BRPI0708623B1

BRPI0708623B1 - método para preparar um complexo de amina orgânica/ácido lático

Info

Publication number: BRPI0708623B1
Application number: BRPI0708623A
Authority: BR
Inventors: Jan Van Krieken
Original assignee: Purac Biochem Bv
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2016-11-29
Also published as: JP2009529031A; WO2007102105A3; EP1991517A2; EP1991517B1; WO2007102105A2; ES2399134T3; BRPI0708623A2; JP5317058B2; CN101426755B; US20070212765A1; US7867736B2; CN101426755A

Abstract

método para preparar um complexo de amina orgânica/ácido lático. a presente invenção refere-se a um método para preparar um complexo de uma amina orgânica e de ácido lático em um reator, caracterizado pelo fato de que uma amina orgânica miscível em água é colocada em contato com lactato de magnésio, em um meio aquoso, no reator, para formar o complexo e hidróxido de magnésio precipitado, após o que o hidróxido de magnésio é separado do complexo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA PREPARAR UM COMPLEXO DE AMINA ORGÂNICA/ÁCIDO LÁTI-CO". A presente invenção refere-se a um método para preparar um complexo de uma amina orgânica e ácido lático em um reator. O ácido lático é um hidroxiácido usado principalmente na indústria alimentícia. Ele é usado também na indústria de polímeros para a preparação de ácido polilático, que é um polímero biodegradável. A maioria dos processos industriais para a preparação de ácido lático baseia-se na fermentação de carboidratos por microorganismos. Estes processos requerem o controle rigoroso da temperatura e do pH. Uma característica comum a todos os processos de fermentação é a necessidade de neutralizar os ácidos excretados pelos microorganismos no processo. Uma queda no pH abaixo de um valor crítico, dependendo do microorganismo usado no processo, poderia danificar o processo metabólico do microorganismo e levar o processo de fermentação a uma parada. Portanto, é prática comum adicionar Ca(OH)2 à reação de fermentação, e assim sendo, produzir lactato de cálcio. O uso de ácido sulfúrico para liberar ácido lático do lac-tato de cálcio gera subseqüentemente sulfato de cálcio como um rejeito sólido, que é atualmente descartado como gesso. Um aumento na produção de ácido lático gerará um aumento substancial no rejeito sólido, o que poderia eventualmente se tomar um ônus insuportável para o meio ambiente. Além disso, e apesar dos vários esquemas de separação desenvolvidos para processos de fermentação, a preparação de ácido lático de alta pureza ainda permanece sendo uma meta ilusória. Caso o produto desejado seja um sal lactato específico, com processos convencionais um sal lactato de cálcio resultante da fermentação com base em cálcio como agente neutralizador é preparado em primeiro lugar. Depois, o lactato de cálcio é convertido em ácido lático por meio da adição de ácido sulfúrico sob a formação de gesso, e subseqüentemente, o ácido lático é convertido no sal lactato desejado. Não é necessário mencionar que este processo para preparar o sal lactato é laborioso, moroso e resulta em um rejeito sólido indesejado na forma de gesso.

Um processo para a preparação de ácido lático sem a formação de gesso é conhecido através do documento η- EP 614983. Naquele processo, usa-se amônia como agente neutralizador, e assim sendo, forma-se lactato de amônio. Esse processo impede eficientemente a formação de gesso, mas tem a desvantagem de que o lactato de amônio formado é difícil de clivar termicamente para obter o ácido lático desejado, e por esta razão, é convertido em um éster com butanol, após o que o éster é convertido em ácido lático. É um propósito da presente invenção fornecer um processo aperfeiçoado para a produção de ácido lático e/ou sal lactato, sem formar gesso, e obtendo produtos que podem ser facilmente convertidos em ácido lático. É outro propósito da invenção fornecer um processo mais inofensivo para o meio ambiente, sem formar grandes quantidades de rejeito sólido, para a preparação de ácido lático e/ou sal lactato. É outro propósito da invenção fornecer um processo para a preparação de ácido lático e/ou sal lactato, compreendendo uma etapa de divagem.

Outros objetos da invenção tornar-se-ão evidentes à medida que a descrição prossegue.

De acordo com a presente invenção, o ácido lático e/ou o sal lactato é preparado por intermédio de um processo aperfeiçoado que compreende o fato de que uma amina orgânica miscível em água, que tem uma pKa > 9, é colocada em um reator em contato com lactato de magnésio em um meio aquoso, para formar um complexo de amina orgânica/ácido lático e hidróxido de magnésio, após o que o hidróxido de magnésio precipitado é separado do complexo. Este processo pode ser conduzido virtualmente isento de quaisquer efluentes de rejeitos sólidos ou líquidos que não água; sendo assim inofensivo para o meio ambiente. A presente invenção fornece um processo para a preparação de ácido lático e/ou sal lactato a partir de um meio que compreende lactato de magnésio. O uso de lactato de magnésio em vez de lactato de cálcio tem uma outra vantagem pelo fato de que ele permite uma separação fácil dos cristais a partir do sobrenadante, por exemplo, um caldo de fermentação. Nas técnicas anteriores, várias publicações descrevem a possibilidade de usar uma base de magnésio como agente neutralizador na fermentação de ácido lático e/ou no processamento (posterior) para ácido lático. O carbonato de magnésio como agente neutralizador para o ácido lático formado durante a fermentação de pastas de açúcares está descrito por Zbiobrowsky, Jerzy; Lesniak, Wladislaw; em Przemysl refment 7(1):3-6 (1964), que descrevem o uso de carbonato de magnésio como agente neutralizador para ácido lático produzido em fermentação de melaços e açúcar branco. O lactato de magnésio é convertido em carbonato de magnésio e lactato de sódio em uma coluna de troca iônica. O uso de uma coluna de troca iônica, entretanto, tem a desvantagem que ela precisa de uma etapa adicional de regeneração depois do seu uso.

Além disso, o documento n- JP-B4-63000038 refere-se à recuperação de ácido lático a partir de uma fermentação, convertendo o ácido em seu sal de magnésio, e evaporação em uma temperatura acima de 50 °C. Isto resultou em lactato de magnésio cristalino, que foi convertido em ácido lático usando ácido sulfúrico, após o que o sulfato de magnésio formado foi removido com uma resina de troca iônica. A fabricação de lactato de magnésio está descrita por Kolomaz-nik, A. Blaha, S. Saha, em Czech Rep.CZ279:449, 12 de abril de 1995, que descrevem a produção de lactato de magnésio por fermentação de soro do leite (lactose) e neutralização com óxido, hidróxido ou carbonato de magnésio. A conversão, em pH 4,5-5,0, foi significativamente mais alta do que na presença de bases de Ca convencionais.

No documento n- US 1.459.395 foi descrita a purificação de ácido lático por neutralização de ácido lático (escuro) comercial com óxido, hidróxido ou carbonato de magnésio, para produzir lactato de magnésio. O lactato de magnésio é acidulado com ácido sulfúrico concentrado em um solvente apropriado. Depois de remover o sulfato de magnésio por filtração, a solução resultante é destilada para remover o solvente. O ácido lático puro permanece como um resíduo. Além disso, uma conversão de lactato de cálcio em lactato de magnésio com a formação de sulfato de cálcio (uma reação assim denominada SWAP, isto é, conversão de um sal em outro) é mencionada. O documento n2 GB 173.479 descreve um processo para a purificação de ácido lático a partir de uma fermentação na qual o ácido lático em solução pode ser convertido em lactato de magnésio. O ácido lático em solução pode ser convertido em um sal lactato mais solúvel, tal como lactato de cálcio, antes da sua conversão em lactato de magnésio. A solução de lactato de magnésio resultante é acidificada com ácido sulfúrico e o ácido lático é recuperado por extração com, por exemplo, acetona. A etapa de extração e acidulação pode ser também combinada colocando a solução do sal de magnésio em suspensão em acetona e depois acidificando para formar sulfato de magnésio precipitado e ácido lático.

Esses processos das técnicas anteriores produzem gesso ou outro sal como subproduto, que pode ser separado e removido, e portanto, aumenta os custos do processo. O documento n- WO 00/17378 refere-se à fermentação de açúcar para formar ácido lático. O pH da fermentação é ajustado para 5,5 a 6,5 pela adição de hidróxido de cálcio ou magnésio. O lactato de magnésio é convertido com ácido clorídrico para formar ácido lático e cloreto de magnésio. O ácido lático é extraído por LLE (extração líquido-líquido) com álcool isoamílico, uma amina ou éter. O cloreto de magnésio é decomposto termi-camente para ácido clorídrico e oxido de magnésio. Embora o processo não produza um sal como subproduto, a necessidade de altas temperaturas de decomposição (acima de 500 °C) na presença de ácido clorídrico corrosivo, requer equipamentos inertes especiais, e é uma certa desvantagem deste método, enquanto que uma etapa de extração complicada aumenta ainda mais as desvantagens deste método.

No documento n2 WO 2005/12364 foi descrita a conversão de lactato de magnésio em outros sais lactato, usando bases inorgânicas fortes. A recuperação de ácido lático a partir de lactato de amônio ou lactatos de alquil-amônio também foi descrita, por exemplo, no documento n-WO 02/074403, onde o método para a recuperação de um ácido orgânico, tal como um ácido lático termicamente estável, está descrito a partir de uma corrente de alimentação que compreende pelo menos um dentre uma amida de ácido orgânico, um sal de amônio de ácido orgânico, ou um complexo de alquilamina/ácido orgânico. A alquilamina é tipicamente uma alquilamina superior imiscível em água, tal como lauril-amina. A recuperação, portanto, requer que a corrente de alimentação seja misturada com um agente promotor de azeótropo, e a mistura é alimentada para um aparelho ou reator de destilação fracionada. O agente promotor de azeótropo é um hidrocarboneto capaz de formar pelo menos um azeótropo com o ácido orgânico que é produzido pela decomposição térmica da amida, sal de amônio ou complexo na corrente de alimentação. A corrente de vapor é condensada em um conden-sador para uma corrente de líquido, e o ácido orgânico é recuperado na corrente líquida que é produzida. Este método precisa do uso de uma etapa de destilação azeotrópica relativamente complicada.

De acordo com a presente invenção, o lactato de magnésio é, de preferência, obtido por fermentação de um carboidrato em pH 5-7 por pelo menos um entre hidróxido de magnésio, óxido de magnésio e carbonato de magnésio.

Em outra modalidade, o lactato de magnésio é deixado cristalizar e precipitar do caldo de fermentação (opcionalmente, depois da separação da biomassa) e subsequentemente separado. Para iniciar a cristalização, o caldo de fermentação pode ser opcionalmente concentrado. A etapa de cristalização/precipitação/separação purifica adicionalmente o lactato de magnésio removendo contaminantes. O processo inteiro é claramente direcionado para o uso da base de magnésio como um agente neutralizador, que mantém o caldo de fermentação em um nível de pH que não é nocivo para o microorganismo, que é em muitos casos um pH de cerca de 5 a 7.

Embora o uso de uma base de magnésio como agente neutrali- zador em fermentações de ácido lático seja conhecido, nunca foi divulgado que o uso de uma amina orgânica miscível em água e de lactato de magnésio tem vantagens sobre os processos comuns que usam compostos tais como lactato de cálcio ou sódio e outros sais lactato formados quando se usa outros agentes neutralizadores. Nem são estas propriedades vantajosas utilizadas para desenvolver um processo isento de rejeitos sólidos menos prejudicial para o meio ambiente, com melhor purificação e separação de ácido lático e/ou lactato. Além disso, nenhuma das publicações supramen-cionadas enuncia as condições de reação necessárias para esse processo.

Para esta finalidade, a presente invenção refere-se a um processo para a preparação de ácido lático e/ou lactato, colocando uma amina orgânica miscível em água em um reator em contato com lactato de magnésio em um meio aquoso, para formar um complexo e hidróxido de magnésio precipitado, após o que o hidróxido de magnésio é separado do meio do complexo que compreende o complexo de lactato de amina orgânica, onde depois disso o lactato de amina orgânica é separado e tratado adicionalmente para dar ácido lático e a amina orgânica, por exemplo, por um tratamento térmico. O ácido lático obtido pode ser convertido em um sal lactato por qualquer método convencional conhecido nessas técnicas.

Com o processo de acordo com a invenção, um sal lactato de amina orgânica (complexo) é formado (na forma líquida ou em solução) e hidróxido de magnésio é precipitado, e este precipitado pode ser reciclado para a primeira etapa a fim de neutralizar a fermentação. O termo "miscível em água" significa que a amina orgânica deve ser pelo menos muito miscível em água, o que significa uma solubilidade em água melhor do que 250 vol/vol, de preferência melhor do que 400 vol/vol, mais preferivelmente tendo uma solubilidade ilimitada.

As aminas preferidas, de acordo com esta invenção, têm uma pKa > 9, mais preferivelmente uma pKa > 9,5, tal como trimetilamina e trieti-lamina, porque ela assegura uma conversão apropriada, e estas aminas são particularmente preferidas. Mais preferivelmente, a pKa é pelo menos 10. O meio aquoso é mais preferivelmente água. O complexo de amina orgânica obtido deve ser clivável para obter ácido lático. Portanto, o complexo é clivado em ácido lático e a amina orgânica miscível em água, onde a amina orgânica miscível em água recuperada pode ser reciclada para o reator e usada novamente. Este método impede a formação de rejeitos e a perda desnecessária de compostos valiosos. Esta reação de divagem é realizada, de preferência, por um tratamento térmico, mas qualquer outro método, tal como eletrodiálise ou esterificação, também pode ser usado. A decomposição térmica do lactato de trialquil-amônio inferior (tal como lactato de trimetil-amônio e trietil-amônio) pode ser realizada de acordo com o método de Wasewar et ai, Chemical Engineering Science 59(11):2315-2320 (2004). A decomposição térmica destes lactatos de trialquil-amônio inferiores é substancialmente mais fácil do que a decomposição de lactato de amônio, como exemplificado, por exemplo, no documento n2 WO 02/090312.

Deve-se assinalar que a fabricação direta de complexos de al-quilamina com ácido lático é conhecida a partir de outros lactatos inorgânicos. Por exemplo, o documento n2 US 5.510.526 descreve o uso de lactato de sódio para fabricar um complexo de trialquilamina. As trialquilaminas usadas são, ao contrário da presente invenção, tipicamente trialquilaminas superiores imiscíveis com água. Este método tem várias desvantagens, tais como a necessidade de trabalhar sob pressão de CO2, 0 que é um tanto inseguro, e portanto, necessita equipamentos especiais, enquanto que as al-quilaminas são consideravelmente menos onerosas do que as aminas simples miscíveis com água usadas presentemente, tal como trietil-amina. O processo de acordo com a invenção é, de preferência, conduzido continuamente, usando as etapas de reciclagem mencionadas anteriormente.

Em uma modalidade de acordo com a invenção, 0 lactato de magnésio é obtido por fermentação de um carboidrato em pH 5-7 por pelo menos um entre hidróxido de magnésio, óxido de magnésio e carbonato de magnésio. Prefere-se especificamente que o hidróxido de magnésio precipi- tado e separado seja reciclado para a etapa de fermentação.

Em outra modalidade preferida de acordo com a invenção, o complexo é clivado em ácido lático e a amina orgânica miscível em água, de preferência, aquecendo. A amina orgânica miscível em água obtida depois da divagem do complexo pode ser reciclada para o reator de SWAP (o reator no qual a reação de SWAP é realizada).

Em outra modalidade ainda mais preferida de acordo com a invenção, a reação é, portanto, conduzida obtendo o lactato de magnésio por fermentação de uma carboidrato, em que o pH é levado até 5-7 por pelo menos um dentre hidróxido de magnésio, óxido de magnésio e carbonato de magnésio, e clivando o complexo em ácido lático e a amina orgânica miscível em água, reciclando o hidróxido de magnésio precipitado e separado para a etapa de fermentação, e reciclando a amina orgânica miscível em água para o reator de SWAP.

Como mencionado acima, o hidróxido de magnésio e o sal lactato formados podem ser separados facilmente um do outro. As partículas de hidróxido de magnésio podem ser separadas por filtração ou sedimentação. De preferência, o hidróxido de magnésio formado é separado diretamente do meio de reação, porque neste ponto no tempo o tamanho de partícula e a estrutura das partículas de hidróxido de magnésio são ideais. Opcionalmente, as partículas de hidróxido de magnésio são lavadas com água depois da separação. No caso de um processo contínuo, as partículas de hidróxido de magnésio são, de preferência, removidas continuamente do meio de reação e recicladas. No caso de um processo em batelada, prefere-se que as partículas de hidróxido de magnésio sejam removidas do meio de reação diretamente depois da formação ou tão logo quanto tecnicamente possível. A presente invenção será ilustrada ainda mais pelo Esquema e pelo Exemplo que se seguem. O exemplo serve meramente para ilustração e não deve ser interpretado como sendo limitativo. No esquema, R3N representa a amina miscível em água e HL representa ácido lático.

Um frasco Erlenmeyer de 250 mL foi carregado com 5,0 g (21 mmols) de cristais de lactato de magnésio diidratado (obtidos pela Purac Biochem B.V. por um processo industrial comum) e 95 mL de água desmine-ralizada. A mistura foi aquecida até cerca de 30 °C por meio de um forno de microondas para facilitar a dissolução dos cristais de lactato de magnésio. Para clarificar a solução, 4,1 g (40,5 mmols) de trietilamina foram adicionados em parcelas (em parcelas de cerca de 1 g) sob agitação com uma barra magnética agitadora. O pH final foi de cerca de 10,5. A mistura foi agitada por mais uma hora à temperatura ambiente, e o hidróxido de magnésio foi removido por filtração por meio de vácuo, usando um papel de filtro para obter uma solução sobrenadante límpida. A solução resultante continha 1.070 ppm de íons Mg2+, indicando cerca de 80% de conversão do lactato de magnésio.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para preparar um complexo de uma amina orgânica e ácido lático em um reator, caracterizado pelo fato de que uma amina orgânica miscível em água é colocada em contato com lactato de magnésio em um meio aquoso no reator, para formar o complexo e o hidróxido de magnésio precipitado, após o que o hidróxido de magnésio é separado do complexo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a amina tem uma pKa > 9, de preferência uma pKa > 10.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a amina é uma trialquilamina.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a amina é pelo menos uma entre trimetilamina e trietilamina.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso é água.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o lactato de magnésio é obtido fermentando um carboidrato com um microrganismo que produz ácido lático e neutralizando o dito ácido lático com pelo menos um dentre hidróxido de magnésio, óxido de magnésio e carbonato de magnésio.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o hidróxido de magnésio separado é reciclado para a fermentação.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o complexo é clivado em ácido lático e a amina orgânica miscível em água, e em que é para recuperar o ácido láctico compreendendo a preparação de um complexo de uma amina orgânica e ácido láctico.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o complexo é clivado aquecendo.

10.Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a amina orgânica miscível em água obtida depois da divagem do complexo é reciclada para o reator.