JPH0940663A - α−オキシ酸の分子間環状ジエステルの精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】α−オキシ酸の分子間環状ジエステルの効率的
な精製方法を提供する。 【構成】下記一般式（Ｉ）で示されるα−オキシ酸の分
子間環状ジエステルおよび不純物を含む溶融混合物を、
（１）不純物を含む分子間環状ジエステルの凝固点から
攪拌下に結晶粒子を析出させながら徐々に冷却し、
（２）次いで攪拌しながら最終的に２０〜１０００μの
粒径の結晶凝集物を得たのち、（３）これを溶媒中攪拌
下に粉砕および／または分散させ洗浄する工程を含むこ
とを特徴とするα−オキシ酸の分子間環状ジエステルの
精製方法。 【化１】 （式中Ｒ¹ 、Ｒ² は独立に水素または炭素数１〜５のア
ルキル基を示す） 【効果】本発明において精製されるα−オキシ酸の分子
間環状ジエステルは従来の方法に比較してより高い純度
を有している。このジエステルを開環重合すると、容易
に高分子量のα−オキシ酸ポリエステルが得られ、種々
の生分解性成形物を製造することができ広範な用途が期
待できるので、産業界、または環境問題の解決にも寄与
すること大である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はα−オキシ酸ポリエステ
ルの原料としてもちいられる環状ジエステル類の精製方
法に関する。ポリ乳酸、ポリグリコール酸に代表される
α−オキシ酸ポリエステルは、良好な生分解性を有して
おり、手術用縫合糸、注射薬用マイクロカプセル等の生
体分解性医用材料に利用されている。また近年、プラス
チック廃棄物が問題となっており、酵素や微生物による
分解が期待される生分解性プラスチックとしても注目さ
れ、研究開発が進められている。

【０００２】

【従来の技術】従来よりα−オキシ酸ポリエステルの高
分子量体を得る方法として、式（Ｉ）で示されるα−オ
キシ酸の分子間環状二量体であるジエステルを当該技術
分野で公知である触媒の存在下に加熱、開環重合させる
方法が知られている。このようなジエステルは相当する
α−オキシ酸および／またはそのエステルを比較的低分
子量のオリゴマーやそれらのポリオール共重合体に変換
し、ついでそれらを当該技術分野で公知である触媒の存
在下に加熱し解重合することで製造される。

【０００３】しかしながら、これらの方法で得られたジ
エステルは量の多少はあっても揮発性のヒドロキシル化
合物を不純物として含んでおり、これらは水、α−オキ
シ酸やその低分子量オリゴマーなどであって、開環重合
を阻害するため好ましくないものである。すなわちこれ
らは開始剤、連鎖移動剤、触媒失活剤等のさまざまな作
用を及ぼし、ポリエステルが目的とする分子量に到達す
ることを妨げる。

【０００４】したがって開環重合のモノマーに相当する
該ジエステルは、充分に精製されていることが必要であ
る。この場合、得られるポリエステルの分子量制御、重
合速度、および着色の度合いなどの観点から、ジエステ
ル中の不純物は可能な限り少ないのが好ましく、例えば
α−オキシ酸やその低分子量オリゴマー量は酸価で表す
と１０ｅｑ／ｔｏｎ以下、より好ましくは５ｅｑ／ｔｏ
ｎ以下であることが知られている。

【０００５】工業的精製法としてはトルエン、酢酸エチ
ル、イソプロパノール、ｔ−ブチルアルコールなどの乾
燥有機溶媒をもちいた再結晶法が公知である。しかしな
がらこのような再結晶操作は通常、数回実施する必要が
あるためジエステルの収率の大幅な低下を招き、また操
作も煩雑になるため、得られた精製ジエステルからα−
オキシ酸ポリエステルを製造しても医用材料以外の用途
には費用がかかりすぎる。

【０００６】また分別凝縮および蒸留による精製は、溶
融混合物中に含まれる水、α−オキシ酸やその低分子量
オリゴマーなどが蒸留温度において目的とするジエステ
ルの分解、重合を引き起こすため、収率の低下を招く。
さらに蒸留操作中の経時的なα−オキシ酸やその低分子
量オリゴマーの生成はしばしば目的とする純度のジエス
テルを得ることを困難にする。

【０００７】そこでジエステルをα−オキシ酸ポリエス
テルのモノマーとしてもちいるため、そのより安価な精
製法がこれまで種々検討されてきた。再結晶にかわる安
価な精製法として、例えば不純物を含むジエステル固形
物を水系溶媒をもちいて洗浄する方法（特開平６−２２
８２８８号公報、特開平７−１６５７５３号公報）、ジ
エステル固形物をエーテル系溶媒で洗浄する方法（特開
平６−１７２３４１号公報）などがすでに開示されてい
る。これらの方法によれば不純物を含んだジエステル固
形物を溶媒と接触洗浄することで容易にα−オキシ酸ポ
リエステルのモノマーとしてもちいることが可能な高純
度のジエステルを得ることが可能である。しかしながら
これらの方法においても洗浄による精製という性質上、
おもにジエステル固形物表面上の不純物が除去されるに
すぎず、結晶中に取り込まれている不純物は除去するこ
とができない。したがってさらに高純度の精製ジエステ
ルを得る上でこれらの方法には制約がある。

【０００８】上記方法において結晶中に取り込まれてい
る不純物を排除するために、ジエステル固形物を非常に
微細な粉末にすることである程度の改善がおこなわれる
が、本発明者らの実験の結果、洗浄後の固液分離および
乾燥操作において操作時間の延長が必要になること、そ
のためにジエステルの加水分解がおこるなどの好ましく
ない影響がみられることがわかった。また、結晶中の不
純物を抽出するためにジエステル固形物をスラリーの状
態で長時間保持しても、低い抽出効率およびジエステル
の加水分解のため不純物の充分な除去効果は得られなか
った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような理由によ
り、ジエステル固形物を溶媒をもちいて洗浄し精製する
方法において、より高純度の精製ジエステルを得るため
には洗浄に供する固形物の結晶状態を制御する必要があ
る。しかしながらこれまでこのような知見は得られてお
らず、そのような方法も知られていないのが現状であ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、ジ
エステル固形物を溶媒をもちいて洗浄し精製する方法に
おいて、より高純度の精製ジエステルを得るべく鋭意検
討を重ねた結果、ジエステルと不純物の溶融混合物を、
不純物を含む分子間環状ジエステルの凝固点から攪拌下
に結晶粒子を析出させながら徐々に冷却し、次いで攪拌
しながら最終的に特定の粒子径の結晶の凝集物を得たの
ち、これを溶媒中攪拌下に粉砕および／または分散させ
洗浄することで結晶内に取り込まれる不純物の含有量が
低下し、これまでの方法よりさらに高純度の精製ジエス
テルが得られることを見出し、ついに本発明を完成する
に到った。

【００１１】すなわち本発明は下記一般式（Ｉ）で示さ
れるα−オキシ酸の分子間環状ジエステルおよび不純物
を含む溶融混合物を、（１）不純物を含む分子間環状ジ
エステルの凝固点から攪拌下に結晶粒子を析出させなが
ら徐々に冷却し、（２）次いで攪拌しながら最終的に２
０〜１０００μの結晶凝集物を得たのち、（３）これを
溶媒中攪拌下に粉砕および／または分散させ洗浄する工
程を含むことを特徴とするα−オキシ酸の分子間環状ジ
エステルの精製方法である。

【００１２】

【化２】 （式中Ｒ¹ 、Ｒ² は独立に水素または炭素数１〜５のア
ルキル基を示す）

【００１３】本発明は水、α−オキシ酸やその低分子量
オリゴマーなどの開環重合を阻害するヒドロキシル不純
物、および前精製段階でもちいられた溶媒からのジエス
テル等の精製に適用される。好ましくはα−オキシ酸お
よび／またはそのエステルの低分子量オリゴマーまたは
それらのポリオール共重合体を解重合して合成されたジ
エステルとヒドロキシル化合物からなる不純物との混合
物の精製に適用される。またα−ハロカルボン酸ハライ
ドとα−オキシ酸から得られるエステルを環化して合成
されたジエステルと不純物との混合物の精製にも適用さ
れる。さらに、合成後の蒸留、抽出、洗浄、再結晶等の
公知の精製法で得られたある程度純粋なジエステルと不
純物の混合物の精製に適用することができる。

【００１４】本発明において、精製されるα−オキシ酸
の環状ジエステルとしては、グリコリド（グリコール酸
の分子間環状ジエステル）、ラクチド（乳酸の分子間環
状ジエステル）、さらにはα−ヒドロキシ酪酸、α−ヒ
ドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸、α−ヒドロ
キシイソ吉草酸、α−ヒドロキシ−α−メチル酪酸、α
−ヒドロキシカプロン酸、α−ヒドロキシイソカプロン
酸、α−ヒドロキシ−β−メチル吉草酸、α−ヒドロキ
シヘプタン酸等の分子間環状ジエステルが挙げられる。
また、不斉炭素を有するものは、Ｌ体、Ｄ体、ラセミ
体、メソ体のいずれでもよいが一般にメソ体は加水分解
されやすく、収率の極端な低下を招く傾向がある。

【００１５】好ましいジエステルはグリコリド（１，４
−ジオキサン−２，５−ジオン）およびラクチド類であ
り、さらに好ましくはＬ−ラクチド（（３Ｓ）−シス−
３，６−ジメチル−１，４−ジオキサン−２，５−ジオ
ン）、Ｄ−ラクチド（（３Ｒ）−シス−３，６−ジメチ
ル−１，４−ジオキサン−２，５−ジオン）およびＤＬ
−ラクチド（Ｌ−ラクチドとＤ−ラクチドのラセミ化合
物）である。これらの化合物とメソラクチド（トランス
−３，６−ジメチル−１，４−ジオキサン−２，５−ジ
オン）の混合物にも好適にもちいることができる。ラク
チド類は現在広く開発が進められている乳酸系生分解性
プラスチックの原料として非常に重要な化合物である。

【００１６】またジエステルは異なるα−オキシ酸分子
同士により形成されるものであっても一向に差し支えな
い。具体的には、グリコール酸と乳酸の間の環状ジエス
テルであり、モノメチルグリコリドなる慣用名で知られ
る３−メチル−１，４−ジオキサン−２，５−ジオンな
どが挙げられる。

【００１７】本発明においては、不純物を含むジエステ
ルを攪拌下に結晶粒子を析出させながら徐々に冷却し、
得られる結晶凝集物のそれぞれの結晶粒径が２０〜１０
００μとなるようにコントロールして精製を行う。結晶
粒径が、２０ミクロン未満では洗浄後の固液分離操作お
よび乾燥操作において操作時間の延長が必要になり、そ
のためにジエステルの加水分解を引き起こす。また結晶
粒径が１０００ミクロンを越えると結晶化処理を行うこ
とでむしろ結晶粒子内に存在する不純物量が相対的に多
くなり、本発明の目的を達成することはできない。

【００１８】本発明において結晶化時の攪拌強度は、得
られる結晶粒径が２０〜１０００μとなるように、もち
いる機台の性能および生産性を考慮して当該技術分野の
実施者により注意深く決定されなければならない。

【００１９】本発明において、これらのジエステルと不
純物の混合物を溶融する場合、不必要に高い温度に長時
間暴露することは、不純物により目的とするジエステル
の分解が生じるため好ましくない。すなわち水、α−オ
キシ酸やその低分子量オリゴマーなどがジエステルを開
環し、新たなオキシ酸を生成する恐れがある。本発明の
操作では通常、不純物を含むジエステルの凝固点の１５
℃、より好ましくは５℃より高くない温度である。

【００２０】本発明において、不純物を含むジエステル
をその凝固点から攪拌下に結晶粒子を析出させながら徐
々に冷却する場合、その冷却速度として好ましくは５℃
／分以下が好ましく、より好ましくは２℃／分以下であ
り、最も好ましくは１℃／分以下である。このように可
能な限り小さい冷却速度で冷却することで、徐々にジエ
ステルが結晶化し、生成した結晶内に取り込まれる不純
物の含有量が低下するためより純粋なジエステル固形物
が得られる。５℃／分より大きくなると、生成する結晶
中に多量の不純物が取り込まれやすくなる。その結果得
られた固形物を溶媒で洗浄しても本発明の目的を達成す
ることはできない。このようにして本発明で精製された
α−オキシ酸の分子間環状ジエステルは、トルエン、酢
酸エチル、イソプロパノール、ｔ−ブチルアルコールな
どの乾燥有機溶媒から数回再結晶されたジエステルと同
等の高い重合性を有しており、高分子量αーオキシ酸ポ
リエステル製造用モノマーとして好適である。したがっ
て得られたα−オキシ酸のジエステルを開環重合すると
容易に高分子量のα−オキシ酸ポリエステルが得られ、
種々の生分解性成形物を製造することが可能となる。

【００２１】

【実施例】本発明をさらに具体的に説明するために以下
に実施例を述べるが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。なお実施例における特性値は以下の方法によ
って測定した。

【００２２】（１）酸価（ＡＶ） ジエステル０．８ｇを精秤しメタノール−クロロホルム
（１／１体積比）に溶解した直後の溶液を０．１Ｎ−Ｎ
ａＯＣＨ₃ メタノール溶液で、フェノールフタレインを
指示薬に用いて滴定することによって測定し、これをジ
エステルに含まれる不純物の尺度としてジエステル１ｔ
ｏｎ当たりのＮａＯＣＨ₃ の消費量（当量数）で表し
た。

【００２３】（２）含有水分量 ジエステル１．０ｇを精秤しクロロホルムに溶解した
後、平沼産業（株）製デジタル微量水分測定装置ＡＱ−
３Ｃを用いて測定し、ｐｐｍで表した。

【００２４】（３）ジエステル、およびそのメソ体含有
量 ジエステル４０ｍｇを精秤し、アセトニトリルに溶解し
た後、ＦＩＤ−ＧＣ（島津製作所製ガスクロマトグラフ
ＧＣ−７Ａ）にて内部標準法で定量し、重量％で表し
た。カラムにはＯＶ−２２５、キャリアーガスには窒素
を使用した。

【００２５】参考例１ ９０％Ｌ−乳酸水溶液（９８％e.e.）から、グリセリン
を添加し末端を封鎖したＬ−乳酸オリゴマーを、三酸化
アンチモンを触媒として脱水重縮合により合成し、これ
を２００℃、１ｍｍＨｇ以下で熱分解することでＡＶ＝
１５２ｅｑ／ｔＬ−ラクチド含有率８９．２％、メソラ
クチド含有率５．８％の組成を有する、ジエステルと不
純物の薄黄色溶融混合物を得た。

【００２６】参考例２ ９０％ＤＬ−乳酸水溶液から、参考例１と同様な操作で
ＡＶ＝１６６ｅｑ／ｔ、ＤＬ−ラクチド含有率５５．０
％、メソラクチド含有率３３．２％の組成を有する、ジ
エステル不純物の薄黄色溶融混合物を得た。

【００２７】実施例１ 参考例１で得られたＬ−ラクチドと不純物の溶融混合物
４０．０ｇをセパラブルフラスコに投入した。融液温度
は９７℃に保たれた。これを冷却速度１℃／分で市販ス
リー・ワン・モーターを用いて５０回転／分の攪拌下に
冷却すると、８９℃で融液中にＬ−ラクチドの微細な結
晶が成長するのが観察され、結晶化による発熱で温度は
９２℃まで上昇した。さらに冷却速度１℃／分で徐々に
冷却をおこなうと、温度が低下するにつれラクチド結晶
量は増大し、スラリー状になった。７８℃まで冷却する
と、混合物の外観は柱状結晶の凝集物になった。これを
３５℃まで冷却した後、２４℃のイオン交換水８０ｇを
投入して攪拌し、得られたスラリーを吸引濾過した。濾
紙上のケークをさらに４０ｇのイオン交換水で２回洗浄
した後、窒素気流中で２ｈｒ風乾した。回収量は３３．
０ｇであった。得られたラクチドはすべて１６メッシュ
のふるいを通過する結晶として得られ、ＡＶ＝２．２ｅ
ｑ／ｔｏｎ、メソラクチド含有量０．７％、Ｌ−ラクチ
ド含有量９９．２％であった。また含有水分量は１００
ｐｐｍ以下であった。

【００２８】実施例２ 参考例２で得られたＤＬ−ラクチドと不純物の溶融混合
物４０．０ｇをセパラブルフラスコに投入した。融液温
度は１０２℃に保たれた。これを冷却速度１℃／分で市
販スリー・ワン・モーターを用いて５０回転／分の攪拌
下に冷却すると、９５℃で融液中にＤＬ−ラクチドの微
細な結晶が成長を開始するのが観察され、結晶化による
発熱で温度は９６℃まで上昇した。さらに冷却速度１℃
／分で徐々に冷却をおこなうと、温度が低下するにつれ
ラクチド結晶量は増大し、スラリー状になった。生成し
た固体の外観は板片状の結晶であり、ほぼ１００％のＤ
Ｌ−ラクチド含有量を有していた。４５℃まで冷却した
後、冷却速度０．２℃／分でさらに冷却を続行したとこ
ろ３９℃でメソラクチドとＤＬ−ラクチドの共晶が固化
しはじめ、温度は１時間一定に保持された。スラリーは
クリーム状に変化した。温度はさらに低下しこれを３７
℃に保持した後、２４℃のイオン交換水８０ｇを投入し
て攪拌し、得られたスラリーを吸引濾過した。濾紙上の
ケークをさらに１２０ｇのイオン交換水で２回洗浄した
後、窒素気流中で２時間風乾した。回収量は２８．０ｇ
であった。得られたラクチドはすべて１６メッシュのふ
るいを通過し、ＡＶ＝２．２ｅｑ／ｔｏｎ、メソラクチ
ド含有量２３．０％、Ｌ−ラクチド含有量７６．０％で
あった。また含有水分量は１２０ｐｐｍであった。

【００２９】比較例１ 参考例１で得られたＬ−ラクチドと不純物の溶融混合物
４０．０ｇをセパラブルフラスコに投入した。融液温度
は９７℃に保たれた。これを冷却速度１０℃／分で市販
スリー・ワン・モーターを用いて５０回転／分の攪拌下
に冷却すると、６０℃で融液中に微細な結晶が急激に発
生し、ロウ状の結晶塊に変化し、完全に固化してしまっ
たため攪拌は不能になった。これを３５℃まで冷却した
後、２４℃のイオン交換水８０ｇを投入して攪拌した
が、結晶塊を分散させ、結晶粒子を得ることは不可能で
あったのであらためてミキサーをもちいて粉砕した。得
られたスラリーを吸引濾過した。濾紙上のケークをさら
に４０ｇのイオン交換水で２回洗浄した後、窒素気流中
で２時間風乾した。回収量は３２．５ｇであった。得ら
れたラクチドは大きな塊が散在し１６メッシュのふるい
を通過しないものが多々観察された。このラクチドは、
ＡＶ＝３２．２ｅｑ／ｔｏｎ、メソラクチド含有量３．
１％、Ｌ−ラクチド含有量９４．２％であった。また含
有水分量は３５０ｐｐｍであった。

【００３０】比較例２ 参考例２で得られたＤＬ−ラクチドと不純物の溶融混合
物４０．０ｇをセパラブルフラスコに投入した。融液温
度は１０２℃に保たれた。これを冷却速度１０℃／分で
市販スリー・ワン・モーターを用いて５０回転／分の攪
拌下に冷却すると、５２℃で融液中に微細な結晶が急激
に発生し、ロウ状の結晶塊に変化し、完全に固化してし
まったため攪拌は不能になった。これを３５℃まで冷却
した後、２４℃のイオン交換水８０ｇを投入して攪拌し
たが、完全に固化したロウ状の結晶塊を分散させること
は不可能であったのであらためてミキサーをもちいて粉
砕した。得られたスラリーを吸引濾過した。濾紙上のケ
ークをさらに４０ｇのイオン交換水で２回洗浄した後、
窒素気流中で２ｈｒ風乾した。回収量は２６．７ｇであ
った。得られたラクチドは大きな塊が散在し１６メッシ
ュのふるいを通過しないものが多々観察された。このラ
クチドは、ＡＶ＝３５．５ｅｑ／ｔｏｎ、メソラクチド
含有量２２．１％、ＤＬ−ラクチド含有量７３．３％で
あった。また含有水分量は４５０ｐｐｍであった。

【００３１】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明において精製されるα−オキシ酸の分子間環状ジエス
テルは従来の方法に比較してより高い純度を有してい
る。このジエステルを開環重合すると、容易に高分子量
のα−オキシ酸ポリエステルが得られ、種々の生分解性
成形物を製造することができ広範な用途が期待できるの
で、産業界、または環境問題の解決にも寄与すること大
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有地 美奈子 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社本社内 (72)発明者 宇野 敬一 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社本社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式（Ｉ）で示されるα−オキシ
   酸の分子間環状ジエステルおよび不純物を含む溶融混合
   物を、（１）不純物を含む分子間環状ジエステルの凝固
   点から攪拌下に結晶粒子を析出させながら徐々に冷却
   し、（２）次いで攪拌しながら最終的に２０〜１０００
   μの粒径の結晶凝集物を得たのち、（３）これを溶媒中
   攪拌下に粉砕および／または分散させ洗浄する工程を含
   むことを特徴とするα−オキシ酸の分子間環状ジエステ
   ルの精製方法。 【化１】 （式中Ｒ¹ 、Ｒ² は独立に水素または炭素数１〜５のア
   ルキル基を示す）
2. 【請求項２】 工程（１）における冷却速度が５℃／
   分以下であることを特徴とする請求項１記載の精製方
   法。
3. 【請求項３】 分子間環状ジエステルがＬ−ラクチドお
   よび／またはＤ−ラクチドであることを特徴とする請求
   項１または２記載の精製方法。
4. 【請求項４】 分子間環状ジエステルがグリコリドであ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の精製方法。
5. 【請求項５】 分子間環状ジエステルとしてさらにメソ
   ラクチドが含まれる場合であって、メソラクチドとの共
   融点で一定温度に保持することでメソラクチドとの共晶
   も回収することを特徴とする請求項３記載の精製方法。