DE2854353C3 - Verfahren zur Herstellung von Erythorbinsäure- und Ascorbinsäure-6-fettsäureestern - Google Patents

Description

Erythorbinsäure und Ascorbinsäure werden wegen ihrer nichttoxischen Eigenschaften und ihres starken Reduktionsvermögens häufig als Antioxidanten in Nahrungsmitteln verwendet. Bei der Nutzung dieser antioxidicrenden Eigenschaften bei Nahrungsmitteln mit hohem Fettgehalt werden Erythorbinsäure- und Ascorbinsäure-6-fettsäureester bevorzugt, welche eine höhere Löslichkeit in Fett unter Beibehaltung des Reduklionsvermögens besitzen. Diese Ester werden außerdem als Emulsionsstabilisatoren bei der Herstellung von Nahrungsmitteln verwendet, und der Ascorbinsäureester kann auch als Quelle für Vitamin C dienen.

Diese Fettsäuremonoester von Erythorbinsäure und Ascorbinsäure wie z. B, Erythorbinsäure-b-palmitat werden derzeit unter Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure als Katalysator und Lösungsmittel hergestellt. Dabei wird einer der Reaktionsteilnchmer üblicherweise im Überschuß eingesetzt. Die Fettsäure, welcher der weniger kostspielige Reaktionsteilnehmer ist, wird normalerweise hierzu ausgewählt, obwohl Hcrstellungsweisen, bei denen die Fettsäure der begrenzende Reaktionsteilnehmer bzw. Bestandteil ist, ebenfalls beschrieben wurden; siehe Oil und Soap 20 (1943), S. 224. In jedem Fall betragt die Ausbeute an Monoester lediglich etwa 50%. Einen weiteren Nachteil bedeuten hierbei die Schwierigkeiten, welche mit der Abtrennung des Produktes von überschüssigem Reaktionsteilnchmer, insbesondere im Fall von überschüssiger Fettsäure, verbunden sind

Obwohl es aus der IJS-Paientschrilt 35 51464 bekannt ist, daß wasserfreier Fluorwasserstoff bei der Veresterung von einfachen Polyolen wie Glyzerin verwendet werden kann, wurde niemals erkannt, daß dieses Medium für die Veresterung von Erythorbinsäure oder Ascorbinsäure brauchbar sein könnte.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß wasserfreier Fluorwasserstoff nicht nur als Reaktionslösungsmittcl und Katalysator für die Herstellung von Erythorbinsäure- und Ascorbinsäure-b-fettsäureestcin mit hohen Ausbeuten in einfacher und bequemer Weise brauchbar ist. sondern daß wasserfreier Fluorwasserstoff fach wesentliche Vorteile bietet.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung des Erythorbinsäure- oder Ascorbinsäure-6-fetisSureesters durch Monoveresterung von Erythorbin- oder Ascorbinsäure mit einer gesättigten Fettsäure von etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatomen in Anwesenheit von wenigstens etwa 10 mol wasserfreiem Fluorwasserstoff pro mol Fettsäure. Vorzugsweise ist die Fettsäure Laurinsäure oder Palmitinsäure; die Erythorbinsäure

ίο oder Ascorbinsäure wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 1 mol pro mol Fettsäure verwendet, und der Fluorwasserstoff liegt vorzugsweise in einer Menge von etwa 25 bis 50 mol pro mol Fettsäure vor.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt eine spezifisehe Veresterung der Erythorbin- und Ascorbinsäure an der primären C-6-Hydroxygruppe. Eine solche Monoveresterung wird in hoher Ausbeute erreicht, wenn lediglich stöchiometrische Mengen an Reaktionsteilnehmern, milde Reaktionsbedingungen und kurze Reaktionszeiten angewandt werden.

Obwohl beide optischen Isomeren von sowohl Erythorbin- als auch Ascorbinsäure bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden können, wird üblicherweise das natürliche Isomere, nämlich D-Erythorbin- oder L-Ascorbinsäure, verwendet.

Die Fettsäuren sind solche Carbonsäuren, welche von tierischen oder pflanzlichen Fetten oder ölen abstammen oder hierin enthalten sind. Sie enthalten im allgemeinen einen geraden oder verzweigten Alkylrest und eine endständige Carboxylgruppe. Die Säure kann gesättigt oder ungesättigt sein und sowohl in fester, halbfester als auch flüssiger Form vorliegen. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Fettsäuren sind gesättigte Säuren, welche etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten, einschließlich Laurin-, Myristin-, Palmitin und Stearinsäure. Mit gesättigten Säuren mit weniger als etwa 12 Kohlenstoffatomen besitzt das Monoesterprodukt die Neigung, zu wasserlöslich zu sein, während mit Säuren mit mehr als etwa 18 Kohlenstoffatomen die Ausgangssäure gegebenenfalls eine unverhältnismäßig große Menge an Lösungsmittel erfordern und das Monoesterprodukt für eine geeignete Anwendung zu wenig öllöslich sein kann.

Ungesättigte Fettsäuren sind für dieses Reaktionssystem weniger geeignet. Bevorzugt sind Laurinsäure und Palmitinsäure.

Der flüssige wasserfreie Fluorwasserstoff dient sowohl als Reaktionslösungsmittel als auch als Katalysator. Um eine wesentliche Auflösung der Fettsäure in dem Lösungsmittel unter den angewandten Reaktionsbedingungen sicherzustellen, werden wenigstens etwa 10 mol Fluorwasserstoff pro mol Fettsäure verwendet. Zusätzliches Lösungsmittel ergibt eine verbesserte Ausbeute an Produkt, und etwa 25 bis 50 mol Fluorwasserstoff pro mol Fettsäure sind daher bevorzugt. Bei der besonders bevorzugten Lösungsmittelmenge von etwa 50 mol Fluorwasserstoff pro mol Fettsäure ist die Ausbeule der Reaktion nahezu quantitativ, und obwohl eine größere Menge an Lösungsmittel ohne Schaden eingesetzt werden kann, ergibt sich aus einer solchen Anwendung kein wesentlicher Vorteil.

Die Reaktionsteilnchmer werden vorzugsweise in dem Lösungsmittel in etwa stöchiometrischen Mengen zusammengegeben, d. h. etwa 1 mol an Erythorbin- oder Ascorbinsäure pro mol Fettsäure. Obwohl andere als stöchiometrische Mengen der Reaktionsteilnehmer wie

ein IO bis 3O°/oiger Überschuß sowohl von Fettsäure oder von Erythorbinsäure oder Ascorbinsäure eingesetzt werden können, kompliziert dies lediglich die Gewinnung des Produktes und erhöht die Kosten an Ausgangsmaterialien.

Obwohl die Veresterung in einem breiten Temperaturbereich von etwa 0⁰C bis 75° C durchgeführt werden kann, wird sie normalerweise bei Temperaturen von etwa 10° C bis 50° C, vorzugsweise bei etwa 20° C bis etwa 30° C und besonders bevorzugt von etwa 20° C bis 23° C durchgeführt. Da das Lösungsmittel Fluorwasserstoff einen Normalsiedepunkt von etwa 20°C besitzt, erfolgt die Reaktion wesentlich oberhalb dieser Temperatur bei einem überatmosphärischen Druck. Die Reaktionszeit hängt von der Reaktionstemperatur ab, und sie beträgt normalerweise etwa 1 bis 2 Stunden bei Reaktionstemperaturen von 20°C bis 30°C.

Das Monoesterprodukt wird aus dem fertigen Reaklionsgemisch nach Standardarbeitsweisen isoliert. Beispielsweise kann das Reaktionsgemisch abgekühlt und die Hauptmenge des Fluorwasserstofflösungsmittels durch Destillation bei reduziertem Druck entfernt werden. Das Reaktionsgemisch kann dann mit einem im wesentlichen in Wasser unlöslichen Lösungsmittel wie Methylisobutylketon oder Diäthyläther verdünnt, mit einer wäßrigen Lösung einer anorganischen Base wie Natrium- oder Kaliumhydroxid zur Entfernung des zurückgebliebenen Fluorwasserstoffes und gegebenenfalls nicht umgesetzter Erythorbinsäure oder Ascorbinsäure gewaschen werden. Der endgültige pH-Wert der Waschlösung beträgt vorzugsweise etwa 3 bis 4, um eine Salzbildung mit nicht umgesetzter Fettsäure zu verhüten, da eine solche Salzbildung eine Emulgiemng und als Folge hiervon Probleme bsi der Phasentrennung bewirken könnte. Die gewaschene organische Schicht kann dann zur Entfernung des organischen Lösungsmittels und von Wasser konzentriert werden, und das Konzentrat kann dann mit einem nicht-polaren, organischen Lösungsmittel wie Hexan oder Petroläthcr zur Auflösung überschüssiger Fettsäure verdünnt und das Monoesterprodukt auf diese Weise abgetrennt werden.

Das hier beschriebene Verfahren mit seiner Möglichkeit zur Herstellung von Erythorbinsäure- und Ascorbinsäure-6-fettsäureestern in hoher Ausbeute unter Verwendung von lediglich stöchiometrischen Mengen der Reaktionsteilnehmer, milden Temperaturen und kurzen Reaktionszeiten, bietet daher eine überraschend einfache, technisch fortschrittliche und produktive Methode für die Herstellung solcher Ester. Dies steht im Gegensatz zu alternativen Herstellungsweisen wie unter Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure, wie sie von Cousins et al., Journal of the American Oil Chemists' Society, 54 (1977), S. 308, beschrieben sind, wobei überschüssiges Reagens und lange Reaktionszeiten erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

17,6 g = 0,10 mol Erythorbinsäure, d-Erythro-hex-2-enonsäure, y-Lacton von Lebensmittelqualität (FCC-Grade, Pfizer Inc., New York, N. Y), 25,6 g = 0,10 mol Palmitinsäure technischer Qualität (Pfaltz und Bauer Inc., Stamford, Connecticut) und 50 ml = 2,5 mol wasserfreier Fluorwasserstoff (Matheson Gas Products, East Rutherford, New lersey) wurden in einer verschlossenen 250-ml-Polyäthylenflasche bei OT mit Hilfe eines Magnetrührstabes vermischt. Das Kühlbad wurde entfernt und das Gemisch wurde auf 22—23°C erwärmt und bei dieser Temperatur für 1,5 Stunden gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde dann zu 500 ml Methylisobutylkeion (MIBK) zugesetzt, und die erhaltene Lösung wurde auf 0°C abgekühlt und mit 400 ml wäßriger 6,25 N Kaliumhydroxidlösung bei weniger als 25° C zur Entfernung des Fluorwasserstoffes und nicht umgesetzter Erythorbinsäure gewaschen. Die wäßrige

ίο Schicht wurde abgetrennt, und die organische Schicht wurde mit 200 ml entionisiertem Wasser gewaschen und bei weniger als 40°C auf 250 ml eingeengt. Das im wesentlichen wasserfreie Konzentrat wurde mit 750 ml Hexan verdünnt und für 2 Stunden in einem Eisbad gerührt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde im Vakuum filtriert, der Filterkuchen wurde mit Hexan gewaschen und über Nacht in einem Vakuumofen bei 40°C getrocknet, wcbei 33,69 g eines weißen, wachsartigen Feststoffes erhalten wurden, der bei der Bestimmung mittels Jodtitration zu 98,3% aus Erythorbinsäure-6-palmitat (0,080 mol = 80% Ausbeute) bestand. Die Dünnschichtchromatografie zeigte, daß das Produkt aus einer Komponente bestand.

Bei der Wiederholung der zuvor beschriebenen Veresterung unter Verwendung von L-Ascorbinsäure (USP-Reinheit, Pfizer Ine) statt Erythorbinsäure wurden 35,12 g eines weißen, wachsartigen Feststoffes erhalten, der gemäß Analyse zu 94,3% aus Ascorbinsäure-6-palmitat (0,080 mol = 80% Ausbeute) bestand.

Die zuvor beschriebenen Veresterungsreaktionen können mit vergleichbaren Ergebnissen wiederholt werden, wenn L-Erythorbinsäure und D-Ascorbinsäure anstatt ihrer natürlichen optischen Isomeren eingesetzt werden.

Beispiel 2

Die Arbeitsweise von Beispiel I wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß 22,8 g = 0,10 mol Myristinsäure technischer Qualität (Matheson, Coleman and Bell, East Rutherford, New Jersey) statt der Palmitinsäure verwendet wurden. Der erhaltene, weiße, wachsartige Feststoff wog 30,95 g und bei der Analyse zeigte sich, daß er zu 99,9% aus Erythorbinsäure-6-myristat (0,080 mol = 80% Ausbeute) bestand.

Beispiel 3

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß 28,5 g = 0,10 mol Stearinsäure technischer Qualität (Pfaltz und Bauer Inc.) statt der Palmitinsäure verwendet wurden. Der erhaltene, weiße, wachsartige Feststoff wog 37,04 g, und seine Analyse zeigte, daß er zu 95,6% aus Erythorbinsäure-6-stearat (0,080 mol = 80% Ausbeute) bestand.

B e i s ρ i e I 4

17,6 g = 0,10 mol Erythorbinsäure, 20,0 g = 0,10 mol Laurinsäure technischer Qualität (J. T. Baker Chemical

= 1,25 mol wasserfreier Fluorwasserstoff wurden in einer verschlossenen Polyäthylenflasche bei 0⁰C, wie in Beispiel 1, vermischt. Das Kühlbad wurde entfernt, und das Reaktionsgemisch wurde auf 22 —23°C erwärmt und für 1,5 Stunden gerührt, dann wurde es entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 1 weiterverarbeitet. Der erhaltene, weiße, wachsartige Feststoff wog "),68 g, und bei der Analyse zeigte sich, daß er zu 97,6% Erythorbinsäure-6-laurat (0,070 mol = 70% Ausbeute) bestand.

Eine Wiederholung der Herstellung unter Verwendung von Ascorbinsäure anstatt Erythorbinsäure ergab die Isolierung von 26,35 g eines weißen, wachsartigen Feststoffes, der gemäß Analyse zu 95,1 % aus Ascorbinsäure-6-laurat (0,070 mol = 70% Ausbeute) bestand.

Beispiel 5

17,6 g = 0,10 mol Erythorbinsäure, 25,6 g = 0,10 mol Palmitinsäure und 37,5 ml = 1.88 mol wasserfreier Fluorwasserstoff wurden in einer mit Polytetrafluoräthylen ausgekleideten Stahlbombe bei 0⁰C vermischt. Die Bombe wurde verschlossen, auf 30⁰C erhitzt und hierauf 1,5 Stunden gehalten, dann auf 0⁰C abgekühlt und geöffnet. Das erhaltene, gelähnliche Reaktionsgemisch wurde entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 1 mit der Ausnahme weiterverarbeitet, daß anstatt der 400 ml wäßriger 6,25 N Kaliumhydroxidlösung 300 mi verwendet wurden. Der erhaltene, weiße, wachsartige Feststoff wog 32,47 g und gemäß Analyse bestand er aus 96,9% Erythorbinsäure-6-palmitat (0.076 mol = 76% Ausbeute).

Beispiel 6

17.6 g = 0,10 mol Erythorbinsäure, 25.6 g = 0.10 mol Palmitinsäure und 100 ml = 5,0 mol wasserfreier Fluorwasserstoff wurden in einer verschlossenen Polyäthylenflasche bei 0⁰C, wie in Beispiel 1, vermischt. Das Kühlbad wurde entfernt, das Reaktionsgemisch wurde auf 22—23⁰C erwärmt und auf dieser Temperatur 1,5 Stunden gehalten. Der Reaktionsbehälter wurde dann an ein Vakuumsystem, das mit zwei mittels Trockeneis-Aceton-Gemisch gekühlten Fallen und abschließend mit einer mit wäßriger Kaliumhydroxidlösung gefüllten Waschvorrichtung versehen war. angeschlossen. Der Systemdruck wurde allmählich auf 200 mbar reduziert; dies ergab 62.5 ml = 3,1 mol Fluorwasserstoff aus dem Reaktionsgemisch in den Fallen. Das zurückbleibende Reaktionsgemisch wurde dann entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 1 weiterverarbeitet, wobei 41,10 g eines weißen, wachsartigen Feststoffes erhalten wurden, der gemäß Analyse zu 95,7% aus Erythorbinsäure-6-palmitat (0,095 mol

= 95% Ausbeute) bestand.

Die Veresterung kann mit vergleichbaren Ergebnissen unter Verwendung von 0,12 mol (= 20%iger molarer Überschuß) anstatt der 0,10 mol entweder der Erythorbinsäure oder der Palmitinsäure oder durch Ersatz der Palmitinsäure durch Laurinsäure wiederholt werden.

Beispiel 7

3,54 g = 0,02 mol Erythorbinsäure und 5,11 g = 0,02 mol Palmitinsäure wurden in einem 25-ml-Einsatz aus Polytetrafluorethylen für eine Bombe aus rostfreiem Stahl zusammengegeben. Der Einsatz mit Inhalt wurde in die Bombe eingesetzt und auf 0"C abgekühlt. Dann wurden 5 ml = 0.25 mol wasserfreier Fluorwasserstoff in die Bombe einpipetliert, der Verschluß des Einsatzes und die Bombenkappe wurden rasch verschlossen, der Bombeninhalt wurde auf 50"C erwärmt und unter Verwendung eines Magnetrührstabes für 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Die Bombe wurde dann in einem Eisbad auf 0"C abgekühlt und geöffnet. Das viskose Reaktionsgemisch wurde mit etwa 75 ml MIBK in einen Polyäthylenkolben überführt. und die erhaltene Lösung wurde auf 0⁰C abgekühlt und mit 350 ml wäßriger 0,56 N Kaliumhydroxidlösung bei weniger als 25°C gewaschen. Die neutralisierte.

organische Schicht wurde mit 100 ml entionisiertem Wasser gewaschen, über 15 g Molekularsieb 4A getrocknet, mit 350 ml Hexan verdünnt und über Nacht in einen Kühlschrank eingesetzt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde im Vakuum filtriert, der Filterkuchen wurde mit Hexan gewaschen und über Nacht in einem Vakuumofen bei 40⁰C getrocknet. Hierbei wurden 5,53 g eines weißen, wachsartigen Feststoffes erhalten, der gemäß Analyse zu 93,0% Erythorbinsäure-6-palmitat (0,0124 mol = 62% Ausbeute) bestand.

Claims (5)

Palentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Erythorbinsäure- oder Ascorbinsaure-6-fettsaureestern, dadurch gekennzeichnet, daß man Erythorbin- oder Ascorbinsäure mit einer gesättigten Fettsäure mit etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatomen in Anwesenheit von wenigstens etwa 10 mol wasserfreiem Fluorwasserstoff pro mol Fettsäure bis zur im wesentlichen vollständigen Monoveresterung umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fettsäure Laurin- oder Palmitinsäure einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erythorbin- oder Ascorbinsäure in einer Menge von etwa 1 mol pro mol Fettsäure einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Fluorwasserstoff in einer Menge von etwa 25 bis 50 mol pro mol Fettsäure einseizt.

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei einer Temperatur von etwa 20⁰C bis 30°C durchführt.