CS257866B1

CS257866B1 - Process for preparing diacetone-L-sorbose

Info

Publication number: CS257866B1
Application number: CS855833A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Kmonicek; Miloslav Vesely
Original assignee: Vladimir Kmonicek; Miloslav Vesely
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1985-08-12
Publication date: 1988-06-15
Also published as: CS583385A1

Abstract

Způsob přípravy diaceton-L-sorbosy kondenzaci L-sorbosy s acetonem při teplotách nižších než 20 °C a za přítomnosti katalyzátoru jako např. konc. kyseliny sírové tak, že mletí L-sorbosy na částice menší než 0,1 mm se provádí přímo v reakčním prostoru pomocí inertních mlecích tělísek.The method of preparing diacetone-L-sorbose is the condensation of L-sorbose with acetone at temperatures below 20 °C and in the presence of a catalyst such as concentrated sulfuric acid, such that the grinding of L-sorbose to particles smaller than 0.1 mm is carried out directly in the reaction space using inert grinding bodies.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy diaceton-L-sorbosy z L-sorbosy a acetonu za katalytického působení minerální kyseliny, kdy vhodným uspořádáním reakčních podmínek je dosaženo podstatného zvýšení výkonu objemové jednotky reaktoru, zjednodušení výrobního procesu, úspory energie a pracovních sil.The present invention relates to a process for the preparation of diacetone-L-sorbose from L-sorbose and acetone under the catalytic action of a mineral acid, where appropriate configuration of the reaction conditions results in a substantial increase in reactor volume, simplification of the production process, energy and labor savings.

Diaceton-L-sorbosa chemicky 2,3;4,6-di-O-isopropyliden-alfa-L-sorbofuranosa patří ve farmaceutickém průmyslu k velkotonážně vyráběným chemikáliím, neboť je jedním ze základních meziproduktů při výrobě vitamínu C. Průmyslově je získávána kondenzací L-sorbosy s acetonem, který splňuje současně funkci rozpouštědla, při teplotách nižších než 20 °C a za působení katalyzátoru. Podle specifických podmínek výrobců je jako katalyzátoru používáno například chloridu zinečnatého, oxidu fosforečného, anebo minerální kyseliny, a to kyseliny chlorovodíkové, hlavně pak konc. kyseliny sírové, a ty spolu s teplotou a množstvím acetonu ovlivňují výtěžek a dobu reakce. Průběh reakce lze znázornit následujícím zjednodušeným reakčním schématem:Diacetone-L-sorbose chemically 2,3, 4,6-di-O-isopropylidene-alpha-L-sorbofuranose is a large-scale chemical produced in the pharmaceutical industry as it is one of the essential intermediates in the production of vitamin C. It is industrially obtained by condensation of L -sorbose with acetone, which simultaneously fulfills the function of a solvent, at temperatures below 20 ° C and under the action of a catalyst. Depending on the specific conditions of the manufacturers, for example, zinc chloride, phosphorus pentoxide or a mineral acid such as hydrochloric acid, in particular conc. sulfuric acid, and these, together with the temperature and the amount of acetone, affect the yield and time of the reaction. The course of the reaction can be illustrated by the following simplified reaction scheme:

I II IIII II III

První stupeň reakce, tj. vznik monoacetosorbosy II probíhá v heterogenním prostředí v důsledku malé rozpustnosti L-sorbosy v acetonu. Následkem toho je doba reakce závislá na rychlosti rozpouštění L-sorbosy, která je funkcí velikosti částic. Po proběhlém prvém stupni je monoacetosorbosa (II) velmi dobře rozpustná a reaguje s další molekulou acetonu na diaceton-L-sorbosu (III).The first stage of the reaction, i.e. the formation of monoacetosorbose II, takes place in a heterogeneous environment due to the low solubility of L-sorbose in acetone. As a result, the reaction time is dependent on the dissolution rate of L-sorbose, which is a function of the particle size. After the first step, monoacetosorbose (II) is very soluble and reacts with another acetone molecule on diacetone-L-sorbose (III).

Kromě látek uvedených ve schématu je reakce doprovázena vznikem vedlejších produktů vznikajících z acetonu, přičemž obsah v konečné reakční směsi závisí jak na reakčních podmínkách, tak hlavně na době reakce. V praxi je pro výrobní účely běžně používána L-sorbosa krystalického charakteru, která v závislosti na provenienci má různou distribuci velikosti částic. Např.In addition to the substances shown in the scheme, the reaction is accompanied by the formation of by-products resulting from acetone, the content of the final reaction mixture depending on both the reaction conditions and the reaction time. In practice, crystalline L-sorbose, which has different particle size distributions depending on its provenance, is commonly used for manufacturing purposes. E.g.

podle cílové by target analýzy analysis C 0,20 C, 0.20 mm 4,5 mm 4,5 0,20-0,30 0.20-0.30 mm 9,5 mm 9,5 0,30-0,40 0,30-0,40 mm 13,8 mm 13,8 0,40-0,50 0.40-0.50 mm 19,8 mm 19.8 0,50-0,63 0.50-0.63 mm 21,1 mm 21.1 0,63-0,71 0.63-0.71 mm 22,8 mm 22.8 0,71-0,80 0,71-0,80 mm 4,6 mm 4,6 0,80> 0,80> mm 3,9 mm 3,9

Optimální pro syntézu, vzhledem k heterogenní reakci, jsou částice menší než 0,1 mm, jak lze nejlépe vidět na přiloženém obrázku, znázorňujícím průběh acetonizací L-sorbosy při 10° Celsia, kde na ose x je vynesen čas v hodinách, na ose y je vynesen výtěžek diaceton-L-sorbosy v % teorie, křivka a znázorňuje acetonizací krystalické L-sorbosy s balatinou, křivka b znázorňuje průběh acetonizace L-sorbosy s částicemi menšími než 0,10 mm, křivka c znázorňuje acetonizací krystalické L-sorbosy bez balatiny.Optimal for the synthesis, due to the heterogeneous reaction, are particles smaller than 0.1 mm, as best seen in the attached figure, showing the course of acetonization of L-sorbose at 10 ° C, where the x-axis shows time in hours, the y-axis the yield of diacetone-L-sorbose in% of the theory is plotted, curve a shows acetonization of crystalline L-sorbose with balatine, curve b shows the course of acetonization of L-sorbose with particles smaller than 0.10 mm; .

Dlouholetou výrobou byl ustálen postup, kdy je L-sorbosa nejprve umleta na klasickém mechanickém mlecím zařízení. Výsledkem však opět není jednotná velikost částic, nýbrž nějaké velikostní rozmezí a následkem toho je pro dosažení maximálního účinku při reakci zařazeno třídění na odstranění větších částic. Tyto jsou pak vraceny zpět na mletí. Vytříděná L-sorbosa je potom za míchání vnesena do reaktoru a po úpravě předepsaných reakčních podmínek podrobena reakci.Long-term production has stabilized the process whereby L-sorbose is first ground on a classical mechanical grinding machine. Again, however, this does not result in a uniform particle size, but in some size range, and as a result, sorting to remove larger particles is included to achieve maximum effect in the reaction. These are then returned for grinding. The sorted L-sorbose is then introduced into the reactor with stirring and after the prescribed reaction conditions have been adjusted, it is reacted.

Jiný postup, který obchází nepříjemné mechanické mletí, eliminuje vliv nerovnoměrného rozložení částic tak, že se reakce vede do neúplné konverze L-sorbosy a nerozpuštěná, tj. nezreagovaná L-sorbosa se po určitém čase oddělí filtrací a je vracena zpět do procesu v průběhu dalších operací. Jsou rovněž známy práce, ve kterých je popisován'vysoký výtěžek uvedené reakce vlivem použití ultrazvuku.Another method that bypasses unpleasant mechanical grinding eliminates the effect of uneven particle distribution by leading the reaction to incomplete conversion of L-sorbose and undissolved, i.e. unreacted L-sorbose, is separated by filtration after a certain time and returned to the process over time operations. There are also reports in which a high yield of said reaction due to the use of ultrasound is described.

Použití klasického mechanického mletí na předúpravu L-sorbosy je nevýhodné jednak z ekonomických důvodů, nebot představuje rozšíření výrobní jednotky o další mlecí a třídicí zařízení a nároky na výrobní prostor a pracovní síly a energii. Přistupují rovněž potíže se zajištěním transportu materiálu a problémy bezpečnostní. V těch případech, kdy se neprovádí úprava krystalické formy L-sorbosy, je reakční doba nereprodukovatelně prodlužována na úkor výkonu zařízeni, snížení výtěžku a nárůstu vedlejších látek. Je-li reakce vedena s neúplnou konverzí L-sorbosy, dochází ke snížení výkonu na objemovou jednotku reaktoru a zvýšení nároků na další zařízení pro regeneraci L-sorbosy a na pracovní síly. Postup využívající ultrazvuku při kondenzaci L-sorbosy s acetonem má rovněž řadu nevýhod, především je technicky značně náročný.The use of classical mechanical grinding for L-sorbose pretreatment is disadvantageous both for economic reasons, as it represents an extension of the production unit with additional grinding and sorting equipment and demands on the production space and labor and energy. There are also difficulties in ensuring the transport of material and safety problems. In those cases where the crystalline form of L-sorbose is not treated, the reaction time is irreparably prolonged at the expense of equipment performance, reduction in yield and increase in by-products. If the reaction is conducted with incomplete conversion of L-sorbose, the power per unit volume of the reactor is reduced and the demands on additional L-sorbose recovery equipment and labor are increased. The ultrasonic process of condensing L-sorbose with acetone also has a number of drawbacks, and is particularly technically demanding.

Nyní byl nalezen rychlý a ekonomicky výhodný způsob přípravy diaceton-L-sorbosy, který je předmětem tohoto vynálezu a jehož podstata spočívá v tom, že se mletí L-sorbosy na částice menší než 0,1 mm a jeji reakce s acetonem provádějí současně v témže prostoru, který je tvořen reakční nádobou, obsahující inertní tělíska, s výhodou skleněná, keramické či plástové balotiny v množství 2 až 100 % hmotnosti reakční směsi, dále opatřenou vypouŠtěcim otvorem s oddělovacím sítem o průměru ok menších než je velikost použité balotiny a míchadlem.We have now found a fast and economically advantageous process for the preparation of diacetone-L-sorbose which is the object of the present invention, which consists in grinding L-sorbose to particles smaller than 0.1 mm and reacting it with acetone simultaneously in the same process. a space consisting of a reaction vessel containing inert bodies, preferably glass, ceramic or honeycomb balls in an amount of 2 to 100% by weight of the reaction mixture, further provided with a discharge opening with a separating screen having a mesh diameter smaller than the size of ballotin used and a stirrer.

Postupem podle vynálezu dochází při míchání ke zmenšování částic L-sorbosy takovou měrou, že jejich velikost již neovlivňuje dobu prvého stupně syntézy. Po proběhnutí dalšího stupně, jehož rychlost je pak přímo závislá na reakčních podmínkách, je reakční směs z reaktoru přetlačena nebo vypuštěna přes síto nebo štěrbinu s otvory menšími než je průměr balotiny a zpracována obvyklým postupem. Balotina zůstává v reaktoru připravena na další operaci.According to the process of the invention, the L-sorbose particles are reduced in size to such an extent that their size no longer affects the time of the first stage of the synthesis. After the next stage, the speed of which is directly dependent on the reaction conditions, the reaction mixture is forced from the reactor or discharged through a sieve or slot with holes smaller than the diameter of the ballotin and processed in a conventional manner. The ballotin remains in the reactor ready for the next operation.

Výsledkem podle tohoto vynálezu je sloučenina obecného vzorce (III) v dobrém výtěžku a konstantní dobré kvalitě pro další zpracováni. Výhody tohoto vynálezu spočívají hlavně v jednoduchosti a snadné realizovatelnosti vlastního zařízení tvořeného pouze reaktorem, čímž odpadají investiční náklady na mlecí a třídicí zařízení. Zvláště pak výhodné je snížení počtu obslužných pracovníků, kterého se dosáhne jednak odstraněním mechanického mletí a dále možností automatizace tohoto výrobního stupně, a to následkem reprodukovateIných reakčních dob. Způsob podle vynálezu dále umožňuje pro lepší průběh reakce použít zcela příznivějšího poměru nahrazovaných surovin, což se odrazí i v jejich úspoře. Zkrácení reakční doby má za následek úsporu energií a zvýšení specifického výkonu zařízení. Vedením procesu za daných podmínek vzniká i mnohem menší množství vedleiších látek nepříznivě ovlivňujících složení odpadních vod.The present invention results in a compound of formula (III) in good yield and constant good quality for further processing. The advantages of the present invention lie mainly in the simplicity and ease of feasibility of the actual reactor-only device, thereby eliminating the investment costs of the milling and sorting equipment. Particularly advantageous is the reduction in the number of operators achieved by eliminating mechanical grinding and also by the possibility of automating this process step due to reproducible reaction times. Furthermore, the process according to the invention makes it possible to use a completely more favorable ratio of the raw materials to be replaced for better reaction, which is also reflected in their savings. Reducing the reaction time results in energy savings and an increase in the specific performance of the device. By conducting the process under the given conditions, a much smaller amount of by-products adversely affecting the composition of the waste water is produced.

Na rozdíl od klasických disperzních ílýnů může být použito podstatně nižšího poměru mezi objemem reakční směsi a celkovým objemem mlecích tělísek. Nejsou také požadovány tak vysoké otáčky míchadla, což umožňuje využití běžných nežádoucích reaktorů, tj. klasických kotlů s obvyklými typy míchadel.Unlike conventional dispersion clays, a substantially lower ratio between the volume of the reaction mixture and the total volume of the grinding bodies can be used. Also, such a high stirrer speed is not required, which allows the use of conventional undesired reactors, i.e., conventional boilers with conventional types of stirrers.

V následujících příkladech je uveden způsob přípravy podle vynálezu a pro porovnání postup bez použití balotiny.· Uvedené díly značí díly hmotnostní. Uvedené příklady předmět vynálezu nijak nevymezují ani neomezují.The following examples illustrate the preparation of the present invention and, for comparison, the procedure without the use of a ballotin. These examples are not intended to limit or limit the invention in any way.

Příklad 1Example 1

Do SOlitrového nerezového reaktoru s kotvovým míchadlem, duplikátorem a vypouštěoím otvorem opatřeným oddělovacím sítem se předsadí 40 dilů skleněné balotiny o 0 3 mm, napustí 130 dílů acetonu. Za míchání při 170 ot./min. a chlazení se po dosažení -5 °C během 45 minut připustí 17 dílů 105% kyseliny sírové (olea) tak, aby teplota nepřestoupila 0 °C. Do takto připravené acetonizační směsi se nasype 17 dílů krystalické L-sorbosy. Obsah kotlá se vyhřeje na 10 °C. Během 45 minut je veškerá sorbosa rozpuštěna a reakce do prvého stupně ukončena.A 40 liter glass ballot of 0 3 mm is introduced into a 1 liter stainless steel reactor with an anchor stirrer, a duplicator and a drainage opening equipped with a separating screen, impregnating 130 parts of acetone. With stirring at 170 rpm. and cooling, after reaching -5 ° C over 45 minutes, 17 parts of 105% sulfuric acid (olea) are allowed to not exceed 0 ° C. 17 parts of crystalline L-sorbose are poured into the acetonization mixture thus prepared. The boiler content is heated to 10 ° C. Within 45 minutes all sorbose is dissolved and the reaction to the first stage is complete.

Po úplném proběhnutí dalšího stupně, tj. po 4 h, se reakční směs zpracuje obvyklým postupem.After completion of the next step, i.e. after 4 h, the reaction mixture is worked up in the usual manner.

Příklad 2Example 2

Postup je lonová. Reakce stejný jako u příkladu 1, jen místo skleněné do prvého stupně je ukončena během 1 hodiny.The procedure is lonely. The reaction was the same as in Example 1 except that the glass instead of the first step was complete within 1 hour.

Příklad 3Example 3

Postup je stejný jako u příkladu 1, jenže se nepoužije stupně je ukončena během cca 5 hodin.The procedure is the same as in Example 1 except that the stage is not completed within about 5 hours.

balotiny se použije balotina tefžádná balotina. Reakce do prvéhoBalotin is used. Reaction to the first

Claims

A process for the preparation of diacetone-L-sorbose by condensation of L-sorbose with acetone at temperatures below 20 ° C and in the presence of a catalyst such as conc. Sulfuric acid characterized in that the grinding of L-sorbose to particles smaller than 0.1 mm is carried out directly in the reaction space by means of inert grinding bodies.

2. Process according to claim 1, characterized in that glass, ceramic or teflon ballotin in an amount of 2 to 100% by weight of the reaction mixture are preferably used as inert grinding bodies.