WO2003022829A1 - Verfahren zur herstellung von glycerincarbonat - Google Patents

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Lars Zander
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D317/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D317/08—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3
    • C07D317/10—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings
    • C07D317/32—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D317/34—Oxygen atoms
    • C07D317/36—Alkylene carbonates; Substituted alkylene carbonates

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing high-purity glycerol carbonate.
  • oligomeric products preferably diglycerol carbonate
  • oligomeric products are also always formed as a by-product.
  • part of the unreacted glycerol remains in the reaction product.
  • these by-products are disruptive and may have to be removed from the raw product by complex cleaning processes such as high vacuum distillation or cliromatographic processes. So far no ner driving is known in the prior art, which delivers glycerol carbonate in practically 100% purity.
  • the present invention therefore relates to a ner process for the production of high-purity glycerol carbonate which contains glycerol and oligomeric glycerol carbonate in a total amount of at most 5% by weight, the crude glycerol carbonate being reacted in the presence of an anhydrous base and then worked up.
  • the ner driving according to the invention is initially based on crude glycerol carbonate, which can be obtained by all production processes known to the person skilled in the art.
  • EP 955 298 describes a ner process for the production of glycerol carbonates by direct reaction of glycerol in supercritical CO in the presence of zeolites and ion exchange resins.
  • EP 739 888 describes a ner process for the production of Glycerol carbonate known, wherein glycerol is reacted with ethylene or propylene carbonates in the presence of suitable catalysts such as zeolites.
  • EP 582 201 also describes a ner process for the production of glycerol carbonate, glycerol being produced with CO and oxygen at elevated temperature in the presence of transition metal catalysts. It is particularly preferred to use crude glycerol carbonate which is obtained according to the teaching of JP 95094450.
  • crude glycerol carbonate which as a rule contains 3 to 10% by weight of the oligomeric glycerol carbonates and about 3 to 10% by weight of free glycerol, is reacted with suitable anhydrous bases.
  • suitable anhydrous bases In the course of this reaction, the crude glycerol or the oligomeric glycerol carbonate present is substantially reduced.
  • the bases used are strong bases on the one hand, i. H. have a maximum pkß value of 5 and at the same time are anhydrous, d. H. they contain no water or max. 2 to 5 wt .-% water, based on the amount of base.
  • bases selected from the group of the tertiary amines, the amines bound to solid phases, the alkali metal and alkaline earth metal silicates, preferably the sodium silicates, the hydroxides of the alkali metal and alkaline earth metal, the carbonates and hydrogen carbonates of Sodium, potassium, lithium and calcium as well as solid salts of sodium, potassium lithium and calcium of alkyl alcohols.
  • the use of sodium metasilicate, calcium hydroxide or triethylamine is particularly preferred.
  • the sodium silicates are the sodium salts of the various silicas. A distinction is made between sodium silicates in which the SiO 2 / Na O ratio is> 2 or ⁇ 1.
  • the latter group includes sodium metasilicate (Na SiO 3 ), MW 122.06, which is preferably used in the present process.
  • the anhydrous sodium metasilicate must be selected (melting point 1089 ° C) and not the hydrated forms. Bases which are insoluble or only slightly soluble even in glycerol carbonate are particularly suitable, since the end product can then be worked up simply by filtration.
  • the bases are used in the process according to the invention in amounts of 0.5 to 12% by weight, preferably 1 to 10% by weight and in particular 2 to 5% by weight, in each case based on the crude glycerol carbonate.
  • the desired reaction starts sufficiently at room temperature.
  • the temperature itself is not a critical factor, so the process according to the invention can also be carried out at lower or higher temperatures. However, it is preferably carried out at room temperature, that is to say 21 ° C.
  • the reaction is usually complete after 30 to 60 minutes at 21 ° C. Then it has proven to be advantageous to first filter the reaction mixture and then to adjust it to a pH of 4 to 5 using appropriate strong acids, preferably phosphoric acid. It may then be advantageous to filter again in order to obtain the pure glycerol carbonate then obtained.
  • the process according to the invention leads to glycerol carbonates with low proportions of free glycerol and polymeric glycerol carbonate.
  • the glycerol carbonate obtained in this way preferably contains at least 94% by weight glycerol carbonate and in particular 95% by weight glycerol carbonate and more.
  • the glycerol carbonate obtained in this way is suitable for use in various fields of application, for example the use in detergents, washing and cleaning agents or the particularly preferred use of high-purity glycerol carbonate as a humectant in cosmetic products.
  • the glycerol carbonate is obtained in a higher purity than in the prior art processes (batches A and B).

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Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Glycerincarbonat, wobei man rohes Glycerincarbonat in Gegenwart einer wasserfreien Base umsetzt und anschliessend aufarbeitet.

Description

Verfahren zur Herstellung von Glycerincarbonat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Glycerincarbonat.
Bei der Herstellung von Glycerincarbonat (systematisch 4-Hydroxymethyl-l,3-Dioxolan-2- on) entstehen neben dem gewünschten Hauptprodukt als Nebenprodukt immer auch oligomere Produkte, vorzugsweise Diglycerincarbonat. Weiterhin verbleibt ein Teil des unreagierten Glycerins im Reaktionsprodukt. Je nach Einsatzgebiet des Glycerincarbonats sind diese Nebenprodukte störend und müssen ggf. durch aufwendige Reinigungsverfahren wie Hochvakuumdestillation oder cliromatographische Nerfahren, aus dem Rohprodukt entfernt werden. Bislang ist im Stand der Technik kein Nerfahren bekannt, welches Glycerincarbonat in praktisch 100-%iger Reinheit liefert.
Es besteht daher Bedarf, ein einfaches und preiswertes Nerfahren zu finden, welches es ermöglicht, Glycerincarbonate in möglichst hoher Reinheit herzustellen. Es wurde nun gefunden, dass durch eine Nachbehandlung des Rohglycerincarbonats die Reinheit des Endprodukt gesteigert werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Nerfahren zur Herstellung von hochreinem Glycerincarbonat, welches Glycerin und oligomeres Glycerincarbonat in Mengen von insgesamt höchstens 5 Gew.-% enthält, wobei man das rohe Glycerincarbonat in Gegenwart einer wasserfreien Base umsetzt und anschließend aufarbeitet.
Das erfindungsgemäße Nerfahren geht zunächst aus von Rohglycerincarbonat, welches nach allen dem Fachmann bekannten Herstellungsverfahren gewonnen werden kann. Beispielsweise beschreibt die EP 955 298 ein Nerfahren zur Herstellung Glycerincarbonaten durch direkte Umsetzung von Glycerin in überkritischem CO in Gegenwart von Zeolithen und Ionenaustauschharzen. Aus der EP 739 888 ist ein Nerfahren zur Herstellung von Glycerincarbonat bekannt, wobei Glycerin mit Ethylen- oder Propylencarbonaten in Gegenwart geeigneter Katalysatoren wie Zeolithen zur Reaktion gebracht wird. Auch die EP 582 201 beschreibt ein Nerfahren zur Herstellung von Glycerincarbonat, wobei Glycerin mit CO und Sauerstoff bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Übergangsmetallkatalysatoren erzeugt wird. Besonders bevorzugt ist es, Rohglycerincarbonat einzusetzen, welches gemäß der Lehre der JP 95094450 erhalten wird.
Im Rahmen des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens wird Rohglycerincarbonat, welches in der Regel 3 bis 10 Gew.-% der oligomeren Glycerincarbonate und etwa 3 bis 10 Gew.-% freies Glycerin enthält, mit geeigneten wasserfreien Basen umgesetzt. Im Rahmen dieser Reaktion wird das vorhandene Rohglycerin bzw. das oligomere Glycerincarbonat substantiell verringert. Wesentlich ist dabei, dass die verwendeten Basen zum einen starke Basen sind, d. h. einen pkß-Wert von maximal 5 aufweisen und gleichzeitig wasserfrei sind, d. h. sie enthalten kein Wasser oder max. 2 bis 5 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Menge an Base.
Besonders bevorzugt im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Basen, ausgewählt aus der Gruppe der tertiären Amine, der an Festphasen gebundenen Amine, der Alkali- und Erdalkalisilikate, vorzugsweise der Νatriumsilikate, der Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle, der Carbonate und Hydrogencarbonate von Natrium, Kalium, Lithium und Calcium sowie von festen Salzen des Natriums, Kaliums Lithiums und Calciums von Alkylalkoholen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Natriummetasilikaten, Calciumhydroxid oder von Triethylamin.
Bei den Natriumsilikaten handelt es ich um die Natriumsalze der verschiedenen Kieselsäuren. Man unterscheidet Natriumsilikate, bei denen das Verhältnis SiO2/Na O > 2 oder < 1 ist. Zur letzteren Gruppe gehört das Natriummetasilicat (Na SiO3), MG 122,06, das im vorliegenden Verfahren vorzugsweise eingesetzt wird. Es muss allerdings das wasserfrei Natriummetasilikat ausgewählt werden (Schmelzpunkt 1089 °C) und nicht die hydratisierten Formen. Besonders geeignet sind solche Basen, die selbst in Glycerincarbonat nicht oder nur gering löslich sind, da dann die Aufarbeitung des Endprodukts einfach durch Filtration erfolgen kann. Die Basen werden im erfindungsgemäßen Verfahren in Mengen von 0,5 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-% und insbesondere von 2 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das rohe Glycerincarbonat, eingesetzt. Dabei setzt die gewünschte Reaktion bereits bei Raumtemperatur in ausreichendem Maße ein. Die Temperatur selber ist aber kein kritischer Faktor, so kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei niedrigeren oder höheren Temperaturen durch geführt werden. Vorzugsweise wird es aber bei Raumtemperatur, also 21 °C ausgeführt.
Die Reaktion ist bei 21 °C in der Regel nach 30 bis 60 Min. beendet. Anschließend hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Reaktionsgemisch zunächst zu filtrieren und anschließend mit entsprechenden starken Säuren, vorzugsweise mit Phosphorsäure, auf einen pH- Wert von 4 bis 5 einzustellen. Anschließend kann es vorteilhaft sein, nochmals zu filtrieren, um das dann erhaltene reine Glycerincarbonat zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu Glycerincarbonaten mit niedrigen Anteilen an freiem Glycerin und polymeren Glycerincarbonat. Vorzugsweise enthält das so gewonnene Glycerincarbonat mind. 94 Gew.-% Glycerincarbonat und insbesondere 95 Gew.-% Glycerincarbonat und mehr.
Das so gewonnene Glycerincarbonat eignet sich zum Einsatz in verschiedenen Anwendungsbereichen, wobei beispielsweise die Verwendung in Waschmitteln, Wasch- und Reinigungsmitteln oder der besonders bevorzugte Einsatz von hochreinem Glycerincarbonat als Feuchthaltemittel in kosmetischen Mitteln erwähnt sei.
Beispiele
100 g rohes Glycerincarbonat, enthaltend nach HPLC-Analyse 5,4 Gew.-% Glycerin, 90,9 Gew.-% Glycerincarbonat und 3,7 Gew.-% oligomeres Glycerincarbonat, wurden jeweils für 1 Stunde mit verschiedenen Basen gemäß Tabelle 1 bei 21 °C zur Reaktion gebracht. Anschließend wurde abfiltriert, der pH- Wert mit Phosphorsäure auf 4 bis 5 eingestellt und erneut filtriert. Die Ergebnisse der Reaktion sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengefasst (Ergebnisse von HPLC-Untersuchungen der Produkte):
Tabelle 1
Figure imgf000005_0001
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Basen C - F wird das Glycerincarbonat in höherer Reinheit als bei Verfahren nach dem Stand der Technik (Ansätze A und B) erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von hochreinem Glycerincarbonat, enthaltend Glycerin und oligomeres Glycerincarbonat in Mengen von insgesamt höchstens 5 Gew.-% , dadurch gekennzeichnet, daß man rohes Glycerincarbonat in Gegenwart einer wasserfreien Base umsetzt und anschließend aufarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Base ausgewählt ist aus der Gruppe tertiäre Amine, an Festphasen gebundene Amine, Natriummetasilikate, Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle, Carbonate und Hydrogencarbonate von Natrium,
Kalium Lithium und Calzium, feste Salze des Natriums, Kaliums, Lithiums und Calciums von Alkylalkoholen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Natriummetasilikate als Base einsetzt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Calciumhydroxid als Base einsetzt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Triethylamin als Base einsetzt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Basen auswählt, deren pKß-Wert maximal 5 beträgt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Basen in Mengen von 0,5 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-% und insbesondere von 2 bis 5 Gew. -% jeweils bezogen auf das rohe Glycerincarbonat, einsetzt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei Raumtemperatur (21 °C) durchgeführt wird.
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