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Verfahren zur Gewinnung von Glucuronsäurelacton Die Erfindung bezieht
sich auf die Gewinnung von Glucuronsäure in Form ihres reinen Lactons aus beim Oxydieren
geeigneter Glucosederivate erhaltenen Mischungen.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Gewinnung von Glucuronsäurelacton
in kristalliner Form aus wäßrigen, Glucuronide enthaltenden Gemischen, wie sie bei
der Oxydation von Glucoseverbindungen mit geschützter Aldehy dgruppe anfallen. Es
besteht darin, daß ein solches Gemisch mit ionenaustauschenden Harzen behandelt
wird, um die sauren Bestandteile einschließlich Glucuronid von den nicht sauren
Bestandteilen der Lösung abzutrennen.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Reinigen von rohem
Glucuronsäurelacton, welches darin besteht, daß man dieses in Wasser von 2o bis
6o° bis zur Sättigung löst, die Lösung mit Entfärbungskohle bei einer Temperatur
innerhalb dieses Bereichs entfärbt, die Kohle entfernt und die Lösung im Vakuum
bei einer Temperatur innerhalb dieses Bereichs bis zu einem Gehalt von etwa 8o bis
9o °,/o an festen Stoffen eindampft, die Kristalle aus reinem Glucuronsäurelacton
von der Mutterlauge trennt, die Mutterlauge durch Zusetzen zu einer neuen Lösung
von rohem Glucuronsäurelacton in das Verfahren zurückführt und das beschriebene
Verfahren wiederholt.
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Die besten bekannten Verfahren zur Herstellung von Glucuronsäure bestehen
in der Oxydation von Glucosederivaten, in denen die Aldehydgruppe gegen Oxydation
geschützt ist, zu dem entsprechenden Glucuronsäurederivat, und dessen anschließende
Hydrolyse zur Entfernung der schützenden Gruppe.
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Einfache Glucoside, z. B. Methylglucoside, sind die am wirtschaftlichsten
herstellbaren reinen Glucosederivate, welche zurOxydation zu den entsprechenden
Glucuronsäurederivaten geeignet sind. Solche Verbindungen
sind
besonders geeignet, weil sie verhältnismäßig widerstandsfähig gegen Hydrolyse sowohl
unter sauren wie alkalischen Bedingungen sind. Sie können daher ohne Hydrolyse durch
Verfahren oxydiert werden, durch welche weniger beständige Glucosederivate Hydrolyse
erleiden und daher die Aldehydgruppe unerwünschter Oxydation ausgesetzt würde.
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Im Hinblick auf alle Schwierigkeiten der bekannten Verfahren ist es
klar, daß bei einem wirksamen und wirtschaftlich arbeitenden Verfahren zur Gewinnung
reiner Glucuronsäure oder deren Lacton aus durch Oxydieren geeigneter Glucosederivate
hergestellten Gemischen besondere Arbeitsweisen erforderlich sind.
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Im allgemeinen besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß man
die durch Oxydation von Glucuronsäurederivate liefernden Glucosederivaten erhaltenen
Gemische zuerst mit ionenaustauschenden Harzen zur Abtrennung der aus einer Mischung
organischer Säuren einschließlich des Glucuronsäurederivats bestehenden sauren Anteile
von den Nebenprodukten behandelt. Diese Behandlung führt zu einer verdünnten wäßrigen
Lösung der sauren Bestandteile. Diese Lösung wird dann vorzugsweise auf einen Gehalt
von etwa 3o bis 4o °/o, höchstens 50 °/o, an Trockenstoffen konzentriert und unter
kontrollierten Bedingungen mit einem Mineralsäurekatalysator hydrolysiert, bis die
Hydrolyse des Glucuronsäurederivats nicht mehr als 85 °/o der Gesamtmenge an Verseifbaren
beträgt. Der nächste Schritt besteht aus dem Konzentrieren des Hydrolysats ohne
Entfernung des Mineralsäurekatalysators unter kontrollierten Bedingungen bis auf
einen für die Kristallisation geeigneten Punkt und dem Kristallisierenlassen. Gegebenenfalls
kann die Mutterlauge getrennt hiervon wieder hydrolysiert werden, vorzugsweise wird
sie jedoch in das Verfahren zurückgeleitet und so der Hydrolyse und Konzentrierung
von neuem unterworfen.
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Die so erhaltenen Kristalle sind für einige Zwecke rein genug, aber
wenn eine weitere Reinigung, insbesondere Entfärbung, gewünscht wird, kann eine
weitere nachstehend beschriebene Stufe in das Verfahren eingeschaltet werden.
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Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird das Verfahren in seiner
Anwendung auf ein durch Oxydation von Methylglucosid gemäß den vorerwähnten bekannten
Verfahren erhaltenes Ausgangsmaterial beschrieben. Jedoch sind selbstverständlich
durch Oxydation von Methylglucosid nach anderen Verfahren oder durch Oxydation von
anderen Glucosederivaten vom Glycosidtyp nach den gleichen oder verschiedenen Verfahren
erhaltenen Produkte für die Zwecke der vorliegenden Verfahrens ebenfalls geeignet.
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Der erste Schritt des vorliegenden Verfahrens besteht in der Abtrennung
der sauren Anteile, einschließlich des Glucuronids, von den übrigen Anteilen. Gleichgültig,
nach welchem Verfahren Methylglucosid zur Gewinnung der Glucuronsäure oxydiert wurde,
enthält das Oxydationsprodukt stets einige neutrale Anteile, vornehmlich nicht oxydiertes
Methylglucosid, welche von den sauren Bestandteilen vorteilhaft durch geeignete
Behandlung mit einem der vielen handelsüblichen kationen- und anionenaustauschenden
Harze abgetrennt werden können. Die Reihenfolge bei der Anwendung der Ionenaustauschbehandlung
hängt von dem Verfahren ab, welches zur Oxydation des Methylglucosids verwendet
wurde.
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Wenn die Oxydation in einem sauren System in Abwesenheit anorganischer
Kationen durchgeführt wurde, wird die Konzentration der wäßrigen Oxydationsmischung
auf etwa io bis 15 °/o an festen Bestandteilen eingestellt und diese über ein anionenaustauschendes,
Hydroxylgruppen enthaltendes Harz, welches die Anionen aus der Mischung adsorbiert,
geleitet. Däs Harz wird dann gewaschen und mit einer geeigneten Base, z. B. Natriumhydroxydlösung,
ausgespült. Die Spülflüssigkeit, welche die Salze der bei der Oxydation gebildeten
Säuren enthält, wird mit einem kationenaustauschenden Harz behandelt, um eine ein
Gemisch freier Säuren enthaltende Lösung zu gewinnen, aus welcher reines Glucuronsäurelacton
durch Anwendung der verschiedenen zusätzlichen Behandlungen gemäß der Erfindung
gewonnen werden kann.
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Wenn die Oxydation in einem alkalischen oder einem gepufferten, anorganische
Kationen enthaltenden System durchgeführt wurde, werden diese Kationen vorzugsweise
durch Behandlung mit einem kationenaustauschenden Harz entfernt, bevor die sauren
Bestandteile der Mischung durch Adsorption an ein anionenaustauschendes Harz abgetrennt
werden. Nachdem die sauren Bestandteile an dem anionenaustauschenden Harz adsorbiert
wurden, sind die anschließenden Behandlungen, um das Gemisch der bei der Oxydation
erzeugten Säuren zu erhalten, die gleichen wie die oben beschriebenen.
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Wenn die Oxydation bis zu dem Punkt fortgesetzt wurde, bei welchem
im wesentlichen das gesamte Methylglucosid zu sauren Stoffen oxydiert ist, kann
auf die Ionenaustauschbehandlung des Produkts verzichtet werden. Aber auch in diesem
Fall ist es mitunter vorteilhaft, das Gemisch mit einem anionenaustauschenden Harz
zu behandeln, um den größeren Teil gewisser verunreinigender Säuren, wie Oxalsäure,
welche stärker als das Glucuronsäurederivat adsorbiert werden, zu entfernen.
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Jedes dieser Behandlungsverfahren führt zu einem Gemisch organischer
Säuren, in welchem das Glucuronsäurederivat (Methylglucuronid) gewöhnlich 4o bis
8o°/0 der Trockensubstanz, je nach Verfahren und Wirksamkeit der Oxydation, ausmacht.
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Die obenerwähnte, aus der Ionenaustauschbehandlung herrührende und
Methylglucuronid enthaltende Lösung wird auf etwa 3o bis 40 °/o, aber nicht über
5o % Trockensubstanz konzentriert. Konzentrieren vor der Hydrolyse ist aus verschiedenen
Gründen vorteilhaft. Vor der Hydrolyse wird nämlich das Hydrolysat eine kürzere
Konzentrierungszeit zur Einleitung der Kristallisation des Produkts erfordern, und
es besteht während dieser abschließenden Konzentrierung weniger Gefahr einer Zersetzung
der Glucuronsäure. Die anfängliche Konzentrierung kann in einem gewöhnlichen Apparat
ohne größere korrodierende Einwirkungen durchgeführt werden. Die nicht hydrolysierte
Flüssigkeit besitzt weniger Neigung zum
Schäumen als das Konzentrat,
so daß die Konzentrierung schneller und mit geringeren Schwierigkeiten vor der Hydrolyse
als nachher bewirkt werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, die Hydrolyse auch später
noch zu erörternden Gründen mit einer hochkonzentrierten Lösung auszuführen.
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Nachdem die bei der lonenaustauschbehandlung erhaltene Lösung auf
etwa 3o bis 400/, Trockensubstanz konzentriert wurde, wird ihr eine Mineralsäure,
z. B. Chlorwasserstoff- oder Schwefelsäure, zugesetzt. An Schwefelsäure, dem bevorzugten
,Katalysator, sollte eine Menge, die ausreicht, um der Lösung eine Normalität von
vorzugsweise 0,3 bis o,7 zu erteilen, zugesetzt werden. Da Chlorwasserstoffsäure
eine stärkere Säure ist, sollten entsprechend geringere Mengen bei Verwendung dieses
Katalysators zugefügt werden. Der Bereich bei Chlorwasserstoffsäure ist etwa o,1
bis o,5 normal. Die angesäuerte Lösung wird dann vorzugsweise auf ioo bis 15o° erhitzt,
bis die Hydrolyse des Methylglucuronids zu etwa 6o bis 85 °/o vollendet ist. Es
ist vorteilhaft, die Hydrolyse in Gegenwart von i bis 5 °/o, bezogen auf Trockensubstanz,
an Entfärbungskohle durchzuführen, obwohl die Kohlebehandlung ganz fortgelassen
oder als besonderer Schritt nach der Hydrolyse ausgeführt werden kann.
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Es wurde nun gefunden, daß durch zunehmende Konzentrationen an Mineralsäure
innerhalb einer Normalität von 0,3 bis 2,o während der Hydrolyse die Hydrolysiergeschwindigkeit
von Methylglucuronid über die Zersetzungsgeschwindigkeit der freien Glucuronsäure
ansteigt. Jedoch wird eine größte Normalität von etwa 0,7 während der Hydrolyse
bei Verwendung von Schwefelsäure bevorzugt, da eine höhere Konzentration das Eindampfen
des Hydrolysats, ohne daß dabei das Produkt zersetzt wird, erschwert.
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Es wurde auch gefunden, daß eine zu starke Zersetzung der Glucuronsäure
vermieden wird, wenn die Hydrolyse bei einem Umsetzungsgrad von nicht mehr als 85
°/o oder vorzugsweise von etwa 75 % abgebrochen wird, wenn Mutterlaugen aus der
Kristallisation im Kreislauf verwendet werden sollen. Zusätzlich wurde beobachtet,
daß eine Zunahme der Temperatur bis auf mindestens 13o° die Geschwindigkeit der
Hydrolyse stärker erhöht als die Zersetzungsgeschwindigkeit.
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Zeit, Temperatur und Konzentration der Mineralsäure sind untereinander
abhängige Variable bei der Hydrolyse. Darum können verschiedene Kombinationen verwendet
werden. Wenn die Normalität der schwefelsauren Lösung 0,7 beträgt, sollte
die Zeit 25 Minuten nicht überschreiten, wenn die Temperatur etwa 13o° beträgt.
Wenn die Temperatur niedriger, z. B. um etwa iio° liegt, kann die Zeit länger sein,
sollte aber 16o Minuten nicht überschreiten, wenn die Normalität o,7 beträgt. Wenn
die Lösung mit Schwefelsäure angesäuert wurde und o,6 normal in bezug auf diese
Säure ist und die Hydrolyse unter Druck bei etwa 13o° ausgeführt wird, wird der
gewünschte Hydrolysegrad in etwa 27 Minuten erhalten. Der bevorzugte Temperaturbereich
für eine Schwefelsäurenormalität von 0,5 bis 0,7 ist i2o bis 40°,
obwohl die Temperatur auch ioo bis 200° sein kann. Die Zeichnung zeigt den Zusammenhang
von Hydrolysierzeit, -temperatur und Normalität der verwendeten Schwefelsäure.
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Ein anderer Grund, warum es vorteilhaft ist, Methylglucuronidlösungen
hoher Konzentration zu hydrolysieren, ist der, daß die Hydrolysiergeschwindigkeit
Methylglucuronids bei einer gegebenen Temperatur und Mineralsäurekonzentration verhältnismäßig
unabhängig von der Konzentration des Methylglucuronids mindestens bis zu 40 °/o
ist. Eine Hydrolyse bei hohem Gehalt an festen Stoffen gestattet daher eine wirksamere
Verwendung des Mineralsäurekatalysators. Ein anderer, durch Hydrolyse bei hohem
Gehalt an festen Stoffen erzielter Vorteil besteht darin, daß die in dieser Weise
gewonnennen Hydrolysate eine nicht zu hohe Konzentration an Mineralsäure während
der Endkonzentrierungsstufe erreichen. Infolgedessen wirken die während dieser Operation
herrschenden Bedingungen wahrscheinlich weniger zerstörend auf die Glucuronsäure.
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Bei der Hydrolyse von Methylglucuronid wurde es als vorteilhaft gefunden,
den abgespaltenen Alkohol (Methanol) zu entfernen. Andernfalls reichert er sich
an, und wenn eine merkliche Menge davon vorhanden ist, neigt diese dazu, die Hydrolyse
umzukehren. Diese Wirkung macht sich zunehmend bemerkbar bei hohem Gehalt an festen
Stoffen. Stetige Entfernung des Methanols während der Hydrolyse, z. B. durch Wasserdampfdestillation,
verkürzt die zur Erzielung eines bestimmten Hydrolysegrads erforderliche Zeit und
hilft dazu, die Zersetzung der Glucuronsäure auf ein Mindestmaß zu beschränken.
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Wenn die Hydrolyse, wie oben beschrieben, beendet ist, wird das Hydrolysat
ohne Entfernung des Mineralsäurekatalysators auf etwa 35° abgekühlt, filtriert und
im Vakuum bei 3o bis 6o°, aber vorzugsweise unterhalb 40°, bis zu dem Punkt eingedampft,
bei welchem die Kristallisation beginnt; dies ist bei etwa 8o bis 85 °/o Feststoffgehalt
der Fall. Es ist vorteilhaft, die Konzentrierung bei etwa 6o °/o Feststoffgehalt
zu unterbrechen und bei diesem Punkt zu filtrieren, bevor auf die Endkonzentration
eingedampft wird, da gewöhnlich eine gewisse Ausscheidung unlöslicher Abbauprodukte
in diesem Stadium vor sich gegangen und die Flüssigkeit zu viskos ist, um eine wirksame
Klärung zu erlauben, wenn das Eindampfen auf die erforderliche Endkonzentration
fortgesetzt wird. Nach Erreichung der Endkonzentration wird die Lösung abkühlen
und kristallisieren gelassen.
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Die Kristallisationsausbeute, welche aus etwa 95 °/o reinem Glucuronsäurelacton
besteht, wird durch Filtrieren oder Zentrifugieren entfernt und die Mutterlauge
entweder auf 40 °/o Feststoffgehalt verdünnt und wieder hydrolysiert, um ein zweites
Kristallisat zu erhalten, oder sie wird vorzugsweise in den Kreislauf zurückgeführt
und mit dem neuen Ansatz hydrolysiert. Wenn die Mutterlauge zurückgeführt wird,
braucht nur ausreichend zusätzliche Mineralsäure zugeführt werden, um die Konzentration
des gesamten Ansatzes auf die anfängliche Normalität zu bringen. Die Kristallisate
können mit wenig Methanol, Aceton oder Wasser zwecks Entfernung anhängender Mutterlauge
gewaschen und die Waschwässer mit der Mutterlauge
vereinigt werden.
Bei Verwendung von Methanol oder Aceton sollten diese vor der Zurückführung der
Mutterlauge zweckmäßig entfernt werden. Die erhaltenen Kristalle bestehen im wesentlichen
aus reinem Glucuronsäurelacton, sind aber etwas gefärbt. Wird eine weitere Reinigung
gewünscht, so kann diese gemäß den im folgenden beschriebenen Verfahren ausgeführt
werden.
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Die Rückführung der Mutterlauge in die Hydrolysierstufe ist eine wichtige
Maßnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens und erlaubt die Gewinnung von etwa 75
bis 8o °/o Glucuronsäure, berechnet auf das der Hydrolyse unterworfene Material,
als kristallines Glucuronsäurelacton guter Qualität. Es ist überraschend, daß dies
möglich ist, weil zu erwarten gewesen wäre, daß die mit der Mutterlauge zurückgeführten
Verunreinigungen sich bis zu einem Punkt anreichern würden, bei welchen keine Kristallisation
des Glucuronsäurelactons mehr stattfinden oder mindestens das kristallisierte Produkt
eine sehr geringe Qualität besitzen würde. Eines der unerwarteten Merkmale des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist aber, daß, wenn die Hydrolyse des Oxydationsgemisches in der angegebenen
Weise ausgeführt wird, nicht aus Uronsäuren bestehende Anteile der Trockensubstanz
während der Reaktion unter Bedingungen zersetzt werden, welche zu keiner nennenswerten
Zersetzung von Glucuronsäure führen. Einige der nicht aus Uronsäuren bestehenden
Stoffe gehen als flüchtige Verbindungen verloren, und einige werden als unlösliches
amorphes Material beim Filtrieren des Hydrolysats entfernt. Weitere derartige Produkte
können während des Konzentrierens des Hydrolysats verlorengehen oder zerstört werden.
Die Glucuronsäurelösung besitzt während der Kristallisation gewöhnlich ein größeres
Volumen als bei Beginn der Hydrolyse, und und es reichern sich keine Verunreinigungen,
wie bei der Rückführung der Mutterlauge hätte erwartet werden können, an.
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Jedoch sammeln sich nach fünf bis sieben Kreisläufen nicht aus U ronsäure
bestehende Verunreinigungen bis zu einem Punkt an, von dem an eine weitere Rückführung
die Reinheit des der Hydrolyse zugeführten Produkts verringert und als Ergebnis
die Endausbeute an Glucuronsäurelactori erniedrigt wird. Wenn die Reinheit der Mutterlauge
bis auf etwa 30 °@o Glucuronsäure, berechnet als Trockensubstanz, abnimmt, wird
die Gewinnung von mindestens 30 0170 der restlichen Glucuronsäure aus der :Mutterlauge
als kristallisiertes rohes Glucuronsäurelacton durch Zusatz von annähernd dem gleichen
Gewicht an Eisessig bewirkt.
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Ein anderes unerwartetes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß gute Ausbeuten eines kristallisierten Produkts hoher Qualität
durch Konzentrieren der Hydrolysate ohne Entfernung des Mineralsäurekatalysators
erhalten «erden. Dies erlaubt nicht nur eine Einsparung von Verfahrensschritten
und von Katalysator, sondern es wurde gefunden, daß im allgemeinen bessere Ausbeuten
und ein Produkt mit verbesserter Qualität durch dieses Verfahren erhalten werden,
als wenn der Mineralsäurekatalysator entfernt wird. Es hätte erwartet werden müssen,
daß die Konzentrierung auf den erforderlichen Gehalt an festen Stoffen in Gegenwart
einer sich stetig erhöhenden Konzentration an Mineralsäure einen wesentlichen Anteil
der Glucuronsäure in der Mischung zersetzen könnte. Wie bei der Hydrolyse ist es
jedoch möglich, das Eindampfen in einer solchen Weise auszuführen, z. B. im Vakuum
bei einer Temperatur im Bereich von 3o bis 6o', vorteilhafterweise unterhalb von
q.0°, daß keine nennenswerte Menge von Glucuronsäure zersetzt wird.
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Ein weiterer Vorteil beim Konzentrieren ohne Entfernung der Mineralsäure
kann möglicherweise in der Tatsache liegen, daß dieses Verfahren eine günstige Wirkung
auf die Gleichgewichtsreaktion zwischen Glucuronsäure und Glucuronsäurelacton besitzt.
Vermutlich sind diese beiden Formen im Hydrolysat im Gleichgewicht. Es wurde gefunden,
daß die Gegenwart von Mineralsäure die Geschwindigkeit der Gleichgewichtseinstellung
zwischen Glucuronsäure und Glucuronsäurelacton vergrößert, daß die Kristallisation
schneller vor sich geht und daß im allgemeinen ein größerer Anteil des Glucuronsäuregehalts
des Hydrolysats als sehr reines Lacton auskristallisiert, wenn der Mineralsäurekatalysator
nicht entfernt wird.
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Was nun das Verfahren zur Reinigung von rohem Glucuronsäurelacton
betrifft, so wurde gefunden, daß dieses, wenn es in Wasser gelöst wird, sich sehr
langsam in Glucuronsäure umwandelt, wenn nicht die Lösung stark erhitzt wird oder
wenn nicht Mineralsäure zugegen ist. Wenn daher das rohe Glucuronsäurelacton im
Wasser gelöst und einer raschen Behandlung mit Kohle bei niederer Temperatur unterworfen
wird, wird der größte Anteil der färbenden Verunreinigungen entfernt, und es bildet
sich sehr wenig freie Glucuronsäure. Wenn das Eindampfen rasch und bei niederer
Temperatur ausgeführt wird, kann die Kristallisation von glucuronsäurefreien Glucuronsäurelacton
herbeigeführt werden. Die Mutterlauge kann zu dem nächsten Ansatz von rohem Glucuronsäurelacton
zurückgeführt werden, um das noch darin enthaltene Glucuronsäurelacton zu gewinnen.
Indessen reichert sich die freie Säure mitunter langsam in der Flüssigkeit an, wobei
die Geschwindigkeit von der Schnelligkeit und Temperatur abhängt, unter welchen
die Operationen ausgeführt werden, so daß mitunter freie Glucuronsäure gleichzeitig
mit dem Lacton auszukristallisieren beginnt. Je höher die während der Entfärbung
und Eindampfung angewendete Temperatur ist, um so eher werden freie Glucuronsäure
enthaltene Kristallisate erhalten.
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Es wurde nun gefunden, daß Lösungen von Glucuronsäurelacton bei niedriger
Temperatur mehr freie Glucuronsäure im Gleichgewicht mit Lacton enthalten als bei
höheren Temperaturen. Obwohl mehrere Wochen für die Einstellung des Gleichgewichts
erforderlich sind, wenn Glucuronsäure in Wasser von 2o' gelöst und bei dieser Temperatur
gehalten wird, enthält die schließliche Gleichgewichtsmischung etwa 8o °/Q freie
Glucuronsäure. Andererseits sind nur etwa io Minuten für die Einstellung des Gleichgewichts
erforderlich, wenn die Temperatur der Lösung auf etwa ioo° erhöht wird, und die
so erhaltene Gleichgewichtsmischung enthält nur etwa 3o °/, freie
Glucuronsäure.
Wenn daher zunehmende Mengen freier Säuren enthaltende Kristallisate beim Umkristallisieren
von Glucuronsäurelacton erhalten werden, kann die :Mutterlauge zur Einstellung des
Gleichgewichts auf einen günstigeren Lactongehalt erhitzt, dann rasch gekühlt und
kristallisieren gelassen, oder sie kann zu einem neuen Ansatz von rohem Lacton zurückgeführt
werden.
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Demgemäß wird zur Reinigung von rohem Glucuronsäurelacton dieses zuerst
so rasch wie möglich bei einer Temperatur von 2o bis 6o°, aber vorzugsweise nicht
über 40°, bis zur Sättigung in Wasser gelöst, Entfärbungskohle zugefügt und innige
Berührung mit der Kohle für eine verhältnismäßig kurze Zeit, vorzugsweise nicht
mehr als io ?Minuten, bei einer Temperatur innerhalb des angegebenen Bereichs aufrechterhalten.
Die Kohle wird dann entfernt und die Lösung im höchstmöglichen Vakuum bei einer
Temperatur innerhalb des gegebenen Bereichs bis zu einem Punkt eingedampft, der
kurz vor dem liegt, bei welchem die Kristallmasse sich verfestigen wird, das ist
gewöhnlich bei einem Feststoffgehalt von 8o bis 9o °/o. Die Kristalle werden abgetrennt,
und die Mutterlauge wird einer neuen Lösung des rohen Produkts zugesetzt. Die so
erhaltene Lösung wird, wie oben beschrieben, entfärbt und eingedampft, um das darin
enthaltene Produkt zu gewinnen.
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Diese Behandlung kann mehrere Male wiederholt werden, bis die Menge
an freier Glucuronsäure, welche sich allmählich in der Mutterlauge anreichert, so
groß ist, daß sie zusammen mit dem Lacton zu kristallisieren beginnt. Dies tritt
gewöhnlich dann ein, wenn die Konzentration der freien Glucuronsäure in der Mutterlauge
etwa 40 °,/o erreicht. An diesem Punkt wird die Lösung, vorzugsweise im Vakuum,
bis auf einen Gehalt von etwa 8o bis 9o °/o an festen Stoffen konzentriert und io
Minuten lang auf go bis iio° zur Bewirkung der Lactonisierung der freien Glucuronsäure
erhitzt. Die Lösung wird dann rasch auf mindestens 40° abgekühlt, kristallisieren
gelassen oder vorzugsweise einem neuen Ansatz zugesetzt.
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Zersetzung der Glucuronsäure tritt ein, wenn ihre Lösungen für längere
Zeit auf 8o bis iio" erhitzt werden. Obwohl ferner ein günstiges Verhältnis von
Lacton zu freier Säure in den Lösungen bei ioo° besteht, ist dies nicht so günstig
wie das, welches besteht, wenn rohes Glucuronsäurelacton, das im allgemeinen 98
bis ioo °/p Lacton enthält, in Wasser bei Temperaturen unterhalb 40° gelöst wird.
Der Gehalt an freier Säure einer in dieser Weise zubereiteten Lösung, welche aber
nicht über 40° erwärmt wurde, wird sich während einer längeren Zeit 3o °/o nicht
nähern, während, wenn das gleiche rohe Glucuronsäurelacton in Wasser bei ioo° gelöst
wird, das Gleichgewicht bei etwa 30 °,/o freiem Säuregehalt sich innerhalb weniger
Minuten einstellen wird. Deshalb ist es entschieden vorteilhafter, bei niedrigen
Temperaturen zu arbeiten, außer wenn es notwendig wird, wieder ein günstigeres Verhältnis
von Lacton zu freier Säure zu erzielen.
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Es ist erwünscht, das umkristallisierte Glucuronsäurelacton zur Entfernung
anhängender Mutterlauge und Spuren von Verunreinigungen zu waschen. Verschiedene
Lösungsmittel, wie Wasser, Aceton oder Methanol, sind hierfür geeignet, aber das
letztere wird bevorzugt, weil es ein verhältnismäßig schlechtes Lösungsmittel für
Glucuronsäurelacton ist, jedoch zurückgehaltene färbende Stoffe leicht löst. Es
ist auch ein besseres Lösungsmittel für Glucuronsäure als für Glucuronsäurelacton,
und daher werden kleine Mengen freier Glucuronsäure, welche auf der Oberfläche der
Kristalle als Verunreinigungen anwesend sein können, selektiv entfernt. Die in dem
Methanol gelösten Produkte gehen nicht verloren, weil die Waschlösungen mit Wasser
verdünnt werden, das Methanol entfernt und sein Glucuronsäuregehalt getrennt wiedergewonnen
oder dem nächsten Ansatz wieder zugeleitet werden kann.
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Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die nachfolgenden
Beispiele gegeben. Beispiel i 5,3 1 einer wäßrigen Lösung, welche 220 g Methylglucuronid
und insgesamt 545 g an festen Stoffen enthält und durch Oxydation einer Lösung von
589 g Methylglucosid mit Sauerstoff in Gegenwart eines Platin-Tonerde-Katalysators
erhalten wurde, wurden durch eine Säule von 4000 ccm eines mittels Säure regenerierten
kationenaustauschenden Harzes mit einer Geschwindigkeit von ioo ccm/min geleitet.
Während dieser Behandlung stieg der pH-Wert der ablaufenden Flüssigkeit nicht über
2,2. Der Ionenaustauscher wurde mit etwa 31 Wasser nachgewaschen und die vereinigten
Lösungen dann über eine Säule aus 4000 ccm eines mit Alkali regenerierten Harzes
mit einer Geschwindigkeit von 15 ccm/min geleitet und anschließend der Ionenaustauscher
mit Wasser gewaschen. Der pH-Wert der ablaufenden Flüssigkeit und der Waschwässer
betrug io,6, und die Lösung enthielt gemäß Analyse 247 g feste Stoffe, welche nicht
oxydiertes Methylglucosid darstellten. Das anionenaustauschende Harz wurde mit io
1 einer 2°/oigen Lösung von Natriumhydroxyd gespült, welche mit einer Geschwindigkeit
von 15 ccm/min zugeführt wurden. Die erhaltene Spülflüssigkeit wurde über den regenerierten
Kationenaustauscher geleitet, welcher mit Chlorwasserstoffsäure mit einer Geschwindigkeit
von ioo ccm/min zur Entfernung von Natriumionen regeneriert worden war, und das
Harz dann mit Wasser gewaschen. Die vereinigten Flüssigkeiten enthielten nach der
Analyse igi g Methylglucuronid und insgesamt 272 g feste Stoffe. Somit wurde die
Reinheit des Methylglucuronids berechnet auf die Trockensubstanz der Flüssigkeit,
durch die Behandlung von 40,5 °/o im ursprünglichen Oxydationsprodukt auf 71 °/o
in der Flüssigkeit erhöht, welche der ionenaustauschenden Behandlung unterworfen
worden war.
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Die aus der Ionenaustauschbehandlung stammende Lösung wurde unter
verringertem Druck auf 61o ccm konzentriert und auf eine Normalität von
0,5 in bezug auf Schwefelsäure durch Zusatz von 15 g einer 96°/oigen Schwefelsäure
eingestellt. Die angesäuerte Flüssigkeit wurde dann in einem Autoklav 35 Minuten.
auf 13o° erhitzt. Der Autoklav war nicht eingerichtet, um einen Dampfaustritt zu
erlauben, aber das entstandene Methanol wurde durch zeitweiliges Entlüften
entfernt.
Schließlich wurde der Druck abgelassen und das abgekühlte Hydrolysat bei etwa 5
bis 15 mm Hg und einer Temperatur von etwa 35° konzentriert, bis die Kristallisation
einsetzte und die abgeschiedenen Kristalle mit Hilfe von ioo ccm Eisessig isoliert.
werden konnte. Wenn die Mutterlaugen im Kreislauf zurückgeführt werden, wird das
Eindampfen zweckmäßig unterbrochen, bevor die Kristallisation beginnt, wobei Eisessig
nicht benötigt wird. Das hier beschriebene Verfahren wurde benutzt, um eine maximale
Ausbeute zu erhalten, da nicht beabsichtigt war, die Mutterlauge im Kreislauf zurückzuführen.
Die Ausbeute an rohen Glucuronsäurelactonkristallen betrug nach dem Trocknen 125
g mit einer Reinheit von 96 0/0.
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Der Eisessig wurde aus der Mutterlauge durch Destillation im Vakuum
entfernt, die zurückgebliebene Flüssigkeit mit Wasser auf 55o ccm verdünnt und der
Hydrolyse bei z30° 25 Minuten lang, wie oben beschrieben, unterworfen. Das zweite
Hydrolysat wurde rasch gekühlt und auf 45° Bi, wie beschrieben, konzentriert. Das
erhaltene rohe kristalline Glucuronsäurelacton wurde mit Hilfe von 50 ccm Eisessig
entfernt. Es wog nach dem Trocknen ii g und war 1000/0ig rein. Somit betrug die
Gesamtausbeute an Rohprodukt berechnet als reines Glucuronsäurelacton 1319, entsprechend
42 % auf Methylglucosid. Beispiel 2 301 einer Lösung von 176 g Methyl-a-d-glucosid,
welche mit Natriumcarbonat gepuffert war, wurden an einem Platin-Tonerde-Katalysator
oxydiert. Unter den angewendeten Bedingungen wurden 52,3 0/0 Methylglucosid in saure
Stoffe umgewandelt, und 47,7 0/0 blieben unverändert. Von den erzeugten sauren Stoffen
waren 57 °/0 Methylglucoronid. Die wäßrige Lösung aus der Oxydation wurde über eine
Säule eines regenerierten kationenaustauschenden Harzes zur Entfernung der Kationen
und dann über eine Säule eines regenerierten anionenaustauschenden Harzes zum Adsorbieren
der sauren Bestandteile geleitet. Der neutrale Abfluß aus dem Anionenaustauscher
enthielt organische Trockensubstanz, entsprechend 44,7 % des der Oxydation unterworfenen
Methylglucosids. Die Entfernung dieser Menge neutraler, nicht aus Uronsäure bestehender
Trockensubstanz bedeutet ein Erhöhen der Reinheit in bezug auf den Uronsäuregehalt
der Trockensubstanz der Oxydationsflüssigkeit von etwa 30 auf 52 0/0. Beispiel 3
Während einer zweimonatigen Betriebszeit einer Versuchsanlage, wobei eine gepufferte
Lösung von Methylglucosid einer kontinuierlichen Oxydation in Gegenwart eines Platin-Aluminiumoxyd-Katalysator
unterworfen wurde, betrug der durchschnittliche Gehalt an Uronsäure im Abfluß nach
einer Kationenaustauschbehandlung 15,6 0/0, berechnet auf Trockenstoff. Der durchschnittliche
Gehalt an Uronsäure nach Entfernen des unoxydierten Methylglucosids durch Anionenaustauschbehandlung
betrug nach der gleichen Zeit 55 °/o, berechnet auf Trockenstoff. Beispiel 4 Aliquote
Teile einer wie oben erhaltenen und von neutralen Stoffen, d. h. nicht oxydiertem
Methylglucosid, freien Methylglucosidlösung wurden auf verschiedene Trockenstoffkonzentrationen
eingestellt und dann mit Schwefelsäure auf eine o,5%ige Normalität gebracht. Alle
aliquoten Teile wurden dann der Hydrolyse bei i35° innerhalb 35 Minuten unterworfen,
wobei flüchtige Produkte (Methanol) nicht entfernt wurden. Die Hydrolysate wurden
abgekühlt, auf ihren Glucuronsäuregehalt analysiert und getrocknete Muster auf ihren
Methoxylgehalt zur Bestimmung des Hydrolysegrades untersucht. Die Zahlen der folgenden
Tabelle zeigen, daß die Zersetzung der Uronsäure bis zu einem Feststoffgehalt von
4o % unbedeutend war, aber danach anstieg, und der Hydrolysegrad bis zu einem Feststoffgehalt
von etwa 4o 0/0 konstant war, aber danach abnahm.
| Trockenstoffe @%) ..................................... io
18,3 24,6 37,5 48,9 57,6 66,6 73,7 |
| Hydrolyse (0 /0) .....................................- 82
82 82 79 74 71 64 - |
| Zersetzungsgrad (0/0) ................................... -
- - 2,4 6,3 12,0 13,1 21,6 |
| Gehalt an Glucurensäure (auf Trockensubstanz |
| berechnet, bestimmt nach der Hydrolyse) *) . . . . . . . .
. . . . 66,5 67,5 69,o 66,0 62,5 62,5 6o,5 - |
| *) Der anfängliche Gehalt an Glucuronsäure betrug 63,5
% auf Trockensubstanz berechnet. |
Beispiel 5 Fünf Ansätze eines aus der Oxydation von Methylglucosid stammenden und
von nicht oxydiertem Methylglucosid und anorganischen Kationen freien Produkts,
welche auf 4o 0/0 Trockensubstanz konzentriert worden waren, wurden unter Druck
hydrolysiert. Die dabei angewendete Zeit, Temperatur und Mineralsäurenormalität
bewirkten eine go- bis 95%ige Hydrolyse. Dampf wurde zur Entfernung des Methanols
beständig eingeführt. Die Analyse der filtrierten Hydrolysate zeigte, daß der Hydrolysegrad
in den fünf Ansätzen zwischen 914 und 94 % und der Zersetzungsgrad der Glucuronsäure
während der Hydrolyse im Durchschnitt 17,7 % betrug. Zum Vergleich wurde ein Kreisprozeß
ausgeführt, in welchem eine von Neutralstoffen und anorganischen Kationen freie
Flüssigkeit unter gleichen Bedingungen hydrolysiert wurde, bis auf die Reaktionszeit,
die eine 75- bis 8o%ige-Hydrolyse ergab. Das Abtreiben des Methanols mit Dampf erfolgte
wie oben. Das Hydrolysat wurde filtriert, konzentriert und die ausgeschiedenen Kristalle
entfernt. Die Mutterlauge wurde verdünnt und einem frischen Ansatz des ursprünglichen
an anorganischen Kationen und Neutralstoffen freien Konzentrats zugesetzt. Diese
Mischung wurde dann hydrolysiert und in der für den ersten Kreisprozeß beschriebenen
Art behandelt. Dieser Vorgang wurde sechsmal durchgeführt. Der Gesamtzersetzungsgrad
der Uronsäure belief sich auf
8 °/o im Vergleich zu den 17,7 % bei
den Versuchen, bei denen die Hydrolyse im wesentlichen bis zum Ende durchgeführt
und die Mutterlauge nicht zurückgeführt wurde. Die Gesamtausbeute an kristallinem
Produkt (Glucuronsäurelacton), berechnet auf Uronsäure, war bei dem Verfahren der
Teilhydrolyse und Rückführung um 53 °/o höher als bei dem Verfahren der im wesentlichen
völligen Hydrolyse in einer einzigen Stufe. Bei dem Kreisprozeß wurden Zunahmen
an Reinheit bei jeder Hydrolysierstufe erhalten. Es wurde gefunden, daß der Gesamtverlust
an nicht aus Uronsäure bestehender Trockensubstanz 40 °/o der zugeführten Stoffe
betrug im Vergleich zur Zersetzung von nur 8 °/o an Glucuronsäure. Nicht aus Uronsäure
bestehende Trockensubstanz geht augenscheinlich sowohl als flüchtige wie als unlösliche
Substanz verloren. Dies bestätigt die Tatsache, daß sich während des Kreisprozesses
keine Verunreinigungen anreichern, wie erwartet werden sollte, und daß hohe Ausbeuten
durch eine Anzahl von Kreislaufverfahren erhalten werden können. Beispiel 6 Dieses
Beispiel zeigt den Vorteil des Zusatzes von Eisessig zur Mutterlauge aus dem letzten
Kreisprozeß, um eine maximale Ausbeute an rohem Glucuronlacton zu erhalten. Aliquote
Teile von Mutterlauge der Kristallisation von rohem Glucuronsäurelacton aus dem
7. Zyklus des Kreislaufhydrolyseverfahrens wurden mit verschiedenen Mengen von Eisessig
behandelt. Die erhaltenen Kristallisate wurden durch Filtration entfernt, gewaschen,
getrocknet und gewogen. Die erhaltenen Ausbeuten und Reinheiten des rohen Glucuronsäurelactons,
berechnet auf in der Mutterlauge vorhandene Glucuronsäure, sind folgender Tabelle
zu entnehmen.
| Zusatz an Eisessig Kristallausbeute Reinheit |
| in Gewichtsprozent |
| 0 4,2 79,5 |
| 32,8 21,6 94,0 |
| 45,1 35,2 96,8 |
| 59,7 38,7 96,8 |
Beispiel 7 Im Anschluß an die Teilhydrolyse gemäß dem im Beispiels beschriebenen
Verfahren sollte die größtmögliche Menge an freier Glucuronsäure durch Kristallisation
als Glucuronsäurelacton gewonnen werden, so daß eine kleinstmögliche Menge zurückgeführt
wird. Dieses Beispiel erläutert die Tatsache, daß solche Hydrolysate auf etwa 8o
bis 85 °/o Trockensubstanz konzentriert werden müssen, um eine maximale Ausbeute
zu liefern.
-
Ein Hydrolysat mit 40 °/o Trockengehalt, das in der oben beschriebenen
Weise etwa zu 75 °/o hydrolysiert worden war, wurde bei 35° konzentriert und während
des Konzentrierens in Zeitabständen Muster gezogen, deren spezifisches Gewicht bestimmt
und deren Gehalt an festen Stoffen berechnet wurde. Alle Muster wurden dann kristallisieren
gelassen und die Kristallisate gewogen. Die erhaltenen Werte der nachstehenden Tabelle
zeigen, daß die Hydrolysate zwecks Erzielung einer maximalen Kristallausbeute auf
etwa 85 0/a feste Stoffe konzentriert werden müßten.
| Trocken- Kristallausbeute (berechnet auf |
| °B6 substanz die gesamte in dem Hydrolysat |
| vorhandene Uronsäure) |
| °/a °/o |
| 20,4 35,5 - |
| 28,2 5015 - |
| 34,6 63,6 - |
| 35,6 65,8 1,2 |
| 37,6 70,1 8,5 |
| 40,0 75,5 21>4 |
| 42,8 81,2 32,7 |
| 44,6 86,5 48,9 |
Bei einer 75°/oigen Hydrolyse wurden 65 % der freien in dem Hydrolysat vorhandenen
Uronsäure als kristallines Glucuronsäurelacton aus dem auf einen Gehalt von 86,5
°/o an festen Stoffen konzentrierten Muster gewonnen. Beispiel 8 Reines Glucuronsäurelacton
wurde in Wasser gelöst und das Verhältnis von freier Säure zum Lacton bestimmt,
nachdem die Probe verschieden lange Zeiten bei verschiedenen Temperaturen gestanden
hatte. Gleichgewicht hatte sich augenscheinlich in Lösungen eingestellt, welche
bei Raumtemperatur 2o Tage standen, und in dieser Zeit hatten sich etwa 8o °/o des
Lactons in die freie Säure umgewandelt. Auf 8o° gehaltene Lösungen erreichten das
Gleichgewicht in etwa 4 Stunden, wobei etwa 4o °/o der gesamten Glucuronsäure als
freie Säure vorhanden war. Bei ioo° waren nur 2 Stunden für die Einstellung des
Gleichgewichts erforderlich, und das Verhältnis freie Säure zu Lacton war dann
0,35: 1, Beispiel g Eine Mutterlauge (40 %Trockensubstanz) aus der Umkristallisation
von Glucuronsäurelacton enthielt Lacton und freie Säure im Verhältnis So
:
5o. 1 1 dieser Flüssigkeit wurde bei niedriger Temperatur im Vakuum eingedampft,
bis der Kristallbrei dick wurde. Das Vakuum wurde dann aufgehoben und die Temperatur
auf go° erhöht, bis alle Kristalle gelöst waren. Beim Abkühlen, Entfernen der angefallenen
Kristalle und Widerkonzentrieren der Mutterlauge bei niedriger Temperatur stieg
die Gesamtausbeute an Glucuronsäurelacton auf 92
0/,; das Produkt enthielt
2 °/o freie Säure. Beispiel io
4 kg rohes Glucuronsäurelacton wurde bei 35°
in Wasser gelöst und die Lösung mit 5 % Kohle, berechnet auf Trockensubstanz,
30 Minuten lang gerührt, worauf die Mischung bei 5 bis 15 mm Hg konzentriert
und ein erstes Kristallisat entfernt wurde. Es wurde mit Methanol gewaschen, das
Waschmethanol mit Wasser verdünnt und dann im Vakuum abgetrieben. Zu der
Mutterlauge
und dem methanolfreien Waschwasser wurden wiederum
4 kg rohes Glucuronsäurelacton
zugesetzt und die Mischung mit etwa 2o l Wasser verdünnt. 5 0;'o Kohle, berechnet
auf Trockensubstanz, wurden zugesetzt, die Mischung
30 Minuten lang auf 35°
gehalten und wie beim ersten Kreislauf behandelt. Die während sechzehn solcher Kreisläufe
erhaltenen und in der nachstehenden Tabelle wiedergegebenen Werte erläutern die
Art, in welcher sich die freie Säure langsam in der Mutterlauge von Kreislauf zu
Kreislauf anreicherte. Die Gesamtausbeute an reinem Glucuronsäurelacton während
der sechzehn Kreisläufe belief sich auf 94 %.
| Gehalt an freier Säure |
| Kreislauf in der Lactonlösung Ausbeute |
| °/o |
| 1 3 68 |
| 2 6 75 |
| 3 io 81 |
| 4 14 85 |
| 5 15 go |
| 6 17 go |
| 7 23 9o |
| 8 24 gi |
| 9 24 92 |
| io 28 93 |
| i1 30 94 |
| 12 31 94 |
| 13 31 94 |
| 14 32 94 |
| 15 34 94 |
| 16 36 94 |
Am Ende der sechzehn Kreisläufe wurde die Mutterlauge erwärmt und das Verfahren
weitere zwölfmal wiederholt. Am Ende dieser Zeit betrug die Ausbeute 97 °.`0. Beispiel
ii Methylglucosid wurde oxydiert. Das erhaltene, io % Trockensubstanz enthaltende
Gemisch, das zu 12"/, aus Methylglucoronid bestand, wurde über ein regeneriertes
kationenaustauschendes Harz und dann über ein anionenaustauschendes Harz geleitet.
Das anionenaustauschende Harz wurde mit 20!oiger Natriumhydroxydlösung gespült und
die Spülflüssigkeit über ein kationenaustauschendes Harz geschickt. Die anfallende,
von anorganischen Kationen freie saure Bestandteile enthaltende Lösung, welche 6o
0/0 Methylglucoronid enthielt, wurde auf 40 % Trockensubstanz konzentriert und mit
Schwefelsäure auf eine Normalität von
0,5 gebracht. Die angesäuerte Lösung
wurde durch Erhitzen auf 13o° 24 Minuten hydrolysiert und dann rasch auf Raumtemperatur
gekühlt. Dann wurde im Vakuum von etwa 74 mm Hg auf 57 0/0 Trockensubstanz konzentriert,
filtriert und dann weiter im gleichen Vakuum auf 85 % Trockensubstanz konzentriert.
Das Konzentrat wurde kristallisieren gelassen, die Kristalle dann abgetrennt und
mit Wasser gewaschen. Die Ausbeute an rohem Kristallisat betrug 4o 0'0, berechnet
auf das der Hydrolyse zugeführte Material. Die Mutterlauge wurde in das Verfahren
zurückgeführt, um mit frischer Lösung vereinigt und der Hydrolysebehandlung wieder
unterworfen zu werden. Die gewaschenen Kristalle wurden in Wasser (4o g in ioo ccm)
bei 35° bis zur Sättigung gelöst, 5 % Entfärbungskohle zugesetzt, die Lösung dann
io Minuten gerührt und filtriert. Das Filtrat wurde im Vakuum von 5 mm Hg konzentriert,
bis das Volumen sich um 5o % (8o bis go % Trockensubstanz) verringert hatte. Die
konzentrierte Lösung wurde stehengelassen, die Kristalle dann abgetrennt und mit
Methanol gewaschen. Die erste Ausbeute an reinem Glucuronsäurelacton betrug 68 0/0.
Der Mutterlauge wurde rohes Kristallisat zugesetzt, die Mischung in Wasser gelöst,
entfärbt und wie im vorigen Beispiel beschrieben behandelt. Nach Gewinnung von sechzehn
Kristallisaten betrug die Ausbeute 94 0/0. Dann wurde die Mutterlauge konzentriert,
io Minuten voi der Rückführung in den Kreisprozeß auf ioo° erhitzt und das Verfahren
fortgesetzt. Beispiel 12 Das Verfahren gemäß Beispiel ii wurde wiederholt mit der
Abänderung, daß 2 % Entfärbungskohle zu jeder frischen Hydrolyselösung zugefügt
wurden. Die Ausbeute an rohem kristallinem Glucuronsäurelacton wurde dadurch um
etwa 25 % vergrößert. Die Qualität des Produkts war verbessert und das Verfahren
in mechanischer Hinsicht erleichtert.