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procédé de préparation d'acide 1-céto-2-gulonique, par oxydation du 1-Sorbose
L'invention a trait à un procédé de préparation d'acide 1-éto-2-gulonique, par oxydation du 1-Sorobose
L'intermédiaire important qu'est l'acide 1-céto-2-gulonique pour la préparation de l'acide 1-ascorbique (vitamine C) est obtenu par oxydation du 1-sorbose. On peut aussi employer au lieu de sorbose, les dérivés de celui-ci où les groupes hy- droxyles qui ne doivent pas être touchés par l'oxydation sont préalablement protégés, par exemple par fixation d'acétone, C'est ainsi que le procédé consistant à oxyder le diacétonesor- bose avec du permanganate de potassium en solution alcaline et à éliminer les deux groupes acétone de l'acide diacétonecéto- gulonique formée est connu.
on a déjà proposé aussi l'oxydation du sorbose par l'acide nitrique.
Or, on vient de trouver qu'on peut avantageusement réaliser l'oxydation du 1-sorbose en solution acide ou tout au moins non alcaline avec les oxydes d'halogène, chlore par exemple, où l'halogène se présente sous forme polyvalente ou encore avec les acides qui en dérivent. On peut, par exemple, oxyder le sor- bose en solution acide ou neutre, avec. le peroxyde de chlore ou @
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bein ajouter de l'acide une solution contenant du sorbose et un chlorate, ce qui libère de l'acide chlorique et du Clo2 On peut aussi tenployer d'autres composés halogénés, par exemple, des composes bromes.
On peut aussi oxyder de la manière décrite ci-dessus des dérivés du sorbose comme le diacétone sorbose ou le méthylsorboside
Parmi les avantages du procédé suivant l'invention on peut citer les suivants. Les agents d'oxydation employés, par exemple les oxydes de chlore ou les chlorates sont meilleur marché que le permanganate de potassium utilisé le plus géné- ralement.
En outre, le procédé d'oxydation au permanganate de potassium en solution alcaline impose un plus gros emploi de solvant tandis que la nécessité de protéger les groupes réactifs du sorbose implique un cours de réactions plus complexe, et par conséquent, une plus grande perte de temps* C' est ce qui compense en quelque sorte le désavantage d'un rendement éventuellement plus fable dans le procédé suivant l'invention. La réaction suivant l'invention se fait beaucoup plus régulièrement et elle conduit à des rendements en produit final notablement meilleurs que ceux ob- tenus par l'oxydation à l'acide nitrique. l'extraction du produit final est aussi plus facile que lorsqu(on oxyde à l'acide nitrique.
On a déjà proposé d' oxyder le 1-sorbose à un pH inférieur À 7, avec, entre autres, des hydphalogémites Mais la demanderesse n' a vérifié qu'on obtient pas de rendements satisfaisants en acide cétogulonique avec ces oxydants. Ln outre, ce procédé connu ne fait aucune Mention de l'emploi d'oxydes d'halogènes polyvalents ou des acides qui en dérivent de sorte que la présente invention ne peut en être déduite.
Le procédé suivant l'invention est expliqué plus en détail par les exemples de -réalisation qui suivent.
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EXEMPLE I.
A une solution de 200 grs. de sorbose et de 356 grs. de o chlorate de soude dans 3,7 litres d'eau réchauffée à 50 C, on ajoute 1,45 litre d'acide chlorhydrique concentré (P.S. 1,18).
Le liquide prend une teinte jaune vert. Simultanément commence à se produire un faible dégagement de gaz. On laisse 1 h.. 3/4 à 50 C sous la hotte puis on ajoute à. nouveau 1,45 litre d'acide chlorhydrique concentré et on chauffe encore 1 h.3/4 à 50 C Il se fait un dégagement de gaz chlorés pendant tout le cours de la relation. Une fois la réaction terminée, on refroidit et on fait passer de l'air pendant quelques minutes dans le liquide d'oxydation vert jaune dont la couleur s'éclaircit. On ajoute alors à la solution un peu plus de sulfite de sodium que la quantité correspondant à 1a teneur en chlore actif et on laisse reposer jusqu'à ce que la couleur verte ait disparu. (La tenneur en chlore actif est calculée d'après la détermination faite sur un échantillon du liquide d'oxydation).
On neutralise avec de la lessive de soude en présence de tournesol la solution devenue pra- tiqueinent incolore et on détermine la teneur en 1-céto-2-gulonate de soude. Ceci peut se faire de la façon suivante:
Dans un ballon à fond rond muni d'un tube ascendant on chauffe 1/2 heure au bain-marie 1 cm3du liquide avec 15 cm3 d'un mélange constitué par 100 cm3 d'acide acétique glacial et 27,5 cm3 d'acide chlorhydrique concentré (P.S.. 1.18). On distille enµ suite environ la moitié du liquide sous vide, on dilue ensuite fortement à l'eau et on titre l'acide ascorbique, par exemple avec une solution d'iode. On trouve de cette façon après la trans- formation 30 à 35% d'acide ascorbique rapporté au sorbose.
La teneur en 1-céto-2-gulonatede soude est de 3 à 4% plus élevée car la transformation se fait au maximum avec un rendement de 85 à
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90%
On évapore Dans le vide la solution neutralisée et le chlorure de sodium cristallise graduellement. Quand la niasse commence à soubresauter on @iltre le sel à la trompe et on lave le gâteau successivement avec un peu d'eau puis avec un mélange chaud constitué par des volumes égaux de métha- nol et d'eau, jusqu'à ce qu'il ne contienne pratiquement plus de substances organiques (essai de calcination). Le filtrat est ensuite évaporé jusqu'à consistance de sirop épais. On ajoute alors de l'éthanol avec précaution pour éviter la séparation en deux couches.
On élimine le chlo- rurede sodium de la manière indiquée ci-dessus et on verse le filtrat ainsi obtenu dans 5 à le fois son volume de mé- thanol. Le précipité floconneux est, après un repos de 10 à 1,-, heures, filtré à la trompe ou centrifugé et lavé au méthanol Il contient encore, à côté du 1-céto-2-gulonate de sodim (40 à (50%) du chlorure de sodium et un peu d'autres produits d'oxydation. En retravaillant les eaux-mères alcoo- liques on peut encore obtenir une petite quantité de sels con- tenant le sel de sodium de l'acide cétogulonique. Le rendement en cétogulonate de sodium, compté en acide ascorbique est de 25 à 28% du rendement théorique.
On peut facilement purifier les sels bruts en les dissolvant à raison d'une partie pour 1,5 à 2 parties d'eau bouillante, en ajoutant avec précaution 1,5 à 2 parties de méthanol et en filtrant à la trompe après quelques heures de repos. exemple 2.
Cn dissout 200 grs. de sorbose et 465 grs. de chlorate de soude dans 3,7 litres d'eau chaude. On ajoute alors 1,45 litre d'acide chlorhydrique (P.S. 1,18) et on chauffe 3 à 4 heur es à 50% Cn refroidit et on transforme dans le sel de
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sodium de l'acide l-céto-2-gulonique suivant la méthode de l'exemple 1. 'Rendement: 30-31% du rendement théorique.
Exemple 3.
A une solution de 27 grs. de sorbose dans 500 d'eau on ajoute 64 grs.. de chlorate de sodium et 200 cm3 d'acide sulfurique (32 vol.%). Après 5 heures de chauffe à 52 C, on opère d'une façon correspondante à la manière décrite dans l'exemple 1. Par titration on trouve 4,6 grs. d'acide as- corbique.
Exemple 4.
On dissout 16 kgs. de sorbose et 23 kgs de chlorate de sodium dans 125 litres d'eau et on chauffe 50-52 On ajoute alors en agitant, durant 3 à 4 heures, 44,4 litres d'acide chlorhydrique concentré en veillant à ce que la température reste dans les limites indiquées. Après l'addition de l'acide chlorhydrique on laisse encore reposer 4 à 5 heures à la même température et on ajoute alors en refroidissant, autant de sulfite de sodium qu'il est nécessaire pour' qu'il n'ay ait plus de chlore actif. On amène alors le pH à 3,0 par de la les- sive de soude et on évapore ensuite la solution dans le vide jusqu'à consistance de sirop épaisl Le reste est alors repris avec suffisamment de méthanol pour que la solution résultante contienne 65% de méthanol. On filtre à la trompe les sels anop ganiques qui ont précipité et on lave avec unesolution à 65% de méthanol.
On additionne le filtrat de lessive de soude pour arri- ver au pH de 6,5 et on ajuste au méthanol pur pour remonter la teneur en méthanol à 65%. On laisse reposer un jour et on filtre à la trompe les cristaux qui se sont séparés. Ceux-ci sont constitués pour 50 à 70% par du 1-céto-2-gulonate de so-
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dium et, en outre, par le sel de sodium d'un acide orga- nique moins élevé, Ce mélange de sels bruts peut être im- médiatement utilisé pour les réactions ultérieures, par exemple, pour l'obtention d'un ester méthylique cristal-xx lisé de l'acide 1-céto-2-gulonique, Des eaux-mères on peut encore retirer de l' acide l-céto-2-gulonique sous forme de son sel de sodium.
Exemple 5.
On ajoute 92 grs. de sorbose et 128 grs. de bromate de potassium à 17CO cm3 d'eau On y fait ensuite tomber goutte à goutte durant une heure et en agitant, 1025 cm3 d'acide sulfo- rique (50% en poids), en veillant par refroidissement à ce que o la température se maintienne à environ 25 C. Après 2-3 heures de repos, on élimine le brome libreà l'aide de sulfite de so- diun: et on amène le pH du liquide à 3.C par addition de les- sive de potasse. Le sel qui se sépare est assoré et le liquide est évapora dans le vide jusqu'à consistance de sirop épais. On ajoute alors du méthanol pour éliminer autant que possible les sels inorganiques.
On filtre à la trompe et on traite le filtrat comme dans 1'exemple 1 Le rendement en acide cétogulonique dé- terminé comme dansl'exemple 1 est de 25-28%.
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process for preparing 1-keto-2-gulonic acid, by oxidation of 1-sorbose
The invention relates to a process for preparing 1-star-2-gulonic acid, by oxidation of 1-Sorobose
The important intermediate that is 1-keto-2-gulonic acid for the preparation of 1-ascorbic acid (vitamin C) is obtained by oxidation of 1-sorbose. It is also possible to use, instead of sorbose, derivatives thereof in which the hydroxyl groups which should not be affected by the oxidation are previously protected, for example by the fixation of acetone. Thus the process It is known to oxidize diacetonesorbose with potassium permanganate in alkaline solution and to remove the two acetone groups from the formed diacetonecetogulonic acid.
the oxidation of sorbose by nitric acid has also already been proposed.
Now, we have just found that it is possible to advantageously carry out the oxidation of 1-sorbose in acidic or at least non-alkaline solution with halogen oxides, chlorine for example, where the halogen is present in polyvalent form or else. with the acids derived from it. One can, for example, oxidize sorbose in acidic or neutral solution, with. chlorine peroxide or @
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bein add acid to a solution containing sorbose and chlorate, which liberates chloric acid and Clo2. Other halogen compounds can also be used, for example, brominated compounds.
Sorbose derivatives such as diacetone sorbose or methylsorboside can also be oxidized in the manner described above.
Among the advantages of the process according to the invention the following may be mentioned. The oxidizing agents used, for example chlorine oxides or chlorates, are cheaper than the potassium permanganate most commonly used.
In addition, the potassium permanganate oxidation process in alkaline solution imposes a greater use of solvent while the need to protect the reactive groups of sorbose implies a more complex course of reactions, and therefore, a greater loss of time * This is what compensates in a way for the disadvantage of a possibly more reliable yield in the process according to the invention. The reaction according to the invention proceeds much more regularly and results in considerably better end product yields than those obtained by oxidation with nitric acid. extraction of the final product is also easier than when oxidizing with nitric acid.
It has already been proposed to oxidize 1-sorbose at a pH of less than 7, with, inter alia, hydphalogemites. However, the Applicant has not verified that satisfactory yields of ketogulonic acid are not obtained with these oxidants. In addition, this known process makes no mention of the use of polyvalent halogen oxides or of acids derived therefrom, so that the present invention cannot be deduced therefrom.
The process according to the invention is explained in more detail by the following examples of embodiment.
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EXAMPLE I.
Has a solution of 200 grs. of sorbose and 356 grs. of o sodium chlorate in 3.7 liters of water warmed to 50 ° C., 1.45 liters of concentrated hydrochloric acid (b.p. 1.18) are added.
The liquid takes on a yellow-green tint. At the same time, a slight evolution of gas begins to occur. Is left 1 h .. 3/4 at 50 C under the hood and then added to. new 1.45 liters of concentrated hydrochloric acid and one heats a further 1 hour 3/4 at 50 C. Chlorine gas is given off throughout the course of the relationship. When the reaction is complete, it is cooled and air is passed for a few minutes through the yellow green oxidation liquid, the color of which becomes clearer. A little more sodium sulfite is then added to the solution than the amount corresponding to the active chlorine content and left to stand until the green color has disappeared. (The active chlorine content is calculated from the determination made on a sample of the oxidation liquid).
The solution which has become practically colorless is neutralized with sodium hydroxide solution in the presence of sunflower and the content of sodium 1-keto-2-gulonate is determined. This can be done in the following way:
In a round-bottomed flask fitted with an ascending tube, 1 cm3 of the liquid is heated for 1/2 hour in a water bath with 15 cm3 of a mixture consisting of 100 cm3 of glacial acetic acid and 27.5 cm3 of hydrochloric acid concentrated (PS 1.18). Then approximately half of the liquid is distilled under vacuum, then diluted strongly with water and the ascorbic acid is titrated, for example with an iodine solution. In this way, 30 to 35% ascorbic acid relative to the sorbose is found after the conversion.
The soda 1-keto-2-gulonate content is 3 to 4% higher because the transformation is carried out at most with a yield of 85 to
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90%
The neutralized solution is evaporated in a vacuum and the sodium chloride gradually crystallizes. When the mass begins to stir, the salt is filtered off with a pump and the cake is washed successively with a little water and then with a hot mixture consisting of equal volumes of methanol and water, until 'it hardly contains any organic substances (calcination test). The filtrate is then evaporated to a thick syrup consistency. Ethanol is then added carefully to avoid separation into two layers.
The sodium chloride is removed as described above and the filtrate thus obtained is poured into 5 at times its volume of methanol. The fluffy precipitate is, after standing for 10 to 1, -, hours, filtered with suction or centrifuged and washed with methanol.It still contains, next to sodim 1-keto-2-gulonate (40 to (50%) sodium chloride and some other oxidation products. By reworking the alcoholic mother liquors it is still possible to obtain a small quantity of salts containing the sodium salt of ketogulonic acid. The yield of ketogulonate of sodium, counted as ascorbic acid, is 25 to 28% of the theoretical yield.
The crude salts can be easily purified by dissolving them at the rate of one part to 1.5 to 2 parts of boiling water, carefully adding 1.5 to 2 parts of methanol and filtering with a pump after a few hours of heating. rest. example 2.
Cn dissolves 200 grs. of sorbose and 465 grs. of sodium chlorate in 3.7 liters of hot water. Then 1.45 liters of hydrochloric acid (BW 1.18) are added and the mixture is heated 3 to 4 hours at 50% Cn, cooled and converted into the salt of
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sodium of 1-keto-2-gulonic acid according to the method of Example 1. Yield: 30-31% of the theoretical yield.
Example 3.
Has a solution of 27 grs. of sorbose in 500 of water are added 64 grs .. of sodium chlorate and 200 cm3 of sulfuric acid (32 vol.%). After 5 hours of heating at 52 ° C., the operation is carried out in a manner corresponding to the manner described in Example 1. By titration, 4.6 grs are found. ascorbic acid.
Example 4.
16 kgs are dissolved. of sorbose and 23 kgs of sodium chlorate in 125 liters of water and heated 50-52 Then added while stirring, for 3 to 4 hours, 44.4 liters of concentrated hydrochloric acid while ensuring that the temperature remains within the limits indicated. After the addition of the hydrochloric acid is left to stand for 4 to 5 hours at the same temperature and then added while cooling, as much sodium sulphite as is necessary so that there is no more chlorine. active. The pH is then brought to 3.0 with sodium hydroxide solution and the solution is then evaporated in vacuo until the consistency of thick syrup. The remainder is then taken up in sufficient methanol so that the resulting solution contains 65%. of methanol. The anop ganic salts which have precipitated are filtered off with suction and washed with a 65% methanol solution.
The sodium hydroxide filtrate is added to reach the pH of 6.5 and the mixture is adjusted to pure methanol to bring the methanol content up to 65%. It is left to stand for a day and the crystals which have separated are filtered off with a suction filter. These consist of 50 to 70% of 1-keto-2-gulonate of so-
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dium and, in addition, by the sodium salt of a lower organic acid. This mixture of crude salts can be used immediately for subsequent reactions, for example, to obtain a crystal methyl ester. -xx lisé 1-keto-2-gulonic acid. Mother liquors can also be removed from 1-keto-2-gulonic acid in the form of its sodium salt.
Example 5.
92 grs are added. of sorbose and 128 grs. of potassium bromate in 17CO cm3 of water. 1025 cm3 of sulfuric acid (50% by weight) are then dropped therein drop by drop over an hour with stirring, ensuring by cooling that the temperature o is maintained at about 25 ° C. After standing for 2-3 hours, the free bromine is removed with sodium sulfite: and the pH of the liquid is brought to 3 ° C. by the addition of potassium hydroxide solution. The salt which separates is matched and the liquid is evaporated in a vacuum until the consistency of thick syrup. Methanol is then added to remove as much of the inorganic salts as possible.
It is suction filtered and the filtrate treated as in Example 1 The yield of ketogulonic acid determined as in Example 1 is 25-28%.