CS271428B1 - Method of d-arabinose production - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby D-arabinozy přímou elektrochemickou degradativní oxidací solí kyseliny D-glukonové v elektrochemickém reaktoru s fluidní anodou,

D-arabinoza je důležitý monosacharid, který se využívá především Jako základní surovina pro výrobu D-ribozy při výrobě vitaminu je výchozí látkou pro arabinoxim, využívá se jako kultivační prostředí apod,

D-arabinozu lze připravit chemickými nebo elektrochemickými způsoby spočívajícími ve zkracování uhlíkového řetězce degradativní oxidací kyseliny D-glukonové, případně D-glukózy nebo jejich derivátů. Chemické způsoby využívají různých chemických látek jako oxidačních činidel (J, Staněk a kol,, Monosacharidy, Academia 1960), Nejčaetěji se používá peroxidu vodíku za katalytického účinku železitých iontů (H, C, Pletcher, H.W, Dichl, C.S, Hudson: J. Amer. Chem. Soc. 72, 4546, 1950) nebo měánatých iontů ve vodném roztoku octěnu vápenatého (V, Bilik, Čs, autorské osvědčení 232 647)· Z hlediska průmyslového využití je nejvíce rozpracován zpŮBob oxidačního odbourávání D-glukonanu sodného roztokem chlornanu sodného v kyselém prostředí (Wolf R,, Merck patent GmbH NSR 2 923 267 /1980/, 2 923 268 /1980/, Eur, pat, Appl, 20 959 /1981/), Podstatnou nevýhodou chemických způsobů vyžadujících oxidační činidlo minimálně ve etechiometrickém množství jsou vyeoké náklady na následné separační postupy vyplývající ze značného množství odpadu vznikajícího při reakci např, 1,5 kg NaCl/kg D-arabinozy při chlornanové oxidaci, nebo kvantitativní separace kovových iontů mědi, jejichž přítomnost je z hlediska požadavků kladených na farmaceutickou výrobu vitaminu B₂ nepřípustná.

Způsob nepřímé elektrochemické degradativní oxidace kyseliny D-glukonové vyžaduje, ve srovnání s chemickými způsoby jen zlomek stechiometrického množství oxidačního Činidla, které je v průběhu reakce regenerováno elektrochemicky. Využití solí čtyřmocného ceru při tomto způsobu oxidace je předmětem japonských patentů (58-39695 /1983/, 56-013613 /1981/), Nevýhodou tohoto způsobu je nákladná separace solí ceru z produktu a velmi malý měrný výkon klasických deskových elektrolyzérů.

Tento nedostatek se projevuje v ještě větší míře při přímé elektrochemické degradativní oxidaci kyseliny D-glukonové, V literatuře (G,W, Нау, F, Smith, J, Can, of Chem, 47 /1969/ 417) jsou prezentovány výsledky přímo degradativní oxidace D-glukózy v nevodném prostředí 8 pouze 12,4 % hmot, výtěžkem D-arabinozy a nízkou selektivitou reakce. Nízký výtěžek této pomalé reakce je důsledkem malé mezifázové plochy klasického laboratorního elektrolyzérů a nízkých proudových hustot, přípustných pro danou reakci, Z hlediska průmyslového využití je tento způsob s použitím klasických deskových elektrolyzérů ekonomicky neúnosný.

Malá mezifázová plocha elektrod na jednotku objemu klasického deskového elektrolyzéru vede v průmyslové praxi к velmi objemným zařízením β vysokými investičními náklady, Rovněž provozní náklady, zejména na spotřebu elektrické energie a následnou separaci D-arabinozy, jsou vysoké v důsledku velmi nízkého výtěžku a selektivity reakce.

Výše uvedené nevýhody chemických i elektrochemických způsobů výroby D-arabinozy odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v přímé elektrochemické degradativní oxidaci soli kyseliny D-glukonové průchodem stejnosměrného proudu při proudové hustotě nad 350 Λ/m plochy membrány v reaktoru β fluidní anodou, přičemž částice fluidní anody jsou udržovány ve vznosu průtokem reakční směsi.

Výhodou způsobu podle vynálezu je radikální inovace způsobu výroby D-arabinozy, při které se do reakční směsi nepřidávají Žádné katalyzátory ani oxidační činidla, která je třeba následně z reakční směsi nákladnými postupy separovat, I stopová množství katalyzátorů, kterými jsou ionty mědi a ceru, jsou pro syntézu farmaceutických látek nepřijatelná, V případě chlornanové metody Je separace velkého množství chloridu sodCS 271428 B1 něho rovněž nákladná a vypouštění oddělených roztoků do odpadních vod je z ekologického hlediska nepřípustné.

Podstatnou výhodou způsobu podle vynálezu je, že fluidní anoda umožňuje pracovat e vysokými zdánlivými proudovými hustotami, vztaženými na jednotku plochy membrány oddělující anodový a katodový prostor, zatímco skutečné proudové hustoty, vztažené na jednotku povrohu částic fluidní anody jsou nízké. Degradativní oxidace proto probíhá při vysoké selektivitě a vysokých výtěžcích na žádaný produkt. Z téhož důvodu je časoprostorová účinnost způsobu podle vynálezu mimořádně vysoká a objem reaktoru na jednotku výkonu je velmi malý. Investiční náklady Jsou proto nízké. Díky vysoké proudové účinnosti jsou energetické nároky způsobu podle vynálezu nízké při nenáročnosti na obsluhu a provoz. Kationty soli kyeeliny glukonové přejdou do formy uhličitanu, který lze ze směsi snadno separovat známými postupy.

Dále jeou pro podrobnější vysvětlení vynálezu uvedeny příklady aplikace navrhovaného způsobu, ale oblast využití vynálezu není omezena jen na tyto příklady.

Příklad 1

Schéma experimentální aparatury použité к výrobě D-arabinozy podle vynálezu je na obr. 1. Podstatnou části aparatury je elektrochemický reaktor 1 s fluidní anodou. Fluidní anoda 2 je tvořena vrstvou grafitových Částic o průměru 8.10*4 udržovaných ve vznosu protékejíoím roztokem. Stejnosměrný proud Je do vrstvy přiváděn grafitovým přivaděčem proudu 3. Katoda 5 Je vyrobena z nerezového tahokovu. Porézní přepážka 4 z PVC o ploše 64 cm rozděluje reaktor na anodovou a katodovou část.

Ke svorkám reaktoru je připojen zdroj stejnosměrného proudu 6 a zapisovač 7 registrující proud procházejíoí reaktorem a napětí na jeho svorkách. Součástí kapalinového okruhu je temperovaný zásobník roztoku 12, odstředivé čerpadlo 11, regulační ventily 12* průtokoměry 2* reaktor 1 a cyklony 8 sloužící к oddělení vodíku, resp. kyslíku z elektrolytu vycházejícího z katodového, resp. anodového prostoru reaktoru.

V zásobníku byly vytemperovány 0,002 m vodného roztoku obsahující 1,56 molu D-glukonanu sodného na teplotu 40 °C. Po nastavení průtoků roztoku 0,05 kg/s, resp. 0,008? kg/s anodovým, resp. katodovým prostorem reaktoru byl na Jeho svorky přiváděn stejnosměrný proud 10 a až do dosažení spotřeby l,55násobku teoreticky potřebného množství proudu. 10 A odpovídá zdánlivá proudová hustota 1 190 A/m vztaženo na plochu porézní přepážky. Pak byl průchod proudu zastaven a složení reakční směsi analyzována metodou vysokotlaké kapalinové chromatografie.

Reakční směs obsahovala 0,185 kg D-arabinozy, tj. konverze 78,9 % hmot, vztaženo na množství teoreticky získatelné D-arabinozy a pouze 0,002 kg D-erytrozy, čemuž odpovídá selektivita reakce 98,9 Zbytek v reakční směsi tvoří nezreagovaný D-glukonan sodný a uhličitan sodný vznikající v průběhu reakoe.

Uvedené údaje odpovídají specifiokému výkonu 71 kg D-arabinozy za Jednu hodinu na 1 nP objemu vrstvy fluidní anody, případně 20 kg D-arabinozy za Jednu hodinu na 1 nP objemu celého reaktoru, tj. katodového prostoru, anodového prostoru a prostoru pro rozdělovač kapaliny. Dosažená proudová spotřeba činila cca 10 kWh/kg D-arabinozy.

Příklad 2

Podmínky a uspořádání jako v příkladu 1. Místo grafitových částic jsou použity částice koksu a jako výchozí surovina byl použit D-glukonan draselný. Dosažená konverze je 74,8 % hmot, při selektivitě 98 %.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob výroby D-arablnozy elektrochemickým postupem vyznačený tím, že ee roztok soli kyseliny D-glukonové, například sodné soli, podrobí přímé elektrochemické degrap dativní oxidaci působením stejnosměrného proudu při proudové hustotě nad 350 A/m vztažené na plochu membrány za použití fluidní anody s vrstvou elektricky vodivých Částic, například grafitových, které se udržují ve vznosu průtokem reakční směsi.