DE2440747A1 - Isomerisierung - Google Patents
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Description
Df. ing. Ä. yon der Werfh
Dr. Franz lederer ' " 26. Aug. 197%
RAN 6002/115
F. Hofimann-La Roche & Co. Aktiengesellschaft,1 Basel/Schweiz
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung eines cis-Isomeren eines Carotinoides in ein all—
trans-Isomeres dieses Carotinoids.
In der Synthese der verschiedenen Carotinoide fallen gewöhnlich Gemische von eis- und trans-Isomeren an. Gewöhnlich
ist das trans-Isomere eines Carotinoids viel wertvoller als irgendeines der cis-Isomere und bei vielen Carotinoiden ist
das all-trans-Isomere das einzige, welches von kommerzieller
Bedeutung ist. Aus diesem Grund sind für viele Carotinoide Wege gesucht worden, um die cis-Isomeren in das entsprechende
all-trans-Isomere überzuführen.
Die bis jetzt gefundenen Methoden zur Umwandlung von cis-Carotinoiden in all-trans-Carotinoide sind nicht völlig
zufrieden stellend; siehe beispielsweise die U,S. Patent-
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Schriften 2 849 507 und 3 441 623, sowie Karrer und Jucker: Carotenoids, Elsevier Publ. Co, Inc., Amsterdam, pp. 38-42
.(195O) und HeIv. Chim. Acta, 39, 249 (1956). Gemäss den U.S.
Patentschriften 2 849 507 und 3 441 623 erfolgt die Umwandlung von cis-ß-Carotin in all-trans-ß-Carotin durch Erhitzen des
cis-Isomeren in einer inerten organischen Flüssigkeit. Das so erhaltene all-trans-ß-Carotin enthält jedoch zwangsläufig
wenigstens eine geringe Menge des cis-Isomeren als Verunreinigung .Dieser Rückstand an cis-Isomeren ist sehr schwer
zu entfernen und bewirkt, dass das erhaltene ß-Carotin für den menschlichen Gebrauch ungeeignet ist.
Es bestand somit das Bedürfnis für eine generell anwendbare Methode, um cis-Isomere eines Carotinoides vollständig
in das entsprechende all-trans-Isomere. überzuführen, ohne dass
anschliessend noch zeitraubende und kostspielige Reinigungsmethoden angewandt werden müssen, um rückständiges cis-Isoiaeres
zu entfernen. Dieses Problem wurde nun mittels des erfindungsgemässen
Verfahrens gelöst.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Umwandlung eines
cis-Isomeren eines Carotinoides in ein all-trans-Isomeres
dieses Carotinoides ist dadurch gekennzeichnet, dass man das cis-Isomere im Wasser auf eine Temperatur oberhalb etwa
500C erhitzt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren können nunmehr cis-Isomere eines Carotinoides vollständig in das entsprechende
all-trans-Isomere übergeführt werden, welches frei ist von jeglichen cis-Isomeren, ohne dass eine Reinigungsstufe angeschlossen
werden müsste.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "cis-Isomeres eines Carotinoids" oder "cis-Isomeres"
ein Isomer eines Carotinoids, welches wenigstens eine Bindung hat, welche cis-ständig ist. Eingeschlossen in diesen.Ausdrücken sind auch Gemische, welche mehr als ein cis-Isomeres ·
des Carotinoids enthalten und welche sogar auch das entsprechende all-trans-Isomere dieses Carotinoides enthalten
können. Der Ausdruck "all-trans-Isomeres eines Carotinoides"
oder "all-trans-Isomeres" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung dasjenige Isomere des Carotinoides, welches keine
cis-Bindung aufweist.
Im Rahmen der Erfindung bedeutet der Ausdruck "Carotinoid" oder "Carotinoide" die Klasse von Pigmenten,
welche eine Vielzahl von konjugierten Doppelbindungen aufweist, bei welchen eis- und trans-Iscmerisation auftreten
kann. Unter den Carotinoiden, welche von eis- in all-trans
übergeführt werden können, sind die C~Q bis C-Q-Carotinoide,
wie beispielsweise die kohlenwasserstoffartigen Carotinoide insbesondere Lycopen; Prolycopen; ß-CarQtin; γ-Carotin;
α-Carotin und pro-y-Carotin; weiterhin die Carotinoide, welche
Hydroxylgruppen enthalten, insbesondere Lycoxanthin; Rubixanthin; Cryptoxanthin; Zeaxanthin; Antheraxanthin;
Violaxanthin; Auroxanthinj Xanthophyll; Flavoxanthin;
Chrysanthemaxanthin und Lycophyll; weiterhin die Carotinoide,
welche eine oder mehrere Carbonylgruppen enthalten, insbesondere
Canthaxanthin; ß-Citraurin; Rhodoxanthin; Myxoxanthin;r^xoxanöiophyri;
Astacen und Astaxanthin; Capsanthin; Capsorubin; ß-apo-81-Carotenal
und ß-apo-ll'-Carotenal und schliesslich die
Carotinoide, welche Carboxylgruppen enthalten, wie Bixin;
Crocetin und Axafrin, usw.
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Erfindungsgemäss werden durch die Verwendung von Wasser in der Isomerisierung von Carotinoiden mehrere weitere Vorteile
neben der Herstellung des all-trans-Isomeren, welches
frei ist von cis-Isomeren,erzielt. Da alle Carotinoide in
Verfahren
Wasser praktisch unlöslich sind/ ist dieses/fur die Isomerisierung
von nahezu allen Carotinoiden geeignet. Weiterhin da Wasser ungefährlich und ein leicht zu handhabendes Medium
darstellt, da es nicht brennbar ist und seine Dämpfe für den Menschen ungefährlich sind, land da es billig ist stellt seine
Verwendung eine technisch und ökonomisch attraktive Isomerisierungsmethode
dar.
In der erfindungsgemässen Isomerisierung kann das cis-Isomere eines Carotinoides in das all-trans-Isomere dieses
Carotinoides durch einfache Zugabe des cis-Isomeren in V/asser
und Erhitzen der wässerigen Mischung auf eine Temperatur oberhalb etwa 5O0C übergeführt werden. Bei der Durchführung dieses
Verfahrens ist die relative Menge an cis-Isomeren und V/asser nicht kritisch. Es ist jedoch bevorzugt, dass genügend Wasser
verwendet wird, sodass das cis-Isomere während des Erhitzens vollständig von Wasser überflutet ist.
Weiterhin sind in dem Isomerisierungsverfahren spezielle Temperaturen und Drucke nicht kritisch. In dem Verfahren kann
jegliche Temperatur zwischen etwa 500C und der Zersetzungstemperatur des cis-Carotinoides verwendet werden und die
Reaktion kann bei Atmosphärendruck durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt die Reaktion bei Temperaturen zwischen etwa
5O0C und etwa 1200C, insbesondere zwischen etwa 700C und etwa
1000C und ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur von etwa
1000C.
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Des weiteren ist in dem Isomerisierungsverfahren die Dauer des Erhitzens nicht kritisch. Vorzugsweise wird das Erhitzen
des cis-Isomeren solange durchgeführt /bis die Analyse
des Carotinoides anzeigt, dass nur mehr all-trans-Isomeres
vorhanden ist. 20 Stunden sind für gewöhnlich ausreichend, um komplette Isomerisierung der cis-Isomeren in das entsprechende
all-trans-Isomere zu erreichen.
Gewünschtenfalls kann das, das Carotenoid enthaltende
wässerige Gemisch während der Isomerisierung gerührt werden. Bevorzugt ist jedoch die Reaktion so zu führen, dass das Gemisch
von selbst durch das Erhitzen zum Siedepunkt durchmischt bzw. gerührt wird.
Das all-trans-Carotinoid, welches bei dem erfindungsgemässen
Isomerisierungsprozess gebildet wird, kann in herkömmlicher V/eise 9 beispielsweise durch Filtration isoliert werden.
Das all-trans-Isomere wird erhalten in einer Reinheit von bis zu 100?S. Als Konsequenz hiervon ist eine weitere
Reinigung und Isolierung des erhaltenen all—trans-Isomeren,
welches frei sein soll von cis-Isomeren, nicht mehr nötig.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Illustrierung des Verfahrens und stellen keine Beschränkung desselben dar.
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Isomerisierung von ß-apo-8'-Carotenal
. 500 g rohes apo-8'-Carotenal, welches etwa gleiche
Mengen an cis-Isomeren und dem all-trans-Isomeren zusammen
mit anderen C„Q-Polyenverbindungen enthalten (etwa 75 Gew.^
apo-8!-Carotenal) [hergestellt gemäss Ruegg et al., HeIv.
Chim. Acta, 42, 854 (1959)] werden in ein 12-Liter-Gefäss
gegeben und mit 8 Liter V/asser versetzt. Der Inhalt des Gefässes
wird während 72 Stunden beim Siedepunkt des Wassers gerührt bis die UV-Analyse und Dünnschichtchronatographie
zeige'n, dass praktisch alle cis-Isomeren in das all-trans-Isomere
umgewandelt sind. Das Gefäss wird hierauf in einem Wasserbad abgekühlt, das Produkt filtriert, mit 2 Liter
Methylalkohol gewaschen und im Vakuum bei .600C getrocknet.
Man-erhält 471,8 g rohes trockenes all-trans-ß-apo-8'-Carotenal,
welches im UV-Spektrum einen einzigen Peak bei 459 ιημ (Cyclohexan)
aufweist. Die Abwesenheit eines zweiten UV-Peaks bei 320 πιμ zeigt an, dass das Material kein cis-ß-apo-8'-Carotenal
enthält; Schmelzpunkt 128-1300C. Das trockene all-trans-ß-apo-8'-Carotenal
wird in 2 Liter Methylenchlorid durch Rühren bei Raumtemperatur gelöst und dann wird filtriert. Die Lösung wird
mit.4 Liter Methylalkohol verdünnt und über Nacht auf +100C
gekühlt. Das kristallisierte Produkt wird filtriert, mit 1 Liter Methylalkohol gewaschen und im Vakuum bei 600C getrocknet.
Man erhält 375,7 g all-trans-ß-apo-8'-Carotenal mit einem Schmelzpunkt von 1380C.
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Isomerisierung von ß-Carotin
500 g rohes, nasses ß-Carotin, welches sowohl cis-Isomere
als auch das all-trans-Isomere enthält und welches einen Feststoffgehalt von 44,2$ (wovon 127,9 g ß-Carotin) hatte,
-\of0
E' = 1329 "bei 450 ΐημ (ermittelt an einer trockenen
JL cm
Probe) [hergestellt gemäss Beispiel 1 der U.S* Patentschrift
3 441 623]/ werden in ein Gefass mit 2,5 Liter Wasser gegeben.
Der Inhalt des Gefässes wird während 20 Stunden unter Stickstoff beim Siedepunkt gerührt bis die UV-Analyse und die
Dünnschichtehromataphie anzeigen, dass praktisch alle eisisomere
in das all-trans-Isomere übergeführt sind. Das Reaktionsgeraisch wird auf Raumtemperatur abkühlen gelassen
und das Wasser wird abdekantiert. Hierauf wird 1 Liter Aceton in das Gefäss gegeben und es wird während 1 Stunde bei Raumtemperatur
gerührt, bis die Klumpen in feine rote Kristalle zerfallen sind. Das Produkt wird abfiltriert, mit weiterem
Aceton gewaschen und im Vakuum bei 600C getrocknet. Man erhält
133,9 g rohes ail-trans-ß-Carotin: e}** = 2375 bei 454 πιμ
j_ cm
(Cyclohexan). Die Abwesenheit eines zweiten TJV-Peaks bei
32Ο πιμ zeigt an, dass das Material kein cis-ß-Carotin enthält.
Durch ümkristallisierung aus Heptan erhält man reines transß-Carotin.
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Claims (8)
1. Verfahren zur TJeberführung eines cie-Isomeren eines
Carotinoides in ein all-trans-Isomeres dieses Carotinoides,
dadurch gekennzeichnet, dass man das cis-Isomere in Wasser auf
eine" Temperatur von oberhalb etwa 500C erhitzt.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass man als Carotinoid ein kohlenwasserst of fertiges Carotinoid
oder ein Carotinoid, welches eine oder mehrere Carbonylgruppen enthält, verwendet.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das cis-Isomere auf eine Temperatur von etwa
700C bis etwa 1000C erhitzt wird.
4. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das cis-Isomere auf eine Temperatur von etwa 1000C erhitzt
wird.
5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Carotinoid, welches eine oder
mehrere Carbonylgruppen enthält, verwendet.
6. Verfahren"gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass man als Carotinoid ß-apo-8'-Carotenal verwendet.
7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Carotinoid ein kohlenwasserstoffartiges
Carotinoid verwendet.
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-S-
8. Verfahren nach Aniprueh 7, dadurch- gekennzeichnet,
dass «an al« Carotinoid ß-Carotin renrendet. -. U\
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Cited By (1)
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