способ получения гликолида

Формула изобретения

Способ получения гликолида, включающий стадии олигомеризации и деполимеризации при нагревании в вакууме, отличающийся тем, что раствор 65%-ной гликолевой кислоты помещается в выпарную колбу тонкопленочного ротационного испарителя при постоянной подаче азота (0,5 л/мин) с 0,3-0,5% массовых катализатора (ZnO), постепенно нагревается от 120°С до 185°С при давлении 150-300 мм рт.ст., с последующим охлаждением реакционной массы олигомера гликолевой кислоты и добавлением 0,5-1,5% массовых катализатора (Sb₂O₃), помещением полученной смеси в установку для перегонки в вакууме при температуре 270-280°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения гликолида, являющегося основным сырьем для получения полигликолида (полигликолевой кислоты) и его сополимеров, которые являются биоразлагаемыми полимерами и находят широкое применение в медицине, производстве биодеградируемых материалов для упаковки продуктов, тары, одноразовых изделий и т.п.

Известен способ синтеза гликолида из монохлоруксусной кислоты (А.П. Баталов, Г.А. Ростокин, В.А. Савин и др. Синтез и полимеризация гликолида. Физико-химические основы синтеза и переработки полимеров. Выпуск 1, 1976). Описан лабораторный способ синтеза гликолида из натриевой соли монохлоруксусной кислоты. Для синтеза использовали установку без дозатора и мешалки.

Натриевую соль хлоруксусной кислоты загружали в реактор, нагретый до температуры 523 К. По мере оплавления соли включали вакуум-насос и в вакууме происходила перегонка образовавшегося гликолида. Выход гликолида-сырца составлял 75%. Разложение натриевой соли хлоруксусной кислоты в присутствии трехокиси сурьмы происходило более целенаправленно. В этом случае гликолид-сырец получался более чистым, в результате чего выход чистого гликолида на 10% выше, чем в отсутствие трехокиси сурьмы.

Недостатком описанного метода является большое количество примесей, содержащих хлор и олигомеры гликолевой кислоты, что приводит к большим потерям при доведении гликолида до товарной чистоты методом двойной перекристаллизации в этилацетате. Выход чистого гликолида снижается до 40-45%.

Известен способ получения гликолида (патент РФ № 1540222, С07С 319/12, опубл. 20.04.1996). Изобретение относится к эфирам гидроксилсодержащей карбоновой кислоты, в частности к получению гликолида-мономера для синтеза полимеров медицинского назначения. С целью интенсификации процесса монохлоруксусную кислоту нейтрализуют NaOH или KOH в эквимолярном соотношении с получением реакционной массы, содержащей соответствующую соль монохлоруксусной кислоты. Последнюю нагревают до 138-150°C с одновременной отгонкой воды. Затем добавляют органический растворитель, выбранный из группы одноатомных спиртов С1-С4 или кетонов формулы R1-СО=R2, где R1 и R2 - одинаковые или различные алкильные радикалы С1-С3, в количестве 0,8-1,6 объема на 1 массовую долю монохлоруксусной кислоты. Отделяют осадок и отгоняют органический растворитель при температуре в массе до 160-175°C, а затем реакционную воду при температуре до 190-220°C и остаточном давлении 6,67-10,67 кПа с последующим отделением олигоэфира, который деполимеризуют в роторно-пленочном испарителе. Изобретение относится к получению полупродуктов для синтеза полимера, а именно к способу получения гликолида мономера для синтеза полимеров медицинского назначения.

Недостатком указанного прототипа является наличие в получаемом гликолиде-сырце большого количества загрязняющих компонентов, что требует дополнительных стадий очистки для дальнейшего получения гликолида, применяемого в синтезе полимеров медицинского назначения.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения гликолида из гликолевой кислоты посредством проведения реакции деполимеризации олигомера и конденсированием паров гликолида при повышенной температуре (270-280°C) и в вакууме (<20 мм рт.ст.), что позволяет получить выход гликолида-сырца 90% с получением гликолида после очистки (перекристаллизации) достаточной чистоты для использования при синтезе полимеров медицинского назначения.

Поставленная задача решается тем, что способ получения гликолида, включающий стадию олигомеризации и деполимеризации при нагревании в вакууме, отличается от прототипа тем, что раствор 65%-ной гликолевой кислоты помещается в выпарную колбу тонкопленочного ротационного испарителя при постоянной подаче азота (0,5 л/мин) с 0,3-0,5% массовых катализатора (ZnO), нагревается до 120°C при атмосферном давлении, с последующим охлаждением полученного дистиллята в холодильнике водой и конденсацией, охлаждением реакционной массы олигомера гликолевой кислоты и добавлением 0,5-1,5% массовых катализатора (Sb₂O ₃), помещением полученной смеси в установку для перегонки в вакууме при температуре 270-280°C.

Процесс отгонки воды из 1000 см³ 65% гликолевой кислоты осуществляют при 120°C в течение 3-4 часов в тонкопленочном ротационном испарителе. При получении объема дистиллята 120-125 см³ в установке создают вакуум 300 мм рт.ст., увеличивают температуру раствора до 140-150°C и продолжают отгонку воды. Несконденсировавшиеся пары, отсасываемые мембранным вакуумным насосом LABOPORTN 820.3. FT.18, проходят последовательно ловушку, охлаждаемую жидким азотом, и ловушку, наполненную прокаленным силикагелем, и далее сбрасываются под тягу. При получении общего объема дистиллята 225-230 см ³ выключается нагрев, сбрасывается вакуум и для проведения реакции олигомеризации в реакционную массу вносят катализатор (ZnO) 0,3-0,5% массовых. В процессе реакции олигомеризации продолжают отгонку воды, выделяющуюся при конденсации гликолевой кислоты, при нагревании смеси до 175-185°C и вакууме до 150 мм рт.ст.

После прекращения отгонки воды (4-6 часов) отключается нагрев ротационного испарителя, сбрасывается вакуум и перекрывается подача азота. Реакционная масса олигомера (600-640 см³ ) выливается тонким слоем в эмалированный поддон. Конденсат летучих веществ сливается из приемника в емкость для временного хранения.

Застывшая масса олигомера взвешивается, к ней добавляется 0,5-1,5% массовых катализатора (Sb₂O₃) и смесь тщательно перетирается в ступке.

Полученная смесь загружается в установку для перегонки в вакууме, продувается азотом, включается нагрев до 270-280°C электромагнитной мешалки и создается вакуум 10-15 мм рт.ст. Перемешивание реакционной массы осуществляется барботированием сухим азотом. Через час нагрева олигомера начинает отгоняться гликолид в виде прозрачного или желтоватого масла. Приемник дистиллята охлаждается льдом. Процесс продолжался до окончания выделения гликолида-сырца.

Полученный гликолид-сырец объемом 520-550 см ³ кристаллизовался в приемной колбе, которая затем взвешивалась. В зависимости от качества исходной гликолевой кислоты получался гликолид-сырец с t_пл=70-75°C. Выход ~90%.

Для очистки полученного гликолида-сырца от олигомеров, гликолевой кислоты и других примесей он трижды перекристаллизовывался из этилацетата и промывался этим же растворителем. Первая перекристаллизация гликолида-сырца проводилась в стандартной установке, состоящей из круглодонной колбы, обратного холодильника и колбонагревателя ES-4100. Для этого полученный гликолид-сырец переносился в круглодонную колбу и к нему добавлялся маточник третьей перекристаллизации в количестве 2 мл/г. Кипячение массы осуществлялось в течение 10 минут. При наличии твердых остатков в растворе проводилось горячее фильтрование. Для фильтрации используют фильтровальную бумагу ФБ и лабораторную установку фильтрации в вакууме, включая колбу Бунзена, воронку Бюхнера, герметизирующие соединения, вакуумный шланг и водоструйный насос. Вторая и третья перекристаллизация проводилась аналогично, но со свежим этилацетатом.

Сушка продукта (300-350 г) проводилась в вакуумном сушильном шкафу, под азотной подушкой, при температуре 45-50°C. Получаются белые кристаллы гликолида с температурой плавления 83,8-85,0°C. Дальнейшее хранение очищенного гликолида осуществлялось без доступа воздуха и паров воды.

Получаемый гликолид может быть использован как для получения высокомолекулярного полигликолида (полигликолевой кислоты), имеющего обширное самостоятельное применение, так и для получения различных сополимеров, в особенности, сополимера лактида и гликолида, используемого для получения биоразлагаемого шовного материала.

Хроматограмма полученного гликолида (рисунок 1).

Время выхода 3,6 мин.

Время выхода гликолевой кислоты (в качестве примеси) 2,9 мин. Не наблюдается на хроматограмме.