Verfahren zur Herstellung eines Reduktionsproduktes von oxydierter Stärke
Gegenstand des Patentes ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reduktionsproduktes von oxydierter Stärke, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man oxydierte Stärke, die neben den Carboxylgruppen noch Ketogruppen aufweist, reduziert, wobei die Ketogruppen in sekundäre Alkoholgruppen übergeführt werden ohne Veränderung der Carboxylgruppen, und gegebenenfalls dieses Reduktionsprodukt durch Hydrolyse in Glucuronsäure oder Glucuronolacton überführt.
Die mit Hilfe von Salpetersäure und anderen Säuren oxydierte Stärke ist bisher als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Glucuronsäure und Glu- curonolacton und zwar mittels Hydrolyse und als Ausgangsmaterial für die Herstellung von zahlreichen anderen Heilmitteln verwendet worden. Es ist in höchstem Masse erwünscht, dass in der für die obengenannten Zwecke verwendeten Stärke wenn möglich nur die primären Alkoholgruppen zu Karboxylgrup pen oxydiert sind. Wenn jedoch Stärke oxydiert wird, sind die unerwünschten Nebenreaktionen nicht vermeidbar. Mit der Oxydation der primären Alkoholgruppen ist immer auch eine Nebenoxydation verbunden, die die Oxydation der sekundären Alkoholgruppen in 2- oder 3-Stellung des Grundmoleküls der Stärke zu Ketogruppen bewirkt.
Wenn jedoch die Oxydation zwecks Vermeidung der Nebenreaktionen unter milden Bedingungen durchgeführt wird, dann ist die selektive Oxydation der primären Alkoholgruppen zu Karboxylgruppen nicht befriedigend.
Eine solche ungengügend oxydierte Stärke führt dann zur Bildung von anderen Monosacchariden als den gewünschten, so dass die Ausbeute dadurch nicht erhöht werden kann.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung beruht auf der Tatsache, dass bei der Reduktion der oxydierten Stärke nur die Ketogruppen reduziert werden können, die durch Oxydation der sekundären Alkoholgruppen entstanden sind. Demgemäss kann als Ausgangsmaterial eine oxydierte Stärke verwendet werden, in welcher der Gehalt an Karboxylgruppen höher als üblich ist. Demgemäss zeigt das reduzierte Produkt der oxydierten Stärke eine Struktur, in der der Gehalt an Karboxylgruppen höher ist als sonst und in welcher die 2- oder 3-Ketogruppen abwesend sind, was für den obengenannten Verwendungszweck höchst wünschenswert ist.
Die Reduktion wird zweckmässig mit Natriumborhydrid oder katalytisch mit Palladium, Platin oder Nickel durchgeführt.
Die Unterschiede in der Zusammensetzung und den Eigenschaften zwischen oxydierter Stärke und ihrem Reduktionsprodukt sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich:
Probe (I) Probe (in) vor der nach der vor der nach der Reduktion Reduktion Reduktion Reduktion oxydierte Reduktions- oxydierte Reduktions
Stärke produkt der Stärke produkt der oxydierten oxydierten
Stärke Stärke Zersetzungspunkt 175-176"C 179-180"C - Karboxylgruppengehalt (-COOH) 12.46 Olo 13.76 0/ 10.11 O/o 11.76 O/o
Probe (I) Probe (II)
vor der nach der vor der nach der
Reduktion Reduktion Reduktion Reduktion oxydierte Reduktions- oxydierte Reduktions
Stärke produkt der Stärke produkt der oxydierten oxydierten
Stärke Stärke
Lactongehalt (-O-C=O) *1 6.61 O/o 0.65 /o 4.27 O/o 0.44 O/o Gehaltanreduzierbaren 3.41 O/o 0.66 O/o 2.54 0/ > 0.016 O/o
Radikalen *2
Menge der verbrauchten Periodsäure 0. 64 Mol/Mol 0.96 Mol/Mol (in 24 Stunden) *3
Menge der beim Verbrauch der 0.43 Mol/Mol 0.17 Mol/Mol Pedodsäure gebildeten
Ameisensäure *4 (in 24 Stunden)
Strukturviskosität (n) 25"C 5.2 4.5 8.8 5.9
In dieser Tabelle bedeuten:
*1; Als Lacton wird derjenige Teil mit der Ringstruktur des Moleküls bezeichnet, welcher durch die Einwirkung von Alkali bei Raumtemperatur für kurze Zeit geöffnet wird.
*2; Der Gehalt der reduzierbaren Radikale wird auf Grund eines modifizierten Schaffel-Somogyi-Verfahrens bestimmt und definiert den Gehalt an Aldehyd-radikalen.
*3; Periodsäure-Molanzah1: die pro Molanzahl des Grundmoleküls verbrauchte Periodsäure definiert die oxydierte Stärke oder dessen Reduktionsprodukt.
*4; AmeisensäureMolanzah1: die pro Molanzahl des Grundmoleküls gebildete Ameisensäure definiert die oxydierte Stärke oder dessen Reduktionsprodukt.
Wie aus den obigen Angaben lldar hervorgeht, ändert die Reduktion der oxydierten Stärke den Karboxylgruppengehalt nicht wesentlich aber sie eliminiert das Lacton und die reduzierbaren Radikale und senkt auch den Gehalt der Ketogruppen. Das Reduktionsprodukt der oxydierten Stärke ist deshalb für die oben angegebenen Verwendungszwecke höchst geeignet. Wenn z. B. die oxydierte Stärke und deren Reduktionsprodukt mit l-n Schwefelsäure am Rückfluss gekocht werden und man die Menge des gebildeten Glucuronolactons stündlich bestimmt, findet man, dass die oxydierte Stärke maximal 13 bis 14 Gewichtsteile Glucuronolacton pro 100 Gewichtsteile oxydierte Stärke ergibt, währenddem das Reduktionsprodukt maximal 25 bis 26 Gewichtsteile ergibt.
Auch aus diesem Ergebnis kann festgestellt werden, dass das Reduktionsverfahren die Ketogruppen zu den ursprünglichen sekundären Alkoholgruppen zurück reduziert, wodurch aus dem Reduktionsprodukt eine grössere Menge an Glucuronsäure hergestellt werden kann als dies der Konstitution des oxydierten Moleküls entspricht.
Das Reduktionsprodukt der oxydierten Stärke kann durch Hydrolyse beispielsweise mit Mineralsäuren, wie Schwefelsäure, Salzsäure usw. oder mit organischen Säuren, wie z. B. Oxalsäure unter normalem oder erhöhtem Druck in Glucuronsäure oder Glucuronolacton übergeführt werden. Dabei können Cobaltsalze als Hydrolyse-Katalysatoren verwendet werden.
Es ist auch möglich, das reduzierte Reaktionsgemisch direkt der Hydrolyse zu unterwerfen, indem man eine geeignete Behandlung, wie eine Ionen-Austauscherharz-Behandlung und Filtration usw. dazwischen schiebt. Dadurch kann eine Isolierung des Reduktionsproduktes vermieden werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es, Glucuronsäure oder Glucuronolacton in höherer Ausbeute herzustellen als dies mit bisher bekannten Verfahren möglich war.
Beispiel I
10 g oxydiertes Amylopectin (oxydierte Stärke) werden bei 0-5 C in 200 cm5 Wasser suspendiert, durch Zusatz von Natronlauge neutralisiert und dann in derselben aufgelöst. Der entstandenen Lösung werden dann langsam innerhalb zwei Stunden und unter Rühren 0, 5 g Natriumborhydrid zugegeben.
Das Ganze wird danach noch während einer weiteren Stunde weitergerührt. Das Reaktionsgemisch wird mit einem Kationen-Austauscherharz behandelt um die Natriumionen zu entfernen und dann wird es im Vakuum eingeengt. Wenn der Rückstand in Methanol gegeben wird, scheidet sich das Reduktionsprodukt des oxydierten Amylopectins aus. Dieses wird abfiltriert und getrocknet. Ausbeute 9,5 g.
10 g des derart erhaltenen Reduktionsproduktes des oxydierten Amylopectins werden 150 cmS l-n-Salzsäure zugegeben und die Mischung wird unter normalem Druck am Rückfluss gekocht. Die Mischung wird dann gekühlt, mit einer kleinen Menge aktivierter Kohle versehen und filtriert. Das Filtrat wird dann im Vakuum eingeengt. Wenn der Rückstand abgekühlt und etwas stehen gelassen worden ist, scheidet sich das kristalline Glucuronolacton aus. Dieses wird abfiltiert und getrocknet. Ausbeute 2,4 g. Schmelzpunkt 167-168 C.
Beispiel 2
10 g oxydierte Stärke werden in 100 cm3 Wasser gelöst und durch Zugabe von Natronlauge neutrali- siert. Die entstehende Lösung wird dann bei Raumtemperatur unter Rühren langsam während zwei Stunden mit 0,5 g Natriumborhydrid versetzt und danach noch während einer weiteren Stunde stehen gelassen. Wenn das Reaktionsgemisch ähnlich wie in Beispiel 1 behandelt wird, erhält man 9,8 g des Reduktionsprodulktes der oxydierten Stärke.
10 g des derart erhaltenen Reduktionsproduktes der oxydierten Stärke werden mit 0,5-n-Saizsäure versetzt und die Mischung wird während drei Stunden in einem Druckgefäss auf 120C C erhitzt. Wenn die Reaktionsmischung dann ähnlich wie in Beispiel 1 behandelt wird, erhält man 2,7 g Glucuronolacton.
Beispiel 3
4 g oxydierte Stärke und 300 mg Palladiumschwarz werden 600 cm3 Wasser zugefügt und das Ganze dann während acht Stunden in einem modifizierten Harsh-Baag-Apparat einer katalytischen Reduktion unterworfen. Das Reaktionsgemisch wird dann filtiert und das Filtrat wird im Vakuum eingeengt. Wenn der Rückstand in Äthanol gegeben wird, dann scheidet sich das Reduktionsprodukt der oxydierten Stärke aus. Dieses wird abfiltriert und getrocknet. Ausbeute 3,4 g.
10 g des derart erhaltenen Reduktionsproduktes von oxydierter Stärke werden mit 80 cm3 einer 50/o-igen Oxalsäure-Lösung versetzt und die Mischung wird während einer Stunde in einem Druckgefäss auf 1300C erhitzt. Wenn die Mischung dann ähnlich wie in Beispiel 1 behandelt wird, erhält man 2,5 g Glucuronolacton.
Beispiel 4
4 g oxydierte Stärlke werden in 50 cm3 Wasser gelöst und die Lösung wird durch einen Zusatz von Natronlauge neutralisiert. Die entstandene Lösung wird dann zwecks katalytischer Reduktion mit 5 g Palladiumkohle versetzt und unter Kühlung mit Eis während fünf Stunden hydriert, indem man Wasserstoff hindurch leitet.
Die Reaktionsmischung wird dann filtriert und das Filtrat mit einem Kationenaustauscherharz behandelt, um die Natriumionen zu entfernen. Das Filtrat wird dann im Vakuum eingeengt. Wenn der Rückstand in Athanol gegeben wird, scheidet sich das Reduktionsprodukt der oxydierten Stärke aus. Dieses wird abfiltriert und getrocknet, Ausbeute 3,6 g.
10 g des derart erhaltenen Reduktionsproduktes von oxydierter Stärke werden mit 100 cm3 0,5-n-Schwefelsäure versetzt und die Mischung wird während einer Stunde in einem Druckgefäss auf 1300 C erhitzt. Nach dem Abkühlen wird der Reaktionsmischung eine der verwendeten Schwefelsäure entsprechende Menge Bariumchlorid zugefügt, so dass die Schwefelsäure als Bariumsalz ausgefällt wird. Dieses Bariumsulfat wird dann abfiltiert. Wenn das Filtrat dann ähnlich wie in Beispiel 1 behandelt wird, erhält man 2,8 g Glucuronolacton.
Beispiel 5
4 g oxydierte Stärke und 5 g Palladium-bariumsulfat werden zu 60 cm3 Wasser gegeben und die erhaltene Suspension wird während drei Stunden hydriert. Das Reaktionsgemisch wird dann filtriert und das Filtrat im Vakuum eingeengt. Wenn der Rückstand in Methanol gegeben wird, scheidet sich das Reduktionsprodukt der oxydierten Stärke aus.
Dieses wird abfiltriert und getrocknet. Ausbeute 3,3 g.
10 g des derart erhaltenen Reduktionsproduktes von oxydierter Stärke werden mit 100 cm3 0,3-n-Salz- säure versetzt und dieser Mischung werden dann 0,5 cm3 einer 1 /o-igen, wässrigen Cobaltchlorid-Lösung zugegeben. Die entstehende Mischung wird während drei Stunden unter normalem Druck am Rückfluss gekocht. Wenn die Reaktionsmischung dann ähnlich wie in Beispiel 1 behandelt wird, erhält man 2,8 g Glucuronolacton.
Beispiel 6
4g der oxydierten Stärke und 5 g Platinkohle werden in 60 cm3 Wasser suspendiert und die erhaltene Suspension wird während fünf Stunden katalytisch hydriert. Wenn die Reaktionsmischung dann ähnlich wie in Beispiel 5 behandelt wird, erhält man 3,8 g des Reduktionsproduktes der oxydierten Stärke.
10 g des erhaltenen Reduktionsproduktes von oxydierter Stärke werden mit 150 cm5 l-n-Schwefelsäure versetzt und der Mischung werden dann 0, 5 cm3 einer 1 /o-igen wässrigen Cobaltsulfat-Lösung zugegeben. Die erhaltene Mischung wird während vier Stunden unter normalem Druck am Rückfluss gekocht. Der abgekühlten Reaktionsmischung wird dann ein Überschuss von Bariumhydroxyd zugegeben und der entstandene Bariumsulfat-Niederschlag abfiltriert. Das erhaltene Filtrat wird dann mit einem Kationen-Austauscherharz behandelt um die Bariumionen zu entfernen und unmittelbar danach mit demselben Volumen Alkohol versetzt, wobei ein Sirup entsteht. Wenn dieser im Vakuum eingeengt wird, scheidet sich kristallförmige Glucuronsäure aus.
Diese wird abfiltriert und getrocknet.
Ausbeute 2,9 g. Schmelzpunkt 154-1550 C.
Beispiel 7
4 g der oxydierten Stärke und 10 g Raneynickel werden in 70 cm3 Wasser suspendiert und die erhaltene Suspension wird während fünf Stunden katalytisch hydriert. Wenn die Reaktionsmischung dann ähnlich wie in Beispiel 3 behandelt wird, erhält man 3,7 g des Reduktionsproduktes der oxydierten Stärke.
10 g des derart erhaltenen Reduktionsproduktes von oxydierter Stärke werden zu 100 cm5 0,5-n-Schwefelsäure gegeben und dieser Mischung werden dann 0,5 cm3 einer 1 /o-igen, wässrigen Cobaltsulfat-Lösung zugefügt. Die erhaltene Mischung wird während einer Stunde in einem Drudkgefäss auf 1300 C erhitzt. Wenn die Reaktionsmischung ähnlich wie in Beispiel 1 behandelt wird, erhält man 3,1 g Glucuronolacton.