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Verfahren zur Reinigung eines rohen, durch Hydrolyse von natürlichem
saponinhaltigen Material erhaltenen sapogeninhaltigen Materials Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Extraktion und Reinigung von Sapogeninen.
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Sapogenine sind Stoffe mit Steroidstruktur, die für die Herstellung
verschiedener Steroide von wirtschaftlicher Bedeutung sind und durch Hydrolyse von
in der Natur vorkommenden, im Saft vieler Pflanzen enthaltenen Saponinen erhalten
werden. Insbesondere das Sapogenin Hecogenin, das beispielsweise aus Sisal gewonnen
werden kann, wurde bereits als Ausgangsstoff für die Synthese von Cortison und verwandten
Steroidverbindungen mit nebennierenrindenhormonähnlicher Wirkung vorgeschlagen.
Die Erzeugung von Sapogeninen im großen und in reiner oder praktisch reiner Form
ist daher von beträchtlicher Bedeutung.
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Die Extraktion und Reinigung von Sapogeninen bereitet gewisse Schwierigkeiten.
Die natürlich vorkommenden Saponine, aus denen die Sapogenine gewonnen werden, sind
Glycoside und in der aus den Naturstoffen erhaltenen Form gewöhnlich mit Wachsen,
anderen Steroidverbindungen und verschiedenartigen gefärbten Begleitstoffen verunreinigt.
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Bei der Extraktion und Reinigung von Sapogeninen müssen die glycosidischen
Bindungen der Saponine hydrolytisch gespalten werden. So wird beispielsweise bei
einem Verfahren zur Durchführung dieser Hydrolyse der durch Auspressen eines geeigneten
Pflanzenmaterials (z. B. Sisal im Fall von Hecogenin) erhaltene Saft mehrere Tage
stehengelassen, wobei er eine Autolyse erfährt und ein Schlamm abgesetzt wird. Danach
wird die überstehende Flüssigkeit abdekantiert und verworfen. Der zurückbleibende
Schlamm wird dann zur Vervollständigung der hydrolytischen Spaltung der Glycosidbindungen
mit Säure, z. B. Schwefelsäure oder Salzsäure, in einer oder mehreren Stufen erhitzt.
Diese Behandlung wird zweckmäßigerweise in dem Land durchgeführt, wo die Sisalpflanzen
oder andere geeignete Pflanzenmaterialien angebaut werden. Um das säurebehandelte
Material in für den Transport geeignete Form zu bringen, muß die Säure durch Filtrieren
entfernt werden, woran sich dann entweder ein gründliches Waschen oder eine einfache
Neutralisation mit einer Base, wie Natriumcarbonat, anschließt. Nach Entfernung
der Säure wird das Produkt getrocknet, wobei ein Material erhalten wird, das im
folgenden als »Trockenschlamm« bezeichnet werden soll und das, falls es aus Sisal
stammt, gewöhnlich 5 bis 301% Hecogenin enthält, was von der jeweiligen Sisalquelle
abhängt. Der Trockenschlamm wird dann weiter gereinigt. So wird beispielsweise bei
einem Verfahren aus Sisal gewonnener Trockenschlamm mit Aktivkohle vermischt und
mit siedendem Methanol extrahiert. Der Methanolextrakt wird durch Filtrieren von
dem ungelösten Schlamm und der Kohle abgetrennt, auf ein kleineres Volumen eingeengt
und abgekühlt, worauf rohes Hecogenin auskristallisiert, das abfiltriert, in geeigneter
Weise gewaschen und getrocknet wird. Das rohe kristalline Heeogenin kann dann weitergereinigt
und weiterverarbeitet werden, wie dies beispielsweise in der Patentanmeldung
G 19024 IV b / 12 o beschrieben ist.
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Ziel der Erfindung ist ein neues Verfahren zur Behandlung von sapogeninhaltigem
Material, das' durch Hydrolyse von Saponinen gewonnen wurde und insbesondere von
solchem Material, das durch saure Hydrolyse gewonnen wurde, der gegebenenfalls eine
enzymatische Hydrolyse, z. B. eine Autolyse, vorausgegangen war, unter Erzielung
einer beträchtlichen Reinigung ohne unzulässige Ausbeuteverluste. Es ist ein besonderes
Ziel der Erfindung, eine praktisch vollständige Entfernung gefärbter Verunrein*igungen
aus dem obenerwähnten Trockenschlamm durch ein Verfahren zu erreichen, das wirtschaftlicher
und wirksamer als die Entfärbung mit Aktivkohle ist.
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Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß beim Erhitzen des rohen
sapogeninhaltigen, durch
Hydrolyse von saponinhaltigem Material
gewonnenem Material mit Alkali ein beträchtlicher Anteil der vorhandenen Verunreinigungen
offenbar in Substanzen übergeführt wird, die mit Erdalkaliioneii, z. B. Caleiumionen,
gefällt werden können. Erfindungsgemäß wird die alkalische Hydrolyse nicht 11) wäßriger
Lösung, sondern in Lösung in einem niedermolekularen Alkanol, worin das Hecogenin
löslich ist, durchgeführt. Dann werden Erdalkaliionen zugesetzt, wodurch die gefärbten
Verunreinigungen ausgefällt werden und anschließend abfiltriert werden können. Durch
Verwendung eines niedermolekularen Alkanols bei der Hydrolyse und der Stufe der
Behandlung mit Calciumionen wird eine stärkere Reinigung erzielt und eine bequemere
Durchführung des Verfahrens ermöglicht als bei Verwendung wäßriger #ledien. Hecogenin
ist in wäßrigen 'Medien nicht löslich, und bei Verwendung derselben wird das Hecogenin
gemeinsam mit den Verunreinigungen abfiltriert, von denen es anschließend getrennt
werden muß.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines rohen, durch
Hydrolyse von natürlichem saponinhaltigem Material gewonnenem sapogeninhaltigem
Materials, das gefärbte Verunreinigungen enthält, wobei das rohe sapogeninhaltige
Material mit einer Lösung eines Alkallhydroxyds oder eines Alkalialkoholats eines
Alkanols mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen in einem Alkanol mit
1 bis 5 Kohlenstoffatomen zur Erzielung einer wenigstens teilweisen
Hydrolyse der gefärbten Verunreinigungen erhitzt, das Reaktionsgemisch mit Erdalkaliionen
zur Fällung wenigstens eines Teils der gefärbten Verunreinigungen behandelt und
die das Sapogenin gelöst enthaltende alkanolische Lösung abgetrennt wird.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein rohes sapogeninhaltiges
Material verwendet, das durch saure Hydrolyse eines natürlichen saponiiihaltigen
Materials gewonnen wurde, der gegebenenfalls eine enzyrnatische Hydrolvse, z. B.
eine Autolyse, vorausgegangen war.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene alkanolische Lösung
enthält das gewünschte Sapogenin, das zwar noch eine Rohsubstanz darstellt, ans
dem jedoch eine beträchtliche Menge der natürlichen Verunreinigungen bereits entfernt
ist, Bei der Kristallisation aus dem Alkanol wird ein Produkt in guter kristalliner
Form erhalten, das sich leicht filtrieren und der weiteren Reinigung, z. B. einer
Extraktion mit einem flüssigen Kohlenwasserstofflösungsmittel, das vorwiegend aus
aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 6 bis 12 Kohlenstoffatornen, besteht,
sowie der Weiterverarbeitung, z. B. einer Acetylierung, unterwerfen läßt.
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Es ist offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit gutem
Erfolg sowohl auf säurefreien Trockenschlamm als auch auf Material angewandt werden
kann, das direkt aus der sauren Hvdrolvse stammt und noch nicht neutralisierte Säure
enthält. In letzterem Fall ist es selbstverständlich erforderlich, weitere Alkalilauge
oder eine andere Base zur Umsetzung mit der Restsäure zuzusetzen. Das erfindungsgemäße
Verfahren wird am besten auf Trockenschlamm oder direkt aus der erwähnten Hydrolyse
stammendes Material angewandt; gegebenenfalls können selbstverständlich andere Reinigungsmaßnahmen
eingeschaltet werden.
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Als Alkanol wird vorzugsweise Methanol verwendet, doch kann man sich
auch anderer Alkanole, z. B. des Äthanols, Propanols und Isopropanols, bedienen.
Geeignete Alkalihydroxyde sind beispielsweise N'atrium- und Kaliumhydroxyd und geeignete
Alkalialkoholate diejenigen, die mit dern verwendeteii Alkanol gebildet werden,
z. B. Natrium- und Kaliurnmethylat. Die erforderliche Alkali- oder Alkoholatmenge
schwankt von Ansatz zu Ansatz je nach dem Ursprung des Trockenschlamms. Allgemein
wurde gefunden. daß 20Gewichtsprozent Natriumhydroxyd, bezogen auf Trockenschlamm,
oder eine äquivalente Menge einer anderen Alkalilauge oder eines Alkoholats ausreichen.
Die Hydrolyse erfolgt durch wenigstens lstündiges Kochen des Ausgangsmaterials in
der alkanolischen Lösung der Alkalilauge oder des Alkoholats.
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Bei der Behandlung mit Erdalkalhonen verwendet man vorzugsweise Calciumionen.
So kann man beispielsweise dem Reaktionsgemisch nach der Behandlung mit der Alkalilauge
ein in dem verwendeten Alkanol lösliches Calciumsalz, z. B. Caleiumchlorid oder
Calciumacetat, zusetzen. Vorzugsweise wird das Erdalkalisalz in einer Menge eingesetzt,
die derjenigen des verwendeten Hydroxyds oder Alkoholats stöchiornetrisch praktisch
äquivalent ist.
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Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren.
Der in diesen Beispielen verwendete Trockenschlamm wurde auf folgende Weise hergestellt:
Der bei der Entrindung von Sisalblättern anfallende Abfallsaft wurde nach dem Abseihen
7 Tage bei einer Temperatur von etwa 30'C stehengelassen. Während dieser
Zeit erfolgte eine enzymatische Fermentation unter gleichzeitiger Ablagerung fester
Stoffe. Die 80 Volumprozent betragende, klare überstehende Flüssigkeit wurde
abdekantiert und die zurückbleibende Aufschlämmung in der Weise mit Schwefelsäure
behandelt, daß die Endkonzentration 1 n war. Dieses Gemisch wurde 4 Stunden
zum Sieden erhitzt und abgekühlt, und die überstehende Flüssigkeit wurde erneut
abdekantiert (etwa 50 Volumprozent der angesäuerten Aufschlämmung). Der Rückstand
wurde bezüglich Schwefelsäure 3n gemacht und das Gemisch 4 Stunden zum Sieden erhitzt.
Die in diesem Gemisch vorliegende hecogeninhaltige Festsubstanz wurde mittels einer
Filterpresse abfiltriert, 2 Stunden mit Wasser gewaschen, dann aus der Presse entfernt
und mit einer wäßrigen Natriurricarbonatlösung behandelt, bis die schließlich erhaltene
Flüssigkeit einen pl,-Wert von etwa 7 aufwies. Die neutralisierte Aufschlämmung
wurde erneut durch die Presse filtriert und 2 Stunden mit Wasser gewaschen. Der
Kuchen wurde auf eine Unterlage ausgebreitet und insgesamt 48 Stunden bei
80'C
getrocknet. Das trockene Material wird als Trockenschlamm bezeichnet.
Beispiel 1
50 g hecogeninhaltiger Trockenschlanim (Ursprungsland Kenva)
wurden 1 Stunde mit 500m1 Methanol und 10 g technischem Natriumhydroxyd
unter Rühren und Rückfluß erhitzt. '-1,Tach Zugabe von 13,9g wasserfreiem
Calciumchlorid wurde das Rühren weitere 15 Minuten fortgesetzt und das Gemisch
heiß filtriert. Der Filterkuchen wurde mit 200 ml heißem Methanol gewaschen, und
das mit der Waschflüssigkeit vereinigte Filtrat, das bei dieser Stufe hellgrün gefärbt
war, wurde auf 200nil eingeengt und zur Entfernung von kristallinern Natriumchlorid
erneut heiß filtriert. Der Filterkuchen wurde mit 20m1 heißem Methanol gewaschen
und das mit der Waschflüssigkeit vereinigte Filtrat abkühlen gelassen,
wobei
sich das rohe Hecogenin in Fächern oder flachen Nadeln abschied. Das kristalline
Rohhecogenin wurde durch Filtrieren gewonnen und eine zweite Ausbeute durch Einengen
des Filtrats auf 50 ml erhalten. Diese Ausbeuten an Rohhecogenin wurden vereinigt,
mit 50 ml Petroläther (bekannt unter der Handelsbezeichnung S.B.P.3.) aufgeschlämmt
und abfiltriert; der Filterkuchen wurde mit 10 ml Petroläther gewaschen.
Nach Trocknen des Filterkuchens bei 100'C erhielt man 9,98g blaßgrünes Rohhecogenin.
Beispiel 2 30 g hecogeninhaltiger Trockenschlamm (Ursprungsland Kenya)
wurden mit lOg Natriumhydroxyd und 500 ml Methanol 1 Stunde unter
Rühren und Rückfluß erhitzt. -Nach Zugabe von 20g
Calciumacetat wurde das
Rühren noch 15 Minuten fortgesetzt. Das Gemisch wurde heiß filtriert und
das Rohhecogenin, wie im Beispiel 1 beschrieben, abgetrennt. Man erhielt
eine Ausbeute von 9,71 - an blaßgrünem Rohhecogenin. Beispiel 3
50
g hecogeninhaltiger Trockenschlarnin (Ursprungsland Tanganiyka) wurden mit
500 nil Methanol und lOg Natriumhydroxyd 1 Stunde unter Rühren und
Rückfluß erhitzt. Nach Zugabe einer Lösung von 15 g Calciumchlorid und 200
nil Methanol wurde das Gemisch 15 Minuten gerührt und heiß filtriert. Der
Filterkuchen wurde init 200 ml Methanol gewaschen und das Rohhecogeniii, wie im
Beispiel 1 beschrieben, isoliert. Man erhielt eine Aus-
beute von
9,0 g an hellederfarbenein Rohheco-eiliii.
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z# Beispiel 4 50 g hecogeninhaltiger Trockenschlanim (Ursprungsland
jamaika) wurden mit 500m1 Methanol und lOg technischem Natriumhydroxyd
1 Stunde unter Rühren und Rückfluß erhitzt. Nach Zugabe von 20,5 g
technischem Calciumchlorid wurde das Rühren noch 15 Minuten fortgesetzt.
Das Gemisch wurde t# heiß filtriert und der Filterkuchen mit 200 nil heißem Methanol
gewaschen. Das mit der Waschflüssigkeit vereinigte Filtrat wurde auf 300
ml eingeengt, und in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise wurden zwei Ausbeuten
an Rohhecogenin erhalten. Die Ausbeute betrug 7,2 g weißlichen Rohhecogenins.
Beispiel 5
Zu einer Lösung von 8g metallischem Natrium in 500m1 Methanol
wurden 50g heeogeninhaltiger Trockenschlamm (Ursprungsland Kenva) gegeben.
Das Gemisch wurde 1 Stunde unter Rühren und Rückfluß erhitzt, mit
30 g Caleiumchlorid in Schuppenform versetzt und weitere 10 Minuten
gerührt. Dann wurde es heiß filtriert und das Rohhecogenin in der im Beispiel
1 beschriebenen Weise abgetrennt. Man erhielt eine Ausbeute von
8.15 g von blaßgrünem Rohhecogeniii.
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Beispiel 6
50 g hecogeninhaltiger Trockenschlamm
(Ursprungsland Tanganivka) wurden mit 500nil ii-Butanol und 14g Kdliumhydroxyd
1 Stunde unter Rühren und Rückfluß erhitzt. Nach Zugabe von 14g
Calciumchlorid
wurde das Rühren noch 30Minuten fortgesetzt. Das Gemisch wurde heiß filtriert und
der Filterkuchen mit 200m1 Butanol gewaschen. Die Mutterlaugen wurden auf 200m1
eingeengt und abgekühlt. Die Festsubstanz wurde gesammelt, mit etwas Butanol gewaschen
und nach dem Aufschlämmen mit 50 ml Petroläther filtriert. Der Kuchen wurde
mit Petroläther gewaschen und bei 100' C getrocknet, wodurch man
9,3 g blaßgrünes Rohhecogenin erhielt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde zwar am Beispiel der Hecogeningewinnung
beschrieben, es kann jedoch in gleicher Weise auf die Gewinnung anderer Sapogenine,
z. B. Diosgenin, ange-,vandt werden. Beispiel 7
50g diosgeninhaltiger
Trockenschlamm wurden mit 1,5 1 Methanol und 7,5 g Natriumhydroxyd
1 Stunde unter Rühren und Rückfluß erhitzt. Nach Zugabe von 11,2g 93%igem
Calciumchlorid und 20g Kieselgur wurde das Rühren noch 15Minuten fortgesetzt.
Das Gemisch wurde heiß filtriert und der Filterkuchen erneut mit 500m1 siedendem
Methanol extrahiert. Die vereinigten Methanolextrakte wurden auf ein Volumen von
11 eingeengt und zur Kristallisation stehengelassen. Das weiße kristalline
Diosgenin wurde abfiltriert, mit 25 m1 kaltem Methanol und dann mit 200 ml heißem
Wasser gewaschen, um das Natriumchlorid zu entfernen, und bei 1001 C getrocknet.
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Ausbeute 20,1 g, F. = 199 bis 203' C, W D
130'
(CHCl3).
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Im Merk-Index werden für reines Diosgenin folgende Kennzahlen angegeben:
F. = 204 bis 207' C
und (a) D = - 129' (C H C13).
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Bei der Extraktion von diosgeninhaltigem Trockenschlamm ohne Verwendung
von Natriumhydroxyd/ Calciurnchlorid wurde braun gefärbtes Diosgenin in einer Ausbeute
von 19.5 g mit folgenden Kennzahlen erhalten: F. = 202,5 bis 204,5'
C, (a) D 116'
(C H c13).