ES2693493T3 - Proceso de cromatografía reactiva para reacciones limitadas por el equilibrio - Google Patents
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Abstract
Un proceso para una reacción limitada por el equilibrio de un agente acilante con un compuesto orgánico que contiene hidroxi (HCOC), para formar un éster orgánico y un coproducto de alcohol (AC), en el que la reacción limitada por el equilibrio es una reacción reversible, que tiene un valor de conversión de equilibrio (Xe) para una temperatura predeterminada, en donde el proceso comprende lo siguiente: suministrar el agente acilante y el HCOC a una unidad de cromatografía reactiva (RCU), para crear una mezcla de reacción, donde el agente acilante tiene un déficit estequiométrico en relación con el HCOC para la reacción limitada por el equilibrio, y donde la RCU tiene un catalizador para la reacción limitada por el equilibrio y medios de separación, para separar el éster orgánico del AC; hacer reaccionar, a la temperatura predeterminada, el agente acilante en el déficit estequiométrico en relación con el HCOC en la RCU, para formar una mezcla de productos que comprende el éster orgánico y el AC mediante la reacción limitada por el equilibrio y separar la mezcla de productos con los medios de separación en un refinado que incluye el éster orgánico y un extracto que contiene el AC, donde la separación de la mezcla de productos produce un valor de conversión para la reacción limitada por el equilibrio que es mayor que el valor de conversión de equilibrio para la temperatura predeterminada .
Description
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DESCRIPCION
Proceso de cromatograffa reactiva para reacciones limitadas por el equilibrio Campo de la invencion
La presente invencion se refiere, en general, a un proceso para una reaccion limitada por el equilibrio de un agente acilante con un compuesto organico que contiene hidroxi (HCOC, hydroxy containing compound) para formar un ester organico y un coproducto de alcohol (AC, alcohol co-product) sin producir agua como producto de reaccion.
Antecedentes
Una reaccion de acilacion introduce un grupo funcional acilo (R-C(=O)-) en un compuesto qmmico, por reaccion con un agente acilante o donante de acilo. Las reacciones de este tipo incluyen la transesterificacion de compuestos hidroxi con esteres, para formar un nuevo ester mas un coproducto de alcohol. Por ejemplo, en la reaccion de un alcohol con un agente acilante de ester de acetato, el agente acilante reemplaza el atomo de hidrogeno del grupo hidroxilo del alcohol por un grupo acetato. Las reacciones similares a la acilacion incluyen la transamidacion de aminas con amidas y la transaminacion de cetonas con aminas. Los acetatos de alquilo, tales como el acetato de metilo y el acetato de etilo, se usan comunmente como agentes acilantes utilizados para anadir un grupo funcional acetato a los compuestos organicos que contienen un grupo hidroxilo, como por ejemplo, glicoleteres. Esta reaccion de acetato de metilo o acetato de etilo con el glicoleter tambien se conoce como transesterificacion. La transesterificacion es una reaccion entre un ester de un alcohol y un segundo alcohol para formar un ester del segundo alcohol y un alcohol, a partir del ester original. La transesterificacion de acetato de metilo, un ester de metanol, es de particular interes debido a su abundancia relativa como producto secundario de la produccion de alcohol polivimlico.
Por lo general, las reacciones de acilacion (y reacciones similares, como la transamidacion y la transaminacion) estan limitadas por el equilibrio qmmico, de modo que el producto y/o el coproducto deben eliminarse de la mezcla de reaccion para impulsar la conversion a los altos niveles que son necesarios para una aplicacion comercialmente viable. Un metodo bien conocido para lograr esto consiste en combinar la reaccion con la destilacion en una operacion de destilacion reactiva. En la destilacion reactiva, la reaccion de transesterificacion tiene lugar en el aparato de destilacion que se utiliza para separar los productos de la mezcla de reaccion. Esta tecnica es especialmente util para reacciones limitadas por el equilibrio, como las reacciones de transesterificacion. La conversion puede incrementarse mas alla de lo esperado por el equilibrio debido a la eliminacion continua de los productos de reaccion de la zona reactiva en el aparato de destilacion. Sin embargo, el uso de la destilacion reactiva a menudo se complica por la formacion de mezclas azeotropicas, que son diffciles de separar utilizando metodos de destilacion. En tal sentido, existe la necesidad en la tecnica de un proceso que pueda conducir a reacciones limitadas por el equilibrio (por ejemplo, reacciones de acilacion) sin necesidad de destilar mezclas azeotropicas.
Lode F et al: “Continuous reactive chromatography” (Chemical Engineering Science, Oxford, GB, vol. 56, no. 2, 1 de enero de 2001 (2001-01-01), paginas 269-291, Xp027210930, ISSN: 0009-2509) se refiere a la cromatograffa reactiva de “lecho movil simulado”.
El documento de patente US 5.405.992 se refiere a un proceso para la esterificacion y separacion concurrentes, utilizando un lecho movil simulado.
El documento EP 0 849 254 se refiere a un proceso continuo para producir esteres.
Sumario
En el primer aspecto de la invencion se proporciona el proceso de la reivindicacion 1.
La presente descripcion provee un proceso para una reaccion limitada por el equilibrio de un agente acilante con un compuesto organico que contiene hidroxi (HCOC), para formar un ester organico y un coproducto de alcohol (AC), sin producir agua como producto de reaccion. Como no se produce agua, no se presentan problemas derivados de la formacion de un azeotropo acuoso. En otras palabras, como el agua no es un subproducto de la reaccion, no se puede formar un azeotropo de los componentes organicos con el agua. El proceso permite una reaccion limitada por el equilibrio de un HCOC con un agente acilante, a una temperatura predeterminada, para formar el ester organico y el AC a niveles de conversion comercialmente atractivos.
El proceso incluye suministrar el agente acilante y el HCOC a una unidad de cromatograffa reactiva (RCU, reactive chromatography unit) para crear una mezcla de reaccion, donde el agente acilante tiene un deficit estequiometrico en relacion con el HCOC para la reaccion limitada por el equilibrio. La RCU tiene medios de separacion para separar la mezcla de un producto del ester organico y el AC. El agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC en la mezcla de reaccion reacciona a la temperatura predeterminada en la RCU, para formar la mezcla de productos que incluye el ester organico y el AC, mediante la reaccion limitada por el equilibrio. La mezcla de productos se separa en un refinado que incluye el ester organico y un extracto que contiene el AC. La reaccion limitada por el equilibrio es una reaccion reversible, que tiene un valor de conversion de equilibrio (Xe) para la
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temperatura predeterminada. La separacion de la mezcla de productos genera un valor de conversion para la reaccion limitada por el equilibrio que es mayor que el valor de conversion de equilibrio para la temperatura predeterminada. Por lo tanto, la presente invencion ayuda a lograr una conversion que es mayor que el valor de conversion de equilibrio al separar y eliminar los productos de reaccion, lo que impulsa la conversion de los reactivos.
Para las diversas realizaciones, el HCOC actua como un eluyente, tanto para el refinado como para el extracto de la RCU (por ejemplo, tanto el refinado como el extracto incluyen HCOC). La RCU puede ponerse en funcionamiento de manera tal que, como se analiza en el presente documento, una conversion de un solo paso del agente acilante sea del 70 por ciento (%) al 99 %. Como esta conversion del agente acilante es inferior al 100 %, habra agente acilante residual sin reaccionar en la mezcla de productos. Tras la separacion, el refinado incluye el agente acilante residual sin reaccionar, el HCOC y el ester organico, mientras que el extracto incluye el HCOC y el AC.
El refinado puede separarse adicionalmente en una fraccion de producto de ester organico y una fraccion de reciclaje, donde la fraccion de reciclaje contiene el HCOC, el agente acilante residual sin reaccionar y un corte de ester organico. La fraccion de reciclaje se regresa a la RCU para la reaccion limitada por el equilibrio. El extracto tambien se puede separar en al menos una fraccion de HCOC y una fraccion de AC. La fraccion de HCOC puede regresarse a la RCU para la reaccion limitada por el equilibrio con el agente acilante. Al regresar el agente acilante residual sin reaccionar a la RCU, se puede lograr una mayor conversion global del agente acilante. Dicha conversion global para el agente acilante puede aproximarse a una conversion global del 100 % del agente acilante. Las realizaciones de la presente invencion se pueden usar para reacciones de acilacion, tales como una reaccion de transesterificacion. Por ejemplo, la presente invencion incluye el proceso en el que el agente acilante es un ester de acetato y el HCOC reacciona con el ester de acetato para formar un acetato organico (OA, organic acetate) y un coproducto de alcohol (AC) durante la reaccion limitada por el equilibrio. El ester de acetato se encuentra en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC en la RCU, que contiene un catalizador para la reaccion limitada por el equilibrio y los medios de separacion para separar la Oa y el AC. El refinado separado con los medios de separacion contiene al menos el OA y el ester de acetato residual sin reaccionar, y el extracto separado con los medios de separacion contiene al menos el AC. Otros ejemplos de reacciones limitadas por el equilibrio incluyen las reacciones de transaminacion y las reacciones de transamidacion.
Entre otras configuraciones, la RCU es una unidad de lecho movil simulado.
Breve descripcion de las figuras
La figura 1 ilustra la conversion de acetato de etilo durante una reaccion de transesterificacion una resina de intercambio cationico de acido fuerte (prueba de columna) (ejemplo 1).
La figura 2 ilustra la conversion de acetato de etilo durante una reaccion de transesterificacion una resina de intercambio cationico de acido fuerte (prueba de lotes) (ejemplo comparativo A).
La figura 3 ilustra la conversion de acetato de etilo durante una reaccion de transesterificacion una resina de intercambio anionico de base fuerte (prueba de lotes) (ejemplo comparativo B)
Descripcion detallada
La presente invencion provee un proceso para llevar a cabo una reaccion limitada por el equilibrio, que puede evitar las dificultades de separacion observadas en procesos basados en destilacion reactiva (por ejemplo, la formacion de un azeotropo que puede afectar el producto y/o la eliminacion de subproductos y, por lo tanto, limitar las mejoras potenciales a la conversion limitada por el equilibrio). Espedficamente, el proceso es para la reaccion limitada por el equilibrio de un agente acilante con un compuesto organico que contiene hidroxi (HCOC), para formar un ester organico y un coproducto de alcohol (AC), sin producir agua como producto de reaccion. Como no se produce agua, no se presentan los problemas que surgen por la formacion de un azeotropo acuoso.
El proceso de la presente invencion utiliza cromatograffa reactiva, tanto para la reaccion limitada por el equilibrio como para la separacion de los productos, lo que produce un valor de conversion para la reaccion limitada por el equilibrio que es mayor que el valor de conversion de equilibrio para una temperatura predeterminada dada. El proceso permite la reaccion limitada por el equilibrio del HCOC con el agente acilante, a la temperatura predeterminada, para formar el ester organico y el AC a niveles de conversion comercialmente atractivos. La reaccion limitada por el equilibrio es una reaccion reversible, que tiene un valor de conversion de equilibrio (Xe) para la temperatura predeterminada. El proceso incluye suministrar el agente acilante y el HCOC a una unidad de cromatograffa reactiva (RCU), para crear una mezcla de reaccion, donde el agente acilante tiene un deficit estequiometrico en relacion con el HCOC para la reaccion limitada por el equilibrio. La RCU de la presente invencion es un sistema de volumen constante.
La RCU tiene medios de separacion para separar una mezcla de productos del ester organico y el AC. El agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC en la mezcla de reaccion reacciona a la temperatura predeterminada en la RCU, para formar la mezcla de productos que incluye el ester organico y el AC, mediante la reaccion limitada por el equilibrio. La mezcla de productos se separa en un refinado que incluye el ester organico y
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un extracto que contiene el AC. La separacion de la mezcla de productos genera un valor de conversion para la reaccion limitada por el equilibrio que es mayor que el valor de conversion de equilibrio para la temperature predeterminada. Por lo tanto, la presente invencion ayuda a lograr una conversion que es mayor que el valor de conversion de equilibrio, mediante la separacion y la eliminacion de los productos de reaccion, lo que impulsa la conversion de los reactivos.
Para las diversas realizaciones, el HCOC actua como un eluyente, tanto para el refinado como para el extracto de la RCU (por ejemplo, tanto el refinado como el extracto pueden incluir HCOC). La RCU puede ponerse en funcionamiento de manera tal que una conversion de una sola pasada del agente acilante sea del 70 por ciento (%) al 99 %. Como esta conversion del agente acilante es inferior al 100 %, habra agente acilante residual sin reaccionar en la mezcla de productos. Tras la separacion, el refinado incluye el agente acilante residual sin reaccionar, el HCOC y el FAP, mientras que el extracto incluye el HCOC y el AC. Se evita un azeotropo del AC y el agente acilante residual sin reaccionar; sin embargo, el AC esta presente en el extracto, mientras que el agente acilante residual sin reaccionar esta presente en el refinado.
El proceso de la presente invencion usa una unidad de cromatograffa reactiva (RCU) para la reaccion limitada por el equilibrio del agente acilante con el HCOC en la mezcla de reaccion, para formar el ester organico y el AC en la mezcla de productos. Como se analiza en el presente documento, la RCU permite la reaccion limitada por el equilibrio del agente acilante y del HCOC en la mezcla de reaccion y la separacion del ester organico y el AC en la mezcla de productos para impulsar la conversion de la reaccion limitada por el equilibrio. Ademas, la separacion del agente acilante residual sin reaccionar en el refinado proveniente del AC en el extracto mediante la RCU, contribuye a que el proceso evite la formacion de un azeotropo en los productos de reaccion que surgen de la RCU.
El proceso de la presente invencion incluye suministrar a la RCU el agente acilante y el HCOC para crear la mezcla de reaccion, donde el agente acilante se encuentra en un deficit estequiometrico con respecto al HCOC para la reaccion limitada por el equilibrio. El agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC reacciona a una temperatura predeterminada en la RCU, para formar una mezcla de productos que comprende el ester organico y el AC mediante la reaccion limitada por el equilibrio. La RCU tiene medios de separacion para separar la mezcla de productos (por ejemplo, el ester organico y el AC) en una de dos corrientes: un refinado y un extracto.
Como el agente acilante suministrado a la RCU tiene un deficit estequiometrico en relacion con el HCOC, el HCOC suministrado a la RCU tiene un exceso estequiometrico en relacion con el agente acilante. Debido a este exceso estequiometrico, el HCOC, ademas de ser un reactivo en la reaccion limitada por el equilibrio, tambien actua como eluyente o desorbente (el disolvente de elucion de la cromatograffa o la fase movil) para el extracto y el refinado de la RCU. Del mismo modo, debido a que el agente acilante suministrado a la RCU se encuentra en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC, el FODR en la RCU reacciona a una temperatura predeterminada para formar el ester organico y el AC mediante la reaccion limitada por el equilibrio.
Como se analiza en el presente documento, tras la separacion, el refinado incluye el agente acilante residual sin reaccionar, el HCOC y el ester organico, mientras que el extracto incluye el HCOC y el AC. El refinado puede separarse adicionalmente en una fraccion de producto de ester organico y una fraccion de reciclaje, donde la fraccion de reciclaje contiene el HCOC, el agente acilante residual sin reaccionar y un corte de ester organico. La fraccion de reciclaje se restituye a la RCU para la reaccion limitada por el equilibrio. El extracto tambien se puede separar en al menos una fraccion de HCOC y una fraccion de AC. La fraccion de HCOC puede regresarse a la RCU para la reaccion limitada por el equilibrio con el FODR. Al restituir el agente acilante residual sin reaccionar a la RCU, se puede lograr una mayor conversion global del agente acilante. Dicha conversion global para el agente acilante puede aproximarse al 100 %. El resultado es el proceso de la presente invencion, que simplifica en gran medida el proceso de reaccion limitada por el equilibrio, en comparacion con los procesos de destilacion reactiva, que pueden tener dificultades para eliminar la AC, a fin de impulsar la conversion sin tomar tambien parte de la sobrecarga del agente acilante, por lo que se requiere una operacion adicional de la unidad para separar la mezcla azeotropica resultante de agente acilante y del AC.
En una realizacion adicional, el agente acilante en el deficit estequiometrico con respecto al HCOC en la RCU puede reaccionar hacia la extincion en una sola pasada de los reactivos a traves de la RCU. Por ejemplo, el agente acilante en el deficit estequiometrico con relacion al HCOC en la RCU puede reaccionar esencialmente hasta la extincion (por ejemplo, esencialmente una conversion del agente acilante del 100 %) en una sola pasada de los reactivos a traves de la RCU. Para esta realizacion, como el agente acilante reacciona hacia la extincion, el proceso de la presente invencion puede evitar la necesidad de separar el agente acilante del AC, en particular, evitando las dificultades involucradas en la separacion de un azeotropo que puede formarse a partir de las mezclas del agente acilante y el AC. En una realizacion adicional, es posible que el HCOC tenga un deficit estequiometrico en relacion con el agente acilante para la reaccion limitada por el equilibrio en la RCU. Dichas realizaciones pueden abordar ciertas reacciones limitadas por el equilibrio que tienen el potencial de formar un azeotropo de ester organico y HCOC o AC y HCOC.
Tal como se utiliza en el presente documento, una “constante de equilibrio” es un valor que expresa la relacion entre los productos y los reactivos de una reaccion reversible en el equilibrio, a una temperatura dada con respecto a una unidad espedfica.
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Tal como se utiliza en el presente documento, una “conversion de equilibrio” es la conversion mas alta (Xe) que se puede lograr en una reaccion reversible a una temperatura dada (por ejemplo, una temperature de reaccion isotermica) para un sistema de volumen constante.
El proceso de la presente invencion usa la RCU como un recipiente de reaccion y una unidad de cromatograffa. La RCU permite la reaccion simultanea de los reactivos y la separacion de productos para reacciones reversibles (por ejemplo, una reaccion limitada por el equilibrio) para obtener un mejor rendimiento. Los ejemplos de RCU incluyen una o mas columnas cromatograficas empaquetadas con un medio de separacion para los productos de reaccion. La RCU tambien incluye un catalizador para ciertas reacciones limitadas por el equilibrio discutidas aqm. Tanto el catalizador como los medios de separacion pueden estar presentes en la RCU como una fase estacionaria. Los diferentes productos de reaccion pueden tener diferentes afinidades con la fase estacionaria, que conduzcan a diferentes velocidades de migracion a traves de la RCU. Esto conlleva a la separacion de los productos de reaccion, a la supresion de las reacciones inversas y proporciona una alta conversion en la salida de la RCU.
Un ejemplo de la RCU adecuada para la presente invencion es una unidad de lecho movil simulado (SMB, simulated-moving bed). La unidad SMB proporciona una operacion continua y contracorriente que combina reaccion qmmica y separacion dentro de un solo aparato. La unidad de SMB emplea multiples columnas de lecho fijo (o secciones de columnas), donde cada columna de lecho fijo contiene un catalizador para la reaccion limitada por el equilibrio y medios de separacion para separar el ester organico y los productos de reaccion de AC. Diferentes reacciones limitadas por el equilibrio pueden requerir diferentes numeros y configuraciones de las multiples columnas de lecho fijo. Por ejemplo, se pueden usar de 4 a 24 columnas de lecho fijo para formar una unidad de SMB para las reacciones limitadas por el equilibrio de la presente invencion. Las entradas y salidas principales de la unidad de SMB son el material de alimentacion, el extracto y el refinado, donde cada columna de lecho fijo incluye una corriente de entrada y una corriente de salida. Cada corriente entra a la columna de lecho fijo de la unidad de SMB o sale de ella en lugares individuales y a una velocidad de flujo particular que se controla de forma independiente.
Durante el proceso, la unidad de SMB conmuta las corrientes de entrada y las corrientes de salida de los lfquidos de una columna a otra (o entre secciones de columna) para aproximarse al rendimiento teorico de un verdadero flujo de lfquido-solido a contracorriente. La conmutacion de las corrientes de entrada y las corrientes de salida de una columna a otra se puede lograr usando valvulas (por ejemplo, valvulas rotativas o una red de valvulas de dos posiciones o de multiples posiciones), que funcionan en conjunto con las lmeas de entrada y salida de las multiples columnas de lecho fijo. El dispositivo de direccionamiento de fluidos logra mover las ubicaciones de las corrientes de entrada y salida direccionando las corrientes hacia las lmeas de entrada o salida apropiadas de las multiples columnas de lecho fijo. Las velocidades de flujo del lfquido de las corrientes de alimentacion y los tiempos de paso para las valvulas de la unidad de SMB se controlan de manera que los productos de reaccion de elucion lenta y rapida se mueven en direcciones opuestas, con respecto al movimiento o a la conmutacion de los puertos de entrada y salida.
Las columnas de lecho fijo de la unidad de SMB estan configuradas para ofrecer cuatro zonas para la reaccion limitada por el equilibrio y para separar los productos de reaccion en dos fracciones: el extracto, que incluye la fraccion de elucion lenta, y el refinado, que incluye la fraccion de elucion rapida. Cada una de las cuatro zonas de la unidad de SMB realiza una funcion diferente. La zona I contiene columnas de lecho fijo entre la entrada del eluyente (por ejemplo, el HCOC) y la salida del extracto; la zona II contiene columnas de lecho fijo entre la salida del extracto y la entrada de alimentacion (por ejemplo, el agente acilante); la zona III contiene columnas de lecho fijo entre la entrada de alimentacion (por ejemplo, el agente acilante) y la salida de refinado y la zona IV contiene columnas de lecho fijo entre la salida del refinado y la entrada del eluyente (por ejemplo, el HCOC). Dentro de la unidad de SMB, las zonas II y III sirven para permitir que los componentes rapidos y lentos se desplacen apartados entre sf, mientras que las zonas I y IV sirven para evitar que los componentes lentos se queden demasiado rezagados y que los componentes rapidos avancen mas de la cuenta, respectivamente.
Como se analiza en el presente documento, las columnas de lecho fijo de la unidad de SMB tienen un catalizador para la reaccion limitada por el equilibrio y los medios de separacion para separar el ester organico y el AC. El catalizador y los medios de separacion pueden proveerse en una estructura o pueden proporcionarse en estructuras separadas en las columnas de lecho fijo de la unidad de SMB. Los medios de separacion utilizados en las columnas de lecho fijo de la RCU se pueden seleccionar de manera que los componentes de la reaccion (por ejemplo, el agente acilante y el ester organico se adsorban con menos fuerza, mientras que el coproducto de la reaccion (por ejemplo, el AC) se adsorbe con mas fuerza. Esto permite que se elimine menos componente de reaccion polar, por ejemplo el ester organico, de la unidad de sMb en la corriente de refinado, mientras que se elimina mas componente de reaccion polar, por ejemplo, el AC, de la unidad de SMB en la corriente del extracto.
El proceso de la presente invencion es para reacciones limitadas por el equilibrio que generan productos de reaccion no acuosos —es decir, un alcohol—y no para reacciones que producen agua.
Los ejemplos de catalizadores para las reacciones limitadas por el equilibrio incluyen, aunque en forma no taxativa, aquellos para reacciones de transaminacion, reacciones de transamidacion y reacciones de acilacion, tales como las reacciones de transesterificacion y reacciones de amidacion. Los ejemplos de catalizadores para las reacciones de
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transesterificacion incluyen, aunque en forma no taxativa, acido, base, alcoxido metalico, amina, tamices moleculares y catalizadores enzimaticos, como se contempla en Otera, Junzo; “Transesterification”, Chem. Rev., 1993, 93, 1449-1470. Dependiendo de la composicion del material de alimentacion, se pueden combinar varios catalizadores diferentes para lograr la funcion de catalisis.
El proceso de la presente invencion puede usar muchos tipos diferentes de catalizadores y medios de separacion para llevar a cabo la reaccion limitada por el equilibrio y la separacion. Puede usar un solo solido, que puede actuar como ambas cosas, o sea, como catalizador y medio de separacion, una combinacion de uno o mas catalizadores solidos y medios de separacion, o un catalizador homogeneo, con uno o mas medios de separacion. Los medios de separacion pueden ser materiales convencionales utilizados en procesos del tipo adsorcion, que incluyen, entre otros, resinas polimericas, sflice, alumina, tamices moleculares, carbon activado u otros medios de separacion conocidos, capaces de separar al menos uno de los productos de los productos de reaccion limitada por el equilibrio. Los solidos preferidos son aquellos que pueden funcionar como catalizador y como medio de separacion en un solo solido, tales como las resinas de intercambio ionico de acido fuerte. Estas incluyen, entre otras, una resina de intercambio ionico sulfonada, como Amberlyst™ 15, Amberlyst™ 70, DOWEX™ MONOSPHERE™ M-31 u otras resinas polimericas de acido fuerte disponibles en el mercado. Otros solidos que pueden funcionar como catalizador y medios de separacion en un solo solido incluyen una resina de intercambio anionico de base fuerte. Por ejemplo, la resina de intercambio anionico de base fuerte puede ser una matriz copolimerica con grupos funcionales de amonio cuaternario. Los ejemplos de tales resinas de intercambio anionico de base fuerte incluyen DOWEX™ MARATHON A, AMBERLITE™ IRA-900 y AMBERLITE™ IRA-904, entre otras.
Diferentes reacciones limitadas por el equilibrio y separaciones de productos pueden requerir diferentes combinaciones de catalizadores y medios de separacion y/o diferentes proporciones en volumen de catalizadores a medios de separacion. Por ejemplo, el catalizador y los medios de separacion pueden estar presentes en la unidad de SMB en una relacion en volumen (catalizador:medios de separacion) que vana de 1:100 a 100:1. El catalizador y los medios de separacion tambien pueden estar presentes en la unidad de SMB en una variedad de configuraciones. Por ejemplo, cuando estan presentes como estructuras separadas, el catalizador y los medios de separacion pueden estar presentes como una mezcla uniforme en todas las columnas de lecho fijo de la unidad de SMB. Alternativamente, el catalizador y los medios de separacion pueden estar presentes en capas alternadas de catalizador y medios de separacion a lo largo de las columnas de lecho fijo de la unidad de SMB. Los espesores y las posiciones relativas de las capas pueden depender de la reaccion limitada por el equilibrio y de los productos que deben separarse.
Para el proceso de la presente invencion, el HCOC y el agente acilante se suministran a la RCU (por ejemplo, la unidad de SMB) para crear una mezcla de reaccion, donde el agente acilante se encuentra en un deficit estequiometrico con respecto al HCOC para la reaccion limitada por el equilibrio, y donde la RCU tiene medios de separacion para separar el ester organico y el AC. El proceso funciona de manera continua, donde el HCOC y el agente acilante se introducen para formar la mezcla de reaccion, la reaccion limitada por el equilibrio tiene lugar para formar una mezcla de productos que incluye el ester organico y AC, y el ester organico y AC de la mezcla de productos se separan en el refinado y el extracto. Dado que el agente acilante se suministra a la RCU con un deficit estequiometrico en relacion con el HCOC, el HCOC actua como eluyente (tambien conocido como desorbente), tanto en el refinado como en el extracto. Los ejemplos adecuados de suministro del agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC para la reaccion incluyen el suministro de una relacion estequiometrica de agente acilante a HCOC (agente acilante:HCOC) comprendida en un intervalo de 1:1,1 a 1:10. En una realizacion adicional, el suministro del agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC para la reaccion incluye el suministro de una relacion estequiometrica de agente acilante a HCOC (agente acilante:HCOC) comprendida en un intervalo de 1:1,5 a 1:5. En una realizacion adicional, el suministro del agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC para la reaccion incluye el suministro de una relacion estequiometrica de agente acilante a HCOC (agente acilante:HCOC) comprendida en un intervalo de 1:2 a 1:3.
El material de alimentacion introducido en la unidad de SMB contiene al menos un HCOC y al menos un agente acilante, donde la unidad de SMB funciona a una presion predeterminada y a una temperatura predeterminada, adecuadas para la reaccion limitada por el equilibrio. Las condiciones operativas dependeran del catalizador (cuando este presente) y de los medios de separacion utilizados en la unidad de SMB. Las temperaturas predeterminadas tfpicas para las reacciones limitadas por el equilibrio en la unidad de SMB pueden variar de 0 °C a 200 °C. Las presiones predeterminadas tfpicas para las reacciones limitadas por el equilibrio en la unidad de SMB pueden fluctuar de 101 KPa a 2000 KPa. Segun lo apreciado por un experto en la tecnica, son posibles otras temperaturas y presiones operativas dependiendo de la reaccion limitada por el equilibrio. Las condiciones operativas se pueden establecer de modo que las corrientes de los reactivos que forman la mezcla de reaccion (por ejemplo, agente acilante y HCOC) esten en la fase lfquida, y todos los componentes esten en la fase lfquida.
Segun se analiza en el presente documento, los medios de separacion de la RCU permiten la separacion de la mezcla de productos en un refinado y un extracto. En una realizacion, el refinado contiene al menos el ester organico, mientras que el extracto contiene al menos el AC. A medida que el HCOC se utiliza como eluyente, el refinado y el extracto tambien contienen HCOC (por ejemplo, el refinado incluye HCOC y el ester organico, y el extracto incluye HCOC y el AC). Ademas, el agente acilante residual sin reaccionar puede eluirse de la RCU en el extracto o en la corriente de refinado. Como se analiza aqrn, es preferible operar la RCU de tal manera que se
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separe el agente acilante residual sin reaccionar en la corriente de refinado, para evitar la separacion aguas abajo de azeotropos potenciales entre el agente acilante residual sin reaccionar y AC. Por ejemplo, las velocidades de flujo en cada zona de la SMB (con relacion tanto al tiempo de residencia para la reaccion como a la separacion), el rendimiento, la concentracion y la temperatura pueden modificarse para lograr la separacion adecuada de las especies correctas en las corrientes deseadas. Tambien es posible que haya compuestos pesados indeseables en el refinado o en el extracto, ya sea porque los compuestos pesados estaban presentes en el material de alimentacion o porque se produjeron como subproductos no deseados de la reaccion limitada por el equilibrio (por ejemplo, una reaccion de acilacion).
En una realizacion preferida, la RCU se pone en funcionamiento de tal manera que permita una alta conversion global del agente acilante y HCOC en ester organico y AC, sin requerir una conversion alta unica (por ejemplo, mas del 90 % de conversion del agente acilante) a traves de la RCU en su Al no tratar de lograr la conversion de un solo paso mas alta posible, sino una conversion de un solo paso que sea mas baja que el valor mas alto posible, se puede reducir el consumo general de HCOC como el disolvente de elucion. Esto se puede lograr mediante la estrategia descrita en el presente documento, en la cual la fraccion de HCOC del extracto y la fraccion de reciclaje del refinado se reciclan nuevamente a la RCU. Ademas, las velocidades de flujo en cada zona de la SMB (en relacion con el tiempo de residencia para la reaccion y la separacion), el rendimiento, la concentracion y la temperatura pueden modificarse para lograr una conversion deseada de un solo paso que sea mas baja que el valor mas alto posible. Es posible minimizar el exceso de HCOC (por ejemplo, el eluyente) y, al mismo tiempo, lograr una alta conversion global, puesto que se brindan una recuperacion y un reciclaje economicos del agente acilante residual sin reaccionar y del HCOC. Por ejemplo, la conversion optima de un solo paso puede oscilar entre el 70 y el 99 % de conversion (sobre la base del reactivo limitante del agente acilante), para permitir la reduccion de los requisitos del eluyente al tiempo que se logran conversiones globales elevadas, cercanas al 100 %.
El refinado puede someterse a un proceso de separacion, para separar el refinado en una fraccion de producto de ester organico y una fraccion de reciclaje, donde la fraccion de reciclaje contiene la mayona del HCOC, un corte de ester organico y un agente acilante residual sin reaccionar. La fraccion de reciclaje se puede regresar a la RCU (por ejemplo, a la unidad de SMB), mientras que el corte de ester organico se recoge como un producto. En una realizacion, la fraccion de reciclaje puede restituirse al material de alimentacion de la RCU. En una realizacion adicional, la fraccion de reciclaje puede regresarse a un lugar dentro de la RCU, donde las composiciones molares del HCOC, del agente acilante y del ester organico en la fraccion de reciclaje tienen valores similares a las concentraciones molares del HCOC, el agente acilante y el ester organico en la RCU (por ejemplo, un punto de concentracion similar en el ciclo de cromatograffa de la unidad de SMB).
El proceso de separacion adecuado para el refinado incluye, aunque no taxativamente, procesos de destilacion, como se sabe, que pueden formar la fraccion de producto de ester organico y una fraccion de reciclaje. Los ejemplos de procesos de destilacion adecuados incluyen procesos de destilacion continua, incluidos aquellos que utilizan una columna de pared divisoria (DWC, dividing wall column). Tambien son posibles otros procesos de separacion.
El extracto tambien se somete a un proceso de separacion para separar el extracto en al menos una fraccion de HCOC y una fraccion de AC. La fraccion de HCOC puede regresarse al material de alimentacion de la RCU (por ejemplo, a la unidad de SMB), mientras que la fraccion de AC se elimina del proceso. Los procesos de separacion adecuados para el extracto incluyen, aunque en forma no taxativa, los descritos en el presente documento para el refinado. Como se discute aqrn, debido a que las reacciones limitadas por el equilibrio no producen agua y como consecuencia de que el agente acilante se separa principalmente en la corriente de refinado, hay menos oportunidad de que se forme un azeotropo con el agente acilante y/o el ester organico.
Como se analizo en el presente documento, el agente acilante puede reaccionar mas alla del valor de conversion de equilibrio, como se discute aqrn, con el HCOC para producir la mezcla de productos. Cuando el agente acilante no reacciona en su totalidad en la RCU, el agente acilante emerge de la rCu. Como se indico con anterioridad, el agente acilante residual sin reaccionar se separa preferiblemente en la corriente de refinado para facilitar el procesamiento aguas abajo. Sin embargo, este agente acilante residual sin reaccionar tambien se puede recuperar como un tercer producto desde la RCU. En una realizacion, este tercer producto proveniente de la RCU se puede recuperar de la RCU empleando un esquema de separacion SMB de multiples componentes, donde el tercer producto se recupera en una tercera corriente de la RCU. Pueden encontrarse ejemplos de dichos esquemas para utilizar unidades SMB, como se discute aqrn, para separar las mezclas de reaccion terciarias (por ejemplo, refinado, extracto y agente acilante sin reaccionar) en “Comparison of various ternary simulated moving bed separation schemes by multi-objective optimization” (Agrawal et al., Journal of Chromatography A, 1238 (2012) 105-113).
Como lo apreciara un experto en la materia, la separacion de la mezcla de productos en el refinado y el extracto en la RCU podna mejorarse mediante el uso de un disolvente no reactivo, ademas del HCOC de la fase movil. Los ejemplos de dichos disolventes no reactivos pueden incluir, entre otros, una cetona. Esta utilizacion del agregado de un disolvente de fase movil sena opcional, aunque de utilidad para mejorar la capacidad de separacion de la RCU para la presente invencion.
Segun se analiza en el este documento, el proceso de la presente invencion puede usarse para una reaccion de transesterificacion.
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Para la reaccion de transesterificacion, el proceso de la presente invencion utiliza la RCU para la reaccion de transesterificacion del HCOC con el agente acilante (AA), para formar el ester organico, en este caso un compuesto organico que contiene un grupo acilo (AGCOC, acyl group containing organic compound), y el AC, en este caso un coproducto donante de acilo (ADCP, acyl donor co-product). Como se analizo aqm, la RCU permite la reaccion limitada por el equilibrio del HCOC y del Aa y la separacion de los productos del AGCOC y del ADCP, para impulsar la conversion de la reaccion limitada por el equilibrio. Por ejemplo, el proceso de la presente invencion incluye suministrar a la RCU el HCOC y el AA, para crear la mezcla de reaccion, donde el AA se encuentra en un deficit estequiometrico relativo al HCOC para la reaccion limitada por el equilibrio. La RCU tiene medios de separacion para separar los productos AGCOC y ADCP en una de dos corrientes: un refinado y un extracto.
Como el AA suministrado a la RCU se encuentra en un deficit estequiometrico relativo al HCOC, el HCOC suministrado a la RCU se encuentra en un exceso estequiometrico con respecto al AA. Debido a este exceso estequiometrico, el HCOC, ademas de ser un reactivo en la reaccion limitada por el equilibrio, tambien actua como eluyente o desorbente para el extracto y el refinado de la RCU. Del mismo modo, debido a que el AA suministrado a la RCU se encuentra en el deficit estequiometrico con respecto al HCOC, el AA en la RCU reacciona mas alla del valor de conversion de equilibrio, como se describe en este documento, para formar el AGCOC y el ADCP mediante la reaccion limitada por el equilibrio. El resultado es que el proceso de la presente invencion simplifica enormemente la reaccion limitada por el equilibrio, en comparacion con los procesos de destilacion reactiva, en los que se puede dificultar la eliminacion del ADCP para impulsar la conversion, sin tomar tambien parte de la sobrecarga de AA, por lo que se requiere la operacion de una unidad adicional para separar la mezcla azeotropica resultante de aA y ADCP.
En una realizacion adicional, es posible que el HCOC este en un deficit estequiometrico con relacion al AA para la reaccion limitada por el equilibrio en la RCU. Dichas realizaciones pueden abordar ciertas reacciones limitadas por el equilibrio que tienen el potencial de formar azeotropos de productos de reaccion AGCOC y HCOC o bien, ADCP y HCOC.
Para el proceso de la presente invencion, el HCOC y el AA se suministran a la RCU (por ejemplo, a la unidad de SMB) como la mezcla de reaccion, donde el AA se encuentra en un deficit estequiometrico en relacion con el HCOC para la reaccion limitada por el equilibrio, a fin de formar la mezcla de productos del AGCOC y el ADCP. La RCU tiene medios de separacion, como se explica en el presente documento, para separar el AGCOC y el ADCP. El proceso funciona de forma continua, en el que se introducen el HCOC y el Aa, tienen lugar las reacciones limitadas por el equilibrio y se separan los productos de AGCOC y ADCP en el refinado y el extracto, respectivamente. A medida que el aA se suministra a la RCU con un deficit estequiometrico con relacion al HCOC para crear la mezcla de reaccion, el HCOC actua como eluyente, tanto en el refinado como en el extracto, mientras que el AA reacciona mas alla del valor de conversion de equilibrio, segun se analiza en el presente documento, para formar la mezcla de productos en la UCR.
Los ejemplos adecuados de suministro de AA en el deficit estequiometrico con respecto al HCOC para la reaccion incluyen el suministro de una relacion estequiometrica de AA a HCOC (AA:HCOC) en un intervalo variable entre 1:1,1 y 1:10; en un intervalo variable entre 1:1,5 y 1:5 o en un intervalo variable entre 1:2 y 1:3.
El material de alimentacion introducido en la unidad de SMB contiene al menos un HCOC y al menos un AA, donde la unidad de SMB funciona a una presion y a una temperatura adecuadas para la reaccion limitada por el equilibrio. Las condiciones de operacion dependeran del catalizador (cuando este presente) y de los medios de separacion utilizados en la unidad de SMB. Las temperaturas de operacion y las presiones de operacion tfpicas para las reacciones limitadas por el equilibrio en la unidad de SMB se proporcionan aqm. Las condiciones operativas se pueden establecer de modo que las corrientes de los reactivos (por ejemplo, HCOC y AA) esten en la fase lfquida, y todos los componentes esten en la fase lfquida.
Los HCOC incluyen aquellos compuestos que tienen un grupo hidroxilo libre adecuado para someterse a una reaccion de acilacion. Los ejemplos espedficos de HCOC incluyen, aunque en forma no taxativa, glicoleteres o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, el HCOC es un glicoleter (GE) que tiene la formula:
R'—(OCH2CHR”)n—OH
en donde R' es un grupo alquilo que tiene de 1 a 8 atomos de carbono o un grupo arilo que tiene de 6 a 11 atomos de carbono; R” es hidrogeno, metilo o etilo y n es un numero entero variable entre 1 y 4.
El HCOC reacciona con el AA para formar un acetato organico (OA) y un coproducto de alcohol (AC) durante la reaccion de acilacion. El AA esta en el deficit estequiometrico con relacion al HCOC para reaccionar mas alla del valor de conversion de equilibrio, segun se analiza en el presente documento, en la RCU que contiene un catalizador para la reaccion de acilacion, segun se analiza en el presente documento, y los medios de separacion para separar la OA y el AC. El refinado separado con el medio de separacion contiene al menos el OA, y el extracto separado con el medio de separacion contiene al menos el AC.
El AA puede ser, entre otras cosas, un acetato seleccionado del grupo que consiste en acetato de metilo, acetato de etilo (EtAc), acetato de propilo, acetato de butilo o una combinacion de los mismos. El AA tambien puede
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seleccionarse del grupo que consiste en un propionato, un benzoato, un adipato, un ester de un glicoleter o una combinacion de los mismos. Por ejemplo, el aA puede incluir un ester de un glicoleter (GE) que tenga la formula:
R'—(OCH2CHR”)n—O—R'”
en donde R' es un grupo alquilo que tiene de 1 a 8 atomos de carbono o un grupo arilo que tiene de 6 a 11 atomos de carbono; R” es hidrogeno, metilo o etilo; R'” es hidrogeno o un grupo acilo de la forma —C(O) —R””, en donde R”” es un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 atomos de carbono y n es un numero entero comprendido entre 1 y 4.
En una realizacion, el AA es EtAc, mientras que el HCOC es GE. En otras realizaciones, el proceso de la presente invencion se puede usar en una reaccion de transesterificacion, en la que el GE reacciona con AA, como se contempla en este documento, para formar el correspondiente ester de glicoleter (GEE, glicol ether ester) mas el correspondiente AC (por ejemplo, metanol (MeOH), etanol (EtOH), propanol (PrOH) o butanol (BuOH)).
Segun se analiza en el presente documento, los medios de separacion de la RCU permiten la separacion de los productos de reaccion en una corriente de refinado y una corriente de extracto. El refinado contiene al menos el AGCOC, mientras que el extracto contiene al menos el ADCP. Cuando se utiliza el HCOC como eluyente, el refinado y el extracto tambien contienen HCOC (por ejemplo, el refinado incluye HCOC y AGCOC, y el extracto incluye HCOC y ADCP, donde el refinado es menos polar en relacion con el extracto). Ademas, el AA residual sin reaccionar puede eluirse desde la RCU en el extracto o bien, en la corriente de refinado. Es preferible operar la RCU de tal manera que separe el AA residual sin reaccionar en la corriente de refinado, para evitar la separacion aguas abajo de los posibles azeotropos entre el AA y el ADCP. Tambien es posible que haya compuestos pesados indeseables en el refinado, ya sea porque tales compuestos pesados estaban presentes en el material de alimentacion o porque se produjeron como subproductos no deseados de la reaccion limitada por el equilibrio (por ejemplo, una reaccion de acilacion).
El refinado puede someterse a un proceso de separacion para separar el refinado en una fraccion de producto de AGCOC y una fraccion de reciclaje, donde la fraccion de reciclaje contiene el HCOC, el AA residual sin reaccionar y un corte de AGCOC. La fraccion de reciclaje puede regresarse a la RCU (por ejemplo, a la unidad de SMB), mientras que el corte AGCOC se recoge como un producto. En una realizacion, la fraccion de reciclaje puede retornarse al material de alimentacion de la RCU. En una realizacion adicional, la fraccion de reciclaje se puede regresar a un lugar dentro de la RCU en el que las composiciones molares de HCOC, AA y AGCOC en la fraccion de reciclaje tienen valores similares a las concentraciones molares de HCOC, AA y AGCOC en la RCU (por ejemplo, un punto de concentracion similar en el ciclo de cromatograffa de la unidad de SMB).
El proceso de separacion adecuado para el refinado incluye, aunque no taxativamente, procesos de destilacion, tales como se conocen, que pueden formar la fraccion de producto de AGCOC y una fraccion de reciclaje. Los ejemplos de procesos de destilacion adecuados incluyen los procesos de destilacion continua, incluidos aquellos que utilizan una DWC. Tambien son posibles otros procesos de separacion.
El extracto tambien se somete a un proceso de separacion, para separar el extracto en al menos una fraccion de HCOC y una fraccion de ADCP. La fraccion de HCOC puede regresarse al material de alimentacion de la RCU (por ejemplo, la unidad de SMB), mientras que la fraccion ADCP se elimina del proceso. Los procesos de separacion adecuados para el extracto incluyen, aunque en forma no taxativa, los descritos en el presente documento para el refinado. Como se ha analizado aqrn, debido a que las reacciones limitadas por el equilibrio no producen agua y debido a que el AA se separa principalmente en la corriente de refinado, hay menos oportunidad de que se forme un azeotropo con el AA y/o el AGCOC en el extracto.
Segun se analiza en el presente documento, el AA puede reaccionar mas alla del valor de conversion de equilibrio con el HCOC. Cuando el AA no reacciona en su totalidad en la RCU, el AA emerge de la RCU. Como se indico con anterioridad, el AA sin reaccionar se separa preferiblemente en la corriente de refinado para facilitar el procesamiento aguas abajo. Sin embargo, este AA sin reaccionar se puede recuperar como un tercer producto de la RCU. En una realizacion, este tercer producto de la RCU se puede recuperar de la RCU empleando un esquema de separacion de SMB de multiples componentes, segun se analiza en el presente documento.
Las realizaciones de la presente invencion tambien se pueden usar para permitir reacciones de acilacion enantioselectivas empleadas en la produccion de enantiomeros con una mayor pureza quiral. Por ejemplo, se sabe que los biocatalizadores enzimaticos, como las lipasas, son selectivos para enantiomeros espedficos y pueden tolerar lfquidos no acuosos, por lo que es posible emplear la reaccion de acilacion catalizada por enzimas para generar compuestos que tengan una mayor pureza quiral. Los catalizadores enantioselectivos no enzimaticos tambien son conocidos y aptos para su utilizacion. Tambien son conocidas las reacciones enantioselectivas de amidacion y aminacion. Los enantiomeros producidos por estas reacciones enantioselectivas son compuestos valiosos utiles como sintones (bloques de construccion sinteticos), para su uso en la smtesis asimetrica (quiral) de productos especializados, tales como productos farmaceuticos, agroqmmicos y otros productos biologicamente activos. A menudo, estas son reacciones limitadas por el equilibrio, y las realizaciones de la presente invencion pueden ayudar a impulsar la conversion, al lograr la reaccion y la separacion en simultaneo, como se explica en el presente documento. Las realizaciones de la presente invencion pueden permitir acilaciones enantioselectivas y
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reacciones similares, la elaboracion simultanea de multiples productos enantiomericos.
Por ejemplo, es posible llevar a cabo una reaccion de acilacion enantioselectiva de modo que tanto un sustrato (por ejemplo, el HCOC) como un donante de acilo (por ejemplo, el agente acilante) sean compuestos quirales (suministrados como racematos), por lo que un catalizador (R)-enantioselectivo puede producir hasta cuatro enantiomeros con una mayor pureza quiral: los dos productos de reaccion (R)-enantiomericos mas los dos enantiomeros que no han reaccionado. La reaccion global efectiva puede expresarse de la siguiente manera:
(R,S)-A + (R,S)-B <—> (R)-C + (R)-D + (S)-A + (S)-B Reaccion (1)
Suponiendo que fuera posible superar las limitaciones del equilibrio qmmico y que todos los (R)- y (S)-enantiomeros fuesen de interes comercial, la conversion teorica de los reactivos en los productos deseados puede aproximarse al 100 por ciento. Los enantiomeros en el lado derecho de la reaccion (1) se pueden separar por cromatograffa y/o destilacion. Tambien son posibles reacciones similares, como la transamidacion enantioselectiva y la transaminacion enantioselectiva.
Un ejemplo espedfico de tal reaccion de acilacion enantioselectiva para producir multiples enantiomeros con pureza quiral puede incluir la reaccion (R)-enantioselectiva del propilenglicol n-butil eter (PnB) con acetato de propilenglicol metil eter (PMA) para obtener los productos de reaccion (R)-enantiomericos acetato de propilenglicol n-butil eter (PnBA) y propilenglicol metil eter (PM) mas un (S)-enantiomero sin reaccionar de los dos reactivos racemicos.
(R,S)-PnB + (R,S)-PMA ^ (R)-PnBA + (R)-PM + (S)-PnB + (S)-PMA (reaccion catalizada por enzimas)
Esta reaccion, a diferencia de la otra descrita en este documento, implica el uso de ambos reactivos que se suministran en cantidades estequiometricas iguales y un disolvente de fase movil agregado (por ejemplo, una cetona). Son posibles otras configuraciones de proceso y relaciones molares para obtener varias mezclas de reaccion que puedan separarse usando cromatograffa y/o los metodos de destilacion detallados en este documento.
Para la reaccion anterior, el (R,S)-PnB y el (R,S) -PMA se suministran a la RCU para crear la mezcla de reaccion. La RCU tiene medios de separacion para separar la mezcla de productos de (R)-PnBA, (R)-PM, (S)-PnB y (S)-PMA en un refinado y un extracto. Por ejemplo, el extracto puede incluir (R)-PM y (S)-PnB mas la fase movil, mientras que el refinado puede incluir el (R)-PnBA y (S)-PMA, mas la fase movil. Tal como se proveen para este ejemplo, ambos reactivos (R)-enantiomericos se suministran a la RCU en una relacion estequiometrica y reaccionan mas alla del valor de conversion de equilibrio. Es posible usar procesos de separacion, como se describe en este documento (por ejemplo, destilacion) para separar el refinado en una fraccion (S)-PMA y una fraccion (R)-PnBA, y para separar el extracto en una fraccion (R)-Pm y una fraccion (S) -PnB + de fase movil.
Ejemplos
El siguiente ejemplo se proporciona a titulo ilustrativo, aunque no limitativo, del alcance de esta invencion. A menos que se indique lo contrario, todas las partes y porcentajes se encuentran expresados en peso. Salvo que se especifique de otro modo, todos los instrumentos y productos qmmicos utilizados estan disponibles comercialmente.
Ejemplo 1 (Ej. 1):
El ejemplo 1 es la transesterificacion mediante una prueba de cromatograffa reactiva de una sola columna de 1- metoxi-2-propanol (DOWANOL™ PM, The Dow Chemical Company) con acetato de etilo (EMD, grado de HPLC, >99,8 %) a acetato de propilenglicol metil eter y etanol.
Se empacan dos columnas de acero inoxidable (Supelco, diametro exterior de 1,27 cm x diametro interior de 1,0 cm x longitud de 25 cm) con Amberlyst™ 15 (Sigma Aldrich, en forma de hidrogeno, seca) en una suspension con 1- metoxi-2-propanol (Sigma Aldrich, >99,5 %). Se pone el aparato en una configuracion basica de HPLC. Se conectan las dos columnas en serie y se las coloca en un horno de columnas, en el que se establece una temperatura de 100 °C. Se utilizan bombas para cromatograffa ffquida de alta presion (HPLC, high pressure liquid chromatography) para bombear el 1-metoxi-2-propanol como eluyente, a traves de las columnas, a una velocidad de 0,1 ml/min. Se mantiene la presion en 689,5 KPa gauge (100 libras por pulgada cuadrada (psig)), mediante el uso de un regulador de contrapresion. Se incorpora el acetato de etilo a la columna, mediante una valvula manual (inyector de muestras Valco de 6 puertos), utilizando una bomba de HPLC para agregar directamente un pulso rectangular de 0,5 ml a la columna. Se recoge el efluente de la columna, a intervalos de tiempo constantes y se analiza mediante cromatograffa gaseosa-deteccion ionizada por llama (GC-FID, gas chromatography-flame ionized detection).
Ejemplo comparativo A (Ej. comp. A)
El ejemplo comparativo A repite la reaccion de transesterificacion del ejemplo 1, pero se lleva a cabo en una configuracion por lotes. Se carga un matraz de fondo redondo, de tres bocas, de 250 ml, con 4,96 g de resina Amberlyst™ 15, 69,8 g de 1-metoxi-2-propanol y 33,5 g de acetato de etilo. Se coloca el matraz sobre una manta termica, con un controlador de temperatura y una termocupla. Se equipa al matraz con un agitador superior, con un impulsor de teflon en forma de media luna, una termocupla recubierta con teflon, un condensador enfriado con agua
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y una almohadilla de nitrogeno. Se aumenta la [velocidad] de agitacion a 300 rpm, para mezclar los componentes y se establece un punto de ajuste de la temperatura, para mantener una temperatura interna de 75 °C dentro del matraz. Se toman muestras periodicamente y se las analiza por GC-FID.
La figura 1 ilustra que se ha logrado la separacion de los productos de reaccion para el ejemplo 1. La figura 2 tambien ilustra que para el ejemplo 1, la conversion de acetato de etilo supero el lfmite de equilibrio al lograr una conversion de aproximadamente 73 por ciento en peso (% en peso), sobre la base de los productos de reaccion (estimado a partir de calculos utilizando la regla trapezoidal). Esta es una mejora significativa respecto del experimento por lotes del ejemplo comparativo A, donde la figura 2 ilustra que solo se convirtio el 53 % en peso (basado en los productos de reaccion) de acetato de etilo despues de 28 horas. Se cree que este resultado se debe al logro del equilibrio de la reaccion para la reaccion de transesterificacion.
Ejemplo 2 (Ej. 2):
El ejemplo 2 es la transesterificacion mediante una prueba de cromatograffa reactiva de una sola columna de 1- metoxi-2-propanol (PM, Alfa Aesar, 99 +%) con acetato de etilo (EMD, grado de HPLC, >99,8 %) a acetato de propilenglicol metil eter y etanol, con una resina de intercambio anionico de base fuerte.
Se prepara el 1-metoxi-2-propanol secandolo con tamices moleculares 3A. Se deshidrata la resina de intercambio anionico DOWEX™ MARATHON A (The Dow Chemical Company) empaquetando el adsorbente mojado en una columna de acero inoxidable (Knauer, diametro interno de 0,8 centfmetros, longitud de 0,25 metros) y luego se hacen circular 12 volumenes de lecho del 1-metoxi-2-propanol seco a traves de la columna, con una bomba de cromatograffa lfquida de alta presion (HPLC), ajustada a una velocidad de flujo de 0,1 volumen de lecho por minuto. Se coloca la columna en un horno de columnas, configurado a una temperatura de 40 °C y se continua bombeando el 1-metoxi-2-propanol como eluyente a traves de la columna, a una velocidad de 0,1 volumen de lecho por minuto. Se anade el acetato de etilo a la columna mediante una valvula de inyeccion manual (inyector manual Rheodyne, RH-7725I), usando una bomba de HPLC, para agregar directamente un pulso rectangular de 1.0 ml a la columna. Se recoge el efluente de la columna, a intervalos de tiempo constantes, y se analiza por cromatograffa de gases - deteccion ionizada por llama (GC-FID).
Ejemplo comparativo B (ej. comp. B)
El ejemplo comparativo B repite la reaccion de transesterificacion del ejemplo 2, pero en una configuracion por lotes. Se prepara el 1-metoxi-2-propanol secandolo con tamices moleculares 3A. Se deshidrata la resina de intercambio anionico DOWEX™ MARATHON A (The Dow Chemical Company) empaquetando el adsorbente mojado en una columna de vidrio (diametro interior de 1,5 cm y longitud de 22,6 cm) y luego se hacen circular 8,0 volumenes del lecho de 1-metoxi-2-propanol seco a traves de la columna, con una bomba de HPLC, ajustada a una velocidad de flujo de 0,0675 volumenes de lecho por minuto. Se retira la resina deshidratada (8,75 g) y se la carga con 1-metoxi- 2-propanol (100 ml) en un matraz de vidrio esferico de cuatro bocas, de 500 ml de capacidad, equipado con un condensador de bobina, para evitar cualquier perdida de productos. Se controla la temperatura dentro de ± 0,1 K, mediante un controlador PID [Proporcional-Integral-Derivativo] de temperatura, en un bano de agua, y se equipa el matraz con un agitador superior. Se mezclan los componentes y se fija el punto de ajuste de la temperatura, para mantener una temperatura interna de 40 °C dentro del matraz. Una vez que la mezcla alcance la temperatura deseada, se incorpora el acetato de etilo precalentado (100 ml) al matraz. Se toman unas muestras de 0.1 ml periodicamente y se las analiza por GC-FID.
La tabla 1 ilustra que para el ejemplo 2, la conversion de acetato de etilo supero el lfmite de equilibrio al lograr una conversion de aproximadamente 78,7 por ciento en peso (% en peso), sobre la base a los productos de reaccion (estimado a partir de calculos utilizando la regla trapezoidal). Esta es una mejora significativa respecto del experimento por lotes del ejemplo comparativo B, donde la figura 3 ilustra que solo se convirtio el 30,3 % en peso (basado en los productos de reaccion) de acetato de etilo despues de 40 minutos. Se cree que este resultado se debe al logro del equilibrio de la reaccion para la reaccion de transesterificacion.
Tabla 1
- Volumen de EtAc inyectado (ml)
- Cantidad de EtAc inyectado (mol) Cantidad de EtAc recogido (mol) Cantidad de EtAc que ha reaccionado (mol) PMA formado (mol) Relacion de PMA formado a EtAc que ha reaccionado Conversion de a EtAc (% en peso)
- 1,00
- 0,0102 0,00218 0,00080 0,00864 1,074 78,7
Claims (15)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Un proceso para una reaccion limitada por el equilibrio de un agente acilante con un compuesto organico que contiene hidroxi (HCOC), para formar un ester organico y un coproducto de alcohol (AC), en el que la reaccion limitada por el equilibrio es una reaccion reversible, que tiene un valor de conversion de equilibrio (Xe) para una temperature predeterminada, en donde el proceso comprende lo siguiente:suministrar el agente acilante y el HCOC a una unidad de cromatograffa reactiva (RCU), para crear una mezcla de reaccion, donde el agente acilante tiene un deficit estequiometrico en relacion con el HCOC para la reaccion limitada por el equilibrio, y donde la RCU tiene un catalizador para la reaccion limitada por el equilibrio y medios de separacion, para separar el ester organico del AC;hacer reaccionar, a la temperatura predeterminada, el agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC en la RCU, para formar una mezcla de productos que comprende el ester organico y el AC mediante la reaccion limitada por el equilibrio yseparar la mezcla de productos con los medios de separacion en un refinado que incluye el ester organico y un extracto que contiene el AC, donde la separacion de la mezcla de productos produce un valor de conversion para la reaccion limitada por el equilibrio que es mayor que el valor de conversion de equilibrio para la temperatura predeterminada .
- 2. El proceso segun la reivindicacion 1, en el que el HCOC actua como un eluyente, tanto en el refinado como en el extracto.
- 3. El proceso segun la reivindicacion 2, en el que el refinado incluye el HCOC, el agente acilante residual sin reaccionar y el ester organico, y en el que el proceso incluye, ademas:separar el refinado en una fraccion de producto de ester organico y una fraccion de reciclaje, donde la fraccion de reciclaje contiene el HCOC, el agente acilante residual sin reaccionar y un corte de ester organico yregresar la fraccion de reciclaje a la RCU.
- 4. El proceso segun la reivindicacion 2, en el que el extracto incluye el HCOC y el AC, y en el que el proceso incluye, ademas:separar el extracto en al menos una fraccion de HCOC y una fraccion de AC y regresar la fraccion de HCOC a la RCU.
- 5. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que hacer reaccionar el agente acilante en el deficit estequiometrico en relacion con el HCOC proporciona una conversion de un solo paso del agente acilante variable entre el 70 por ciento (%) y el 99 %.
- 6. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la RCU incluye una resina de intercambio ionico de acido fuerte para catalizar la reaccion limitada por el equilibrio y para separar el refinado y el extracto.
- 7. El proceso segun la reivindicacion 6, en el que la resina de intercambio ionico de acido fuerte es una resina de intercambio ionico sulfonada.
- 8. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la RCU incluye una resina de intercambio anionico de base fuerte para catalizar la reaccion limitada por el equilibrio y para separar el refinado y el extracto.
- 9. El proceso segun la reivindicacion 8, en el que la resina de intercambio anionico de base fuerte es una matriz copolimerica con grupos funcionales de amonio cuaternario.
- 10. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el agente acilante es un ester, seleccionado del grupo que consiste en un acetato o un ester seleccionado del grupo que consiste en un propionato, un benzoato, un adipato, un ester de un glicoleter o una combinacion de los mismos.
- 11. El proceso segun la reivindicacion 10, en el que el acetato se selecciona del grupo que consiste en acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de propilo, acetato de butilo o una combinacion de los mismos.
- 12. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el HCOC es un glicoleter (GE) que tiene la formula:R'—(OCH2CHR”)n—OHen la que R' es un grupo alquilo que tiene de 1 a 8 atomos de carbono o un grupo arilo que tiene de 6 a 11 atomos12de carbono; R” es hidrogeno, metilo o etilo y n es un numero entero comprendido entre 1 y 4.
- 13. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones 11-12, en el que el agente acilante es acetato de etilo.
- 14. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la RCU es una unidad de lecho movil simulado.5 15. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el ester organico es un acetatoorganico.
- 16. El proceso segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la reaccion limitada por el equilibrio es una reaccion de transesterificacion.Concentracion (% en peso)
imagen1 Figura 1obo{OI—*fl)ro:rw-LnCjJO :Tiempo (h)%0'GIConcentracion (% en peso)- l—1
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