Procédé de préparation de d-Ribonolactone
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de d-ribonolactone qui consiste à cristalliser et à isoler le d-ribonate ferreux en ajoutant des ions fer à une solution aqueuse dans laquelle l'acide d-ribonique ou son sel coexiste avec l'acide d-arabonique ou son sel, à transformer le d-ribonate ferreux en acide d-ribonique libre et à le soumettre à une lactonisation.
L'acide d-ribonique est un acide aldonique ayant 5 atomes de carbone et sa lactone est une substance utile comme matière pour synthétiser la vitamine B2 et le ribonucléotide qui sont des médicaments ou des produits nutritifs.
L'acide d-ribonique ou son sel a été préparé jus qu'à présent en chauffant et en soumettant à l'épimérisation l'acide d-arabonique ou son sel, qui est un stéréoisomère de l'acide d-ribonique ou de son sel, en solution aqueuse en présence de substances basiques telles que la pyridine, la chaux, etc... (brevet américain no 2438 882 et brevet japonais no 221 306).
Cependant, le taux de conversion à partir de l'acide d-arabonique ou de son sel en acide d-ribonique ou en son sel, c'est-à-dire le taux de l'épimérisation dans la réaction indiquée ci-dessus, est essentiellement 25-300/o de l'acide d-arabonique ou de son sel utilisé, et une grande quantité de l'acide d-arabonique ou de son sel coexiste avec l'acide d-ribonique ou son sel formé dans la solution ayant réagi. En conséquence, l'acide d-ribonique au son sel doit être isolé ou purifié à partir de la solution ayant réagi; cependant, il y a de nombreuses difficultés dans ce procédé d'isolement et de purification.
On a proposé en pratique des procédés selon lesquels les acides d-aldoniques ou leurs sels coexistant dans une solution aqueuse sont transformés en sels afin de fournir une grande différence de solubilité des deux sels d-aldoniques dans l'eau. Par exemple, dans le cas d'un procédé de conversion en sel de calcium, qui est utilisé en général, la solubilité du d-ribonate de calcium dans l'eau et celle du d-arabonate de calcium sont respectivement 80 /o et 10/o et, en conséquence, les deux sels de calcium seraient facilement isolés l'un de l'autre en utilisant la grande différence de solubilité mentionnée ci-dessus.
Cependant, la solubilité du d-arabonate dans la solution mélangée des aldonates de calcium, tel que décrit ci-dessus, est bien plus augmentée en pratique que la valeur indiquée ci-dessus, par suite des influences du d-ribonate de calcium coexistant et d'autres impuretés formées comme sous-produits par décomposition de ces acides aldoniques dans l'étape de la réaction d'épimérisation précédente, et, en conséquence, la cristallisation et l'isolement du d-arabonate de calcium à partir d'une telle solution mélangée ne peuvent pas être réalisés complètement. Par suite, il était inévitable que le d-arabonate de calcium s'élevant à 10-20 /o de la matière solide totale dans la liqueur mère obtenue (filtrat) coexiste à l'état dissous dans la liqueur.
On connaît aussi des procédés suivant lesquels on ajoute des ions cadmium ou des ions mercure à une telle solution aqueuse mélangée des acides d-aldoniques pour transformer ces deux acides aidoniques en sels de cadmium ou en sels de mercure et chacun des d-ribonates est isolé en utilisant la différence de solubilité du d-ribonate et du d-arabonate, respectivement (brevet allemand nu 1148991 et brevet japonais no 3062/1959). Cependant ces procédés ont des difficultés en pratique, du fait que les opérations sont complexes, les matières utilisées sont coûteuses et, en outre, dans le cas du procédé au sel de mercure, il y a un inconvénient du fait des déchets industriels qui sont considérés comme un problème important ces dernières années.
De plus, on a publié récemment un procédé selon lequel des ions zinc sont ajoutés à une solution aqueuse des acides aldoniques ou de leurs sels pour transformer les acides aldoniques en sels de zinc et le d-ribonate est isolé en utilisant la différence de solubilité du d-ribonate et du d-arabonate indiqués ci-dessus (brevet japonais no 19 287/1968 > . Il semble que le procédé utilisant des ions zinc est bien plus avantageux par rapport aux autres procédés mais cependant on peut indiquer que le composé de zinc n'est pas favorable comme matière industrielle par suite des déchets industriels.
On a étudié le procédé d'isolement et de purification de l'acide d-ribonique à partir de la solution mélangée des acides d-aldoniques ou de leurs sels, tels qu'indiqués ci-dessus, pour supprimer les inconvénients de procédés mentionnés ci-dessus. On a pu ainsi isoler une solution de l'acide d-ribonique de pureté élevée et, en conséquence, la d-ribonolactone avec un bon rendement, en transformant l'acide d-ribonique ou son sel dans la Isolution mélangée en sel de fer.
Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter une substance libérant des ions fer à une solution aqueuse où des ions d'acide d-ribonique coexistent avec des ions d'acide d-arabonique, à concentrer la solution réactionnelle sous vide, à refroidir le concentrat ou à y ajouter un solvant organique tout en refroidissant pour cristalliser le d-ribonate ferreux (C5H0O0)2Fe. 4H2O ayant la formule chimique développée indiquée ci-dessous:
EMI2.1
à ajouter le d-ribonate ferreux et un acide choisi dans le groupe formé par l'acide sulfurique, l'acide oxalique et l'acide phosphorique à un solvant pour retirer l'atome de fer du d-ribonate ferreux et pour obtenir une solution d'acide d-ribonique libre, et ensuite à soumettre l'acide d-ribonique à la lactonisation.
Comme solution aqueuse dans laquelle les ions d'acide d-ribonique coexistent avec les ions d'acide d-arabonique et qui est utilisable comme matière principale dans le procédé selon la présente invention, on utilise les diverses solutions suivantes:
1) la solution réactionnelle d'épimérisation de l'acide d-arabonique;
2) la solution d'où le sel de métal alcalino-terreux d'acide d-arabonique est retiré après qu'un ion de métal alcalino-terreux ait été ajouté à la solution 1);
3) la solution réactionnelle d'épimérisation du sel de métal alcalino-terreux d'acide d-arabonique;
4) la solution d'où le sel de métal alcalino-terreux d'acide d-arabonique dans la solution 3) est retiré;
;
5) la solution d'acides aldoniques libres qui est préparée en ajoutant un acide à la solution 4), en concentrant la solution réactionnelle et en ajoutant ensuite un solvant organique au concentrat pour cristalliser et retirer le sel de métal alcalino-terreux de l'acide.
Au contraire, dans le cas où la substance libérant les ions fer est ajoutée à une solution aqueuse de mélanges de sels de métaux Mcalins d'acides d-aldoniques, les solubilités des sels de métaux alcalins ou des hydroxydes, formés comme sous-produits simultanément par réaction d'échange ou réaction de substitution avec le sel de métal alcalin d'acide d-ribonique, sont beaucoup plus grandes que celles du d-ribonate ferreux formé dans la solution ayant réagi et, en conséquence, il devient impossible d'isoler les sels ou les hydroxydes de métaux alcalins à partir de la solution ayant réagi avant de cristalliser le d-ribonate ferreux.
De la poudre de fer, de l'hydroxyde ferreux ou des sels de fer sont ajoutés à la solution aqueuse mélangée des acides aldoniques ou de leurs sels, comme substances libérant des ions fer. Pour la solution aqueuse mélangée des acides aldoniques libres, la poudre de fer ou l'hydroxyde ferreux est appliqué et, pour la solution aqueuse mélangée des sels de métaux alcalino-terreux des acides aldoniques, on dispose de sels de fer, tels que le sulfate ferreux ou l'oxalate ferreux qui se forme comme sous-produit salin insoluble dans l'eau par réaction d'échange avec le sel de métal alcalino-terreux de l'acide d-ribonique. Ces substances libérant les ions fer sont ajoutées en quantité légèrement en excès par rapport à l'équivalent de la quantité totale des ions d'acide d-ribonique et des ions d'acide d-arabonique.
Cette quantité totale des ions d'acides aldoniques peut être trouvée par titrage de l'acidité, dans le cas où l'on utilise la solution aqueuse des acides aidoniques libres, et par calcul à partir de la valeur analytique du métal alcalino-terreux total obtenu, dans le cas où l'on utilise la solution aqueuse des sels de métaux alcalino-terreux des acides aldoniques.
La réaction formant le d-ribonate ferreux mentionné ci-dessus est réalisée dans un intervalle allant de la température ordinaire à 1000 C. En utilisant le sulfate ferreux, qui est soluble dans l'eau, comme substance libérant les ions fer, cette réaction est achevée à une température relativement faible et dans un court instant. Cependant, il faut un chauffage de quelques heures pour réaliser la réaction lorsqu'on emploie la poudre de fer, l'hydroxyde ferreux ou l'oxalate ferreux qui est insoluble ou moins soluble dans l'eau. En utilisant la solution aqueuse mélangée des sels de métaux alcalino-terreux des acides aldoniques et des sels de fer comme substances libérant des ions fer, on forme comme sous-produit le sel, insoluble dans l'eau, de métal alcalino-terreux de l'acide sulfurique ou de l'acide oxalique.
Ces sels de métaux alcalino-terreux insolubles formés comme sous-produits et le restant des substances libérant des ions fer, qui sont insolubles ou moins solubles dans l'eau, dans la solution ayant réagi peuvent être retirés facilement de cette solution par filtration.
Le filtrat de la solution ayant réagi ainsi obtenu est concentré sous vide, filtré à nouveau, si cela est nécessaire, et ensuite refroidi, ou bien on ajoute un solvant organique au concentrat et on refroidit pour séparer par cristallisation le d-ribonate ferreux moins soluble.
On peut utiliser comme solvant organique des monoalcools ayant 14 atomes de carbone, par exemple le méthanol, l'éthanol, le n-propanol, l'isopropanol, le n-butanol, le butanol secondaire, et l'acétone, etc....
Les cristaux mentionnés ci-dessus de d-ribonate ferreux sont isolés à partir de la solution, lavés avec une faible quantité d'eau-glace et séchés à faible température. Les valeurs de rendement s'élèvent jusqu'à environ 25,00/o et plus par rapport à la quantité d'acide
d-arabonique ou de son sel utilisée dans la réaction ini tiale d'épimérisation.
Ces cristaux sont des aiguilles jaunes pâles, ayant un point de fusion de 118-120 C (avec décomposition). Les valeurs d'analyse élémentaire et les valeurs d'eau de cristallisation analysées suivant le procédé de titrage de Karl Fischer sont indiquées ci-dessous:
Fe
Colori- Gravi
C H métrie métrie H20
Valeur théorique 26,20 5,67 12,09 15,59
Valeur trouvée 25,98 5,56 12,12 12,14 15,58
Une substance obtenue en décomposant les cristaux par de l'acide chlorhydnque peut être identifiée avec l'acide d-ribonique, en la comparant avec l'acide d-ribonique pur par chromatographie sur couche mince.
On peut identifier, à partir des données indiquées ci-dessus, que les cristaux sont du d-ribonate ferreux exprimé par la formule (C5HgOG)2Fe.4H2O, en combinant un atome de fer avec chaque groupe carboxylique de deux molécules de l'acide d-ribonique et en ayant 4 molécules d'eau de cristallisation. Le d-ribonate ferreux est un composé qui n'a pas encore été décrit dans la littérature.
Le d-ribonate ferreux indiqué ci-dessus a une solubilité inférieure à O,20/o dans l'eau à 0 C et une solubilité supérieure à 65 /o à 800 C et en conséquence, il peut être cristallisé très facilement à partir de l'eau. Le d-ribonate ferreux a non seulement une très faible solubilité dans l'eau mais également on peut observer que la solubilité du d-ribonate dans la solution réactionnelle où le d-ribonate a été formé n'est pas augmentée malgré sa coexistence avec le d-arabonate ferreux et avec des impuretés formées comme sous-produits dans l'étape précédente dé la réaction d'épimérisation, et qu'en conséquence, la cristallisation et l'isolement du d-ribonate ferreux à partir de la solution réactionnelle n'est pas gênée.
Au contraire, quand une solution préparée en ajoutant des ions fer à une solution aqueuse d'acide d-arabonique pur est concentrée sous vide et que du méthanol est ajouté au concentrat résultant, des cristaux n'apparaissent pas et des précipités amorphes sont à peine formés. Ces précipités sont extrêmement hygroscopiques et deviennent facilement visqueux dans l'atmosphère. On suppose que cette substance hygroscopique est le d-arabonate ferreux et qu'elle a une solubilité extrêmement élevée dans l'eau.
Par suite de la faible solubilité du d-ribonate ferreux dans l'eau, de la grande différence de solubilité du d-ribonate ferreux due à la différence de température et de la solubilité extrêmement élevée du d-arabonate ferreux dans l'eau, tel que décrit ci-dessus, l'acide d-ribonique peut être facilement séparé de la solution aqueuse mélangée des acides d-aldoniques ou de leurs sels.
La réaction indiquée ci-dessus formant le d-ribonate ferreux est exprimée par les formules chimiques suivantes:
EMI3.1
acide d-ribonique Sel de métal d-nbonate
alcalino-terreux ferreux
d'acide d-ribonique
Me = métal alcalino-terreux
Pour libérer et retirer l'atome de fer du d-ribonate ferreux obtenu comme on l'a indiqué ci-dessus, le d-ribonate ferreux et la quantité calculée d'acide oxalique, d'acide phosphorique ou d'acide sulfurique sont ajoutées ensemble à l'eau ou à un solvant organique qui dissout l'acide d-ribonique, et le mélange est chauffé en agitant pour former comme sous-produit le sel de fer de chaque acide.
L'oxalate ferreux et le phosphate ferreux ainsi formés comme sous-produits dans le mélange réactionnel indiqué ci-dessus sont insolubles dans l'eau, et, en conséquence, il peuvent être retirés facilement par filtration, même dans le cas où l'on réalise la réaction dans l'eau. Cependant, puisque le sulfate ferreux formé comme sous-produit de manière semblable dans le cas où l'on emploie l'acide sulfurique est soluble dans l'eau, la solution ayant réagi est d'abord concentrée sous vide pour former un sirop et un solvant organique dissolvant l'acide d-ribonique est ajouté au sirop pour déposer et retirer le sulfate ferreux.
Au contraire, lorsqu'on réalise la réaction indiquée ci-dessus dans le solvant organique, l'acide d-ribonique formé est soluble dans le solvant organique; cependant, chacun des sels de fer des acides indiqués ci-dessus, formés comme sous-produits, est insoluble et peut être facilement retiré du mélange ayant réagi par filtration. Comme solvants organiques dissolvant l'acide d-ribonique, on a à sa disposition des mono-alcools ayant 1-4 atomes de carbone, l'acétone, etc....
semblables à ceux utilisés dans l'étape de cristallisation du d-ribonate ferreux. Le filtrat de la solution aqueuse ayant réagi ou de la solution de solvant organique obtenue en retirant les sels de fer des acides formés comme sous-produits est concentré sous vide jusqu'à fournir un sirop pour former la d-ribonolactone à partir d'acide d-ribonique par déshydratation intermoléculaire, et le sirop est refroidi et ensemencé par quelques cristaux de d-ribonolactone pour cristalliser la lactone présente dans le sirop.
La d-ribonolactone ainsi obtenue a un point de fusion de 78-80 C et une pureté de 97-98 /o dans le cas où l'acide d-ribonique est transformé en lactone en concentrant la solution aqueuse de cet acide, alors qu'il a un point de fusion de 85,50 C et une pureté de 100,0oxo dans le cas où l'acide d-ribonique est transformé en lactone en concentrant la solution de cet acide dans un solvant organique. Ces puretés de la d-ribonolactone obtenues dans les deux applications pratiques de la présente invention sont supérieures à celles de la d-ribonolactone obtenue dans les applications corres pondantes des procédés classiques.
En conséquence, il y a beaucoup d'avantages apportés pour la réaction ultérieure de synthèse de la vitamine B2 ou du ribonucléotide, en utilisant la d-ribonolactone obtenue dans la présente invention, à savoir une amélioration du rendement, une réduction de la consommation inutile d'autres matières utilisées et la facilité du traitement et du fonctionnement réactionnel de synthèse indiqués ci-dessus, etc.... La poudre de fer ou les composés de fer utilisés dans le procédé selon la présente invention sont peu coûteux (par exemple le prix de revient est environ 1/3 à 1/4 de celui des composés de zinc) et, en outre, ces composés de fer peuvent être utilisés à maintes reprises dans les divers procédés.
De plus, les composés de fer utilisés ne sont pas toxiques à l'organisme et sont hygiéniques pour l'utilisation dans l'industrie
On peut s'attendre à ce que le d-ribonate ferreux luimême, obtenu au cours du procédé selon la présente invention, ait une utilité comme médicament ou comme produit nutritif contenant du fer.
Exemple 1
5QO g de d-arabonate de calcium ont été épiménsés selon le mode opératoire ordinaire, la solution ayant réagi a été concentrée pour la cristallisation et on a récupéré à peu près 305 g d'arabonate de calcium qui n'avaient pas réagi. 76,0 g d'oxalate ferreux ont été ajoutés au filtrat indiqué ci-dessus, dans lequel le d-ribonate de calcium coexistait avec le restant du d-arabonate et les autres impuretés formées comme sousproduits dans la réaction d'épimérisation indiquée cidessus, et le mélange a été chauffé à 1000 C en agitant pendant 5 heures pour cristalliser l'oxalate de calcium.
Une faible quantité de charbon activé a été ajoutée au mélange réactionnel, b filtrat du mélange indiqué cidessus a été concentré sous vide et ensuite refroidi pour cristalliser le d-ribonate ferreux dont la quantité s'elève à 119,5 g, le point de fusion étant 1190 C (décomposition). Le d-ribonate ferreux et 34,5 g d'acide oxalique ont été ajoutés à 250 ml d'eau, et le melange a été chauffé à 80" C pendant une heure. Le mélange ayant réagi a été refroidi pour cristalliser l'oxalate ferreux, le filtrat du mélange ayant réagi a été concentre sous vide pour former un sirop et ce sirop a été ensemencé par quelques cristaux de d-ribonolactone pour cristalliser la lactone du même genre. Le rendement est 75,7 g et le point de fusion 800 C.
Exemple 2
129,0 g de sulfate ferreux ont été ajoutés au filtrat de la solution de réaction d'épimérisation obtenue de la meme manière que dans l'exemple 1; le mélange a été chauffé à 800 C en agitant pendant 3 heures pour cristalliser le sulfate de calcium. Une faible quantité de charbon activé a été ajoutée au mélange réactionnel, le filtrat du mélange indiqué ciwdessus a été concentré sous vide et ensuite refroidi pour cristalliser le d-ribonate ferreux en quantité s'élevant à 122,0 g. Le point de fusion est 1180 C (décomposition). Le d-ribonate ferreux et 26,5 g d'acide phosphorique ont été ajoutés à 250 ml d'eau, et le mélange a été chauffé à 95" C avec agitation pendant cinq heures.
Le mélange ayant réagi a été refroidi pour cristalliser le phosphate ferreux, le filtrat du mélange ayant réagi a été concentré sous vide pour former un sirop et on a obtenu 71,5 g de d-ribonolactone cristalline de la même manière que dans l'exem plue 1.
Exemple 3
129,0 g de sulfate ferreux ont été ajoutés au filtrat de la solution de réaction d'épimérisation, obtenue de la même manière que dans l'exemple 1, le mélange a été chauffé à 800 C avec agitation pendant 3 heures pour cristalliser le sulfate de calcium. Une faible quantité de charbon activé a été ajoutée au mélange ayant réagi, et le filtrat du mélange indiqué ci-dessus a été concentré sous vide et ensuite refroidi pour cristalliser le d-ribonate ferreux en quantité s'élevant à 121,8 g. Le d-ribonate ferreux et 26,0 g d'acide sulfurique ont été ajoutés à 250 ml d'eau, le mélange a été chauffé à 50 C en agitant pendant une heure et ensuite le mélange ayant réagi a été concentré sous vide pour former un sirop. 180 ml de méthanol chaud ont été ajoutés au sirop et le sulfate ferreux cristallisé a été séparé par filtration.
Le filtrat obtenu a été concentré sous vide pour former un sirop et 76,5 g de d-ribonolactone cristalline ont été obtenus de la même manière que dans l'exemple 1, le point de fusion du produit étant 85,50 C.
Exemple 4
129,0 g de sulfate ferreux ont été ajoutés au filtrat de la solution de réaction d'épimérisation obtenue de la même manière que dans l'exemple 1; le mélange a été chauffé à 800 C avec agitation pendant 3 heures pour cristalliser le sulfate de calcium. Une faible quantité de charbon activé a été ajoutée au mélange ayant réagi et le mélange a été filtré. 200 ml de méthanol ont été ajoutés au filtrait, la solution méthanolique a été refroidie pour cristalliser le dwribonate ferreux en quantité s'élevant à 121,5 g. Le d-ribonate ferreux a été mis en suspension dans 300 ml de butanol secondaire contenant 26,2 g d'acide sulfurique concentré, la suspension a été agitée à 80" C pendant deux heures pour cristalliser le sulfate ferreux.
Le mélange ayant réagi a été filtré à chaud, le filtrat a été concentré sous vide pour former un sirop et on a obtenu 75,5 g de d-ribonolactone cristalline, de la même manière que dans l'exemple 1.
Exemple 5
54,5 g d'acide oxalique ont été ajoutés au filtrat de la solution de réaction d'épimérisation de la même manière que dans l'exemple 1, le mélange a été chauffé et de l'oxalate de calcium cristallisé a été séparé par filtration à chaud. 23,6 g de poudre de fer ont été ajoutés au filtrat ainsi obtenu, le mélange a été chauffé à 100" C en agitant pendant 8 heures et du charbon activé a été ajouté au mélange ayant réagi. Le mélange indiqué ci-dessus a été filtré, 300 ml d'acétone ont été ajoutés au filtrat, le filtrat a été refroidi et on a obtenu 121,0 g de d-ribonate ferreux cristallin. Ce d-ribonate ferreux a été mis en suspension dans 250 ml d'isopropanol contenant 34,5 g d'acide oxalique, et la suspension a été chauffée à 75" C en agitant pendant 4 heures.
Le mélange ayant réagi a été filtré à chaud, le filtrat a été concentré sous vide pour former un sirop et on a obtenu 74,6 g de d-ribonolactone cristalline de la même manière que dans l'exemple 1.
Exemple 6
38,5 g d'hydroxyde ferreux (préparé à partir de sulfate ferreux d et de soude) ont été ajoutés à la solution impure d'acide d-ribonique obtenue en filtrant l'oxalate de calcium de la même manière que dans l'exemple 5; le mélange a été chauffé à 1000 C en agitant pendant 4 heures. Du charbon activé a été ajouté au mélange ayant réagi et le mélange a été filtré. 200 ml d'éthanol ont été ajoutés au filtrat, cette solution éthanolique a été refroidie et on a obtenu 118,5 g de d-ribonate ferreux cristallin. Le d-ribonate ferreux a été mis en suspension dans 400 ml de méthanol contenant 25,5 g d'acide phosphorique; la suspension a été chauffée à 700 C en agitant pendant 7 heures.
Le mélange ayant réagi a été refroidi pour cristalliser le phosphate ferreux, le filtrat du mélange a été concentré sous vide pour former un sirop et on a obtenu 75,5 g de d-ribonolactone cristalline, de la même manière que dans l'exemple 1.
Process for preparing d-Ribonolactone
The present invention relates to a process for preparing d-ribonolactone which comprises crystallizing and isolating ferrous d-ribonate by adding iron ions to an aqueous solution in which d-ribonic acid or its salt coexists with. d-arabonic acid or its salt, to convert ferrous d-ribonate into free d-ribonic acid and subject it to lactonization.
D-Ribonic acid is an aldonic acid having 5 carbon atoms, and its lactone is useful as a material for synthesizing vitamin B2 and ribonucleotide which are drugs or nutrients.
D-ribonic acid or its salt has so far been prepared by heating and epimerizing d-arabonic acid or its salt, which is a stereoisomer of d-ribonic acid or its salt. salt, in aqueous solution in the presence of basic substances such as pyridine, lime, etc. (US Patent No. 2,438,882 and Japanese Patent No. 221,306).
However, the rate of conversion from d-arabonic acid or its salt to d-ribonic acid or its salt, i.e. the rate of epimerization in the reaction indicated above, is essentially 25-300 / o of the d-arabonic acid or its salt used, and a large amount of the d-arabonic acid or its salt coexists with the d-ribonic acid or its salt formed in the solution having reacted. Accordingly, d-ribonic acid in its salt must be isolated or purified from the reacted solution; however, there are many difficulties in this method of isolation and purification.
Methods have been proposed in practice whereby d-aldonic acids or their salts coexisting in aqueous solution are converted into salts in order to provide a large difference in solubility of the two d-aldonic salts in water. For example, in the case of a calcium salt conversion process, which is used in general, the solubility of calcium d-ribonate in water and that of calcium d-arabonate are 80 / o and 10, respectively. / o and, therefore, the two calcium salts would be easily isolated from each other using the large difference in solubility mentioned above.
However, the solubility of d-arabonate in the mixed solution of calcium aldonates, as described above, is in practice much more increased than the value stated above, due to the influences of coexisting calcium d-ribonate and other impurities formed as by-products by decomposition of these aldonic acids in the step of the preceding epimerization reaction, and, consequently, the crystallization and isolation of calcium d-arabonate from such mixed solution cannot be made completely. As a result, it was inevitable that the calcium d-arabonate amounting to 10-20% of the total solid matter in the obtained mother liquor (filtrate) coexisted in the dissolved state in the liquor.
Methods are also known whereby cadmium ions or mercury ions are added to such a mixed aqueous solution of d-aldonic acids to convert these two aidonic acids into cadmium salts or mercury salts and each of the d-ribonates is isolated. using the difference in solubility of d-ribonate and d-arabonate, respectively (German Patent No. 1148991 and Japanese Patent No. 3062/1959). However, these processes have difficulties in practice, because the operations are complex, the materials used are expensive and, moreover, in the case of the mercury salt process, there is a drawback due to the industrial wastes which are considered. as a significant problem in recent years.
In addition, a method has recently been published whereby zinc ions are added to an aqueous solution of aldonic acids or their salts to convert aldonic acids to zinc salts and d-ribonate is isolated using the difference in solubility of the acid. d-ribonate and d-arabonate indicated above (Japanese Patent No. 19,287 / 1968>. It seems that the process using zinc ions is much more advantageous over the other processes but however it can be stated that the zinc compound is not favorable as an industrial material due to industrial waste.
The process for isolating and purifying d-ribonic acid from the mixed solution of d-aldonic acids or their salts, as indicated above, has been investigated to overcome the disadvantages of the above-mentioned processes. -above. It was thus possible to isolate a solution of the high purity d-ribonic acid and, consequently, the d-ribonolactone in a good yield, by converting the d-ribonic acid or its salt in the mixed solution into the iron salt. .
The method according to the present invention is characterized in that it consists in adding a substance releasing iron ions to an aqueous solution where d-ribonic acid ions coexist with d-arabonic acid ions, in concentrating the solution reaction under vacuum, cooling the concentrate or adding an organic solvent thereto while cooling to crystallize the ferrous d-ribonate (C5H0O0) 2Fe. 4H2O having the structural chemical formula given below:
EMI2.1
adding ferrous d-ribonate and an acid selected from the group consisting of sulfuric acid, oxalic acid and phosphoric acid to a solvent to remove the iron atom from the ferrous d-ribonate and to obtain a solution free d-ribonic acid, and then subjecting d-ribonic acid to lactonization.
As an aqueous solution in which the d-ribonic acid ions coexist with the d-arabonic acid ions and which can be used as the main material in the process according to the present invention, the following various solutions are used:
1) the epimerization reaction solution of d-arabonic acid;
2) the solution from which the alkaline earth metal salt of d-arabonic acid is removed after an alkaline earth metal ion has been added to solution 1);
3) the epimerization reaction solution of the alkaline earth metal salt of d-arabonic acid;
4) the solution from which the alkaline earth metal salt of d-arabonic acid in solution 3) is removed;
;
5) The free aldonic acid solution which is prepared by adding an acid to the solution 4), concentrating the reaction solution and then adding an organic solvent to the concentrate to crystallize and remove the alkaline earth metal salt from it. acid.
On the contrary, in the case where the substance releasing iron ions is added to an aqueous solution of mixtures of metal salts Mcalins of d-aldonic acids, the solubilities of the alkali metal salts or hydroxides, formed as by-products simultaneously by exchange reaction or substitution reaction with the alkali metal salt of d-ribonic acid, are much larger than those of ferrous d-ribonate formed in the reacted solution and, therefore, it becomes impossible to isolate alkali metal salts or hydroxides from the solution reacted before crystallizing ferrous d-ribonate.
Iron powder, ferrous hydroxide or iron salts are added to the mixed aqueous solution of aldonic acids or their salts, as substances releasing iron ions. For the mixed aqueous solution of the free aldonic acids, iron powder or ferrous hydroxide is applied, and for the mixed aqueous solution of the alkaline earth metal salts of aldonic acids, iron salts, such as sulfate, are available. ferrous or ferrous oxalate which is formed as a water-insoluble salt by-product by exchange reaction with the alkaline earth metal salt of d-ribonic acid. These substances releasing iron ions are added in an amount slightly in excess of the equivalent of the total amount of d-ribonic acid ions and d-arabonic acid ions.
This total quantity of aldonic acid ions can be found by titrating the acidity, in the case where the aqueous solution of free aidonic acids is used, and by calculation from the analytical value of the total alkaline earth metal. obtained, in the case of using the aqueous solution of alkaline earth metal salts of aldonic acids.
The above-mentioned ferrous d-ribonate forming reaction is carried out in the range from room temperature to 1000 C. Using ferrous sulfate, which is soluble in water, as the iron ion releasing substance, this reaction is completed at a relatively low temperature and in a short time. However, heating for a few hours is required to carry out the reaction when using iron powder, ferrous hydroxide or ferrous oxalate which is insoluble or less soluble in water. Using the mixed aqueous solution of the alkaline earth metal salts of aldonic acids and iron salts as iron ion-releasing substances, the water-insoluble alkaline earth metal salt of the alkaline earth metal salt is formed as a by-product. sulfuric acid or oxalic acid.
These insoluble alkaline earth metal salts formed as by-products and the remainder of the iron ion releasing substances, which are insoluble or less soluble in water, in the reacted solution can be easily removed from this solution by filtration.
The reacted solution filtrate thus obtained is concentrated in vacuo, filtered again, if necessary, and then cooled, or an organic solvent is added to the concentrate and cooled to crystallize out the less soluble ferrous d-ribonate. .
Monoalcohols having 14 carbon atoms can be used as organic solvents, for example methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, secondary butanol, and acetone, etc. .
The above-mentioned crystals of ferrous d-ribonate are isolated from the solution, washed with a small amount of ice-water and dried at low temperature. The yield values are up to approx. 25.00 / o and more in relation to the amount of acid
d-arabonic or its salt used in the initial epimerization reaction.
These crystals are pale yellow needles, having a melting point of 118-120 C (with decomposition). The elemental analysis values and the water of crystallization values analyzed according to the Karl Fischer titration method are given below:
Fe
Colori- Gravi
C H metry metry H20
Theoretical value 26.20 5.67 12.09 15.59
Value found 25.98 5.56 12.12 12.14 15.58
A substance obtained by decomposing crystals by hydrochloric acid can be identified with d-ribonic acid, comparing it with pure d-ribonic acid by thin layer chromatography.
It can be identified from the data given above that the crystals are ferrous d-ribonate expressed by the formula (C5HgOG) 2Fe.4H2O, by combining an iron atom with each carboxylic group of two molecules of the acid. d-ribonic and having 4 molecules of water of crystallization. Ferrous d-ribonate is a compound which has not yet been described in the literature.
The ferrous d-ribonate shown above has a solubility of less than 0.20 / o in water at 0 C and a solubility of more than 65 / o at 800 C and as a result, it can be crystallized very easily from the water. Ferrous d-ribonate not only has a very low solubility in water but also it can be observed that the solubility of d-ribonate in the reaction solution where d-ribonate was formed is not increased despite its coexistence with ferrous d-arabonate and with impurities formed as by-products in the previous step of the epimerization reaction, and as a consequence, the crystallization and isolation of the ferrous d-ribonate from the reaction solution is is not embarrassed.
On the contrary, when a solution prepared by adding iron ions to an aqueous solution of pure d-arabonic acid is concentrated in vacuo and methanol is added to the resulting concentrate, crystals do not appear and amorphous precipitates are hardly trained. These precipitates are extremely hygroscopic and easily become viscous in the atmosphere. It is believed that this hygroscopic substance is ferrous d-arabonate and that it has extremely high solubility in water.
Due to the low solubility of ferrous d-ribonate in water, the large difference in solubility of ferrous d-ribonate due to the temperature difference and the extremely high solubility of ferrous d-arabonate in water, such as as described above, d-ribonic acid can be easily separated from the mixed aqueous solution of d-aldonic acids or their salts.
The reaction indicated above forming ferrous d-ribonate is expressed by the following chemical formulas:
EMI3.1
d-ribonic acid D-nbonate metal salt
ferrous alkaline earth
d-ribonic acid
Me = alkaline earth metal
To liberate and remove the iron atom from the ferrous d-ribonate obtained as indicated above, the ferrous d-ribonate and the calculated amount of oxalic acid, phosphoric acid or sulfuric acid are added together with water or an organic solvent which dissolves d-ribonic acid, and the mixture is heated with stirring to form the iron salt of each acid as a by-product.
The ferrous oxalate and ferrous phosphate thus formed as by-products in the reaction mixture indicated above are insoluble in water, and, therefore, they can be easily removed by filtration even in the case where one. performs the reaction in water. However, since the ferrous sulfate formed as a by-product in a similar manner in the case of using sulfuric acid is soluble in water, the reacted solution is first concentrated in vacuo to form a syrup and a solution. d-ribonic acid dissolving organic solvent is added to the syrup to deposit and remove ferrous sulfate.
On the contrary, when the reaction indicated above is carried out in the organic solvent, the d-ribonic acid formed is soluble in the organic solvent; however, each of the iron salts of the acids listed above, formed as by-products, is insoluble and can be easily removed from the reacted mixture by filtration. As organic solvents dissolving d-ribonic acid, there are mono-alcohols having 1-4 carbon atoms, acetone, etc.
similar to those used in the crystallization step of ferrous d-ribonate. The filtrate of the reacted aqueous solution or of the organic solvent solution obtained by removing the iron salts of the acids formed as by-products is concentrated in vacuo to provide a syrup to form d-ribonolactone from the acid. d-ribonate by intermolecular dehydration, and the syrup is cooled and seeded with a few crystals of d-ribonolactone to crystallize the lactone present in the syrup.
The d-ribonolactone thus obtained has a melting point of 78-80 C and a purity of 97-98 / o in the case where the d-ribonic acid is converted into lactone by concentrating the aqueous solution of this acid, while 'it has a melting point of 85.50 C and a purity of 100.0oxo in the case where the d-ribonic acid is converted into lactone by concentrating the solution of this acid in an organic solvent. These purities of d-ribonolactone obtained in the two practical applications of the present invention are superior to those of d-ribonolactone obtained in the corresponding applications of conventional methods.
Accordingly, there are many advantages provided for the subsequent synthesis reaction of vitamin B2 or ribonucleotide, by using the d-ribonolactone obtained in the present invention, namely, improved yield, reduced unnecessary consumption. other materials used and the ease of processing and synthetic reaction operation indicated above, etc. The iron powder or iron compounds used in the process according to the present invention are inexpensive (e.g. cost is about 1/3 to 1/4 of that of zinc compounds) and, moreover, these iron compounds can be used repeatedly in the various processes.
In addition, the iron compounds used are not toxic to the body and are hygienic for use in industry.
The ferrous d-ribonate itself, obtained during the process according to the present invention, can be expected to have utility as a drug or as an iron-containing nutrient.
Example 1
50 g of calcium d-arabonate was epimensed according to the ordinary procedure, the reacted solution was concentrated for crystallization, and approximately 305 g of unreacted calcium arabonate was recovered. 76.0 g of ferrous oxalate was added to the filtrate indicated above, in which the calcium d-ribonate coexisted with the remainder of the d-arabonate and the other impurities formed as by-products in the epimerization reaction indicated above, and the mixture was heated to 1000 C with stirring for 5 hours to crystallize calcium oxalate.
A small amount of activated charcoal was added to the reaction mixture, the filtrate of the mixture indicated above was concentrated in vacuo and then cooled to crystallize the ferrous d-ribonate which amounted to 119.5 g, the melting point. being 1190 C (decomposition). Ferrous d-ribonate and 34.5 g of oxalic acid were added to 250 ml of water, and the mixture was heated at 80 ° C for one hour. The reacted mixture was cooled to crystallize the oxalate. ferrous, the filtrate of the reacted mixture was concentrated in vacuo to form a syrup and this syrup was seeded with a few crystals of d-ribonolactone to crystallize the lactone of the same kind. The yield is 75.7 g and the melting point. 800 C.
Example 2
129.0 g of ferrous sulfate was added to the filtrate of the epimerization reaction solution obtained in the same manner as in Example 1; the mixture was heated to 800 C with stirring for 3 hours to crystallize calcium sulfate. A small amount of activated charcoal was added to the reaction mixture, the filtrate of the above mixture was concentrated in vacuo and then cooled to crystallize ferrous d-ribonate amounting to 122.0 g. The melting point is 1180 C (decomposition). Ferrous d-ribonate and 26.5 g of phosphoric acid were added to 250 ml of water, and the mixture was heated to 95 ° C with stirring for five hours.
The reacted mixture was cooled to crystallize ferrous phosphate, the filtrate of the reacted mixture was concentrated in vacuo to form a syrup, and 71.5 g of crystalline d-ribonolactone was obtained in the same manner as in Example. longer 1.
Example 3
129.0 g of ferrous sulfate was added to the filtrate of the epimerization reaction solution, obtained in the same manner as in Example 1, the mixture was heated to 800 C with stirring for 3 hours to crystallize the sulfate calcium. A small amount of activated carbon was added to the reacted mixture, and the filtrate of the mixture indicated above was concentrated in vacuo and then cooled to crystallize ferrous d-ribonate in an amount amounting to 121.8 g. Ferrous d-ribonate and 26.0 g of sulfuric acid were added to 250 ml of water, the mixture was heated to 50 C with stirring for one hour and then the reacted mixture was concentrated in vacuo to form a syrup. 180 ml of hot methanol was added to the syrup and the crystallized ferrous sulfate was filtered off.
The resulting filtrate was concentrated in vacuo to form a syrup and 76.5 g of crystalline d-ribonolactone was obtained in the same manner as in Example 1, the melting point of the product being 85.50 C.
Example 4
129.0 g of ferrous sulfate was added to the filtrate of the epimerization reaction solution obtained in the same manner as in Example 1; the mixture was heated to 800 C with stirring for 3 hours to crystallize calcium sulfate. A small amount of activated carbon was added to the reacted mixture and the mixture was filtered. 200 ml of methanol was added to the filter, the methanolic solution was cooled to crystallize the ferrous tribonate in an amount amounting to 121.5 g. The ferrous d-ribonate was suspended in 300 ml of secondary butanol containing 26.2 g of concentrated sulfuric acid, the suspension was stirred at 80 ° C for two hours to crystallize the ferrous sulfate.
The reacted mixture was filtered while hot, the filtrate was concentrated in vacuo to form a syrup, and 75.5 g of crystalline d-ribonolactone was obtained, in the same manner as in Example 1.
Example 5
54.5 g of oxalic acid was added to the filtrate of the epimerization reaction solution in the same manner as in Example 1, the mixture was heated and crystallized calcium oxalate was filtered off hot. 23.6 g of iron powder was added to the filtrate thus obtained, the mixture was heated at 100 ° C with stirring for 8 hours and activated charcoal was added to the reacted mixture. The mixture indicated above was filtered, 300 ml of acetone was added to the filtrate, the filtrate was cooled and 121.0 g of crystalline ferrous d-ribonate was obtained. This ferrous d-ribonate was suspended in 250 ml of isopropanol containing 34.5 g of oxalic acid, and the suspension was heated to 75 ° C with stirring for 4 hours.
The reacted mixture was filtered while hot, the filtrate was concentrated in vacuo to form a syrup, and 74.6 g of crystalline d-ribonolactone was obtained in the same manner as in Example 1.
Example 6
38.5 g of ferrous hydroxide (prepared from ferrous sulfate d and sodium hydroxide) was added to the impure solution of d-ribonic acid obtained by filtering the calcium oxalate in the same way as in the example 5; the mixture was heated to 1000 C with stirring for 4 hours. Activated charcoal was added to the reacted mixture and the mixture was filtered. 200 ml of ethanol was added to the filtrate, this ethanolic solution was cooled and 118.5 g of crystalline ferrous d-ribonate was obtained. The ferrous d-ribonate was suspended in 400 ml of methanol containing 25.5 g of phosphoric acid; the suspension was heated to 700 C with stirring for 7 hours.
The reacted mixture was cooled to crystallize ferrous phosphate, the filtrate of the mixture was concentrated in vacuo to form a syrup, and 75.5 g of crystalline d-ribonolactone was obtained, in the same manner as in Example 1. .