Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des C40-Carotinoids Astaxanthin durch eine doppelte Wittig-Reaktion eines 3-MethyI-5-(2,6,6-trimethyl-3- oxo-4-hydroxy-1 -cyclohexen-1-yl)-2,4-pentadienyl-triphenylphosphoniumsalzes (Asta- C15-triphenylphosphoniumsalz) mit 2,7-Dimethyl-2,4,6-octatrien-1 ,8-dial (C10-DJaI).

Astaxanthin ist ein zum Färben von Lebensmitteln, Lachsen und Forellen sehr begehr¬ ter natürlicher Farbstoff. Dementsprechend sind zahlreiche Methoden zur Isolierung oder Synthese von Astaxanthin bekannt. So ist zum Beispiel die Isolierung von Asta¬ xanthin durch Extraktion von Crustaceenschalen aus WO 86/6082 bekannt. Weiterhin kann Astaxanthin durch fermentative Prozesse (vgl. Biotechnol. Letters 10 (1988), 609-614 oder aus Mikroalgen (vgl. WO 89/1977 und EP 329 754) gewonnen werden.

Diese Methoden haben jedoch entscheidende Nachteile. Zum einen liegt Astaxanthin in der Natur nur in sehr geringer Konzentration vor und muss daher durch aufwendige Prozesse isoliert werden. Andererseits werden nur unbefriedigende Ausbeuten erzielt. Außerdem sind die großen Mengen an benötigten Hilfsstoffen und an anfallenden nicht verwertbaren Abfallstoffen ökologisch und ökonomisch nicht akzeptabel.

Von den Verfahren zur synthetischen Herstellung von Astaxanthin sei die Oxidation von Canthaxanthin-bis-silyl-enolethem mit Percarbonsäuren und anschließende Hydro- lyse (vgl. EP 101 597) genannt. Nachteilig an diesem Verfahren sind die nur mäßigen Ausbeuten und Reinheiten an Astaxanthin, unvollkommene Umsätze und unerwünsch¬ te Nebenprodukte, wie Adonirubin.

Aus EP 440 037 ist eine weitere Methode zur Oxidation von Canthaxanthin-enolaten bekannt. Aber auch dieses Verfahren ist für eine technische Herstellung nicht geeignet, da zur Darstellung der Enolate teure Basen, wie die Salze von Hexamethyldisilazan und sehr tiefe Temperaturen notwendig sind und als Oxidationsmittel das schlecht ver¬ fügbare und sicherheitstechnisch brisante Phenylsulfonyloxaziridin eingesetzt wird. Zudem ist auch bei diesem Verfahren der Umsatz nur unvollständig.

Aus EP 005 749 ist ein Verfahren zur Herstellung von Astaxanthin durch Wittig- Reaktion eines an der Hydroxygruppe in 4-Stellung des Asta-C15-Triarylphosphonium- salzes acylierten Bausteins mit C10-dial und anschließende Hydrolyse bekannt. Als Lösungsmittel für diese Wittig-Reaktion wird u.a. Isopropanol genannt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass in die C15-Triphenylphosphoniumsalze Schutzgruppen ein¬ geführt und wieder abgespalten werden müssen, sowie die erzielten mäßigen Ausbeu¬ ten. In EP 005 748 wird die Wittig-Reaktion von Asta-C1s-Triarylphosphoniumsalzen selbst mit C10-DJaI beschrieben. Als geeignete Lösungsmittel werden Halogenkohlenwasser¬ stoffe, wie Methylenchlorid und Chloroform genannt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass man sowohl als Lösungsmittel als auch für die Aufarbeitung durch Extraktion große Mengen an Halogenkohlenwasserstoffen benötigt, die bekanntermaßen bedenk¬ liche toxikologische Eigenschaften aufweisen und eine technisch aufwendige Rückgewinnung erfordern.

EP 0 733 619 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Astaxanthin, bei dem die Wittig- Reaktion in Methanol und/oder Ethanol und die anschließende Isomerisierung des ge¬ bildeten Astaxanthins in einem C1-Ws C4-Alkanols durchgeführt wird. Durch die Ver¬ wendung der niedrigsiedenden Alkohole ist es erforderlich, die Isomerisierung in Druckapparaturen durchzuführen, was einen erhöhten technischen Aufwand bei der Synthese von Astaxanthin bedeutet.

Weiterhin wird in mehreren Publikationen in HeIv. Chim Acta, 64 (1981 ; vgl. Seiten 2405-18; Seiten 2436-46 und Seiten 2447-62) die Umsetzung von Asta-C15- Triarylphosphoniumhalogeniden mit dem C10-DJaI nach Wittig beschrieben. In allen beschriebenen Wittig-Reaktionen wird Methylenchlorid als Lösungsmittel für die Phosphoniumsalze und den CiO-DiaIdehyd eingesetzt und Methylenchlorid bei der Auf¬ arbeitung und Reinigung eingesetzt.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung, das Verfahren zur Herstellung von Asta- xanthin aus einem Asta-C15-Triarylphosphoniumsalz und dem C10-Dialdehyd in einer Wittig-Reaktion so zu verbessern, dass man die Umsetzung auf technisch einfache Weise auch ohne Einsatz schwierig aufzuarbeitender Lösungsmittelgemische durch¬ führen kann.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass man Astaxanthin auf technisch einfache Weise und in sehr guten Ausbeuten herstellen kann, wenn man sowohl für die Wittig-Reaktion als auch für die anschließende Isomerisierung/Aufarbeitung die in An¬ spruch 1 genannten Lösungsmittel verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Astaxanthin der Formel I (D

durch Umsetzen von 2 Mol des Triphenylphosphoniumsalzes der allgemeinen Formel Il

P(C6H5)3X (II)

in der X für Chlor, Brom oder den (HS04)"-Rest, vorzugsweise für Brom steht, in einer Wittig-Reaktion mit einem Mol des C10-Dialdehyds der Formel III,

(IM)

das dadurch gekennzeichnet ist, dass man

A. die Ausgangsverbindungen der Formeln Il und III in einem oder mehreren Lö¬ sungsmitteln, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenglykolmono- methylether, 1-Methoxy-propanol-2 und Verbindungen der allgemeinen Formel IV

R1-O-(CH2)2-O-(CH2)2-O-R2 IV,

in denen die Substituenten unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben:

R1 Wasserstoff, C1-C4-AIkYl;

R2 C1-C4-AIkYl1 CC=O)-C1-C4-AIkYl,

suspendiert, die Suspension auf Temperaturen von 30 bis 900C erwärmt bis sich eine homogene Lösung gebildet hat, B. die erhaltene homogene Lösung bei Temperaturen von 0 bis 4O0C mit 1 bis 1 ,2 Mol pro Mol Triphenylphosphoniumsalz einer für Wittig-Reaktionen üblichen Base versetzt und

C. das im Verfahrensschritt B. ausgefallene Astaxanthin bei Temperaturen von 90 bis 1300C, vorzugsweise 80 bis 100°C unter Normaldruck in einem oder mehre¬ ren der unter A. genannten Lösungsmittel isomerisiert und anschließend isoliert.

Unter CrC4-Alkyl-Reste für R1 und R2 sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl und tert. Butyl zu verstehen.

Der Rest C(=O)-C1-C4-Alkyl steht für Acylreste, beispielsweise Acetyl oder Propionyl. Typische Vertreter aus dieser Stoffklasse sind C2H5O-(CH2)2-O-(CH2)2-OC(=O)CH3 oder C4H9O-(CH2)2-O-(CH2)2-OC(=O)CH3.

Bevorzugte Lösungsmittel sind Ethylenglykolmonomethylether, 1-Methoxy-propanol-2 und/oder Methyldiglykol der Formel CH3O-(CH2)2-O-(CH2)2-OH.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Umsetzung verwendet man im allgemeinen soviel Lösungsmittel, dass die Konzentration der Triphenylphosphoniumhalogenide im Alkanol 0,1 bis 3 Mol, vorzugsweise 0,3 bis 1 Mol pro Liter Lösungsmittel beträgt.

Zur vollständigen Auflösung der Edukte der Formeln Il und III wird im allgemeinen so vorgegangen, dass man sie in beliebiger Reihenfolge in das Lösungsmittel einträgt und die Suspension auf 30 bis 90°C, vorzugsweise 40 bis 8O0C erhitzt.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn man die oben genannten Lösungs¬ mittel in einem Gemisch mit Halogenkohlenwasserstoffen, beispielsweise mit Dichlor- methan oder Chloroform einsetzt.

In die entstandene Lösung wird im allgemeinen bei Temperaturen von 0 bis 40°C, vor¬ zugsweise 20 bis 4O0C langsam die Base eingetragen und das Reaktionsgemisch bei dieser Temperatur gerührt. Im Falle einer Mischung der erfindungsgemäß verwendeten Lösungsmitteln mit Halogenkohlenwasserstoffen liegt der bevorzugte Temperaturbe- reich bei 0 bis 2O0C.

Als für Wittig-Reaktionen geeignete Basen seien genannt: Lösungen von Alkali- oder Erdalkalialkoxiden oder Alkali- oder Erdalkalihydroxiden in Methanol oder Ethanol, Al¬ kali- oder Erdalkalihydroxide, Ammoniak, Triethylamin sowie Alkali- oder Erdalkali- Carbonate. Besonders vorteilhaft gestaltet sich das Verfahren, wenn man eine wässri- ge Lösung von NaOH oder KOH, eine methanolische Natriummethoxidlösung oder eine ethanolische Natriumethoxidlösung verwendet. Die Reaktionszeiten für das Lösen der Edukte sowie Eintragen der Basen und Umset¬ zung betragen im allgemeinen 0,5 bis 12 Stunden, bevorzugt 1 bis 8 Stunden, beson¬ ders bevorzugt 1 ,5 bis 4 Stunden.

Die im Anschluss an die Wittig-Reaktion durchgeführte Isomerisierung des Asta- xanthins erfolgt bei Temperaturen von 90 bis 130cC, vorzugsweise 80 bis 1000C unter Normaldruck.

Die Isomerisierungszeiten betragen je nach Reaktionstemperatur 0,5 bis 16 Stunden, bevorzugt 1 bis 10 Stunden, besonders bevorzugt 2 bis 5 Stunden.

Mit besonderem Vorteil gelingt das erfindungsgemäße Verfahren, wenn man das Asta- xanthin enthaltende Reaktionsgemisch vor der thermischen Isomerisierung mit Essig- säure neutralisiert, da die Sauerstoff-Funktionen im Ring des Astaxanthins in alkali¬ schem Medium empfindlicher sind.

Nach der Isomerisierung wird das Reaktionsgemisch auf Temperaturen von 10 bis 5O0C, vorzugsweise 20 bis 4O0C abgekühlt.

Das auskristallisierte Astaxanthin wird durch Filtration oder Zentrifugation isoliert und mit Methanol, Ethanol und/oder Gemischen dieser Alkanole und mit Wasser gewa¬ schen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das als Nahrungsmittelfarbstoff be¬ gehrte Astaxanthin in Ausbeuten von bis zu 85 % der Theorie und mit Selektivitäten in bezug auf die all-(E)-Konfiguration von bis zu 99 % erhalten werden.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Astaxanthin zeichnet sich un- ter anderem dadurch aus, dass es in grobkristalliner Form mit niedrigem Filtrationswi¬ derstand anfällt.

Anhand der folgenden Beispiele soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.

Beispiel 1

60 g (0,104 mol) 3-Methyl- (2,6,6-trimethyl-3-oxo-4-hydroxy-1-cyclohexen-1-yl)-2,4- pentadienyl-triphenylphosphoniumbromid (Asta-C15-triphenylphosphoniumbromid) und 7,8 g (0,0476 mol) 2,7-Dimethyl-2,4,6-octatrien-1 ,8-dial (99 gew.-%ig; all-E/4Z=2/1 ) wurden bei 250C in 190 ml Ethylenglykolmonomethylether unter Schutzgas suspen¬ diert. Es wurde auf 450C erhitzt, wobei eine homogene Lösung entstand. Nach 30 mi- nütigem Rühren bei 45CC wurde auf etwa 250C abgekühlt und innerhalb von 20 Minu¬ ten 7,5 g (0,11 mol) Natriumethylat in 22,5 g Methanol zugefügt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 2 Stunden bei 300C gerührt.

Nach Zugabe von 3 g (0,05 mol) Eisessig wurde das Reaktionsgemisch auf 100°C erwärmt und bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gerührt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur (230C) wurde das ausgefallene Astaxanthin abfiltriert, mit ca. 800 ml 400C warmen Methanol und 400 ml 700C warmen Wasser gewaschen und bei 500C im Trockenschrank unter Schutzgas getrocknet.

Ausbeute: 23,3 g (82,2% d.Th.), Reinheit 97% (bestimmt durch HPLC).

Beispiel 2

60 g (0,104 mol) 3-Methyl- (2,6,6-trimethyl-3-oxo-4-hydroxy-1-cyclohexen-1-yl)-2,4- pentadienyl-triphenylphosphoniumbromid (Asta-C15-triphenylphosphoniumbromid) wur¬ de bei 250C in 500 ml 1-Methoxy-propanol-2 suspendiert. Unter Stickstoff wurde auf 800C erhitzt, wobei eine homogene Lösung entstand. Anschließend wurde auf 400C abgekühlt und 7,8 g (0,0476 mol) 2,7-Dimethyl-2,4,6-octatrien-1 ,8-dial (99 gew.-%ig; all-E/4Z=2/1 ) zugegeben. Nach 30 minütigem Rühren bei 40°C wurde die Lösung auf etwa 25°C abgekühlt und innerhalb von 10 Minuten 20 g (0,11 mol) einer 30%igen Natriummethylatlösung zugetropft. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 2 Stun¬ den bei 300C gerührt.

Nach Zugabe von 2 ml Eisessig wurde das Reaktionsgemisch auf 1000C erwärmt und bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gerührt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur (230C) wurde das ausgefallene Astaxanthin abfiltriert, mit ca. 800 ml 4O0C warmen Methanol und 400 ml 7O0C warmen Wasser gewaschen und bei 5O0C im Trocken¬ schrank unter Schutzgas getrocknet.

Ausbeute: 20 g (70,57% d.Th.) Reinheit 97% (bestimmt durch HPLC)..

Beispiel 3

60 g (0,104 mol) 3-Methyl- (2,6,6-trimethyl-3-oxo-4-hydroxy-1-cyclohexen-1-yl)-2,4- pentadienyl-triphenylphosphoniumbromid (Asta-C15-triphenylphosphoniumbromid) wur¬ den unter Stickstoff bei 25°C in 200 ml Diethylenglykolmonomethylether suspendiert. Es wurde auf 800C erhitzt, wobei eine homogene Lösung entstand. Anschließend wur¬ de auf 4O0C abgekühlt und 7,8 g (0,0476 mol) 2,7-Dimethyl-2,4,6-octatrien-1 ,8-dial (99 gew.-%ig; all-E/4Z=2/1) zugegeben. Nach 30 minütigem Rühren bei 40°C wurde die Lösung auf etwa 25°C abgekühlt und innerhalb von 30 Minuten 20 g einer 30%igen Natriummethylatlösung zugetropft. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 2 Stun¬ den bei 300C gerührt.

Danach wurde das Reaktionsgemisch auf 1000C erwärmt und bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gerührt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur (230C) wurde das ausge¬ fallene Astaxanthin abfiltriert, mit ca. 800 ml 40°C warmen Methanol und 400 ml 7O0C warmen Wasser gewaschen und bei 5O0C im Trockenschrank unter Schutzgas ge¬ trocknet.

Ausbeute: 21 ,3 g (75,2% d.Th.) Reinheit 96% (bestimmt durch HPLC).

Beispiel 4

60 g (0,104 mol) 3-Methyl-(2,6,6-trimethyl-3-oxo-4-hydroxy-1-cyclohexen-1-yl) -2,4- pentadienyl-triphenylphosphoniumbromid (Asta-C15-triphenylphosphoniumbromid) und 7,8g (0,0476 mol) 2,7-Dimethyl-2,4,6-octatrien-1 ,8-dial (99 gew.-%ig; all-E/4Z=2/1 ) wurden in 180 ml Metylenchlorid bei Raumtemperatur (210C) gelöst und danach mit 180 ml Diethylenglykolmonomethylether (Methyldiglykol) versetzt. Die Lösung wurde auf 0 bis 30C abgekühlt und bei der Temperatur innerhalb 1 Stunde mit 6 g (0,11 mol) Natriummethylat in 24 g Methanol versetzt. Nach 1 ,5 Stunden fügte man 2 ml Eisessig hinzu und heizte langsam auf 105-1070C. Dabei wurde Methylenchlorid/Methanol ab¬ destilliert. Nach Erreichen der Isomerisierungstemperatur rührte man 4 Stunden nach. Danach ließ man auf Raumtemperatur (24°C) abkühlen, saugte über eine G3-Glasfritte ab und wusch den Filterrückstand mit: 200 ml Methanol (5O0C), 300 ml VE-Wasser (ca.80°C) und danach nochmals mit 200 ml Methanol (400C). Getrocknet wurde bei 50°C unter Schutzgas.

Ausbeute: 23,8 g (84% d.Th.); Reinheit: 97,7 % (bestimmt durch HPLC).