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La présente invention est relative à un procédé de pré- paration dacide isoascorbique. L'invention se rapporte en particulier à un procédé amélioré de conversion de l'ester méthylique d'acide 2-cétogluconique en acide isoascorbique, dans lequel l'ester méthylique est d'abord converti en sel sodique diacide isoascorbique, et le sel est ensuite hydro- lyse en acide isoasoorbiqueo Le point principal du procédé
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amélioré est la conversion de l'ester méthylique en sel sodi- que d'acide isoascorbique en présence de carbonate de sodium dans un alcool dans lequel une petite quantité d'eau est ajou- tée pour la conversion.
La conversion de l'ester méthylique d'acide 2- cétogluco- nique en acide isoascorbique est connue en pratique. Le brève-* U.S.A. n 2.160.621 accordé en 1939 à Heinz ohle apprend que le 2-cétogluconate de méthyle peut être converti en sel sodi- que d'acide isoascorbique. Le brevets signale que cette phase de conversion peut être réalisée en présence de carbonate de sodium et d'eau. Dans le brevet U.S.A. n 2.179.978 accordé à Franz Elger en 1939, on apprend que le 2-cétogluconate de méthyle peut être converti en sel sodique d'acide ascorbique par réaction avec du bicarbonate de sodium dans du méthanol.
La réaction de conversion à laquelle l'invention se rap- porte peut être exemplifiée par l'équation suivante :
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En appliquant les enseignements de la technique enté- rieure, on a trouvé que, lorsque le procédé de Ohle est adap- té à la conversion du 2-cétogluconate de méthyle en sen sodi- que d'acide isoascorbique, on obtient des rendements de l'or- dre de 50% par rapport au 2-cétogluconate de méthyle, rende- ments qui sont anormalement bas pour envisager une opération industrielle.
On suppose que ces bas rendements sont @ dus à la présence d'eau qui est indésirable pour deux raisons:
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(1) l'can dans une réaction alcaline augmente la saponifica- tien du 2-cétogluconate de méthyleset (2) conne l'eau est un produit de la conversions sa présence tend à inverser la réaction,) ce qui diminue ainsi le rendemento
Lorsque le procédé de Elger est adapté à la conversion du 2-cétogluconate de méthyle en sel sodique d'acide isoascor- bique,
on a trouvé que la réaction se développe très lente- ment et que des rendements anormalement bas sont obtenus On pense que ceci est dû à la faible alcalinité du bicarbo- nate de sodiumo Lorsque le carbonate de sodium plus alcalin bi est substitué au carbonate de sodium de Elger, on obtient un mélange gommeux qui est très difficile à traiter et qui exige une agitation excessive et de grandes quantités de méthanol.
On croit que ceci est dû à la coagulation du carbonate de sodium qui n'a pas réagi,avec l'isoascorbate de sodium hui- leux formé sous les conditions de réaction.
On a maintenant trouvé,et ceci forme l'objet de la pré- sente invention, que l'addition d'une petite quantité d'eau à cette réaction de conversion élimine la formation de gomme final et a pour résultat des rendements élevés du produit/désiré.
Cette découverte est très surprenante et inattendue du fait de$ désavantages généralement admis de la présence d'eau dans une conversion de ce type.
Dans la mise en oeuvre du procédé de labres ente inven tion, le 2-cétogluconate de méthyle est mis en suspension dans un solvant convenable, et une quantité suffisante d'eau est ajoutée pour qu'il y ait dans le mélange de réaction environ 1 mole d'eau par mole de 2-cétogluconate de méthyle.
Le mélange est ensuite soumis à reflux avec du carbonate de sodium sous une atmosphère inerte pendant la periode de temps désirée Après reflux;, le mélange de réaction est acidifié
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et filtré, et l'acide isoascorbique peut alors être récupéré par des procédés connus.
Le solvant utilisé est, de préférence, de l'alcool mé- thylique bien qu'on puisse utiliser l'alcool éthylique. Tandis que, dans des procédée de la technique antérieure, de grandes quantités de solvant sont nécessaires, un avantage supplémen- taire du présent procédé est qu'une quantité aussi basse qu'environ 1,7 partie de solvant par partie de 2-cétogluconate de méthyle peut être utilisée. Ceci est de loin inférieur à la quantité requise par la technique antérieure. La quantité d'eau préférée dans la mise en oeuvre de l'invention varie d'environ 0,9 à 1,5 mole par mole de l'ester méthylique, une gamme de 0,9 à 2,2 moles étant utilisable.
Comme 0,5 mole seulement d'eau est formée par mole de l'ester méthylique dans la réaction, il est préférable que 0,4 à 1 mole d'eau par mole d'ester soit ajoutée au mélange de réaction, une gamme de 0,4 à 1,7 mole d'eau étant utilisable * Le carbonate de sodium est utilisé en une quantité qui est un. léger excès par rapport à la quantité théorique qui est d'environ 0,5 mole par mole d'ester. On peut évidemment utiliser de plus grandes quantités.
On peut utiliser n'importe quel gaz inerte courant pour fournir l'atmosphère inerte, de l'azote étant spécialement intéressant. Comme autre avantage du présent procédé, l'an- hydride carbonique libéré du carbonate de sodium'peut être utilisé pour chasser l'air des réactifs de conversion et pour, entretenir l'atmosphère inerte requise. La température à la- quelle la conversion est réalisée est ordinairement la tempé- rature de reflux. Des températures inférieures donnent des conversions diminuées.
Le mécanisme exact du perfectionnement obtenu dans la
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mise en oeuvre de la présente invention n'est pas connu, On croi@ cependant que l'état gommeux et les faibles rendements sont provoqués par la coagulation du sel de sodium anhydre d'acide isoascorbiquew L'addition de l'eau a pour résultat la formation complète du sel sodique monohydraté d'acide iso- ascorbique qui est de nature cristalline et ne coagule pas avec le carbonate de sodium.
L'invention sera plus clairement expliquée par les exem ples illustratifs suivants.
EXEMPLE I
Du 2-cétogluconate de méthyle (140 gr) était mis en sus- pension dans 240 gr de méthanol et une quantité suffisante d'eau était ajoutée de manière que le mélange de réaction conttianne 0,45 mole d'eau par mole d'ester. Le mélange était ensuite traité avec 53 gr de carbonate de sodium anhydre à 50 C sous une atmosphère d'azote. Après un reflux de 2 heures, le mélange était rendu acide, filtré,et la solution résul- tante était titrée par voie iodométrique pour montrer une conversion de 95% de la conversion théorique en isoascorbate de sodium. L'acide isoascorbique était isolé suivant des mé- thodes connues.
EXEMPLE II
Du 2-cétogluconate de méthyle (140 gr) était mis en sus pension dans 420 gr de méthanol sous une atmosphère d'azote et traité par portion à 52 C avec 54 gr de carbonate de so- dium anhydre sur une période de 2 heures et demie.. Lors d'un chauffage au reflux,, la phase solide formait une masse gom- meuse qui empêchait le restant du carbonate de sodium de réa- gir convenablement. Lors du refroidissement, cette masse gom- meuse formait une boule dure de matière qui était très dif- ficile à rempre ou à enlever du récipient Le mélange était
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dissous dans l'eau et titré par voie iodométrique. La conver- sion du 2-cétogluconate de méthyle en isoascorbate de sodium était de 75% de la conversion théorique.
EXEMPLE III
Du 2-cétogluconate de méthyle (140 gr) était mis en sus- pension dans 420 gr de méthanol contenant 20 gr d'eau (2,2 moles par mole d'ester) et traité à 50 C sous une atmosphère d'azote avec 50 gr de carbonate de sodium anhydre, par por- tion, sur une période de 2 heures et demie* Lors du chauffage au reflux, il n'y avait pas de tendance que la réaction soit gommeuse. La conversion était déterminée par titrage iodomé- trique et était de 87% de la théorie.
EXEMPLE IV
41 gr de 2-cétogluoonate de méthyle étaient mis en sus- pension dans 124 gr d'éthanol contenant 2 ml d'eau à 50 C sous une atmosphère d'azote. Le mélange était traité sur une période de 3/4 d'heure avec 21 gr de carbonate de sodium an- hydre. Le mélange total' était soumis.au reflux pendant 2 heures et titré avec de l'iode pour montrer une conversion @@ en isoascorbate de sodium de 93% de la théorie.
EXEMPLE V
L'exemple IV était répété en l'absence d'une addition d'eau avec le résultat qu'on obtenait une conversion de 28% seulement de la théorie. ,
Les résultats d'un certain nombre d'expériences utili- @ sant le procédé de la présente invention sont donnés sous forme de tableau ci-ap rès. Les résultats montrent qu'une gamme utilisable pour l'eau, par mole d'ester, est de 0,9 à 2,2, une gamme préférée était de 1 à 1,5 mole d'eau par mole d'ester.
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TABLEAU Corrélation du rapport eau-ester avec l'état gommeux et le pourcentage de conversion
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On réalisera avidement que de petites variantes dans les conditions de traitement données, par rapport aux exempleq peuvent être prévus sans se départir du concept de la pré- sente invention. Par exemple, les gammes suivantes de pro- portions et de conditions peuvent être utilisées :
Quantité de solvant (par rapport à l'ester) 1,5 à 5 parties Quantité de carbonate de sodium (par rapport à l'ester) 0,28 à 0,50 parties Durée de réaction 1 à 4 heures Température de réaction reflu@
A titre de bref résumée la présente invention est rela- tive à un procédé amélioré de préparation d'acide isoascor- bique, qui comprend les phases suivantes;
le reflux d'un mélange de 2-cétogluconate de méthyle, d'un solvant convena- ble, de carbonate de sodium et d'une petite quantité d'eau pendant la période de temps désirée,l'acidification de la
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solution résultante et la réoupération d'une quantité accrue d'acide isoascorbique à partir de cette solution. L'invention est relative en particulier à l'utilisation de carbonate de sodium et de 0,9 à 2,2 moles d'eau, de préférence 1 à 1,5 mole, par mole d'ester.
REVENDICATIONS
1. Un procédé amélioré de préparation d'acide isoascor- bique, ,qui comprend les phases suivantes : reflux d'un mé- lange de 2-cétogluconate de méthyle, d'un solvant pour celui- ci, de carbonate de sodium, et d'une petite quantité d'eau pendant la période de temps désirée; l'acidification de la solution résultante ; la récupération à partir de celle-ci d'une quantité accrue d'acide isoascorbique.
2. Un procédé amélioré de préparation d'acide isoascorbi- que, qui comprend les phases suivantes : le reflux d'un mélan- ge de 2-cétogluconate de méthyle, d'un solvant pour celui-ci, de carbonate de sodium, et de 0,9 à 2,2 moles d'eau par mole de gluconate pendant la période de temps désirée; l'acidifi- cation de la solution résultante; et la récupération à par- . tir de celle-ci d'une quantité aocrue d'acide isoascorbique.
3.'Un procédé amélioré de préparation d'acide isoascor- bique, qui comprend les phases suivantes : le reflux d'un mélange de 2-oétogluoonate de méthyle, d'un solvant pour celui-ci, de carbonate de sodium, et de 1 à 1,5 moles d'eau par mole du gluconate pendant la période de temps désirée; l'acidification de la solution résultante ; la récupération à partir de celle-ci à une quantité accrue d'acide isoascor- bique.
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The present invention relates to a process for the preparation of isoascorbic acid. In particular, the invention relates to an improved process for converting 2-ketogluconic acid methyl ester to isoascorbic acid, wherein the methyl ester is first converted to isoascorbic diacid sodium salt, and the salt is then hydrolysis to isoasoorbic acid The main point of the process
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Improved is the conversion of the methyl ester to the sodium salt of isoascorbic acid in the presence of sodium carbonate in an alcohol in which a small amount of water is added for the conversion.
The conversion of 2-ketogluconic acid methyl ester to isoascorbic acid is known in the art. From 1939, heinz ohle, U.S.A. Brief No. 2,160,621, learns that methyl 2-ketogluconate can be converted to the sodium salt of isoascorbic acid. The patent indicates that this conversion phase can be carried out in the presence of sodium carbonate and water. In U.S. Patent No. 2,179,978 issued to Franz Elger in 1939, we learn that methyl 2-ketogluconate can be converted to the sodium salt of ascorbic acid by reaction with sodium bicarbonate in methanol.
The conversion reaction to which the invention relates can be exemplified by the following equation:
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Applying the teachings of the prior art, it has been found that when Ohle's process is suitable for the conversion of methyl 2-ketogluconate to sodium isoascorbic acid, yields of 1 are obtained. Order of 50% based on methyl 2-ketogluconate, which yields are abnormally low to consider industrial operation.
It is assumed that these low yields are due to the presence of water which is undesirable for two reasons:
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(1) the can in an alkaline reaction increases the saponifica- tion of methyl 2-ketogluconate, and (2) as water is a product of the conversion its presence tends to reverse the reaction,) thus decreasing the yieldo
When the Elger process is suitable for the conversion of methyl 2-ketogluconate to isoascorbic acid sodium salt,
it was found that the reaction proceeds very slowly and that abnormally low yields are obtained This is believed to be due to the low alkalinity of sodium bicarbonate o When the more alkaline sodium carbonate bi is substituted for the sodium carbonate from Elger, a gummy mixture is obtained which is very difficult to process and which requires excessive agitation and large amounts of methanol.
This is believed to be due to the coagulation of unreacted sodium carbonate with the oily sodium isoascorbate formed under the reaction conditions.
It has now been found, and this forms the object of the present invention, that the addition of a small amount of water to this conversion reaction eliminates the formation of final gum and results in high yields of the product. /longed for.
This finding is very surprising and unexpected in view of the generally accepted disadvantages of the presence of water in a conversion of this type.
In carrying out the inventive wringer process, methyl 2-ketogluconate is suspended in a suitable solvent, and a sufficient amount of water is added so that there is in the reaction mixture about 1 mole of water per mole of methyl 2-ketogluconate.
The mixture is then refluxed with sodium carbonate under an inert atmosphere for the desired period of time. After reflux, the reaction mixture is acidified
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and filtered, and the isoascorbic acid can then be recovered by known methods.
The solvent used is preferably methyl alcohol although ethyl alcohol can be used. While in prior art processes large amounts of solvent are required, a further advantage of the present process is that an amount as low as about 1.7 parts of solvent per part of 2-ketogluconate. methyl can be used. This is far less than the amount required by the prior art. The preferred amount of water in the practice of the invention varies from about 0.9 to 1.5 moles per mole of the methyl ester, a range of 0.9 to 2.2 moles being usable.
Since only 0.5 mole of water is formed per mole of methyl ester in the reaction, it is preferable that 0.4 to 1 mole of water per mole of ester is added to the reaction mixture, a range of 0.4 to 1.7 moles of water being usable * Sodium carbonate is used in an amount which is one. slight excess over the theoretical amount which is approximately 0.5 mole per mole of ester. We can obviously use larger quantities.
Any common inert gas can be used to provide the inert atmosphere, nitrogen being of particular interest. As a further advantage of the present process, the carbon dioxide liberated from the sodium carbonate can be used to remove air from the conversion reagents and to maintain the required inert atmosphere. The temperature at which the conversion is carried out is usually the reflux temperature. Lower temperatures give decreased conversions.
The exact mechanism of the improvement obtained in the
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It is not known how to practice the present invention. However, it is believed that the gummy state and low yields are caused by the coagulation of the anhydrous sodium salt of isoascorbic acid. The addition of water results in the complete formation of the sodium salt monohydrate of isoascorbic acid which is crystalline in nature and does not coagulate with sodium carbonate.
The invention will be more clearly explained by the following illustrative examples.
EXAMPLE I
Methyl 2-ketogluconate (140 g) was suspended in 240 g of methanol and a sufficient amount of water was added so that the reaction mixture contained 0.45 mole of water per mole of ester. . The mixture was then treated with 53 g of anhydrous sodium carbonate at 50 ° C. under a nitrogen atmosphere. After refluxing for 2 hours, the mixture was made acidic, filtered, and the resulting solution was titrated iodometrically to show a 95% conversion of the theoretical conversion to sodium isoascorbate. Isoascorbic acid was isolated according to known methods.
EXAMPLE II
Methyl 2-ketogluconate (140 g) was suspended in 420 g of methanol under a nitrogen atmosphere and treated portionwise at 52 C with 54 g of anhydrous sodium carbonate over a period of 2 hours and On heating to reflux, the solid phase formed a gummy mass which prevented the remainder of the sodium carbonate from reacting properly. On cooling, this gummy mass formed a hard ball of material which was very difficult to fill or remove from the container. The mixture was
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dissolved in water and titrated iodometrically. The conversion of methyl 2-ketogluconate to sodium isoascorbate was 75% of the theoretical conversion.
EXAMPLE III
Methyl 2-ketogluconate (140 g) was suspended in 420 g of methanol containing 20 g of water (2.2 moles per mole of ester) and treated at 50 ° C. under a nitrogen atmosphere with 50 grams of anhydrous sodium carbonate, per portion, over a period of 2.5 hours * Upon heating under reflux, there was no tendency for the reaction to be gummy. The conversion was determined by iodometric titration and was 87% of theory.
EXAMPLE IV
41 g of methyl 2-ketogluoonate were suspended in 124 g of ethanol containing 2 ml of water at 50 ° C. under a nitrogen atmosphere. The mixture was treated over a 3/4 hour period with 21 g of anhydrous sodium carbonate. The whole mixture was refluxed for 2 hours and titrated with iodine to show a conversion to sodium isoascorbate of 93% of theory.
EXAMPLE V
Example IV was repeated in the absence of addition of water with the result that a conversion of only 28% of theory was obtained. ,
The results of a number of experiments using the process of the present invention are given in tabular form below. The results show that a usable range for water per mole of ester is 0.9 to 2.2, a preferred range was 1 to 1.5 moles of water per mole of ester.
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TABLE Correlation of the water-ester ratio with the gummy state and the percentage of conversion
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It will be readily realized that small variations under the given processing conditions, over the examples, can be expected without departing from the concept of the present invention. For example, the following ranges of proportions and conditions can be used:
Amount of solvent (based on ester) 1.5 to 5 parts Amount of sodium carbonate (based on ester) 0.28 to 0.50 parts Reaction time 1 to 4 hours Reaction temperature reflu @
By way of brief summary the present invention relates to an improved process for preparing isoascorbic acid, which comprises the following steps;
refluxing a mixture of methyl 2-ketogluconate, a suitable solvent, sodium carbonate and a small amount of water for the desired period of time, acidifying the
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resulting solution and re-cutting an increased amount of isoascorbic acid from this solution. The invention relates in particular to the use of sodium carbonate and from 0.9 to 2.2 moles of water, preferably 1 to 1.5 moles, per mole of ester.
CLAIMS
1. An improved process for the preparation of isoascorbic acid, which comprises the following steps: refluxing a mixture of methyl 2-ketogluconate, a solvent therefor, sodium carbonate, and a small amount of water for the desired period of time; acidification of the resulting solution; recovering therefrom an increased amount of isoascorbic acid.
2. An improved process for the preparation of isoascorbic acid, which comprises the following steps: refluxing a mixture of methyl 2-ketogluconate, a solvent therefor, sodium carbonate, and from 0.9 to 2.2 moles of water per mole of gluconate for the desired period of time; acidifying the resulting solution; and recovery to by-. shooting thereof with a crude amount of isoascorbic acid.
3. An improved process for the preparation of isoascorbic acid, which comprises the following phases: refluxing a mixture of methyl 2-oetogluoonate, a solvent therefor, sodium carbonate, and 1 to 1.5 moles of water per mole of the gluconate for the desired period of time; acidification of the resulting solution; recovering therefrom to an increased amount of isoascorbic acid.