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Verfahren zur Herstellung von Vitamin-E-wirksamen Stoffen Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vitamin-E--wirksamen Stoffen,
insbesondere die Umwandlung von Tocopherolen außer a- und y-Tocopherol, z. B. von
f3- und b-Tocopherol, sowie der Ester der Tocopherole außer voll a-Tocopherol zu
einem Erzeugnis von größerer Vitamin-E-Wirksamkeit, das sich vor allem durch große
Heilkraft beim kurativen Rattentest auszeichnet. b-Tocopherol ist ein neu entdecktes
natürliches Tocopherol. Das Verfahren zu seiner Isolierung und Reinigung ist in
der britischen Patentschrift 634 128 beschrieben.
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Bekanntlich hat das a-Tocopherol in den 5-, 7-und 8-Stellungen im
Chromanring Methylgruppen. Für ß-Tocopherol gilt das gleiche, nur daß die Methylgruppe
in der 7-Stellung durch ein Wasserstoffatom ersetzt ist. Auch y-Tocopherol hat die
gleiche Struktur, nur daß hier die Methylgruppe der 5-Stellung durch ein Wasserstoffatom
ersetzt ist. Nach den zur Zeit bekannten Untersuchungsergebnissen ist anzunehmen,
daß auch 8-Tocopherol wie a-Tocopherol aufgebaut ist, nur daß sowohl in der 5- als
auch in der 7-Stellung Wasserstoffatome an die Stelle der Methylgruppen treten.
Es ist auch bekannt, daß ß-, y- und 8-Tocopherol eine geringere Fertilitätswirkung
besitzen als a-Tocopherol. Trotzdem ist bisher noch kein brauchbares Verfahren zur
Umwandlung von anderen Tocopherolarten in a-Tocopherol gefunden worden. Naturgemäß
ist aber eine Umwandlung in a-Tocopherol von großer Bedeutung, da die anderen Tocopherolarten,
abgesehen von y-Tocopherol, in der Natur in verhältnismäßig großen Mengen vorkommen.
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Die Ester der Tocopherole haben annähernd die gleiche Vitamin-E-Wirksamkeit
wie eine äquimolare Menge der Tocopherole selbst. Die Umwandlung
der
Tocopherolester in Ester des x-Tocopherols läßt sich nach der vorliegenden Erfindung
einwandfrei durchführen.
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Ein Zweck dieser Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur
Umwandlung von Tocopherolen (außer a- und y-Tocopherol) und der Ester der Tocopherole
(außer a-Tocopherolesterii) in die entsprechenden x-Tocopherolverbindungen, d. h.
Verbindungen von größerer Antisterilitätswirkung. Weiter betrifft die Erfindung
die Herstellung neuer Vitamin-E-Zwischenprodukte.
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Nach der Erfindung werden Tocopherole (außer x- und y-Tocopherol)
bzw. Tocopherolester (außer G-Tocopherolestern) nach Verfahren, die die Einführung
einer Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppe in einen Benzolkern mit einer Hydroxylgruppe
gestatten, behandelt.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Wasserstoffatome in den 5-, 7-
bzw. 8-Stellungen des Chromanringes der Tocopherole und ihrer Ester durch eine substituierende
Gruppe der genannten Art ersetzt werden. Das geschieht z. B. bei Methvlgruppen durch
Reaktion der Tocopherolverbindungen mit einer wäßrigen Lösung von Formaldehyd (4oo/oig)
in Gegenwart von Chlorwasserstoff. Auf diese Weise werden alle am Kern in den 5-.
7- bzw. 8-Stellungen sitzenden Wasserstoffatome durch Chlormethylgruppen ersetzt.
Diese Chlormethylgruppen werden dann durch Reduktion in Methylgruppen umgewandelt,
z. B. nach dem Clemmensen-Verfahren mit Zinkstaub und Salzsäure oder durch Hydrierung
mittels eines Katalysators. z. B. Nickel oder Palladium, unter mäßigem Druck, z.
B. 1,6 atü. Die Einführung von Substituenten kann auch unter Benutzung anderer Halogenwasserstoffe,
wie Brom- oder Jodwasserstoff, erreicht werden. Dabei entstehen Zwischenprodukte
der allgemeinen Formel
worin X Chlor, Jod oder Brom bedeutet. Das C H#, X kann in der 5- und in der 7-Stellung
des Chromanringes stehen. Auch können Zwischenprodukte der Formel
erhalten werden, worin X und Y Halogenalkyl, Halogenaryl oder Methyl und R Wasserstoff
oder eine Acylgruppe bedeuten. An Stelle von Formaldehyd kann man ein Polymeres
des Formaldehyds, z. B. Paraformaldehyd, für die Einführung der Chlormethylgruppe
benutzen. Auch kann man durch Einleiten von Chlorwasserstoffgas in ein Gemisch von
Paraformaldehyd und Methanol gewonnenen Chlormethyläther verwenden. Ebenso lassen
sich Dimethylformal und Halogenwasserstoff verwenden.
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Außer der Methylgruppe können auch andere Gruppen unter Verwendung
entsprechender Reaktionsteilnehmer eingeführt werden. So können Äthylgruppen unter
Verwendung von Paraldehyd an Stelle von Formaldehyd oder von Diäthylformal an Stelle
von Dimethylformal oder Propylgruppen unter Verwendung von Propionaldehyd eingeführt
werden. Auch können Arylgruppen mittels Benzaldehyd eingeführt werden. Alle Reaktionen,
bei denen Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppen eingeführt werden, fallen unter den
allgemeinen Erfindungsgedanken.
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Es wurde gefunden, daß die besten Bedingungen für die Chlormethylierung
von Tocopherolen vorliegen, wenn man eine 5- bis zoo/oige ätherische Lösung des
tocopherolhaltigen Öls mit einem Überschuß von 3 bis q. Mol wäßrigen Formalins und
konzentrierter Salzsäure bei Raumtemperatur behandelt. Das Gemisch wird unter Durchleiten
eines schwachen Stromes von Chlorwasserstoffgas kräftig gerührt.
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In der Praxis wird ein Gemisch von Tocopherolen oder deren Estern
in a-Tocopherol verwandelt. Lösungen von reinem ß- und b-Tocopherol oder die Ester
von ß-, y- und b-Tocopherol lassen sich aber ebenfalls in a-Tocopherol umwandeln.
Äthyl- oder Propylgruppen können die Wasserstoffatome in der 5-, 7- und 8-Stellung
in Lösungen, die Gemische von ,8-, y- und d-Tocopherol oder deren Ester enthalten,
oder Lösungen von reinem ß- oder d-Tocopherol, ersetzen. Tocopherolester lassen
sich durch Reaktion von Tocopherolen mit Säurehalogeniden, wie Acetylchlorid, in
Gegenwart eines Lösungsmittels, z. B. Pyridin, darstellen.
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Bei der Umwandlung niederer Tocopherolester in a-Tocopherolester wird
nur der Tocopherolkern, also der Chromanring, betroffen. Die Länge der Esterkette
beeinffußt die Reaktion praktisch nicht.
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Man kann zur Umwandlung niederer Tocopherole und deren Ester in a-Tocopherol
und dessen Ester zwar die Mannichsche Reaktion benutzen, jedoch sind die Ausbeuten
gering. Diese Reaktion besteht in der Kondensation von Ammoniak oder einem primären
oder sekundären Amin mit Formaldehyd und einer Verbindung, die ein ausgesprochen
aktives Wasserstoffatom enthält. Das aktive Wasserstoffatom wird dabei durch eine
Aminomethyl- oder eine substituierte Aminomethy lgruppe ersetzt. Zur Einführung
der Methylgruppe kann die Aminogruppe oder die substituierte Aminogruppe durch katalytische
Hydrierung unter hohem Druck entfernt werden. So können die in einem Lösungsmittel,
wie absolutem Äthylalkohol, gelösten niederen Tocopherole mit einem Amin, wie Piperidin,
und einem Aldehyd, wie Parafor rnaldehyd, sowie
einer sehr kleinen
Menge konzentrierter Salzsäure als Katalysator behandelt werden. Das Gemisch wird
mehrere Stunden am Rückfluß behandelt, worauf ein Produkt erhalten wird, bei dem
alle Wasserstoffatome der 5-, 7- bzw. 8-Stellung durch eine Alkylpiperidingruppe,
z. B. Methylpiperidin, ersetzt sind. Diese Gruppe kann unter Verwendung eines Katalysators
zu den Alkylgruppen, d. h. zu Methylgruppen, hydriert werden, indem man in einer
Wasserstoffatmosphäre in Gegenwart eines Katalysators, z. B. Kupferchromit, bei
66 atü auf r65° erhitzt.
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An Stelle von Paraformaldehyd kann bei der Mannichschen Reaktion auch
Acetaldehyd verwendet werden. Analog würde bei Verwendung von Propionaldehyd eine
Substituierung der Kernwasserstoffatome in den 5-, 7- und 8-Stellungen durch Propylpiperidingruppen
erfolgen. Durch katalytische Hydrierung unter den obengenannten Bedingungen würden
sich dann in den 5-, 7- und 8-Stellungen, die vorher durch Wasserstoffatotne besetzt
waren, die entsprechenden Äthyl- oder Propylgruppen bilden.
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Nachstehend werden einige typische Beispiele für die Umwandlung von
anderen Tocopherolen und deren Estern zu den entsprechenden a-Tocopherolen bzw.
deren Estern angeführt. Beispiel i o,65 g gereinigtes natürliches ß-Tocopherol (ioo%ig
nach der Emmerie-Engel-Probe) wurden in einer mit einem Rührer versehenen dreihalsigen
Flasche in 25 ccm Äther gelöst. Während die Temperatur der Lösung durch ein Wasserbad
auf 30° gehalten wurde, wurden 5 ccm konzentrierte Salzsäure und 0,4 ccm wäßriges,
40%iges Formalin zugesetzt und 25 Minuten unter Blasenbildung Chlorwasserstoffgas
durch das Gemisch geleitet. Dann wurde durch Zusatz von i,o g Zinkstaub in kleinen
Portionen im Verlauf von 30 Minuten reduziert.
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Das Reaktionsgemisch wurde mit Wasser versetzt und viermal mit Wasser
gewaschen, um das Zinkchlorid und die Säure zu entfernen, und dann durch io g eines
Natriumaluminiumsilikats filtriert, um die letzten Spuren von Zinkchlorid zu entfernen.
Nach Entfernung des Lösungsmittels blieben 0,70 g eines hellgelben Öls zurück,
dessen Gehalt nach Emmerie-Engel 76% betrug. Nachweis der Konstitution Zum Nachweis
der Struktur des a-Tocopherols wurde der Bernsteinsäureester (Journal of the American
Chemical Soeiety 65, 922 [i943]) wie folgt gewonnen und isoliert: Das Konzentrat
wurde durch vierstündiges Erhitzen bei 9o° in 3 ccm Pyridin mit i g Bernsteinsäureanhydrid
verestert. Das Reaktionsgemisch wurde dann auf ein Gemisch von Eis und 5%iger wäßriger
Salzsäure gegossen und mit Äther extrahiert. Nach dem Waschen mit 5%iger Säure und
Wasser wurde die Lösung getrocknet und das Lösungsmittel abdestilliert. Es blieben
o,85 g roher Bernsteinsäureester zurück. Der rohe Bernsteinsäureester wurde zwecks
Reinigung in 2o ccm Äthylalkohol gelöst und mit io%iger alkoholischer Kalilauge
neutralisiert, wobei Lackmuspapier als Reagenz benutzt wurde. Die Alkohollösung
wurde durch Zusatz von Wasser auf 8301o gebracht und darauf mit Petroläther, der
mit 83%igem Äthylalkohol gesättigt war, ausgezogen. Unter diesen Bedingungen blieb
der Tocopherolbernsteinsäureester in der Alkohollösung, während die nicht sauren
Bestandteile von Petroläther ausgezogen wurden. Nach Ansäuerung des Alkoholextrakts
wurde der Tocopherolbernsteinsäureester mit Äther extrahiert. Es wurden o,64 g des
gereinigten Produktes erhalten.
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Die Kristallisation wurde durch Auflösen des Esters in 8 ccm Petroläther
und Abkühlen der Lösung auf o° durchgeführt. Die sich abscheidende feste weiße Substanz
wurde bei Raumtemperatur aus Petroläther umkristallisiert. Sie schmolz bei 76 bis
77° (4,48 g). Das ist der Schmelzpunkt des a-Tocopherolbernsteinsäureesters. Der
Mischschmelzpunkt zeigte keine Erniedrigung. Das Adsorptionsmaximum und der Extinktionskoeffizient
der synthetischen Substanz (E ; m (286 mu) = 38) entsprachen ebenfalls denen des
a-Tocopherolbernsteinsäureesters.
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Beispiel e 3,3 g gemischtes Tocopherolkonzentrat, das durch Molekulardestillation
von Sojaöl (62% Tocopherol nach der Emmerie-Engel-Probe, davon nach der chemischen
Probe etwa io% a-Tocopherol, 6o % y-Tocopherol und 300/0 8-Tocopherol) gewonnen
wurde, wurden in 75 ccm Äther gelöst, 0,49 Paraformaldehyd und 0,49 Zinkchlorid
zugesetzt, 15 Minuten bei Raumtemperatur ein kräftiger Strom Chlorwasserstoffgas
eingeleitet und das Gemisch über Nacht stehengelassen. Dann wurde das Reaktionsgemisch
mit Wasser gewaschen, getrocknet und im Vakuum eingedampft. Das erhaltene Öl wies
einen Tocopherolgehalt von 46% auf und ergab bei der Natronschmelze einen Gehalt
an Chlor.
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Das Öl wurde nun mit Zink-Quecksilber-Amalgam und konzentrierter Salzsäure
in Äthanol reduziert und nach Trennung von dem Reaktionsgemisch im Vakuum destilliert.
Es wurden zwei Fraktionen aufgefangen, die 22,5 % des ursprünglichen Tocopherols
enthielten. Ein Teil der zweiten Fraktion wurde mit Bernsteinsäureanhydrid und Pyridin
behandelt, worauf o,i g a-Tocopherolbernsteinsäureester isoliert und nach der in
Beispiel i beschriebenen Weise identifiziert wurden. Beispiel 3 Zu einer Lösung
von 0,5 g eines gemischten Tocopherolkonzentrats (62,5 % nach der Emmerie-Engel-Probe,
davon gemäß chemischer Probe etwa io% a-Tocopherol, 6o% y-Tocopherol und 300/0 8-Tocopherol,
auf chromatographischem Wege aus handelsüblichem Vitamin-E-Konzentrat ge-
Wonnen)
in 2o ccm Äther wurden i ccm wäßriges Formalin und 5 ccm konzentrierte Salzsäure
gegeben. Das Gemisch wurde kräftig gerührt und 3o Minuten bei Zimmertemperatur ein
kräftiger Strom Chlorwasserstoffgas eingeleitet. Das Reaktionsgemisch wurde wie
oben behandelt und das entstehende Öl reduziert. Das Endprodukt hatte 554% Tocopherol.
Nach der Veresterung wurden 0,I3 g a-Tocopherolbernsteinsäureester isoliert und
identifiziert. Ausbeute 340/0-Beispiel 4 Eine --o"/oige Ätherlösung von 45 g durch
Molekulardestillation aus Sojaöl gewonnenen Tocopherolkonzentrats (Tocopherolgehalt
nach Emmerie-Engel insgesamt 33 %, davon gemäß chemischer Probe etwa io % a-Tocopherol,
6o0/& y-Tocopherol und 30% b-Tocopherol) wurde mit 30 ccm konzentrierter Salzsäure
und 6 ccm wäßrigem Formalin behandelt und 130 Minuten kräftig gerührt. Danach wurden
io g Zinkpulver in kleinen Portionen eingetragen und die Reduktion 30 Minuten
fortgesetzt. Dann wurde die Ätherschicht abgetrennt, gewaschen, getrocknet und der
Äther verdampft. Es wurden 45,1 g eines hellgelben Öls mit einem Gehalt von 32,:I"/0
(nach Emmerie-Engel) gewonnen. Nach einer Molukulardestillation wurden 83,5 "/o
einer Substanz erhalten, die im Vitamin-E-Bereich destillierte und nach der chemischen
Probe 37,6 % y-Tocopherol und 62,q.°/0 a-Tocopherol enthielt. Beispiel s o,83 g
praktisch reines b-Tocopherol (Tocopherolgehalt nach der Emmerie-Engel-Probe
99,5 o/') wurden in einer mit einem Rührer versehenen dreihalsigen Flasche
in 31 ccm Äthyläther gelöst. Während die Temperatur der Lösung auf dem Wasserbad
auf 30° gehalten wurde, wurde 5 Minuten Chlorwasserstoffgas aus einer Stahlflasche
unter Blasenbildung durch die Lösung geleitet und dann 6,2 ccm wäßrige Salzsäure
und 5 ccm 35%ige Formalinlösung zugesetzt. Das Gemisch wurde unter Durchleiten von
Chlorwasserstoffgas 15 Minuten gerührt. Eine Probe zeigte, daß die Chlormethylierung
praktisch vollendet war. Der Nachreis wurde dadurch erbracht, daß die Substanz die
Fähigkeit, sich mit diazotiertem Dianisidin zu verbinden und dabei eine rote Farbe
anzunehmen, verloren hatte.
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Die Chlortnethylverbindung wurde dann mit 2 g Zinkstaub reduziert,
indem bei Raumtemperatur 2o Minuten gerührt wurde. Die Ätherlösung wurde zwecks
Entfernung der Zinksalze viermal mit Wasser gewaschen und durch 12 g Natriumaluminiumsilikat
filtriert, um die letzten Spuren von Zinkchlorid zu beseitigen. Wenn sich nämlich
noch Zinkchlorid in der Lösung befindet, bewirkt es beim Erhitzen die Polymerisation
der Tocopherole zu Vitamin-E-unwirksamen Stoffen.
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Dann wurde das Lösungsmittel entfernt. Es blieben o,82 g eines gelben
Öls zurück, das etwa 79% Tocopherol, davon 8g "/o a-Tocopherol und i i % unverändertes
b-Tocopherol enthielt. Die Struktur wurde durch Herstellung des Bernsteinsäureesters
wie in Beispiel i nachgewiesen. Eine biochemische Untersuchung des Bernsteinsäureesters
nach der Resorptionsprobe von E v a n s ergab, daß das Produkt bei der Verhinderung
der Sterilität ebenso wirksam wie reines a-Tocopherol war, wobei a-Tocopherolacetat
als Norm angenommen wurde. Beispiel6 Zoo g eines Tocopherolkonzentrats aus Sojaöl
(nach der Emmerie-Engel-Probe 5o % Tocopherol, davon nach der chemischen Probe etwa
io% a-Tocopherol, 60"/o y-Tocopherol und 30% b-Tocopherol) wurden mit 104 g Essigsäureanhydrid
und 5o g Pyridin behandelt und i Stunde auf dem Dampfbad erhitzt. Das Reaktionsgemisch
wurde in 2 1 Äther gelöst, dreimal mit 5%iger Salzsäure gewaschen und über Natriumsulfat
getrocknet. Nach Abdampfung des Lösungsmittels wurden i og g Tocopherolacetatkonzentrat
erhalten.
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4.o g dieses Konzentrats wurden in einen mit einem Rührer versehenen
dreihalsigen Kolben gebracht. Dem Öl wurden 6o ccm Formalin und 8o ccm konzentrierte
Salzsäure zugesetzt. Während die Temperatur auf 8o° gehalten wurde, wurde 3 Stunden
unter Umrühren Chlorwasserstoffgas durch das Gemisch geleitet. Das Öl wurde dann
mit Äther extrahiert, von sauren Bestandteilen befreit und über Natriumsulfat getrocknet.
Nach Verdampfen des Lösungsmittels im Vakuum blieben 43 g eines hellroten Öls zurück.
Nach dem Schmelzen mit Ätzkali wurden durch die Chlorreaktionen die Einführung der
Chlormethylgruppe nachgewiesen.
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Das chlormethylierte Öl wurde in 300 ccm Äther gelöst und mit
6o ccm konzentrierter Salzsäure und 25 g Zinkstaub i Stunde behandelt. Das reduzierte
Erzeugnis wurde abgeschieden und ergab 40,5 g eines hellgelben Öls, das sich als
a-Tocopherolacetat erwies, wie durch Verseifung zum freien Tocopherol, anschließende
Veresterung mit Bernsteinsäureanhydrid und Isolierung von a-Tocopherolbernsteinsäureester
wie in Beispiel i nachgewiesen wurde. Beispiel ? Einer Lösung von i8,2 g Tocopherolkonzentrat
(550/a nach der Emmerie-Engel-Probe, davon etwa 100110 a-Tocopherol, 3o "/o b-Tocopherol,
6o "/o ;,-Tocopherol) in 182 ccm Isopropyläther wurden 2,8o ccm Benzaldehyd zugesetzt
und das Gemisch kräftig gerührt, während Chlorwasserstoffgas i Stunde unter Blasenbildung
durch die Lösung geleitet wurde. Die Temperatur wurde durch ein Wasserbad auf 30°
gehalten.
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Dann wurde das Reaktionsgemisch durch Zusatz von 20 g Zinkstaub bei
30° 11I4 Stunde reduziert. Das Öl wurde durch Zusatz von Wasser als Ätherextrakt
abgeschieden, der dreimal mit Wasser gewaschen und zur Reinigung durch Natriumaluminiumsilikat
filtriert
wurde. Nach Verdampfen des Lösungsmittels blieben 20,45 g eines hellroten Öls zurück
(Tocopherolgehalt nach Emmerie-Engel 42,4%, Ausbeute 870/a). Eine Analyse durch
Kuppeln mit o-Dianisidin zeigte, daß nur 9% der Gesamtmenge auf y- und ö-Tocopherol
entfielen.
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Das Öl wurde in einem Molekulardestilliergerät destilliert. Das Destillat
ergab eine Ausbeute von 78,5% Tocopherol (45o/oig). Das Destillat stellte ein hellgelbes
viskoses 01 dar, das bei 7 ,u und i80° destillierte. Eine Analyse
ergab, daß in diesem Produkt 6% y- und d-Tocopherol enthalten waren.