，可制造光學(xué)活性95～100％ee、更優(yōu)選為98～100％ee的乳酸酯。
本發(fā)明的第三發(fā)明是一種乳酸的制造方法，其特征在于，對(duì)通過(guò)上述任何一個(gè)方法制造的乳酸酯進(jìn)行水解。本發(fā)明的乳酸的制造方法是使用通常的酸催化劑將通過(guò)上述乳酸酯制造方法制得的乳酸酯進(jìn)行水解而完成的方法。通過(guò)該方法，能夠?qū)?gòu)成乳酸酯的醇除去，能夠得到被高度精制的乳酸。作為上述酸催化劑可以使用離子交換樹(shù)脂、無(wú)機(jī)酸等。另外，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的乳酸酯的制造方法，由于光學(xué)活性高，因此將其水解而得到的乳酸也能夠維持很高的光學(xué)活性。
實(shí)施例以下，舉出實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明，但這些實(shí)施例并不限定本發(fā)明。另外，以下實(shí)施例中發(fā)酵液中的乳酸的定量全部是通過(guò)高效液相色譜法(紫外線(xiàn)吸收檢測(cè)器)進(jìn)行的。同樣，反應(yīng)液中的乳酸丁酯的分析以氣相色譜法進(jìn)行，氨的分析通過(guò)滴定進(jìn)行。
(比較例1)在圖2所示的酯反應(yīng)器203中加入500g乳酸70質(zhì)量％的氨中和乳酸發(fā)酵液的濃縮液和1440g正丁醇(乳酸的5倍摩爾)作為反應(yīng)液，在安裝在該反應(yīng)器203中的攪拌槳的攪拌下加熱使之其反應(yīng)。此時(shí)的加熱溫度(油浴202的油浴溫度)為140～170℃范圍。通過(guò)加熱，與水共沸的正丁醇在位于反應(yīng)器203上方的蒸餾塔204塔頂上方的冷卻器206中被收集，在冷卻器206下方的二相分離器207中分離成水相和丁醇相，上相成分丁醇(含有少量水)通過(guò)配管210回流到蒸餾塔204的塔頂，下相成分水(含有少量正丁醇)隨時(shí)通過(guò)配管211被抽出，回收至水回收槽中。另外，蒸發(fā)的氨氣多數(shù)溶解于在冷卻器206中產(chǎn)生的濃縮液中，剩余的使用氨吸收器(硫酸酸性的冷水)收集。
反應(yīng)器203內(nèi)的反應(yīng)溫度在123～128℃下大致固定。維持該狀態(tài)持續(xù)進(jìn)行18小時(shí)的酯化時(shí)，反應(yīng)液中的乳酸的酯化率達(dá)到85％。以下，表1中給出了各實(shí)施例和比較例的反應(yīng)條件、酯化率、脫氨率、酰胺生成率、光學(xué)純度。
(實(shí)施例1)除了酯化時(shí)間為8小時(shí)之外，與比較例1同樣操作，得到乳酸的酯化率為69％的反應(yīng)液。接著，將該反應(yīng)液中所含乳酸酯與醇在溫度130～150℃、壓力1.33～101.30kPa下分餾，直至液溫達(dá)到150℃、壓力達(dá)到1.33kPa。反應(yīng)器內(nèi)的蒸餾殘余物為156g。
在該蒸餾殘余物中添加156g醇，在溫度125～135℃、大氣壓下進(jìn)行10小時(shí)的酯化。在實(shí)施例1中得到的乳酸酯的最終酯化率為94％。另外，此時(shí)添加到蒸餾殘余物中的醇量為蒸餾殘余物中所含乳酸的1.8摩爾倍。
(實(shí)施例2)除了酯化時(shí)間為12小時(shí)之外，與比較例1同樣操作，得到乳酸的酯化率為80％的反應(yīng)液。接著，將該反應(yīng)液中所含乳酸酯與醇在溫度130～150℃、壓力1.33～101.30kPa下，以液溫達(dá)到150℃、壓力達(dá)到1.33kPa的條件蒸餾。反應(yīng)器內(nèi)的蒸餾殘余物為114g。
在該蒸餾殘余物中添加114g醇，在溫度125～135℃、大氣壓下進(jìn)行6小時(shí)的酯化。在實(shí)施例1中得到的乳酸酯的最終酯化率為92％。另外，此時(shí)添加到蒸餾殘余物中的醇量為蒸餾殘余物中所含乳酸的2.0摩爾倍。
(比較例2)除了酯化時(shí)間為32小時(shí)之外，與比較例1同樣操作，得到乳酸的酯化率為93％的反應(yīng)液。
(實(shí)施例3)除了酯化時(shí)間為24小時(shí)之外，與比較例1同樣操作，得到乳酸的酯化率為90％的反應(yīng)液。接著，將該反應(yīng)液中所含乳酸酯與醇在溫度130～150℃、壓力1.33～101.30kPa下，以液溫達(dá)到150℃、壓力達(dá)到1.33kPa的條件蒸餾。反應(yīng)器內(nèi)的蒸餾殘余物為76g。
在該蒸餾殘余物中添加76g醇，在溫度125～135℃、大氣壓下進(jìn)行8小時(shí)的酯化。在實(shí)施例1中得到的乳酸酯的最終酯化率為95％。另外，此時(shí)添加到蒸餾殘余物中的醇量為蒸餾殘余物中所含乳酸的1.6摩爾倍。
表1

(結(jié)果)(1)實(shí)施例1和實(shí)施例2中第一酯化時(shí)間和第二酯化時(shí)間總計(jì)的總酯化時(shí)間與比較例1相同為18小時(shí)，但未實(shí)施第二酯化的比較例1與實(shí)施例1、2相比，酰胺生成率高、且脫氨率低。認(rèn)為其原因是由于實(shí)施例1，2在進(jìn)行酯化時(shí)，脫氨工序迅速進(jìn)行且產(chǎn)生的氨被分離到體系外，以及酰胺的分解較比較例1更加有效率地進(jìn)行。另外，與比較例1相比，實(shí)施例1，2的酯化率提高，收率提高。另外，光學(xué)活性也較比較例1提高。
(2)實(shí)施例3中第一酯化時(shí)間和第二酯化時(shí)間總計(jì)的總酯化時(shí)間與比較例2相同為32小時(shí)，但未實(shí)施第二酯化的比較例2與實(shí)施例3相比，酰胺生成率高、且脫氨率低。另外，將比較例2和實(shí)施例2進(jìn)行比較，脫氨率、酯化率、酰胺生成率為同等程度的數(shù)值，但光學(xué)純度明顯下降。
(3)實(shí)施例3和比較例2雖然酯化時(shí)間同為32小時(shí)，但實(shí)施例3是在進(jìn)行酯化至酯化率達(dá)到90％的基礎(chǔ)上再實(shí)施第二酯化的例子，脫氨率和酯化率高于比較例2。但是，實(shí)施例3的這些數(shù)值與實(shí)施例1為同等程度。這表明，在酯化率為60～90％時(shí)暫時(shí)停止、分離乳酸酯后進(jìn)行第二酯化的方法，與進(jìn)行酯化至酯化率達(dá)到90％后再進(jìn)行第二酯化相比，尤其能夠有效率地抑制外消旋化。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，能夠以簡(jiǎn)便的裝置在短時(shí)間內(nèi)制造收率高的乳酸酯，所得乳酸酯光學(xué)純度也高，在產(chǎn)業(yè)上有用。
權(quán)利要求
1.一種乳酸酯的制造方法，該方法是醇與乳酸和/或乳酸鹽的酯化物的制造方法，包括對(duì)含有醇與乳酸和/或乳酸鹽的反應(yīng)液進(jìn)行酯化直至酯化率達(dá)到60～90％的工序、將該反應(yīng)液中所含乳酸酯和所述醇蒸餾出來(lái)的工序、以及在所得蒸餾殘余物中添加醇進(jìn)行再次酯化的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳酸酯的制造方法，其特征在于，所述反應(yīng)液含有醇與乳酸水溶液和/或乳酸鹽水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乳酸酯的制造方法，其特征在于，所述乳酸水溶液和/或乳酸鹽水溶液是氨中和乳酸發(fā)酵液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的乳酸酯的制造方法，其特征在于，所述醇為碳原子數(shù)4～6的醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的乳酸酯的制造方法，其特征在于，添加到所述蒸餾殘余物中的醇量是所述蒸餾殘余物中所含乳酸的0.3～100摩爾倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3～5中任一項(xiàng)所述的乳酸酯的制造方法，其特征在于，將所述反應(yīng)液中所含的氨與所生成的乳酸酯一起回收。
7.光學(xué)純度95～100％ee的乳酸酯的制造方法，其特征在于，在乳酰胺生成率為0～6.0％范圍內(nèi)，使氨中和乳酸發(fā)酵液與醇進(jìn)行酯化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的乳酸酯的制造方法，其特征在于，所述醇為碳原子數(shù)4～6的醇。
9.乳酸的制造方法，其特征在于，將根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的方法制造的乳酸酯水解。
全文摘要
本發(fā)明提供酰胺生成率低、光學(xué)活性高的乳酸酯的制造方法。一種乳酸酯的制造方法，該方法是醇與乳酸和/或乳酸鹽的酯化物的制造方法，包括對(duì)含有醇與乳酸和/或乳酸鹽的反應(yīng)液進(jìn)行酯化直至酯化率達(dá)到60～90％的工序、將該反應(yīng)液中所含乳酸酯和所述醇蒸餾出來(lái)的工序、以及在所得蒸餾殘余物中添加醇進(jìn)行再次酯化的工序。通過(guò)本發(fā)明，能夠收率高地在短時(shí)間內(nèi)制造光學(xué)活性高的乳酸酯。
文檔編號(hào)C07C67/08GK1930110SQ20058000816
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者渡邊崇, 植田浩之, 酒井康宣, 三浦重信 申請(qǐng)人:株式會(huì)社武藏野化學(xué)研究所