DK161979B - Fremgangsmaade til elektrolytisk at fjerne en anion fra en organisk forbindelse - Google Patents

Description

DK 161979 B

i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den i krav l's indledning angivne art til elektrolytisk at fjerne en anion fra en organisk forbindelse, og fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i 5 krav l's kendetegnende del anførte.

Nærmere betegnet tilvejebringer opfindelsen en fremgangsmåde, hvormed man kan fjerne halogenidionen eller andre anioner fra et organisk halogenid eller et andet organisk «· a|t 10 salt, der har den almene formel A X , hvori A er en organisk kation, og X- er en halogenidion eller en anden anion. Specielt kan fjernelsen af halogenidionen eller af en anden anion indebære, at det organiske salt A+X~ omdannes til den tilsvarende fri base efter følgende 15 reaktionsskema: A+X" -> A+0H“ 20

Alternativt kan den organiske kation A+ omfatte både en basisk funktionel gruppe og en syrefunktionel gruppe; fjernelsen af halogenidet eller af den anden anion indebærer herefter, at det organiske salt A+x~ omdannes til 25 det tilsvarende indre salt eller den tilsvarende elek trisk neutrale forbindelse efter følgende reaktionsskema: A+X” -> A.

30

Mange sådanne forbindelser er hydrohalogenider eller halogenider af nitrogenbaser som f.eks. kvarternære ammoniumbaser og organiske amider. Medens opfindelsen spe-35 cielt drejer som om fjernelse af halogenid eller hydro-halogenid, kan den også anvendes til fjernelse af anioner, herunder hydroanioner og andre tilsvarende anioner,

DK 161979 B

2 som f.eks. chloracetater, chlorpropionater, sulfonater, phosphater, borater, cyanider, thiocyanater, thiosulfa-ter, isocyanater, sulfiter, bisulfiter og oxalater.

5 Hidtil har man foretaget fjernelsen af halogenidioner fra de organiske forbindelser, der indeholder dem, ved f.eks. at lade en opløsning af det organiske halogenid strømme gennem en søjle, der er fyldt med en ionbytterharpiks. Imidlertid medfører brugen af ionbytterharpikssøjler ad-10 skillige ulemper. For at udvinde den dehalogeniserede forbindelse i et acceptabelt udbytte er det nødvendigt at vaske grundigt, og dette indebærer, at der fremkommer en fortyndet opløsning af den dehalogeniserede forbindelse, en opløsning, der herefter atter skal koncentreres, inden 15 den går videre i de efterfølgende trin i processen. Når der anvendes ionbytterharpikser, er det herudover nødvendigt at regenerere og vaske disse, således at de kan anvendes igen. Harpiksregenereringen udføres ved hjælp af alkaliske opløsninger, der, for at kunne genanvendes, 20 også må renses og genkoncentreres (se offentliggjort italiensk patentansøgning nr. 21015· A/82, indleveret 30. april 1982). Denne harpiksregenerering, vask af søjler og rekoncentrering af de gennemstrømmende opløsninger påvirker i betydelig grad anlægs- og driftsomkostningerne, og 25 at kunne undgå disse omkostninger vil være en stor fordel. Andre ulemper, som anvendelsen af ionbytterharpikser kan udgøre, forekommer, når den dehalogeniserede forbindelse har tendens til at hydrolysere hurtigt, dvs. i løbet af et tidsrum, der er mindre end eller lig med 30 opholdstiden i søjlen.

Som følge heraf forekommer en delvis hydrolytisk nedbrydning af den dehalogenerede forbindelse inden man har tid til at underkaste denne forbindelse efterfølgende opar-35 bejdning eller omsætning.

3 DK 161979 B

Man kender allerede elektrolytiske metoder, som imidlertid begrænser sig til anvendelse af celler forsynet med en enkelt membran, der deler den pågældende celle i to dele, en katodisk del og en anodisk del.

5 US patentskrift nr. 2 737 486 angiver et typisk eksempel på en sådan celle. Skriftet angår en elektrolytisk fremgangsmåde til fremstilling af aminer, hvorved en opløsning af et aminsalt ledes ind i cellens katodedel, medens 10 en syreopløsning ledes ind i anodedelen. De to dele af cellen er adskilt af en anionisk membran. Når der ledes elektrisk strøm gennem cellen, vil de uorganiske anioner migrere gennem membranen fra katode- til anodedelen, idet aminen efterlades i katodedelen.

15

Denne kendte fremgangsmåde har sin begrænsning i, at passagen af de uorganiske anioner fra katodedelen til anodedelen bliver stadig langsommere og stadig mindre effektiv, efterhånden som koncentrationen af anioner i 20 katodedelen falder. Dette betyder, at de aminoopløsnin-ger, som dannes i katodedelen, indeholder betydelige re-sidualkoncentrationer af uorganiske anioner. Af patentskriftets eksempel fremgår det således, at omdannelseseffektiviteten er 85,5%.

25

Denne omstændighed indebærer en betydelig begrænsning, eftersom produkter, f.eks. til farmaceutisk anvendelse, nødvendigvis må foreligge med en høj renhedsgrad.

30 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen afhjælper ulemperne ved den fra US patentskrift nr. 2 737 486 kendte fremgangsmåde og er særegen ved, at den elektrolytiske fjernelse af anionen fra den organiske forbindelse finder sted i en elektrolysecelle opdelt i et for-katoderum, hvori en op-35 løsning af den organiske forbindelse, der skal behandles, er anbragt, og som er adskilt fra katoderummet, der indeholder en katode, ved en kat ionby ttermembran, og et for-

DK 161979B

4 anoderum adskilt fra anoderummet, der indeholder en anode, ved en kationbyttermembran og adskilt fra for-katode-rummet ved en anionbyttermembran. Der anbringes en sur elektrolyt i anoderummet og vand i for-anoderummet og i 5 katoderummet, og der ledes en elektrolysestrøm gennem cellen, hvilket bevirker, at anionen vandrer fra for-katoderummet gennem anionbyttermembranen ind i for-anode-rummet, hvor den forener sig med hydrogenionen, der vandrer fra anoderummet gennem kationbyttermembranen ind i 10 for-anoderummet til dannelse af den tilsvarende syre. Den organiske kation bringes samtidig til at vandre fra for-katoderummet gennem kationbyttermembranen ind i katoderummet, hvori der opnås en opløsning, der indeholder den organiske kation.

15

De forbindelser, der skal dehalogeneres eller behandles på anden måde for at fjerne anioner, tilføres for-katode-rummet, sædvanligvis som en opløsning eller suspension i vand eller et andet polært opløsningsmiddel. Opløsningen 20 i anoderummet er sædvanligvis en syrestøttende opløsning. Katoderummet og for-anoderummet tilføres vand eller et andet polært opløsningsmiddel på en sådan måde, at der ved passagen af elektrisk strøm gennem cellen går hydrogenioner fra anoderummet til for-anoderummet gennem 25 kationmembranen, halogenidioner og lignende anioner går fra for-katoderummet til for-anoderummet gennem anionbyttermembranen, og de organiske kationer går fra for-katoder ummet til katoderummet gennem kationbyttermembranen.

30 Ved anoden oxideres anionerne fra den syrestøttende opløsning. Hydrogenionen og halogenidet eller den lignende anion frembringer ved omsætning den tilsvarende syre i for-anoderummet, og vand reduceres ved katoden til frembringelse af hydrogen i katoderummet. Syreopløsningen 35 fjernes fra for-anoderummet, og hydrogenet og opløsningen indeholdende de organiske kationer udvindes fra katoderummet i form af en opløsning eller suspension af den fri

DK 161979 B

5 base eller det indre salt af den organiske forbindelse.

Arten af syren eller den syreunderstøttende opløsning i anoderummet kan variere, da denne opløsning ikke direkte 5 tager del i den elektrokemiske proces, f.eks. i dehalo-geniseringen af det organiske halogenid. Det er fortrinsvis en vandig opløsning af en organisk eller uorganisk hydroxysyre, f.eks. svovlsyre, phosphorsyre eller eddikesyre, eller en syreopløsning af det salt, der består af 10 en hydroxygruppe og en hvilken som helst kation, som f.eks. jernsulfat, kobbersulfat eller natriumacetat. Når halogenid skal fjernes fra den organiske forbindelse, bør anoderummet sædvanligvis ikke indeholde halogenid i koncentrationer, der er høje nok til at udvikle halogen 15 (f.eks. chlor) ved anoden.

Ved anoden kan følgende fænomen forekomme: udvikling af oxygen fra direkte oxidation af fortyndingsvandet eller elektrolytisk oxidation af hydroxysyren til den pågæl-20 dende persyre eller af saltet til det pågældende persalt.

Ved at tilføre anoderummet svovlsyre og anvende en anode, der er karakteriseret ved en lav oxygenoverspænding (mindre eller lig med ca. +2,0 på den normale hydrogen-25 skala), f.eks. titan beklædt med en beklædning af blandede oxider indeholdende et ædelmetaloxid, kan der f.eks. ved anoden udvikles oxygen i gasform, der kan udvindes fra anoderummet. For at holde den rette syrekoncentration er det i dette tilfælde naturligvis tilstrækkeligt at 30 genetablere vandet i anoderummet ved at tilsætte demineraliseret vand.

Det er muligt ved eventuelt at anvende en anode, der med hensyn til oxygenudvikling udviser en tilstrækkelig høj 35 overspænding (på mere end eller lig med 2,1 V på den normale hydrogenskala), at favorisere den elektrolytiske oxidation af hydroxysyren til den pågældende persyre i

DK 161979 B

6 forhold til oxygenbortledningen ved anoden. Det er således muligt med en bly- eller platinanode og ved hjælp af en svovlsyreopløsning at oxidere svovlsyren til persvovlsyre og fuldstændig at undgå udviklingen af elementært 5 oxygen ved anoden. I dette tilfælde kan den opløsning, der strømmer ud af anoderummet, der indeholder svovlsyre og per svovl syre, omsættes i en ydre reaktor med vand, hvorved der dannes hydrogenperoxid ifølge den kendte omsætning: 10 2H2S2°g ♦ 4H20 -> 2H202 + 4H2S04 15 og anoderummet i cellen kan derfor atter tilføres svovlsyre. Det er imidlertid også muligt at anvende anodereaktionen til at oxidere et salt til det pågældende persalt.

Ved f.eks. at tilsætte anoderummet ferrosulfat kan dette oxideres til ferrisulfat, og opløsningen, der indeholder 20 ferrisulfataffaldsstrømmen fra anodedelen, kan genudvindes; i dette tilfælde er det også muligt fuldstændigt at undgå udvikling af oxygen ved anoden.

På samme måde er det muligt at tilsætte det vand, som 25 katoderummet er fyldt med, forbindelser både i opløsning -og- i suspension, der, skønt de ikke griber ind i vandreduktionen ved katoden, tjener til kompleksdannelse eller udsaltning af de organiske kationer, således at de efterfølgende trin favoriseres.

30

Idet der henvises til figuren, der skematisk afbilder opbygningen af elektrolysecellen og den fremgangsmåde, ved hvilken processen gennemføres, består cellen af et adskillende forkatoderum 1, der forefindes på katode-35 siden, en membran 2 bestående af en kationbytterharpiks, der er permeabel overfor og i stand til at overføre kat ioner, men som i det væsentlige sædvanligvis ikke er

DK 161979 B

7 permeabel overfor elektrolytgennemstrømning (kationmem-bran), idet membranen adskiller for-katoderummet 1 fra katoderummet 3, samt en membran 4 af en anionbytterhar-piks, der er permeabel overfor og i stand til at overføre 5 anioner (anionmembran), der adskiller for-katoderummet 1 fra for-anoderummet 5, hvori halogenidet eller en lignende anion atter forenes til frembringelse af den pågældende syre. For-anoderummet 5 er for sit vedkommende holdt adskilt fra anoderummet 7 ved hjælp af en membran 6 10 bestående af en kationbytterharpiks, der er permeabel for kationer (kationmembran).

Generelt kan det anføres, at alle disse membraner er impermeable eller i det væsentlige impermeable over for 15 gennemstrømning af elektrolyt fra en side til en anden.

På figuren er også angivet tilførsel og udvindingsstederne for reagenserne og slutprodukterne.

20 I anoderummet forefindes en anode 8, fortrinsvis af metal, som f.eks. titan, tantal, zirconium, hafnium eller legeringer af disse, idet overfladen heraf i det mindste delvis er belagt med en ikke-passiveret og katalytisk film til udvikling af oxygen fra vandige syreopløsninger 25 eller til oxidation af hydroxysyren eller saltet til den tilsvarende persyre eller det tilsvarende persalt. Grafit, bly og lignende anodisk opbrugelige materialer kan også anvendes, med da de underkastes anodisk opløsning, kan de forårsage forurering af kationbyttermembranen, 30 udover at de ikke er permanente. Mere permanente og/eller uopløselige anoder har sædvanligvis en ikke-passiveret katalytisk film, der kan omfatte metallisk ædelmetal, som f.eks. platin, iridium, rhodium eller legeringer heraf, eller en blanding af elektrisk ledende oxider, der består 35 af mindst et oxid eller blandet oxid af et ædelmetal, som f.eks. platin, iridium, ruthenium, palladium og rhodium.

DK 161979 B

8

Dersom det søges fortrinsvis at favorisere oxygenudviklingen ved anoden med hensyn til oxidationen af syren til persyre, er en beklædning af blandede oxider specielt velegnet, der består af mindst et ventilmetaloxid, som 5 f.eks. et oxid af titan, tantal eller zirconium, og mindst et ædelmetaloxid, som f.eks. et oxid af ruthenium og iridium, der er fremstillet ved termisk dekomponering af metalsalte. Et sådant overtræk er karakteriseret ved en lav overspænding til udviklingen af oxygen.

10 I katoderummet findes der en katode 9 af et materiale, der er resistent over for katolytten, og som fortrinsvis er udstyret med en overflade, der har en lav. overspænding til hydrogenfrigørelse fra vandige opløsninger. Passende 15 materialer for katoden er monel-metal (en nikkellege ring), nikkel-baserede legeringer, som kendes under betegnelsen "hastelloys", nikkel, rustfrit stål, kobber og sølv. For at reducere overspændingen kan katoden være belagt med et lag af et materiale, der er katalytisk for 20 hydrogenfrigørelse, som f.eks. ædle metaller såsom platin, ruthenium, iridium, palladium, rhodium, legeringer heraf, oxider heraf og Raney-nikkel. Både anoden og katoden kan være fremstillet af fast plademetal, og de kan passende tjene som bunde i de respektive anode- og 25 katoderum. Det er imidlertid tilrådeligt at fremstille både anoden og katoden i porøs form, f.eks. af siformet eller ekspanderet metal, svejset på passende strømtilførsler for at reducere den såkaldte boble-virkning, som er en afskærmende virkning af de gasbobler, der dan-30 nes på elektrodernes overflade, og som bevirker et betydeligt ohmsk fald.

De gennemhullede eller ekspanderede metalelektroder muliggør, udover at forøge den egentlige overflade og 35 derfor reducere elektrodernes kinetik for samme strømbelastning, en bedre frigørelse af modstandsspændingstabene under driften.

DK 161979 B

9

Herudover er porøse elektroder mest fordelagtigt anvendt til at være anbragt direkte mod overfladen af de to kationmembraner, der afskærmer anode- og katoderummene.

De anvendte membraner til at opdele den elektrolytiske 5 celle i de respektive rum og til selektivt af overføre ionerne er fortrinsvis anbragt i cellen på understøttende net (ikke vist i figuren) bestående af inerte materialer, som f.eks. polytetrafluorethylen, ethylen og propylen-fluorerede copolymere, polypropylen, asbest, titan, tan-10 tal, niob eller ædle metaller. Som et alternativ kan anvendelsen af understøttende net, gitre eller en elastisk pude, der er let gennemtrængelig for elektrolytstrømmen, og som består af et eller flere over hinanden lagte lag af klædemateriale fremstillet af fine tråde af 15 samme materiale som nævnt ovenfor, være anbragt i begge de mellemliggende rum 1 og 5. De to elastisk sammentryk-kelige puder er sammentrykket under lukningen af cellen, og på grund af deres elasticitet tilvejebringer de en vis elastisk spænding, der har en tendens til at adskille 20 membranerne, hvorved der tilvejebringes kontakt mellem membranerne og anoden 8 og katoden 9, mod hvilke henholdsvis membranen 6 og membranen 2 tvinges ved det elastiske tryk udøvet af de to elastiske puder.

25 De anvendte anion- og kationmembraner tilhører den velkendte gruppe af organiske, kommercielt tilgængelige polymere, der ofte er af termoplasttypen indeholdende polære grupper af anion- og kation-art, i form af tynde film.

30

Membranerne er i stand til at overføre enten anioner eller kationer, dvs. de er permeable for visse arter af ioner, men i det væsentlige mindre permeable eller endog slet ikke permeable for andre. Visse ioner er, tilsynela-35 dende gennem en ionbytterproces med de polære grupper af polymere, i stand til at gå gennem membranen, medens andre ioner med modsat ladning ikke er i stand til at

DK 161979 B

10 gøre dette.

Fremstillingen og opbygningen af anion og kationmembraner er udtømmende beskrevet i kapitlet betegnet "Membranes” 5 (Encyclopedia of Polymer Science and Technology, udgivet af H. Wiley and Sons, New York, 1968, vol. 8, side 620-638).

Udover ovennævnte kan følgende kommercielle membraner 10 betragtes som eksempler på foretrukne membraner i en udførelsesform for opfindelsen:

Anionmembraner: "AMFLON" serie 310, baseret på fluoreret polymer substitueret med kva-15 ternær ammonium fremstillet af firmaet

American Machine and Foundry Co., USA: "Ionac" MA 3148, MA 3236 og MA 3475, baseret på polymer substitueret med 20 kvaternær ammonium stammende fra hete rogent polyvinylchlorid, fremstillet af firmaet Ritter-Pfaulder Corp., Permutit Division, USA.

25 Kationmembraner: "Ionac" MC 3142, MC 3235 og MC 3470XL, baseret på polymer substitueret med polysulfater, der stammer fra heterogene polysulfater afledt af heterogen polyvinylchlorid fremstillet af firmaet 30 Ritter-Pfaulder Corp., Permutit Divi sion, USA.

"Nafion " XR-type, hydrolyseret copolymer af fluoreret olefin og af en per-35 fluor fluorsulfoneret vinylether, frem stillet af firmaet E.I. Du Pont de Nemours and Co. Inc., USA.

11

DK 161979 B

De lukkende rammer 10 af de mellemliggende rum samt af de to hovedenheder (anoderummet 11 og katoderummet 12) er fremstillet af almindelige materialer, som f.eks. stål eller et andet mekanisk modstandsdygtigt materiale, der 5 indvendigt er belagt med mastiske eller syntetiske gummiarter, som f.eks. neopren, polyvinylidenchlorid, polyestere, polypropylen, polyvinylchlorid, polytetrafluor-ethylen eller andre velegnede plastmaterialer.

10 De omsluttende rammer og hovedelene af forskelligt stift materiale, som f.eks. stift polyvinylchlorid, polyvinylidenchlorid, polypropylen eller phenol-formaldehydharpik-ser, kan anvendes i stedet for beklædt stål, fortrinsvis dersom de er forstærket med fibre. Forseglingerne er af 15 almindeligt materiale, som f.eks. naturligt eller syntetisk gummi.

Cellerummene er sædvanligvis adskilt fra hinanden ved hjælp af plane membraner; andre udformninger kan imidler-20 tid også anvendes, som f.eks. cylindriske, savtakkede eller fingerformede udformninger.

I en foretrukken udførelsesform for den foreliggende opfindelse til behandling af organiske halogenider 25 anbringes der inden påbegyndelsen af elektrolyseprocessen i cellen angivet på figuren en opløsning af en hydroxy-syre, fortrinsvis svovlsyre, i anodedelen 7, idet koncentrationen ligger mellem 0,05 N og 4 N, fortrinsvis mellem 0. 3 og 2 N, hvorefter for-anoderummet 5 fyldes med 30 demineraliseret vand eller med en fortyndet opløsning af en syre; en vandig opløsning af det organiske halogenid med den almene formel A+X- cirkuleres i for-katoderummet 1, og vand eller en vandig syreopløsning eller suspension cirkuleres i katoderummet 3.

Den passende polarisering af cellen, dvs. tilførsel til elektroderne af forskellige potentialer, der er i stand 35

DK 161979 B

12 til at forårsage passage af elektrisk strøm gennem cellen, bevirker vandringen af halogenidionen X- gennem anionmembranen 4 i for-anoderummet 5, og på sammen tid vandringen af den organiske kation A+ gennem kation-5 membranen 2 i katoderummet 3. Halogenidionen forhindres på den anden side i at nå anoden, på grund af tilstedeværelsen af kationmembranen 6. Derfor bevirker strømgennem-ledningen frigørelse af oxygen ved anoden og en samtidig vandring af H+-ioner gennem katodemembranen 6 i for-10 anoderummet 5, hvori den tilsvarende hydrogensyre frembringes. Hydrogensyrekoncentrationen i for-anoderummet 5 holdes sædvanligvis konstant ved fortynding med vand, og syreopløsningen bortledes ved den forudbestemte koncentration.

15 På samme måde holdes anolytkoncentrationen ved en forudbestemt værdi ved at genoprette dissocieret vand og hydratiseringsvand båret ved hjælp af H+-ionen gennem kationmembranen 6. Det har vist sig, at det er fordel— 20 agtigt, for at undgå polariseringsfænomener forårsaget af koncentrationsgradienter på den modsatte overflade af kationmembranen 6, at holde anolyt- og hydrogensyrekon-centrationerne i for-anoderummet 5 på en sådan måde, at ækvivalentnormaliteten af de to opløsninger næsten er 25 ens. Derfor holdes hydrogensyrekoncentrationen i for-anoderummet fortrinsvis på normaliteter mellem 0,3 og 2 N. Dette kan let opnås ved på passende måde at justere tilførslen af fortyndingsvand til anode- og for-anoderum-mene.

30

Den udpinte opløsning af halogenid, der strømmer ud af rummet 1, kan på passende måde atter koncentreres og recirkuleres i cellen.

35 Til vandet af den opløsning eller syresuspension, der er anbragt i katoderummet, kan der sættes sure forbindelser, der er i stand til at reagere med eller fremme indre

DK 161979 B

13 syredannelse af den organiske kation, der vandrer ind i kationrummet, En sådan sur forbindelse kan foreligge i opløsning og/eller i suspension. Eksempler på sådanne forbindelser omfatter kamfersyre, di-benzoylvinsyre og N-5 acetylglutaminsyre.

Elektrolysen udføres ved at opretholde et elektrisk potentiale mellem anoden og katoden, der er højt nok til at forårsage den ønskede elektrolyse, og celletempera-10 turen holdes højere end frysepunktet af de opløsninger, der findes i cellen, dvs. ved ca. 20 °C og sædvanligvis lavere end den temperatur, ved hvilken nedbrydning af den de-halogenerede forbindelse ville forekomme, f.eks. under 70 °C.

15 2

Strømtætheden holdes sædvanligvis mellem 500 A/m og 300 2 A/m , skønt andre strømtætheder kan anvendes, og de optimale værdier undersøges sædvanligvis gennem en række forsøg i de enkelte tilfælde. Dette gøres for at opnå 20 det bedste kompromis mellem varmebalancekravene og nødvendigheden eller ønskværdigheden af at holde cellespændingen lav, for at bibeholde en høj total energieffektivitet ved elektrolyseprocessen.

25 Den totale afstand mellem elektroderne kan være så stor som ca. 1 eller flere centimeter. Dersom bredden af de mellemliggende rum holdes på ca. 5 mm, kan afstanden mellem elektroderne fordelagtigt holdes under 15-20 mm.

Dersom tætheden mellem elektroderne er sådan, og 30 strømtætheden er som angivet ovenfor, kan cellespændingen ligge mellem 5 og 10 volt ved forholdsvis lave strømtætheder og mellem 10 og 25 volt ved højere strømtætheder. Sædvanligvis udføres elektrolysen ved atmosfæretryk, skønt den også kan udføres ved lavere eller 35 højere tryk. Den omhandlede elektrolysecelle og fremgangsmåden er almindelig anvendelig, dvs. de kan med fordel anvendes ved alle de organiske synteser, i løbet af

DK 161979B

14 hvilke fjernelsen af halogenid eller lignende anioner fra mellemprodukter eller halogenerede udgangsforbindelser udføres (eller skal udføres) under anvendelse af ionbyt-terharpikser. Organiske salte med den almene formel A+X~, 5 der er dissocieret i polære opløsningsmidler, som f.eks. vand, kan således behandles ved den omhandlede fremgangsmåde for at fjerne anionen X- og for at udvinde den organiske kation som en fri base A+OH~ eller dens tilsvarende indre salt A.

10

Nogle eksempler på forbindelser af denne type er: 15 20 25 30 35

Kvatemære monoalkyltrimethylforbindelser 15

DK 161979 B

l “ Λ.. -i X » chlorid eller methylsulfat un 3 + f _ R » a) alifatisk, mættet eller 5 CH - N - R x umættet Ci2-C22~kæde QH b) allyl- J c) benzyl- ^ Kvatemære monomethyltrialkylforbindelser R + I X » chlorid CH, - M - R X" J R = alifatisk alkyl, normal j eller forgrenet Cg-C^g

. 15.. R

Kvatemære imidazoliniumforbindelser 20 " Γ ^ 5\ 1 * zu R - C CK, X - methylsulfat CH3S04

i £-' ~ X

1 3 R = alifatisk, normal eller N'x-CH0 umættet ^2^18

CH.CK MHC - R

2 I! J

25 °

Kvatemære dimethylalkylbenzylforbindelser CH. r X « chlorid 30 [ 3

Cri3 “ ~ C;·? 2 X R = alif atisk, normal c-j_2“^18 « n

v J

35

Komplekse forbindelser

DK 161979 B

16 5 ψζ ^H3 X » chlorid x‘ r-h+-ch2-ch2-ck2-n+-ck3 x“ ch ch R alifatisk, mættet eller

„3 3 -J

umættet 10

Kvaternære dialkyldimethylforbindelser 15 X = chlorid eller methylsulfat R Π + i CH3 - M - CH^ χ- R » alifatisk, mættet eller d umættet, normal eller 20 L forgrenet cg”C22

Diamidoamin-baserede kvaternære forbindelser 25 r ® X » methylsulfat p-r-'-sp-rv ----- ru \ / R » alifatisk, normal eller M Y- / '‘ ^ ‘ umættet C12_C18 T5_p_v:.:_rv.· <»" s i 30 !r ; -9--) 11 1 0 JR=! 2-hydroxyethyl 2-hydroxypropyl

Kvaternære dialkylmethylbenzylforbindelser 35 : ’’ .,,, v- x = chlorid ?. - - - V ? J ** / sm = _...________

Kvaternære ammoniumforbindelser med den almene formel

DK 161979 B

17 / ' R - CO - MH - CH. - CH - CH , - .V—K" 5 2 j

T

hvori R er valgt blandt alifatiske og alicycliske grupper indeholdende mindst 7 carbonatomer; R' og R" er valgt 10 blandt alkylgrupper med 1-3 carbonatomer og monohydroxy-alkylgrupper med 2-8 carbonatomer; R'" er valgt blandt monohydroxyalkylgrupper med 2-3 carbonatomer, og Y betegner anionen af en syre.

15 Repræsentative eksempler på anionen Y er halogenidioner (dvs,. Y kan betegne halogen, nærmere bestemt chlor, brom, fluor eller iod), sulfat, sulfonat, phosphat, borat, cyanid, carbonat, hydrocarbonat, thiocyanat, thio-sulfat, isocyanat, sulfit, bisulfit, nitrat, nitrit, oxa-20 lat, silicat, sulfid, cyanat, acetat og andre almindelige uorganiske anioner.

Det organiske salt kan indeholde en alifatisk kæde på mindst 8 carbonatomer, der er knyttet til en anionisk 25 og/eller kationisk funktionel gruppe.

Den kationiske funktionelle gruppe kan være repræsentativ ved substituenter valgt blandt primær amino (-NH2), sekundær amino (>NH), 30 \ tertiær amino (— N), / \ + kvaternær ammonium (— N —), 35 / 18

DK 161979 B

hydrazino (—NH—NH^), +\ azonium (—NH—NH — ), 5 /

/,NH

guanyl (~C\ )» 10 XNH2

//NH

guanido (-NH-C ), nh2 15 biguanido (-NH-C-NH-C-NH0),

I 1 z NH NH

\ \ aminoxid (— N — 0), 20 / / \ + ternære sulfonium (—S ) eller / 25 x ' + kvaternære phosphonium (— P —).

/ ^ Den organiske kationdel A+ eller saltet A+X kan også omfatte både kationiske funktionelle grupper og anioniske funktionelle grupper, således at de kan afbildes på følgende måde: 35 i

DK 161979 B

19 (F+-Q-AnH)X~ eller (F+-Q-AnM)X~ hvori F+ betegner en oniumgruppe, An betegner en sur substituent af ovennævnte type, Q betegner en bivalent 5 organisk gruppe indeholdende en alifatisk kæde på mindst 8 carbonatomer, M betegner ammonium eller et alkalimetal, H betegner hydrogen, og X betegner en anion, som f.eks. et halogenid. Disse amfotere forbindelser, der undertiden omtales som amfolytter, indeholder både kationiske og 10 anioniske amfolytter, og de kan danne indre salte ved fjernelse af anionen X-. Specielt har det vist sig, at der opnås særlige fordelagtige resultater ved fremstillingen af L(-)carnitin. Opfindelsen belyses nærmere ved omtale af en særlig udførelsesform for den omhandlede 15 fremgangsmåde anvendt ved den industrielle fremstilling af L(-)carnitin, der er velkendt for at have forskellige terapeutiske anvendelser. Det er velkendt, at L(-) carnitin sædvanligvis fremstilles ved først at omdanne en vandig opløsning af D,L-carnitinamidchlorid til D,L-20 carnitinamidbase. Denne de-halogenisering af D,L-carnitinamidchlorid er nødvendig på grund af den efterfølgende saltdannelse med D-kamfersyre for at opnå en opløsning, der indeholder blandingen af D-kamforatet af D-carnitin-amid og D-kamforatet af L-carnitinamidet ved udfældning 25 af forbindelsen ved fraktioneret krystallisation med en lavere alkanol (1-5 carbonatomer) og fraskillelse af forbindelsen ved filtrering fra D-kamforatet af D-carnitinamid, der forbliver i opløsningen. Herefter op-slæmmes D-kamforatet af L-carnitinamid i alkanol, og gas-30 formigt hydrogenchlorid bobles gennem suspensionen, hvorved der fås L-carnitinamidchlorid. Fra sidstnævnte forbindelse fås ved sur hydrolyse L(-) carnitinchloridat, der kan omdannes til det indre salt af L(-) carnitin.

35 Alternative metoder til at fremstille L(-) carnitin er baseret på omsætningen mellem D,L-carnitinnitril og D-kamfersyre eller mellem D,L-carnitinnitril og L-acetyl-

DK 161979 B

20 glutaminsyre. Ved disse to processer er imidlertid også det første trin omdannelsen af et halogenid (i dette tilfælde D,L-carnitincyanocarbon) der er nødvendig for at muliggøre den efterfølgende saltdannelse med D-kamfersyre 5 eller L-acetylglutaminsyre.

De følgende eksempler er angivet for at beskrive fremgangsmåden ifølge opfindelsen nærmere. Cellen anvendt i forsøgene beskrevet i eksemplerne havde den på figuren 10 anførte udformning, idet cellen havde en elektrodeover- 2 flade på 0,3 m . Anoden 8 bestod af plane folier med 1,5 mm tykkelse fremstillet af titan beklædt med en aflejring 2 bestående af ca. 20 g pr. m af et i det væsentlige blandet oxid af iridium (60%) og tantal (40%) ud fra en blan-15 ding af dekomponerbare metalsalte fremstillet af firmaet Permelec SpA for Milano markedsført under handelsnavnet DSA (dimensionsstabil anode). Katoden 9 bestod af en flad folie af 1,5 mm tykkelse af rustfrit stål AISI 316.

De to katodemembraner 2 og 6 var begge af Nafion 324, 20 fremstillet af firmaet E.I. Du Pont De Nemours & Co. USA. Anionmembranen 4 var af Ionac Corp., Permutit Division, USA.

Rammerne og hovedbestanddelene af cellen var fremstillet 25 af stift polyvinylchlorid.

EKSEMPEL 1

Rummet 1 af elektrolysecellen skematisk angivet på figu-30 ren fyldtes med en opløsning indeholdende 90 kg D, L-carnitinamidchlorid (D,L(3-carboxyamid-2-hydroxypro- pyl)trimethylammoniumchlorid) opløst i 450 1 (ca. 20%) demineraliseret vand. I katodedelen 3 cirkuleredes en suspension indeholdende 90 kg D-kamfersyre opslæmmet i 35 100 1 demineraliseret vand. 0,7 N svovlsyre indførtes i anoderummet 7, og en opløsning af 0,5 N saltsyre indførtes i for-anoderummet 5. Herefter sattes demineraliseret i

DK 161979 B

21 vand til både anode- og for-anodedelene for at holde koncentrationerne konstant under cellens drift. Driftsbetingelserne for cellen var følgende:

5 - temperatur 50 °C

2 - strømtæthed 1000 A/m

- spænding ved elektroderne 15 til 22 V

- katolyttens pH 5 til 6 10 Den kvaternære D,L-carnitinamidammoniumion (D,L(3-car-boxyamid-2-hydroxypropyl)trimethylammonium) vandrede gennem kationbyttermembranen for størstedelens vedkommende, fuldstændigt, ved kationbytning i katoderummet, og den udsattedes med D-kamfersyre, hvilket som slutresultat gav 15 en ca. 30% opløsning af D,L-carnitinamid D-kamforat (ca.

500 1).

Det ved katoden frigjorte hydrogen såvel som det ved anoden udviklede oxygen udsendtes til atmosfæren. Salt-20 syre udvandtes fra rum 5 i cellen ved en bortledning, efterhånden som vand tilsattes rummet. D,L-carnitinamid D-kamforatopløsningen tørredes. Remanensen opløstes i ca.

900 1 isobutanol, der var opvarmet til 60 °C. Efter at hele materialet var fortyndet, afkøledes det til 30 “C.

25 Det udkrystalliserede produkt filtreredes. Der opnåedes 80 kg L-carnitinamid D-kamforat med [α]β mellem +7 og +8.

Den fremstillede forbindelse blev opløst i 160 1 demineraliseret vand, og gjort sur til pH 3,5 med koncentreret saltsyre (37%). Den udfældede D-kamfersyre filtreredes, 30 og opløsningen koncentreredes til tørhed. Til remanensen sattes 26 1 37 vægt-% saltsyre. Hele materialet opvarmedes 7 timer ved 70 °C, afkøledes herefter til 5 °C, og det udfældede ammoniumchlorid frafiltreredes. Opløsningen indeholdende L-carnitinchlorid behandledes som beskrevet 35 i eksempel 5.

DK 161979 B

22 EKSEMPEL 2

Rummet 1 i elektrolysecellen fyldtes med en opløsning indeholdende 90 kg D,L-carnitinnitrilchlorid (D,L(3-5 cyano-2-hydroxypropyl)trimethylammoniumchlorid) opløst i 450 1 demineraliseret vand (20%). En suspension indeholdende 90 kg N-acetyl-L-glutaminsyre i 100 1 demineraliseret vand cirkuleredes i katoderummet 3. De andre driftsbetingelser var som angivet i eksempel 1, bortset fra 10 spændingen ved elektroderne, der var 14 til 18 V. Den kvaternære D,L-camitinnitrilammoniumion (D,L(3-cyano-2-hydroxypropyl)trimethylammonium) vandrede ind i katodedelen, hvor den dannede et salt med N-acetyl-L-glutaminsy-re, hvilket som slutresultat gav en 30% opløsning af D,L-15 carnitinnitril-N-acetyl-L-glutamat. 30% opløsningen af D,L-carnitinnitril-N-acetyl-L-glutamat tørredes (ca. 600 1). Remanensen blev optaget i 300 1 methanol og opvarmet til 60 °C indtil fuldstændig opløsning, hvorefter der afkøledes til 0-5 °C. Ca. 75 kg D-carnitinnitril-N-ace-20 tyl-L-glutamat udkrystalliserede og blev frafiltreret.

Den filtrerede opløsning blev gjort sur med gasformigt hydrogenchlorid indtil pH 2. Herefter opvarmedes til 20 °C, og det udfældede produkt frafiltreredes. Der opnåedes 25 25 kg L-carnitinnitrilchlorid med [®]D på -24,5. Dette produkt kunne hydrolyseres med koncentreret saltsyre, hvorved der opnåedes L-carnitinchlorid, der kunne omdannes til det indre salt som beskrevet i eksempel 5.

30 EKSEMPEL 3

Rummet 1 i elektrolysecellen fyldtes med en opløsning indeholdende 90 kg D,L-carnitinnitrilchlorid (DL(3-cyano- 2-hydroxypropyl)trimethylaminochlorid) opløst i 450 1 35 demineraliseret vand (20%). I katoderummet 3 cirkuleredes en suspension indeholdende 50 kg D-kamfersyre (50% af den teoretiske værdi) i 100 1 demineraliseret vand. De andre i

DK 161979 B

23 / driftsbetingelser i cellen var som beskrevet i eksempel 1, bortset fra katolyttens pH-værid, som var 11,2. Den kvaternære D,L-carnitinnitrilammoniumion (DL(3-cyano-2-hydroxypropyl)trimethylammonium) vandrede ind i katode-5 rummet og dannede et salt med D-kamfersyre, hvilket som slutresultat gav en 32% opløsning af D,L-carnitinnitril D-kamforat med pH 11,2, fordi tilsætningen af D-kamfersyre med vilje var holdt på 50% af den støkiometriske mængde. Opløsningen (ca. 600 1), der strømmede fra 10 cellen, behandledes med 47 1 hydrogenperoxid ved 40% P/V (130 vol.), og man lod reaktionen forløbe i 1 time. Herefter tilsattes 50 kg D-kamfersyre. Opløsningen klaredes ved filtrering og tørredes. Herefter opløstes i 900 1 isobutanol, og der opvarmedes til 60 °C. Efter fuldstæn-15 dig opløsning af materialet afkøledes til 30 °C, og bundfaldet frafiltreredes. Der opnåedes ca. 80 kg L-carnitinamid-D-kamforat med en [«)D mellem +7 og +8. Herefter foretog man en passende behandling til fremstilling af det indre af L-carnitin som beskrevet i eksemp-20 lerne 1 og 5.

EKSEMPEL 4

En opløsning indeholdende 66 kg L-carnitinamidchlorid (L-25 (3-carboxyamid-2-hydroxypropyl)trimethylammoniumchlorid) recirkuleredes i rummet 1 af den tidligere beskrevne elektrolysecelle i 200 1 demineraliseret vand. Demineraliseret vand cirkuleredes i katoderummet 3. Cellens øvrige driftsbetingelser var som beskrevet i eksempel 1, 30 bortset fra katolyttens pH, der i dette tilfælde var ca.

12,5. I katoderummet passerede den kvaternære L-carnitin-amidammoniumion (L-(3-carboxyamid-2-hydroxypropyl)tri met hyl ammonium ) , og chloridionen passerede ind i rummet 5, hvor der dannedes saltsyre. Oxygen udvikledes ved ano-35 den, og hydrogenionen bortledt ved katoden frembragte molekylært hydrogen. Opløsningen i katoderummet opvarmedes til en temperatur på mellem ca. 40 “C og 60 “C og

DK 161979B

24 cirkulerede ca. 40 timer ved ovennævnte pH-betingelser.

Under disse betingelser omdannedes al L-carnitinamidbasen til det indre L-carnitinsalt. Opløsningen indeholdende denne forbindelse koncentreredes i vakuum ved 60 °C, 5 indtil næsten al vandet var fjernet, hvorefter der tilsattes isobutanol, hvorved der opnåedes et hvidt krystallinsk produkt, der filtreredes, vaskedes med isobutanol og vakuumtørredes i en atmosfære af af fugtet ^ (et temmeligt henflydende produkt). Der opnåedes 44 kg 10 forbindelse (udbytte 80%), med egenskaber som det indre salt af L-carnitin.

EKSEMPEL 5 15 Rummet 1 i den tidligere beskrevne elektrolysecelle fyldtes med en opløsning af 84 kg L-carnitinchlorid (L-(3-carboxy-2-hydroxypropyl)trimethylammoniumchlorid) opløst i 180 1 demineraliseret vand. Katoderummet fyldtes med demineraliseret vand. De andre driftsbetingelser var 20 identiske med de, der er beskrevet i eksempel 1, bortset fra katolyttens pH, der forblev mellem 6,5 og 7,5 uden tilsætning af syreopløsninger til katolytten selv. I katoderummet passerede den kvaternære ammonium (L-carnitin), medens chloridionen passerede i rummet 5, hvor 25 der dannedes saltsyre. Oxygen udvikledes ved anoden, medens hydrogenionen bortledt ved katoden udviklede molekylært hydrogen. Fra katoderummet opnåedes en koncentreret opløsning (ca. 30%) af det af indre salt L-carnitin, der yderligere koncentreredes i vakuum ved 60 30 °C. Dette indre salt udfældedes herefter og omkrystal liseredes med isobutanol, således som det er beskrevet i eksempel 4. Der opnåedes 62,7 kg (udbytte 89%) af et hvidt mikrokrystallinsk produkt, der havde samme egenskaber som det indre salt af L-carnitin.

/ 35

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til elektrolytisk at fjerne en anion fra 5 en organisk forbindelse indeholdende mindst en kationisk funktionel gruppe og en anion i kombination hermed eller som en urenhed og dissocierbar herfra i et polært opløsningsmiddel, kendetegnet ved, at denne fjernelse foretages i en elektrolysecelle opdelt i et for-10 katoderum, hvori en opløsning af den organiske forbindelse, der skal behandles, er anbragt, og som er adskilt fra katoderummet, der indeholder en katode, ved en kationbyt-termembran, og et for-anoderum adskilt fra anoderummet, der indeholder en anode, ved en kationbyttermembran og 15 adskilt fra for-katoderummet ved en anionbyttermembran; at en sur elektrolyt anbringes i anoderummet og vand i for-anoderummet og i katoderummet, at en elektrolysestrøm ledes gennem cellen, hvilket bevirker, at anionen vandrer fra for-katoderummet gennem anionbyttermembranen ind i 20 for-anoderummet og der forener sig med hydrogenionen, der vandrer fra anoderummet gennem kationbyttermembranen ind i for-anoderummet til dannelse af den tilsvarende syre, og at den organiske kation bringes til at vandre fra for-katoderummet gennem kationbyttermembranen ind i katode-25 rummet, hvori der opnås en opløsning indeholdende den organiske kation.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den organiske forbindelse indeholder en kation- 30 funktionel gruppe og forener sig med en hydroxylgruppe til dannelse af sin frie base i katodeopløsningen.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den organiske forbindelse indeholder både en 35 kation-funktionel gruppe og en anion-funktionel gruppe og danner sit indre salt i katodeopløsningen. DK 161979 B 26

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at anionen er chlor, at der dannes saltsyre i for-anoderummet, og at for-anoderummet tilføres fortyndingsvand. 5

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at syren i anoderummet er af en anden anion end halogenidion. 10

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den sure elektrolyt i anoderummet er en vandig opløsning af svovlsyre, at oxygen udvikles ved anoden, og at fortyndingsvand ledes til anoderummet. 15

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1 til dehalogenering af et organisk aminhydrohalogenid, kendetegnet ved, at man udfører en elektrolyse i en celle, der indeholder et par modstillede elektroder, henholdsvis anbragt i et anoderum og i et katoderum, idet rummene er adskilt fra 20 to centrale rum, et for-anoderum og et for-katoderum, ved hjælp af kat ionby ttermembraner, at de to centrale rum er adskilt ved hjælp af en anionbyttermembran, at det organiske aminhydrohalogenid ledes gennem for-katoderum-met, og at der opretholdes et elektrolytisk potentiale 25 mellem elektroderne for at bevirke vandring af halogenid-ioner gennem anionbyttermembranen til for-anoderummet og af organiske aminioner gennem kationbyttermembranen til katoderummet. 30

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at hydrohalogenidet opsamles og fjernes fra for-anoderummet . 35