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Verfahren zur Herstellung von Uronsäuren, insbesondere von Glucuronsäure
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Uronsäuren, insbesondere
zur Herstellung von Glucuronsäure und ihres Lactons.
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Man hat bereits vorgeschlagen, Uronsäuren auf dem Umwege über die
Methylglycoside der Monosaccharide zu gewinnen, wobei diese Glycoside dann durch
Oxydation mittels Stickstoffdioxyd in die entsprechenden Methylglycuronide und diese
durch nachfolgende Säurehydrolyse in die entsprechenden Uronsäuren übergeführt wurden
(Berichte Dentsche Chemische Gesellschaft Bd. 75, S. 1489 [19421; J. makromol. Chem.
3, Bd. i, S. 27 bis 34 [19431; Berichte Deutsche Chemische Gesellschaft Bd. 8o,
S. 94 [i947]). Bei diesem bekannten Verfahren ist es zunächst erforderlich, die
Glycoside aus den in reiner Form vorliegenden Monosacchariden unter Ausbeuteverlusten
herzustellen. Außerdem ist es bekannt, polymere Kohlenhydrate, wie z. B. Cellulose,
auf oxydativem Wege, beispielsweise mittels Brom (Cereal Chem. Bd. 15, S. 678 [i938])
oder Stickstoffdioxyd (J. Am. Chem. Soc. Bd. 64, S. 121 und 127 [i942]), in Polyuronsäurederivate
zu überführen. Es ist jedoch bisher nicht gelungen, die auf diesem Wege erhältlichen
Produkte mit einem mehr oder weniger hohen Polyuronsäuregehalt zur präparativen
Gewinnung von Uronsäuren heranzuziehen.
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Die Nachteile der bekannten Verfahren werden durch die Erfindung beseitigt.
Das Verfahren zur Herstellung von Uronsäuren nach der Erfindung besteht darin, daß
ein polymeres Kohlenhydrat mit überwiegend freien primären Hydroxylgruppen am Kohlenstoffatom
6, in dem die glycosidischen O H-Gruppen von Natur aus ätherartig geschützt sind,
durch Oxydation der primären OH-Gruppen in ein Polyuronsäurederivat umgewandelt,
das Polyuronsäurederivat der Säurehydrolyse unter energischen Bedingungen unterworfen
und aus dem Hydrolysat die Uronsäure isoliert wird.
Erfindungsgemäß
gelingt es@also; unter Vermeidung des Umweges über die Monosaccharide die Uronsäuren
direkt aus solchen polymeren Kohlenhydraten, "beispielsweise Polyglucosanen, wie
Stärke .und.Cellulose, Mannanen und Galaktanen, herzustellen, in denen die glycosidischen
O H-Gruppen von Natur aus ätherartig geschützt sind. " Erfindungsgemäß wird dabei
in der ersten Verfahrensstufe die Oxydation der polymeren Kohlenhydrate, wie an
sich bekannt, beispielsweise mit Stickstoffdioxyd oder Brom, vorzugsweise jedoch
mit Salpetersäure durchgeführt. Die günstigsten Ergebnisse werden mit einer Salpetersäure
vom spezifischen Gewicht 1,42 bei Temperaturen von etwa o bis -f- io° erzielt, wobei
die Säure geringe Mengen Natrinmnitrit oder Stickstoffdioxyd enthalten muß. Andernfalls
entstehen undefinierbare Reaktionsprodukte,- wobei, bei höheren Temperaturen bereits
eine merkliche Hydrolyse unter gleichzeitiger Bildung von Dicarbonsäuren eintritt.
Es gelingt dagegen nach der Erfindung, beispielsweise aus Stärke Oxydationsprodukte
mit einem Polyuronsäuregehalt von etwa 45 bis 55 % herzustellen, die praktisch stickstofffrei
sind.
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Die Weiterverarbeitung der Polyuronsäurederivate auf freie Uronsäure
ist unter den normalen, verhältnismäßig milden Bedingungen der Polysaccharidhydrolyse
nicht möglich. Offensichtlich wird die Aufspaltung durch die bei der Oxydation entstehenden
Carboxylgruppen erschwert. Auch die Bedingungen, unter denen sich normalerweise
die bereits erwähnten Methylglycoside und Methylglycuronide hydrolysieren lassen,
führen bei den synthetischen Polyuronsäurederivaten nicht zum Ziel. Es wurde aber
überraschenderweise gefunden, daß die Hydrolyse, das ist die zweite Stufe des neuen
Verfahrens, nur dann vollständig verläuft, wenn Säuren, insbesondere Mineralsäuren,
von einer Konzentration von o,i bis i n unter Druck bei erhöhten Temperaturen von
z. B. 14o bis 16o° zur Anwendung kommen. Andere Bedingungen führen entweder zu unvollständig
hydrolysierten Produkten, was zur Folge hat, daß die Uronsäureausbeute verringert
wird, oder es werden größere Mengen der bereits gebildeten Uronsäure zerstört.
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In der dritten Stufe wird dann aus dem Hydrolysat die gebildete Uronsäure
in Form ihres Lactons in geeigneter Weise isoliert; z. B. nach dem Reinigen des
Hydrolysats mit geeigneten Lösungsmitteln und Entfärbungskohle, Eindampfen und Kristallisieren
aus geeigneten Lösungsmitteln.
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So gelingt es, aus Stärke oder Quellstärke durch Oxydation mit Salpetersäure,
nachfolgende Hydrolyse und Reinigung des Hydrolysats mit n-Butanol und aktiver Kohle
aus Eisessig in einer Ausbeute von etwa 2o% kristallisiertes Glucuronsäurelacton,
bezogen auf wasserfreie Stärke, zu erhalten. Durch Animpfen des gereinigten Hydrolysats
mit 5 % kristallisiertem Glucuronsäurelacton läßt sich die Ausbeute auf etwa 25
% Lacton, berechnet auf wasserfreie Stärke, erhöhen. Es ist damit zu rechnen, daß
sich die Ausbeute bei technischer Durchführung des Verfahrens, insbesondere durch
Verwendung eines säurefesten Knetmischers für die Oxydation mit Salpetersäure, noch
weiter verbessern läßt. Die wirtschaftliche Herstellung von Uronsäure, insbesondere
Glucuronsäure und ihrer Derivate, ist deshalb von Bedeutung, weil diese Verbindungen
therapeutisch wertvolle Eigenschaften besitzen. Beispielsweise haben sich Glucuronsäure
und ihre Salze bei der Behandlung der Arthritis als brauchbar erwiesen (Journal
Lancet, Bd. 6 7, S. 451 [z947;). Beispiel i ioo g native Maisstärke mit einem handelsüblichen
Wassergehalt von 12,o% wurden unter Rühren in eine auf "= io° gekühlte Lösung von
2,0 g Natriumnitrit in 2ö0' ccm Salpetersäure (D = 1,42) nach und nach eingetragen.
Das Reaktionsgemisch wurde bei einer Temperatur von + 2 bis + 5° 168 Stunden sich
selbst überlassen. Daraufhin wurde die dicke, schwach gelblichgrün gefärbte- Gallerte
unter Kühlung mit Wasser in etwa 6oö ccm Methanol eingeführt, wobei sich das Oxydationsprodukt
in körniger, gut filtrierbarer Form abschied. Es wurde durch Filtration abgetrennt,
mit Methanol gewaschen und bei 5o° im Vakuum getrocknet. Auf diese Weise wurden
104 g Oxydationsprodukt (Trockensubstanz) mit einem Polyuronsäuregehalt von 55,5%
erhalten; Stickstoffgehalt nach Dumas o,31%.
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20 g dieses Oxydationsproduktes wurden in 200 ccm 0,5 n-Salzsäure
suspendiert und unter Druck bei 15o° im Autoklaven behandelt (5 Minuten steigend,
40 Minuten bei 15o°, 15 Minuten fallend). Das dunkelbraun gefärbte, zum Teil verkohlte
Reaktionsprodukt wurde heiß unter Nachwaschen mit Wasser filtriert, zur Reinigung
einmal mit 75 ccm und noch zweimal mit je 5o ccm n-Butanol ausgeschüttelt, anschließend
15 Minuten am siedenden Wasserbad mit aktiver Kohle behandelt, erneut filtriert
und im Vakuum bei 5o° zu einem dünnflüssigen Sirup eingedampft. Der nur noch schwach
gelbgefärbte Sirup wurde mit der doppelten Menge Eisessig versetzt und weiter im
Vakuum bei 5o° bis zur beginnenden Trübung eingeengt. Nach dem Animpfen mit wenig
Kristallen von Glucuronsäurelacton und-Abkühlen auf + 5° trat über Nacht Kristallisation
ein. Nach dem Auswaschen mit Methanol undÄther könnten 3,0 g reines kristallisiertes
Glucuronsäurelacton mit dem Schmelzpunkt 173 bis 175° und der spezifischen Drehung
[a] D - 18,o° (2 dm; c = i,o; Wasser) gewonnen werden. Die Ausbeute, bezogen auf
Stärketrockensubstanz, betrug etwa 20°,ö. Die Naphthoresorcinprobe zeigte im Vergleich
zu reinem Glucuronsäurelacton in 1%iger Lösung die gleiche Farbintensität. Beispiel
2 An Stelle von nativer Maisstärke wurden ioo g native Kartoffelstärke mit einem
Wassergehalt von 16,1% in gleicher Weise, wie im Beispiel i beschrieben, oxydiert.
Nach der Aufarbeitung wurdeh 1o2 g Oxydationsprodukt (Trockensubstanz) mit einem
Polyuronsäuregehalt von 49,2 °ö erhalten. Beispiel 3 ioo g Maisquellstärke mit einem
Wassergehalt von 9,4%, die vorher in bekannter Weise durch Verkleisterung und Trocknung
auf einem Walzentrocknerhergestellt
waren, wurci< Ii unter Rühren
in 200 ccm einer auf - io° gekühlten Salpetersäure (D =z,42) eingetragen. Die Säure
war vorher durch Verdünnen von konzentrierter stickstoffdioxydhciltiger Salpetersäure
auf die vorgeschriebene Konzentration gebracht worden. Nach 168 Stunden Reaktionsdauer
bei o bis -f- 5° wurde, wie in Beispiel i beschrieben, aufgeararbeitet. Es wurden
io8 g Oxydationsprodukt (Trokkensubstanz) mit einem Polyuronsäuregehalt von 48,6%
erhalten.
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20 g des Oxydationsproduktes wurden in 200 ccm o,5 n-Salzsäure suspendiert
und unter Druck bei 155° behandelt (io Minuten steigend; 15 Minuten bei 155`, 15
Minuten fallend). Nach der wie im Beispiel i beschriebenen Behandlung mit -n-Butanol
und aktiver Kohle wurde eine nahezu farblose Lösung erhalten, die ii,o g (Trockensubstanz)
und 5,8 g Glucuronsäure enthielt. Nach dem Eindampfen im Vakuum bei 5o°, Aufnehmen
des dünnflüssigen Sirups mit der doppelten Menge Eisessig, erneutem Eindampfen bis
zur beginnenden Trübung und Animpfen mit i,o g reinem Glucuronlacton wurden nach
dem Durchkristallisieren über Nacht bei 4- 5° und Auswaschen der Kristalle mit 1iethanol
und Äther 4,9 g reines kristallisiertes Glucuronsährelacton erhalten, entsprechend
einer Ausbeute von 3,9 g = etwa 25 % bezogen, auf Stärketrockensubstanz.