DE2657477A1

DE2657477A1 - Verfahren zur herstellung von canthaxanthin

Info

Publication number: DE2657477A1
Application number: DE19762657477
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: 1976-12-18
Filing date: 1976-12-18
Publication date: 1978-06-22
Also published as: JPS5378229A; IT1092241B; FR2374305A2; FR2374305B2; GB1591905A; CH610583A5; DK561777A; CA1080243A; BE862001R; DE2657477C2; NL7713684A

Description

BASF Aktiengesellschaft

Z 4657477

Unser Zeichen: O₀Z₀ 32 339 H/Kl 6700 Ludwigshafen, 17.12.I976

Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin

Zusatz zum Patent . . .„ „„o (Patentanmeldung P 25 34 805.4)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von Isozeaxanthin oder 4'-Hydroxyechinenon mit einem Salz der Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-s äure.

Das Verfahrenprodukt Canthaxanthin gehört zur Gruppe der Carotionidketone und dient im wesentlichen als Lebensmittelfarbstoff und Futtermittelzusatz ο

Es ist bekannt, daß Canthaxanthin durch Oxidation von ß-Carotin oder Retro-dehydro-carotin mit Ammonium- oder Alkalimetaperjodat hergestellt werden kann (DT-PS I7 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.

Gegenstand des Hauptpatents „ .„. „.. (Patentanmeldung P 25 3*1 805.4) ist ein Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von ß-Carotin, Retro-dehydro-carotin oder Echinenon mit einem Salz der Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-säure in Gegenwart der Halogene Brom oder Jod oder der Oxide oder Oxosäuren von Selen, der Elemente der Gruppen Va, VIa oder VIIa des Periodensystems oder der Salze dieser Oxosäuren oder der Oxide der Elemente der Gruppe VIII des Periodensystems und eines inerten Verdünnungs- oder Lösungsmittels bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 50⁰C.

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Es wurde gefunden, daß man ebenfalls Canthaxanthin erhält, wenn man als Ausgangsmaterial Isozeaxanthin oder iJ'-Hydroxyechinenon verwendet.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der schnelle Reaktionsäblauf, die erhöhte Ausbeute und die leichte Zugänglichkeit sowie der niedrige Preis der Oxidationsmittel.

Die Ausgangsstoffe werden in Form verdünnter Lösungen oder aufgeschlämmt in einem Verdünnungsmittel der Oxidation unterzogen. Zweckmäßigerweise verwendet man Lösungen von 1 bis 10 g Ausgangssubstanz in einem Liter eines inerten, leicht flüchtigen Lösungsmittels, das nicht mit Wasser mischbar ist, oder Aufschlämmungen von Ausgangssubstanz in einem Verdünnungsmittel, bei denen die Menge an Ausgangs substanz pro Liter Verdünnungsmittel wesentlich größer sein kann.

Als Verdünnungs- oder Lösungsmittel kommen u.a„ chlorierte aliphatisehe 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 ο Besonders geeignete Lösungsmittel sind Chloroform, Methylenchlorid und Nitrobenzol„ Auch Gemische dieser Verdünnungsoder Lösungsmittel können Verwendet werden.

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 Ausgangssub stanz 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.

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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 Vanadiums, 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 Substanz 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.55, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.?, bezogen auf Ausgangs substanz.

Die Umsetzung wird bei Temperaturen im Bereich zwischen 0 und 100°C, vorzugsweise zwischen 15 und ²JO⁰C, durchgeführt.

Die Umsetzung verläuft in einem pH-Bereich, beginnend vom stark sauren Gebiet bis zum pH-Wert 7. 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 25 Stunden. In der Regel benötigt man weniger als 2 Stunden, um Canthaxanthin in optimaler Ausbeute zu erhalten.

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Um eine Oxidation des Canthaxanthin durch Einwirkung von Luftsauerstoff zu verhindern, kann die Umsetzung unter Inertgasatmosphäre durchgeführt werden. Unter den Reaktionsbedingungen geeignete Inertgase sind Argon, Neon, Helium, Kohlendioxid, insbesondere Stickstoff.

Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens gibt man zu einer Lösung oder einer Aufschlämmung der Ausgangssubstanz in einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Verdünnungsoder 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 Verdünnungs- oder 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 500 mg recemischem Isozeaxanthin, gelöst in 50 ml Chloroform, werden eine wäßrige Lösung von 3,2 g Natriumchlorat und 20 mg Natriumiodid, gelöst in 20 ml Wasser, zugegeben. Das Zweiphasengemisch wird bei Raumtemperatur gut gerührt und mit 5 ml einer 0,01 η Schwefelsäure versetzt. Nach einer Stunde neutralisiert man mit verdünnter Natriumcarbonatlösung, trennt die Phasen, wäscht die organische Lösung mit Wasser und trocknet über Natriumsulfat. Das Lösungsmittel wird unter vermindertem Druck abdestilliert, der Rückstand mit 50 ml Heptan versetzt und eine

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Stunde unter Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen filtriert man und erhält 471 mg Canthaxanthin, entsprechend einer Ausbeute von 94 % der Theorie.

Beispiel 2

Zu 100 mg 4'-Hydroxyechinenon, gelöst in 10 ml Methylenchlorid, gibt man 50 mg Natriumchlorat, gelöst in 0,9 ml Wasser. Man rührt bei Raumtemperatur und tropft während 10 Minuten 3 ml Methylenchlorid zu, in denen 1 mg Jod gelöst ist. Nach weiteren 20 Minuten setzt man 4 ml Wasser zu und trennt die Phasen. Die DünnschichtChromatographie zeigt Canthaxanthin als einziges Reaktionsprodukt. Die UV-spektroskopisch ermittelte Ausbeute beträgt 81,3 mg Canthaxanthin.

Beispiel 3

Zu 1,5 g Isozeaxanthin, gelöst in 250 ml 1,2-Dichloräthan, gibt man 1,5 g Natriumbromat, gelöst in 20 ml Wasser. Unter Rühren werden während 30 Minuten 10 ml 1,2-Dichloräthan zugetropft, die 30 mg Brom gelöst enthalten. Der pH-Wert der wäßrigen Phase beträgt 5,6. Man rührt 1 Stunde bei Raumtemperatur, trennt die Phasen und wäscht das 1,2-Dichloräthan mit Natriumhydrogencarbonatlösung und Wasser, trocknet und destilliert das Lösungsmittel unter vermindertem Druck ab. Der Rückstand wird mit 20 ml Methanol versetzt und 10 Minuten bei 50⁰C gerührt. Durch Filtration nach dem Abkühlen erhält man 1,36 g Canthaxanthin, entsprechend einer Ausbeute von 92 % der Theorie.

Beispiel 4

1 g Isozeaxanthin, 20 ml Äthylenchlorid und 15 ml Wasser, in dem 0,5 g Natriumchlorat und 0,02 g Natriumjodid gelöst sind, werden auf Rückflußtemperatur erwärmt. Unter Rühren säuert man mit 0,04 ml einer 1 η Schwefelsäure an. Nach 40 min kräftigem Rühren und Kochen unter Rückfluß bei 72°C ist auf der Dünnschichtplatte nur noch Canthaxanthin nachweisbar. Man

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neutralisiert die wäßrige Phase mit verdünnter wäßriger Natriumhydrogencarbonat-Lösung und läßt abkühlen. Die organische Phase wird abgetrennt und mit einer verdünnten Lösung von Natriumdisulfit jodfrei gewaschen. Man wäscht noch einmal mit 20 ml Wasser, trocknet über Magnesiumsulfat und destilliert dann das Äthylenchlorid unter vermindertem Druck ab« Zu dem Rückstand gibt man 8 ml Isopropylalkohol, kocht 10 min unter Rückfluß und läßt dann 10 Stunden bei Raumtemperatur stehen. Durch Absaugen erhält man 0,87^ g Canthaxanthin, was einer Ausbeute von 88 % entspricht.

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Claims

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Patentansprüche

ι 1. Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin gemäß Hauptpatent .. (Patentanmeldung P 25 3¹* 805.¹I), dadurch

gekennzeichnet, daß man Isozeaxanthin oder 4^f-Hydroxyechinenon mit einem Salz der Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-säure in Gegenwart der Halogene Brom oder Jod oder der Oxide oder Oxosäuren von Selen, der Elemente der Gruppen Va, VIa oder VIIa des Periodensystems oder der Salze dieser Oxosäuren oder der Oxide der Elemente der Gruppe VII des Periodensystems als Katalysator und eines inerten Verdünnungs- oder Lösungsmittels bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 100⁰C oxidiert,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation mit einem Alkalisalz der Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-säure durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation bei einem pH-Wert im Bereich von 2 bis 6 durchführt.
¹J. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in situ gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation in Gegenwart von Jod als Katalysator durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß man die Oxidation in Gegenwart eines inerten Verdünnungs- oder Lösungsmittels, das nicht mit Wasser mischbar ist, durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation in Gegenwart eines chlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoffs als Verdünnungs- oder Lösungsmittel durchführt.

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