CZ186199A3 - Způsob přípravy opticky aktivního N-benzyl-3-pyrrolidinolu - Google Patents

Description

NOVÝ ZPŮSOB VÝROBY PALATINITOLU

Oblast techniky

Tento vynález se týká nového způsobu výroby palatinitolu, zejména způsobu výroby palatinitolu z izomaltózy nebo z a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-glukózy.

Dosavadní stav techniky

Palatinitol je masové nízkokalorické a slabě kariogenní (málo vyvolávající zubní kaz) sladidlo, které se až dosud získávalo katalytickou hydrogenací při neutrálním pH izomaltulózy nebo z a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-fruktózy.

Samotná izomaltulóza se získává enzymatickou izomeraci s pomocí sacharóz glykosyl tranferázy, sacharózy nebo a-D-glukopyranosyl-(1-2)-β-D-fruktofuranosidu.

Sacharóza tedy představuje surovinu pro získaní palatinitolu, což je směs v přibližě ekvimolekulárním poměru a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-sorbitolu (GPS nebo izomaltitolu) a a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannitolu (GPM).

v w '______mrárAí' na trh

Palatinitol, rovněž nazývaný — zejména společnost Sůddeutsche Zucker AG pod názvem Palatinit^.

Mimo jiné dokumenty, které se týkají získávání a charakteristických vlastností palatinitolu, je třeba zmínit dílo Alternative Sweeteners vydané v roce 1986 nakladatelstvím LYN O'BRIEN NABORS, kapitola 11, str. 217 až

244.

- 2 Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vyvinout výrobní postup, který umožňuje získat palatinitol z jiné suroviny než sacharózy a tohoto cíle je možné dosáhnout výrobním postupem, při kterém se využívá izomaltóza nebo a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-glukóza.

Podle tohoto vynálezu se palatinitol získává výrobním postupem, jehož podstatou je podle vynálezu to, že v první etapě se provádí epimerizace izomaltózy za podmínek, které umožňují získat směs a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy a izomaltózy, ve druhé etapě se provádí ochuzování teto epimerizované směsi o izomaltozu tak, aby se získala směs obsahující zhruba ekvimolekulární poměr a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy a izomaltózy a ve třetí etapě se provádí katalytická hydrogenace této směsi.

Jestliže je nasnadě představa, že palatinitol může být získáván ze sacharózy, nemůže naopak odborník nijak vyvodit, že tentýž palatinitol by bylo možné získat z izomaltózy, která se získává z glukózy, a tedy z nejrůznějsích škrobů.

V prvním případě totoiž sacharóza, jejíž rozvinutý vzorec obsahuje motiv frukuózy, dává, jak je známo, enzymatickou izomerací odpovídající ketózu, to jest izomaltulózu.

A odborník ví, že hydrogenace takové ketózy vede k vytvoření dvou odpovídajících itolů v přibližně ekvimolekulárních poměrech. A tak skutečnost, že vzorec sacharózy se podobá vzorci palatinitolu, umožňuje

- 3 předpokládat výsledek.

Výrobní postup podle vynálezu naopak vůbec nepoužívá počáteční produkt, jehož vzorec se podobá vzorci hledaného palatinitolu. Totiž jak izomaltóza, tak glukóza nebo škrob mají strukturu, která neobsahuje motiv fruktózy, a je tedy velmi vzdálená struktuře palatinitolu.

Postup podle vynálezu tedy umožňuje zbavit se nutnosti používat jako surovinu pro výrobu palatinitolu sacharózu, protože izomaltózu můžeme snadno získat z glukózy, a tedy z nej různějších škrobů, aú už pocházejí z obilovin nebo z hlíz.

Postup získání izomaltózy z glukózy či z kukuřičného sirupu je popsán například ve francouzské patentové přihlášce 2.515.186.

V postupu podle vynálezu se přednostně používá krystalická izomaltóza, i když sirupy velmi bohaté na izomaltózu jsou rovněž vhodné připustíme-li, že v palatinitolu může být přítomen maltitol nebo izomaltotriitol. Tyto dvě poslední složky vznikají hydrogenací maltózy či izomaltotriózy, jež představují převládající nečistoty sirupů velmi bohatých na izomaltózu.

V postupu podle vynálezu se epimerizace izomaltózy může provádět, jak je popsáno v japonské patentové přihlášce 63Ί62698, pomocí kovové soli a aminu, ale přednostně se provádí, jak je popsáno v japonské patentové přihlášce 63-96195, tak, že se nechá reagovat vodný roztok izomaltózy při pH 2,5 až 4, za přítomnosti molybdenového anhydridu nebo

- 4 solí šestimocného molybdenu, při teplotě mezi 90°C a 140°C. přednostně se používá molybdenan amonný v poměru asi 0,1 až 1,5% hmot, ve vztahu k izomaltóze.

Ještě víhodnější je provádět epimerizaci izomaltózy ve formě vodného cukerného roztoku, který obsahuje 10 až 70% t izomaltózy.

S Podmínky epimerizace (hlavně obsah katalyzátoru, dobu i

epimerizace a reakční teplotu) upravíme tak, abychom získali *** směs ' izomaltózy a cT-D-glukopyranosyl-(l^L6)^r-D-mannózy obsahující 10 až 40% posledně jmenované složky. Není ekonomické zpracovávat směsi, které jí obsahují méně než 10% a směsi obsahující víc než 40% této složky obsahují nečistoty vznikající za extrémních podmínek epimerizace.

Je výhodné pracovat za podmínek, které umožňují získat 20 až 35% a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy, nejlépe 25 až 35% této Složky.

Takto získaná směs je pak demineralizována na pryskyřicích - měničích iontů aby se z ní odstranily soli, které posloužily jako katalyzátory.

V postupu podle vynálezu může být ochuzení epimerizované směsi o izomaltozu dosazeno různými způsoby.

Na épimerizovanou směs se například muže nechat působit amyloglukosidáza, čímž se izomaltóza hydrolyzuje na dvě molekuly glukózy. Tato glukóza se pak může eliminovat ve formě kyseliny glukonové působením glukóz-oxydázy, která tuto glukózu promění na kyselinu glukonóvou, která se pak eliminuje výměnou iontů na aniontickych pryskyřicích. Tuto

- 5 glukózu lze také spotřebovat (strávit) pomocí droždí či baktérií.

Nicméně je výhodné ochuzovat epimerizovanou směs o izomaltózu chromátografickou cestou.

Obvykle, když se použije chromatografická etapu, která k

i. { má vést k oddělení dvou složek binární směsi, řídí se t chromát ografie tak, aby dvě složky byly odděleny co i l nejúplněji, to znamená tak, aby byla získána frakce ** A obsahující jen”“’velmi málo slozky’B *a frakceB obsahující jen velmi málo složky A.

V postupu podle vynálezu je naopak ochuzování epimerizované směsi vedeno tak, aby se získala jedna frakce obsahující zhruba ekvimolekulární poměr izomaltózy a a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy, druhou frakci aby tvořila velmi Čistá izomaltóza. Zhruba ekvimolekulární znamená od 40 do 60%, a ještě lépe od 45 do 55% jedné ze dvou složek ve vztahu k celkovému množství obou složek. Tento postup má tu výhodu, že se získá přímo směs, která po hydrogenaci dá obě složky palatinitolu, totiž izomaltitol a GPM ve zhruba ekvimolekulárním poměru, a to aniž by bylo nutnéchom přistoupit k novému míšení čistých frakcí.

Je výhodné provádět recyklaci frakce izomaltózy, jejíž koncentrace je na úrovni první etapy epimerizace běžně 85% a 95%, zbytek tvoří především a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannóza.

Tento postup umožňuje dosáhnout výnosy téměř 100% získaného palatinitolu ve vztahu k použité izomaltóze a je

- 6 to tedy způsob, který se přednostně používá v postupu podle vynálezu.

v průmyslovém měřítku se tato chromatografická etapa velmi snadno vede tak, že se aplikuje epimerizovaná směs na kolonu naloženou pryskyřicemi - měniči iontu - typu sulfonovaného polystyrénu zesítěného na divinylbenzen. Aby tyto pryskyřice vyhovovaly pro chromatografn, musí mít velmi jemnou a velmi homogenní zrnitost, nejlépe 150 až 400 mikronů, a pro své využití jsou permutovány v alkalické či alkalicko zemité podobě. Směs aplikovaná na kolonu je pak frakcionována vyluhováním pryskyřice vodou.

překvapivě se pak konstatuje, že ačkoliv izomaltóza a a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannóza mají analogické struktury a molekulární váhu zcela shodnou, izomaltoza postupuje do pryskyřice mnohem rychleji.

Stačí tedy odebrat z pryskyřice na začátku vyluhovaciho cyklu množství izomaltózy, které je nezbytně nutné k tomu, aby složky směsi podrobené chromatografii byly přivedeny ke zhruba stechiometrickému poměru.

Tato etapa chromatografie může být vedena diskontinuálně na jedné koloně s pryskyřicí nebo na někonka paralelně fungujících kolonách, ale výhodněji je vedena na multikolonových systémech cyklicky větvených, které fungují na principu simulovaného mobilního podkladu. Tyto systémy mají tu výhodu, že získají největší výkon pryskyřice a fungují kontinuálně.

- 7 Aby se získal největší výkon chromatografických pryskyřic, je obvykle výhodné provádět chromatograf11 pn teplotě 60 až 90°C. Dává se přednost chromatografováni epimerizovaných směsí, které mají 7 až 70% suché hmoty, lépe 10 až 50%. Jak už bylo řečeno výše, frakce vyluhovaná na počátku vyluhovacího cyklu, bohatá na izomaltézu, je s výhodou recyklována v etapě epimerizace. Adsorbovaná frakce, která představuje konec vyluhovacího cyklu a která obsahuje ve zhruba stechiometrických poměrech zbytek izomaltózy a a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózu, je pak zahuštěna na obsah suché hmoty asi 30% až 60%, aby podmínky její katalytické hydrogenace byly ekonomické.

Taková hydrogenace se provádí známým způsobem, kontinuálně nebo diskontinuálně, pod tlakem vodíku 30 az 200 barů, při teplotě 80 až 150°C, za přítomnosti katalyzátoru na bázi niklu nebo ruthenia při pH blízkém neutralitě. Hydrogenace při pH nižším než 4 by měla za následek částečnou hydrolýzu izomaltózy v glukózu a cf-D-glukopyranosyl-(1-6)'D-mannózy v glukózu a mannozu s tím, že v palatinitolu by se objevily sorbitol a mannitol. Výsledkem hydrogenace při pH vyšším nez 9 by byla změna stechiometrie mezi dvěma složkami palatinitolu. Hydrogenace _se obvykle provádí tak dlouho, až je obsah redukujících cukrů, měřeno Bertrandovou metodou, mzsi nez 1«, lepe je-li nižší než 0,5%. Aby se z nich odstranil katalyzátor, čistí se po etapě hydrogenace získané sirupy filtraci a demineralizací na pryskyřicích - měničích iontu.

- 8 Hydrogenované a vyčištěné sirupy jsou pak zahušťovány, krystalizovány a vysoušeny, aby vznikl komerčně využitelný prášek palatinitol, což je vlastně směs krystalů bezvodého izomaltitolu a GPM dihydrátu ve zhruba ekvimolekulárnim poměru.

Tento vynález je ilustrován následujícím příkladem, který není omezující, protože cílem přihlašovatele je pouze uvést to, co jemu připadá jako nej lepší způsob uplatnění výrobního postupu podle jeho vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

První etapa :

Ve 36 gramech vody se rozpustí 4 gramy krystalické izomaltózy a 16 mg molybdenanu amonného (NH₄)₆ Mo._y 0₂₄, to jest 0,4¾ hmot, ve vztahu k izomaltóze, pak se pomocí kyseliny chlorovodíkové upraví pH tohoto roztoku na 3,5.

Pak se tento roztok po dobu 15 minut udržuje na teplotě 130°C.

Po vychladnutí se tento roztok demineralizuje na smíšeném podkladu ze silných kationtických a aniontických pryskyřic, což dá epimerizovanou směs, jejíž odpor je vyšší než 2 . 10⁶ohmů.cm.

Chromatografie této epimerizované směsi pomocí HPLC ukazuje přítomnost 35% a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy a 65% izomaltózy. Také lze pozorovat, třebaže ve stopovém množství, přítomnost glukózy a mannózy.

Do skleněné kolony s dvojitým pláštěm, teplotou ustálenou na 85°C, o výšce 2 metry a vnitřním průměrem 15 mm vložíme 340cm³ pryskyřice, kterou společnost PUROLITE dodává na trh pod značkou PCR 532. Tato pryskyřice vykazuje následující vlastnosti:

- skelet: sulfonovaný polystyren zesítěný na divinylbenzen

- stupeň zesítění: 5%

- zrnitost: 180 až 280 mikronů

- iontová forma pro použití: Ca++

Nahoru na pryskyřici se vloží 2,5cm³ epimerizované směsi obsahující 10% sušiny hmoty, která se perkoluje pryskyřicí tak, že je vytlačována vodou o průtoku 210 cm³/hod.

Po vyloužení 140cm³ vody se začne sbírat frakce izomaltózy, která představuje 27 cm³.

Tato frakce izomaltózy vykazuje při chromatografické analýze v plynné fázi obsah 89% izomaltózy a 11% a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy.

Hned za touto frakcí izomaltózy se sbírá frakce o 64 cm³, kterou tvoří směs ochuzená o izomaltózu, u níz chromatografická analýza v plynné fázi ukáže obsah izomaltózy 47% a 52% a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy. Tato analýza ukazuje rovněž stopy glukózy a mannózy.

Tato etapa se opakuje patnáctkrát, aby se získala frakce o průměrném obsahu 90% izomaltózy a frakce směsi, která obsahuje přibližně stejné podíly izomaltózy

- 10 a α-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy.

Výlučná chromatografická frakce bohatá na izomaltózu byla vakuově zahuštěna až obsah suché hmoty dosáhl 10%.

Opět k ní byl přidán molybdenan amonný v množství 0,4% ve vztahu k uvažované suché hmotě a tato frakce byla znovu podrobena epimerizaci za podmínek popsaných v první etapě epimerizace. Opět bylo získáno 35% α-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy.

Adsorbovaná chromatografická frakce, která obsahuje stejné množství izomaltózy jakoa-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy byla zahuštěna na obsah suché hmoty 40%, aby pak byla podrobena hydrogenaci.

Tato frakce, nepočítáme-li frakci izomaltózy recyklované v eatpě epimerizace, představuje 64% suché hmoty, na níž byla provedena chromatografická frakcionace.

Třetí etapa :

Tato adsorbová frakce byla vložena do hydrogenačního reaktoru za přítomnosti Raneyova niklu v množství 5% váhy cukrů. Poté, co byl přístroj uveden pod tlak vodíku 50 baru, který se udržuje po celou dobu trvání hydrogenace, zahriva se jeho obsah na teplotu 125°C. Po dobu této hydrogenace se udržuje pH reakčního prostředí na hodnotě 8,0 pomoci roztoku kyselého uhličitanu sodného. Hydrogenace se zastaví po osmi hodinách, kdy obsah redukujících cukrů v reakčním prostředí, měřeno Bertrandovou metodou, je nižší než 0,1%.

- 11 Obsah hydrogenačního reaktoru je pak filtrován, aby se odstranil katalyzátor, potom je sirup demineralizován na smíšeném podkladu z pryskyřic, jako v první etapě. Tím se získá sirup dokonale Čirý a bezbarvý, jehož složení určené chromatografickou analýzou v plynné fázi je následující: izomaltitol: 49,1%

GPM : 49,4%

Tento sirup je pak zahušťován tak, že jeho dvě složky zkrystalizují, pak jsou vysoušeny, aby se získal bílý nehygroskopický prášek palatinitol, mající 5,1% vlhkosti.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby palatinitolu, vyznačující se tím, že v první etape se provádí epimerizace izomaltózy za podmínek umožňujících získat směs a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózy a izomaltózy, ve druhé etapě se provádí ochuzování této epimerizované směsi o izomaltózu tak, aby se získala nová směs obsahující a-D-glukopyranosyl-(1-6)-D-mannózu a izomaltozu ve zhruba ekvimolekulárním poměru, ve třetí etapě se provádí katalytická hydrogenace této zhruba ekvimolekulární směsi.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že epimerizace se provádí za přítomnosti soli šestimocného molybdenu.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující _{s e} tím, že ochuzování epimerizované směsi o izomaltózu se provádí chromatograficky na kat iont ických pryskyřicích v alkalické ci aucalicx-o zemité formě.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující tím, že kationtické pryskyřice jsou ve vápenaté formě.
5. 5. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačující _s e tím, že výlučná frakce izomaltózy v etapě chromatografie je recyklována v etapě epimerizace.