DE676011C

DE676011C - Process for the production of ascorbic acid

Info

Publication number: DE676011C
Application number: DEM132719D
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Zima
Original assignee: E Merck AG
Current assignee: Merck KGaA
Priority date: 1935-11-26
Filing date: 1935-11-26
Publication date: 1939-05-24

Description

Verfahren -zur Herstellung von Ascorbinsäure Die nach dem derzeitigen Standder Technik beste synthetische Darstellung der Ascorbinsäure (Vitamin C) geht ,aus von der Diac6tonsorbose, die zunächst zur Diacebon-2-ketoi-gulonsäure .oxydiert wird. Diese Säure wird durch Erhitzen mit Wasser in 2-Keto-i-gulonsäure übergeführt; das letztgenannte Produkt wird dann in den Methylester verwandelt und dieser zur Ascorbinsäure umgelagert. Es ist bereits ein Versuch beschrieben worden, den geschilderten langen Reaktionsweg abzukürzen. Aus der ersten ausführlichen Veröffentlichung von Reichstein und Grüssner über die Vitamin-C-Synthese ist zu entnehmen, daß man aus der Diaceton-2-keto-i-gulonsäure durch Erhitzen mit Wasseroder mit verdünnten Säuren direkt Ascorbinsäure herstellen kann. Das Verfahren liefert jedoch so schlechte Ausbeuten, daß es praktisch ohne jedes Interesse geblieben ist. R e i c li s t .e i n und G r ü s s n e r erklären diese schlechten Ausbeuten damit, daß die Bedingungen der Bildung der Ascorbinsäure bei dieser Reaktion im Vergleich zur Beständigkeit der Asoorbinsäure ziemlich energische sind, denn sie haben festgestellt, daß beim Erhitzen von Ascorbinsäure mit Wasser und verdünnter Salzsäure (in den Versuchen wurde mit o,2 n-Salzsäure gearbeitet) tiefer greifende Veränderungen unter Gelbfärbung, Furfurolbildung und Abscheidung huminartiger Substanzen eintreten.Process -for the production of ascorbic acid The according to the current State of the art, the best synthetic representation of ascorbic acid (vitamin C) is possible , from diac6tonsorbose, which initially oxidizes to diacebon-2-ketoi-gulonic acid will. This acid is converted into 2-keto-i-gulonic acid by heating with water; the latter product is then converted into the methyl ester and this becomes Ascorbic acid rearranged. An attempt has already been described, the one described shorten long reaction paths. From the first extensive publication by Reichstein and Grüssner on the vitamin C synthesis can be seen that one from of diacetone-2-keto-i-gulonic acid by heating with water or with dilute acids can produce ascorbic acid directly. However, the method yields so bad Yields that it has remained practically without any interest. R e i c li s t .e i n and G rü s s n e r explain these poor yields by the fact that the conditions the formation of ascorbic acid in this reaction compared to the resistance of asoorbic acid are fairly energetic, for they have found that when Heating of ascorbic acid with water and dilute hydrochloric acid (in the experiments was worked with o, 2 N hydrochloric acid) more profound changes with yellow coloration, Formation of furfural and deposition of humic substances occur.

Um so erstaunlicher ist es, daß man die beschriebene Reaktion der Umlagerung der Diaceton-2-k eto-i-gulonsäure zu einer praktisch brauchbaren Gewinnungsmethode für die As.oorbinsäure, die alle bisher bekannten synthetischen Verfahren zur Herstellung dieses Vitamins ,an Ausbeute und Einfachheit übertrifft, dadurch ausgestalten kann, daß- man nicht mit verdünnter -Säure, sondern mit kon# zentrierter Säure arbeitet. Macht man diesen Versuch, so erhält man zunächst in überei;nstimmung mit dem oben über die Zersietzungserscheinungen der Ascorbinsäure Gesagten eine tiefschwarze Lösung. Trotz dieses unerfreulichen Aussehens läßt sich daraus in befriedigender Ausbeute reine Asoorbinsäure gewinnen.It is all the more astonishing that the reaction of the Rearrangement of the diacetone-2-keto-i-gulonic acid to a practically useful recovery method for the As.oorbinsäure, which all previously known synthetic processes for the production this vitamin, surpassed in yield and simplicity, can thereby shape, that one does not work with dilute acid, but with concentrated acid. If one makes this attempt, one obtains at first in agreement with the above A deep black one said about the decomposition phenomena of ascorbic acid Solution. Despite this unpleasant appearance, it can be said to be more satisfactory Obtain yield of pure asoorbic acid.

Die Durcharbeitung der Erfindung hat im einzelnen folgende Zusammenhänge aufgezeigt: Die Ausbeute an Ascorbinsäure steigt mit der Konzentration der angewendeten Salzsäure, wenn man die übrigen Bedhigungen-Menge der Säure, Temperatur. und Zeitdauer der Reaktion - auf günstigste Werte einstellt. Es ist danach also vorteilhaft, die beim Erhitzen weggehende Salzsäure durch dauerndes Einleiten von Salzsäuregas in die Reaktionsflüssigkeit zu ersetzen oder im geschlossenen, Gefäß; also unter Druck zu arbeiten. Ände-. rungen der Temperatur innerhalb praktiscb liehen anwendbarer Veränderungen Grenzen bedingen der Ausbeuten, keine weserfit-. nur ist . dann die Zeitdauer stark verschieden, innerhalb der die Höchstausbeute an Ascorbinsäure erreicht wird. Wenn man nämlich den Reaktionsverlauf durch Hera@usnahme von Proben und Titration ,auf Ascorbinsäure verfolgt, sieht man unter .allen Bedingungen, daß die titrierbare Ascorbinsäure bis zu einer gewissen höchsten Ausbeuteziffer ansteigt, um dann (langsamer) wieder :abzufallen. Dieser Abfall ist auf die Zersetzung der Ascorbinsäure durch die vorhandene Salzsäure zurückzuführen. Bei der Anwendung von Salzsäure vom spei, Gewicht = i, 19 war z. B. bei Zimmertemperatur der günstigste Punkt der so. bestimmten Kurve nacheinigen Tagen erreicht, während man bei 6o° bereits nach einigen Stünden und bei i oo° schon nach einigen Minuten das Optimum der Reaktion feststellen konnte. Für die technische Ausnutzung der Reaktion werden also Reaktionstemperaturen unterhalb der Zimmertemperatur .als zu zeitraubend empfunden werden, während man bei Reaktionstemperaturen oberhalb von ioo° so rasch arbeiten müßte, daß dies nur durch besondere app;arative Mittel durchzuführen wäre. Die für die Praxis am besten brauchbaren - Zeiten von etwa, i/2 bis il/. ., Stunden liegen bei Reaktionstemperaturen zwischen 6o und 8o°, die deshalb vorzuziehen sind.Working through the invention has shown the following relationships in detail: The yield of ascorbic acid increases with the concentration of the hydrochloric acid used, if the remaining conditions, amount of acid, temperature. and duration of the reaction - adjusts to the most favorable values. It is then advantageous to replace the hydrochloric acid that goes away during heating by continuously introducing hydrochloric acid gas into the reaction liquid or in a closed vessel; so to work under pressure. Change. Changes in temperature within practically applicable changes, limits of the yields, are not essential. just is. then the period of time within which the maximum yield of ascorbic acid is achieved varies greatly. If one follows the course of the reaction by taking samples and titrating for ascorbic acid, one sees under all conditions that the titratable ascorbic acid increases up to a certain highest yield figure, and then decreases again (more slowly). This decrease is due to the decomposition of the ascorbic acid by the hydrochloric acid present. In the application of hydrochloric acid from the SpeI weight = i, 1 9 was z. B. at room temperature the cheapest point of the so. A certain curve was reached after a few days, while at 60 ° after a few hours and at 100 ° after a few minutes the optimum of the reaction could be determined. For the technical utilization of the reaction, reaction temperatures below room temperature are felt to be too time-consuming, while at reaction temperatures above 100 ° one would have to work so quickly that this could only be carried out by special equipment. The most useful in practice - times from about .i / 2 to il /. ., Hours are at reaction temperatures between 6o and 8o °, which are therefore preferable.

Auch die Menge der anzuwendenden Salzsäure läßt sich in zweiten Grenzen variieren. Es sind kaum Unterschiede im Reaktionsverlauf (Reaktionsgeschwindigkeit) und Ausbeute festzustellen, @ob man i Teil Ausgangs-Substanz mit i Teiloder mit io Teilen Salzsäure erwärmt. Verdünnt man jedoch die Salzsäure, so sinkt die Ausbeute rasch. In einem Vergleichsversuch, bei dem i Teil Substanz mit io Teilen Säure .auf 8o° erwärmt und das Optimum der Reaktion durch Titration von Proben festgestellt wurde; erreichte man mit konzentrierter Salzsäure (sp,ez. Gewicht= i, i 9) eine Ausbeute von 8o % der Theorie an Ascorbinsäure. Verdünnte man die Salzsäure firn den Verhältnissen i : i, 1-. 2 und i : 5 mit Wasser, sch betrugen die Höchstwerte an gebildeter Ascorbinsäure 65, 56 und q.8 der Theorie.The amount of hydrochloric acid to be used can also be within second limits vary. There are hardly any differences in the course of the reaction (reaction speed) and yield to determine whether you have i part of the starting substance with i part or with 10 parts of hydrochloric acid heated. However, if the hydrochloric acid is diluted, the yield drops quickly. In a comparative experiment in which i part of substance with io parts of acid Heated to 80 ° and the optimum reaction determined by titration of samples became; one achieved with concentrated hydrochloric acid (sp, ez. weight = i, i 9) a Yield of 80% of theory of ascorbic acid. If you dilute the hydrochloric acid firn the ratios i: i, 1-. 2 and i: 5 with water, sch were the maximum values of formed ascorbic acid 65, 56 and q.8 of theory.

Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß für jeden abgeänderten Ansatz die günstigste Dauer der Reaktion zunächst durch Titraton von laufend entnommenen Proben ermittelt werden muß. Weitere Ansätze unter genau gleichen Bedingungen können dann zum so ermittelten günstigsten Zeitpunkt abgebrochen werden. Die Aufarbeitung der Reaktionslösung auf reine Ascorbinsäure erfolgt nach den üblichen Methoden. Man kann z. B. die dunkel gefärbte Reaktionslösung unter Durchr@chütteln mit oder durch Filtrieren über Tierkohle aufhellen, dann die Salzsäure eindampfen und den Rückstand aus Wasser umkristallisieren. Wegen der Empfindlichkeit der Ascorbinsäure gegen Salzsäure wird man das Eindampfen der Salzsäure vorzugsweise unter Vakuum und bei niederer Temperatur vornehmen. Man kann die Salzsäure natürlich auch neutralisieren, hat aber dann mit der Unbequemlichkeit zu rechnen, die Ascorbinsäure von Salzen abtrennen zu müssen. Beispiele i. t Teil Diacetonketogulonsäure wird mit 3 Teilen Salzsäure (spei. Gewicht = i, 19) auf 6o° erhitzt. Der Reaktionsverlauf wird durch Titrationmit n/io Jodlösung verfolgt. Wenn der Höhepunkt derReaktion erreicht ist (nach ungefähr i Stunde), wird die tiefschwarz gefärbte Lösung auf 3 Teile Eis gegossen. Nach kurzem Schütteln mit Tierkohle-und Filtrieren wird die Lösung im Vakuum bis zur Kristallisation eingedampft. Der kristallisierte Rückstand wird mit Alkohol gewaschen. Der Waschal'kohol wird nach Zusatz von Wasser zur Entfernung des Alkohols im Vakuum eingeengt. Der Rückstand wird mit der Mutterlauge der ersten Kristallisation vereinigt, mit Wässer verdünnt und abermals mit Tierkohle behandelt, Beim Einengen im Vakuum erhält man eine zweite Kristallisation, die in der gleichen Weise behandelt wird. Aus den Mutterlaugen ist eine dritte Kristallisation zu erhalten. ' Die- Rohsäure ergibt bereits nach -einmaligem Umkristallisieren völlig reine Ascorbinsäure in einer Ausbeute von 6o bis 75 % der Theorie.From this description it can be seen that for each modified batch the most favorable duration of the reaction must first be determined by means of titration from continuously taken samples. Further approaches under exactly the same conditions can then be terminated at the most favorable point in time determined in this way. The working up of the reaction solution to pure ascorbic acid takes place according to the usual methods. You can z. B. lighten the dark colored reaction solution while shaking with or by filtering through animal charcoal, then evaporate the hydrochloric acid and recrystallize the residue from water. Because of the sensitivity of ascorbic acid to hydrochloric acid, the evaporation of the hydrochloric acid is preferably carried out under vacuum and at a low temperature. You can of course also neutralize the hydrochloric acid, but then you have to reckon with the inconvenience of having to separate the ascorbic acid from salts. Examples i. t part of diacetone ketogulonic acid is heated to 60 ° with 3 parts of hydrochloric acid (spei. Weight = 1.19). The course of the reaction is followed by titration with 100% iodine solution. When the reaction has reached its peak (after about 1 hour), the deep black colored solution is poured onto 3 parts of ice. After brief shaking with animal charcoal and filtering, the solution is evaporated in vacuo until it crystallizes. The crystallized residue is washed with alcohol. After adding water, the washing alcohol is concentrated in vacuo to remove the alcohol. The residue is combined with the mother liquor from the first crystallization, diluted with water and treated again with animal charcoal. Concentration in vacuo gives a second crystallization, which is treated in the same way. A third crystallization can be obtained from the mother liquors. The crude acid gives completely pure ascorbic acid in a yield of 6o to 75% of theory after one recrystallization.

2. i Teil Diacetonketogulonsäure wird mit 5 Teilen Salzsäure (spei. Gewicht= r, 19) bei Zimmertemperatur stehengelass@en. Jeden Tag wird eine herausgenommene Probe titriert: Das Reaktionsoptimum isst nach 5 bis 7 Tagen errecht. Aufarbeitung wie !oben. Die Ausbeute beträgt etwa 6o o/o der Theorie.2. i part of diacetone ketogulonic acid is left to stand at room temperature with 5 parts of hydrochloric acid (saved weight = r, 19). A sample taken out is titrated every day: the reaction optimum is reached after 5 to 7 days. Processing as above. The yield is about 60 o / o of theory.

3. i Teil Diacetonketogülonsäure wird in 6 Teilen Salzsäure (spei. Gewicht = i, 19) gelöst und die Lösung zum Kochen gebracht. Es wird dauernd Salzsäuregas eingeleitet. Das Optimum der Reaktion ist nach 8 bis 12 Minuten erreicht: Es sind dann 85 % der eingesetzten Substanz in Ascorbinsäure umgelagert. Die Mischung wird schnell abgekühlt, mit der doppelten Menge Wasser verdünnt, über Tierkohle filtriert und die Salzsäure im Vakuum weggedampft. Die weitere Aufarbeitung und Reinigung wird wie in Beispiel i vorgenommen. Ohne Schwierigkeiten lassen sich' 700;0 der Theorie an Asoorbinsäure aus -diesiem Reaktionsgemisch isolieren.3. i part of diacetone ketoglonic acid is dissolved in 6 parts of hydrochloric acid (spei. Weight = i, 19) and the solution is brought to the boil. Hydrochloric acid gas is continuously introduced. The optimum of the reaction is reached after 8 to 12 minutes: 85% of the substance used is then rearranged in ascorbic acid. The mixture is cooled quickly, diluted with twice the amount of water, filtered through animal charcoal and the hydrochloric acid evaporated off in vacuo. The further work-up and purification are carried out as in Example i. '700; 0 of the theory of asoorbic acid can be isolated from this reaction mixture without difficulty.

q.. 1 o g Diacetonketogulonsäure werden mit 3o:ccm Salzsäure vom spez. Gewicht iig im Einschlußrohr 30 Minuten auf 6o bis 70° erhitzt. Nach dem Abkühlen wird das Rohr geöffnet und die erhaltene Reaktionsflüssigkeit bei niederer Temperatur im Vakuum :eingeengt. Der Rückstand kristallisiert und wird aus wenig Wasser unter Zusatz von Tierbohle umkristallisiert. Man erhält 3 g Asoo:rbinsäure.q .. 1 og diacetone ketogulonic acid are mixed with 3o: ccm hydrochloric acid of the spec. Weight iig heated to 60 ° to 70 ° for 30 minutes in the containment tube. After cooling, the tube is opened and the reaction liquid obtained is concentrated at low temperature in vacuo. The residue crystallizes and is recrystallized from a little water with the addition of Tierbohle. 3 g asoo: rbic acid are obtained.

5. 25o g Diacetonketogulonsäure werden mit 75o ccm konzentrierter Salzsäure ,auf 6o° erhitzt, wobei man dafür Sorge trägt, daß das abgespaltene Aceton entweichen kann. Dies kann vorteilhaft z. B. dadurch unterstützt werden, daß ein leichter CO2-Strom über die Flüssigkeitsoberfläche geleitet wird. Durch diese Maßnahme wird die Bildung von harzartigen Nebenprodukten herabgesetzt. Ausbeute etwa 8o0jo der Theorie.5. 250 g of diacetone ketogulonic acid are concentrated with 750 cc Hydrochloric acid, heated to 60 °, taking care that the split off acetone can escape. This can be advantageous e.g. B. be supported in that a a gentle stream of CO2 is passed over the surface of the liquid. By this measure the formation of resinous by-products is reduced. Yield about 8o0jo the theory.

Nach dem eingangs erwähnten, bisher fast ausschließlich verwendeten und für das weitaus beste Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsäure gehaltenen Verfahren wird die genannte Substanz aus Estern der 2-Keto.-i-gul,onsäure durch Behandeln mit Alkali in wasserfreien Lösungsmitteln hergestellt. Diese Ester können bisher in technisch durchführbarer Weise ausschließlich auf folgendem Wege hergestellt werden: Diaceton-i-s@orb-ose > Diaceton-2-ketoi-gulonsäure -> 2-Keto-i-gulonsäurem:ethylester.After what was mentioned at the beginning, it has so far been used almost exclusively and believed to be by far the best method of making ascorbic acid The said substance is made from esters of 2-keto.-i-gul, onic acid Treat with alkali made in anhydrous solvents. These esters can previously produced in a technically feasible manner exclusively in the following way be: diacetone-i-s @ orb-ose> diacetone-2-ketoi-gulonic acid -> 2-keto-i-gulonic acid: ethyl ester.

Die Herstellung der Ascorbinsäure nach dem bekannten Verfahren verläuft also, ausgehend von der Diacet,on-i-sorbose, über drei Zwischenstufen.The production of ascorbic acid takes place according to the known process So, starting from the diacet, on-i-sorbose, through three intermediate stages.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, diesen langen Weg durch Ausschaltung von zwei Zwischenstufen ganz wesentlich abzukürzen, da ihr Inhalt darin besteht, durch eintache Salzsäurebehandlung der Diaoeton-2-ket:o-i-gulonsäure die Ascorbinsäure direkt darzustellen.The present invention has made it possible to go this long way by eliminating two intermediate stages, they can be shortened considerably, since their content it consists in a single hydrochloric acid treatment of the diaoetone-2-ketone: o-i-gulonic acid to represent the ascorbic acid directly.

Es sei ausdrücklich bemerkt, daß es nicht gelingt, durch Übertragung der Alk.alibehandlung nach der Vorveröffentlichung auf eines der @obengenannten Zwischenprodukte Ascorbinsäure unter Abkürzung des langen Reaktionsweges herzustellen.It should be expressly noted that it does not succeed through transmission the alkali treatment after prior publication on one of the @above To produce intermediate products of ascorbic acid by shortening the long reaction path.

Aus der geschilderten Ersparnis von zwei vollständigen Umsetzungsstufen ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Arbeit, Zeit, Kosten, Chemikalien und Geräten.From the described savings of two complete implementation stages there is a significant saving in labor, time, costs, chemicals and Devices.

Claims

PATENT CLAIM i. Process for the production of ascorbic acid by Effect of hydrochloric acid on diacetone-2-keto-i-gul, onic acid, characterized in that one applies concentrated hydrochloric acid and the ascorbic acid formed aus.der Reaction mixture wins by conventional methods.

2. The method according to claim i, characterized in that hydrochloric acid gas is continuously introduced during the reaction.

3. The method according to claim i, characterized in that one concentrated on diacetoal-2 = keto-i-gubonic acid Let hydrochloric acid take effect in a closed vessel. q .. Method according to claim i to 3, characterized in that the reaction temperature is a temperature between Room temperature and 100 °; preferably between 6o and 8o °.