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Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden der allgemeinen Formel
worin Ri 4-Hydroxy-3-oxo-2,6,6-trimethylcyclohexadien-(1,4)-yl oder 4-Hydroxy-5-oxo-2,6,6-trimethylcyclohexadien-(1,3)-yl
und R2 4-Hydroxy-3-oxo-2,6,6-trünethylcyclohexadien-(1,4)-yl, 4-Hydroxy-5-oxo-2,6,6-trimethyleyclohexadien-(1,3)-yl
oder -2,6,6-trimethylcyclohexen-(1)-yl bedeutet und die punktiert wiedergegebene
Bindung hydriert sein kann, sowie von Acylderivaten dieser Verbindungen.
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Die unacylierten Verbindungen der obigen Formel können in den beiden
tautomeren Formen auftreten, d. h., die Reste Ri und R2 können entweder in
der Enolforin als 4-Hydroxy-3-oxo- bzw. 4-Hydroxy# 5-oxoc yclohexadienyl- oder in
der Ketoform als 3,4-Dioxo- bzw. 4,5-Dioxocyclohexenylgruppen auftreten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man
ein substituiertes Polyen der allgemeinen Formel
worin R3 den in 3-, 4- oder 5-Stellung durch eine Oxogruppe substituierten
2,6,6-Trimethylcyclohexen-(1)-yl-Rest und R4 den gegebenenfalls in 3-, 4-
oder 5-Stellung durch eine Oxogruppe substituierten 2,6,6-Trimethylcyclohexen-(1)-yl-Rest
darstellt und die punktiert wiedergegebene Bindung hydriert sein kann, in Gegenwart
eines enolisierenden Mittels mit Luft oder Sauerstoff oxydiert, das Oxydationsprodukt
gewünschtenfalls in an sich bekannter Weise acyliert und gegebenenfalls an der zentralen
Dreifachbindung nach üblichen Methoden partiell hydriert.
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AlsAusgangsmaterialkönnenbeispielsweiseCanthaxanthin oder Echinenon
bzw. deren entsprechende 15,15#-Dehydroverbindungen eingesetzt werden.
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Durch Schütteln des Ausgangsmaterials in einem inerten Lösungs- oder
Verdünnungsmittel in Gegenwart von Luft oder Sauerstoff wird die erforderliche Menge
Sauerstoff aufgenommen. Da gewöhnlich auch Nebenreaktionen auftreten, ist es zweckmäßig,
der Reaktion über die theoretische Menge hinaus einen Überschuß an Sauerstoff zuzuführen.
Durch diese Maßnahmen werden hohe Ausbeuten erhalten. Als Enolisierungsmittel werden
zweckmäßig eingesetzt: Alkalialkoholate, gelöst in dem entsprechenden Alkohol, z.
B. Natrium- oder Kaliummethylat in Metliylalkohol, Natrium- oder Kaliumäthylat in
Äthylalkohol; oder Alkaliamide in einem inerten Lösungsmittel, z. B. Natrium- oder
Kaliumamid in Benzol, Toluol oder Äther; oder Alkalihydride in einem inerten Lösungsmittel,
z. B. Natriumhydrid in Äther, Benzol oder Toluol. Bei den beiden zuletzt genannten
Gruppen wird Äther bevorzugt eingesetzt, weil dieses Lösungsmittel wieder leicht
entfernt werden kann.
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In einer bevorzugten AusfÜhrungsforra wird ein Alkalialkoholat, gelöst
in dem entsprechenden Alkohol, als Enolisierungsmittel eingesetzt. Ein bevorzugtes
Enolisierungsmittel ist eine Lösung von tertiärem Kaliumbutylat in tertiärem Butanol.
Die Temperatur spielt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine entscheidende Rolle.
Die Reaktion kann beispielsweise bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Indes kann
der Oxydationsprozeß auch durch mäßige Temperatursteigerung beschleunigt werden.
Die
allenfalls vorhandene zentrale Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung kann partiell
zur Doppelbindung hydriert werden. Diese partielle Hydrierung kann beispielsweise
katalytisch in Gegenwart eines selektiv wirkenden Hydrierungskatalysators, der die
Dreifachbindung in die Doppelbindung überführt, durchgeführt werden. Als selektiv
wirkender Katalysator eignet sich der von Lindlar in Helv. Chim- Acta, Bd.
35, 1952, S. 446, beschriebene PaUadium-Blei-Calciumcarbonat-Katalysator.
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Die Umsetzungsprodukte bilden z. B. mit niederen Fettsäuren, wie Essigsäure
oder Propionsäure, Acylderivate.
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In der deutschen Auslegeschrift 1069 146 wird beschrieben,
daß man fl-Carotin oder 15,15mDehydroß-carotin in Gegenwart einer organischen Säure
durch Behandlung mit N-Bromsuccinimid und einer tertiären organischen Base in ein
entsprechendes 4,4'-Dihydroxyderivat überführen kann. Nach dem in Liebigs Annalen
der Chemie, Bd. 627, 1959,
S. 237 bis 244, beschriebenen Verfahren
können Hydroxylgruppen unter Anwendung von Tetrahydronaphthalinhydroperoxyd in die
Ringe von Carotinoiden eingeführt werden, wobei allerdings eine stark störende Tendenz
zur Bildung von Nebenprodukten zutage tritt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wurden nun überraschend Bedingungen gefunden, die die Einführung von Hydroxylgruppen
neben bereits vorhandenen Oxogruppen in die Ringe von Carotinoiden gestatten.
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Die Verfahrensprodukte können auf Grund ihrer intensiven Gelb- und
Rotfärbung als Farbstoffe für Nahrungsmittel und Kosmetika verwendet werden.
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Folgende Beispiele veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren.
Beispiel 1
Eine Lösung von 403 mg Canthaxanthin in 5 ml Benzol wird
mit 66 ml einer 1,57normalen Lösung von tertiärem Kaliumbutylat in tertiärem
Butanol versetzt. Das Gemisch wird bei Raumtemperatur unter Sauerstoffbegasung geschüttelt.
Innerhalb von 70 Stunden werden etwa 8 Mol Sauerstoff absorbiert.
Nun fügt man zuerst 300 ml Wasser, danach 150 ml Chloroform zu. Das
Gemisch wird mit 80 ml 2 n-Salzsäure durchgeschüttelt, die organische Phase
abgetrennt und mit einer gesättigten wäßrigen Lösung von Natriumbicarbonat und danach
mit Wasser gewaschen. Nach Verdünnen mit etwa 50 ml Benzol wird die organische
Phase unter vermindertem Druck eingedampft. Der Rückstand ist tiefrot gefärbt. Durch
Umkristallisieren aus einem Gemisch von Chloroform-Äthanol (1: 5) erhält
man 1,18-Di-[4 - hydroxy - 3 - oxo - 2,6,6 - triinethylcyclohexadien-(1,4)-yl]-3,7,12,16-tetramethyloctadecanonaen-
1,3,5,
7,9,11,13,15,17) in Form eines dunkelpurpur gefärbten mikrokristallinen
Pulvers; Schmelzpunkt 228 bis 230'C;. A..x = 498 m#t (Pyridin),
a = 100 000,
Vmax (Chloroform) = 3410, 1617, 1555, 1063 und
971 cm-'; -c (Deuterochloroform) = 8,70, 7,98 und 7,90
- 10-6. Ausbeute 50%.
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68 mg des rohen 1, 1 8-Di-[4-hydroxy-3-oxo-2,6,6-trimethylcyclohexadien-(1,4)-yl]-3,7,12,1,6-tetramethyloctadecanonaen-(1,3,5,7,9,11,13,15,17)
werden in Pyridin durch Behandlung mit Essigsäureanhydrid acetyliert. Nach Umkristaffisieren
des Produktes aus einem Gemisch von Chlorofonn-Äthanol (1: 6) erhält man
1,18-Di-[4-acetoxy-3-oxo-2,6,6-tritnethylcyclohexadien - (1,4)
- yl] - 3,7,12,16 - tetramethyloetadecanonaen-(1,3,5,7,9,11,13,15,17);
Schmelzpunkt 232
bis 233'C (unter Zersetzung); A."" = 497 mp. (Pyridin),
s = 92 000; vm" (Chloroform) = 1756, 1639,
1555, 1055 und 972 cm-'.
Ausbeute 35%.
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Beispiel 2 15 g Canthaxanthin werden in 250 ml Methylenchlorid
gelöst und die Lösung filtriert. Man spült mit 50 ml Methylenchlorid nach
und gibt die Lösung in einen 5-1-Rundkolben, in welchem man 3 1 absolutes
Benzol vorgelegt hat. Die klare Lösung wird in einer Eis-Kochsalz-Mischung auf etwa
- IO'C abgekühlt und 300 g trockenes, lockeres tertiäres Kaliumbutylat
zugegeben. Sodann wird Luft unter starkem Vibrieren in die Suspension eingeleitet.
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Nach ungefähr 2 Stunden versetzt man das Gemisch mit 3 1 Petroläther
(mittelsiedend) und nutscht die festen Bestandteile ab. Der Nutschenrückstand wird
mit tiefsiedendem Petroläther so lange nachgewaschen, bis das Filtrat farblos ist.
Der Nutschenrückstand wird in ein Rührgefäß gegeben, in welchem man 11 Methylenehlorid,
Eis und 1,5 13 n-Schwefelsäure vorgelegt hat. Die rote Methylenchloridphase
wird mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet
und im Wasserstrahlvakuum bei 50'C zur Trockne eingedampft. Das erhaltene
rohe 1,18-Di-[4-hydroxy-3-oxo-2,6,6-trünethyleyclohexadien-(1,4)-yl]-3,7,12, 16-tetramethyloctadecanonaen-(1,3,5,7,9,11,13,15,17)
kann direkt nach den Angaben im Beispiel 1 weiter umgesetzt werden.