HU188674B - Process for preparing diacetone-ketogulonic acid by means of the oxidation of diacetone-sorbose - Google Patents

Description

A találmány tárgya új eljárás diaceton-ketogulonsav előállítására, mely a C-vitamin készítésének értékes köztiterméke.

A diaceton-ketogulonsav előállítása során rendszerint diaceton-szorbózból indulnak ki, amelyet például szervetlen oxidálószerekkel, amilyenek a salétromsav, hidrogénperoxid vagy hipoklorit, oxidálnak diaceton-ketogulonsawá (566 811 SZU szabadalmi leírás). Az utóbbi időben különleges érdeklődést váltott ki a levegővel, illetve oxigén tartalmú gázokkal végrehajtott, katalitikus oxidáció, továbbá az elektrokémiai oxidáció (Elektrochimia, 1260—65 (1975)). Ezen eljárások során a reakció kezdetén az átalakulás igen kedvező, azonban az oxidációs tennék mennyiségének növekvésével a reakció lelassul. Abból a célból, hogy a diaceton-szorbóz teljes átalakulását eléqék, viszonylag hosszú reakcióidők és erélyes körülmények szükségesek, ennek következtében viszont fennáll a képződött diaceton-ketogulonsav túloxidálásának a veszélye, és az egyrészt a hozam csökkenéséhez, másrészt nemkívánatos melléktermékekhez vezet.

Adott volt tehát az a feladat, hogy olyan eljárást találjunk, amely szerint a diaceton-ketogulonsav kedvező átalakulással, magas hozammal és csekély mennyiségű hulladékanyagok képződése mellett állítható elő. Ezt a feladatot oldottuk meg e találmányi eljárással.

A találmány tárgya ennek értelmében diaceton-ketogulonsav előállítása a diaceton-szorbóz elektrokémiai vagy levegővel végzett oxidációja útján, oly módon, hogy a részben, azaz 30—95%-ban oxidált reakcióelegyet elektrodialízissel szétválasztjuk, ennek során tiszta diaceton-ketogulonsavat kapunk, és a nem oxidált diacetonszorbózt visszavesszük az oxidációs folyamatba.

Ennek az eljárásmódnak az előnye abban áll, hogy az oxidáció optimális tartományban, a kiinduló anyag viszonylag magas töménysége mellett játszódik le, és elhagyható az a költséges, továbbá oxidáció, amely a kitndulóanyag 100%-os átalakításához szükséges, jóllehet a nem oxidált diaceton-szorbóznak az oxidációs folyamatba való visszavitelével végeredményben természetesen 100%-os átalakulás következik be. Az eljárás egyik előnyös kivitelezési módja szerint mind az oxidációt, mind a diaceton-ketogulonsav elválasztását folyamatosan végezzük.

A diaceton-szorbóz oxidációját első lépésben önmagában ismert eljárások szerint hajtjuk végre. így a nemesfémekkel katalizált, levegővel végzett oxidációt ismerteti például a 935 968 számú német és a 162 772. számú magyar szabadalmi leírás, továbbá a 21 23 621 számú német közrebocsátási irat. Az elektrokémiai oxidáció leírása megtalálható a következő helyeken: Tetrahedron 28, 37 (1972), Elektrochimia 6, 897 (1972), 16 68 203 számú és 25 05 911 számú német közrebocsátási iratok.

Ezen eljárások szerint a diaceton-szorbózt 5—15%-os oldatban alkalmazzuk és ennek az oldatnak a pH-értékét alkálilúggal, előnyösen nátronlúggal körülbelül 12—14-re állítjuk. Ezt a pH-értéket a diaceton-ketogulonsav képződésével járó reakció során rendszerint alkáli további hozzáadásával állandó szinten tartjuk.

Ellentétben az eddig ismert eljárásokkal, a találmány szerinti eljárás során az oxidációt nem vezetjük a maximális átalakulásig, hanem csak addig, amíg a kiindulóanyag átalakulása 30—95%, előnyösen 50—85%. Ezt követően az oxidációs elegyet, melynek 1 kg-ja körülbelül 6-65 g diaceton-szorbózt, 65—130 g diaceton-ketogu2 lonsavat és 10-30 g nátrium-hidroxidot tartalmaz, dialízisnek vetjük alá.

Erre a célra a szokásos elektrodializáló berendezéseket alkalmazzuk, amelyekben kation- és anioncserélő membránok sorozata van elrendezve egyesével vagy csoportosan. A membránok tipikus elrendezéseit mutatja az 1. és 2. ábra. Ezekben az ábrákban „A” jelöli az anioncserélő, „K” pedig a kationcserélő membránokat, „D” a dializátum, „O” pedig az oxidációs elegy számára szolgáló kamrákat, és „E” jelöli az elektródkamrákat.

Az oxidációs elegyet átszivattyúzzuk az „O” jelzésű kamrákon, melyek a „D” dializátumkamráktól egyegy kation- és anioncserélő membránnal vannak elválasztva. Ha az elektródokra egyenáramú elektromos feszültséget adunk, akkor a membránokon át elektromosan töltött részecskék vándorolnak a dializátum-oldatba. Mind az oxidációs elegyet, mind a dializátum-oldatot keringetéssel szivattyúzzuk (cirkuláltatjuk), hogy a membránokon fellépő koncentrációs polarizációt a lehető legcsekélyebb mértékre csökkentsük. A szivattyúzáshoz bármely ismert szivattyú felhasználható. A keringési sebesség erősen függ a kamrák számától és geometriai sajátságaitól, rendszerint azonban a keringési sebességet úgy állítjuk be, hogy a membránok hosszában az áramlási sebesség kb. 0,1-0,3 méter/másodperc legyen. Mindkét elektródkamrában elektródoldatot szivattyúzunk át, ennek azonban csupán az a célja, hogy biztosítsuk a megfelelő vezetőképesség, továbbá a gáz- és hőátadás fenntartását. Az elektródoldat ezért tartamazhat például olyan elektrolitokat, mint a nátriumszulfát vagy nátriumhidroxid. Az elektródokon szükséges egyenáramú feszültség mértéke függ az egyes kamraszegmentumokban levő oldatok sótartalmától. A dialízis kezdetén cellánként rendszerint 0,5-1,5 voltos feszültséget alkalmazunk, és ezt a folyamat végére cellánként körülbelül 2—4 Voltra növelhetjük. Az oldatok hőmérséklete önmagában véve nem kritikus tényező, célszerű azonban a szobahőmérséklet és 75 °C közötti hőmérsékletet választani, hogy az oldatok viszkozitása és vezetőképessége előnyösen befolyásolható legyen.

Membránokként alkalmazhatunk minden, a kationés anioncsere elvén alapuló membránt, melynek áteresztőképessége kielégítően nagy ahhoz, hogy a diaceton-ketogulonsav viszonylag nagyméretű molekuláit átbocsássa. Erre a célra például alkalmasak a polimer alapú ioncserélő membránok, így például az Asahi-Glass cég Selemion típusú, vagy a Tokyama Soda cég Neosepta típusú membránjai, továbbá az Ionics és Du Pont cégek hasonló membránjai.

Meglepő módon a diaceton-ketogulonsav elválasztása során úgy találtuk, hogy az alkálit, diaceton-szorbózt és diaceton-ketogulonsavat tartalmazó oldat elektiodialízise során frakcionálódás lép fel úgy, hogy a dializátumba elsőként majdnem kizárólag nátrium-hidroxid megy át. A diaceton-ketogulonsav csak akkor lép át növekvő mértékben a dializátumba, ha a nátriumhidroxid-tartalom már viszonylag csekély. Ebből adódik az a lehetőség, hogy az oxidáció során a képződött diaceton-ketogulonsav közömbösítése céljából hozzátett lúgot visszanyeljük, és ismét felhasználjuk. így jelentős mennyiségű alkálilúgot, továbbá savat takarítunk meg, mely utóbbi különben szükséges lenne a lúg közömbösítéséhez a diaceton-ketogulonsav lecsapásakor,

-2188 674 és mentesítjük a szennyvizet azon hulladék sótermékektől, melyek e közömbösítési folyamatok során képződnének, Énnek következtében az eljárás kedvezően járul hozzá a környezet védelméhez.

Az ilyen frakcionált dialízist végezhetjük szakaszosan, végrehajthatjuk azonban folyamatosan is, legalább két, egymás után kapcsolt dializáló berendezésben,

A dialízis első lépésében dializátumként kapott nátronlúgot közvetlenül visszavezethetjük az oxidációs lépésbe. A dialízis első lépésének retentátumát, mely csak csekély mennyiségű, így például 0—2 súlyszázalék nátrium-hidroxidot tartalmaz, gyakorlatilag azonban a diaceton-szorbóz és a diaceton-ketogulonsav összes mennyiségét tartalmazza, vetjük alá a második dializáló lépésnek. A második lépés dializátumaként olyan oldat keletkezik, mely tartalmazza a maradék nátronlúgot, a diaceton-ketogulonsav főtömegét, továbbá némi diacetonszorbózt, mely ozmózisnyomása következtében kis mennyiségben átdiffundál a dializátumba.

A retentátum, melynek pH-értékét a dialízis végéig nátrium-hidroxid hozzáadásával 7—8 között tartjuk, tartalmazza egyrészt a diaceton-szorbóz összes mennyiségét, eltekintve a dializátumba átkerült, csekély veszteségtől, továbbá adott esetben a diaceton-ketogulonsav maradék mennyiségét is.

Már említettük, hogy előnyös lehet az, hogy a diaceton-ketogulonsavat az oxidációs elegyből nem választjuk el' teljesen. Ennek oka az, hogy a dialízis hatásfoka a diaceton-ketogulonsavra vonatkoztatva mindinkább kedvezőtlenéi bé válik, ha a diaceton-ketogulonsav koncentrációja csökken. A dialízist ezért előnyösen akkor szakítjuk meg, amikor a diaceton-ketogulonsav megmaradt mennyisége a kiinduló mennyiségnek körülbelül 1— 25%-a. Ez a diaceton-ketogulonsavra vonatkozóan nem jelent veszteséget, mivel a retentátumot előbb oxidációnak, majd ismételten dialízisnek vetjük alá.

A dialízis második lépésének dializátumából a szokásos módon, sósavas savanyítással kicsapjuk a diacetonketogulonsavat, elkülönítjük, és a továbbiakban átalakíthatjuk C-vitaminná.

Ezáltal a találmány alapján rendelkezésre áll egy olyan eljárás, amely lehetővé teszi, hogy a C-vitamin előállításában rendkívül értékes köztitermékként szereplő diaceton-ketogulonsavat igen csekély mennyiségű reagenssel, és ennek megfelelően a minimális mennyiségű hulladékanyaggal állítsuk elő diaceton-szorbőzból, gyakorlatilag teljes konverzióval.

Az alábbi példákban az Asahi-Glass cég CMV és AMV típusú Selemion membránjait alkalmaztuk. Ugyanilyen kedvező eredmények érhetők el azonban az AsahiGlass cég ASV típusú membránjaival, továbbá az Ionics, Inc. cég 103 PZL 183, 61 AZL 183, CR 61 MZL 183, CR 61 CYL 183 és 103—QZL—219-es típusú membránjaival, és egyé b membránokkal, így példáula a Tokyama Soda cég Neosepta CL-25T, CH-45T, AV-4T és AVS4T típusú membránjaival, továbbá a Du Pont cég Nafion 152 E, 214,315 és 427 típusú membránjaival.

1. példa

Az 1. ábrában feltüntetett membránelrendezésben az „O”-val jelölt, oxidációs elegy számára szolgáló kamrákon át szivattyúval cirkuláltatunk 71,6 kg olyan alkálikus diaceton-szorbóz-oldatot, amelyet elektrokémiai úton körülbelül 63%-ban részlegesen oxidáltunk, és amely 1,876 kg nátrium-hidroxidot, 3,44 kg diaceton-szorbózt, és 6,1 kg diaceton-ketogulonsavat tartalmaz. Ugyanígy keringetünk egy különálló pályán, a „£) ’_:vgj jelölt, dializátum számára szolgáló kamrákon ál ·|Ρθ g 32 súlyszá/.alékos nátronlúg és 25 kg tökéletesen sómeptesített víz elegyét. Az „E”-vel jelölt elektródkainrákpu át egy harmadik pályán 10%-os nátriumszutfát-^,áa|pt szivattyúzunk.

Miután a berendezést 4 órán át műkö^tettüjt 13,5 V egyenáramú feszültséggel, és a dialízis kezdetén f,Q|mperes áramerősséggel, 28,7 kg I. díaíizátum-oldatot eresztünk le, melynek nátrium-hidroxid-tartalma 1/39 jcg (a bevitt mennyiség 51,2%-a), és ezt 100 g 32 súlyszjz^lékos nátronlúg és 25 kg tökéletesen sómente,sífXjt elegyével helyettesítjük. Ezután az elektrodialízist tovább folytatjuk úgy, hogy a végére a feszültséget 3$ voltra növeljük az áramerősséget 5,6 amperre i^ök^en^^r és utána leeresztünk 50,8 kg oxidációs elegyet, mely

3,3 kg diaceton-szorbózt (a bevitt mennyiség 9,6$>-<Q és 0,55 kg diaceton-ketogulonsavat (a bevitt ipennyiííég 9,0%-a) tartalmaz.

II. dializátumként 43,5 kg oldatot jkapur^r,

5,524 kg diaceton-ketogulonsavat (a bevitt 90,7904), 0,087 kg diaceton-szc>$>ózt (a beyitt ség 2,5%-a) és 0,864 kg nátriurnrliidroxidpí ₍{a í$vift mennyiség 46,0%-a) tartalmaz.

2- példa

Egy elektrokémiai útón részlegesen, 55,5%ibj|{i Eddáit diaceton-szorbóz-oldatot, mely 1,44 kg nátrium-hidroxidot, 2,8 kg diacetonszorbózt és 3,5 kg diaceton•ketogulonsavat tartalmaz, az 1. példa eszerint di,^i^lunk. A hozamok a következők:

I. dializátum: 1,30 kg nátrium-hidroxid (a bevitt mennyiség 190,2%-a),

II. dializátum: 0,36 kg diaceton-szorbóz fa bevitt mennyiség 12,86%-a), 2,96 kg diaceton-ketogulonsav (a bevitt mennyiség 8,05%-a).

Retentátum: 2,4 kg diaceton-szorbóz (a bevitt jgenynyiség 85,7%-a) és 0,5 kg diaceton-ketogulonsav (a l>evitt mennyiség 14,3%-a).

3. példa kg elektrokémiai úton részlegesen,85,oxidált diaceton-szorbóz-oldatot, mely 0,88 kg ^jácet^p-szorbózt, 5,28 diaceton-ketogulonsavat rium-hidroxidot tartalmaz, ,az 1, példa $zé^t_(í4wgálunk. Miután a berendezést 4 ór$n át 13 y^yf|g«^éggel és a dialízis kezdetén 40.amperes ár^rperpss^?á^íködtettük, leeresztjük a 29,3 kg súlyú I. dátdí^i^iot, mely 0,015 kg diacetonszorbózt (a bevitt meimyiség 1,7%-a), 0,67 kg dÍaceton-ketogi|l(«^ayat (abe^dt^nynyiség 12,7%-a) és a 0,946_rj$, bevitt mennyiség 99,62%-a) tartalmaz, és.^ztj.sjcgtökéletesen sómentesített vízzel pótpljpk.,Ezután. |L,$($n át végezzük az elektrodialízist 11—18,6 yoítköz^ttiXeszültséggel, és 9—11 amper. közöitti árarjierősséggel. A következő adatokat kapjuk:

32,5 kg a retentátum súlya, mely 0,81kg.diace(pn-szorbózt (a bevitt mennyiség 92%-a) és 1,33 ícg diaceton-ketogulonsavat (a bevitt mennyiség 25,2%-a) tartalmaz,

35,3 kg a II. dializátum súlya, mely,0,06 kgdiaceton-szorbózt (a bevitt mennyiség 6,81%) és 3,21 kg diaceton-ketogulonsavat (a bevitt mennyiség 60,8%-á)tartalmaz.

.3

-3188 674

4. példa

Egy olyan elektrodializáló cellában, melynek összes membránfelülete 40 cm², 6,25 órán át dializálunk 250 ml oldatot, mely 5 g diaceton-szorbózt, 24,8 kg diaceton-ketogulonsavat és 4,35 g nátrium-hidroxidot tartalmaz. Ennek során a kezdeti áramsűrűség 260 A/m² ről 175 A/m²-re csökken. Az oldat pH-ját nátriumhidroxid folyamatos adagolásával körülbelül 13-as értéken tartjuk. így 301 g I. dializátumot kapunk, mely

3,7 g nátrium-hidroxdot (a bevitt mennyiség 85%-a),

0,1 g diaceton-szorbózt (a bevitt mennyiség 2%-a) és 0,7 g diaceton-ketogulonsavat (a bevitt mennyiség 2,8%-a) tartalmaz.

A dialízis második lépésében, melyet 175 A/m²-ről 110 A/m²-re csökkenő áramsűrűséggel végzünk, 323 g 15

II. dializátumot kapunk, mely 0,13 g diacetonszorbózt (a bevitt mennyiség 2,6%-a) és 16 g diaceton-ketogulonsavat (a bevitt mennyiség 64,5%-a) tartalmaz.

Ha a Π. dializátummal ugyanazon cellában megismételjük a diaceton-ketogulonsav elektrodialízissel vég- 20 zett elkülönítését, 80 A/m²-ről 30 A/m²-re csökkenő áramsűrűséggel, akkor a III. dializátumot kapjuk, mely 0,019 g diaceton-szorbózt (a bevitt mennyiség 0,38%-a) és 12,16 g diaceton-ketogulonsavat (a bevitt mennyiség 49%-a) tartalmaz. 25

A diaceton-szorbóznak a diaceton-ketogulonsavat tartalmazó dializátumból az 1. ábrának megfelelő dialízisberendezésben való elvonása többlépéses dialízissel, melyet úgy érünk el, hogy a dilaizátumot, mint eredeti oldatot, ismételten bevisszük, és kevesebb diaceton- 30 szorbózt tartalmazó dializátumot kapunk, egylépéses eljárásban is elérhető. Erre a célra a II. ábrában látható dializáló berendezést alkalmazzuk. Ennek során a D₂ dializátumot bocsátjuk le, mely a kicserélő membránokon való kétszeres áthaladás következtében erősen 35 csökkent mennyiségű, diffúzióval áthaladó diaceton-szorbózt tartalmaz.

5. példa

Egy 175 cm² membránfelületű elektrodializáló cellában 15 órán át dialízisnek vetünk alá 0,5 liter térfogatú olyan oldatot, mely 16,5 g diaceton-szorbózt/ 51,5 g diaceton-ketogulonsavat és 10,6 g nátrium-hidroxidot tartalmaz. A következő oldatokat kapjuk:

Az I. dializátum 8,2 g nátrium-hidroxidot tartalmaz (a bevitt mennyiség 77,4%-a), kevés diaceton-szorbóz és diaceton-ketogulonsav mellett.

A II. dializátum 2,0 g nátrium-hidroxidot (a bevitt mennyiség 18,9%-a), 0,5 g diaceton-szorbózt (a bevitt mennyiség 3,0%-a) és 45,0 g diaceton-ketogulonsavat (a bevitt mennyiség 87,0%-a) tartalmaz.

A retentátum 15,5 g diaceton-szorbózt ( a bevitt mennyiség 93,9%-a) és 6,5 g diaceton-ketogulonsavat (a bevitt mennyiség 12,6%-a) tartalmaz.

Claims (1)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás diaceton-ketogulonsav előállítására diaceton-szorbóz elektrokémiai vagy levegővel végzett oxidációjával azzal jellemezve, hogy a mintegy 30—95%-ban oxidált reakcióelegyet cellánként mintegy 0,5—4 V feszültségen és szobahőmérsékleten és 75 °C közötti hőmérsékleten végzett elektrodialízissel szétválasztjuk, miközben a dializátumot és a retentumot körfolyamatban áramoltatjuk, majd a kapott nátrounlúgot kívánt esetben az oxidációhoz visszavezetjük, a tiszta diacetonketogulonsavat pedig részben vagy egészben elválasztjuk, és a nemoxidált diaceton-szorbózt és adott esetben diaceton-ketogulonsavat tartalmazó maradékot az oxidációhoz visszavezetjük.