DE19654038A1 - Verfahren zur Herstellung von alpha-Tocopherol oder alpha-Tocopherylacetat durch Umsetzen von Trimethylhydrochinon und Phytol oder Isophytol unter Rückführung des Kondensationskatalysators Zinkchlorid - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von alpha-Tocopherol oder alpha-Tocopherylacetat durch Umsetzen von Trimethylhydrochinon und Phytol oder Isophytol unter Rückführung des Kondensationskatalysators ZinkchloridInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von α-Tocopherol oder α-Tocopherylacetat durch Umsetzen von
2,3,5-Trimethyl-hydrochinon (TMH) mit einem Phytol, insbesondere
mit Isophytol (IP) in Gegenwart von ZnCl2, einem Protonendonator
und gegebenenfalls in Gegenwart von einem Amin in einem Lösungs
mittel bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls anschließende
Veresterung mit Acetanhydrid, bevorzugt unter Rückführung des
Kondensationskatalysators ZnCl2.
In den vergangenen Jahren hat α-Tocopherol (Vitamin E) als Anti
oxidans sowie auf dem Gebiet der menschlichen und tierischen Er
nährung in steigendem Maße Bedeutung erlangt. Zu seiner Synthese
sind daher zahlreiche Verfahren entwickelt worden. Eine Über
sichtsarbeit von Siebrell und Harris hierüber findet sich in "The
Vitamins", Vol V, Seiten 168 f (1972).
In industriellem Maßstab hat es sich bewährt, Vitamin E durch
Kondensation von TMH mit IP in einem Lösungsmittel in Gegenwart
von Lewissäuren, insbesondere von Zinkchlorid, zusammen mit einem
Protonendonator, insbesondere von Chlorwasserstoffgas bei
erhöhter Temperatur umzusetzen (vgl. US 24 11 969 der Firma
Hoffmann-La Roche, US 4 239 691 der Firma Eastman Kodak,
US 3 708 505 der Firma Diammond Shamrock und DE 32 03 487 der
Firma BASF).
Eine breite Palette von Lösungsmitteln kann für diese Umsetzung
eingesetzt werden, z. B. Ethylacetat, Essigsäure, aliphatische
oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder Chlorkohlenwasserstoffe.
Gemäß DE 26 06 830 und EP 100 471 erhält man bei dieser Umsetzung
besonders gute Ausbeuten und besonders reines Vitamin E, wenn man
die Umsetzung zusätzlich in Gegenwart von geringen Mengen eines
Amins oder eines Ammoniumsalzes durchführt.
Nachteilig an diesen an sich recht guten Verfahren ist, daß
durch die übliche Verwendung von größeren Mengen an ZnCl2 große
Abwasserprobleme auftreten. Ein weiterer großer Nachteil bei der
Verwendung von Zinkchlorid für diese Umsetzung ist gemäß
Bull. Chem. Soc. Jpn., 68 (1995), 3569-71, insbesondere 3569,
linke Spalte, und Bull. Chem. Soc. Jpn. 69 (1996), 137-139, ins
besondere 137, linke Spalte, daß Lewis-Säuren, wie Zinkchlorid,
durch das bei der Umsetzung gebildete Wasser desaktiviert werden.
Versuche, das ZnCl2 mit Wasser aus dem Reaktionsgemisch zu extra
hieren und es in Form der erhaltenen 20 bis 60 Gew.-%igen Lösung
in die Umsetzung zurückzuführen, führten zu schlechten Ausbeuten
und zu weniger reinem Vitamin E. Eine separate Aufarbeitung der
20- bis 60 Gew.-%igen ZnCl2-Lösung zu trockenem ZnCl2-Pulver und
Rückführung des ZnCl2-Pulvers in die Vitamin-E-Synthese ist auf
grund des hohen apparativen Aufwands für das Arbeiten mit einem
Feststoff nicht ökonomisch durchführbar.
Wegen dieser Schwierigkeiten beim Arbeiten mit ZnCl2 wurden in der
neuesten Literatur für die Kondensation von TMH und IP in indu
striellem Maßstab andere saure Katalysatoren beschrieben. So wird
beispielsweise in Bull. Chem. Soc. Jpn. 68 (1995), 3569 bis 3571,
Scandium(III)trifluormethansulfonate und in Bull. Chem. Soc. Jpn.
69 (1996), 137-39, Montmorillonite mit ausgetauschten Metallionen
als Katalysatoren empfohlen. In DE-OS 27 43 920 wird an Kiesel
gel/Aluminiumoxid adsorbiertes Zinkchlorid als Katalysator be
schrieben.
Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß Sc(III)trifluormethan
sulfonat sehr teuer und nicht in ausreichendem Maße verfügbar ist
und die Montmorillonite bzw. die Zinkchlorid-Kieselgel/Aluminium-
Katalysatoren für eine Wiederverwendung ein aufwendiges Fest
stoff-Handling erfordern.
Üblicherweise wird bei Verwendung von Zinkchlorid als Kondensati
onsmittel dieses als festes Pulver verwendet. In technischem Maß
stab muß beim Einbringen eines Feststoffes in einen organische
Lösungsmittel, wie Heptan, enthaltenden Reaktionskessel ein be
trächtlicher technischer Aufwand getrieben werden um elektrische
Aufladungen und die Bildung von explosionsfähigen Gemischen sowie
die hierdurch auftretende Gefahr einer Explosion zu verhindern.
Es war daher die Aufgabe der Erfindung das an sich in der Technik
bewährte Verfahren zur Herstellung von Vitamin E durch Konden
sation von TMH mit IP in einem Lösungsmittel in Gegenwart von
Zinkchlorid, einem Protonendonator und ggf. in Gegenwart von
einem Ammoniumsalz und/oder einem Amin so zu verbessern, daß man
das aufwendige Feststoffhandling ohne Verschlechterung von
Ausbeute und/oder Reinheit des α-Tocopherols bzw. α-Tocopherylace
tats vermeiden kann. Es war weiterhin die Aufgabe, das Verfahren
so zu verbessern, daß man das Zinkchlorid und möglichst auch das
Ammoniumsalz und/oder das Amin nach der Umsetzung auf einfache
und ökonomische Weise zurückgewinnen und in die Umsetzung zurück
führen kann.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man bei dem Ver
fahren zur Herstellung von α-Tocpherol durch Umsetzen von TMH mit
Phytol oder IP in Gegenwart von ZnCl2 und einem Protonendonator
auch dann reines α-Tocophenol in sehr guten Ausbeuten erhält, wenn
man
- A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig misch baren unpolaren Lösungsmittel durchführt und
- B. das benötigte ZnCl2 in Form einer Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol ZnCl2, vorzugsweise 1 bis 3 mol Wasser pro mol ZnCl2 in die Umsetzung einbringt, was technisch einer etwa 65- bis 90-gew.-%igen, vorzugsweise einer etwa 70 bis etwa 90 gew.-%igen ggf. heißen wäßrigen Lösung, übersättigten Lösung oder pumpbaren Maische entspricht.
Es wurde weiterhin gefunden, daß diese etwa 65- bis 90 gew.-%igen
Gemische aus Wasser und ZnCl2 bei Temperaturen von 20 bis 200°C,
vorzugsweise 50 bis 200°C, durch entsprechend erwärmte Rohrleitun
gen transportiert und auf einfache Weise dosiert werden können.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur
Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopherylacetat durch Umset
zen von 2,3,5-Trimethyl-hydrochinon mit Phytol oder Isophytol in
Gegenwart von Zinkchlorid und einem Protonendonator und ggf. an
schließendes Verestern mit Acetanhydrid, das dadurch gekennzeich
net ist, daß man
- A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig misch baren unpolaren Lösungsmittel durchführt und
- B. B. das benötigte Zinkchlorid in Form einer Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol Zinkchlorid, vorzugsweise 1 bis 3,5 mol Wasser pro mol Zinkchlorid, insbesondere 1 bis 3 mol Wasser in die Umsetzung einbringt.
Ganz besondere Vorteile bringt die Möglichkeit, bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren das benötigte ZnCl2 in Form einer
leicht handhabbaren Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol ZnCl2
in die Umsetzung einbringen zu können für die Rückführung des
ZnCl2 nach erfolgter Umsetzung.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend auch ein Verfahren
zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopherylacetat durch
Umsetzen von TMH mit IP oder Phytol in Gegenwart von Zinkchlorid
und einem Protonendonator in einem Lösungsmittel und gegebenen
falls anschließende Veresterung mit Acetanhydrid, das dadurch ge
kennzeichnet ist, daß man
- A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig misch baren unpolaren Lösungsmittel durchführt,
- B. nach erfolgter Umsetzung das Zinkchlorid abtrennt und/oder mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und einem niedrig siedenden, mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel aus der erhaltenen Tocopherol-Lösung extrahiert und
- C. die erhaltene Zinkchlorid-Lösung ggf. nach Aufkonzentrieren in Form einer etwa 60 bis 90 gew.-%igen gegebenenfalls heißen Lösung oder pumpbaren Maische teilweise oder vollständig so in den Umsetzungsprozeß zurückführt, daß im Reaktionsgemisch nach Ergänzung des noch fehlenden Zinkchlorids für die fol gende Umsetzung nicht mehr als 4 mol Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3,5 mol Wasser, insbesondere nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid vorliegen.
Das Rückführen der ZnCl2-Lösung nach dem Aufkonzentrieren in Form
einer Lösung oder pumpbaren Maische anstelle von ZnCl2-Pulver ist
möglich, wenn man im Verfahrensschritt C. die wäßrige Zinkchlo
rid-Lösung nach dem Aufkonzentrieren auf etwa 60 bis 90 Gew.-%
ZnCl2, vorzugsweise 70 bis 90 Gew.-% ZnCl2, bei Temperaturen von
20 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis etwa 200°C, aufbewahrt und/oder
per entsprechend beheizter Rohrleitung in den Umsetzungsprozeß
zurückführt.
Als nicht oder nur wenig mit Wasser mischbare unpolare Lösungs
mittel kommen für das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere
Kohlenwasserstoffe, mit einem Siedepunkt oder Siedebereich von 60
bis 200°C, wie Hexan, Heptan, Cyclohexan, Octan, Nonan, Decan,
Decalin, Toluol, Xylol oder Chlorbenzol oder aber Gemische aus
zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel, wie Petrolether, in Be
tracht. Mit besonderem Vorteil arbeitet man in Heptan. Prinzi
piell kann aber auch Tocopherol selbst als unpolares Lösungs
mittel dienen.
Als niedrigsiedendes, mit Wasser mischbares organisches Lösungs
mittel für die Extraktion sind beispielsweise Methanol, Ethanol,
Tetrahydrofuran und Aceton geeignet. Mit besonderem Vorteil
verwendet man Methanol, da dieses in Gegenwart von Wasser prak
tisch unlöslich in den zur Extraktion verwendeten Kohlenwasser
stoffen ist. Im allgemeinen verwendet man das niedrigsiedende,
mit Wasser mischbare Lösungsmittel in einem Gewichtsverhältnis
von Wasser zu Lösungsmittel von etwa 4 : 1 bis 1 : 10.
Eine mögliche vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens unter ZnCl2-Rückführung ist dadurch gekennzeichnet, daß
man
im Verfahrensschritt B. die Hauptmenge des Zinkchlorids aus der Tocopherol-Lösung mit möglichst wenig Wasser extrahiert und im
Verfahrensschritt C. soviel von der erhaltenen wäßrigen Lösung oder pumpbaren Maische für die folgende Umsetzung in den Umset zungsprozeß zurückführt, daß nach Ergänzung des noch fehlenden Zinkchlorids durch trockenes Zinkchlorid oder eine 85- bis 90 gew.-%ige Lösung oder pumpbare Maische im Reaktionsgemisch für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4, vorzugsweise nicht mehr als 3 mol Wasser pro Zinkchlorid vorliegen.
im Verfahrensschritt B. die Hauptmenge des Zinkchlorids aus der Tocopherol-Lösung mit möglichst wenig Wasser extrahiert und im
Verfahrensschritt C. soviel von der erhaltenen wäßrigen Lösung oder pumpbaren Maische für die folgende Umsetzung in den Umset zungsprozeß zurückführt, daß nach Ergänzung des noch fehlenden Zinkchlorids durch trockenes Zinkchlorid oder eine 85- bis 90 gew.-%ige Lösung oder pumpbare Maische im Reaktionsgemisch für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4, vorzugsweise nicht mehr als 3 mol Wasser pro Zinkchlorid vorliegen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man
im Verfahrensschritt B. durch mehrmaliges Extrahieren mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Methanol, dem ggf. etwa 0,5 bis 1 Gew.-% einer Mineralsäure, vorzugsweise HCl, zugesetzt wurde, das Zinkchlorid möglichst vollständig aus der Tocopherol-Lösung entfernt und
im Verfahrensschritt C. die erhaltene verdünnte Zinkchlorid-Lö sung durch Abdampfen von Wasser oder Methanol und Wasser so weit aufkonzentriert, daß die Zinkchlorid-Lösung oder pumpbare Maische nicht mehr als 4 mol Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3,5 mol, insbesondere nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid enthält und daß man sie so in den Umsetzungsprozeß zurückführt.
im Verfahrensschritt B. durch mehrmaliges Extrahieren mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Methanol, dem ggf. etwa 0,5 bis 1 Gew.-% einer Mineralsäure, vorzugsweise HCl, zugesetzt wurde, das Zinkchlorid möglichst vollständig aus der Tocopherol-Lösung entfernt und
im Verfahrensschritt C. die erhaltene verdünnte Zinkchlorid-Lö sung durch Abdampfen von Wasser oder Methanol und Wasser so weit aufkonzentriert, daß die Zinkchlorid-Lösung oder pumpbare Maische nicht mehr als 4 mol Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3,5 mol, insbesondere nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid enthält und daß man sie so in den Umsetzungsprozeß zurückführt.
Die Zugabe der Mineralsäure zu dem für die Extraktion verwendeten
Wasser soll sicherstellen, daß auch bei mehrfacher Extraktion der
übliche und vorteilhafte pH-Bereich (kleiner als 5) bestehen
bleibt. Mit Vorteil führt man das mehrmalige Extrahieren durch
eine sogenannte 1- bis 3-stufige Gegenstromextraktion aus.
Hierbei kann man die erhaltene verdünnte Zinkchlorid-Lösung zu
nächst in einer speziellen Destillationsvorrichtung in Gegenwart
oder Abwesenheit eines geeigneten Azeotropbildners aufkonzen
trieren und danach in Form einer ggf. heißen Lösung oder pump
baren Maische in den Umsetzungsprozeß zurückführen oder aber im
Reaktionsgefäß selbst vor der Zugabe von IP in Gegenwart oder Ab
wesenheit eines geeigneten Azeotropbildners aufkonzentrieren.
Stellt man α-Tocopherol bzw. α-Tocopherylacetat, wie in
DE 26 06 830 oder EP 100 471 beschrieben, in Gegenwart von einem
Ammmoniumsalz und/oder einem Amin her, dann ist es sogar möglich,
daß man im Verfahrensschritt B. nach der Umsetzung das Zinkchlo
rid zusammen mit gegebenenfalls enthaltenem Ammoniumsalz und/oder
Amin sowie unumgesetztem TMH mit einer Mischung aus Wasser und
Methanol im Verhältnis von etwa 4 : 1 bis 1 : 10 aus der erhaltenen
Tocopherol-Lösung extrahiert und den erhaltenen Extrakt nach Auf
konzentrieren, in Form einer gegebenenfalls heißen Lösung oder
pumpbaren Maische so in den Umsetzungsprozeß zurückführt, daß im
Reaktionsgemisch für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4 mol
Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zink
chlorid enthalten sind.
Die Umsetzung des ggf. gemäß DE 26 06 830 mit einem Ammoniumsalz
und/oder einem Amin behandelten Isophytols oder Phytols mit TMH
erfolgt in an sich bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 60
und 200°C, vorzugsweise bei 80 bis 140°C, insbesondere bei 90 bis
110°C, und in den oben beschriebenen Kohlenwasserstoffen als
Lösungsmittel. Die Lösungsmittelmenge kann in großen Grenzen va
riiert werden, sie kann den einfachen bis zum zehnfachen
Gewichtsteil des IP's betragen. Die Zinkchloridmenge kann
0,04 Gewichtsteile vom IP betragen bis zu sehr hohen Mengen von
0,5 Gewichtsteilen und höher, die aber keinen Vorteil bringen.
Als Protonendonatoren können Mineralsäuren, wie konz. Salzsäure,
konz. Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder
Natriumhydrogensulfat verwendet werden. Davon wird Salzsäure
bevorzugt.
Ferner kann Toluolsulfonsäure oder Trifluormethansulfonsäure ver
wendet werden, wie auch Mischungen der genannten Säuren.
Das bei der Reaktion entstehende Wasser kann ausgekreist werden,
doch ist die Umsetzung in speziellen Fällen auch ohne Wasseraus
kreisung durchführbar.
Statt mit Zusatz von wäßriger Salzsäure kann mit Vorteil auch
unter Einleiten von Chlorwasserstoffgas gearbeitet werden. Dies
hat den Vorteil, daß die Säurekonzentration nicht auf einen zu
hohen Wert anwachsen kann, da überschüssiges Salzsäuregas sich
aus der Reaktionsmischung verflüchtigt. Eine hochsiedende Säure,
wie Schwefelsäure kann dagegen in zu hoher Konzentration die
Bildung von Nebenprodukten begünstigen. Bei Umsetzungen unter
Einleiten von Chlorwasserstoffgas wird im allgemeinen nur wenig
Wasser ausgekreist, da sich hierbei aus dem bei der Reaktion ge
bildeten Wasser und HCl eine etwa 12%ige wäßrige, konstant sie
dende Salzsäure bildet, die viel schwerer als Wasser auskreisbar
ist.
Die Umsetzung kann diskontinuierlich, aber auch kontinuierlich
durchgeführt werden.
Die Menge des für die Extraktion benötigten Wasser hängt ab von
der Menge des eingesetzten ZnCl2, von der Menge des verwendeten
Lösungsmittels, von der Menge des während der Umsetzung ausge
kreisten Wassers, von der Zahl der Extraktionsstufen sowie von
dem gewünschten Extraktionsgrad für ZnCl2. Sie kann daher in wei
ten Grenzen variieren. Zur Extraktion von nur der Hauptmenge des
ZnCl2 genügt im allgemeinen eine einfache Wäsche mit ca. 3 bis 10
Vol.-% Wasser, bezogen auf die organische Phase. Zur vollständi
gen Extraktion wird 2- bis 6 mal mit je 0,5 bis 10 Vol.-% Wasser
oder wäßrigem Methanol, vorzugsweise 2 bis 4 mal mit 1 bis
5 Vol.-% Wasser oder wäßrigem Methanol gewaschen. Besonders vor
teilhaft gelingt die vollständige Extraktion in einer drei
stufigen Gegenstromextraktion mit 1 bis 3 Volumen% Wasser.
Man kann aber auch das bei der Umsetzung gebildete Wasser enthal
tende ZnCl2 als solches entfernen.
Bei zusätzlicher Zugabe von frischem, trockenem ZnCl2 können auch
60 gew.-%ige ZnCl2-Lösungen zurückgeführt werden. Arbeitet man mit
praktisch vollständiger Rückführung von ZnCl2, wobei nur sehr
kleine Mengen, d. h. nur etwa 0 bis 3% an trockenem ZnCl2 oder
einer 85 bis 90 gew.-%igen Lösung zugesetzt werden, sollten die
als Katalysatorlösung eingesetzten ZnCl2-Lösungen oder pumpbaren
Maischen mindestens 65 Gew.-% ZnCl2 enthalten, was einer Menge von
etwa 4 mol Wasser pro mol ZnCl2 entspricht. Mit Vorteil arbeitet
man mit einer Katalysatorlösung oder pumpbaren Maischen, die 70
bis 90 Gew.-%, insbesondere 80 bis 90 Gew.-% ZnCl2 enthält, was
etwa Mengen von 1 bis 3 mol Wasser, insbesondere etwa 1 bis 2 mol
Wasser pro mol ZnCl2 entspricht. Je höher der Gehalt an ZnCl2 in
der Mischung ist, desto wichtiger ist es, diese während der Auf
bewahrung und/oder während des Zudosierens auf Temperaturen von
etwa 50 bis 200°C, vorzugsweise 80 bis 200°C zu halten. Bei
ZnCl2-Konzentration von mehr als etwa 90 Gew.-% steigt die Gefahr,
daß die Lösung, übersättigte Lösung oder Maische erstarrt, was
die Prozeßführung erschweren würde.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren
veranschaulichen. Die Ausbeute-Angaben gelten für den reinen
Wirkstoff (Vitamine-E-acetat 100%ig) und sind bezogen auf einge
setztes TMH. Die Reinheit wurde durch Gaschromatographische
Analyse (GC) des erhaltenen Produkts bestimmt. Die Färbung des
Destillats nach der VEA-Destillation wurde durch Absorptionsspek
troskopie (Perkin-Elmer 552; Zellenlänge 1 cm Reinsubstanz; Wel
lenlänge 420 nm gemessen und die Farbintensität C.I. nach der
Formel C.I. = - 0,261 (% Transmittance) + 25,23 berechnet.
In einem 4 l-Rührbehälter aus Glas mit aufgesetztem Rückfluß
kühler und Wasserabscheider wurden jeweils 1170 g Heptan, 600 g
Trimethylhydrochinon (TMH: Reinheit < 94%), 12 g Tridecylamin
(TDA), die aus Tabelle 1 ersichtliche Menge x[g] trockenes Zink
chlorid und die aus Tabelle 1 ersichtliche Menge y[g] einer
wäßrigen Zinkchloridlösung der Konzentration z [Gew.-%] vorgelegt
und der Ansatz unter Rühren aufgeheizt. Anschließend wurde Chlor
wasserstoff (ca. 20 g/h) zudosiert. In die siedende Mischung wur
den innerhalb von 1 Stunde (h) unter Auskreisen von Wasser (W)
jeweils 1210 g Isophytol (IP; 98%ig) zudosiert. Anschließend
ließ man noch 1 h bei Siedetemperatur nachreagieren. Dann wurde
mit 100 ml W gewaschen. Bei dreimaligem Waschen mit je 100 ml W
können 98 bis 100% des eingesetzten Zinkchlorids zurückgewonnen
werden. Anschließend wurde mit wäßrigem Methanol gewaschen. Nach
Abziehen des Lösungsmittels wurde das rohe α-Tocopherol mit Essig
säureanhydrid durch Erhitzen unter Rückfluß verestert und das
erhaltene Vitamin-E-acetat (VEA) in der aus Tabelle 1 ersichtli
chen Ausbeute an reinem Vitamin-E-acetat, bezogen auf eingesetz
tes TMH, und Reinheit (bestimmt durch GC) erhalten.
Tabelle 1
Die Beispiele 2a, 2c bis 2f und 2h bis 2j zeigen den Einfluß von
W auf die Katalysatoraktivität. Bei Mitverwendung von bis zu
3 mol Wasser pro mol ZnCl2 werden keine signifikanten Verschlech
terungen der Ausbeute und der Reinheit beobachtet, ab 4 mol W pro
mol ZnCl2 sinken die Ausbeuten leicht ab. Beispiele 2e und
Vergleichsbeispiel 2g zeigen, daß größere Katalysatormengen kei
nen Vorteil mehr bringen.
In einem 4 l-Rührbehälter aus Glas mit aufgesetztem Rückfluß
kühler und a) mit Wasserabscheider und b) ohne Wasserabscheider
wurden jeweils 1170 g Heptan, 600 g TMH, 12 g TDA und 23 g troc
kenes ZnCl2 sowie 463 g einer wäßrigen ZnCl2-Lösung (Konzen
tration: 20 Gew.-%; Verhältnis von W/ZnCl2 = 24 mol/mol) vorgelegt
und der Ansatz unter Rühren und a) unter Abscheiden von W und b)
ohne Abscheidung von W aufgeheizt und ca. 20 g/h Chlorwasserstoff
zudosiert. In die siedende Mischung wurden innerhalb von 1 h
1210 g IP zudosiert und das Reaktionsgemisch noch 2 h nach
reagieren lassen.
Bei Reaktionsansatz a) setzte die Umsetzung zwischen TMH und IP
ein nachdem der überwiegende Teil des Wassers aus der ZnCl2-Lösung
sich im Wasserabscheider abgeschieden hatte. Der Ansatz wurde
analog Beispiel 2 aufgearbeitet.
Im Reaktionsansatz b) wurde das gewünschte α-Tocopherol nur in
Spuren gebildet, was zeigt, daß größere Mengen an W im Reaktions
gemisch den Katalysator völlig desaktivieren.
Die jeweils erzielten Ausbeuten sind in Tabelle 2 dargestellt.
Wie Tabelle 2 zeigt, sind die Ausbeute und die Reinheit des
erhaltenen Tocopherols schlechter als in Beispiel 4, was zeigt,
daß es vorteilhafter ist, wenn man die Katalysatorlösung bereits
vor Beginn der Umsetzung aufkonzentriert.
Tabelle 2
In dem oben beschriebenen 4 l-Rührbehälter wurden jeweils 1170 g
Heptan, 600 g TMH, 12 g TDA, 23,2 g trockenes ZnCl2 und 115,9 g
einer 80 gew.-%igen ZnCl2-Lösung vorgelegt und der Ansatz a) unter
Auskreisen von W und b) ohne Auskreisen von W aufgeheizt. Sodann
wurden ca. 20 g/h Chlorwasserstoff zudosiert und in die siedende
Mischung innerhalb von 1 h 1210 g IP zudosiert. Anschließend ließ
man 1 h nachreagieren. Anschließend wurde einmal mit 300 ml W und
3× mit wäßrigem Methanol gewaschen und analog Beispiel 2 mit
Acetanhydrid verestert.
Die erzielten Ausbeuten und Reinheiten sind in Tabelle 3 darge
stellt:
Tabelle 3
Die Beispiele 4a und 4b zeigen, daß bei einem Wassereintrag von
nur 1,5 mol/mol ZnCl2 das Auskreisen von W ohne Verschlechterung
von Ausbeute und Reinheit entfallen kann.
In dem oben beschriebenen 4 l-Rührbehälter mit Rückflußkühler und
Wasserabscheider wurden 1170 g Heptan, 600 g TMH, 12 g TDA und
die aus Tabelle 4 ersichtliche Menge x [g] trockenes ZnCl2 und die
aus Tabelle 4 ersichtliche Menge y [g] ZnCl2-Lösung der aus Ta
belle 4 ersichtlichen Konzentration z vorgelegt und der Ansatz
unter Rühren aufgeheizt. Sodann wurde ca. 20 g/h Chlorwasser
stoffgas zudosiert, in die siedende Mischung innerhalb von 1 h
1210 g IP zudosiert und anschließend das Reaktionsgemisch noch
1 h nachreagieren lassen.
Anschließend wurde durch einmalige Zugabe von 100 ml W ein Groß
teil (ca. 80%) des ZnCl2 ausgewaschen. Die Heptan-Tocopherol-Phase
wurde mit wäßrigem Methanol gewaschen, eingedampft und das
erhaltene rohe Tocopherol mit Essigsäureanhydrid verestert.
Die erhaltene wäßrige ZnCl2-Lösung (ca. 200 g mit einer mittleren
Konzentration von ca. 50 Gew.-% ZnCl2) wurde in einem Sambay-Ver
dampfer zu der aus Tabelle 4 ersichtlichen Konzentration z auf
konzentriert. Das Konzentrat wurde bei 100°C gelagert und er
starrte bei diesen Temperaturen nicht. Es wurde bei dem nächsten
Kondensationsansatz neben der aus Tabelle 4 ersichtlichen Menge
an trockenem ZnCl2 wieder als Katalysator eingesetzt. Auf gleiche
Weise wurde jeweils das zurückgewonnene ZnCl2 in 10 aufeinander
folgenden Kondensationsansätzen eingesetzt. Der Eintrag von W be
trug bei allen Ansätzen etwa 1,0 bis 1,2 mol W pro mol ZnCl2. In
Tabelle 4 sind die Reaktionsbedingungen sowie Ausbeuten und Rein
heiten des mit zurückgeführtem ZnCl2 erhaltenen Vitamin-E-acetats
angegeben.
Die Beispiele 5 bis 5.10 zeigen, daß selbst nach 10-maligem Rück
führen von ZnCl2-Lösung der angegebenen Konzentration in Folge
keine Verschlechterung der Ausbeute oder der Reinheit des herge
stellten VEA's beobachtet wurde. Auch die Bildung hochsiedender
Nebenkomponenten, die bei einer Vakuumdestillation des rohen Vi
tamin-E-acetats als nichtverdampfbarer Rückstand anfallen sowie
die Färbung des Destillats (angegeben als Colour Index C.I.)
blieben ohne signifikante Änderung.
Analog Beispiel 5 wurden 600 g TMH in Gegenwart von der aus Ta
belle 5 ersichtlichen Menge x [g] an trockenem ZnCl2 und y [g]
einer zurückgeführten wäßrigen ZnCl2-Lösung mit einer Konzen
tration von Z Gew.-% mit 1210 g IP zu α-Tocopherol umgesetzt. Nach
1-stündigem Nachreagieren wurde dreimal mit je 100 ml Wasser
gewaschen, wobei 98-100% des eingesetzten ZnCl2 zurückerhalten
wurden. Nach Abziehen des Lösungsmittels wurde das rohe α-Toco
pherol mit Acetanhydrid verestert.
So wurden jeweils etwa 400 bis 420 g ZnCl2-Lösung mit einer mitt
leren Konzentration von 30 Gew.-% ZnCl2 erhalten. Diese Lösungen
wurden filtriert und an einem Sambay-Verdampfer aufkonzentriert.
Das Konzentrat wurde bis zur Wiederverwendung bei 100°C gelagert,
wobei es nicht erstarrte. Es wurde, wie oben beschrieben, jeweils
für den folgenden Kondensationsansatz als Katalysator verwendet.
Die Beispiele 6 bis 6.20 zeigen, daß selbst nach 20-maligem Rück
führen von ZnCl2-Lösung der in Tabelle 5 angegebenen Konzen
tration z weder eine Verschlechterung der Ausbeute und der Rein
heit des VEA's beobachtet werden konnte, noch der Anteil an
nichtverdampfbarem Rückstand bei der VEA-Destillation oder die
Färbung des Destillats anstieg.
In einem 0,5 l-Dreihalskolben aus Glas mit Blattrührer, Tropf
trichter, Rückflußkühler und Wasserabscheider wurden 150 g
Heptan, 76 g TMH, 1,5 g TDA und 16 g trockenes ZnCl2 vorgelegt und
der Ansatz unter Rühren aufgeheizt. Chlorwasserstoff wird
zudosiert (ca. 5 g/h). In die siedende Mischung wurden 153 g IP
zudosiert.
Man ließ 1 h nachreagieren. Nach dem Abkühlen wurden 12,5 ml Was
ser zugesetzt, durchmischt und nach dem Absetzenlassen die Phasen
getrennt. Die heptanische Phase wurde eingeengt und das rohe
Tocopherol mit Essigsäureanhydrid durch Erhitzen unter Rückfluß
zu VEA verestert.
Die wäßrige Phase wurde für den nächsten Versuch als Katalysator
vorgelegt. 150 g Heptan, 76 g TMH und 1,6 g frisches Zinkchlorid
wurden zugegeben und der Ansatz wie oben unter Rühren aufgeheizt.
Das W wurde durch Azeotrop-Destillation mit dem Heptan am Wasser
abscheider ausgekreist und Chlorwasserstoff zudosiert (ca.
5 g/h). Nachdem ca. 10 ml des Wassers ausgekreist worden waren,
wurden in die siedende Mischung 153 g IP zudosiert. Man ließ
nachreagieren. Die Aufarbeitung wurde wie oben beschrieben durch
geführt.
Auf diese Art wurde das ZnCl2 dreimal zurückgeführt. In allen An
sätzen wurden Ausbeuten von 97% der Theorie und Reinheiten von
97,7% erzielt.
In einem 0,5 l-Dreihalskolben aus Glas mit Blattrührer, Tropf
trichter, Rückflußkühler und Wasserabscheider wurden 150 g
Heptan, 76 g TMH, 1,5 g TDA und 16 g trockenes ZnCl2 vorgelegt und
der Ansatz unter Rühren aufgeheizt. Es wurde Chlorwasserstoff
zudosiert (ca. 5 g/h) und in die siedende Mischung 153 g IP
zudosiert. Man ließ 1 h nachreagieren. Nach dem Abkühlen wurden
dreimal je 100 ml W und Methanol zugesetzt, das Reaktionsgemisch
durchmischt und nach dem Absetzenlassen die Phasen getrennt. Die
heptanische Phase wurde eingeengt und das rohe Tocopherol durch
Erhitzen unter Rückfluß mit Essigsäureanhydrid zu VEA verestert.
Die wäßrig-methanolische Phase wurde eingedampft und für den
nächsten Versuch als Katalysator vorgelegt. 150 g Heptan, 76 g
TMH und 1,6 g frisches ZnCl2 wurden zugegeben, der Ansatz wie oben
beschrieben unter Rühren aufgeheizt und Chlorwasserstoff
zudosiert (ca. 5 g/h). In die siedende Mischung wurden 153 g IP
zudosiert. Man ließ 1 h nachreagieren. Die Aufarbeitung wurde wie
oben beschrieben durchgeführt.
Auf diese Art wurde das Zinkchlorid und TDA dreimal zurück
geführt. Alle Ansätze lieferten Ausbeuten an VEA von etwa 97%
der Theorie und Reinheiten von 97,7%.
Dieses Beispiel zeigt, daß durch Extraktion mit einem Gemisch aus
W und Methanol im Verhältnis von etwa 1 : 1 nicht nur das Zinkchlo
rid, sondern auch der Phasentransferkatalysator TDA.HCl nahezu
vollständig in den Prozeß zurückgeführt werden kann.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopheryl
acetat durch Umsetzen von 2,3,5-Trimethyl-hydrochinon mit
Phytol oder Isophytol in Gegenwart von Zinkchlorid und einem
Protonendonator und ggf. anschließende Veresterung mit Acet
anhydrid, dadurch gekennzeichnet, daß man
- A. Die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig mischbaren unpolaren Lösungsmittel durchführt und
- B. das benötigte Zinkchlorid in Form einer Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol Zinkchlorid in die Umsetzung einbringt.
2. Verfahren zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopheryl
acetat durch Umsetzen von 2,3,5-Trimethyl-hydrochinon mit
Isophytol oder Phytol in Gegenwart von Zinkchlorid und einem
Protonendonator in einem Lösungsmittel und gegebenenfalls
anschließende Veresterung mit Acetanhydrid, das dadurch ge
kennzeichnet ist, daß man
- A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig mischbaren unpolaren Lösungsmittel durchführt,
- B. nach erfolgter Umsetzung das Zinkchlorid abtrennt und/ oder mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und einem niedrigsiedenden, mit Wasser mischbaren organischen Lö sungsmittel aus der erhaltenen Tocopherol-Lösung extra hiert und
- C. die erhaltene Zinkchlorid-Lösung ggf. nach Aufkonzen trieren in Form einer etwa 60 bis 90 gew.-%igen gegebe nenfalls heißen Lösung oder pumpbaren Maische teilweise oder vollständig so in den Umsetzungsprozeß zurückführt, daß im Reaktionsgemisch nach Ergänzen des noch fehlenden Zinkchlorids für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4 mol Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid vorliegen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Umsetzung in Hexan, Heptan, Cyclohexan, Octan,
Nonan, Decan, Toluol, Xylol oder in einem Gemisch von 2 oder
mehreren dieser Lösungsmittel als mit Wasser nicht oder nur
wenig mischbarem unpolaren Lösungsmittel durchführt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
- im Verfahrensschritt B. die Hauptmenge des Zinkchlorids aus der Tocopherol-Lösung mit möglichst wenig Wasser oder möglichst wenig eines Gemisches aus Wasser und Metha nol extrahiert und
- im Verfahrensschritt C. soviel von der erhaltenen wäßrigen Lösung oder pumpbaren Maische in den Umsetzungsprozeß zurückführt, daß nach Ergänzung des noch fehlenden Zinkchlorids durch trockenes Zink chlorid oder eine 85 bis 90 gew.-%ige Lösung oder pumpbare Maische im Reak tionsgemisch nicht mehr als 3 mol Wasser pro mol Zinkchlorid vorliegen.
5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
- im Verfahrensschritt B. durch mehrmaliges Extrahieren mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Methanol, dem ggf. etwa 1 Gew.-% HCl zugesetzt wurde, das Zinkchlorid möglichst vollständig aus der Toco pherol-Lösung entfernt und
- im Verfahrensschritt C. die erhaltene verdünnte Zinkchlorid-Lösung durch Abdampfen von Wasser oder Methanol und Wasser so weit auf konzentriert, daß diese nicht mehr als 3 mol Wasser pro mol Zinkchlorid enthält und daß man sie so in den Um setzungsprozeß zurückführt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man
die erhaltene verdünnte Zinkchlorid-Lösung zunächst in einer
speziellen Destillationsvorrichtung in Gegenwart oder Abwe
senheit eines geeigneten Azeotropbildners aufkonzentriert und
danach in Form einer ggf. heißen Lösung oder pumpbaren Mai
sche in den Umsetzungsprozeß zurückführt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man
die erhaltene verdünnte Zinkchlorid-Lösung im Reaktionsgefäß
selbst vor der Zugabe von Isophytol in Gegenwart oder Abwe
senheit des für die Umsetzung verwendeten Lösungsmittels auf
konzentriert.
8. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
- im Verfahrensschritt B nach erfolgter Umsetzung das Zink chlorid zusammen mit gegebenenfalls enthaltenem Ammoniumsalz und/oder Amin und unumgesetztem Trimethyl hydrochinon mit einer Mischung aus Wasser und Methanol im Gewichts verhältnis von etwa 4 : 1 bis 1 : 10 aus der erhaltenen Tocopherol-Lösung ex trahiert und den erhaltenen Extrakt nach Aufkonzentrieren in Form einer gegebenenfalls heißen Lösung oder pumpbaren Maische so in den Umset zungsprozeß zurückführt, daß im Reak tionsgemisch nach Ergänzen des noch fehlenden Zinkchlorids für die fol gende Umsetzung nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid enthalten sind.
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