PL186546B1

PL186546B1 - Sposób katalitycznego uwodorniania niehormonalnych, nienasyconych steroidów roślinnych

Info

Publication number: PL186546B1
Application number: PL97328793A
Authority: PL
Inventors: Jarkko Helminen; Ulf Hotanen; Erkki Paatero; Matti Hautala; Ari Kärki
Original assignee: Upm Kymmene Oyj
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2004-01-30
Also published as: NZ331658A; DE69706682D1; PL328793A1; AU709823B2; JP2000507242A; US6147235A; CA2248950A1; BR9708198A; EP0907657A1; JP4177897B2; FI961242A0; EE9800311A; FI961242L; CN1213374A; FI105274B; ZA972174B; DE69706682T2; EE03617B1; AU1928697A; EP0907657B1

Abstract

1. Sposób katalitycznego uwodorniania niehormonalnych, nienasyconych steroidów roslinnych za pomoca wodoru, znamienny tym, ze stosuje sie katalizator metalu przej- sciowego wybranego z grupy obejmujacej Ni, Pd, Pt, Rh, Ru i ich mieszaniny, zwiazany z podlozem polimerowym wybranym z grupy obejmujacej polimer poliolefinowy i fluoro- wcowany polimer poliolefinowy, szczepiony monomerycznymi i/lub polimerycznymi gru- pami wybranymi sposród grup kwasu akrylowego, kwasu poliakrylowego, kwasu meta- krylowego, kwasu polimetakrylowego, styrenu i polistyrenu, który dodatkowo mozna pod- dac regeneracji przed ponownym uzyciem. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób katalitycznego uwodorniania niehormonalnych, nienasyconych steroidów roślinnych za pomocą związanego z polimerem katalizatora, zawierającego grupy szczepione. Zakres wynalazku obejmuje również sposób regeneracji zużytego katalizatora. Określenie „nienasycone związki pochodzenia roślinnego” oznacza tu niehormonalne, nienasycone steroidy roślinne.

Steroidy są makrocząsteczkowymi, nielotnymi i wrażliwymi na temperaturę związkami organicznymi o złożonej budowie, które wykorzystuje się do wielu specjalnych celów, takich jak farmaceutyki, dodatki do karmy, produkty kosmetyczne, itp. Często wytwarza się je na

186 546 małą skalę i ten sam reaktor uniwersalny wykorzystuje się w syntezie steroidów do różnych reakcji, takich jak uwodornianie, redukcja i estryfikacja.

Steroidy są grupą związków o podobnej budowie. Często występują w roślinach i organizmach zwierzęcych i obejmują sterole, witaminę D, kwasy żółciowe i hormony płciowe. Budowa steroidów jest oparta na następującym układzie pierścienia 1,2-cyklopentenofenantrenowego:

Sterole są steroidami, których struktura zawiera grupę OH. Sterole są krystalicznymi związkami zawierającymi od 26 do 30 atomów węgla, z alifatycznym łańcuchem bocznym przy atomie węgla 17. Sterole występują w przyrodzie albo w postaci steroli wolnych, albo w postaci estrów z wyższymi kwasami tłuszczowymi. Sterole można wydzielić z nieulegającego zmydleniu ugrupowania tłuszczów i olejów. Najlepiej znanym sterolem zwierzęcym (zoosterolem) jest cholesterol. Najlepiej znanymi sterolami roślinnymi (fitosterolami) są stygmasterol, sitosterol i ergosterol (sterol wydzielony z drożdży).

Budowę cholesterolu przedstawia następujący wzór:

Stereochemia podstawników na atomach węgla 3 i 10 jest istotna dla uwodorniania podwójnego wiązania Δ⁵. Jeżeli grupa hydroksylowa na atomie węgla C3 i grupa metylowa na atomie węgla C10 obydwie są nad pierścieniem, to mają one względem siebie konfigurację cis. W steroidach grupa podstawników nad pierścieniem jest oznaczona literą β, natomiast grupa podstawników poniżej pierścienia jest oznaczona literą a. We wszystkich sterolach roślinnych grupa hydroksylowa i grupa metylowa znajdują się w położeniu β.

Budowa sitosterolu różni się od budowy cholesterolu tylko tym, że wsitosterolu znajduje się grupa etylowa przyłączona do atomu węgla C24. Podwójne wiązanie sitosterolu i cholesterolu nazywane jest wiązaniem Δ5. Cholesterol jest także znany pod nazwą 5-cholesteno-3e-olu, natomiast sitosterol pod nazwą 24α-etylo-5-cholesten-3e-olu.

186 546

Uwodornianie katalityczne jest zwykłym etapem pośrednim w syntezie steroidów i jest wykorzystywane do redukcji różnych grup funkcyjnych albo do uwodorniania wiązań podwójnych. To, czy uwodornianie zakończy się powodzeniem zależy od tego, czy produkt jest prawidłowy stereochemicznie. Jeżeli produkt jest stereochemicznie niepoprawny, to nie nadaje się do dalszych syntez albo do aktualnego zastosowania. Sposób uwodorniania według wynalazku wykorzystuje się do otrzymywania steroidów, w których atom wodoru przy atomie węgla C5 znajduje się w położeniu a..

Według znanych sposobów steroidy uwodorniano za pomocą czerni niklowej, niklu Raneya, katalizatorów niklowych osadzonych na nieorganicznych podłożach. Aktywność niklu metalicznego nie jest jednak wystarczająca do uwodorniania podwójnych wiązań steroidów. Steroidy uwodornia się również na katalizatorach na bazie metali szlachetnych, zwłaszcza katalizatorach platynowych i palladowych. Uwodornianie prowadzi się stosując czernie metaliczne, albo katalizatory na bazie metali szlachetnych związanych z nieorganicznymi podłożami albo na węglu aktywnym. Najlepsze wyniki konwersji materiału wyjściowego uzyskano z katalizatorami na bazie metali szlachetnych osadzonych na węglu aktywnym, a zwłaszcza z katalizatorem Pd/C. Na ogół wiadomo, że problemy związane z zastosowaniem takiego katalizatora polegają na oddzieleniu z mieszaniny reakcyjnej, po uwodornieniu, proszku katalizatora w postaci cząstek, palności katalizatora i niemożności zawracania katalizatora do obiegu.

Aż do lat 60-tych najpowszechniejszym katalizatorem do uwodorniania podwójnego wiązania Δ⁵ steroidów była platyna. W syntezach platynę stosowano w postaci tlenku Pt Adamsa, który jest katalizatorem uwodorniania przygotowywanym in situ drogą redukcji dwutlenku platyny za pomocą wodoru do platyny metalicznej.

Pod koniec lat 60-tych ustalono, że najskuteczniejszym katalizatorem uwodorniania podwójnych wiązań steroidów jest pallad. Uwodornianie cholesterolu za pomocą katalizatora Pd/C w etanolu w temperaturze pokojowej, pod ciśnieniem normalnym, daje cholestanol z wydajnością od 85 do 95%. Jest to wynik lepszy niż wyniki uzyskiwane za pomocą tlenku Pt w octanie etylu i cykloheksanie i o wiele lepszy niż wyniki uzyskiwane za pomocą tlenku Pt w kwasie octowym.

Cholesterol uwodorniano za pomocą metalicznych Pt, Rh, Ir, Ru, Os i Pd w konkurencyjnej reakcji z α-pinenem. Szybkość reakcji cholesterolu w stosunku do α-pinenu wynosiła 1,2 za pomocą Pd, z Os reakcja była niewykrywalna, natomiast z innymi metalami względna szybkość reakcji była rzędu od 0,12 do 0,16. Silna reakcja steroidów z katalizatorem Pd jest wynikiem ich silnej adsorpcji na powierzchni palladu, przy czym szczególnie wysoką zdolność do adsorpcji na powierzchni palladu wykazują α-steroidy.

Tlenek Pt można stosować wtedy, gdy przy uwodornianiu podwójnych wiązań sterydów należy unikać hydrogenolizy innych grup funkcyjnych. Nikiel Raneya lub platynę zaleca się wtedy, gdy problemem staje się migracja wiązania podwójnego. Czystą postać 5a uzyskano przy uwodornianiu podwójnego wiązania Δ stosując nikiel Raneya, tlenek Pt lub tlenek miedziowo-chromowy.

Wiadomo, że celem badań nad katalizatorami jest od dawna opracowanie takiego katalizatora, który wykazuje zalety katalizatora zarówno jednorodnego, jak i niejednorodnego. Katalizator jednorodny, to jest katalizator ciekły w ciekłej fazie uwodorniania, wykazuje prawie zawsze lepszą selektywność niż katalizator niejednorodny, to jest katalizator stały w czasie uwodorniania, który z kolei jest łatwiejszy do oddzielenia. Chociaż jest łatwiej oddzielić katalizator niejednorodny z mieszaniny reakcyjnej po uwodornianiu niż katalizator jednorodny, to jednak jest to często operacja zbyt złożona, ponieważ dla uzyskania dostatecznej aktywności należy koniecznie stosować proszki katalizatora w postaci cząstek. Celem opracowania katalizatorów związanych z polimerami jest połączenie zalet katalizatorów jednorodnych i niejednorodnych.

Katalizatory związane z polimerami wykazują, wiele zalet, a mianowicie wykazują większą aktywność niż konwencjonalne katalizatory niejednorodne, ponieważ centra aktywne katalizatora są od siebie oddzielone i nie tworzą się mostkowe kompleksy ligandów.

186 546

Katalizatory związane z polimerami wykazują także lepsza selektywność dzięki większemu otoczeniu sferycznemu. Poza tym straty katalizatora są mniejsze niż w przypadku katalizatorów konwencjonalnych.

Katalizatory związane z polimerami są oczywiście bardziej kosztowne niż katalizatory konwencjonalne z tej przyczyny, że podłoże musi być tak dobrane, aby można było zawrócić katalizator. Podłoże musi być także mechanicznie wytrzymałe, aby katalizator mógł znieść nawet energiczne mieszanie. Przy tym musi być odpowiednia budowa fizyczna podłoża celem umożliwienia możliwie wielu grupom funkcyjnym stykania się z mieszaniną reakcyjną. Poza tym mikrośrodowisko podłoża musi być właściwe i nadawać się do reakcji. Powinno ono mieć na przykład właściwą polamość, hydrofilowość i mikrolepkość.

W ostatnich latach jako podłoża dla katalizatorów na bazie metali przejściowych stosowano usieciowane żywice polistyrenowe, przy czym jednak ich stosowanie jest problematyczne z tej przyczyny, że katalizatorów związanych z żywicą nie można stosować w przemyśle. Szybkość reakcji jest w znacznym stopniu zależna od rozpuszczalnika, który powoduje pęcznienie polimeru i umożliwia dostęp reagentów do centrów aktywnych katalizatora, a poza tym różnice polarności i zmiany wielkości cząstek reagentów mogą zapobiegać dyfuzji w żywicy.

Z powodu problemów związanych z żywicami polistyrenowymi poszukiwano w ostatnich latach nowych polimerycznych materiałów podłożowych, przy czym jako materiały podłoża obiecujące do stosowania okazały się poliolefiny, a zwłaszcza polietylen i polipropylen. Na przykład katalizator jednorodny Wilkinsona przyłączą się do kryształu polietylenu i mikroporowatych pustych włókien polietylenowych sposobami chemicznymi. Sposób wytwarzania takich katalizatorów jest złożony, a zatem nieodpowiedni do ich wytwarzania na wielka skalę.

Katalizator dezaktywuje się w czasie stosowania, jeżeli jego aktywność lub selektywność zmniejsza się od poziomu wyjściowego. Dezaktywacja może być wynikiem zatrucia, zanieczyszczenia lub spieczenia katalizatora, albo z powodu utraty składnika aktywnego, przy czym siarka jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych substancji, które zatruwają katalizatory metaliczne.

Regeneracja jest obróbką mającą na celu przywrócenie początkowej aktywności katalizatora.

Według poprzedniego stanu wiedzy brak jest informacji o regeneracji zdezaktywowanego katalizatora metalicznego na podłożu polimerycznym.

Celem mniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu katalitycznego uwodorniania wodorem niehormonalnych, nienasyconych steroidów roślinnych, obejmującego również sposób regeneracji katalizatora stosowanego w procesie uwodorniania.

Sposób według wynalazku można stosować do uwodorniania wszystkich nienasyconych, niehormonalnych steroidów roślinnych. Takie steroidy stanowią na przykład całość nienasyconych steroidów pochodzących z drewna, wykrytych w obojętnej frakcji przy roztwarzaniu drewna, oraz steroidów wydzielonych z roślin, takich jak β-sitosterol i kampesterol oraz ich wszystkie produkty rozszczepienia takie jak sitosten. Długość łańcuchów bocznych cząsteczek steroidów może się zmieniać.

Przedmiotem wynalazku jest więc sposób katalitycznego uwodorniania niehormonalnych, nienasyconych steroidów roślinnych za pomocą wodoru polegający na tym, że jako katalizator stosuje się metal przejściowy wybrany z grupy obejmującej Ni, Pd, Pt, Rh, Ru i ich mieszaniny, związany z podłożem polimerowym wybranym z grupy obejmującej polimer poliolefinowy i fluorowcowany polimer poliolefinowy, szczepiony monomerycznymi i/lub polimerycznymi grupami wybranymi spośród grup kwasu akrylowego, kwasu poliakrylowego, kwasu metakrylowego, kwasu polimetakrylowego, styrenu i polistyrenu.

Korzystne podłoże polimeryczne może także oznaczać polimer szczepiony lub kopolimer szczepiony.

Poliolefinę stosowaną jako podłoże polimeryczne można przedstawić wzorem -CH2CHR, w którym R oznacza H, albo wzorem -(CHjnCH?, w którym n oznacza liczbę 0 do 20. Przykładem takich poliolefin jest polietylen lub polipropylen. Podłoże polimeryczne może być także chlorowcowaną poliolefiną o wzorze -CX2CX2-, w którym X oznacza H albo chloro6

186 546 wiec lub ich mieszaninę. Przykładem takich poliolefin jest fluorek poliwinylidenu i policzterofluoroetylen. Reagenty szczepiące można przedstawić wzorem -CH2CR1- (COOH), w którym R1 oznacza H lub CH3, albo wzorem

-CH—-CH—

Metal przejściowy przyłączony do katalizatora korzystnie stanowi Ni, Pd, Pt, Rh lub Ru, albo ich mieszaninę. Ilość metalu stosowanego na podłoże polimeryczne wynosi zwykle od 5 do 10%.

Stosunek wagowy reagenta szczepiącego i podłoża polimerycznego może zmieniać się w granicach od 0,5 do 20, lecz zwykle wynosi od 1 do 6. Stosunek molowy metalu i reagenta szczepiącego wynosi od 0,001 do 0,5, a zwłaszcza od 0,01 do 0,1.

Katalizator związany z podłożem polimerycznym przy uwodornianiu katalitycznym według wynalazku może mieć postać folii, włókna, kulki, cylindra, siodełka, pierścienia albo jakąkolwiek postać granulki albo wydrążonego włókna albo membrany. Katalizator ma na przykład korzystnie postać oddzielnych włókien albo filcu albo drutu.

Wielkość cząstek katalizatora może zmieniać się i jeżeli stosuje się katalizator typu włókna, to grubość włókien katalizatora może wynosić na przykład od 10 do 300 pm, a ich długość może wynosić od 0,1 do 10 cm.

Katalizator polimeryczny stosowany w sposobie uwodorniania według wynalazku można przygotować na przykład drogą szczepienia ze wstępnym napromienianiem, znanego z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5326825, przy czym jest to proces dwustopniowy, w którym napromienia się tylko polimer najpierw w atmosferze azotu, a następnie napromieniony polimer szczepi się w roztworze monomeru. Przygotowanie katalizatora obejmuje następujące etapy: (a) wystawienie polimeru, na przykład polimeru polietylenowego, na działanie promieniowania z akceleratora liniowego w atmosferze azotu, (b) zanurzanie napromienionego polimeru w roztworze monomeru (na przykład w wodnym roztworze kwasu akrylowego), (c) oddzielaniu otrzymanego polimeru szczepionego, (d) osadzeniu metalu na polimerze oraz (e) redukcję katalizatora.

W sposobie uwodorniania według wynalazku możliwe jest wykorzystanie na przykład katalizatora dostępnego w handlu (produkowanego przez SMOPTECH Oy, Turku, Finlandia), w którym metaliczny pallad (na przykład 5% lub 10%) jest związany z podłożem z polimerycznego włókna polipropylenowego lub polietylenowego, szczepionym kwasem akrylowym. Taki katalizator przygotowuje się sposobem znanym z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5326825.

Katalizator stosowany w sposobie według wynalazku można przed uwodornianiem potraktować wodą celem jego spęcznienia. Spęcznianie zwiększa powierzchnię katalizatora i jego wydajność ponieważ zwiększa się szybkość reakcji.

Reakcję uwodorniania według wynalazku można prowadzić w rozpuszczalniku lub bez rozpuszczalnika, przy czym przy stereoselektywnym uwodornianiu steroidów do postaci a stosuje się korzystnie obojętny rozpuszczalnik organiczny, taki jak alkohol (na przykład metanol, etanol, n-propanol, izopropanol lub t-butanol), albo cykloheksan.

Ciśnienie uwodorniania może wynosić od 0,05 do 1 MPa, a zwłaszcza od około 0,1 do 0,3 MPa, w postaci nadciśnienia. Ciśnienie 1 bara jest wystarczające do uwodornienia wiązań podwójnych, które uwodorniają się łatwo, natomiast raczej trudno uwodorniające się wiązania podwójne można uwodorniać pod ciśnieniem kilku barów.

186 546

Temperatura uwodorniania może w zależności od ciśnienia zmieniać się od temperatury pokojowej do temperatury około 200°C. Łatwo uwodorniające się wiązania podwójne można uwodorniać w temperaturze pokojowej, natomiast trudno uwodorniające się wiązania podwójne wymagają wyższej temperatury i ewentualnie ciśnienia. Szybkość reakcji zwiększa się ze wzrostem temperatury, przy czym korzystna temperatura uwodorniania wynosi dla steroidów około 60 do 80°C.

Czas reakcji może wynosić od 0,5 do 24 godzin, i jest zwykle rzędu kilku godzin.

Ilość uwodornianego materiału wyjściowego w całej mieszaninie reakcyjnej może zmieniać się dla steroidów na przykład od 1 do 30% wagowo, w zależności od rozpuszczalnika.

Uwodornianie można prowadzić w reaktorach różnego typu, na przykład w reaktorze z nieruchomym złożem albo w reaktorze zbiornikowym wyposażonym w mieszadło. Reaktor może być reaktorem okresowym lub ciągłym.

Po zakończeniu reakcji uwodorniania katalizator oddziela się przez filtrację, a produkt uwodorniania wydziela się zwykle przez krystalizację.

W sposobie według wynalazku katalizator oddziela się łatwo od produktu uwodorniania, nie ma żadnego zagrożenia ogniowego, a tworzenie się produktów ubocznych w reakcji uwodorniania jest zminimalizowane dzięki lepszej selektywności. Proces prowadzi się w warunkach stosunkowo niskiego ciśnienia.

Sposób uwodorniania według wynalazku można także łączyć z regeneracją zużytego katalizatora. Wynalazek obejmuje taki dodatkowy etap regeneracji katalizatora. Stosowanie kosztownego katalizatora wymaga podatności katalizatora na zawracanie, co jest możliwe w sposobie regeneracji według wynalazku.

Sposób regeneracji według wynalazku obejmuje charakterystyczny etap utleniania zużytego katalizatora w podwyższonej temperaturze, przy czym utlenianie można prowadzić w rozpuszczalniku, na przykład w wodzie, albo bez rozpuszczalnika. Utlenianie prowadzi się w atmosferze tlenu. „Temperatura podwyższona” oznacza temperaturę od około 50 do 200°C, a zwłaszcza od 110 do ll5°C. Czas regeneracji jest zwykle rzędu kilku godzin, a ciśnienie jest normalnym ciśnieniem atmosferycznym. Regenerację można prowadzić także pod podwyższonym ciśnieniem, na przykład przy nadciśnieniu od 0,01 do 1 MPa.

„Atmosfera tlenowa” oznacza korzystnie powietrze, przy czym możliwe jest także stosowanie powietrza wzbogaconego w tlen.

Przed i po utlenianiu katalizator przemywa się korzystnie ww^^ przy czym można stosować również rozpuszczalnik organiczny albo mieszaninę wody i rozpuszczalnika organicznego.

W praktyce regeneracja katalizatora obejmuje zwykle następujące etapy: (a) przemywanie wrzącą wodą (b) filtrację, (c) utlenianie w atmosferze tlenowej, (d) przemywanie wrzącą wodą oraz filtrację.

Jeżeli stosuje się na przykład katalizator palladowy, to małą ilość siarki usuwa się z katalizatora w czasie pierwszego etapu przemywania. W etapie utleniania siarczek palladu w katalizatorze utlenia się do rozpuszczalnego w wodzie siarczanu palladu. Rozpuszczalny w wodzie siarczan można łatwo usunąć przez przemywanie w drugim etapie przemywania, bez usuwania palladu metalicznego.

Następujące przykłady mają na celu przedstawienie sposobu uwodorniania według wynalazku oraz regeneracji katalizatora zużytego przy uwodornianiu.

Przykład 1

Katalizator z podłożem włóknistym na bazie polimeru propylenowego szczepionego kwasem akrylowym, z osadzonym palladem, zawierający 10% wagowo palladu metalicznego (katalizator przygotowany sposobem ujawnionym w amerykańskim opisie patentowym nr US 5326825 i wyprodukowany przez firmę SMOPTECH Oy, Turku, Finlandia), stosowano do uwodorniania w skali doświadczalnej, w reaktorze okresowym o objętości 336 1, 15 kg mieszaniny steroidowej zawierającej 78,3% β-sitosterolu, 13,6% β-sitostanolu, 5,1% kampesterolu i 0,6% kampestanolu w 135 kg n-propanolu. Ilość katalizatora wynosiła 300 g, temperatura reakcji wynosiła około 60°C, całkowite nadciśnienie wynosiło około 0,1 MPa, przy czym szybkość mieszania wynosiła około 180 obrotów na minutę. Głównym produktem

186 546 uwodorniania β-sitosterolu (SSTRL) był β-sitostanol (SSTNL). Reakcję uwodorniania można przedstawić następującym schematem:

Po uwodornianiu w ciągu 8,5 godziny mieszanina miała następujący skład steroidów: 3,7% β-sitosterolu, 85,1% 0-sitostostanolu, 1,4% kampesterolu i 5,4% kampestanolu.

Przykład 2

Stosowano katalizator, w którym 10% wagowo metalicznego palladu (katalizator przygotowany sposobem ujawnionym w amerykańskim opisie patentowym nr US 5326825 i wyprodukowany przez firmę SMOPTECH Oy, Turku, Finlandia) związano z podłożem włóknistym na bazie polimeru polietylenowego szczepionego kwasem akrylowym. Katalizator stosowano do uwodorniania na skalę doświadczalną, w reaktorze okresowym o pojemności 336 1, 15 kg mieszaniny steroidów zawierającej 77,9% β-sitosterolu, 13,3% β-sitostanolu, 6,3% kampesterolu i 0,7% kampestanolu w 135 kg n-propanolu. Ilość katalizatora wynosiła 300 g, temperatura reakcji wynosiła od 60 do 80°C, całkowite nadciśnienie wynosiło od 0,09 do 0,35 MPa, a szybkość mieszania wynosiła około 180 obrotów na minutę. Po uwodornianiu w ciągu 6 godzin mieszanina miała następujący skład steroidowy: 5,4% β-sitosterolu, 82,4% p-sitostanolu, 1,6% kampesterolu i 6,3% kampestanolu.

Przykład 3

Zastosowano katalizator przygotowany w taki sam sposób jak w przykładzie 2. Katalizator stosuje się do uwodorniania na skalę laboratoryjną, w reaktorze okresowym o pojemności 1,0 1, mieszaninę steroidową zawierającą 77,4% β-sitosterolu, 12,5% β-sitostanolu, 6,7% kampesterolu oraz 0,7% kampestanolu w 450 g izopropanolu. Ilość metalicznego palladu w katalizatorze wynosiła 0,5% wagowo w stosunku do ilości steroidowego materiału wyjściowego, przy czym ilość steroidowego materiału wyjściowego wynosiła 10% całkowitego ciężaru mieszaniny reakcyjnej, temperatura reakcji wynosiła 80°C, całkowite

186 546 nadciśnienie wynosiło około 1 MPa, a szybkość mieszania wynosiła około 600 obrotów na minutę. Po uwodornianiu w ciągu 2 godzin mieszanina miała następujący skład steroidowy: 0,9% β-sitosterolu, 81,1% β-sitostanolu, 0,8% kampesterolu oraz 6,8% kampestanolu.

Przykład 4

Stosowano katalizator, w którym 5% wagowo metalicznego palladu (katalizator przygotowany sposobem ujawnionym w amerykańskim opisie patentowym nr US 5326825 i wyprodukowany przez firmę SMOPTECH Oy, Turku, Finlandia) związano z podłożem włóknistym na bazie polimeru polietylenowego szczepionego kwasem akrylowym. Katalizator stosowano do uwodorniania na skalę laboratoryjną, w reaktorze okresowym o pojemności 1,0 1, 50 g mieszaniny steroidów zawierającej 78,6% β-sitosterolu, 11,9% β-sitostanolu, 6,4% kampesterolu i 0,6% kampestanolu w 450 g izopropanolu. Ilość katalizatora, metalicznego Pd, wynosiła 0,1% ilości steroidowego materiału wyjściowego, przy czym ilość steroidowego materiału wyjściowego wynosiła 10% całkowitego ciężaru mieszaniny reakcyjnej, temperatura reakcji wynosiła 80°C, całkowite nadciśnienie wynosiło od 0,3 MPa, a szybkość mieszania wynosiła około 600 obrotów na minutę. Po uwodornianiu w ciągu 2 godzin mieszanina miała następujący skład steroidowy: 22,9% β-sitosterolu, 66,7% β-sitostanolu, 2,2% kampesterolu i 5,4% kampestanolu.

Przykład 5

Stosowano katalizator przygotowany w taki sam sposób jak w przykładzie 2. Katalizator stosowano do uwodorniania na skalę laboratoryjną, w reaktorze okresowym o pojemności 1,0 1, 20 g mieszaniny steroidów zawierającej 78,0% β-sitosterolu, 13,4% β-sitostanolu, 6,1% kampesterolu i 0,7% kampestanolu w 180 g cykloheksanu. Ilość metalicznego Pd w katalizatorze wynosiła 2% wagowo ilości steroidowego materiału wyjściowego, przy czym ilość steroidowego materiału wyjściowego wynosiła 10% wagowo całkowitego ciężaru mieszaniny reakcyjnej, temperatura reakcji wynosiła od 60°C, całkowite nadciśnienie wynosiło około 0,1 MPa, a szybkość mieszania wynosiła około 300 obrotów na minutę. Po uwodornianiu wciągu 1 godziny mieszanina miała następujący skład steroidowy: 12,5% β-sitosterolu, 74,0% β-sitostanolu, 1,9% kampesterolu i 5,6% kampestanolu.

Przykład 6

Stosowano katalizator przygotowany w taki sam sposób jak w przykładzie 2. Katalizator stosowano do uwodorniania na skalę laboratoryjną, w reaktorze okresowym o pojemności 1,0 1, 50 g mieszaniny steroidów zawierającej 79,8% β-sitosterolu, 11,3% β-sitostanolu, 6,5% kampesterolu i 0,7% kampestanolu w 450 g n-propanolu. Taki sam katalizator wykorzystano do sześciu uwodomiań z takim samym materiałem wyjściowym i w takich samych warunkach reakcyjnych. Po uwodornianiu katalizator oddzielono od produktu przez filtrację i przemyto wrzącym n-propanolem, przy czym stosunek wagowy katalizatora i rozpuszczalnika wynosił 1:60. Warunki reakcyjne we wszystkich uwodomianiach były następujące: ilość metalicznego Pd w katalizatorze wynosiła 0,2% ilości steroidowego materiału wyjściowego, ilość steroidowego materiału wyjściowego wynosiła 10% całkowitego ciężaru mieszaniny reakcyjnej, temperatura reakcji wynosiła 70°C, całkowite nadciśnienie wynosiło około 0,3 MPa, a szybkość mieszania wynosiła około 600 obrotów na minutę. Skład produktu w tak przeprowadzonych kolejnych uwodomianiach przedstawiono na fig. 1. Zatem na fig. 1 przedstawiono skład produktu w szeregu prób, w których katalizator po uwodornianiu przemywano n-propanolem.

Z figury 1 widoczna jest dezaktywacja katalizatora w kolejnych uwodomianiach, przy czym w czasie sześciu uwodomiań nie zaobserwowano znaczącej utraty masy katalizatora.

Przykład 7

Stosowano katalizator przygotowany w taki sam sposób jak w przykładzie 2. Katalizator stosowano do uwodorniania na skalę laboratoryjną, w reaktorze okresowym o pojemności 1,0 1, 50 g mieszaniny steroidów, takiej samej, jak w przykładzie 6, w 450 g n-propanolu. Taki sam katalizator wykorzystano do ośmiu uwodomiań z takim samym materiałem wyjściowym i w takich samych warunkach reakcyjnych. Warunki uwodorniania były takie same jak w przykładzie 6. Po uwodomieniach katalizator przemywano w ciągu 10 minut wrzącą wodą, przy czym stosunek wagowy katalizatora i wody wynosił 1:60. Po przemyciu katalizator oddzielony od wody przez filtrację poddawano utlenianiu w temperaturze 110°C w atmosferze

186 546 tlenowej w ciągu 3 godzin, po czym katalizator przemywano wodą w taki sam sposób jak przy przemywaniu pierwszym. Po drugim przemywaniu katalizator oddzielony od wody przez filtrację, wciąż w stanie nawilżenia wodą, załadowano do następnego uwodorniania. Skład produktu w tak przeprowadzonych kolejnych uwodomianiach przedstawiono na fig. 2. Zatem na fig. 2 przedstawiono skład produktu z szeregu prób, w których katalizator regenerowano pomiędzy uwodornieniami drogą przemywania go wrząca wodą, utlenianiu w temperaturze 110°C, a na koniec ponownym przemywaniu wrzącą wodą. Dezaktywacji katalizatora można zapobiec w sposób opisany w przykładzie. Nieznaczne zmniejszenie aktywności, które pojawiło się w czasie ostatnich uwodomiań, było wynikiem strat katalizatora. Po ósmym uwodornieniu pozostało tylko 73% początkowej ilości katalizatora.

Przykład 8

Wpływ etapów przemywania i utleniania przy regeneracji na zawartość siarki w katalizatorze badano w testach prowadzonych w skali przemysłowej za pomocą dezaktywującego się katalizatora. Ilość katalizatora pobrana do każdej próby laboratoryjnej wynosiła

2,5 g, przy czym katalizator był poddawany regeneracji, jak przedstawiono w tabeli I. Po regeneracji zawartość siarki w katalizatorach analizowano za pomocą bomby analitycznej.

Tabela I

Procesy regeneracji do badania zmniejszenia zawartości siarki w katalizatorze

Próba	Sposób regeneracji
R100	Brak regeneracji
R101	1) Przemywanie w ciągu 10 minut w wodzie jonowymiennej 2) Utlenianie w temperaturze 110°C w ciągu 3 godzin 3) Przemywanie w ciągu 20 minut w wodzie jonowymiennej

Wyniki analiz przedstawiono w tabeli II.

Tabela U

Zawartość siarki w katalizatorze zatrutym w próbie w skali przemysłowej po regeneracji

Próbka	Zawartość siarki, ppm
R100	300
R101	55

Na podstawie wyników przedstawionych w tabeli II jest oczywiste, że zawartość siarki w katalizatorze zmniejszyła się w czasie regeneracji.

Przykład 9

Stosowano katalizator przygotowany w taki sam sposób jak w przykładzie 2. Katalizator stosowano do uwodorniania na skalę doświadczalnią w reaktorze okresowym o pojemności 336 115 kg mieszaniny steroidów, zawierającej 78,2% β-sitosterolu, 12,2% β-sitostanolu, 6,6% kampesterolu i 0,6% kampestanolu w 135 kg n-propanolu. Ilość katalizatora wynosiła 300 g, temperatura reakcji wynosiła 70 do 80°C, nadciśnienie całkowite wynosiło około 0,32 MPa, a szybkość mieszania wynosiła około 180 obrotów na minutę. Gdy ten sam katalizator stosowano po raz siódmy po uwodornianiu w ciągu 5 godzin, to mieszanina miała następujący skład steroidowy: 25,1% β-sitosterolu, 64,3% β-sitostanolu, 2,9% kampesterolu i 5,3% kampestanolu. Następnie ten sam katalizator wykorzystano do czterech uwodomień z takim samym materiałem wyjściowym i w takich samych warunkach reakcyjnych. Przed każdym uwodornianiem katalizator regenerowano przez przemywanie go w ciągu 20 minut w 20 kg

186 546 wrzącej wody, utlenianie wciągu 4 godzin w temperaturze 115°C i ponowne przemywanie w ciągu 30 minut w 20 kg wrzącej wody. Nawet przy jedenastym uwodornianiu ten sam katalizator dał następujący skład steroidowy po 4,5 godzinie: 1,5% β-sitosterolu, 84,4% β-sitostanolu, 1% kampesterolu i 6,9% kampestanolu.

Przykład 10

Stosowano katalizator przygotowany w taki sam sposób jak w przykładzie 2. Katalizator stosowano do uwodorniania na skalę laboratoryjną, w reaktorze okresowym o pojemności 1,0 1, 50 g mieszaniny steroidowej zawierającej 79,8% wagowo β-sitosterolu, 11,3% wagowo β-sitostanolu, 6,5% wagowo kampesterolu i 0,7% wagowo kampestanolu w 450 g n-propanolu. Przeprowadzono dwa uwodorniania, w których ilość metalicznego Pd w katalizatorze wynosiła 0,2% ilości steroidowego materiału wyjściowego, przy czym ilość wyjściowego materiału steroidowego wynosiła 10% całkowitego ciężaru mieszaniny reakcyjnej, temperatura reakcji wynosiła 70°C, nadciśnienie całkowite wynosiło około 0,3 MPa, a prędkość obracania się mieszadła wynosiła 600 obrotów na minutę. Uwodornianie prowadzono za pomocą katalizatora dostarczonego przez producenta w wyżej opisanych warunkach, przy czym po 2 godzinach skład steroidów był następujący: 36,5% wagowo β-sitosterolu, 54,4% wagowo β-sitostanolu, 3,1% wagowo kampesterolu i 4,3% wagowo kampestanolu. Katalizator, który pochodził z tej samej partii, co i katalizator stosowany w poprzedniej próbie, stosowano do uwodorniania w takich samych warunkach jak w poprzedniej próbie. Przed uwodornianiem katalizator poddano pęcznieniu przez gotowanie go w wodzie w ciągu 30 minut, przy czym stosunek wagowy katalizatora i wody wynosił 1:60. Po spęcznieniu katalizator oddzielono od wody przez filtrację i załadowano do uwodorniania w jeszcze mokrym stanie. Po uwodornianiu w ciągu 2 godzin katalizator poddany takiej obróbce dał następujący skład steroidów: 14,3% wagowo β-sitosterolu, 73,9% wagowo β-sitostanolu, 1,6% wagowo kampesterolu i 6% wagowo kampestanolu.

Powyższy ogólny opis i przykłady doświadczalne mają na celu zilustrowanie niniejszego wynalazku i nie należy ich uważać za jego ograniczenie. Możliwe są inne modyfikacje w ramach idei i zakresu wynalazku, które same zaprezentuj ą się specjalistom w tej dziedzinie.

186 546

Fig. 1

Czasy stosowania β-sitostanol

P‘sitósterol 7 - sitoster- 3β-οΙ α-sitostan β-sitostan

Figo

—Φ— P'sitostanol . φ β-sitosterol —·— a-sitostan

P sitostan ^A 7-sitoster- 3β-οΙ

Czasy stosowania

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób katalitycznego uwodorniania niehormonalnych, nienasyconych steroidów roślinnych za pomocą wodoru, znamienny tym, że stosuje się katalizator metalu przejściowego wybranego z grupy obejmującej Ni, Pd, Pt, Rh, Ru i ich mieszaniny, związany z podłożem polimerowym wybranym z grupy obejmującej polimer poliolefinowy i fluorowcowany polimer poliolefinowy, szczepiony monomerycznymi i/lub polimerycznymi grupami wybranymi spośród grup kwasu akrylowego, kwasu poliakrylowego, kwasu metakrylowego, kwasu polimetakrylowego, styrenu i polistyrenu, który dodatkowo można poddać regeneracji przed ponownym użyciem.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polimer poliolefinowy jest szczepiony grupami kwasu akrylowego i ewentualnie kwasu poliakrylowego.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metalem przejściowym jest pallad.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator ma postać oddzielnych włókien, filcu lub drutu.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator przed użyciem poddaje się spęcznieniu za pomocą wody.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uwodornienie prowadzi się przy nadciśnieniu od 0,05 do 1 MPa, a zwłaszcza od 0,1 do 0,3 MPa.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że uwodornianie prowadzi się w temperaturze zmieniającej się od temperatury pokojowej do około 200°C.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że steroidy uwodornia się w temperaturze od około 60 do 80°C.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uwodornianie prowadzi się w obojętnym rozpuszczalniku organicznym.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że rozpuszczalnikiem jest izopropanol, n-propanol lub cykloheksan.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto regenerację zużytego katalizatora.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że regeneracja obejmuje utlenianie katalizatora w atmosferze tlenowej, korzystnie za pomocą powietrza, w temperaturze od około 50 do 200°C, a zwłaszcza od około 110 do 115°C.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że regeneracja katalizatora obejmuje ponadto przemywanie katalizatora przed utlenianiem.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że katalizator przemywa się wodą, mieszaniną wody i rozpuszczalnika organicznego albo rozpuszczalnikiem organicznym.