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Title:
METHOD FOR PREPARING (+)-ISOCITRIC ACID AND ITS DERIVATIVES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1990/004581
Kind Code:
A1
Abstract:
To prepare (+)-isocitric acid and its derivatives, maleic acid and/or fumaric acid and/or their derivatives are added to haloacetic acid and its derivatives at high temperature under the action of photomechanical energy and the halogen group is then replaced by a hydroxyl group. The photomechanical energy is UV light with a wavelength of approximately 200 to 300 nm.

Inventors:
SCHMIDT GUENTER (DE)
Application Number:
PCT/DE1989/000678
Publication Date:
May 03, 1990
Filing Date:
October 23, 1989
Export Citation:
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Assignee:
SCHMIDT GUENTER (DE)
International Classes:
B01J19/12; C07C51/363; C07C51/367; C07C55/32; C07C59/245; (IPC1-7): C07C59/245; B01J19/12; C07C51/363; C07C51/367; C07C55/32
Foreign References:
US4272442A1981-06-09
DE967011C1957-09-26
GB600993A1948-04-23
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von (+)Isocitronensäure und deren Derivatεn, dadurch gekennzeichnet, daß Malεinsäure und/oder Fumarsäure und/oder derεn Dεrivatε durch fotomεchanische Energie Halogenessigsäure und derεn Dεrivate bεi erhöhter Te pεratur addiεrεn und daß danach die Halogεngruppe gεgen eine Hydroxylgruppe ausgetauscht wird.
2. Verfahrεn nach Anspruch 1, dadurch gεkεnnzεichnεt, daß diε fotomechanischε Enεrgie ultraviolettεs Licht mit einεr Wellenlängε von ca. 200 bis 300 nm ist.
3. Vεrfahrεn nach Anspruch 1 und 2, dadurch gεkennzeichnet, daß die Temperatur, bei der die Maleiπsäurε und/odεr Fumarsäurε und/dεrεn Derivate mit Halogenessigsäure und derεn Dεrivatε mitεinandεr rεagiεrεn, ca. 60 bis 120 Grad bεträgt.
Description:
Verfahren zur Herstellung von (+)-Isocιtronensäure und deren Derivaten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von (p " Ius)- Isocitronensäure und deren Derivaten.

Isocitronensäure ist eine Substanz, die im Pharma- und Genußmittelbereich zunehmend an Bedeutung gewinnt und deren Bedarf daher steigt. Es ist weiterhin ein häufig verwendetes Säuerungsmittel, das aufgrund seiner Eigenschaften gut verträglich ist. In der Vergangenheit wurde Isocitronensäure durch Extraktionsverfahren aus Naturprodukten gewonnen, die sehr aufwendig waren, weswegen Isocitronensäure sehr teuer war und auch heute noch ist. Die chemische Darstellung von (+)-Isocitronensäure ist ebenfalls aufwendig und daher wurde zu biochemischen Verfahren übergegangen, in denen Isocitronensäure durch Fermentation von zucker- bzw. kohlenwasserstoffhaltigen Stoffen mit bestimmten Kulturen, z.B. Candida - sp. gewonnen wurde. Auch hier ist der Aufwand groß, wie z.B. aus der DE-AS 2046 576 hervorgeht, in der ein Verfahren zur Abtrennung von Citronensäure aus einem Gemisch mit Isocitronensäure beschrieben wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem (+) - Isocitronensäure einfach und preisgünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Es ist dabei überraschend festgestellt worden, daß die Ausgangsstoffe - Malein- und/oder Fumarsäure und/oder deren Derivate und Halogenessigsäure und deren Derivate dann am besten miteinander reagieren, wenn sie ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt sind, d.h. fotomechnischer Energie (UV-Licht), deren Wellenlänge im Bereich zwischen 200 bis 300 nm liegt. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Lichtenergie besonders hoch ist; mit einfachen Worten kann gesagt werden, daß die Ausbeute desto höher bei verkürzter Zeitdauer umso höher liegen, je höher die zugεführte Lichtenergie ist. Wichtig ist auch, daß die zur Reaktion erforderliche Temperatur lediglich durch Lichteinwirkung erreicht werden kann. Die Temperaturbereiche, bei denen die Maleinsäure . und/oder Fumarsäure und/oder deren Derivate mit Halogenessigsäure und deren Derivate miteinander reagieren, beträgt erfindungsgemäß zwischen ca. 60 bis 120 Grad Celsius.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im wesentlichen darin, daß die (+) - Isocitronensäure auf einfache Weise leicht durch Bestrahlung zweier oder mehrerer Äusgangsstoffe hergestellt werden kann.

Die Herstellung von (+) - Isocitionensäut e kann diskontinuierlich in einem Behälter oder kontinuierlich in einem Durch!aufverfahren durchgeführt werden, indem die Ausgangsstoffe durch ein für ultraviolettes Licht durchlässiges Rohrsystem hindurchgeleitet werden, an dessen Außenseite eine geeignete Anzahl das richtige Licht abgebender Lampen vorgesehen sind. Zum Beispiel können hierfür Systeme benutzt werden, die zur Entkeimung von Wasser dienen.

Anhand von Ausführungsbεispielen soll die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden:

Bei spi el 1

Es werden 98g Maleinsäureanhydrid (1,0 Mol) mit 94g Chloressigsäure (1 Mol) vermischt und bei 80 Grad C unter Rühren 30 Stunden lang mit UV-Licht einer Wellenlänge von 254 nm bestrahlt. Das Reaktionsprodukt wird bei 80 Grad mit 300 ml Wasser gelöst und mit Natronlauge (NaOH-Lösung) auf einen pH - Wert 10 bis 11 gebracht. Weiterhin wird es 60 Minuten am Rückfluss gekocht, auf Raumtemperatur abgekühlt und über einen Kationenaustauscher bis zum Na-Durchbruch gegeben. Das Eluat wird * mit KOH auf einen pH-Wert von 3,5 eingestellt und bei niedriger Temperatur soweit eingeengt, bis Trübung eintritt. Bei niedriger Temperatur wird das Eluat mehrere Stunden ruhen lassen; die Kristallmasse wird danach abgetrennt und.getrocknet. Die Ausbeute ist Kalium-Isocitrat von 156,9 g, was 68,26% des theoretisch errechneten, erzielbaren Wertes darstellt.

Beispiel 2

98g Maleinsäureanhydrid werden mit 94,5g Essigsäure gemischt und auf 120 Grad erwärmt. Die klare Schmelze wird mit ultraviolettem Licht bestrahlt, indem in die klare Schmelze eine UV-Lampe eingetaucht wird. Das Gemisch wird 16 Stunden bei 120 Grad C unter Rühren bestrahlt.

Das Reaktionsprodukt wird wie bei Beispiel 1 weiterbehandelt und aufgearbeitet.

Die Ausbeute beträgt 161,92g Kaliumisocitrat; dies entspricht 70,4 % des theoretisch errechneten Wertes.

Beispiel 3

114g Maleinsauredibutylester (0,5 Mol) werden mit 75g Chloressigsäurebutylester (o,5 Mol) gemischt, auf 80 Grad C erwärmt und 18 Stunden mit ultraviolettem Lichtmit einer Wellenlänge von 254 nm

bestrahlt. Das Reaktionsprodukt wird mit einem berechneten Überschuß an Natriumlauge versetzt und das entstehende Butanol abdistil ert.

Die Aufarbeitung erfolgt wie in Beispiel 1. Die Ausbeute beträgt 75,1g Kaiiumisocitrat, was 65,3 % des theoretisch errechneten Wertes darstellt.

Beispiel 4

86,1g FumarsäurediethyTester (o,5 Mol) werden mit 61,3g Chloressigsäurethylester (o,5 Mol) vermischt und bei 80 Grad unter Rühren 18 Stunden mit UV-Licht einer Wellenlänge von 254 nm bestrahlt.

Die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes erfolgt wie im Beispiel 1 bzw. im Beispiel 3.

Die Ausbeute beträgt 81,65g Kaiiumisocitrat; dies entspricht 71% des theoretisch errechneten Wertes.

Beispiel 5

58,0g Fumarsäure (o,5 Mol) werden mit 47,3g Cloressigsäure (o,5 Mol) in 250g Dioxan gelöst. In die Lösung wird eine ultraviolettes Licht einer Wellenlänge von 254 nm abgebende Lampe eingetaucht und 14 Stunden unter Rühren bei 80 Grad Celsius bestrahlt. Das Reaktionsgemisch wird mit 400g Wasser verdünnt und mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 10 bis 11 gebracht und 1,5 Stunden am Rückfluss gekocht. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Lösung über einen Kationenaustauscher gegeben. Das kationenfreie Eluat wird mit KOH auf einen pH-Wert von 3,5 eingestellt, auf 50 % Volumen bei niedriger Temperatur eingeengt und abgekühlt. Die Kristallmasse wird abgetrennt, mit 80%igem ETOH gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute beträgt 63,2g Kaliumisozytrat, was 54,9 % des theoretisch errechneten Wertes beträgt.

Die i-ormeldarstellung ist wie folgt:

Ausgangsprodukt: Maleinsäureanhydrid

H2C - C02 H

ÄT Me+OH - H20

Hierin sind die Metall ionen Me-*- Ka+ - und/oder Na+ - Ionen-,

Ausgangsstoff: Fumarsäure bzw. -ester

HC - C02 R ΛT

11 + Cl - CH2 COOR Cl - C - C02 R HC - C02 R hV 1

HC - C02 R

H2C - C02 R

&T Me+ OH

H

HO C - C02 Me+

I

HC - C02 Me+

H2C C02 Me+

Hierin sind Me+ Metall onen z.B. Na+ - und/oder Ka-r - Ionen. R ist ein Alkylrest, z.B. CH2 CH2 CH2 CH3 Butyl -, wie Beispiel 3 5 oder - CH2 CH3 Ethyl . wie Beispiel &.

In der beigefügten Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele von Herstellungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von (+) Isocitronensäure und

Fig. 2 eine Anordnung zur kontinuierlichen

Herstellung von Isocitronensäure.

In einem Behälter 10 befindet sich eine Heizflüssigkeit 11, z.B. Wasser oder Öl, die mittels einer Heizung 12 auf die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Temperatur zwischen 60 bis 120 Grad gebracht wird. In die Flüssigkeit eingetaucht ist ein Reaktionsbehälter 13, in dem sich ein Rührer 14 sowie eine darin eingefügte UV-Lampe 15 befindet. Der RUhrer 14 wird über eine Rührwelle 16 von einem Elektromotor 17 angetrieben; an der Oberseite des Reaktionsbehälters 13 schließt ein Ablaßrohr 18 an, durch den evtl. bei der Reaktion entstehende gasförmige Bestandteile abgeführt und gegebenenfalls abdestilliert werden können. Insbesondere bei der Verwendung von Estern wird der abdestiliierende Teil in Form von Alkohol, Butanol oder anderen Lösungsmitteln wieder zurückgewonnen, insbesondere zur Vermeidung von Geruchsbelästigungen; allerdings ist ein solcher Kühler nicht zwingend erforderlich.

Die Leistung der ultravioletten Lampe ist nicht von wesentlicher Bedeutung; man stellt aber fest, daß mit Erhöhung der Lampenleistung die Reaktion schneller und damit besser abläuft.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung, mit der die Isocitronensäure kontinuierlich hergestellt werden kann. Durch ein für ultraviolettes Licht durchlässiges Rohr 20 wird das für die Herstellung von Isocitronensäure vorgesehene Ausgangsgemisch hindurchgeleitεt und um das Rohr 20 herum sind in entsprechenden Abständen ultraviolettes Licht abgebende Lampen 21,22 angeordnet. Die Ausführung ist ähnlich wie bei Sterilisationseinrichtungεn für Abwässer unter Verwendung von ultraviolettem Licht. Aufgrund der UV-Bestrahlung über die Lampen 21 und 22 heizt sich das durch das Rohr 20 hindurchfließendε Gemisch selbst auf, so daß weitere eigenständige Heizeinrichtungen nicht erforderlich sein müssen. Die Ausgangsprodukte, die bei der Ausführung nach Fig. 2

auftreten, können dann in üblicher Weise , siehε oben angεgεbene Beispiele 1 bis 5 , weiter aufgearbeitet werden.

In den Bespielen ist angegεbεn, daß die Wellenlänge 254 nm betragen hat. Dies ist mehr oder wenigεr zufällig; εs könntε auch Licht einεr anderen Well nlängε εingεsetzt wεrdεn.