DE2340235A1 - Verfahren zur herstellung von veresterten polyolen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von veresterten polyolenInfo
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Description
PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHEK EGGERT, DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 2340235
Köln, den 8.8.1973 Eg/Ax
The Procter & Gamble Company
,
301 East Sixth Street, Cincinnati, Ohio (U.S.A.).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vollständig mit verschiedenen Carbonsäuren veresterten
Polyolen, d.h. wenigstens zwei verschiedene Estergruppen und keine Hydroxylgruppen enthaltenden Estern von Polyolen.
Die Erfindung ist insbesondere auf ein Verfahren zur Veresterung von Teilestern von Polyolen mit minimaler
Umlagerung von Estergruppen durch zwischenmolekularen oder inntermolekularen Acylgruppenaustausch und auf in
dieser Weise hergestellte Hartbuttermassen für die Süßwarenherstellung gerichtet. Der hier gebrauchte Ausdruck
"Teilester von Polyolen" bezeichnet Polyole, die teilweise, d.h. unvollständig verestert sind und demzufolge wenigstens
eine Hydroxylgruppe enthalten.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden mit verschiedenen Carbonsäuren veresterte Polyole erhalten, die
spezielle Estergruppen im wesentlichen sämtlich in bestimmten Stellungen der Hydroxylgruppen des Polyols enthalten.
Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von Hartbuttermassen für die Süßwarenherstellung
aus billigen Rohstoffen wie Schmalz und Palmöl. Diese Massen sind vorteilhaft als Ersatz für Kakaobutter
in Süßwaren auf Schokoladebasis.
Um als Butter für die Süßwarenherstellung brauchbar zu 409808/1185
23/.0235
, sein, müssen Triglyceride wahlweise die folgenden Eigenschaften
haben: Sie müssen bis etwa 25°C ein spröder Peststoff sein, einen verhältnismäßig engen Schmelzbereich
haben und bei 35°C, d.h. etwas unter der Körpertemperatur, fast vollständig .flüssig sein. Diese Schmelzeigenschaften
sind für glänzende Überzüge, fehlende Klebrigkeit und günstige Volumenänderungen während der Formgebung
der Süßwaren verantwortlich. Aufgrund dieser einmaligen Schmelzeigenschaften ist diese Butter, z.B. Kakaobutter,
für die Herstellung von Süßwaren, insbesondere Schokolade, begehrt. Kakaobutter ist jedoch verhältnismäßig teuer und
muß importiert werden, auch wenn einheimische Fette, die zur Herstellung brauchbarer Butter für die SUßwarenherstellung
verwendet werden können, zu weit geringeren Kosten als Kakaobutter reichlich vorhanden sind. Seit vielen
Jahren werden daher Anstrengungen gemacht, aus leicht verfügbaren und billigeren Fetten ein Produkt herzustellen,
das verwendet werden kann, um wenigstens einen Teil der Kakaobutter in Schokolade und anderen Süßwaren, die
normalerweise Kakaobutter enthalten, zu ersetzen.
Auf dieser Suche nach einem Ersatz für Butter für die
SUßwarenhersteilung wurde gefunden, daß die vorteilhaften
physikalischen Eigenschaften dieser Buttersorten auf die Anordnung der Pettsäuresubstituenten in ihren Glyceriden
zurückzuführen sind. Analysen haben ergeben, daß Kakaobutter hauptsächlich aus Pettsäuretriglyceriden, in denen
ein größerer Teil der Oleoylsubstituenten am Glycerinmolekül in 2-Stellung steht, d.h. aus l-Palmitoyl-2-oleoyl-3-stearoylglycerin,
und geringeren Mengen Triglyceriden besteht, die eine andere Substitutionsanordnung der
Palmitoyl-, Oleoyl- und Stearoylgruppen am Glycerinmolekül aufweisen. Demgemäß würden Palmitoyl-oleoyl-stearoyltriglyceride,
die einen größeren Anteil der 01eoy!gruppen in
der 2-Stellung des Glycerinmoleküls enthalten, den gewünschten Ersatz für die Hartbuttermassen für die SÜ3-
409808/118 6
Warenherstellung darstellen, wenn diese Triglyceride leicht verfügbar wären.
Bei den ineisten Veresterungsverfahren ist die Synthese
solcher stellungsspezifischen Triglyceride unmöglich, da eine wesentliche Umlagerung der Estergruppen während der
Veresterung spezieller Teilglyceride, deren Synthese bereits bekannt ist, stattfindet. So ergibt die Acylierung von
1,3-Diglyceriden mit Oleinsäure und einem üblichen sauren
Veresterungskatalysator nur einen geringen Anteil an Triglyceriden mit einer Oleoylgruppe in 2-Stellung, wo
diese Gruppe vorhanden sein muß, um die gewünschte Butter für die Süßwarenherstellung zu bilden.
Feuge, Willich und Guice, Journal of the American Oil
Chemists Society, Juli 1963, Seite 260-264, wiesen nach, daß während der Veresterung von Teilglyceriden gewöhnlich
eine Umlagerung von Estergruppen stattfindet, und stellten auf Seite 260 fest, daß Salzsäure, Schwefelsäure und
Kohlenwasserstoffsulfonsäuren, die weitgehend als Veresterungskatalysatoren verwendet werden, eine Umlagerung
der Estergruppen bewirken. Demgemäß eignen sich diese Säurekatalysatoren nicht zur Herstellung der gewünschten
stellungsspezifischen (d.h. 2-Oleoyl·)Triglyceride für die
Verwendung als Butter für die Süßwarenherstellung. Ebenso findet gewöhnlich eine Umlagerung der Estergruppen während
der Veresterung von anderen Teilestern von Polyolen als den Glyceriden, z.B. während der Veresterung von
1,2-Propylenglykolteilestern statt.
Nach einem bekannten Verfahren wird synthetische Butter für die Süßwarenherstellung, die der Kakaobutter ähnlich
ist, durch Umsetzung eines Triglycerids, das Palmitoyl- und Stearoylgruppen in der 1- und J-Stellung enthält, mit
Oleoylchlcrid hergestellt. Dieses Verfahren wird in der USA-Patentschrift 3 012 890 beschrieben. Ferner ist es
bekannt, daß im allgemeinen Säurechloride verwendet werden
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•können, um Mono- und Diglyceride spezifisch zu verestern.
Die Verwendung von SäureChloriden für die spezifische
Veresterung hat jedoch viele unerwünschte Aspekte. Beispielsweise sind Säurechloride sehr korrodierend, und ihre
Verwendung ist mit Handhabungsprobleraen verbunden.
.Die USA-Patentschriften 3 410 881 und 3 337 596 beschreiben
die Verwendung von Perchlorsäure als wirksamen Katalysator für die Herstellung einer synthetischen Kakaobutter
ohne Umlagerung der Estergruppen. Perchlorsäure ist Jedoch ein Sprengstoff, dessen Verwendung in Gegenwart
von organischen Verbindungen vorzugsweise vermieden wird.
Die deutsche Patentschrift ......... (Patentanmeldung
P 23 17 276.I) der Anmelderin beschreibt die Verwendung
von Perfluoralky!sulfonsäuren als Katalysatoren für die
Btellungsspezifische Synthese von Triglyceriden. Diese perfluorierten Katalysatoren sind für den vorgesehenen
Zweck zwar wirksam, jedoch sehr teuer und verhältnismäßig knapp und schwer erhältlich.
Gegenstand des deutschen Patents ......... (Patentanmeldung P vom gleichen Tage entsprechend der
USA-Patentanmeldung 279 574 vom 10.8.1972) der Anmelderin ist die Verwendung einer nicht-protonischen Säure, BP,,
als stellungsspezifischer Veresterungskatalysator- BF-, ist
für den vorgesehenen Verwendungszweck zwar wirksam, jedoch für die Verwendung zur Großherstellung von Triglyceriden
verhältnismäßig teuer.
Es wurde nun gefunden, daß Bromwasserstoff die Veresterung von Teilestern von Polyolen ohne wesentliche Umlagerung
der Estergruppen katalysiert. Es ist überraschend, daß diese spezielle protonische Säure Veresterungsreaktionen
mit nur minimaler Umlagerung der Estergruppen katalysiert, da ein salzsaurer Veresterungskatalysator vollständige
Umlagerung der Estergruppen bewirkt.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Synthetisierung
von mit mehreren verschiedenen Carbonsäuren vollständig veresterten Polyolen, insbesondere Triglyceriden,
mit verhältnismäßig geringer Umlagerung von Estergruppen durch zwischenmolekularen oder innermolekularen
Austausch und ohne Verwendung von Perchlorsäure, Säurechloriden oder Perfluoralkylsulfonsäuren sowie ein Verfahren
zur Herstellung einer Hartbuttermasse für die SUßwarenhersteilung.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß spezielle, mit mehreren verschiedenen Carbonsäuren vollständig veresterte
Polyole, d.h. Ester mit bestimmten Estergruppen in besonderen Stellungen der Hydroxylgruppen des Polyols durch
Veresterung von Teilestern von Polyolen mit Säureanhydriden in Gegenwart einer katalytischen Menge eines Bromwasserstoff
liefernden Materials bei Temperaturen von etwa -J4° bi? 1770C hergestellt werden können.
Verschiedene Quellen von Bromwasserstoff, das als Katalysator beim Verfahren verwendet wird, sind verfügbar, und
alle diese Quellen sind für die Zwecke der Erfindung geeignet. Beispielsweise kann der Bromwasserstoff als Gas in
das Reaktionsgemisch eingeführt oder in den verschiedensten organischen Lösungsmitteln gelöst und mit dem Reaktionsgemisch
gemischt werden. Es ist auch möglich, eine wäßrige Bromwasserstofflösung, d.h. die handelsübliche
Bromwasserstoffsäure, zu verwenden. Materialien, die HBr
in situ, d.h. durch Umsetzung von PBr- oder SiBr^ mit
Wasser, bilden, können ebenfalls verwendet werden. Besonders bevorzugt beim Verfahren gemäß der Erfindung wird
die Verwendung von Bromwasserstoff in Form von gasförmigem HBr und wäßrigen HBr-Lösungen.
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Die gemäß der Erfindung zu veresternden Teilester von
.•Polyolen sind von 1) aliphatischen Diolen, deren Hydroxylgruppen
asymmetrisch zur Kohlenstoffkette substltuert sind, oder 2) aliphatischen Polyolen, die wenigstens
5 Hydroxylgruppen enthalten, abgeleitet. Vorzugsweise werden
Diole und Polyole verwendet, die mit Acylsubstituenten,
die von Monocarbonsäuren mit 8 bis 24 C-Atomen abgeleitet sind, verestert sind, obwohl die stellungs-spezifische
Veresterung von dieser Kettenlänge unabhängig ist.
Als Beispiele von Teilestern von aliphatischen Diolen sind von 1,2-Propylenglykol, 1,2-Butandiol und 1,3-Butandiol
abgeleitete Ester zu nennen. Geeignete Teilester von aliphatischen Polyolen mit wenigstens 3 Hydroxylgruppen
sind beispielsweise von Glycerin, 1,2,4-Butantriol,
Erythrit, Arabit, Xylit, 1,2,6-Hexantriol, Sorbit und
Mannit abgeleitete Ester. Die Estergruppen dieser Teilester von Polyolen sind beispielsweise von Caprylsäure, Caprinsäure,
Laurinsäure, Myristinsäure, Palraitinsäure, Stearinsäure,
Oleinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Araehidin-Eäure und Behensäure abgeleitet.
Bevorzugt als Teilester von Polyolen für die Zwecke der Erfindung werden Glyceridteilester einschließlich der 1-
und 2-Monoglyceride und 1,2- und l,J$-Diglyeeride. Die Monoglyceridestergruppen
können gesättigt oder ungesättigt sein. Geeignet als Diglyceride sind die zweifach ungesättigten
MDnocarbonsäurediglyceride, z.B. Distearin, zweifach
ungesättigte Dicarbonsäurediglyceride, z.B. l-Palxnitoyl-3-stearoylglycerin, zweifach ungesättigte
Monocarbonsaurediglyceride, z.B. Dlolein, zweifach ungesättigte
Dicarbonsäurediglyceride, z.B. l-Oleoyl-3-palmitoleoy!glycerin,
und einfach ungesättigte, einfach gesättigte Dicarbonsäurediglyceride, z.B. l-Palmitoyl-3-palraitoleoylglycerin.
Die Ausdrücke "Dicarbonsäure" und "Monocarbonsäure" werden hier zur Bezeichnung von Glyceriden
verwendet, die zwei verschiedene Acylsubstituenten
bzw. eine Art von Acylsubstituenten enthalten. Die Herstellung
von Teilestern von Polyolen, die für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet sind, wird ausführlich
von Mattson und Volpenheim in Journal of Lipid Research,
Juli 1962, Band 3, Nr. 3, Seite 281-296, beschrieben.
Bestimmte Teilester von Carbonsäuren mit 1,2-Propylenglykol
können ebenfalls für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden. Die meisten 1-Monofettsäureester
von 1,2-Propylenglykol, z.B. 1-Propylenglykolmonostearat,
können durch Umsetzung von 1,2-Propylenglykol mit
einer gewünschten Fettsäure, z.B. Stearinsäure, in Gegenwart eines Katalysators, z.B. p-Toluolsulfonsäure,
und in einem Lösungsmittel, z.B. Xylol, hergestellt werden. Die 1-Fettsäureester können beispielsweise durch fraktionierte
Kristallisation abgetrennt werden. 2-Monofettsäureester
von 1,2-Propylenglykol, z.B. 2-Propylenglykolmonobehenat,
können durch Acylierung von in geeigneter Welse blockierten 1,2-Propylenglykolderivaten, z.B.
1-Tetrahydropyranolpropylenglykol, mit einem Säurechlorid,
z.B. Behenoylchlorid, und Spaltung der blockierenden
Gruppe in Gegenwart von Borsäure hergestellt werden.
Die symmetrischen sauren Lipidanhydride, die für die
Veresterung der vorstehend genannten Teilester von Polyolen bevorzugt werden, haben die Strukturformel
X -
in der jeder Rest X ein aus den folgenden Resten ausgewählter Substituent ist:
1) Alkyl- und Alkenylreste mit 7 bis 25 C-Atomen und
der Formel R-,
409808/ 118 B
2) Reste von Alkyl- und Alkenylhalbestern von Dicarbonsäuren
der Formel
Ll
RCH2CR
~*t) Reste von Monoacyldiolhalbestern von Dicarbonsäuren
der Formel
OZZO
fi i ρ1 β 1
RCOHCR CHOCR -
fi i ρ1 β 1
RCOHCR CHOCR -
4)Reste von Diacylglyceridhalbestem von Dicarbonsäuren
der Formel
0 0 0
I ι1 * ι
RCOCH2(RCO)CHCH2OCR -
5) Reste von Monoacylderivaten von primären Monohydroxy
monocarbonsäuren der Formel
RCOR^-.
In den vorstehenden Formeln sind
In den vorstehenden Formeln sind
R ein Alkyl- oder Alkenylrest mit 7 bis 23 C-Atomen,
R ein Alkylenrest mit 2 bis 4 C-Atomen,
R ein Alkylenrest mit 0 bis 4 C-Atomen, Br ein Alkylenrest mit 2 bis 5 C-Atomen und
Z ein Wasserstoffatom oder ein Methylrest.
Eine andere Klasse von Säureanhydriden, die für das Ver-
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fahren gemäß der Erfindung geeignet sind, bilden die Säureanhydride der Formel
Hierin steht E für Alkyl- oder Alkenylsubstituenten mit
7 bis 23 C-Atomen und Y für Benzoyl-, p-Nitrobenzoyl- oder Alkylphosphorylsubstituenten der Formel (R O)OP-O1 in der
R ein C^-Cc-Alkylrest oder ein Phenylrest ist· Biese
asymmetrischen Säureanhydride werden ausführlich in der USA-Patentschrift 3 337 596 beschrieben.
Die sauren Lipidanhydride für das Verfahren gemäß der
Erfindung können in bekannter Weise durch Mischen des entsprechenden sauren Lipids mit im Überschuß verwendetem
Essigsäure- oder Propionsäureanhydrid, Kühlen des Reaktionsprodukts,
Kristallisation des sauren Lipidanhydrids
und Isolierung des gewünschten Produkts durch Filtration hergestellt werden· Die asymmetrischen Anhydride werden
auf die in der USA-Patentschrift 3 337 596 beschriebene Weise hergestellt.
Bei den wirksamsten Verfahren zur Herstellung von sauren
lipidanhydriden, die für die Zwecke der Erfindung geeignet
sind, wird die Metathese mit Essigsäurennhydrid entweder bei niedrigen Temperaturen von 0° bis 600C mit
Perchlorsäurekatalyse oder bei höheren Temperaturen von 60° bis 1490C ohne Perchlorsäurekatalyse, jedoch unter
Abdampfen der bei der Reaktion gebildeten Essigsäure angewandt. Hierzu wird auf die USA-Patentschriften 2 163
und 2 411 567 verwiesen.
Für die Herstellung der sauren Lipidanhydride nach den vorstehend genannten Verfahren können in Abhängigkeit von
dem speziellen sauren Lipid die verschiedensten sauren Lipide verwendet werden. Als saure Lipide für die Zwecke
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der Erfindung eignen sich beispielsweise aliphatische
Monocarbonsäuren, Alkylhalbester von Dicarbonsäuren, Monoacyldiolhalbester von Dicarbonsäuren, Diacylglyceridhalbester
von Dicarbonsäuren und Monoacylderivate von primären Monohydroxymonocarbonsäuren.
Die Monocarbonsäuren enthalten 8 bis 24- C-Atome. Geeignet
sind beispielsweise Stearinsäure und Oleinsäure· Sie können aus Glyceriden durch Verseifung, Ansäuern und
Isolierung oder durch Hydrolyse.leicht hergestellt werden.
Die Wahl des Glyceridmaterials hängt von der gewünschten Säure ab. Beispielsweise kann eine technische Stearinsäure
aus hydriertem So^jabohnenöl und eine* technische
Oleinsäure aus Olivenöl hergestellt werden.
Die Alkylhalbester von Dicarbonsäuren sind Kondensationsprodukte von Dicarbonsäuren mit 4 bis 6 O-Atomen mit
geradkettigen Pettalkohole» mit 8 bis 22 C-Atomen. Als
Dicarbonsäuren sind beispielsweise Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure geeignet. Als Beispiele geeigneter
Alkohole sind Cetylalkohol und Octadecylalkohol zu nennen. Die Dicarbonsäuren werden vorteilhaft mit den
Fettalkoholen in einem gemeinsamen Lösungsmittel, z.B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Bioxan, Xylol oder
Toluol, mit oder ohne Katalysator, z.B. Schwefelsäure, p-Toluolsulfonsäure, Chlorwasserstoff, Zinkchlorid und
anderen Katalysatoren dieser Art, kondensiert. Die Herstellung erfolgt am besten bei Reaktionstemperaturen im
Bereich von 79 bis etwa 1770C unter Entfernung des Wassers
unter vermindertem Druck. Die gewünschten Kondensationsprodukte werden durch geeignete Destillation und/oder
Wäsche und/oder Kristallisation isoliert, wenn diese Behandlungen zur Entfernung von Lösungsmitteln, überschüssigen
Reaktionsteilnehmern und Verunreinigungen erforderlich
sind·
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Die Monoaeyldiol-Halbester von Dicarbonsäuren sind Produkte
der Reaktion von Monoacyldiolen und Dicarbonsäureanhydriden.
Die zur Herstellung dieser Lipide verwendeten Diole enthalten 2 bis 6 C-Atome und können primäre oder sekundäre
Hydroxylgruppen enthalten. Als Diole eignen sich beispielsweise Äthylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propandiol,
1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol und 1,5-Pentandiol. Ein
Oberschuß eines dieser Diole wird mit einer geradkettigen Monocarbonsäure mit 8 bis 24 C-Atomen, z.B. Stearinsäure
oder Oleinsäure, in Gegenwart eines Veresterungskatalysators, z.B. Schwefelsäure, vorzugsweise unter Erhitzen am
RUckflußkUhler mit Xylol kondensiert. Diese Kondensationsreaktion ergibt ein Monoacyldiol, das seinerseits bei einer
Temperatur von 79 bis 177 C mit dem Anhydrid einer Dicarbonsäure
mit 4 bis 6 C-Atomen, z.B. Bernsteinsäure, Glutarsäure
und Adipinsäure, zum gewünschten Lipid umgesetzt wird.
Die Diacylglyeeridhalbester von Dicarbonsäuren sind die
Produkte der Reaktion von Diacylglyceriden und Dicarbonsäureanhydriden.
Die zur Herstellung dieser Lipide verwendeten Diacylglyceride enthalten von geradkettigen
Monocarbonsäuren mit δ bis 22 C-Atomen wie Stearinsäure und Oleinsäure abgeleitete Acylreste und können nach dem
in der oben genannten Veröffentlichung von Mattson und
Volpenhein beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Diese Diacylglyceride werden bei einer Temperatur von
79 bis 177°C mit dem Anhydrid einer Dicarbonsäure mit 4 bis 6 C-Atomen, z.B. Bernsteinsäure, Glutarsäure und
Adipinsäure, zu den gewünschten Lipiden umgesetzt.
Die Monoacylderivate der primären Monohydroxymonocarbonsäuren
sind Produkte der Reaktion von Monocarbonsäurechloriden, die 8 bis 24 C-Atome enthalten, z.B. Stearin-
und Oleinsäurechloriden, mit primären Monohydroxymonocarbonsäuren mit 3 ois 6 C-Atomen. Als Monohydroxymonocarbonsäuren
eignen sich beispielsweise Hydracylsäure, 4-Hydroxybuttersäure, 5-Hydroxypentansäure und 6-Hydroxyhexansäure.
Die gewünschten Lipide können aus diesen Säure-
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Chloriden und Monohydroxymonocarbonsäuren auf die in der USA-Patentschrift 2 251 695 beschriebene Weise hergestellt
werden.
Die für die Zwecke der Erfindung geeigneten asymmetrischen
Anhydride werden durch Umsetzung des Trläthylammoniumsalzes
einer Säure mit dem Säurehalogenid der anderen Säure auf die in der USA-Patentschrift 3 337 596 ausführlich
beschriebene Weise hergestellt.
Wie bereits erwähnt, werden die vorstehend beschriebenen Teilester von Polyolen mit den vorstehend genannten sauren
Lipidanhydriden in einem Molverhältnis von 1:1 in Gegenwart einer Bromwasserstoff liefernden Verbindung
umgesetzt· Bei einer bevorzugten Arbeitsweise wird das
saure I&pidanhydrid im Überschuß über die für die Reaktion
erforderliche stöchiometrische Menge verwendet· Bevorzugt wird ein Oberschuß von 10 bis 100 Mol--%. Die
maximale Menge des überschüssigen Lipidanhydrids ist nicht entscheidend wichtig· Ee ist möglich, 10- bis 20-fache
molare Überschüsse zu verwenden, besonders wenn das Anhydrid als Lösungsmittel für die Reaktion verwendet
wird. Hierauf wird nachstehend eingegangen. Das Molverhältnis von Bromwasserstoff zum sauren. Lipidanhydrid sollte
wenigstens etwa 0,01:1 betragen. Bevorzugt wird ein Verhältnis im Bereich von 0,1:1 bis 1:1, jedoch kann auch
mit höheren Verhältnissen gearbeitet werden.
Die stellungsspezifische Veresterungsreaktion gemäß der Erfindung findet über einen weiten Bereich von femperaturen
und in Gegenwart der verschiedensten Lösungsmittel ohne Umlagerung der Estergruppen statt· Die Reaktionstemperaturen können zwischen -$4° und 1?7°C liegen, wobei
ein Bereich von -18° bis 1000C bevorzugt wird. Die Reaktion
kann in den meisten Fällen bei Raumtemperatur (etwa 21 °0) durchgeführt werden. Normalerweise findet die
Reaktion bei Raumtemperatur in einer Zeit von weniger als 1 Minute bis 5 Stunden statt. Die Reaktion gemäß der Er-
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findung verläuft somit sehr schnell im Vergleich zu der Veresterung mit Säurechloriden, die bei Raumtemperatur
normalerweise 10 bis 24 Stunden bis zur praktischen Vollendung der Reaktion erfordert.
Ib allgemeinen können als Lösungsmittel, falls sie verwendet
werden, beliebige organische flüssige Medien verwendet werden, die eine so gleichmäßige Phase bilden,
daß die Re akt ions teilnehmer in Berührung gebracht werden. Wenn es eine Flüssigkeit ist, wird vorzugsweise ein
molarer Überschuß des sauren Lipidanhydrids als Lösungsmittel verwendet. Dieser Überschuß wird auf der Grundlage
nur eines sauren Lipidrestes jedes reagierenden Anhydridmoleküls berechnet. Als Lösungsmittel eignen
sich ferner chlorierte Kohlenwasserstoffe, z.B. Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff, aromatische Kohlenwasserstoffe,
z.B. Benzol, und aliphatisch« Ester, z.B. Äthylacetat· Aromatische heterocyclische Basen, z.B. Pyridin,
tertiäre Amide, z.B. Dimethylformamid und Dimethylacetamid, heterocyclische Oxyde, z.B. Tetrahydrofuran,
und Fettsäuren sind ebenfalls als Lösungsmittel geeignet.
Wenn Monoglyceride als Teilester von Polyolen verwendet
werden, scheint das verwendete spezielle Lösungsmittel eine gewisse Wirkung darauf zu haben, ob im wesentlichen
keine Umlagerung von Estergruppen stattfindet. In diesem Fall werden zweckmäßig Benzol und Pyridin als Lösungsmittel
verwendet.
Bei einer speziellen Anwendung des vorstehend beschriebenen allgemeinen Verfahrens, d.h. bei einem Verfahren
zur Herstellung von Hartbutter für die Süßwarenherstellung wurde festgestellt, daß gewisse 1,3-Diglyceride
mit Oleinsäureanhydrid nach dem vorstehend beschriebenen allgemeinen Verfahren verestert werden können und hierbei
Hartbuttermassen bilden. Das Verfahren wird durch die folgende Gleichung veranschaulicht:
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CH2OC(O)C15H51
+ CHOH mr
J17H55C-O ·
Oleinsäure- i-Palmitoyl-3-stearoylenhydrid
glycerin
CH2OC(O)C15H51
CHOC(O)C17H55 + C17H55CO2H
CH2OC(O)C17H55
i-Palmitoyl-2-
oleoyl-3-stearoyl-
glycerin
Die ßtöchiometrie der Reaktion zeigt zwar, daß bei einem
Molverhältnis von Säureanhydrid zu Polyol von 1:1 zwei liol
Säure vorhanden sind, jedoch ist das zweite Mol der Säure nicht an der Veresterung beteiligt, da es nicht in der
JLnhydridform vorliegt. Natürlich kann mit Anhydrid:Polyol-Molverhältnissen
von weniger als 1:1 gearbeitet werden, eher hierbei verden proportionale Mengen an nicht verestertem
Polyol im Produkt erhalten«
Die bei diesem Verfahren verwendeten 1,3-Diglyeeride
können durch Superglycerinierung von Schmalz oder von im wesentlichen vollständig hydriertem Palmöl in Gegenwart
von Iriacatin nach dem Verfahren von Baur und Lange hergestellt werden (Journal of the American Chemical
Society, 1951, Vol. 73$ Seite 392S). Es ist auch möglich,
das in der USA-Patentschrift 2 442 534 beschriebene Glycecerolyse von hydriertem Palmöl mit einem Alkoxydkatalysator
anzuwenden.
Im folgenden Beispiel wird die Herstellung einer synthetischen Butter für die SUßwarenherstellung ausführlich beschrieben.
Alle Prozentsätze in den folgenden Beispielen beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.
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Beispiel 1
Herstellung einer Hartbutter für die Süßwarenherstellung
Auf die in der USA-Patentschrift 2 442 534 "beschriebene
Weise werden 1,6 g Natriummethoxyd mit 16 g Glycerin 30 Minuten bei Raumtemperatur unter Vakuum (zur Entfernung
des Methanols) umgesetzt· 304 g Palmöl, das bis zu einer Jodzahl von 8 hydriert worden ist und eine Säurezahl
von 0 hat, werden kontinuierlich mit dem vorstehend genannten Gemisch aus Glycerin und ITatriummethoxyd 10 Minuten
bei etwa 121°C umgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird das überschüssige Natriummethoxyd mit Η,ΒΧ neutralisiert·
Überschüssiges Glycerin wird durch Strippen im Vakuum entfernt, worauf das Gemisch filtriert wird. Bas Reaktionsgemisch
wird unter Verwendung von nassem Methanol und η-Hexan, die im Gegenstrom geführt werden, extrahiert.
Der Hexanstrom wird isoliert und zur Kristallisation der gewünschten 1,3-Diglyceride schnell auf etwa 16°C gekühlt.
Falls gewünscht, können die erstarrten 1,3-Diglyceride
wie folgt weiter gereinigt werden: Die feste Masse aus
dem Hexanextrakt wird mit 30 ml wässriger Essigsäurelösung, die 50 Vol.-% Wasser enthält, auf geschlämmt. Die Aufschlämmung
wird in 4 1 Äthanol-Hexao-Lösung (50 Vol.-%
Äthanol) gelöst und die erhaltene Lösung auf 100C gekühlt.
Diese Temperatur wird 4 Stunden aufrechterhalten. Während dieser Zeit bilden sich Kristalle. Nach Ablauf der Zeit
von 4 Stunden werden die Kristalle durch Vakuumfiltration abgetrennt und aus 3 1 Äthanol-Hexan-Lösung (50 Vol.-%
Äthanol) umkristallisiert. Die abfiltrierten Kristalle werden in 1 1 Äthyläther gelöst und dreimal mit Wasser
gewaschen. Der Äther wird abgedampft und der Rückstand aus 2,5 1 Äthanol-Hexan-Lösung (50 VoI·-% Äthanol) bei
100C kristallisiert. Die Kristalle werden abfiltriert und
an der Luft getrocknet, wobei das praktisch reine Produkt erhalten wird.
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Die Analyse dieses Produkts ergibt, daß es im wesentlichen Tollständig aus 1,3-Diglycerid "besteht, das Palmitoyl-
w& Stearoylgruppen enthält· Das Produkt hat eine Hydroxy 1-zahl
von 90 bis 92 im Vergleich zu einem berechneten
Wert von 94 f 2 für 1OO/£Lges Diglycerid und enthält weniger
als 0,5$ Monoglyceride. Ss hat einen scharfen Schmelzpunkt
Ton ?056 bis ?151°G, Die Analyse auf spezielle Säuregruppen
ergibt die Anwesenheit von etwa 35 Gew.-% Palmitinsäure,
etwa 6$ Sew.-% Stearinsäure und geringen Mengen
Myristinsäure, wobei jede Säuregruppe als die entsprechende
Säure ausgedrückt ist·
Oleinsäureanhydrid wird hergestellt, indem 10Og Oleinsäure
in 300 g Sssigsäureanhydrid 3 Stunden am Bückflußkühler erhitzt werden» Der größte Seil des vorhandenen
destillierbaren Materials, hauptsächlich Essigsäure, wird dann bei Normaldruck entfernt. Der Bückstand wird dann
30 Minuten unter einem Druck von 1 bis 2 mm Es auf 1790C
erhitzt, um die restlichen flüchtigen Verunreinigungen abzudestillieren.
Eine Menge von 61 g des in der vorstehend beschriebenen
Weise hergestellten 1 j3-2>iglyceridgemisches, das etwa
45% i-Palmitoyl-3-stearoylglycerin, 42?6 1,3-Distearoylglycerin,
etwa 11% 1,3-Dipalmitoylglycerin, Hest genischte
1,3-Mglyceride, enthält, wurde mit 250 g eines 1:1-Gemisches
von Oleinsäure und dem in der eben beschriebenen Weise hergestellten Oleinsäureanhydrid gemischt. 1 ml wäßrige
65$ige Bromwasserstoffsäure wurde dem Gemisch zugesetzt-·.
Die Reaktionsteiiiiehmer wurden 1,5 Std. bei Raumteirperatür
gerührt. Sin gleieiies Wasservolumen wurde zum Reaktionsgemisch gegeben, das dann 30 Minuten auf 82°C erhitzt wurde,
um überschüssiges Oleinsäureanhydrid zu hydrolysieren. Das Wasser wurde entfernt und verworfen und der Rückstand
fünfmal mit einer gleichen Vclumenmenge Methanol extrahiert, um Spuren von freier Säure zu entfernen.
40S808/1185
Die Analyse durch Dünnschichtchromatographie ergab, daß das Produkt etwa 90$ Triglycerid, weniger als 2# nicht umgesetztes
Diglycerid und etwa 1% freie Fettsäure enthielt. Die Analyse durch ArgentationsChromatographie ergab, daß
es.55 bis 60 Gew.-% in 2-Stellung veresterte Oleinsäure
enthielt, ein Zeichen, daß die Umlagerung von Estergruppen bei diesem Verfahren in ganz erheblich verringertem Ausmaß \
stattfindet.
Weitere Gleichartigkeiten zwischen dem in der beschrie» benen Weise hergestellten 2-Oleoyltriglycerid und der
im Handel erhältlichen Kakaobutter ergibt der folgende Vergleich der Übereinstimmungen: Proben des synthetischen
!Eriglycerids und von im Handel erhältlicher Kakaobutter werden geschmolzen, 5 Minuten in Eis gekühlt,, 1 (Tag bei
210O, 1 Woche bei 270C und über Nacht bei 1O0C gehalten.
Der Peststoff gehalt bei diesen verschiedenen Temperaturen
wird am Ende der Zeit durch die dilatometrische Methode
bestimmt, die von Pulton, Lutton und Willie, Journal of
the American Oil Chemists Society, März 1954» Jahrgang
XXXI9 Heft 3, Seite 98-103, beschrieben wird. Sin Vergleich
der "Schmelzkurven" für das synthetische Triglycerid und für die im Handel erhältliche Kakaobutter zeigt,
daß diese Produkte beide ähnliche Konsistenzen über den Temperaturbereich von etwa 21 bis 35°C haben, d.h. über
den Temperaturbereich, über dem Kakaobutter ihre einmaligen Schmelzeigenschaften hat.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das in der beschriebenen
Weise hergestellte synthetische Triglycerid im wesentlichen die gleichen Gewichtsanteile und die
gleiche Verteilung der Fettsäuren und im wesentlichen gleiche Konsistenzeigenschaften wie eine im Handel erhältliche
Kakaobutter hat.
409808/1185
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird die wäßrige Bromwasserstoffsäure durch eine äquivalente Menge
30£ige äthanolische HBr-Lösung ersetzt. Bei einem weiteren
Versuch wird gasförmiges HBr in einer Menge von etwa 0,01 Mol/Stunde während der Reaktion zwischen dem.
Oleinsäure anhydrit und dem 1,5-Diglyceridgemisch durch.
das Reaktionsgemisch, geleitet. In jedem Fall werden die gleichen Ergebnisse erhalten, d.h. eine synthetische
Butter für die Süßwarenher- stellung, die der Kakaobutter gleicht, wir4 mit geringer Esterumlagerung gebildet·
Bas vorstehend beschriebene Verfahren wird in trockenem
Chloroform als Lösungsmittel durchgeführt, wobei die
gleichen Ergebnisse erhalten werden*
Bei der Durchführimg des Verfahrens bei ~18°C bzw. bei
1000C (Druckgefäß) werden ebenfalls die gleichen Ergebnisse
erhalten,,
Bti dem vorstehend Tbessliriebanen Versuch wird das Oleinsäureanhydrid
durch ein© äquivalente Menge Glein-benzoeß&ureanhydrid,
Olein^p-nitrobenzoesäureanhydrid bzw.
Olein-äthylphosphorjlanii^cria ersetzt. In jedem Pail
werden synthetische 2-Cleoyltriglycerids, die als
Kskaobutterersat2 verwendet werden können, erhalten.
Der vorstehend beschrieben© Versuch wird bei MolverhältnißSen
von Bromwasserstoff zu saurem Lipidanhydrid von
0,Ö1s1 ντ\ά 0,5*1 durchgefülirt, wobei äquivalente Ergebnisse
erhalten werden.
Ber gleiche Versuch wird unter Verwendung der gesättigten
it3-Biglyceride durchgefüiirt. die durch Superglycerinierung
von Schmelz erhalten worden sind, wobei eine gleichwertige
synthetische Hartbutt ex* für die Süßwarenherstel3.ung erhalten
wird«
409808/1 18B
Beispiel 2
Veresterung von 1,3-Dipalmitin mit Qleinsäureanhydrid
20 β 1,3-Dipalmitin, hergestellt gemäß Beispiel 2 der
USA-Patentschrift 2 626 952, und 30 ml Oleinsäurennhydrid,
hergestellt auf die vorstehend in Beispiel 1 beschriebene Weise, werden in 50 ml von mit Wasser gewaschenem destilliertem
und getrocknetem Chloroform in Gegenwart von
0,05 Mol Bromwasserstoff (als äthanolisches HBr) gemischt,
pie Reaktionsteilnehmer werden j5 Stunden bei Raumtemperatur
gerührt.
Das Reaktionsgemisch wird in 500 ml Äthyläther zusammen
nit 100 ml Wasser gelöst. Die Ätherphase wird dreimal mit
Wasser gewaschen, getrocknet und in inerter Atmosphäre eingedampft. Der Bückstand wird zweimal aus Aceton bei
-7°C kristallisiert. Me Kristalle werden getrocknet, wobei im wesentlichen reines Triglycerid als Produkt erhalten
wird.
Das Produkt hat eine Säurezahl von etwa 0,8 und eine
Hydroxylzahl von 2,0, ein Zeichen, daß im wesentlichen das gesamte Produkt aus Triglycerid besteht. Die Fettsäuren
in 2-Stellung werden nach der Methode von Mattson und
Yolpenhein (Journal of Lipid Hesearchs Januar 1961, Band 2,
Nr. 2, Seite 58-64) unter Verwendung des Pancreasenzyms
isoliert. Hierbei wird festgestellt, daß das Triglycerid etwa 8o bis 85 Gew.-76 in 2-Stellung veresterte Oleinsäure
an der 2-Stellung, d.h. i-Palmitoyl^-oleoyl^-palmitoylglycerin,
enthält. Dies beweist, daß nur eine sehr geringe Umlagerung der Estergruppen während der vorstehend beschriebenen
Veresterungsreaktion stattfindet.
Bei dem vorstehend beschriebenen Versuch wird das 1,3-Dipalmitin durch eine äquivalente Menge 1,3-Distearoylglycerin,
i-Palmitoyl-3-stearoylglycerin, 1-Palmitoyl-3-lauroylglycerin
bzw. 1 -Behenoyl-3-stearoylglycerin ersetzt.
Hierbei werden die entsprechenden 2-01eoyltriglyceride ohne wesentliche Estergruppenwanderung gebildet.
409808/1185
Bei dem vorstellend beschriebenen Versuch wird das Chloroform
durch eine äquivalente Menge Tetrachlorkohlenstoff,
Benzol bzw, Hexan ersetzt. Hierbei werden äquivalente Ergebnisse erhalten.
Der vorstehend beschriebene Versuch wird unter Verwendung
einer äquivalenten Menge 1,2—Dipalmitin als Teilglycerid
wiederholt. Als Produkt wird 1-Oleoyldipalmitin erhalten,
ein Beweis, daß im wesentlichen keine Umlagerung von Estergruppen bei Verwendung von Bromwasserstoff als Katalysator
stattfindet.
Beispiel 5
Veresterung von 1,5-Dipalmitin mit Rapsölfettsäureanhydrid
Rapsölfettsäureanhydrid wird wie folgt hergestellt: Das Rapsöl wird zu den entsprechenden Rapsölfettsäuren
hydrolysiert· Diese Fettsäuren werden nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Anhydridbildungsverfahren in die
entsprechenden langkettigen Fettsäureanhydride überführt. Diese Anhydride bestehen zum größten Teil aus gemischten
Anhydriden, d.h. jedes Anhydridmolekül enthält zwei verschiedene
Fettsäuregruppen. Biese Anhydride reagieren in der gleichen Weise, als wenn jedes Molekül zwei gleiche
Pettsäuregruppen enthalten würde.
2 g Rapsölfettsäureanhydrid, 1,5 g 1,3-Dipalmitin, hergestellt
auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise, 10 ml gereinigtes Chloroform und 0,025 ml IS^ige wäßrige Bromwasserstoffsäure
werden 1 Std. unter kräftigem Mischen bei ttaumtemperatur
(etwa 21WC) umgesetzt. Das Reaktionsprodukt
wird mit 100 ml Äthyläther verdünnt und mit Wasser gewaschen.
Das Lösungsmittel wird in inerter Atmosphäre abgedampft. Der Rückstand wird dreimal aus 75 %&■ Aceton
bei -7°C kristallisiert, wobei das gereinigte Produkt erhalten wird.
Die Dünnschichtchromatographie ergibt, daß im wesentlichen das gesamte Produkt aus Triglycerid besteht. Die Analyse
4 09808/1185
des Triglycerids durch Argentationscliromatographie und
ein Vergleich, der Zusammensetzung des Triglycerids in Bezug auf die in 2-Stellung veresterten Fettsäuren mit
den ursprünglichen Hapsölfettsäuren ergibt, daß die Palmitin-, Stearin-, Olein-, Palmitolein-, Linol-,
Idnolen- und Erucasäurefraktionen des Rapsöls alle das
1t5-Dipalmitin in erster Linie an der 2-Stellung verestern.
O»5 g 2-Monostearin, hergestellt nach dem von Martin in
Journal of the American Chemical Society, 1953» Jahrgang 75» Seite 5^82 beschriebenen Verfahren, 1,84 g Oleinßäureanhydrid,
hergestellt auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise, 10 ml Benzol und 0,01 ml 48^ige wäßrige Brbmwasserstoffsäure
werden gemischt und unter ständigem Mischen 3 Std. der Reaktion bei 21°C überlassen. Das Reaktionsgemisch
wird mit Äthyläther verdünnt und mit Wasser gewaschen. Das !lösungsmittel wird abgedampft. Der Eückstand wird
sweimal aus 20 ml Aceton bei -7°C kristallisiert. Der
größere Teil des Produkts besteht aus 2-Stearoyldiolein.
Während der Veresterungsreaktionen findet somit im wesentlichen keine Umlagerung vorhandener Estergruppen statt.
Iquivalente Ergebnisse werden erhalten, wenn bei dem vorstehend
beschriebenen Versuch das Benzol durch eine äquivalente Menge Pyridin als Lösungsmittel ersetzt wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Versuch wird die wäßrige Bromwassdrstoffsäure durch eine äquivalente Menge eines
Gemisches von PBr^ und HpO (Molverhältnis 1:3) u^d durch eine
30#ige Lösung von HBr in Methanol ersetzt, wobei äquivalente Ergebnisse erhalten werden.
Veresterung von 1-Monostearin mit Stearoylpropylenglykol-
succinatanhydrid
·
g (0*1 Mol) Stearoylpropylenglykolhydrogensuecinat
werden mit 30 g (0,3 Mol) Essigsäureanhydrid gemischt. Das Gemisch wird 1 Stunde am Rückflußkühler erhitzt. Es
409808/1185
-22- 234Ü235
wird dann 2 Stunden unter einem Druck von 2 bis 5 mm Hg
auf 121 bis 129°C erhitzt. Der Rückstand wird gekühlt, wobei in einer Ausbeute von etwa S6fa das Stearoylpropylenglykolsuccinatanhydrid
(ein Anhydrid mit der oben beschriebenen Strukturformel, in der X ein Rest eines Monoacyldiolhalbesters
einer Dicarbonsäure ist) gewonnen wird.
3»6 g 1-Monostearin (0,01 Mol), hergestellt nach dem von
Mattson und Volpenhein beschriebenen Verfahren (Journal
Of Lipid Research, Juli 1962, Jahrgang 3, Heft 3» Seite
283 und 284) werden unter leichter Erwärmung in 144 ml
Benzol gelöst. 19 g (0,022 Mol) des in der oben beschriebenen Weise hergestellten Stearoylpropylenglykolsuccinatanhydrids
werden unter Rühren zugesetzt« Die Probe wird mit 0,1 ml ~48,£igem wäßrigem Bromwasserstoff als Katalysator
"behandelt, wobei eine weitere Stunde bei 32°C gerührt wird.
Bas Reaktionsgemisch, wird mit 100 ml Wasser verdünnt,
Bae Gemisch wii'd in einem Scheidetrichter geschüttelt.
Die gewaschene Benzol lösung wird getrocknet und das Produkt durch Säulenchromatographie an JOO g Kieselgel
(+5% Wasser) isoliert. Durch Elution mit 1 1 Benzol und
»it 1 1 Benzol, das 2% Äthyläther· und 1% Essigsäure enthält,
werden etwa 11 g !Produkt erhalten. Durch fraktionierte
Kristallisation, des Produkts aus 15 Raumteilen Aceton bei 210C, 10°C imd -180O wird ein Produkt erhalten,
das zu 80% aus 1-Stearoyl-2,3-di(stearoylpropylenglykolfittcoinyl)glycerin
der folgenden Strukturformel besteht:
H C | -O- | O I |
C R , |
O
It |
O |
j | O B C - |
B
- C — |
O | ||
HG
I |
— O — |
f
C - |
2 4 |
O
E - C — |
|
I
K2C |
- O - | CH - | |||
5 |
, .3 - ° - " - C17H35
Th .0-1- c rf
409808/ 1 18S
Im wesentlichen keine Umlagerung von vorhandenen Estergruppen findet während der vorstehend beschriebenen
Veresterungsreaktion statt.
Octadecylglutaratanhydrid (ein Anhydrid mit der vorstehend
genannten Strukturformel, in der X ein Rest eines Alkylhalbesters
einer Dicarbonsäure ist) wird in der gleichen Weise wie das Anhydrid in Beispiel 5 hergestellt, wobei
jedoch ein molares Äquivalent Octadecylhydrogenglutarat an
Stelle von Stearoylpropylenglykolhydrogensuccinat verwendet wird.
6,2 g Distearin, hergestellt auf die in Beispiel I der
USA-Patentschrift 2 626 952 beschriebene Weise, werden
in 120 ml Benzol unter Sühren und leichtem Erwärmen gelöst. Zur Lösung werden 7,9 g des oben genannten Octadecylglutaratanhydrids
gegeben. Nach vollständiger Auflösung der Reagentien wird 0,001 Mol gasförmiger Bromwasserstoff
unter die Oberfläche des Eeaktions£,8misches
eingeführt. Das Gemisch wird dann 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt.
Das Reaktionsgemisch wird mit 100 ml Wasser verdünnt. Die wässrige Schicht wird abgetrennt und verworfen. Die
Benzolschicht wird zweimal mit Wasser gewaschen, mit 5 g Natriumsulfat getrocknet, filtriert und zur Trockene
eingedampft. Der Rückstand wird aus 200 ml Aceton bei 91 C kristallisiert. Die Kristalle werden aus I50 ml
Aceton bei 1000C umkristallisiert, wobei 1,3-Distearoyl-2-octadecylglutarylglycerin
erhalten wird. Während der vorstehend beschriebenen Veresterungsreaktion findet im
wesentlichen keine Umlagerung vorhandener Estergruppen statt.
;09808/ 1186
Veresterung von 1,3-Distearin mit 1,3-Distearin-2-
succinatanhydrid
1,3-Distearin-2-succinatanhydrid (ein Anhydrid der oben
genannten Strukturformel, in der X ein Rest eines Diacylglyceridhalbesters
einer Bicarbonsäure ist) wird in der gleichen Weise wie das Anhydrid in Beispiel 5 hergestellt,
wobei jedoch ein molares Äquivalent 1,3-Distearin-2-hydrogensuccinat
an Stelle von Stearoylpropylenglykolhydrogensuccinat verwendet wird·
In 250 ml Benzol werden 6,2 g 1,3-Distearin unter Eiihren
■und leichtem Erwärmen gelöst. Zu der Lösung werden 15 g
des oben genannten 1,3-Distearin-2-succinatanhydride
gegeben und unter Rühren gelöst. Nach vollständiger Auflösung der Reagentien werden 0,2 ml konstant siedende
(1 Atm.) wäßrige Bromwasserstoffsäure zugesetzt, worauf das Reaktionsgemisch 1 Stunde bei 380C gerührt wird.
Zur Reinigung des Produkts werden 100 ml Wasser zugesetzt. Die wässrige Phase wird abgetrennt und verworfen. Das
Produkt wird durch dreimalige Behandlung mit ^e 30 g
Ionenaustauscherharz in der Basenform weiter gereinigt. Die Benzollösung wird eingedampft und der Rückstand aus
200 ml Aceton bei 32°C kristallisiert, wobei Di(1,3-dißtearin)succinat
erhalten wird. Im wesentlichen keine Umlagerung vorhandener Estergruppen findet während der
vorstehend "beschriebenen Veresterungsreaktion statt·
Der vorstehend beschriebene Versuch wird bei -18°C, -1°C
bzw. 93°C durchgeführt. In jedem Fall werden äquivalente
Ergebnisse erhalten.
Veresterung von Propylenglykolmonooleat mit Stearoyl-4-hydroxybuttersäure anhydrid
1 Mol 1,2-Propylenglykol wird mit 0,5 Mol Oleinsäure in
1 1 Xylol in Gegenwart von 0,01 Mol p-Toluolsulfonsäure
als Katalysator umgesetzt. Die Probe wird unter einer
409808/1 185
Feuchtigkeitsfalle 2 Stunden am Eückflußkühler erhitzt,
in Eiswasser gegossen und mit Wasser gewaschen· Das Lösungsmittel wird abgedampft, wobei Propylenglykolmonooleat
einer Reinheit von 70?o erhalten wird. Das unreine
Produkt wird mit einer Eieselgelsäule gereinigt, wobei etwa 0,35 Mol im wesentlichen reines Propylenglykolmonooleat
erhalten werden. Dieses Propylenglykolmonooleat liegt als Gemisch von isomeren Estern vor, wobei 8O5&
der Oleoylgruppen an der primären Hydroxylstellung und 20% an der sekundären Stellung von 1,2-Propylenglykol
vorhanden sind. ·
ßtearoyl-4-hydroxybuttersäureanhydrid (ein Anhydrid der
oben genannten Strukturformel, in der X ein Rest eines Monoacylderivats einer primären Monohydroxymonocarbonßäure
ist) wird in der gleichen Weise wie das Anhydrid in Beispiel 5 hergestellt, jedoch unter Verwendung eines
nolaren Äquivalents von Stearoyl-4-hydroxybuttersäure
an Stelle von Stearoylpropylenglykolhydrogensuccinat.
In 100 ml Benzol werden 3 »4· g des oben genannten Propylenglykolmonooleats
gelöst. Nach Zugabe von 10 g des oben genannten Stearoyl-4~hydroxybuttersäure anhydride wird
die Lösung unter leichtem Erwärmen bis zur vollständigen Auflösung gerührt. Nach vollständiger Auflösung der Reagentien
wird 0,1 ml 47#ige Bromwasserstoffsäure zugesetzt,
worauf eine weitere Stunde bei 210C gerührt wird.
Zur Reinigung des gewünschten Produkts wird das Reaktionsgemisch mit 100 ml Wasser verdünnt. Die wässrige Phase
wird abgetrennt und verworfen. Die Benzolschicht wird zur Srockene eingedampft und der Rückstand in 100 ml Hexan
gelöst. Die Hexanlösung wird bei 10°C kristallisiert, wobei in erster Linie Stearoyl-4-hydroxybuttersäure erhalten
wird. Das Filtrat aus der bei 10°C durchgeführten Kristallisation
wird zur Trockene eingedampft. Der Rückstand wird in 200 ml Aceton gelöst. Die Acetonlösung ergibt
409808/ 1185
durch Kristallisation bei 4°C 01eoyl(stearoyl-4—hydroxybiatyryl)propylenglykol.
Das Produkt besteht aus einem Gemisch von isomeren Estern mit etwa 60 Gew.—% der Oleoylgruppen
an der primären Hydroxylstellung und 40% an der
ßekundären Hydroxylstellung ^on 1,2-Propylenglykol. Dieses
Gemisch von Isomeren entsteht teilweise dadurch, daß das verwendete Propylenglykolmonooleat aus einem Gemisch
von primären und sekundären Estern im Verhältnis von 80:20 besteht« Es .findet somit nur eine sehr geringe Umlagerung
vorhandener Estergruppen während der vorstehend beschriebenen Veresterungsreaktion statt.
Veresterung von 1-Propylenglykolmonobehenat mit Olein-
i säureanhydrid ; -
1-Propylenglykolmonobehenat wird wie folgt hergestellt: ithyllactat (450 g, 3»8 Mol) wird mit 1,2 ml konzentrierter
Salzsäure gemischt. Das Gemisch wird in einem Eisbad gekühlt. Unter Rühren werden 420 g (4,9 Mol) Dihydropyran
zugesetzt, worauf die Probe der Erwärmung auf Bäumt emp era tür überlassen wird· Nach 3 Stunden werden
iO g Kaliumcarbonat zugesetzt, worauf die Probe gerührt wird· Das Produkt wird unter vermindertem Druck destilliert,
wobei 366 g Tetrahydropyranyläthyllactat, das bei 65 bis 70°C/1 bis 2 mm Hg siedet, aufgefangen werden.
Das Tetrahydropyranyläthyllactat (82 g, 0,46 Mol) wird
in 300 ml Tetrahydrofuran gelöst. Die Lösung wird in einem Bad aus Aceton, Äthanol und Trockeneis gekühlt. Die
Tetrahydropyranyl äthyll ac tat lösung wird langsam zu einer 10$igen Lithiumaluminiunhydridlösung gegeben. Das Gemisch
wird anschließend auf Raumtemperatur erwärmt. Die Reaktionsteilnehmer werden mit 150 ml Äthanol und dann mit
2 1 Wasser verdünnt. Die Probe wird dann dreimal mit je
400 eI Benzol extrahiert. Die Benzolextrakte werden mit Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Bas Filtrat wird
destilliert, wobei die bei 78 bis 81°C/3 mm Hg siedende Fraktion aufgefangen wird. Die Ausbeute beträgt 28 g
409808/1 186
2-Tetrabydropyranylpropylenglykol
2-Tetrahydropyranylpropylenglykol (16,0 g, 0,1 Mol) wird
»it 39 S Kethylbehenat der Interveresterung unter Verwendung
von 4 ml 40%igem Triaethylbenzylammoniummethoxyd
als Katalysator unterworfen. Die Reaktionsteilnehmer werden in einem auf 60 bis 80°G erhitzten 250 ml-Kolben
unter einem Druck von 200 mm Hg 6 Stunden gerührt. Sie werden in 600 ml Hexan gegossen. Die Hexanlösung wird
mit 400 ml einer 1#igen Kaliumbicarbonatlösung gewaschen·
Die gewaschene Hexanschicht wird mit 200 ml Äthanol verdünnt·
Dem Gemisch werden 75 g Harnstoff zugesetzt. Die Adduktbildung mit Harnstoff wird vorgenommen, indem die
Probe zunächst bei 400C gerührt und das Gemisch innerhalb
von 2 Stunden der Abkühlung bei 25°C überlassen wird.
Das Harnstoffaddukt wird abfiltriert und verworfen. Die Adduktbildung mit Harnstoff wird mit 60 g Harnstoff wiederholt.
Das Filtrat aus der zweiten Harnstoffadduktbildung wird dreimal mit Wasser gewaschen« Die Haxanschicht
wird zur Trockene eingedampft. Der Rückstand wird in 300 ml
Hexan gelöst und die Lösung bei -18°C kristallisiert.
Durch Filtration bei -180C werden 21,3 g 1-Behenoyl-2-tetrahydropyranylpropylenglykol
erhalten. Diese Verbindung (8 g, 0,0165 Mol) wird durch Umsetzung mit 11 ml 1,6—molarer Borsäure in Trimethylborat gespalten. Die
Reaktionsteilnehmer werden im siedenden Wasserbad unter Anlegen von Vakuum erhitzt. Das Erhitzen wird 15 Minuten
fortgesetzt, wobei während der letzten 10 Minuten ein Vakuum von 2 bis 5 Em Hg aufrechterhalten wird. Der Rückstand
wird auf Raumtemperatur gekühlt und in 200 ml Äthyläther gelöst. Die Lösung wird dreimal mit Wasser
gewaschen. Die Ätherphase wird mit Natriumsulfat getrocknet
Ond auf einem Verdampfer ohne Erwärmung über 300C zur
Trockene eingedampft. Der Rückstand wird in 100 ml Petroläther gelöst und bei 21°C kristallisiert. Die bei 21°C
gewonnenen Kristalle werden aus 200 ml Petroläther bei
10 C umkristallisiert, wobei etwa 5 g 1-Propylenglykol-
409808/ 1185
Bonobehenat erhalten werden.
5 g des in dieser Weise hergestellten 1-Propylenglykolmonobehenats
werden in 100 ml Benzol zusammen mit 6 g des auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellten
Oleinsäureanhydrids gelöst. Das Gemisch wird bei Raumtemperatur
bis zu vollständiger Auflösung gerührt· Nach Zusatz von 0,1 ml 60^iger Bromwasserstoffsäure wird das
Gemisch 3Q Minuten bei Raumtemperatur gerührt.
Zur Reinigung des Produkts werden 100 ml Wasser zugesetzt. Die wässrige Phase wird abgetrennt und verworfen. Die
Benzollösung wird zur Trockene eingedampft und der Rückstand in 100 ml Aceton gelöst· Die Acetonlösung wird
bei -18°ö kristallisiert, wobei i-Behenoyl-2-oleoylpropylenglykol
einer Reinheit von etwa 85?6 erhalten wird,
ein Zeichen, daß nur eine sehr geringe Umlagerung von vorhandenen Estergruppen während der vorstehend beschriebenen
Veresterungsreaktion stattfindet,
Veresterung von 1,4-Distearoylerythrit mit Oleinsäure-
anhydrid
1 Mol Erythrit wird mit 2 Mol Methylsterat in 1 1 Di- »ethylaeetamid in Gegenwart von 0,1 Mol Natriummethoxyd
als Katalysator umgesetzt. Das Eeaktionsgemisch wird 5 Stunden unter vermindertem Druck (80 bis 100 mm Hg)
bei 100 bis 120°C gehalten, wobei das Lösungsmittel langsam so abdestilliert wird, daß etwa 4-00 ml Lösungsmittel
während der 3 Stunden entfernt werden. Nach Zusatz von 20 ml 5O?oiger wässriger Essigsäure wird das Gemisch in
2 1 Wasser gegossen, worauf 1 1 eines Äthylacetat-Butanol-Gemisches
(Vol.-Verhältnis 4:1) zugesetzt wird. Die Ä'thylacetat-Butanol-Schicht
wird abgetrennt, zweimal mit Wasser gewaschen und mit 500 g Harnstoff behandelt. Das Gemisch wird
2 Std. bei Raumtemperatur gerührt. Es wird dann filtriert, wobei 0,12 Mol 1,4-Distearoylerythrit aus dem Harnstoffaddukt
durch Auflösen in Aceton und Kristallisation bei 32°C
409808/ 1 185
gewonnen werden«
In. 200 ml JLthylaeetat werden 6,5 S des vorstehend genannten
1,4-Distearoylerytbrits unter leichtem Erwärmen und
unter Rühren gelöst. Dann werden 6,6 g des auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellten Oleinsäureanhydrids
und anschließend 0,1 ml 48£ige wäßrige B"romwasserstoffsäure
zugesetzt. Das Reaktionsgemiseh wird 1 Std. bei Raumtemperatur gerührt.
Zur Reinigung des Produkts wird das Reaktionsgemiseh dreimal
mit Wasser gewaschen. Die Äthylacetatlösung wird mit 15 6 Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Nach einer
Kristallisationszeit von 24 Stunden ergibt die Lösung im wesentlichen reines 1,4-Distearoyl-2,3-dioleoylerythrit.
Während der vorstehend beschriebenen Veresterungsreaktion findet im wesentlichen keine Umlagerung vorhandener
Estergruppen statt.
Die vorstehenden Beispiele veranschaulichen die Verwendung von Bromwasserstoffquellen als Katalysator bei der Veresterung
von Teilestern von Polyolen mit sauren Lipidanhydriden verschiedener Typen. Eine Begrenzung der für das Verfahren
gemäß der Erfindung geeigneten Arten von Säureanhydriden und von Teilestern von Polyolen durch diese Beispiele ist
nicht beabsichtigt. 7/ie das folgende Beispiel zeigt, können
Carbonsäureanhydride mit Kohlenwasserstoffsubstituenten
mit 1 bis 30 C-Atomen und Arylsubstituenten, z.B. Phenylresten, Tolylresten, Xylylresten und Naphthylresten, ebenfalls
in Verbindung mit Teilestern von Polyolen aller 3?ypen für die Durchführung von stellungsspezifischen Veresterungsreaktionen
verwendet werden. Ferner sind die für die Zwecke der Erfindung geeigneten Teilester von Polyolen
in ihrem Typ nicht begrenzt. Sie können Estergruppen mit 1 bis etwa 30 C-Atomen und mehr enthalten. Es ist daher
zu "bemerken, daß die hier beschriebene stellungsspezifische
Veresterungsreaktion insofern eine allgemeine Reaktion
ist, als sie die Veresterung aller Arten von Teil-
409808/1 1 85
estern von Polyolen mit Hilfe aller Arten von organischen
Säureanhydriden ohne wesentliche Umlagerung der Estergruppen ermöglicht.
Veresterung von 1,3-Dipropanoylglycerin mit Essigsäure-
- . anhydxid
1 Mol 1,3-Dipropanoylglycerin wird mit 2 Mol Essigsäureanhydrid gemischt und darin gelöst, während bei etwa
79°C gerührt wird. Der Reaktionslösung wird 4öj6ige wäßrige
Bromwasserstoffsäure in einer Menge, die 0,5 Mol HBr entspricht, zugemischt, worauf die Temperatur "innerhalb von
2 Std. wieder auf Raumtemperatur (21°C) gebracht wird. Das Reaktionsgemisch wird in 1 1 Wasser gegossen, das zur
Hydrolyse des nicht umgesetzten Essigsäureanhydrids dient.
Überschüssiges Wasser wird durch Vakuumverdampfung bei etwa 320C auf einem Rotationsverdampfer entfernt, wobei
gleichzeitig ein großer Teil der Essigsäure entfernt wird· Der nach dem Abdampfen verbleibende Eückstand wird
in einem 1:1-Gemisch von Äthylalkohol und Benzol gelöst. Zur Lösung wird portionsweise eine 1,0-molare Bariumchloridlösung
gegeben, bis die Ausfällung des unlöslichen Bariumacetatmonohydrats vollständig ist. Die Feststoffe
werden abfiltriert und das als Lösungsmittel dienende Benzol-Alkohol-Gemisch auf dem Eotationsverdainpf er unter
Vakuum abgedampft. Das als Produkt erhaltene Triglycerid besteht überwiegend aus 1-Propanoyl-2-acetyl-3-propanoylglycerin,
ein Zeichen, daß die Veresterung ohne wesentliche innermolekulare oder zwischenmolekulare Umlagerung
von Acylresten stattgefunden hat.
Der vorstehend beschriebene Versuch wird bei -18°C sowie
"bei 100°0 wiederholt, wobei im wesentlichen die gleichen
Ergebnisse erhalten werden.
Gleiche Ergebnisse werden auch erhalten, wenn der Versuch bei einem Katalysator/Anhydrid-Kolverhältnis von
0,01:1 durchgeführt wird.
409808/ 1185
Die bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren verwendete
wäßrige Bromwasserstoffsäure wurde durch eine äquivalente Menge einer Benzollösung von HBr, gasförmigem HBr und
einer 0,5 Mol HBr entsprechenden Menge von SiBr2, und HpO
ersetzt. Hierbei werden gleiche Ergebnisse erhalten.
Bei dem vorstehend beschriebenen Versuch wird das Essigsäureanhydrid
durch eine äquivalente Menge Benzoesäureanhydrid ersetzt. Das Reaktionsprodukt besteht im wesentlichen
vollständig aus l-Propanoyl-2-benzoyl-3-propanoylglycerin,
ein Zeichen, daß im wesentlichen keine Umlagerung von Estergruppen beim Prozeß stattfindet.
4 09808/1185
Claims (20)
- Patentansprücheί 1·. Verfahren zur Herstellung von bestimmten vollständig veresterten Polyolen aus Teilestern von Polyolen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilester der Polyole mit einem Säureanhydrid in Gegenwart einer katalytischen Menge eines Bromwasserstoff liefernden Materials verestert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bromwasserstoff lieferndes Material wäßrige Bromwasserstoffsäure oder gasförmigen Bromwasserstoff verwendet.3· Verfahren nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch Mischen vona) einem aliphatischen Diol, dessen Hydroxylgruppen asymmetrisch zur Kohlenstoff kette substituiert sind, oder einem aliphatischen Polyol mit wenigstens
- 3 Hydroxylgruppen, wobei die Polyole wenigstens teilweise mit einer Monocarbonsäure mit 8 bis 22 C-Atomen verestert worden sind,b) einem sauren Lipidanhydrid der Strukturformel^O oder υ\Λworin X einer der folgenden Substituenten ist:A) Alkyl- und Alkenylreste mit 7 bis 23 C-Atomen und der Formel H-,B) Eeste von Alkylhalbestern einer Dicarbonsäure derFormelECH2OCR1-4 09808/1185C) Beste von Monoacyldiolhalbestern einer Dicarbonsäure der FormelOZZOη η Ott η λBCOHGE^CHOCR -D) Beste von Diacylglyceridhalbestern einer Dicarboneäure der Formel0 0 0BCOCH2(R1CO)CHCH2OGe'1-ttndE) Beste von Monoacylderivaten von primären Mononydroxymonocarbonsäuren der Formel0
BCOR5-wobei in Formeln (A) bis (E)R ein Alkylrest oder Alkenylrest mit 7 "bis 21 C-Atomen,R ein Alkylenrest mit 2 bis * C-Atomen,ο
R ein Alkylenrest mit 0 bis - 4 C-Atomen,Ή? ein Alkylenrest mit 2 bis
- 5 C-Atomen, Z ein Wasserstoffatom oder Metnylrest imd X ein Benzylrest, p-Nitrobenzylrest oder Iliospliorylester ist, undc) einen Katalysator aus der aus Bromwasserstoff und Bromwasserstoff liefernden Materialien bestehenden Gruppe in einer Menge, die einem Molverhältnis des Katalysators zum sauren Lipidanhydrid von wenigstens etwa 0,01:1 entspricht.Verfahren nach. Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von -18° bis 1000C gearbeitet wird.Verfahren nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem molaren Überschuß des Säureanhydrids gearbeitet wird·409808/1185
- 6· Verfahren nach Anspruch 1 bis 5$ dadurch gekennzeichnet, daß als Teilester von Polyolen Glyceridteilester verwendet werden.
- 7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Teilester von Polyolen 1', 3-Diglyceride verwendet werden·
- 8· Verfahren nach Anspruch 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet» daß als Teilester von Polyolen 2?eilester von 1,2—Propylenglykol verwendet werden· .
- 9· Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein symmetrisches Säureanhydrid verwendet wird.
- 10· Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß als Anhydride Alky!anhydride mit 7 bis etwa 23 0—Atomen im Alky Ire st verwendet werden.
- 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Säureanhydrid Oleinsäureanhydrid verwendet wird.
- 12· Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Teilester von Polyolen Monoglyceride verwendet werden und die Reaktion in Benzol oder Pyridin als organischem Lösungsmittel durchgeführt wird.
- 13. Verfahren zur Herstellung von synthetischer Kakaobutter, dadurch gekennzeichnet, daß man die 2-Hydroxy!gruppe von l-Palmitoyl-3-stearoylglycerin mit Oleinsäureanhydrid in Gegenwart von Bromwasserstoff oder einer Bromwasserstoff liefernden Verbindung als Katalysator acyliert und die hierbei gebildete synthetische Kakaobutter kristallisiert und isoliert.409808/1185
- 14. Verfahren zur Herstellung von Hartbutter für die Süßwaren- *> hers te llung, dadurch gekennzeichnet, daß man die2-Hydroxylgruppen in einem aus l-Palmitoyl-3-stearoylglycerin, 1,3-Distearoylglycerin und 1,3-Dipalmitoyl-'"glycerin bestehenden Gemisch mit Oleinsäureanhydrid in Gegenwart einer katalytischen Bromwasserstoffmenge acyliert.
- 15. Verfahren zur Herstellung von Hartbutter für die Süßwarenherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß mana) im wesentlichen vollständig hydriertes Palmöl mit Glycerin in Gegenwart von Natriummethoxyd als Katalysator mischt und die gebildeten 1,3-Diglyceride abtrennt und kristallsiert,b) die 2-Hydroxylgruppen der in Stufe (a) gebildeten 1,3-Diglyceride mit Oleinsäureanhydrid in Gegenwart von Bromwasserstoff oder einer Bromwasserstoff liefernden Verbindung acyliert undc) die hierbei gebildete Hartbutter kristallisiert und isoliert.
- 16. Verfahren nach Anspruch I5, dadurch.gekennzeichnet, daß als Katalysator gasförmiger Bromwasserstoff oder wäßrige Bromwasserstoffsäure verwendet wird.
- 17. Verfahren nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß nit einem Katalysator/Oleinsäureanhydrid-Molverhältnis von wenigstens 0,01:1 gearbeitet wird.
- 18. Verfahren nach Anspruch I5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von etwa -18° bis 1000C gearbeitet wird.
- 19. Verfahren nach Anspruch I5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Oleinsäureanhydrid im molaren Überschuß verwendet wird.4 09808/1185
- 20. Hartbutter für die SUßwarenherstellung, hergestellt durch Veresterung der 1,3-Diglyceride, die durch Um-Setzung von im wesentlichen vollständig hydriertem Palmöl mit Glycerin in Gegenwart eines Natriummethoxyds als Katalysator erhalten worden sind, mit Oleinsäureanhydrid in Gegenwart einer katalytischen Menge Bromwasserstoff.409808/1185
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