Verfahren zur Extraktion und Reinigung von Sapogeninen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion und Reinigung von Sapogeninen.
Sapogenine sind Steroidverbindungen, welche für die Herstellung verschiedener anderer Steroide von wirtschaftlicher Bedeutung sind und welche durch Hy drolyse von im Saft vieler Pflanzen natürlich vor kommenden Sapogeninen erhalten werden. Insbeson dere ist das unter dem Namen Hecogenin bekannte Sa- pogenin, das z. B. aus der Sisalpflanze erhalten werden kann, als Ausgangsmaterial für die Synthese von Cor- tison und verwandter Steroide mit adreno-cortikaler Wirksamkeit vorgeschlagen worden.
Die mengen mässige Herstellung von Sapogeninen in reiner oder fast reiner Form ist daher von besonderer Wichtigkeit.
Die Extraktion und Reinigung der Sapogenine ist nicht besonders einfach. Die natürlich vorkommenden Saponine, aus welchen die Sapogenine gewonnen werden, sind Glucoside und deshalb, da aus natürli chen Quellen stammend, gewöhnlich mit Wachsen, anderen Steroidverbindungen und den verschiedensten gefärbten Verunreinigungen behaftet.
Bei der Extraktion und Reinigung der Sapogenine muss die Glucosid-Bindung der Saponine hydroly- tisch gespalten werden. So besteht z. B. ein Verfahren zur Durchführung dieser Hydrolyse darin, dass man den durch Auspressen eines geeigneten pflanzlichen Materials (z. B Sisal im Falle des Hecogenins) erhalte nen Saft mehrere Tage stehen lässt, während welcher Zeit sich eine Autolyse abspielt und sich ein Schlamm abscheidet.
Am Ende dieser Behandlungsperiode wird die überstehende Flüssigkeit dekantiert und verworfen. Der zurückbleibende Schlamm wird dann mit einer Säure erhitzt, wie z. B. Schwefelsäure oder Salzsäure, und zwar in einer oder mehreren Stufen, um die Hydrolyse der Glucosid-Bindung zu vervollständigen. Diese Behandlung wird vorteilhaft bereits in demjeni- gen Lande vorgenommen, wo der Sisalhanf oder eine geeignete andere Pflanze angebaut wird.
Um das mit Säure behandelte Material in eine für den Transport geeignete Form zu bringen, muss die Säure durch Filtration und dann entweder durch nachfolgendes sorgfältiges Auswaschen oder durch einfache Neu tralisation mit einer Base, wie z. B. Soda, entfernt werden. Nach Abscheiden der Säure wird das Pro dukt getrocknet, so dass man ein Material erhält, wel ches im nachstehenden als Trockenschlamm be zeichnet wird.
Dieser Trockenschlamm enthält ge wöhnlich, wenn er aus Sisalhanf gewonnen wurde, 5 bis 301/o Hecogenin, je nach Herkunftsland des Sisalhanfs. Der Trockenschlamm wird hierauf weiter gereinigt; so kann aus Sisalhanf gewonnener Trocken schlamm z. B. mit Tierkohle vermischt und mit ko chendem Methanol extrahiert werden.
Der Methanol auszug wird von dem ungelösten Schlamm und der Holzkohle durch Filtration getrennt, auf ein kleineres Volumen eingeengt und abgekühlt, worauf rohes He- cogenin auskristallisiert, welches durch Filtration ab getrennt, in geeigneter Weise gewaschen und getrock net wird. Das rohe, kristalline Hecogenin kann dann weiter gereinigt und entsprechend behandelt werden, z. B. wie im Schweiz. Patent Nr. 345 002 beschrieben ist.
Vorliegende Erfindung bezweckt nun, ein neues Verfahren zur Behandlung von durch Hydrolyse von Saponinen gewonnenen sapogeninhaltigen Materialien zu schaffen und insbesondere von solchen Materialien, welche durch saure Hydrolyse von Saponinen ent stehen, gewünschtenfalls nach vorhergehender enzy matischer Hydrolyse, z.
B. Autolyse, um eine weit gehende Reinigung ohne übermässige Einbusse an Ausbeute zu erzielen; insbesondere gestattet das erfin dungsgemässe Verfahren die fast vollständige Ent- ferneng von gefärbten Verunreinigungen aus dem oben erwähnten Trockenschlamm nach einer Methode, die wirtschaftlicher und wirksamer ist als die Entfär- bung mit Holzkohle.
Die vorliegende Erfindung gründet sich auf der Beobachtung, dass beim Erhitzen der aus der Hydro lyse von saponinhaltigen Rohstoffen gewonnenen sa- pogeninhaltigen Rohmaterialien mit Alkali ein bedeu tender Teil der anwesenden Verunreinigungen in Substanzen übergeführt werden; welche mit Erdalkali- metallionen, z. B. mit Kalziumionen, ausgefällt werden können.
Erfindungsgemäss wird die alkalische Hydro lyse aber in einem niedrigen gesättigten aliphatischen Alkohol durchgeführt, in welchem das Hecogenin löslich ist, und nicht in wässriger Lösung; hierauf werden die Erdalkalimetallionen zugesetzt zwecks Abscheidung der färbenden Verunreinigungen, die dann abfiltriert werden.
Durch die Verwendung eines niedrigen Alkanols in der Hydrolysestufe und Be handlung mit Kalziumionen wird eine weitgehendere Reinigung erzielt, und die Operationen sind leichter durchzuführen als bei Verwendung von wässerigen Medien. So ist Hecogenin in wässrigen Medien nicht löslich, und bei Verwendung solcher Medien scheidet bei der Filtration das Hecogenin zusammen mit den Verunreinigungen ab, von welchen es nachträglich ab getrennt werden muss.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Extraktion und Reinigung von Sapogeninen, ausgehend von einem durch Hydrolyse eines natürlichen saponinhaltigen Materials gewonnenen, Sapogenin und färbende Ver unreinigungen enthaltenden Rohmaterial, ist dadurch gekennzeichnet, dass man das sapogeninhaltige Roh material mit einer Lösung eines Alkalimetallhydro- xyds oder eines Alkalimetallalkoholates eines bis zu 5 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkanols,
in einem bis zu 5 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkanol erhitzt, um mindestens eine teilweise Hydrolyse der gefärbten Verunreinigungen zu erzielen, dass man das Reaktionsgemisch mit Erdalkalimetallionen behan delt, um mindestens einen Teil der gefärbten Verun reinigungen abzuscheiden, und dass man die das Sapo- genin gelöst enthaltende alkoholische Lösung ab trennt und das Sapogenin aus dieser Lösung isoliert.
Vorteilhaft wird als Ausgangsmaterial ein solches rohes sapogeninhaltiges Material verwendet, das durch saure Hydrolyse, gegebenenfalls nach enzymatischer Hydrolyse, z. B. Autolyse, von natürlichen saponin- haltigen Materialien gewonnen wurde.
Die gemäss dem Verfahren der Erfindung erhal tene alkanolische Lösung enthält das gewünschte Sa- pogenin, welches zwar noch roh ist, aber aus dem der Grossteil der natürlich in ihm vorhandenen Verunreini gungen abgeschieden ist. Nach Kristallisation aus dem aliphatischen gesättigten Alkohol erhält man ein Pro dukt in schön kristalliner Form, das leicht filtriert und weiteren Reinigungsoperationen unterworfen werden kann, z.
B. eine Extraktion mit einem flüssigen Koh lenwasserstoff, der hauptsächlich aus aliphatischen, 6-12 Kohlenstoffatome enthaltenden Kohlenwasser- Stoffen besteht, sowie einer Nachbehandlung, z. B. einer Acetylierung.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemässe Verfahren vorteilhaft auch auf säurefreien Trocken schlamm oder auf ein Material angewendet werden, das direkt aus der sauren Hydrolyse hervorgegangen ist und noch nicht neutralisierte Säure enthält. Im letzteren Fall ist es natürlich notwendig, grössere Mengen kaustischer Alkalien oder anderer Basen zu zusetzen, um die Restsäure zu neutralisieren.
Das er findungsgemässe Verfahren lässt sich am besten auf Trockenschlamm oder ein anderes Material anwen den, das direkt aus dieser Hydrolyse hervorgeht; ge- wünschtenfalls können noch andere Reinigungsvor gänge dazwischengeschaltet werden.
Das bevorzugte Alkanol ist Methanol; man kann aber auch andere Alkanole, wie Äthanol, Propanol und Isopropanol, verwenden.
Geeignete Alkalimetallhydroxyde sind z. B. Na trium- und Kaliumhydroxyd, und als geeignete Alkali- metallalkoholate werden diejenigen benutzt, die sich aus dem verwendeten Alkanol ableiten, z. B. Na trium- und Kaliummethylat. Die notwendige Alkali oder Alkoholatmenge ändert je nach Art des Trocken schlamms und hängt von dessen Herkunft ab.
Im allgemeinen sind 20 Gew. 0/u (berechnet auf den Trockenschlamm) NaOH oder eine entsprechende Menge eines anderen Alkalis oder Alkoholates aus reichend und zufriedenstellend. Die Hydrolyse wird vorzugsweise so ausgeführt, dass man das Ausgangs material während mindestens einer Stunde in der al- kanolischen Lösung des Alkalis oder des Alkoholates kocht.
Die Behandlung mit Erdalkalimetallionen erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von Kalziumionen. So kann man z. B. dem Reaktionsgemisch nach der Behandlung mit Alkali ein im verwendeten Alkanol lösliches Calciumsalz, z. B. Calciumchlorid oder Cal ciumacetat, zusetzen. Vorzugsweise verwendet man eine annähernd stöchiometrische Menge Erdalkali- metallsalz, bezogen auf die Menge des verwendeten Alkalihydroxyds oder Alkoholates.
Der in den folgenden Beispielen verwendete Trockenschlamm wurde in folgender Weise hergestellt: Der aus der Abschälung von Sisalhanfblättern nach Strecken erhaltene Rohsaft wurde während sieben Tagen bei einer Temperatur von etwa 30 C stehen gelassen. Während dieser Zeitspanne tritt eine enzy matische Fermentation auf, unter Abscheidung von Festkörpern.
Die klare überstehende Flüssigkeit (80 Vol. 11/a) wird dann dekantiert und der übrigblei- bend'e Schlamm mit so viel Schwefelsäure behandelt, dass die Flüssigkeit schliesslich 1-normal in bezug auf H@SO-, ist. Dieses Gemisch wird während 4 Stunden gekocht, abgekühlt und die überstehende Flüssigkeit erneut dekantiert (ungefähr 50 Vol. 4 des angesäuer ten Schlammes). Der Rückstand wird in bezug auf Schwefelsäure 3-normal gemacht und das Gemisch während 4 Stunden gekocht.
Die in dieser sauren Mi schung enthaltenen hecogeninhaltigen Festkörper wer- den auf einer Filterpresse filtriert und 2 Stunden lang mit Wasser gewaschen. Die festen Anteile werden aus der Presse entfernt und mit einer wässerigen Soda lösung behandelt, bis die Laugen einen pH-Wert von etwa 7 aufweisen. Der neutralisierte Schlamm wird auf der Presse erneut filtriert und nochmals 2 Stun den lang mit Wasser gewaschen. Der Filterkuchen wird auf Schalen ausgebreitet und bei 80 C während einer Zeitspanne von 48 Stunden getrocknet. Das trockene Material ist unter dem Namen Trocken schlamm bekannt.
<I>Beispiel 1</I> 50 g eines hecogeninhaltigen Trockenschlamms aus Kenya wird mit 500 cm3 Methanol unter Zusatz von 10 (, handelsüblichen Natriumhydroxyds unter Rühren 1 Stunde am Rückfluss erhitzt. Dann setzt man 13,9 g wasserfreies Calciumchlorid zu und setzt das Rühren während 15 Minuten fort. Das Gemisch wird heiss filtriert und der Filterkuchen mit 200 em3 heissem Methanol gewaschen.
Das mit der Waschflüssigkeit vereinigte Filtrat von hellgrüner Farbe wird auf 200 cm3 konzentriert und nochmals heiss filtriert, um auskristallisiertes Natriumchlorid zu entfernen, worauf der Filterkuchen mit 20 cm-' heissem Methanol ge waschen wird. Das Filtrat und die Waschflüssigkeit werden vereinigt und abkühlen gelassen, worauf sich rohes Hecogenin in Form von Fächern oder flachen Nadeln ausscheidet.
Das kristallisierte Roh-Heco- genin wird durch Filtration gesammelt und durch Konzentrieren des Filtrats auf 50 cm3 wird ein zweiter Anteil davon erhalten. Die beiden rohen Hecogenin-Kristallisate werden vereinigt, mit 50 cm3 Leuchtpetrol aufgeschlämmt und filtriert; hierauf wird der Filterkuchen mit 10 cm3 Leuchtpetrol gespült, bei 100 C getrocknet und auf diese Weise 9,98 g blass grünes rohes Hecogenin erhalten.
<I>Beispiel 2</I> 30g hecogeninhaltiger Trockenschlamm aus Kenya wird mit 10 g Natriumhydroxyd und 500 cm3 Me thanol während 1 Stunde unter Rühren am Rück fluss erhitzt. Dann gibt man 20 g Calciumacetat zu und setzt das Rühren während 15 Minuten fort. Das Gemisch wird heiss filtriert und das rohe Hecogenin in der gleichen Weise abgetrennt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Man erhält eine Ausbeute von 9,71 g blassgrünem rohem Hecogenin.
<I>Beispiel 3</I> 50 g hecogeninhaltiger Trockenschlamm aus Tan- ganjika wird mit 10 g Natriumhydroxyd und 500 cm3 Methanol während I Stunde unter Rühren am Rück fluss erhitzt. Dann setzt man 15 g in 200 cm3 Metha nol gelöstes Calciumchlorid zu, rührt das Gemisch 15 Minuten lang und filtriert dann heiss. Der Filter kuchen wird mit 200 cm-' Methanol gewaschen und das Roh-Hecogenin wie in Beispiel 1 isoliert.
Man er hält 9,0 g hellglänzendes rohes Hecogenin. <I>Beispiel 4</I> 50 g hecogeninhaltiger, aus Jamaika stammender Trockenschlamm wird mit 500 cm3 Methanol und 10 g handelsüblichem Natriumhydroxyd während 1 Stunde unter Rühren am Rückfluss erhitzt. Dann setzt man 20,5 g handelsübliches Calciumchlorid zu und setzt das Rühren 15 Minuten lang fort. Das Ge misch wird heiss filtriert und der Filterkuchen mit 200 cm3 heissem Methanol gewaschen.
Die vereinig ten Filtrate und Waschflüssigkeiten werden auf 300 cm-' Volumen eingeengt, und entsprechend Bei spiel 1 werden zwei Anteile Roh-Hecogenin isoliert. Man erhält so 7,2 weissliches Roh-Hecogenin.
<I>Beispiel 5</I> Man löst 8 g metallisches Natrium in 500 cm3 Methanol und setzt 50g hecogeninhaltigen, aus Ke- nya stammenden Trockenschlamm zu. Das Gemisch wird während 1 Stunde am Rückfluss unter Rüh ren erhitzt, dann werden 30g Calciumchlorid in Blättchenform zugesetzt und das Rühren während weiteren 10 Minuten fortgesetzt. Das Gemisch wird heiss filtriert und das rohe Hecogenin in der in Bei spiel 1 beschriebenen Weise abgetrennt.
Man erhält 8,15 g blassgrünes rohes Hecogenin.
<I>Beispiel 6</I> 50 g aus Tanganjika stammender hecogeninhalti- ger Trockenschlamm wird mit 500 cm3 n-Butanol und 14 g Kaliumhydroxyd während 1 Stunde unter Rüh ren am Rückfluss erhitzt. Dann setzt man 14 g Cal ciumchlorid zu und rührt noch 30 Minuten weiter. Das Gemisch wird heiss filtriert und der Filterkuchen mit 200 cm3 Butanol gewaschen, worauf die Mutter laugen auf 200 em3 eingeengt und abgekühlt werden.
Die festen Anteile werden gesammelt, mit ein wenig Butanol gewaschen, dann mit 50 cm3 Leuchtpetrol aufgeschlämmt und filtriert. Der Kuchen wird mit Petrol gewaschen und bei 100 cm3 getrocknet, wobei man 9,3 g Massgrünes Roh-Hecogenin erhält.
Das erfindungsgemässe Verfahren wurde zwar unter Bezugnahme auf die Herstellung von Hecoge- nin beschrieben; selbstverständlich ist dieses Ver fahren aber auch anwendbar auf die Herstellung von anderen Sapogeninen, z. B. Diosgenin.