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Verfahren zur Herstellung von Vitamin C
Für die Herstellung von Vitamin C ist bereits eine grössere Zahl von Verfahren bekannt (siehe u. a. die ungarischen Patentschriften Nr. 112852, 114352,116608, 119101,119102 und 119103 und ferner die deutschen Patentschriften Nr. 676011, 684725,696810). Bei einem Teil der bekannten Verfahren werden als Ausgangsstoffe Ester der 2-Ketogulonsäure oder deren Bis-methylen- äther verwendet. Der Nachteil dieser Verfahren besteht einerseits in der schwierigen Zugänglichkeit dieser Ester, andererseits in den oft nicht befriedigenden Ausbeuten. Ein anderer Teil der bekannten Verfahren geht von der freien Ketogulonäure oder deren Bis-methylenäther als Ausgangsstoffe aus. Bei einem in der ungarischen Patentschrift Nr. 114352 beschriebenen Verfahren erwärmt man den vorerwähnten Ausgangsstoff bei saurer Reaktion.
Bei der hier mitgeteilten Arbeitsweise ist die Umwandlung des Ausgangsstoffes zu Vitamin C nur eine teilweise ; um eine Verbesserung der geringen Ausbeuten zu erreichen, ist es erforderlich, die nach dem Isolieren des Vitamin C erhaltenen Mutterlaugen mehrere Male der Behandlung zu unterwerfen. So erhält man gemäss Beispiel 1 der zuletzt genannten Patentschrift aus 100 Teilen Ketogulonsäure nur 8 Teile Ascorbinsäure, während 82.5 Teile des Ausgangsstoffes unverändert bzw. wiedergewinnbar bleiben.
Es wurde ferner schon vorgeschlagen (deutsche Patentschrift Nr. 676011), Diaceton-2-ketogulonsäure mit konzentrierter wässeriger Salzsäure zu behandeln, welche Behandlung aus Erwärmen oder aber-wie dies z. B. aus Beispiel 2 der erwähnten Patentschrift zu entnehmen istaus Stehenlassen bei Zimmertemperatur besteht.
Bei der Arbeitsweise mit konzentrierter wässeriger Salzsäure tritt jedoch eine sehr starke Verkohlung ein ; überdies ist auch die Ausbeute nicht befriedigend. Das durch Stehenlassen bei Zimmertemperatur erhaltene Reaktionsgemisch zeigt beim Titrieren mit Jod zwar die Gegenwart von 60% an Vitamin C an, doch sind beim Isolieren nur wesentlich geringere Mengen an Vitamin C erhältlich.
Die Bis-methylenäther der Ketogulonsäure oder deren Salze sind direkte Oxydationsprodukte der Bis-methylenäther der Sorbose und sind daher die geeignetsten Ausgangsstoffe für die Herstellung von Vitamin C. Erfindungsgemäss werden diese Ausgangsstoffe, aber auch die Ketogulonsäure selbst oder deren Monomethylenäther oder die Salze dieser Verbindungen in Vitamin C dadurch umgewandelt, dass man diese Ver- bindungen-ohne Erwärmen-im praktisch wasserfreien oder wasserfreien ameisensauren Mittel der Einwirkung von wasserfreien Halogenwasserstoffsäuren, wie z. B. der Einwirkung von trockenem Chlorwasserstoffgas, unterwirft.
Als Ausgangsstoff verwendet man vorteilhaft die Diacetonketogulonsäure. Zweckmässig verwendet man praktisch wasserfreie Ameisensäure, z. B. über 99% ige Ameisensäure. Die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens geschieht vorteilhaft in der Weise, dass man den Ausgangsstoff, wie z. B. die Diacetonketogulonsäure, mit konzentrierter Ameisensäure übergiesst und unter Kühlen mit trockenem Chlorwasserstoffgas sättigt. Das so gewonnene Reaktionsgemisch wird hierauf mehrere Tage lang, zweckmässig verschlossen, z. B. in einer zugeschmolzenen Glasampulle, stehengelassen. In 5-9 Tagen ist die Umsetzung praktisch beendet. Man erhält eine dunkelbraune, aber klare Lösung, in welcher keine kohligen Ausscheidungen zugegen sind.
Eine aus dem Reaktionsgemisch entnommene Probe weist bei der jodometrischen Titration eine einer 90-bis sogar 98% igen Ausbeute entsprechenden Menge an Vitamin C auf. Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches kann derart geschehen, dass man den Chlorwasserstoff und die Ameisensäure- unter mässigem Erwärmen-im Vakuum einer Wasserstrahlpumpe wegdampft und den zurückgebliebenen Sirup der Kristallisation überlässt.
Es ist zweckmässig, den Sirup mit wenig Butanol, gegebenenfalls mit Essigäther usw., zu versetzen.
Das Vitamin C scheidet sich in Form eines reichen Kristallbreies aus und bildet in isolierter Form ein schwach gefärbtes kristallines Pulver, welches bei der jodometrischen Titration einen 95% igen oder noch höheren Gehalt an Vitamin C zeigt.
Die Menge der isolierten Kristalle entspricht einer ausgezeichneten Ausbeute ; die Ausbeute ist im allgemeinen über 80 % und kann sogar in
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einigen Fällen 90 % erreichen. Eine allfällige weitere Reinigung des Produktes kann nach den bereits bekannten Methoden geschehen.
Weitere Einzelheiten des Verfahrens sind in den nachstehenden Beispielen zu finden :
Beispiele :
1. Man löst 20 Diaceton-2-ketogulonsäure- hydrat in 70 cm3 980. piger oder noch konzentrierterer Ameisensäure und leitet unter Eiskühlung trockenes Chlorwasserstoffgas ein. Die Gewichtszunahme beträgt ungefähr 12 - 13 g.
Man lässt das Gemisch in einer zugeschmolzenen Glasampulle bei Zimmertemperatur 8 Tage lang stehen. Hiernach entfernt man-unter mässigem Erwärmen-im CO.-Strom den Chlorwasserstoff und die Ameisensäure im Vakuum. Es bleiben 20 an einem braunen Öl zurück, welches man mit 20 cm3 Butylalkohol vermischt. Auf Einimpfen erstarrt das Gemisch kristallin. Man nutscht im CO2-Strom und wäscht mit Essigäther und/oder Äther. Beim Trocknen im Vakuum
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Vitamin C, welches sich bei der jodometrischen Titration als zig erweist. Dieses Rohprodukt schmilzt bei 179 oder darüber. Aus den Mutterlaugen können noch weitere Mengen gewonnen werden.
2. Man geht von den im Beispiel 1 verwendeten Mengen aus, leitet jedoch 17 Chlorwasserstoffgas in das Reaktionsgemisch ein. Man lässt dann das Gemisch 9 Tage lang verschlossen bei Zimmertemperatur stehen. Eine entnommene Probe zeigt bei der jodometrischen Titration eine 96% ige Ausbeute an Vitamin C. Die Aufarbeitung wird wie im vorangehenden Beispiel ausgeführt. Man erhält 9. 3-9. 7 g an schwach drapp gefärbtem, rohem Vitamin C, welches bei der jodometrischen Titration einen Reinheitsgrad von 96 bis 97 % aufweist.
Die Reinigung der nach den vorangehenden Beispielen bereiteten Rohprodukte kann nach irgendeiner der bekannten Methoden ausgeführt werden, z. B. in der Weise, dass man das Produkt in Wasser oder Methanol löst, mit wenig Tierkohle behandelt, filtriert und zur Trocke verdampft.
Der Rückstand kristallisiert. Diese Reinigungsmassnahmen werden zweckmässig in einer Kohlensäureatmosphäre ausgeführt.
Anstatt der Diaceton-ketogulonsäure kann man auch andere Bis-methylenäther, wie z. B. die mit Cyklohexanon, Benzaldehyd usw. gebildeten Bis-methylenäther verwenden. Anstatt der freien Säure kann man auch eines ihrer Salze verwenden, wie dies im nachstehenden Beispiel gezeigt wird.
3. Man löst 4 des Kaliumsalzes der Diaceton- 2-ketogulonsäure in 14 c1fi3 98-99% iger Ameisensäure und leitet unter Eiskühlung 3. 3 g Chlorwasserstoffgas ein. Man lässt die so erhaltene Lösung in einer zugeschmolzenen Glasampulle 9 Tage lang stehen. Eine aus der Lösung entnommene Probe zeigt bei der jodometrischen Titration eine 99% igue Ausbeute an Vitamin C.
Die Aufarbeitung wird entsprechend den vorangehenden Beispielen ausgeführt. Die erhaltenen Vitamin-C-Kristalle enthalten jedoch auch Kaliumchlorid. Die Trennung davon kann nach der gleichen bereits bekannten Arbeitsmethode erfolgen wie die Trennung von Kochsalz und Vitamin C.
Als Ausgangsstoff kann man auch die Ketogulonsäure selbst oder deren Monomethylenäther oder solche enthaltende Gemische verwenden, weil auch in diesem Falle die Verwendung von Ameisensäure als Reaktionsmedium wie auch die Ausführung der Umsetzung bei einer die Zimmertemperatur nicht übersteigenden Temperatur von wesentlichem Vorteil ist. Die Umsetzung kann auch bei einer niedrigeren Temperatur als Zimmertemperatur ausgeführt werden. So z. B. kann man das Reaktionsgemisch im Eisschrank stehenlassen. In diesem Falle ist das Reaktionsgemisch noch blasser gefärbt.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Vitamin C, dadurch gekennzeichnet, dass man 2-Ketogulon- säure oder deren Methylenäther oder die Salze dieser Verbindungen-ohne Erwärmen-im praktisch wasserfreien oder wasserfreien ameisensauren Mittel der Einwirkung von wasserfreien Halogenwasserstoffsäuren, zweckmässig der Einwirkung von Chlorwasserstoffgas, unterwirft.
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Process for the production of vitamin C.
A large number of processes are already known for the production of vitamin C (see, inter alia, the Hungarian patents Nos. 112852, 114352, 116608, 119101, 119102 and 119103 and also the German patents Nos. 676011, 684725, 696810). In some of the known processes, esters of 2-ketogulonic acid or its bis-methylene ether are used as starting materials. The disadvantage of this process consists on the one hand in the difficult accessibility of these esters and on the other hand in the often unsatisfactory yields. Another part of the known processes is based on the free ketogulonic acid or its bis-methylene ether as starting materials. In a process described in Hungarian patent specification No. 114352, the above-mentioned starting material is heated in an acidic reaction.
In the way of working described here, the conversion of the starting material to vitamin C is only partial; in order to improve the low yields, it is necessary to subject the mother liquors obtained after isolating the vitamin C to the treatment several times. Thus, according to Example 1 of the patent mentioned last, only 8 parts of ascorbic acid are obtained from 100 parts of ketogulonic acid, while 82.5 parts of the starting material remain unchanged or recoverable.
It has also already been proposed (German Patent No. 676011) to treat diacetone-2-ketogulonic acid with concentrated aqueous hydrochloric acid, which treatment consists of heating or, as is the case with e.g. Example 2 of the cited patent specification consists of allowing to stand at room temperature.
When working with concentrated aqueous hydrochloric acid, however, very strong charring occurs; moreover, the yield is also unsatisfactory. The reaction mixture obtained by leaving it to stand at room temperature shows the presence of 60% of vitamin C when titrated with iodine, but only significantly smaller amounts of vitamin C are available when isolated.
The bis-methylene ethers of ketogulonic acid or their salts are direct oxidation products of the bis-methylene ethers of sorbose and are therefore the most suitable starting materials for the production of vitamin C. According to the invention, these starting materials, but also the ketogulonic acid itself or its monomethylene ethers or the salts of these compounds in Vitamin C is converted by these compounds - without heating - in the practically anhydrous or anhydrous formic acid agent of the action of anhydrous hydrohalic acids, such as. B. to the action of dry hydrogen chloride gas.
Diacetone ketogulonic acid is advantageously used as the starting material. It is useful to use practically anhydrous formic acid, e.g. B. over 99% formic acid. The inventive method is advantageously carried out in such a way that the starting material, such as. B. the diacetone ketogulonic acid, poured over with concentrated formic acid and saturated with cooling with dry hydrogen chloride gas. The reaction mixture obtained in this way is then conveniently closed for several days, e.g. B. in a sealed glass ampoule, left to stand. The implementation is practically over in 5-9 days. A dark brown but clear solution is obtained in which no carbonaceous precipitations are present.
A sample taken from the reaction mixture has an amount of vitamin C corresponding to a 90 to even 98% yield in the iodometric titration. The reaction mixture can be worked up in such a way that the hydrogen chloride and the formic acid are evaporated - with moderate heating - in the vacuum of a water jet pump and the remaining syrup is left to crystallize.
It is advisable to add a little butanol to the syrup, if necessary with vinegar, etc.
The vitamin C separates out in the form of a rich crystal pulp and forms a weakly colored crystalline powder in isolated form, which shows a 95% or even higher content of vitamin C in the iodometric titration.
The amount of crystals isolated corresponds to an excellent yield; the yield is generally over 80% and can even be in
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some cases reach 90%. Any further purification of the product can be carried out using the methods already known.
Further details of the procedure can be found in the examples below:
Examples:
1. Dissolve 20 diacetone-2-ketogulonic acid hydrate in 70 cm3 of 980 ml. Or even more concentrated formic acid and pass in dry hydrogen chloride gas while cooling with ice. The weight gain is approximately 12-13 g.
The mixture is left to stand in a sealed glass ampoule at room temperature for 8 days. The hydrogen chloride and the formic acid are then removed - with moderate heating - in a stream of CO. There remain 20 of a brown oil, which is mixed with 20 cm3 of butyl alcohol. When inoculated, the mixture solidifies in crystalline form. You suck in the CO2 stream and wash with vinegar and / or ether. When drying in vacuum
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Vitamin C, which turns out to be umpteen in iodometric titration. This crude product melts at 179 or above. Further quantities can be obtained from the mother liquors.
2. The amounts used in Example 1 are used as the starting point, but 17 hydrogen chloride gas is passed into the reaction mixture. The mixture is then allowed to stand sealed at room temperature for 9 days. A sample taken shows a 96% yield of vitamin C in the iodometric titration. The work-up is carried out as in the previous example. You get 9. 3-9. 7 g of slightly draped, raw vitamin C, which has a degree of purity of 96 to 97% in the iodometric titration.
Purification of the crude products prepared according to the preceding examples can be carried out by any of the known methods, e.g. B. in such a way that the product is dissolved in water or methanol, treated with a little animal charcoal, filtered and evaporated to dryness.
The residue crystallizes. These cleaning measures are expediently carried out in a carbonic acid atmosphere.
Instead of the diacetone ketogulonic acid, other bis-methylene ethers, such as. B. use the bis-methylene ether formed with cyclohexanone, benzaldehyde, etc. Instead of the free acid, one of its salts can also be used, as shown in the example below.
3. Dissolve 4 of the potassium salt of diacetone-2-ketogulonic acid in 14 c1fi3 of 98-99% strength formic acid and pass in 3. 3 g of hydrogen chloride gas while cooling with ice. The solution obtained in this way is left to stand for 9 days in a sealed glass ampoule. A sample taken from the solution shows a 99% yield of vitamin C in iodometric titration.
The work-up is carried out according to the preceding examples. However, the vitamin C crystals obtained also contain potassium chloride. The separation of this can be done according to the same already known working method as the separation of table salt and vitamin C.
The ketogulonic acid itself or its monomethylene ether or mixtures containing them can also be used as the starting material, because in this case too the use of formic acid as the reaction medium and the implementation of the reaction at a temperature not exceeding room temperature are of considerable advantage. The reaction can also be carried out at a temperature lower than room temperature. So z. B. you can leave the reaction mixture in the refrigerator. In this case the reaction mixture is even paler in color.
PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of vitamin C, characterized in that 2-ketogulonic acid or its methylene ether or the salts of these compounds - without heating - in the practically anhydrous or anhydrous formic acid agent of the action of anhydrous hydrohalic acids, expediently the action of Hydrogen chloride gas, subject.