Procédé de résolution de mélanges épimériques de tocophérols et dérivés
La présente invention a pour objet un procédé de résolution de mélanges épimériques de tocophérols ou de certains dérivés de ceux-ci. Ces mélanges sont utilisables comme complément ajouté aux fourrages pour compenser une teneur insuffisante en vitamine E. Ils sont également utilisables comme antioxydants ajoutés aux matières grasses telles que le saindoux et le suif.
L'a-tocophérol est un composé bien connu représenté par la formule générale suivante :
EMI1.1
Les atomes de carbone en position 2, 4'et 8'sont asymétriques. Par conséquent l'a-tocophérol peut exister sous la forme de huit isomères optiques différents.
L'a-tocophérol synthétisé par la condensation de la triméthylhydroquinone et du phytol naturel est un mélange de dia-stéréo-isomères. Le mélange est racémique, dans la plupart des solvants il présente une rotation spécifique égale à zéro ; c'est pour cette raison que l'on a appelé cette matière synthétique le dl-a-tocophérol.
(L'a-tocophérol que l'on trouve dans la nature est appelé d-a-tocophérol à cause de la faible rotation dextro observée dans la plupart des solvants.) Ce mélange consiste en deux dia-stéréo-isomères ou épimères, leur rapport en poids étant de 50 : 50 et on les identifie ici comme le 2 d, 4'd, 8'd-a-tocophérol (ou l'épimère 2 d), et le 2 1, 4'd, 8'd-a-tocophérol, (ou l'épimère 2 1). Pour des raisons pratiques, le dl-a-tocophérol tel que celui préparé à partir de la triméthylhydroquinone et du phytol naturel, qui consiste en ces deux épimères (leur rapport en poids étant de 50 : 50) est appelé ici le 2 dl-atocophérol.
Avant de continuer il est à noter que les dia-stéréoisomères dont la configuration ne diffère qu'en un centre ou atome de carbone asymétrique sont parfois appelés épimères. L'expression epimère provient de la chimie physique des sucres, et était définie comme représentant des sucres dont la configuration à l'un des atomes de carbone était différente, par exemple le glucose et le mannose. Comme utilisé ici, epimère signifie un diastéréo-isomère qui diffère d'un autre dia-stéréo-isomère sur un seul atome de carbone asymétrique, et matière epimère) > signifie une matière qui consiste essentiellement en deux dia-stéréo-isomères qui sont des épimères.
L'a-tocophérol et ses esters présentent l'activité de la vitamine E. Cependant l'activité de la vitamine E varie suivant le ou les isomères optiques dont il s'agit. Ce fait est indiqué dans le National Formulary , lle édition, page 459, où l'on donne les équivalences suivantes :
1 mg de d-a-tocophérol = 1, 49 unité internationale
de vitamine E
1 mg de dl-a-tocophérol =1. 1 unité internationale
de vitamine E
1 mg d'acétate de d-a-tocophéryle = 1. 36 unité inter
nationale de vitamine E
1 mg d'acétate de dl-a-tocophéryle = 1, 0 unité inter
nationale de vitamine E.
Ainsi le dl-a-tocophérol n'a qu'environ 73, 8 /o de l'activité biologique d'une quantité égale en poids de d-a-tocophérol, tandis que l'acétate de dl-a-tocophéryle n'a que 73, 5 0/o de l'activité biologique d'une quantité égale d'acétate de d-a-tocophéryle. La raison de ces différence d'activité biologique est la présence dans la matière synthétique de l'isomère 1. ainsi que de son ester acétique. A cet égard, on a déjà établi que le 1-a-tocophérol et son ester acétique ont des activités biologiques moindres que le d-a-tocophérol et son ester acétique.
Ainsi, l'un des problèmes qui se présente par suite de ces différences est celui de la séparation de l'épimère 2 d de l'épimère 21 du 2 dl-a-tocophérol et de ses esters.
L'une des solutions de ce problème est rapportée dans le brevet USA No 3153053. Il est divulgué dans ce brevet que les composés de pipérazine, la pipérazine et les pipérazines C-méthyl et C-éthyl substituées réagissent avec les 6-chromanols en absence d'eau pour former des complexes cristallisables. Le procédé de séparation dé- crit dans ce brevet est basé sur le fait qu'à la température de cristallisation une plus grande partie du complexe de pipérazine de l'un des épimères cristallise, par rapport au complexe de pipérazine de l'autre épimère.
Cependant, la différence des quantités cristallisées n'est pas aussi grande qu'on le désire, et il en résulte que les rendements lors de chaque étape de cristallisation ne sont pas aussi élevés qu'on le désire et qu'il faut utiliser un plus grand nombre d'étapes de cristallisation afin d'obtenir un produit pratiquement pur.
Une autre solution de ce problème est rapportée dans le brevet USA N 2215398. Le procédé de séparation divulgué ici exige l'estérification des épimères avec un acide à activité optique tel que l'acide 3-bromo-d-camphre-sulfonique. Un désavantage de ce procédé est que les acides à activité optique sont généralement coûteux.
Par conséquent un procédé de résolution du 2 dl-a- tocophérol et de ses esters qui évite ces désavantages est nécessaire.
Nous avons trouvé que les épimères 2 d et 21 du 2 dl t-tocophérol. les esters cristallisables du 2 dl-a-tocophé- rol et certains acides sans activité optique, et des sels cristallisables de 1'ester succinique du 2 dl-a-tocophérol ont des solubilités substantiellement différentes dans leurs solvants et qu'on peut conduire une cristallisation frac tionnée à partir des solutions dans leurs solvants.
Dans la plupart des cas l'épimère 2 d de ces matières est moins soluble que l'épimère 21 dans les solvants de ces matiè- res, et pour cette raison, dans les conditions de cristal sation, l'épimère 2 d tend à être concentré dans la fraction insoluble, particulièrement lorsque les solutions sont ensemencées avec un ou plusieurs cristaux de l'épimère 2 d de la matière dont il s'agit. La seule exception à cela semble être dans le cas des esters succiniques 2 d et 21. dans lesquels l'épimère 21 se cristallise préférentiellement.
La présente invention permet l'obtention, à partir de matière épimérique choisie parmi un groupe de matières épimériques, appelé désormais le groupe indiqué) > , un produit dans lequel le rapport en poids d'un des épimè- res à l'autre est substantiellement supérieur au rapport en poids dudit épimère à l'autre dans ladite matière épimérique.
Le groupe indiqué est le suivant :
1) des mélanges de 2 d-a-tocophérol et de 2 I-atocophérol ;
2) des mélanges épimériques d'esters cristallisables d'un ester de 2 d-a-tocophérol avec un acide optiquement inactif, et d'un ester cristallisable du 21-n-tocophérol et dudit acide ;
3) des mélanges épimériques d'un sel cristallisable d'une base et d'un ester succinique du 2 d-a-tocophérol. et un sel cristallisable de ladite base et d'un ester succinique du 21-a-tocophérol.
L'acide optiquement inactif peut être un acide carboxylique aliphatique saturé ayant de 1 à 24 atomes de carbone par molécule, et de préférence 2 à 18 atomes de carbone, par exemple l'acide acétique, 1'acide palmitique ou l'acide stéarique. Il peut aussi être un acide gras non saturé tel que l'acide éladique (C8H7CH : CH (CH2)
COOH, l'acide cis-érucique (CHg s (CH ;,) 7 CH :
CH (CHg
COOH) ou l'acide brassidique (l'acide trans-érucique) ; un acide substitué ou non substitué de la série du benzène tel que l'acide benzoïque ou l'acide p-(phénylazo)- benzoïque (disponible sous la forme de son chlorhydrate) ; ou un acide dicarboxylique aliphatique ou aromatique, particulièrement l'acide succinique, qui, contrairement à certains acides dicarboxyliques ne donne pas naissance à un mélange indésirable de mono-et de diesters.
Les sels cristallisables, esters succiniques des 2 d-et 21-a-tocophérols sont obtenus par la neutralisation des esters succiniques acides avec des bases inorganiques et organiques. Des exemples de bases organiques comprennent la pipérazine, la morpholine et l'éthanolamine.
Le procédé comprend la dissolution du mélange épimérique (dit aussi matière épimérique ) dans un solvant ; la modification de la température de ladite solution jusqu'à une température à laquelle il précipite sous forme de solides cristallins, une quantité importante d'un mélange des épimères dans lequel les proportions relatives de ces derniers sont autres que dans le mélange restant en solution ; et la séparation des solides cristallins de la liqueur mère obtenue.
Les solides ainsi obtenus comprennent généralement l'un desdits épimères dans un rapport plus élevé en poids à l'autre épimère. Selon les formes d'exécution préférées du procédé, le stade de modification de la température inclut aussi l'ensemencement de la solution avec un ou plusieurs cristaux de l'épimère dont une plus grande partie en poids cristallise dans les solides cristallins précipités par la suite.
Le solvant, dit ((de cristallisation , est liquide aux températures dont il est question pour la pratique du présent procédé, et est inerte envers les matières du groupe indiqué dans les conditions dont il est question dans la pratique du présent procédé, et à une certaine température, il dissout des quantités importantes desdites matières, et à une température différente (la température de cristallisation), il laisse cristalliser des quantités importantes desdites matières. Le solvant peut être un composé ou un mélange de composés.
Des exemples d'un solvant de cristallisation comprennent : le méthanol, 1'méthanol, l'acétone, l'isooctane, l'hexane, l'iso- propanol, la méthyléthylcétone, les esters formiques inférieurs, le diméthoxyéthane et l'acétonitrile.
La répétition du processus ci-dessus avec les solides cristallins permet d'obtenir un produit cristallin qui consiste essentiellement en l'un des deux dits épimères, substantiellement exempt de l'autre épimère.
Le procédé suivant la présente invention est utile pour la séparation de l'épimère 2 d de l'épimère 21 lors de la conversion chimique de l'épimère 21 en épimère 2 d dans les conditions dans lesquelles on obtient un mélange épimérique. L'un des procédés pour la conduite d'une telle conversion chimique comprend les stades suivants :
l'oxydation du 21-a-tocophérol en tocoquinone correspondante, la réduction de la 21-a-tocoquinone en hydroquinone correspondante, puis la cyclisation de la 21-a- tocohydroquinone dans des conditions dont résulte la formation de l'épimère 21. Ces conditions sont telles qu'une proportion importante de la 2 I-a-tocohydroqui- none est aussi convertie en une quantité substantielle de l'épimère 21. Le mélange d'épimère 2 d et 21 obtenu est soumis à une cristallisation fractionnée selon le procédé de la présente invention afin d'en séparer l'épimère 2 d.
L'épimère 21 restant est de préférence recyclé à travers le processus de conversion chimique.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Exemple 1 :
Le présent exemple illustre l'isolement, conformément à une forme d'exécution particulière d'un procédé selon la présente invention, de l'acétate de 2d-a-toco- phéryle d'un concentrat d'acétate de 2 dl-a-tocophéryle.
Il illustre également la séparation de l'épimère 21 du concentrat.
On dissout 102 g d'un concentrat d'acétate de 2 dl- a-tocophéryle préparé en faisant réagir, avec la pyridine comme catalyseur, le 2 dl-a-tocophérol (prépare, par exemple, par condensation de la triméthylhydroquinone et du phytol naturel, suivie de la distillation du condensat dans un distillateur moléculaire) et de l'anhydride acétique, ayant une pureté d'environ 98 10/e, dans 500 ml d'éthanol de 20 à 250 C. On modifie la température de la solution obtenue jusqu'à-20 C puis on maintient la solution à cette température pendant 72 heures. Pendant ce temps des solides cristallins pricipitent de la solution.
On sépare les solides cristallins de la liqueur mère par filtration et on en sépare le solvant résiduel sous pression réduite, à 5O C. Une quantité typique de fraction cristalline obtenue ainsi est 88, 3 g. Typiquement elle est enrichie en épimère 2 d, un rapport en poids typique de l'épimère 2 d par rapport à l'épimère 21 étant 51 : 49.
On dissout la fraction cristalline dans 440 ml d'éthanol à 20-250 C, puis on refroidit la solution obtenue jusqu'à -200 C. On l'ensemence alors avec des cristaux d'acétate de 2d-a-tocophéryle et on maintient la solution ense mencée à cette température pendant 10 jours. Pendant ce temps des solides cristallins précipitent. On filtre les solides cristallins de la liqueur mère et on en sépare le solvant résiduel sous presion ambiante réduite à 5O C.
Une quantité typique de solides cristallins ainsi obtenue est 39. 9 g typiquement les solides cristallins ont un rapport en poids de l'épimère 2 d par rapport à l'épimère 21 de 64 : 36. On répète le procédé afin de concentrer encore l'épimère 2 d. Le tableau suivant résume les conditions et les données typiques obtenues lorsque l'on répète ce procédé de cristallisation fractionnée (dissolution à 20-250 C, cristallisation à-200 C, filtration et séparation du solvant sous vide à 50 C).
Valeur
de la rotation
spécifique à Pureté optique
Poids en g Poids en g ( [a] D (10/o en poids)
Volume en de solides Temps de de solides des solides des solides
Stade de millilitres cristallins cristallisation cristallins cristallins cristallins cristallisation d'éthanol dissous en heures obtenus obtenus obtenus
3 240 39, 9 192 18, 9 +2, 50 87
4 94 18, 9 24 15. +2, 830 93
5 80 15, 2 24 12, 2-E-3, 11 98
6 58 12, 2 120 8, 9 +3, 20t) 100
Typiquement, le produit final des solides cristallins fond de 27 à 280 C.
Cela, ainsi que la valeur typique obtenue pour sa rotation spécifique indique que ce produit est identique à l'acétate d'a-tocophéryle obtenu à partir de l'c-tocophérol naturel. De plus, le produit cristallin présente typiquement la même activité biologique que l'acétate d'a-tocophéryle naturel, tel que déterminé par l'essai standard d'antistérilité chez le rat.
Les filtrats qui résultent de tous les stades de cristallisation précédents sont réunis. On en enlève une partie ou la totalité du solvant sous pression réduite, à 5 C. Il n'est pas nécessaire d'enlever tout le solvant ; on en enlève suffisamment pour que lors de la diminution importante de la température de la solution une quantité importante de matière cristalline dissoute précipite. Cependant, pour les besoins de la démonstration de la présente forme d'exécution du procédé selon la présente invention, on préfère enlever tout le solvant. Dans ce cas, le résidu est de l'acétate d'a-tocophéryle, une quantité typique est 48 g.
Cette matière consiste essentiellement en acétate de 2d-a-tocophéryle et en acétate de 21-a-tocophéryle, le rapport en poids étant typiquement 40 : 60. On dissout cette matière dans 150 ml d'éthanol. On refroidit la solution obtenue jusqu'à-200 C, et on ensemence la solution refroidie avec des cristaux d'acétate de 2 1-a-tocophéryle.
On garde alors la solution ensemencée à-200 C pendant 24 heures. Pendant ce temps des solides cristallins préci- pitent de la solution. On filtre les solides cristallins pour obtenir un produit riche en épimère 21. Une quantité typique de produit ainsi obtenu est 22 g. Une rotation spécifique typique du produit est [a] D =-0, 600, ce qui indique une pureté optique de 72 ID/o en poids de l'épi- mère 21. On répète encore quatre fois le processus de cristallisation fractionnée.
Le tableau suivant indique les quantités de solvant et de solides dissous, les temps de cristallisation, les quantités typiques de solides cristallins obtenus, la rotation spécifique des solides obtenus et les puretés optiques typiques des solides obtenus.
Valeur
de la rotation
spécifique à Pureté optique
Poids en g Poids en g ([α]25 D) (% en poids)
Volume en de solides Temps de de solides des solides des solides
Stade de millilitres cristallins cristallisation cristallins cristallins cristallins cristallisation d'éthanol dissous en heures obtenus obtenus obtenus
2 110 22 72 10-1, 670 92
3 50 10 72 6, 8-1, 89 96
4 33 6, 8 120 6, 0-1, 940 97
5 15 6, 0 48 5, 3-2, Oo 100
La valeur de la rotation spécifique du produit du cinquième stade de cristallisation, soit-20, n'est pas modifiée par des cristallisations ultérieures. Typiquement, le point de fusion du produit du cinquième stade de cristallisation est 22-23o C.
Ce produit consiste essentiellement en acétate de 2 I-a-tocophéryle.
Exemple 2 :
Cet exemple illustre la préparation selon une forme d'exécution particulière d'un procédé selon la présente invention d'un concentrat de 2d-a-tocophérol à partir d'une matière comprenant du 2 d-a-tocophérol et du 21- a-tocophérol, le rapport en poids étant 78 : 22.
On dissout 8, 2 g d'une matière qui consiste essentiellement en 2 d-a-tocophérol et en 21-a-tocophérol, le rapport en poids étant de 78 : 22, dans 75 ml de méthanol puis on refroidit la solution obtenue jusqu'à-200 C. On ajoute un cristal d'ensemencement de 2 d-a-tocophérol à la solution refroidie et on maintient la solution ensemencée à-200C pendant quatre jours. Pendant ce temps des solides cristallins précipitent. On sépare les solides cristallins de la liqueur mère à +5 C. On laisse fondre les solides cristallins puis on sépare le solvant résiduel sous vide à 20-250 C.
On obtient un concentrat de 2 d-a- tocophérol dans lequel le rapport en poids de l'épimère 2 d par rapport à l'épimère 2 1 est 94 : 6. Une quantité typique de concentrat ainsi obtenu est 4, 0 g.
On obtient des résultats similaires dans le cas du palmitate de 2 dl-a-tocophéryle, le solvant de cristallisa tion étant l'acétone, le rapport volumétrique de solvant par rapport au palmitate étant de 20 : 1 et la température de cristallisation étant 5O C ; du benzoate de 2 dl-a-tocophéryle lorsque le solvant de cristallisation est l'éthanol dans un rapport volumétrique de 6 : 1 et une température de cristallisation de-200 C : et du p-phénylazobenzoate de 2 dl-a-tocophéryle lorsque le solvant de cristallisation est l'iso-octane, le rapport volumétrique étant 5 : 1 et la température de cristallisation 50 C.
Dans le cas du succinate acide de dl-a-tocophéryle, le solvant de cristallisation étant l'hexane, le rapport volumétrique du solvant par rapport à 1'ester succinique étant 15 : 1 et la température de cristallisation 50 C, on obtient des solides cristallins dans lesquels le rapport en poids de l'épimère 21 par rapport à l'épimère 2 d est supérieur à celui avant la cristallisation.
Exemple 3 :
Cet exemple illustre une forme d'éxécution particulière du procédé pour convertir le 21-a-tocophérol en 2 d-a-tocophérol qui utilise une forme d'exécution particulière d'un procédé de cristallisation fractionnée de la présente invention.
On oxyde 4, 87 g de 2 1-a-tocophérol ayant une pureté de 100 /o, d'après l'essai Emmerie-Engel) y, ayant une valeur d'absorption lumineuse typique E (1 /o, 1 cm, iso-octane) (292Z) = 73, 9, avec du chlorure ferrique dans un système de solvant à 2 phases selon le procédé et les conditions divulguées dans le brevet USA Nn 2856414. On obtient un produit qui consiste essentiellement en 21-a-tocoquinone. Une quantité typique de produit est 5, 04g. Une valeur d'absorption lumineuse typique est E (1 /o, 1 cm. iso-octane) (269) i) = 409.
Une valeur typique de la rotation spécifique du produit est [a] D =-1, 640 (iso-octane, C = 10).
La 2 I-a-tocoquinone produite est dissoute dans 55 ml d'éther isopropylique dans un entonnoir à robinet puis mélangé avec 2, 5 g d'hydrosulfite de sodium dans 50 ml d'eau à 20-25 C pendant 30 minutes.
On soutire la phase aqueuse et l'abandonne, puis on mélange encore trois fois le résidu avec des solutions aqueuses d'hydrosulfite de sodium fraîches. On lave la solution d'éther isopropylique obtenue avec trois portions de 20 ml d'eau la sèche au sulfate de sodium anhydre, la filtre et la dilue avec 55 ml additionnels d'éther isopropylique.
On additionne 5, 0 g de chlorure de zinc fondu et 1, 0 g de poudre de zinc à la solution d'éther isopropylique et on chauffe à reflux le mélange obtenu pendant 24 heures au bain marie bouillant. On ajoute avec précaution 2 ml d'acide chlorhydrique concentré au mélange réactionnel obtenu et continue le chauffage au reflux pendant encore 4 heures. On verse le mélange ainsi obtenu sur de la glace, on sépare la couche éthérée, on lave trois fois à l'eau, sèche au sulfate de sodium, filtre puis enlève l'éther isopropylique par distillation sous vide. Le produit qui reste consiste essentiellement en 2 d-a-tocophérol et en 21-a-tocophérol.
On estérifie le produit en le faisant réagir avec de l'anhydride acétique, avec de la pyridine comme catalyseur. Une quantité typique d'ester acétique, produit obtenu, est 5, 5 g, une valeur typique de l'absorption lumi
Valeur
de la rotation
spécifique à Pureté optique
Poids en g Poids en g ([a] D ) ( /o en poids)
Volume en de solides Temps de de solides des solides des solides
Stade de millilitres cristallins cristallisation cristallins cristallins cristallins cristallisation d'éthanol dissous en heures obtenus obtenus obtenus
1 5 5, 50 120 3, 06-2, 83 93
2 5 3, 06 24 2, 47-3, llo 98
3 5 2, 47 24 2, 24-3, 200 100 neuse de 1'ester produit est E (1 ()/o, 1 cm, éthanol) (283 ) = 42,1,
et une valeur typique de la rotation spécifique est [α]25 D = ) 1,81 (éthanol, C = 10). D'après la valeur de la rotation spécifique, il est clair que le rapport en poids de l'épimère 2d à l'épimère 21 est 73 : 27.
On soumet alors le produit à une distillation fractionnée, conformément au procédée selon la présente invention, chaque stade de cristallisation étant conduit à -200 C ; le nombre de stades de cristallisation, les autres conditions de cristallisation et les données typiques sont résumés dans le tableau suivant :
Le produit cristallin obtenu par le procédé de cristallisation fractionnée consiste essentiellement en acétate de 2 d-a-tocophéryle.
On réunit les filtrats des stades de cristallisation, on en sépare le solvant par évaporation sous vide, on saponifie le résidu selon le procédé décrit dans National Formulary , l le édition, page 378, puis on répète le procédé de conversion sur la matière obtenue, le 21-a- tocophérol, soit seule, soit additionnée de 2 1-a-tocophé- rol. Par ce recyclage, associé au procédé de cristallisation fractionnée de la présente invention, on convertit le 21-a-tocophérol en 2 d-a-tocophérol.
Method for resolving epimeric mixtures of tocopherols and derivatives
The subject of the present invention is a process for the resolution of epimeric mixtures of tocopherols or of certain derivatives thereof. These mixtures can be used as a supplement added to forages to compensate for an insufficient content of vitamin E. They can also be used as antioxidants added to fats such as lard and tallow.
Α-tocopherol is a well-known compound represented by the following general formula:
EMI1.1
The carbon atoms in position 2, 4 'and 8' are asymmetric. Therefore α-tocopherol can exist as eight different optical isomers.
The α-tocopherol synthesized by the condensation of trimethylhydroquinone and natural phytol is a mixture of dia-stereoisomers. The mixture is racemic, in most solvents it has a specific rotation equal to zero; it is for this reason that this synthetic material was called dl-α-tocopherol.
(The naturally occurring α-tocopherol is called da-tocopherol because of the low dextro rotation seen in most solvents.) This mixture consists of two dia-stereoisomers or epimers, their ratio is weight being 50:50 and they are identified here as 2 d, 4'd, 8'da-tocopherol (or 2 d epimer), and 2 1, 4'd, 8'da-tocopherol, ( or the epimer 2 1). For practical reasons, dl-a-tocopherol such as that prepared from trimethylhydroquinone and natural phytol, which consists of these two epimers (their weight ratio being 50:50) is referred to herein as 2 dl-atocopherol .
Before continuing it should be noted that dia-stereoisomers whose configuration differs only in an asymmetric carbon center or atom are sometimes called epimers. The term epimer derives from the physical chemistry of sugars, and was defined as representing sugars that differed in configuration at one of the carbon atoms, for example glucose and mannose. As used herein, epimer means a diastereomer which differs from another dia-stereoisomer on a single asymmetric carbon atom, and epimer material)> means material which consists essentially of two dia-stereoisomers which are epimers.
Α-tocopherol and its esters exhibit the activity of vitamin E. However, the activity of vitamin E varies according to the optical isomer (s) in question. This fact is stated in the National Formulary, 1st Edition, page 459, where the following equivalences are given:
1 mg d-a-tocopherol = 1.49 international units
vitamin E
1 mg dl-a-tocopherol = 1. 1 international unit
vitamin E
1 mg d-a-tocopheryl acetate = 1.36 inter unit
national vitamin E
1 mg dl-a-tocopheryl acetate = 1.0 inter unit
national vitamin E.
Thus dl-a-tocopherol has only about 73.8 / o of the biological activity of an equal amount by weight of da-tocopherol, while dl-a-tocopheryl acetate has only 73.5% of the biological activity of an equal amount of da-tocopheryl acetate. The reason for these differences in biological activity is the presence in the synthetic material of the 1-isomer as well as of its acetic ester. In this regard, it has already been established that 1-α-tocopherol and its acetic ester have lower biological activities than d-α-tocopherol and its acetic ester.
Thus, one of the problems which arises as a result of these differences is that of the separation of the 2 d epimer from the 21 epimer from the 2 dl-α-tocopherol and its esters.
One of the solutions to this problem is reported in US Patent No. 3153053. It is disclosed in this patent that the piperazine compounds, piperazine and the substituted C-methyl and C-ethyl piperazines react with the 6-chromanols in the absence. of water to form crystallizable complexes. The separation process described in this patent is based on the fact that at the crystallization temperature a greater part of the piperazine complex of one of the epimers crystallizes, compared with the piperazine complex of the other epimer.
However, the difference in the amounts crystallized is not as large as desired, and as a result, the yields at each crystallization step are not as high as desired and more should be used. large number of crystallization steps in order to obtain a practically pure product.
Another solution to this problem is reported in US Patent No. 2215398. The separation process disclosed herein requires esterification of the epimers with an optically active acid such as 3-bromo-d-camphor-sulfonic acid. A disadvantage of this process is that the acids with optical activity are generally expensive.
Therefore a method of resolving 2 dl-α-tocopherol and its esters which avoids these disadvantages is necessary.
We found that the 2 d and 21 epimers of 2 dl t-tocopherol. crystallizable esters of 2 dl-α-tocopherol and certain acids without optical activity, and crystallizable salts of the succinic ester of 2 dl-α-tocopherol have substantially different solubilities in their solvents and can be effected. fractional crystallization from solutions in their solvents.
In most cases the 2d epimer of these materials is less soluble than the 21 epimer in the solvents of these materials, and for this reason, under crystallization conditions, the 2d epimer tends to be concentrated in the insoluble fraction, particularly when the solutions are seeded with one or more crystals of the 2 d epimer of the material in question. The only exception to this seems to be in the case of the 2d and 21 succinic esters in which the 21 epimer crystallizes preferentially.
The present invention makes it possible to obtain, from epimeric material chosen from a group of epimeric materials, henceforth called the group indicated)>, a product in which the ratio by weight of one of the epimers to the other is substantially greater than the weight ratio of said epimer to another in said epimeric material.
The indicated group is as follows:
1) mixtures of 2 d-α-tocopherol and 2 I-atocopherol;
2) epimeric mixtures of crystallizable esters of an ester of 2 d-α-tocopherol with an optically inactive acid, and of a crystallizable ester of 21-n-tocopherol and said acid;
3) epimeric mixtures of a crystallizable salt of a base and a succinic ester of 2 d-α-tocopherol. and a crystallizable salt of said base and a succinic ester of 21-α-tocopherol.
The optically inactive acid can be a saturated aliphatic carboxylic acid having 1 to 24 carbon atoms per molecule, and preferably 2 to 18 carbon atoms, for example acetic acid, palmitic acid or stearic acid. It can also be an unsaturated fatty acid such as eladic acid (C8H7CH: CH (CH2)
COOH, cis-erucic acid (CHg s (CH;,) 7 CH:
CH (CHg
COOH) or brassidic acid (trans-erucic acid); a substituted or unsubstituted acid of the benzene series such as benzoic acid or p- (phenylazo) - benzoic acid (available as its hydrochloride); or an aliphatic or aromatic dicarboxylic acid, particularly succinic acid, which, unlike certain dicarboxylic acids, does not give rise to an undesirable mixture of mono and diesters.
The crystallizable salts, succinic esters of 2 d-and 21-a-tocopherols are obtained by the neutralization of acidic succinic esters with inorganic and organic bases. Examples of organic bases include piperazine, morpholine, and ethanolamine.
The process comprises dissolving the epimeric mixture (also called epimeric material) in a solvent; modifying the temperature of said solution to a temperature at which it precipitates in the form of crystalline solids a substantial amount of a mixture of the epimers in which the relative proportions of the latter are other than in the mixture remaining in solution; and separating crystalline solids from the obtained mother liquor.
The solids thus obtained generally comprise one of said epimers in a higher ratio by weight to the other epimer. According to the preferred embodiments of the process, the step of modifying the temperature also includes seeding the solution with one or more crystals of the epimer, a greater part of which by weight crystallizes in the crystalline solids precipitated thereafter. .
The so-called crystallization solvent is liquid at temperatures considered in the practice of the present process, and is inert to the materials of the group indicated under the conditions used in the practice of the present process, and at a temperature. At a certain temperature, it dissolves large amounts of said materials, and at a different temperature (the crystallization temperature), it allows significant amounts of said materials to crystallize.The solvent may be a compound or a mixture of compounds.
Examples of a crystallization solvent include: methanol, methanol, acetone, isooctane, hexane, isopropanol, methyl ethyl ketone, lower formic esters, dimethoxyethane and acetonitrile.
Repeating the above process with the crystalline solids results in a crystalline product which consists essentially of one of the two said epimers, substantially free of the other epimer.
The process according to the present invention is useful for the separation of the 2 d epimer from the 21 epimer during the chemical conversion of the 21 epimer to the 2 d epimer under the conditions in which an epimer mixture is obtained. One of the methods for carrying out such a chemical conversion comprises the following steps:
oxidation of 21-α-tocopherol to the corresponding tocoquinone, reduction of 21-α-tocoquinone to the corresponding hydroquinone, then cyclization of 21-α-tocohydroquinone under conditions resulting in the formation of epimer 21. These These conditions are such that a significant proportion of the 2α-tocohydroquinone is also converted into a substantial amount of the epimer 21. The mixture of the 2d and 21 epimer obtained is subjected to fractional crystallization according to the method of present invention in order to separate the 2 d epimer.
The remaining 21 epimer is preferably recycled through the chemical conversion process.
The following examples illustrate the invention.
Example 1:
The present example illustrates the isolation, in accordance with a particular embodiment of a process according to the present invention, of 2d-a-toco-pheryl acetate from a concentrate of 2 dl-a- acetate. tocopheryl.
It also illustrates the separation of epimer 21 from the concentrate.
102 g of a 2 dl-α-tocopheryl acetate concentrate prepared by reacting, with pyridine as a catalyst, 2 dl-α-tocopherol (prepared, for example, by condensation of trimethylhydroquinone and phytol natural, followed by distillation of the condensate in a molecular distiller) and acetic anhydride, having a purity of approximately 98 10 / e, in 500 ml of ethanol from 20 to 250 C. The temperature of the solution is changed obtained down to -20 ° C. then the solution is maintained at this temperature for 72 hours. During this time crystalline solids predominate in the solution.
The crystalline solids are separated from the mother liquor by filtration and the residual solvent is separated therefrom under reduced pressure at 50 ° C. A typical amount of crystalline fraction thus obtained is 88.3 g. Typically it is enriched in 2d epimer, a typical weight ratio of 2d epimer relative to 21 epimer being 51:49.
The crystalline fraction is dissolved in 440 ml of ethanol at 20-250 C, then the solution obtained is cooled to -200 C. It is then seeded with crystals of 2d-a-tocopheryl acetate and the mixture is maintained the seeded solution at this temperature for 10 days. During this time crystalline solids precipitate. The crystalline solids are filtered from the mother liquor and the residual solvent is separated therefrom under ambient pressure reduced to 5O C.
A typical amount of crystalline solids thus obtained is 39. 9 g. Typically the crystalline solids have a 2 d epimer to epimer 21 weight ratio of 64:36. The process is repeated in order to further concentrate the. epimer 2 d. The following table summarizes the conditions and typical data obtained when this fractional crystallization process is repeated (dissolution at 20-250 C, crystallization at -200 C, filtration and separation of the solvent in vacuo at 50 C).
Value
of rotation
specific to Optical purity
Weight in g Weight in g ([a] D (10 / o in weight)
Volume to solids Time from solids to solids
Milliliters stage crystalline crystalline crystalline crystalline crystallization of ethanol dissolved in hours obtained obtained obtained
3 240 39, 9 192 18, 9 +2, 50 87
4 94 18, 9 24 15. +2, 830 93
5 80 15, 2 24 12, 2-E-3, 11 98
6 58 12, 2 120 8, 9 +3, 20t) 100
Typically, the final product of crystalline solids melts at 27-280C.
This, together with the typical value obtained for its specific rotation indicates that this product is identical to α-tocopheryl acetate obtained from natural α-tocopherol. In addition, the crystalline product typically exhibits the same biological activity as natural α-tocopheryl acetate, as determined by the standard rat anti-sterility assay.
The filtrates which result from all the preceding crystallization stages are combined. Part or all of the solvent is removed therefrom under reduced pressure at 5 ° C. It is not necessary to remove all of the solvent; enough is removed so that when the temperature of the solution drops significantly, a large amount of dissolved crystalline material precipitates. However, for the purposes of demonstrating the present embodiment of the process according to the present invention, it is preferred to remove all of the solvent. In this case, the residue is α-tocopheryl acetate, a typical amount is 48 g.
This material consists essentially of 2d-α-tocopheryl acetate and 21-α-tocopheryl acetate, the weight ratio being typically 40:60. This material is dissolved in 150 ml of ethanol. The resulting solution was cooled to -200 ° C., and the cooled solution was seeded with 2 1-α-tocopheryl acetate crystals.
The seeded solution is then kept at −200 ° C. for 24 hours. During this time crystalline solids precipitate from solution. The crystalline solids are filtered to obtain a product rich in epimer 21. A typical amount of product thus obtained is 22 g. A typical specific rotation of the product is [a] D = -0.600, indicating an optical purity of 72 ID / o by weight of epimer 21. The fractional crystallization process is repeated four more times.
The following table indicates the amounts of solvent and dissolved solids, the crystallization times, the typical amounts of crystalline solids obtained, the specific rotation of the solids obtained and the typical optical purities of the solids obtained.
Value
of rotation
specific to Optical purity
Weight in g Weight in g ([α] 25 D) (% by weight)
Volume to solids Time from solids to solids
Milliliters stage crystalline crystalline crystalline crystalline crystallization of ethanol dissolved in hours obtained obtained obtained
2 110 22 72 10-1, 670 92
3 50 10 72 6, 8-1, 89 96
4 33 6, 8 120 6, 0-1, 940 97
5 15 6, 0 48 5, 3-2, Oo 100
The value of the specific rotation of the product of the fifth stage of crystallization, ie -20, is not modified by subsequent crystallizations. Typically, the melting point of the product of the fifth stage of crystallization is 22-23o C.
This product consists essentially of 2 I-α-tocopheryl acetate.
Example 2:
This example illustrates the preparation according to a particular embodiment of a process according to the present invention of a concentrate of 2d-α-tocopherol from a material comprising 2 da-tocopherol and 21-α-tocopherol, the weight ratio being 78:22.
8.2 g of a material which consists essentially of 2 da-tocopherol and 21-a-tocopherol, the weight ratio being 78:22, is dissolved in 75 ml of methanol and the resulting solution is then cooled to -200 C. A seed crystal of 2 da-tocopherol is added to the cooled solution and the seeded solution is maintained at -200C for four days. During this time crystalline solids precipitate. The crystalline solids are separated from the mother liquor at +5 C. The crystalline solids are allowed to melt and then the residual solvent is separated in vacuo at 20-250 C.
A 2 d-α-tocopherol concentrate is obtained in which the weight ratio of the 2 d epimer to the 2 1 epimer is 94: 6. A typical amount of concentrate thus obtained is 4.0 g.
Similar results are obtained in the case of 2 dl-a-tocopheryl palmitate, the crystallization solvent being acetone, the volumetric ratio of solvent to palmitate being 20: 1 and the crystallization temperature being 5O C. ; 2 dl-α-tocopheryl benzoate when the crystallization solvent is ethanol in a volumetric ratio of 6: 1 and a crystallization temperature of -200 C: and 2 dl-α-tocopheryl p-phenylazobenzoate when the crystallization solvent is iso-octane, the volume ratio being 5: 1 and the crystallization temperature 50 C.
In the case of dl-a-tocopheryl acid succinate, the crystallization solvent being hexane, the volumetric ratio of the solvent to the succinic ester being 15: 1 and the crystallization temperature 50 ° C., solids are obtained. crystalline in which the weight ratio of the 21 epimer relative to the 2 d epimer is greater than that before crystallization.
Example 3:
This example illustrates a particular embodiment of the process for converting 21-α-tocopherol to 2 d-α-tocopherol which uses a particular embodiment of a fractional crystallization process of the present invention.
4.87 g of 2 1-α-tocopherol having a purity of 100 / o, according to the Emmerie-Engel test y, having a typical light absorption value E (1 / o, 1 cm, are oxidized). iso-octane) (292Z) = 73.9, with ferric chloride in a 2-phase solvent system according to the process and conditions disclosed in US Patent No. 2856414. A product is obtained which consists essentially of 21-a- tocoquinone. A typical amount of product is 5.04g. A typical light absorption value is E (1 / o, 1 cm. Iso-octane) (269) i) = 409.
A typical value of the specific product rotation is [a] D = -1, 640 (iso-octane, C = 10).
The 2 I-a-tocoquinone produced is dissolved in 55 ml of isopropyl ether in a tap funnel and then mixed with 2.5 g of sodium hydrosulfite in 50 ml of water at 20-25 C for 30 minutes.
The aqueous phase is withdrawn and left, then the residue is mixed three more times with fresh aqueous sodium hydrosulfite solutions. The obtained isopropyl ether solution was washed with three 20 ml portions of water, dried over anhydrous sodium sulfate, filtered and diluted with an additional 55 ml of isopropyl ether.
5.0 g of molten zinc chloride and 1.0 g of zinc powder are added to the isopropyl ether solution and the resulting mixture is refluxed for 24 hours in a boiling water bath. 2 ml of concentrated hydrochloric acid are carefully added to the resulting reaction mixture and heating under reflux is continued for a further 4 hours. The mixture thus obtained is poured onto ice, the ethereal layer is separated, washed three times with water, dried over sodium sulphate, filtered and then the isopropyl ether is removed by distillation under vacuum. The product which remains consists essentially of 2 d-α-tocopherol and 21-α-tocopherol.
The product is esterified by reacting it with acetic anhydride, with pyridine as a catalyst. A typical amount of acetic ester, product obtained, is 5.5 g, a typical value of light absorption.
Value
of rotation
specific to Optical purity
Weight in g Weight in g ([a] D) (/ o in weight)
Volume to solids Time from solids to solids
Milliliters stage crystalline crystalline crystalline crystalline crystallization of ethanol dissolved in hours obtained obtained obtained
1 5 5, 50 120 3, 06-2, 83 93
2 5 3, 06 24 2, 47-3, llo 98
3 5 2, 47 24 2, 24-3, 200 100 The resulting ester is E (1 () / o, 1 cm, ethanol) (283) = 42.1,
and a typical value of the specific rotation is [α] 25 D =) 1.81 (ethanol, C = 10). From the value of the specific rotation, it is clear that the weight ratio of epimer 2d to epimer 21 is 73:27.
The product is then subjected to fractional distillation, in accordance with the process according to the present invention, each crystallization stage being carried out at -200 C; the number of crystallization stages, other crystallization conditions and typical data are summarized in the following table:
The crystalline product obtained by the fractional crystallization process consists essentially of 2 d-α-tocopheryl acetate.
The filtrates from the crystallization stages are combined, the solvent is separated therefrom by evaporation under vacuum, the residue is saponified according to the process described in National Formulary, 1st edition, page 378, then the conversion process is repeated on the material obtained, 21-α-tocopherol, either alone or with the addition of 2 1-α-tocopherol. By this recycling, combined with the fractional crystallization process of the present invention, 21-α-tocopherol is converted to 2 d-α-tocopherol.