Verfahren zur Herstellung von Koffein. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Koffein aus Theobromin. Es ist bekannt, dass Theobromin in Koffein durch Methylierung verwandelt werden kann. Die Reaktion verläuft, trotz dem sie sehr einfach erscheint, nach den bekannten Verfahren nicht immer erfolgreich. Die Verfahren waren kommerziell nicht ver wendbar, da die Ausbeute des Koffeins nur 35 bis 92 Gewichtsprozent war, während die theoretische Ausbeute durch die vor liegende Reaktion<B>107,7</B> 0%o des Gewichtes vom Theobromin beträgt.
Die bekannten Verfahren zum Umwandeln von Theobromin in Koffein durch Methylierung benutzen Methyljodid, Dimethylsulfat oder p-Toluol- sulfomethylester als Methylierungsmittel. Diese Methylierungsmittel ergeben eine verhältnis mässig sehr geringe Ausbeute an Koffein; sie haben aber noch andere Nachteile.
Zum Beispiel ist Methyljodid sehr teuer, das Jodid muss zurückgewonnen werden; Dimethylsulfat hat nur eine Methylgruppe für die Methy- lierung unter gewöhnlichen Umständen zur Verfügung. Es ist ausserdem stark giftig.
Es ist nun gefunden worden, dass durch die Benutzung von Methylchlorid als Methy- lierungsmittel zur Umwandlung von Theo bromin in Koffein eine Ausbeute von Koffein erhalten wird, die nahezu vollkommen der theoretischen Ausbeute entspricht.
Nicht nur wird eine solche Ausbeute an Koffein er reicht, sondern es wird auch das Verfahren zur Herstellung des Koffeins verbilligt, da Methylchlorid viel billiger ist als Methyl- jodid, Dimethylsulfat oder andere Methy- lierungsmittel, die bis jetzt benutzt worden sind, um Theobromin in Koffein umzuwandeln. Ausserdem kann Methylchlorid leicht und bequem benutzt werden, entweder in flüs siger oder in Gasform oder in organiscben Lösungsmitteln gelöst.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens be steht, wie Versuche ergaben, darin, dass keine Nebenprodukte gebildet werden, die dem Ab- srheiden oder dem Raffinieren des Koffeins hindernd entgegenstehen.
Es ist überraschend, dass Methylchlorid eine bessere Ausbeute bei dieser Umwand lung ergibt, als andere Methylierungsmittel, wie Methyljodid und Dimethylsulfat, die bei andern Methylierungen im allgemeinen besser als Methylchlorid wirken.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man Theo bromin, eine basische Substanz und Methyl- chlorid aufeinander einwirken lässt. Das Ver fahren kann auf verschiedene Arten durch geführt werden. So kann zum Beispiel das Methylohlorid auf eine Lösung oder Suspen sion von Theobromin oder auf ein Salz des Theobromins, das suspendiert oder gelöst worden ist, z. B. in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel, wie Methylalkohol, zur Einwirkung gebracht werden. Das Salz des Theobromins wird in diesem Falle durch Umsetzung von Theobromin und einer basi schen Substanz, z.
B. einem Alkali, einer alkalischen Erde, einem Metalloxyd oder Hydroxyd hergestellt. Hierbei ist ein Über schuss an Base vorteilhaft, aber nicht ab solut notwendig. Die bei der Umsetzung zu verwendende basische Substanz dient dazu, die Salzsäure, die bei der Methylierung ent steht, zu neutralisieren. Die Methylierung kann bei Zimmertemperatur und Atmosphären druck durchgeführt werden. Sie kann aber rascher zu Ende geführt werden bei höherer Temperatur und einem Druck, der über Atmosphärendruck ist. Sie kann auch durch geführt werden bei Zimmertemperatur und einem höheren als Atmosphärendruck. Wird eine höhere Temperatur als Zimmertempera tur verwendet, so wird diese vorteilhaft zwi schen 20 o und 150 o C gewählt.
Azssführungsbeispiel: 180 kg Theobromin werden in 930 kg 4,5 o/oiger Natriumhydroxydlösung gelöst. Das Theobromin löst sich rasch. Diese Lösung des Natriumsalzes aus Theobromin wird dann methyliert in einem Autoklaven durch Er hitzen der Lösung auf 70 o C und Zugabe von 53 kg Methylchlorid, so dass der Druck im Autoklaven ungefähr auf 3-4 Atmo sphären bleibt. Die Temperatur der Lösung wird auf etwa 70 o C gehalten.
Der Einsatz muss während der Reaktion kräftig gerührt werden, damit das Methylchlorid mit der Lösung innigen Kontakt hat. Die Temperatur des Einsatzes steigt während der Reaktion. Nachdem alles Methylchlorid zugefügt worden ist, wird der Einsatz auf 85 o C erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten, bis der Druck im Autoklaverr auf etwa 0,8 bis 1,2 Atmosphären gefallen ist. Dieser Zustand wird in etwa zwei Stunden erreicht. Die Verdünnung des Einsatzes bei der erwähnten Temperatur genügt, um das Koffein voll in Lösung zu halten.
Der Einsatz wird in Xristallisations- apparate gebracht, und nach dem Kühlen wird der grösste Teil des Koffeins auskri stallisiert und durch Filtrieren gewonnen. Die Mutterlauge enthält 2-3 % Koffein und etwas Theobromin. Das letztere kann zurück gewonnen werden durch Neutralisieren der Alkalinität, wobei sich das Theobromin nieder schlägt und durch Filtrieren zurückgewonnen wird.
Das Koffein, das in der Mutterlauge zurückbleibt, kann durch Kristallisieren zu rückgewonnen werden. Wenn Theobromin von guter Qualität benutzt wird, so kann eine Ausbeute von 181-186 kg von Koffein und etwa 8 kg Theobromin durch die obige Arbeitsweise erzeugt werden.
Es kann, wenn gewünscht, das Methy- lieren mit einer Menge von Methylchlorid durchgeführt werden, die geringer ist als im oben angegebenen Beispiel, und es wird, dann eine entsprechend grössere Menge von Theobromin zurückgewonnen werden.
Das hergestellte Koffein kann für medi zinische oder pharmazeutische Zwecke oder ganz allgemein als Stimulans Verwendung finden.
Process for making caffeine. The present invention relates to a process for the production of caffeine from theobromine. It is known that theobromine can be turned into caffeine through methylation. The reaction, in spite of which it appears very simple, does not always proceed successfully according to the known processes. The processes could not be used commercially since the yield of caffeine was only 35 to 92 percent by weight, while the theoretical yield from the present reaction is 107.70% of the weight of theobromine.
The known processes for converting theobromine into caffeine by methylation use methyl iodide, dimethyl sulfate or p-toluenesulfomethyl ester as methylating agents. These methylating agents give a relatively very low yield of caffeine; but they also have other disadvantages.
For example, methyl iodide is very expensive, the iodide must be recovered; Dimethyl sulfate has only one methyl group available for methylation under normal circumstances. It is also very poisonous.
It has now been found that the use of methyl chloride as a methylating agent to convert theobromine into caffeine gives a yield of caffeine which almost completely corresponds to the theoretical yield.
Not only is such a yield of caffeine achieved, but the process of making the caffeine is also cheaper because methyl chloride is much cheaper than methyl iodide, dimethyl sulfate or other methylating agents that have hitherto been used to convert theobromine into Convert caffeine. In addition, methyl chloride can be used easily and conveniently, either in liquid or gaseous form or dissolved in organic solvents.
Another advantage of the process, as tests have shown, is that no by-products are formed that would hinder the dissolution or refining of caffeine.
It is surprising that methyl chloride gives a better yield in this conversion than other methylating agents such as methyl iodide and dimethyl sulfate, which generally work better than methyl chloride in other methylations.
The method according to the invention is characterized in that theobromine, a basic substance and methyl chloride are allowed to act on one another. The process can be carried out in various ways. For example, the methyl chloride can be applied to a solution or suspension of theobromine or to a salt of theobromine that has been suspended or dissolved, e.g. B. in water or an organic solvent such as methyl alcohol, to act. The salt of theobromine is in this case by reacting theobromine and a basic substance, z.
B. an alkali, an alkaline earth, a metal oxide or hydroxide. An excess of base is advantageous here, but not absolutely necessary. The basic substance to be used in the reaction is used to neutralize the hydrochloric acid that is generated during the methylation. The methylation can be carried out at room temperature and atmospheric pressure. However, it can be completed more quickly at a higher temperature and a pressure which is above atmospheric pressure. It can also be carried out at room temperature and a pressure higher than atmospheric. If a higher temperature than room temperature is used, it is advantageously chosen between 20 o and 150 o C.
Example: 180 kg theobromine are dissolved in 930 kg 4.5% sodium hydroxide solution. The theobromine dissolves quickly. This solution of the sodium salt from theobromine is then methylated in an autoclave by heating the solution to 70 o C and adding 53 kg of methyl chloride, so that the pressure in the autoclave remains around 3-4 atmospheres. The temperature of the solution is kept at about 70 oC.
The insert must be stirred vigorously during the reaction so that the methyl chloride has intimate contact with the solution. The temperature of the insert increases during the reaction. After all of the methyl chloride has been added, the insert is heated to 85 ° C. and held at this temperature until the pressure in the autoclave has fallen to about 0.8 to 1.2 atmospheres. This state is reached in about two hours. The dilution of the insert at the temperature mentioned is sufficient to keep the caffeine completely in solution.
The insert is brought into crystallization apparatus and, after cooling, most of the caffeine is crystallized out and obtained by filtration. The mother liquor contains 2-3% caffeine and some theobromine. The latter can be recovered by neutralizing the alkalinity, whereupon the theobromine precipitates and is recovered by filtration.
The caffeine that remains in the mother liquor can be recovered through crystallization. If good quality theobromine is used, a yield of 181-186 kg of caffeine and about 8 kg of theobromine can be produced by the above procedure.
If desired, the methylation can be carried out with an amount of methyl chloride which is less than in the example given above, and a correspondingly larger amount of theobromine will then be recovered.
The caffeine produced can be used for medical or pharmaceutical purposes or more generally as a stimulant.