DE4011334C2 - Verfahren zur Isolierung von Indol und Einschluß-Komplexierungsmittel zur Verwendung bei der Isolierung von Indol - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten Isolierung von Indol, das als Parfüm und als Ausgangsstoff für chemische Synthesen wertvoll ist, aus einem Indol enthaltenden Gemisch wie Steinkohlenteer, und ein Einschluß-Komplexierungsmittel zur Verwendung bei der Isolierung von Indol.

Indol ist eine wichtige Substanz, nicht nur als Parfüm, sondern auch als Ausgangsstoff für die Synthese von Arzneimitteln, Agrochemikalien, Farbstoffen etc. Indol kommt in der Natur in einer Fraktion des Steinkohlen­ teers vor. Der größte Teil des gegenwärtig in Japan im Handel erhältlichen Indols wird jedoch durch chemische Synthese gewonnen, wobei die überwiegend angewandte Methode die Reaktion von Anilin mit Ethylenoxid zu N-β-Hydroxyethylanilin und die Wasserabspaltungsreaktion aus N-β-Hydroxyethylanilin mittels geschmolzenem Zink­ chlorid oder dergleichen unter Erhitzen umfaßt, wobei Indol gebildet wird.

Ungeachtet dessen umfaßt das Verfahren der Gewinnung von Indol durch Isolierung desselben aus einer Steinkohlen­ teer-Fraktion, das seit alters her angewandt wird, die Reaktion von Indol mit metallischem Natrium oder der­ gleichen zur Herstellung eines Salzes des Indols und die nachfolgende Isolierung des Salzes und dessen an­ schließende Zersetzung mit Wasser. In neuerer Zeit wurden jedoch in Patentanmeldungen mehrere neue Methoden zur Isolierung des Indols aus einem Indol-haltigen Ge­ misch vorgeschlagen. Zu prinzipiellen Methoden der gerade hiervor beschriebenen Art zählen Verfahren, bei denen Zeolith als Adsorbens zur Abtrennung von Indol eingesetzt wird, während Acetonitril oder dergleichen als entwickelndes Lösungsmittel verwendet wird (siehe die JP-OS 88 465/1984 und 1 64 775/1984), und Verfah­ ren, die den Kontakt eines Indol-haltigen Gemischs mit einer Säure zur Bildung eines Oligomer-Salzes des Indols, die Abtrennung des Oligomer-Salzes mit dessen Entfernung aus der Säure und die thermische Zersetzung des Oligomer-Salzes zur Gewinnung des Indols umfassen (siehe die JP-OS 2 49 967/1987, 2 49 968/1987 und 2 65 261/1987).

Keines dieser Verfahren ist wirtschaftlich zur Isolierung von Indol aus einem Indol-haltigen Gemisch einsetzbar, da diese Verfahren sehr hohe Isolierungs­ kosten benötigen, aufwendige Operationen einschließen und/oder große Mengen an Energie verbrauchen.

Aufgrunddessen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfin­ dung, ein neues und wirtschaftliches Verfahren verfügbar zu machen, das befähigt ist, Indol als wertvollen, in einem organischen Gemisch wie Steinkohlenteer enthalte­ nen Bestandteil aus dem organischen Gemisch unter Ein­ satz eines substituierten α-Cyclodextrins hochgradig selektiv zu isolieren, das unter dem Gesichtspunkt einer Verbesserung der Löslichkeit des α-Cyclodextrins in Wasser hergestellt worden ist. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mittel bereitzu­ stellen, das zur Isolierung von Indol nützlich ist.

Unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Isolierung von Indol aus einem Indol ent­ haltenden Gemisch verfügbar gemacht, das gekennzeichnet ist durch den Schritt des In-Berührung-Bringens eines Indol enthaltenden Gemischs mit einem substituierten α-Cyclodextrin in Form eines α-Cyclodextrins, in dem das Wasserstoff-Atom wenigstens einer seiner Hydroxyl- Gruppen mit wenigstens einem Substituenten substituiert ist, der aus der aus einer Glucosyl-Gruppe, einer Maltosyl-Gruppe, Maltooligosaccharid-Resten, einer Hydroxyethyl-Gruppe, einer Hydroxypropyl-Gruppe, einer Methyl-Gruppe, einer Sulfon-Gruppe und Carboxyalkyl- Gruppen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, zur Bildung eines Einschluß-Komplexes des substituierten α-Cyclo­ dextrins mit dem darin eingeschlossenen Indol und den Schritt des Extrahierens des Indols aus dem oben erwähn­ ten Einschluß-Komplex.

Unter einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Einschluß-Komplexierungsmittel zur Verwendung bei der Isolierung von Indol verfügbar gemacht, das ein substituiertes α-Cyclodextrin in Form eines α-Cyclo­ dextrins ist, in dem das Wasserstoff-Atom wenigstens einer seiner Hydroxyl-Gruppen mit wenigstens einem Sub­ stituenten substituiert ist, der aus der aus einer Glucosyl-Gruppe, einer Maltosyl-Gruppe, Maltooligo­ saccharid-Resten, einer Hydroxyethyl-Gruppe, einer Hydroxypropyl-Gruppe, einer Methyl-Gruppe, einer Sulfon- Gruppe und Carboxyalkyl-Gruppen bestehenden Gruppe aus­ gewählt ist.

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im einzelnen be­ schrieben.

Mittel, die für die Isolierung von Indol gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind substituierte α-Cyclodextrine in Form eines α-Cyclodextrins, in dem das Wasserstoff-Atom wenigstens einer seiner Hydroxyl- Gruppen mit wenigstens einem Substituenten substituiert ist, der aus der aus einer Glucosyl-Gruppe, einer Maltosyl-Gruppe, Maltooligosaccharid-Resten, einer Hydroxyethyl-Gruppe, einer Hydroxypropyl-Gruppe, einer Methyl-Gruppe, einer Sulfon-Gruppe und Carboxyalkyl- Gruppen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dahingehenden Befunden der Erfinder, daß Einschluß-Komplexe solcher substituierten α-Cyclodextrine mit darin eingeschlosse­ nem Indol, im Vergleich zu denjenigen anderer Dextrine und deren substituierter Derivate, eine derart hohe Lös­ lichkeit in Wasser besitzen, daß im Laufe der Extraktion derselben kein Niederschlag entsteht, was eine vorteil­ hafte Vereinfachung der Extraktionsoperation ermöglicht, und daß die oben erwähnten Einschluß-Komplexe substitu­ ierter α-Cyclodextrine mit darin eingeschlossenem Indol, im Vergleich zu Einschluß-Komplexen solcher substituier­ ten α-Cyclodextrine mit anderen organischen Verbindun­ gen, eine derartig hohe Bildungskonstante besitzen, daß diese es ermöglicht, daß das in einem Indol-haltigen Gemisch enthaltene Indol mit Hilfe irgendeines der oben genannten Einschluß-Komplexe selektiv aus dem Gemisch extrahiert wird, um seine Isolierung zu bewirken. Wie­ wohl der Einsatz solcher substituierter α-Cyclodextrine, insbesondere von Glucosyl-α-cyclodextrin und Maltosyl- α-cyclodextrin, zur Bildung von Einschluß-Komplexen derselben, auf dem Gebiet von Lebensmitteln und der­ gleichen bereits genutzt wird, gibt es keinerlei Fälle wie den in der vorliegenden Erfindung, bei denen die Fähigkeiten solcher substituierter α-Cyclodextrine, einen Einschluß-Komplex zu bilden, jemals mit der Blick­ richtung darauf genutzt worden wären, irgendeine spezielle Verbindung aus einem verwickelten, aus vieler­ lei Komponenten bestehenden Gemisch zu isolieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein oben genanntes substituiertes α-Cyclodextrin in Wasser gelöst, um eine wäßrige Lösung desselben herzustellen; zu dieser wird dann ein Indol enthaltendes Gemisch wie eine Steinkoh­ lenteer-Fraktion hinzugefügt, und das resultierende Gemisch wird kräftig gerührt. Die Konzentration des sub­ stituierten α-Cyclodextrins in der oben genannten wäßri­ gen Lösung beträgt geeigneterweise 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf Wasser, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.-%, bezogen auf Wasser. Nebenbei bemerkt, die Verwendung eines unsubstituierten α-Cyclodextrins oder eines anderen solchen substituierten α-Cyclodextrins zur Bildung eines Einschluß-Komplexes desselben mit Indol, der eine Löslichkeit in Wasser von weniger als 5 Gew.-% hat, verursacht in nachteiliger Weise, daß dessen Ein­ schluß-Komplex mit Indol im Laufe der Bildung jenes Einschluß-Komplexes ausfällt, oder erzwingt in nach­ teiliger Weise die Bildung des oben bezeichneten Ein­ schluß-Komplexes bei einer sehr niedrigen Konzentration des unsubstituierten oder substituierten α-Cyclo­ dextrins. Im Gegensatz dazu können die oben bezeichneten substituierten α-Cyclodextrine, wie sie in der vorlie­ genden Erfindung spezifiziert sind, ohne jegliche der­ artige Nachteile verwendet werden.

Das Mischungsverhältnis der wäßrigen Lösung des substi­ tuierten α-Cyclodextrins zu dem Indol-haltigen Gemisch ist derart, daß die Stoffmenge (molare Menge) des sub­ stituierten α-Cyclodextrins vorzugsweise ein- bis zehnmal so groß ist wie diejenige des in dem Gemisch enthaltenen Indols. Das Rühren kann so kräftig wie möglich einige zehn Minuten bis mehrere Stunden durch­ geführt werden. Die Einschluß-Reaktion kann bei gewöhn­ lichen Temperaturen durchgeführt werden, wird jedoch unter dem Gesichtspunkt der Reaktionsgeschwindigkeit vorzugsweise unter Bedingungen des Erwärmens auf etwa 30°C bis etwa 45°C durchgeführt. Nach Beendigung der Reaktion erfolgt die Öl-Wasser-Trennung der Reaktions­ mischung nach einer geeigneten Methode; zu Beispielen hierfür zählen die Zentrifugal-Trennung, die 5 bis 10 min fortgeführt werden kann, und solche anderen bekannten Methoden, wie sie in der Flüssig-Flüssig- Extraktion zur Verbesserung der Abtrennbarkeit einer Öl-Schicht von einer Wasser-Schicht benutzt werden, z. B. eine Methode, bei der Salz zu einer Reaktionsmischung hinzugefügt wird.

Die Isolierung des Indols aus dem oben bezeichneten, in der Wasser-Schicht gelösten Einschluß-Komplex kann erfolgen durch Zugabe eines flüchtigen organischen Lösungsmittels wie Ethylether zu der Wasser-Schicht und Schütteln der resultierenden Mischung, um das Indol in die organische Schicht hinein zu extrahieren. Alternativ kann die wäßrige Lösung des Einschluß-Komplexes erhitzt werden, um das Indol aus dem Einschluß-Komplex zu dis­ soziieren, worauf die Extraktion des dissoziierten Indols mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel wie Hexan erfolgt. In beiden Fällen liegt die resultie­ rende Wasser-Schicht in Form einer transparenten wäßri­ gen Lösung des substituierten α-Cyclodextrins vor. Zur Gewinnung des Indols wird das organische Lösungsmittel aus der resultierenden, das extrahierte Indol enthalten­ den organischen Schicht verdampft.

Wenn die Isolierung des Indols vermittels einer einzigen Einschluß-Reaktion insofern ungenügend ist, daß das isolierte Indol andere Komponenten enthält, die mit ihm vermischt sind, kann das die anderen Komponenten enthal­ tende Indol, das nach der Extraktion in die organische Schicht gewonnen und dann durch Verdampfen des organi­ schen Lösungsmittels gemäß der im Vorstehenden beschrie­ benen Arbeitsweise isoliert worden ist, als Ausgangs­ stoff eingesetzt werden, der nochmals der Einschluß- Reaktion des Indols mit dem substituierten α-Cyclo­ dextrin unterworfen wird, um die Reinheit des Indols zu erhöhen.

Die Moleküle des in der vorliegenden Erfindung verwende­ ten substituierten α-Cyclodextrins selbst erleiden während des gesamten vorhergehenden Verfahrens keinerlei Zersetzung. Dementsprechend kann das benutzte substitu­ ierte α-Cyclodextrin nach der Rückgewinnung wiederver­ wendet werden.

Die Nutzung des substituierten α-Cyclodextrins als Einschluß-Komplexierungsmittel zur Isolierung von Indol gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Isolierung von Indol aus der oben erwähnten Steinkohlen­ teer-Fraktion beschränkt und kann ebenso auf die Isolie­ rung von Indol aus einer breiten Vielfalt von Gemischen, die Indol enthalten, angewandt werden. Beispiele für solche Mischungen umfassen Indol enthaltende Kohlen­ wasserstoff-Gemische oder andere Mischungen von Indol mit einer oder mehreren organischen Verbindungen wie Alkohol(en), Ester(n) und/oder Carbonsäure(n).

Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfin­ dung im einzelnen, ohne jedoch den Umfang der vorliegen­ den Erfindung zu beschränken.

Beispiel 1

0,05 ml eines Öl-Materials, hergestellt durch Waschen einer Steinkohlenteer-Fraktion, die durch fraktionierte Destillation im Temperatur-Bereich von 240°C bis 270°C erhalten wurde, mit einer wäßrigen Lösung von Schwefel­ säure und dann mit einer wäßrigen Lösung von Natrium­ hydroxid, wurden zu 5 ml einer wäßrigen Lösung mit 10 Gew.-% Monomaltosyl-α-cyclodextrin hinzugefügt. Das resultierende Gemisch wurde 2 h bei 25°C gerührt. Danach wurde die Mischung 10 min einer Zentrifugal- Trennung bei 2 500 UpM unterworfen. Die resultierende Wasser-Schicht wurde von der organischen Schicht abge­ trennt und durch Schütteln mit Ethylether vermischt. Der Ethylether wurde aus der resultierenden Ethylether- Schicht abgedampft, wonach eine organische Substanz erhalten wurde.

Tabelle 1 zeigt Änderungen in den Anteilen der Haupt­ bestandteile in diesem Beispiel, die die Ergebnisse von Analysen durch Kapillar-Gaschromatographie sind. Die Zahlen in Tabelle 1 bezeichnen die Prozentzahlen der Komponenten, angegeben als Prozentsatz der der jeweili­ gen Komponente zugeordneten Fläche eines Peaks zu der Gesamt-Fläche sämtlicher Peaks.

Tabelle 1

Änderungen der Anteile der Komponenten durch Einschluß- Reaktion

Beispiel 2

0,05 ml einer Steinkohlenteer-Fraktion, die durch frak­ tionierte Destillation im Temperatur-Bereich von 240°C bis 270°C erhalten wurde, wurden zu 5 ml einer wäßrigen Lösung mit 10 Gew.-% Monomaltosyl-α-cyclodextrin hin­ zugefügt. Danach wurde im wesentlichen die gleiche Arbeitsweise wie in Beispiel 1 wiederholt. Die Ergeb­ nisse sind in Tabelle 2 aufgeführt, in der die Zahlen die gleichen Bedeutungen wie in Tabelle 1 haben.

Tabelle 2

Änderungen der Anteile der Komponenten durch Einschluß- Reaktion

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Indol in hohem Maße selektiv aus einem Indol enthaltenden Gemisch mit Hilfe einer Einschluß-Reaktion und einem Arbeitsgang der Extraktion ohne Ausfällung eines Indol-Einschluß-Kom­ plexes isoliert werden.

Ein substituiertes α-Cyclodextrin, das zur Isolierung von Indol vermittels einer Einschluß-Reaktion desselben mit Indol und eines Arbeitsganges der Extraktion verwen­ det wurde, kann bei der Isolierung von Indol wiederholt verwendet werden. Dies, gekoppelt mit einem vereinfach­ ten Arbeitsgang der Extraktion, vermag die Kosten der Isolierung des Indols zu senken.

Claims (3)

1. Verfahren zur Isolierung von Indol aus einem Indol ent­ haltenden Gemisch, gekennzeichnet durch den Schritt des In-Berührung-Bringens eines Indol enthaltenden Gemischs mit einem substituierten α-Cyclodextrin in Form eines α-Cyclodextrins, in dem das Wasserstoff-Atom wenigstens einer seiner Hydroxyl-Gruppen mit wenigstens einem Sub­ stituenten substituiert ist, der aus der aus einer Glucosyl-Gruppe, einer Maltosyl-Gruppe, Maltooligo­ saccharid-Resten, einer Hydroxyethyl-Gruppe, einer Hydroxypropyl-Gruppe, einer Methyl-Gruppe, einer Sulfon- Gruppe und Carboxyalkyl-Gruppen bestehenden Gruppe aus­ gewählt ist, zur Bildung eines Einschluß-Komplexes des substituierten α-Cyclodextrins mit dem darin einge­ schlossenen Indol und den Schritt des Extrahierens des Indols aus dem Einschluß-Komplex.

2. Verfahren zur Isolierung von Indol nach Anspruch 1, worin das das Indol enthaltende Gemisch eine Fraktion des Steinkohlenteers ist.

3. Einschluß-Komplexierungsmittel zur Verwendung bei der Isolierung von Indol, das ein substituiertes α-Cyclo­ dextrin in Form eines α-Cyclodextrins ist, in dem das Wasserstoff-Atom wenigstens einer seiner Hydroxyl- Gruppen mit wenigstens einem Substituenten substituiert ist, der aus der aus einer Glucosyl-Gruppe, einer Malto­ syl-Gruppe, Maltooligosaccharid-Resten, einer Hydroxy­ ethyl-Gruppe, einer Hydroxypropyl-Gruppe, einer Methyl- Gruppe, einer Sulfon-Gruppe und Carboxyalkyl-Gruppen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.