DE60123046T2

DE60123046T2 - Ein lösungsmittelaustauschverfahren

Info

Publication number: DE60123046T2
Application number: DE60123046T
Authority: DE
Inventors: Allen Nick Fall Branch COLLINS; Thomas Steven Kingsport PERRI
Original assignee: Eastman Chemical Co
Current assignee: Eastman Chemical Co
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2021-05-26
Also published as: CN1433394A; JP2003535837A; EP1286944A2; US6320061B1; WO2001094288A3; WO2001094288A2; DE60123046D1; ATE339399T1; MXPA02011952A; BR0111412A; EP1286944B1

Description

Anerkenntnis
Diese Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung der Vereinigten Staaten unter der Forschungszusammenarbeitsvereinbarung Nr. 70NANB5H1138, verliehen durch das Advanced Technology Program of the National Institute of Standards and Technology, bewerkstelligt. Die Regierung der Vereinigten Staaten hat gewisse Rechte an der Erfindung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lösungsmittelaustauschverfahren und in einer Ausführungsform ein Verfahren, das imstande ist, eine organische Säure, wie Ascorbinsäure, von einer alkoholischen Phase abzutrennen.
Stand der Technik
Versuche, eine organische Säure von einer alkoholischen Phase, in der die Säure vorliegt, effizient und wirksam abzutrennen, haben sich als recht ineffizient herausgestellt. Insbesondere betrifft ein Gebiet, in dem diese Unzulänglichkeiten besonders offensichtlich waren, die Herstellung von Ascorbinsäure.
L-Ascorbinsäure (Vitamin C) wird ausgehend von Glucose oder Sorbose kommerziell durch chemische Fermentationsverfahren hergestellt. Ein herkömmliches während des Fermentationverfahrens erzeugtes Zwischenprodukt ist 2-Keto-L-gulonsäure oder seine geschützte Form der Diaceton-2-keto-L-gulonsäure. Im Falle der 2-Keto-L-gulonsäure betrifft ein Verfahren die Veresterung des Zuckers mit Methanol, gefolgt von der Cyclisierung unter Verwendung von stöchiometrischen Mengen einer Base. Dieses Verfahren hat sich aus dem ursprünglichen Reichstein-Verfahren (T. Reichstein, A. Grussner, Helv. Chim. Acta 17, S. 311, 1934) entwickelt.
Kürzlich erfolgte Modifikationen des Reichstein-Verfahrens haben mit der Berichterstattung über alternative Fermentationsverfahren zur Herstellung von 2-Keto-L-gulonsäure direkt aus Glukose oder Sorbose an Bedeutung gewonnen. Diese Verfahren haben einige der chemischen Verfahrensschritte vor der Herstellung von 2-Keto-L-gulonsäure in dem Reichstein-Verfahren beseitigt oder entfernt. Jedoch haben diese Verfahren die Trennung und Reinigung der Ascorbinsäure von ihrer alkoholischen oder wässrig-alkoholischen Lösung erforderlich gemacht, wobei alle von einem Alkalimetallascorbat ausgehen.
Die Veresterungs- und Cyclisierungsverfahren, die im Stand der Technik verwendet wurden, verwendeten ein organisches Lösungsmittel in dem Cyclisierungsschritt und schließen daher letztendlich eine Isolation entweder eines festen Alkaliascorbats oder der festen Ascorbinsäure durch Lösen des Feststoffes in Wasser mit anschließender Kristallisation aus Wasser ein. Eine typische Anordnung ist durch die 1 dargestellt, in der der Zufuhrstrom Ascorbinsäure in einer alkoholischen Phase betrifft. Die Feststoffe werden durch eine Reihe von Kristallisationsschritten entfernt und schließlich in Wasser gelöst und daraus umkristallisiert, um das gewünschte Endprodukt zur Verfügung zu stellen.
Wie ersichtlich ist, erfordert diese Reihe an Verfahrensschritten ein komplexes Trennsystem. Vorrichtungen zur Handhabung von flüssigen und festen Systemen, wie Kristallisatoren, werden benötigt, um von dem organischen Lösungsmittel auf ein auf Wasser basierendes Lösungsmittelsystem umzustellen, weiter wird eine ähnliche Vorrichtung zur Handhabung von flüssigen und festen Systemen zur Isolation der gereinigten Ascorbinsäure aus dem Wasser benötigt. Solche Komplexitäten erhöhen stark die Kosten des Gesamtverfahrens.
Somit besteht immer noch ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur effizienteren Entfernung von Säuren und insbesondere von Ascorbinsäure aus alkoholischen Phasen, wodurch das gesamte Reinigungs- und das Rückgewinnungsverfahren sowohl einfacher als auch kostengünstiger gestaltet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung basiert, zumindest teilweise, auf der überraschenden Erkenntnis, dass Wasser effektiv für ein alkoholisches Lösungsmittel ausgetauscht werden kann. Dies ermöglicht ein Verfahren zur Rückgewinnung einer Säure oder eines Salzes davon aus einem Alkohollösungsmittel ohne das Durchschreiten der Isolierung der Feststoffe. Aufgrund dieser Tatsache kann ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, welches imstande ist, einen ökonomischeren Ablauf und ein stärker integrierten kontinuierlichen Arbeitsablauf zur Verfügung zu stellen.
Ein Beispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung schließt die Kontaktierung einer alkoholischen Phase, enthaltend ein oder mehrere organische Säure(n) oder (ein) Metallsalz(e) davon, mit Wasser unter Bedingungen ein, die zur Bereitstellung einer wässrigen Phase, die einen Teil der organischen Säure(n) oder (ein) Metallsalz(e) davon enthält, wirksam sind. Die wässrige Phase enthält keine wesentlichen Mengen des Alkohols (der Alkohole). Dieses Verfahren kann auch die Rückgewinnung der organischen Säure(n) oder (ein) Metallsalz(e) davon aus der wässrigen Phase einschließen.
Eine spezifische Ausführungsform der Erfindung betrifft die Verwendung dieses Verfahrens bei der Rückgewinnung von Ascorbinsäure.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 erläutert ein System gemäß dem Stand der Technik zur Entfernung einer Säure aus einer alkoholischen Phase.
Die 2–4 erläutern ein System gemäß der vorliegenden Erfindung zum Austausch der alkoholischen Phase mit einer wässrigen Phase.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform ein Verfahren zur Rückgewinnung von organischen Säuren oder Metallsalzen davon aus einer alkoholischen Phase. Die Verfahren können die Kontaktierung der alkoholischen Phase mit Wasser unter Bedingungen, die zur Bereitstellung einer wässrigen Phase, die mindestens einen Teil der organischen Säure(n) oder (ein) Metallsalz(e) davon enthält, wirksam sind und wobei die wässrige Phase keine wesentlichen Mengen des Alkohols enthält, einschließen.
Diese Ausführungsform der Erfindung kann in Verbindung mit jedweder Kombination von organischen Säure(n) oder (ein) Metallsalz(en) davon mit jedwedem Alkohol verwendet werden, solange die organische Säure/das Metallsalz mindestens teilweise in dem (den) Alkohol(en) löslich ist.
Spezifische Beispiele geeigneter organischer Säuren schließen Ascorbin-, Bernstein-, Wein-, Glucon-, Glykon-, Citronen-, Milch-, Äpfel-, Malein-, Essig-, Ameisen-, Pyruvin-, Propion-, Butter-, Itacon-, Gulonsäure und Mischungen davon ein. Weiter schließen die Metallsalze dieser Säuren jedwede im Stand der Technik bekannten Metallsalze, wie Alkalimetallsalze und Erdalkalimetallsalze, ein, wobei Alkalimetallsalze bevorzugt sind. Spezifische Beispiele eines bevorzugten Metallsalzes schließen Natriumsalze ein.
Wie vorstehend erläutert wurde, kann jedwede geeignete alkoholische Phase verwendet werden, solange die organische(n) Säure(n) oder (das) Metallsalz(e) davon mindestens teilweise in dem Alkohol löslich sind. Die bevorzugte alkoholische Phase hängt von der jeweiligen rückgewonnenen Säure ab.
Ein Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Kontaktierung der alkoholischen Phase mit Wasser unter Bedingungen, die zur Bereitstellung einer wässrigen Phase, die mindestens einen Teil der organischen Säure(n) oder (ein) Metallsalz(e) davon enthält, wirksam sind. Vorzugsweise enthält die wässrige Phase mehr als etwa 70% der organischen Säure(n) oder (ein) Metallsalz(e) davon, wobei mehr als etwa 85% mehr bevorzugt ist und mehr als etwa 95% noch mehr bevorzugt ist. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Gesamtheit oder mindestens im Wesentlichen die Gesamtheit der Säure(n) und/oder Salz(e) entfernt. Unter „im Wesentlichen die Gesamtheit" ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass nur Mengen auf dem Niveau von Verunreinigungen in dem Alkohol verbleiben. Natürlich hängt das genaue Niveau der entfernten organischen Säure(n) und des (der) Metallsalze(s) von der (den) jeweiligen entfernten Säure(n) und/oder Salz(en) ab.
Weiter enthält diese wässrige Phase bevorzugt keine wesentlichen Mengen des Alkohols (der Alkohole). Das Verhältnis Wasser : Alkohole(e) in der wässrigen Phase ist vorzugsweise größer als etwa 50:50, mehr bevorzugt etwa 70:30 bis etwa 97:3, wobei etwa 90:10 bis etwa 95:5 noch mehr bevorzugt ist.
Dieser Kontaktierungsschritt kann in jedweder Reaktorumgebung oder Vorrichtung durchgeführt werden, die für Dampf-Flüssig-Kontakte geeignet sind, wobei spezifische Beispiele geeigneter Vorrichtungen Verdampfungskammern und Destillationskolonnen einschließen, wobei Destillationskolonnen in vielen Umgebungen bevorzugt sind.
Die Zugabe von Wasser kann durch z. B. die Zugabe entweder in die Flüssigkeit oder den überstehenden Dampfraum innerhalb der Vorrichtung erfolgen. Weiter kann die Zusammensetzung des Ausstroms aus der Kammer durch die Rate oder Menge des Wassereinlassstroms zu der Mengenrate des Alkoholzuführstroms, der in die Vorrichtung eintritt, eingestellt werden oder indem gleichzeitig die Geschwindigkeit des Alkoholüberstands in dem Dampfraum reguliert wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann wirksam über eine Vielzahl von Arbeitsbedingungen in Abhängigkeit von dem jeweiligen verwendeten Verfahren durchgeführt werden. Dass heißt, dass die Wahl der Temperatur, des Drucks, der Zeit, etc. von der jeweiligen Alkohol/Säure-Kombination abhängt. Demgemäß würde die Optimierung solcher Parameter gut im Können des Fachmanns liegen.
Um die Erfindung besser zu erläutern, wird nun diese Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens im Hinblick auf ein spezifisches Beispiel davon, nämlich die Trennung von Ascorbinsäure von einer alkoholischen Phase, erörtert werden.
In dieser Ausführungsform tritt der Lösemittelaustausch einer Ascorbinsäure oder ein Metallascorbat enthaltenden alkoholischen Lösung mit Wasser vorzugsweise unter Bedingungen auf, die die Entfernung des Alkohols in der Dampfphase ermöglichen, während das Metallascorbat löslich in der flüssigen Phase gehalten wird. Dieses Verfahren stellt eine Möglichkeit des Transports oder der Verteilung von Ascorbinsäure oder eines Metallascorbats von dem Alkohol zu Wasser unter gleichzeitiger Entfernung des Alkohols von der Mischung zur Verfügung.
In einem ersten diese Ausführungsform betreffenden System kann, wie in der 2 gezeigt, die/das in einer alkoholischen Lösung erzeugte Ascorbinsäure oder Metallascorbat zu einem Lösungsmitteltauscher zugeführt werden, wobei Wasser unter Entfernung des Alkohols in der Dampfphase co-zugeführt wird. Die flüssige Phase des Lösungsmitteltauschers kann dann entfernt werden, um einen Ausstrom zu erzeugen, der Ascorbinsäure oder ein Metallascorbat in einer wässrigen oder mit Wasser angereicherten alkoholischen flüssigen Phase, die das Produkt enthält, beinhaltet. Eine Isolation des Produkts kann dann durch Kristallisation zum Erhalt von entweder Ascorbinsäure oder eines Alkaliascorbats bewerkstelligt werden.
Ein zweites diese Ausführungsform betreffendes System ist in der 3 gezeigt, wo in einer alkoholischen Lösung erzeugte Ascorbinsäure zu dem Lösungsmitteltauscher zugeführt werden kann, wobei der wässrige Ausstrom wahlweise mit Kohlenstoff zur Farbentfernung behandelt wird oder durch Kationenaustausch und Anionenaustausch zur Entfernung von rückständigen anorganischen Stoffen vor dem endgültigen Kristallisationsschritt der Ascorbinsäure ionenausgetauscht wird. Diese nach dem Lösungsmitteltauscher erfolgenden Schritte können unabhängig voneinander oder nacheinander durchgeführt werden. Diese nach dem Lösungsmitteltauscher erfolgenden Behandlungen ermöglichen es, dass das Verfahren auf eine Weise durchgeführt wird, die eine größere Produktrückgewinnung und Reinheit erlaubt, da die Verunreinigungen von dem dem Kristallisator zugeführten Strom entfernt werden.
Alternativ kann, wie in der 4 gezeigt, ein in einer alkoholischen Lösung erzeugtes Metallascorbat dem Lösungsmitteltauscher zugeführt werden, wobei der wässrige Ausstrom wahlweise mit Kohlenstoff zur Farbentfernung vor dem endgültigen Kristallisationsschritt des Alkaliascorbats behandelt wird. Diese nach dem Lösungsmittel erfolgende Kohlenstoff-Behandlung ermöglicht es, dass das Verfahren auf eine Weise durchgeführt wird, die eine größere Produktrückgewinnung und Reinheit erlaubt, da die Farbkörper von dem dem Kristallisator zugeführten Strom entfernt werden.
Wie vorstehend erörtert wurde, kann diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in jedweder geeigneten Vorrichtung, z. B. einer Verdampfungskammer, einer Destillationsvorrichtung oder einem Abscheider, die es erlaubt, den Alkohol in der Dampfphase zu entfernen, während die Ascorbinsäure oder das Alkaliascorbat löslich in der flüssigen Phase gehalten wird, durchgeführt werden.
Der Lösungsmitteltauscher ist vorzugsweise eine Verdampfungskammer und insbesondere eine als Destillationskolonne betriebene Verdampfungskammer, wobei die Basis eine flüssige Phase enthält. Die Ascorbinsäure oder das Alkaliascorbat sammelt sich in der flüssigen Phase relativ zu der Dampfphase, die den meisten Überkopf aus dem System zu entfernenden Alkohol aufteilt, an. Ein Kondensationskühler kann verwendet werden, um den Alkohol zu kondensieren, der so wie er ist wieder verwendet oder recyclisiert werden kann oder weiter durch fortgesetzte Destillation gereinigt werden kann.
Die Zugabe von Wasser zu dem Lösungsmitteltauscher kann entweder durch Zugabe zu der Flüssigkeit oder dem überstehenden Dampfraum bewerkstelligt werden. Vorzugsweise würde Wasserdampf oder Dampf zugegeben werden, um die zur Verdampfung des Alkohols notwendige Wärme zur Verfügung zu stellen. Die Zusammensetzung des Ausstroms des Austauschers kann durch die Rate oder Menge des zugeführten Wassers relativ zu der Rate oder Menge des Alkoholzuführstroms, der in den Lösungsmitteltauscher eintritt, oder durch gleichzeitige Regulierung der Geschwindigkeit der Entfernung des Alkoholüberkopfteils in der Dampfphase eingestellt werden. Durch vernünftige Regulierung dieser Variablen kann die Ausstromzusammensetzung oder die Konzentration der flüssigen Phase demgemäß eingestellt werden. Vorzugsweise würde die Zusammensetzung des Zuführstroms zu dem Lösungsmitteltauscher beibehalten werden, während die Zuführgeschwindigkeit von Wasser und Flüssigkeit, die von der Basis des Lösungsmitteltauschers entnommen wird, eingestellt werden kann, um eine gewünschte wässrige Zusammensetzung zu erhalten.
Der Ausstrom der Verdampfungskammer oder Destillationskolonne enthält signifikant verringerte Mengen von Alkohol relativ zu dem Zuführstrom und stellt eine leichtere Möglichkeit zur Verfügung, die Zusammensetzung zu regulieren, indem die Menge des Alkohols oder die Menge des zu dem System zugegebenen Wassers eingestellt wird. Der Ausfluss aus dem Austauschersystem, der die Ascorbinsäure oder das Metallascorbat in Wasser oder die Mischung der mit Wasser angereicherten alkoholischen Lösung enthält, kann dann auf eine Weise verarbeitet werden, die die direkte Isolation durch Kristallisation oder eine anschließende Reinigungsbehandlung gefolgt von einer Kristallisation ermöglicht.
Ein Lösungsmittelaustausch kann wirksam über einen breiten Bereich von Drücken durchgeführt werden, wobei etwa 1 psia bis etwa 20 psia bevorzugt sind. Ein Lösungsmittelaustausch kann über einen breiten Temperaturbereich durchgeführt werden, wobei ein bevorzugter Bereich bei etwa 35°C bis etwa 80°C liegt. Die Durchführung bei etwa 50–70°C und 8–17 psia kann besonders vorteilhaft sein, insbesondere wenn Methanol als Alkohol ausgetauscht wird.
Diesbezüglich kann eine breite Vielzahl von Alkoholen verwendet werden, insbesondere diejenigen, die mit Wasser mischbar sind. Insbesondere können Alkohole mit einem breiten Bereich von Kettenlängen verwendet werden, wobei Kettenlängen von bis etwa Butanol mehr bevorzugt sind. Jedoch kann es vorteilhaft sein, die Veresterung, Lactonisierung und einen Lösungsmittelaustausch mit Methanol als dem Alkohol durchzuführen. Methanol kann wirksam in jedem Schritt verwendet werden und ist besonders leicht während des Lösungsmitteltauschs aufgrund seines geringen Siedepunkts, der seine leichte Entfernung im Dampf bei Atmosphärendruck erlaubt, zu entfernen.
Der Grund hinter der bevorzugten maximalen Kettenlänge von C₄ ist die Minimierung des thermischen Abbaus bei Temperaturen über 80°C. Längerkettige Alkohole benötigen nicht nur einen Betrieb unter vermindertem Druck zur Beibehaltung einer gewünschten Betriebstemperatur, sondern bilden auch Azeotrope mit Wasser, was zu einem relativ unreinem Alkoholdampfprodukt führt.
Die Ascorbinsäure oder das Metallascorbat, die/das dem Austauscher zugeführt wird, kann durch jedwede im Stand der Technik bekannte Technik erzeugt werden. Beispiele geeigeter Techniken schließen die Veresterung von 2-Keto-L-gulonsäure (KLG) mit einer Mineralsäure oder einem starken Säureharz in einem alkoholischen System unter Erzeugung des entsprechenden Esters, die Lactonisierung durch Behandlung mit einer anorganischen Base oder einer organischen Base unter Erzeugung des Alkaliascorbats, ein, gefolgt von spezifischen Schritten zur Isolation entweder des Alkaliascorbats oder der Ascorbinsäure.
Die Isolierung des intermediären Esters durch Kristallisation kann durchgeführt werden, sie ist jedoch nicht notwendig. Für die Erzeugung des Metallascorbats kann der Rohlactonisierungsstrom direkt in den Lösungsmittelaustauscher, gefolgt durch die Kristallisiervorrichtung, eingespeist werden. Für die Herstellung der Ascorbinsäure kann der Lactonisierungsstrom direkt durch das Ansäuern mit Mineralsäure, wie Schwefelsäure, protoniert werden, Entfernung des unlöslichen Säuresalzes durch Filtration, gefolgt von der direkten Zuführung in den Lösungsmittelaustauscher. Eine weitere Steigerung des Verfahrens zur anschließenden Reinigung kann wahlweise nach dem Lösungsmittelaustauscher durchgeführt werden. Oder es kann die Protonierung durch Ionenaustausch nach dem Lösungsmittelaustauscher durchgeführt werden.
Weiter kann die KLG durch eine beliebige einer Vielzahl von Techniken erzeugt werden. Zum Beispiel kann die KLG aus einem Fermentationsverfahren, das die Kristallisation von 2-Keto-L-gulonsäure aus der wässrigen Nährlösung betrifft, oder von der Veresterung ihres korrespondierenden Salzes in Methanol stammen. Die KLG kann auch durch die Hydrolyse von Diaceton-2-keto-L-gulonsäure mit einer starken Säure zum Entschützen der Hydroxylgruppen erzeugt werden. Jedoch sollte das erzeugte Aceton-Nebenprodukt vor dem Veresterungsschritt abgetrennt werden. Zusätzlich kann auch die Verwendung von KLG in ihrer Monohydratform oder in ihrer teilweisen Anhydridform unabhängig von der Herkunft der Materialien verwendet werden.
In anderen Worten hängt das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht von der verwendeten Technik, mit der zu der alkoholischen/Säure-Phase gelangt wird, ab. Zum Beispiel kann im Zusammenhang mit der Bildung von KLG jedwede im Stand der Technik bekannte Technik zur Bildung von KLG verwendet werden. Diese Techniken schließen sowohl chemische Verfahren, wie die Reichstein-Verfahren, ein modifiziertes Reichstein-Verfahren und dergleichen, sowie Fermentationstechniken ein. Noch einmal, solche Techniken sind im Stand der Technik gut bekannt und brauchen hier nicht im Detail beschrieben werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung ein ökonomisches industrielles Verfahren zur effizienten Herstellung von Ascorbinsäure oder eines Alkaliascorbats aus einer wässrigen Lösung, die anfänglich aus einer Ascorbinsäure oder Alkaliascorbat enthaltenden alkoholischen Lösung auf solch eine Weise erzeugt wurde, dass eine Handhabung von Feststoffen in dem Verfahren zum Wechsel von Methanol zu Wasser vermieden werden kann, zur Verfügung. Weiterhin liegt ein signifikanter Vorteil dieses Verfahrens in der relativen Leichtigkeit der Handhabung der Flüssigkeitsströme oder Aufschlämmungen im Gegensatz zu der Handhabung von Feststoffen.
Insbesondere kann das Verfahren der Erfindung auf eine methanolische Lösung von Ascorbinsäure oder Natriumascorbat, die erzeugt wurde durch Veresterung von 2-Keto-L-gulonsäure in Methanol, gefolgt von einer Cyclisierung mit Natriumbicarbonat unter Erzeugung einer Zuführzusammensetzung zu dem Lösungsmitteltauscher, um ein wässriges Produkt von Ascorbinsäure oder Natriumascorbat zu erzeugen, angewendet werden. Das Produkt kann dann aus dem wässrigen Strom durch Kristallisation erhalten werden.
Die folgenden Beispiele erläutern weiter die vorliegende Erfindung im Detail, sind jedoch nicht dazu gedacht, deren Umfang zu beschränken.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel zeigt das mit Ascorbinsäure in Methanol arbeitende Lösemittelaustauschverfahren, wie es in 2 dargestellt ist. Eine Lösung von Ascorbinsäure wurde hergestellt, indem 50 g Sigma-Ascorbinsäure in 250 ml Methanol in einem 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem graduierten Zugabetrichter und einer Thermoheizung ausgestattet war, gelöst wurden. Der Inhalt des Kolbens wurde magnetisch gerührt, wobei er zum Rückfluss erhitzt wurde und wobei eine Flüssigkeitstemperatur von 60 °C mittels eines Hausvakuums, das an den Kondensationskühlersteil angelegt war, beibehalten wurde. Der Methanoldampf wurde überkopf durch den Kondensationskühler entfernt und in einer Auffangvorrichtung gesammelt. Eine Gesamtmenge von 200 ml Wasser wurde zugegeben, während 200 ml Destillat gesammelt wurden. Das Volumen des Kolbens wurde auf etwa 100 ml verringert und dann auf etwa 15 °C gekühlt, um die Kristallisation zu initiieren. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und in einem Exsikkator getrocknet. Die erste Ernte wog 27,2 g und wies eine Reinheit von 100 % gemäß HPLC auf. Das Filtrat von der ersten Ernte wurde auf etwa die Hälfte des Volumens eingeengt und über Nacht bei 15 °C gekühlt. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und getrocknet unter Erhalt einer zweiten Ernte von 10,2 g mit einer Reinheit von 100 % gemäß HPLC.
BEISPIEL 2
Dieses Beispiel zeigt das von einer Probe 2-Keto-L-gulonsäure ausgehende Lösemittelaustauschverfahren, wie es in 3 dargestellt ist. Eine Lösung von 2-Keto-L-gulonsäure wurde hergestellt, indem 50 g 2-Keto-L-gulonsäure in 250 ml Methanol in einem 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem Kanülenrohr und einer Thermoheizung ausgestattet war, gelöst wurden. Eine katalytische Menge Schwefelsäure (1g, konzentrierte H₂SO₄) wurde zugegeben, und dann wurde der Inhalt des Kolbens zum Rückfluss (ca. 65°C) für 4 h unter Stickstoffspülung erhitzt, während magnetisch gerührt wurde. Der Reaktionslösung wurde es gestattet, auf Raumtemperatur abzukühlen, dann wurden 18,2 g Natriumbicarbonat, suspendiert in 60 ml Methanol, über 5 Minuten über das Kanülenrohr zugegeben. Die resultierende Suspension wurde zum Rückfluss unter Rühren für 3 h erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Schwefelsäure (12,0 g, konzentrierte H₂SO₄) wurde langsam bis zu einem endgültigen pH von 3,3 zugegeben. Die Lösung wurde auf 50°C erhitzt und dann durch einen Büchner-Trichter unter Stickstoff zur Entfernung des ausgefallenen Natriumsulfats filtriert.
Die resultierende Lösung von methanolischer Ascorbinsäure wurde dann wie folgt einer Lösungsmittelaustauschvorrichtung zugeführt: die obige Lösung wurde in einen 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem graduierten Zugabetrichter und einer Thermoheizung ausgestattet war, gegeben. Der Inhalt des Kolbens wurde magnetisch gerührt, wobei er zum Rückfluss erhitzt wurde und wobei eine Flüssigkeitstemperatur von 50 °C mittels eines Hausvakuums, das an den Kondensationskühlerteil angelegt war, beibehalten wurde. Der Methanoldampf wurde aus dem überstehenden Raum durch den Kondensationskühler entfernt und in einer Auffangvorrichtung gesammelt. Eine Gesamtmenge von 200 ml Wasser wurde zugegeben, während 200 ml Destillat gesammelt wurden.
Der Inhalt des Kolbens, der die Ascorbinsäure in wässrigem Methanol enthielt, wurde mit Kohlenstoff durch eine Säule von granulärer Darco-Aktivkohle behandelt. Die resultierende Lösung wurde auf etwa 100 ml verringert und dann auf etwa 15 °C gekühlt, um die Kristallisation zu initiieren. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und in einem Exsikkator getrocknet. Die erste Ernte wog 20,2 g und wies eine Reinheit von 97 % gemäß HPLC auf. Das Filtrat von der ersten Ernte wurde auf etwa die Hälfte des Volumens eingeengt und bei 15 °C für 4 h gekühlt. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und getrocknet unter Erhalt einer zweiten Ernte von 1,8 g mit einer Reinheit von 79 % gemäß HPLC. Das Filtrat von der zweiten Ernte wurde auf etwa die Hälfte des Volumens eingeengt und bei 15 °C für 4 h gekühlt. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und getrocknet unter Erhalt einer dritten Ernte von 2,8 g mit einer Reinheit von 91 % gemäß HPLC.
Beispiel 3
Dieses Beispiel zeigt das von einer Probe Methyl-2-keto-L-gulonat ausgehende Lösemittelaustauschverfahren, wie es in 4 dargestellt ist. Eine Lösung von Methyl-2-keto-L-gulonat wurde hergestellt, indem 50 g Methyl-2-keto-L-gulonat in 250 ml Methanol in einem 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem Kanülenrohr und einer Thermoheizung ausgestattet war, gelöst wurden. Eine Aufschlämmung von 19,8 g Natriumbicarbonat, suspendiert in 60 ml Methanol, wurde über 5 Minuten über das Kanülenrohr zugegeben. Die resultierende Suspension wurde zum Rückfluss unter Rühren für 3 h erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die resultierende Suspension des methanolischen Natriumascorbats wurde dann wie folgt einer Lösungsmittelaustauschvorrichtung zugeführt: die obige Lösung wurde in einen 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einer Kondensationskühler, einem graduierten Zugabetrichter und einer Thermoheizung ausgestattet war, gegeben. Der Inhalt des Kolbens wurde magnetisch gerührt, wobei er zum Rückfluss erhitzt wurde und wobei eine Flüssigkeitstemperatur von 50 °C mittels eines Hausvakuums, das an den Kondensationskühlersteil angelegt war, beibehalten wurde. Der Methanoldampf wurde aus dem überstehenden Raum durch den Kondensationskühler entfernt und in einer Auffangvorrichtung gesammelt. Eine Gesamtmenge von 200 ml Wasser wurde zugegeben, während 200 ml Destillat gesammelt wurden.
Der Inhalt des Kolbens, der das Natriumascorbat in wässrigem Methanol enthielt, wurde mit Kohlenstoff durch eine Säule von granulärer Darco-Aktivkohle behandelt. Die resultierende Lösung wurde mit 150 ml Methanol behandelt, um das Produkt zu fällen. Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und in einem Exsikkator getrocknet. Die erste Ernte wog 3,8 g und wies eine Reinheit von 93 % gemäß HPLC auf. Das Filtrat von der ersten Ernte wurde auf etwa ein Drittel des Volumens eingeengt und bei 15 °C für 4 h gekühlt. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und getrocknet unter Erhalt einer zweiten Ernte von 25,1 g mit einer Reinheit von 99 % gemäß HPLC.
Beispiel 4
Dieses Beispiel zeigt das von einer Probe Methyl-2-keto-L-gulonat ausgehende Lösemittelaustauschverfahren, wie es in 3 dargestellt ist. Eine Lösung von Methyl-2-keto-L-gulonat wurde hergestellt, indem 50 g Methyl-2-keto-L-gulonat in 250 ml Methanol in einem 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem Kanülenrohr und einer Thermoheizung ausgestattet war, gelöst wurden. Eine Aufschlämmung von 19,8 g Natriumbicarbonat, suspendiert in 60 ml Methanol, wurde über 5 Minuten über das Kanülenrohr zugegeben. Die resultierende Suspension wurde zum Rückfluss unter Rühren für 4 h erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die resultierende Lösung des methanolischen Natriumascorbats wurde dann wie folgt einer Lösungsmittelaustauschvorrichtung zugeführt: die obige Lösung wurde in einen 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem graduierten Zugabetrichter und einer Thermoheizung ausgestattet war, gegeben. Der Inhalt des Kolbens wurde magnetisch gerührt, wobei er zum Rückfluss erhitzt wurde und wobei eine Flüssigkeitstemperatur von 50 °C mittels eines Hausvakuums, das an den Kondensationskühlerteil angelegt war, beibehalten wurde. Der Methanoldampf wurde aus dem überstehenden Raum durch den Kondensationskühler entfernt und in einer Auffangvorrichtung gesammelt. Eine Gesamtmenge von 200 ml Wasser wurde zugegeben, während 200 ml Destillat gesammelt wurden.
Der Inhalt des Kolbens, der das Natriumascorbat in wässrigem Methanol enthielt, wurde durch eine Ionenaustauschsäule mit 160 ml des Harzes Ambersep 200 H geschickt. Der Ausfluss der Säule wurde dann mit einem Anionenaustauscherharz durch Zugabe von 2,5 g des Harzes Amberlyte IRA 93 in einem 500 ml fassenden Rundkolben mit magnetischem Rühren für 2 h behandelt. Das Harz wurde durch Filtration entfernt, und die wässrige Ascorbinsäurelösung wurde dann mit Kohlenstoff durch eine Säule von granulärer Darco-Aktivkohle behandelt. Die resultierende Lösung wurde auf etwa 100 ml eingeengt und dann auf etwa 15 °C gekühlt, um die Kristallisation zu initiieren. Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und in einem Exsikkator getrocknet. Die erste Ernte wog 19,5 g und wies eine Reinheit von 96 % gemäß HPLC auf. Das Filtrat von der ersten Ernte wurde auf etwa die Hälfte des Volumens eingeengt und bei 15 °C für 4 h gekühlt. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und getrocknet unter Erhalt einer zweiten Ernte von 4,7 g mit einer Reinheit von 100 % gemäß HPLC. Das Filtrat von der zweiten Ernte wurde auf etwa die Hälfte des Volumens eingeengt und bei 15 °C für 4 h gekühlt. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und getrocknet unter Erhalt einer dritten Ernte von 0,5 g mit einer Reinheit von 100 % gemäß HPLC.
Beispiel 5
Dieses Beispiel zeigt das von einer Probe Methyl-2-keto-L-gulonsäure ausgehende Lösemittelaustauschverfahren, wie es in 3 dargestellt ist. Eine Lösung von Methyl-2-keto-L-gulonat wurde hergestellt, indem 50 g Methyl-2-keto-L-gulonat in 250 ml Methanol in einem 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem Kanülenrohr und einer Thermoheizung ausgestattet war, gelöst wurden. Eine Aufschlämmung von 19,8 g Natriumbicarbonat, suspendiert in 60 ml Methanol, wurde über 5 Minuten über das Kanülenrohr zugegeben. Die resultierende Suspension wurde zum Rückfluss unter Rühren für 4 h erhitzt, dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die resultierende Suspension wurde zum Rückfluss unter Rühren für 3 h erhitzt, dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Schwefelsäure (11,5 g, konzentrierte H₂SO₄) wurde langsam bis zu einem entgültigen pH von 3,5 zugegeben. Die Lösung wurde auf 50°C erhitzt und dann durch einen Büchner-Trichter unter Stickstoff zur Entfernung des ausgefallenen Natriumsulfats filtriert.
Die resultierende Lösung von methanolischer Ascorbinsäure wurde dann wie folgt einer Lösungsmittelaustauschvorrichtung zugeführt: die obige Lösung wurde in einen 500 ml fassenden 3-Hals-Rundkolben, der mit einem Kondensationskühler, einem graduierten Zugabetrichter und einer Thermoheizung ausgestattet war, gegeben. Der Inhalt des Kolbens wurde magnetisch gerührt, wobei er zum Rückfluss erhitzt wurde und wobei eine Flüssigkeitstemperatur von 50 °C mittels eines Hausvakuums, das an den Kondensationskühlerteil angelegt war, beibehalten wurde. Der Methanoldampf wurde aus dem über stehenden Raum durch den Kondensationskühler entfernt und in einer Auffangvorrichtung gesammelt. Eine Gesamtmenge von 200 ml Wasser wurde zugegeben, während 200 ml Destillat gesammelt wurden.
Der Inhalt des Kolbens, der die Ascorbinsäure in wässrigem Methanol enthielt, wurde durch eine Ionenaustauschsäule mit 100 ml des Harzes Amberlyte 120H geschickt. Der Ausfluss der Säule wurde dann mit einem Anionenaustauscherharz durch Zugabe von 2,5 g des Harzes Amberlyte IRA 93 in einem 500 ml fassenden Rundkolben mit magnetischem Rühren für 2 h behandelt. Das Harz wurde durch Filtration entfernt, und die wässrige Ascorbinsäurelösung wurde dann mit Kohlenstoff durch eine Säule von granulärer Darco-Aktivkohle behandelt. Die resultierende Lösung wurde auf etwa 100 ml eingeengt und dann auf etwa 15 °C gekühlt, um die Kristallisation zu initiieren. Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und in einem Exsikkator getrocknet. Die erste Ernte wog 12,0 g und wies eine Reinheit von 90 % gemäß HPLC auf. Das Filtrat von der ersten Ernte wurde auf etwa die Hälfte des Volumens eingeengt und bei 15 °C für 4 h gekühlt. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt und getrocknet unter Erhalt einer zweiten Ernte von 9,8 g mit einer Reinheit von 92 % gemäß HPLC.
Gewisse bevorzugte und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend erläutert. Jedoch versteht es sich, dass verschiedene Substitutionen, Modifikationen, Unterlassungen und andere Veränderungen gemacht werden, ohne den erfinderischen Gedanken davon zu verlassen. Demgemäß wird der Umfang der Erfindung nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche einschließlich der Äquivalente davon beschränkt.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung einer organischen Säure oder eines Metallsalzes davon aus einer alkoholischen Phase, umfassend: (a) Vorsehen einer alkoholischen Phase umfassend (i) mindestens eine organische Säure oder Metallsalz(e) davon und (ii) mindestens einen Alkohol, wobei der Alkohol maximal eine C₄-Kettenlänge hat und wobei die organische Säure oder das/die Metailsalz(e) davon zumindest teilweise in dem wenigstens einen Alkohol löslich sind; (b) Kontaktieren der alkoholischen Phase mit Wasser unter Bedingungen, die wirksam sind, um eine wässrige Phase vorzusehen, die mindestens einen Teil des/der organischen Säure(n) oder Metallsalz(e) davon enthält, wobei die wässrige Phase nicht wesentliche Mengen des mindestens einen Alkohols enthält und wobei der Alkohol in einer Dampfphase entfernt wird; und (c) Rückgewinnen mindestens eines Teils der organischen Säure(n) oder Metallsalz(e) davon aus der wässrigen Phase.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die organische Säure gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ascorbin-, Bernstein-, Wein-, Glucon-, Glykon-, Erythorbin-, Citronen-, Milch-, Äpfel-, Malein-, Essig-, Ameisen-, Pyruvin-, Propion-, Butter-, Itacon-, Gulonsäure und Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die organische Säure Ascorbinsäure ist und das Metallsalz ein Metallascorbat ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallsalz ein Alkali- oder Erdalkalimetallsalz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Alkohol von Schritt (a) gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Butanol, Methanol, Ethanol, Propanol und Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) bei einer Temperatur von 35° bis 80°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) bei einem Druck von 6895–137900 Pa (1–20 psia) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) in einer Verdampfungskammer oder Destillationsvorrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Kontaktieren der wässrigen Phase von Schritt (b) mit einem Kationenaustauschharz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Alkohol von Schritt (a) Methanol ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) das Isolieren der organischen Säure(n) oder Metallsalz(e) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Isolationsschritt (i) das Kristallisieren der Säure(n) oder Metallsalz(e) davon aus der wässrigen Lösung, gefolgt von (ii) mindestens einem aus Filtration, Dekantation, Zentrifugation und/oder Sprühtrocknen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Kontaktieren der wässrigen Phase von Schritt (b) mit Kohlenstoff vor dem Rückgewinnungsschritt (c).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt (c) weiter das Kontaktieren des Produkts von Schritt (i) mit einem schwachen Anionenaustausch- oder tertiären Aminharz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) die Klärung der wässrigen Phase umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Klärung mit Kohlenstoff erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Säure Ascorbinsäure ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Metallsalz ein Metallascorbat ist.