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Procédé de préparation des acides saccharosoniques et de leurs sels.
Le processus de la lactonisation de l'acide 2-céto-1- guloniqu,e par exemple, qui livre de l'acide ascorbique, est connu. Cette réaction s'effectue par chauffage des acides à l'état libre en solution neutre, acide ou alcaline, ou alors par chauffage des éthers-sels des acides cétoniques en pré- sence d'alcoolates de sodium, d'acétate de sodium, de carbo- nate de calcium ou de substances semblables. Ohle décrit une série d'agents de lactonisation alcalins dans le brevet amé- ricain 2,160,621. D'après ce brevet la réaction s'effectue en solution aqueuse neutre.
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L'invention a trait à la synthèse des acides saccharo- soniques, principalement à celle de l'acide ascorbique. Les a.- cides de ce groupe sont utilisés comme agents anti-scorbutiques et comme anti-oxydants. L'invention s'applique également à la préparation des sels d'ammonium de ces acides.
Nous avons trouvé que les alcoylesters inférieurs de la formule générale I, comme aussi les amides de la formule II, ainsi que les sels d'ammonium de ces amides(formule III), peu- vent être transformés en sels d'acides saccharosoniques. L'aci- de saccharosonique à l'état libre, peut être obtenu à partir du sel d'ammonium, par traitement de ce dernier avec un acide rela- tivement fort, par exemple un acide minéral; parmi ceux-ci l'a- cide phosphorique est particulièrement approprié. Quand un éther- sel est utilisé comme substance de départ, les amides II ou III sont formés intermédiairement et ne doivent pas nécessairement être isolés.
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Les formules données ont une signification vaste et elles n'in- diquent aucune configuration stéréochimique déterminée. Le si- gne n désigne zéro ou un petit nombre. R est un groupe alcoyle inférieur, par exemple un groupe méthyle, éthyle, propyle, iso- amyle, butyle ou autres analogues.
Pour la préparation des amides pouvant être utilisés com- me substances de départ, on fait réagir en général un alcoylester inférieur de la formule générale I
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avec de l'ammoniaque anhydre, en absence d'eau, de préférence dans un solvant organique, inerte par rapport à l'éther-sel.
Comme solvants sont utilisables des substances aliphatiques hydroxylées, comme le méthanol, l'éthanol, le butanol ou au- tres analogues.
La réaction est effectuée sous pression diverses, tou- tefois de préférence sous pression atmosphérique normale. La température peut être variée, mais une température trop basse ralentit la réaction, tandis qu'une trop haute température fa- vorise la décomposition. Les températures allant de O à 60 sont appropriées, tout particulièrement les valeurs inférieures.
En général la réaction s'effectue par ébullition avec reflux.
Ces amides ainsi que leurs sels d'ammonium peuvent être transformés en sels d'ammonium des acides saccharosoniques correspondants. Ainsi l'amide II livre, quand on le traite au moyen d'ammoniaque anhydre, un sel d'ammonium III qui est trans- formé en une lactone de formule IV
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l'acide saccharosonique à l'état libre est obtenu avec facilité, à partir de cette lactone.
La synthèse est conduite en milieu alcalin relativement fort et le pH s'élève à environ 9 - 10.
La transformation du méthylester de l'acide 2-céto-1-gu- lonique est démontrée dans le schéma suivant:
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Les éthers-sels peuvent être utilisés sous forme isolée ou sous forme du mélange de réaction obtenu lors de leur préparation.
Cette dernière modification est d'importance toute spéciale au point de vue économique.
Exemple 1.
208 g du méthylester de l'acide 2-céto-1-gulonique sont introduits dans un ballon de 3 litres, qui est muni d'un agita- teur à joint étanche au mercure et d'un réfrigérant. On ajoute 1248 g d'alcool méthylique et le tout est réchauffé, en agitant, dans un bain-marie jusqu'à l'ébullition. A ce moment, un fort courant d'ammoniaque anhydre (environ 25 litres par heure) est introduit dans la solution turbinée, par un tuyau touchant le fond du récipient.
La solution reste limpide pendant 35 minutes, puis un précipité d'ascorbate d'ammonium se sépare. L'introduction d'am- moniaque dure au total 2 heures. On refroidit alors le mélange pendant 30 minutes à une température de 10 C et on filtre. L'as- corbate d'ammonium est séché dans un dessiccateur dans le vide.
Exemple 2.
On introduit 104 g du méthylester de l'acide 2-céto-1-gu- Ionique dans un ballon de 2 litres qui est muni d'un agitateur à joint étanche au mercure et d'un réfrigérant. On ajoute 624 g d'alcool méthylique et on réchauffe la solution, en agitant, dans un bain-marie jusqu'à l'ébullition. A ce moment, on intro- duit un courant lent d'ammoniaque anhydre (environ 5 litres par heure) dans la solution, par un tuyau touchant le fond du réci- pient. Après 30 minutes, l'analyse d'un échantillon acidifié démontre que seulement 5,6% du rendement théorique d'acide as- corbique n'ont été formés. Après 120 minutes, la solution est toujours jaune clair, mais l'analyse d'un nouvel échantillon acidifié démontre que le nombre iodique de l'acide ascorbique correspond maintenant à 61% du chiffre théorique.
Après un to- tal de 125 minutes, un précipité d'ascorbate d'ammonium de cou- leur jaune clair se sépare. On élève le débit d'ammoniaque à environ 20 litres par heure et on laisse continuer la réaction pendant 35 minutes encore. Le ballon est conservé dans le fri- gidaire jusqu'au lendemain,, puis l'ascorbate d'ammonium est sépa-
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ré par filtration et séché dans un dessiccateur dans le vide.
Exemple 3.
Dans un ballon de 1 litre qui est muni d'un agitateur, d'un réfrigérant et d'un tuyau touchant le fond du récipient, sont introduits 52 g du méthylester de l'acide 2céto-d-glu- conique et 312 g d'alcool méthylique anhydre. La solution est réchauffée dans un bain-marie jusqu'à ce que l'alcool commence à bouillir. A ce moment, un fort courant d'ammoniaque anhydre est introduit sous pression atmosphérique dans le mélange de réac- tion turbiné. L'éther-sel se dissout en 15 minutes et il se forme une solution jaune. La réaction se continue jusqu'à ce qu'un échantillon, prélevé du récipient à l'aide d'une pipette, dilué et acidifié, ne révèle plus d'élévation de l'absorption d'iode, ce qui est'le cas 45 minutes plus tard. Le pH de la solution s'élève à 9,7.
L'alcool méthylique est évaporé dans le vide, entraînant avec lui l'excès d'ammoniaque, puis le ré- sidu est dissous dans 400 cm3 d'alcool méthylique et mélangé, en agitant, avec une solution de 8 g d'hydroxyde de sodium dans 30 cm3d'eau. Après avoir laissé reposer dans le frigidaire jusqu'au lendemain, on obtient 39 g 'isoascorbate de sodium de couleur brunâtre.
Exemple 4.
Une solution de 62,5 g du butylester de l'acide 2-céto- 1-gulonique dans 1300 cm3 d'alcool butylique est introduite dans un ballon de 2 lites qui est muni d'un agitateur et d'un tuyau introducteur de gaz, touchant le fond du récipient. Le mé- lange est réchauffé à une température de 58 C, tandis qu'un courant d'ammoniaque anhydre passe dans le liquide agité. Immé- diatement après l'entrée des premières bulles d'ammoniaque, le liquide se trouble. De petites particules blanches et caséifiées sont formées et restent en suspens. Durant la suite de la réac- tion, se continuant 30 minutes encore, la consistance du préci- pité se transforme en celle d'un sirop brun foncé, qui s'amasse -sur les parois du ballon. On fait entrer l'ammoniaque pendant 1 heure encore, ne permettant pas à la température de monter à plus de 65 C.
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Ensuite la moitié de l'alcool butylique est éloignée par distillation sous une pression de 20 à 25 mm, afin d'é- liminer l'excès d'ammoniaque. Pendant le refroidissement à la température ambiante, le produit amassé sur les parois du récipient se solidifie en une matière brune et transparente.
Cette dernière est lavée avec de l'éthyléther anhydre et sé- chée dans un dessiccateur dans le vide. Rendement 38,5 g .
L'analyse de ce produit démontre qu'il est composé du sel d' ammonium de l'amide 2-céto-l-gulonique et d'ascorbate d'ammo- nium.
Exemple 5.
52 g de l'amide 2-céto-1-gulonique, préparé d'après l'exemple 7 à partir du méthylester de l'acide 2 céto-1-gu- lonique, sont dissous dans 312 g d'alcool méthylique, formant ainsi une solution jaune clair et limpide. Cette solution est introduite dans un ballon de 1 litre muni d'un agitateur avec joint étanche au mercure et d'un réfrigérant, puis elle est réchauffée dans un bain-marie jusqu'à l'ébullition. A ce moment, on introduit, en agitant, un fort courant d'ammoniaque anhydre (20 litres par heure). Après 10 minutes un précipité d'ascor- bate d'ammonium de couleur blanche se sépare. La réaction se continue pendant 15 minutes et ensuite on refroidit la solution à 10 C et on la filtre. Le résidu d'ascorbate d'ammonium est séché.
Exemple 6.
Une solution de 62 g du butylester de l'acide 2-céto-1- gulonique dans 375 g d'alcool butylique anhydre, se trouvant dans un ballon muni d'un agitateur effectif, est refroidi à 10 C par immersion dans la glace. On introduit ensuite de l'ammoniaque anhydre dans la solution pendant 90 minutes, sous pression at- mosphérique et à un débit d'environ 7 litres par heure. L'amide
2-céto-1-gulonique de couleur jaune clair, se séparant de la so- lution, est essoré, lavé dans de l'éthyléther anhydre et séché dans un dessiccateur dans le vide. Cette substance est très ai- sément soluble dans l'alcool méthylique ou dans l'eau, elle est hygroscopique et fond à 86 - 88 C.
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Exemple 7.
52 g du méthylester de l'acide 2-céto-l-gulonique sont dissous, en agitant, dans 1040 g d'alcool éthylique anhydre, en réchauffant dans le bain-marie. La solution est introduite dans un ballon de 2 litres, muni d'un agitateur effectif et placé dans un bain-marie de 35 C. Il est nécessaire de maintenir cet- te température, pour éviter que le méthylester ne cristallise et ne souille l'amide formé. On introduit à ce moment un courant d'ammoniaque anhydre dans la solution turbinée, à un débit de 7 li- tres par heure, pendant 90 minutes. Puis le mélange de réaction est placé dans un bain de glace et turbiné pendant 30 minutes encore, afin d'augmenter la cristallisation de l'amide. Celui-ci est éssoré, lavé dans de l'éthyléther anhydre et séché dans un dessiccateur dans le vide.
En laissant reposer le filtrat dans un frigidaire jusqu'au lendemain, on obtient encore une autre quantité d'amide.
Exemple 8.
Le sel d'ammonium de l'acide saccharosonique, par exem- ple l'ascorbate d'ammonium, peut être transformé au moyen d'a- cide phosphorique, en acide libre. A cet effet, on utilise pour chaque quantité de 6,5 g de l'acide ascorbique devant être for- mé théoriquement, 100 cm3 d'un alcool aliphatique, inférieur, tel que le méthanol, dans lequel on porte l'ascorbate d'ammo- nium. Puis on traite cette suspension avec un excès de 5% d'a- cide phosphorique (85% poids spécifique 1,71) à la température ambiante (21 ). Le phosphate d'ammonium se sépare, tandis que l'acide ascorbique reste en solution. L'excès d'acide phospho- rique est neutralisé, par incorporation de la quantité théori- quement nécessaire de carbonate de calcium, puis le phosphate d'ammonium est séparé par filtration.
Le filtrat est évaporé ensuite dans le vide, livrant ainsi l'acide ascorbique sous forme d'une masse blanche cristalline. Quand une matière plus pure est désirée, on peut recristalliser l'acide ascorbique.
95,6 g d'ascorbate d'ammonium (97,8%), correspondant à 85 g (0,5 mol) d'acide ascorbique, sont suspendus dans @
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1308 g d'alcool méthylique. On verse ensuite dans ce mélange, en agitant, 35,5 cm3 d'acide phosphorique(85%, poids spécifique 1,71). On agite pendant 10 minutes à une température de 21 C, on ajoute l'un après l'autre 5,0 g de carbonate de calcium et 2,0 g de charbon actif et on agite encore pendant 5 minutes.
La solution est filtrée et introduite dans un ballon de distillation de 2 litres. Le résidu inorganique, resté sur le filtre, est lavé avec 100 cm3 d'alcool méthylique, réchauffé à 40 C. Cet alcool de lavage est réuni avec la première filtra- tion, puis la solution est évaporée à sec, sous une pression de 20 mm. L'acide ascorbique est obtenu ainsi sous forme de mas- se blanche cristalline.
Revendications.
1. Procédé pour la préparation d'acides saccharosoniques, caractérisé par le fait qu'un composé de formule générale
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dans laquelle X désigne un radical alcoolique aliphatique in- férieur, par exemple le groupe méthoxy, éthoxy, propyloxy, bu- tyloxy ou isoamyloxy, et n signifie zéro ou un petit nombre, est traitâvec de l'ammoniaque anhydre dans un alcool aliphati- que inférieur anhydre et que le sel d'ammonium de l'acide saccha- rosonique formé est transformé par 1 action d'un acide fort en acide saccharosonique libre.
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