DE2657477C2 - Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin - Google Patents

Description

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)-säure.

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

Es ist bekannt, daß Canthaxanthin durch Oxidation von ^-Carotin oder Retro-dehydro-carotin mit Ammonium- oder Alkaümetaperjodat hergestellt werden kann (DE-AS 17 93 308). Die Reaktion verläuft in einem nweiphasensystem 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 Patents 25 34 805 ist ein Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation von ^-Carotin, Retro-dehydro-carotin oder Echinenon mit einem Salz der ChIor(V)-säure oder der Brom(V)-säure in Gegenwart von Brom oder Jod oder Oxiden oder Oxosäuren von Selen oder Elementen der Gruppen Va, VIa oder VIIa des Periodensystems oder von Salzen dieser Oxosäuren oder von Oxiden der Elemente der Gruppen VIII des Periodensystems unter Verwendung eines inerten Verdünnungs- oder Lösungsmittels bei einer Temperatur von 0 bis 50° C.

Es wurde gefunden, daß man ebenfalls Canthaxanthin erhält, wenn man als Ausgangsmaterial Isozeaxanthin oder 4'-Hydroxyechinenon verwendet und bei Temperaturen von 0 bis 100°C arbeitet.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der schnelle Reaktionsablauf, 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 Ausgangssubstanzen pro Liter Verdünnungsmittel wesentlich größer

sein kann.

Als Verdünriungs- oder Lösungsmittel kommen u. a. chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Chloroform, Methylenchlorid, 1,1-Dichloräthan. 1,2-DichlQräthan, 1.1,2-Trichloräthan, -1,1,22-Tetrachloräthan, 1,2-Dichloräthylen, 1,1,2-TrichIoräthyIen, aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Benzol, Toluol, Nitrobenzol oder Chlorbenzol, Dialkyläther, beispielsweise Diäthyläther, Di-n-propyläther, oder

to Schwefelkohlenstoff in Betracht Besonders geeignete

Lösungsmittel sind Chloroform, Methylenchlorid und NitrobenzoL Auch Gemische dieser Verdünnungs- oder Lösungsmittel können verwendet werden. Als Oxidationsmittel kommen Salze der

t5 Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-säure, insbesondere Erdalkali-, Alkali- oder Ammoniumsalze, in Betracht.

. Sie werden zweckmäßigerweise in Form »on wäßrigen Lösungen mit einer Konzentration 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 lOOfacher molarer Oberschuß an Oxidationsmittel bleibt ohne Einfluß auf die Umsetzung.

Katalysiert wird die Oxidation durch Brom oder Jod oder durch Oxide oder Oxosäuren von Selen oder von Elementen 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 WoI-fram. Molybdän und Phosphor, oder deren Salze, Molybdäntrioxid. Molybdate, insbesondere Ammoniummor lybdat, 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 venvendet wurde, oder in Wasser. Ebenso kann der Katalysator in suu gebildet werden.

so Die Menge an Katalysator beträgt zweckmäßigerweise C₁I bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-°/o, bezogen auf Ausgangssubstanz.

Die Umsetzung wird bei Temperaturen im Bereich zwischen 0 und 100°C, vorzugsweise zwischen 15 und 40° C, 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.

Um eine Oxidation des Canthaxanthins durch Einwirkung von Luftsauerstoff zu verhindern, kann die Umsetzung unter Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.

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Unter den Reaktionsbedingungen geeignete Inertgase nach dem Abkühlen erhält man 136 g Canthaxanthin,

sind Argon, Neon, Helium, Kohlendioxid, insbesondere entsprechend einer Ausbeute von 92% der Theorie. Stickstoff.

Nach-einer bevorzugten Ausführungsform des Ver- Beispiel 4

fahrens gibt man zu einer Lösung oder einer Aufschläm- _

mung der Ausgangssubstanz in einem unter den Reak- 1 g lsozeaxanthin, 20 ml Äthylenchlorid und 15 ml

tionsbedingungen inerten Verdünnungs- oder Lösungs- Wasser, in dem 0,5 g Natriumchlorat und 0.02 g Natri-

mitteL das nicht mit Wasser mischbar ist unter Inertgas- umjodid gelöst sind, werden auf Rückflußteuperatur

atmosphäre eine wäßrige Lösung des Oxidationsmittels. erwärmt Unter Rühren säuert man mit 0,04 ml einer 1 η

Anschließend stellt man die wäßrige Phase mit einer 10 Schwefelsäure an. Nach 40 min kräftigem Rühren und Säure oder einem Puffergemisch auf den gewünschten Kochen unter Rückfluß bei 72° C ist auf der Dünn-

pH-Wert ein. Nach Zugabe des Katalysators in fester schichtplatte nur noch Canthaxanthin nachweisbar.

Form oder in Lösung wird das Reaktionsgemisch ge- Man neutralisiert die wäßrige Phase mit verdünnter

rührt, bis die in an sich bekannter Weise durchgeführte wäßriger Natriumhydrogencarbonat-Lösung und läßt

dünnschichtchromatographische Kontrolle nur noch 15 abkühlen. Die organische Phase wird abgetrennt und

Canthaxanthin anzeigt mit einer verdünnten Lösung von Natriumdisulfit jod- Canthaxanthin kann entweder durch direkte Zugabe frei gewaschen. Man wäscht noch einmal mit 2P ml Was-

von Methanol oder Äthanol zur organischen Phase aus- ser, trocknet über Magnesiumsulfat und destilliert dann

gefällt oder dinrch Abziehen des Verdünnungs- oder Lö- das Äthylenchlorid unter vermindertem Druck ab. Zu

sungsmittek Wrter vermindertem Druck, nachdem die 20 dem Rückstand gibt man 8 ml Isopropylalkohol, kocht

organische Phase mit Wasser gewaschen und getrock- 10 min unter Rückfluß und läßt dann 10 Stunden bei

net wurde, isoliert werden. Das Rohcanthaxanthin wird Raumtemperatur stehen. Durch Absaugen erhält man

dann zur vollständigen Kristallisation mit Äthanol bzw. 0,874 g Canthaxanthin, was einer Ausbeute von 88%

Methanol versetzt Nach kurzer Zeit kann das Canthax- entspricht

anthin abgetrennt werden.

Beispiel 1

Zu 500 mg racemischem lsozeaxanthin, 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 Zv;<;iphasengemisch wird bei Raumtemperatur gut -gerührt und mit 5 ml einer 0,01 η Schwefelsäure versetzt Nac.i 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 Stunde unter Rückfluß gekocht Nach dem Abkühlen filtriert man und erhält 471 mg Canthaxanthin, entsprechend einer Ausbeute von 94% der Theorie.

Beispiel 2

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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 innerhalb von 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 813 mg Canthaxanthin.

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Beispiel 3

Zu 1,5 g lsozeaxanthin, gelöst in 250 ml 1,2-DichIoräthan, gibt man 1,5 g Natriumbromat, gelöst in 20 ml Wasser. Unter Rühren werden innerhalb von 30 Minuten 10 ml 1,2-DichIoräthan 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

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Canthaxanthin durch Oxidation eines Carotinoids mit einem Salz der Chlor(V)-säure oder der Brom(V)-säure in Gegenwart von Brom oder Jod oder Oxiden oder Oxosäuren von Selen, von Elementen der Gruppen Va, VIa, oder VIIa des Periodensystems oder von Salzen dieser Oxosäuren oder den Oxiden der Elemente der Gruppe VIII des Periodensystems als Katalysator und in Gegenwart eines inerten Verdünnungs- oder Lösungsmittels bei erhöhter Temperatur, zweckmäßig bei einem pH-Wert von 2 bis.6, dadurch gekennzeichnet, daß man im Bereich von 0 bis 100° C und als Ausgangscarotinoid Isozeaxanthin oder 4'-Hydroxyechinenon verwendet