Verfahren zur Herstellung von 2-Keto-l-gulonsäure. Es wurde .gefunden, dass die 2-geto-l- gulonsäure unmittelbar durch Oxydation vor) l-Sorbose erhalten werden kann.
Zu diesem Zwecke behandelt man d-Sorbose in wässe riger Lösung bei einem pH unter 7 allmäh lich mit der 2 Sauerstoffäquivalente nicht wesentlich überschreitenden Menge Oxyda tionsmittel. -Als Oxydationsmittel können verwendet werden, Wasserstoffsuperoxyd; Hypohalogenite, Salpetersäure, Permanganate. Zur Erreichung guter Ausbeuten ist es zweck mässig, die Bedingungen so zu wählen, dass die Oxydation möglichst nicht über die ge wünschte Stufe fortschreitet, was z. B. durch Verdünnung, allmählichen Zusatz des Oxy dationsmittels, Tiefhaltung der Temperatur und gegebenenfalls Katalysatoren erreicht werden kann.
Um die Abtrennung von Ne benprodukten zu erleichtern, kann dabei so verfahren werden, dass man die Reaktion in zwei Stufen ausführt. In diesem Falle oxy diert man die l-Sorbose zunächst nur mög lichst zum l-(-'ruloson, das rohe l-gulosonhal- tige Gemisch braucht nicht auf reines h G u- loson verarbeitet zu werden, was mühsam ist, hingegen kann man es zur Erleichterung der nachfolgenden Aufarbeitung durch Neu tralisation mit Erdalkalien,, Entfernung der Hauptmenge des Wassers durch Destillation und Behandlung mit Alkohol von sauren Nebenprodukten befreien.
Dadurch wird die Hauptmenge der sauren Nebenprodukte als unlösliche Erdalkalisalze niedergeschlagen. Das von sauren Nebenprodukten befreite, rohe l-Guloson wird dann in einer zweiten Stufe zur 2-Keto-l-gulonsäure oxydiert. Die Reaktion verläuft nach folgendem Schema:
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Ein der eben erwähnten Ausführungsform ähnlicher Weg ist kürzlich bereits von Micheel und Kraft beschrieben worden (Na turwissenschaften 22 / 1934 / S. 205).
Die ge nannten Autoren stellten aber das l-Guloson durch Spaltung des entsprechenden Osazons her, ein Verfahren, das technisch kaum aus führbar ist. Dasselbe gilt für ein Verfahren zur Herstellung von Osonsäuren aus Osonen mit Bromwasser (Biochem. Zeitschrift 207 1929 / S. 217, 230).
Das vorliegende Ver fahren unter-scheidet sich von den bekannten Verfahren dadurch, dass l-Sorbose entweder unmittelbar zur 2-Keto-gulorisäure oxydiert wird, oder dass man sie zunächst zu einem l-gulosonhaltigen Gemisch oxydiert und dieses rohe Gemisch, gegebenenfalls nach Entfer nung saurer Nebenprodukte, weiter oxydiert.
Die 2-Keto-l-gulonsäure soll zur Herstel lung von 1-Ascorbinsäure (C-Vitamin) Ver wendung finden.
<I>Beispiel 1:</I> 10 Teile 1-Sorbose und 1 Teil Ferrosulfat werden in 200 Teilen Wasser gelöst, mit 0,5 Teilen 2 n Schwefelsäure versetzt und in die Lösung im Laufe von etwa 4 Stunden unter Rühren und Kühlen auf höchstens 300 63 Teile 3 %iges Wasserstoffsuperoxyd ein fliessen gelassen. Nach 20-stündigem Stehen wird mit Calziumkarbonat bis zur neutralen Reaktion verrührt, vom Niederschlag abge saugt und die etwas dunkel gefärbte Lösung im Vakuum zum Sirup eingedampft. Aus die sem wird durch Behandlung mit Alkohol das l-Guloson und unveränderte d-Sorbose herausgelöst.
Die ausgefallenen Salze werden mit wenig Wasser zu einem Sirup gelöst und erneut mit Alkohol behandelt, bis sie zu einem Pulver zerfallen.
Aus den so gereinigten Salzen kann nach Entfernung des Eisens mit Schwefelwasser stoff, des Calziums mit Oxalsäure und der Schwefelsäure mit Bariumkarbonat die ent standene 2-Keto-l-gulorisäure durch fraktio nierte Kristallisation der Chininsalze gewon nen werden.
Beim Neutralisieren der wässe rigen Lösung mit Chinin wird zunächst das sehr schwer lösliche Chininsalz der l-Xylon- säure erhalten, dieses zeigt einen Schmelz punkt 233-234o korr. Zers. und ein [al D - - 156 0 (c = 0,072 in Wasser).
Beim Einengen der Mutterlaugen im Va kuum kristallisiert, besonders beim Impfen, das Chininsalz der 2-Keto-l-guloiisäure, das ein Hol Kristallwasser enthält, einen Schmelz punkt von 155-1560 korr. Zers. und ein (al D = - 73,2 0<B>(e</B>= 2,95 in Wasser) zeigt. Die Löslichkeit in Wasser von 200 beträgt 4,420/,.
Die alkoholische Lösung, welche das l-Guloson enthält, wird im Vakuum stark eingeengt, der hinterbliebene Sirup mit wenig Alkohol verdünnt und die unveränderte Sor- bose durch längeres Stehen möglichst aus kristallisieren gelassen. Die scharf auszeDtri- fugierten oder abgesaugten Kristalle werden mit wenig Alkohol gewaschen und können dann für eine neue Umsetzung verwendet werden. Die ablaufende Lösung wird bei vermindertem Druck von Alkohol befreit und in einer Probe durch Titration nach der Cyanidmethode der Osongehalt bestimmt.
Das Produkt enthält durchschnittlich etwa 1,5 Teile Reinoson. Es wird hierauf mit 150 Teilen destilliertem Wasser verdünnt, mit 3-4 Teilen gefälltem Bariumkarbonat ver setzt und unter Rühren und Kühlen auf -10 0 eine Lösung von 1,1 Teilen Bariumperman- ganat in der nötigen Menge Wasser zulaufen gelassen, welche fast augenblicklich entfärbt wird. Hierauf erhitzt man kurz, bis der Nie derschlag gut filtrierbar wird, filtriert, und engt das Filtrat unter vermindertem Druck auf ein kleines Volumen ein.
Durch Zusatz von Alkohol fällt das Bariumsalz der Keto- gulonsäure aus, es wird abfiltriert, mit Alko hol gewaschen; in Wasser gelöst und mit Schwefelsäure genau zerlegt, so dass gerade noch eine nachweisbare Spur Bariumion in der Lösung verbleibt. Nach Entfernung des Bariumsulfates durch Filtration wird im Va kuum eingeengt, aus dem Sirupösen Rück stand kristallisiert die Ketogulonsäure, be sonders nach dem Impfen, aus.
Gegebenen falls kann auch noch vorher über das Na- triucn-, Kalium-, Chininsalz, Morphin- oder Codeinsalz gereinigt werden, die gut kristal lisieren, und auch zur Verarbeitung von Mutterlaugen geeignet sind.
<I>Beispiel 2:</I> 1,8 Teile L-Sorbose und 5,4 Teile Kali- umpersulfat werden in 50 Teilen Wasser mehrere Stunden auf<B>70'</B> erhitzt; bis die Lö sung auf Jodkaliumstärkepapier nicht mehr reagiert. Dann wird eine heisse, wässerige Lösung von Bariumchlorid in geringem Über schuss zugesetzt, vom ausgefallenen Barium sulfat abfiitriert, die Lösung bei niederer Temperatur im Vakuum eingedampft und die Salzsäure durch längeres Evakuieren vertrieben. Der Rückstand bildet eine kristal line Masse, die neben unveränderter l-Sorbose die 2-Keto-l-gulonsäure enthält.
Die weitere Reinigung der 2-Keto-l-gulonsäure erfolgt wie im Beispiel 1 beschrieben.
<I>Beispiel 3:</I> 2 Teile l-Sorbose werden in 3 Teilen Wasser gelöst. Dann wird zu der Lösung 1 Teil Salpetersäure vom spezifischen Ge wicht 1,4 zugesetzt und die Lösung einige Stunden auf etwa<B>700</B> erwärmt, bis keine nitrosen Gase mehr entweichen. Zur Einlei tung der Reaktion können etwas niedere Stiekoxyde oder rauchende Salpetersäure zu gesetzt werden. Auch Vanadiumverbindungen wirken stark beschleunigend und erlauben die Reaktionstemperatur tiefer zu halten. Die Aufarbeitung geschieht wie im Beispiel 1 angegeben.
Process for the preparation of 2-keto-l-gulonic acid. It was found that 2-geto-l-gulonic acid can be obtained directly by oxidation before) l-sorbose.
For this purpose, d-sorbose is treated in an aqueous solution at a pH below 7 gradually Lich with the amount of oxidant which does not significantly exceed 2 oxygen equivalents. -As an oxidizing agent can be used hydrogen peroxide; Hypohalites, nitric acid, permanganates. To achieve good yields, it is advantageous to choose the conditions so that the oxidation does not proceed beyond the ge desired stage, which z. B. by dilution, the gradual addition of the Oxy dation agent, keeping the temperature low and optionally catalysts can be achieved.
In order to facilitate the separation of by-products, the procedure can be such that the reaction is carried out in two stages. In this case, the l-sorbose is initially only oxidized to form l - (- 'rulosone, the raw mixture containing l-gulosone does not need to be processed into pure gulosone, which is laborious, but one can To facilitate the subsequent work-up, remove acidic by-products by neutralization with alkaline earths, remove most of the water by distillation and treatment with alcohol.
As a result, most of the acidic by-products are precipitated as insoluble alkaline earth salts. The crude l-gulosone freed from acidic by-products is then oxidized to 2-keto-l-gulonic acid in a second stage. The reaction proceeds according to the following scheme:
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A way similar to the embodiment just mentioned has recently been described by Micheel and Kraft (Naturwissenschaften 22/1934 / p. 205).
The authors mentioned, however, produced the l-guloson by cleaving the corresponding osazone, a process that is technically hardly feasible. The same applies to a process for the preparation of oonic acids from osones with bromine water (Biochem. Zeitschrift 207 1929 / p. 217, 230).
The present process differs from the known processes in that l-sorbose is either oxidized directly to 2-keto-guloric acid or that it is first oxidized to a mixture containing l-gulosone and this crude mixture, if necessary after removal acidic by-products, further oxidized.
The 2-keto-l-gulonic acid is said to be used for the production of 1-ascorbic acid (C vitamin).
<I> Example 1: </I> 10 parts of 1-sorbose and 1 part of ferrous sulfate are dissolved in 200 parts of water, 0.5 parts of 2N sulfuric acid are added and the solution is dissolved in the course of about 4 hours while stirring and cooling a maximum of 300 63 parts of 3% hydrogen peroxide allowed to flow in. After standing for 20 hours, the mixture is stirred with calcium carbonate until the reaction is neutral, the precipitate is filtered off with suction and the somewhat dark-colored solution is evaporated to a syrup in vacuo. The l-guloson and unchanged d-sorbose are extracted from this by treatment with alcohol.
The precipitated salts are dissolved into a syrup with a little water and treated again with alcohol until they disintegrate into a powder.
After removing the iron with hydrogen sulfide, calcium with oxalic acid and sulfuric acid with barium carbonate, the resulting 2-keto-l-guloric acid can be obtained from the purified salts by fractional crystallization of the quinine salts.
When the aqueous solution is neutralized with quinine, the very sparingly soluble quinine salt of l-xylonic acid is obtained, which has a melting point of 233-234o corr. Decomp. and a [al D - - 156 0 (c = 0.072 in water).
When the mother liquors are concentrated in a vacuum, the quinine salt of 2-keto-l-guloiisäure, which contains a water of crystallization, has a melting point of 155-1560 corr. Decomp. and a (al D = -73.2 0 B (e = 2.95 in water) shows. The solubility in water of 200 is 4.420 /.
The alcoholic solution, which contains the l-guloson, is strongly concentrated in vacuo, the remaining syrup is diluted with a little alcohol and the unchanged sorbosis is allowed to crystallize out if possible by standing for a long time. The sharply precipitated or extracted crystals are washed with a little alcohol and can then be used for a new reaction. The solution running off is freed from alcohol under reduced pressure and the osone content is determined in a sample by titration using the cyanide method.
The product contains an average of about 1.5 parts of Reinoson. It is then diluted with 150 parts of distilled water, mixed with 3-4 parts of precipitated barium carbonate and, while stirring and cooling to -10 0, a solution of 1.1 parts of barium permanganate in the required amount of water is run in, which almost instantly decolorizes becomes. The mixture is then heated briefly until the precipitate can be filtered easily, filtered, and the filtrate is concentrated to a small volume under reduced pressure.
By adding alcohol, the barium salt of ketogulonic acid precipitates, it is filtered off and washed with alcohol; dissolved in water and precisely broken down with sulfuric acid, so that just a detectable trace of barium ion remains in the solution. After removing the barium sulfate by filtration, the mixture is concentrated in vacuo, and the ketogulonic acid crystallizes out of the syrupy residue, especially after inoculation.
If necessary, the sodium, potassium, quinine salt, morphine or codeine salt, which crystallize well and are also suitable for processing mother liquors, can also be cleaned beforehand.
<I> Example 2: </I> 1.8 parts of L-sorbose and 5.4 parts of potassium persulfate are heated in 50 parts of water to <B> 70 '</B> for several hours; until the solution no longer reacts to potassium iodine starch paper. Then a hot, aqueous solution of barium chloride is added in a slight excess, the precipitated barium sulfate is filtered off, the solution is evaporated at a low temperature in vacuo and the hydrochloric acid is expelled by prolonged evacuation. The residue forms a crystalline mass which, in addition to unchanged l-sorbose, contains 2-keto-l-gulonic acid.
The further purification of the 2-keto-l-gulonic acid is carried out as described in Example 1.
Example 3: 2 parts of l-sorbose are dissolved in 3 parts of water. Then 1 part of nitric acid with a specific weight of 1.4 is added to the solution and the solution is heated to around 700 for a few hours until nitrous gases no longer escape. To initiate the reaction, lower carbon oxides or fuming nitric acid can be added. Vanadium compounds also have a strong accelerating effect and allow the reaction temperature to be kept lower. Working up takes place as indicated in Example 1.