DE1518630C3

DE1518630C3 - Verfahren zur Herstellung von oxydierter Stärke

Info

Publication number: DE1518630C3
Application number: DE1518630A
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Hirasaka; Yuji Imai; Kiyoshi Urawa Inoue; Kaiiti Kyoto Sisido
Original assignee: Chugai Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Chugai Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1964-02-25
Filing date: 1965-02-06
Publication date: 1974-04-25
Also published as: DE1518630B2; US3377339A; DE1518630A1

Description

und nach oxydiert, wobei das Stickstoffdioxyd in Stickstoffmonoxyd umgesetzt wird. Das Stickstoffmonoxyd wird seinerseits wieder mittels ,des vorhandenen Sauerstoffes zu Stickstoffdioxyd oxydiert, und dieses kann sich dann in niedrig konzentrierter Salpetersäure mit dem Wasser weiter zu Salpetersäure umsetzen.

Dabei kann Stickstoffmonoxyd, das infolge seiner geringen Löslichkeit aus dem Reaktionssystem entweicht, unter Druck zu Stickstoffdioxyd oxydiert werden. Im Vergleich zu dem Verfahren, bei dem Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltendes Gas unter Normaldruck durch die Reaktionslösung hindurchgeleitet wird, läßt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren ein erheblich höherer Nutzeffekt erreichen. Ferner kann man Stickstoffdioxyd unter Druck in einer sehr viel höheren Konzentration in der Reaktionslösung lösen, was ebenfalls vorteilhaft ist, und dadurch erreicht man eine höhere selektive Oxydationswirkung. Daraus wiederum resultiert, daß die wirksame Konzentration von Salpetersäure in der Reaktionslösung nahezu auf einer bestimmten Konzentration gehalten werden kann und die primäre Alkoholgruppe der Stärke gleichmäßig und schnell oxydiert werden kann. Infolge der kontinuierlichen Wiedergewinnung der Salpetersäure während des Reaktionsablaufes und der wiederholten Verwendung dieser Salpetersäure, ist die für das Verfahren benötigte Einsatzmenge an Salpetersäure sehr stark und in einem solchen Maße verringert, daß selbst dann, wenn man die Menge an Salpetersäure bis auf etwa 0,8 Mol, bezogen auf die Stärke, erniedrigt, dennoch

ίο sehr reine oxydierte Stärke erhalten werden kann. Wenn man jedoch die Salpetersäure in etwa der gleichen Menge einsetzt, wie dies in den bisher üblichen Verfahren geschehen ist, dann läßt sich die Reaktionszeit ganz erheblich verkürzen, und die Menge an kristallisiertem Glucuronlacton, das beispielsweise durch Hydrolyse erhältlich ist, läßt sich, verglichen mit den üblichen unter Normaldruck' arbeitenden Oxydationsverfahren, erheblich steigern. Die Ausbeuten an Glucuronlacton, die durch Hydrolyse von nach bisher bekannten Verfahren oxydierten Stärken erhältlich war und die aus einer erfindungsgemäß hergestellten oxydierten Stärke erhältlich ist, sind in der nachfolgenden Tabelle gegenübergestellt:

	Konzen tration an Salpetersäure	Menge an verwendeter Salpetersäure	Oxyda tionstem peratur	Druckgas	Druck	■	Oxydations zeit	Ausbeute an kristallinem Glucuron lacton
Versuch Nr.	(%)	(Mol/Mol)	(⁰C)		(kg/cm²)	(Stunden)	(7o)
	40	2,0	50	keines	ohne	12 .	3,0
1 (Vergleich)	40	1,5	50	Sauerstoff	5 bis 10	10	6,6
2 (Erfindung)	40	2,0	50	Sauerstoff	10 bis 20	8	8,6
3 (Erfindung)	50	1,0	50	keines	ohne	12 ■	8,4
4 (Vergleich)	50	0,8	50	Sauerstoff.	15 bis 20	10	10,1
5 (Erfindung)	50	1,0	50	Sauerstoff	15 bis 20	8	13,6
6 (Erfindung)	60	1,5	40	keines	ohne	8	10,2
7 (Vergleich)	60	1,0,	40	Luft	15 bis 30	7	12,9
8 (Erfindung)	60	1,5	40	^ Luft	15 bis 30	6	15,2
9 (Erfindung)

Bemerkung: (1) Ausbeute an kristallinem Glucuronlacton basiert auf Stärke.

(2) Bedingungen der Hydrolyse: 2"/₀ Schwefelsäure, 120 bis 130⁰C, 90 Minuten.

(3) In Versuch 4 wurde Sauerstoff während der Reaktion durch die Reaktionslöslung hindurchgeeitet.

Aus den vorstehenden Ausführungen erkennt man, daß sich beim erfindungsgemäßen Verfahren die Menge an eingesetzter Salpetersäure erheblich erniedrigen läßt, daß man die Oxydationszeit verkürzen kann, daß man Reaktionsbehälter mit verringertem Volumen einsetzen kann und daß man die Oxydationsreaktion selektiv führen kann, wodurch die Reinheit der oxydierten Stärke im Vergleich mit der gemäß üblichen Verfahren erhältlichen oxydierten Stärke verbessert wird.

Das Verfahren der Erfindung läßt sich im einzelnen wie folgt konkretisieren:

Vorteilhaft fügt man die Stärke zu einer Menge von 0,8 bis 3,0 Mol, bezogen auf die Stärke, an 30- bis 70°/₀iger Salpetersäure hinzu, die eine geringe Menge an Alkalinitrit, beispielsweise Natriumnitrit, als Katalysator enthält. Die Mischung wird bei 25 bis 6O⁰C gerührt, so daß sich eine gleichmäßige Reaktionslösung bildet. Danach bringt man die Reaktionslösung durch Einleiten von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltendem Gas unter den gewünschten Druck. Damit ein plötzliches Einsetzen der Reaktion vermieden wird, ist es zweckmäßig, zunächst einen vergleichsweise geringen Druck aufzubringen und diesen allmählich zu steigern. Man beendet die Reaktion, wenn keine merkliche Absorption an Sauerstoff mehr beobachtet wird. Wenn man die Reaktionslösung in ein Lösungsmittel, wie beispielsweise Methanol oder Äthanol, eingießt, dann kann man die oxydierte Stärke in Pulverform erhalten. Sofern Salpetersäure in der Oxydationslösung zurückgeblieben ist, läßt sich diese, wie bekannt durch Erhitzen entfernen, oder man kann sie durch Reduktionsmittel zerstören, beispielsweise mittels Formaldehyd. Man erhält dann eine Lösung der oxydierten Stärke.

Beispiell

Eine Mischung von 250 g Kartoffelstärke (etwa 18°/₀ Wassergehalt) und 7,5 g Natriumnitrit wurde unter Rühren bei 50⁰C nach und nach in kleinen Portionen zu 365 g 40°/₀iger Salpetersäure zugegeben, die sich in einem Autoklav befand. Nach etwa 30 Minuten wurde durch Einleiten von Sauerstoff die Luft verdrängt, dann wurde der Druck in dem Autoklav allmählich auf etwa 6 kg/cm² erhöht. Innerhalb von etwa 4 Stunden nach Beginn der Reaktion wurde ein merklicher Sauerstoff verbrauch beobachtet. Der Druck

wurde allmählich auf 10 kg/cm² erhöht, und die Reaktion wurde bei 50° C unter Rühren fortgeführt. Nach lOstündiger Reaktion wurde der Druck auf Normaldruck erniedrigt, und es wurden 120 g 37%ige Formaldehydlösung nach und nach zugegeben. Die Temperatur wurde nach etwa 60 Minuten allmählich auf 95⁰C erhöht. Diese Temperatur wurde 60 Minuten lang aufrechterhalten, danach fiel eine viskose Lösung oxydierter Stärke an. Die spezifische Drehung betrug [<*]«> = +142,0° (C = 1,201; Wasser). Glucuronsäure-Restgehalt: 46,8%.

(Glucuronsäure-Restgehalt wird berechnet aus der Gesamtmenge an Furfurol, das durch Hydrolyse der oxydierten Stärke mit 14%iger Salzsäure und nachfolgender Extraktion mit Xylol gewonnen wird. Diese Methode zur Bestimmung des Glucuronsäure-Restgehaltes in mit Salpetersäure oxydierter Stärke ist beschrieben in Pharmaceutical Society of Japan, Vol. 83, Nr. 11, S. 1073 bis 1077).

L. Beispiel2

Eine Mischung von 250 g Kartoffelstärke, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, und 5,0 g Natriumnitrit wurden unter Rühren bei 50° C nach und nach zu 486 g 40 %iger Salpetersäure gegeben, die sich in einem Autoklav befand. Nach etwa 30 Minuten wurde zunächst die Luft durch Einleiten von Sauerstoff verdrängt, und dann wurde der Druck allmählich bis auf etwa 12 kg/cm² erhöht. Danach wurde der Druck weiter bis auf 20 kg/cm² gesteigert, und man ließ die Mischung dann 8 Stunden lang bei 50°C reagieren. Danach wurde der Druck abgelassen, und die Reaktionslösung wurde tropfenweise in das lOfache ihres Volumens an Äthanol eingegossen, daraufhin fiel die oxydierte Stärke in Pulverform an. Die Ausbeute betrug 220,2 g. Spezifische Drehung [«]§> = +175,6° (C == 1,302; Wasser). Glucuronsäure-Restgehalt: 48,2 %.

Beispiel 3

Eine Mischung aus 250 g Kartoffelstärke, wie sie in Beispiel 1 verwendet worden war, und 5,0 g Natriumnitrit wurde unter Rühren bei 50° C nach und nach zu 194 g 50 °/_oiger Salpetersäure gegeben, die sich in einem Autoklav befand. Nach etwa 30 Minuten wurde zunächst die Luft durch Einleiten von Sauerstoff verdrängt, dann wurde der Druck allmählich bis auf etwa 15 kg/cm² gesteigert und dann über 3 Stunden weiter

ίο bis auf 20 kg/cm² erhöht. Nachdem man 8 Stunden lang bei 50° C die Reaktion hatte ablaufen lassen, wurde der Druck abgelassen und 80 g 37 %ige Formaldehydlösung nach und nach zu der Reaktionsmischung gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde dann innerhalb 60 Minuten auf 95°C erhitzt und weitere 60 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, und man erhielt eine Lösung der oxydierten Stärke. Spezifische Drehung [α]?° = +155,0° (C = 1,352; Wasser). Glucuronsäure-Restgehalt:

49,7%).

B e i spiel 4

Eine Mischung von 250 g Kartoffelstärke, wie sie in Beispiel 1 verwendet worden war, und 2,5 g Natriumnitrit wurden unter Rühren bei 40°C nach und nach zu 1,62 g 60%iger Salpetersäure zugegeben, die sich in einem Autoklav befand. Nach etwa 30 Minuten wurde der Druck in dem Autoklav durch Einleiten von Luft auf etwa 20 kg/cm² erhöht. Innerhalb von 3 Stunden wurde der Druck weiter auf 30 kg/cm² gesteigert, wobei der übrigbleibende Stickstoff abgezogen wurde. Die Mischung ließ man insgesamt 7 Stunden bei 40° C reagieren. Nach dem Ablassen der Luft wurde die Reaktionslösung tropfenweise in das lOfache ihres Volumens an Methanol eingebracht, und dabei setzte sich die oxydierte Stärke pulverförmig ab. Ausbeute 231 g. Spezifische Drehung [«]» = +180,3° (C = 1,763; Wasser). Glucuronsäure-Restgehalt: 50,6%.

Claims

1 2 spielsweise die Temperatur, ebenfalls ständig entPatentansprüche: sprechend der Konzentrationsabnahme der Salpetersäure zu verändern. Jedoch ist im allgemeinen eine

1. Verfahren zur Herstellung von oxydierter solche Arbeitsweise nicht nur deswegen mit Schwierig-Starke durch Oxydation von Stärke mit Salpeter- 5 keiten verbunden, weil man sie praktisch kaum säure, dadurch gekennzeichnet, daß korrekt handhaben kann, sondern auch, weil kompliman die Stärke mit 30 bis 70%iger Salpetersäure zierte Verfahrensmaßnahmen erforderlich werden, bei 25 bis 60⁰C unter Druck und in Anwesenheit so daß sie technisch nicht vorteilhaft ist. Ferner ist von gasförmigem Sauerstoff oder Sauerstoff ent- bei dieser Arbeitsmethode die Qualität der oxydierten haltenden Gasen oxydiert, anschließend die SaI- io Stärke sehr häufig stark vermindert, beispielsweise petersäure aus dem Reaktionsgemisch entfernt dadurch, daß Glucuronlacton durch Hydrolyse der und die oxydierte Stärke isoliert. oxydierten Stärke gebildet wird, wodurch die Ausbeute

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- an in kristallinem Zustand anfallendem Produkt verzeichnet, daß man 0,8 bis 3,0 Mol, bezogen auf mindert ist. Die Neigung zu dieser Art Umsetzung ist die eingesetzte Stärke, an 30 bis 70%iger Salpeter- 15 besonders dann sehr groß, wenn mit niedrig konzensäure verwendet, die eine geringe Menge Alkali- inerter Salpetersäure gearbeitet wird. Um diese Nachnitrit enthält, und unter einem Druck von 10 bis teile zu vermeiden, pflegt man im allgemeinen große 30 kg/cm² arbeitet. Mengen an Oxydationsmitteln einzusetzen. Bei solchen

Verfahren sind etwa 2 Mol oder mehr an Salpeter-20 säure, bezogen auf Stärke, erforderlich. Wenn man

—; dabei niedrig konzentrierte Salpetersäure einsetzt, so

wird dadurch insbesondere ein gleichmäßiger Ablauf der Reaktion erheblich beeinträchtigt, und man kann

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung infolge der unzureichenden Wirkung des Oxydations-;

von oxydierter Stärke durch Oxydation von Stärke 25 mittels nicht erwarten, daß oxydierte Stärke hoher

mit Salpetersäure. · Qualität anfällt.

Oxydierte Stärke ist ein Material, das beispielsweise Ferner werden bei unter Normaldruck geführten

zur Synthese von Schwefelsäureesterverbindungen von Reaktionen Abgase, insbesondere Stickstoff-Monoxyd,

oxydierter Stärke verwendet wird, die ähnlich wie entwickelt, die keine Oxydationskraft haben und die

Heparin als Antikoagulantien wirken. Ferner läßt 30 in Form von feinen Blasen aufsteigen; dadurch wird

sich oxydierte Stärke als Ausgangsmaterial zur Her- das Volumen der Reaktionslösung im allgemeinen

stellung von pharmazeutisch verwendbarer Glucuron- bis auf das 3- bis 4fache der Einsatzmenge vergrößert,

säure einsetzen, die durch Hydrolyse aus der oxy- und es kann ein gleichmäßiger Ablauf der Reaktion

dierten Stärke gewonnen werden kann. behindert sein, und ferner läßt sich die Temperatur-

Bei der Herstellung von oxydierter Stärke durch 35 kontrolle bei der Reaktion nur noch schwierig durchOxydation von Stärke mit Salpetersäure kann man führen. Außerdem sind Reaktionsgefäße mit sehr die Salpetersäure in unterschiedlichen Konzentra- großem Volumen erforderlich.

tionen einsetzen. Beispielsweise wird bei den in der Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe deutschen Patentschrift 849 692 und in der USA.- zugrunde, solche die bei den üblichen Verfahren dieser Patentschrift 2 650 237 beschriebenen Verfahren SaI- 40 Art auftretenden Nachteile zu vermeiden und oxypetersäure in einer Konzentration von 70% und höher dierte Stärke in technisch vorteilhafter Weise herzueingesetzt. Gemäß dem in der japanischen Patent- stellen.

schrift 241 792 beschriebenen Verfahren ist die Kon- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung

zentration der verwendeten Salpetersäure mit Erfolg von oxydierter Stärke durch Oxydation von Stärke·'

auf 65 bis 45% erniedrigt. Ferner ist in den japanischen 45 mit Salpetersäure, das dadurch gekennzeichnet ist,

Patentveröffentlichungen 12114/61, 8113/63 und daß man die Stärke mit 30 bis 70 °/_oiger Salpetersäure

14 566/63 die Oxydation von Stärke unter Verwendung bei 25 bis 6O⁰C unter Druck und in Anwesenheit von

eines Gemisches von vorwiegend Salpetersäure mit gasförmigem Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden

weniger als 40% und Schwefelsäure mit weniger als , Gasen oxydiert, anschließend die Salpetersäure aus

10% angegeben. 50 dem Reaktionsgemisch entfernt und die oxydierte

Diese bekannten Oxydationsverfahren sind charak- Stärke isoliert.

terisiert, z. B. durch die Temperatur, bei der die Oxy- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Ver-

dationsreaktion durchgeführt wird, durch die Zeit, fahrens nach der Erfindung verwendet man 0,8 bis

die für die Oxydationsreaktion zur Verfügung steht, 3,0 Mol, bezogen auf die eingesetzte Stärke, an 30 bis

durch die Menge der eingesetzten Oxydationsmittel 55 70 %iger Salpetersäure, die eine geringe Menge Alkäli-

und durch Katalysatoren u. dgl., denn die Anwendung nitrit enthält, und man arbeitet unter einem Druck

von Salpetersäure ergibt je nach deren Konzentration von 10 bis 30 kg/Cm².

Nebenreaktionen, wie Oxydationen, Aufspaltungen, Bei dem Verfahren nach der Erfindung setzt man

Hydrolyse u. dgl. , zweckmäßig den Sauerstoff in einer Menge von mehr

Da zwangläufig mit fortschreitender Oxydations- 60 als 10 Volumprozent in dem Sauerstoff enthaltenden

reaktion die Konzentration an Salpetersäure in der Gas ein. Man kann beispielsweise Luft als Oxydations-

Reaktionslösung absinkt, ändern sich die Reaktions- mittel verwenden. .

bedingungen während der Durchführung der Oxy- Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die

dationsreaktion ständig, auch wenn die äußeren Salpetersäure wieder in Form von Salpetersäure

Arbeitsbedingungen festliegen, so daß man stets eine 65 zurückgewonnen, und zwar in dem Maße, wie sie

Mischung von Oxydationsprodukten mit verschie- verbraucht wird, und dann in die Reaktionslösung

denem Oxydationsgrad erhält. Daher ist es eine ideale zurückgeführt. Dabei wird die primäre Alkoholgruppe

Methode, die äußeren Arbeitsbedingungen, wie bei- der Stärke selektiv durch das Stickstoffdioxyd nach