柠檬酸酯的生产方法技术

本发明专利技术所描述的是以经济的方式生产柠檬酸酯的方法。通过将含有柠檬酸的、已经过处理除去阳离子和任选其他杂质但含有糖的发酵液进行酯化反应制备所述酯。也可以通过使不纯的含水柠檬酸源与醇进行反应以提供多相水／有机反应后的混合物（其中有机相含有所述酯而水相保留各种水溶性的杂质）来制备所述酯。然后采用液相分离方法以分离有机相和水相，能方便地将各种杂质从产物中分离出去并避免将水从反应介质中蒸馏除去的巨大能量需求。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术背景本专利技术一般涉及用于生产柠檬酸酯的各种方法，更具体地说，本专利技术涉及适用于从含有部分纯化的柠檬酸的发酵液中制备柠檬酸酯的各种方法。作为进一步的背景资料，柠檬酸是一种可用于食品、制药、化妆品及塑料工业中的生物上存在的物质。特别是在塑料工业中，柠檬酸是生产柠檬酸酯增塑剂的一种原料。自从C.Wehmer在19世纪90年代开始进行早期的研究工作以来，人们在发酵生产柠檬酸的各种方法中倾注了极大的热情及大量的投资。就运一点而论，每年世界上所生产的不低于700百万磅的柠檬酸几乎所有都来自发酵的方法，例如通过一种碳源如糖蜜，采用微生物黑曲霉(Aspergillus Niger)进行发酵得来。通常，来自这种发酵的发酵液含有约不低于10％(重量)的柠檬酸，以及约不低于1000ppm的盐、约1％(重量)的碳水化合物，和2％(重量)的蛋白质、氨基酸和其他物质。从这种介质中提纯柠檬酸在学术界和工业界中一直是备受关注的课题。一般而言，迄今为止人们已使用了三种技术，它们分别是沉淀、溶剂萃取和固相聚合物吸附及随后进行解吸。对于第一种技术沉淀，我们可以肯定地说它是一种工业规模采用的更加优选的技术，虽然对于其他两种技术人们也已经付出了巨大的努力。在沉淀方法中，通常将氢氧化钙(石灰)加入到发酵后的介质中以生成微溶的柠檬酸三钙四水合物。经恰当地操作后，这种沉淀使大部分的杂质都留在了溶液中。通过对过滤后的沉淀物进行洗涤可以进一步除去杂质。为了进一步提纯产品，可使湿的沉淀物与硫酸进行反应，得到硫酸钙(石膏)和游离酸的溶液。然后用活性炭和离子交换树脂处理游离酸溶液，再蒸发成结晶状的柠檬酸产品。正如我们所认识到的那样，这种沉淀方法的效率在很大程度上取决于恰当地和小心地进行所包括的各个步骤。因而它是一种要求高度提纯的灵敏的方法(特别是在工业规模时尤其如此)。用来提纯柠檬酸的第二种技术是溶剂萃取。在该技术中，采用各种溶剂烃，如辛烷、苯、煤油、醚、酯、酮或胺将柠檬酸从发酵液中萃取出来。然后采用加热或生成柠檬酸盐将柠檬酸重新从溶剂相萃取进水中。然而这种溶剂萃取技术也是昂贵和复杂的。此外，溶剂萃取还产生了相当大量的需要处置的废物，从成本及环境的观点来看这种方法是不吸引人的。人们提议的第三种技术包括使用固体吸附剂将柠檬酸从介质中移出。然后采用一种解吸剂将所吸附的柠檬酸从聚合物中回收。例如，Kawabata等人在美国专利第4,323,702号中描述了采用一种其主要组分为具有吡啶骨架结构和交联结构的聚合化合物的材料用于回收羧酸的一种方法。然后采用脂族醇、脂族酮或羧酸酯作为解吸剂对所捕获的羧酸进行解吸。Kulprathipanja在美国专利第4,720,579号中描述了一种方法，其中采用中性的、非离子的、大网状的、水不溶的交联苯乙烯-聚(乙烯基)苯的一种吸附剂将柠檬酸从发酵液中分离出来，然后采用丙酮/水混合物进行解吸。Kulprathipanja等人在美国专利第4,851,573号中描述了另一种方法，其中将具有连接叔胺官能基或吡啶官能基的交联丙烯酸或苯乙烯树脂基体的吸附剂作为柠檬酸的吸附剂，然后优选采用硫酸进行解吸。Kulprathipanja在另一篇美国专利第4,851,574号中还描述了采用具有连接脂族季胺官能基的交联丙烯酸或苯乙烯树脂基体作为吸附剂将柠檬酸从发酵液中分离出来。正如我们将会了解到的那样，上述用于提纯柠檬酸的各种技术以及通常在所有方法中所使用的去除糖分的最终结晶方法为最终产品添加了相当大的成本。反之，相当大的成本被加入到柠檬酸下游的产品中。例如，如前所述，在柠檬酸的其他用途当中，柠檬酸是柠檬酸酯的一种重要的原料，而柠檬酸酯对于PVC组合物(例如参见美国专利第4,870,204号、第4,789,700号、第4,711,922号和第4,824,893号)和生物可降解的聚合组合物(例如参见美国专利第5,556,905号)而言特别可用作增塑剂。大部分的柠檬酸酯都是通过使提纯后的柠檬酸(如工业级或USP级)与合适的醇在酯化反应催化剂的存在下进行酯化反应制得。然而，由使用这种提纯级的柠檬酸的成本压力造成了极大的缺陷，因为柠檬酸酯的制造量及使用量都较大。德国专利第1 041 944号描述了一种方法，其中据称从粗制的柠檬酸发酵液中制备出柠檬酸酯。更具体地说，其作者描述了一种用于生产柠檬酸酯的方法，其中采用苯和乙醇对粗制的30％柠檬酸发酵液进行脱水成糖浆。将丁醇和乙酸丁酯连同锡催化剂加入到该糖浆中，然后将混合物加热至140-160℃的温度，然后加入氢氧化钾终止反应。用碳酸钠水溶液洗涤所得的反应产物，蒸馏粗制的混合物。作者报道在所回收的物质中得到了乙酰基柠檬酸三丁酯。如上所述，人们仍需要对用作增塑剂的重要柠檬酸酯寻求各种经济的生产路线。合乎需要的这种路线应该避免提纯所造成的高成本，而同时得到适用于用作PVC和其他塑料的工业增塑剂的柠檬酸酯产品。本专利技术正适应这些需要。本专利技术概要本专利技术的特征之一是我们意想不到地发现所需柠檬酸酯产品可通过使含有较不纯的柠檬酸的发酵液进行酯化作用(如果在酯化之前对这种发酵液进行处理以去除阳离子的话)进行制备。因此，本专利技术的一个优选实施方案提供了一种制备柠檬酸酯的方法，它包括(i)从产生柠檬酸的发酵中提供含有柠檬酸的发酵液，对该发酵液先进行处理以除去阳离子杂质；和(ii)使含有柠檬酸的发酵液与醇进行反应以酯化柠檬酸并生成柠檬酸酯。我们发现在进行酯化作用之前除去阳离子能使产生的颗粒状杂质的形成减少至最低程度，并极大地改进反应速率和产品收率及产品纯度。本专利技术这个令人意想不到的方面使得可以经济地生产柠檬酸酯，同时避免与将柠檬酸做成提纯状态如工业级或USP级的柠檬酸有关的高成本。在一个特别优选的方面中，本专利技术提供了如上所述用于制备下式I的柠檬酸三酯组合物(composition)的方法 其中R＝H、R2-CO-或Ph(-R2)n-CO-，其中R2为C1-C18脂族基团，n为0或1，和Ph为苯基基团；每一个R1(彼此之间可以相同，也可以不同)选自H、C1-C18脂族基团或脂环族基团，或R2(OR3)m-，其中R2如上所定义，R3为C1-C8烷基基团，m为1-15的整数，和其中高达约40％的基团R1为H(即酯组合物中的羧酸基团有约60％-约100％被酯化)。该本专利技术的方法包括(i)使已进行过处理除去阳离子的含有柠檬酸的发酵液与一种或一种以上式R1-OH(其中R1如上所定义)的醇进行反应生成式I的柠檬酸酯(其中R＝H)，和(ii)任选地使步骤(i)的产物与式R2CO-X、Ph(-R2)n-CO-X、R2-CO-O-CO-R2或Ph(-R2)n-CO-O-CO-(-R2)n-Ph(其中R2和n如上所定义，X为卤素)的酰卤或酸酐进行反应生成式I的产物(其中R＝R2-CO-或Ph(-R2)n-CO-，其中R2、n和Ph如上所定义)。本专利技术另一个优选的实施方案提供一种用于制备柠檬酸酯的方法，它包括(i)使醇与含有水溶性杂质的含水柠檬酸源进行化合以提供具有水相的反应介质；(ii)使反应介质进行反应生成柠檬酸酯，使所述柠檬酸酯从所述水相中分离到有机相中，所述水相基本上保留了所述水溶性杂质；和(iii)将含有柠檬酸酯的有机相从水相中分离出来。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备柠檬酸酯的方法，它包括：从生产柠檬酸的发酵中提供一种含有柠檬酸的发酵液，该发酵液已经过处理除去各种阳离子杂质；和使所述含有柠檬酸的发酵液与一种或一种以上醇进行反应以酯化柠檬酸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：EP弗拉皮尔，JE达维斯，M格伦德泽，EFV斯克里文，JT怀斯，KW楚，
申请(专利权)人：莱利工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]