Brevet FR2001090A1 — publié le 19690926

i 2001090 L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'acides ascorbiques, c'est-à-dire de vitamine C, à partir d'acides ou d'esters d'acides 2-céto-hexo-niques, ou à partir de leurs dérivés cétaliques ou acétafiques. Sous la désignation d'acides 2-céto-hexonîques, on entend ici l'acide 2-céto-l-guIonique, l'acide 2-céto-l-idonîque, ainsi que l'acide 2-céto-d-glucoriK}U£^_Les--Féaetl©n5-chimiques qui se déroulent, consistent en une ïàctonîsation et une énolisation, éventuellement précédées d'une hydrolyse. On connaît déjà dès procédés de fabrication de divers isomères de l'acide 1-ascorbique, c'est-à-dire de la vitamine C, à partir d'acides ou d'esters d'acide 2-céfo-hexoniques, ou à partir de leurs dérivés cétaliques ou acétaliques, par voie de chauffage direct des solutions des matières premières citées ci-dessus avec des solutions d'acides forts, comme par exempJe l'acide chlorhydrique. D'autres procédés connus de fabrication d'acides ascorbiques à partir d'acides 2-céto-hexoniques ou de leurs dérivés cétaliques ou acétaliques, consistent à leur faire subir d'abord une estérification catalysée par des acides, puis une iactonisation ou une énolisation catalysée par des bases. Dans le cadre de la fabrication d'acides ascorbiques en deux phases, l'utilisation de résines échan-geuses de cations sous forme acide, comme catalyseurs de la réaction d'estéri-fication est un procédé connu. On connaît, en outre, l'utilisation de résines échangeuses d'anions, ,comme facteurs basiques provoquant la réaction'âë-Iactonisation et d'énolisation des esters d'acides 2-céto-hexonîques. Les procédés connus de fabrication d'acides ascorbiques présentent l'inconvénient de fournir des solutions, après réaction, souillées, ce qui mène à une diminution du rendement de matière et, d'autre part, ils exigent une main-d'oeuvre importante. Le procédé selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Il permet d'obtenir, après réaction, des solutions relativement pures, car il n'exige pas l'introduction, dans la solution, de réactifs chimiques solubles supplémentaires et ne demande pas beaucoup de main-d'oeuvre, car il peut être totalement automatisé ; il ne se forme presque pas de produits dérivés ou de produits de décomposition, il est, donc, caractérisé par un bon rendement de matière. Le procédé de fabrication d'acides ascorbiques selon l 'invention, consiste à chauffer en une étape des acides 2-céto-hexoniques ou leurs esters, ou bien leurs dérivés acétaliques ou cétaliques, en solution aqueuse, ou en solution 69 01434 2 2001090 dans un solvant organique, en présence d'une résine échangeuse de cations sous forme acide ou saline, ou bien en.présence d'un mélange de ces deux formes. Comme résine échangeuse de cations, if est avantageux d'utiliser des échangeurs de cations monoacides, par exemple des résines du type polystyrène-5 sulfoné, de noms commerciaux bien connus : Wofatit KPS, Zerolit 225, Dowex-50 et autres. Ces résines peuvent être utilisées sous forme acide, dite encore forme hydrogène, ou sous forme saline dite encore forme métallique. Dans le second-cas, il est avantageux que la résine échangeuse d'ions, soit saturée de cations de métaux alcalins, c'est-à-dire de lithium, sodium, potassium, rubidi-10 um ou de césium, séparément ou en mélange. Il est également avantageux d'uilfi=* ser une forme mixte, saline-acide, ou le taux de forme acide soit d'environ 5% à 95%. Bien que l'acide ascorbique soit le composant de toutes les solutions obtenues après réaction, par le procédé selon l'invention, il n'en est cependant pas 15 l'unique composant, car ces solutions renferment également une partie de matière première qui n'a pas réagi. La forme chimique de cette partie de matière première organique, dépend du genre de solvant utilisé, et de la façon d'opérer. Ceci a une incidence sur le moyen d'extraction ultérieur de l'acide ascorbique contenu dans le mélange obtenu après réaction, cette extraction se faisant par 20 cristallisation fractionnée, provoquée soit par évaporation et concentration de la solution, soit par congélation ou par précipitation à l'aide d'un autre solvant. Dans le cas où l'eau est utilisée comme solvant, en plus de l'acide ascorbique on trouve dans la solution obtenue après réaction, de l'acide 2-céto-hexonique. Il en est de même dans le cas où l'on utilise des solvants organiques qui ne 25 provoquent pas 1'estérification. Par contre, dans le cas où l'on utilise comme milieu réactionnel, des alcools, on peut obtenir des esters comme sous-produits entrant dans la composition de la solution obtenue après réaction. On peut déterminer, ainsi, la composition des mélanges obtenus après réaction, ce qui a une certaine signification au cours de la séparation des composants obtenus après 30 réaction. De cette façon, on peut par exemple extraire d'un mélange d'acide ascorbique et d'acide 2-céto-l-gulonique, en premier lieu ce dernier acide. Dans un mélange d'acide 1-ascorbique et d'ester éthylique d'acide 2-céto-l-gulonique, c'est le premier composant qui cristallise en premier lieu. Si le but est d'obtenir dans le mélange après réaction, avec l'acide ascor= 69 01434 3 2C01090 bique, un ester d'acide 2-céto-Tiexonique, il est avantageux d'opérer dans un milieu alcoolique, en présence d'une résine échangeuse de cations, sous forme acide préliminairement complètement déshydratée. Quand on utilise comme matière première des dérivés acétaliques ou cétaliques de l'acide 2-céto-hexo-5 nique, il est avantageux au début, d'opérer en présence d'une résine hydratée, pour permettre l'hydrolyse des groupes acétaliques ou cétaliques et d'opérer ensuite en présence d'une résine déshydratée dans des conditions anhydres. On peut, par exemple, déshydrater les résines échangeuses de cations en les séchant à l'aide de tamis moléculaires de zéolithes 3A, 4A, 5A, 13X, et 10 autres. Exemple 1 . Dans un ballon de 2000 ml muni d'un agitateur, on a introduit 600 ml de résine cationique nommée Zerolit 225, sous forme potassique et, ensuite, on a ajouté un litre d'une solution à 20% d'acide diacétone-2-céto-l-gulonique. 15 Après avoir mis le contenu du ballon sous atmosphère d'azote, on a chauffé le mélange en agitant continuellement, à une température légèrement plus basse que la température d'ébullition, pendant sept heures. Après ce temps de chauffage, la solution réactionnelle contenait environ 78% d'acide 1-ascorbique par rapport à la somme des acides présents. Après élimination de la résine par /lavage 20 filtrage, et/à l'eau jusqu'à l'élimination de sa réaction acide, on a concentré la solution de réaction par distillation de l'eau à une température d'environ 60°C, c'est-à-dire sous pression réduite, jusqu'à obtention d'une consistance sirupeuse. Après introduction de cristaux d'acide 2-céto-l-gulonique, le sirop a été mis dans un appareil frigorifique pendant plusieurs jours, en vue d'obtenir 25 la cristallisation complète de l'acide 2-céto-l-gulonique. Après décantation par centrifugation de ce produit, et lavage à l'alcool méthylique, on a introduit des cristaux d'acide 1-ascorbique dans la solution-mère/attendu quelques jours afin qu'elle se cristallise. Après broyage de la masse cristalline presque figée, on a centrifugé le 30 produit obtenu, en le lavant avec de l'alcool méthylique. On a obtenu, de ce fait, 70g d'acide 1-ascorbique, c'est-à-dire environ 60% du rendement théorique, dont la température de fusion étant comprise entre 186 et 188°C. En vue d'augmenter le rendement de cette opération, on a réuni toutes les solutions provenant du lavage des cristaux et on a éliminé l'alcool méthylique 35 qu'elles contenaient par évaporation, le résidu de distillation a ensuite été 69 01434 4 2C01090 mélangé avec l'acide 2-céto-l-gulonique cristallin régénéré, préalablement dissous dans 400 ml d'eau et mélangé avec la résine cationique sous forme potassique utilisée précédemment et on a répété les opérations de chauffage, d'évapo-ration et de cristallisation, qui ont donné comme résultat encore 23g d'acide 5 ascorbique, ayant une température de fusion comprise entre 184 et 187°C. On a donc, de ce fait, obtenu de l'acide 1-ascorbique, c'est-à-dire de la vitamine C, avec un rendement d'environ 80% de la valeur théorique. Exemple 2. De façon périodique, on a introduit dans un ballon à fond rond de 250 ml, 10 50 ml d'alcool butylique terciaire, et on y a dissous 4g d'acide 2-céto-l-gulonique ; ensuite, on a introduit 30g de résine cationique de polystyrène-sulfoné nommé Wofatit KPS, sous forme hydrogène. La résine cationique a été préalablement déshydratée dans un autre récipient, à l'aide d'un tamis moléculaire inorganique du type Zéolithes 5A. Le mélange réactionnel a ensuite été chauffé au bain-15 marie pendant six heures ; après cette opération, la solution a été légèrement refroidie, et on a éliminé par centrifugation la résine échangeuse de cations. La solution limpide, presque incolore, a été évaporée pour obtenir un volume réduit et,après refroidissement, on a obtenu par voie de cristallisation, environ 3,3g d'acide 1- ascorbique légèrement jaunâtre. 20 Exemple 3. Selon un precessus continu, dans une colonne de verre de 10 mm de diamètre et 500 mm de hauteur, munie d'une chemise chauffante destinée à maintenir une température constante de 80°C, on a placé un échangeur de cations nommé Zérolit 225, sous forme hydrogène, préalablement séché à l'aide d'un tamis 25 moléculaire 4A, puis on a fait passer graduellement par la colonne, 10g d'acide 2-céto-l-gulonique dissous dans 100 ml de dioxanne, à une vitesse telle que la solution traverse la colonne en une heure. L'effluent limpide et presque incolore a été recueilli et évaporé pour obtenir un volume réduit, à une température de 40°C, sans accès d'air, et les cristaux qui se sont formés après refroidissement 30 ont été séparés par filtration, on a ainsi obtenu 8,2 g d'acide ascorbique. L'acide ascorbique obtenu peut être utilisé en pharmacologie, directement ou après une recristallisation complémentaire, après dissolution dans de l'eau. Exemple 4. 20g d'acide diacétone-2-céto-l-guionique ont été dissous dans 200 ml 35 d'alcool éfhylique contenant 0,5% d'eau. Cette solution a été chauffée 69 01434 5 2001090 jusqu'à environ 80°C et ensuite injectée graduellement dans une colonne réchauffée jusqu'à 75°C, ayant 15 mm de diamètre et 300 mm de hauteur, remplie d'une résine échangeuse de cations, séchée à l'air, nommée Zerolit 225, à une vitesse telle que chaque particule de solution soit en contact avec la 5 résine pendant environ 15 minutes. L'efffuent de cette première colonne a été ensuite entroduit dans une seconde colonne réchauffée à 75°C, ayant 25mm de diamètre et 1000 mm de hauteur, remplie de Zerolit 225 déshydraté, la vitesse d'écoulement de la solution étant telle que chaque particule de solution reste en contact avec la résine pendant deux heures. L'effluent a été recueilli 10 et on a éliminé le solvant par distillation, jusqu'à obtention d'un volume de 40 ml ; ensuite, on a fait subir à la solution une congélation qui a donné comme résultat environ 10g d'acide 1-ascorbique, ce qui correspond à 90% du rendement théorique. La température de fusion du produit obtenu était comprise entre 184 et 185°C. La première colonne était encore apte à recevoir une deuxième 15 charge sans nécessiter de modifications, par contre, le contenu de la deuxième colonne a dû être soumis à une déshydratation poussée, avant l'injection d'une nouvelle portion de matière première en solution. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède, mais elle en comprend, au contraire, toutes les variantes à la 20 portéé d'un homme de métier. 69 01434 6 2001090 Revendications 1 .Procédé de fabrication de vitamine C à partir d'acides 2-céfo-hexoni-ques ou de leurs dérivés cétaliques ou acétaliques, ou bien à partir de leurs es~ . ters, caractérisé en ce que les solutions de matières premières citées ci-dessus, sont chauffées avec des résines échangeuses de cations sous forme acide ou sa!i-5 ne, ou sous forme d'un mélange acide salin, le produit de réaction étant extrait par cristallisation fractionnée et fa matière première qui n'a pas réagi, contenue dans la solution-mère, étant soumise une nouvelle fois à la réaction. 2. Procédé de fabrication de vitamine C selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où on utilise comme matières premières, des 10 acides 2-céto-hexoniques ou leurs esters, et comme solvant un solvant organique, les résines échangeuses de cations utilisées sont préliminairement déshydratées. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans fe cas où on utilise comme matières premières des dérivés acétaliques ou cétoniques 15 des acides 2-céto-hexonîques, on opère au début, en présence d'une résine hydratée, et ensuite en présence d'une résine anhydre. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résines échangeuses de cations utilisées renferment des cations de métaux alcalins.