TW201039903A - Process for preparing free acids from salts thereof - Google Patents

Description

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201039903 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於自游離有機酸（如羧酸、磺酸、膦 別地羥基羧酸）的對應銨鹽製備並分離該游離有機 穎的改良方法。 有機酸包括經取代的羧酸（I)、磺酸（II)和 III)： Ο 0 r12—5-oh R13—P—

O OH

II III 羥基羧酸係特定羧酸，其具有羧基和羥基。大 然發生的代表例係α -羥基羧酸，即羥基位於與羧 的碳上者。 ΟΗ

Ο R11a—C—C02H R21a la 重要的α -羥基羧酸係乳酸、羥乙酸、檸檬酸 酸以及作爲異丁烯酸和異丁烯酸酯的先質之2-羥基 。發現彼等的主要使用範圍在製備聚合物及與其他 的化合物之共聚物。 另一類羥基羧酸係Θ -羥基羧酸。 酸及特 酸之新 膦酸（ ΟΗ 部分天 基相鄰 和酒石 異丁酸 可聚合 201039903

R11b—C——C〇2H R21b lb 重要的Θ -羥基羧酸係例如3-羥基丙酸、3-羥基丁酸、 3 -羥基戊酸、3 -羥基己酸、3 -羥基庚酸、3 -羥基辛酸和3-羥基異丁酸。天然發生的一個實例係3-羥基異丁酸，其述

hydroxyisobutyrate, Letto J等人，Biochem J. 1 986 Dec 15; 240(3)··909- 12。3-羥基異丁酸，正如同2-羥基異丁酸 ’亦能夠作爲異丁烯酸和異丁烯酸酯的先質。 所有有機酸與氨形成對應銨鹽IV、V和VI。

【先前技術】 根據現有技術，羥基羧酸較佳地係自其來源氰醇藉無 機酸（例如氫氯酸、磷酸或較佳地硫酸）之助加以製備。 欲分離此游離酸，僅有用於水解的無機酸隨後經鹼（較佳 地爲氨）中和。中和反應中所使用的無機酸和鹼皆必需要 在此等方法中以至少化學計量比之方式得到並因此得到# 常大量的無機鹽形式（通常爲硫酸銨形式）。相較於原米斗 201039903 ，這些鹽在市面上之處置困難且耗損大。由於此問題，大 量這些鹽甚至必須以處置成本處置。另一化學方法係氰醇 與無機鹼（例如氫氧化鈉）之水解反應。其亦必須藉由添 加化學計量比的無機酸以釋出α -羥基羧酸。利用二氧化 鈦作爲觸媒，氰醇的水解反應亦進入銨鹽階段。此鹽問題 仍相同。 α -和/3 -羥基羧酸亦可藉由微生物之助以醱酵方式或 0 以酶催化方式製備。此提供呈銨鹽形式的羥基羧酸。其藉 由添加化學計量比的無機酸而釋出。此亦導致生成化學計 量比之量的銨鹽。 未發生鹽負載的方法現今因爲成本因素而在工業規模 上爲不經濟。其一個實例係α-羥基羧酸的錢鹽與醇之酯 化反應及後續經酸觸媒進行酯的水解反應（JP7 1 94387 ) 〇 欲自銨鹽製備游離羧酸，有許多以羧酸銨的熱分解反 Q 應（圖解Ο爲基礎之方法： R11 Rn △ R31 co2' nh4+--► R31--co2h + nh3 R21 r21 圖解1 根據GB9673 52，少量水加至不飽和脂肪酸的銨鹽中， 且此混合物於總迴流（80 °C)或更高溫度下在有機溶劑中 經加熱以釋放或移除氨而得到不飽和游離酸。 根據JP 5 4 1 1 5 3 1 7，與水形成共沸混合物的有機溶劑加 201039903 至10-50%異丁烯酸銨水溶液中，且該溶液加熱至60-100°C 。結果，水以共沸混合物形式蒸除並同時移除氨以得到游 離的異丁烯酸。 根據JP7330696，酸性胺基酸的銨鹽的10-80%水溶液 與添加的水加熱。餾除氨和水並釋出胺基酸。 這些方法中，當羧酸具有高解離常數時，基本上易移 除氨。但是，其缺點在於，就pKa値低於4的強酸（諸如 α-羥基羧酸）而言，自羧酸的銨鹽之銨離子的解離度低 。因此，很難自強酸的鹽類移出氨。欲移出大部分的氨， 需要長時間，或者需添加大量的水或有機溶劑。在前述方 法中，5 0 %或更高的對應羧酸係以銨鹽形式殘留。 US專利案6066763描述一種製備α -羥基羧酸之方法， 此方法之進行沒有棄置困難之必然發生的大量鹽產生。此 方法中’所使用的起始物係對應α -羥基羧酸的銨鹽，該 鹽可藉酶（腈解酶）之助，得自對應氰醇。此鹽在水和溶 劑存在下加熱。較佳溶劑的沸點>40 °C並與水形成共沸物 。共沸混合物的蒸餾式移除釋出氨，該氨經由冷凝器以氣 體形式離開。對應α -羥基羧酸積聚在蒸餾設備底部。但 是’於提高溫度移除水導致大量初時釋出的α-羥基竣酸 被分子內或分子間酯化反應轉化成該α -羥基羧酸的二聚 物和聚合物。這些之後必須藉由與水在提高壓力下加熱而 轉化回單聚型α-羥基羧酸。另一缺點在於在這兩個程序 階段的停留時間長。實例中提及爲4小時。由於溶劑在階 段1的全時期內維持沸騰，所以蒸汽消耗係不合經濟地高 -8 - 201039903 。其原因在於α-羥基羧酸釋出，此使得氨之增加耗盡變 得更爲困難。其無法達到100%。反應終了時’ 3_4%經鍵 結的氨仍殘留於底部。在反應條件下，形成的另一副產物 係α -羥基羧酸的對應醯胺，其藉由階段2之水解反應（圖 解2)僅部分轉化成對應銨鹽。 R11 R11 R31--C02H + nh3-► R31--CONH2 + H2〇 〇 R21 R21 圖解2 所得的a -羥基羧酸之純度僅約80%，因此建議藉由液 體-液體萃取或結晶處理進行進一步純化。 專利公開案WO 00/59847中，α-羥基羧酸的銨鹽溶液 於減壓下呈濃度>60%。欲使對應α-羥基羧酸的二聚物或 聚合物之轉化率低於20%。令惰性氣體（較佳地蒸汽）通 過以釋放和驅除氨。使用2-羥基-4-甲硫基丁酸的實例，得 Q 到70%游離酸；餘者係由2-羥基-4-甲硫基丁酸的未轉化的 銨鹽和對應二聚物所組成。 US 2003/00297 1 1 Α1描述一種得到有機酸之方法，其 包括添加烴作爲夾帶劑，自銨鹽水溶液得到有機酸。加熱 該混合物提供包含由有機酸和夾帶劑所組成之共沸物的氣 態產物流。欲自此產物流分離該酸，必須進行進一步的步 驟，諸如冷凝和額外的蒸餾。此外，此方法亦須添加額外 的化學劑（夾帶劑）’其使得方法顯然更節省花瞢，特別 是用於工業規模時。 US 6 291 708 Β1描述一種方法，其中銨鹽水溶液與適 201039903 當醇混合，且此醇-水混合物於之後在提高壓力下經加熱 以使該銨鹽熱分解成游離酸和氨。同時’作爲夾帶劑之適 當氣體與醇-水混合物接觸以驅除包含氨、水和一部分醇 之氣態產物流，同時至少1 〇%醇留在液相中並與游離酸反 應而提供對應酯。此方法的缺點包括額外化學劑（醇和作 爲夾帶劑的氣體）的必要性及游離羧酸形成酯之部分轉化 ，後者反而必須經水解以得到游離酸。 DE 10 2006 052 311 A1 (公開說明書）中，α-羥基 羧酸的銨鹽在三級胺存在下經加熱並釋出氨且形成三級胺 與該α-羥基羧酸之鹽。之後，該鹽經熱解離且藉由蒸餾 回收所形成的三級胺。該游離的α-羥基羧酸留在餾底物 中。所得α -羥基竣酸的純度是95%。 DE 10 2006 049 767 Α1 (公開說明書）中，此方法係 用於自對應2-羥基-4-甲硫基丁醯胺製備2-羥基-4-甲硫基 異丁酸。使用Ν-甲基嗎啉，於180°C和6巴，以95%純度和 96%產率形成2-羥基-4-甲硫基丁酸。使用其他三級醇得到 類似結果。 DE 10 2006 049 768 A1 (公開說明書）中，藉由2 -羥 基-4-甲硫基丁腈的無機酸水解反應形成的2-羥基-4-甲硫 基丁醯胺經與水不互溶的極性溶劑萃取。較佳溶劑是醚、 酮和三烷基氧化膦，亦爲與各種烴之混合物。此溶劑藉由 蒸餾移除且所得的2-羥基-4-甲硫基丁醯胺經鹼水解。使用 的鹼是三級胺，再度藉由蒸餾處理，三級胺可自形成的鹽 移除並釋出2-羥基-4-甲硫基丁酸。於6巴下，此方法中的 -10- 201039903 溫度介於1 3 0 °c和1 8 0 °c之間。 後者方法的缺點在於使用130 °C至180 °C的高溫，此非 常不經濟，且所需要的6巴壓力提高工業實施的投資成本 〇 US 681556 0及其中所引述的專利公開案中，藉由硫酸 水解反應製備之游離2 -經基-4-甲硫基丁酸經與水不互溶的 溶劑（較佳地異丁基甲基酮）自水解溶液萃出。藉由蒸餾 0 回收此萃取劑；2-羥基-4-甲硫基丁醯胺以其單聚或二聚形 式留在餾底物中。添加水調整此二種形式之間的熱力平衡 〇 W09815517描述一種以鹼性有機溶劑或與水不互溶的 胺萃取乳酸之方法。 DE 1 020060523 1 1描述一種製備游離羥基羧酸之方 法，其係藉由在三級胺存在下，加熱對應的羧酸銨，並蒸 餾移除形成的氨，該氨在隨後進一步的蒸餾移除之後，隨 Q 附形成三級胺和游離α -羥基羧酸。 US 427 5234描述一種使用胺作爲萃取劑以萃取羧酸之 方法，其包含額外的含水再萃取步驟，此步驟使得羧酸再 度存在於水溶液中。 US 44448 8 1描述一種自醱酵液分離有機酸的方法，此 藉由將酸轉變成其鈣鹽’添加水溶性碳酸三級胺以形成三 烷基銨鹽並使碳酸鈣沉澱’濃縮此三烷基銨鹽溶液並藉加 熱的方式使三院基銨鹽解離。 ΕΡ 1385593描述一種自短鏈羧酸的烷基銨錯合物溶液 -11 - 201039903 得到短鏈羧酸之方法，其係藉由在烷基銨錯合物分解成游 離短鏈羧酸和院基胺的條件下，添加共沸烴之蒸餾處理。 US 55 1 0526描述一種自醱酵液得到乳酸的方法，其係 在C02存在下，使用包含與水互溶之具有至少18個碳原子 的三烷基胺之萃取劑萃取，自水相移除有機相及最後自有 機相分離游離的乳酸。 WO 02 0 9 03 12描述一種自水溶液純化游離羧酸之方法 ，其中水溶液係經與有機溶劑之混合物形式加熱並藉此得 到游離酸。 US 5132456描述一種用以純化來自含水基質中之游離 羧酸的多階段方法’其中先以吸收酸的基質萃取該羧酸， 然後自此該含水基質/此吸收酸的基質分離此基質，以水 溶性胺再度萃取呈羧酸銨形式的該羧酸。然後，令羧酸銨 解離。 所有方法的缺點在於得到大量水蒸汽或無法餵回製程 並因此以廢料形式留下的產物。 【發明內容】 針對先前技術的缺點背景，本發明的目的係尋求自有 機酸（諸如羧酸、磺酸、膦酸和特別α-和/3-羥基羧酸） 的銨鹽分離游離有機酸之不昂貴且環境可相容的方法，其 不會形成副產物形式的鹽負載且可以藉由密閉迴路而完全 後向整體化。 藉由用以將有機酸的銨鹽轉化成特別的游離有機酸之 -12- 201039903 方法達到此技術目的’其中銨鹽水溶液與至少一種有機萃 取劑接觸，該有機萃取劑選自包含通式（0)的胺 r1yr2

I R3 式（。） 其中R1、R2和R3係獨立地相同或不同、支鏈或非支鏈、可 選擇地經取代的烴基或Η，且該鹽於該水溶液和該萃取劑 呈液相的溫度和壓力解離，且引入汽提基質或夾帶氣以自 該水溶液移除ΝΗ3，且將所形成的游離有機酸的至少〜部 分轉移至該有機萃取劑。 本發明文中的“胺”一詞明確排除氨（即式（0 )中的 R1、R2和 R3 = H )。 較佳使用的胺中，R1、R2和R3係獨立地相同或不同、 支鏈或非支鏈、未經取代的烷基或Η，該烷基具有較佳地1 至20個（更佳地1至18個，最佳地1至16個）碳原子。 所使用的胺較佳具有至少1 6個碳原子，較佳係三烷基 胺且更佳地三烷基胺係選自三己胺、三辛胺、三癸胺、三 (十二烷基）胺。 根據本發明之方法的特別體系中，使用具有相對高鹼 強度的胺爲宜；此情況中，所使用胺之較佳者係二烷基胺 且較佳地選自包含二異十三烷基胺 '雙（2 -乙基己基）胺 、月桂基三烷基甲胺、二（十一烷基）胺 '二（十二烷基 )胺的二烷基胺。 藉此，本發明提供一方法，其中有機酸的銨鹽藉使用 汽提基質或夾帶氣（例如藉由以蒸汽驅除（汽提）），反 -13- 201039903 應性萃取轉變成游離有機酸，該游離有機酸轉移至有機萃 取劑中。較佳地至少5 0 %，宜爲至少8 0 %，更佳地至少9 0 % 且最佳地至少95%所形成的游離酸轉移至有機萃取劑中。 較佳方法中，此轉化係於壓力爲〇.〇1巴至1〇巴，特別 地0.05巴至8巴，較佳地0.1巴至6巴進行。 此外，實施鹽分裂的溫度爲20 °C至300 °C，較佳地40 °C 至 200°C，更佳地 50°C 至 160°C。 溫度對於游離酸的形成速率和其終產率有顯著影響。 該溫度取決於所使用的萃取劑且是，根據本發明，低於水 溶液或可能的共沸物的沸點，水溶液的或形成之任何共沸 物的沸點當然取決於施用的特別壓力。 如前文已述者’根據本發明之方法中的鹽解離係於水 溶液和萃取劑呈液體形式且非呈固體形式或氣體形式的溫 度和壓力進行，即，低於沸點，此取決於水溶液或形成的 任何共沸混合物所施用的特別壓力。 根據本發明’以水溶液全體計，所使用之該有機酸的 銨鹽於水溶液中的起始濃度係達至6 0重量％，較佳地達至 4 0重量％，宜爲達至2 0重量％，更佳地達至丨8重量％，甚佳 地達至1 5重量％，特佳地達至1 2重量％且最佳地達至1 0重 量％。在鹽分裂期間內，鹽的對應濃度降低。 此外’所使用的萃取劑係與水略爲互溶或與水完全不 互溶的胺。水溶液對有機萃取劑的重量比係較佳地自1 : 100至100: 1’更佳地自1: 10至丨0: 1，特別佳地自1: 5 至 5 : 1。 -14- 201039903 根據本發明，該有機酸選自單羧酸、二羧酸、三羧酸 、抗壞血酸、磺酸、膦酸或羥基羧酸，特別是羥基羧 酸和/3 -羥基羧酸。 進一步的方法步驟中，根據本發明，該鹽分裂終了後 ，自該有機萃取劑得到所形成的有機酸。 ' 較佳體系中，該有機酸對應通式X-C02H的羧酸，其 中X是有機基團，該有機基團選自未經取代和經單或多取 0 代的支鏈和直鏈烷基、環烷基、具有一或多個雙鍵的稀基 、具有一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、芳烷基、芳 烯基、烷氧基烷基、羥基烷基或烷硫基烷基。 或者，較佳地X是有機基團，其選自（Cl-C18)-焼基 、（.C3-C18)-環院.基、具有一或多個雙鍵的.（c2-C26) _ 烯基、具有一或多個三鍵的（c2-c26)-炔基、（c6-c丨0 )-芳基（特別是苯基）、（Ci-Cu)-烷基-(c6-Cig)_芳 基、（C6-C1())-芳基-(κ18)-烷基、（c6-Cu)-芳基 _ 〇 (C2- Ci8) ·燃基、（Ci-Ci8)-院氧基-(Ci-Ci8)-院基、 (Ci-Ci8)-經基院基和（Ci-C18)-院硫基-院 基。 或者，較佳地X係CRMrMr30，其中R1(UH、OH、 OR4。、NH2、NHR4。、NR4°R5。、Cl、Br、J、F，其中 r20、 R30、R4G和R5Q各自獨立選自H、未經取代和經單或多取代 的支鏈和直鏈（Cl-C18)-院基、（C3-C18)-環院基、亘 有一或多個雙鍵的（C2-C26)嫌基、（C6-Ci〇) _芳基（特 別是苯基）、（Ci-C18)-院基- 芳基、（c_ -15- 201039903 cl0)-芳基-(q-C丨8)-烷基（特別是苄基）、（Cl_Cl8 )-烷氧基-(Ci-Ciii)-烷基、（Ci-Cw)-羥烷基和（C!-c18 )-烷硫基-(CrCu ) ·烷基。 此有機酸較佳選自乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、 庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、 omega-3脂肪酸（諸如亞麻酸）、〇mega-6脂肪酸（諸如亞 油酸和花生油酸）、omega-9脂肪酸（諸如油酸和二十四 嫌酸）、.水楊酸、苯甲酸、阿魏酸.：（f.erulic acid )、肉桂 酸、香草酸、沒食子酸、羥基肉桂酸、羥基苯甲酸、3 -羥 基丙酸、3-羥基異丁酸和2-羥基異丁酸。 替代方法中，該有機酸對應通式H20C-Y-C02H的二羧 酸’其中Y是有機基團，該有機基團選自未經取代和經單 或多取代的支鏈和直鏈烷二基、環烷二基、具有一或多個 雙鍵的烯二基、具有一或多個三鍵的炔二基、芳二基、烷 基芳二基、芳基烷二基、芳基烯二基、烷氧基烷二基、羥 院二基或烷硫基烷二基。 文中的字尾“二基”是指二羧酸的兩個羧酸基鍵結至此 基團。羧酸基可以各自獨立地鍵結至有機基團的任何碳原 子（例如以雙頭方式、鄰近方式）或鍵結至非相鄰的碳原 子，且有羧酸基鍵結的碳原子可以位於鏈末位置或在基團 中。 較佳γ定義如下：有機基團，選自未經取代和經單或 多取代的支鏈和直鏈（C丨-c18)-烯二基、（C3-Cu)-環 院二基、具有一或多個雙鍵（c2-c26)-烯二基、具有一或 -16- 201039903 多個三靆的（c2-c26)-炔二基、（c6_Cl。）-芳二基（特 別是本〜基）、（Ci-Ci.8)-院基-(C6-CiQ)-芳二基、（ C6-C1G)-芳基-(CrCH )-烷二基、（c6_ClQ ) ·芳基-( Ci-Ci8)烯二基、（κ18)-烷氧基-(Cl-C18) ·烷二基 、（C丨-c6 )-羥烷二基和（（：丨-(：18 )-烷硫基-(C丨-c18)-院二基，任何取代基選自OH、or1。’、NH2、NHR10’、 NR1()’R2°’、ci、Βι·、I和 F，其中 R1。’、R2。’各自獨立選自 H 0 、未經取代和經單或多取代的支鏈和直鏈（C^-Cu) ·烷基 、（：C3-C18 )-環烷基、具有一或多個雙鍵的（c2-c26 )-烯基、（c6-c丨。）-芳基（特別是苯基）、（C丨-C丨8 )-芳 基-(Ce-CiQ)-方基、（C6-C!。）-方基 _(Ci-C 丨 8)-院基（ 特別是苄基）、（G-Cu)-烷氧基-(Cl-C18)-烷基、（ C^-Cu)-羥基烷基和（CrCu)-烷硫基-(Cl-C18)-烷基 〇 此有機酸較佳選自丁二酸、草酸、丙二酸、戊二酸、 〇 己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、反丁烯二酸 、亞甲基丁二酸、甲基丙二酸、酞酸、對酞酸或異酞酸。 另一替代方法中，該有機酸係通式1C的三羧酸：

H02C\ /C02H ί co2h

XC 其中z是有機基團，其選自未經取代和經單或多取代的支 鏈和直鏈烷三基、環烷三基、具有一或多個雙鍵的烯三基 、具有一或多個三鍵的炔三基、芳三基、烷基芳三基、芳 -17- 201039903 基烷三基、芳基烯三基、烷氧基烷三基、羥基烷三基或烷 硫基烷三基。此處字尾“三基”代表三羧酸的三個羧基鍵結 至此基團。此羧酸基可以各自獨立地鍵結至有機基團的任 何碳原子（例如以雙頭方式、鄰近方式）或鍵結至非相鄰 的碳原子，其中該有羧酸基鍵結的碳原子可以位於鏈末位 置或在基團中。 此外，較佳Z定義如下：未經取代和經單或多取代的 支鏈和直鏈-烯三基、（c3-c18)-環烷三基、 具有一或多個雙鍵（c2-c26)-烯三基、具有一或多個三鍵 的（C2-C26)-炔三基、（C6-C1Q) -芳三基（特別是苯三 基）、（CrCw)-烷基-(Ce-Cu)-芳三基、（C6-C1Q)-芳基-(Ct-Cw)-烷三基、（C6_Cl〇)-芳基-(c】_c18) ·烯 三基、（Ci-Cw)·烷氧基-(Cl-C18)-烷三基、（C^-Ce )^:基院一基和（C丨-Ci8)-院硫基-(Ci-Ci8)-院三基， 任何取代基選自 、or1。’’、NH2、NHR1。’’、NR1()，，R20，， 、（:1、Br、I和F，其中Rl。’’、r2。，’各自獨立選自H、未經 取代和經單或多取代的支鏈和直鏈（Κ18)-烷基、（ c3-c18)-環院基、具有一或多個雙鍵的（C2_C26)-烯基 、（c6-c1())-芳基（特別是苯基）、（c^c^)-烷基-( c6-c1())-方基、（C6-CiQ)-芳基-(Ci_Ci8)-烷基（特別 是节基）、（C丨-cl8)-烷氧基-(Cl_Cl8)-烷基、（Cl_ C18)-經院基和（c”Ci8)-院硫基-(Ci_Ci8) _院基。 @{圭胃¥中’該有機酸選自檸檬酸、環戊烷-1,2,3-三 翔酸、環戊院-1，2,4-三羧酸、2-甲基環戊烷-1,2,3-三羧酸 -18- 201039903 或3-甲基環戊烷-1，2,4-三羧酸。 另一方法中，該有機酸對應通式II的磺酸： Ο

12 II R12—|—OH Ο

II 其中R12是有機基，其選自未經取代和經單或多取代的支 0 鏈和直鏈烷基、環烷基、具有一或多個雙鍵的烯基、具有 一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、 焼氧基烷基、羥烷基和烷硫基烷基。 較佳R12定義如下：未經取代和經單或多取代的支鏈 和直鏈（Ci-Cu)-烷基、（C3-C18)-環烷基、具有一或 多個雙鍵的（C2-C26)-烯基、具有一或多個三鍵的（c2_ c26)-炔基、（C6-C10)-芳基（特別是苯基）、（C丨-C18 )-院基-(Ce-Ci。）-芳基、（C6-C]。）-芳基-(C1-C18) -◎烷基、（C6-C〗。）-芳基-(c2-c18)-烯基、（Ci-C18)-烷 氧基-(Ci-Cis)-院基、（Ci-Ci8)-經垸基和（Ci-Ci8) -院硫基-(C1-C18)-燒基，任何取代基選自OH、OR22、 NH2、NHR22、NR22R32、ci、Br、I和 F,其中 R22 和 R32 各 自獨立選自H、未經取代和經單或多取代的支鏈和直鏈（ _烷基、（C3、cu) _環烷基、具有一或多個雙鍵 的（C2-C26 )-烯基、（c6-C1G )-芳基（特別是苯基）、 (h-CH )-院基-(c6_Cl。）_芳基 ' (c6_Cl。）.芳基

Ci-c18)-烷基（特別是苄基）、（Cl_c18) ·烷氧基-(Ci- -19- 201039903 c18 )-烷基、（C^-Cu )-羥烷基和（Cl-Cl8 )-烷硫基-( c 1 -C i 8 )-院基。 較佳方法中’該有機酸選自對甲苯磺酸、樟腦_10_擴 酸、苯磺酸、十二烷基苯磺酸、萘磺酸或酚磺酸。 根據本發明的進一步方法中’該有機酸係通式⑴的膦 酸： 〇

13 I

R13—P——OH

OH

III 其中R13是有機基團’其選自未經取代和經單或多取代的 支鏈和直鏈烷基、環烷基、具有一或多個雙鍵的烯基.、具 有一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、芳烷基、芳烯基 、烷氧基烷基、羥烷基和烷硫基烷基。 較佳方法中，R13選自未經取代和經單或多取代的支 鏈和直鏈（C丨-C18)-烷基、（c3-c18)·環烷基、具有一 或多個雙鍵的（C2_C26)嫌基、具有一或多個三鍵的（c2· c26)-炔基、（C6-C1Q)-芳基（特別是苯基）、（Cl-Cl8 )-烷基-(c6-c10)-芳基、（C6-C1())-芳基-(CVCu) - 烷基、（c6-c1())-芳基 _(C2_Cl8)-嫌基、（Cl_Cl8)-院 氧基-(Ci-Cw)-院基、（Cl_Cl8) _經基烷基和（Ci_Ci8 )_烷硫基_烷基，任何取代基選自〇H、〇R23、 NH2、NHR23、NR23R_33、¢1、Br、I和 F，其中 R23 和 R33 各 自獨立選自H、未經取代和經單或多取代的支鏈和直鏈（ q-Cu) _烷基、（c3-Cl8) _環烷基、具有一或多個雙鍵 -20- 201039903 的（c2-c26) ·烯基、（c6-c1Q)-芳基（特別是苯基）、 (Ci-C18)-院基-(C6-Ci。）-芳基、（C6-C1())-芳基-( Ci-Cis) -烷基（特別是苄基）、（Ci-Cu)-烷氧基-(d-Ci8)-院基、（C1-C18)-經基院基和（Ci-C18)-院硫基-(Ci-Cn )-烷基。 較佳方法中’該有機酸選自i -胺丙基膦酸、胺甲基膦 酸、二甲苯膦酸、苯基膦酸、1-胺丙基膦酸 '甲苯膦酸。 進一步方法中’該有機酸係通式la的α -羥基羧酸： ΟΗ

R11a—C—C02H R21a 工a 其中11118和R12a各自獨立選自Η、OH、OR31a、NH2、 NHR31a、NR31aR41a、Cl、Br、I ' F、未經取代和經單或多 取代的支鏈和直鏈烷基、環烷基、具有一或多個雙鍵的烯 基、具有一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、芳烷基、 芳烯基、烷氧基烷基、羥烷基或烷硫基烷基，其中。13和 R4 1 a各自獨立選自Η、未經取代和經單或多取代的直鏈和 支鏈（Ct-c")-烷基、（c3_Ci8)-環烷基、具有—或多 個雙鍵的（C2-C26)-烯基、（c6_c1Q)-芳基（特別是苯 基）、（-烷基-(C6_Ci。）_芳基、（C6_Cl。）_芳 基-(C丨-C丨8)-烷基（特別是苄基）、（C】-Cl8)-烷氧基-(C丨-C18)-烷基、（C丨- cl8)-羥烷基和（Ci-Ci8)-烷硫 基-(Ci_Ci8)-院基。 進一步較佳地r2u各自獨立選自未經取代和經 -21 - 201039903 單或多取代的支鏈和直鏈（Ci-Cu)-烷基、（C3-C18) -環烷基、具有一或多個雙鍵的（c2-c26)烯基、具有一或 多個三鍵的（C2-C26)-炔基、（c6-c丨。）-芳基（特別是 苯基）、（CkCh)-烷基-(C6-C1())-芳基、（c6-c10)-芳基-(G-Ch)-院基、（C6-C1Q)-芳基 _(C2_Ci8) _稀基 、（Ci-C〗8)-烷氧基-(Ci-C18)-烷基、（Ci_Ci8) _ 經垸 基和（Ci-Cu)-院硫基-(CrC")-烷基，任何取代基選 自 OH、OR31a、NH2、NHR31a、NR3laR4ia

K 、 Cl 、 Br 、 I和 F ，其中R31i^R41a各自獨立選自H、未徳％ 术經取代和經單或多取 代的支鏈和直鏈（Ci-C18)-烷基、（ 、C3'C18 )-環焼基、 具有一或多個雙鍵的（C2_C26)-烯甚 $ ' ( c6-c1G)-芳基 (特別是苯基）、（)-烷基^ ^ C 6 ' C )_ 芳基、 ( c6-c1())-芳基-(CrC")-院基（特別楚予基）、

Cl8)-院氧基-(C1-C18)-院基 ' (c /-t 1_cu )-羥烷基和（

Cl-Ci8)-院硫基-(Ci_Ci8) _ 院基。 較佳方法中，該有機酸選自2-趨甚 少工基骞丁酸、2_羥基_4· 甲硫基丁酸、乳酸、羥乙酸、蘋果酸、& 酒石酸、葡萄糖酸 或甘油酸。 該有機酸係通 進一步較佳方法中 式lb的/3 -羥基羧酸

R31b HO

41b R11b—9一c〇2h

I R21b ib -22 - 201039903

其中Rllb、R21b、R31l^R41b各自獨立選自E 、NH2、NHR51b、NR51bR61b、Cl、Br、I、F 經單或多取代的支鏈和直鏈烷基、環烷基、 雙鍵的烯基、具有一或多個三鍵的炔基、芳 芳烷基、芳烯基、烷氧基烷基、羥烷基或烷 中11511>和R01b各自獨立選自Η、未經取代和經 直鍵和支鍵（Ci_Ci8)-院基、（C3-C18) ◎—或多個雙鍵的（c2-c26 )-烯基、（C6-C! 別是苯基）.' (Ci-Ci8)-院基-(C6-Cl〇)

Ciq)-方基-(Ci-Cig)-院基（特別是节基 )-烷氧基-(Ci-CH )-烷基、（CpCu )-趋 C18)-烷硫基-(C^-Ch)-烷基。 進一步較佳地 Rllb、R21b' 113115和1^411>各 經取代和經單或多取代的支鏈和直鏈（Cl-C C3-C18)-環烷基、具有一或多個雙鍵的（C: Q 具有一或多個三鍵的（〇2-(：26)-炔基、（（ (特別是苯基）、（Ci-Ci8)-院基-(Ce-Ci C6-Ci〇)-芳基-(C1-C18)-院基、（Cg-Cio, c18)-烯基、（Ci-Cu)-烷氧基-(C丨-c丨8) c18 )-羥基烷基和（CrCu )-烷硫基-(Cr 任何取代基選自OH、OR51a、NH2 ' NHR51b Cl、Br、I和F，其中尺511>和R61b各自獨立選自 和經單或多取代的支鏈和直鏈（C^-Cu)-烷 )-環烷基、具有一或多個雙鍵的（c2-c26 ) [' 〇H ' 〇R5,b 、未經取代和 具有一或多個 基、烷芳基、 硫基烷基，其 單或多取代的 環烷基、具有 〇-)芳基（特 -芳基、（C6-)、(c,-c18 g烷基或（C j - 自獨立選自未 ! 8 )-院基、（ !-C26)條基、 :6_Ci。）_方基 〇 )-方基、（ > -芳基·（ C2--烷基、（（^-C 1 8 )-院基， 、NR51bR6u ' Η、未經取代 基、（c3-c18 -烯基、（cv -23- 201039903 c10)-芳基（特別是苯基）、（C^-Ch)-烷基-(C6-C10 )-方基、（C6_CiQ)-方基-(Ci-C!8)-院基（特別是卞基 )、（Ci-Cl8)_ 院氧基-(Ci-Ci8)-院基、（Ci_Ci8)_ 經 院基和（Ci-Ci8)-院硫基-(Ci-Ci8)-院基。 較佳方法中，該有機酸選自3-羥基丙酸、3-羥基丁酸 、3-羥基戊酸、3-羥基己酸、3-羥基庚酸、3-羥基辛酸或 3-羥基異丁酸。 更佳方法中，所使用的汽提基質或夾帶氣係蒸汽、空 氣、氣體（較佳地天然氣）、甲焼、氧、惰性氣體（較佳 地氮、氦、Μ )或彼等的混合物。 關於夾帶氣，以方法中之水相的體積vaq計，夾帶氣 的總量較佳爲 10VaqS io,ooovaq，更佳 50Vaq 至 5000Vaq， 且特佳 100乂”至 3 000Vaq。 根據本發明之方法以水相體積流Faq連續進行時，使用 較佳 l〇Faq 至 l〇,〇〇〇Faq，更佳 50Faq 至 5000Faq且特佳 l〇〇Faci 至3000Faq的夾帶氣體積流。 更佳方法中’藉由選自蒸餾、精餾、結晶、再萃取、 層析、吸附或膜分離法之分離法，自載有經萃取之酸的萃 取劑得到該游離酸。 根據本發明之方法的一個優點在於花費較低，此因免 除等莫耳量得到的鹽量之昂貴的處置和/或廢棄之故，且 另一者在於氨釋放進入引入萃取劑之密閉系統的後向整體 化使其以對環境友善並保護資源的方式操作。不須使用其 他更常用的輔助劑（例如硫酸）以自銨鹽釋放游離酸，其 -24- 201039903 正如同與相關高成本相關的額外反應步驟。由於反應性萃 取能夠於比熱鹽分裂爲低的溫度進行’所以此方法以節省 能源的方式進行。不須施以高壓；此降低工業設備的投資 花費。憑藉使用汽提基質或夾帶氣，酸和其萃取劑之釋出 於明顯較短反應時間內及明顯較高產率達成。此處所述的 反應性萃取因此而比以前技藝描述者更經濟可行。此處描 述之用以自酸的銨鹽釋出酸的新穎方法更經濟可行且對環 境更友善。 【實施方式】 此處描述的本發明包含自有機酸（較佳地羧酸（I) 、磺酸（Π)或膦酸（III)，更佳地α -羥基羧酸（la)或 泠-羥基羧酸（lb))之銨鹽（IV、V或VI)釋出經取代或 未經取代的有機酸之改良方法，其係藉由氨的釋出和移除 並同時利用作爲適當萃取劑的胺萃取自水相所釋出的該酸 〇 (圖解3 ) ° -25- 201039903 R11 --C〇2 NH4+ R21 I R21—I—O' NH4+ o v R11 R31--C02H + NH3 R21

I

O

21 II R21——S—OH + NH3

II o 0 1 R13—P——〇- NH4+

I 〇- nh4+ vi

~~► R13—P——OH

I

OH

III 圖解3 2NH3 此方法對應反應性萃取。藉由使用汽提基質或夾帶氣 (例如氮 '空氣、蒸汽或惰性氣體（例如氬））可顯著改 良自有機酸的銨鹽水溶液反應性萃取該有機酸。所釋出的 氨係藉由連續氣流自該水溶液移除且可餵回製程中。可藉 由方法（諸如蒸飽、精餾、結晶、再萃取、層析、吸附） 或藉由膜分離法自該萃取劑得到該游離酸。 瞭解萃取是指分離法，其中藉選擇性的溶劑或萃取劑 之助，達到自混合物富含或回收物質的目的。在所有的熱 分離法中，萃取分離係基於混合物組份在二或更多個共同 存在的相中之不同分佈，此通常因個別組份彼此之受限的 互溶性（互溶性落差）所引起。在相介面上之物質轉移藉 由擴散進行直到建立安定的終狀態-熱力平衡。達到平衡 -26- 201039903 之後，各相必須可藉機械方式分離。由於這些仍由多種組 份所組成，所以通常下游通常連接進一步的分離方法（例 如蒸餾、結晶或萃取）以進行處置。 反應性萃取中，至少一反應位於萃取之前。此影響熱 力平衡並因此而改良相之間的物質平衡。 現已發現自有機酸（諸如羧酸、磺酸和膦酸，且特別 是α-羥基羧酸和a-羥基羧酸）的銨鹽水溶液反應性萃取 0 有機酸能夠藉由使用汽提基質或夾帶氣（例如氮、空氣、 蒸汽或惰性氣體（例如氬））而改良。所釋出的氨藉由連 續氣流自該水溶液移除。此使得反應平衡明顯移動至右方 (圖解4,使用羧酸爲例）。 R11 R11 | R31--C〇2 NH4+ ; ^R31--C02H + NH3 R21 R21 圖解4 〇 立刻自水溶液萃取形成的游離酸。此不會造成水溶液 pH的任何顯著降低；不會阻礙氨的進一步釋出。 已經發現溫度對於萃取速率的影響很大。銨鹽水溶液 的溫度越高，反應性萃取進行得越迅速。 雖然反應性萃取係基於使用胺作爲萃取劑，其可以有 利地在根據本發明之方法中使用其他輔助萃取劑，以便， 例如，影響所使用的胺之黏度。可使用的輔助萃取劑係與 水完全不互溶或與水僅略爲互溶的有機溶劑（諸如醇、酸 、酮或烴、或彼等之混合物）。例子爲具有5至1 8個碳原 -27- 201039903 子的直鏈或支鏈脂族酮、具有6至18個碳原子的環狀（選 擇性地雜環狀）酮、具有4至18個碳原子的直鏈或支鏈脂 族醇、具有5至1 8個碳原子的環狀（選擇性地雜環狀）醇 、具有5至16個碳原子的直鏈或支鏈脂族烷、具有5至14個 碳原子的環烷、具有4至14個碳原子的直鏈或支鏈醚、經 鹵素原子或羥基取代的芳族物、經鹵素原子取代並具有1 至18個碳原子的直鏈或支鏈烷、經鹵素原子取代並具有5 至14個碳原子的環烷。 較佳地添加的輔助萃取劑選自異丁基甲基酮、異丙基 甲基酮、乙基甲基酮、丁基甲基酮、乙基丙基酮、甲基戊 基酮、乙基丁基酮、二丙基酮、己基甲基酮、乙基戊基酮 、庚基甲基酮、二丁基酮、2-十一烷基酮、2-十二烷基酮 、環己酮、環戊酮、1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、1-己醇、 2-己醇、3-己醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、1-辛醇、2-辛 醇、3-辛醇、4-辛醇、卜壬醇、2-壬醇、3-壬醇、5-壬醇 、1-癸醇、2_癸醇、1-十一烷基醇、2-十一烷基醇、：!-十 二烷基醇、2_十二烷基醇、環戊醇、環己醇、煤油、石油 苯、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十 二烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、甲基三級丁基醚、石油 醚、二丁基醚、二異丙基醚、二丙基醚、二乙基醚、乙基 三級丁基醚、二戊基醚、苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯 、對二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷。 較佳地在作爲萃取劑的胺中添加之輔助萃取劑的量以 萃取劑總量計，低於80重量％，較佳低於60重量％且更佳 -28- 201039903 低於5 0重量％。有機萃取劑的沸點低於待萃取的酸的沸點 時’根據本發明之方法可以在特別開發的穿孔器（ perforator )(圖1)中進行。此特定穿孔器配置分佈器插 入卒取容器中。此分佈器藉磁鐵偶合而旋轉。萃取劑自上 方的冷凝器經由管藉離心力拋出分佈器環的小孔之外的方 式以微細液滴方式進入待萃取的液體而施用至此分佈器。 此達到萃取劑與用於萃取的物質之良好分佈及充分混合。 Q 此確保最適物質轉移。待萃取的液體一倂旋轉的結果是， 待萃取的物質所承載之精細分佈的萃取劑只有在長時間停 留在待萃取的物質中之後才到達穿孔器的沉積區並回送進 入蒸餾瓶’藉由再度蒸發’溶劑自此蒸餾瓶循環進入萃取 循環。 有機萃取劑的沸點高於待萃取的酸的沸點時，根據本 發明之方法可以在（圖2)所示的設備中進行。二頸瓶先 引入鹽的水溶液和高沸點萃取劑。可以使用油浴如所欲地 〇 調整在管柱中的溫度且一直將溫度設定爲低於該混合物的 沸點。該二相系統藉磁攪拌器混合以得到水相和萃取相之 間的最大界面。游離酸積聚在萃取相中。使用玻璃料將氮 引至攪拌相中’此將氨汽提至系統外。藉此方式將鹽分離 成游離酸和對應鹼。瓶上係隨機充塡的管柱，該管柱上係 冷凝器。水的分壓的結果是，後者連續自二頸瓶少量汽提 出來並在冷凝器中冷凝。由於氨在水中的溶解力，冷凝的 水自管柱中的氨分離之後滴回二頸瓶中。用於氨的物質平 衡，洗瓶連接至冷凝器下游，於其中溶解汽提出的氨。 -29- 201039903 分離法 欲藉萃取完全而自萃取劑分離游離酸，多種方法可資 利用： 例如，載有游離酸的萃取劑可以在相分離器中冷卻。 此游離有機酸以水溶解於萃取劑中之更高濃縮的水相被分 離出來並且能夠以此形式被移除。蒸餾移除水之後，該游 離酸以純淨形式存在。萃取劑可以直接餵回萃取循環。 亦能夠蒸餾移除萃取劑。載有游離酸的萃取劑加熱至 沸騰並在慣用設計的蒸餾設備中於標準壓力或減低壓力蒸 餾。在形成共沸物的溶劑或在無水的情況中，餾出液（其 含有水）可以直接被餵回萃取循環中。游離酸留在餾底物 中〇 自負載的萃取劑移除游離酸的另一方式係以水再萃取 。此處，在萃取設備（圖2)中之逆流萃取，載有游離酸 的萃取劑以水自有機溶劑中再度萃出。根據萃取程度，需 要單階段或多階段萃取。現再度未負載的有機萃取劑可以 直接餵回萃取循環中。藉蒸餾移除水，游離酸的水溶液可 以濃縮至所欲濃度。 根據所使用的酸的類型，自有機萃取劑移除亦能夠藉 結晶、吸附、膜處理、層析 '精餾或之類方式進行。 工業實施方式 描述用以自游離酸的鹽分離該游離酸之方法。 -30- 201039903 圖3描述根據本發明之方法的一個構造，其中使用適 當的胺作爲萃取劑，自游離酸的鹽萃取該游離酸： 在管柱中，載有該酸的鹽類之水相與有機萃取劑接觸 。此處的管柱構造可爲氣泡管或塡充或攪拌管柱。該鹽在 管柱中解離。該酸萃入有機萃取相中且耗盡的水相於底部 離開管柱。以對應鹼形式形成的氨藉由自管柱底部引入的 載氣自管柱汽提出來。用於再生，此載有氨的載氣流可以 0 通過已有鹼吸附於其上的吸附劑。藉此，耗盡的載氣流可 以回到方法。脫附令鹼和吸附劑再生，且它們可以交替用 於吸附和脫附處理。滌氣器連接至脫附處理，在漉氣器中 ，氨以水溶液形式回收並可以再度供應至醱酵處理作爲鹼 之用。因此，能夠達到氨的密閉循環。相分離之後，來自 管柱之經負載的有機萃取劑在精餾器中再生。藉此，游離 酸藉熱自有機萃取劑分離並以產物形式得到。自游離酸分 離有機萃取劑之後’有機萃取劑可以回送至方法。類似地 ❹，自水溶液移除的NH3可以回送至方法中。此外，本發明 之方法能夠以嫻於此技藝者已知的批次模式或連續模式進 行。 實例 實例1:使用二異十三烷基胺，自1〇重量％2-羥基異丁酸銨 溶液反應性萃取2-羥基異丁酸 下文描述的實例係在圖2所示的設備中進行。 三頸瓶中先引入85.07克1〇重量％ 2 -羥基異丁酸銨溶液 -31 - 201039903 和85.04克二異十三烷基胺。此二相以磁攪拌器劇烈混合 。3-頸瓶在油浴中於常壓加熱至9 5 °C。用於氮汽提的玻璃 料插入瓶的側孔之一，並建立20升/小時的氣流。測定內 部溫度的溫度計插入第二個側孔。具有隨機塡充物的管柱 (約0.7米）插入3-頸瓶的餘孔中。管柱上端放置有護套的 螺旋冷凝器。與其連接的是充塡了 107.66克稀硫酸（1莫 耳/升）的洗瓶，其中吸收已汽提出的氨以便於物質平衡 。20小時之後，實驗中斷以進行物質平衡，再20小時之後 再中斷。此時間內，銨鹽解離成游離酸和氨。游離酸萃入 有機相中，氨藉氮滌除至系統外。此共40小時之後’達到 2-羥基異丁酸銨的轉化率約80%。烷基2-羥基異丁酸銨的 產率亦約8 0 %。 實例2:使用三己基胺，自10重量％ 2 -羥基異丁酸銨溶液反 應性萃取2-羥基異丁酸 下文描述的實例係在圖2所示的設備中進行。 三頸瓶中先引入99.53克1 0重量％2-羥基異丁酸敍溶液 和5 5.07克三己基胺。此二相以磁攪拌器劇烈混合。3-頸瓶 在油浴中於常壓加熱至95 °C。用於氣流約20升/小時的氮 汽提之玻璃料及用以測定內部溫度的溫度計插入瓶的側孔 。具有隨機塡充物的管柱（約0.7米）插入3-頸瓶的餘孔中 。管柱上端放置有護套的螺旋冷凝器。與其連接的是充塡 了 9 9.79克稀硫酸（1莫耳/升）的洗瓶，其中吸收已汽提 出的氨以便於物質平衡。2 0小時之後，實驗中斷以進行物 -32- 201039903 質平衡，且60小時之後再中斷。此時間內’銨鹽解離成游 離酸和氨。達到轉化率約32% ’而院基2_羥基異丁酸銨的 產率約2 5 %。 實例3 :使用三辛基胺（TOA)，自10重量％2-羥基異丁酸 銨溶液反應性萃取2-羥基異丁酸 下文描述的實例係在圖2所示的設備中進行。 0 三頸瓶中先引入200.53克10重量％2-羥基異丁酸銨溶 液和200.12克TOA。此二相以磁攪拌器劇烈混合。3-頸瓶 在油浴中於常壓加熱至95 °C。用於氣流約20升/小時的氮 汽提之玻璃料及用以測定內部溫度的溫度計插入瓶的側孔 。具有隨機塡充物的管柱（約〇·7米）插入3-頸瓶的餘孔中 。管柱上端放置有護套的螺旋冷凝器。與其連接的是充塡 了 60.04克稀硫酸（1莫耳/升）的洗瓶，其中吸收已汽提 出的氨以便於物質平衡。實驗時間約42小時。此時間內， 0 銨鹽解離成游離酸和氨。達到轉化率約33%，而烷基2-羥 基異丁酸銨的產率約26%。 實例4 :三級胺和2-羥基異丁酸之熱分裂 在三頸瓶中，106克三辛基胺（TOA)與20克2-羥基異 丁酸（2-HIBA )混合並在批次蒸餾法中藉熱分離。餾底物 藉加熱包加熱並持續測定底部溫度。欲降低分壓，約10升 /小時的氮流通入設備的底部瓶。經稍微加熱之以隨機塡 充物塡充的管柱固定至瓶。與其連接的是Liebig冷凝器， -33- 201039903 該冷凝器凝結餾出物，該餾出物收集於圓底瓶中。使用真 空幫浦建立50毫巴的系統壓力。蒸餾係以沒有餾出物迴流 的方式進行。約100分鐘之後，餾出物溫度約140 °C且底部 溫度約195 °C。再40分鐘之後，餾出物的溫度下降。共150 分鐘之後，底部溫度約270 °C並中止實驗。稱重發現餾底 物中有104.3克TOA和餾出物中有15.1克2-羥基異丁酸。餾 底物之分析顯示2-羥基異丁酸完全轉化。餾出物中僅偵測 到微量的TOA。游離酸的產率約60%。 實例5 :二級胺（二異十三烷基胺）和2-羥基異丁酸之熱 分裂 在三頸瓶中，81克二異十三碳基胺（DITD)與2〇克2-羥基異丁酸（2-HIB A )混合並在批次蒸餾法中藉熱分離。 餾底物藉加熱包加熱並持續測定底部溫度。欲降低分壓， 約1〇升/小時的氮流通入設備的底部瓶。經稍微加熱之以 隨機塡充物塡充的管柱固定至瓶。與其連接的是Liebig冷 凝器，該冷凝器凝結餾出物，該餾出物收集於圓底瓶中。 使用真空幫浦建立5 0毫巴的系統壓力。蒸餾係以沒有餾出 物迴流的方式進行。約130分鐘之後，餾出物溫度約120°C 且底部溫度約230 °C。再45分鐘之後，餾出物的溫度下降 。共190分鐘之後，底部溫度約270 °C並中止實驗。稱重發 現餾底物中有71.7克〇1丁〇和餾出物中有18.08克2-則3八。 餾底物之分析顯示2-HIB A完全轉化並形成小量的二級醯胺 (2莫耳％ )和少量的一級醯胺（5莫耳％ )。餾出物中僅 -34- 201039903 偵測到微量的DITD。游離酸的產率約72%、 實例6 :使用二（十三烷基）胺，自〗〇重量％ 3 _羥基異丁酸 銨溶液反應性萃取3-羥基異丁酸 下文描述的實例係在圖2所示的設備中進行。 三頸瓶中先引入103.0克10重量％ 3 -羥基異丁酸銨溶液 和76.4克二（十三烷基）胺。此二相以磁攪拌器劇烈混合 G 。3-頸瓶在油浴中於常壓加熱至95 °C。用於氮汽提的玻璃 料插入瓶的側孔之一，並建立20升/小時的氣流。測定內 部溫度的溫度計插入第二個側孔。具有隨機塡充物的管柱 (約〇_ 7米）插入3-頸瓶的餘孔中。管柱上端放置有護套的 螺旋冷凝器。與其連接的是充塡了 2 02.2克稀硫酸（1莫耳 /升）的洗瓶’其中吸收已汽提出的氨以便於物質平衡。 69小時之後，中止實驗以便於物質平衡。此時間內，銨鹽 解離成游離酸和氨。游離酸萃去有機相中，而此氨藉氮汽 〇 提出系統外。羥基異丁酸銨的轉化率約54%。而烷基3-羥基異丁酸銨的產率約42%。 實例7 ·_使用二（十三烷基）胺，自丨〇重量％乳酸銨溶液反 應性萃取乳酸 下文描述的實例係在圖2所示的設備中進行。 三頸瓶中先引入99.0克10重量％乳酸銨溶液和75.1克 二（十三烷基）胺。此二相以磁攪拌器劇烈混合。3-頸瓶 在油浴中於常壓加熱至95。(：。用於氮汽提的玻璃料插入瓶 -35- 201039903 的側孔之一，並建立20升/小時的氣流。測定內部溫度的 溫度計插入第二個側孔。具有隨機塡充物的管柱（約〇-7 米）插入3-頸瓶的餘孔中。管柱上端放置有護套的螺旋冷 凝器。與其連接的是充塡了 186.4克稀硫酸（1莫耳/升） 的洗瓶，其中吸收已汽提出的氨以便於物質平衡。60小時 之後，中止實驗以便於物質平衡。此時間內’銨鹽解離成 游離酸和氨。游離酸萃入有機相中，而氨藉氮汽提出系統 外。乳酸銨的轉化率約5 9 %。烷基乳酸銨的產率約5 9 %。 實例8:使用二（十三烷基）胺，自10重量％ 丁二酸銨溶液 反應性萃取丁二酸 下文描述的實例係在圖2所示的設備中進行》 三頸瓶中先引入102.9克10重量％ 丁二酸銨溶液和75.0 克二（十三烷基）胺。此二相以磁攪拌器劇烈混合。3 -頸 瓶在油浴中於常壓加熱至95 °C。用於氮汽提的玻璃料插入 瓶的側孔之一，並建立20升/小時的氣流。測定內部溫度 的溫度計插入第二個側孔。具有隨機塡充物的管柱（約 0.7米）插入3-頸瓶的餘孔中。管柱上端放置有護套的螺旋 冷凝器。與其連接的是充塡了 212.2克稀硫酸（1莫耳/升 )的洗瓶，其中吸收已汽提出的氨以便於物質平衡。65小 時之後，中止實驗以便於物質平衡。此時間內，銨鹽解離 成游離酸和氨。游離酸萃入有機相中，而氨藉氮汽提出系 統外。丁二酸銨的轉化率約4 8 %。而烷基丁二酸銨的產率 亦約4 3 %。 -36- 201039903 【圖式簡單說明】 圖1爲根據本發明之方法中，反應性萃取使用的穿孔 器的例子的設置示意圖。 圖2爲所使用的萃取裝置之設置示意圖。 圖3爲工業用之本發明之反應性萃取的設置示意圖。

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Claims (1)

1. 201039903 七、申請專利範圍： 1 . 一種將有機酸的銨鹽轉化成特別游離有機酸之方法 ，其特徵在於該銨鹽的水溶液與至少一種有機萃取劑接觸 ，該有機萃取劑選自包含通式（0)的胺 R1\/2 I R3 式（〇) 其中R1、R2和R3係獨立地相同或不同、支鏈或非支鏈、可 選擇地經取代的烴基或Η，且該鹽於該水溶液和該萃取劑 呈液相的溫度和壓力下解離，且引入汽提基質或夾帶氣以 自該水溶液移除ΝΗ3，且將所形成的游離有機酸的至少一 部分轉移至該有機萃取劑。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中所使用的胺中 ，R1、R2和R3係獨立地相同或不同、支鏈或非支鏈、未經 取代的烷基或Η，該烷基具有較佳地1至20個（更佳地1至 18個，最佳地1至16個）碳原子。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中所使用的胺係 三烷基胺且較佳地係選自三己胺、三辛胺、三癸胺、三辛 胺或三（十二烷基）胺的三烷基胺。 4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中所使用的胺係 二烷基胺且較佳地係選自二異十三烷基胺、雙（2-乙基己 基）胺、月桂基三烷基-甲胺、二（十一烷基）胺、二癸 基胺、二（十二烷基）胺的二烷基胺。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中該 反應係於壓力爲〇.〇1巴至10巴（較佳地0.05巴至8巴，更佳 -38- 201039903 地0.1巴至6巴）下完成。 6.如申g靑專利範圍弟1至4項中任一項之方法，其中該 鹽分裂係於溫度爲20°C至300°C (較佳地40°C至200°C，更 佳地50°C至160°C )下進行。 7·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中所 使用之該有機酸的銨鹽於水溶液中的起始濃度係達至6 0重 量％，較佳地達至40重量％，宜爲達至20重量％，更佳地達 0 至18重量％，甚佳地達至15重量％，特佳地達至12重量％且 最佳地達至1 0重量％。 8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中所 使用的萃取劑係與水略爲互溶或與水完全不互溶的溶劑。 9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之方法，其中水 溶液對有機萃取劑的重量比係較佳地自1 : 100至100 : 1， 更佳地自1 ·_ 1 0至1 0 : 1，特佳地自1 : 5至5 : 1。 1 〇·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 Q 該有機酸選自單羧酸、二羧酸、三羧酸、抗壞血酸、磺酸 、膦酸或羥基羧酸，特別是α -羥基羧酸和θ -羥基羧酸。 U ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 該鹽分裂終了後，自該有機萃取劑得到所形成的有機酸。 1 2 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 該有機酸對應通式X-C02H的羧酸，其中X是有機基團，該 有機基團選自未經取代和經單或多取代的支鏈和直鏈烷基 、環烷基、具有一或多個雙鍵的烯基、具有一或多個三鍵 的炔基、芳基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、烷氧基烷基、 -39- 201039903 羥基烷基或烷硫基烷基’較佳地該有機酸選 、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、 、棕櫚酸、硬脂酸、〇mega-3脂肪酸（諸$ omega-6脂肪酸（諸如亞油酸和花生油酸）、 酸（諸如油酸和二十四烯酸）、水楊酸、苯 (feruli c acid ) “肉桂酸、香草酸、沒食子 酸、羥基苯甲酸或3-羥基丙酸。 13. 如申請專利範圍第1至4項中任一項 該有機酸對應通式H2OC-Y-C02H的二羧酸， 基團，該有機基團選自未經取代和經單或多 直鏈烷二基、環烷二基、具有一或多個雙鍵 有一或多個三鍵的炔二基、芳二基、烷基芳 二基、芳基烯二基、烷氧基烷二基、羥院二 二基，其中較佳地該有機酸選自丁二酸、草 戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸 丁烯二酸、亞甲基丁二酸、甲基丙二酸、駄 異酞酸。 14. 如申請專利範圍第1至4項中任―項 該有機酸係通式1C的三羧酸： H02C\^c〇2h i〇2H Ic 其中Z是有機基’其選自未經取代和經單或 和直鍵院三基、環院三基、具有一或多個雙 自乙酸、丙酸 癸酸、月桂酸 !口亞麻酸）、 _ omega-9 脂肪 甲酸、阿魏酸 酸、羥基肉桂 之方法，其中 其中Y是有機 取代的支鏈和 的烯二基、具 二基、芳基烷 基或烷硫基烷 酸、丙二酸、 、癸二酸、反 酸、對酞酸或 之方法，其中 多取代的支鏈 鍵的烯三基、 -40- 201039903 具有一或多個三鍵的炔三基、芳三基、烷基芳三基、芳基 烷三基、芳基烯三基、烷氧基烷3基、羥基烷三基或烷硫 基烷三基，其中較佳地該有機酸選自檸檬酸、環戊烷_ 1，2,3-三羧酸、環戊烷-i，2,4-三羧酸、2-甲基環戊烷_ 1，2,3-三羧酸或3-甲基環戊烷_1，2,4_三羧酸。 1 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 該有機酸對應通式II的磺酸··

   OH 〇 其中R12是有機基，其選自未經取代和經單或多取代的支 鏈和直鏈烷基、環烷基、具有一或多個雙鍵的烯基、具有 一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、 烷氧基烷基、羥院基或烷硫基烷基，其中較佳地該有機酸 ^ 選自對甲苯磺酸、樟腦-10-磺酸、苯磺酸、十二烷基苯磺 酸、萘磺酸或酚磺酸。 1 6 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 該有機酸係通式ΙΠ的膦酸： 0 R13—P——OH OH III 其中R13是有機基，其選自未經取代和經單或多取代的支 鏈和直鏈烷基、環烷基、具有一或多個雙鍵的烯基、具有 -41 - 201039903 一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、芳烷基、 烷氧基烷基、羥烷基或烷硫基烷基，其中較佳地 選自1-胺丙基膦酸、胺甲基膦酸、二甲苯膦酸、 、1-胺丙基膦酸或甲苯膦酸。 1 7.如申請專利範圍第1至4項中任一項之方 該有機酸係通式la的α ·羥基竣酸： ΟΗ Rli+C〇2H R21a la 其中R1 la和R12a各自獨立選自Η、OH、OR31a NHR31a、NR31aR41a、Cl、Br ' I、F、未經取代和 取代的支鏈和直鏈院基、環烷基、具有一或多個 基、具有一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、 芳烯基、烷氧基烷基、羥烷基或烷硫基烷基，其 R41 a各自獨立選自Η、未經取代和經單或多取代 支鏈（C^-C^)-烷基、（C3-C18)-環烷基、具 個雙鍵的（C2-C26)-烯基、（C6-C1Q-)芳基（ 基）、（Ci-Cw)-烷基-(c6-c1())-芳基、（c6 基-(C1-C18) ·院基（特別是节基）、（C^-Cu) (Ci-Cu)-烷基、（CrCu)-羥烷基或（Ci-C 基- (CrCw)-烷基，較佳地該有機酸選自2-羥 、2-羥基-4-甲硫基丁酸、乳酸、羥乙酸、蘋果酸 、葡萄糖酸或甘油酸。 1 8 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方 -42- 芳烯基、 該有機酸 苯基膦酸 法，其中 、NH2、 經單或多 雙鍵的烯 芳烷基、 中 R31m 的直鏈和 有一或多 特別是苯 -C10)-芳 -烷氧基-i 8 )-烷硫 基異丁酸 、酒石酸 法，其中 201039903 該有機酸係通式lb的/5 -羥基羧酸： HOs R31b »41 b R11b— c一co2h R21b lb 其中 Rllb、R21b、11311)和 R41b各自獨立選自 H、OH、OR: 、NH2、NHR51b、NR51bR61b、Cl、Br、I、F、未經取代和 經單或多取代的支鏈和直鏈烷基、環烷基、具有一或多個 雙鍵的烯基、具有一或多個三鍵的炔基、芳基、烷芳基、 芳烷基、芳烯基、烷氧.基烷基、羥烷基或烷硫基烷基’其 中11511>和11611)各自獨立選自Η、未經取代和經單或多取代的 直鏈和支鏈（tVCw)-烷基、（C3-C18)-環烷基、具有 一或多個雙鍵的（C2-C26)-烯基、（C6-C1Q-)芳基（特 別是苯基）、（Ci-Ci8)-院基-(Ce-Ci。）-方基、（C^-c10)-芳基-(Ci-Cu)-烷基（特別是苄基）、（Ci-Cu )-烷氧基- (CrCu)-烷基、（Ci-Cu)-羥烷基或（Cj-c18)-烷硫基-(Ci-Cu)-烷基，較佳地該有機酸選自3-羥 基丙酸、3-羥基丁酸、3-羥基戊酸、3-羥基己酸、3-羥基 庚酸、3-羥基辛酸或3-羥基異丁酸。 1 9.如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 所使用的汽提基質或夾帶氣係蒸汽、空氣、氣體（較佳地 天然氣）、甲烷、氧、惰性氣體（較佳地氮、氦、氬）或 彼等的混合物。 2〇·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 -43- 201039903 以水相的體積Vaq計’所使用的夾帶氣的總量爲1〇乂^至 1 0,000Vaq。 2 1 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 藉由選自蒸餾、精餾、結晶、再萃取 '層析、吸附或膜分 離法之分離法，自充滿經萃取之酸的萃取劑得到該游離酸 〇 22.如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 該有機萃取劑與該游離酸分離後，將該有機萃取劑餵回至 製程中。 2 3 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中 將自該水溶液移除的NH3餵回至製程中。 -44-