WO2005087702A1

WO2005087702A1 - 乳酸エステルの製造方法

Info

Publication number: WO2005087702A1
Application number: PCT/JP2005/004128
Authority: WO
Inventors: Takashi Watanabe; Hiroyuki Ueda; Yasunori Sakai; Shigenobu Miura
Original assignee: Musashino Chemical Laboratory, Ltd.
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-09-22
Also published as: CN1930110A; CN100488938C; JP4685766B2; JPWO2005087702A1

Abstract

　アミド生成率が低く、光学活性の高い乳酸エステルの製造方法を提供する。アルコールと乳酸および／または乳酸塩とのエステル化物の製造方法において、アルコールと乳酸および／または乳酸塩とを含む反応液をエステル化率が６０～９０％となるまでエステル化させる工程、該反応液に含まれる乳酸エステルと前記アルコールとを留去する工程、および得られた蒸留残分にアルコールを添加して再度エステル化を行う工程とを含む、乳酸エステルの製造方法である。本発明によれば、収率高く短時間で光学活性の高い乳酸エステルを製造することができる。

Description

明細書

乳酸エステルの製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、収率に優れる乳酸エステルの製造方法に関し、特に乳酸または乳酸塩を含む乳酸発酵液を用いて効率的に乳酸エステルを製造する方法に関する。

背景技術

[0002] 乳酸は食品添加物として清酒、清涼飲料、漬物、醤油、製パンまたはビールなどの製造に使用され、また、工業用として皮革、繊維、プラスチック、医薬品または農薬などの製造に使用される有用な化合物である。最近では、乳酸の誘導体または合成中間体である乳酸ェチルや乳酸ブチルなどのエステル類力安全性の高ヽ溶剤や洗浄剤として、その用途が広がっている。特に、医薬、農薬の原料として利用される場合には、高い光学活性を持つ高純度の乳酸やそのエステル体が必要とされ、乳酸発酵による生産が行なわれて、る。

[0003] このような乳酸エステルの製造方法として乳酸発酵液を使用し、乳酸菌の発酵の進行に伴、pHが低下するのをアンモニアなどで中和しつつ発酵を行、、得られた乳酸塩を硫酸酸性にして乳酸に変換し、イソプロピルアルコールなどの溶媒で抽出する方法が開示されている。抽出した乳酸はメタノールを用いてエステル化している（特開昭 58— 56690号公報)。

[0004] また、乳酸をエステルイ匕すると共にエステルイ匕物を含むガス混合物を部分凝縮し、引き続き真空蒸留によって乳酸エステルを濃縮し、かつ濃縮した粗製乳酸エステルに二度目の蒸留を実施する方法もある (特開昭 58— 189138号公報)。該方法は、乳酸水溶液を用いてエステルイ匕物を製造すると、エステル化物が水の存在で容易に分解する点に鑑みて、エステル化物に再度のエステルイ匕反応を行うとヽぅものである。

[0005] また、乳酸発酵時の培地の pH調整をアンモニアによって行い、該発酵により得られる乳酸アンモ-ゥムを含む乳酸発酵液に炭素数 4または 5のアルコールを添加し、加熱してエステルイ匕し、対応する乳酸エステルを製造する方法もある（特開平 6— 311 886号公報)。特開平 6— 311886号公報では、エステル化反応によって得られる溶液にエステル化促進剤として鉱酸を添加し、酸性下に加熱および脱水を行い、該乳酸と該アルコールのエステル化を促進および完了させている。なお、炭素数 4または 5のアルコールを使用したのは、該アルコールをエステル化原料として使用すると共に、共沸脱水剤として作用させるためである。得られたエステルイ匕反応液は水をほとんど含まず、余剰のアルコール、該アルコールの乳酸エステル、アンモニアの鉱酸塩、乳酸菌などの微生物、その他の不純物を含み、アンモニゥム塩、高分子の不純物または乳酸菌など力スラリーとして存在しているため、回分式または連続式の蒸留ェ程を行って、乳酸エステルおよびアルコールを分離して、る。

発明の開示

[0006] 乳酸エステルは、それ自体としてまたは加水分解して乳酸として使用される。用途も食品添加物、工業用、医薬品、農薬等と多岐にわたり、更に重合体であるポリ乳酸も生分解性ポリマーとして期待される化合物である。このため、乳酸エステルの収率および製造効率の向上は極めて重要な問題である。また、乳酸は光学活性な化合物であるため、光学活性の高い乳酸エステルの製造方法の開発も強く嘱望されている。

[0007] このような状況下、本発明は、乳酸エステルの更なる効率的な製造方法を提供するものである。

[0008] 本発明者らは、乳酸エステルの製造方法にっ、て詳細に検討した結果、乳酸または乳酸塩とアルコールとを含む反応液をエステル化し、エステル化率 60— 90%のところでー且中断し、含まれる乳酸エステルとアルコールとを分離し、残液にアルコールを添加して再度エステルイ匕を行ったところ、第一回のエステルイ匕と第二回のエステルイ匕とによって得られた乳酸エステルの合計は、エステルイ匕率 90%を超えて単回で乳酸エステルを得た場合よりも収率が高ぐし力もアミドィ匕物などの副生成物量が極めて低減し純度が向上することを見出し、本発明を完成させた。本発明は、連続式でもノツチ式でも行うことができ、エステルイ匕時間を短縮させ、光学純度を向上させることちでさる。

[0009] 更に、エステルイ匕条件を検討したところ、アンモニア中和乳酸発酵液を乳酸原料とした場合に、乳酸アミド生成率カ^ー 6. 0%となるように加熱すると、簡便に光学純度が高ぐ収率高く乳酸エステルを製造できることも判明した。 [ooio] すなわち本発明は、アルコールと乳酸および Zまたは乳酸塩とのエステルイ匕物の製造方法にぉ、て、アルコールと乳酸および Zまたは乳酸塩とを含む反応液をエステルィ匕率が 60— 90%となるまでエステルイ匕させる工程、該反応液に含まれる乳酸ェステルを分留する工程、および蒸留残分にアルコールを添加して再度エステルイ匕を行う工程とを含む、乳酸エステルの製造方法を提供するものである。

[0011] また、本発明は、アンモニア中和乳酸発酵液とアルコールとを、乳酸アミド生成率が 0-6. 0%の範囲でエステル化することを特徴とする、光学純度 95— 100%eeの乳酸エステルの製造方法である。

[0012] 本発明によれば、簡便な方法で収率高く乳酸エステルを製造することができる。し力も、エステルイ匕条件が温和であるため、エネルギー効率に優れる。また、本発明によれば、温和なエステルイ匕条件で反応させるため、光学純度の高い乳酸エステルを得ることができる。

[0013] 本発明は、乳酸発酵液を原料物質とすることができるため、乳酸発酵によって乳酸を得た後にエステルイ匕物を製造する場合に特に効率よく操作することができる。図面の簡単な説明

[0014] [図 1]第 1図は、本発明の乳酸エステルを連続式で製造する装置を示す図である。

[図 2]第 2図は、本発明の乳酸エステルをバッチ式で製造する装置を示す図である。発明を実施するための最良の形態

[0015] 本発明の第一は、アルコールと乳酸および Zまたは乳酸塩とのエステルイ匕物の製造方法にぉ、て、アルコールと乳酸および Zまたは乳酸塩とを含む反応液をエステルイ匕率が 60— 90%となるまでエステルイ匕させる工程、該反応液に含まれる乳酸エステルを分留する工程、および蒸留残分にアルコールを添加して再度エステルイ匕を行う工程とを含む、乳酸エステルの製造方法である。

[0016] 本発明で使用する乳酸はいずれの方法で製造されたものであってもよぐ乳酸二分子が結合したラクチドを加水分解して製造したものや、化学合成によるもの、または乳酸発酵菌による生物学的製造方法によって作成されたものなど、いずれの方法で得たものも使用することができる。乳酸発酵菌によって製造されたものを使用すると、光学活性に優れる乳酸エステルを得られるため、特に好ましい。 [0017] 乳酸塩としては、エステルイ匕に際して塩が乳酸カゝら離脱しエステルイ匕に支障のないものであればいずれであってもよい。このような乳酸塩としては、カルシウムイオン、ァンモ -ゥムイオン、ァミン類との塩が例示できる。乳酸塩を含めたのは、中和などの乳酸製造工程の処理によって最終製品が乳酸塩となる場合を考慮したカゝらである。

[0018] 本発明では、乳酸や乳酸塩 (以下、単に乳酸 (塩)とも称する。 )は、水溶液で供給することができる。このような乳酸 (塩)水溶液を使用する場合には、乳酸換算で 30— 8 5質量％、より好ましくは 45— 75質量％、特に好ましくは 50— 70質量％の乳酸 (塩）を含有していることが好ましい。なお、乳酸の含有量が上記範囲にない場合には、乳酸や乳酸塩を濃縮し、または上記濃度になるように希釈したものを乳酸 (塩)水溶液として使用してもよい。本発明では、このような乳酸 (塩)水溶液として乳酸発酵液を使用することができる。なお、該乳酸発酵液は、乳酸発酵菌によって生物学的に乳酸を製造する際の乳酸を含む発酵液である。乳酸発酵の進行によって pHが低下するためアルカリ物質の添カ卩によって中和しつつ発酵を進行させることが一般的であるが、このようなアルカリ物質としてアンモニアを使用したものが好まし、。本発明にお！/、ては、このような乳酸発酵液を「アンモニア中和乳酸発酵液」と称する。アンモニア中和の場合にはエステルイ匕と同時に遊離するアンモニアも分留によって回収できる。このようなアンモニア中和乳酸発酵液としては、例えば、特開昭 58— 56690号公報、特開平 6— 311886号公報記載の方法で調製することができる。

[0019] エステル化に使用するアルコールとしては、炭素数 4一 6のアルコールが特に好ましく使用される。このようなアルコールとしては、例えば、 n ブチルアルコール、イソブチルアルコール、 _t ブチルアルコール、 _nーァミルアルコール、 s_ec—ァミルアルコール

、 tーァミルアルコール、イソアミルアルコール、 sec -イソアミルアルコール、活性ァミルアルコール、ジェチルカルビノール、 tーブチルカルビノール、 _n—ペンチルアルコールなどを用いることができ、より好ましくは、 n ブチルアルコールである。 n ブチルアルコールは水と共沸するため、この共沸組成物を適当に冷却捕集した後に n プチルァルコールと水とを 2相分離させると、エステル化反応系への n ブチルアルコールの再使用が可能になり、経済的だからである。なお、炭素数が 6を越えるアルコールの場合には、エステルイ匕によるアンモニアの遊離は可能である力生成する乳酸エステルが高沸点のため、後の乳酸エステルの蒸留による精製が困難となる場合がある。特に炭素数が 1一 3のアルコールでは、水との相分離が不十分であるために効率のよ V、運転ができな、場合がある。

[0020] 本発明では、乳酸 (塩)水溶液と該アルコールとの混合比は、反応効率などを考慮して乳酸 (塩）に対して 0. 3— 100モル倍とすることが好ましぐより好ましくは 1一 10 モル倍、特に好ましくは 3— 6モル倍である。 0. 3モル倍を下回ると乳酸 2量体が多くなり反応が進まない場合がある。その一方、 100モル倍を超えると反応液をエステル化温度に上昇するまでに長時間を必要とし、その後の温度制御も困難となる場合がある。以下、本発明の実施態様の一例として、図 1に示す連続式乳酸エステル製造装置を使用し、アンモニア中和乳酸発酵液と n—ブタノールとを使用して乳酸エステルを製造する場合を説明する。

[0021] 図 1に示す装置 101は、第一反応器 103、薄膜蒸留器 104、第二反応器 105および薄膜蒸留器 106がそれぞれ配管 108、 109および 110で連結されている。

[0022] まず該第一反応器 103に、配管 107からアンモニア中和乳酸発酵液を、配管 116 カゝら n—ブタノールを添加して反応液とし、該第一反応器 103中に備えられた撹拌翼による撹拌下に加熱しエステルイ匕の反応を行う。第一反応器 103の上部に配設された蒸留塔 114には更に上部に冷却器 117が配管 118で連結され、 n-ブタノールや、 n—ブタノールとの共沸組成物、乳酸エステルは冷却器 117で捕集され、該冷却器 1 17の下方の二液相分離缶 119で水相とブタノール相に分離される。上相成分の n— ブタノール (乳酸エステルと少量の水を含む）は配管 122を通じて蒸留塔 114上部に還流され、下相成分の水（少量の n—ブタノールおよびアンモニアを含む）は随時配管 121を通じて抜き出され水回収槽に回収される。なお、蒸留塔 114を通過したアンモ-ァガスの多くは、冷却器 117で捕集され、残りのアンモニアは配管 120を経て氷冷水式のアンモニア吸収器によって捕集される。

[0023] エステルイ匕条件としては、使用するアルコールの種類などによっても変わる力蒸留塔塔頂部圧力としては、常圧であればよい。反応温度としては、使用するアルコールによっても異なる力通常 100— 170°C、好ましくは 120— 130°Cの範囲で行うことが好ましい。該温度が 100°C未満では、工業的に満足な程度の反応速度が得られない場合がある。また、該温度が 170°Cを越える場合には、乳酸が一部ラセミ化したり、アルコール 2分子よりなる対応したエーテルを生じるなどの現象が現れる場合がある

[0024] なお、乳酸アンモ-ゥムと n—ブタノールとのエステル化では、温度 100— 170°C、より好ましくは 110— 150°C、特に好ましくは 120— 130°Cである。この範囲で乳酸アンモニゥムの反応率が高ぐかつ乳酸エステル収率も高い。この際、アンモニア中和乳酸発酵液のみを加熱し、これにアルコールを添カ卩しつつ反応させることが好まし、。このようにアルコールを後添加すると反応時間を短縮することができる。例えば、沸点 117. 7°Cの n—ブタノールを乳酸アンモ-ゥムの 3モル倍仕込む場合で例示すると、 n—ブタノールと水との共沸点である 92. 3°C以上に達した後に脱水化やエステルイ匕反応の進行に伴って温度が上昇するため、エステルィヒが平衡状態になってエステル化温度が一定になるのに長持間を要する。し力しながら、アンモニア中和乳酸発酵液のみを加熱すると、塩の効果によって濃縮に伴って水の沸点を越えて 107°C程度に達するため、短時間で液温を上昇させることができるのである。したがって、その後にアルコールを添加すれば、迅速に目的の反応温度に制御しつつエステル化反応時間を短縮して乳酸エステルを製造することができる。

[0025] 本発明では、上記エステル化は、反応器 103内の乳酸のエステル化率が 60— 90 %、好ましくは 65— 90%、特に好ましくは 70— 90%となるように調製し、次工程に移行させる。エステルイ匕率が 90%を超えると高温状態が長持間となるため、光学活性が低下する場合もある。一方、エステルイ匕率が 60%を下回ると生産性が低く不利である。

[0026] エステルイ匕率が 60— 90%の反応液は、配管 108を通じて薄膜蒸留器 104に供給され、ここで乳酸エステルおよびアルコールを塔頂力留出させる。二度目のエステルイ匕に先立ち反応液力乳酸エステルを分離するのは、光学活性の低下を防止し、かつエステルイ匕反応速度を向上させるためである。

[0027] 蒸留塔塔頂部圧力は、精留する乳酸エステルの種類によって適宜選択すればよい力一般には、 0. 67— 13. 33kPaであること力好ましく、特に好ましくは 1. 33-2. 67kPaである。 13kPaを上回ると乳酸エステル、アルコールおよび水の留出が十分でない。一方、 0. 67kPaを下回っても蒸留効果に対する影響は少ない。乳酸ブチルの場合には、塔頂圧力 0. 67— 13kPaで、塔頂温度 61— 125°Cとなる。ここに留出した乳酸ブチルを第一乳酸エステル (A)とする。

[0028] 蒸留残分を、配管 109を介して第二反応器 105に導入し、再度エステル化を行う。

生成した乳酸エステルに対する熱処理を回避するとともに、蒸留残分にさらにアルコールを添加して反応させることにより、効果的に乳酸アミドを分解して乳酸エステルの収率を上げ、全体的に光学純度を保つことができるからである。

[0029] 該残部には、乳酸発酵液由来の糖、澱粉、タール状物質、オリゴ乳酸、糖乳酸エステル、乳酸アミド、ラクチド、乳酸ポリマー、乳酸 (塩）、水、アルコール、乳酸エステルなどが含まれている。これに配管 116'を介して n-ブタノールを供給する。前記蒸留残分に添加するアルコール量は、前記蒸留残分に含まれる乳酸量を基準に換算する。乳酸や乳酸塩はアルコールとの反応によって乳酸エステルを生成する力乳酸アミド、ラクチドゃオリゴ乳酸、乳酸ポリマーなども乳酸に分解し、乳酸エステルとなる。本願では、蒸留残分に添加するアルコール量の換算においては、乳酸に変換可能な化合物も、含まれる乳酸を一単位に換算して算出するものとする。例えば、乳酸 1 モルと乳酸 3分子が重合したオリゴ乳酸の場合は、乳酸 4モルとなる。好適には、蒸留残分に含まれる乳酸に対して、 0. 3— 100モル倍、より好ましくは 0. 5— 80モル倍のアルコールを添加する。 0. 3モル倍を下回るとエステルイ匕反応が遅くなり、一方、 1 00モル倍を超えるとエステルイ匕効率が下がる場合がある。

[0030] 第二反応器 105での反応条件としては、使用するアルコールの種類などによっても変わるが、 100— 150°C、より好ましくは 120— 150°Cである。

[0031] エステルイ匕の進行に伴い副生水が発生し、該副生水の蒸留にともなって、アルコールも共沸して留出してくる力該アルコールと水を分離して該アルコールを第二反応器へ還流することが望ましい。これにより該アルコールを有効に再利用することができ、経済的にも優れたものとなる。

[0032] なお、本発明では、エステルイ匕反応時には、反応液に鉱酸を添加して酸性下に加熱し、該乳酸と該アルコールのエステルイ匕を促進させてもよい。エステル化反応では、乳酸の一部が自己縮合する場合があり、乳酸エステルの生成率低下の原因となる。そこで、生成する乳酸の 0. 005—0. 8モル倍、好ましくは 0. 01—0. 2モル倍の鉱酸を添加して酸触媒とする。酸触媒の添加によってラタチド、オリゴ乳酸、乳酸ポリマ一が加水分解して乳酸となり、乳酸エステルの収率を向上させる。この際、減圧下に加熱脱水を行なうと、温度を低下させることができ、エーテルの生成などの副反応を抑制できる。なお、酸触媒としての鉱酸の添加量の上限は特に制限されるものではないが、一般には、生成する乳酸の 0. 2倍当量以下の鉱酸で充分である。なお、酸触媒として用いる鉱酸としては、硫酸がある。このような鉱酸の添カ卩は、第一反応器および第二反応器のいずれに添加することもできるが、本発明では、第二反応器以降に添加することが好ましい。第一反応器では、エステルイ匕率を 60— 90%に制限するため、鉱酸の添加意義が少ないからである。なお、第二反応器に鉱酸を添加する場合には、例えば配管 125を通じて添加すればよい。該第二反応器 105中に備えられた撹拌翼による撹拌下に 120— 130°Cの範囲で加熱を続けるとエステルイ匕が促進される。なお、この加熱反応により生じる水と n—ブタノールの共沸組成物は、該第二反応器 105の上方の蒸留塔 123を経て該蒸留塔 123塔頂の上方の冷却器 126で捕集され、該冷却器 126の下方の二液相分離缶 128で水相とブタノール相に分離される。上相成分の n—ブタノール (少量の水を含む）は配管 131を通じて蒸留塔 123上部に還流され、下相成分の水 (少量の n—ブタノールを含む）は随時配管 132を通じて抜き出され水回収槽に回収される。また極微量のアンモニアガスは、排気筒 130より処理装置に行き、処理される。

[0033] 第二反応器のエステルイヒ率は特に制限はなぐ第二反応器に導入された乳酸の 4 0— 95%であることが好ましぐより好ましくは 50— 80%である。

[0034] 最後に、上記第二反応器 105内の反応液を、配管 110を通じて薄膜蒸留装置 106 に送り込む。該装置 106内を 100— 150。Cで 1. 33-6. 66kPaで該反応液を平衡状態に保って液相と気相に分離し、液相成分の酸性硫安など他の残分は配管 134 を通じて残渣回収槽に回収し、気相成分の乳酸ブチルおよび n—ブタノールは配管 1 33を通じて乳酸ブチル回収塔に捕集する。ここで得られた乳酸ブチルを、第二乳酸エステル (B)とする。

[0035] 本発明の乳酸エステルの製造方法によれば、前記第一乳酸エステル (A)と、第二乳酸エステル (B)とを合一して得た乳酸エステルは、アミド化物などの副生成物の生成率が、例えば 0— 6. 0%と少なぐ収率が高ぐかつ光学活性も高い。

[0036] なお、図 1は連続装置を使用する態様であつたが、各工程をバッチ式で行ってもよい。また、図 1に示す方法では、乳酸エステルを含む反応液から乳酸エステルを分取する装置を必要とする力前記反応液をエステルイ匕率が 60— 90%となるまでエステル化させる工程に次、で、同じ反応器を使用して該反応液に含まれる乳酸エステルを分留する工程を行ってもよい。

[0037] また、前記反応液をエステルイ匕率が 60— 90%となるまでエステルイ匕させる工程と該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを留去する工程とを、同時に行ってもよい。この方法によれば、同じ原料を使用して、より簡便な装置で乳酸エステルを製造することができる。このような方法を図 2を参照して説明する。

[0038] まず、反応器 203にアンモニア中和乳酸溶液 (乳酸含有量 30— 85質量％)および n—ブタノール 3— 7倍モルとをカ卩えて反応液とし、該反応器 203に備えられた撹拌翼によって撹拌下に加熱反応させる。反応温度は、エステルイ匕反応に際しては温度 10 0— 170。C、より好ましくは 120— 130。C、圧力 40. 00— 101. 30kPa、より好ましくは 93. 33— 101. 30kPaとする。水と共沸する n—ブタノール、エステル化反応用ァルコール、乳酸エステルは、反応器 203の上方に位置する蒸留塔 204塔頂の上方の冷却器 206で捕集され、冷却器 206の下方の二相分離器 207で水相とブタノール相に分離され、上相成分のブタノール (乳酸エステルおよび少量の水を含む）は配管 210を通じて蒸留塔 204の塔頂に還流され、下相成分の水（少量の n—ブタノールを含む）は随時配管 211を通じて抜き出され、水回収槽に回収される。捕集されなかつたアンモニアガスは、配管 209より放出され、アンモニア回収装置を用いて回収を行うことができる。その後、反応液のエステルイ匕率が最終的に 60— 90%となった段階で、反応液温度を 100— 170°C、より好ましくは 130— 150°Cになるように反応装置を 1. 33— 13. 33kPaに減圧させる。これにより反応液に含まれる乳酸エステルとァルコールとを反応液力も分留することができる。温度上昇と共に配管 210に設けたコック 210'を閉じ、二相分離器 207の上相の還流を止めれば、乳酸エステルやアルコールが蒸留塔 204から冷却器 206に達し、冷却後に二相分離器 207に導入される。乳酸エステルは配管 211を経て回収することができる。なお、この分留操作の際にもエステルイ匕反応は進行して、る。

[0039] 次いで、反応器 203に残る蒸留残分に含まれる乳酸の 1一 10モル倍、より好ましくは 2— 5モル倍のアルコールを添カ卩し、再度エステル化を行う。なお、添カ卩するアルコール量は、上記と同様に乳酸に変換可能な化合物も、含まれる乳酸を一単位に換算して算出するものとする。反応温度 100— 170°C、より好ましくは 120— 150°C、圧力 40. 00— 101. 3kPa、より好ましくは 93. 33— 101. 30kPaで反応させる。第二回目のエステルイ匕は、第一回目のエステルイ匕と同様に行うことができる。ただし、エステルイ匕率は 60— 90%に限定されない。第二回目のエステルイ匕では、第一の発明と同様に、乳酸エステルを配管 211から回収してもよぐ乳酸エステルを分離せず反応液中に含めたままにしてもよい。反応液から固形分を濾過して除き得た濾液には、乳酸エステルとアルコールとが含まれて、る。第一のエステルイ匕で得た乳酸エステルと第二回目のエステルイ匕で得た乳酸エステルとを合一し、蒸留すれば、乳酸エステルを精製することができる。本発明の乳酸エステルの製造方法によれば、エステルイ匕反応時間が同じであっても光学活性を高値に維持したままアミド生成率を低減させることができる。また、エステルイ匕時間を短縮させることや、アミド生成率を低減させること、および光学活性および収率を向上させることもできる。

[0040] 本発明の第二は、アンモニア中和乳酸発酵液とアルコールとを、乳酸アミド生成率力 SO— 6. 0%の範囲でエステル化することを特徴とする、光学純度 95— 100%eeの乳酸エステルの製造方法である。アンモニア中和乳酸発酵液を乳酸原料としてエステルィヒすると、乳酸は、乳酸アンモニゥム塩として存在するため、乳酸アンモニゥム塩力もアンモニアを離脱させ、次いでエステルイ匕させる必要がある。この脱アンモニア率が低いとエステルイ匕率が向上しない。また、乳酸とアンモニアとが反応して乳酸アミドなどのアミドィ匕物が発生する。本発明では、脱アンモニア率とエステルイ匕率との間に正相関があること、およびアミド生成率と脱アンモニア率との間に逆相関関係があることを見出し、エステル化に際してアミド生成率を所定範囲に限定すると、脱アンモニァ率およびエステル化率に優れ、光学純度 95— 100%eeの乳酸エステルが製造できることを見出した。 [0041] 本発明においては、アンモニア中和乳酸溶液とアルコールとのエステル化において、アミド生成率は 0— 6. 0%であることが好ましぐより好ましくは 0— 5. 0%である。 6. 0%を上回ると収率が低下したり、または光学活性が低下する場合がある。

[0042] このような乳酸アミド生成率を 0— 6. 0%の範囲に制御してエステルイ匕する方法としては、例えば、上記第一の乳酸エステルの製造方法がある。この際、エステル化率に制限はないが、上記第一の乳酸エステルの製造方法と同様に、エステル化率 60— 9 0%でー且中断し、生成した乳酸エステルを分離した後に未反応の乳酸にアルコールを添カ卩して再度エステルイ匕を行う方法であれば、エステルイ匕のための加熱時間を短縮することができ、し力ゝも高純度の乳酸エステルを得られる点で好適である。

[0043] なお、上記第一および第二の方法において、蒸留残分にさらにアルコールを添カロして反応させることにより、乳酸アミドを分解させ、最終的なアミド生成率を低下させることちでさる。

[0044] 第二の発明によれば、ラセミ化を抑制し、光学活性 95— 100%ee、より好ましくは 9 8— 100%eeの乳酸エステルを製造することができる。

[0045] 本発明の第三は、上記いずれかに記載の方法で製造した乳酸エステルを加水分解することを特徴とする、乳酸の製造方法である。本発明の乳酸の製造方法は、上述の乳酸エステルの製造方法によって得られた乳酸エステルを通常は酸触媒を用いて加水分解することにより成されるものである。これにより、乳酸エステルを構成しているアルコールを除去することができ、高度に精製された乳酸を得ることができるものである。上記酸触媒としては、例えば、イオン交換榭脂、鉱酸などを用いることができる。なお、上記のごとぐ本発明の乳酸エステルの製造方法によれば、光学活性が高いため、これを加水分解して得た乳酸も光学活性を高く維持することができる。

[0046] 実施例

次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。なお、以下の実施例での発酵液中の乳酸の定量はすべて高速液体クロマトグラフィー (紫外線吸収検出器）により行った。同様に反応液中の乳酸ブチルの分析はガスクロマトグラフィーでおこなヽ、アンモニアの分析は滴定でおこなった。 [0047] (比較例 1)

図 2に示すエステル反応器 203中に乳酸 70質量％のアンモニア中和乳酸発酵液の濃縮液 500g、および n—ブタノール 1440g (乳酸に対して 5. 0倍モル）をカ卩えて反応液とし、該反応器 203中に備えられた撹拌翼による撹拌下に加熱反応させた。この際の加熱温度（オイルバス 202のオイル浴温度）は、 140— 170°Cの範囲とした。加熱により、水と共沸する n—ブタノールは、反応器 203の上方に位置する蒸留塔 20 4塔頂の上方の冷却器 206で捕集され、冷却器 206の下方の二相分離器 207で水相とブタノール相に分離され、上相成分のブタノール (少量の水を含む）は配管 210 を通じて蒸留塔 204の塔頂に還流され、下相成分の水（少量の n—ブタノールを含む )は随時配管 211を通じて抜き出され、水回収槽に回収された。また蒸発したアンモユアガスは、その多くが冷却器 206で生じる凝縮液に溶解し、残りはアンモニア吸収器 (硫酸酸性の冷水)を用いて捕集した。

[0048] 反応器 203内の反応液温度は 123— 128°Cで概ね一定であった。この状態を維持してエステルイ匕を 18時間継続したところ、反応液中の乳酸のエステルイ匕率は 85%となった。以下、表 1に各実施例および比較例の反応条件、エステル化率、脱アンモニァ率、アミド生成率、光学純度を示す。

[0049] (実施例 1)

エステルイ匕時間を 8時間とした以外は、比較例 1と同様に操作し、乳酸のエステル化率が 69%の反応液を得た。次いで、該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを温度 130— 150。C、圧力 1. 33— 101. 30kPaで液温 150。C、圧力 1. 33kPa となるまで分留した。反応器内の蒸留残分は 156gであった。

[0050] 該蒸留残分にアルコール 156gを添カ卩し、温度 125— 135°C、大気圧下でエステル化を 10時間行った。実施例 1で得た乳酸エステルの最終エステルイ匕率は 94%であつた。なお、この際の蒸留残分に添加したアルコール量は、蒸留残分に含まれる乳酸の 1. 8モル倍である。

[0051] (実施例 2)

エステルイ匕時間を 12時間とした以外は、比較例 1と同様に操作し、乳酸のエステル化率が 80%の反応液を得た。次いで、該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを温度 130— 150。C、圧力 1. 33— 101. 30kPaで液温 150。C、圧力 1. 33kPa の条件で留去した。反応器内の蒸留残分は 114gであった。

[0052] 該蒸留残分にアルコール 114gを添カ卩し、温度 125— 135°C、大気圧下でエステル化を 6時間行った。実施例 1で得た乳酸エステルの最終エステルイ匕率は 92%であつた。なお、この際の蒸留残分に添加したアルコール量は、蒸留残分に含まれる乳酸の 2. 0モル倍である。

[0053] (比較例 2)

エステルイ匕時間を 32時間とした以外は、比較例 1と同様に操作し、乳酸のエステル化率が 93%の反応液を得た。

[0054] (実施例 3)

エステルイ匕時間を 24時間とした以外は、比較例 1と同様に操作し、乳酸のエステル化率が 90%の反応液を得た。次いで、該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを温度 130— 150。C、圧力 1. 33— 101. 30kPaで液温 150。C、圧力 1. 33kPa の条件で留去した。反応器内の蒸留残分は 76gであった。

[0055] 該蒸留残分にアルコール 76gを添カ卩し、温度 125— 135°C、大気圧下でエステル化を 8時間行った。実施例 1で得た乳酸エステルの最終エステルイ匕率は 95%であつた。なお、この際の蒸留残分に添加したアルコール量は、蒸留残分に含まれる乳酸の 1. 6モル倍である。

[0056] [表 1]

(結果)

(1) 実施例 1および実施例 2は、比較例 1と同じく第一エステル化と第二エステル化の時間を合計した全エステルイ匕時間が 18時間である力第二エステルイ匕を実施しない比較例 1では、実施例 1, 2に比べてアミド生成率が高ぐかつ脱アンモニア率が低い。これは、実施例 1, 2ではエステルイ匕に際して脱アンモニア工程が速やかに進行し、かつ発生したアンモニアが系外に分離されたこと、およびアミドの分解が比較例 1よりも効率的に進行したためと考えられる。また、比較例 1と比較して実施例 1, 2 ではエステルイ匕率が向上しており、収率が向上している。また、光学活性も比較例 1 より向上している。

[0058] (2) 実施例 3は、比較例 2と同じく第一エステル化と第二エステル化の時間を合計した全エステルイ匕時間が 32時間である力第二エステルイ匕を実施しなヽ比較例 2では、実施例 3に比べてアミド生成率が高ぐかつ脱アンモニア率が低い。また、比較例 2と実施例 2とを比較すると、脱アンモニア率、エステル化率、アミド生成率が同程度の数値であるが、光学純度が明らかに低下している。

[0059] (3)実施例 3と比較例 2とは、エステルイ匕時間 32時間で同じである力実施例 3はェステルイ匕率 90%までエステルイ匕を進めた上で第二エステルイ匕を実施した例であり、脱アンモニア率やエステルイ匕率は比較例 2より高い。しかし、実施例 3のこれらの値は実施例 1と同程度である。このことは、エステルイ匕率 90%までエステルイ匕させた後に第二エステルイ匕を行うよりも、エステルイ匕率 60— 90%でー且停止し、乳酸エステルを分離した後に第二エステルイ匕を行うほうが、特にラセミ化を効率的に抑制できることを示すものである。

産業上の利用可能性

[0060] 本発明によれば、簡便な装置によって短時間で収率高く乳酸エステルを製造することができ、得られた乳酸エステルは光学純度も高ぐ産業上有用である。

Claims

請求の範囲

[1] アルコールと乳酸および Zまたは乳酸塩とのエステルイ匕物の製造方法にぉ、て、アルコールと乳酸および Zまたは乳酸塩とを含む反応液をエステルイ匕率が 60— 90

%となるまでエステルイ匕させる工程、該反応液に含まれる乳酸エステルと前記アルコールとを留去する工程、および得られた蒸留残分にアルコールを添加して再度エステル化を行う工程とを含む、乳酸エステルの製造方法。

[2] 前記反応液は、アルコールと乳酸水溶液および Zまたは乳酸塩水溶液とを含む、請求項 1記載の乳酸エステルの製造方法。

[3] 前記乳酸水溶液および Zまたは乳酸塩水溶液が、アンモニア中和乳酸発酵液であることを特徴とする、請求項 2記載の乳酸エステルの製造方法。

[4] 前記アルコールが炭素数 4一 6のアルコールである、請求項 1一 3のいずれかに記載の乳酸エステルの製造方法。

[5] 前記蒸留残分に添加するアルコール量が、前記蒸留残分に含まれる乳酸の 0. 3 一 100モル倍である、請求項 1一 4のいずれかに記載の乳酸エステルの製造方法。

[6] 生成した乳酸エステルと共に前記反応液に含まれるアンモニアを回収することを特徴とする、請求項 3— 5のいずれかに記載の乳酸エステルの製造方法。

[7] アンモニア中和乳酸発酵液とアルコールとを、乳酸アミド生成率が 0— 6. 0%の範囲でエステルイ匕することを特徴とする、光学純度 95— 100%eeの乳酸エステルの製造方法。

[8] 前記アルコールが炭素数 4一 6のアルコールである、請求項 7記載の乳酸エステルの製造方法。

[9] 請求項 1一 8のヽずれかに記載の方法で製造した乳酸エステルを加水分解することを特徴とする、乳酸の製造方法。