CH242345A - Verfahren zur Herstellung von 2-Keto-1-gulonsäure. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     2-Neto-l-gulonsäur    e.    Es ist bekannt, dass     Sorbose    durch unmit  telbare Oxydation mit Salpetersäure teilweise  in     Ketogulonsäure        übergeführt        werden    kann,       aus    welcher weiterhin     Ascorbinsäure    (Vita  min C) erhältlich     ist.     



  Die Ausbeute an Ascorbinsäure bei diesem  Oxydationsverfahren ist jedoch äusserst nied  rig, was nicht nur davon herrührt, dass zu       einem    grossen Teil auch andere     Oxydations-          oder    Abbauerzeugnisse gebildet werden und       meistens    ein Teil     des    Ausgangsproduktes  umverändert in der erhaltenen     Endflüssig-          keit        zurückbleibt,        sondern        insbesondere    auch  davon, dass, die     Abtrennung    der Ascorbin  säure aus der Oxydationsflüssigkeit beson  ders schwierig und mit grossen Verlusten ver  bunden ist.

   An sich wäre es erwünscht, die       Ketogulonsäure    zuerst in     reinem    Zustande  abzuscheiden und darauf erst     in    Ascorbin  säure überzuführen. Diese     Abscheidung    der       Ketogulonsäure    ist jedoch bis jetzt noch nicht       gelungen.       Bei den von der     Anmelderun    auf diesem  Gebiete gemachten Forschungen stellte es  sich überraschenderweise     heraus,    dass bei der       unmittelbaren        Oxydation    von     Sorbose    mit  Salpetersäure ausser     Ketogulonsäure    Neben  produkte entstehen,

   welche die Kristallisa  tion des Endproduktes stören und bei der  üblichen     Analysemethode    - durch Überfüh  rung der     Ketogulonsäüre        in        Ascorbinsäure          und        Titration    der letzteren mit     Dichlorphenol-          indophenol    - als     Ascorbinsäure        bestimmt     werden, jedoch keine Ascorbinsäure sind.

   In  dieser Weise wird also bei der     Analyse    ein  zu günstiges Ergebnis vorgetäuscht,     während     man das     Verhältnis    von Ascorbinsäure zu  den sich wie     Ascorbinsäure    verhaltenden  Nebenerzeugnissen nicht kennt und     in.        dieser     Weise nicht feststellen kann, welche die  günstigsten     Oxydationsbedingungen    sind.  



  Ausserdem hat es sich herausgestellt, dass  bei der Oxydation der     Sorbose    noch eine  zweite Art von Nebenprodukten entsteht      (vielleicht salpetersaure Ester), die zur Folge  hat, dass die neutralisierte Lösung der     Ogy-          dationserzeugnisse    beim Konzentrieren im       Vakuum    nach einiger Zeit anfängt,     nitrose     Dämpfe zu entwickeln, die eine erhebliche  Erniedrigung der Ausbeute herbeiführen.  



  Es wurde nun gefunden, dass man die  letztgenannten Nebenprodukte mit Hilfe  von     Reduktionsmitteln,    wie     Schwefeldioxyd,          Zink    und Säure, oder insbesondere     mit    Schwe  felwasserstoff reduzieren kann, während die  die     Kristallisation    störenden Nebenprodukte  mindestens zum grössten Teil dadurch ent  fernt werden können, dass nach der     Oxyda-          tion    die neutrale oder schwach saure Lösung  der     Oxydationserzeugnisse    mit Bleisalzen,  die in Lösung     Bleiionen    bilden, insbesondere  mit Bleiacetat, behandelt wird,

   wobei die die       Kristallisation        störenden    Nebenprodukte als       unlösliche    Stoffe ausgefällt werden.  



  " Wenn man in der üblichen Weise in den  gefällten Bleiverbindungen den     "Ketogulon-          säure"-Gehalt    zu bestimmen versucht, so  zeigt sich nach Umsetzung mit Salzsäure. zu       "Ascorbinsäure"    und     Titration    mit     Dichlor-          phenolindophenol,    dass aus. dem Nieder  schlag Ascorbinsäure oder sich wie solche  verhaltende Stoffe entstanden sind. Aus  diesem Niederschlag kann jedoch keine     Keto-          gulonsäure    oder Ascorbinsäure in kristalli  sierter Form isoliert werden.

      Das     den.        Gegenstand    des vorliegenden Pa  tentes     bildende    Verfahren zur Herstellung  von     2-Keto-l-gulonsäure        durch    Oxydation von       1-Sorbose    mit Salpetersäure ist somit dadurch       gekennzeichnet,    dass     einerseits    nach Neutra  lisation des erhaltenen     Reaktionsgemisches     eine Behandlung mit einem Reduktionsmittel  zwecks Zersetzung von Nebenprodukten, die  bei der     Konzentrierung    des neutralisierten       Reaktionsgemisches        nitrose    Dämpfe ent  wickeln können,

       und    anderseits eine Behand  lung     mit    Bleisalzen, die     in    Lösung Bleiionen  bilden,. bei neutraler     bezw.    schwach saurer  Reaktion zwecks Ausfällung von während  der Oxydation     gebildeten,    die Kristallisation  störenden Nebenprodukten mit nachfolgender    Entfernung der ausgefallenen Bleiverbin  dungen vorgenommen     wird.      Die Befreiung des Filtrates von den Blei  salzen kann mit Vorteil durch Einleiten von  Schwefelwasserstoff erfolgen oder z. B. auch  durch Behandeln mit Schwefelsäure.  



  Die Behandlung mit Bleisalzen     z-\vecks          Beseitigung    der die     Kristallisation    störenden  Nebenprodukte kann vor oder nach der Be  handlung mit     Reduktionsmitteln    vorgenom  men werden.  



  Wenn man     die        Behandlung    mit Blei  salzen zuerst     vornimmt,    erzielt man den Vor  teil, dass bei nachträglicher Behandlung Zu  gabe von Schwefelwasserstoff, welcher ja,  wie bereits     erwähnt,    als Reduktionsmittel  in     Betracht    kommt, ausser der Zersetzung der  beim Konzentrieren durch     Entwicklung        ni-          troser    Dämpfe störenden     Nebenprodukte          gleichzeitig    eine Beseitigung der überschüs  sigen Bleiionen stattfindet, was beim Arbeiten  in umgekehrter Reihenfolge spezielle Mass  nahmen erfordert.

       Ausserdem-    kann beim Ar  beiten     in    dieser Reihenfolge meistens eine  höhere Ausbeute an-     Ketogulonsäure        bezw.     deren Ester erzielt werden.  



  Aus der den obigen,     erfindungsgemässen     Behandlungen     unterzogenen    Flüssigkeit kann  die     Ketogulonsäure    sodann bequem     gewonnen.     werden. Zu diesem Zweck kann man bei  spielsweise nach     Konzentrierung    mit Me  thanol     verestern,    wonach der     Methylester    von       Ketogulonsäure        auskristallisiert.    Auch kann  man die erhaltene Lösung sofort zu Ascorbin  säure aufarbeiten, z. B. gemäss     den,    schweize  rischen Patentschriften Nr. 174208, 180810,  187254 oder auch- gemäss     den,    schweizerischen  Patenten.

   Nr. 233688 und Nr. 239299.  



  Das "Verfahren sei an Hand der     folgenden-          Beispiele    erläutert:    <I>Beispiel 1:</I>  5 g     Sorbose    wird     in    10 cm'     Wasser    gelöst  und diese Lösung in     ein    kochendes Wasser  bad geführt. Wenn die Lösung die Tempera  tur des Bades angenommen hat, werden  10     cmg    Salpetersäure     (spez.        Gew.    = 1,4), die      <B><U>im</U></B> voraus auf 100  C gebracht     sind,    auf ein  mal hinzugefügt.

   Gleich darauf fängt eine       ziemlich    starke Reaktion unter     Entwicklung          nitroser    Dämpfe an. Nach 5 Minuten wird  die Reaktion durch Ausgiessen auf Eis unter  brochen. Die     Reaktionsmischung    wird sodann  mit     Calciumcarbonat    neutralisiert.    In die neutralisierte Reaktionsmischung  wird Schwefelwasserstoff     eingeleitet    und das  Ganze über Nacht stehengelassen. Dann wird  von dem überflüssigen     Calciumcarbönat    und  dem ausgeschiedenen Schwefel     abfiltriert     und das Filtrat im Vakuum konzentriert.

   Bei  dieser Konzentration erfolgt     keine    Entwick  lung     nitroser    Dämpfe. Die Ausbeute an Cal  ciumsalz nach Fällung mit     Äthanol    beträgt  3, 5 g.  



  Zur     weiteren        Reinigung    werden 2 g Cal  ciumsalz einer Portion, die durch wieder  holte Fällung mit     Äthanol    gereinigt     worden     war     (Ca-Gehalt   <B>9,8%,</B>     "Ketogulonsäure"-          Gehalt   <B>38%),</B> in 3 cm' Wasser gelöst. Die  erhaltene Lösung reagiert neutral auf Lack  mus.

   Der Lösung wird     eine    Lösung von 0,8 g  Bleiacetat     (Pb        [CH,C00]        z3aq)        in    3<B>cm'</B>  Wasser     hinzugefügt.    Nach einiger Zeit  Stehen wird der Niederschlag zentrifugiert,

    einmal in Wasser     aufgeschlickt        und    aufs  neue     zentrifugiert.    Die niedergeschlagenen       Bleiverbindungen    enthalten 16 %     "Keto-          gulonsäure".    Der     "Ketogulonsäure"-Gehalt     kann durch Umsetzung mit 14%iger Salz  säure bei 100  C und nachfolgende     Titration     des gebildeten reduzierenden Stoffes mit     Di-          chlorphenolindophenol    bestimmt werden. Über  die Art des reduzierenden Stoffes sagt diese  Bestimmung also wie gesägt nichts aus.  



  Die oberhalb des     Zentrifugates    stehende  Flüssigkeit wird mit Hilfe von Schwefel  wasserstoff von Blei befreit und im Vakuum  zu einem kleinen Volumen konzentriert. Die  Flüssigkeit wird in Äthanol geführt, wobei  sich     ein    Niederschlag bildet, der     abfiltriert     wird. Das Gewicht des Niederschlages be  trägt 1,35 g der     Ketogulonsäuregehalt    37 %       und    der     Calciumgehalt    10,07 %. Das 'Er  zeugnis ist nur sehr wenig gefärbt.    <I>Beispiel 2:</I>  Eine     in    derselben Weise wie im Beispiel  1 hergestellte Portion     Calciumsalz    von 2 g  wurde, wie im Beispiel 1, mit Bleiacetat ge  reinigt.

   Hierbei wurde jedoch die Lösung  vor der Hinzufügung von Bleiacetat mit       einigen    Tropfen Eisessig zu     einer    bestimmt  sauren Reaktion     angesäuert.    Das     Zentrifugat     enthielt einen Gehalt an     Ketogulonsäure    von       13,5%.    Das Gewicht des als Enderzeugnis  erhaltenen     Calciumsalzes    betrug jetzt 1,8 g,  es enthielt<B>32%</B>     getogulonsäure    und 9;6       Calcium.    Das Erzeugnis war gleichfalls nur  wenig gefärbt.

   Aus den     Calciumsalzen     wurde mit der     berechneten        Oxalsäuremenge     das     Calcium    als     Oxalat    entfernt. Das Filtrat  wurde im Vakuum konzentriert, in Methanol  gelöst und dieses Lösungsmittel wieder ver  dampft. Dies wurde einige Male wiederholt,  damit das     Wasser    vollständig entfernt wurde.  Sodann wurde der hellbraun gefärbte Sirup  mit Methanol,     in    den eine geringe Menge       Chlorwasserstoffes    eingeführt war, verestert.  Nach Verdampfung des Methanols kristalli  siert der übrigbleibende Sirup ziemlich  schnell.

   Mit Hilfe von Methanol und Aceton       wurden    die     Kristalle    vom anhaftenden 01  befreit, wonach es sich herausstellte, dass der  Schmelzpunkt 152  C betrug.    <I>Beispiel 3:</I>  Zu     einer    Lösung von 10 g     Sorbose    in  20 cm' Wasser, die sich in einem kochenden  Wasserbad befindet, wird 20 cm' Salpeter  säure     (spez.        Gew.    = 1,4) zugefügt, die im  voraus auf 100  C erwärmt worden     ist.    Nach  drei     Minuten    wird die Reaktion durch Aus  giessen auf Eis unterbrochen,

   sodann mit     Cal-          ciumcarbonat    neutralisiert und die erhaltene  Lösung mit Schwefelwasserstoff gesättigt.  Nach Stehen über Nacht bei Zimmertempe  ratur wird der Schwefelwasserstoff mit  Hilfe     eines    Stickstoffstromes     ausgetrieben,     der Überschuss     Calciumcarbonat    und der aus  geschiedene Schwefel     abfiltriert    und die Lö  sung im Vakuum zu     einem    Volumen von  35 cm' konzentriert.

   Der     sirupöse    gelbe  Rückstand     wird        in    300 cm' Äthanol einge-           tragen,    nach Stehen über Nacht bei Zimmer  temperatur filtriert und die gelbe Fällung  mit wenig Äthanol gewaschen. Dieser Nieder  schlag, der ziemlich     volüminös    ist und ziem  lich viel Alkohol enthält, wird ohne weiteres  mit Wasser übergossen, bis das Gesamt  volumen etwa 100     cm@    beträgt.     Ein    Teil des  Stoffes löst sich nicht.

   Dieser trüben,       braunen    Lösung     wird    jetzt eine konzentrierte  Lösung von 3 g Bleiacetat     (Pb        [Acl        23aq)    zu  gefügt. Nach Stehen während     einiger    Stun  den wird der braune Niederschlag durch  Zentrifugieren von der Flüssigkeit getrennt:  Sodann wird der Niederschlag noch     einmal     in etwa 20     em3    Wasser aufgeschwemmt und       aufs-    neue     zentrifugiert.    Die abgegossene       Flüssigkeitsmengen    werden     vereinigt    und  durch Einleiten von Schwefelwasserstoff von  Blei befreit.

   Das klare, hellgelbe Filtrat     wird          im    Vakuum auf     ein    Volumen von 18 cm'  konzentriert. Die hellgefärbte klare Lösung  wird     in    150     cm@    Ä     thänol        eingegossen    und die       niedergeschlagenen        Calciumsalze    filtriert, mit  wenig Äthanol     gewaschen:    und sodann im  Vakuum vom anhaftenden Lösungsmittel be  freit.

   Das Gewicht des sehr wenig gefärbten  Niederschlages beträgt 3,43 g, der     Calcium-          gehalt   <B>10,19%</B> und der Gehalt an     "Keto-          gulonsäure"    35 %.  



  Aus der derart hergestellten     Mischung     von     Calciumsalzen    wird     nun    mit Hilfe der  berechneten     Ogalsäuremenge    das     Calcium     entfernt.

   Zu diesem Zwecke löst man die       Calciumsalze    in möglichst wenig Wasser,  wobei man     eine    klare gelbe Lösung erhält,       und    fügt eine     konzentrierte        Ogalsäurelösung          bekannter    Stärke     hinzu.    Das gefällte     Cal-          ciumogalat    wird filtriert und dreimal mit  wenig kaltem Wasser gewaschen.     Sodann     konzentriert man das Filtrat im Vakuum zu  einem gelben klaren Sirup.

   Dieser wird     in.     Methanol aufgenommen, wonach dieses Lö  sungsmittel     wieder        im    Vakuum verdampft  wird. Diese letzte     Behandlung    wird, wenn  nötig, noch dreimal mit absolutem Methanol  Wiederhalt, damit jede Spur des Wassers<B>,</B> ent  fernt     wird.    Danach löst man den Rückstand       in    absolutem Methanol     und    lässt die Lösung    über Nacht bei Zimmertemperatur stehen.

    Am nächsten Morgen     wird    das     Lösungsmittel          nochmals    im Vakuum     entfernt    und     dpr    Rück  stand aufs neue     in    absoluten     Methanol    auf  genommen.  



  Zu der erhaltenen Lösung fügt man  einige Tropfen     methanolischer    Salzsäure und  kocht weiter drei Stunden in einem mit einem       aufrechtstehenden    Kühler     versehenen    Kol  ben. Nach Stehen über Nacht wird das Lö  sungsmittel     im    Vakuum verdampft, wieder       in    absoluten Methanol aufgenommen und im  Vakuum konzentriert, damit etwaige     Spuren     des Chlorwasserstoffes entfernt werden. Der  jetzt hellbraune, klare,     viskose    Rückstand  fängt nach     einigen    Tagen Bewahren bei Zim  mertemperatur an zu kristallisieren.

   Die     Kri          stallisierung    wird jedoch durch     Zusatz    von       einigen        cm3    absolutem     Methanol        stark    be  schleunigt. Durch Reiben und Schütteln löst  sich der Sirup in Methanol     und    kann man  die     Kristalle    durch Filtrieren     isolieren.    Sie  werden mit wenig Methanol gewaschen und       im    Vakuum getrocknet. Das     Gewicht    des  schön     kristallisierten    weissen Stoffes beträgt  420 mg. Schmelzpunkt 149-151  C.  



  Das     Filtrat    wird im Vakuum     möglichst     vollständig vom     Lösungsmittel    befreit. Die  übrigbleibende braune     Mischung    von 01 und  Kristallen wird mit trockenem Aceton ange  rieben, bis sich das 01 gelöst hat. Die Kri  stalle werden jetzt filtriert und mit Aceton  gewaschen. Das erhaltene Erzeugnis unter  scheidet sich nur wenig von der ersten Frak  tion Kristalle. Der Schmelzpunkt ist etwas  niedriger:     14(-149     C. Gewicht 330 mg.  Aus dem     Filtrat    kann man     noch        eine    geringe  Menge Ester in     weniger    reinem Zustande  isolieren.  



  <I>Beispiel 4-</I>  <B><I>10</I></B> g     Sorbose    und 2 g     Natriumnitrit    wer  den     in    10 cm' Wasser gelöst, worauf 10 cm'  Salpetersäure     (spez.    Gewicht = 1.4) zuge  setzt und die erhaltene Lösung     während     sechsmal 24     Stunden    auf 20  C     gehalten          wird.     



  Das Reaktionsgemisch wird sodann unter       Kühlung    mit     Bariumcarbonat    neutralisiert,      filtriert und auf     ein        Volumen    von 35     emg'     gebracht. Zu der in dieser Weise erhaltenen       Lösung    wird eine Lösung. von 3 g Bleiacetat       in    5     em@    Wasser     zugesetzt.    Nach einiger Zeit       wird    die Fällung zentrifugiert,     aufgeschlickt     und aufs neue zentrifugiert.  



  Die überstehende Flüssigkeit wird mit  Schwefelwasserstoff     gesättigt    zwecks Zer  setzung der gebildeten, beim     Konzentrieren     durch Entwicklung     nitroser    Dämpfe stören  den Nebenprodukte unter     gleichzeitiger    Be  seitigung der überschüssigen Bleiionen,     und     nachdem sie über Nacht     gestanden    hat,     wird     die Fällung, welche das gebildete Bleisulfid  enthält,     abfiltriert,    worauf die     Lösung    der       Bariumsalze    bis zur Trockne eingedampft  wird.

   Der Rückstand wird jetzt     in    15     cm3     Wasser aufgenommen, das     abgetrennte    Ba  riumnitrat     abfiltriert,    mit 3 cm'     Wasser    ge  waschen und die Lösung der     Bariumsalze    in  150 cm' Methanol     ausgegossen.    Es wurden  5,4 g Salz erhalten mit     einem    Gehalt an       "Ketogulonsäure"    von<B>33%.</B> Aus den so er  haltenen Salzen     wird    das Barium mittels  Schwefelsäure beseitigt und die Lösung der       Saize        esterifiziert,

      wie     in    Beispiel 2 angege  ben worden ist. Die erhaltenen Kristalle  werden     mittels    Aceton vom anhaftenden  Sirup befreit. Es werden 1,28g Kristalle des       Methylesters    erhalten.  



       Beispiel   <I>5:</I>  10 g     Sorbose    und 2 g     Natriumnitrit    wer  den     in    10 cm' Wasser gelöst, worauf 10 cm'  Salpetersäure     (spez.        Gew.    = 1,4) zugesetzt  und die erhaltene Lösung während sechsmal  24     Stunden    auf 20  C gehalten wird. Die  Aufarbeitung der so     erhaltenen    Oxydations  flüssigkeit wird in ähnlicher Art und Weise  wie     in        Beispiel    1 angegeben worden ist, vor  genommen.

   Hierzu wird -die mittels Barium  carbonat neutralisierte Lösung erst über  Nacht mit Schwefelwasserstoff     gesättigt    ge  halten, sodann bis zur Trockne eingedampft,  in 30 cm' Wasser aufgenommen, das     Ba-          riumnitrat    durch Filtration entfernt, mit  5 cm' Wasser gewaschen und die erhaltene  Lösung in 300 cm' Methanol ausgegossen.    Das Gewicht der     erhaltenen        Bariumsalze    be  trägt 7,9 g,     mit    einem Gehalt an     "Ketogulon-          säure"    von 32 l o.

   Nach der     Reinigung    mit  Bleiacetat beträgt die     Salzmenge    5,6 g,  während der Gehalt an     "getögulonsäure"     34 % ist. Hieraus kann in der angegebenen  Art und Weise 1,30 .g     Methylester    hergestellt  werden.  



  <I>Beispiel 6:</I>  10 g     Sorbose    und 2 g     Natriumnitrit    wer  den     in    9 cm' Wasser gelöst und auf 0  C ge  kühlt.     Hierauf        wird    zur erhaltenen     Lösung     20 cm' auf 0  C gekühlte Salpetersäure     (spez.          Gew.    = 1,4) zugefügt. Die Lösung wird so  dann während siebenmal 24 Stunden auf 0  C  gehalten.  



  Das Reaktionsgemisch wird, wie     in    Bei  spiel 4 angegeben, mit     Bariumcarbonat    neu  tralisiert, unmittelbar mit 2 g Bleiacetat     ge-          reinigt,    mit Schwefelwasserstoff behandelt  und nachdem es über Nacht gestanden hat,  wird das     Bleisulfid        abfiltriert.    Nach dem  Eindampfen     bis    zur Trockne, Aufnehmen in  Wasser,     Abfiltrieren    von     Bariumnitrat    und       Ausgiessen        in    Methanol, wird 7,

  1 g Salz er  halten mit     einem    Gehalt an     "Ketogulonsäure"     von 44 %. Dieses Salz     besteht    zu etwa 40  aus     reinem        Bariumketogulonat.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von 2-Keto-1- gulonsäure durch Oxydation -von 1-Sorbose mit Salpetersäure, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits nach Neutralisation des erhal tenen Reaktionsgemisches eine Behandlung mit einem Reduktionsmittel zwecks Zer setzung von Nebenprodukten, die bei der Konzentrierung des neutralisierten Reak tionsgemisches nitrose Dämpfe entwickeln können, und anderseits eine Behandlung mit Bleisalzen,

   die in Lösung Bleiionen bilden, bei neutraler bezw. schwach saurer Reaktion zwecks Ausfällung von während der Oxyda tion gebildeten, die Kristallisation störenden Nebenprodukten mit nachfolgender Entfer nung der ausgefallenen Bleiverbindungen vorgenommen wird.

   ÜNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet,. dass als Reduktions@ mittel Schwefelwasserstoff verwendet wird. 2. . Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit<B>_</B> Bleisalzen vor der Behandlung mit SeEwefelwasserstoffstatt- findet. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Bleisalz Bleiacetat verwendet.