DE4025962A1 - Pantolactone and beta-alanine prodn. from pantothenic acid solns. - esp. mother liquor from calcium D-pantothenate mfr., by treatment with acidic cation exchanger at elevated temp. - Google Patents
Pantolactone and beta-alanine prodn. from pantothenic acid solns. - esp. mother liquor from calcium D-pantothenate mfr., by treatment with acidic cation exchanger at elevated temp.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Pantolacton und β-Alanin aus Lösungen, die Calcium-D-pantothenat und ggf. Pantolacton und β-Alanin enthalten, insbesondere aus Mutterlaugen der Calcium-D-panto thenatherstellung.The invention relates to a process for the production of pantolactone and β-alanine from solutions containing calcium D-pantothenate and possibly pantolactone and Contain β-alanine, especially from mother liquors of calcium D-panto thenate production.
Pantothensäure wurde durch seine wachstumshemmende Wirkung bei Mikro organismen entdeckt. Sie kommt in der Natur überwiegend als Bestandteil von Coenzym A vor und findet in größerem Maßstab Verwendung als Futter mittelzusatz in der Tierernährung. Beispielsweise wird dieses Vitamin sehr häufig eingesetzt zur Verbesserung der Futterverwertung von Nutztieren und zur Verbesserung der Legetätigkeit von Hühnern. Aus anwendungstechnischen Gründen wird die Pantothensäure hauptsächlich in Form ihres Calciumsalzes in den Handel gebracht.Pantothenic acid has been shown to inhibit growth in micro organisms discovered. In nature it mainly comes as a component of coenzyme A and is used on a larger scale as feed additive in animal nutrition. For example, this vitamin becomes very often used to improve the feed conversion of farm animals and to improve the laying activity of chickens. From application technology Pantothenic acid is mainly found in the form of its calcium salt put on the market.
Calcium-D-pantothenat wird im allgemeinen durch Umsetzen von Calcium-β- alaninat und D-Pantolacton in siedendem Methanol oder Ethanol bzw. durch Umsetzen von β-Alanin, Calciumcarbid und Pantolacton in alkoholischer Lösung, insbesondere Methanol hergestellt (vgl. DDR-WP 86 232, BE 7 59 489 und SU 541-839).Calcium-D-pantothenate is generally made by reacting calcium-β- alaninate and D-pantolactone in boiling methanol or ethanol or by Converting β-alanine, calcium carbide and pantolactone into alcoholic Solution, especially methanol prepared (cf. DDR-WP 86 232, BE 7 59 489 and SU 541-839).
Bei der Umsetzung von D-Pantolacton mit Calcium-β-alaninat fällt nach der Kristallisation des Wertproduktes eine Mutterlauge an, die neben nicht auskristallisiertem Calcium-D-pantothenat noch unumgesetztes D-Pantolacton und/oder Calcium-β-alaninat enthalten kann. Die Zusammensetzung dieser Mutterlauge ist abhängig vom stöchiometrischen Verhältnis, in dem die beiden Edukte zueinander eingesetzt werden, vom Umsatz und von der Kristallisationsausbeute. Bisher wurde diese Mutterlauge mit einer starken Mineralsäure behandelt, wobei das nicht auskristallisierte Calcium-D- pantothenat zu D-Pantolacton und Alanin zersetzt wurde. Aus der so erhal tenen sauren Lösung wurde D-Pantolacton durch Extraktion mit einem orga nischen Lösungsmittel zurückgewonnen, β-Alanin verblieb in der wäßrigen Lösung und wurde verworfen. Extraktionen bereiten im großtechnischen Maß stab im allgemeinen Schwierigkeiten.In the implementation of D-pantolactone with calcium β-alaninate falls after the Crystallization of the product of value to a mother liquor, which besides not Calcium D-pantothenate which has crystallized out and still unreacted D-pantolactone and / or can contain calcium β-alaninate. The composition of this Mother liquor depends on the stoichiometric ratio in which the two starting materials are used to each other, from sales and from Yield of crystallization. So far this mother liquor has been used with a strong Treated mineral acid, the calcium D pantothenate to D-pantolactone and alanine was decomposed. From which you get The acidic solution was D-pantolactone by extraction with an orga African solvent recovered, β-alanine remained in the aqueous Solution and was discarded. Extractions prepare on an industrial scale general difficulties.
Es war daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe neben D-Pantolacton auch das β-Alanin auf möglichst einfache Weise aus der Mutterlauge zurückgewonnen werden kann. It was therefore the object of the invention to develop a method using whose help in addition to D-pantolactone also the β-alanine as simple as possible Way can be recovered from the mother liquor.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Gewinnung von Pantolacton und β-Alanin aus einer wäßrigen, alkoholischen oder wäßrig-alkoholischen Lösung, die Pantothensäure oder deren Salze enthält und die zusätzlich Pantolacton und/oder β-Alanin enthalten kann, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man diese Lösung bei Temperaturen von 60 bis 120°C, vorzugsweise 70 bis 90°C, mit einem stark sauren Kationenaus tauscher in der H⁺-Form behandelt, aus der behandelten Lösung das Panto lacton isoliert und das β-Alanin durch Eluieren des Ionenaustauschers mit einer verdünnten Lösung einer Base gewinnt.Accordingly, the invention relates to a method for obtaining of pantolactone and β-alanine from an aqueous, alcoholic or aqueous-alcoholic solution containing pantothenic acid or its salts and which may additionally contain pantolactone and / or β-alanine, the is characterized in that this solution at temperatures of 60 to 120 ° C, preferably 70 to 90 ° C, with a strongly acidic cation exchanger in the H⁺ form, the Panto from the treated solution lactone isolated and the β-alanine by eluting the ion exchanger with a dilute solution of a base.
Als wäßrige, alkoholische oder wäßrig-alkoholische Lösung, die Pantothen säure oder deren Salze enthält und die zusätzlich Pantolacton und/oder β-Alanin enthalten kann, kommen hauptsächlich Mutterlaugen der Herstellung von Pantothensäure oder einem Pantothenat in Betracht, wie sie bei der Umsetzung von Pantolacton mit β-Alanin in einem C1- bis C4-Alkohol, insbesondere Methanol oder Ethanol und ggf. Einengen und Versetzen des Rückstandes mit Wasser anfallen.The aqueous, alcoholic or aqueous-alcoholic solution which contains pantothenic acid or its salts and which may additionally contain pantolactone and / or β-alanine, mainly mother liquors for the preparation of pantothenic acid or a pantothenate, as used in the reaction of pantolactone with β-alanine in a C 1 - to C 4 alcohol, in particular methanol or ethanol and, if appropriate, concentrating and adding water to the residue.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn man die oben beschriebene Lösung ggf. nach vorherigem Erwärmen durch eine beheizte, den stark sauren Ionenaustauscher enthaltende Säule leitet.The method according to the invention is particularly advantageous if the solution described above, if necessary after prior heating by a heated column containing the strongly acidic ion exchanger.
Die erforderlichen Reaktionstemperaturen von 60 bis 120°C, vorzugsweise 70 bis 90°C, können hierbei durch Vorheizen der Mutterlauge und/oder durch Beheizen der Ionenaustauschersäule erzielt werden. Bei Verwendung von niedrigsiedenden Alkanolen, wie Methanol kann es von Vorteil sein, die Reaktion bei Drucken von Normaldruck bis zu 20 bar durchzuführen.The required reaction temperatures of 60 to 120 ° C, preferably 70 up to 90 ° C, can be done by preheating the mother liquor and / or Heating the ion exchange column can be achieved. When using low-boiling alkanols, such as methanol, can be beneficial to the Carry out reaction at pressures from normal pressure up to 20 bar.
Als stark saure Kationenaustauscher eignen sich in erster Linie Kunstharz- Ionenaustauscher, d. h. hochpolymere räumliche Netzwerke aus Kohlenstoff ketten (Matrix) in Gelstruktur, die als ladungstragende Gruppen (Fest ionen) -SO₃⊖-Gruppen oder -SO₃⊖- und -O⊖-Gruppen enthalten. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um handelsübliche Kationenaustauscher auf der Basis von Polystyrolsulfonsäureharzen oder Phenolsulfonsäureharzen, die z. B. unter folgenden Handelsnamen bekannt sind: Lewatit® S 100, Lewatit S 115, Lewatit PN, MDS® 1368, Amberlite® IR 120, Amberlite IR 200, Amberlyst® 15, Dowex® 50, Permutit® RS, Wofatit® KPS 200, Duolite® C-3, Duolite C-10, Duolite C-25, Wofatit F, Wofatit D, Wofatit P, Zeoxex® (Zeokarb® H), Nalcite® HCR, Nalcite HGR, Nalcite HDR, Permutit® Q und Permutit RS. Die Austauscher werden in der sogenannten H⁺-Form eingesetzt, d. h. sie werden jeweils mit (Mineral-)Säuren vorbehandelt bzw. regeneriert. As a strongly acidic cation exchanger, synthetic resin Ion exchanger, d. H. highly polymeric spatial networks made of carbon chains (matrix) in gel structure, which act as charge-bearing groups (solid contain ions) -SO₃⊖ groups or -SO₃⊖ and -O⊖ groups. It deals are essentially commercially available cation exchangers on the Basis of polystyrene sulfonic acid resins or phenolsulfonic acid resins, the e.g. B. are known under the following trade names: Lewatit® S 100, Lewatit S 115, Lewatit PN, MDS® 1368, Amberlite® IR 120, Amberlite IR 200, Amberlyst® 15, Dowex® 50, Permutit® RS, Wofatit® KPS 200, Duolite® C-3, Duolite C-10, Duolite C-25, Wofatit F, Wofatit D, Wofatit P, Zeoxex® (Zeokarb® H), Nalcite® HCR, Nalcite HGR, Nalcite HDR, Permutit® Q and Permutite RS. The exchangers are used in the so-called H⁺ form, d. H. they are pretreated with (mineral) acids or regenerates.
Das in der Lösung enthaltene oder gebildete Pantolacton wird als nicht ionische Verbindung nicht von dem Kationenaustauscher adsorbiert, sondern verbleibt in der Lösung bzw. wird nahezu quantitativ als erstes mit dem verwendeten protischen Lösungsmittel eluiert. Nach dem Eindampfen des Eluats verbleibt reines Pantolacton als Rückstand.The pantolactone contained or formed in the solution is considered not ionic compound not adsorbed by the cation exchanger, but remains in the solution or is almost quantitative first with the protic solvent used eluted. After evaporating the Eluats remains pure pantolactone as a residue.
Nach Abtrennen des Kationenaustauschers bzw. nach vollständigem Eluieren
des Pantolactons mit Wasser oder einem C1- bis C4-Alkanol wird der Ionen
austauscher mit einer verdünnten wäßrigen Lösung einer starken oder
schwachen Base behandelt, wodurch das in der Ammoniumform vorliegende,
ionisch gebundene β-Alanin in die zwitterionische oder die anionische und
damit eluierbare Form überführt wird. Diese Elution des β-Alanins kann
beispielsweise mit
1-2 n wäßriger Lösung von Alkali- oder Erdalkalihydroxiden,
1-2 n wäßriger Ammoniak-Lösung oder
1-2 n wäßrigen Lösungen von primären, sekundären oder tertiären Aminen, wie
Methyl- oder Ethylamin, Dimethyl- oder Diethylamin oder auch mit
Trimethyl- oder Triethylamin
durchgeführt werden. Mit besonderem Vorteil
arbeitet man mit verdünnter wäßriger Ammoniak-Lösung. Beim Eindampfen des
Eluats verbleibt ein Rückstand aus sehr reinem β-Alanin in guter Ausbeute.
Das so zurückgewonnene β-Alanin kann auf einfache Weise durch Umsetzen mit
Calciumoxid oder Calciumhydroxid wieder in das als Ausgangsverbindung
eingesetzte Calcium-β-alaninat überführt werden.After the cation exchanger has been separated off or the pantolactone has been completely eluted with water or a C 1 -C 4 -alkanol, the ion exchanger is treated with a dilute aqueous solution of a strong or weak base, as a result of which the ionically bound β- Alanine is converted into the zwitterionic or the anionic and thus elutable form. This elution of the β-alanine can, for example, with
1-2 n aqueous solution of alkali or alkaline earth hydroxides,
1-2 n aqueous ammonia solution or
1-2 n aqueous solutions of primary, secondary or tertiary amines, such as methyl or ethylamine, dimethyl or diethylamine or with trimethyl or triethylamine
be performed. It is particularly advantageous to work with dilute aqueous ammonia solution. When the eluate is evaporated, a residue of very pure β-alanine remains in good yield. The β-alanine thus recovered can be easily converted back into the calcium β-alaninate used as the starting compound by reaction with calcium oxide or calcium hydroxide.
Die Regenerierung des stark sauren Ionenaustauschers wird im allgemeinen mit etwa 2 n wäßriger Salzsäure durchgeführt. 2 n Schwefelsäure ist nicht geeignet, da mit Schwefelsäure Calciumsulfat auf der Säule ausfällt und diese verstopft. Die Salzsäure verwendet man im allgemeinen in Mengen von zwei- bis dreimal des Volumens des Ionenaustauschers, d. h. 2-3 Bett volumina der Ionenaustauschersäule.The regeneration of the strongly acidic ion exchanger is generally performed with about 2N aqueous hydrochloric acid. 2 n is not sulfuric acid suitable because calcium sulfate precipitates on the column with sulfuric acid and it clogged. The hydrochloric acid is generally used in amounts of two to three times the volume of the ion exchanger, d. H. 2-3 bed volumes of the ion exchange column.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können sowohl Pantolacton als auch β-Alanin auf einfache Weise aus Mutterlaugen der Calciumpantothenat gewinnung in sehr guten Ausbeuten und in reiner Form zurückgewonnen werden.With the aid of the method according to the invention, both pantolactone and also β-alanine in a simple manner from mother liquors of calcium pantothenate recovery in very good yields and in pure form will.
Eine Mutterlauge aus der Calcium-D-pantothenat-Herstellung gemäß Liebig′s Annalen 1978 S. 1024, bes. 1027, wurde eingeengt und der Rückstand bei 50°C unter vermindertem Druck (Wasserstrahlpumpe) getrocknet. 122 g (0,256 mol, berechnet als Calcium-D-pantothenat) davon wurden in 700 ml Wasser aufgenommen und die Lösung dann bei 70°C mit einer Geschwindigkeit von 15 ml/min auf eine Ionenaustauschersäule, die mit 640 ml Lewatit S 100 (H⁺-Form) gefüllt war, aufgebracht. Danach wurde mit 500 ml Wasser nachgespült. Nach Eindampfen des so erhaltenen Eluats verblieben 62 g (0,476 mol) D-Pantolacton, was einer Ausbeute von 96% d. Theorie entspricht. Anschließend wurden 1500 ml einer 2 n Ammoniak-Lösung auf die Säule gegeben und so das β-Alanin eluiert. Nach Eindampfen des so erhaltenen Eluats verblieben 42 g (0,471 mol) β-Alanin, was einer Ausbeute von 92% der Theorie entspricht.A mother liquor from calcium D-pantothenate production according to Liebig's Annalen 1978 p. 1024, esp. 1027, was concentrated and the residue at 50 ° C dried under reduced pressure (water jet pump). 122 g (0.256 mol, calculated as calcium D-pantothenate) of which were in 700 ml Water absorbed and then the solution at 70 ° C at a rate from 15 ml / min to an ion exchange column, which is filled with 640 ml Lewatit S 100 (H⁺ shape) was filled, applied. Then was with 500 ml of water rinsed. After evaporation of the eluate thus obtained, 62 g remained (0.476 mol) D-pantolactone, which gives a yield of 96% of theory. theory corresponds. Then 1500 ml of a 2N ammonia solution were placed on the Given column and so the β-alanine eluted. After evaporating the like obtained eluate remained 42 g (0.471 mol) of β-alanine, which is a yield of 92% of theory.
Zum Schluß wurde die Säule durch Spülen mit 2000 ml einer 2 n Salzsäure regeneriert.Finally, the column was rinsed with 2000 ml of 2N hydrochloric acid regenerates.
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1990
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