DE1468267C - Verfahren zur Herstellung eines Alkalisalzes der Isoascorbinsäure - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Salze der Isoascorbinsäure aus 2-Keto-D-gluconsäure herzustellen. Bei den bekannten Verfahren sind dabei zwei Stufen erforderlich, nämlich die Veresterung der 2-Keto-D-gluconsäure und die anschließende Umlagerung des Esters in ein. Salz der Ascorbinsäure. Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Isoascorbinsäure, die beispielsweise in den deutschen Patentschriften 673 485, 696 810 und der deutschen Auslegeschrift 1142 861 beschrieben werden, sind die Ausbeuten des in der Veresterungsstufe gewonnenen Esters,, welcher dann in der zweiten Stufe in ein Salz der isoascorbinsäure umgelagert wird, nicht befriedigend,-so daß die Gesamtausbeuten, bezogen auf die eingesetzte 2-Keto-D-gluconsäure, nur ungenügend sind. Die schwierigste Stufe bei der Herstellung von Salzen der Isoascorbinsäure liegt in der Entwässerung der wäßrigen Lösung der 2-Keto-D-gluconsäure, um eine konzentrierte Lösung zu erhalten, die in hohen Ausbeuten in isoascorbinsaure Salze übergeführt werden kann. Beim Eindampfen der wäßrigen. Lösungen der Säure ist es im allgemeinen nicht möglich, Lösungen mit einem Gehalt von weniger als etwa 15°/o Wasser zu erhalten, da sich aus höher konzentrierten Lösungen die Säure in dem Verdampfer in der Form einer glasartigen Masse abscheidet.

Nach dem Verfahren der Erfindung Werden nun in guten Ausbeuten aus der 2-Keto-D-gluconsäure die Salze der Isoascorbinsäure gewonnen.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Alkalisalzes der Isoascorbinsäure durch Veresterung von 2-Keto-D-gluconsäure mit einem Alkohol" und Umlagerung des erhaltenen Esters unter Verseifung, und. zwar dadurch, daß man zu einer wäßrigen, zweckmäßig 50- bis 80%igen 2-Keto-D-gluconsäurelösung einen mehrwertigen Alkohol gibt, die erhaltene Lösung, gegebenenfalls in Gegenwart einer katalytischen Menge einer starken Säure, unter vermindertem Druck durch Erhitzen unter Entfernung eines Teils des Lösungsmittels und des Wassers verestert, bis der Wassergehalt weniger als 7 % beträgt, dann die eingeengte Lösung gegebenenfalls mit 2-Keto-D-gluconsäureesterkristallen ariimpft, die entstandene Lösung bzw. Aufschlämmung mit Methanol unter rückfließendem Erhitzen vollständig verestert, den Ester mit einer alkoholischen Losung eines Alkalihydroxids rückfließend erhitzt, die alkalische Lösung bis zu einem pH-Wert von etwa 5,5 bis 6,5 ansäuert, die erhaltene angesäuerte Lösung abkühlt und das ausgefallene Alkaliisiascorbat in üblicher Weise abtrennt. . \ ; : ;. .^ :■■-.·

Zunächst gibt man zu einer wäßrigen 2-Keto-D-gluconsäurelösung einen mehrwertigen Alkohol und führt die Veresterung der erhaltenen Lösung unter vermindertem Druck und unter Erhitzen durch, wobei ein Teil des Lösungsmittels und des Wassers entfernt wird, bis der Wassergehalt weniger als 7°/₀ beträgt. Geeignete mehrwertige Alkohole sind beispielsweise Äthylenglykol.Propylenglykol und Polyäthylenglykole, bekannt unter dem Handelsnamen »Carbowax«. Äthylenglykol und Propylenglykol sind die bevorzugten mehrwertigen Alkohole. _: .-.·;.''

Diese mehrwertigen Alkohole werden zweckmäßig einer konzentrierten, etwa 50- bis 80%igen wäßrigen Lösung der 2-Keto-D-gluconsäure zugegeben. Die in der eingeengten Lösung verbleibende Wassermenge hängt von der zugesetzten Alkoholmenge, der Art des Alkohols und den verdampften Lösungsmittelmengen ab, jedoch soll der Wassergehalt der veresterten 2-Keto-D-gluconsäure weniger als etwa 7°/o betragen. Am Ende der Veresterungsstufe erhält man dann eine Mischung, die aus teilweise veresterter 2-Keto-D-gIuconsäure, dem zweiwertigen Alkohol und 2-Keto-D-gluconsäure besteht und weniger als etwa 7% Wasser enthält. _

Es ist vorteilhaft, bei der Veresterung der alkoholischen wäßrigen Lösung der 2-Keto-D-gluconsäure eine katalytische Menge einer starken Säure, beispielsweise Schwefelsäure, zuzugeben, weil dadurch die Veresterung der Ketogluconsäure begünstigt wird.

Es ist oftmals vorteilhaft, die eingeengte Lösung mit Kristallen des 2-Keto-D-gluconsäureesters anzuimpfen. Bei der Verwendung von Äthylenglykol als zweiwertigern Alkohol fällt bei der Zugabe einer kleinen Menge des Äthylenglykolesters der 2-Keto-D-gluconsäure die veresterte Säure aus, wodurch eine Aufschlämmung des entstandenen Esters in der wäßrig-alkoholischen Lösung entsteht.

ao Die entstandene eingeengte Lösung bzw; .Aufschlämmung aus 2-Keto-D-gluconsäureester, der freien Säure, dem zweiwertigen Alkohol und weniger als 7% Wasser wird dann unter rückfließehdem Erhitzen mit Methanol vollständig verestert. Falls man in der ersten Stufe schon eine geringe Menge einer starken Säure als Katalysator zur Veresterung verwendet hat, braucht man bei der weiteren Veresterung mit Methanol keinen weiteren Katalysator zusetzen, andernfalls kann es zweckmäßig sein, eine kleine Menge.

eines sauren Katalysators in dieser Veresterungsstufe zuzugeben. .

Nach vollständiger Bildung des Esters erhitzt man den Ester unter Rückfluß mit einer alkoholischen Lösung eines Alkalihydroxids und säutert die alkalisehe Lösung dann bis zu einem pH-Wert von etwa 5,5 bis 6,5 an. Beim anschließenden Abkühlen fällt das Alkalisalz der Isoascorbinsäure aus und kann durch Filtrieren oder Zentrifugieren in üblicher Weise abgetrennt werden. Das auf diese Weise erhaltene Alkalisalz der Isoascorbirisäure ist verhältnismäßig rein; man kann es gegebenenfalls durch Umkristallisieren aus geeigneten Lösungsmitteln in an sich bekannter Weise noch weiter reinigen.

Beispiel!

Etwa 1500 ml einer, wie im folgenden beschrieben ist, erhaltenen, von Calcium befreiten Lösung mit * einem Gehalt von etwa 167 g 2-Keto-D-gluconsäure wird in einem Laboratoriumslangrohrverdampfer unter einem Druck von etwa 737 mm Quecksilber-. säule eingeengt, wojjei die Kopf temperatur zwischen etwa 45 und 5O⁰C gehalten wird. Der bei der Destillation gewonnene Rückstand besteht aus etwa 310 ml mit einem Gehalt von 40 bis 50% Gesamtfeststoffen., Dieser Sirup wird weiter iri einem Langrohrverdampfer bei einer Kopftemperatur von höchstens 55 bis 6O⁰C unter einem Druck von 737 rhrri Quecksilbersäule eingeengt, bis etwa 160 ml eines Sirups mit einem Ge- sämtfeststoffgehalt von 70 bis 80% zurückbleiben. Zu diesem Sirup werden dann 167 g Äthylenglykol gegeben, und die erhaltene Glykollösung wird in einem Abstreiffilrnverdampfer bei 10 mm Quecksilbersäule und 140⁰C Außenwandtemperatur eingedampft. Der erhaltene, etwa 300 g betragende Rückstand enthält 167 g 2-Ketogluconsäure, 6 bis 7 g Wasser und als Rest Äthylenglykol und Ketogluconsäureäthylenglykolester.

Dieser Rückstand wird in 950 ml Methanol gelöst, und die Lösung in einen 2 1 fassenden Dreihalskolben eingebracht, der mit einem mechanischen Rührer, einem Rückflußkühler und einem Tropftrichter ausgestattet ist. Zu der Lösung werden 0,8 g konzentrierte Schwefelsäure gegeben; das Gemisch wird dann etwa .40 Minuten unter Rückfluß erhitzt. Der erhaltenen Lösung von 2-Keto-D-gluconsäuremethylester werden allmählich 374 ml 10°/₀ige methanölische Natriumhydroxidlösung bei der Rückflußtemperatiir bis zum pH-Wert 9,0 bis 10,0 zugesetzt. Die erhaltene wäßrige Lösung wird weitere 15 Minuten unter Rückfluß erhitzt und dann bis zum pH-Wert von 5,5 bis 6,5 mit der ausreichenden Menge konzentrierter Schwefelsäure (etwa 1,7 g) versetzt. Die Lösung wird auf 15 bis 20⁰C abgekühlt und mit 20 ml entionisiertem Wasser verdünnt. Nach 30 Minuten wird das ausgefal-. lene Natriumisoascorbat abfiltriert, wodurch man 179 g erhält, das sind 95,9% Ausbeute,

Dieses Natriumisoascorbat kann durch Umkristallisieren aus wäßrigen Lösungen nach an sich bekannten Verfahren gereinigt werden.

Verwendet man Propylenglykol an Stelle von Äthylenglykol, so erhält man das Natriumisoascorbat in etwa gleicher Ausbeute.

Die als Ausgangsstoff in dem vorstehend beschrie benen Verfahren verwendete, von Calcium befreite Lösung kann wie folgt hergestellt werden:

In ein mit einem mechanischen Rührer und einem Thermometer ausgestattetes Becherglas wird eine durch Fermentierung eine Glucose und Calciumcarbonat enthaltende wäßrige Lösung nach an sich bekannten Methoden erhaltene Maische eingebracht, die 202 g CaIcium-2-keto-D-gluconat enthält. Zu dieser Lösung werden innerhalb einer halben Stunde tropfenweise 23,7 ml konzentrierte Schwefelsäure bis zu einem End-pH-Wert von 1,6 bis 1,7 gegeben; die Zugabe der Schwefelsäure erfolgt bei einer Temperatur zwischen 15 und 20⁰C. Dann werden diesem Ansatz 25 g Diatorneenerde zugegeben, und die Mischung wird durch einen mit Diatömeenerde beschichteten »Büchner«-Trichter filtriert. Der Filterkuchen wird anschließend zweimal mit 100 ml entionisiertem Wasser gewaschen. Das ' Filtrat und die Waschflüssigkeiten, werden vereinigt und dann auf eine 172g eines Kationenaustauscherharzes aus Polystyrol, das mit etwa 8% Divinylbenzol vernetzt ist (bekannt als »Amberlite JR 120< <)j in der Säureform enthaltende . Säule* gegeben, wobei die Beschickungsgeschwindigkeit etwa 3,5 ml je Minute und somit die Verweilzeit in der Säule eine halbe Stunde beträgt."Der anfängliche Ausfluß mit einem pH-Wert von über 3,0 wird verworfen und der übrige Ausfluß zusammen mit dem durch Waschen der Säule mit 300 ml entionisiertem Wasser erhaltenen Ausfluß gesammelt, bis der pH-Wert, über 3,0 steigt. Das Gesamtvolumen aus Ausfluß und Waschflüssigkeit beträgt 1500 ml, die etwa 167 g 2-Ketp-D-gluconsäure enthalten.

B e i s ρ i el 2

Zu 500 g einer wäßrigen Lösung, die 165 g 2-Keto-D-gluconsäure enthält, werden 165 g Äthylglykol und 2,0 g konzentrierte Schwefelsäure gegeben. Die erhaltene Lösung wird bei einem Druck von 15 mm Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 50⁰C erhitzt, bis kein Wasser mehr abdestilliert. -

Der erhaltenen. Lösung, die aus 2-Keto-n-gluconsäure, teilweise veresterter Säure, Äthylenglykol und etwa 4% Wasser besteht, werden 905 ml Methanol zugesetzt. Diese Lösung wird dann 40 Minuten unter Rückfluß erhitzt, und dann werden 420 ml 10%iges Natriumhydroxid in Methanol zu der rückfließenden Lösung gegeben. Die Lösung wird dann auf etwa 1O⁰C abgekühlt, mit 2,3 ml Schwefelsäure und 50 ml Wasser versetzt, um den pH-Wert der Lösung auf etwa 6,0 zu. bringen. Das ausgefallene Natriumisoascorbat wird abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Man erhält 185 g rohes Natriumisoascorbat mit einem Gehalt von 92,59/₀, Die Ausbeute beträgt 92,7%.

Verwendet man 450 ml Methanol an Stelle der 900 ml Methanol, so erhält man 177 g Natriumisoascorbat mit einem. Gehalt von 95,8%.

'.'.., '..■·, B e i s ρ i e 1 3

Zu 300 g einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 165 g 2-Keto-D-gluconsäurc werden 165 g eines Polyäthylenglykols (bekannt als »Carbowax 200«) und 2 g Schwefelsäure gegeben. Die erhaltene Lösung wird bei einem Druck von 15 mm Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 55⁰C eingeengt. Der erhaltenen abgekühlten Lösung werden 900 ml Methanol zugegeben, und das erhaltene Gemisch wird 40 Minuten unter Rückfluß erhitzt; sodann werden 400 ml 10%iges Natriumhydroxid in Methanol' der Rückflußlösung bis zum pH-Wert 9,0 zugegeben. Nach dem Abkühlen der Lösung werden dieser 3 g Schwefelsäure bis zum pH-Wert 6 und 50 ml Wasser zugesetzt. Das ausgefallene Natriumisoascorbat wird abfiltriert, gewaschen und getrocknet, wodurch man 172g rohes Natriumisoascorbat mit einem Gehalt von 95,9% erhält.

Beispiel 4 .

Bei einem absoluten Vakuum von 15 mm Queck- _silbersäule werden. 1160 ml einer entionisierten Fermentierungsbrühe mit einem Gehält von 170 g 2-Ketob-gluconsäure eingeengt. Wenn der eingeengte Rückstand einen Gesamtfeststoffgehalt von 60% hat, werden 170 g Äthylenglykol und 2,0 g konzentrierte • Schwefelsäure zugesetzt. Das Einengen unter 15 mm Vakuum wird bis zu einer Höchsttemperatur von 50 bis 55°C fortgesetzt. Dem Rückstand wird 1,0 g feinzerkleinerter 2-Keto-b-gluconsäureäthylenglykoiester zugegeben. Dann läßt man die Mischung zum Kristallisieren bei 50 bis 55'C unter 15mm Vakuum 1 Stunde stehen; sie ist eine dicke, langsam absetzende . Aufschlämmung ' mit einer Viskosität von etwa 1000 Centipoise bei 50⁰C. Anschließend wird die Mischung mit 485 ml Methanol versetzt und 40 Minuten unter Rückfluß erhitzt. Unter Rückfluß werden dann etwa 400 ml 10%iges Natriumhydroxid in Methanol bis zu einem End-pH-Wert von 9,0 bis 10,0 zugegeben. Die Lösung wird auf 20 bis 25°C abgekühlt und mit 50 ml entiohisiertem Wasser und 3 ml

'■ konzentrierter Schwefelsäure bis zum pH-Wert 6,0 bis 7,0 versetzt. Das rohe Natriumisoascorbat wird abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute beträgt 187 g mit einer Reinheit von 98,5%.

Claims (2)

- Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Alkalisalzes der Isoascorbinsäure durch Veresterung von 2-Kcto-D-gluconsäure mit einem Alkohol und Umlagerung

des erhaltenen Esters unter Verseifung, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einer wäßrigen, zweckmäßig 50- bis 80°/uigcn 2-Keto-»-gluconsäurclösung einen mehrwertigen Alkohol gibt, die erhaltene Lösung, gegebenenfalls in Gegenwart einer katalytischen Menge einer starken Säure, unter vermindertem Druck durch Erhitzen unter Entfernung eines Teils des Lösungsmittels und des Wassers verestert, bis der Wassergehalt weniger als 7% beträgt, die eingeengte Lösung gegebenenfalls mit 2-Kcto-D-gluconsäureeslerkris,tall,en änimpft, die entstandene Lösung bzw. Aufschlämmung mit Methanol unter rückfließendem Erhitzen vollständig verestert, den Ester mit einer . alkoholischen Lösung eines Alkalihydroxids rückiließend erhitzt, die alkalische Lösung bis zu einem pH-Wert von etwa 5,5 bis 6,5 ansäuert, die erhaltene angesäuerte Lösung abkühlt und das ausgefallende Alkaiiisoascorbat in üblicher Weise abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-. zeichnet, daß man die Umsetzung in einem zweiwertigen Alkohol, besonders in. Äthylen- oder Propylenglykol, durchführt.