DE1904619A1

DE1904619A1 - Verfahren zur Erzeugung von Vitamin C

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Publication number: DE1904619A1
Application number: DE19691904619
Authority: DE
Original assignee: Politechnika Slaska im Wincentego Pstrowskiego
Current assignee: Politechnika Slaska im Wincentego Pstrowskiego
Priority date: 1968-02-01
Filing date: 1969-01-30
Publication date: 1970-08-27
Also published as: ES363151A1; FR2001090A1; DK131467B; GB1222322A; CH490368A; DE1904619C3; DE1904619B2; JPS4830273B1; CS169787B2; AT308290B; SE363322B; DK131467C

Description

DR. BERG D1PL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 2. HILBLESTRASSE 2O

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stopf, 8 München 2, HilblestroBa 20 Ihr Zeichen Unser Zeichen

IV/GcTlS 102

Anwaltsakten«Nr. 18 102

Datum

POLITECHNIKA SLASKA im W. Pstrowskiego, Gliwice/Polen.

Verfahren zur Erzeugung von Vitamin C. Erfinder : Dr.Ing. Romuald BOGOGZEK.

Gegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren zur Erzeugung von Askorbinsäuren, also Vitamin C aus 2-Keto-Hexoja-Sauren oder deren Estern "beziehungsweise aus ihren Ketal* oder Azetalderivaten. Unter der Bezeichnung 2-Keto-Hexon-

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Säuren werden jy^ 2 Keto-1-Idonsäure oder 2-Keto-d-Glukonsäure verstanden. Die vorzunehmenden chemischen Reaktionen beruhen auf einer Laktonisiernng und Enolisierung mit einer eventuell vorausgehenden Hydrolyse.

Bekannt sind die Verfahren zur Erzeugung von verschiedenen Isomer en. der 1-Askorbinsäure, also Vitamine G, aus 2-Keto-Hexon-Säuren oder deren Estern beziehungsweise aus ihren Ketal- oaer Azetalderivaten im Wege einer direkten Erwärmung der erwähnten Rohstofflösungen mit Lösungen starker Säuren, wie zum Beispiel von Salzsäure.

Ein anderes, "bekanntes Verfahren zur Erzeugung von Askorbin säuren aus 2-Keto-Hexonsäuren oder aus deren Azetal- oder Ketalderivaten beruht auf ihrer vorherigen durch Säuren katalisierten Veresterung und auf ihrer nachfolgenden durch Basen katalysierten Laktonisierung und Enolisierung. Im Rahmen dieses zweistufigen Verfahrens zur Erzeugung von Askorbinsäuren ist die Verwendung von Kationaustauschharzen in Säureform als Katalysatoren der Veresterungsreaktion bekannt. Bekannt ist ferner die Verwendung von Anionausiäuschharzen als basische Mittel zur Hervorrufung der Laktonisierungs- und Enolisierungsreaktion der 2-Keto-Hexonsäureester.

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Die bekannten Verfahren zur Erzeugung von Askorbinsäuren haben den Nachts eine bedeutende Verunreinigung der aus den Reaktionen erhaltenen Lösungen, eines hohen Arbeitsaufwands und was daraus folgt, durch einer verminderten Materialausbeute.

DaS Verfahren gemäss der Erfindung besitzt diese Nachteile nicht· Es ermöglicht die Erzeugung von verhältnis« massig reinen Reaktionsiösungen, dadurch dass es die Zur führung von ssusatjslichen - löslichen chemischen Reagenzien in die Lösung nicht erforderto Es verlangt einen nur geringen Arbeitsaufwand} es besteht die Möglichkeit seiner Voilautomatisierungi Es hat fast überhaupt nicht das Entßtehen von Neben^ oder Zersetzungsprodukten zur Folge und ieichnet sich dadurch durch eine gute Ausbeute aus.

Das Verfahren zur Erzeugung von Askorbinsäuren gemäss Erfindung; beruht^ auf einer gieichmässigen Erwärmung von 2-Ketö-^ Höxonsäuren^ öder:^jäer^en Estern beziehungsweise ihrer Äzetal-» oder Ket^lderiVate in einer wässerigen Lösung oder der Lösung eines organischen Lösemittels in Gegenwart eines in ^ure- oder in Salzform vorliegenden KationenäustauscJiharaes oder auch in Gegenwart eines Gemisches dieser formen*

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Als Kationenaustausciiharz kann man vorteilhaft erweise stark saure Kat ionenaust auscher verwenden, wie zum Bei«· spiel solche auf der Basis von Polystyrolsulfon mit den bekannten Bezeichnungen Wofatit KPS, ZeroXIt 225, Dewea>50 und andere. Diese Harze können in Säureform, auch Wasserstofform genannt,· οder auch in Salzform, auch Metallform genannt, verwendet werden.

Ih diesem zweiten Fall ist es von Vorteil, wenn das Ionenaustauschharz als Kationenaustauscher mit Alkalimetalle, also Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Gäsium,oder mit einem Gemisch dieser gesättigt ist» Vorteilhaft ist auch die Verwendung einer Salzsäure-Mischform, wobei die Säureform ungefähr 5 bis 95^ betragen kann.

Obwohl die Askorbinsäure der Bestandteil aller nach dem Verfahren gemäss Erfindung erhaltenen Reaktionslösungen ist, so ist sie doch nicht ihr ausschliesslicher Bestand teil. Diese Lösungen enthalten nämlich einen Teil des nicht reagierten Rohstoffs»

Die chemische Form des restlichen organischen Rohstoffteils hängt von der Art des verwendeten Lösemittels und der besonderen Verfahrensart ab. Dies wirkt sich auf das weitere Verfahren zur Abscheidung der Askorbinsäure aus

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dem Reaktionsgemisch aus, das auf einer fraktionierten Kristallisation beruht, die entweder durch Verdampfung und Verdickung der Lösung, oder durch Ausfrierung oder auch durch Ausfällung durch ein anderes Lösemittel hervorgerufen wird» FallsWasser als Lösungsmittel dient, befindet sich in der Reaktiohsläsung neben äer Askorbinsäure 2«Keto*He3cons|lure, Ähnlich kann es sich verhalten, wenn nicht veresterncL© organische Lösemittel verwendet werden« Werden dagegen Alkohole als Reaktionsmedien in ; Anwendung gebracht, können als Hebenstandteile der Reaktionsgemische Ester auftreten»

Auf diese Weiäe kann man also die Zusammensetzung der Re- ' aktionsgemische regulieren, was bei der Verteilung der Reaktionsbestandteile von gewisser Bedeutung ist_e So wird ^: zum Beispiel aus dem Gemisch von 1-Askorbinsäure mit ; 2-»Keto«1-Guionsäure zunächst die letztere kristallisiert. Aus dem Gemisch von 1-Askorbinsäure und Äthylester der 2-Keto~1«Gulonsäure wird zunächst die erste kristallisiert.;

Wenn die Absicht besteht, neben Askorbinsäure 2-Keto-Hexonsäur^ester zu erhalten, ist es von Vorteil» den Prozess in einem alkoholischen Medium in Gegenwart eines vorher gründlich entwässerten Kationenaustauschharzes in Säureform durchzuführen* Wenn Azetal- oder Ketalderivate

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von 2»Keto«Hexonsäure den Rohstoff bilden* ist es angezeigt, den Prozess anfänglich, in Gegenwart eines wasserhaltigen Harzes durchzuführen, um die Hydrolyse der Azetal·· oder Ketalgruppen zu ermöglichen und danach erst in Gegenwart eines dehydratisierten Harzes unter wasser— freien Bedingungen den prozess fortzusetzen. ; -

Die erwähnte-EntWasserung des Kationenaustauschharzes kann wan zum Beispiel durch seine f rooknung; mit^tllt von

Beispiel 1

In einen mit einem Rührer versehenßn 2-Ititericolben gab man 600 ml Kationenaustauschharz der Bezeichnung Zerolit- 225 in Kaliumform, worauf man 1 Liter 20^ige Diazeton-2-Ketot-Gulonsäurelösung zuführte. Nach Bildung einer Stickstoff atmosphäre über der Lösung., erwärmte' man dieselbe unter ständigem Rühren im Verlauf von T Stunden auf eine Temperatur, die etwas niedriger als:die Siedetemperatur war. Am Ende der Erwärmungszeit enthielt die Lösung? bezogen auf die Gesamtsumme der Säuren etwa ,TSJ& 1-Askorbin-. säure. Nach Äbfiltrierung des Harzes und seiner Auswaschung mittels Wasser zur Beseitigung der sauren Reaktion dickte man die Reaktionslösung durch Abdestillierung

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des Wassers bei einer Temperatur von etwa 6O⁰G ein, und zwar unter etwas vermindertem Druck bis zur Erzielung einer sirupartigen Konsistenz. Nach Impfung mit Kristallen von 2-Keto-1-Guiansäurewurdeder Sirup für einige Tage in einen Kühlschrank abgestellt, um die vollständige Kristallisation der 2-Keto-i-Guiohsäure hervorzurufen. Naoh Abfcentrifugierung dieses Produktes und Auswaschung mit Methylalkohol wurde die Kriställisationslösung mit kristalliner 1-Askorbinsäure geimpft und bis zu einigen Tagen dauernder Kristallisierung belassen.

Nach Zerkleinerung der fast erkalteten kristallinen Hasse wurde das Produkt abaentrifugiert» wobei man es mit Methyl-Älkohöl auswusch/M^ erhielt ungefähr 70 g 1-Askorbinsäure, also etwa 60$ der theoretischen Ausbeute» mit einer Sohmelatemperatur im Bereich von 186-*· 188 G.

Zwecks weiterer Erhöhung der Ausbeute vereinigte man alle aus dem Waschen der Kristalle stammenden Lösungen, ent« fernte aus ihnen durch Abdampfung den Methylalkoibol, den Destillationsrückstand vermischte man mit der vorher regenerierten 2-Keto*1-Gulonsäure, löste denselben in 400 nil Wasser, mischte ihn mit dem vorher verwendeten Kationenaustauschharz in Kaliumform und wiederholte den Erwärmungs-, Verdampfungs- und Kristallisationsprozess,

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wobei man Produkte mit einem Schmelzpunkt im Bereich von ; 184- - 187⁰C erhielt. Insgesamt erhielt man also 1-Askorbinsäure, also Vitamin C, mit einer Ausbeute von etwa 80$ der theoretischen.

Beispiel 2

Bei einem Betrieb im periodischen Verfahren verfuhr man folgendermassen :

In einen Rundbodenkolben mit einem Fassungsvermögen von 250 ml gab man 50 ml tertiären Butylalkohol und löste in ihm 4 g 2-Keto-i-Gulonsäure auf. Danach führte man 30 g des Kationenaustauschers auf Polystyrolsulfonbasis mit der Handelsbezeichnung Wofatit KPS in Wasserstofform zu. Dieser Kationenaustauscher wurde vorher in einem anderen Gefäss mit Hilfe eines anorganischen Molekularsiebs der Type Zeolith fA gründlich entwässert. Das Reaktionsgemisch wurde im Wasserbad im Verlaufe von 6 Stunden erwärmt, danach wurde die Lösung etwas abgekühlt und das Kationenaustauschharz abzentrifugiert. Die klare, fast farblose Lösung wurde bis auf ein geringes Volumen abgedampft, aus dem nach Abkühlen 1-Askorbinsäure mit einem leicht gelben Farbton in einer Menge von etwa 3,3 g auskristallisierte.

Beispiel 3
Bei einem Betrieb im kontinuierlichen Verfahren, verfuhr

man wie folgt : '

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In eine Glassäule mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 500 mm, die mit einem eine konstante Temperatur von 80 C unterhaltenden Heizmantel ausgestattet war, brachte man den mit Hilfe eines Molekularsiebs 4ä getrockneten Kationenaustauscher mit der Handelsbezeichnung Zerolit 225 in Wasserstofform. Danach liess man durch die Säule allmählich eine Lösung von 10 g 2-Keto~1~Gulonsäure in 100 ml Dioxan mit einer .derartigen Geschwindigkeit hindurchlaufen, dass die lösung in der Säule ungefähr eine Stunde verblieb. Das klare und fast farblose Bluat fing man auf und verdampfte es auf ein geringes Volumen bei einer Temperatur von etwa 40°G ohne Luftzufuhr und die nach derAbkühlung abgeschiedenen Kristalle filtrierte man ab, wobei man oa, 8,2 g Askorbinsäure erhielt.

Die erhaltene Askorbinsäure eignet sich direkt oder nach einer zusätzlichen Rekristallisation aus Wasser zur \ Verwendung für pharmazeutische Zwecke.

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20 g Diazeton-2-Ketoi1-Gulonsäure wurden in 200 ml Q,5?& Wasser enthaltendem Üthylalkohol aufgelöst. Diese Lösung erwärmte man bis auf ungefähr 80⁰C und dann liess man sie durch eine bis zu 75⁰C erwätmte Säule mit den Aus-

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massen von 15 mm χ 300 mm, die mit einem lufttrockenen Kationenaustauschharz mit der Handelsbezeichnung Zerolit 225 angefüllt war, allmählich mit einer derartigen Geschwindigkeit hindurchlaufen,dass sich jedes Lösungsteilchen mit dem Harz ca. 15 Minuten lang berührte.

Das Eluat aus dieser ersten Säule wurde einer auf eine f

Temperatur von etwa 75⁰C erwärmten zweiten Säule mit den Ausmassen von 25 mm χ 1000 mm, die mit einem wasserfreien Kationenaust aus eher ZeaäLit 225 angefüllt war, zugeleitet und durch sie die Lösung mit einer derartigen Geschwindigkeit hindurchgelassen, dass jedes Lösungsteilchen mit dem Harz sich 2 Stunden lang berührte· Das Eluat fing man auf, das Lösemittel destillierte man bis auf ein Volumen von etwa 40 ml ah und gefriertrocknete, wobei man ungefähr 10 gr 1-Askorbinsäure erhielt, was ungefähr 90^ der theoretischen Ausbeute darstellt. Das erhaltene Produkt besass eine Schmelztemperatur von 184 bis 185⁰C.

Die erste Säule eignete sich unverändert zur Durchführung der nächsten Charge, den Inhalt der zweiten Säule dagegen musste man vor Aufgabe der nächsten Rohstofflösung einer gründlichen Dehydratisierung unterziehen.

Patentansprüche :

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Claims

Fat ent.ans priiche :

1. Verfahren zur Erzeugung von Vitamin C aus 2-Keto-Hexonsäuren oder aus deren Ketal- oder Azetalderivaten beziehungsweise aus ihren Estern, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösungen der erwähnten Rohstoffe zusammen mit Kationenau8tau8Chharzen in Säureform oder in Salzform oder in einer gemischten Säure-Salzform erwärmt und das Reaktionsprodukt aus dem Reaktionsgemisch durch eine fraktionierte Kristallisation isoliert, wonach der nicht

reagierte nach der Kristallisation in der Lösung ent· halten· Rohstoff einer nochmaligen Reaktion unterworfen wird·

2· Verfahren zur Urzeugung von Vitamin G genäse Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man, falls als Rohstoffe 2*Keto*Hexonsäuren oder deren Ester verwendet werden und als Löiemittel ein organisches Lösemittel fungiert, die · Kationenaustauschharze zuvor dehydratisiert«

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man, falls Azetal- oder Ketalderivate von 2-Ke to-Hexonsauren oder deren Ester den Rohstoff bilden, die Reaktion anfänglich in Gegenwart eines wasserhaltigen Harzes, und danach in Gegenwart eines wasserfreien Harzes durchführt.

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4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Kationenaustauschharze Alkalimetallkationen enthalten.

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