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Verfahren -zur Herstellung von Ascorbinsäure Die nach dem derzeitigen
Standder Technik beste synthetische Darstellung der Ascorbinsäure (Vitamin C) geht
,aus von der Diac6tonsorbose, die zunächst zur Diacebon-2-ketoi-gulonsäure .oxydiert
wird. Diese Säure wird durch Erhitzen mit Wasser in 2-Keto-i-gulonsäure übergeführt;
das letztgenannte Produkt wird dann in den Methylester verwandelt und dieser zur
Ascorbinsäure umgelagert. Es ist bereits ein Versuch beschrieben worden, den geschilderten
langen Reaktionsweg abzukürzen. Aus der ersten ausführlichen Veröffentlichung von
Reichstein und Grüssner über die Vitamin-C-Synthese ist zu entnehmen, daß man aus
der Diaceton-2-keto-i-gulonsäure durch Erhitzen mit Wasseroder mit verdünnten Säuren
direkt Ascorbinsäure herstellen kann. Das Verfahren liefert jedoch so schlechte
Ausbeuten, daß es praktisch ohne jedes Interesse geblieben ist. R e i c li s t .e
i n und G r ü s s n e r erklären diese schlechten Ausbeuten damit, daß die Bedingungen
der Bildung der Ascorbinsäure bei dieser Reaktion im Vergleich zur Beständigkeit
der Asoorbinsäure ziemlich energische sind, denn sie haben festgestellt, daß beim
Erhitzen von Ascorbinsäure mit Wasser und verdünnter Salzsäure (in den Versuchen
wurde mit o,2 n-Salzsäure gearbeitet) tiefer greifende Veränderungen unter Gelbfärbung,
Furfurolbildung und Abscheidung huminartiger Substanzen eintreten.
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Um so erstaunlicher ist es, daß man die beschriebene Reaktion der
Umlagerung der Diaceton-2-k eto-i-gulonsäure zu einer praktisch brauchbaren Gewinnungsmethode
für die As.oorbinsäure, die alle bisher bekannten synthetischen Verfahren zur Herstellung
dieses Vitamins ,an Ausbeute und Einfachheit übertrifft, dadurch ausgestalten kann,
daß- man nicht mit verdünnter -Säure, sondern mit kon# zentrierter Säure arbeitet.
Macht man diesen Versuch, so erhält man zunächst in überei;nstimmung mit dem oben
über die Zersietzungserscheinungen der Ascorbinsäure Gesagten eine tiefschwarze
Lösung. Trotz dieses unerfreulichen Aussehens läßt sich daraus in befriedigender
Ausbeute reine Asoorbinsäure gewinnen.
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Die Durcharbeitung der Erfindung hat im einzelnen folgende Zusammenhänge
aufgezeigt: Die Ausbeute an Ascorbinsäure steigt mit der Konzentration der angewendeten
Salzsäure, wenn man die übrigen Bedhigungen-Menge der Säure, Temperatur. und Zeitdauer
der Reaktion - auf günstigste Werte einstellt.
Es ist danach also
vorteilhaft, die beim Erhitzen weggehende Salzsäure durch dauerndes Einleiten von
Salzsäuregas in die Reaktionsflüssigkeit zu ersetzen oder im geschlossenen, Gefäß;
also unter Druck zu arbeiten. Ände-. rungen der Temperatur innerhalb praktiscb liehen
anwendbarer Veränderungen Grenzen bedingen der Ausbeuten, keine weserfit-. nur ist
. dann die Zeitdauer stark verschieden, innerhalb der die Höchstausbeute an Ascorbinsäure
erreicht wird. Wenn man nämlich den Reaktionsverlauf durch Hera@usnahme von Proben
und Titration ,auf Ascorbinsäure verfolgt, sieht man unter .allen Bedingungen, daß
die titrierbare Ascorbinsäure bis zu einer gewissen höchsten Ausbeuteziffer ansteigt,
um dann (langsamer) wieder :abzufallen. Dieser Abfall ist auf die Zersetzung der
Ascorbinsäure durch die vorhandene Salzsäure zurückzuführen. Bei der Anwendung von
Salzsäure vom spei, Gewicht = i, 19 war z. B. bei Zimmertemperatur der günstigste
Punkt der so. bestimmten Kurve nacheinigen Tagen erreicht, während man bei 6o° bereits
nach einigen Stünden und bei i oo° schon nach einigen Minuten das Optimum der Reaktion
feststellen konnte. Für die technische Ausnutzung der Reaktion werden also Reaktionstemperaturen
unterhalb der Zimmertemperatur .als zu zeitraubend empfunden werden, während man
bei Reaktionstemperaturen oberhalb von ioo° so rasch arbeiten müßte, daß dies nur
durch besondere app;arative Mittel durchzuführen wäre. Die für die Praxis am besten
brauchbaren - Zeiten von etwa, i/2 bis il/. ., Stunden liegen bei Reaktionstemperaturen
zwischen 6o und 8o°, die deshalb vorzuziehen sind.
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Auch die Menge der anzuwendenden Salzsäure läßt sich in zweiten Grenzen
variieren. Es sind kaum Unterschiede im Reaktionsverlauf (Reaktionsgeschwindigkeit)
und Ausbeute festzustellen, @ob man i Teil Ausgangs-Substanz mit i Teiloder mit
io Teilen Salzsäure erwärmt. Verdünnt man jedoch die Salzsäure, so sinkt die Ausbeute
rasch. In einem Vergleichsversuch, bei dem i Teil Substanz mit io Teilen Säure .auf
8o° erwärmt und das Optimum der Reaktion durch Titration von Proben festgestellt
wurde; erreichte man mit konzentrierter Salzsäure (sp,ez. Gewicht= i, i 9) eine
Ausbeute von 8o % der Theorie an Ascorbinsäure. Verdünnte man die Salzsäure firn
den Verhältnissen i : i, 1-. 2 und i : 5 mit Wasser, sch betrugen die Höchstwerte
an gebildeter Ascorbinsäure 65, 56 und q.8 der Theorie.
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Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß für jeden abgeänderten Ansatz
die günstigste Dauer der Reaktion zunächst durch Titraton von laufend entnommenen
Proben ermittelt werden muß. Weitere Ansätze unter genau gleichen Bedingungen können
dann zum so ermittelten günstigsten Zeitpunkt abgebrochen werden. Die Aufarbeitung
der Reaktionslösung auf reine Ascorbinsäure erfolgt nach den üblichen Methoden.
Man kann z. B. die dunkel gefärbte Reaktionslösung unter Durchr@chütteln mit oder
durch Filtrieren über Tierkohle aufhellen, dann die Salzsäure eindampfen und den
Rückstand aus Wasser umkristallisieren. Wegen der Empfindlichkeit der Ascorbinsäure
gegen Salzsäure wird man das Eindampfen der Salzsäure vorzugsweise unter Vakuum
und bei niederer Temperatur vornehmen. Man kann die Salzsäure natürlich auch neutralisieren,
hat aber dann mit der Unbequemlichkeit zu rechnen, die Ascorbinsäure von Salzen
abtrennen zu müssen. Beispiele i. t Teil Diacetonketogulonsäure wird mit 3 Teilen
Salzsäure (spei. Gewicht = i, 19) auf 6o° erhitzt. Der Reaktionsverlauf wird
durch Titrationmit n/io Jodlösung verfolgt. Wenn der Höhepunkt derReaktion erreicht
ist (nach ungefähr i Stunde), wird die tiefschwarz gefärbte Lösung auf 3 Teile Eis
gegossen. Nach kurzem Schütteln mit Tierkohle-und Filtrieren wird die Lösung im
Vakuum bis zur Kristallisation eingedampft. Der kristallisierte Rückstand wird mit
Alkohol gewaschen. Der Waschal'kohol wird nach Zusatz von Wasser zur Entfernung
des Alkohols im Vakuum eingeengt. Der Rückstand wird mit der Mutterlauge der ersten
Kristallisation vereinigt, mit Wässer verdünnt und abermals mit Tierkohle behandelt,
Beim Einengen im Vakuum erhält man eine zweite Kristallisation, die in der gleichen
Weise behandelt wird. Aus den Mutterlaugen ist eine dritte Kristallisation zu erhalten.
' Die- Rohsäure ergibt bereits nach -einmaligem Umkristallisieren völlig reine Ascorbinsäure
in einer Ausbeute von 6o bis 75 % der Theorie.
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2. i Teil Diacetonketogulonsäure wird mit 5 Teilen Salzsäure (spei.
Gewicht= r, 19) bei Zimmertemperatur stehengelass@en. Jeden Tag wird eine
herausgenommene Probe titriert: Das Reaktionsoptimum isst nach 5 bis 7 Tagen errecht.
Aufarbeitung wie !oben. Die Ausbeute beträgt etwa 6o o/o der Theorie.
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3. i Teil Diacetonketogülonsäure wird in 6 Teilen Salzsäure (spei.
Gewicht = i, 19) gelöst und die Lösung zum Kochen gebracht. Es wird dauernd
Salzsäuregas eingeleitet. Das Optimum der Reaktion ist nach 8 bis 12 Minuten erreicht:
Es sind dann 85 % der eingesetzten Substanz in Ascorbinsäure umgelagert. Die Mischung
wird schnell abgekühlt, mit der doppelten Menge Wasser verdünnt, über Tierkohle
filtriert und die Salzsäure im Vakuum
weggedampft. Die weitere Aufarbeitung
und Reinigung wird wie in Beispiel i vorgenommen. Ohne Schwierigkeiten lassen sich'
700;0 der Theorie an Asoorbinsäure aus -diesiem Reaktionsgemisch isolieren.
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q.. 1 o g Diacetonketogulonsäure werden mit 3o:ccm Salzsäure vom spez.
Gewicht iig im Einschlußrohr 30 Minuten auf 6o bis 70° erhitzt. Nach dem
Abkühlen wird das Rohr geöffnet und die erhaltene Reaktionsflüssigkeit bei niederer
Temperatur im Vakuum :eingeengt. Der Rückstand kristallisiert und wird aus wenig
Wasser unter Zusatz von Tierbohle umkristallisiert. Man erhält 3 g Asoo:rbinsäure.
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5. 25o g Diacetonketogulonsäure werden mit 75o ccm konzentrierter
Salzsäure ,auf 6o° erhitzt, wobei man dafür Sorge trägt, daß das abgespaltene Aceton
entweichen kann. Dies kann vorteilhaft z. B. dadurch unterstützt werden, daß ein
leichter CO2-Strom über die Flüssigkeitsoberfläche geleitet wird. Durch diese Maßnahme
wird die Bildung von harzartigen Nebenprodukten herabgesetzt. Ausbeute etwa 8o0jo
der Theorie.
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Nach dem eingangs erwähnten, bisher fast ausschließlich verwendeten
und für das weitaus beste Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsäure gehaltenen
Verfahren wird die genannte Substanz aus Estern der 2-Keto.-i-gul,onsäure durch
Behandeln mit Alkali in wasserfreien Lösungsmitteln hergestellt. Diese Ester können
bisher in technisch durchführbarer Weise ausschließlich auf folgendem Wege hergestellt
werden: Diaceton-i-s@orb-ose > Diaceton-2-ketoi-gulonsäure -> 2-Keto-i-gulonsäurem:ethylester.
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Die Herstellung der Ascorbinsäure nach dem bekannten Verfahren verläuft
also, ausgehend von der Diacet,on-i-sorbose, über drei Zwischenstufen.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, diesen langen Weg
durch Ausschaltung von zwei Zwischenstufen ganz wesentlich abzukürzen, da ihr Inhalt
darin besteht, durch eintache Salzsäurebehandlung der Diaoeton-2-ket:o-i-gulonsäure
die Ascorbinsäure direkt darzustellen.
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Es sei ausdrücklich bemerkt, daß es nicht gelingt, durch Übertragung
der Alk.alibehandlung nach der Vorveröffentlichung auf eines der @obengenannten
Zwischenprodukte Ascorbinsäure unter Abkürzung des langen Reaktionsweges herzustellen.
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Aus der geschilderten Ersparnis von zwei vollständigen Umsetzungsstufen
ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Arbeit, Zeit, Kosten, Chemikalien und
Geräten.