<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé pour la préparation d'acide céto 2. lévo-gulonique".
Jusqu'à présent, on a exécuté l'oxydation directe du lévo-sorbose pour l'obtention d'acide céto 2. lévo-gulonique en traitant le lévo-sorbose, en solution acide, par des agents oxydants tels que l'acide nitrique, un mélange d'eau oxygénée et de sulfate ferreux ou du persulfate de potassium. Ce procé- dé donne de si mauvais rendements, en ce qui concerne la com- binaison désirée, qu'il n'a pu s'introduire dans la technique.
Cependant, la nécessité subsiste toujours de produire l'acide céto 2. lévo-gulonique, nécessaire pour la fabrication de l'acide ascorbinique (vitamine 0), d'une manière aussi simple que l'oxydation directe du lévo-sorbose.
<Desc/Clms Page number 2>
Par la présente invention, on parvient à exécuter la réaction précitée par une voie nouvelle, tout en obtenant des rendements qui s'élèvent à un multiple de ceux qu'on peut atteindre par les procédés connus. On a notamment constaté qu'on peut obtenir facilement à partir du lévo-sorbose 50 % et plus du rendement théorique en acide céto 2, lévo-gulonique lorsqu'on traite une solution à réaction neutre ou faiblement alcaline de lévo-sorbose par l'oxygène, ou des gaz contenant de l'oxygène, en présence d'un catalyseur constitué par un métal précieux favorisant le transport de l'oxygène.
Dans la pratique, on exécute la réaction par exemple dans les appareils secoueurs usuels pour ce genre de réaction ou par introduction de l'oxygène à l'état finement divisé dans la solution à température et à pression normales ou plus éle- vées que la normale. Comme catalyseurs, les catalyseurs au platine et au palladium peuvent par exemple être utilisés.
On obtient des résultats particulièrement satisfaisants au moyen du platine précipité sur du charbon (charbon platiné).
Un point important est que, contrairement aux procédés connus, on doit, conforménent au procédé objet de l'invention, travailler en solution neutre ou légèrement alcaline. Les so- lutions acides ne subissent aucun changement lorsqu'on les traite par le procédé objet de l'invention. Lorsque la réaction est fottement alcaline, il se produit une dissociation indé- sirable du lévo-sorbose qui réduit les rendements en acide céto 2. lévo-gulonique. Toutefois, par suite de la dissocia- tion, l'alcali ajouté en excès est neutralisé de sorte que, suivant la quantité d'alcali ajouté (deux molécules d'alcali provoquent la décomposition d'une molécule de lévo-sorbose avec absorption simultanée d'une molécule d'oxygène), des con- ditions de travail favorables peuvent tout de même s'établir après un temps plus ou moins long.
La quantité de sorbose em- @
<Desc/Clms Page number 3>
ployée à la neutralisation de l'excès d'alcali est toutefois perdue, de sorte que pour la réalisation debons rendements il est nécessaire de partir, pour la réaction, d'un mélange dont, le pH est de préférence inférieur à 11, et se trouve, par exemple vers 8 à 10.
Conformément à un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, on ajoute, à la solution dans laquelle a lieu la réaction, un sel alcalin d'un acide faible (inorganique ou organique) par exemple dans la proportion de 1 à 3 molécules de sel pour une molécule de sorbose employé ou bien des quantités correspondantes d'un mélange-tampon approprié dont le pH est réglé entre 6 et 11.
Lorsqu'on travaille conformément ., l'invention, on doit tenir compte.du fait qu'au cours de la réaction, le sorbose, à réaction neutre, qui est mis en oeuvre, engendre un acide et que par conséquent le pH se modifie. Pour ce motif, il y a avantage à neutraliser l'acide formé,par addition continue ou par portions, au cours de la réaction, de solutions à réaction alcaline ou de mélanges-tampons.
Il ressort de ce qui précède qu'à côté de la réaction désirée de l'oxydation du lévo-sorbose pour la formation de l'acide céto 2.lévo-gulonique, il peut également se produire-évidemment suivant les diverses conditions d'expériencedes réactions secondaires indésirables (par exemple la format.ion de l'acide lévô-thréonique). On peut, dans chaque cas, constater facilement quelles sont les meilleures conditions d'expérience, par une série d'essais dans lesquels on modifie par exemple la durée de la réaction, la concentration des divers corps participant à la réaction et la quantité de sels ajoutés.
Dans les conditions les plus favorables de travail ainsi trouvées, le plus souvent une partie du sorbose mis en oeuvre reste encore inattaquée. Il convient de séparer de la masse obtenue par la réaction cette partie inattaquée et de la réemployer pour constituer de nouveaux mélanges de départ.
<Desc/Clms Page number 4>
La séparation de l'acide céto 2. lévo-gulonique de la solution débarrassée du catalyseur peut être exécutée par les procédés connus employés à cet effet, procédés directes ou procédés par l'intermédiaire de dérivés appropriés (ester méthylique, combinaison diacétonée, sels de quinine, de sodium et autres). Le mélange pour la réaction peut toutefois être employé aussi, tel quel, ou après concentration ou bien encore après séparation partielle des produits secondaires ou des substances ajoutées et après récupération de la matière première non transformée, directement à la transformation subséquente en acide ascorbinique.
EXEMPLES.
I. On secoue avec de l'oxygène 18 g. de sorbose dissous dans 900 cm3 d'eau et après addition de 24 g. de phosphate bisodique et 10 g. de charbon platiné (à 10%). L'absorption d'oxygène est de 2,5 à 3,01.en 60 heures. D'après une analyse effectuée sur une portion aliquote, 30% environ de la sorbose sont restés inaltérés. Par aspiration, on sépare maintenant la solution d'avec le catalyseur et on sépare également,par cristallisation, la majeure partie du sorbose non attaqué et du phosphate de sodium ajouté après concentration sous pression réduite et addition de 20 cm3 de méthanol. L'eau-mère fournit, compte tenu du sorbose récupéré, environ 50% d'acide céto-gulonique. On acidule légèrement la solution, on continue de l'évaporer à sec et on extrait le résidu au moyen du dioxane.
Les extraits rassemblés laissent, après évaporation sous pression réduite, un sirop presqu'incolore dont on peut isoler à l'état pur l'acide céto 2.lévo-gulonique (P.F. = 169 à 1700 ; [[alpha]]D22 = - 48 dans l'eau ; = 1) soit directement, soit en le malaxant avec de l'acétone, soit encore sous forme de sels (de quinine, P. F. = 154 , ou de sodium) par cristallisation fractionnée.
<Desc/Clms Page number 5>
II. On secoue avec de l'oxygène 18 g. de sorbose dissous dans 900 cm3 d'eau et après addition de 28 g. d'acétate de sodium ( à 3 molécules d'eau de cristallisation) et de 10 g. de charbon platiné ( à 10 %). L'absorption d'oxygène s'élève à 2,2 1. après 40 heures environ. L'analyse indique que 40% de sorbose sont restés inattaqués. La maj.eure partie de cette matière première se laisse récupérer par cristallisation, après une concentration très poussée, sous pression réduite, et addition d'une petite quantité de méthanol. Le rendement en acide céto-guloniqueà partir de l'eau-mère, compte tenu de la matière première récupérée, est de 65 à 70% du rendement thermique. La séparation et le traitement ultérieur des matières mises en oeuvre pour la réaction ont lieu à la façon indiquée dans l'exemple 1.
Comme l'acétate de sodium présent est gênant pour la séparation de l'acide céto-gulonique libre, on peut ici séparer également, avec avantage, le produit de la réaction, par le traitement du sirop par l'acide chlorhydrique et l'acétone, à la façon connue, sous la forme du céto-dérivé.
Lorsqu'on emploie dix fois plus d'acétate de sodium que la quantité indiquée plus haut, toutes autres conditions égales, l'absorption de l'oxygène est fortement entravée.
III. On secoue avec de l'oxygène après addition de 10 g. de. charbon platiné (à 10 %), 18 g. de sorbose dissous dans 900 cm3 d'eau. L'absorption d'oxygèhe est de 1,19 1. en 65 heures, 60% de sorbose restent inchangés. Le travail ultérieur a lieu comme dans l'exemple I. Le rendement en acide céto- -gulonique est de 25% du rendement théorique.
IV. On dissout 18 g. de sorbose en même temps que 20 g. d'oxalate de potassium et 15 g. de bicarbonate de sodium dans de l'eau et on y ajoute 10 g. de charbon platiné (à 10%). On complète alors à 900 cm3 le volume de la solution au moyen d'eau.
<Desc/Clms Page number 6>
Après 60 à 70 heures d'agitation de la solution avec l'oxygène, 2,3 1 de 0. 2 ont été absorbés. On obtient ainsi environ 45% d'acide céto-gulonique et un reste de 15% de sorbose. Une prolongation de l'agitation diminue le rendement. On peut toutefois réduire la durée de la réaction par élévation de la température à 60 à 70 . Le travail ultérieur a lieu comme dans l'exemple I ou dans l'exemple VI.
V. On dissout 36 g. de sorbose dans 1780 cm3 d'eau et 20 cm3 de lessive potassique normale. Après addition de 10 g. de charbon platiné,(à 10 %), on secoue avec de l'oxygène à la température du local. On interrompt après 21 heures ; l'absorption d'oxygène est de 1,2 1. Des 61 % de sorbose présent qui ont échappé à la réaction, on peut récupérer par aspiration 55%, après séparation, du catalyseur d'avec le liquide, en agissant de la façon décrite dans l'exemple I. L'eau-mère contient de 35 à 40 % de l'acide céto-gulonique que devrait donner théoriquement le sorbose qui a participé la réaction.
On obtient les mêmes valeurs, lorsque, au lieu de secouer la solution dans l'oxygène, on laisse perler le gaz, à travers une plaque filtrante en verre, dans la solution tout en agitant celle-ci. Après addition de la quantité calculée (20 cm3) d'acide chlorhydrique normal, on évapore à sec sous pression réduite. Quand on reprend le résidu dans un solvant approprié, par exemple le dioxane, le chlorure de potassium se sépare complètement. On sépare par aspiration le précipité d'avec le liquide, et le résidu de l'évaporation esttraité suivant l'exemple I pour l'obtention du sel sodique del'acide céto-gulonique ou pour l'obtention directe de l'acide ascorbinique.
VI. On dissout 18 g. de sorbose avec 30 g. d'oxalate de potassium dans 900 cm3 d'eau et, après addition de 10 g. de charbon platiné ( à 10 %) ou d'une quantité équivalente de sulfate de baryum et de platine, on secoue la solution dans de l'oxygè-
<Desc/Clms Page number 7>
ne. Au cours de 80 heures, 2,5 l.environ d'oxygène sont absorbés. La solution renferme alors environ 50 % dela quantité théorique d'acide céto-guloniqup,à côté de 20% de sorbose inchangé. L'acide oxalique est précipité par la quantité justement suffisante de baryte et le faible excès de baryum est éliminé complètement par l'acide sulfurique. Le traitement ultérieur de la solution a lieu suivant le procédé indiqué dans l'exempleV.
Au lieu de l'oxalate de potassium, on peut aussi ajouter 29 g. de soude en cristaux. L'absorption d'oxygène et le rendement sont alors semblables. L'excès de carbonate est décom- posé par addition d'acide chlorhydrique. Les résultats sont aussi satisfaisants lorsqu'on emploie, au lieu de charbon platiné., du platine colloïdal ou du Pt O2 réduit préalablement par l'hydrogène.
VII. On diss,out 18 g. de sorbose dans 800 cm3 d'eau et, après addition de 15 g. de charbon palladié fraîchement préparé, on secoue la solution avec de l'oxygène à la température du local.
De temps en temps, on ajoute 10 cm3 d'hydroxyde de potassium en normal, jusqu'à ce qu'on ait employé/tout 90 cm3 de lessive.
L'absorption d'oxygène est de 1,8 1. en 26 heures. Le traitement ultérieur a lieu suivant le procédé indiqué dans l'exemple V. On obtient 25% de la quantité théorique d'acide céto-gulonique ou une quantité correspondante d'acide ascorbinique, 40 % du surbose restant inchangés.
VIII.
On dissout ensemble dans de l'eau 180 g. de sorbose, 150 g. d'oxalate de potassium et 100 g. de carbonate de sodium.
Après addition de 100 g. de charbon platiné (à 10%), on étend à un volume de 6 à 9 1. et on secoue le tout avec de l'oxygène à la température dulocal. Toutes les 10 heures, on insuffle pendant un bref moment de l'oxygène pour refouler l'acièe carbonique produit. Ici, il n'est pas possible de mesurer exacte-
<Desc/Clms Page number 8>
.nent la quantité d'oxygène absorbé, par suite de la production de l'acide carbonique. Au lieu de secouer avec de l'oxygène, on peut aussi secouer ou agiter en présence de l'air, mais on doit veiller àce que le charbon platiné ne se dépose en aucun endroit. Après 70 à 80 heures, on obtient environ 50% d'acide céto-gulonique. On sépare par aspiration la solution d'avec le catalyseur et on évapore sous pression réduite au volume de 1,5à 2 1.
On peut utiliser de nouveau le catalyseur pour effectuer d'autres oxydations semblables, sans que son activité soit diminuée. La solution, claire cornue de l'eau, est additionnée d'une solution concentrée de chlorure de baryum jusqu'à ce qu'il ne se produise plus de précipité. Après plusieurs heures de repos, on sépare par aspiration, on débarrasse la solution du baryum par l'acide sulfurique et on l'amène à un pH de 7 à 8 au moyen de quelques centimètres cu- be.-. de normal. Par évaporation sous pression réduite de la solution ainsi obtenue, il se sépare d'abord un mélange de chlorure de potassium et de chlorure de sodium dont on sépare le liquide par aspiration.
Après qu'on a continué l'évaporation jusqu'à obtention d'un sirop fluide, le sel sodique de l'acide céto-gulonique se sépare par cristallisation. On laisse reposer la solution pendant une nuit pour que la cristallisation puisse s'achever et on sépare ensuite le liquide par aspiration. L'eau-mère fournit, par une nouvelle concentration, encore une autre fraction de chlorures de potassium et de sodium. Par le repos du sirop épais, une deuxième fraction du céto-gulonate de sodium se sépare alors en cristallisant.
Pour l'épurer, on malaxe bien le sel sodique ainsi obtenu avec une quantité égale en poids d'un mélange de méthanol et d'eau (60 :40), on sépare par aspiration et on lave au méthanol.
Le sel sodique de l'acide céto-gulonique cristallise avec une molécule d'eau. Point de fusion 145 , avec décomposition ; [[alpha]]D24 = - 23,4 , ce qui correspond aux chiffres de Micheel, Kraft et Lohmann, Hoppe Seylers Zeitschrift für phisiologische
<Desc/Clms Page number 9>
Chemie , Vol. 225, pages 24 et 25 (1934). Le rendement est de 40%.
IX. On dissout 18 g. de sorbose dans 900 cm3 d'une solutiontampon de phosphate ou de borate d'un pH de 9, qui renferme environ 2 molécules de ces sels pour 1 molécule de sorbose.
Après addition de 10 g. de charbon platiné (à 10 %), on secoue avec de l'oxygène. Lorsque 3 1. environ d'oxygèhe ont été absorbés, on interrompt . En tenant compte de ce que 30 % environ du sorbose restent inchangés, on obtient 50% du rendement théorique en acide céto-gulonique. Le traitement ultérieur a lieu de la même façon que dans l'exemple I.
X. On dissout 180 g. de sorbose dans 5 1. d'eau et on y ajoute une solution de 100 g. de bicarbonate de sodium dans 4 1. d'eau. Après addition de 100 g: de charbon platiné à 10 %, on secoue, à l'air libre. Après 60 à 70 heures, on sépare le liquide par aspiration d'avec le catalyseur, on amène la solution, à un pH de 8 par l'addition de quelques centimètres cubes de NaOH normal et on évapore sous pression réduite. Le sel sodique de l'acide céto-gulonique s,éparé est enlevé par aspiration, ajouté à la deuxième fraction obtenue par une nouvelle concentration de l'eau-mère et purifié à la façon indiqués dans l'exemple VIII, au moyen de méthanol aqueux. Le rendement est de 120 g., c'est à dire de plus de 50% du rendement théorique. On peut utiliser le catalyseur au platine pour d'autres solutions à traiter.
XI. On dissout 36 g. de sorbose dans 1,5 1. d'eau et on y ajoute 20 g. de charbon platiné ( à 10%). On fait perler un courant modéré d'air ou d'oxygène épurés, en fine répartition, à travers une p:laque perforée, une plaque de verre fritté d'Iéna ou une bougie filtrante. Toutes les 2 ou 3 heures, on ajoute lOcm3 d'une solution de 20 g. de bicarbonate de sodium dans 250 cm3
<Desc/Clms Page number 10>
d'@au. On peut aussi y ajouter la solution goutte à goutte en 40 heures au moyen d'un entonnoir à gouttes, à tube capillaire et à protection contre l'évsporation. On poursuit encore la réaction pendant 10 heures après cette addition et puis on interrompt.
Le travail ultérieur a lieu comme dans l'exemple X et le rendement est le même. Le catalyseur peut être réemployé pour d'autres opérations.
R e v e n d i c a t i o n s.
1.- Procédé pour la préparation d'acide céto 2. lévo-gulonique par oxydation du lévo-sorbose, caractérisé en ce qu'on traite une solution à réaction neutre ou faibleuent alcaline de lévo-sorbose par de l'oxygène ou par des gaz contenant de l'oxygène, en présence d'un catalyseur constitué par un métal précieux favorisant le transport de l'oxygène.