DEM0015514MA

DEM0015514MA -

Info

Publication number: DEM0015514MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 13. September 1952 Bekanntgemacht am 15. September 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTANMELDUNG

KLASSE 12o GRUPPE 25 M 15514 IVc/12 ο

.-Agronom Dr. Sigmund Goldstein, Matten, Interlaken (Schweiz)

ist als Erfinder genannt worden

Mühlen Aktiengesellschaft vorm. Naef, Schneider & Co. A. G., und Adolf Lanzrein, Unterseen (Schweiz)

Vertreter: Dr. M. Eule, Patentanwalt, München 13

Verfahren zur Gewinnung von Reduktinsäure

Die Priorität der Anmeldung in der Schweiz vom 6. September 1952 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung reiner kristalliner Reduktinsäure aus stark verunreinigten reduktinsäurehaltigen Lösungen. Reduktinsäure hat die folgende Formel

OH OH

C
H₉C

CO

CH₉

und ist demnach Cyclopenten-(2)-diol-(2,3)-on-(i). Diese Verbindung wurde bereits von T. Reich stein und R. Oppenauer (Helvetica Chimica Acta, Bd. i6, 1933, S. 988) in kristalliner Form hergestellt, wobei Uronsäuren, Polyuronsäuren, Pektin und Pentose als Ausgangsstoffe dienten. Die Reinigung der z. B. aus Pektin durch Aufschluß mit verdünnter Schwefelsäure bei 155° erhaltenen Rohlösung erfolgte mit Alkohol— Äther und über das Bleisalz. Die Ausbeute an kristallisierter Reduktinsäure, bezogen auf Pektin, betrug 5%.

Gegenüber dem Verfahren der Erfindung muß diese bekannte Reinigungsmethode als mühselig und unwirtschaftlich bezeichnet werden. Auch die Ausbeute

509554/37

M 15514 IVc/12 ο

an Reduktinsäure war nur spärlich, während nach vorliegendem Verfahren aus Pektin eine solche von 16,50% erziel! wird.

Die Reduktinsäure kann die Ascorbinsäure in allen Verwcndungsgebieten ersetzen, ausgenommen in der Verwendung als Vitamin C.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun ein neues, einfaches und wohlfeiles Verfahren zur Reinigung stark verunreinigter, redtiktinsäurehaltiger Lösungen, aus denen reine, kristalline Reduktinsäure gewonnen wird. Solche Lösungen erhält man durch Aufschluß von pflanzlichen Materialien, welche Polyuronsäure, PoIyuronsäuremethylester, polyuronsaure Salze enthalten, mit verdünnten wässerigen anorganischen oder organisehen Säuren unVr Druck bei Temperaturen über joo". Die gewonnene Reduktinsäurerohlösung wird sodann nach dem Verfahren der Erfindung auf folgende Weise gereinigt:

Zuerst bringt man die Rohlösung mit einem adsorbierenden Entfärbungsmittel zusammen. Dann entfernt man aus der benadelten Lösung die Aufschlußsäure derart, daß die Reduktinsäure bzw. deren Salze in L(ISUHg bleiben. Hierauf bringt man die reduktinsäurehaltigc Lösung in Berührung mit einem mit Wasserstoifioiu'U gesättigten Kationenaustauscher aus Kunstharz, der stark saurer Natur ist und dazu dient, die Kationen aus der reduktinsäurehaltigen Lösung zu entfernen. Sodann wird die von Kationen befreite reduktinsäurehaltige Lösung mit einem mit llydroxylionen gesättigten, stark basischen Anionenaustauscher aus Kunstharz in Berührung gebracht. Dieses letztgenannte März absorbiert die Reduktinsäureanionen, währenddem die nicht ionischen Verunreinigungen nicht absorbiert und verworfen werden. Die Reduktinsäure wird hierauf durch eine organische Säure (im folgenden ."Verdrängungssäure« genannt) vom Anionenaustauscher verdrängt. Nachdem die Verdrängungssäure aus der mit Reduktinsäure angereicherten Li'isung entfernt worden ist, bringt man die Reduktinsäure aus dieser Lösung zur Kristallisation.

Zur 'lint färbung derreduktinsäurehaltigen Rohlösung eignen sich Phenol-Fonnaldehyd-Kondensationsprodukte und m-I'henylendiamin-Fonnaldehyd-Kondensationsprodukte, z. B. die unter der Bezeichnung "Duolite S-30., und «Asmit 173., im Handel erhältlichen Produkte; das letztere ist im Falle besonders stark verunreinigter Rohlösungen zur Entfärbung zwischen dem Kationen- und Anionenaustausch oder unmittelbar vor der Kristallisation nötig.

Die nach der lint färbung durchzuführende Entfernung der Aufsehhißsäure richtet sich nach der Art der für den Aufschluß verwendeten Säure. Flüchtige Säuren, wie Salzsäure, können im Vakuum bei Temperaturen nicht über 100" ausgetrieben werden. \*erwendet man schwerfällige, aber leicht fällbare Säuren, wie Phosphorsäure, Schwefelsäure und Oxalsäure, so kann man diese in ihre unlöslichen Salze, vorzugsweise die Calciuinsalze, überführen, die Lösung vom Niederschlag abtrennen und weiterbehandeln.

Für die weitere Reinigung der reduktinsäurehaltigen Lösung verwendet man stark saure und stark basische Ionenaustauscherharze. Es ist wesentlich, daß der stark saure Kationenaustauscher mit Wasserstoffionen und der stark basische Anionenaustauscher mit Hydroxylionen gesättigt ist. Obwohl grundsätzlieh jeder stark saure Kationenaustauscher verwendet werden kann, liefern doch nur die sulfonierten Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisate besonders gute Ergebnisse. Mit sulfonierten Phenol-Formaldchyd-Kondensationsprodukten sind die Ergebnisse wesentlich schlechter. Es eignen sich ferner grundsätzlich alle stark basischen Anionenaustauscher, doch auch hier wurde mit Anionenaustauschern von quatcrnären Ammoniumbasen eines Styrol-Divinylbcnzol- Mischpolymerisates die beste Reinigungswirkung erzielt.

Für die Reinigung der reduktinsäurehaltigen Lösungen liefern die drei unter dem Handelsnamcn ."Dowex5Oii- (entsprechend »Nalcitc HCR«), »Dowcx2« (entsprechend »Nalcite SAR«) und »Dowcxi« (entsprechend A'NalciteSBRiv) bekannten Ionenaustauscher die besten Ergebnisse.

.vDowex 50tf oder "Nalcite HCRn- ist ein stark saurer, aus einem sulfonierten Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisat bestehender Kationenaustauscher, welcher mit dem Polystyrolkern verbundene Sulfonsäuregruppen als einzige aktive kationenaustanschendc Gruppe enthält.

»Dowex2i·.· oder »Nalcite SAR« ist eine quaternärc Ammoniumbasc von einem mit Divinylbenzol vernetzten Polystyrol und als Anionenaustauscher cine go stark dissoziierte organische Base.

»Dowcx ι«- oder ,»Nalcite SBR« ist ebenfalls eine quaternäre Ammoniumbase eines mit Divinylbcnzol vernetzten Polystyrols und ist als Anionenaustauscher noch etwas stärker basisch als »Dowcx 2«.

Die Behandlung der rohen oder teilweise gereinigten Reduktinsäurelösung mit den Entfärberharzen, Kationen- und Anionenaustauschern erfolgt mit Vorteil durch Perkolation der Lösungen durch Kolonnen dieser Entfärber oder Austauscher, wobei die Ionenaustauscher in kleinkugeliger oder körniger Form verwendet werden. Die Größe dieser Harzkügclchen oder Körner beträgt beim Anionenaustauscher 0,2 bis 0,3 mm. Auch kleinere Teilchengrößen können beim Anionenaustauscher mit Erfolg verwendet werden, dagegen gestalten sich die Ausbeuten wesentlich schlechter, sobald die Teilchengrößen des Anionenaustauschers 0,3 mm mehr oder weniger wesentlich überschreiten. Beim Kationenaustauscher schwankt die Teilchengröße zwischen 0,2 und 1,5 mm.

Die Feststellung, daß die Ionenaustauscher mit Erfolg in kleinkugeliger oder körniger Form verwendet werden können, wobei die Reinigung der reduktinsäurehaltigen Lösungen am besten durch Perkolation erfolgt, schließt die Verwendung dieser Austauscherharze in anderer Form, beispielsweise in Membranform, nicht aus.

Nachdem der Anionenaustauscher die Reduktinsäure absorbiert hat, muß die Reduktinsäure wiederum vom Austauscher verdrängt werden. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß die Reduktinsäure durch 0,1 η-Ameisensäure selektiv vom Anionenaustauscher verdrängt werden kann, während andere Säuren, die gemeinsam mit der Reduktinsäure vom Anionenaustauscher absorbiert wurden, an diesem haftenbleiben. Die Reduktinsäure kann zwar auch

554/37

M 15514 IVc/12 ο

durch andere organische und anorganische Säuren vom Anionenaustauscher verdrängt werden, doch handelt es sich bei allen Säuren, ausgenommen bei der Ameisensäure, nicht mehr um eine selektive Verdrängung, indem zusammen mit der Reduktinsäure beträchtliche Mengen anderer Säuren vom Anionenaustauscher mitverdrängt werden, wodurch die Gewinnung reiner, kristalliner Reduktinsäure bedeutend erschwert oder unmöglich gemacht wird.

ίο Es ist für die selektive Verdrängung nicht nur wesentlich, daß Ameisensäure verwendet wird, sondern auch, daß diese in o,i η-Konzentration vorliegt. Ist die Konzentration geringer, so wird das benötigte Volumen der Verdrängungssäure zu groß oder die Verdrängung der Reduktinsäure vom Anionenaustauscher ist praktisch unmöglich. Ist die Konzentration stärker, so werden andere Säuren mitverdrängt, und die Gewinnung reiner Reduktinsäure in hoher Ausbeute wird ebenfalls unmöglich.

Die durch Verdrängung der Reduktinsäure vom Anionenaustauscher gebildete wässerige, saure Lösung enthält Ameisensäure und Reduktinsäure. Die Weiterverarbeitung dieser Lösung erfolgt zweckmäßig im Vakuum bei Temperaturen nicht über 100°, wobei man so weit eindampft, daß sich gerade noch keine Kristalle ausscheiden. Die Lösung wird dann nitriert und kann nötigenfalls noch einmal mit einem der genannten Entfärbeharze entfärbt werden. Schließlich wird die gereinigte, mit Reduktinsäure stark angereicherte Lösung im Vakuum auf ein sehr kleines Volumen eingedampft, wobei sich Reduktinsäurekristalle von 98,3- bis 99,8°/₀iger Reinheit in reicher Ausbeute ausscheiden. Diese Rohkristalle können aus Essigester— Äthylalkohol (absolut) oder Dioxan—Methylalkohol ' (absolut) umkristallisiert werden und ergeben Reduktinsäurekristalle von höchster Reinheit.

Die folgenden Ausgangsstoffe eignen sich besonders gut zur Herstellung der reduktinsäurehaltigen Rohlösungen :

i. Polyuronsäure und Polyuronsäure enthaltendes Pflanzenmaterial,

2. Methylester von Polyuronsäuren und diese enthaltendes Pflanzenmaterial,

3. Salze von Polyuronsäuren, wieNatrium-, Kalium-, Ammoniumsalze und diese enthaltendes Pflanzenmaterial,

4. Pentose, Pentosan und Pentosan enthaltendes Pflanzenmaterial,

5. Furfurol.

Besonders geeignet sind folgende Ausgangsstoffe: Ausgangsstoffe, die Glucuronsäure und Polyglucuronsäure enthalten: Oxydierte Glucose, oxydierte Cellulose, oxydierte Stärke, Gummiarabikum.

Ausgangsstoffe, die Polygalacturonsäure, deren Methylester und Salze enthalten: Pektin, Pektinsäure, Natriumpektat und andere Pektinsalze.

Pektinhaltiges Pflanzenmaterial: Zuckerrübentrockenschnitzel, Apfeltrockentrester, Birnentrockentrester, Citruspülpe, entsamte Sonnenblumenkörbe.

Ausgangsstoffe, die Polymannuronsäure oder deren Salze enthalten: Alginsäure, Natriumalginat, Kaliumalginat, Ammoniumalginat.

Alginsäurehaltiges Pflanzenmaterial: Braunalgen (Phaeophyceae), wie Laminaria, Fucus.

Ausgangsstoffe, die Pentosen, Pentosane enthalten: Arabinose, Xylose, Araban, Xylan, Getreide- und Leguminosenstroh, Getreidespelzen, Gras-, Klee- und Luzerneheu, Weizenkleie, Baumwollsamenhülsen, Buchen-, Fichten-, Kiefern,- Eichen- und Ähornholz.

Zur Herstellung der erfindungsgemäß aufzuarbeitenden Lösungen mischt man die obenerwähnten Stoffe mit einer anorganischen oder organischen Säure, vorzugsweise mit einer verdünnten wässerigen Lösung wie Salzsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure und Oxalsäure. Um Höchstausbeuten an Reduktinsäure zu liefern, erfolgt der Aufschluß mit 5- bis i5°/_oigen Säuren, vor allem mit Phosphorsäure, da sie eine hohe Ausbeute an Reduktinsäure und eine leichte Aufarbeitung der Rohlösung ermöglicht. Zur Herstellung der Reduktinsäure werden die Ausgangsstoffe mit einer der erwähnten Säuren im Autoklav 4 bis 5 Stunden auf Temperaturen über ioo°, vorteilhaft auf 120 bis 140⁰, erhitzt. Die gewonnene Lösung wird vom unlöslichen Rückstand durch Filtrieren, Zentrifugieren getrennt und dann aufgearbeitet.

Die bloße Aneinanderreihung der Maßnahmen, wie eine beliebige Entfärbungsbehandlung, und die weitere Behandlung mit beliebigen Kationen- und Anionenaustauschern mag für die vorliegenden Zwecke vielleicht an sich nahegelegen haben, macht aber nicht das Wesen der vorliegenden Erfindung aus und bleibt bei der Durchführung mit den hierfür in erster Linie in Betracht kommenden Hilfsmitteln auch ohne brauchbare Wirkung. Es ist nämlich unmöglich, reinste Reduktinsäure in höchster Ausbeute zu gewinnen, wenn man sich nicht an die erfindungsgemäßen, ganz besonderen Maßnahmen hält, deren Bedeutung nachstehend noch näher herausgestellt werden soll.

i. Entfärbung. Die Gewinnung reiner Reduktinsäure in wirtschaftlicher Ausbeute ist unmöglich, wenn man nicht vor dem Ionenaustausch eine Entfärbung der braunschwarzen Rohlösung mit besonderen Kunstharzentfärbern vornimmt. Als solche eignen sich Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte. Bei besonders stark verunreinigten Ausgangsprodukten, wie Apfeltrockentrestern und Braunalgen, muß ferner vor dem Anionenaustausch oder aber unmittelbar vor der Kristallisation eine zweite Entfärbung eingeschaltet werden. Für diese zweite Entfärbung erweisen sich die Phenol-Formaldehyd-Entfärber als wirkungslos; hierfür sind nur m-Phenylendiamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte geeignet.

Bei der Entfärbung mit Adsorptionskohle ist es wohl unter großen Schwierigkeiten möglich, kristalline Reduktionssäure zu gewinnen. Die Ausbeute ist aber derart schlecht und das Verfahren derart unwirtschaftlich, daß es auch bei Anwendung großer Mengen Aktivkohle nur gelingt, einen beschränkten Teil des Farbstoffes zu entfernen. Zusammen mit einem Teil des Farbstoffes werden mindestens 27 % der Reduktinsäure an die Kohle adsorbiert. Diese Reduktinsäure kann von der Kohle nicht wieder verdrängt werden, ohne den Farbstoff mit. abzulösen. Man erhält in äußerst schlechter Ausbeute ein nur rund 70% Re-

509 554/37

M 15514 IVc/12 ο

duktinsäure enthaltendes Harz, aus dem lediglich in einigen Fällen durch sechs- bis siebenmalige Umkristallisation reine Reduktinsäure in schlechter Ausbeute gewonnen werden kann.

Beim Arbeilen mit Holzkohle kommt ferner eine starke Herabsetzung der Aufnahmefähigkeit des Kationen- und Anionenaustauschers hinzu. Die zum großen Teil noch nicht entfernten Farbstoffe mit hohem Molekulargewicht müssen offenbar die funktionellen Gruppen der Ionenaustauscher abdecken. ICs darf mithin gesagt werden, daß bei der Verwendung von Adsorptionskohle als Entfärbungsmittel die Gewinnung von Reduktinsäure in wirtschaftlicher Ausbeute aussichtslos ist.

2. Ionenaustauscher. In zahlreichen Versuchen ist es in keinem Falle gelungen, bei der Verwendung schwach saurer und schwach basischer Austauscher kristalline Reduktinsäure zu gewinnen. Es ist vielmehr unbedingt nötig, daß der verwendete Kationenaustauscher stark sauer und der Anionenaustauscher stark basisch ist. Die besten Ergebnisse werden mit sulfonierten Slyn>l-Divinylbenzol-Mischpolymerisaten bzw. mit (1(M^-(Mi quaternären Ammoniumbasen erzielt.

3. Korngröße des Anionenaustauschers. Es wurde festgestellt, daß diese für die Höhe der Ausbeute von entscheidender Bedeutung ist. Sie darf 0,3 mm nicht überschreiten und beträgt am besten 0,2 bis 0,3 mm. In diesem Fall werden von der vom Anionenaustauscher adsorbierten Reduktinsäure durch die Verdrängung 95 bis 98,5"/,, wiedergewonnen. Wird mit einer Korngröße von 0,4 bis 1 mm gearbeitet, so werden nur 72 bis 78% der adsorbierten Reduktinsäure wiedergewonnen.

4. Selektive Verdrängung der Reduktinsäure aus d(Mii Anionenaustauscher. Heim Säureaufschluß von polyuronsäurehaltigen Materialien entstehen bei höheren Temperaturen unter Druck neben den Hauptabbauprodukten Kohlendioxyd, Furfurol und Reduktinsäure noch eine größere Anzahl von organischen

<o SäiinMi. Die erfindungsgemäß erstmals verwendeten uronsäurehaltigen Ausgangsmaterialien: Trockensclinit/.e], Troekenapfellrester und Trockenbraunalgen (Mithalten nur rund 20% Polyuronsäuren, d. h. sie (Mithalten rund 80% Substanzen, aus denen keine Reduktinsäure gebildet werden kann. Der bei der Säurebehandlung über 100" gebildete Extrakt und die llniwandlungsprodukte dieser 8o⁰/„ Nicht-Uronsäuren liefern eine beträchtliche Menge weiterer verunreinigender Stoffe ionischer und nichtionischer Natur.

NeI)(Mi Reduktinsäure sind daher an den Anionenaustauseher eine große Anzahl anorganischer und hauptsächlich organischer Säuren in beträchtlichen M(MIg(Mi adsorbiert. Ausgehend von Braunalgen konnten folgende Säuren identifiziert werden: Salzsäure, jodwasserslolfsäure, Broniwasserstoffsäure, Mannuronsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Lävulinsäure, u-Ketobuttersäure, «-Ketoglutarsäure, Furfurolcarbonsäure, Glyoxylsäure und einige Aminosäuren. Mit Hilfe (Um^- Papierchromatographie konnte mit Sicherheit die Anwesenheit einiger weiterer nichtstickstoffhaltiger organischer Säuren nachgewiesen werden. Daß bei den verwendeten Ausgangsmaterialien ein sehr verwickeltes Säuregemisch vorliegt, bei dem die Reduktinsäure in der Minderheit steht, wird auch durch die Tatsache bewiesen, daß der Anionenaustauscher 4,3inal mehr Reduktinsäure aus einer reinen Reduktinsäurelösung aufnehmen kann als aus dem reduktinsäurehaltigen Säuregemisch, welches bei der Verarbeitung von Trockenschnitzel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anfällt.

Die selektive Verdrängung der Reduktinsäure vom Anionenaustauscher durch 0,1 n-Amcisensäure, bei der alle anderen Säuren am Anionenaustauscher haftenbleiben, ist einer der wichtigsten Schritte des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens und stellte eine Aufgabe dar, die nicht ohne eine erfinderische Leistung gelöst werden konnte. Tatsächlich wurde lange angenommen, daß nur die Ionenaustausch-Chromatographie, bei der sehr hohe Säulen mit einem iofachen Überschuß von Anionenaustauscher sehr kleiner Korngröße (0,07 bis 0,15 mm) verwendet wurden — ein sehr unwirtschaftliches Verfahren —, zum Ziele führen könnte, bis die überraschende Feststellung gemacht wurde, daß 0,1 η-Ameisensäure im gewöhnlichen Ionenaustauschvcrfahren praktisch selektiv und quantitativ Reduktinsäure verdrängt. Bei der Verdrängung mit 0,1 η-Ameisensäure gewinnt man ohne Umkristallisation Reduktinsäure von 98,25- bis o,o,,6o%iger Reinheit in höchster, bezogen auf die adsorbierte Reduktinsäure, 95- bis 98,5°/_oigcr Ausbeute.

Auch in wirtschaftlicher Hinsicht bietet das erfindungsgemäße Verfahren ganz wesentliche Vorteile. Die Reduktinsäure ist seit dem Jahre 1933 durch die eingangs erwähnte Arbeit von T. Reichstein und R. Oppenauer bekannt. Wegen der Umständlichkeit, der zu hohen Kosten und der geringen Ausbeute wurde nie ein Versuch gemacht, die Reduktinsäure nach diesem Verfahren technisch zu gewinnen. Auch die seither bekanntgewordenen synthetischen [Verfahren sind derart kostspielig, daß sie technisch nicht verwertet wurden. Die in den holländischen Patentschriften 56 162, 57 365 und 58 279 beschriebene Synthese verwendet Cyclopentanon als Ausgangsstoff und führt über sechs Zwischenstufen zur Reduktinsäure. Die von G. Hesse und E. Bucking in Licbigs Annalen der Chemie, Bd. 563, 1949, S. 31 bis 37, entwickelte Synthese verwendet Glutarsäureäthylester und Oxalsäureäthylester.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erstmalig reine Reduktinsäure in hoher, wirtschaftlicher Ausbeute hergestellt. Die Ursachen der hohen Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die folgenden:

1. Das Verfahren gestattet die Heranziehung wohlfeiler, aber zum Teil stark verunreinigter Ausgangsmaterialien, die bisher noch nie zur Herstellung der Reduktinsäure verwendet wurden.

2. Die Herstellungskosten sind sehr niedrig. Die verwendeten Chemikalien sind wohlfeil und können zum Teil wiedergewonnen oder gewinnbringend wiederverwertet werden.

3. Die Ausbeuten an Reduktinsäure nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind sehr hoch. Man erhält beispielsweise aus Pektin mehr als dreimal soviel Reduktinsäure wie nach dem Verfahren von Reichstein und Mitarbeiter.

554/37

M 15514 IVc/12 ο

Die Reduktinsäure kann die Ascorbinsäure in all ihren zahlreichen Anwendungsgebieten vollwertig ersetzen, wo es auf eine Vitaminwirkung nicht ankommt. Das ausgedehnte Anwendungsgebiet der Ascorbinsäure in der Lebensmittelindustrie geht aus der Arbeit von Bauernfeind (Advances in Food Research, Bd. IV, 1953, Academic Press, New York) hervor. Die Anwendung der Ascorbinsäure als Nichtvitamin ist heute schon ebenso wichtig wie ihre Anwendung als Vitamin.

Einer weiteren Verwendung der Ascorbinsäure in der Lebensmittelindustrie und Technik, z. B. als Verbesserungsmittel der Backfähigkeit von Mehlen und als Reduktionsmittel in der chemischen Industrie, steht indessen ihr zu hoher Preis im Wege. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt nun auch hier einen wirtschaftlichen Fortschritt, indem danach hergestellte Reduktinsäure wohlfeiler hergestellt werden kann als synthetische Ascorbinsäure. Hinzu kommt noch, daß infolge ihres geringeren Molekulargewichtes bei gleichem Redoxpotential 1 kg Reduktinsäure als Reduktions- und Antioxydationsmittel die gleiche Wirksamkeit zeigt wie 1,54 kg Ascorbinsäure.

Beispiel 1

a) Aufschluß mit Phosphorsäure

600 g Zuckerrübentrockenschnitzel wurden in einem Erlenmayerkolben aus sogenanntem »Pyrexglas« mit.

61 einer io°/₀igen Phosphorsäurelösung (hergestellt aus technischer, arsenfreier, 75°/₀iger Phosphorsäure) in einem mit säurefestem Material ausgekleideten Autoklav, der bis zur Höhe des Flüssigkeitsspiegels des Glasgefäßes mit Wasser zur besseren Wärmeleitung gefüllt war, 4 Stunden auf 120° erhitzt. Nach dem Erkalten wurde der Inhalt des Glasgefäßes durch ein Filtertuch abgepreßt und der Rückstand noch zweimal mit Wasser verrührt, zweimal durch das Filtertuch abgepreßt und die Filtrate durch eine Glasfilternutsche (»G3«) filtriert. 5 ecm des Filtrates wurden mit verdünnter Essigsäure und Stärkelösung versetzt und mit 0,01 n-Jodlösung titriert. Es wurden bis zum Farbumschlag nach Blau 31,15 ecm 0,01 η-Jodlösung verbraucht, die auf 8,25 1 Filtrat umgerechnet einer Ausbeute von 29,3 g Reduktinsäure (1 ecm 0,01 η-Jodlösung entspricht 0,57 mg Reduktinsäure) und auf Trockenschnitzel bezogen einer Ausbeute von 4,88% Reduktinsäure entsprechen. Das geklärte, aber dunkel-■ braun bis schwarz gefärbte und stark saure Filtrat wurde nun durch einen mit 3 1 eines Entfärbers aus synthetischem Kunstharz gefüllten Glaszylinder mit einer Geschwindigkeit von 1,2 Volumen Flüssigkeit je Volumen Harz und je Stunde, entsprechend 60 ecm Flüssigkeit je Minute, perkoliert. Als Entfärber diente ein unter dem Handelsnamen »Duolite S-30 « bekanntes Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukt. Der Entfärber wurde vorher mit verdünnter Natronlauge, Wasser und verdünnter Schwefelsäure behandelt und mit Wasser bis zur neutralen Reaktion gegen Bromthymolblau gewaschen. Während der Perkolation wurde zeitweise eine kleine Probe des Perkolates mit Jod titriert. Das erste, keine oder nur geringe Reduktinsäuremengen enthaltende Perkolat wurde verworfen (da es stark phosphorsäurehaltig ist, kann es im großtechnischen Verfahren weiterverarbeitet werden), dann wurde das Perkolat so lange gesammelt, bis die Konzentration zu gering wurde, wodurch 181 sehr helles, nur noch schwach gelbgefärbtes, klares Perkolat erhalten wurden. Dieses wurde in einem mit säurefestem Email ausgekleideten Metallgefäß zum Sieden erhitzt, worauf in langsamem Strahl unter stetem Umrühren etwa 3,6 1 einer siedenden 2O°/₀igen wässerigen Suspension von feinpulverigem Calciumcarbonat zugefügt wurden. Nach der Zugabe dieser Menge wurden der stark schäumenden und siedenden Mischung unter Umrühren 75 ecm einer siedenden wässerigen Suspension von feinpulverigem Calciumhydroxyd und unmittelbar darauf, wiederum unter stetem Umrühren, in feinem Strahl 600 ecm einer siedenden 20%igen Suspension von Calciumcarbonat zugesetzt. Das p_H der Mischung hatte nun einen Wert von 6,8, und die Neutralisation war damit beendet. Die neutralisierte Mischung wurde hierauf in mehreren Anteilen durch eine Glasfilternutsche (»G3«) filtriert, der Niederschlag zweimal mit Wasser aufgeschwemmt, filtriert und die Filtrate vereinigt. Die Prüfung des Filtrates mit Bariumchlorid ergab eine ganz leichte, von Sulfat herrührende Trübung. Die Prüfung auf Phosphorsäure mit Bariumchlorid in Gegenwart von Ammoniak verlief negativ. Das neutralisierte Filtrat wurde hierauf mit einer Geschwindigkeit von 25 Volumen je Volumen Harzaustauscher und je Stunde (das sind etwa 400 ecm Perkolat je Minute) durch einen mit 11 Kationenaustauscher gefüllten Glaszylinder perkoliert. Als Kationenaustauscher diente ein unter dem Handelsnamen »Dowex 50« bekanntes sulf oniertes Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisat mit einer Korngröße von 0,2 bis 1,5 mm. Der Kationenaustauscher wurde vorher mit 11 i5°/_oiger Salzsäure behandelt und hierauf mit destilliertem Wasser bis zur Chloridfreiheit gewaschen. Das phosphat- und kationenfreie Filtrat wurde nun mit einer Geschwindigkeit von 20 Volumen Perkolat je Volumen Harzaustauscher und je Stunde (das sind 330 ecm Perkolat je Minute) durch einen mit 11 eines Anionenaustauschers gefüllten Glaszylinder perkoliert. Als Anionenaustauscher diente eine unter dem Handelsnamen »Dowex 2« bekannte quaternäre Ammoniumbase eines Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisates. Der stark basische Anionenaustausch er hatte eine Korngröße von 0,2 bis 0,3 mm. Er wurde vorher mit 6 1 4°/₀iger Natronlauge behandelt und mit destilliertem Wasser bis zum p_H-Wert 6,5 gewaschen. Nun wurde 0,1 n-Ameisensäure mit einer Geschwindigkeit von 10 Volumen je Volumen Harzaustauscher und je Stunde (entsprechend 170 ecm Perkolat je Minute) durch den Anionenaustausch er perkoliert. Das Perkolat wurde mit Jodlösung auf die Anwesenheit von Reduktinsäure geprüft. Das erste und letzte Perkolat mit zu geringem Reduktinsäuregehalt wurde verworfen. Das gesamte Perkolat betrug 5 1 und enthielt mehr als 95% der vom Anionenaustauscher aufgenommenen Reduktinsäure, und zwar in annähernd 4facher Konzentration. Dieses Perkolat wurde hierauf unmittelbar im Vakuumverdampfer aus »Pyrexglas« mit Kapillare, in welche zum Vermeiden des Stoßens reiner Stickstoff einge-

509 554/37

M 15514 IVc/12ο

leitet wurde, im Wasserbad bei einer Heiztemperatur von <)5 bis 98° bis auf annähernd 300 ecm eingedampft, hernach durch eine Nutsche (.»(! 4«) filtriert und in einem kleineren 1 1-Vakuumverdampfer auf ein sehr kleines Volumen eingedampft. Es bildete sich ein Niederschlag von Keduktinsäurekristallen, der nur noch von einer höchstens 0,5 cm hohen Flüssigkeitsschiehl überdeckt war. Die Mischung wurde einige Stunden in der Kälte stehengelassen, und durch Filtrieren, Waschen mit kaltem Aceton und Trocknen im Vakuum über Calciumchlorid wurde eine erste Rohkristallfraktion von 16,50 g gelblichen Reduktinsäurekristallen gewonnen, deren einerseits mit 2, 6-Dichlorphcnolindophenollösung und andererseits mit Jodlösung übereinstimmend titrimetrisch festgestellte Gehalt an reiner Reduktinsäure 98,25% betrug. Durch zweimaliges Einengen der Mutterlauge im Vakuum auf ein sehr kleines Volumen wurden eine zweite und dritte Rohkristallfraktion erhalten. Es ergaben sich insgesamt ohne jede Umkristallisation folgende Mengen:

Krislall- fraktioii	Ausbeute aus (k»o g Trockenschnitzel K	Reinheit %	Ausbeute als reine Reduktinsäure berechnet g	Als reine Reduktinsäure berechnete Ausbeute, bezogen auf die reine Reduktinsäure unmittelbar nach Säureaufschluß (29,3 g) 7»	Als reine Reduktinsäure berechnete Ausbeute, bezogen auf die Trockenschnitzcl 0/ /0
I 3	16,50 2,00 0,37	98,25 97/'4 97,50	l6,2I 1,95 0,36	55,32 6,65 1,23	2,70 0,32 0,06
Insgesamt ....	18,87		l8,52	63,20	3,08

Hei allen drei Rohkristallfraktionen führte bereits einmaliges Umkristallisieren zu reinster Reduktinsäure, beurteilt nach Schmelzpunkt (F. 203⁰, korn), Elemenlaranalyse, Jodäquivalent und Alkaliäquivalent. Hexogen auf die Rohkristallmenge betrug die Ausbeute der ersten Umkristallisation 85 bis 88%, wenn man aus der !Mutterlauge der ersten Umkristallisation eine weitere Kristallfraktion gewann.

b) Aufschluü mit Schwefelsäure

öoo g Zuekerrübentrockenschnitzel wurden mit 6 1 6%iger technischer Schwefelsäure 4 Stunden bei 120⁰ im Autoklav aufgeschlossen. Die weiten: Aufarbeitung verlief, wie unter a) angegeben wurde, mit dem Unterschied, daLi mit Caleiumcarbonat allein neutralisiert wurde, ferner, daß nach tier Perkolation durch den Kationenaustauscher das noch gelöste Sulfat mit 3 1 0,2 n-Barytlauge gefällt wurde. Nachdem die Lösung IiI trier! und ihr Pn mit Nat ronlauge auf den Wert 3,2 eingestellt worden war, wurde sie nochmals durch eine i-l-Säule eines unter dein Ilandelsnamen als "Asmit 173« bekannten ni-Phenylendiamin-Formaldehyd-Kondensationsproduktes entfärbt, wobei die Lösung einen Pii-Werl von 3 bis 4 aufweisen muß. Die entfärbte Liisung wurde darauf, wie unter a) angegeben wurde, weilelverarbeitet. Die Kristallausbeiite betrug 53%, bezogen auf die in der Tabelle von Beispiel la angegebene Menge.

Hei spiel 2

fioo g getrocknete Apfeltrcster wurden in 6 1 I5%iger Phosphorsäure 5 Stunden bei 125⁰ im Autoklav aufgeschlossen. Die weitere Verarbeitung verlief wie im Beispiel 1 a mit folgenden Ausnahmen: zur Neutralisation wurde Caleiumcarbonat allein verwendet. Das ameisensäure- und reduktinsäurehaltige Perkolat aus dem Anionenaustauscher wurde im Vakuum auf etwa 200 ecm eingeengt und die konzentrierte Lösung, deren p_u-Wert mit Natronlauge auf 3,3 eingestellt worden war, nochmals durch eine i-1-Säule des Kunstharzentfärbers »Asmit 173« perkoliert. Die entfärbte Lösung wurde hierauf nochmals durch eine 200-ccm-Säule des Kationenaustauschers »Dowex 50« perkoliert und dann im Vakuum auf ein sehr kleines Volumen eingedampft. Die Weiterverarbeitung gestal- 105. tete sich hierauf, wie im Beispiel ia angegeben ist. Die als reine Reduktinsäure berechnete Ausbeute betrug 10,5 g, bezogen auf die Trockcntrestcr 1,75%. Die Kristalle waren reiner als die im Beispiel 1 a gewonnenen.

Beispiel 3

200 g Pektin wurden in 2 1 io%iger Phosphorsäure 4 Stunden bei 120° im Autoklav aufgeschlossen und nach dem Erkalten von dem schwarzen Rückstand abfUtricrt, der Rückstand wurde ausgewaschen und das Waschwasser dem Filtrat zugesetzt. Die titrimetrisch festgestellte Ausbeute betrug unmittelbar nach dem Aufschluß 41,52 g Reduktinsäure. Die weitere Aufarbeitung erfolgte nach den Angaben im Beispiel ι a, wobei aber nur 1,51 einer 20%igen Calciumcarbonatsuspension, 1 1 Kunstharzentfärber »Duolite S-30«, 300 ecm Kationcnaustauschcr »Dowex 50» und 5°° ecm Anionenaustauscher »Dowcx 2«, 0,2 bis 0,3 mm Kugelgröße, verwendet wurden.

551/J7

M 15514 IVc/12 ο

Es wurden folgende Rohkristallausbeuten erhalten:

	Ausbeute	!Reinheit	Ausbeute	Als reine Reduktin	«3
	aus 2OO g Pektin		als reine	säure berechnete
			Reduktinsäure	Ausbeute, bezogen	Als reine Reduktin
Kristall			berechnet	. auf, die reine	säure berechnete
fraktion		0/ /0		Reduktinsäure	Ausbeute, bezogen
	g	99,60		unmittelbar nach	auf das Pektin 70
	29,87	99,40	g	Säureaufschluß
	2,56	99,40	29,75	(41,52 g)
	0,86		2,54	%	%
I	33,29		0,85	71,65	14,87 75
2			33,14	6,12	1,27
3		2,05	0,42
Insgesamt....		79,82	16,56

Die Kristalle waren von hellgelber Beschaffenheit.

ao Beispiel 4

600 g trockene, gemahlene Braunalgen der Art Laminaria wurden mit 61 io°/₀iger Phosphorsäure 5 Stunden bei 135 ° im Autoklav aufgeschlossen. Nach dem Erkalten wurde durch ein Faltenfilter filtriert, der Filterrückstand zweimal gewaschen und zweimal filtriert. Der titrimetrisch festgestellte Gehalt des Filtrates betrug 33,90 g Reduktinsäure. Es wurde mit 3 1 Kunstharzentfärber »Duolite S-30« entfärbt und hierauf mit 3,6 1 siedender 20%iger Calciumcarbonatsuspension sowie mit 220 ecm siedender io%iger Calciumhydroxydsuspension in der Siedehitze neutralisiert. Nach der Perkolation durch 11 Kationenaustauscher »Dowex5o« wurden zur Entfernung des vorhandenen Sulfates 750 ecm 0,2 n-Barytlauge benö-

:35 tigt. Hierauf wurde die reduktinsäurehaltige, phosphat-, sulfat- und kationenfreie Lösung durch eine

Säule von 1,51 des Anionenaustauschers »Dowex 2 cc, mit 0,2 bis 0,3 mm Korngröße, perkoliert. Nachdem die Reduktinsäure durch 0,1 n-Ameisensäure aus dem Anionenaustauscher verdrängt worden war, wurde das Perkolat im Vakuum auf etwa 200 ecm eingeengt. Nun wurde die konzentrierte, reduktinsäurehaltige Lösung mit Natronlauge auf den p_H-Wert 3,3 eingestellt und darauf nochmals durch eine i-1-Säule des Kunstharzentfärbers »Asmit 173« entfärbt. Die farblose Lösung wurde nun nochmals durch eine 200-ccm-Säule des Kationenaustauschers »Dowex 50« perkoliert und danach im Vakuum auf etwa 300 ecm eingedampft. Nach dem Filtrieren wurde im kleinen Vakuumverdampfer zu einem sehr kleinen Volumen eingedampft, wodurch 15,25 g als erste hellgelbe Rohkristallfraktion erhalten wurden. Die Gesamtausbeute zeigt die folgende Zusammenstellung:

	Ausbeute aus	Reinheit	Ausbeute	Als reine Reduktin	Als reine Reduktin
	600 g Braunalgen		als reine	säure berechnete	säure berechnete
			Reduktinsäure	Ausbeute, bezogen	Ausbeute, bezogen
Kristall			berechnet	auf die reine	auf die Braunalgen
fraktion		%		Reduktinsäure
	g	99,55		unmittelbar nach
	15,25	99,00	g	Säureaufschluß	7o .
	I,8o	98,72	I5,l8	(33,9 g)	2,53
	0,51		1,78	0/ /0	0,30
I	17,56		0,50	44,78	0,08
2			17,46	5,25	2,91
3		i,47
Insgesamt....		5i,5o

•55 Beispiel 5

200 g Alginsäure wurden mit 2 1 io°/₀iger Phosphorsäure 5 Stunden bei 135 bis 137⁰ im Autoklav aufgeschlossen und nach dem Erkalten von dem schwarzen •■60 Rückstand durch ein Faltenfilter filtriert. Der Rückstand wurde noch je dreimal mit Wasser ausgewaschen und ebenfalls filtriert. Die im vereinigten Filtrat unmittelbar nach dem Aufschluß titrimetrisch festgestellte Ausbeute betrug 38,07 g Reduktinsäure. Die weitere Aufarbeitung erfolgte nach den Angaben im Beispiel ιa, jedoch mit folgenden Ausnahmen: Es wurden zum Neutralisieren 1200 ecm einer 20°/_Oigen Calciumcarbonatsuspension verwendet. Ferner wurden benötigt: il Kunstharzentfärber »Duolite S-30«·, 300 ecm Kationenaustauscher »Dowex 50 cc und 500 ecm Anionenaustauscher »Dowex 2« mit 0,2 bis 0,3 mm Teilchengröße.

509 554/37

M 15514 IVc/12ο

Die Rollkristallausbeute ergab folgende Werte:

	Ausbeute	Reinheit	Ausbeute	Als reine Reduktin	Als reine Reduktin
	aus 2OO g Alginsäure		als reine	säure berechnete	säure berechnete
			Reduktinsäure	Ausbeute, bezogen	Ausbeute, bezogen
Kristall-			berechnet	auf die reine	auf die Alginsäure
IYaIi tion		°/o		Keduktinsäurc
	H	99.24		unmittelbar nach
	27,24	99,18	g	Säureaufscliluß	0/ /0
	2,98	98,40	27.03	(38,07 g)	13,51
	0,35		2,95	la	1,47
I	30,57		0,34	71,00	0,17
ο			30,32	7,75	15,15
3		0,90
Insgesamt ....		79,65

Die Kristalle waren von schoner, hellgelber Beschaffenheit. Versuche mit Natriumalginat führten zu ähnlich hohen Ausbeuten.

Beispiel (>

(>oo g Furfurol wurden mit f> 1 5o°/_(iiger Phosphorsäure ι¹/« Stunden bei einer Temperatur von 150⁰ im Autoklav aufgeschlossen. Nach dem Filtrieren der l.iisung, mehrmaligem Auswaschen, Auspressen und Filtrieren des entstandenen schwarzen Polymerisates wurde das vereinigte Filtrat wie im Beispiel ia weiterbeliandelt, mit der Ausnahme, daß mehr Calciumcarbonatsiispension zur Entfernung der Phosphorsäure beiiiiligt wurde. Die Ausbeute betrug 2,18 °/_(l an 98, j- bis (j'),5"/_niger reiner Reduktinsäure, bezogen auf Furfurol.

Aus vorstehendem ergibt sich, daß es infolge der

4<> hohen Reinigungs- und Konzentrationswirkung der verwendeten Ionenaustauscher und Entfärbungsmittel erstmals möglich ist, in wirtschaftlicher Weise Keduktinsäure aus wohlfeilen Ausgangssi offen zu gewinnen, die bisher noch nie für diesen Zweck benutzt wurden, da bei allen bisher bekannten Verfahren die Gewinnung der Reduktinsäure aus diesen .Wollstoffen äul.ierst umständlich und kostspielig ist. Die verwendeten Ausgangsstoffe sind teilweise Abfallprodukte, teilweise l'llanzenextrakte und teilweise

5<> reichlich in der Natur vorkommende Pflanzen. Die leichte /,ugängliclikeit dieser Ausgangsmaterialien, die beispiellose Einfachheit des Herstellungsverfahrens, die hohe Ausbeute und die Möglichkeit, während der Herstellung anfallende Abfallprodukte gewir.nbringeiid zu verwerten, sind die Hauptgründe der hoben Wirtschaftlichkeit des beschriebenen Verfahrens. Es ist insbesondere erwähnenswert, daLi nach dem Verfahren Ausbeuten erzielt werden, wie sie nach der Literatur zu schlichen bisher in dieser ITo¹IiC auch

fin nicht annähernd erreicht wurden.

Der neuartige und überraschende Er folg des beschriebenen Verfahrens geht daraus hervor, daß die Rediiklinsäure erst mit Hilfe dieses Verfahrens großtechnisch wohlfeil und in hoher Ausbeute rein dargestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Reduktinsäure aus Aufschlußsäure und außerdem schwer abtrennbare Verunreinigungen enthaltenden Rcduktinsäurerohlösungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die saure Rohlösung mit einem Phcnol-Formaldehyd-Kondensationsprodukt als Entfärbungsmittel behandelt, aus der entfärbten Lösung die Aufschlußsäure derart entfernt, daß die Reduktinsäure bzw. deren Salze in Lösung bleiben, die erhaltene Lösung mit einem rgit Wasserstoffionen gesättigten, stark sauren Sulfonsäuregruppcn enthaltenden Styrol-Divinylbenzol-Misch polymerisat als Kationenaxistauscher mit einer Korngröße von 0,2 bis 1,5 mm und nach Abtrennung von diesem mit einem mit Hydroxylioncn gesättigten, stark basischen Anionenaustauscher mit einer Korngröße ' von höchstens 0,3 mm, der aus quaternären Ammoniumbasen eines Styrol-Divinylbenzol-Misch polymerisates besteht, behandelt, die Lösung abtrennt und die adsorbierte Reduktinsäure mit 0,1 normaler Ameisensäure selektiv aus dem Anionenaustauscher verdrängt, die Vcrdrängungs- no säure aus der an Reduktinsäure angereicherten Lösung entfernt und aus dieser Lösung die Reduktinsäure zur Kristallisation bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man stark verunreinigte Reduktinsäureroh lösungen mit einem Kunstharz aus lrt-Phcnylendiamin-Formaldehyd entfärbt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Entfärbung als auch die Behandlung mit den Ionenaustauschern durch Perkolation erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die reduktinsäurehaltige Lösung zwischen der Behandlung mit dem Kationenaustauscher und dem Anionenaustauscher oder vor der Kristallisation nochmals

551/"

M 15514 IVc/12 ο

mit einem Entfärbungsmittel aus Kunstharz behandelt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine reduktinsäurehaltige Rohlösung verwendet, die durch Aufschluß von Polyuronsäure, deren Methylester und deren Salze enthaltendem Material mit verdünnten Säuren, vorzugsweise Phosphorsäure, unter Druck bei Temperaturen von 120 bis 150⁰ erhalten wurde.

Angezogene Druckschriften:

Arzneimittelforschung, Bd. 1, 1951, S. 247 bis 257; Helvetica ChimicaActa, Bd. 16,1933, S. 993^3995.