DE2532308C3

DE2532308C3 - Verfahren zur Abtrennung von Serotonin aus Kaffeewachs

Info

Publication number: DE2532308C3
Application number: DE19752532308
Authority: DE
Inventors: Edgardo Vevey Brambilla; Pierre Corseaux Hirsbrunner
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2532308B2; FR2333793A1; CH601227A5; FR2333793B1; DE2532308A1

Description

HO

CH, CH₁-NH,

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Serotonin aus Kaffeewachs.

Serotonin, welches chemisch gesehen aus 5-Hydroxytryptamin, d.h. 5-Hydroxy-3-(2-aminoäthyl)-indol, besteht ist ein Indolalkaloid, welches die folgende Formel aufweist:

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Dieses Alkaloid spielt eine wichtige RoMe hinsichtlich des Cerebralmetabolismus, d. h. also, daß es als Medikament oder als Wirkstoff eines Medikaments verwendet werden kann, welches vasokonstriktive, antihypertonische, antiallergische, antipsychotische, Antimigräne- und Antitabakeigenschaften aufweist.

Serotonin wird üblicherweise auf synthetischem Wege hergestellt, beispielsweise durch die Indolsynthese nach Fischer (siehe beispielsweise G. Bernini, Ann. Chim. (Rome) 43, 559 (1953)) oder durch eine der Synthesen, deren Hauptschritt in der Alkylierung von 5-Benzyloxyindol besteht.

Man weiß, daß Kaffeewachs, d. h. also das Fetthäutchen, welches grüne Kaffeebohnen einhüllt, beträchtliche Mengen Serotonin enthält, das in Amidform an Fettsäuren gebunden ist (siehe beispielsweise U. Harms t>o und J. Würziger, Z. für Lebensm. Unters, und Forschung, 138 (2), 75 (1968). In der FR-PS 2160 431 ist ein Verfahren zur Herstellung von Serotonin aus Kaffeewachs beschrieben. Bei diesem Verfahren muß jedoch eine große Anzahl von Lösungsmitteln und eine b5 Alkalischmelze verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Verfahren zur Abtrennung von Serotonin aus Kaffeewachs vorgeschlagen, welches wesentlich einfacher und wirtschaftlicher ist Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet daß man eine Lösung von Kaffeewachs in einem Alkohol mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen unter einer inerten Atmosphäre einer alkalischen Hydrolyse unterwirft wobei eine wäßrige Lösung einer starken Base verwendet wird, und daß man das Reaktionsmedium, welches das Serotonin enthält abtrennt

Beispiele für Alkohole mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, die gute Lösungsmittel für Kaffeewachs sind, sind insbesondere die Butanole, Pentanole und Hexanole. Vorzugsweise wird Isobutanol verwendet da es sich hierbei um ein wohlfeiles Produkt handelt.

Wie bereits erwähnt, befindet sich das Serotonin im Kaffeewachs amidartig an Fettsäuren gebunden. Die alkalische Hydrolyse hat die Wirkung, daß die Amidbindung aufgebrochen wird und das Serotonin wie auch die entsprechenden Fettsäuren in Freiheit gesetzt werden. Diese Hydrolyse, welche mit Hilfe einer wäßrigen Lösung einer starken Base erfolgt, läuft in einem heterogenen System ab, das aus Wasser und einem mit Wasser nicht-mischbaren Alkohol mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen besteht wobei die Anwesenheit des Alkohols ein wichtiger Faktor ist In Abwesenheit eines Alkohols verwandelt sich das Reaktionsmedium rasch in ein mehr oder weniger festes und mehr oder weniger definiertes Produkt Der Alkohol spielt deshalb die Rolle eines Verdünnungsmittels für Kaffeewachs und ermöglicht es, daß die Hydrolysereaktion gut abläuft. Die geringste Alkoholmenge liegt in der Größenordnung von 5 Teilen Alkohol auf 10 Teile Wachs. Vorzugsweise werden 6 bis 8 Teile Alkohol auf 10 Teile Wachs verwendet

Die starke Base kann irgendeine Base, wie z. B. Natrium-, Kalium- oder Calciumhydroxid sein. Kaliumhydroxid ist das vorteilhaftere Reagens, da es mit den in Freiheit gesetzten Fettsäuren keine festen Seifen bildet. Natrium- und Calciumhydroxid bilden feste Seifen, welche die Ausbeute der Hydrolysereaktion senken und die Gewinnung des Serotonins verkomplizieren.

Die verschiedenen Parameter, welche die alkalische Hydrolyse oder Verseifung bestimmen, sind die üblichen Parameter einer Verseifung. Der pH-Wert sollte sehr basisch sein und in der Größenordnung von 12 bis 14 liegen. Es ist deshalb zweckmäßig, ausreichend konzentrierte Lösungen der starken Basen zu verwenden, wie z. B. 1 :1-Lösungen. Da die alkalische Hydrolyse in der Kälte sehr langsam verläuft, wird es bevorzugt, die Reaktion bei Temperaturen in der Größenordnung von 80 bis 100⁰C während vorzugsweise 10 bis 24 Stunden auszuführen. Es ist auch möglich, die Reaktion bei Temperaturen in der Größenordnung von 160 bis 180°C unter Druck während 1 bis 2 Stunden auszuführen.

Die alkalische Hydrolyse wird unter einer inerten Atmosphäre, beispielsweise unter einer Stickstoffatmosphäre ausgeführt, da das Serotonin in alkalischem Medium gegenüber Sauerstoff sehr empfindlich ist. Vorzugsweise wird das Reaktionsmedium heftig gerührt, um die alkoholische und wäßrige Phase innig ineinander zu dispergieren.

Das Kaffeewachs, welches im allgemeinen zur Verfügung steht, ist ein Nebenprodukt der Entcoffeinisierung von grünem Kaffee und aus diesem Grunde sehr reich an Coffein. Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren mit gewöhnlichem Kaffeewachs ausgeführt werden kann, wird es normalerweise bevorzugt, entcoffeinisiertes Kaffeewachs zu verwenden. Coffein neigt dazu, während der alkalischen Hydrolysereaktion

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zu reagieren und sich in Caffeidin zu verwandeln, wodurch die Ausbeute an Serotonin gesenkt wird. Entcoffeinisiertes Kaffeewachs kann nach irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Entcoffeinisierung mit angesäuei tem Wasser.

Man kann das Serotonin vom Reaktionsmedium aus dem Gemisch mit Fettsäuren, Lipoiden und gegebenenfalls nicht-hydrolysiertem Wachs dadurch abtrennen, daß man sich die Tatsache zunutze macht, daß Serotonin wie eine Aminosäure einen sauren und basischen Doppelcharakter aufweist und in Wasser mit einem pH in der Gegend von 6,5 seine geringste Löslichkeit besitzt Es kann deshalb durch eine flüssig-flüssig-Extraktion abgetrennt werden, beispielsweise wie folgt:

— Ansäuern des Reaktionsmediums (pH unternalb 4);

— nach Dekantierung, Trennung der beiden Phasen des angesäuerten Reaktionsmediums und Gewinnung der wäßrigen Phase, welche Serotonin und Salze enthält, wobei die Hauptmasse der Fettsäuren, der Lipoide und des nicht-hydrolysierten Wachses in der Alkoholphase verbleibt oder in die Alkoholphase geht;

— Einstellung des pH der wäßrigen Phase auf 6,5 ±0,5 und Emulgierung dieser wäßrigen Phase mit einem mit Wasser nicht-mischbaren Alkohol, wie z. B. mit einem C₄- bis Cg-Alkohol, d.h. mit dem gleichen Alkohol, wie er zum Auflösen des Kaffewachses verwendet wurde;

— nach Dekantierung, Abtrennung der beiden Phasen und Gewinnung der alkoholischen Phase, welche die Hauptmasse des Serotonins enthält, wobei die Salze im wäßrigen Medium bleiben.

Die letzteren beiden Operationen werden wiederholt, bis das wäßrige Medium an Serotonin erschöpft ist. Es js ist auch möglich, sie kontinuierlich in einem geeigneten Extraktor durchzuführen. Dabei wird eine alkoholische Serotoninlösung erhalten. Das Serotonin kann man durch Abreiben des Alkohols isolieren. Serotonin ist nicht sehr stabil, weshalb es bevorzugt wird, das Serotonin auf kompliziertere Weise zu isolieren, wie es weiter unten beschrieben ist. Es ist auch möglich, das Serotonin direkt in Derivate zu überführen, wie z. B. in Melatonin oder N-Acetyl-5-methoxytryptamin.

Um das Serotonin in wäßrigem Medium zu erhalten, kann man die vorher erhaltene alkoholische Phase mit einer wäßrigen Lösung einer starken Säure, wie z. B. einer verdünnten Schwefelsäure, emulgieren. Das Serotonin geht dabei ins wäßrige Medium. Es wird üblicherweise in Form des Serotonin/Creatinin-Sulfats isoliert, wie es allgemein bekannt und in Beispiel 1 beschrieben ist

Gemäß einer Variante werden die beiden Phasen des Reaktionsmediums vor der Ansäuerung unter einer inerten Atmosphäre getrennt, wobei das Serotonin mit den Fettsäuren in Form ihrer Salze in der wäßrigen alkalischen Phase bleibt, während die Lipide und gegebenenfalls das nicht-bydrolysierte Wachs im alkoholischen Medium bleibt. Das Serotonin und die Fettsäuren können dann in einer nachfolgenden Stufe bo getrennt werden, beispielsweise durch physikalische Trennung oder durch Flüssig-flüssig-Extraktion mit angesäuertem Wasser und Alkohol, wodurch das Serotonin direkt in wäßrigem Medium erhalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des b5 erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Lösung von entcoffeinisiertem Kaffeewachs (erhalten durch Behandlung von Wachs im geschmolzenen Zustand mit angesäuertem Wasser) in Isobutanol mit Hilfe einer wäßrigen Kaliumhydroxidlösung unter einer inerten Atmosphäre einer alkalischen Hydrolyse unterworfen. Die Hydrolyse wird 14 bis 16 Stunden bei etwa 95° C durchgeführt Dann wird das Serotonin durch flüssigflüssig-Extraktion mit Wasser und Isobutanol isoliert und dann als Serotonin/Creatinin-Sulfat kristallisiert Das Isobutanol wird zurückgewonnen, gereinigt und wieder verwendet

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert In diesen Beispielen sind die Prozentangaben und Verhältnisse in Gewicht ausgedrückt

Beispiel 1

500 g Kaffeewachs mit einem Trockenfeststoffgehalt von etwa 70% werden mit einem heterogenen Gemisch aus 500 g Wasser, dem 12,5 g 37%ige HCl zugesetzt worden sind, und 200 g Isobutanol 1 Stunde bei 85° C behandelt Nach dem Abkühlen werden die beiden Phasen getrennt Die wäßrige Phase enthält etwa 41 g 94%iges Coffein, aus welchem nach Reinigung 373 g reines Coffein erhalten werden. Die Isobutanolphase enthält das entcoffeinisierte Kaffeewachs. Sie wird mit 100 g Isobutanol versetzt worauf 200 g Wasser und 200 g Kaliumhydroxidplätzchen zugegeben werden. Hierauf wird unter einer Stickstoffatmosphäre und unter heftigem Rühren 14 Stunden auf 95° C erhitzt.

Das Reaktionsmedium wird dann auf 6O⁰C abgekühlt, worauf 100 g Wasser, 200 g Isobutanol und etwa 325 g 37%ige HCl zugegeben werden. Nach dem Abkühlen auf 20°C werden die beiden Phasen getrennt Die Isobutanolphase, welche die Fettsäuren und die Lipoide enthält wird erhitzt, um das Isobutanol durch Destillation zurückzugewinnen (etwa 300 g). Die saure wäßrige Phase wird mit 30gl: 1-Natriumhydroxid auf einen pH von 6,5 neutralisiert und dann mit 1000 g Isobutanol emulgiert. Nach Abdekantierung und Trennung der Phasen wird eine Isobutanolphase erhalten. Diese flüssig-flüssig-Extraktion wird bis zu 7mal wiederholt Es sind dann weniger als 10% des Ausgangsserotonins in der wäßrigen Phase vorhanden (Hopkins und Coles, siehe E. Neuzil et al., Bull. Soc. Pharm. Bordeaux 105 (1), 20, (1966) oder Chemical Abstracts, 69, 66571 t). Die wäßrige Phase (etwa 300 g), welche gefärbt ist und die Salze enthält, wird verworfen.

Die Isobutanolphase, weiche das Serotonin enthält, wird dann mit einer verdünnten Schwefelsäure emulgiert und zwar in einem Verhältnis von 2,5 Mol H₂SO₄ auf 1 Mol Serotonin (ungefähr 100 ml 1 η-Lösung). Nach der Abdekantierung und Trennung der Phasen wird eine wäßrige Phase erhalten, die das Serotonin enthält. Die vom Serotonin befreite Isobutanolphase wird zurückgeführt Die wäßrige Phase wird dann mit H2SO4 auf einen pH von 2,8 angesäuert, worauf Creatinin in fester Form in einem Verhältnis von 1,1 Mol Creatinin auf 1 Mol Serotonin zugegeben wird. Hierauf wird auf das halbe Volumen (ungefähr 50 ml) konzentriert, wobei sich eine Ausfällung von Serotonin/Creatinin-Sulfat bildet, welche durch Filtration abgetrennt und mit einer wäßrigen 60%igen Acetonlösung gewaschen wird. Zur Mutterflüssigkeit wird ein halbes Volumen Aceton zugegeben, wodurch die Bildung einer zweiten Serotonin/Creatinin-Sulfatausfällung hervorgerufen wird, die wie vorher ab ctrennt und gewaschen wird. Die Mutterflüssigkeiten, welche noch etwa 10% restliches Serotonin enthalten, werden durch Destillation vom Aceton befreit und zur flüssig-flüssig-Extraktion mit Isobutanol

(Zugabe zur wäßrigen Phase mit pH 6,5) zurückgeführt Die beiden Ausfällungen aus Serotonin/Creatinin-Sulfat werden vereinigt und unter mile:en Bedingungen in einem Wirbelbett getrocknet. Auf diese Weise werden 12 g dieses Produkts erhalten, dessen Reinheit zwischen 95 und 98% beträgt Gewünschtenfalls wird das Serotonin/Creatinin-Sulfat in Wasser oder in den Mutterflüssigkeiten einer vorhergehenden Umkristallisation vmkristallisiert, wobei ein Produkt in Form des Monohydrats mit einer Reinheit von 99,5% ι ο (MG=405,4) erhalten wird.

Das Produkt ist mit einer authentischen Probe von Serotonin/Crejtinin-Sulfat identisch.

Zum Vergleich werden die oben beschriebenen Operationen wiederholt wobei das Serotonin mit Hilfe eines anderen Alkohols als Isobutanol vom wäßrigen Medium extrahiert wird. Die Serotoninmengen, die unter den gleichen Bedingungen erhaben werden, sind wie folgt:

Isobutanol

n-ButanoI

&ec.-Butanol

n-Pentanol

n-Octanol

12 g (Vergleich)
12 g
12g
10g
6g

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei von rohem, nicht-entcoffeinisiertem Kaffeewachs ausgegangen wird, d. h„ daß die Stufe der Entcoffeinisierung durch Säurebehandlung übersprungen wird, und wobei direkt 500 g rohes Kaffeewachs in 300 g Isobutanol aufgelöst werden. Zur so erhaltenen Lösung werden 700 g Wasser und 200 g Kaliumhydroxidplätzchen zugegeben, wobei die Operationen dann die gleichen wie in Beispiel 1 sind.

Auf diese Weise werden 10 g Serotonin/Creatinin-Sulfat mit einer Reinheit von 85 bis 88% erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung von Serotonin aus Kaffeewachs, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung von Kaffeewachs in einem Alkohol mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen unter einer inerten Atmosphäre einer alkalischen Hydrolyse unterwirft, wobei eine wäßrige Lösung einer starken Base verwendet wird, und daß man das Reaktionsmedium, welches das Serotonin enthält, abtrennt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kaffeewachslösung eine Lösung verwendet, die mindestens 5 Teile Alkohol auf 10 Teile Wachs enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die alkalische Hydrolyse unter inerter Atmosphäre zwischen 80 und 100⁰C während 10 bis 24 Stunden durchführt

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß man das Serotonin aus dem Reaktionsmedium in Form von Serotonin/Creatinin-Sulfat isoliert