DE2534805C3

DE2534805C3 - Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin

Info

Publication number: DE2534805C3
Application number: DE19752534805
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Chem. Dr 6701 Neuhofen; Schneider Joachim Dipl.-Chem. Dr.; Jaedicke Hagen Dipl.-Chem. Dr.; 6700 Ludwigshafen Paust
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Filing date: 1975-08-05
Publication date: 1978-02-16

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von 0-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 ^-Carotin oder Retro-dehydro-carotin mit Ammonium- bzw. Alkalimetaperjodat hergestellt werden kann (DE-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% schwankt, und der hohe Preis des als Oxidationsmittel verwendeten Metaperjodats.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von ß-Carotin oder Retro-dehydro-carotin mit einem Salz einer Halogen-Sauerstoffsäure in Gegenwart der Halogene Brom oder Jod oder von Oxiden der Elemente der Gruppen Va, Via, VIIa oder VIII des Periodensystems und eines inerten Lösungsmittels bei niederen Temperaturen gefunden, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Salz einer Halogen-Sauerstoffsäure ein Salz der Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-säure verwendet, anstelle der Oxide auch die Oxosäuren der betreffenden Elemente oder die Oxide oder Oxosäuren von Selen einsetzt und bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 50° C arbeitet und als Ausgangsmaterial auch Echinenon verwendet.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem bisher bekannten Verfahren sind die um den Faktor 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, 1,1,23-Tetrachloräthan, 1,2-Dichloräthylen, U^-Trichloräthylen, aromatische Kohlenwasser-S stoffe, beispielsweise Benzol, Toluol, Nitrobenzol oder Chlorbenzol, Dialkyläther, beispielsweise Diäthyläther, Di-n-propyläther, oder Schwefelkohlenstoff in Betracht Besonders geeignete Lösungsmittel sind Chloroform, Methylenchlorid und Nitrobenzol.

ίο Als Oxidationsmittel kommen Salze der Chlor(V)-säure oder der 8rom(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

is von 5 bis 50 Gew.-% zur Reaktionsmischung gegeben. Das Molverhältnis Oxidationsmittel zu Ausgangssubstanz 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 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 Gruppe VIII des Periodensystems. Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise Selendioxid, selenige Säure oder deren Salze, Selensäure oder deren Salze, Vanadiumpentoxid, Vanadate, Polyvanadinsäuren oder deren Salze, Heteropolysäuren 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 Vanadium oder Phosphor, Wolframtrioxid, Wolframate, Polywolframsäuren oder deren Salze, Heteropolysäuren des Wolframs, insbesondere mit den Elementen Vanadium 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 Ktalysator beträgt zweckmäßigerweise

0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Ausgangssubstanz.

Wegen der thermischen Empfindlichkeit der Stoffe

so wird die Oxidation bei niedrigen Temperaturen durchgeführt; man arbeitet im Bereich zwischen 0 und 50°C, vorzugsweise zwischen 15 und 30° C.

Die Umsetzung verläuft in einem pH-Bereich, beginnend vom stark sauren Gebiet bis zum pH-Wert

ss 13. Vorzugsweise arbeitet man bei einem pH-Wert im Bereich von 2 bis 6. Zur Einstellung des gewünschten pH-Wei tes 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.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gibt man zu einer Lösung der Ausgangssubstanz 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 dünnschichtchromatographische 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 3mal 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 all-trans-Gehalt von 82%. Ausbeute 69,5%.

Beispiel 2

Unter Stickstoffatmosphäre löst man 10 g ^-Carotin in 500 ml Chloroform und gibt 60 g Natriumchlorat in 80 ml Wasser hinzu. 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 25° C. Dann wäscht man die organische Phase 4mal 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 0-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 30⁰C. Aus dem UV-Spektrum ergibt sich ein Canthaxanthin-Gehalt von 56%.

Beispiel 4

10 g 0-Carotin werden unter Stickstoffatmosphäre in 1 I 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 4mal mit je 200 ml Wasser, trocknet und entfernt das Lösungsmittel. Man gibt 500 ml Äthanol hinzu und saugt nach 2stündigem Stehen ab. Ausbeute 73 g reines Canthaxanthin, entsprechend 734% Ausbeute.

Beispiel 5

2,5 g ^-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 2mal 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 rührt 2 Stunden bei 0°C und Filtriert dann 1,6 g rohes Canthaxanthin mit einer Extinktion El*. = 1650 in Cyclohexan bei X_mlx = 464 nm ab.

Beispiel 6

100 mg Retro-dehydro-carotin werden unter Stickstoffatmosphärc 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. Datin wird die organische Phase mit Wasser gewaschen, getrocknet und eingeengt Nach Zugabe von 20 ml Methanol fallen 79 mg Canthaxanthin mit einer Extinktion E|*„ = 1850 bei λ™« = 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 24-stündigem Rühren bei -20° C erhält man 67 mg Canthaxanthin mit einem all-trans-Gehalt von 81%.

Beispiel 8

10 g ^-Carotin werden in 11 Chloroform unter Stickstoffatmosphäre gelöst und mit 50 g Natriumchlorat, gelöst in 60 ml Wasser, versetzt Man säuert mit verdünnter Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 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 3mal 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 Ei* = 1820 bei Ä_max = 465 nm in Cyclohexan.

Beispiel 9

Zu einer Lösung von 2,5 g jJ-Carotin in 200 ml Chloroform gibt man unter Stickstoffatmosphäre eine wäßrige Lösung von 10 g Natriumchlorat in 15 ml Wasser und fügt 100 mg Vanadiumpentoxid zu. Dann rührt man 200 Stunden bei 20⁰C und trennt die organische Phase ab. Man wäscht diese 3mal 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 Canthaxan-

thin mit einer Extinktion EiüL = 1200 bei Am» = 468 nm in Cyclohexan.

Beispiel 10

Unter Stickstoffatmosphäre werden :i g 0-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 i^ = 467 nm in Cyciohexan.

Beispiel 11

Zu einer Lösung von Ig ^-Carotin in 100 ml Chloroform werden unter Stickstoffatmosphäre 2 g

S 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 Stund« η bei Raumtemperatur und arbeitet anschließend auf, wie in Beispiel 9 beschrieben. Man erhält

ίο 630 mg Canthaxanthin mit einer Extinktion El^, =1840 bei A_max = 466 nm in Cyclohexan.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von 0-Carotin oder Retro-dehydrocarotin mit einem Salz einer Halogen-Sauerstoffsäure in Gegenwart der Halogene Brom oder Jod oder von Oxiden der Elemente der Gruppen Va, Via, Vila oder VIII des Periodensystems und eines inerten Lösungsmittels bei niederen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man als Salz einer Halogen-Sauerstoffsäure ein Salz der Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-säure verwendet, anstelle der Oxide auch die Oxosäuren der betreffenden Elemente oder die Oxide oder Oxosäuren von Selen einsetzt und bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 50° C arbeitet und als Ausgangsmaterial auch Echinenon verwendet