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Verfahren zur Gewinnung von kristallinem reinem Natriumisoascorbatmonohydrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von sehr reinem kristallinem
Natriumisoascorbatmonohydrat.
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Isoascorbinsäure und Natriumisoascorbat sind wie die Ascorbinsäure
und das Natriumascorbat, Reduktionsmittel, die besonders bei der Herstellung von
Nahrungsmitteln verwendet werden. Isoascorbinsäure oder Natriumisoascorbat können
z. B. als Oxydationsschutzmittel in Fetten und Ölen, zum Behandeln von Mehl, als
Teigzusatzmittel beim Brotbacken und zum Verbessern des Aussehens von Brot, als
Stabilisierungsmittel für Bier, zum Schutz der natürlichen Geschmackstoffe von Milchprodukten
und zum Verhüten des Braunwerdens und der Bildung eines schlechten Geschmacks von
eingefrorenen Nahrungsmitteln verwendet werden. Diese Verbindungen sind auch zum
Aufrechterhalten der hellroten Färbung in frischen Fleischprodukten verwendbar.
Die Isoascorbinsäure ist im Gegensatz zur Ascorbinsäure nur gegen Skorbut wirksam.
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Außer in Nahrungsmitteln können Isoascorbinsäure und Natriumisoascorbat
auch bei photographischen Farbverfahren und in photographischen Entwicklerlösungen
verwendet werden.
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Es sind bereits zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Isoascorbinsäure
und Natriumisoascorbat bekannt.
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Nach diesen Verfahren erfolgt die Enolisierung von verschiedenartigen
Derivaten der 2-Keto- D-gluconsäure in verschiedener Weise. Von H e i m a n n und
R e i f f ist in der Pharmazeutischen Zentralhalle, Bd. 93, 1954, S. 97 bis 99,
ein Verfahren beschrieben worden, nach welchem durch Zugabe einer äquivalenten Menge
Natrium zu einer Lösung von 2-Keto-D-gluconsäuremethylester in Methanol unter einer
Stickstoffatmospl?äre Isoascorbinsäure in einer Ausbeute von 630/o erhalten wird.
Das Gemisch wird dann zur Gewinnung der Säure angesäuert und eingeengt.
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In der USA.-Patentschrift 2 165 151 wird ein Verfahren beschrieben,
nach dem man 2-Keto-D-gluconsäuremethylester mit Eisenfeilspänen oder gepulvertem
Mangan, Nickel, Kobalt, Cadmium oder Zink behandelt und Isoascorbinsäure in einer
Ausbeute von 450/o erhält.
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Von Ohle, Erlbach und Carls, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft,
Bd. 67 B, 1934, S. 324, ist gelbes wasserfreies Natriumisoascorbat in einer Ausbeute
von 73,5°/0 0/o durch Erhitzen von 2-Keto-D-gluconsäuremethylester mit Natrium in
Methanol hergestellt worden. Sie erhielten auch durch Behandeln von 2-Keto-D-gluconsäuremethylester
mit wäßrigem Natriumbicarbonat das rohe Natriumisoascorbat in einer Ausbeute von
70°lo.
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Nach dem in der USA.-Patentschrift 2 590 163 beschriebenen Verfahren
wird 2-Keto-D-gluconsäuremethylester mit einer Aufschlämmung von Natriumzinkat,
Zn(ONa)OH, in Methanol enolisiert. Das Zink wird dann als Sulfat oder Sulfid entfernt
und das Zink wird dann als Sulfat oder Sulfid entfernt und das erhaltene Filtrat
im Vakuum eingeengt, wodurch die freie Säure in Ausbeuten von 75 bis 780/o erhalten
wird.
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Regna und Caldwell, vgl. Journal of the American Chemical Society,
Bd. 66, 1944, S. 24§, haben gezeigt, daß eine zufriedenstellende Umwandlung von
2-Keto-D-gluconsäure in Isoascorbinsäure in Gegenwart von Salzsäure als Enolisierungsmittel
nicht erreicht wird.
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Nach dem Verfahren der USA.- Patentschrift 2 443 487 werden die 2-Keto-D-gluconsäureester
in Gegenwart eines Amins bei 60 bis 70"C über das Aminsalz in die Isoascorbinsäure
bzw. dessen Natriumsalz übergeführt.
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Die Reinigung der nach den vorstehend genannten Verfahren hergestellten
Isoascorbinsäure bzw. des Natriumisoascorbats zur Gewinnung verkäuflicher und in
Nahrungsmitteln verwendbarer rein weißer Verbindungen ist jedoch mühsam und führt
zu Ausbeuteverlusten, weil wiederholt umkristallisiert werden muß. Nach dem Verfahren
der Erfindung wird dagegen ein reines Natriumisoascorbatmonohydrat in hoher Ausbeute
erhalten, das nicht umkristallisiert werden muß.
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Nach dem Verfahren der Erfindung wird das reine kristalline Natriumisoascorbatmonohydrat
dadurch gewonnen, daß man einer heißen Lösung von Natriumisoascorbat in Methanol
eine wäßrige Lösung einer organischen Säure, die etwa 1,3 bis 2,5 Mol, vorzugsweise
etwa 2,2 Mol, Wasser je Mol Natriumisoascorbat und etwa 0,5 bis 4, vorzugsweise
etwa 3 Gewichtsprozent der organischen Säure, bezogen auf das gelöste Natriumisoascorbat,
enthält und die in Methanol löslich und schwächer als Isoascorbinsäure ist, vorzugsweise
Essigsäure zusetzt, dieses Gemisch mit vorzugsweise 3 bis 10 Gewichtsprozent Kristallen
des reinen Natriumisoascorbatmonohydrats angeimpft, wenn das Gemisch an Natriumisoascorbatmonohydrat
gesättigt ist, und anschließend abkühlt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Verfahren dadurch
gekennzeichnet, daß man nach dem Animpfen und vor dem Abkühlen einen Teil des Methanols
aus dem Gemisch durch Abdestillieren entfernt.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht noch darin, daß
man das kristalline Natriumisoascorbatmonohydrat aus einer Lösung gewinnt, die durch
Lösen von rohem 2-Keto-D-gluconsäuremethylester in Methanol, Entfärben der erhaltenen
Lösung mit Aktivkohle, Abfiltrieren der Aktivkohle in Gegenwart eines Filtrierhilfsmittels,
Zugabe der stöchiometrischen Menge Natriummethylat zur methanolischen Lösung des
2-Keto-D-gluconsäuremethylesters und Erhitzen unter Rückfluß hergestellt worden
ist.
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Isoascorbinsäure und Natriumisoascorbat müssen als Zusatzmittel für
Nahrungsmittel rein sein. Wasserfreies Natriumisoascorbat neigt jedoch leider bei
der Einwirkung von Luft zum Gelbwerden. Das weiße Natriumisoascorbatmonohydrat behält
jedoch dieses Aussehen über mehrere Monate. Zur Durchführung des Verfahrens der
Erfindung wird der heißen methanolischen Lösung von wasserfreiem Natriumisoascorbat
die wässrige Lösung einer organischen Säure, die in Methanol löslich und schwächer
als die Isoascorbinsäure ist, zugesetzt, Das Gemisch wird dann mit reinen Natriumisoascorbatmonohydratkristallen
angeimpft, worauf sich das Natriumisoascorbatmonohydrat in Form von Kristallen abscheidet,
die abfiltriert oder abgeschleudert werden. Als Säure wird vorzugsweise Essigsäure
verwendet, die sowohl in Methanol löslich als auch schwächer als die Isoascorbinsäure
ist. Weitere organische Säuren, die diese beiden Bedingungen erfüllen und die daher
angewendet werden können, sind Propionsäure, Acrylsäure und Trimethylessigsäure.
Es werden etwa 0,5 bis 4 Gewichtsprozent der organischen Säure, vorzugsweise etwa
2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent der Säure, bezogen auf Natriumisoascorbat, zugesetzt.
Werden größere Säuremengen zugesetzt, so wird die Menge des Natriumisoascorbatmonohydrats
erhöht, die nach dem Entfernen der Kristalle in der Mutterlauge zurückbleibt.
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Der Wassergehalt der organischen Säure muß mindestens 1 Mol Wasser
je 1 Mol wasserfreien Natriumisoascorbats betragen, damit die Bildung des Natriumisoascorbatmonohydrats
möglich ist. Gewöhnlich werden etwa 1,3 bis 2,5 Mol Wasser je 1 Mol wasserfreien
Natriumisoascorbats verwendet. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn etwa
2 Mol Wasser je 1 Mol Natriumisoascorbat in der wäßrigen Lösung der organischen
Säure vorhanden sind; dies
entspricht einer etwa 100/,eigen wäßrigen Säurelösung.
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Durch den Zusatz größerer Mengen Wasser sinkt die Ausbeute an kristallinem
Natriumisoascorbatmonohydrat.
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Zur Gewinnung des reinen Natriumisoascorbatmonohydrats muß die übersättigte
Lösung angeimpft werden. Unterbleibt jedoch das Animpfen, so ist das ausgefällte
Natriumisoascorbat zwar weiß, jedoch sehr fein und pulvrig. Vorzugsweise wird die
Lösung beim Zugeben der wäßrigen Säure dann angeimpft, wenn das Gemisch an Natriumisoascorbatmonohydrat
übersättigt ist. Der Sättigungspunkt wird durch Zugeben einiger Impfkristalle dadurch
bestimmt, daß diese nicht mehr gelöst werden. Werden die Impfkristalle aber zu spät,
also nach bereits erfolgter Abscheidung der feinen pulverförmigen Kristalle zugegeben,
so erhält man ein Monohydrat mit uneinheitlichen Eigenschaften. Die Impfkristalle
aus Natriumisoascorbatmonohydrat werden vorzugsweise in einer Menge von etwa 3 bis
10 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des auszukristallisierenden Natriumisoascorbatmonohydrats,
zugesetzt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung
wird ein Teil des Methanols des Gemisches abdestilliert, wodurch die Ausbeute an
kristallinem Monohydrat erhöht wird.
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Die Bewertung der Güte des hergestellten kristallinen Natriumisoascorbatmonohydrats
erfolgt nach verschiedenen Verfahren. Vorwiegend wird die prozentuale Durchlässigkeit
von 80/0igen wäßrigen Lösungen im gelben Bereich, und zwar bei Wellenlängen von
475 bis 600 mull, in einer geeigneten Vorrichtung, z. B. in einem )>Beclcmann-B-Spektrophotometere,
gemessen. Hohe Durchlässigkeitswerte zeigen die Abwesenheit einer gelben Färbung
oder Trübung.
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Durch Titration mit einer eingestellten Jodlösung wird die Reinheit
des Natriumisoascorbatmonohydrats bestimmt. Der pH-Wert der 80/0igen wäßrigen Lösung
zeigt an, daß das Natriummethylat vollständig neutralisiert worden ist, das zur
Umwandlung des 2-Keto-D-gluconsäureesters in Natriumisoascorbat verwendet wurde.
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Der rohe 2-Keto-D-gluconsäuremethylester wird in methanolischer Lösung
nahezu quantitativ (etwa 95 0/, oder darüber) in Natriumisoascorbat durch Zusatz
der theoretischen oder einer etwas geringeren Menge Natriummethylat umgewandelt.
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Die heiße methanolische Lösung des rohen 2-Keto-D-gluconsäuremethylesters
wird mit Aktivkohle zur Entfernung von organischen und anorganischen Verunreinigungen
etwa 15 Minuten behandelt und dann in Gegenwart eines Filtrierhilfsmittels (bekannt
unter der Handelsbezeichnung »Celite 521<) filtriert.
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Diese gereinigte Lösung des 2-Keto-D-gluconsäuremethylesters in Methanol
wird vorzugsweise unter Rückfluß erhitzt und dann das Natriummethylat, besonders
in einer geringeren Menge als der stöchiometrischen Menge entspricht, langsam unter
Rühren zugesetzt.
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Die Umsetzung des Methylesters mit dem Natriummethylat ist in etwa
15 Minuten beendet; sie ist ohne Schutzgas (Stickstoff) durchführbar.
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Die folgenden Beispiele erläutern das Verfahren der Erfindung.
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Beispiel 1 Der verwendete 2-Keto-D-gluconsäuremethylester wurde durch
Umsetzen von rohem Calcium-2-keto-
D-gluconattrihydrat mit wasserfreiem
Chlorwasserstoff in Methanol hergestellt.
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Das Natriummethylat wurde aus 500 ccm Methanol (über Natrium destilliert)
und 20 g trocken verpacktem Natrium hergestellt. Eine geringe Menge entstandenes
Natriumcarbonat wurde abfiltriert. Zum Einstellen der Natriummethylatlösung (1,681
n) wurde anormale Salzsäure verwendet. a) 21 g des rohen 2-Keto-D-gluconsäuremethylester
wurden in 500 ccm destilliertem Methanol unter Erhitzen am Rückflußkühler gelöst;
dann wurden 0,2 g Aktivkohle (»Nuchar C-A«) zugesetzt, und die Lösung wurde durch
einen Sinterglastrichter, der mit einer dünnen Schicht aus Filtrierhilfsmittel (»Celite
521») bedeckt war, filtriert. Zum Waschen des Filterkuchens wurden 30 ccm destilliertes
Methanol verwendet. Das wasserhelle Filtrat wurde unter Rühren in einem mit einem
Trockenrohr ausgerüsteten Kolben zum Sieden erhitzt, und im Verlauf von etwa 15
Minuten wurden 58 ccm der hergestellten Natriummethylatlösung tropfenweise zugesetzt
und mit 10 com Methanol nachgespült. Beim Zugeben der letzten wenigen Kubikzentimeter
der Natriummethylatlösung kristallisiert wenig wasserfreies Natriumisoascorbat aus.
Dann wurde eine wäßrige saure Lösung aus 4 ccm Wasser, 0,5 ccm Eisessig und zur
Erhöhung des Volumens der Lösung 10 ccm Methanol tropfenweise zugesetzt. Das abgeschiedene
Natriumisoascorbat löst sich beim Zugeben der sauren Lösung wieder. Dann wird das
Sieden am Rückflußkühler unterbrochen und 1 g pulverförmige Impfkristalle von Natriumisoascorbatmonohydrat
zugegeben. Der Rest der sauren Lösung wurde schließlich zugesetzt.
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Sodann wurden etwa 350 ccm Methanol abdestilliert, und die Aufschlämmung
wurde unter Rühren auf Raumtemperatur abgekühlt. Das nach dem Absaugen erhaltene
Monohydrat wurde in 50 ccm destilliertem Methanol aufgeschlämmt, abfiltriert und
mit 10 ccm destilliertem Methanol gewaschen und an der Luft getrocknet.
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Die Ausbeute betrug 20,1 g Natriumisoascorbatmonohydrat entsprechend
87,6 0/o der Theorie unter Berücksichtigung der zugesetzten Menge an Impfkristallen.
Die Jodtitration ergab, daß die Reinheit des weißen körnigen Monohydrats zwischen
97 und 990/0 lag. Das Filtrat enthielt 7°/0 Monohydrat. b) Das im Versuch a) beschriebene
Kristallisationsverfahren zur Gewinnung von Natriumisoascorbatmonohydrat wurde ohne
den Zusatz der Essigsäure wiederholt. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 1.
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Tabelle 1
| Monohydrat |
| ohne Zusatz Zusatz von |
| von Essig- Essigsäure |
| säure |
| Durch Jodtitration |
| bestimmte Reinheit, O/o.. 97,6 97,4 |
| pH-Wert der 8%igen |
| Lösung........................... 7,83 7,17 |
| °/0 Durchlässigkeit der |
| 8%igen Lösung bei |
| 600 mµ ........................... 84,0 97,0 |
| 550 mµ .... 82,0 98,5 |
| 500 mµ .... 79,2 98,0 |
| 475 m, ............ 77,1 99,5 |
c) Wird die Umwandlung von 2-Keto-D-gluconsäuremethylester zu Natriumisoascorbat
in An- oder Abwesenheit von Stickstoff als Schutzgas durchgeführt, so werden die
Ergebnisse der Tabelle 2 erhalten.
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Tabelle 2
| Natriumisoascorbat |
| aus 2-Keto- |
| D-gluconsäuremethylester |
| unter ohne |
| Stickstoff Stickstoff |
| Reinheit, %........................... 98,0 97,5 |
| % Durchlässigkeit der |
| 8%igen Lösung |
| 600 mµ zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu 94,0 96,0 |
| 550 mop 94,2 95,5 |
| 500 mµ zu . zu zu zu zu zu zu zu zu zu 99,0 96,0 |
| 475 mµ ..................... 95,0 93,1 |
Beispiel 2 Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei jedoch
als Ausgangsstoff ein durch Umkristallisieren gereinigter 2-Keto-D-gluconsäuremethylester
verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 3.
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Tabelle 3
| Natriumisoascorbat- |
| monohydrat aus |
| 2-Keto-D-gluconsüure- |
| methylester |
| Um- nicht um- |
| kristallisiert kristallisiert |
| Ausbeut, %............................ 89 88 |
| Reinheit, %........................... 98 97 |
| °/0 Durchlässigkeit der |
| 80/0igen Lösung |
| 600 mµ zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu 94,0 97,0 |
| 550 mµ zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu 94,2 98,5 |
| 500 mµ zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu 99,0 98,0 |
| 475 mai ............ 95,0 99,5 |
Patentansprüche: 1. Verfahren zur Gewinnung von kristallinem reinem Natriumisoascorbatmonohydrat,
dadurch gekennzeichnet, daß man einer heißen Lösung von Natriumisoascorbat in Methanol
eine wäßrige Lösung einer organischen Säure, die etwa 1,3 bis 2,5 Mol, vorzugsweise
etwa 2,2 Mol Wasser je Mol Natriumisoascorbat und etwa 0,5 bis 4, vorzugsweise etwa
3 Gewichtsprozent der organischen Säure, bezogen auf das gelöste Natriumisoascorbat,
enthält und die in Methanol löslich und schwächer als Isoascorbinsäure ist, vorzugsweise
Essigsäure, zusetzt, dieses Gemisch mit vorzugsweise 3 bis 10 Gewichtsprozent Kristallen
des reinen Natriumisoascorbatmonohydrats animpft, wenn das Gemisch an Natriumisoascorbatmonohydrat
gesättigt ist, und anschließend abkühlt.