CH370065A

CH370065A - Verfahren zur Herstellung von D-Ascorbinsäure

Info

Publication number: CH370065A
Application number: CH6001158A
Authority: CH
Inventors: Joseph Dr Hathaway Robert
Original assignee: Miles Lab
Priority date: 1957-05-31
Filing date: 1958-05-29
Publication date: 1963-06-30

Description

Verfahren zur Herstellung von D-Ascorbinsäure
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Umwandlung des Methylesters der 2-Ketoglukonsäure in D-Ascorbinsäure.

Die Umwandlung des Methylesters der 2-Ketoglukonsäure in D-Ascorbinsäure ist an sich bekannt.

Im USA-Patent Nr. 2 160 621 (1939) wird beschrieben, dass Methyl-2-ketoglukonat in das Natriumsalz der D-Ascorbinsäure übergeführt werden kann. Der Patentinhaber gibt an, dass man diesen Schritt in Gegenwart von Natriumkarbonat und Wasser durchführen kann. Im USA-Patent Nr. 2 179 978 (1939) wird ausgesagt, dass man das 2-Methyl-2-ketoglukonat durch Reaktion mit Natriumbikarbonat in Methanol in das Natriumsalz der Levo-Ascorbinsäure überführen kann.

Die Reaktion, mit der sich vorliegende Erfindung befasst, kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:
EMI1.1

Hinsichtlich des Standes der Technik wurde gefunden, dass, wenn man das Verfahren des erst- genannten USA-Patentes auf die Umwandlung von Methyl-2-ketoglukonat in das Natriumsalz der D-Ascorbinsäure anwendet, Ausbeuten im Bereiche von 500/o, bezogen auf das Methyl-2-ketoglukonat, erhalten werden, was für ein technisches Verfahren zu niedrig ist. Diese schlechten Ausbeuten wurden der Anwesenheit von Wasser zugeschrieben, das aus zwei Gründen unerwünscht schien, weil
1. Wasser in alkalischer Reaktion die Verseifung des Methyl-2-ketoglukonats erhöht, und
2. weil das Wasser eines der Reaktionsprodukte ist, dessen Anwesenheit die rückläufige Reaktion begünstigt und so die Ausbeute vermindert.

Bei Übertragung des Verfahrens des zweitgenann ten Patentes auf die Umwandlung des Methyl-2-keto glukonats in das Natriumsalz der D-Ascorbinsäure wurde gefunden, dass die Reaktion sehr langsam fort schreitet und niedrige Ausbeuten liefert. Man glaubte dies der schwachen Alkalinität des Natriumbikarbo nats zuschreiben zu müssen. Ersetzte man dieses durch das alkalischere Natriumkarbonat, so erhielt man eine sehr schwer aufzuarbeitende harzige Mi schung, die über mässiges Rühren und grosse Mengen
Methanol erforderte. Dies schien eine Folge der koagulierenden Wirkung von nicht umgesetztem Na triumkarbonat auf das unter den Reaktionsbedingun gen entstandene ölige Natriumsalz der D-Ascorbin säure zu sein.

Es wurde nun gefunden, dass der Zusatz einer kleinen Menge Wasser zu dieser Reaktion die Harzbildung eliminiert und hohe Ausbeuten an dem gewünschten Endprodukt liefert. Diese Entdeckung ist vollkommen überraschend und unerwartet im Hinblick auf die allgemein angenommenen Nachteile infolge der Anwesenheit von Wasser bei Reaktionen dieses Typs.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann man z. B. folgendermassen vorgehen: Methyl-2-ketoglukonat wird in einem Lösungsmittel dispergiert und so viel Wasser zugesetzt, dass in der Mischung pro Mol Methyl-2-ketoglukonat etwa 1 Mol Wasser zugegen ist. Man erhitzt hernach die Mischung mit Natriumkarbonat in einer inerten Atmosphäre am Rückfluss. Anschliessend wird angesäuert und filtriert, wonach die D-Ascorbinsäure nach bekannten Methoden isoliert werden kann.

Als Lösungsmittel verwendet man vorzugsweise Methylalkohol, doch kann man auch in Athyl- alkohol arbeiten. Während bei den bekannten Verfahren grosse Lösungsmittelmengen erforderlich waren, besteht ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens darin, dass man bis zu etwa 1, 7 Teile Lösungsmittel pro Teil Methyl-2-ketoglukonat verwenden kann, was viel weniger ist als bei den bekannten Arbeitsweisen. Die für die Durchführung des Prozesses erforderliche bevorzugte Wassermenge liegt zwischen 1 bis 1,5 Mol pro Mol Methylester, wobei der verwendbare Bereich zwischen 0,9 und 2,2 Mol liegt. Das Natriumkarbonat kann in einer Menge verwendet werden, die etwas höher liegt als die theoretisch erforderliche von etwa 0,5 Mol pro Mol des Esters. Grössere Mengen sind natürlich ebenfalls verwendbar.

Zur Bildung der inerten Atmosphäre kann man eines der üblichen inerten Gase verwenden, wobei Stickstoff besonders geeignet ist. Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist, dass das aus dem Natriumkarbonat freigesetzte Kohlendioxyd zum Teil die Luft aus dem Reaktionsgemisch heraustreibt und eine inerte Atmosphäre aufrechterhält. Die Temperatur, bzi der die Umwandlungsreaktion stattfindet, ist die Rückflusstemperatur. Niedrigere Temperaturen ergeben niedrigere Ausbeuten.

Der genaue Mechanismus der bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung erzielten Verbesserung ist nicht bekannt. Es wird jedoch angenommen, dass die Verharzung und niedrigen Ausbeuten ohne Wasserzusatz auf die Koagulation des wasserfreien Natriumsalzes der D-Ascorbinsäure zurückzuführen sind. Der Wasserzusatz gemäss der Erfindung bewirkt die vollständige Bildung des Monohydrats des Natriumsalzes der D-Ascorbinsäure, das kristallin ist und mit Natriumkarbonat nicht koaguliert.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:
Beispiel 1
Methyl-2-ketoglukonat (140 g) wurden in 240 g Methanol suspendiert und so viel Wasser zugesetzt, dass die Mischung pro Mol Ester 0,45 Mol Wasser enthielt. Die Mischung wurde dann mit 53 g wasserfreiem Natriumkarbonat bei 500 C umgesetzt (unter Stickstoffatmosphäre). Nach 2stündigem Kochen am Rückfluss wurde angesäuert, filtriert und die erhaltene Lösung jodometrisch titriert, woraus sich eine 95 0/oige Umwandlung in das Natriumsalz der D-Ascorbinsäure ergab. Die D-Ascorbinsäure wurde nach bekannten Methoden isoliert.

Anderseits wurde Methyl-2-ketoglukonat (140 g) in 420 g Methanol suspendiert und unter Stickstoffatmosphäre bei 520 C portionenweise mit 54 g wasserfreiem Natriumkarbonat während 21/2 Stunden behandelt. Nach dem Erhitzen auf Rückflusstemperatur bildete die feste Phase eine harzige Masse, welche das verbleibende Natriumkarbonat an der richtigen Reaktion hinderte. Nach dem Abkühlen bildete diese harzige Masse einen harten Klumpen, der sich sehr schlecht zerkleinern und aus dem Kolben entfernen liess. Die Mischung wurde in Wasser gelöst und jodometrisch titriert. Die Umwandlung von Methyl-2-ketoglukonat in das Natriumsalz der D-Ascorbinsäure betrug nur 75 O,'o der Theorie.

Beispiel 2
Methyl-2-ketoglukonat (140 g) wurde in 420 g Methanol, das 20 g Wasser (2,2 Mol pro Mol Ester) enthielt, suspendiert und im Verlaufe von 21/2 Stunden bei 500 C in Stickstoffatmosphäre mit 50 g wasserfreiem Natriumkarbonat versetzt. Beim Erhitzen auf Rückflusstemperatur ergab sich keine Neigung zur Verharzung. Die Umwandlung wurde jodometrisch zu 87 /o der Theorie ermittelt.

Beispiel 3
41 g Methyl-2-ketoglukonat wurden in 124 g Äthanol, das 2 ml Wasser enthielt, bei 50O unter Stickstoffatmosphäre dispergiert. Die Mischung wurde im Verlaufe von 3ss4 Stunden mit 21 g wasserfreiem Natriumkarbonat versetzt. Die gesamte Mischung wurde 2 Stunden am Rückfluss gekocht, und die Titration mit Jod ergab eine Umwandlung in das Natriumsalz der D-Ascorbinsäure von 930/0 der theoretisch möglichen.

Man wiederholte das Beispiel 3 in Abwesenheit von zugesetztem Wasser, mit dem Ergebnis, dass die Umwandlung nur 28 ovo betrug.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse einer Anzahl Versuche unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zusammengestellt. Die Zahlen zeigen, dass ein brauchbarer Bereich des Wassergehaltes pro Mol Ester von 0,9-2,2 liegt und der bevorzugte Bereich zwischen 1,0 und 1,5 Mol Wasser pro Mol Ester liegt.

Tabelle
Beziehung des Verhältnisses von Wasser/Ester zur Harzbildung und Ausbeute in O/o.

Gesamtmole H20 Ausbeute Harzbildung pro Mol Ester in % der Theorie
0,6 ? positiv
0,6 75
0,6 63
0,7 37
0,9 95 negativ
1,0 94
1,4 94
1,8 88,5
2,2 87
2,6 82
3,1 77
3,4 74
Man kann natürlich kleine Abänderungen der Verfahreusbedingungen der Beispiele vornehmen, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen.

Claims

So kann man z. B. in folgenden Bereichen, Mengenverhältnissen und Bedingungen arbeiten: Lösungsmittelmenge (bezogen auf 1 Teil Ester): 1,5-5,0 Teile Natriumkarbonatmenge (bezogen auf 1 Teil Ester): 0,28-0,50 Teile Reaktionszeit: 1-4 Stunden Reaktionstemperatur: Rückfluss PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von D-Ascorbinsäure, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung von 2-Ketoglukonsäure-methylester, einem Lösungsmittel für denselben, Natriumkorbonat und eine kleine Menge Wasser am Rückfluss kocht, die Lösung ansäuert und daraus D-Ascorbinsäure isoliert.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man pro Mol Glukonsäuremethylester 0,9-2,2 Mol Wasser verwendet.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man pro Mol Glukonsäuremethylester 1,0-1,5 Mol Wasser verwendet.

3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Methanol verwendet.

4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Athanol verwendet.

5. Verfahren nach Unteransprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochen am Rückfluss unter inerter Atmosphäre 1-4 Stunden dauert.

6. Verfahren nach Unteransprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochen am Rückfluss unter inerter Atmosphäre 1-4 Stunden dauert.

7. Verfahren nach Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochen am Rückfluss unter inerter Atmosphäre 1-4 Stunden dauert.

8. Verfahren nach Unteransprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochen am Rückfluss unter inerter Atmosphäre 1-4 Stunden dauert.

9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung des Methylesters der 2-Ketoglukonsäure, 1,5-5,0 Teilen eines Lösungsmittels für denselben pro Teil Ester und 0,9-2,2 Mol Wasser pro Mol Ester in inerter Atmosphäre 1-4 Stunden am Rückfluss erhitzt, die erhaltene Lösung ansäuert und aus derselben die D-Ascorbinsäure isoliert.