DE19733503A1

DE19733503A1 - Verfahren zur Herstellung von a-Tocopherylacetat durch Umsetzung von Trimethylhydrochinon und Phytol oder Isophytol unter Rückführung des Zinkhalogenid-Kondensationskatalysators

Info

Publication number: DE19733503A1
Application number: DE1997133503
Authority: DE
Inventors: Kai-Uwe Baldenius; Wulf Kaiser; Bernhard Bockstiegel; Harald Laas; Bernhard Schulz; Peter Schmitt; Helmut Glietenberg
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 1999-02-04

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopherylacetat durch Umsetzen von 2,3,5-Trimethyl-hydrochinon (TMH) mit einem Phytol, insbesondere mit Isophytol (IP) in Gegenwart von einem Zinkhalogenid, einem Protonendonator und gegebenenfalls in Gegenwart von einem Amin in einem Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls anschließende Veresterung mit Acetanhydrid, unter Rückführung des Zinkahlogenid-Kondensationskatalysators. Unter einen Zinkhaloge nid-Kondensationskatalysator werden hierbei im wesentlichen die preiswert erhältlichen Halogenide Zinkchlorid und Zinkbromid ver standen, aber auch Mischungen derselben sowie Mischungen dersel ben mit basischen Chloriden und Bromiden des Zinks, d. h. Oxy- und Hydroxyhalogenide.

In den vergangenen Jahren hat α-Tocopherol (Vitamin E) als Anti oxidans sowie auf dem Gebiet der menschlichen und tierischen Er nährung in steigendem Maße Bedeutung erlangt. Zu seiner Synthese sind daher zahlreiche Verfahren entwickelt worden. Eine Über sichtsarbeit von Siebrell und Harris hierüber findet sich in "The Vitamins", Vol V, Seiten 168 f (1972).

In industriellem Maßstab hat es sich bewährt, Vitamin E durch Kondensation von TMH mit IP in einem Lösungsmittel in Gegenwart von Lewissäuren, insbesondere von Zinkchlorid, zusammen mit einem Protonendonator, insbesondere von Chlorwasserstoffgas bei erhöhter Temperatur umzusetzen (vgl. US 24 11 969 der Firma Hoffmann-La Roche, US 4 239 691 der Firma Eastman Kodak, US 3 708 505 der Firma Diammond Shamrock und DE 32 03 487 der Firma BASF).

Eine breite Palette von Lösungsmitteln kann für diese Umsetzung eingesetzt werden, z. B. Ethylacetat, Essigsäure, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder Chlorkohlenwasserstoffe.

Gemäß DE 26 06 830 und EP 100 471 erhält man bei dieser Umsetzung besonders gute Ausbeuten und besonders reines Vitamin E, wenn man die Umsetzung zusätzlich in Gegenwart von geringen Mengen eines Amins oder eines Ammoniumsalzes durchführt.

Nachteilig an diesen an sich recht guten Verfahren ist, daß durch die übliche Verwendung von größeren Mengen an ZnCl₂ große Abwasserprobleme auftreten. Ein weiterer großer Nachteil bei der Verwendung von Zinkchlorid für diese Umsetzung ist gemäß Bull. Chem. Soc. Jpn., 68 (1995), 3569-71, insbesondere 3569, linke Spalte, und Bull. Chem. Soc. Jpn. 69 (1996), 137-139, ins besondere 137, linke Spalte, daß Lewis-Säuren, wie Zinkchlorid, durch das bei der Umsetzung gebildete Wasser desaktiviert werden.

Versuche, das Zinkchlorid mit Wasser aus dem Reaktionsgemisch zu extrahieren und es in Form der erhaltenen 20 bis 60 gew.-%igen Lösung in die Umsetzung zurückzuführen, führten zu schlechten Ausbeuten und zu weniger reinem Vitamin E. Eine separate Aufar beitung der 20- bis 60 gew.-%igen Zinkchlorid-Lösung zu trockenem Zinkchlorid-Pulver und Rückführung des Zinkchlorid-Pulvers in die Vitamin-E-Synthese ist aufgrund des hohen apparativen Aufwands für das Arbeiten mit einem Feststoff nicht ökonomisch durchführ bar.

Wegen dieser Schwierigkeiten beim Arbeiten mit Zinkchlorid wurden in der neuesten Literatur für die Kondensation von TMH und IP in industriellem Maßstab andere saure Katalysatoren beschrieben. So wird beispielsweise in Bull. Chem. Soc. Jpn. 68 (1995), 3569 bis 3571, Scandium(III)trifluormethansulfonate und in Bull. Chem. Soc. Jpn. 69 (1996), 137-39, Montmorillonite mit ausgetauschten Metallionen als Katalysatoren empfohlen. In DE-OS 27 43 920 wird an Kieselgel/Aluminiumoxid adsorbiertes Zinkchlorid als Katalysa tor beschrieben.

Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß Sc(III)trifluormethan sulfonat sehr teuer und nicht in ausreichendem Maße verfügbar ist und die Montmorillonite bzw. die Zinkchlorid-Kieselgel/Aluminium-Kata lysatoren für eine Wiederverwendung ein aufwendiges Fest stoff-Handling erfordern.

Üblicherweise wird bei Verwendung von Zinkchlorid als Kondensati onsmittel dieses als festes Pulver verwendet. In technischem Maß stab muß beim Einbringen eines Feststoffes in einen organische Lösungsmittel, wie Heptan, enthaltenden Reaktionskessel ein be trächtlicher technischer Aufwand getrieben werden um elektrische Aufladungen und die Bildung von explosionsfähigen Gemischen sowie die hierdurch auftretende Gefahr einer Explosion zu verhindern.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung das an sich in der Technik bewährte Verfahren zur Herstellung von Vitamin E durch Konden sation von TMH mit IP in einem Lösungsmittel in Gegenwart von einem Zinkhalogenid, einem Protonendonator und ggf. in Gegenwart von einem Ammoniumsalz und/oder einem Amin so zu verbessern, daß man das aufwendige Feststoffhandling ohne Verschlechterung von Ausbeute und/oder Reinheit des α-Tocopherols bzw. α-Tocopherylace tats vermeiden kann. Es war weiterhin die Aufgabe, das Verfahren so zu verbessern, daß man das Zinkhalogenid und möglichst auch das Ammoniumsalz und/oder das Amin nach der Umsetzung auf einfa che und ökonomische Weise zurückgewinnen und in die Umsetzung zu rückführen kann.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man bei dem Ver fahren zur Herstellung von α-Tocpherol durch Umsetzen von TMH mit Phytol oder IP in Gegenwart von Zinkchlorid oder Zinkbromid und einem Protonendonator auch dann reines α-Tocophenol in sehr guten Ausbeuten erhält, wenn man

A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig misch baren unpolaren Lösungsmittel durchführt und
B. das benötigte Zinkchlorid oder Zinkbromid in Form einer Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol Zinkchlorid oder Zinkbromid, vorzugsweise 1 bis 3 mol Wasser pro mol Zinkchlo rid oder Zinkbromid in die Umsetzung einbringt, was technisch einer etwa 65- bis 90-gew.-%igen, vorzugsweise einer etwa 70 bis etwa 90 gew.-%igen ggf. heißen wäßrigen Lösung, übersät tigten Lösung oder pumpbaren Maische entspricht.

Es wurde weiterhin gefunden, daß diese etwa 65- bis 90 gew.-%igen Gemische aus Wasser und Zinkchlorid oder Zinkbromid bei Temperatu ren von 20 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, durch ent sprechend erwärmte Rohrleitungen transportiert und auf einfache Weise dosiert werden können.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopherylacetat durch Umset zen von 2,3,5-Trimethyl-hydrochinon mit Phytol oder Isophytol in Gegenwart von einem Zinkhalogenid und einem Protonendonator und ggf. anschließendes Verestern mit Acetanhydrid, das dadurch ge kennzeichnet ist, daß man

A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig misch baren unpolaren Lösungsmittel durchführt und
B. das benötigte Zinkhalogenid in Form einer Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol Zinkhalogenid, vorzugsweise 1 bis 3,5 mol Wasser pro mol Zinkhalogenid, insbesondere 1 bis 3 mol Wasser in die Umsetzung einbringt.

Ganz besondere Vorteile bringt die Möglichkeit, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das benötigte Zinkhalogenid in Form einer leicht handhabbaren Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol Zinkhalogenid in die Umsetzung einbringen zu können für die Rück führung des Zinkhalogenid nach erfolgter Umsetzung.

Mit besonderem Vorteil gelingt das erfindungsgemäße Verfahren, wenn man als Zinkhalogenid eines der preiswert zugänglichen Halogenide Zinkchlorid oder Zinkbromid verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend auch ein Verfahren zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopherylacetat durch Umsetzen von TMH mit IP oder Phytol in Gegenwart von Zinkchlorid oder Zinkbromid und einem Protonendonator in einem Lösungsmittel und gegebenenfalls anschließende Veresterung mit Acetanhydrid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig misch baren unpolaren Lösungsmittel durchführt,
B. nach erfolgter Umsetzung das Zinkchlorid oder Zinkbromid ab trennt und/oder mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und einem niedrig siedenden, mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel aus der erhaltenen Tocopherol-Lösung extrahiert und
C. die erhaltene Zinkchlorid- bzw. Zinkbromid-Lösung ggf. nach Aufkonzentrieren in Form einer etwa 60 bis 90 gew.-%igen ge gebenenfalls heißen Lösung oder pumpbaren Maische teilweise oder vollständig so in den Umsetzungsprozeß zurückführt, daß im Reaktionsgemisch nach Ergänzung des noch fehlenden Zink chlorids bzw. Zinkbromids für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4 mol Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3,5 mol Wasser, insbesondere nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid bzw. Zinkbromid vorliegen.

Das Rückführen der Zinkchlorid- oder Zinkbromid-Lösung nach dem Aufkonzentrieren in Form einer Lösung oder pumpbaren Maische an stelle von Zinkchlorid- oder Zinkbromid-Pulver ist möglich, wenn man im Verfahrensschritt C. die wäßrige Zinkchlorid- bzw. Zink bromid-Lösung nach dem Aufkonzentrieren auf etwa 60 bis 90 Gew.-% Zinkchlorid bzw. Zinkbromid, vorzugsweise 70 bis 90 Gew.-% Zink chlorid bzw. Zinkbromid, bei Temperaturen von 20 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis etwa 200°C, aufbewahrt und/oder per ent sprechend beheizter Rohrleitung in den Umsetzungsprozeß zurück führt.

Als nicht oder nur wenig mit Wasser mischbare unpolare Lösungs mittel kommen für das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere Kohlenwasserstoffe, mit einem Siedepunkt oder Siedebereich von 60 bis 200°C, wie Hexan, Heptan, Cyclohexan, Octan, Nonan, Decan, Decalin, Toluol, Xylol oder Chlorbenzol oder aber Gemische aus zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel, wie Petrolether, in Be tracht. Mit besonderem Vorteil arbeitet man in Heptan. Prinzi piell kann aber auch Tocopherol selbst als unpolares Lösungs mittel dienen.

Als niedrigsiedendes, mit Wasser mischbares organisches Lösungs mittel für die Extraktion sind beispielsweise Methanol, Ethanol, Tetrahydrofuran und Aceton geeignet. Mit besonderem Vorteil verwendet man Methanol, da dieses in Gegenwart von Wasser prak tisch unlöslich in den zur Extraktion verwendeten Kohlenwasser stoffen ist. Im allgemeinen verwendet man das niedrigsiedende, mit Wasser mischbare Lösungsmittel in einem Gewichtsverhältnis von Wasser zu Lösungsmittel von etwa 4 : 1 bis 1 : 10.

Eine mögliche vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Rückführung von Zinkchlorid oder Zinkbromid ist dadurch gekennzeichnet, daß man
im Verfahrensschritt B. die Hauptmenge des Zinkchlorids bzw. Zinkbromids aus der Tocopherol-Lösung mit möglichst wenig Wasser extrahiert und im
Verfahrensschritt C. soviel von der erhaltenen wäßrigen Lösung oder pumpbaren Maische für die folgende Umsetzung in den Umset zungsprozeß zurückführt, daß nach Ergänzung des noch fehlenden Zinkchlorids bzw. Zinkbromids durch trockenes Zinkchlorid oder Zinkbromid oder eine 85- bis 90 gew.-%ige Lösung oder pumpbare Maische im Reaktionsgemisch für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4, vorzugsweise nicht mehr als 3 mol Wasser pro Zinkchlorid bzw. Zinkbromid vorliegen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man
im Verfahrensschritt B. durch mehrmaliges Extrahieren mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Methanol, dem ggf. etwa 0,5 bis 1 Gew.-% einer Mineralsäure, vorzugsweise HCl, zugesetzt wurde, das Zinkchlorid bzw. Zinkbromid möglichst vollständig aus der To copherol-Lösung entfernt und
im Verfahrensschritt C. die erhaltene verdünnte Zinkchlorid- oder Zinkbromid-Lösung durch Abdampfen von Wasser oder Methanol und Wasser so weit aufkonzentriert, daß die Zinkchlorid- bzw. Zink bromid-Lösung oder pumpbare Maische nicht mehr als 4 mol Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3,5 mol, insbesondere nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid bzw. Zinkbromid enthält und daß man sie so in den Umsetzungsprozeß zurückführt.

Die Zugabe der Mineralsäure zu dem für die Extraktion verwendeten Wasser soll sicherstellen, daß auch bei mehrfacher Extraktion der übliche und vorteilhafte pH-Bereich (kleiner als 5) bestehen bleibt. Mit Vorteil führt man das mehrmalige Extrahieren durch eine sogenannte 1- bis 3-stufige Gegenstromextraktion aus.

Hierbei kann man die erhaltene verdünnte Zinkchlorid- bzw. Zink bromid-Lösung zunächst in einer speziellen Destillationsvorrich tung in Gegenwart oder Abwesenheit eines geeigneten Azeotropbild ners aufkonzentrieren und danach in Form einer ggf. heißen Lösung oder pumpbaren Maische in den Umsetzungsprozeß zurückführen oder aber im Reaktionsgefäß selbst vor der Zugabe von IP in Gegenwart oder Abwesenheit eines geeigneten Azeotropbildners aufkonzen trieren.

Stellt man α-Tocopherol bzw. α-Tocopherylacetat, wie in DE 26 06 830 oder EP 100 471 beschrieben, in Gegenwart von einem Ammmoniumsalz und/oder einem Amin her, dann ist es sogar möglich, daß man im Verfahrensschritt B. nach der Umsetzung das Zinkchlo rid bzw. Zinkbromid zusammen mit gegebenenfalls enthaltenem Ammoniumsalz und/oder Amin sowie unumgesetztem TMH mit einer Mischung aus Wasser und Methanol im Verhältnis von etwa 4 : 1 bis 1 : 10 aus der erhaltenen Tocopherol-Lösung extrahiert und den erhaltenen Extrakt nach Aufkonzentrieren, in Form einer gegebe nenfalls heißen Lösung oder pumpbaren Maische so in den Umset zungsprozeß zurückführt, daß im Reaktionsgemisch für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4 mol Wasser, vorzugsweise nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid bzw. Zinkbromid enthalten sind.

Die Umsetzung des ggf. gemäß DE 26 06 830 mit einem Ammoniumsalz und/oder einem Amin behandelten Isophytols oder Phytols mit TMH erfolgt in an sich bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 60 und 200°C, vorzugsweise bei 80 bis 140°C, insbesondere bei 90 bis 110°C, und in den oben beschriebenen Kohlenwasserstoffen als Lösungsmittel. Die Lösungsmittelmenge kann in großen Grenzen va riiert werden, sie kann den einfachen bis zum zehnfachen Gewichtsteil des IP's betragen. Die Zinkchlorid- bzw. Zinkbromid menge kann 0,04 Gewichtsteile vom IP betragen bis zu sehr hohen Mengen von 0,5 Gewichtsteilen und höher, die aber keinen Vorteil bringen.

Als Protonendonatoren können Mineralsäuren, wie konz. Salzsäure, konz. Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Natriumhydrogensulfat verwendet werden. Davon wird Salzsäure bevorzugt.

Ferner kann Toluolsulfonsäure oder Trifluormethansulfonsäure ver wendet werden, wie auch Mischungen der genannten Säuren.

Das bei der Reaktion entstehende Wasser kann ausgekreist werden, doch ist die Umsetzung in speziellen Fällen auch ohne Wasseraus kreisung durchführbar.

Statt mit Zusatz von wäßriger Salzsäure kann mit Vorteil auch unter Einleiten von Chlorwasserstoffgas gearbeitet werden. Dies hat den Vorteil, daß die Säurekonzentration nicht auf einen zu hohen Wert anwachsen kann, da überschüssiges Salzsäuregas sich aus der Reaktionsmischung verflüchtigt. Eine hochsiedende Säure, wie Schwefelsäure kann dagegen in zu hoher Konzentration die Bildung von Nebenprodukten begünstigen. Bei Umsetzungen unter Einleiten von Chlorwasserstoffgas wird im allgemeinen nur wenig Wasser ausgekreist, da sich hierbei aus dem bei der Reaktion ge bildeten Wasser und HCl eine etwa 12%ige wäßrige, konstant sie dende Salzsäure bildet, die viel schwerer als Wasser auskreisbar ist.

Die Umsetzung kann diskontinuierlich, aber auch kontinuierlich durchgeführt werden.

Die Menge des für die Extraktion benötigten Wasser hängt ab von der Menge des eingesetzten Zinkhalogenids, von der Menge des ver wendeten Lösungsmittels, von der Menge des während der Umsetzung ausgekreisten Wassers, von der Zahl der Extraktionsstufen sowie von dem gewünschten Extraktionsgrad für das Zinkhalogenid. Sie kann daher in weiten Grenzen variieren. Zur Extraktion von nur der Hauptmenge des Zinkhalogenids genügt im allgemeinen eine ein fache Wäsche mit ca. 3 bis 10 Vol.-% Wasser, bezogen auf die or ganische Phase. Zur vollständigen Extraktion wird 2- bis 6 mal mit je 0,5 bis 10 Vol.-% Wasser oder wäßrigem Methanol, vorzugs weise 2 bis 4 mal mit 1 bis 5 Vol.-% Wasser oder wäßrigem Metha nol gewaschen. Besonders vorteilhaft gelingt die vollständige Ex traktion in einer dreistufigen Gegenstromextraktion mit 1 bis 3 Volumen% Wasser.

Man kann aber auch das bei der Umsetzung gebildete Wasser enthal tende Zinkchlorid oder Zinkbromid als solches entfernen.

Bei zusätzlicher Zugabe von frischem, trockenem Zinkchlorid bzw. Zinkbromid können auch 60 gew.-%ige Zinkchlorid- oder Zinkbromid-Lösungen zurückgeführt werden. Arbeitet man mit praktisch voll ständiger Rückführung des Zinkhalogenids, wobei nur sehr kleine Mengen, d. h. nur etwa 0 bis 3% an trockenem Zinkchlorid oder Zinkbromid in Form einer 85 bis 90 gew.-%igen Lösung zugesetzt werden, sollten die als Katalysatorlösung eingesetzten Zinkhalo genid-Lösungen oder pumpbaren Maischen mindestens 65 Gew.-% Zink chlorid bzw. Zinkbromid enthalten, was einer Menge von etwa 4 mol Wasser pro mol Zinkchlorid bzw. Zinkbromid entspricht. Mit Vor teil arbeitet man mit einer Katalysatorlösung oder pumpbaren Mai schen, die 70 bis 90 Gew.-%, insbesondere 80 bis 90 Gew.-% Zink halogenid enthält, was etwa Mengen von 1 bis 3 mol Wasser, ins besondere etwa 1 bis 2 mol Wasser pro mol Zinkhalogenid ent spricht. Je höher der Gehalt an Zinkchlorid oder Zinkbromid in der Mischung ist, desto wichtiger ist es, diese während der Auf bewahrung und/oder während des Zudosierens auf Temperaturen von etwa 50 bis 200°C, vorzugsweise 80 bis 200°C zu halten. Bei Zink chlorid- oder Zinkbromid-Konzentration von mehr als etwa 90 Gew.-% steigt die Gefahr, daß die Lösung, übersättigte Lösung oder Maische erstarrt, was die Prozeßführung erschweren würde.

Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulichen. Die Ausbeute-Angaben gelten für den reinen Wirkstoff (Vitamine-E-acetat 100%ig) und sind bezogen auf einge setztes TMH. Die Reinheit wurde durch Gaschromatographische Analyse (GC) des erhaltenen Produkts bestimmt. Die Färbung des Destillats nach der VEA-Destillation wurde durch Absorptionsspek troskopie (Perkin-Elmer 552; Zellenlänge 1 cm Reinsubstanz; Wel lenlänge 420 nm gemessen und die Farbintensität C.I. nach der Formel C.I. = -0,261 (% Transmittance) + 25,23 berechnet.

Vergleichsbeispiele 1, 2b und 2g und Beispiele 2a, 2c bis 2f und 2h bis 2j

In einem 4 l-Rührbehälter aus Glas mit aufgesetztem Rückfluß kühler und Wasserabscheider wurden jeweils 1170 g Heptan, 600 g Trimethylhydrochinon (TMH: Reinheit < 94%), 12 g Tridecylamin (TDA), die aus Tabelle 1 ersichtliche Menge x[g] trockenes Zink chlorid und die aus Tabelle 1 ersichtliche Menge y[g] einer wäßrigen Zinkchloridlösung der Konzentration z [Gew.-%) vorgelegt und der Ansatz unter Rühren aufgeheizt. Anschließend wurde Chlor wasserstoff (ca. 20 g/h) zudosiert. In die siedende Mischung wur den innerhalb von 1 Stunde (h) unter Auskreisen von Wasser (W) jeweils 1210 g Isophytol (IP; 98%ig) zudosiert. Anschließend ließ man noch 1 h bei Siedetemperatur nachreagieren. Dann wurde mit 100 ml W gewaschen. Bei dreimaligem Waschen mit je 100 ml W können 98 bis 100% des eingesetzten Zinkchlorids zurückgewonnen werden. Anschließend wurde mit wäßrigem Methanol gewaschen. Nach Abziehen des Lösungsmittels wurde das rohe α-Tocopherol mit Essi säureanhydrid durch Erhitzen unter Rückfluß verestert und das erhaltene Vitamin-E-acetat (VEA) in der aus Tabelle 1 ersichtli chen Ausbeute an reinem Vitamin-E-acetat, bezogen auf eingesetz tes TMH, und Reinheit (bestimmt durch GC) erhalten.

Tabelle 1

Die Beispiele 2a, 2c bis 2f und 2h bis 2j zeigen den Einfluß von W auf die Katalysatoraktivität. Bei Mitverwendung von bis zu 3 mol Wasser pro mol ZnCl₂ werden keine signifikanten Verschlech terungen der Ausbeute und der Reinheit beobachtet, ab 4 mol W pro mol ZnCl₂ sinken die Ausbeuten leicht ab. Beispiele 2e und Vergleichsbeispiel 2g zeigen, daß größere Katalysatormengen kei nen Vorteil mehr bringen.

Beispiel 3 Umsetzung in Gegenwart von wenig trockenem ZnCl₂ und stark ver dünnter ZnCl₂-Lösung

In einem 4 l-Rührbehälter aus Glas mit aufgesetztem Rückfluß kühler und a) mit Wasserabscheider und b) ohne Wasserabscheider wurden jeweils 1170 g Heptan, 600 g TMH, 12 g TDA und 23 g troc kenes ZnCl₂ sowie 463 g einer wäßrigen ZnCl₂-Lösung (Konzen tration: 20 Gew.-%; Verhältnis von W/ZnCl₂ = 24 mol/mol) vorgelegt und der Ansatz unter Rühren und a) unter Abscheiden von W und b) ohne Abscheidung von W aufgeheizt und ca. 20 g/h Chlorwasserstoff zudosiert. In die siedende Mischung wurden innerhalb von 1 h 1210 g IP zudosiert und das Reaktionsgemisch noch 2 h nach reagieren lassen.

Bei Reaktionsansatz a) setzte die Umsetzung zwischen TMH und IP ein nachdem der überwiegende Teil des Wassers aus der ZnCl₂-Lösung sich im Wasserabscheider abgeschieden hatte. Der Ansatz wurde analog Beispiel 2 aufgearbeitet.

Im Reaktionsansatz b) wurde das gewünschte α-Tocopherol nur in Spuren gebildet, was zeigt, daß größere Mengen an W im Reaktions gemisch den Katalysator völlig desaktivieren.

Die jeweils erzielten Ausbeuten sind in Tabelle 2 dargestellt. Wie Tabelle 2 zeigt, sind die Ausbeute und die Reinheit des erhaltenen Tocopherols schlechter als in Beispiel 4, was zeigt, daß es vorteilhafter ist, wenn man die Katalysatorlösung bereits vor Beginn der Umsetzung aufkonzentriert.

Tabelle 2

Beispiel 4 Umsetzung in Gegenwart von wenig trockenem ZnCl₂ und einer konzen trierten ZnCl₂-Lösung

In dem oben beschriebenen 4 l-Rührbehälter wurden jeweils 1170 g Heptan, 600 g TMH, 12 g TDA, 23,2 g trockenes ZnCl₂ und 115,9 g einer 80 gew.-%igen ZnCl₂-Lösung vorgelegt und der Ansatz a) unter Auskreisen von W und b) ohne Auskreisen von W aufgeheizt. Sodann wurden ca. 20 g/h Chlorwasserstoff zudosiert und in die siedende Mischung innerhalb von 1 h 1210 g IP zudosiert. Anschließend ließ man 1 h nachreagieren. Anschließend wurde einmal mit 300 ml W und 3x mit wäßrigem Methanol gewaschen und analog Beispiel 2 mit Acetanhydrid verestert.

Die erzielten Ausbeuten und Reinheiten sind in Tabelle 3 darge stellt:

Tabelle 3

Die Beispiele 4a und 4b zeigen, daß bei einem Wassereintrag von nur 1,5 mol/mol ZnCL₂ das Auskreisen von W ohne Verschlechterung von Ausbeute und Reinheit entfallen kann.

Beispiel 5 Mehrfache Rückführung von ZnCl₂; mittlerer Rückführungsgrad 78%

In dem oben beschriebenen 4 l-Rührbehälter mit Rückflußkühler und Wasserabscheider wurden 1170 g Heptan, 600 g TMH, 12 g TDA und die aus Tabelle 4 ersichtliche Menge x [g) trockenes ZnCl₂ und die aus Tabelle 4 ersichtliche Menge y [g] ZnCl₂-Lösung der aus Ta belle 4 ersichtlichen Konzentration z vorgelegt und der Ansatz unter Rühren aufgeheizt. Sodann wurde ca. 20 g/h Chlorwasser stoffgas zudosiert, in die siedende Mischung innerhalb von 1 h 1210 g IP zudosiert und anschließend das Reaktionsgemisch noch 1 h nachreagieren lassen.

Anschließend wurde durch einmalige Zugabe von 100 ml W ein Groß teil (ca. 80%) des ZnCL₂ ausgewaschen. Die Heptan-Tocopherol-Phase wurde mit wäßrigem Methanol gewaschen, eingedampft und das erhaltene rohe Tocopherol mit Essigsäureanhydrid verestert.

Die erhaltene wäßrige ZnCl₂-Lösung (ca. 200 g mit einer mittleren Konzentration von ca. 50 Gew.-% ZnCL₂) wurde in einem Sambay-Ver dampfer zu der aus Tabelle 4 ersichtlichen Konzentration z auf konzentriert. Das Konzentrat wurde bei 100°C gelagert und er starrte bei diesen Temperaturen nicht. Es wurde bei dem nächsten Kondensationsansatz neben der aus Tabelle 4 ersichtlichen Menge an trockenem ZnCL₂ wieder als Katalysator eingesetzt. Auf gleiche Weise wurde jeweils das zurückgewonnene ZnCl₂ in 10 auf einander folgenden Kondensationsansätzen eingesetzt. Der Eintrag von W be trug bei allen Ansätzen etwa 1,0 bis 1,2 mol W pro mol ZnCl₂. In Tabelle 4 sind die Reaktionsbedingungen sowie Ausbeuten und Rein heiten des mit zurückgeführtem ZnCl₂ erhaltenen Vitamin-E-acetats angegeben.

Die Beispiele 5 bis 5.10 zeigen, daß selbst nach 10-maligem Rück führen von ZnCl₂-Lösung der angegebenen Konzentration in Folge keine Verschlechterung der Ausbeute oder der Reinheit des herge stellten VEA's beobachtet wurde. Auch die Bildung hochsiedender Nebenkomponenten, die bei einer Vakuumdestillation des rohen Vi tamin-E-acetats als nichtverdampfbarer Rückstand anfallen sowie die Färbung des Destillats (angegeben als Colour Index C.I.) blieben ohne signifikante Änderung.

Beispiel 6 Vielfache Rückführung von ZnCL₂; mittlerer Rückführungs grad < 97%

Analog Beispiel 5 wurden 600 g TMH in Gegenwart von der aus Ta belle 5 ersichtlichen Menge x [g] an trockenem ZnCl₂ und y [g] einer zurückgeführten wäßrigen ZnCl₂-Lösung mit einer Konzen tration von Z Gew.-% mit 1210 g IP zu α-Tocopherol umgesetzt. Nach 1-stündigem Nachreagieren wurde dreimal mit je 100 ml Wasser gewaschen, wobei 98-100% des eingesetzten ZnCL₂ zurückerhalten wurden. Nach Abziehen des Lösungsmittels wurde das rohe α-Toco pherol mit Acetanhydrid verestert.

So wurden jeweils etwa 400 bis 420 g ZnCl₂-Lösung mit einer mitt leren Konzentration von 30 Gew.-% ZnCl₂ erhalten. Diese Lösungen wurden filtriert und an einem Sambay-Verdampfer aufkonzentriert. Das Konzentrat wurde bis zur Wiederverwendung bei 100°C gelagert, wobei es nicht erstarrte. Es wurde, wie oben beschrieben, jeweils für den folgenden Kondensationsansatz als Katalysator verwendet.

Die Beispiele 6 bis 6.20 zeigen, daß selbst nach 20-maligem Rück führen von ZnCl₂-Lösung der in Tabelle 5 angegebenen Konzen tration z weder eine Verschlechterung der Ausbeute und der Rein heit des VEA's beobachtet werden konnte, noch der Anteil an nichtverdampfbarem Rückstand bei der VEA-Destillation oder die Färbung des Destillats anstieg.

Beispiel 7 Rückführung von ZnCl₂ mit Aufkonzentrierung der Katalysatorlösung durch Azeotrop-Destillation im Reaktionsgefäß

In einem 0,5 l-Dreihalskolben aus Glas mit Blattrührer, Tropf trichter, Rückflußkühler und Wasserabscheider wurden 150 g Heptan, 76 g TMH, 1,5 g TDA und 16 g trockenes ZnCl₂ vorgelegt und der Ansatz unter Rühren aufgeheizt. Chlorwasserstoff wird zudosiert (ca. 5 g/h). In die siedende Mischung wurden 153 g IP zudosiert.

Man ließ 1 h nachreagieren. Nach dem Abkühlen wurden 12,5 ml Was ser zugesetzt, durchmischt und nach dem Absetzenlassen die Phasen getrennt. Die heptanische Phase wurde eingeengt und das rohe Tocopherol mit Essigsäureanhydrid durch Erhitzen unter Rückfluß zu VEA verestert.

Die wäßrige Phase wurde für den nächsten Versuch als Katalysator vorgelegt. 150 g Heptan, 76 g TMH und 1,6 g frisches Zinkchlorid wurden zugegeben und der Ansatz wie oben unter Rühren aufgeheizt. Das W wurde durch Azeotrop-Destillation mit dem Heptan am Wasser abscheider ausgekreist und Chlorwasserstoff zudosiert (ca. 5 g/h). Nachdem ca. 10 ml des Wassers ausgekreist worden waren, wurden in die siedende Mischung 153 g IP zudosiert. Man ließ nachreagieren. Die Aufarbeitung wurde wie oben beschrieben durch geführt.

Auf diese Art wurde das ZnCL₂ dreimal zurückgeführt. In allen An sätzen wurden Ausbeuten von 97% der Theorie und Reinheiten von 97,7% erzielt.

Beispiel 8 Rückführung von Zinkchlorid sowie des Phasentransferkatalysators TDA-HCl durch Extraktion mit W/Methanol

In einem 0,5 l-Dreihalskolben aus Glas mit Blattrührer, Tropf trichter, Rückflußkühler und Wasserabscheider wurden 150 g Heptan, 76 g TMH, 1,5 g TDA und 16 g trockenes ZnCl₂ vorgelegt und der Ansatz unter Rühren aufgeheizt. Es wurde Chlorwasserstoff zudosiert (ca. 5 g/h) und in die siedende Mischung 153 g IP zudosiert. Man ließ 1 h nachreagieren. Nach dem Abkühlen wurden dreimal je 100 ml W und Methanol zugesetzt, das Reaktionsgemisch durchmischt und nach dem Absetzenlassen die Phasen getrennt. Die heptanische Phase wurde eingeengt und das rohe Tocopherol durch Erhitzen unter Rückfluß mit Essigsäureanhydrid zu VEA verestert.

Die wäßrig-methanolische Phase wurde eingedampft und für den nächsten Versuch als Katalysator vorgelegt. 150 g Heptan, 76 g TMH und 1,6 g frisches ZnCL₂ wurden zugegeben, der Ansatz wie oben beschrieben unter Rühren aufgeheizt und Chlorwasserstoff zudosiert (ca. 5 g/h). In die siedende Mischung wurden 153 g IP zudosiert. Man ließ 1 h nachreagieren. Die Aufarbeitung wurde wie oben beschrieben durchgeführt.

Auf diese Art wurde das Zinkchlorid und TDA dreimal zurück geführt. Alle Ansätze lieferten Ausbeuten an VEA von etwa 97% der Theorie und Reinheiten von 97,7%.

Dieses Beispiel zeigt, daß durch Extraktion mit einem Gemisch aus W und Methanol im Verhältnis von etwa 1 : 1 nicht nur das Zinkchlo rid, sondern auch der Phasentransferkatalysator TDA.HCl nahezu vollständig in den Prozeß zurückgeführt werden kann.

Beispiel 9 Vielfache Rückführung von Zinkbromid

Analog Beispiel 5 - jedoch unter Zugabe von 22 mol einer 47 Gew.-%igen wässrigen HBr-Lösung anstelle des Einleitens von HCl-Gas - wurden 600 g TMH in Gegenwart von der aus Tabelle 6 er sichtlichen Menge x [g) an trockenem Zinkbromid und y [g] einer zurückgeführten wäßrigen Zinkbromid-Lösung mit einer Konzen tration von Z Gew.-% mit 1210 g IP zu α-Tocopherol umgesetzt. Nach 1-stündigem Nachreagieren wurde dreimal mit je 100 ml Wasser gewaschen, wobei 98-100% des eingesetzten Zinkbromids zurücker halten wurden. Nach Abziehen des Lösungsmittels wurde das rohe α-Tocopherol mit Acetanhydrid verestert.

So wurden jeweils etwa 460 bis 480 g Zinkbromid-Lösung mit einer mittleren Konzentration von 37 Gew.-% Zinkbromid erhalten. Diese Lösungen wurden filtriert und an einem Sambay-Verdampfer auf konzentriert. Das Konzentrat wurde bis zur Wiederverwendung bei 100°C gelagert, wobei es nicht erstarrte. Es wurde, wie oben be schrieben, jeweils für den folgenden Kondensationsansatz als Ka talysator verwendet.

Die Beispiele 9 bis 9.2 zeigen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei Verwendung von Zinkbromid die Rückführung des Katalysators ohne Verschlechterung der Ausbeute oder der Reinheit des Vitamin-E-acetats möglich ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopheryl acetat durch Umsetzen von 2,3,5-Trimethyl-hydrochinon mit Phytol oder Isophytol in Gegenwart von einem Zinkhalogenid-Kon densationskatalysator und einem Protonendonator und ggf. anschließende Veresterung mit Acetanhydrid, dadurch gekenn zeichnet, daß man

A. Die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig mischbaren unpolaren Lösungsmittel durchführt und
B. das benötigte Zinkhalogenid in Form einer Mischung aus 1 bis 4 mol Wasser pro mol Zinkhalogenid in die Umsetzung einbringt.

2. Verfahren zur Herstellung von α-Tocopherol oder α-Tocopheryl acetat durch Umsetzen von 2,3,5-Trimethyl-hydrochinon mit Isophytol oder Phytol in Gegenwart von Zinkchlorid oder Zink bromid und einem Protonendonator in einem Lösungsmittel und gegebenenfalls anschließende Veresterung mit Acetanhydrid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

A. die Umsetzung in einem mit Wasser nicht oder nur wenig mischbaren unpolaren Lösungsmittel durchführt,
B. nach erfolgter Umsetzung das Zinkchlorid oder Zinkbromid abtrennt und/oder mit Wasser oder einem Gemisch aus Was ser und einem niedrigsiedenden, mit Wasser mischbaren or ganischen Lösungsmittel aus der erhaltenen Tocopherol-Lö sung extrahiert und
C. die erhaltene Zinkchlorid- oder Zinkbromid-Lösung ggf. nach Aufkonzentrieren in Form einer etwa 60 bis 90 gew.-%igen gegebenenfalls heißen Lösung oder pumpbaren Maische teilweise oder vollständig so in den Umsetzung sprozeß zurückführt, daß im Reaktionsgemisch nach Ergän zen des noch fehlenden Zinkchlorids bzw. Zinkbromids für die folgende Umsetzung nicht mehr als 4 mol Wasser, vor zugsweise nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlo rid oder Zinkbromid vorliegen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Hexan, Heptan, Cyclohexan, Octan, Nonan, Decan, Toluol, Xylol oder in einem Gemisch von 2 oder mehreren dieser Lösungsmittel als mit Wasser nicht oder nur wenig mischbarem unpolaren Lösungsmittel durchführt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
im Verfahrensschritt B. die Hauptmenge des Zinkchlorids oder Zinkbromids aus der Tocopherol-Lösung mit möglichst wenig Wasser oder mög lichst wenig eines Gemisches aus Was ser und Methanol extrahiert und
im Verfahrensschritt C. soviel von der erhaltenen wäßrigen Lösung oder pumpbaren Maische in den Umsetzungsprozeß zurückführt, daß nach Ergänzung des noch fehlenden Zinkchlorids oder Zinkbromids durch trockenes Zinkchlorid bzw. Zinkbromid oder eine 85 bis 90 gew.-%ige Lösung oder pumpbare Maische im Reaktionsge misch nicht mehr als 3 mol Wasser pro mol Zinkchlorid oder Zinkbromid vor liegen.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
im Verfahrensschritt B. durch mehrmaliges Extrahieren mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Methanol, dem ggf. etwa 1 Gew.-% HCl zugesetzt wurde, das Zinkchlorid oder Zinkbromid möglichst vollständig aus der Tocopherol-Lösung entfernt und
im Verfahrensschritt C. die erhaltene verdünnte Zinkchlorid- oder Zinkbromid-Lösung durch Abdamp fen von Wasser oder Methanol und Was ser so weit aufkonzentriert, daß diese nicht mehr als 3 mol Wasser pro mol Zinkchlorid bzw. Zinkbromid ent hält und daß man sie so in den Umset zungsprozeß zurückführt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die erhaltene verdünnte Zinkchlorid- bzw. Zinkbromid-Lösung zunächst in einer speziellen Destillationsvorrichtung in Gegenwart oder Abwesenheit eines geeigneten Azeotropbildners aufkonzentriert und danach in Form einer ggf. heißen Lösung oder pumpbaren Maische in den Umsetzungsprozeß zurückführt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die erhaltene verdünnte Zinkchlorid- bzw. Zinkbromid-Lösung im Reaktionsgefäß selbst vor der Zugabe von Isophytol in Gegenwart oder Abwesenheit des für die Umsetzung verwendeten Lösungsmittels aufkonzentriert.

8. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
im Verfahrensschritt B nach erfolgter Umsetzung das Zink chlorid oder Zinkbromid zusammen mit gegebenenfalls enthaltenem Ammonium salz und/oder Amin und unumgesetztem Trimethylhydrochinon mit einer Mischung aus Wasser und Methanol im Gewichtsverhältnis von etwa 4 : 1 bis 1 : 10 aus der erhaltenen Tocopherol-Lösung extrahiert und den erhaltenen Extrakt nach Aufkonzentrieren in Form einer gegebenenfalls heißen Lösung oder pumpbaren Maische so in den Um setzungsprozeß zurückführt, daß im Reaktionsgemisch nach Ergänzen des noch fehlenden Zinkchlorids bzw. Zinkbromids für die folgende Umset zung nicht mehr als 3 mol Wasser, pro mol Zinkchlorid bzw. Zinkbromid ent halten sind.