PL230933B1 - Sposób krystalizacji monohydratów kwasów diacylowinowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób krystalizacji monohydratów kwasów diacylowinowych, otrzymanych w reakcji hydrolizy odpowiednich bezwodników diacylowinowych w wodzie i krystalizację z wody. Sposób ten charakteryzuje się tym, że po zakończeniu procesu hydrolizy i rozdziale faz mieszaniny reakcyjnej fazę dolną zawierającą kwas diacylowinowy wylewa się na powierzchnię stali kwasoodpornej w temperaturze 30 - 70°C, pozostawia się do krystalizacji przez co najmniej 1 minutę, a następnie wykrystalizowany osad oddziela się od powierzchni stalowej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób krystalizacji monohydratów kwasów diacylowinowych np. monohydratu kwasu dibenzoilo- i ditoluoilowinowego (KDBW-H2O i KDTW Ή2Ο).

Kwas winowy i jego związki, a szczególnie pochodne diacylowe, są szeroko wykorzystywane w syntezie organicznej i odgrywają bardzo ważną rolę w syntezie związków optycznie czynny ch. Najszerzej, w tym także w skali przemysłowej, wykorzystuje się je do rozdziału mieszanin racemicznych amin, aminokwasów, alkoholi oraz innych związków o charakterze zasadowym i nie tylko. Są one używane jako czynniki rozdzielające lub derywatyzujące oraz w chiralnych materiałach chromatograficznych jako dodatki chiralne lub matrycujące [L. Synoradzki, U. Bernaś, P. Ruśkowski, Tartaric acid and its O-acyl derivatives. Part 2. Application of Tartaric Acid and of O-Acyl Tartaric Acids and Anhydrides. Resolution of Racemates, Org. Prep. Proc. Int., 2008, 40, 163-200].

Podstawową metodą otrzymywania kwasów diacylowinowych jest hydroliza odpowiednich bezwodników diacylowinowych. Zarówno kwasy, jak i bezwodniki są trudno rozpuszczalne w wodzie. Niektóre kwasy (np. dibenzoilo i ditoluoilowinowe KDBW i KDTW) krystalizują w postaci monohydratów z emulsji fazy niemieszającej się z wodą, która łatwo ulega przechłodzeniu i zbrylaniu. Inne (np. dianizoilowinowy KDAW) nie tworzą fazy ciekłej i hydratów, a od razu z osadu bezwodnika przechodzą w osad kwasu, który jest niezwilżalny wodą, lekki, pełzający, pieniący. Zazwyczaj, aby przeprowadzić hydrolizę i wydzielić produkt przez krystalizację w postaci hydratów KDAcW-H2O do środowiska reakcji dodaje się rozpuszczalnik.

Jedną ze znanych metod hydrolizę bezwodników diacylowinowych przeprowadzano w acetonie z wodą [N. Huh, C. M. Thompson, Tetrahedron, 51, 5935 (1995)] lub w wodzie, najczęściej w temperaturze wrzenia, w ciągu 0,5-1 h, bez lub z dodatkiem rozpuszczalnika niemieszającego się z wodą, który ułatwiał wydzielanie kwasów [S. Nakai, H. Sato, T. Fujino, JP Patent 6166683, 1992 (EP Patent 600714, 1993); Chem. Abstr., 121, 108498]. Jako rozpuszczalnik stosowano benzen, toluen, ksylen i chlorobenzen. Produkty otrzymywano w postaci bardzo drobnego, talkowatego osadu, trudnego w filtracji, suszeniu i w transporcie. Dodatek rozpuszczalnika ułatwiał wydzielenie, ale stosowane w tym celu rozpuszczalniki są lotne, łatwopalne, mają silny zapach, są szkodliwe i stwarzają zagrożenie wybuchem. Ponadto rozpuszczalnik organiczny może powodować obniżenie wydajności procesu i dodatkowo sprawia problemy z zagospodarowaniem ścieków.

Mezei i inni [HU22147] przeprowadzili hydrolizę bezwodnika dibenzoilowinowego do odpowiedniego kwasu w dichlorometanie, z małą ilością wody, pod ciśnieniem 0,15-0,5 MPa.

Możliwe jest przeprowadzenie hydrolizy w niższej temperaturze (35-57°C), w wodzie z dodatkiem acetonu (5-50%), w którym np. KDBW rozpuszcza się. Metoda ta pozwoliła na otrzymanie kwasu dibenzoilowinowego bez produktów ubocznych, ale z niską wydajnością (60%) [L. Duhamel, J.-C. Plaquevent, Org. Prep. Proced. Int., 14, 347 (1982)].

Najbardziej pożądane z punktu widzenia technologicznego i ochrony środowiska jest prowadzenie hydrolizy bezwodników diacylowinowych w wodzie, w temperaturze około 100°C. Woda jest tanim i ekologicznym medium reakcyjnym, mieszanina poreakcyjna jest wolna od rozpuszczalników organicznych, produkt końcowy krystalizuje z wody. Jednak problemem w przypadku hydrolizy w wodzie jest powstawanie kwasów w postaci niemieszającego się z wodą, ciekłego monohydratu.

Przykładowo, kwas dibenzoilowinowy i kwas ditoluoilowinowy krystalizują w postaci monohydratu z emulsji fazy ciekłego monohydratu i sprawne przeprowadzenie procesu wymaga specjalnego rozwiązania technicznego, ponieważ monohydrat ma tendencję do przechładzania i gwałtownej krystalizacji w całej masie. Obserwuje się też, że w trakcie krystalizacji z wody monohydraty mają tendencję do adhezji do stali np. do mieszadła i do ścian reaktora.

Monohydraty kwasów diacylowinowych krystalizowane z wody po zakończeniu krystalizacji są filtrowane w temperaturze pokojowej (25-35°C). Tak otrzymane produkty zawierają 30-50% wody. Monohydraty te wymagają specjalnych warunków suszenia, ponieważ są ściśliwe, łatwo ulegają pastowaceniu, a wraz ze wzrostem temperatury łatwo też ulegają upłynnieniu. Temperatura suszenia jest więc ograniczona, również dlatego, że woda k rystaliczna w hydratach nie jest mocno związana i produkty mogą ulec „przesuszeniu” do prawie bezwodnych.

Sposób według wynalazku wykorzystuje właściwość adhezji monohydratów kwasów diacylowinowych do stali kwasoodpornej w celu rozwiązania wyżej opisanych problemów.

PL 230 933 B1

Sposób krystalizacji monohydratów kwasów diacylowinowych, otrzymanych w reakcji hydrolizy odpowiednich bezwodników diacylowinowych w wodzie i krystalizację z wody, według wynalazku charakteryzuje się tym, że po zakończeniu procesu hydrolizy i ro zdziale faz mieszaniny reakcyjnej fazę dolną zawierającą kwas diacylowinowy wylewa się na powierzchnię stali kwasoodpornej w temperaturze 30-70°C, pozostawia się do krystalizacji przez co najmniej 1 minutę, a następnie wykrystalizowany osad oddziela się od powierzchni stalowej.

Korzystnie przed wylaniem na powierzchnię stalową mieszaninę poreakcyjną po hydrolizie bezwodnika diacylowinowego chłodzi się do temperatury 70-60°C i fazy mieszaniny reakcyjnej rozdziela się w tej temperaturze.

Korzystnie na powierzchnię stalową wylewa się fazę dolną o zwartości wody 15-30% wag.

Korzystnie stosuje się grubość krystalizującej warstwy 1-5 mm.

Korzystnie krystalizację monohydratu kwasu diacylowinowego przeprowadza się po wcześniejszym roztarciu na powierzchni stalowej zaszczepki tego kwasu.

Korzystnie wykrystalizowany osad oddziela się od powierzchni stalowej przez ścinanie, skrawanie, skrobanie.

Zgodnie z wynalazkiem monohydrat kwasu diacylowinowego wylany na powierzchnię ze stali kwasoodpornej szybko krystalizuje w pos taci kruchej warstwy, z której jednocześnie odparowuje woda. W rezultacie produkt można łatwo oddzielić od powierzchni i uzyskać kwas diacylowinowy o małej zawartości wody, przykładowo w przypadku kwasu dibenzoilowinowego 7-15% wag, a w przypadku kwasu ditoluilowinowego 1 -5% wag.

Sposób według wynalazku pozwala na zminimalizowanie strat produktu poprzez wykluczenie operacji krystalizacji w wodzie, filtracji i suszenia osadu o zawartości wody 30-50%. Sposób według wynalazku pozwala na otrzymanie surowego osa du o małej zawartości wody (0,5-15%), dzięki czemu radykalnie zmniejsza się zużycie energii i czas suszenia. Wynalazek gwarantuje otrzymanie produktu w wymaganej postaci z wysoką wydajnością, o jakości zgodnej z wymaganiami technicznymi.

Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach.

P r z y k ł a d 1. Otrzymywanie kwasu dibenzoilowinowego

Do kolby trójszyjnej pojemności 250 mL wprowadzono 50 mL wody i 25 g BDBW. Włączono mieszanie (mieszadło łopatkowe, 320 obr./min) i utrzymywano mieszaninę w temperaturze 90°C przez 30 min. Następnie mieszając schłodzono do temperatury 70±2°C, wyłączono mieszanie i przelano zawartość kolby do rozdzielacza poj. 250 mL z płaszczem grzejno-chłodzącym o temperaturze 67±2°C. Po 30 min klarowną warstwę dolną - roztwór KDBW o zaw. wody 25% - poprzez dolny kran rozdzielacza wylano i rozprowadzono bagietką na płytę ze stali kwasoodpornej na grubość warstwy ok. 2 mm (wielkość płyty 300x200x2) o temperaturze 40±2°C, na której była roztarta zaszczepka (KDBW-H2O 0,25 g). Obserwowano krystalizację po 40±20 s i utwardzenie osadu po następnych 40±20 s. Kruchy osad był łatwo skrawalny. W zależności od czasu przebywania na płycie zawartość wody w KDBW-H2O wynosiła 5-15%, a wydajność w przeliczeniu na monohydrat ok. 97%.

P r z y k ł a d 2. Otrzymywanie kwasu ditoluoilowinowego

Do kolby trójszyjnej pojemności 250 mL wprowadzono 50 mL wody i 25 g BDTW. Włączono mieszanie (mieszadło łopatkowe, 320 obr./min) i utrzymywano mieszaninę w temperaturze 90°C przez 30 min. Następnie wyłączono mieszanie i przelano zawartość kolby do rozdzielacza poj. 250 mL z płaszczem grzejno-chłodzącym o temperaturze 90±2°C. Po 20 min klarowną warstwę dolną roztwór KDBW o zaw. wody 22% - poprzez dolny kran rozdzielacza wylano i rozprowadzono bagietką na płytę ze stali kwasoodpornej (300x200x2) o temperaturze 60±2°C, na której była roztarta zaszczepka (KDTW-H2O 0,25 g) w czasie ok. 10 min. Obserwowano krystalizację po 40±20 s i utwardzenie osadu po następnych 40±20 s. Kruchy osad był łatwo skrawalny. W zależności od czasu przebywania na płycie zawartość wody w KDBW-H2O wynosiła 0,5-5% a wydajność w przeliczeniu na monohydrat ok. 97%.

PL 230 933 B1

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób krystalizacji monohydratów kwasów diacylowinowych, otrzymanych w reakcji hydrolizy odpowiednich bezwodników diacylowinowych w wodzie i krystalizację z wody, znamienny tym, że po zakończeniu procesu hydrolizy i rozdziale faz mieszaniny reakcyjnej fazę dolną zawierającą kwas diacylowinowy wylewa się na powierzchnię stali kwasoodpornej w temperaturze 30-70°C, pozostawia się do krystalizacji przez co najmniej 1 minutę, a następnie wykrystalizowany osad oddziela się od powierzchni stalowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wylaniem na powierzchnię stalową mieszaninę poreakcyjną po hydrolizie bezwodnika diacylowinowego chłodzi się do temperatury 70-60°C i fazy mieszaniny reakcyjnej rozdziela się w tej temperaturze.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na powierzchnię stalową wylewa się fazę dolną o zwartością wody 15-30% wag.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się grubość krystalizującej warstwy 1-5 mm.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krystalizację monohydratu kwasu diacylowinowego przeprowadza się po wcześniejszym roztarciu na powierzchni stalowej zaszczepki tego kwasu.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykrystalizowany osad oddziela się od powierzchni stalowej przez ścinanie, skrawanie, skrobanie.