CH631451A5 - Verfahren zur herstellung von fettsaeureester der ascorbinsaeure. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verhältnismässig billiges Herstellungsverfahren von erwünschten Fettsäureestern der Ascorbinsäure in hoher Ausbeute. Insbesondere betrifft es ein verbessertes Verfahren, welches beträchtlich erhöhte Ausbeuten eines im wesentlichen reinen Produktes liefert. Dies geschieht durch sorgfältige Überwachung und Einhaltung kritischer Kennwerte, wie z.B. relative Verhältnisse der Reaktionsteilnehmer und die Verwendung hochkonzentrierter Schwefelsäure (95 bis 100%) als Lösungsmittel. Das vorliegende Verfahren kann im Gegensatz zu den herkömmlichen Methoden eine beträchtliche Verbesserung bei den Ausbeuten bewirken. Solche verbesserten Ausbeuten sind besonders kritisch, wenn teure Reagentien, wie beispielsweise die L-Ascorbinsäure, bei der chemischen Synthese verwendet werden.

Die Fettsäureester der Ascorbinsäure, wie beispielsweise die Ester der Palmitin-, Myristin- und Stearinsäure, sind bekanntlich als wirksame Antioxydantien bei sehr fettigen Nahrungsmitteln, wie beispielsweise bei Nüssen, Kartoffelchips, Mayonnaise, Margarinen und bei wenig fettigen gebratenen Imbissnahrungsmitteln von grossem Nutzen. Darüberhinaus werden Salze einiger dieser Ester als oberflächenaktive Mittel bei Nahrungsmitteln verwendet.

In der US-PS 2 350 435 ist das herkömmlichste Verfahren zur Herstellung der 6-O-Fettsäureester der Ascorbinsäure beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Fettsäure in 95%iger Schwefelsäure zusammen mit einem Überschuss an Ascorbinsäure aufgelöst und anschliessend das Reaktionsgemisch über Nacht zur Bildung des gewünschten 6-Esters stehengelassen. Die Ausbeuten der umkristallisierten 6-Laurin-säure-, 6-Myristinsäure-, 6-Palmitinsäure- und 6-Stearinsäureester der L-Ascorbinsäure lagen nach Aussage im Bereich von 40 bis 50%. Obwohl jedoch in allen Fällen ein 25%iger Überschuss an L-Ascorbinsäure bei den Umsetzungen verwendet wurde, wurden jedoch nur ungefähr 32 bis 40% der L-Ascorbinsäure in den jeweils entsprechenden Ester übergeführt.

Wie bereits erwähnt, wurden bei allen bisher bekannten Verfahren ohne Ausnahme für die Veresterungsreaktion immer ein Überschuss an Ascorbinsäure verwendet. Dies rührt von der Annahme her, dass sich die Ascorbinsäure in konzentrierter Schwefelsäure abbauen würde. Deshalb wurde, um genügend Ascorbinsäure für die Reaktion zu haben und dieser noch einen Anstoss zu geben, überschüssige Ascorbinsäure zugesetzt. Die Voraussage, dass sich Ascorbinsäure durch Wasserabspaltung oder durch Polymerisation in konzentrierter Schwefelsäure zersetzen würde, stammt von der bekannten Tatsache her, dass die Kohlehydrate in heisser verdünnter Säure oder in heisser oder kalter konzentrierter Schwefelsäure Dehydratisierungsreaktionen unterworfen werden (siehe Feather, Adv. in Carbohydrate Chem., 28 (1973), Seite 161 und Scott, Analytical Biochemistry, 21 (1967), Seite 68). Es ist auch bekannt, dass sich die Pentosen und die L-Ascorbinsäure vollkommen in siedenden verdünnten Mineralsäuren zersetzen und 2-Furfurylaldehyd ergeben. Demnach sollte sich, da sich die Pentosezucker in heisser verdünnter Säure oder in kalter konzentrierter Schwefelsäure zersetzen, wie vorher gesagt, die L-Ascorbinsäure (welche sich in heisser verdünnter Säure abbaut), ebenfalls Wasser abspalten. Um nun dieser im voraus bekannten Schwierigkeit entgegenzuwirken, wurde bisher bei der Herstellung der Fettsäureester der Ascorbinsäure letztere im Überschuss verwendet.

Die Tatsache, dass in früheren Lintersuchungen ein Überschuss an Ascorbinsäure verwendet wurde, ist aus einer ganzen Anzahl von Gründen unerwünscht. Zum ersten ist die Ascorbinsäure normalerweise wesentlich teurer als die anderen Hauptreaktionsteilnehmer, wie beispielsweise die Fettsäure, und aus diesem Grund ist die Verwendung der wesentlich teureren Ascorbinsäure im Überschuss vom wirtschaftlichen Standpunkt her gesehen unattraktiv. Darüber hinaus kann die überschüssige Ascorbinsäure aus der Reaktion nach der Beendigung der Umsetzung nicht wiedergewonnen werden und bewirkt so weitere gesteigerte Kosten.

Der wesentlichste Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt deshalb darin, dass ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 6-O-Fettsäureestern der Ascorbinsäure vorliegt, welches eine verbesserte Ausbeute liefert und die Verwendung von Fettsäuren im Überschuss im Reaktionsgemisch erlaubt, im Gegensatz zu einem Überschuss an Ascorbinsäure, wobei die Reagentienkosten herabgesetzt werden und sämtliche überschüssige Fettsäure wieder gewonnen werden kann.

Als Folgesatz zu dem oben Gesagten ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen reinen Fettsäureestern der Ascorbinsäure, wobei ein Isomer der Ascorbinsäure und ein molarer Überschuss einer Fettsäure in konzentrierter Schwefelsäure bei Zimmertemperatur oder verhältnismässig niederer Temperatur umgesetzt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfarens wird hochkonzentrierte Schwefelsäure (95 bis 100%) als Lösungsmittel verwendet und es liegt das molare Verhältnis der Summe der Fettsäure und der Ascorbinsäure zur Schwefelsäure bei 0,1 bis 0,3, da diese Bedingungen zeigten, dass sie die Ausbeute des gewünschten Esters unerwartet steigern.

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Im weitesten Sinne bedeutet dies, dass das vorliegende Verfahren ein verbessertes Verfahren zur Erzielung hoher Ausbeuten an 6-Fettsäureestern der Ascorbinsäure ist. Wie bereits oben erwähnt, ist die Grundreaktion die Umsetzung entsprechender Mengen Ascorbinsäure und einer ausgewählten Fettsäure in konzentrierter Schwefelsäure, wonach der 6-Ester durch die herkömmlichen Methoden gewonnen werden kann. Dieses Grundverfahren ist in der US-PS 2 350 435 niedergelegt. Um nun aber die erhöhten Ausbeuten bei niederen Kosten zu erzielen, umfasst das vorliegende Verfahren mehrere Alternativen und Aspekte. So hat sich überraschenderweise z.B. herausgestellt, dass die Verwendung eines Überschusses an Fettsäure für diesen Zweck von grosser Wirkung ist, verbunden mit der Anwendung von hochkonzentrierter Schwefelsäure und einem spezifischen molaren Verhältnis der Summe der Fettsäure und der Ascorbinsäure zur Schwefelsäure. Das Nichtnaheliegen der sich aus dem Verfahren ergebenden Verbesserungen wird noch dadurch bestätigt, dass sich keine Erklärungen finden lassen, wodurch die Verbesserung der Ausbeute erzielt wird.

Genauer gesagt, wurde zuerst entdeckt, dass im Gegensatz zu den Erwartungen und Vorhersagen der Wissenschaftler die Isomere der Ascorbinsäure in konzentrierter Schwefelsäure sehr stabil sind. So zeigen z.B. spektroskopische Studien im UV-Licht, dass die L-Ascorbinsäure (3 x 10_5M) in mit Stickstoff durchblasener konzentrierter Schwefelsäure in einem Zeitraum von 46 Tagen überhaupt nicht abgebaut wird. Die Bedeutung dieser Entdeckung ist, dass ein molarer Überschuss an Fettsäure bei der Veresterung im Reaktionsgemisch im Verhältnis zur Ascorbinsäure angewendet werden kann (vorzugsweise liegt das molare Verhältnis der Fettsäure zur Ascorbinsäure etwa bei 1,1 bis 1,5, besonders bevorzugt etwa bei 1,35). So wird die billigere Fettsäurekomponente im Überschuss verwendet, um noch einen Anstoss auf die Umsetzung auszuüben, ohne dass befürchtet werden muss, dass die Zersetzung der Ascorbinsäure die Ausbeuten unannehmbar einschränkt. Darüber hinaus liegt ein weiterer Vorteil darin, dass sämtliche überschüssige Fettsäure, welche nach der Beendigung der Veresterungsreaktion übrig bleibt, einfach auf bekannte Weise aus den Reaktionsprodukten wiedergewonnen werden kann.

Ferner hat sich herausgestellt, dass die Konzentration der Schwefelsäure in dem Lösungsmittelmedium für die guten Ausbeuten von Wichtigkeit ist. Die Schwefelsäure muss eine Konzentration von 95 bis 100%, vorzugsweise eine Konzentration von etwa 98 bis 99% haben. Obwohl die günstige Wirkung durch die Verwendung von hochkonzentrierter Schwefelsäure im Gegensatz zu der bisher verwendeten 95%igen Schwefelsäure klar und eindeutig aufgezeigt werden kann, kann jedoch der genaue Mechanismus, durch den die verbesserten Ausbeuten durch die Verwendung der hochkonzentrierten Schwefelsäure bewirkt werden, nicht erklärt werden.

Endlich hat sich auch herausgestellt, dass das molare Verhältnis der Summe der Fettsäure und der Ascorbinsäurekom-ponenten zur Schwefelsäure im Reaktionsgemisch sehr wichtig ist. Dieses Verhältnis liegt im Bereich von 0,1 bis 0,3, vorzugsweise von 0,15 bis 0,17. Die Aufrechterhaltung des obigen Verhältnisses ist äusserst wirksam, wenn die Fettsäure ebenfalls im molaren Überschuss im Verhältnis zur Ascorbinsäure vorliegt. Der Grund für diese Wirkungen ist ebenfalls nicht völlig erklärbar.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine gesättigte Fettsäure mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen verwendet. Geeignete Fettsäuren sind beispielsweise die Laurinsäure, die Palmitinsäure, die Myrisitinsäure und die Stearinsäure. Was die Ascorbinsäure betrifft, so können alle Isomere der Ascorbinsäure, wie beispielsweise die L-Ascorbinsäure oder die D-Isoascorbinsäure, mit gutem Ergebnis verwendet werden.

Die Umsetzung kann bei verhältnismässig niederen Temperaturen durchgeführt werden, jedoch können auch höhere Temperaturen unter bestimmten Bedingungen verwendet werden, ohne die Ausbeuten gegenteilig zu beeinflussen. In der Praxis hat sich eine Reaktionstemperatur von 20 bis 50°C, vorzugsweise von 20 bis 25°C, als besonders günstig bewiesen. Ferner hat es sich herausgestellt, dass niederere Temperaturen um 20°C in Verbindung mit längeren Reaktionszeiten ebenfalls zur Erzielung erhöhter Ausbeuten verwendet werden können, im Vergleich zu höheren Temperaturen und kürzeren Reaktionszeiten. Obwohl gleichermassen eine Reaktionszeit von 2 bis 48 Stunden im weitesten Sinn angewendet werden kann, so erzielen die bevorzugten Reaktionsbedingungen eine im wesentlichen vollständige Esterbildung noch innerhalb eines Zeitabschnittes von ungefähr 4 bis 16 Stunden.

In dem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens liegen alle oben erwähnten wesentlichen Faktoren in ihrer optimalen Form vor, wobei Ausbeuten erzielt werden, die in einigen Fällen eine 70%ige oder noch grössere Verbesserung gegenüber früheren Verfahren bedeuten. In diesen Fällen liegt die Fettsäure in einem molaren Überschuss im Verhältnis zur Ascorbinsäure vor, ist die Schwefelsäurekonzentration 98 bis 99%ig und das molare Verhältnis der Summe der Fettsäure und der Ascorbinsäure zur Schwefelsäure bei 0,1 bis 0,3. Dies ergibt Ausbeuten im Bereich von 75 bis 85% (im Fall des 6-Laurinsäure- und 6-Pal-mitinsäureesters der L-Ascorbinsäure) im Vergleich zu ungefähr 50%, welche man mittels früherer Verfahren, wie sie in der US-PS 2350435 beschrieben sind, erzielt.

Die Gewinnungsmethoden bei dem vorliegenden Verfahren sind im wesentlichen die Herkömmlichen. Diese umfassen das Abkühlen und Verdünnen des Reaktionsgemisches in Eis nach Beendigung der Veresterungsreaktion, gefolgt von der physikalischen Trennung und Ätherextraktion, Auswaschen der Ätherextraktionen mittels Salzwasser und Trocknen. Diese Vorgänge (welche auch die Umkristalli-sierung umfassen) ergeben gute Ausbeuten an chromatographisch reinen Produkten. Die erhaltenen Ester können auch in die entsprechenden Salze auf die bekannten Weisen übergeführt werden.

Ausführungsbeispiele des vorliegenden Verfahrens und dessen Wirkung auf die verbesserten Ausbeuten werden nachfolgend anhand der Beispiele näher beschrieben.

Beispiel 1

Es wurde eine Reihe von Veresterungsreaktionen durchgeführt, um die Wirkung zu bestimmen, wenn man a) die Konzentration der Schwefelsäure,

b) die Menge der verwendeten Fettsäure,

c) die Reaktionszeiten,

d) die Reaktionstemperatur und e) das molare Verhältnis der Summe der Fettsäure und der Ascorbinsäure zur Schwefelsäure bei der Herstellung des 6-Laurinsäureesters der L-Ascorbinsäure variiert.

Bei jeder Reaktion (wenn nichts anderes beschrieben ist) wurde eine bestimmte Menge L-Ascorbinsäure zu 50 ml konzentrierter Schwefelsäure (entweder 95 oder 99%ige H2SO4) hinzugefügt. Sodann wurde eine bestimmte Menge Laurinsäure zu dem Gemisch unter Rühren hinzugefügt und das Rühren solange fortgesetzt, bis die Laurinsäure gelöst war.

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Danach wurde noch eine weitere bestimmte Reaktionszeit und bei einer bestimmten Reaktionstemperatur weitergerührt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 30 g zerstossenes Eis unter heftigem Rühren gegossen und auf ungefähr 5°C abgekühlt. Danach wurde die abgekühlte Mischung in einen Scheidetrichter gegeben und danach zuerst mit 400 ml und dann mit 100 ml Äther extrahiert. Die Ätherschichten wurden vereinigt und vorsichtig fünfmal mit 50 bis 75 ml Portionen halbgesättigter Kochsalzlösung ausgewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Das Lösungsmittel wurde mittels eines Rotations-Vakuumverdampfers mit einem Warmwasserbad (ca. 55°C) entfernt, und es resultierte ein schwach gefärbter Feststoff. Dieser Feststoff wurde dreimal mit je 100 ml Petroläther ausgewaschen, wobei nach jeder Waschung filtriert wurde und es resultierte ein Feststoff (bei 25°C unter Vakuum über wasserfreiem Calciumsulfat getrocknet). Die Umkristallisierung unter Verwendung von 250 bis 300 ml Äthyläther plus 50 ml Petroläther ergab den analytisch reinen 6-Laurinsäureester der L-Ascorbinsäure.

Die prozentuelle Ausbeute bei jeder Umsetzung wurde aus dem Gewicht des chromatographisch reinen trockenen Reaktionsproduktes errechnet, basierend auf der anfänglich verwendeten Menge L-Ascorbinsäure. Die Ergebnisse dieser Testreihe sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1

Reaktion

Schwefel

Konzentra

• Molarer

Reak

Temp.

Aus

säure tion

L-Ascor-binsäure (M)

Überschuss der Laurinsäure (%)

tionszeit (Std.)

°C

beute1

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1 Berechnet aus dem Gewicht des chromatographisch reinen, trockenen Reaktionsproduktes, basierend auf der L-Ascorbinsäure

2 Reaktionsbedingungen identisch mit denen in Beispiel 1 der US-PS Nr. 2350 435 von P.A. Wells und D. Swem

3 93% rein, bestimmt durch Vergleich von Proben und deren U.V.-Absorption (265 nm und pH 7,0) mit der vom analytisch reinen 6-Laurinsäureester der L-Ascorbinsäure

4 96% rein, bestimmt durch die U.V.-Absorption wie in Fussnote (3).

Die Daten in der Tabelle 1 zeigen, dass das bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung messbar grössere Ausbeuten an dem 6-Laurinsäureester der L-Ascorbinsäure ergibt, im Gegensatz zu dem bisher bekannten Herstellungsverfahren (Reaktion Nr. 1). Die Wirkung bei der Verwendung des vorliegenden Herstellungsverfahrens wird in den Versuchsreihen 13 bis 19 demonstriert, bei denen die Ausbeuten zwischen 74 bis 86% liegen. Dies bedeutet eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Dar-5 überhinaus beweisen die Reaktionen Nr. 13 bis 19, dass die Verwendung von 99%iger H2SO4 und ein molarer Überschuss an Laurinsäure die Ausbeuten wesentlich erhöht und dass diese Verbesserung durch Änderungen der Reaktionstemperatur oder der Reaktionszeit nicht wesentlich beeinflusst 10 wird. Darüberhinaus zeigt der Vergleich der Ausbeuten aus der Reaktion Nr. 18 mit der aus Nr. 17, dass die Esterausbeute durch Verwendung einer Kombination von niederer Temperatur (ca. 20°C) und einer längeren Reaktionszeit (36 bis 48 Stunden) verbessert wurde, im Gegensatz zu den etwas 15 höheren Temperaturen (25 bis 30°C) während einer kürzeren Reaktionszeit (15 bis 20 Stunden). Dieses Ergebnis war überraschend, da in früheren Untersuchungen von keinem Vorteil berichtet wurde, wenn Reaktionstemperaturen unter der normalen Zimmertemperatur verwendet wurden. Die Wirkung 20 einiger dieser Merkmale ist ebenfalls einzeln aus der Tabelle 1 ersichtlich. Um jedoch dies noch klarer zu zeigen, wurde die Tabelle 1 in Untertabellen aufgeteilt, welche sich jeweils

25 a) nach der Wirkung der Schwefelsäure-Konzentration auf die Ausbeute,

b) nach der Menge der Fettsäure,

30 c) nach der Reaktionszeit und d) nach der Verwendung eines molaren Überschusses an Fettsäure verbunden mit einem verhältnismässig hohen molaren Verhältnis der Summe der Fettsäure und Ascorbin-35 säure zur Schwefelsäure (von 0,1 bis 0,3)

richten. Diese Werte sind nachfolgend aufgezeigt:

a) Wirkung der ansteigenden H2SO4-Konzentration von 95 40 bis 99%

Tabelle 2

Reak

H2SCU

Konzen

Molarer

Reak

Temp.

Aus

%

tion

tration L-Ascorbinsäure (M)

Überschuss der Laurinsäure (%)

tionszeit (Std.)

°C

beute

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0,5

+35

16

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Wie aus den Werten ersichtlich ist, führt in jedem Fall die Verwendung von 99%iger Schwefelsäure im Gegensatz zur 95%igen Schwefelsäure zu einer Steigerung der Ausbeute bis 65 zu ungefähr 31%, bezogen auf die im Einzelfall verwendeten Werte. Alle anderen variablen Werte wurden bei den Reaktionen zwischen den einzelnen Versuchsserien konstant gehalten.

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b) Wirkung der zunehmenden Fettsäuremenge c) Wirkung der Reaktionszeiten

Tabelle 3

Tabelle 4

Reak

H2SO4

Konzen

Molarer

Reak

Temp.

Aus

%

5 Reak

H2SO4

Konzen

Molarer

Reak

Temp.

Aus

%

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Überschuss tions

°C

beute

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tration

Überschuss tions

°C

beute

An

L-Ascor-

der Laurin zeit

stieg

L-Ascor der Laurin zeit

stieg

binsäure säure (%)

(Std.)

binsäure säure (%)

(Std.)

(M)

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Hierbei sei zu bemerken, dass bei den Tests mit einer Reak-

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tionszeit von 16 Stunden die Ausbeuten um ungefähr 40% erhöht waren. Im Falle des 48 Stunden-Tests zeigt sich, dass die erhöhte Reaktionszeit den Unterschied in den Ausbeuten, welche dem Fettsäureüberschuss in den 16-Stunden-Tests zugeordnet ist, ausgleicht.

Wie bereits oben bemerkt, ist die Tatsache, dass ein Fettsäureüberschuss dazu verwendet werden kann, erfolgreich die Veresterungsreaktion zu beschleunigen, äusserst überraschend. Das bedeutet, dass früher angenommen wurde, die Ascorbinsäure sei in H2SO4 unstabil und demzufolge sei ein Überschuss an Ascorbinsäure notwendig.

Die obigen Resultate zeigen, dass besonders bei der 25 Anwendung des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens (d.h. überschüssige Laurinsäure, 99%ige H2SO4) die Reaktionszeiten auf die gute Ausbeute nicht kritisch wirken und dass diese Zeiten stark variiert werden können, beispielsweise von 2 bis 48 Stunden. Somit wird bei der Durchführung des 30 vorliegenden Verfahrens bedeutend weniger Reaktionszeit benötigt, um die gewünschten Ester herzustellen als bisher.

d) Wirkung der Anwendung eines molaren Überschusses an Fettsäure und eines verhältnismässig hohen molaren Verhältnisses der Summe der Fettsäure und der Ascorbinsäure zur Schwefelsäure.

35

Tabelle 5'

Reaktion

Mol H2SO4

M0IA.S.2

M0IL.S.3

Mol L.S. M0IA.S.

Mol L.S. + Mol A.S. Mol H2SO4

Ausbeute

%

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0,040

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0,050

0,040

0,80

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0,025

0,034

1,35

0,063

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0,025

0,020

0,80

0,048

50

6

0,937

0,025

0,020

0,80

0,048

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0,937

0,050

0,040

0,80

0,096

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0,025

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1 Die in dieser Tabelle aufgeführten molaren Mengen sind aus der Tabelle 1 berechnet, unter Verwendung der Dichte 1833,7 g/1 für 95%ige H2SO4 und 1834,2 g/1

für99%ige H2SO4.

1 Mol Ascorbinsäure ' Mol Laurinsäure

Von besonderem Interesse ist, dass nur die Reaktionen Verhältnis zur Ascorbinsäure und ein verhältnismässig hohes

Nr. 9,10 und 13 bis 19 die dualen Anforderungen erfüllen, molares Verhältnis der Summe der Laurinsäure und Ascor-

nämlich die Verwendung eines Überschusses an Fettsäure im binsäure zur Schwefelsäure von ungefähr 0,1 bis 0,3. Überra-

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schenderweise weisen all diese Versuchsreihen auch ausgezeichnete Ausbeuten auf im Vergleich zu den restlichen Versuchsreihen. Jedoch glaubt man, dass die niederen Ausbeuten bei den Versuchsreihen 9 und 10 im Verhältnis zu den Versuchsreihen 13 bis 19 von der Verwndung der 95%igen H2SO4 im Gegensatz zur 99%igen H2SO4 bei den letzteren Versuchsreihen stammen. In jedem Fall ist die Wirkung des genau bezeichneten molaren Verhältnisses auf die Esterausbeuten endgültig aufgezeigt.

Beispiel 2

Bei diesem Versuch wurde anstelle der in den vorherigen Umsetzungen verwendeten L-Ascorbinsäure eine bestimmte Menge D-Isoascorbinsäure verwendet, um zu zeigen, dass das vorliegende Verfahren auch bei anderen Isomeren der Ascorbinsäure angewendet werden kann.

Im einzelnen wurde eine Lösung von 0,05 Mol D-Isoascor-binsäure in 50 ml 99%iger Schwefelsäure (0,937 Mol) bei Zimmertemperatur hergestellt und dazu 0,0675 Mol Palmitinsäure hinzugefügt. Das Gemisch wurde bei 25°C 40 Stunden lang gerührt und auf die oben beschriebene Weise 16,02 g des 6-Palmitinsäureesters der D-Isoascorbinsäure (77,5%) isoliert. Die rohen Kristalle des 6-Palmitinsäureesters der D-Isoascorbinsäure wurden aus einem Äther/Petrol-äther-Gemisch zur reinen Substanz mit einem Schmelzpunkt von 87 bis 88,5°C umkristallisiert. Swern beschrieb in Oil and Soap, Band 20 (1943) auf Seite 224, dass die Verbindung einen Schmelzpunkt von 88,5 bis 89,5°C aufweist. Bei einem Kontrollversuch unter Verwendung von 95%iger Schwefelsäure und unter Veresterungsbedingungen, wie sie im Beispiel 1 der US-PS 350435 beschrieben sind, betrug die Ausbeute des 6-Palmitinsäureesters der D-Isoascorbinsäure 38%.

Es ist zu bemerken, dass das molare Verhältnis der Summe der Palmitinsäure und der d-Isoascorbinsäure zur Schwefelsäure 0,125 beträgt, in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeipsiel des vorliegenden Verfahrens.

Beispiel 3

Die Struktur des nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten 6-Palmitinsäureesters der L-Ascorbinsäure wurde durch Elementaranalyse und Kohlenstoff-13-Resonanzspek-troskopie bestätigt. Ein Monopalmitinsäureester der L-Ascorbinsäure hat die Summenformel C22H38O7, bei der 63,74% Kohlenstoff und 9,25% Wasserstoff erforderlich sind. Die Elementaranalyse ergab 63,44% Kohlenstoff und 9,21% Wasserstoff. Die Kohlenstoff-13-Spektren wurden in Dime-thylsulfoxydlösung bei einer Frequenz von 25,15 MHz durch die «Fourier-Transform»-Impulsmethode unter Verwendung eines «Varian XL-100-15»-Spektrometers und eines Nicolet-Computers gemessen. Deuteriumoxyd wurde in ein koaxiales Reagensglas innerhalb des Hauptreagensglases, welches die Dimethylsulfoxyd-Lösung einer L-Ascorbinsäureverbindung enthielt, eingebracht. Das Deuteriumoxyd wurde als Raster-frequenz-Sperre verwendet und die chemischen Verschiebungen der Kohlenstoffe wurden im Bezug auf Tetramethyl-silan (TMS) unter Verwendung des Haupt-13C-Signals des Dimethylsulfoxyds bei 40,50 p.p.m. unterhalb des TMS-Feldes berechnet.

Die Signale der Kohlenstoffatome in der L-Ascorbinsäure (siehe Tabelle 6) wurden wie folgt zugeordnet: Der Lacton-Kohlenstoff (Kohlenstoff 1) wurde dem Signal, welches am weitesten unten im Feld liegt (170,9 p.p.m.) zugeordnet, da dieses Signal im allgemeinen Bereich von 157 bis 180 p.p.m. liegt, was typisch für die Carbonylester-Kohlenstoffe ist (G.D. Levy und G.L. Nelson, «Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance for Organic Chemists», Wiley-Interscience, New York, NY (1972), Seite 109).

Die Zuordnung des C-3 zu dem Signal bei 153,2 p.p.m.

wurde aus den bekannten Verschiebungen der Alkylenkoh-lenstoffe (im allgemeinen 80 bis 145 p.p.m.) und von der Tatsache, das anzunehmen war, dass der C-3-Kohlenstoff in der L-Ascorbinsäure in das etwas weiter unten liegende Feld als normalerweise für Alkylensignale angenommen wird, verschoben sein würde, abgeleitet, da der C-3-Kohlenstoff an die ionisierende 3-OH-Grappe gebunden ist. Man weiss, dass die Ionisierung der Carbonsäure die Signale eines Carboxyl-Kohlenstoffes um angenähert 5 p.p.m. ins untere Feld im Verhältnis zu dem undissoziierten Carboxylkohlenstoff (Levy und Nelson, ibid., Seite 116) verschiebt. Die Röntgen-Kristallographie zeigt, dass die 3-QH-Gruppe der L-Ascorbinsäure die saure Gruppe ist und dass deshalb das Signal vom C-3-Kohlenstoff etwas weiter unten im Feld liegt als das Signal des C-2-Kohlenstoffes in der L-Ascorbinsäure. Der C-2-Kohlenstoff wurde deshalb dem anderen Enolkohlen-stoffsignal bei 118,3 p.p.m. zugeordnet.

Das C-4-Signal wurde derart bestimmt, dass man die L-Ascorbinsäure in die 4-Deuterio-L-ascorbinsäure überführte [G.S. Brenner, D.F. Hinkley, L.M. Perkins und S. Weber, J. Org. Chem., Band 29 (1964), Seite 2389; und E.M. Bell, E.M. Baker und B.M. Toblert, J. Labeled Compds., Band 2 (2), (1966), Seite 148]. Das ^-entkoppelte Spektrum der 4-Deuterioverbindung zeigte ein schwaches Triplet mit dem Zentrum bei 75,0 p.p.m., was für den deute-rierten Methinkohlenstoff erwartet wurde.

Tabelle 6

Chemische Verschiebungen in Methylsulfoxyd1

Kohlenstoff

L-Ascorbinsäure

6-Palmitinsäureester der L-Ascorbinsäure

1

170,9

170,2

2

118,3

118,2

3

153,2

152,1

4

75,0

75,1

5

68,8

65,7

6

62,4

64,5

1 Chemische Verschiebungen in p.p.m. vom externen Standard des Tetramethylsilans.

Das C-6-Signal wurde der Resonanz bei 62,4 p.p.m. zugeordnet, welche für die C-6-Methylolkohlenstoffe in Hexosezucker charakteristisch ist [A.S. Perlin, B. Casu, und HJ. Koch, Can. J. Chem., Band 48 (1970), Seite 2596]. Das Signal der 62,4 p.p.m. ergab ebenfalls ein Triplet im teilentkoppelten Spektrum, was bestätigt, dass das Signal von einem Methylen-Kohlenstoff stammt. Das verbleibende Signal (68,8 p.p.m.) im Spektrum der L-Ascorbinsäure ergab ein Duplet im teilentkoppelten Spektrum und wurde dem C-5-Kohlenstoff zugeordnet.

Die Struktur des 6-Palmitinsäureesters der L-Ascorbinsäure, welche dem aus der Veresterungsreaktion isolierten Reaktionsprodukt zugeordnet war, stand in vollem Einklang mit seinem 13-C-NMR-Spektrum. Aus Studien an Modellverbindungen (Levy und Nelson, ibid., Seite 47) war zu erwarten, dass die Veresterung in der C-6-Stellung der L-Ascorbinsäure das Signal des C-6-Kohlenstoffes in das untere Feld um 2,1 p.p.m. verschob, hingegen das Signal des C-5-Kohlenstoffes um 3,1 p.p.m. in das obere Feld verschob. Die anderen Signale der Kohlenstoffe im Ester waren denen der L-Ascorbinsäure, wie zu erwarten war, sehr ähnlich.

Das 13C-Spektrum des 6-Palmitinsäureesters der L-Ascorbinsäure zeigte auch den Fettsäure-Carbonylkohlenstoff bei 172,5 p.p.m., sowie 8 andere aufgelöste Signale, die den ali-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

phatischen Kohlenstoffen des Fettsäurerestes zugeordnet werden konnte.

Beispiel 4

Es wurden Lösungen von 95%iger, 96%iger, 97%iger und 98%iger Schwefelsäure derart hergestellt, dass man 1,93 ml, . 1,43 ml, 1,95 ml und 0,47 ml destillierten Wassers mit 23,1 ml, 23,6 ml, 24,1 ml und 24,5 ml 99%iger (37 ± 0,15 n; Fisher Scientific, Fairlawn, N.J.) Schwefelsäure vermischt. 6,01 g (30 mMol) Laurinsäure und 4,40 g (25 mMol) L-Ascorbinsäure wurden zu 25 ml des jeweiligen Schwefelsäuremediums hinzugefügt. Die Lösungen wurden bei 26°C ungefähr 1 Stunde lang gerührt und sodann bei ungefähr 26°C 19 Stunden lang stehengelassen. Jede Lösung wurde sodann auf 400 ml zerstossenes Eis unter heftigem Rühren gegossen und mit einmal 500 ml und einmal 100 ml Äther extrahiert. Geringe Mengen Ammoniumsulfat wurden dazu verwendet, Emulsionen zu brechen. Die Lösungen wurden über Natriumsulfat und sodann Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und in einem Rotations-Vakuumverdampfer zur Trockene eingedampft. Jedes Reaktionsprodukt wurde sorgfältig mit jeweils 600 ml, 500 ml und 300 ml Petroläther ausgewaschen und im Vakuum getrocknet, wonach folgende Ausbeuten resultierten:

Tabelle 7

% HIS04

95

96

97 981

99

Ausbeute (g)

5,84

6,58

6,61

7,09

Ausbeute (%)

65,2

73,3

73,8

79,0

1 Proben verlustig

Die 98%ige Schwefelsäure wurde wie oben beschrieben hergestellt, hingegen wurde 100%ige Schwefelsäure entweder durch Zugabe von 4,3 ml 20 bis 23%iger rauchender Schwefelsäure zu 20,7 ml 99%iger Schwefelsäure oder durch das «Fair and Foggy»-Verfahren von Kunzler, Anal. Chem., Band 25 (1953), Seite 93, hergestellt. Darüber hinaus wurde 4 bis 5%ige rauchende Schwefelsäure derart hergestellt, dass man 10,0 ml (18,97 g) 20 bis 23%ige rauchende Schwefelsäure mit 39,2 ml (71,8 g) 100%iger Schwefelsäure mischte. Die ebenfalls oben beschriebenen Reaktionen mit diesen Säurezubereitungen ergaben die folgenden Resultate:

631451

Tabelle 8

% H2SO4

98

99

100

4 bis 5%

rauchend

Ausbeute (g)

6,95

6,94

6,73

6,43

Ausbeute (%)

77,6

77,5

75,1

65,0

Die Tabellen 7 und 8 demonstrieren weiter die Tatsache, dass die Esterausbeute sehr stark von dem anfänglichen Wassergehalt des Schwefelsäuremediums abhängt. Bei den vorliegenden Veresterungsverfahren ist eine hochkonzentrierte Schwefelsäure am nützlichsten. In diesem Zusammenhang zeigen die Daten der Tabelle 7, dass nur der Wechsel von 95%iger zu 96%iger Schwefelsäure einen statistisch wesentlichen Anstieg bei den Ausbeuten bewirkte und dass diese Wirkung bei höheren Konzentrationen fortbestand.

Beispiel 5

Die unten aufgeführte Tabelle zeigt, wie die geeigneten Konzentrationen der Schwefelsäure hergestellt werden. Zu jeweils 5 Gemischen von 3,52 g (20 mMol) L-Ascorbinsäure und 6,98 g (27,2 mMol) Palmitinsäure wurden 20 ml jeweils einer der hergestellten Schwefelsäurelösungen unter Rühren bei 20°C während 25 Minuten hinzugefügt und das periodische Rühren bei 20°C so lange fortgesetzt, bis sich sämtliche Feststoffe gelöst hatten. Die Lösungen wurden bei 20°C 36 Stunden lang belassen und auf die übliche Weise aufgearbeitet, wobei nach dem Auswaschen mit Petroläther und dem Trocknen im Vakuum die nachfolgend aufgeführten Ausbeuten resultierten:

Tabelle 9

H2SO4

H2O

% H2SO4

Ausbeute

Ausbeute

(g)

(g)

(g)

(%)

46,82

0,702

98,52

6,55

79,0

45,30

0,566

98,77

6,79

81,9

47,65

0,477

99,01

6,80

82,0

49,10

0,368

99,26

7,08

85,4

46,98

0,235

99,50

7,05

85,0

Die obigen Daten zeigen weiter die günstige Wirkung der hochkonzentrierten Schwefelsäure und die Anwendung von verhältnismässig niederen (20°C) Reaktionstemperaturen während langer Reaktionszeiten auf die Esterausbeute.

7

5

10

15

20

25

30

35

40

45

B

Claims (8)

631451

1. Verfahren zur Herstellung von Fettsäureestern der Ascorbinsäure, dadurch gekennzeichnet, dass man-ein homogenes Gemisch aus a) einem Isomer der Ascorbinsäure,

b) Schwefelsäure mit einer Konzentration von 95 bis 100% und c) einer gesättigten Fettsäure mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, wobei die Fettsäure in einem molaren Überschuss im Verhältnis zur Ascorbinsäure vorhanden ist und das molare Verhältnis der Summe der Fettsäure und der Ascorbinsäure zur konzentrierten Schwefelsäure 0,1 bis 0,3 beträgt,

umsetzt und daraus den Fettsäureester isoliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98 bis 99% verwendet.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ascorbinsäure L-Ascorbinsäure verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch bei einer Temperatur von 20 bis 50°C während der Bildung des Fettsäureesters hält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperatur bei 20 bis 25°C hält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Veresterungsreaktion während einer Zeitdauer von 2 bis 48 Stunden durchführt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Veresterungsreaktion während einer Zeitdauer von 4 bis 16 Stunden durchführt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man während einer Zeitdauer von 2 bis 48 Stunden und bei einer Temperatur von 20 bis 50°C umsetzt.