DE3004304A1

DE3004304A1 - Riboflavin prodn. from D-glucose - via gluconic acid and N-D-ribityl-3,4-xylidine

Info

Publication number: DE3004304A1
Application number: DE19803004304
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Jürgen 6110 Dieburg Butzke; Dipl.-Chem. Dr. Fritz 6104 Seeheim Reiff; Dipl.-Chem. Dr. Rolf 6109 Mühltal Wittmann; Dipl.-Chem. Dr. Rudolf 6100 Darmstadt Wolf
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1980-02-06
Publication date: 1981-08-13

Abstract

Prepn. of riboflavin (I) comprises (a) oxidising D-glucose to O-gluconic acid (II) or its alkali metal salt; (b) treating (II) with hypochlorite to form D-arabinose (III); (c) converting (III) to D-ribose (IV) with a hexavalent Mo cpd.; (d) hydrogenating (IV) in the presence of nitroxylene or xylidine to form N-D-ribityl-3,4-xylidine (V); (e) converting (V) to 1-D-ribitylamino-3,4-dimethyl-6-phenylazobenzene (VI) by reaction with the corresp. diazonium salt; and (f) reacting (VI) with barbituric acid.. The process gives high yields (up to 30% overall) using inexpensive and nontoxic reactants.

Description

Verfahren zur Herstellung von Process for the production of

Riboflavin Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Riboflavin, ausgehend von D-Glucose. Riboflavin The invention relates to a new method of production of riboflavin, starting from D-glucose.

Verfahren zur Herstellung von Riboflavin sind bekannt.Processes for the production of riboflavin are known.

Das üblicherweise großtechnisch durchgeführte Verfahren geht von D-Glucose aus, die zu D-Arabonsäure oxidiert wird, die zu D-Ribonsäure epimerisiert und dann zum D-Ribonolacton umgesetzt wird, aus dem durch Amalgamreduktion D-Ribose gebildet wird, die über das Xylidinribosid zum N-D-Ribityl-3,4-xylidin hydriert wird.The process usually carried out on an industrial scale starts with D-glucose which is oxidized to D-arabonic acid, which is epimerized to D-ribonic acid and then is converted to D-ribonolactone, from which D-ribose is formed by amalgam reduction which is hydrogenated via the xylidine riboside to the N-D-ribityl-3,4-xylidine.

Aus dem N-D-Ribityl-3,4-xylidin kann dann durch Umsetzung mit diazotiertem Anilin und Barbitursäure Riboflavin gewonnen werden.The N-D-ribityl-3,4-xylidine can then be reacted with diazotized Aniline and barbituric acid riboflavin are obtained.

Die Ausbeute bei diesem Verfahren liegt für die Stufen von D-Glucose bis N-D-Ribityl-3,4-xylidin bei etwa 20 - 23 %. Daraus ergibt sich eine Gesamtausbeute von Riboflavin, ausgehend von D-Glucose, von 15 - 16 % der Theorie. Nachteilig neben der relativ schlechten Gesamtausbeute ist bei diesem Verfahren auch die Epimerisierungsstufe von der D-Arabonsäure zur D-Ribonsäure, bei der eine Reihe von harzigen Nebenprodukten gebildet werden, die eine komplizierte Aufreinigung erforderlich machen. Insbesondere bereitet jedoch die Amalgamreduktion sehr große Probleme, da beim Arbeiten mit großen Mengen Quecksilber erhebliche Anstrengungen gemacht werden müssen, um sowohl die Produkte als auch die Abfallstoffe frei von Quecksilber zu halten.The yield from this process is for the stages of D-glucose to N-D-ribityl-3,4-xylidine at about 20-23%. This gives an overall yield of riboflavin, starting from D-glucose, from 15-16% of theory. Downside besides The relatively poor overall yield in this process is also the epimerization step from D-arabonic acid to D-ribonic acid, in the case of a number of resinous By-products are formed which require a complicated purification do. In particular, however, the amalgam reduction causes very great problems because Considerable effort must be made when working with large quantities of mercury need to keep both the products and the waste materials free of mercury keep.

Es sind deshalb schon Verfahren vorgeschlagen worden, die das Arbeiten mit Quecksilber vermeiden.It has therefore already been proposed methods that work avoid with mercury.

So kann D-Ribonsäure oder D-Ribonolacton in Gegenwart von 3,4-Xylidin oder 4-Nitro-1,2-xylol in einer Stufe zum N-D-Ribityl-3,4-xylidin hydriert werden.So can D-ribonic acid or D-ribonolactone in the presence of 3,4-xylidine or 4-nitro-1,2-xylene can be hydrogenated in one step to give N-D-ribityl-3,4-xylidine.

Dies erfordert jedoch eine sehr investitionsintensive Hochdruckhydrieranlage, da die Hydrierung bei einem Druck von etwa 250 - 300 bar abläuft. Trotz der Einsparung von Zwischenstufen und trotz der hohen Aufwendungen liegt bei diesem Verfahren die Ausbeute an N-D-Ribitylxylidin ausgehend von D-Glucose auch nur bei etwa max. 35 %, woraus sich eine Riboflavinausbeute von weniger als 25 % ergibt.However, this requires a very investment-intensive high-pressure hydrogenation system, because the hydrogenation takes place at a pressure of about 250-300 bar. Despite the savings of intermediate stages and in spite of the high costs involved in this process Yield of N-D-ribitylxylidine starting from D-glucose only at a maximum of 35 %, resulting in a riboflavin yield of less than 25%.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, D-Ribose direkt durch Fermentation in einem mikrobiologischen Prozess mit Hilfe von geeigneten Mikroorganismen aus D-Glucose herzustellen und daraus dann in üblicher Weise N-D-Ribityl-xylidin und Riboflavin zu gewinnen. Obwohl dieser Weg Vorteile aufweist, sind doch bei der großtechnischen Durchführung des komplizierten und vor allem störanfälligen biochemischen Prozesses erhebliche Schwierigkeiten zu erwarten, die die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigen.It has also been suggested to ferment D-ribose directly in a microbiological process with the help of suitable microorganisms D-glucose to produce and then in the usual way N-D-ribityl-xylidine and To gain riboflavin. Although this approach has advantages, the large-scale one Carrying out the complicated and, above all, failure-prone biochemical process Considerable difficulties are to be expected, affecting the economics of the process affect.

Darüberhinaus liegt auch bei diesem Verfahren die Ausbeute an N-D-Ribityl-xylidin, ausgehend von D-Glucose, nur bei etwa 34 %, woraus sich eine Riboflavinausbeute von etwa 24 % ergibt.In addition, the yield of N-D-ribityl-xylidine is also in this process, starting from D-glucose, only at about 34%, resulting in a riboflavin yield of about 24%.

Es bestand deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Riboflavin zu finden, das in einfachen, ohne große Investitionen durchzuführenden Reaktionsschritten unter Verwendung preiswerter Ausgangsmaterialien und unter Vermeidung umweltschädlicher, hochgiftiger Reaktionskomponenten in guter Ausbeute zu einem reinen Produkt führt. Diese Aufgabe wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst.There was therefore the object of a process for the production of Finding riboflavin that can be done in simple fashion without large investments Reaction steps using inexpensive starting materials and avoiding them environmentally harmful, highly toxic reaction components in good yield to one pure product leads. This object has been achieved by the present invention.

Es wurde nämlich gefunden, daß überraschenderweise ein völlig neuartiger Weg, der ebenfalls von D-Glucose ausgeht, jedoch nicht über Arabonsäure und Ribonsäure führt, sondern über Gluconsäure und Arabinose D-Ribose und N-D-Ribityl-3,4-xylidin liefert, die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und sogar mit höheren Ausbeuten als die bekannten Verfahren zu Riboflavin führt. Dies ist insofern überraschend, als die Einzelschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens als solche jeweils bekannt waren. Es konnte jedoch nicht vorausgesehen werden, daß gerade diese Kombination von Einzelreaktionen zu einem so vorteilhaften Gesamtergebnis führen würde, zumal zahlreiche Versuche gemacht worden sind, dieses wichtige Produkt auch in größerem Maßstab vorteilhaft herzustellen.It has been found that, surprisingly, a completely new Path that also starts from D-glucose, but not via arabonic acid and ribonic acid leads, but via gluconic acid and arabinose D-ribose and N-D-ribityl-3,4-xylidine delivers, avoids the disadvantages of the known processes and even with higher yields than the known processes leading to riboflavin. This is surprising in that known as such as the individual steps of the method according to the invention was. However, it could not be foreseen that this particular combination of individual reactions would lead to such an advantageous overall result, especially since Numerous attempts have been made to make this important product even larger Scale advantageous to manufacture.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Riboflavin, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in an sich bekannter Weise aufeinanderfolgend a) D-Glucose zu D-Gluconsäure bzw. einem Alkaligluconat oxidiert, b) das so erhaltene Gluconat mit Hilfe von Hypochlorit in D-Arabinose überführt, c) D-Arabinose mit einer Molybdän(VI)-Verbindung in D-Ribose umwandelt, d) D-Ribose in Gegenwart von Nitroxylol oder Xylidin hydriert, e) das erhaltene N-D-Ribityl-3,4-xylidin durch Behandlung mit dem entsprechenden Diazoniumsalz zu l-D-Ribitylamino-3 , 4-dimethyl-6-phenylazobenzol umsetzt und f) diese Azoverbindung durch Umsetzung mit Barbitursäure in Riboflavin überführt.The invention accordingly provides a method for production of riboflavin, which is characterized in that in a manner known per se consecutively a) D-glucose to D-gluconic acid or an alkali gluconate oxidized, b) the gluconate thus obtained with the aid of hypochlorite in D-arabinose transferred, c) D-arabinose with a molybdenum (VI) compound converts into D-ribose, d) D-ribose hydrogenated in the presence of nitroxylene or xylidine, e) the obtained N-D-ribityl-3,4-xylidine by treatment with the corresponding diazonium salt L-D-Ribitylamino-3, 4-dimethyl-6-phenylazobenzene converts and f) this azo compound converted into riboflavin by reaction with barbituric acid.

überraschend vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, daß die einzelnen Stufenohne Schwierigkeiten mit preiswerten und ungiftigen Reaktionskomponenten durchgeführt werden können und daß zum Teil auf eine Isolierung von Zwischenprodukten ohne Ausbeuteverluste verzichtet werden kann, sodaß man ohne großen Arbeits- und Investitionsaufwand zum Endprodukt gelangt.It is surprisingly advantageous in this process that the individual Steps carried out without difficulty with inexpensive and non-toxic reaction components and that in part on the isolation of intermediate products without loss of yield can be dispensed with, so that without great effort and investment End product arrives.

überraschend ist insbesondere, daß trotzdem sehr gute Ausbeuten erzielt werden, die über denjenigen liegen, die bei den bisher bekannten Verfahren erzielt werden.It is particularly surprising that very good yields are nevertheless achieved that are above those achieved with the previously known methods will.

So wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren N-D-Ribitylxylidin, ausgehend von D-Glucose, in einer Ausbeute von etwa 40 % gewonnen, wa einer Riboflavinausbeute von fast 30 %, bezogen auf D-Glucose, entspricht.Thus, N-D-ribitylxylidine is used as a starting point according to the process according to the invention from D-glucose, obtained in a yield of about 40%, wa a riboflavin yield of almost 30%, based on D-glucose.

Zur Durchführung des Verfahrens kann wie bei den bekannten Verfahren von der gut zugänglichen, preiswerten D-Glucose ausgegangen werden. D-Gluconsäure ist daraus in sehr hohen Ausbeuten von über 90 % in bekannter Weise durch fermentative, chemische oder elektrochemische Oxidation zu erhalten. Eine Übersicht über solche Verfahren findet sich z.B. in Ind.Eng.Chem.To carry out the method, as in the case of the known methods can be assumed from the easily accessible, inexpensive D-glucose. D-gluconic acid is obtained from it in very high yields of over 90% in a known manner by fermentative, to obtain chemical or electrochemical oxidation. An overview above such procedures can be found e.g. in Ind.Eng.Chem.

11, S. 370 - 372 (1972). Bevorzugt wird die fermentative Oxidation durchgeführt. Dazu wird D-Glucose in wässeriger Lösung unter Zusatz von Nährstoffen in einem Fermenter unter sterilen Bedingungen mit einem geeigneten Bakterienstamm wie z.B. Acetobacter suboxydans unter Belüften und Neutralisieren der entstehenden Säure mit einer Base, vorzugsweise Natronlauge, so lange behandelt, bis der Test auf Zucker negativ ausfällt, d.h. die gesamte Glucose umgesetzt ist. Je nach Ansatzgröße und Bakterienstamm ist die Oxidation in etwa 10 bis 40 Stunden beendet.11, pp. 370-372 (1972). Fermentative oxidation is preferred carried out. For this purpose, D-glucose is used in an aqueous solution with the addition of nutrients in a fermenter under sterile conditions with a suitable bacterial strain such as Acetobacter suboxydans with aeration and neutralization of the resulting Acid treated with a base, preferably caustic soda, until the test on sugar is negative, i.e. all of the glucose is converted. Depending on the batch size and bacterial strain, the oxidation is complete in about 10 to 40 hours.

Die dabei in praktisch quantitativer Ausbeute anfallende, etwa 20%ige Gluconat-Lösung kann unmittelbar zur Weiteroxidation zu Arabinose verwendet werden. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die an sich bekannte Oxidation von Gluconat (vorzugsweise Alkaligluconat) zu Arabinose mit Hypochlorit wesentlich verbessert werden kann, wenn man die Oxidation mit hoher Gluconatkonzentration und bei hoher Temperatur durchführt. Bei der aus dem J.Amer. Chem.Soc., Band 81, Seite 5190 ff (1959), bekannten Reaktion wird eine etwa 2%ige Gluconat-Lösung innerhalb von etwa 20 - 30 Std. bei Raumtemperatur mit einem etwa 2,5fachen molaren Überschuß an Hypochlorit umgesetzt, um Arabinose in etwa 40 % Ausbeute zu liefern.The approximately 20% that is obtained in practically quantitative yield Gluconate solution can be used directly for further oxidation to arabinose. Surprisingly, it has been found that the per se known oxidation of gluconate (preferably alkali gluconate) to arabinose with hypochlorite significantly improved can be, if the oxidation with high gluconate concentration and at high Temperature. In the case of the J.Amer. Chem. Soc., Volume 81, page 5190 ff (1959), known reaction produces an approximately 2% gluconate solution within approximately 20-30 hours at room temperature with an approximately 2.5-fold molar excess of hypochlorite reacted to provide arabinose in about 40% yield.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird dagegen eine etwa 10 - 40 Gew.%ige wässerige Gluconat-Lösung verwendet, vorzugsweise die etwa 20 Gew.%ige Fermentationslösung. Diese wird innerhalb von nur 10 - 60 Minuten bei einer Temperatur von etwa 30 - 90 °C, vorzugsweise etwa 50 - 70 OC, mit 1,0 - 1, 5 Äquivalenten, vorzugsweise etwa 1,1-1,2 Äquivalenten Hypochlorit um- gesetzt, das während der Reaktion langsam zudosiert wird.In contrast, in the method of the present invention, about 10-40% by weight aqueous gluconate solution is used, preferably about 20% by weight Fermentation solution. This takes only 10 - 60 minutes at one temperature from about 30 - 90 ° C, preferably about 50 - 70 OC, with 1.0 - 1.5 equivalents, preferably about 1.1-1.2 equivalents of hypochlorite set, which is slowly added during the reaction.

Der pH-Wert der Lösung wird dabei durch gleichzeitige Zugabe von Säure, vorzugsweise konzentrierter Salzsäure, konstant bei etwa 4 - 6 gehalten. Dabei wird nicht nur durch die hohe Konzentration der Reaktanten und die kurze Reaktionszeit eine sehr gute Raum/Zeit-Ausbeute erreicht, sondern auch die absolute Ausbeute auf etwa das Doppelte gegenüber der bekannten Reaktion gesteigert.The pH value of the solution is determined by the simultaneous addition of acid, preferably concentrated hydrochloric acid, kept constant at about 4-6. It will not only because of the high concentration of the reactants and the short reaction time a very good space / time yield is achieved, but also the absolute yield about twice as much as compared to the known reaction.

Selbst bei Einsatz der aus Glucose gewonnenen Fermentations-Lösung wird eine Ausbeute an Arabinose von etwa 70 - 75 %, bezogen auf D-Glucose, erreicht. Die Arabinose kann nach Beendigung der Hypochlorit-Zugabe auf übliche Weise aus der Reaktionslösung isoliert werden.Even when using the fermentation solution obtained from glucose a yield of arabinose of about 70-75%, based on D-glucose, is achieved. The arabinose can be released in the usual way after the addition of hypochlorite the reaction solution can be isolated.

Es ist bekannt, dazu die Reaktionslösung einzuengen, wobei die Hauptmenge an Kochsalz ausfällt und abgetrennt werden kann, und danach die Lösung durch Ionenaustausch von der Restmenge an ionischen Bestandteilen zu befreien.It is known to concentrate the reaction solution for this purpose, with the main amount precipitates on common salt and can be separated, and then the solution by ion exchange to free from the residual amount of ionic constituents.

Eine besonders vorteilhafte Methode, die insbesondere auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist die Abtrennung von ionischen Bestandteilen der Reaktionslösung mit Hilfe der Elektrodialyse. Obwohl die Gesamtausbeute an Arabinose dadurch nicht noch gesteigert werden kann, bietet das Verfahren doch wesentliche verfahrenstechnische Vorteile. So werden z. B. erhebliche Mengen an Chemikalien eingespart, die sonst zur Regenerierung der Ionenaustauscher benötigt werden. Ein überraschend vorteilhafter Effekt ist auch der, daß bei der Elektrodialyse die ionischen Bestandteile mitsamt einer Hydrathülle durch die Austauschermembran wandern und so gleichzeitig eine erhebliche Menge Wasser aus der Reaktionslösung entfernt wird. Da zur Gewinnung der Arabinose die Reaktionslösung ohnehin aufkonzentriert werden muß, werden dadurch erhebliche Mengen an Energie eingespart. Die eingeengte Lösung wird dann z. B. mit Methanol ausgerührt, wobei man in hoher Ausbeute sehr reine D-Arabinose erhält. Die dabei schon sehr hoch liegende Gesamtausbeute kann noch gesteigert werden, wenn das zurückgewonnene Gluconat erneut eingesetzt wird.A particularly advantageous method that is particularly also subject of the present invention is the separation of ionic constituents Reaction solution with the help of electrodialysis. Although the overall yield of arabinose cannot be increased by this, the process offers essentials procedural advantages. So z. B. Significant amounts of chemicals saved, which are otherwise required to regenerate the ion exchanger. A Another surprisingly advantageous effect is that in electrodialysis the ionic Components migrate through the exchanger membrane together with a hydration shell and so at the same time a considerable amount of water is removed from the reaction solution. As for extraction the arabinose concentrates the reaction solution anyway must be, this saves considerable amounts of energy. The narrowed one Solution is then z. B. stirred with methanol, which is very high in yield pure D-arabinose. The overall yield, which is already very high, can can be increased if the recovered gluconate is used again.

Die so erhaltene D-Arabinose kann nach einem an sich bekannten Verfahren unter Katalyse durch Molybdänsäure oder eine andere Molybdän(VI)-Verbindung zu einem Epimerengemisch umgesetzt werden, das D-Arabinose und D-Ribose im Verhältnis von etwa 3 : 1 enthält, daneben aber auch Pentosen wie D-Lyxose und D-Xylose sowie andere Nebenprodukte. Obwohl die für die weitere Umsetzung zu Riboflavin allein erwünschte D-Ribose nur den geringeren Teil des Epimerengemisches ausmacht, hat sich überraschenderweise doch dieser Weg zur Ribose im Gesamtverfahren als sehr vorteilhaft erwiesen. Einmal kann die als Hauptbestandteil des Epimerengemisches vorliegende D-Arabinose sehr einfach fast vollständig aus dem Epimerengemisch abgetrennt werden; andererseits ist es nicht notwendig, die D-Ribose aus dem Epimerengemisch überhaupt zu isolieren, sondern das Gemisch kann direkt in die an sich ebenfalls bekannte Hydrierung in Gegenwart von Nitroxylol oder Xylidin eingesetzt werden. Aus dem bei der Hydrierung erhaltenen Gemisch der Ribityl-, Arabityl-, Xylityl- und Lyxityl-xylidine kristallisiert nämlich überraschenderweise nur das erwünschte N-D-Ribityl-3,4-xylidin aus, sodaß aufwendige Reinigungsschritte gespart werden können.The D-arabinose thus obtained can by a method known per se under catalysis by molybdic acid or another molybdenum (VI) compound to form a Epimer mixture are implemented, the D-arabinose and D-ribose in the ratio of contains about 3: 1, but also pentoses such as D-lyxose and D-xylose and others Byproducts. Although the only one desired for the further conversion to riboflavin Surprisingly, D-ribose only makes up the smaller part of the epimer mixture however, this route to ribose has proven to be very advantageous in the overall process. Once D-arabinose, which is the main component of the mixture of epimers, can do a lot can simply be separated almost completely from the mixture of epimers; on the other hand it is not necessary to isolate the D-ribose from the epimer mixture at all, but the mixture can be used directly in the hydrogenation, which is also known per se Presence of nitroxylene or xylidine can be used. From the hydrogenation resulting mixture of ribityl, arabityl, xylityl and lyxityl-xylidines crystallized namely surprisingly only the desired N-D-ribityl-3,4-xylidine from, so that costly cleaning steps can be saved.

Das Verfahren läuft dabei im einzelnen so, daß die Arabinose in Wasser gelöst und bei erhöhter Temperatur mit dem Katalysator versetzt wird. Die Konzentration der Arabinose ist dabei nicht kritisch, es werden jedoch im Sinne einer guten Ausnutzung der vorhandenen Apparaturen möglichst hohe Konzentrationen verwendet, z.B. etwa 10 - 20 Gew.%ige Lösungen. Es kann auch die bei der Gluconatoxidation anfallende Lösung ohne Isolierung der Arabinose verwendet werden. Diese 0 Lösung wird auf eine Temperatur von etwa 80 - 100 C erhitzt und mit etwa 1 Gew.-% Katalysator, z. B.The process runs in detail so that the arabinose in water dissolved and at elevated temperature mixed with the catalyst will. The concentration of the arabinose is not critical, but it will be Concentrations that are as high as possible in order to make good use of the existing equipment used, e.g. about 10-20% by weight solutions. It can also help in gluconate oxidation resulting solution can be used without isolation of the arabinose. This 0 solution is heated to a temperature of about 80 - 100 C and with about 1 wt .-% catalyst, z. B.

Molybdänsäure, bezogen auf Arabinose, versetzt, wobei es vorteilhaft ist, wenn ein pH-Wert um etwa 3 eingestellt wird. Mit steigender Katalysatormenge und mit steigender Temperatur wird eine schnellere Einstellung des Epimerengleichgewichts erreicht. Bei 0 einer Temperatur von etwa 90 - 95 C und 1 Gew.-% Molybdänsäure ist nach etwa 2 Stunden der Gleichgewichtszustand erreicht, d.h. es liegt ein Gemisch der 4 Pentosen Arabinose, Ribose, Lyxose und Xylose vor neben einem gewissen Anteil von Zersetzungs- und Oxidationsprodukten. Zur Vermeidung eines übermäßigen Anteils von Oxidationsprodukten kann die Apparatur bei der Reaktion mit einem Inertgas, z.B. Stickstoff, gespült werden.Molybdic acid, based on arabinose, added, whereby it is advantageous is when a pH is adjusted around 3. With increasing amount of catalyst and as the temperature increases, there will be a faster adjustment of the epimeric equilibrium achieved. At 0 a temperature of about 90 - 95 C and 1 wt .-% molybdic acid is equilibrium is reached after about 2 hours, i.e. there is a mixture of the 4 pentoses arabinose, ribose, lyxose and xylose in addition to a certain proportion of decomposition and oxidation products. To avoid an excessive proportion The apparatus can remove oxidation products when reacting with an inert gas, e.g. nitrogen.

Nach Beendigung der Reaktion wird der Katalysator aus der Lösung entfernt, z. B. mit Hilfe von Ionenaustauschern. Dann wird, vorzugsweise unter vermindertem Druck, eingeengt. Durch Zugabe eines niederen Alkohols, z.B. Methanol oder, vorzugsweise, Äthanol, kann die Hauptmenge der im Reaktionsgemisch vorhandenen Arabinose kristallisiert, in reiner Form abgetrennt und erneut in einem weiteren Ansatz in die Reaktion eingesetzt werden.After the reaction has ended, the catalyst is removed from the solution, z. B. with the help of ion exchangers. Then, preferably under reduced Pressure, concentrated. By adding a lower alcohol, e.g. methanol or, preferably, Ethanol, most of the arabinose present in the reaction mixture can crystallize, separated in pure form and used again in a further batch in the reaction will.

Aus der Mutterlauge, die etwa 10 - 20 % Feststoff enthält, der zu etwa 75 % aus D-Ribose, zu etwa 10 % aus D-Arabinose, zu ca. 5 % aus D-Xylose und D-Lyxose und zu ca. 10 % aus Nebenprodukten besteht, läßt sich die Ribose durch Chromatografie über einen mit Calcium- oder Bariumionen beladenen Kationenaustauscher gewinnen.From the mother liquor, which contains about 10-20% solids, the to about 75% from D-ribose, about 10% from D-arabinose, about 5% from D-xylose and D-lyxose and consists of about 10% by-products, the ribose lets through Chromatography over a cation exchanger loaded with calcium or barium ions to win.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch diese aufwendige Reindarstellung der D-Ribose unterbleiben und es kann stattdessen direkt die Mutterlauge zur katalytischen Hydrierung in Gegenwart von 4-Nitro-o-xylol oder 3,4-Xylidin eingesetzt werden. Dazu wird die Mutterlauge noch mit wässerigem Alkohol verdünnt und mit der äquivalenten Menge (bezogen auf die Gesamtmenge an Pentosen) an 4-Nitro-1,2-xylol versetzt.According to the method according to the invention, however, this can be expensive The D-ribose is not shown in pure form and the mother liquor can be used instead used for catalytic hydrogenation in the presence of 4-nitro-o-xylene or 3,4-xylidine will. To do this, the mother liquor is diluted with aqueous alcohol and mixed with the equivalent amount (based on the total amount of pentoses) of 4-nitro-1,2-xylene offset.

Die Hydrierung selbst kann, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 6665 (1964) beschrieben, mit Raney-Nickel als Katalysator bei einem Wasserstoffdruck von etwa 50 - 100 bar durchgeführt werden. Bei einer Hydriertemperatur von etwa 60 - 80 OC ist dabei die Reaktion nach etwa 30 - 60 Minuten beendet und nach Entfernen des Katalysators und Einengen der Lösung kristallisiert beim Abkühlen das reine N-D-Ribityl-3,4-xylidin aus.The hydrogenation itself can, as in the Japanese patent application No. 6665 (1964) described, with Raney nickel as a catalyst at a hydrogen pressure from about 50 - 100 bar. At a hydrogenation temperature of about At 60-80 ° C., the reaction is complete after about 30-60 minutes and after removal of the catalyst and concentration of the solution, the pure crystallizes on cooling N-D-ribityl-3,4-xylidine.

Während bei den bisher bekannten Verfahren fast ausschließlich die mit Nickel katalysierte Hydrierung verwendet wurde, wurde jetzt gefunden, daß die Hydrierung sehr vorteilhaft auch mit Palladium auf Kohle bei einem nur geringen Wasserstoffdruck von etwa 3 bar durchgeführt werden kann. Auch hier wird in einem Gemisch von Wasser mit einem niederen Alkohol bei erhöhter Temperatur von etwa 50 - 80 OC gearbeitet, wobei die Wasserstoffaufnahme nach etwa 2 - 3 Stunden beendet ist. Die Ausbeute ist vergleichbar mit der bei der Hochdruckhydrierung; Vorteile liegen jedoch einmal darin, daß die Investitionen für die Hydrieranlage wesentlich geringer sind und daß zum anderen der Katalysator quantitativ zurückgewonnen und erneut eingesetzt werden kann. Eine Nachreinigung der Abwässer zur Entfernung von Nickel ionen kann also unterbleiben. Nach Abtrennen des Katalysators durch Filtration kristallisiert beim Abkühlen der Lösung das reine N-D-Ribityl-3,4-xylidin in hoher Ausbeute und Reinheit.While in the previously known methods almost exclusively Nickel catalyzed hydrogenation has now been found to be the Hydrogenation is very advantageous, even with palladium on charcoal, at only a low level Hydrogen pressure of about 3 bar can be carried out. Again, in one Mixture of water with a lower alcohol at an elevated temperature of about 50 - 80 OC worked, the hydrogen uptake ended after about 2 - 3 hours is. The yield is comparable to that of high pressure hydrogenation; advantages However, once lies in the fact that the investment for the hydrogenation plant are significantly lower and that, on the other hand, the catalyst is recovered quantitatively and can be used again. Post-purification of the wastewater for removal nickel ions can therefore be omitted. After separating the catalyst by filtration When the solution cools, the pure N-D-ribityl-3,4-xylidine crystallizes to a high degree Yield and purity.

Das N-D-Ribityl-3,4-xylidin ist als Schlüsselprodukt bei der Riboflavinsynthese anzusehen, das auch bei den anderen bekannten Riboflavinsynthesen durchlaufen wird. Die Umsetzung dieses Zwischenproduktes zum Riboflavin erfolgt bekanntlich durch Azokupplung des Ribitylxylidins mit einem Benzoldiazonium-Salz und anschließender Umsetzung der Azoverbindung mit Barbitursäure. Diese Umsetzungen sind bekannt. Eine Literaturübersicht über diese Verfahren findet sich z.B.The N-D-ribityl-3,4-xylidine is a key product in riboflavin synthesis view, which is also run through in the other known riboflavin syntheses. As is known, this intermediate product is converted to riboflavin Azo coupling of ribitylxylidine with a benzene diazonium salt and then Implementation of the azo compound with barbituric acid. These conversions are known. One A review of the literature on these processes can be found e.g.

in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Band 17 (1968), S. 451.in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Volume 17 (1968), P. 451.

In der Regel wird dabei eine saure wässerige oder wässerig/alkoholische Lösung oder Suspension des N-D-Ribitylxylidins bei tiefer Temperatur mit Phenyldiazoniumchlorid versetzt und die gebildete Azoverbindung isoliert. Die anschließende Umsetzung mit Barbitursäure in essigsaurer Lösung liefert unter Abspaltung von Anilin Riboflavin, das gegebenenfalls durch Auflösen in wässeriger Salzsäure, Behandeln mit Wasserstoffperoxid und Ausfällen mit Wasser noch aufgereinigt werden kann.Usually it is acidic, aqueous or aqueous / alcoholic Solution or suspension of N-D-ribitylxylidine at low temperature with phenyldiazonium chloride added and the azo compound formed is isolated. The subsequent implementation with Barbituric acid in acetic acid solution provides riboflavin with elimination of aniline, optionally by dissolving in aqueous hydrochloric acid, treating with hydrogen peroxide and precipitates can still be purified with water.

Die Gesamtausbeute bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, ausgehend von D-Glucose, liegt über den bei den bekannten Verfahren erzielten Ausbeuten, sodaß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein sehr wertvolles neues Verfahren zur Herstellung von Riboflavin zur Verfügung steht.The overall yield in the process according to the invention, starting out of D-glucose, is above the yields achieved with the known processes, so that with the method according to the invention a very valuable new method of production of riboflavin is available.

Beispiel 1 a) Umsetzung von D-Glucose zu Natrium-D-gluconat.Example 1 a) Conversion of D-glucose to sodium D-gluconate.

In einem Fermenter werden 10 1 einer sterilen wässerigen Lösung, die 1,5 kg D-Glucose H20, 10 g Cornsteep-Trockensubstanz, 10 g Ammoniumdihydrogenphosphat, 10 g Kaliumdihydrogenphosphat, 5 g Magnesiumsulfat enthält und einen pH-Wert von 6,5 besitzt, bei einer Temperatur von 30 OC mit einer Schüttelkultur Acetobacter suboxydans ATCC 621 beimpft und unter Rühren belüftet. Durch Zudosieren von Natronlauge wird ein pH-Wert von 5,5 - 6,0 aufrechterhalten. Nach etwa 40 Stunden, wenn die Glucose vollständig zu Gluconat umgesetzt ist, wird gekühlt und zentrifugiert. Natriumgluconat kann durch Eindampfen der zentrifugierten Lösung in kristalliner Form mit über 90 % Ausbeute gewonnen werden. In a fermenter, 10 l of a sterile aqueous solution, the 1.5 kg D-glucose H20, 10 g Cornsteep dry matter, 10 g ammonium dihydrogen phosphate, Contains 10 g of potassium dihydrogen phosphate, 5 g of magnesium sulfate and a pH of 6.5, at a temperature of 30 OC with a shaking culture of Acetobacter suboxydans ATCC 621 inoculated and aerated with stirring. By adding caustic soda a pH of 5.5-6.0 is maintained. After about 40 hours when the Glucose is completely converted to gluconate, is cooled and centrifuged. Sodium gluconate can be obtained by evaporation of the centrifuged solution in crystalline form with over 90 % Yield can be obtained.

b) Umsetzung von Natrium-D-gluconat zu D-Arabinose.b) Conversion of sodium D-gluconate to D-arabinose.

Eine Lösung von 218 g Natrium-D-gluconat in 872 ml Wasser bzw. die entsprechende Menge der Fermentationslösung aus Beispiel la) wird auf 60 OC erhitzt und bei dieser Temperatur mit 532 ml einer Natriumhypochloritlösung mit einem Gehalt von 16 % (Gew./V) an aktivem Chlor versetzt, wobei durch gleichzeitige Zugabe von etwa 80 ml konzentrierter Salzsäure der pH-Wert konstant bei 4,5 - 5,0 gehalten wird. Danach wird die Lösung durch Elektrodialyse von Elektrolyten befreit. Dazu wird die Lösung im Kreislauf durch eine Elektrodialysezelle mit einer wirksamen Membranfläche von 500 cm2 gepumpt. Bei einer Spannung von 5 Volt und einer Stromstärke von 5 Ampere wird etwa 24 Stunden elektrolysiert bis die Arabinoselösung völlig chloridfrei und frei von ionogenen Nebenprodukten ist. A solution of 218 g of sodium D-gluconate in 872 ml of water or the The corresponding amount of the fermentation solution from example la) is heated to 60.degree and at that temperature with 532 ml of a sodium hypochlorite solution containing of 16% (w / v) of active chlorine added, with the simultaneous addition of About 80 ml of concentrated hydrochloric acid kept the pH constant at 4.5-5.0 will. After that the solution by electrodialysis of electrolytes freed. For this purpose, the solution is circulated through an electrodialysis cell with a effective membrane area of 500 cm2. At a voltage of 5 volts and one A current of 5 amperes is electrolyzed for about 24 hours until the arabinose solution is completely chloride-free and free of ionogenic by-products.

Durch Eindampfen und Ausrühren des Rückstandes mit Methanol können 110 g (73 %) kristalline D-Arabinose gewonnen werden. By evaporation and stirring the residue with methanol can 110 g (73%) of crystalline D-arabinose can be obtained.

c) Umsetzung von D-Arabinose zu D-Ribose.c) Conversion of D-arabinose to D-ribose.

Ein Lösung von 100 g D-Arabinose in 500 ml Wasser bzw. die entsprechende Menge Arabinose-Lösung aus Beispiel lb) wird unter Spülen mit Stickstoff auf 92 OC erwärmt und mit 1 g Molybdänsäure (handelsübliche Qualität, zum Großteil aus Ammoniummolybdat bestehend) 1 - 2 Stunden gerührt. Danach wird der Katalysator durch Elektrodialyse oder lonenaustausch (stark saurer und schwach basischer Austauscher) entfernt. Die Lösung wird zu einem noch etwa 10 % Wasser enthaltenden Sirup eingeengt und mit 200 ml Äthanol ausgerührt. Dabei kristallisieren 70 g D-Arabinose aus, die abgetrennt und erneut eingesetzt werden. A solution of 100 g of D-arabinose in 500 ml of water or the equivalent The amount of arabinose solution from Example 1b) is increased to 92 while flushing with nitrogen OC heated and 1 g of molybdic acid (commercial quality, mostly from Consisting of ammonium molybdate) for 1 - 2 hours. After that, the catalyst will through Electrodialysis or ion exchange (strongly acidic and weakly basic exchanger) removed. The solution is concentrated to a syrup which still contains about 10% water and stirred with 200 ml of ethanol. 70 g of D-arabinose crystallize out separated and reused.

Die wässerig/alkoholische Mutterlauge, die etwa 21 g D-Ribose, 3 g D-Arabinose, 3 g eines Gemisches aus D-Lyxose und D-Xylose und 3 g weitere Produkt enthält, kann zur Reingewinnung von D-Ribose uber einen mit Calcium- oder Bariumionen beladenen Kationenaustauscher chromatographiert werden. The aqueous / alcoholic mother liquor, which contains about 21 g of D-ribose, 3 g of D-arabinose, 3 g of a mixture of D-lyxose and D-xylose and 3 g of further product contains, can be used to obtain D-ribose via a calcium or barium ion loaded cation exchanger are chromatographed.

d) Umsetzung von D-Ribose zu N-D-Ribityl-3,4-xylidin Die alkoholische Mutterlauge aus Beispiel lc) wird mit dem gleichen Volumen Wasser verdünnt, mit 5 g Natriumacetat und Essigsäure auf pH 5,8 eingestellt, mit 30 g 4-Nitro-o-xylol und 15 g feuchtem Raney-Nickel versetzt, auf 80 OC erwärmt und bei einem Wasserstoffdruck von 50 bar 1/2 Stunde hydriert. Nach Filtration vom Katalysator und Abdampfen eines Teils des Äthanols kristallisieren beim Abkühlen 30 g N-D-Ribityl-3,4-xylidin aus.d) Conversion of D-ribose to N-D-ribityl-3,4-xylidine The alcoholic Mother liquor from Example lc) is diluted with the same volume of water with 5 g of sodium acetate and acetic acid adjusted to pH 5.8 with 30 g of 4-nitro-o-xylene and 15 g of moist Raney nickel are added, heated to 80 ° C. and under hydrogen pressure hydrogenated by 50 bar for 1/2 hour. After filtration from the catalyst and evaporation of one Part of the ethanol crystallizes out on cooling from 30 g of N-D-ribityl-3,4-xylidine.

Weiteres N-D-Ribityl-3,4-xylidin kann gewonnen werden durch Eindampfen der Mutterlauge, Ausrühren des Rückstands mit 10 %iger Salzsäure, wobei nur das leichtlösliche Hydrochlorid des Ribitylxylidins in Lösung geht, und Neutralisieren der vom Rückstand abgetrennten Lösung, wobei N-D-Ribityl-3,4-xylidin auskristallisiert. Additional N-D-ribityl-3,4-xylidine can be obtained by evaporation the mother liquor, stirring the residue with 10% hydrochloric acid, with only that easily soluble hydrochloride of Ribitylxylidins goes into solution, and neutralize the solution separated from the residue, with N-D-ribityl-3,4-xylidine crystallizing out.

e) Umsetzung von N-D-Ribityl-3,4-xylidin zu l-D-Ribitylamino-3, 4-dimethyl-6-phenylazobenzol Eine auf -5 OC gekühlte Suspension von 616 g Anilin, 1320 ml Wasser und 1732 ml 37%iger Salzsäure wird innerhalb einer Stunde mit einer Lösung von 456 g Natriumnitrit in 1140 ml Wasser versetzt. Die so erhaltene Diazoniumsalzlösung läßt man bei einer 0 Temperatur von max. 5 C innerhalb 1 Stunde zu einer Suspension zulaufen, die 1532 g N-D-Ribityl-3,4-xylidin, 2200 ml Wasser, 1800 ml 100%ige Essigsäure und 470 ml 37%ige Salzsäure enthält, wobei der pH-Wert durch gleichzeitige Zugabe von 32%iger Natronlauge konstant bei 1,5 gehalten wird. Nach einigem Nachrühren stellt man mit Natronlauge pH 3,5 ein, rührt die ausgefallenen Kristalle noch einige Stunden bei Raumtemperatur und saugt ab. Man erhält 2564 g Rohprodukt, das durch Umkristallisieren aus Äthanol gereinigt werden kann.e) Conversion of N-D-ribityl-3,4-xylidine to l-D-ribitylamino-3, 4-dimethyl-6-phenylazobenzene A suspension of 616 g of aniline, 1320 ml of water and 1732 ml, cooled to -5 OC 37% hydrochloric acid is mixed with a solution of 456 g of sodium nitrite within one hour added in 1140 ml of water. The diazonium salt solution thus obtained is left with a 0 temperature of max. 5 C within 1 hour to a suspension which 1532 g of N-D-ribityl-3,4-xylidine, 2200 ml of water, 1800 ml of 100% acetic acid and 470 ml Contains 37% hydrochloric acid, the pH value by simultaneous addition of 32% Sodium hydroxide solution is kept constant at 1.5. After stirring for a while, it is set with Sodium hydroxide solution pH 3.5, stir the precipitated crystals for a few hours Room temperature and sucks. 2564 g of crude product are obtained, which is obtained by recrystallization from ethanol can be cleaned.

f) Umsetzung von l-D-Ribitylamino-3,4-dimethyl-6-phenylazobenzol zu Riboflavin Eine Lösung von 35,9 g rohem 1-D-Ribitylamino-3,4-dimethyl-6-phenylazobenzol (erhalten nach Beispiel le) und 21,6 g Barbitursäure in 135 ml Dioxan und 25 ml Eisessig wird 16 Stunden gekocht. Nach dem Abkühlen wird das ausgefallene Riboflavin filtriert, mit 100 ml Wasser von 50 OC gewaschen und getrocknet, wobei man 32,7 g Rohriboflavin erhält.f) conversion of l-D-ribitylamino-3,4-dimethyl-6-phenylazobenzene to Riboflavin A solution of 35.9 g of crude 1-D-ribitylamino-3,4-dimethyl-6-phenylazobenzene (obtained according to Example le) and 21.6 g of barbituric acid in 135 ml of dioxane and 25 ml Glacial acetic acid is boiled for 16 hours. After cooling, the precipitated riboflavin becomes filtered, washed with 100 ml of water at 50 ° C. and dried, 32.7 g Rohriboflavin received.

Eine Aufreinigung kann so erfolgen, daß 100 g Rohriboflavin bei 50 OC in 130 ml 37%iger Salzsäure, 29 ml Wasser und 7,1 ml 35%igem Wasserstoffperoxid gelöst werden und die filtrierte Lösung mit 1144 ml Wasser eine Stunde auf 90 - 100 OC erhitzt wird. Purification can be carried out in such a way that 100 g of Rohriboflavin at 50 OC in 130 ml of 37% hydrochloric acid, 29 ml of water and 7.1 ml of 35% hydrogen peroxide be dissolved and the filtered solution with 1144 ml of water for one hour to 90 - 100 OC is heated.

Nach Abkühlen wird filtriert, mit 380 ml Wasser und 160 ml Methanol gewaschen und getrocknet, wobei 88,1 g reines Riboflavin erhalten werden. After cooling, it is filtered, with 380 ml of water and 160 ml of methanol washed and dried to give 88.1 g of pure riboflavin.

Gesamtausbeute der Stufen a - f, bezogen auf D-Glucose: 28 % der Theorie. Total yield of steps a - f, based on D-glucose: 28% of the Theory.

Beispiel 2 Es wird analog Beispiel 1 gearbeitet, anstelle der unter d) beschriebenen Hydrierung wird jedoch wie folgt verfahren: Eine Lösung von 5,243 kg Epimerengemisch aus Beispiel lc), das etwa 60 % Ribose enthält, und 5,442 kg 4-Nitro-oxylol in 72 1 50%igem wässerigem Methanol (v/v) wird mit 0,6 kg Palladium/Kohle-Katalysator bei einer Temperatur von etwa 62 OC und einem Wasserstoffdruck von 3 bar hydriert. Nach etwa 2,5 Stunden, wenn die Wasserstoffaufnahme beendet ist, wird filtriert und das Filtrat zur Kristallisation auf 0 0C gekühlt. Nach Abschleudern, Waschen und Trocknen erhält man insgesamt 4,2 kg N-D-Ribityl-3,4-xylidin. Example 2 The procedure is analogous to Example 1, instead of the under d) described hydrogenation is proceeded as follows: One Solution of 5.243 kg of epimer mixture from Example lc), which contains about 60% ribose, and 5.442 kg of 4-nitro-oxylene in 72 liters of 50% aqueous methanol (v / v) is made with 0.6 kg palladium / carbon catalyst at a temperature of about 62 ° C. and a hydrogen pressure hydrogenated by 3 bar. After about 2.5 hours, when hydrogen uptake ceases is, is filtered and the filtrate is cooled to 0 0C for crystallization. After being thrown off, Washing and drying give a total of 4.2 kg of N-D-ribityl-3,4-xylidine.

Der Katalysator ist nach Waschen mit Eisessig und Wasser wiederverwendbar.The catalyst can be reused after washing with glacial acetic acid and water.

Claims

Claims k y process for the production of riboflavin from D-glucose via N-D-ribityl-3,4-xylidine, characterized in that in per se known manner successively a) D-glucose to D-gluconic acid or an alkali gluconate oxidized, b) the gluconate thus obtained with the aid of hypochlorite in D-arabinose transferred, c) D-arabinose with a molybdenum (VI) compound converts into D-ribose, d) D-ribose hydrogenated in the presence of nitroxylene or xylidine, e) the obtained N-D-ribityl-3,4-xylidine by treatment with the corresponding diazonium salt L-D-Ribitylamino-3,4-dimethyl-6-phenylazobenzene converts and f) this azo compound converted into riboflavin by reaction with barbituric acid.

2. The method according to claim 1, characterized in that the D-gluconic acid at a pH of 4 - 6, a temperature of 30 - 90 OC and a gluconic acid concentration from 10 to 40% by weight by quickly adding an approximately 10 to 20% by weight hypochlorite solution is oxidized.

3. The method according to claim 1, characterized in that the D-arabinose with a molybdenum (VI) compound to one also containing D-arabinose and D-ribose Epimer mixture is implemented and the main amount of D-arabinose from the epimer mixture is separated.

4. The method according to claim 1, characterized in that for formation of N, D-ribityl-3,4-xylidine that obtained in the epimerization of D-arabinose Ribose-containing epimer mixture after coarse separation of D-arabinose in the presence of Nitroxylene or xylidine is hydrogenated and the N-D-ribityl-3, 4-xylidine by crystallization is won.

5. The method according to claim 4, characterized in that the hydrogenation at a temperature of 5e - 80 OC and a hydrogen pressure of about 3 bar with a palladium carbon catalyst is carried out.