STAND DER TECHNIK Obschon Vitamin C (Ascorbinsaure) in vielen natürlichen Substanzen vorhanden ist, verwendet man für die industrielle Herstellung synthetische Methoden. Die am meisten angewendeten Verfahren beruhen dabei auf der mehr oder weniger modifizierten sogenannten Reichstein-Synthese (Reichstein und Grüssner, Helv.

Chim. Acta 17, 311 (1934)), die von Glucose ausgeht. Dabei tritt Diaceton-2-keto-L-gulonsäure als Zwischenprodukt auf.

In neuerer Zeit wurden für die Ascorbinsäuresynthese auch biotechnologische Verfahren vorgeschlagen, bei denen 2-Keto-L- gulonsäure durch Fermentationsprozesse gewonnen wird (z.B. EP 0 278 447; Jap.Pat. 40154/1976; EP 0 292 303). 2-Keto-L-gulonsäure wird aus der Fermentationslosung als Monohydrat isoliert und in zwei Schritten mit der Reichsteinsynthese ähnlichen Methoden zu Ascorbat umgesetzt, welches danach zu Vitamin C weiterverarbeitet werden kann.

In einer ersten Stufe wird 2-Keto-L-gulonsäure ublicherweise mit einem niederen Alkanol, vorzugsweise Methanol oder Aethanol, verestert, dies in Gegenwart eines sauren Katalysators, z.B.

Schwefelsäure, Salzsäure, Sulfonsauren oder stark sauren lonentauscherharzen. In einem zweiten Schritt wird der entstandene Ester in Gegenwart von Basen wie Natriumbicarbonat oder Natriumhydroxid zu Natriumascorbat laktonisiert. Dieses Ascorbat kann anschliessend uber einen Ionenaustauschprozess zu Ascorbinsäure umgesetzt werden.

Ein Hauptproblem der oben beschriebenen Veresterungs- /Laktonisierungsreaktion ist die Anwesenheit von Wasser im Reaktionsgemisch. Ein Aquivalent Wasser wird als Kristallwasser mit dem Ausgangsprodukt 2-Keto-L-gulonsaure Monohydrat ins Reaktionsgemisch gebracht, ein weiteres entsteht bei der Veresterung, ein drittes bei der Laktonisierung. Bei der Veresterung beeinflusst Wasser die Lage des Reaktionsgleichgewichts zu Ungunsten des Esters, was in einer kleineren Ausbeute resultiert. Im Laktonisierungsschritt begünstigt Wasser zusätzlich in Anwesenheit von Basen Nebenreaktionen, die zu einer Gelbfarbung des Produktes Ascorbat fuhren. Entsprechend schwierig wird es bei grossem Wasseranteil im Reaktionsgemisch, Vitamin C in genügender Reinheit und Weissheit herzustellen. Zudem wird bei Anwesenheit von Wasser ein Teil des Esters hydrolysiert und verursacht Verluste bei der Abtrennung des Natriumascorbats, das nach der Laktonisierung als Feststoff aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird. Je höher der Wasseranteil in der Mutterlauge, desto grösser ist die Loslichkeit des Natriumascorbats und damit auch der Verlust mit der Mutterlauge.

Die Ausbeuten in Veresterung/Laktonisierung obiger Art liegen typischerweise bei 90 Prozent, die Reinheit des Ascorbats bei 89 Prozent.

Um den Wassergehalt bei der Veresterung zu reduzieren, sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden. Wasser kann wahrend der Reaktion durch fortwahrendes Abdestillieren des Wasser/Alkoholgemisches, Behandeln des Destillates mit Molekularsieben und Rezyklisierung des so getrockneten Alkohols entfernt werden (Pol. Pat. 57.042; Pol. Pat. 57.573). Als eine andere Möglichkeit wurde das wahrend der Reaktion fortwahrende Abdestillieren des Wasser/Alkoholgemisches und Ersatz mit frischem trockenem Alkohol erwahnt [EP 0 535 927]. Dabei muss in beiden Fallen eine grosse Menge Alkohol mit entsprechend grossem Energieaufwand abdestilliert werden. Ausserdem werden Reaktionszeiten von bis zu 10 Stunden notwendig, mit der Gefahr von Zersetzung und Nebenreaktionen.

Ein weiteres Problem tritt bei der Verwendung von fermentativ hergestellter 2-Keto-L-gulonsäure auf, die teilweise starke Verunreinigungen wie Proteine, Ausgangsstoffe und bei Nebenreaktion in der Fermentation entstandene Sauren enthalten kann. Solche Verunreinigungen sind schwierig abzutrennen und können den Reaktionsablauf und die Reinigung des Endproduktes Ascorbinsaure ungünstig beeinflussen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich Ausbeute, Reinheit und Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Diese sowie weitere Aufgaben werden gemäss der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Bei dem beschriebenen Verfahren wird demnach 2-Keto-L-gulonsaure in einem zweistufigen Veresterungsprozess zu 2-Keto-L- gulonsaureester umgesetzt, wobei die nach dem ersten Veresterungsschritt entstehende Losung wenigstens teilweise eingedampft und der entstandene Rückstand einem zweiten Veresterungsprozess unterzogen wird. Die Zweistufigkeit der Veresterung erlaubt es, das durch die Ausgangsstoffe eingetragene und das bei der Reaktion entstehende Wasser wirkungsvoll aus der Reaktionslösung zu entfernen. Diese Entfernung des Wassers aus dem Reaktionsgleichgewicht hat folgende Vorteile: - Die Veresterung verlauft mit erhohter Ausbeute. Durch die vollständigere Umsetzung der 2-Keto-L-gulonsaure wird es u.a. moglich, aus der sich anschliessenden Laktonisierung ein Ascorbat mit wesentlich hoherer Reinheit zu erhalten.

Entsprechend effizienter kann dann auch eine nachfolgende Umsetzung im Ionentauscher und vor allem die Kristallisation von Ascorbinsäure durchgefuhrt werden.

- Infolge des wasserfreieren oder praktisch ganz wasserfreien Esters entstehen im Laktonisierungsschritt weniger zu Gelbfårbung führende Nebenprodukte. Die Reinigung des moglichen Endproduktes Ascorbinsaure wird dadurch ebenfalls wesentlich wirtschaftlicher. Fur ein nach dem erfindungsgemassen Verfahren hergestelltes Natriumascorbat konnte beispielsweise für eine 16,7%ige wassrige Lösung bei 400 nm eine Absorption von 0,315 gemessen werden, wahrend eine entsprechende Lösung von ohne Abtrennung des Wassers in der Veresterung hergestelltem Natriumascorbat eine Absorption von 0,351 erhalten wurde.

- Wahrend der Laktonisierung geht weniger Ester durch Hydrolyse verloren.

- Infolge geringerer Loslichkeit geht bei der Abtrennung des bei der Laktonisierung entstandenen Natriumascorbats weniger Produkt mit der Mutterlauge verloren (z.B. 0,78% gegenüber 1,76% bei einstufiger Veresterung).

- Insgesamt werden in wirtschaftlicherer Weise sowohl eine grössere Ausbeute, als auch eine höhere Reinheit des synthetisierten Ascorbats erzielt.

Gegenüber den in der Einleitung erwahnten Verfahren zur Entfernung des Wassers hat die erfindungsmassige Methode folgende Vorteile: - Im Vergleich mit dem Abdestillieren des Alkohol/Wasser Gemisches und Trocknen des Destillats mit Molekularsieben werden kürzere Reaktionszeiten erreicht und weniger Energie für Alkoholabdampfung verbraucht.

- Im Vergleich zur Methode durch Abdestillieren des Alkohol/Wasser-Gemisches und Ersatz durch trockenen Alkohol werden ebenfalls kurzere Reaktionszeiten, weniger Energie für Alkoholabdampfung und weniger Energie für die Regenerierung des Alkohols verbraucht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemassen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Insbesondere wird in dem ersten Veresterungsschritt 2-Keto-L- gulonsaure vorzugsweise in Methanol oder Aethanol sowie in Gegenwart einer Säure wie z.B. Schwefelsäure, Salzsäure oder Sulfonsauren, bei Reaktionstemperaturen vorzugsweise zwischen Raumtemperatur und 85 OC, bei bevorzugten Reaktionszeiten zwischen 30 und 180 Minuten, zum entsprechenden Methyl- bzw.

Aethylester umgesetzt. Dabei wird typischerweise eine Ausbeute von 95% erreicht, mit etwa 5 verbleibender, nicht umgesetzter 2-Keto-L-gulonsaure. Das Reaktionsgemisch wird dann vorzugsweise bis zur Trockenheit eingedampft, d.h. alles Wasser wird entfernt. Da die entsprechenden Ester sehr stabil sind, entstehen dabei keine Verluste durch Zersetzung. In einem zweiten Veresterungsschritt wird nach Zugabe von vorzugsweise wieder frischem, trockenen Methanol bzw. Aethanol und in Gegenwart einer Saure bei gleichen Bedingungen wie im 1. Schritt der verbleibende Rest von 2-Keto-L-gulonsäure verestert. Die anschliessende Laktonisierung wird durch Zugabe einer Base, vorzugsweise Natriumbicarbonat, bei Reaktionstemperaturen von vorzugsweise Raumtemperatur bis 80 OC und bevorzugten Reaktionszeiten zwischen 30 und 240 Minuten durchgeführt. Das so erhaltene Natriumascorbat kann anschliessend in Wasser gelost und mit Hilfe von Ionentauschern zu Ascorbinsaure umgesetzt werden. Reine Ascorbinsaure kann schliesslich durch Kristallisation, Abtrennen und anschliessendes Trocknen erhalten werden.

Eine teilweise Verringerung des Wassergehaltes in der Veresterung kann durch Trocknen des 2-Keto-L-gulonsäure Monohydrats zum entsprechenden Anhydrid vor Zugabe in die Veresterung erreicht werden. Die Gesamtausbeute in Veresterung / Laktonisierung kann dabei auf typischerweise 93t und die Reinheit des Natriumascorbats auf 92% erhöht werden. Die Gelbfärbung wahrend der Laktonisierung kann jedoch nicht vollstandig verhindert werden.

Aus Fermentationsprozessen erhaltenes 2-Keto-L-gulonsaure Monohydrat ist oftmals mit Nebenprodukten und Ausgangsstoffen stark verunreinigt, die schwierig abzutrennen sind. In solchen Fällen wird mit Vorteil die folgende Variante des erfindungsmassigen Verfahrens angewendet, in dem solche Verunreinigungen bereits in der Veresterungsstufe effizient abgetrennt werden. Dazu wird nach dem l.Veresterungsschritt der reine 2-Keto-L-gulonsåureester nach Abkühlen und Kristallisation abgetrennt, die Mutterlauge aufkonzentriert und nach nochmaligem Abkuhlen und Kristallisation weiterer Ester abgetrennt. Nach Eindampfen der verbleibenden Mutterlauge wird anschliessend der 2. Veresterungsschritt durchgefuhrt. Aus dem Reaktionsgemisch wird nach Abkühlen und Kristallisation weiterer 2-Keto-L- gulonsäureester in reiner Form erhalten. Verunreinigungen verbleiben im wesentlichen in der Rest-Mutterlauge. Durch die Weiterverarbeitung des reinen Esters wird es möglich, aus der Laktonisierung ein Natriumascorbat zu erhalten, das zu Pharmaqualität weiterverarbeitet werden kann. Ionenaustausch und Kristallisation konnen infolge der stark reduzierten Verunreinigungen ebenfalls viel effizienter durchgeführt werden.

Wird der isolierte Ester vor der Laktonisierung zusatzlich einem weiteren Veresterungsschritt unterworfen, so kann der Anteil an 2-Keto-L-gulonsäure noch weiter reduziert werden. Derart hergestelltes Ascorbat hat direkt Pharmaqualitat gemäss den nach Pharmacopoeia erforderlichen Reinheitsbedingungen.

Neben der Anwendung des erfindungsmässigen Verfahrens fur aus Fermentationsverfahren erhaltenes 2-Keto-L-gulonsaure Monohydrat kann es sehr effizient auch fur nach der Reichstein-Methode erhaltenes Diaceton-2-keto-L-gulons ure Monohydrat (2,3:4,6- Diisopropyliden-2-oxo-L-gulonsäure Monohydrat) angewendet werden. Dazu wird vorteilhaft zuerst Diaceton-2-keto-L- gulonsäure Monohydrat zu 2-Keto-L-gulonsaure hydrolysiert, die dann nach dem erfindungsmassigen Verfahren in einer zweistufigen Veresterung weiter zum Ester und Natriumascorbat umgesetzt wird.

Eine Trennung von Hydrolyse und Veresterung ist vorteilhaft, weil dadurch die schwierige Trennung von Aceton/Alkohol- Gemischen vermieden werden kann.

Das erfindungsmassige Verfahren kann weiter durch folgende Beispiele näher erläutert werden, ist jedoch keinesfalls darauf beschrankt: Ro pi 91 Veresterung und Laktonisierung: In ein Glasgefäss von 500 ml werden 50 g 2-Keto-L-gulonsaure Monohydrat, Gehalt 99,38 % und 200 ml Methanol gegeben. Unter Rühren werden 0,5 ml konzentrierte Schwefelsaure tropfenweise zugegeben. Anschliessend wird unter Rühren und Aufheizen auf Rückflusstemperatur wahrend 60 Minuten die Veresterung (Schritt I) durchgeführt. Das Reaktionsgemisch wird dann unter Vakuum bei 50 mbar und einer Badtemperatur von 85 OC bis zur Trockenheit eingedampft. Zum Rückstand werden 200 ml Methanol und 0,5 ml Schwefelsaure gegeben. Dann wird bei gleichen Bedingungen wie bei Veresterung I während 60 Minuten weiter verestert (Schritt II). Das Reaktionsgemisch wird anschliessend auf 30 OC gekühlt und unter Rühren 21,4 g Natriumbicarbonat zugegeben. Nach Aufheizen wird die Laktonisierung bei 63 bis 65 OC während 3 Stunden durchgeführt. Nach Abkühlen auf 25 OC wird das Produkt durch Filtration abgetrennt, zweimal mit je 10 ml Methanol gewaschen und dann unter Vakuum getrocknet. Dabei werden 46,52 g Natriumascorbat, Gehalt 94,8%, erhalten (Ausbeute Veresterung/Laktonisierung 95,03 W d. Th.) Mit der Mutterlauge werden 0,36 g Natriumascorbat verloren.

Zur Bestimmung der Weissheit wird eine Probe des erhaltenen Natriumascorbats in Wasser gelost. Für eine 16,7 prozentige Lösung wird bei 400 nm eine Absorption von 0,315 gemessen.

Eine analog, jedoch ohne Eindampfung nach der ersten Veresterung durchgeführte Reaktion ergibt folgende Vergleichswerte: Es werden 46,92 g Natriumascorbat, Gehalt 89%, erhalten (Ausbeute Veresterung/Laktonisierung 90% d. Th). Mit der Mutterlauge werden 0,82 g Natriumascorbat verloren. Die Messung des Weissheitsgrades bei gleichen Bedingungen wie oben ergibt eine Absorption von 0,351.

Ionentausch und Kristallisation: 46,5 g Natriumascorbat werden in Wasser gelöst. Für die Umsetzung zu Ascorbinsäure wird ein System von Kationen- und Anionentauscherkolonnen verwendet. Für die Kationenkolonne werden 230 ml Amberlit 200 C, fur die Anionenkolonne 30 ml Amberlit IRA 900 verwendet. Die erhaltene Ascorbinsarelosung wird mit Aktivkohle behandelt. Nach Aufkonzentrierung werden durch Kristallisation und Trocknung 37,125 g reine Ascorbinsäure, Gehalt 100%, erhalten. Die Gesamtausbeute 2-Keto- L-gulonsaure Monohydrat zu Ascorbinsäure beträgt 90,03 k d.Th.

Die erhaltene Ascorbinsäure entspricht allen Anforderungen der British Pharmacopoeia oder der US Pharmacopoeia. Die thermische Stabilität wird wie folgt gemessen: 3 g werden während 45 Minuten auf 120 OC erhitzt und dann in 15 ml Wasser aufgelöst.

Die Absorption bei 420 nm, 3 cm Kuvette, ergibt 0,012.

BeisniF?1 3.

In ein Glasgefäss von 500 ml werden 100 g 2-Keto-L-gulons ure Anhydrid, Gehalt 99,4 %, und 200 ml Methanol gegeben. Unter Rühren werden 0,5 ml konzentrierte Schwefelsaure tropfenweise zugegeben. Anschliessend wird unter Rühren und Aufheizen auf Ruckflusstemperatur während 90 Minuten die Veresterung (Schritt I) durchgeführt. Das Reaktionsgemisch wird dann unter Vakuum bei 50 mbar und einer Badtemperatur von 85 OC bis zur Trockenheit eingedampft. Zum Rückstand werden 200 ml Methanol und 0,5 ml Schwefelsäure gegeben. Dann wird bei gleichen Bedingungen wie bei Veresterung I wahrend 90 Minuten weiter verestert (Schritt II). Das Reaktionsgemisch wird anschliessend auf 30 OC gekühlt und 46,5 g Natriumbicarbonat zugegeben. Nach Aufheizen wird die Laktonisierung bei 63 bis 65 OC während 3,5 Stunden durchgeführt. Nach Abkühlen auf 25 OC wird das Produkt durch Filtration abgetrennt, zweimal mit je 20 ml Methanol gewaschen und dann unter Vakuum getrocknet. Dabei werden 102,56 g Natriumascorbat, Gehalt 94,09%, erhalten (Ausbeute Veresterung/Laktonisierung 95,13 W d. Th.).

BPisniel ? In ein Glasgefäss von 500 ml werden 111,06 g 2-Keto-L-gulonsaure Monohydrat, Gehalt 89,5 %, und 260 ml Methanol gegeben. Unter Rühren wird 1,0 ml konzentrierte Schwefelsaure tropfenweise zugegeben. Anschliessend wird unter Rühren und Aufheizen auf Rückflusstemperatur während 90 Minuten die Veresterung (Schritt I) durchgeführt. Unter Vakuum werden dann vom Reaktionsgemisch 35 g Methanol abgedampft. Nach Abkühlung auf 10 OC werden die entstandenen 2-Keto-L-gulons uremethylesterkristalle abfiltriert, zweimal mit je 10 ml Methanol gewaschen und getrocknet. Dabei werden 66,01 g Produkt erhalten. Die Mutterlauge wird am Vakuum bis zum Beginn der Kristallisation eingedampft, dann auf 10 OC gekühlt. Die enstandenen Kristalle werden abfiltriert, zweimal mit je 5 ml Methanol gewaschen und getrocknet. Dabei werden weitere 21,20 g Produkt erhalten. Die Mutterlauge wird am Vakuum bei 60 mbar und 50 OC bis zur Gewichtskonstanz eingedampft. Zum Rückstand werden 40 ml Methanol und 0,15 ml Schwefelsäure gegeben. Dann wird bei gleichen Bedingungen wie bei Veresterung I während 90 Minuten weiter verestert (Schritt II). Das Reaktionsgemisch wird anschliessend am Vakuum bis zum Erscheinen von Kristallen eingedampft, dann auf 4 OC gekühlt. Die entstandenen Kristalle werden abfiltriert, zweimal mit je 4 ml Methanol gewaschen und getrocknet. Dabei werden weiter 6,85 g Produkt erhalten. Total werden 94.06 g 2-Keto-L-gulonsauremethylester erhalten (96.44% d. Th).

Die erhaltenen 94,06 g 2-Keto-L-gulonsauremethylester werden in 170 ml Methanol suspendiert und 38,7g Natriumbicarbonat zugegeben. Die Laktonisierung wird bei 63 bis 65 OC wahrend 3 Stunden durchgefuhrt. Nach Abkühlen auf 25 OC wird das Produkt durch Filtration abgetrennt, zweimal mit je 20 ml Methanol gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Dabei werden 88,05 g Natriumascorbat, Gehalt 97,8 %, erhalten (Ausbeute Veresterung / Laktonisierung 89,22 % d. Th.).

RP; .qp; PR 4 In ein Glasgefass von 250 ml werden 50 g Diaceton-2-keto-L- gulonsäure Monohydrat, 4 ml Wasser und 0,5 ml Schwefelsäure gegeben. Unter Rühren wird das Reaktionsgemisch erhitzt. Die entstandene Lösung wird bei einer Badtemperatur von 90 OC während 60 Minuten am Rückfluss gekocht. Dann wird der abgespaltene Aceton, 20,5 ml, abdestilliert. Zum Rückstand werden 100 ml Methanol, dann tropfenweise 0,5 ml Schwefelsäure gegeben. Anschliessend wird unter Rühren und Aufheizen auf Rückflusstemperatur während 60 Minuten die Veresterung (Schritt I) durchgeführt. Das Reaktionsgemisch wird dann unter Vakuum bei 50 mb und einer Badtemperatur von 80 OC bis zur Trockenheit eingedampft. Zum Rückstand werden 50 ml Methanol und 0,2 ml Schwefelsäure gegeben. Dann wird bei gleichen Bedingungen wie bei Veresterung I während 60 Minuten weiter verestert (Schritt II). Das Reaktionsgemisch wird anschliessend auf 30 OC gekuhlt und 15,5 g Natriumbicarbonat zugegeben. Nach Aufheizen wird die Laktonisierung bei 63 bis 65 OC während 3 Stunden durchgeführt.

Nach Abkühlen auf 25 OC wird das Produkt durch Filtration abgetrennt, zweimal mit je 10 ml Methanol gewaschen und dann unter Vakuum getrocknet. Dabei werden 32,13 g Natriumascorbat, Gehalt 95,27 , erhalten (Ausbeute Hydrolyse / Veresterung / Laktonisierung 90,3 % d. Th.) RFisnil 5 94.06 g analog der in Beispiel 3 beschriebenen Methode hergestellter 2-Keto-L-gulonsaure-methylester wird in 190 ml Methanol suspendiert und unter Rühren werden 0.5 ml konzentrierte Schwefelsäure tropfenweise zugegeben.

Anschliessend wird unter Rühren während 60 Minuten auf Rückflusstemperatur aufgeheizt, um verbleibende Reste von 2- Keto-L-gulonsaure zu verestern. Nach Abkühlung auf 40 OC werden 40.3 g Natriumbicarbonat zugegeben. Die Laktonisierung wird bei 63 bis 65 OC während 3 Stunden durchgeführt. Nach Abkühlen auf 25 OC wird das Produkt durch Filtration abgetrennt, zweimal mit je 20 ml Methanol gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Dabei werden 89.53 g Natriumascorbat, Gehalt 98.75 erhalten (Ausbeute: Veresterung/Laktonisierung 95.24 W d. Th.).

25 g des erhaltenen Natriumascorbats werden in 19.5 ml demineralisiertem Wasser aufgelöst. 1.1 g Ascorbinsäure werden zur Neutralisation von noch vorhandenen Spuren von Natriumbicarbonat zugegeben. Die Lösung wird auf 75 OC aufgeheizt und 75 ml heisses Methanol wird tropfenweise zugegeben. Die Suspension wird während weiteren 30 Minuten gekühlt und dann langsam auf 20 OC abgekühlt. Das Produkt wird abfiltriert und mit einem Methanol/Wassergemisch gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Dabei werden 23.04 g trockenes reines Natriumascorbat mit einem Gehalt von 99.4 W erhalten, was den nach Pharmacopoeia erforderlichen Reinheitsbedingungen entspricht.