CH468326A - Process for the production of sugar alcohols by means of catalytic hydrogenation - Google Patents

Process for the production of sugar alcohols by means of catalytic hydrogenation

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CH468326A
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sugar
hydrogen
hydrogenation
catalyst
sugar alcohols
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CH1331966A
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Rudolf Hefti Hans
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Hefti Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/18Polyhydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/26Hexahydroxylic alcohols

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  

  



  Verfahren zur Herstellung von Zuckeralkoholen mittels katalytischer Hydrierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zuckeralkoholen mittels katalytischer Hydrierung, wobei als Katalysator Raneynickelkatalysator verwendet wird.



   Es ist bekannt, dass die katalytische Reduktion von Zuckern mit Hilfe hochaktiver Katalysatoren nach Raney schon bei geringen Drücken und mässig erhöhter Temperatur verläuft. Die benötigte Reaktionszeit ist aber sehr erheblich und nimmt mit fortlaufender Hydrierung stark zu, so dass der Prozess nicht innerhalb nützlicher Frist zu Ende geführt werden kann. Normalerweise wird nach Reduktion von 90   O/o    des eingesetzten Zuckers die Hydrierung abgebrochen. Man hat festgestellt, dass nach 24 Stunden immer noch mindestens 10   O/o    unreduzierter Zucker vorhanden ist.

   In weiteren 12 Stunden sinkt der Gehalt an nicht reduziertem Zukker um höchstens 5   0/0.    Es ist also nicht möglich, den beispielsweise für einen handelsüblichen Sorbitsirup erforderlichen Höchstgehalt von   0,10/o    reduzierendem Zucker zu erreichen. Setzt man, wie dies für einen wirtschaftlichen Betrieb erforderlich ist, den gebrauchten Katalysator für eine weitere Hydrierung ein, kann der Restzuckergehalt in 24 Stunden nicht mehr auf 10   O/o    reduziert werden.



   Die Hydrierung kann aber ganz erheblich beschleunigt werden, wenn darauf geachtet wird, dass sowohl bei der Herstellung des Katalysators wie in der verwendeten Hydrierlösung keine Erdalkaliionen vorhanden sind.



  Diese wirken als ausgesprochene Katalysatorgifte, verzögern die Hydrierreaktion und verunmöglichen eine glatte vollständige Umwandlung der Zucker in Zuckeralkohole. Zur Herstellung des Raneykatalysators und der für die Hydrierung verwendeten Zuckerlösung wird gemäss der vorliegenden Erfindung demnach vorzugsweise destilliertes, totalentsalztes oder Na/K-ausgetauschtes Wasser verwendet.



   Der unter Ausschluss von Erdalkalimetallionen hergestellte und angewandte hochaktive Raneykatalysator neigt aber dazu, neben Zuckeralkoholen in erheblichem Masse die Bildung von Glukonsäure zu begünstigen, so dass diese im Endprodukt bis zu 20   O/o    vorhanden ist.



  Die Entfernung solcher Mengen von Glukonsäure bei der Reindarstellung von Zuckeralkoholen erfordert demgemäss erheblichen Aufwand.



   Die oxydativen Einflüsse bei der Hydrierung der Zucker, die die Bildung der Glukonsäure begünstigen, sind besonders bei geringen Drücken bemerkbar. Bei Hochdruckhydrierung sind diese Einflüsse wegen sehr hoher   Wasserstoffkonzentration    kaum bemerkbar.



   Da die Niederdruckhydrierung schon apparativ grosse Vorteile gegenüber der Hochdruckhydrierung bietet, wurde versucht, diese oxydativen Einflüsse zu beseitigen und man hat überraschenderweise gefunden, dass man diesen Nachteil mit der Regelung der Temperatur durch die ganze Hydrierung beseitigen kann.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass man Wasserstoff auf wässerige Zuckerlösungen, die praktisch frei von Erdalkalimetallionen sind, einwirken lässt, indem man die Reaktion unter 50   OC    einleitet und die Temperatur stufenweise oder kontinuierlich mit abnehmendem Zuckergehalt auf höchstens 90   OC    erhöht.



   Es wurde nun gefunden, dass die Bildung von Glukonsäure zu Gunsten des Zuckeralkohols stark zurückgedrängt werden kann, wenn man die Hydrierung bei Temperaturen unter 50   "C    beginnt und sie stufenweise oder kontinuierlich mit abnehmendem Zuckergehalt bis zu einem unter 90   OC,    vorzüglich unter 70   OC    liegenden Maximum ansteigen lässst.



   Die Hydriergeschwindigkeit kann günstig beeinflusst werden, wenn man der Zuckerlösung soviel eines nichtionogenen, anionogenen oder kationogenen Netzmittels beigibt, dass die Durchsetzung der Hydrierlösung mit feinsten Wasserstoffblasen ein Maximum erreicht, ohne dass schon störender Oberflächenschaum im Hydrierautoklav auftritt.



   Frisch aus der Legierung zubereiteter Katalysator verliert einen Teil seiner Aktivität beim ersten Hydriereinsatz. Bei weiterer Verwendung bleibt die Restaktivität weitgehend erhalten oder kann durch Zusatz klein ster Mengen neuen Katalysators stabilisiert werden. Für die folgenden Beispiele wurde ein mehrfach gebrauchter Katalysatorschlamm, der durch Zersetzen einer auf bekannte Weise erschmolzenen und pulverisierten Nickel Aluminiumlegierung im Verhältnis 1:1 mit praktisch erdalkalimetallionenfreier Natronlauge und Auswaschen des überschüssigen Alkalis mit destilliertem, entsalztem oder Na/K-ausgetauschtem Wasser zubereitet worden war, verwendet.



   Beispiel 1 in eine   400/obige    wässrige   Lösung    von 180 g   Irl, vert-    zucker, deren Erdalkalimetallionen durch Natriumionen ausgetauscht wurden, verbringt man 45 g des vorerwähnten Raneykatalysatorschlammes. Man setzt 2 Tropfen einer handelsüblichen Alkylsulfonatlösung, beispielsweise Teepol (Handelsname) zu und bringt in einer Hydrierschüttelmaschine zur Reaktion mit Wasserstoff unter einem Überdruck von ca. 50 cm Wassersäule bei einer Temperatur von 65   OC.    Zur Neutralisation der neben den Zuckeralkoholen Mannit und Sorbit entstehenden Glukonsäure bzw.

   zur Aufrechterhaltung eines leicht alkalischen Milieus (pH 9) lässt man mittels eines automatischen Titrators mit  weichem  Wasser zubereitete   100/oige    Natronlauge zudosieren, bis die Wasserstoffaufnahme beendet ist. Verbraucht werden 127   ccm    1 n NaOH entsprechend der Bildung von   24,9g      Glukon-    säure = 13,8   o/o.   



   Beispiel 2
Das Vorgehen entspricht in allen Teilen den Angaben in Beispiel 1, nur wird die Temperatur wie folgt gesteuert:   
30 OC bis zur Aufnahme von 45 45 /o des Wasserstoffes       35 0C bis    zur Aufnahme von   500/0    des Wasserstoffes
40   "C    bis zur Aufnahme von 55   Olo    des Wasserstoffes    45 0C bis    zur Aufnahme von   600/0 des Wasserstoffes   
50   OC    bis zur Aufnahme von   700/0    des Wasserstoffes
55   OC    bis zur Aufnahme von 800/0 des Wasserstoffes
60   "C    bis zur Aufnahme von 900/0 des Wasserstoffes
65   OC    bis zur Aufnahme von   1000/0    des Wasserstoffes Verbraucht 

  werden 15,5   ccm    1 n NaOH entsprechend der Bildung von nur 3,1 g Glukonsäure   =      1,70/0    gegen   13,80/o    in Beispiel 1.



  



  Process for the production of sugar alcohols by means of catalytic hydrogenation
The invention relates to a process for the production of sugar alcohols by means of catalytic hydrogenation, a Raney nickel catalyst being used as the catalyst.



   It is known that the catalytic reduction of sugars with the aid of highly active Raney catalysts takes place even at low pressures and moderately elevated temperatures. However, the reaction time required is very considerable and increases sharply as the hydrogenation continues, so that the process cannot be completed within a useful period. The hydrogenation is normally stopped after 90% of the sugar used has been reduced. It has been found that at least 10% unreduced sugar is still present after 24 hours.

   In a further 12 hours the content of non-reduced sugar drops by a maximum of 5%. It is therefore not possible to achieve the maximum level of 0.10% reducing sugar required for a commercial sorbitol syrup, for example. If, as is necessary for economical operation, the used catalyst is used for a further hydrogenation, the residual sugar content can no longer be reduced to 10% in 24 hours.



   The hydrogenation can, however, be accelerated quite considerably if it is ensured that no alkaline earth metal ions are present either during the preparation of the catalyst or in the hydrogenation solution used.



  These act as pronounced catalyst poisons, delay the hydrogenation reaction and make a smooth complete conversion of the sugars into sugar alcohols impossible. To produce the Raney catalyst and the sugar solution used for the hydrogenation, according to the present invention, therefore, preferably distilled, totally demineralized or Na / K-exchanged water is used.



   The highly active Raney catalyst produced and used with the exclusion of alkaline earth metal ions, however, tends to favor the formation of gluconic acid to a considerable extent in addition to sugar alcohols, so that up to 20% of this is present in the end product.



  The removal of such amounts of gluconic acid in the pure preparation of sugar alcohols accordingly requires considerable effort.



   The oxidative effects during the hydrogenation of the sugars, which favor the formation of gluconic acid, are particularly noticeable at low pressures. In the case of high-pressure hydrogenation, these influences are hardly noticeable because of the very high hydrogen concentration.



   Since low-pressure hydrogenation already offers great advantages over high-pressure hydrogenation in terms of apparatus, attempts have been made to eliminate these oxidative influences and, surprisingly, it has been found that this disadvantage can be eliminated by regulating the temperature throughout the hydrogenation.



   The process according to the invention is characterized in that hydrogen is allowed to act on aqueous sugar solutions that are practically free of alkaline earth metal ions by initiating the reaction below 50 ° C. and increasing the temperature gradually or continuously with decreasing sugar content to a maximum of 90 ° C.



   It has now been found that the formation of gluconic acid can be strongly suppressed in favor of the sugar alcohol if the hydrogenation is started at temperatures below 50 ° C. and it is gradually or continuously with decreasing sugar content down to below 90 ° C., preferably below 70 ° C. Increase the maximum.



   The rate of hydrogenation can be influenced favorably if the sugar solution is added so much of a nonionic, anionogenic or cationogenic wetting agent that the permeation of the hydrogenation solution with extremely fine hydrogen bubbles reaches a maximum without the occurrence of disruptive surface foam in the hydrogenation autoclave.



   Catalyst freshly prepared from the alloy loses part of its activity when it is first used. With further use, the residual activity is largely retained or can be stabilized by adding very small amounts of new catalyst. For the following examples, a catalyst sludge that was used several times was prepared by decomposing a nickel-aluminum alloy melted and pulverized in a known manner in a ratio of 1: 1 with sodium hydroxide solution practically free from alkaline earth metal ions and washing out the excess alkali with distilled, deionized or Na / K-exchanged water , used.



   Example 1 45 g of the aforementioned Raney catalyst sludge are placed in a 400% above aqueous solution of 180 g of Irl sugar, the alkaline earth metal ions of which have been exchanged for sodium ions. Two drops of a commercially available alkyl sulfonate solution, for example Teepol (trade name), are added and reacted with hydrogen in a hydrogenation shaker under an overpressure of about 50 cm water column at a temperature of 65 ° C. To neutralize the gluconic acid or gluconic acid formed in addition to the sugar alcohols mannitol and sorbitol.

   To maintain a slightly alkaline environment (pH 9), 100% sodium hydroxide solution prepared with soft water is added using an automatic titrator until the hydrogen uptake has ceased. 127 ccm of 1N NaOH are consumed, corresponding to the formation of 24.9 g of gluconic acid = 13.8 o / o.



   Example 2
The procedure corresponds in all parts to the information in Example 1, only the temperature is controlled as follows:
30 OC to the absorption of 45 45 / o of the hydrogen 35 0C to the absorption of 500/0 of the hydrogen
40 "C until the absorption of 55% of the hydrogen, 45 ° C. to the absorption of 600/0 of the hydrogen
50 OC until the absorption of 700/0 of the hydrogen
55 OC until the absorption of 800/0 of the hydrogen
60 "C until the absorption of 900/0 of the hydrogen
65 OC consumed until 1000/0 of the hydrogen is absorbed

  15.5 ccm 1N NaOH corresponding to the formation of only 3.1 g gluconic acid = 1.70 / 0 against 13.80 / 0 in example 1.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Zuckeralkoholen mittels katalytischer Hydrierung, wobei als Katalysator Raneynickelkatalysator verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass man Wasserstoff auf wässerige Zuckerlösungen, die praktisch frei von Erdalkalimetallionen sind, einwirken lässt, indem man die Reaktion unter 50 OC einleitet und die Temperatur stufenweise oder kontinuierlich mit abnehmendem Zuckergehalt auf höchstens 90 "C erhöht. PATENT CLAIM Process for the production of sugar alcohols by means of catalytic hydrogenation, wherein Raney nickel catalyst is used as the catalyst, characterized in that hydrogen is allowed to act on aqueous sugar solutions which are practically free of alkaline earth metal ions by initiating the reaction below 50 ° C and adjusting the temperature gradually or continuously increased to a maximum of 90 "C with decreasing sugar content. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man Wasserstoff beim gewöhnlichen Druck einwirken lässt. SUBCLAIMS 1. The method according to claim, characterized in that hydrogen is allowed to act at normal pressure. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuckerlösung ein pH 7 bis 11,5 aufweist. 2. The method according to claim, characterized in that the sugar solution has a pH 7 to 11.5. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man der Zuckerlösung ein ionogenes oder nichtionogenes Netzmittel zusetzt in einer Menge, dass die Durchsetzung der Zuckerlösung mit feinsten Wasserstoffblasen ein Maximum erreicht, ohne dass ein störender Oberflächenschaum auftritt. 3. The method according to claim, characterized in that an ionic or non-ionic wetting agent is added to the sugar solution in an amount such that the permeation of the sugar solution with extremely fine hydrogen bubbles reaches a maximum without a disturbing surface foam occurring. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen 30-70 "C hydriert. 4. The method according to claim, characterized in that between 30-70 "C is hydrogenated.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0004720A1 (en) * 1978-03-30 1979-10-17 Ici Americas Inc. Production of high mannitol content solutions from glucose
EP0116634A1 (en) * 1982-08-20 1984-08-29 Cetus Corporation Process for the production of mannitol and sorbitol

Cited By (3)

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EP0004720A1 (en) * 1978-03-30 1979-10-17 Ici Americas Inc. Production of high mannitol content solutions from glucose
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