Procédé de préparation de l'acide cétogulonique. L'invention se rapporte à un procédé de préparation de l'acide cétogulonique, par oxydation de sorbose par l'acide nitrique.
Il est connu qu'on peut préparer l'acide cétogulonique par oxydation de sorbose au moyen de l'acide nitrique. Jusqu'à présent, on opérait à des températures assez élevées, c'est-à-dire des températures de 70-100 C environ.
Cependant, les méthodes connues ne pa raissaient guère susceptibles d'une réalisation à une échelle technique, plus spécialement par suite du fait que la durée de réaction était très courte, de sorte que ces méthodes manquaient de souplesse. Cette durée de réaction très courte constituait un obstacle surtout dans la mise en oeuvre de quantités relativement grandes de matières premières. Les rendements en acide cétogulonique étaient.
en outre assez bas par suite du fait que, dans les conditions opératoires employées jusqu'ici, il se forme beaucoup de produits accessoires.
Or, il a été trouvé qu'on peut obtenir des résultats favorables, spécialement quant au rendement en acide cétogulonique, en effec tuant l'oxydation de la sorbose avec de l'acide nitrique d'une concentration de 30 à 65 %o en viron, à des températures en dessous de 25 C, et de préférence comprises entre -10 et -i- 25 C; en outre, il est avantageux qu'une quantité supplémentaire d'acide ni treux soit présente dans le milieu de réaction, à côté de l'acide nitreux qui est formé aux dépens de l'acide nitrique.
La région de température dans laquelle on opère de préférence est située entre -5 et -I- 20 C environ.
En effectuant l'oxydation de cette ma tière, on n'obtient pas seulement des rende ments en acide cétogulonique plus élevés, mais en outre il se produit moins de produits accessoires indésirables; par suite, les traite ments subséquents du mélange obtenu sont facilités considérablement.
Il est vrai que, dans le procédé conforme à la présente invention, la durée de réaction est généralement un peu plus longue qu'en opérant à des températures plus élevées, mais cette durée de réaction plus longue est com plètement compensée par les rendements plus élevés en produit désiré et par la facilité de traitement du mélange résultant de la réac tion.
' Aussi le procédé conforme à la présente invention est, du point de vue économique, de beaucoup préférable aux procédés connus jusqu'à présent.
Les concentrations de l'acide nitrique uti lisé selon l'invention sont plus élevées que celles qui étaient en général employées jus qu'à présent. De telles concentrations élevées ne se prêteraient pas du tout à un traitement à des températures plus élevées, parce que la sorbose serait alors trop fortement décompo- sée; aux températures auxquelles on opère selon la présente invention, on n'a pas à craindre une telle décomposition.
Dans le procédé conforme à la présente invention, il y a avantage à maintenir la concentration de l'acide nitrique dans le mi lieu de réaction considérablement au-dessus de 40 % en poids, jusqu'à 65 % en poids envi ron. Ceci est très surprenant, lorsqu'on con sidère qu'en employant des concentrations d'acide nitrique de, par exemple<B>65%,</B> aux températures de réaction utilisées jusqu'à présent, la sorbose de départ est entièrement ou en majeure partie décomposée.
Dans le procédé conforme à la présente invention, il est avantageux qu'à côté de l'acide nitreux qui est formé normalement à partir de l'acide nitrique, au cours de l'oxy dation de la sorbose, une quantité supplé mentaire d'acide nitreux soit présente dans le milieu de réaction, de préférence dès le début de la réaction.
En effet, il a été trouvé qu'alors la réaction se poursuit d'une façon régulière dès le commencement et qu'on est à même de contrôler convenablement sa mar che.
Lorsque l'oxydation a lieu en l'absence d'une quantité supplémentaire d'acide ni treux, ce contrôle ne peut être aussi bon; en effet, dans ce cas, après la mise en contact des matières premières, d'une part, il ne se produit pendant un certain temps aucune réaction perceptible, ce qui provoque, surtout aux températures de réaction relativement basses,
une perte de temps considérable, tan dis que, d'autre part, la réaction, après avoir commencé avec dégagement de vapeurs ni- treuses, se poursuit d'une façon si violente - explosive même à des températures plus élevées - qu'un réglage exact est souvent fort difficile.
On peut procéder de diverses manières pour qu'une quantité supplémentaire d'acide nitreux soit présente dans le milieu de réaction. On peut, par exemple, ajouter un nitrite, tel que le nitrite de sodium, ou bien on peut introduire du bioxyde d'azote ou des gaz nitreux dans le liquide.
On peut aussi ajouter des substances qui réagissent facile- ment avec l'acide nitrique avec formation d'acide nitreux.
La quantité supplémentaire d'acide ni treux présente peut varier entre de larges limites, selon les autres conditions de réac tion, telles que température, concentration de l'acide nitrique, etc., dans lesquelles on opère. Lorsqu'on ajoute un nitrite alcalin, la quantité à ajouter est en général comprise entre 2 et<B>50%</B> du poids de la sorbose qu'on doit oxyder.
Afin de régler la solubilité de l'acide nitreux dans le milieu de réaction, il peut être avantageux d'effectuer l'oxydation sous une pression élevée ou réduite.
En outre, on a trouvé qu'il est à recom mander d'employer un excès d'acide nitrique par rapport à la sorbose, étant donné qu'alors on obtient des rendements plus élevés en acide cétogulonique. De préférence, on uti lise par mol/g de sorbose ;
à transformer une quantité de 2 à 4 mol/g de HN0, Des ré sultats très favorables sont obtenus en em ployant environ 3 mol/g de HNO3 par mol/g de sorbose. L'acide nitrique nécessaire pour la réaction d'oxydation peut être ajouté tout d'un coup ou bien graduellement ou par por tions.
Pendant le cours de la réaction, la concen tration d'acide nitrique baisse graduellement, entre autres par suite de la formation d'eau.
Par là, une partie de l'effet favorable que l'on obtient par l'emploi d'aeide nitrique plus concentré pourrait de nouveau être per due. D'après une mise en oeuvre spéciale du procédé selon la présente invention,
cet incon vénient peut être supprimé en n'ajoutant au début qu'une partie de la quantité d'acide nitrique nécessaire et en ajoutant le reste de cet acide pendant le cours de la réaction soit par portions, soit de façon continue sous une concentration augmentante.
Les vapeurs nitreuses qui se dégagent pendant l'oxydation peuvent avantageuse ment être absorbées dans de l'acide nitrique, et le mélange contenant de l'acide nitreux. obtenu de la sorte, peut être utilisé dans le procédé d'oxydation. Etant donné que l'exécution de l'oxyda tion dans les conditions particulières à la présente invention limite considérablement la formation de produits accessoires ind6sira- bles, on obtient un mélange de réaction rela tivement pur,
à partir duquel l'acide céto- gulonique peut être isolé de manière simple. On sépare de préférence l'acide eétogulonique du mélange brut de réaction sous la forme d'un sel alcalin, en milieu alcoolique.
A cet effet, le produit d'oxydation brut peut être neutralisé par addition d'un hydro xyde alcalin, d'un carbonate alcalin ou d'un bicarbonate alcalin, un alcool, de préférence l'alcool méthylique ou éthylique, étant ajouté soit avant ou après ou simultanément avec l'agent de neutralisation.
La neutralisation peut être efficacement effectuée par un hydroxyde alcalin. sous forme de lessive alcoolique.
Pendant la neutralisation du produit d'oxydation brut, en milieu alcoolique, jus qu'à un<B>pH</B> de 6,5 à 7 environ, un cétogulo- nate alcalin relativement pur se sépare déjà de la solution. On ne pouvait pas s'attendre à ce que l'on puisse obtenir de cette manière en une seule opération un sel alcalin de l'acide cétogulonique sous une forme déjà relativement pure, étant donné que le pro duit d'oxydation brut contient plusieurs pro duits accessoires, parmi lesquels toutes sortes d'acides organiques.
Les sels alcalins de ceux-ci ainsi que les sels inorganiques formés pendant la neutralisation (nitrate et nitrite alcalin) paraissent rester presque complète ment en solution dans les conditions indi quées, ce qui est très étonnant; en consé quence, l'isolement d'un cétogulonate à l'état pur est possible. Le cas échéant, la purifica tion sera poursuivie par recristallisation.
L'acide cétogulonique est employé pour la préparation de l'acide ascorbique (vitamine C). Le procédé conforme à la présente inven tion est illustré par les exemples suivants: <I>Exemple 1:</I> On dissout 100 g de sorbose dans un mé lange de 150 cm' d'acide nitrique (poids spé- cifique =1,4) et de 150 cm" d'eau. On ajoute 13 g de nitrite de sodium à la solution qui est maintenue,à 5 C et l'on garde le mélange obtenu pendant 15 jours à une température de 5 C.
Ensuite, on neutralise la solution avec du carbonate de calcium et, après filtra- tion, la solution est diluée avec une quantité suffisante d'alcool méthylique pour que le sel de calcium de l'acide cétogulonique pré cipite. De la manière connue, l'acide céto- gulonique a été alors transformé en acide ascorbique par ébullition avec de l'acide chlorhydrique.
Dans la solution obtenue de la sorte, on a dosé l'acide ascorbique par ti tration et déterminé que la teneur en acide cétogulonique du mélange résultant de la réaction était de 33,4 g. L'oxydation de la sorbose s'est donc produite avec un rende ment de 31 %.
<I>Exemple 2:</I> On dissout 500 g de sorbose dans un mé lange de 500 cm@ d'acide nitrique (poids spé cifique = 1,4) et de 500 cm' d'eau. A cette solution, on ajoute lentement et en agitant convenablement 65 g de nitrite de sodium, la température de la solution étant constam ment maintenue à 0 C.
La solution est maintenue pendant 35 jours à une température de 0 C; pendant cette période, il se produit un dégagement lent mais régulier de gaz nitreux. Ensuite, la solution est neutralisée à 0 C avec 725 cm' d'une solution d'hydroxyde de sodium â 30 et on y ajoute alors 6,8 litres d'alcool méthy lique. Il se forme un précipité cristallin blanc qui se compose de cétogulonate de sodium brut et qui pèse 162,5 g après filtration et séchage.
Par recristallisation du produit obtenu dans de l'eau, on obtient 115 g de cétogulonate de sodium pur, ce qui représente un rendement de 23 % en poids par rapport à la sorbose initiale.
Exemple <I>3:</I> De la même manière que dans l'exemple 2, une quantité de 500 g de sorbose est oxy dée par l'acide nitrique. Cependant, la tem- pérature est maintenue dans le cas présent à 15 C ,et la réaction est terminée après 90 heures. Après traitement du mélange de réac tion de la manière décrite dans l'exemple 2, tin. obtient 150 g de produit brut,
à partir du quel on isole 102 g de cétogulonate de so dium pur. Rendement 20,4% en poids par rapport à la sorbose. <I>Exemple 4:</I> On dissout 500 g de sorbose dans un mé lange de 450 cm@ d'acide nitrique (poids spé cifique = 1,4) et de 500 cni3 d'eau. La tem pérature de réaction est maintenue à 15 C et la réaction est terminée après 120 heures. Le traitement du mélange de réaction est effectué de la même manière que dans l'exemple 2.
Le rendement en cétogulonate pur est de 19,5 % en poids, par rapport à la sorbose.
<I>Exemple 5:</I> On dissout 1000 g de sorbose dans un mé lange de 666 cm:@ d'acide nitrique (poids spé cifique = 1,4) et de 666 cm' d'eau, et l'on ajoute à cette solution 100 g de nitrite de sodium tout en agitant. On laisse reposer le mélange de réaction pendant 18 heures en ayant soin que la température de la, solution reste à 18 C.
Après ces 18 heures, on ajoute au mélange, tout en agitant, 100 em3 d'acide nitrique (poids spécifique = 1,4). Cette opé ration est encore répétée trois fois, notam ment 34, 49 et 64 heures après le début, mais avec 50 cm' d'acide nitrique.
Après une durée de réaction totale de 90 heures, le liquide de réaction est neutralisé et traité, la neutrali sation étant -efèctuée avec 1100 cnC de les sive de soude caustique et la précipitation de sel de sodium avec 12 litres de méthanol. On isole 280 g d'un produit brut cristallin et blanc, à partir duquel on obtient par recris- tallisation 185 g de cétogulonate de sodium pur.
Le rendement est de 18,5,0,o' en poids. Exemple <I>6:</I> Les gaz nitreux qui se dégagent pendant la réaction dans un essai analogue à celui de l'exemple 2, sont introduits dans 500 cm' d'acide nitrique (poids spécifique = 1,4) et l'acide ainsi obtenu est ajouté à une solution de 500 g de sorbose dans 500 cm@ d'eau. On porte le mélange obtenu de la sorte à 20 C et on le garde à cette température pendant 52 heures.
Après traitement du mélange obtenu de la manière décrite, on obtient 130 g de produit brut et 90 g de cétogülonate de sodium pur. Le rendement est de<B>18%</B> en poids.
Process for preparing ketogulonic acid. The invention relates to a process for preparing ketogulonic acid by oxidation of sorbose with nitric acid.
It is known that ketogulonic acid can be prepared by the oxidation of sorbose using nitric acid. Until now, we have operated at fairly high temperatures, that is to say temperatures of approximately 70-100 C.
However, the known methods hardly seemed capable of being carried out on a technical scale, more especially owing to the fact that the reaction time was very short, so that these methods lacked flexibility. This very short reaction time was an obstacle especially in the use of relatively large quantities of raw materials. The yields of ketogulonic acid were.
moreover quite low owing to the fact that, under the operating conditions employed hitherto, a lot of accessory products are formed.
Now, it has been found that favorable results can be obtained, especially as regards the yield of ketogulonic acid, by carrying out the oxidation of the sorbose with nitric acid at a concentration of 30 to 65% by approximately , at temperatures below 25 C, and preferably between -10 and -i- 25 C; furthermore, it is advantageous that an additional quantity of nitric acid is present in the reaction medium, besides the nitrous acid which is formed at the expense of nitric acid.
The temperature region in which the operation is preferably carried out is between -5 and -I-20 C approximately.
By carrying out the oxidation of this material, not only higher yields of ketogulonic acid are obtained, but also less undesirable by-products are produced; consequently, the subsequent processing of the resulting mixture is considerably facilitated.
It is true that in the process according to the present invention the reaction time is generally somewhat longer than at higher temperatures, but this longer reaction time is fully compensated by the higher yields. into the desired product and by the ease of processing the mixture resulting from the reaction.
The process according to the present invention is therefore, from the economic point of view, much preferable to the processes known hitherto.
The concentrations of the nitric acid used according to the invention are higher than those which were generally used until now. Such high concentrations would not at all lend themselves to treatment at higher temperatures, because the sorbose would then be decomposed too strongly; at the temperatures at which the operation is carried out according to the present invention, there is no need to fear such a decomposition.
In the process according to the present invention, it is advantageous to keep the concentration of nitric acid in the reaction medium considerably above 40% by weight, up to about 65% by weight. This is very surprising, when one considers that by employing nitric acid concentrations of, for example <B> 65%, </B> at the reaction temperatures used heretofore, the starting sorbose is completely or mostly decomposed.
In the process according to the present invention, it is advantageous that besides the nitrous acid which is normally formed from nitric acid, during the oxidation of sorbose, an additional amount of nitrous acid is present in the reaction medium, preferably from the start of the reaction.
In fact, it has been found that then the reaction continues in a regular manner from the beginning and that one is able to properly control its progress.
When the oxidation takes place in the absence of an additional quantity of nitrous acid, this control cannot be so good; in fact, in this case, after bringing the raw materials into contact, on the one hand, no perceptible reaction takes place for a certain time, which causes, especially at relatively low reaction temperatures,
a considerable waste of time, tan say that, on the other hand, the reaction, after having begun with the evolution of nitrous vapors, proceeds so violently - explosively even at higher temperatures - that a setting exact is often very difficult.
There are various ways in which an additional amount of nitrous acid can be present in the reaction medium. For example, nitrite, such as sodium nitrite, can be added, or nitrogen dioxide or nitrous gases can be introduced into the liquid.
Substances can also be added which react easily with nitric acid to form nitrous acid.
The additional quantity of nitric acid present can vary within wide limits, depending on the other reaction conditions, such as temperature, concentration of nitric acid, etc., under which the operation is carried out. When an alkaline nitrite is added, the amount to be added is generally between 2 and <B> 50% </B> of the weight of the sorbose to be oxidized.
In order to control the solubility of nitrous acid in the reaction medium, it may be advantageous to carry out the oxidation under high or reduced pressure.
In addition, it has been found that it is advisable to use an excess of nitric acid over sorbose, since then higher yields of ketogulonic acid are obtained. Preferably, it is used per mol / g of sorbose;
in converting a quantity of 2 to 4 mol / g of HN0, Very favorable results are obtained by employing approximately 3 mol / g of HNO3 per mol / g of sorbose. The nitric acid required for the oxidation reaction can be added suddenly or gradually or in portions.
During the course of the reaction the concentration of nitric acid gradually decreases, among other things as a result of the formation of water.
In this way, part of the favorable effect obtained by the use of more concentrated nitric aid could again be lost. According to a special implementation of the method according to the present invention,
this drawback can be eliminated by adding at the beginning only a part of the quantity of nitric acid necessary and by adding the remainder of this acid during the course of the reaction either in portions or continuously under an increasing concentration .
The nitrous vapors which are given off during the oxidation can advantageously be absorbed in nitric acid, and the mixture containing nitrous acid. obtained in this way, can be used in the oxidation process. Since carrying out the oxidation under the conditions peculiar to the present invention considerably limits the formation of undesirable accessory products, a relatively pure reaction mixture is obtained.
from which keto-gulonic acid can be isolated in a simple manner. Eetogulonic acid is preferably separated from the crude reaction mixture in the form of an alkali salt, in an alcoholic medium.
For this purpose, the crude oxidation product can be neutralized by adding an alkali hydroxide, an alkali carbonate or an alkali bicarbonate, an alcohol, preferably methyl or ethyl alcohol, being added either before or after or simultaneously with the neutralizing agent.
Neutralization can be effectively carried out by an alkali hydroxide. in the form of alcoholic lye.
During the neutralization of the crude oxidation product in an alcoholic medium to a <B> pH </B> of about 6.5 to 7, a relatively pure alkaline ketogulinate already separates from the solution. It could not be expected that an alkali salt of ketogulonic acid in an already relatively pure form could be obtained in this way in a single operation, since the crude oxidation product contains several products. accessory products, including all kinds of organic acids.
The alkali salts of these as well as the inorganic salts formed during neutralization (alkali nitrate and nitrite) appear to remain almost completely in solution under the conditions indicated, which is very surprising; therefore, isolation of a pure ketogulonate is possible. If necessary, the purification will be continued by recrystallization.
Ketogulonic acid is used for the preparation of ascorbic acid (vitamin C). The process according to the present invention is illustrated by the following examples: <I> Example 1: </I> 100 g of sorbose are dissolved in a mixture of 150 cm 3 of nitric acid (specific weight = 1 4) and 150 cm 3 of water. 13 g of sodium nitrite are added to the solution which is maintained at 5 ° C. and the resulting mixture is kept for 15 days at a temperature of 5 ° C.
Then the solution is neutralized with calcium carbonate and, after filtration, the solution is diluted with a sufficient amount of methyl alcohol so that the calcium salt of ketogulonic acid precipitates. As is known, keto-gulonic acid has then been converted to ascorbic acid by boiling with hydrochloric acid.
In the solution thus obtained, ascorbic acid was assayed by titration and determined that the content of ketogulonic acid in the mixture resulting from the reaction was 33.4 g. The oxidation of the sorbose therefore occurred with a yield of 31%.
<I> Example 2: </I> 500 g of sorbose are dissolved in a mixture of 500 cm 3 of nitric acid (specific weight = 1.4) and 500 cm 3 of water. To this solution is added slowly and with adequate stirring 65 g of sodium nitrite, the temperature of the solution being constantly maintained at 0 ° C.
The solution is maintained for 35 days at a temperature of 0 C; during this period there is a slow but steady release of nitrous gas. The solution is then neutralized at 0 ° C. with 725 cm 3 of a 30 sodium hydroxide solution, and 6.8 liters of methyl alcohol are then added thereto. A white crystalline precipitate forms which consists of crude sodium ketogulonate and weighs 162.5 g after filtration and drying.
By recrystallization of the product obtained from water, 115 g of pure sodium ketogulonate are obtained, which represents a yield of 23% by weight relative to the initial sorbose.
Example <I> 3: </I> In the same way as in Example 2, an amount of 500 g of sorbose is oxidized with nitric acid. However, the temperature in this case is maintained at 15 ° C., and the reaction is terminated after 90 hours. After treating the reaction mixture as described in Example 2, tin. obtains 150 g of raw product,
from which 102 g of pure sodium ketogulonate are isolated. Yield 20.4% by weight based on the sorbose. <I> Example 4: </I> 500 g of sorbose are dissolved in a mixture of 450 cm @ nitric acid (specific weight = 1.4) and 500 cni3 of water. The reaction temperature is maintained at 15 ° C. and the reaction is terminated after 120 hours. The treatment of the reaction mixture is carried out in the same manner as in Example 2.
The yield of pure ketogulonate is 19.5% by weight, based on the sorbose.
<I> Example 5: </I> 1000 g of sorbose are dissolved in a mixture of 666 cm: @ nitric acid (specific weight = 1.4) and 666 cm 'of water, and the 100 g of sodium nitrite are added to this solution while stirring. The reaction mixture is allowed to stand for 18 hours, taking care that the temperature of the solution remains at 18 ° C.
After these 18 hours, 100 em3 of nitric acid (specific gravity = 1.4) are added to the mixture while stirring. This operation is repeated three more times, in particular 34, 49 and 64 hours after the start, but with 50 cm 3 of nitric acid.
After a total reaction time of 90 hours, the reaction liquid is neutralized and treated, the neutralization being carried out with 1100 cnC of caustic soda and the precipitation of the sodium salt with 12 liters of methanol. 280 g of a white, crystalline crude product are isolated, from which 185 g of pure sodium ketogulonate are obtained by recrystallization.
The yield is 18.5.0% by weight. Example <I> 6: </I> The nitrous gases which are given off during the reaction in a test similar to that of Example 2, are introduced into 500 cm 3 of nitric acid (specific weight = 1.4) and the acid thus obtained is added to a solution of 500 g of sorbose in 500 cm @ of water. The mixture obtained in this way is brought to 20 ° C. and kept at this temperature for 52 hours.
After treatment of the mixture obtained as described, 130 g of crude product and 90 g of pure sodium ketogulonate are obtained. The yield is <B> 18% </B> by weight.