DE2702108A1

DE2702108A1 - Verfahren zur abtrennung von serotonin aus kaffeewachs

Info

Publication number: DE2702108A1
Application number: DE19772702108
Authority: DE
Inventors: Theodor Beyeler
Original assignee: Nestle SA
Current assignee: Nestle SA
Priority date: 1976-11-18
Filing date: 1977-01-19
Publication date: 1978-05-24
Also published as: CH608790A5; FR2371429B2; DE2702108C2; FR2371429A2

Description

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S 607a

Socie'te' des Produits itestle" S.A. in Vevey / SCHWEIZ

"Verfahren zur Abtrennung von Serotonin aus Kaffeewachs" (Zusatz zu Patent - Patentanmeldung P 25 32 3Ο8Λ)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Serotonin aus Kaffeewachs.

Serotonin, welches auch als 5-Hydroxy-tryptamin oder 5-Hydroxy-3-(2-amlnoäthyl)-indol bezeichnet werden kann, ist ein Indolalkaloid, welches eine wichtige Rolle hinsichtlich des Cerebralmetabolismus spielt, d.h. also, daß es als Medikament bzw. als Wirkstoff eines Medikaments verwendet werden kann (welches vasoconstrictive, antipyretische, antiallergische, antipsychotische, Antimigräne-und Antitabak-Eigenschaften aufweist).

Gegenstand der Stammanmeldung ist ein Verfahren zur Abtrennung von Serotonin aus Kaffeewachs, bei welchem man eine Lösung von Kaffeewachs in einem mit Wasser nicht mischbaren Alkohol unter einer inerten Atmosphäre einer alkalischen Hydrolyse unterwirft, wobei eine wäßrige Lösung einer starken Base verwendet wird, und daß man dann das Reaktionsmedium, welches das

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Serotonin enthält, abtrennt, bevorzugt werden bei diesem Verfahren Alkohole mit H üis ti Konlenstoffatomen verwendet, wie z.B. Butanole, z.B. Isobutanol, Pentanole und Hexanole.

Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr eine Weiterbildung des obigen Verfahrens, welche dadurch gekennzeicnnet ist, daß als mit Wasser nicht miscnbarer Alkohol ein Benzylalkohol verwendet wird, d.h. also, der eigentliche Benzylalkohol oder ein höheres Homologes davon, wie z.B. Methyl-benzyl-oder Toluylalkohole.

Wie es in der riauptanmeldung beschrieben ist, 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 besteht, wobei die Anwesenneit des Alkonols 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 verwendete Mindestmenge an Benzylalkohol liegt in der Größenordnung von 1 Gew.-Teil Alkohol auf 10 Gew.-Teile Wachs. Vorzugsweise werden etwa 1,5 Teile Alkohol auf 10 Teile Wachs verwendet.

Die starke Base kann irgendeine starke Base sein, wie z.B. Natrium-, Kalium- oder Calciumhydroxyd. Kaliumhydroxyd ist das vorteilhafteste Reagens, da es mit den in Freiheit gesetzten Fettsäuren keine festen Seifen bildet. Natrium- und Calciumhydroxyd bilden feste Seifen, welche die Ausbeute der

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Hydrolysereaktlon 3enken und die Gewinnung des Serotonins verkomplizieren.

Die verschiedenen Parameter, welche die alkalische Hydrolyse bzw. Verseifung bestimmen, sind die üblichen Parameter einer klassiscnen Verseifung. Der pH-Wert sollte sehr basisch sein und in der Größenordnung von 12 bis 14 liegen. Es 1st deshalb zweckmäßig, ausreicnend konzentrierte Lösung der starken Base zu verwenden, wie z.B. 1:1-Lösungen. Da die alkalische Hydrolyse in der Kälte sehr langsam verläuft, wird es üblicherweise bevorzugt, die Reaktion bei Temperaturen in der Größenordnung von 14O bis 150⁰C, welche durch den Benzylalkohol ermöglicht werden, während Zeiten auszuführen, die vorzugsweise zwischen 3 und 6 st liegen. Man kann aber auch die Reaktion bei Temperaturen in der Größenordnung von IbO bis 1ÖO°C während 1 bis 2 st ausführen,.

Die alkalische Hydrolyse sollte unter einer inerten Atmosphäre ausgeführt werden, beispielsweise unter einer Stickstoffatmosphäre, da das Serotonin in alkalischem Medium gegenüber Sauerstoff sehr empfindlicn ist. Vorzugsweise wird das Reaktionsmedium heftig gerünrt, um die alkonolische und wäßrige Phase innig miteinander zu dispergieren.

Das Kaffeewachs, welches im allgemeinen zur Verfügung steht, ist ein Webenprodukt der Entkoffeinisierung von grünem Kaffee und aus diesem Grunde sehr reich an Koffein. Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren mit gewöhnlichem Kaffeewachs ausgeführt werden kann, wird es normalerweise bevorzugt, entkoffeinisiertes Kaffeewachs zu verwenden. Koffein neigt dazu, während der alkalischen Hydrolysereaktion zu reagieren und sich in Kaffeeidin zu verwandeln, wodurch die Ausbeute an Serotonin gesenkt wird. Entkoffeinisiertes Kaffeewachs kann nach Irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Ent-

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koffelnlslerung mit angesäuertem Wasser.

Han kann das Serotonin vom Reaktionsmedium aus dem Gemisch mit Fettsäuren, Lipoiden und ggf. Resten von nicht-hydrolysiertem Wachs dadurch abtrennen, daß man sich die Tatsache zunutze macht, daß Serotonin wie eine Aminosäure einen sauren und basischen Doppelcnarakter aufweist und in Wasser mit einem pH-Wert von 5,5 bis 6,-J> seine geringste Löslichkeit besitzt. is kann desnalb durch eine Flüssig/Flüssig-Extraktion abgetrennt werden, beispielsweise wie folgt:

- Ansäuern des Reaktionsmediums (pH unterhalb 4);

- nacn 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 nichtnydrolysierten Wachses in der Alkoholphase verbleibt oder in die Alkoholphase geht;

- Linstellung des pH der wäßrigen Phase auf 6 _+ 1 und bmulgierung dieser wäßrigen Phase mit einem mit Wasser nicht-mischbaren Alkohol, wie z.B. mit einem C₁₁-C₁₂-Alkonol;

- nacn Dekantierung, Trennung 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 ist auch möglich, sie kontinuierlich in einem geeigneten Extraktor durchzuführen. Dabei wird eine alkoholische Serotoninlösung erhalten,

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Das Serotonin kann durch Abtreiben des Alkohols isoliert werden. Serotonin ist nicht sehr stabil, weshalb es bevorzugt wird, das Serotonin als Salz oder Komplex zu isolieren, wie dies weiter unten beschrieben ist. Es ist auch möglich, das Serotonin direkt in Derivate zu überführen, wie z.3. in Melatonin oder N-Acetyl-5-methoxy-tryptamin.

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. mit einer verdünnten Schwefelsäure oder mit Salzsäure, emulgieren. Das Serotonin geht dabei ins wäßrige Medium, wo es in Form eines Salzes kristallisiert werden kann, beispielsweise in Form des Chlorhydrats. Es ist jedoch auch möglich, das Serotonin in Form des Dreifachsalzes Serotonin-Creatinin-SuIfat zu isolieren, wie es in der Hauptanmeldung beschrieben ist.

Gemäß einer Variante werden die beiden Phasen des Reaktionsmediums vor der Ansäuerung unter einer inerten Atmosphäre getrennt, wobei aas Serotonin mit den Fettsäuren in Form ihrer Salze in der wäßrigen alkalischen Phase bleibt, während die Lipide und ggf. das nicht-hydrolysierte Wachs im alkoholischen Medium bleiben. Das Serotonin und die Fettsäuren können dann in einer nachfolgenden Stufe 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 erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Lösung von entkoffeinisiertem Kaffeewachs (erhalten durch Behandlung von Wachs in geschmolzenem Zustand mit angesäuertem Wasser) in Benzylalkohol mit Hilfe einer wäßrigen Kaliumhydroxydlösung einer alkalischen Hydrolyse unterworfen, wobei vorteilhafterweise auch in Gegenwart eines Schutzmittels gearbeitet wird, wie z.ß. eines Dithionlts. Die Hydrolyse

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wird in der Gegend von 145⁰C während 4 st durchgeführt. Das Serotonin wird dann durch Flüssig/Flüssig-Extraktion mit Wasser und Isobutanol isoliert und dann als Serotonin-Creatinin-SuIfat oder als Serotonin-chlorhydrat kristallisiert. Das Isobutanol wird zurückgewonnen, gereinigt und wieder verwendet.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. In diesen Beispielen sind die Prozentangaben und Verhältnisse in Gewicht ausgedrückt.

BEISPIEL 1

1000 g Kaffeewachs mit einem Trockenfeststoffgehalt von etwa 70* werden während 1 st mit 4000 g Wasser bei 80⁰C behandelt, worauf die beiden Phasen dann getrennt werden. Die wäßrige Phase, welche das Koffein enthält, wird zur Seite gestellt, und die fette Phase, welche das entkoffelnisierte Kaffeewachs enthält, wird durch Abdestillation von restlichem Wasser bei 100⁰C auf 90Ϊ konzentriert. Das Ganze wird dann durch Zusatz von 150 g Benzylalkohol verdünnt, worauf 250 g Kaliumhydroxydplätzchen und 10 g Natriumdithionit (Na₂S₂O₁.) zugegeben werden. Hierauf wird unter einer Stickstoffatmosphäre und unter heftigem Rühren 4 st auf 145°C erhitzt.

Das Reaktionsmedium wird dann auf 90°C abgekühlt, worauf 1400 g Wasser und ungefähr 470 g 32Jiige HCl zugegeben werden. Dann werden die beiden Phasen getrennt. Die Alkoholphase, welche die Fettsäuren und die Lipoide enthält, wird erhitzt, um den Benzylalkohol durch Destillation zurückzugewinnen. Die saure wäßrige Phase wird mit lOgiger Natriumhydroxydlösung bis zu einem pH von 5,5 neutralisiert, filtriert, konzentriert und ggf. nochmals filtriert und schließlich mit 2,5 g Ha₂SpO₁. versetzt und mit 800 g Isobutanol emulgiert. Nach Abdekantierung und Trennung dieser Phasen wird eine Isobutanolphase erhalten. Diese Flüssig/Flüssig-Extraktion wird bis zu lOmal

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wiederholt. Die wäßrige Phase, welche gefärbt ist und Salze entnält, wird verworfen.

Die Isobutanolphase, welche das Serotonin enthält, wird dann mit einer verdünnten Schwefelsäure emulgiert, und zwar im Verhältnis von 2,5 Mol H₂SO₁₄ auf 1 Mol Serotonin (ungefähr 100 ml In Lösung). Wach 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 HpSO₁. 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 oOjiigen Acetonlösung gewaschen wird. Zur Mutterflüssigkeit wird 1/2 Volumen Aceton zugegeben, wodurch die Bildung einer zweiten Serotonin-Creatinin-Sulfat-Ausfällung hervorgerufen wird, die wie vorher abgetrennt und gewaschen wird. Die Mutterflüssigkeiten werden durch Destillation vom Aceton befreit und zur Flüssig/ Flüssig-£xtraktion mit Isobutanol (Zugabe zur wäßrigen Phase mit pH 5>5) zurückgeführt.

Die beiden gewaschenen Ausfällungen von Serotonin-Creatinin-Sulfat werden vereinigt und unter milden Bedingungen in einem Wirbelbett getrocknet. Auf diese Weise werden etwa 24 g dieses Produkts erhalten, dessen Reinheit zwischen 95 und 90% liegt. Gewünschtenfalls wird das Serotonin-Creatinin-Sulfat in Wasser oder in den Mutterflüs3lgkelten einer vorhergehenden Urakristallisation umkristallisiert, wobei ein Produkt mit einer Reinheit von 99,5% erhalten wird.

Das erwähnte Produkt ist mit einer authentischen Probe von Serotonin-Creatinin-Sulfat identisch.

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Das oben beschriebene Verfahren ergibt eine Aasbeute, die im wesentlichen derjenigen des Verfahrens der Hauptanmeldung entspricht, wobei jedoch die Energiekosten beträchtlich verringert sind, da die Erhitzungsdauer (bei atmosphärischem Druck) viel kürzer ist.

3EISPIEL 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei von rohem nicht-entkoffeinlsiertem Kaffeewachs ausgegangen wird, d.h. also, daß die Stufe der Entkoffelnisierung durch behandlung mit Wasser übersprungen wird und direkt 1000 g rohes Kaffeewachs in 200 g Benzylalkohol aufgelöst werden. Zur so erhaltenen Lösung werden 250 g Kaliumhydroxydplätzchen und 10 g iNjatrlumditnionlt (Na₂ ^S2°ij) zugegeben, worauf dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 fortgefahren wird.

Auf diese Weise werden ungefähr 10 g Serotonln-Creatinin-Sulfat mit einer Reinheit von 85 bis 882 erhalten.

BEISPIEL 3

Das Verfahren von Beispiel 1 wird bis einschließlich der Emulgierung der auf pH 5,5 neutralisierten wäßrigen Phase in Isobutanol wiederholt, wobei diese Maßnahme lOmal wiederholt wird. Die einzelnen erhaltenen Isobutanolphasen werden dann vereinigt und dann auf 1/10 des Volumens konzentriert und schließlich mit 32?iger Salzsäure behandelt. Das saure Medium wird dann erneut auf 1/10 des Volumens konzentriert, worauf das Serotonin-chlorhydrat kristallisiert wird. Nach Filtration und Trocknen bei 8O⁰C im Vakuum werden 25 g Serotonin-chlorhydrat mit einer Reinheit von etwa 95£ erhalten. Gewünschtenfalls kann dieses Produkt in der Mutterflüssigkeit

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einer vorhergehenden Umkristallisation umkristallisiert werden.

Das erhaltene Produkt entspricht gut einer Elementaranalyse und einem RMl¹J-Spektrum von Serotonin-chlorhydrat.

Die Ausbeute an Serotonin liegt wesentlich über derjenigen von Beispiel 1.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Aotrennung von Serotonin aus Kaffeewachs, bei welcnem eine Lösung von Kaffeewachs mit einem mit Wasser nicht-mischbaren Alkohol unter einer inerten Atmosphäre einer alkalischen Hydrolyse unterworfen wird, wobei eine wäßrige Lösung einer starken Base verwendet wird, und das Reaktionsmedium, welches das Serotonin enthält, abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als mit Wasser nicnt-rmiscnbarer Alkohol ein Benzylalkohol verwendet wird.
2. Verfanren nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kaffeewachs entkoffeinisiertes Kaffeewachs verwendet.
j>. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kaffeewachslösung eine Lösung verwendet wird, die mindestens 1 Gew.-Teil Alkohol auf 10 Gew.-Teile Wachs entnält.
4. Verfanren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als mit Wasser nicht-mischbarer Alkohol der benzylalkohol verwendet wird.
5. Verfanren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als starke Base Kallumhydroxyd verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die alkalische Hydrolyse unter einer inerten Atmosphäre 3 bis b st bei 140 bis 150⁰C durchgeführt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Serotonin aus dem Reaktionsmedium als Serotonin-Creatinin-Sulfat isoliert wird.

ö. Verfahren nach Ansprucn 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Serotonin aus dem Reaktionsmedium als Serotoninchlorhydrat isoliert wird.

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