DE2534805A1

DE2534805A1 - Verfahren zur herstellung von canthaxanthin

Info

Publication number: DE2534805A1
Application number: DE19752534805
Authority: DE
Inventors: Hagen Dipl Chem Dr Jaedicke; Joachim Dipl Chem Dr Paust; Joachim U Dipl Chem Schneider
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1975-08-05
Filing date: 1975-08-05
Publication date: 1977-02-10
Also published as: NL186157C; US4212827A; IT1062629B; NL186157B; DK155044C; DK351976A; GB1549389A; FR2320291B1; DK155044B; JPS5242860A; NL7608674A; CA1058626A; FR2320291A1; JPS613783B2; BE844902A; CH601220A5; DE2534805B2

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: O.Z. 31 462 H/MK

6700 Ludwigshafen, den 4.8.1975

Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von ß-Carotin, Retro-dehydrocarotin oder Echinenon.

Das Verfahrensprodukt Canthaxanthin gehört zur Gruppe der Carotinoidketone und dient im wesentlichen als Lebensmittelfarbstoff und Futtermittelzusatz.

Es ist bekannt, daß Canthaxanthin durch Oxidation von ß-Carotin oder Retro-'-dehydro- carotin mit Ammonium- bzw. Alkalimetaper j odat hergestellt werden kann (DT-PS 17 93 308). Die Reaktion verläuft in einem Zweiphasensystem aus Wasser und einem inerten, mit Wasser, nicht mischbaren Lösungsmittel in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise Jod, Brom oder Oxiden der Elemente der Gruppen Va, Via, VIIa und VIII des Periodensystems. Wesentliche Nachteile dieses Verfahrens sind die geringe Ausbeute, die zwischen 17 und 38 56 schwankt, und der hohe Preis-des als Oxidationsmittel verwendeten Metaperjodat.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von ß-Carotin, Retro-dehydro-carotin oder Echinenon gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Oxidation mit.einem Salz der Chlor(V)säure oder der Brom-(V)säure in Gegenwart der Halogene Chlor, Brom, Jod oder der Oxide oder Oxosäuren von Selen oder der Elemente der Gruppen Va, VIa oder VIIa des Periodensystems oder Salzen dieser Oxosäuren oder der Oxide der Elemente der Gruppe VIII des Periodensystems als Katalysator und eines inerten Lösungsmittels bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 50⁰C durchführt.

60988 6/0998 - 2 -

- 2 - O.Z. 31

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem bisher bekannten Verfahren sind die um den Paktor zwei erhöhte Ausbeute und die leichte Zugänglichkeit sowie der niedrige Preis der Oxidationsmittel.

Die Ausgangsstoffe werden in Form verdünnter Lösungen der Oxidation unterzogen. Bevorzugt verwendet man Lösungen von 1 bis 10 g Ausgangssubstanz in 1 1 eines inerten, leicht flüchtigen Lösungsmittels, das nicht mit Wasser mischbar ist.

Als Lösungsmittel kommen chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Chloroform, Methylenchlorid, 1,1-Dichloräthan, 1,2-Dichloräthan, 1,1,2-Trichloräthan, 1,1,2,2-Tetrachloräthan, 1,2-Dichloräthylen, 1,1,2-Trichloräthylen, aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Benzol, Toluol, Nitrobenzol oder Chlorbenzol, Dialkylather, beispielsweise Diäthylather, Di-n-propylather, oder Schwefelkohlenstoff in Betracht. Besonders geeignete Lösungsmittel sind Chloroform, Methylenchlorid und Nitrobenzol.

Als Oxidationsmittel kommen Salze der Chlor(V)säure oder der Brom(V)säure, insbesondere die Erdalkali-, Alkali- oder Ammoniumsalze, oder die freien Säuren in Betracht. Sie werden zweckmäßigerweise in Form von wäßrigen Lösungen mit einer Konzentration von 5 bis 50 Gew.% zur Reaktionsmischung gegeben. Das Molverhältnis Oxidationsmittel zu Ausgangssubstanζ liegt im Bereich von 1 : 1 bis 100 : 1, vorzugsweise im Bereich von 1 : 1 bis 20 : 1 Mol. Ein mehr als 100-facher molarer überschuss an Oxidationsmittel bleibt ohne Einfluß auf die Umsetzung.

Katalysiert wird die Oxidation durch die Halogene Chlor, Brom oder Jod oder durch Oxide oder Oxosäuren von Selen oder der Elemente der Gruppen Va, VIa oder VIIa des Periodensystems oder durch Salze dieser Oxosäuren oder durch Oxide der Elemente der Gruppen VIII des Periodensystems. Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise Selendioxid, selenige Säure oder deren Salze, Selensäure oder deren Salze, Vanadinpentoxid, Vanadate, Polyvanadinsäuren oder deren Salze, Heteropolysäuren

609886/0998

des Vanadins, insbesondere mit den Elementen Wolfram, Molybdän und Phosphor, oder deren Salze, Molybdäntrioxid, Molybdate, insbesondere Ammoniummolybdat, Polymolybdate, Heteropolysäuren des Molybdäns, insbesondere mit den Elementen Vanadin oder Phosphor, Wolframtrioxid, Wolframate, PolywoIframsäuren oder deren Salze, Heteropolysäuren des Wolframs, insbesondere mit den Elementen Vanadin und Phosphor, oder deren Salze, Mangandioxid, Nickeloxid, Osmiumtetroxid. Bevorzugte Katalysatoren sind Brom, Jod und Osmiumtetroxid. Insbesondere eignet sich Jod als Katalysator.

Der Katalysator wird in reiner Form oder in Lösung zugegeben, z.B. in dem Lösungsmittel, das zur Lösung des Ausgangsstoffes verwendet wurde, oder in Wasser. Ebenso kann der Katalysator in situ gebildet werden. Die Menge an Katalysator beträgt zweckmäßigerweise 0,1 bis 10 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.%, bezogen auf Ausgangssubstanz.

Wegen der thermischen Empfindlichkeit der Stoffe wird die Oxidation bei niedrigen Temperaturen durchgeführt; man arbeitet im Bereich zwischen 0 und 50⁰C, vorzugsweise zwischen 15 und 30⁰C.

Die Umsetzung verläuft in einem pH-Bereich, beginnend vom stark sauren Gebiet bis zu pH 13. Vorzugsweise arbeitet man bei einem pH-Wert im Bereich von 2 bis 6. Zur Einstellung des gewünschten pH-Wertes werden Säuren, beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure, Essigsäure oder Puffergemische verwendet.

Die Reaktionsdauer beträgt je nach den gewählten Bedingungen 1 bis 250 Stunden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform benötigt man 20 Stunden, um Canthaxanthin in optimaler Ausbeute zu erhalten.

Um eine Oxidation des Canthaxanthins durch Einwirkung von Luftsauerstoff zu verhindern, führt man die Umsetzung unter Inertgasatmosphäre aus. Unter den Reaktionsbedingungen geeignete Inertgase sind Argon, Neon, Helium, Kohlendioxid, insbesondere Stickstoff.

609886/0998

- 4 - O.Z. 31

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gibt man zu einer Lösung der Ausgangssubstanζ in einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Lösungsmittel, das nicht mit Wasser mischbar ist, unter Inertgasatmosphäre eine wäßrige Lösung des Oxidationsmittels. Anschließend stellt man die wäßrige Phase mit einer Säure oder einem Puffergemisch auf den gewünschten pH-Wert ein. Nach Zugabe des Katalysators in fester Form oder in Lösung wird das Reaktionsgemisch gerührt, bis die in an sich bekannter Weise durchgeführte dünnschichtchromatographis ehe Kontrolle nur noch Canthaxanthin anzeigt.

Canthaxanthin kann entweder durch direkte Zugabe von Methanol oder Äthanol zur organischen Phase ausgefällt oder durch Abziehen des Lösungsmittels unter vermindertem Druck, nachdem die organische Phase mit Wasser gewaschen und getrocknet wurde, isoliert werden» Das Rohcanthaxanthin wird dann zur vollständigen Kristallisation mit Äthanol bzw. Methanol versetzt. Nach kurzer Zeit kann das Canthaxanthin abgetrennt werden. Daran kann sich eine Isomerisierung anschließen.

Beispiel 1

Zu 1 g ß-Carotin in 100 ml Chloroform werden unter Stickstoffatmosphäre 2 g Natriumchlorat, gelöst in 20 ml Wasser hinzugegeben. Der pH-Wert der wässrigen Phase wurde mit Schwefelsäure auf 3 eingestellt. Man fügt 15 mg Jod in fester Form zu und rührt 36 Stunden bei 25°C. Dann wäscht man die organische Phase 3 mal mit je 75 ml Wasser, trocknet und zieht das Lösungsmittel bis auf einen kleinen Rest bei vermindertem Druck ab. Man verrührt den öligen Rückstand mit 50 ml Methanol und isoliert nach 12 Stunden 0*74 g Canthaxanthin mit einem alltrans-Gehalt von 82 %. Ausbeute 69,5 %·

Beispiel 2

Unter Stickstoffatmosphäre löst man 10 g ß-Carotin in,500 ml Chloroform und gibt 60 g Natriumchlorat in 80 ml Wasser hinzu.

609886/0998

- 5 - O.Z. 31 4-62

Der pH-Wert der wässrigen Phase wurde mit Eisessig auf 3 bis 4 eingestellt. Danach setzt man 200 mg Jod, gelöst in 100 ml Chloroform, zu und rührt 20 Stunden bei 25⁰C Dann wäscht man die organische Phase 4 mal mit je 200 ml Wasser, trocknet und zieht das Lösungsmittel bei vermindertem Druck ab. Zu dem öligen Rückstand gibt man 500 ml Äthanol und lässt 24 Stunden bei -10⁰C stehen. Durch Absaugen gewinnt man 8,2 g rohes Canthaxanthin mit einem Gehalt von 80,5 %» Ausbeute 78,5 %.

Beispiel 3

Unter Stickstoffatmosphäre löst man 1 g ß-Carotin in 100 ml Methylenchlorid und setzt 10 g Natriumchlorat, in 20 ml Wasser gelöst (pH 7) zu. Nach Zugabe von 10 mg Jod rührt man 5 Tage bei 30⁰Co Aus dem UV-Spektrum ergibt sich ein Canthaxanthin-Gehalt von 56 %.

Beispiel 4

10 g ß-Carotin werden unter Stickstoffatmosphäre in 1 1 Methylenchlorid gelöst und mit 50 g Natriumchlorat in 200 ml Wasser zersetzt. Der pH-Wert der wässrigen Phase beträgt 2 bis 3. Nach Zugabe von 200 mg Jod rührt man 2 Tage lang bei 25°C, wäscht dann die organische Phase 4 mal mit je 200 ml Was'ser, trocknet und entfernt das Lösungsmittel„ Man gibt 500 ml Äthanol hinzu und saugt nach 2-stündigem Stehen ab« Ausbeute 7_>8 g reines Canthaxanthin, entsprechend 73,5 %*

Beispiel 5

2,5 g ß-Carotin werden unter Stickstoffatmosphäre in 250 ml Methylenchlorid gelöst und mit einer Lösung von 3 g Kaliumbromat in 50 ml Wasser versetzt. Dann fügt man 50 mg Jod hinzu und rührt 24 Stunden bei Raumtemperatur. Danach trennt man die wässrige Phase ab, wäscht die organische Phase 2 mal mit je 100 ml Wasser und trocknet mit Natriumsulfat. Nach der Filtration zieht man das Lösungsmittel unter vermindertem Druck ab und nimmt den öligen Rückstand mit 500-ml Methanol-auf. Man

609886/0 9 98

- 6 - u.Z. 31 462

rührt 2 Stunden bei O⁰C und filtriert dann 1,6 g rohes Canthaxanthin mit einer Extinktion E ^_1n = I.650 in Cyclohexan bei

λ max ⁼ ^^{64 nm ab}·
Beispiel 6

100 mg Retro-dehydro-carotin werden unter Stickstoffatmosphäre in 10 ml Chloroform gelöst und mit 2 mg Jod, gelöst in 1 ml Chloroform versetzt. Danach fügt man 100 mg Natriumchlorat in 1 ml Wasser hinzu und rührt 4 Stunden bei Raumtemperatur. Dann wird die organische Phase mit Wasser gewaschen, getrocknet und eingeengt. Nach Zugabe von 20 ml Methanol fallen 79 rag Canthaxanthin mit einer Extinktion E ^_m = I.85O bei ^~_max = ⁴64 nm in Cyclohexan aus.

Beispiel 7

100 mg Echinenon werden unter Stickstoffatmosphäre in 10 ml Chloroform gelöst und mit 100 mg Natriumchlorat in 1 ml Wasser nach Zugabe von 2 mg Jod, gelöst in 1 ml Chloroform, oxidiert. Nach 2ⁱJ-stündigem Rühren bei -20⁰C erhält man 67 mg Canthaxanthin mit einem all-trans-Gehalt von 81 %,

Beispiel 8

10 g ß-Carotin werden in 1 1 Chloroform unter Stickstoffatmosphäre gelöst und mit 50 g Natriumchlorat, gelöst in 60 ml Wasser, versetzt. Man säuert mit verdünnter Schwefelsäure auf pH 2 bis 3 an und gibt als Katalysator 130 mg elementares Brom hinzu. Dann rührt man 5 Tage bei Raumtemperatur. Man trennt die organische Phase ab, wäscht mit verdünnter Natriumthiosulfatlösung und 3 mal mit je 300 ml Wasser, trocknet und destilliert das Lösungsmittel bei vermindertem Druck ab. Nach Ausfällen mit Methanol erhält man 7,65 g Canthaxanthin-mit einer Extinktion E Jjj_m = 1.820 bei ^_max * 465 nm in Cyclohexan.

- 7 - O.Z. Jl 462

Beispiel 9

Zu einer Lösung von 2,5 g ß-Carotin in 200 ml Chloroform gibt man unter Stickstoffatmosphäre eine wässrige Lösung von 10 g Natriumchlorat in 15 ml Wasser und fügt 100 mg Vanadinpentoxid zu. Dann rührt man 200 Stunden bei 20⁰C und trennt die organische Phase ab. Man wäscht diese 3 mal mit je 100 ml Wasser, trocknet und destilliert das Lösungsmittel bei vermindertem Druck ab. Der Rückstand wird mit 100 ml Methanol versetzt und 2 Stunden bei ^10⁰C gerührt. Durch Filtration erhält man 1,8 g Canthaxanthin mit einer Extinktion E ₁^_m = 1.200 bei ^-_max -468 nm in Cyclohexan.

Beispiel 10

Unter Stickstoffatmosphäre werden 5 g ß-Carotin in 500 ml Chloroform gelöst und mit einer Lösung von 5 g Natriumchlorat in 20 ml Wasser versetzt. Als Katalysator gibt man 225 mg Selendioxid hinzu und rührt 18 Stunden bei 23°C. Man arbeitet entsprechend Beispiel 9 auf und erhält 4,0 g Canthaxanthin mit einer Extinktion

^E JiL- = !»550 bei /L_mov = 467 nm in Cyclohexan. χ cm. max

Beispiel 11

Zu einer Lösung von 1 g ß-Carotin in 100 ml Chloroform werden unter Stickstoffatmosphäre 2 g Natriumchlorat, gelöst in 5 ml Wasser, gegeben. Zu dem Gemisch tropft man eine Lösung von 10 mg Osmiumtetroxid in 10 ml Tetrachlorkohlenstoff. Dann rührt man 120 Stunden bei Raumtemperatur und arbeitet anschließend auf wie in Beispiel 9 beschrieben. Man erhält 630 mg.Canthaxanthin mit einer Extinktion E ₁^_m = 1.840 bei. A_mav = 466 nm in Cyclohexan.

609886/0 9 98 ' -8-

OftlGfNAL

Claims

- 8 - O.Z. 31 462

Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von ß-Carotin, Retro-dehydro-carotin oder Echinenon, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation mit einem Salz der Chlor(V)säure oder der Brom(V) säure in Gegenwart der Halogene Chlor, Brom, Jod oder der Oxide oder Oxosäuren von Selen, der Elemente der Gruppen Va, VIa oder VIIa des Periodensystems oder Salzen dieser Oxosäuren oder der Oxide der Elemente der Gruppe VIII des Periodensystems als Katalysator und eines inerten Lösungsmittels bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 50⁰C durchführt.

BASF Aktiengesellschaft

609886/0998