DE461370C

DE461370C - Process for the production of monocarboxylic acids from aldoses

Info

Publication number: DE461370C
Application number: DEC36806D
Authority: DE
Original assignee: Sandoz AG
Current assignee: Sandoz AG
Priority date: 1925-06-13
Filing date: 1925-06-13
Publication date: 1928-06-21

Description

Verfahren zur Herstellung von monocarbonsäuren aus Aldosen. Die Oxydation von Aldosen, z. B. Glukose, zu den entsprechenden Monocarbonsäuren mit Hypobromit oder Hypojodit ist bekannt und so genau durchführbar, daß eine quantitative Bestimmung der Zucker darauf aufgebaut werden konnte (Willstätter 8, Schudel, Berichte 51, 780 [igi8]). Auch Hönig LV Tempus, Berichte 57, 789 (i92,) konnten Glukonsäure aus Glukose durch Oxydation niit Bariumhypobromit in guter Ausbeute gewinnen. Mit Hypochlorit hingegen verläuft die Reaktion nicht so glatt. Glukose z. B. wird weitergehend z. T. bis zur Oxalsäure und Kohlensäure abgebaut (Bräutigam, Pharm. Ztg. 46, 636 und C. i 9o i , I1, 68o) e während die Glukonsäure aus den Oxydationsprodukten bisher nicht isoliert wurde. Nach eignen Versuchen führt die Reaktion auch bei der Verwendung von Hypochlorit über die Glukonsäure; es gelang unter gewissen Versuchsbedingungen, diese Oxydationsstufe nachzuweisen. Da aber einesteils beträchtliche Mengen Glukose nicht oxydiert werden, andernteils eine erhebliche Menge weiter abgebauter Säuren entsteht, so ist die Ausbeute auf alle Fälle für technische Zwecke unzureichend.Process for the production of monocarboxylic acids from aldoses. The oxidation of aldoses, e.g. B. glucose, to the corresponding monocarboxylic acids with hypobromite or hypojodite is known and so precisely feasible that a quantitative determination of the sugars could be based on it (Willstätter 8, Schudel, reports 51, 780 [igi8]). Hönig LV Tempus, reports 57, 789 (1992,) were also able to obtain gluconic acid in good yield from glucose by oxidation with barium hypobromite. With hypochlorite, on the other hand, the reaction does not proceed as smoothly. Glucose e.g. B. will continue z. Partly degraded to oxalic acid and carbonic acid (Bräutigam, Pharm. Ztg. 46, 636 and C. i 90 i, 11, 68o) e while the gluconic acid has not yet been isolated from the oxidation products. According to our own experiments, the reaction also leads to gluconic acid when using hypochlorite; it was possible to demonstrate this oxidation state under certain experimental conditions. But since on the one hand considerable amounts of glucose are not oxidized, on the other hand a considerable amount of further degraded acids is produced, the yield is in any case inadequate for technical purposes.

Es ist nun aber doch gelungen, das billige Hypochlorit erfolgreich zur Oxydation von Aldosen zu den entsprechenden Monocarbonsäuren zu verwenden, wenn man dein Reaktionsgemisch 1' .eine Mengen von Brom oder Jod als solche Oder z. B. auch in Form ihrer Salze zusetzt. Durch die Gegenwart von Brom oder Jod wird die für reines Hypochlorit auf das Zuckermolekül sonst so zerstörend einwirkende Reaktion überraschenderweise so geleitet, daß die Oxydation bei der Monocarbonsäure haltmacht, d. h. daß praktisch die ganze Menge Aldose in die Reaktion eintritt, bevor die Oxydation weitergeht. Die Ausbeuten sind unter diesen Bedingungen so gut wie bei der Verwendung von Hypobromit oder Hypöjodit als Oxydationsmittel, und zwar bei allen in Betracht kommenden Aldosen, wie z. B. Glukose, Galaktose, Mannose, Laktose und Maltose.But it has now succeeded, the cheap hypochlorite successful to be used for the oxidation of aldoses to the corresponding monocarboxylic acids, if you your reaction mixture 1 '. an amount of bromine or iodine as such Or z. B. also adds in the form of their salts. The presence of bromine or iodine makes the For pure hypochlorite, the reaction is otherwise so destructive to the sugar molecule Surprisingly conducted in such a way that the oxidation stops at the monocarboxylic acid, d. H. that practically the whole amount of aldose enters the reaction before oxidation goes on. The yields under these conditions are as good as when used of hypobromite or hypoiodite as an oxidizing agent, all of which can be considered coming aldoses, such. B. glucose, galactose, mannose, lactose and maltose.

Der Zusatz von Brom oder Jod, z. B. auch in Form eines löslichen Salzes, kann weniger als 1/l" Äquivalent des zur Oxydation notwendigen Hypochlorits betragen. Als Basen sind Alkalien, Erdalkalien oder Magnesia mit gleich gutem Erfolg verwendbar. Auch die Ausführung des Verfahrens ist mannigfacher :#,bänderulig fähig. Es ist z. B. belanglos, ob rlie fertige Hypochloritlösung zu einer broin-oder jodhaltigen Zuckerlösung zugegeben wird, oder ob gasförmiges Chlor in ein Geinisch von Alkali, Brom- oder Jodsalz und Zucker eingeleitet wird. Wichtig für einen glatten Verlauf der Oxydation ist das Einhalten einer niederen Temperatur. Die Isolierung der entstandenen Monocarbonsäuren geschieht, wie die Beispiele zeigen, auf bekannte Weise. Beispiel i.The addition of bromine or iodine, e.g. B. also in the form of a soluble salt, can be less than 1/1 "equivalent of the hypochlorite required for oxidation. Alkalis, alkaline earths or magnesia can be used as bases with equally good success. The execution of the procedure is also manifold: #, capable of banding. It is z. B. irrelevant whether ready-made hypochlorite solution to a brine or iodine-containing Sugar solution is added, or whether gaseous chlorine in a mixture of alkali, Bromine or iodized salt and sugar is introduced. Important for a smooth course Oxidation is the maintenance of a lower temperature. Isolation of the resulting As the examples show, monocarboxylic acids occur in a known manner. example i.

Durch Einleiten von .24,3g Chlor in 590 ccm ioprozentiger Kalilauge in der Kälte wird die Oxydationslösung hergestellt und in kleinen Portionen, gegen das Ende der Reaktion langsamer, in eine gut gekühlte Lösung von 6o g Traubenzucker und 8 g Bromkali in 25o ccm Wasser gegossen. Nach beendeter Oxydation, d. h. wenn eine Probe Jodkaliumstärkepapier nicht mehr anfärbt, engt man bis zur Sirupkonsistenz ein, ohne auf die Ausscheidung von Kaliumchlorid Rücksicht zu nehmen. Durch Ansäuern mit konzentrierter Salzsäure (bis Congo gerade stahlblau wird) wird die Säure freigemacht, die ausgeschiedenen Chlorkalikristalle werden abgetrennt und die Säure mit Kall@@milch neutralisiert. Nach einigen Stunden erstarrt die Masse; der glukonsaure Kalk wird abgesaugt. Rohprodukt: 62 g. Durch einmaliges Umkristallisieren aus heißem Wasser wird er rein gewonnen; er hinterläßt beim Veraschen 13,5i 0;!0 Ca0 (o,2i83g gaben 0,0295g Ca0). Berechnet für (C,H"O,r)= # Ca - 13,o3 Ca O.The oxidation solution is prepared by introducing 24.3 g of chlorine into 590 ccm of 10% potassium hydroxide solution in the cold and pouring it in small portions, more slowly towards the end of the reaction, into a well-cooled solution of 60 g of grape sugar and 8 g of potassium bromide in 25o cc of water . After the oxidation has ended, ie when a sample of potassium iodine starch paper no longer stains, it is concentrated to a syrup consistency without taking into account the excretion of potassium chloride. Acidification with concentrated hydrochloric acid (until Congo just turns steel blue) releases the acid, the precipitated chlorine-calcium crystals are separated and the acid is neutralized with Kall @@ milk. After a few hours the mass solidifies; the gluconic acid lime is sucked off. Raw product: 62 g. It is obtained pure by recrystallizing it once from hot water; on ashing it leaves behind 13.5i0;! 0 Ca0 (0.2i83g gave 0.0295g Ca0). Calculated for (C, H "O, r) = # Ca - 13, o3 Ca O.

Beispiel 2.Example 2.

6o- Traubenzucker werden in 25o ccm Wasser gelöst und mit der Kalkmilch gemischt, welche durch Löschen von 30,89 gebranntem Kalk erhalten wird; dem Gemisch wird noch die Lösung von 3,5 g Bromnatrium zugefügt und unter guter Kühlung und Rühren 24,5 g gasförmiges Chlor eingeleitet. Sobald die Oxydation beginnt, steigt die Temperatur und muß durch Kühlung und Verlangsamen des Chlorstromes unterhalb 15° gehalten werden. Mit jodkaliumstärkepapier wird der völlige Verbrauch des Oxydationsmittels festgestellt und dann mit einer Lösung von 78 g Natriumsulfat der Kalk gefällt. Hierauf wird die Rohlösung des glukonsauren Natriums eingeengt, aus dem Natriumsalz durch Zufügen der berechneten Menge Salzsäure die Glukonsäure frei gemacht und bis zur Sirupkonsistenz eingedickt. Das Kochsalz scheidet sich hierbei zurr allergrößten Teil aus und wird durch Filtrieren oder Zentrifugieren abgetrennt. Die so erhaltene konzentrierte Glukonsäur elösung wird, wie in Beispiel i angegeben, durch Reinigen über das Kalksalz weiterverarbeitet. Beispiel 3.6o glucose is dissolved in 25o cc of water and mixed with the milk of lime, which is obtained by slaking 30.89 burnt lime; The solution of 3.5 g of sodium bromide is added to the mixture and 24.5 g of gaseous chlorine are passed in with good cooling and stirring. As soon as the oxidation begins, the temperature rises and must be kept below 15 ° by cooling and slowing down the flow of chlorine. With iodine starch paper, the complete consumption of the oxidizing agent is determined and then the lime is precipitated with a solution of 78 g of sodium sulphate. The crude solution of sodium gluconic acid is then concentrated, the gluconic acid is released from the sodium salt by adding the calculated amount of hydrochloric acid and thickened to a syrup consistency. Most of the common salt separates out and is separated off by filtration or centrifugation. The concentrated gluconic acid solution obtained in this way is processed further, as indicated in Example i, by cleaning over the lime salt. Example 3.

11,5 g Magnesia usta werden mit Zoo ccm Wasser drei Stunden auf dem Dampfbad hvdratisiert. Von diesem Brei werden 2-o ccm unter Kühlung mit 2,6 g Brom versetzt und das Reaktionsgemisch in eine gut gekühlte Lösung von 30 g Glukose in i20 ccm Wasser gegossen. In den Rest des Magnesiumhydroxydbreis werden 10,79 Chlor eingeleitet, dann diese Lösung in kleinen Portionen langsam und unter Kühlung der Zuckerlösung zugefügt. Wenn alles Oxydationsmittel verbraucht ist, wird die Lösung im Vakuum eingeengt und der resultierende Sirup (etwa 6o ccm) unter gutem Rühren in etwa i Liter Alkohol (95 °/o) gegossen. Das Magnesiumsalz scheidet sich aus und erstarrt beim Stehen über Nacht kristallinisch. Abgesaugt und mit Alkohol und Äther gewaschen wiegt es 22,7 g. Das Produkt kann aus heißem, verdünntem Alkohol umkristallisiert werden. Es wird in heißem Wasser gelöst und mit heißem Alkohol bis zur beginnenden Trübung versetzt; beim Erkalten scheiden sich undeutlich kristallinische Massen in weißen Krusten ab. Das reine Salz verliert selbst im Hochvakuum bei 98° sein Kristallwasser (etwa 3H20) nur sehr langsam. Beim Veraschen hinterbleiben io,ii";o M-0 (0,i988 g gaben o,o2oi g Mg0). Berechnet für (C,H"O.r)2 Mg: 9,7304M90. Beispiel 4.11.5 g of Magnesia usta are hydrated with zoo cc water for three hours on the steam bath. 2.6 g of bromine are added to 2 cc of this paste while cooling and the reaction mixture is poured into a well-cooled solution of 30 g of glucose in 20 cc of water. 10.79 chlorine are passed into the remainder of the magnesium hydroxide pulp, then this solution is added slowly and with cooling to the sugar solution in small portions. When all the oxidizing agent has been used up, the solution is concentrated in vacuo and the resulting syrup (about 60 cc) is poured into about one liter of alcohol (95%) with thorough stirring. The magnesium salt precipitates and solidifies in a crystalline manner on standing overnight. Aspirated and washed with alcohol and ether, it weighs 22.7 g. The product can be recrystallized from hot, dilute alcohol. It is dissolved in hot water and mixed with hot alcohol until it starts to become cloudy; on cooling, indistinct crystalline masses separate out in white crusts. The pure salt loses its water of crystallization (about 3H20) only very slowly, even in a high vacuum at 98 °. On incineration, io, ii "; o M-0 (0.1988 g gave o, o2oi g Mg0). Calculated for (C, H" Or) 2 Mg: 9.7304M90. Example 4.

30 g Galaktose, gelöst in ioo ccm Wasser, werden unter guter Kühlung mit einer Lösung Von 2,6g Brom in i 5 ccm Kalkmilch (1,5 g Ca0) versetzt. Dann wird wie in den vorhergehenden Beispielen vorsichtig mit einer Hypochloritlösung aus 135 ccm Kalkmilch (13,5 g Ca 0), die i i g Chlor aufgenommen hat, oxydiert. Nach beendeter Oxydation wird die Lösung eingeengt bis auf etwa 8o ccm. Beim Erkalten kristallisiert bereits ein Teil des galaktonsauren Kalkes aus und kann abgesaugt werden. Aus der Mutterlauge wird mit Alkohol noch mehr davon ausgefällt. Das Salz läßt sich aus heißem Wasser gut umkristallisieren. Ausbeute: z9,1 g umkristallisiertes Salz. Gewichtsverlust bei ioo° im Hochvakuum: 14,9 0,/0 (#- 2 Mol. Kristallwasser). Kalkgehalt beim Veraschen: 13,39 0g0 Ca0 (o,24 i 2 g gaben 0,o323 g Ca0). Berechnet für (C6H1107)2#Ca= i3,030;"0 Ca0. Beispiel 5. 30 g of galactose, dissolved in 100 cc of water, are mixed with a solution of 2.6 g of bromine in 15 cc of milk of lime (1.5 g of CaO) with good cooling. Then, as in the previous examples, it is carefully oxidized with a hypochlorite solution of 135 cc of milk of lime (13.5 g of CaO ) which has taken up some chlorine. When the oxidation is complete, the solution is concentrated to about 80 cc. When it cools down, part of the galactonic acid lime crystallizes out and can be suctioned off. Even more of it is precipitated from the mother liquor with alcohol. The salt can easily be recrystallized from hot water. Yield: 9.1 g of recrystallized salt. Weight loss at 100 ° in a high vacuum: 14.9 0.0 (# - 2 mol. Water of crystallization). Lime content during incineration: 13.39 0 g0 Ca0 (0.24 and 2 g gave 0.0323 g Ca0). Calculated for (C6H1107) 2 # Ca = i3,030; "0 Ca0. Example 5.

Man versetzt eine Lösung von i80 g Milchzucker in i Liter Wasser finit einer Lösung von 6,3 g Jod in 23 ccm Kalkmilch, die 2,3 g Ca0 enthält. Die durch diese geringe Jodmenge eingeleitete Oxydation wird weitergeleitet ;durch eine Hypochloritlösung raus 33,8 g Chlor in 440 ccm Kalkmilch, die 44 g Ca0 enthält. Die nur schwach trübe Lösung wird eingeengt und das Oxydationsprodukt mit Alkohol ausgefällt. Aus heißem Wasser scheidet es sich auf Alkoholzusatz in feinen' klaren, feste Krusten. bildenden Kristallen aus. Ausbeute an zweimal umkristallisiertem Salz 146 g, die sich als Doppelsalz von laktobionsaurem Calcium und Chlorcalcium erwiesen. Die Kristalle geben ihr Kristallösungsmittel auch im Hochvakuum bei ioo bis i 5o' nur sehr langsam ab. Der Gewichtsverlust beträgt nach zwanzigstündigem Trocknen 1i,98°/". Das so getrocknete Präparal enthielt 9,331 Calcium (o,21 i r g gaben 0,o669 g Ca SO,) und 8,28°/o Chlor (0,23i8 g gaben 0,0776 g AgCl). Berechnet für (CI.,H.,1012)_2 # Ca # CaCl; _ 9,a6 0,'o Ca und 8,i9 °/u Cl.A solution of 180 g of milk sugar in 1 liter of water is added to a solution of 6.3 g of iodine in 23 cc of milk of lime which contains 2.3 g of CaO. The oxidation initiated by this small amount of iodine is passed on; 33.8 g of chlorine in 440 cc of milk of lime, which contains 44 g of CaO, are extracted through a hypochlorite solution. The only slightly cloudy solution is concentrated and the oxidation product is precipitated with alcohol. When alcohol is added, it separates from hot water in fine, clear, firm crusts. forming crystals. Yield of twice recrystallized salt 146 g, which turned out to be the double salt of calcium lactobionate and calcium chloride. The crystals give off their crystal solvent only very slowly, even in a high vacuum at 100 to 15o '. The weight loss is after twenty hours of drying 1i, 98 ° / ". The dried Präparal contained 9,331 Calcium (o, 21 irg gave 0, o669 g Ca SO,) and 8.28 ° / o chlorine (g 0,23i8 gave 0, 0776 g AgCl) Calculated for (CI., H., 1012) _2 # Ca # CaCl; _ 9, a6 0, 'o Ca and 8, 19 ° / u Cl.

Die Oxydation von Maltose mit Hypochlorit verläuft analog.The oxidation of maltose with hypochlorite proceeds analogously.

Nach einem aus der Literatur bekannten Verfahren wird Zuckerlösung in Analogie mit der alten Methode der Oxydation von Zuckern mit freiem Brom in Gegenwart von etwa % Äquivalent Bromcalcium mit Chlor behandelt.According to a method known from the literature, sugar solution is obtained in analogy with the old method of oxidation of sugars with free bromine in the presence treated with chlorine by about% equivalent of calcium bromine.

Die bei dieser Reaktion auftretende freie HalogenwasserstofFsäure wird von Zeit zu Zeit mit Calciumcarbonat abgestumpft. Die Oxydation von Aldosen nach diesem Verfahren benötigt zum mindesten einige Stunden Einwirkungsdauer. bis die Reaktion als beendet angesehen werden kann. Das Verfahren setzt ferner eine gegenüber Halogenwasserstoffsäuren widerstandsfähige Apparatur voraus; bei der angegebenen Temperatur entweicht tin Teil cles durch Chlor aus Calcittinbromid in saurer Lösung 11 Freiheit gesetzten Broms, was ein für die Ausführung des Verfahrens in der Industrie ganz empfindlicher Nachteil ist, ganz abgesehen davon, daß dadurch ein Teil des Broms verlorengeht.The free hydrogen halide acid that occurs in this reaction gets dulled with calcium carbonate from time to time. The oxidation of aldoses this method requires at least a few hours of exposure. until the reaction can be considered to have ended. The procedure also implies a equipment that is resistant to hydrohalic acids; at the specified Temperature escapes tin part of the cles through chlorine from calcite bromide in acidic solution 11 freedom set bromine, what one for the execution of the process in the industry A very serious disadvantage is, quite apart from the fact that it results in a part of the Broms is lost.

Demgegenüber arbeitet das vorliegende `'erfahren in alkalischer Lösung, wodurch sich die Anwendung einer säurebeständigen Apparatur erübrigt. Die zur Oxydation benötigte Brormnenge ist viel geringer als bei dem bekannten Verfahren, nämlich weniger als'/",Äquivalent. Während das letztere ferner mehrere Stunden Einwirkungsdauer veranlaßt, erfolgt nach dem neuen Verfahren die Oxydation fast momentan; der daraus sich ergebende Fortschritt liegt daher auf der Hand. Da nach dem vorliegenden Verfahren in alkalischer Lösung gearbeitet wird, tritt freies Brom überhaupt nicht auf, es kann daher auch nichts davon verlorengehen, ganz abgesehen davon, daß sich das Verfahren in der Kälte durchführen läßt.In contrast, the present `` '' works in an alkaline solution, which makes the use of acid-resistant equipment unnecessary. The ones for oxidation required amount of bromine is much smaller than in the known method, namely less than '/ ", equivalent. While the latter also has a duration of exposure of several hours caused, the oxidation takes place almost instantaneously according to the new process; the one from it consequent progress is therefore obvious. Because according to the present proceedings If you work in an alkaline solution, free bromine does not occur at all, it does therefore none of it can be lost, quite apart from the fact that the procedure in the cold.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Monocarbonsäuren aus Aldosen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zucker in alkalischer Lösung mit Hypochlorit bei Gegenwart kleiner Mengen geeigneter Bromo#hr jo#lverhinc1iingen oxydiert.PATENT CLAIM: Process for the production of monocarboxylic acids from Aldoses, characterized in that the sugar is in an alkaline solution with hypochlorite oxidized in the presence of small amounts of suitable bromine compounds.