DK169256B1 - Fremgangsmåde til cyclisk dehydratisering af ketoser - Google Patents

Description

i DK 169256 B1

Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til cyclisk dehydratisering af kulhydrater, hvis molekyler indeholder mindst én gruppe af ketosetypen.

5 Opfindelsen er især knyttet til det område, der udgøres af erstatningsprodukter for levnedsmiddel-sukkerarter.

Man har længe forsket efter erstatningsprodukter for levnedsmiddel-sukkerarter for at undgå de ubehagelige kon-10 sekvenser for organismen, som er knyttet til et overforbrug af sådanne sukkerarter.

Man har således allerede foreslået at anvende produkter, som, samtidigt med at de er i besiddelse af en mere eller 15 mindre udpræget sødeevne, har den ejendommelige egenskab, at de praktisk talt ikke metaboliseres i den menneskelige organisme. Disse produkter kaldes "ikke-kalorieholdige levnedsmiddel-sukkerarter". Blandt disse har man længe kendt det kraftigt sødende dipeptid: methylesteren af e-20 aspartyl-phenylalanin (eller aspartam), som især er omtalt i fransk patentskrift nr. 1577545.

Et af de problemer, som er knyttet til anvendelsen af aspartam som sødemiddel, ligger i den kendsgerning, at den-25 ne forbindelse under hensyn til dens kraftige sødeevne kun lader sig anvende i små mængder. Den foreligger iøv-rigt ikke på krystallinsk form. Det er således nødvendigt, for at gøre slutproduktet acceptabelt for forbrugeren, at kombinere den med et neutralt bærestof.

30

Det er således et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde til fordelagtig fremstilling af kulhydrat-analoge, blandt hvilke visse er i sig selv hidtil ukendte forbindelser, og som på grund af 35 deres karakteristiske egenskab ikke lader sig assimilere af organismen, kan indgå enten alene eller i blanding i formulering af et ikke-kalorieholdigt levnedsmiddel-suk- DK 169256 B1 2 kerprodukt, eller som kan anvendes som bærestof for et syntetisk eller klassisk sødemiddel på en sådan måde, at de kan danne en ikke kalorieholdig kombination med en lignende eller større sødeevne.

5

Fremgangsmåden til cyclisk dehydratisering af kulhydrater, hvori molekylerne indeholder mindst én ketose-grup-pe, er ejendommelig derved, at man uden tilsætning af vand lader kulhydratet reagere med et hydrogenfluorid an-10 vendt som opløsningsmiddel for kulhydratet, hvorpå man ad tør vej fjerner hydrogenfluoridet.

Anvendelse af hydrogenfluorid i stedet for hydrogenchlo-rid fører til klart større udbytter af dehydratiserede 15 forbindelser, uden at det fører til en betydelig andel af ikke-anvendelige restprodukter. Det er således muligt ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen at opnå reaktionsprodukter i fremragende udbytter, praktisk talt kvantitative udbytter, i modsætning til hidtil kendte fremgangsmåder, 20 se f.eks. den artikel, der er nævnt i Chemical Abstracts, vol. 90, 1979, 168844K, A. Soler et al. "Acid treatment of Ketohexoses".

Kulhydraterne, hvis molekyle indeholder mindst én ketose-25 gruppe, kan være ketotetroser, ketopentoser eller keto-hexoser. De kan foreligge på monomer form eller på polymer form, idet man i dette sidstnævnte udtryk indbefatter de dimere.

30 Kulhydraterne indeholdende en ketopentosegruppe kan med fordel være valgt blandt xylulose eller en polymer af denne forbindelse.

Kulhydraterne, som indeholder en ketohexosegruppe, er de 35 foretrukne kulhydrater til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Man kan blandt disse nævne fructose, inulin og sorbose.

DK 169256 B1 3

Reaktionen gennemføres uden tilsætning af vand. Hermed antydes ikke, at den afvikles under vandfri betingelser, eftersom det drejer sig om en dehydr a t iseringsf remgangs -måde, dannes der nemlig automatisk vand, efterhånden som 5 reaktionen udvikler sig hen imod de dehydratiserede forbindelser. løvrigt kan udgangsmaterialerne være delvis hydratiserede.

Indholdet af vand ved reaktionens afslutning bør dog ikke 10 overskride 10 vægt-% af den endelige reaktionsblanding, for at man ikke skal formindske udbyttet af dehydratise-ret forbindelse.

Det er ikke desto mindre ifølge en foretrukken variant 15 at foretrække, at fluoridet indføres i tør tilstand. Tilsvarende skal det sukker, der skal omsættes, forinden være tørret på en sådan måde, at det ikke indeholder vand bortset fra krystalvand.

20 Man kan bringe kulhydratet i kontakt med fluoridet på forskellig måde. Fluoridet kan således bringes i cirkulation i gasformig tilstand, under tryk eller medrevet i fortyndet tilstand i en inert bæregas, såsom svovldioxid eller nitrogen.

25

Ved udøvelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen har effektiviteten af fremgangsmåden vist sig at være direkte knyttet til opløsningen af det behandlede kulhydrat i hydrogenfluoridet. Det er således at foretrække at opløse 30 kulhydratet i fluoridet i flydende tilstand og at sikre den fuldstændige opløsning af kulhydratet i fluoridet. Reaktionstemperaturen vil med fordel være mellem -20 °C og +25 °C. Derpå fjerner man fluoridet på en hvilken som helst passende tør måde, især ved afdampning.

Reaktionen kan være en partialreaktion, og ikke desto mindre føre til produkter, hvis anvendelse skal forklares 35 DK 169256 B1 4 nærmer i det følgende.

Hydrogenfluoridet bringes fortrinsvis til at reagere i molært overskud i forhold til antallet af ketogruppehol-5 dige monosaccharidiske ækvivalenter.

Molforholdet mellem hydrogenfluorid og ketogruppeholdige monosaccharidiske ækvivalenter ligger fortrinsvis mellem 5 og 100, især mellem 6 og 50.

10

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen fører til saccharidiske dianhydrider, som let lader sig isolere ved udkrystallisation, og de opnås således i ren tilstand i meget høje udbytter. Det skal bemærkes, at uafhængigt af det anvend-15 te udgangskulhydrat synes reaktionen at favorisere dannelsen af ketose-dimere i dianhydriderne.

Nogle af de produkter, som opnås ved den ovenfor beskrevne fremgangsmåde, er hidtil ukendte produkter bestående 20 af saccharidgruppeholdige dianhydrider, som hovedsageligt består af saccharidgruppeholdige dianhydrider, hvori molekylet indeholder to saccharidiske ringe, som indbyrdes er forbundet med to acetalbindinger inkluderet i en dioxanring.

25

Mindst den ene af saccharidringene er fortrinsvis en ke-tosering, især en fructosering, og denne ring er bundet til dioxanringen med en spiranbinding.

30 Som det er velkendt, er ketoserne kulhydrater, der i modsætning til de såkaldte aldoser indeholder mindst én ke-tosegruppe.

Det skal imidlertid her forstås, at fructoseringen, eller 35 en anden ketosering, eventuelt er substitueret. Sagt på denne måde skal det ovenstående forstås således, at det dækker ikke alene selve fructosen, men ligesåvel ketoser, DK 169256 B1 5 hvis molekyle indeholder en eller flere substituenter af ethertype, estertype, acetaltype eller anden type.

Anhydriderne dannes fortrinsvis delvis som D-fructosedi-5 anhydrider.

Anhydriderne er fortrinsvis i hovedsagen dannet ud fra en blanding af dianhydrider fra di-D-fructopyranose og/eller af fructofuranose og fructopyranose.

10

Specielt skal nævnes følgende hidtil ukendte produkter: di-a-D-fructofuranose-1,2':2,1'-dianhydrid Ø-D-fructofuranose/Ø-D-fructopyranose-1,2':2,1 *-dianhy-15 drid Ø-D-fructofuranose/a-D-fructopyranose-2,1’:3,2’-dianhydrid sorbosedianhydrid.

20 De ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede dianhydrider er velegnede tilsætningsstoffer.

Det er bemærkelsesværdigt, at sådanne forbindelser på en gang er ikke-toxiske og ikke-hydrolyserbare, således at 25 de udgør ikke-assimilerbare levnedsmidler.

Det er yderligere klart ud fra deres struktur, at selv om de til sidst ender med at blive nedbrudte i organismen, vil hydrolysen deraf aldrig føre til andet end ikke-to-30 xiske produkter, som består af sukkermolekyler, især af fructose. Tilstedeværelsen af disse produkter i levnedsmiddelsukker gør det muligt at formindske kalorieindholdet af sukker og af de levnedsmidler, hvori de er inkorporerede.

Produkterne kan være opnået ved dehydratisering af kendte sukkerarter. Dersom det f.eks. drejer sig om saccharose, 35 DK 169256 B1 6 fører en dehydratisering, selv om den kun er partiel, til et mindre kalorieholdigt sukker end udgangsmaterialet.

Disse produkter udviser iøvrigt for visses vedkommende en 5 sukkeragtig smag, eller de udviser for andres vedkommende ingen smag (neutral smag). De foreligger på krystalform og er opløselige i vand. De kan således med fordel kombineres med et velkendt sødemiddel, såsom aspartam, acesul-fam, saccharin eller tilsvarende.

10 F.eks. kan man til levnedsmidler anvende et produkt indeholdende 1% til 10 vægt-% aspartam eller et tilsvarende produkt, samt 90% til 99% af en af forbindelserne fremstillet ifølge opfindelsen.

15

Opfindelsen belyses nærmere ved de efterfølgende eksempler: EKSEMPEL 1 20

Man sætter til 5 g inulin stammende fra rodknolde fra dahlia sigma, som er nedkølet til 0 °C, 10 ml hydrogenfluorid, der ligeledes er nedkølet. Opløsningen får lov at henstå i ca. 45 minutter ved omgivelsernes temperatur 25 (20 °C), hvorpå hydrogenfluoridet afdampes ved reduceret tryk eller ved medrivning med en gasstrøm. Den tilsvarende rest opløses i ether.

Man opnår 4,8 g af et produkt bestående af D-fructosedi-30 anhydrider, som identificeres ved gasfasekromatografi, i form af de methylerede produkter. Produktet synes dannet af en blanding indeholdende angivet som vægtprocent af den samlede mængde: 35 12% af (1): di-a-D-fructopyranose-1,2^2,11-dianhydrid

Smeltepunkt: 239-295 °C Rotationsevne [a]^: -46° DK 169256 B1 7 14% af (2): di-Ø-D-fructopyranose-1,2': 2,1'-dianhydrid Smeltepunkt: 270 °C Rotationsevne [a]^: -300° 5 45% af (3): α-D-fructofuranose/a-D-frutopyranose- 1,2’:2,1'-dianhydrid Smeltepunkt: 258 °C Rotationsevne [a]D: -39° 10 4% af (4): Ø-D-fructofuranose/Ø-D-frutopyranose- 1,2’:2,1'-dianhydrid Smeltepunkt: 240 °C Rotationsevne [α]182° 15 18% af (5): Ø-D-fructofuranose/a-D-frutopyranose- 2,1^3,21 -dianhydrid Smeltepunkt: 206 °C Rotationsevne [a]D: -58,5°.

20 EKSEMPEL 2

Man behandler 20 g D-fructose i 3 min. med 20 ml hydrogenfluorid (HF) ved -10 °C, hvorpå hydrogenfluoridet fjernes ved afdampning med luft ved reduceret tryk. Til 25 inddampningsresten sættes afkølet diethylether. Bundfaldet fradekanteres og genopløses adskillige gange i diethylether, hvorpå der dekanteres og filtreres.

Man opnår 18,4 g af et reaktionsprodukt bestående af en 30 blanding af dianhydrider af D-fructose, som identificeres ved gasfasekromatografi, og som betegnes analogt med eksempel 1. Blandingen indeholder i vægt-% i forhold til den samlede mængde: 35 DK 169256 Bl 8 14% af (1) 20% af (2) 58% af (3) 7% af (5).

5

Man opnår, idet man varierer reaktionsbetingelserne, i særdeleshed mængden af HF (1 ml for 1 g som minimum op til 10 ml for 1 g), temperaturen (-10 °C op til +20 °C) og reaktionstiden (fra 2 minutter til 5 timer), sukkerar-10 ter, som hovedsageligt består af de samme 5 forbindelser, der allerede er identificeret i eksempel 1, dog i forskellige mængdeforhold, især i fordelinger, der befinder sig inden for de i det følgende anførte grænser: 15 fra 10% til 20% af (1) fra 10% til 20% af (2) fra 30% til 60% af (3) fra 4% til 8% af (4) fra 10% til 30% af (5).

20 EKSEMPEL 3 18,4 g af den blanding, som er opnået i eksempel 2 (1. afsnit) genopløses i 20 ml methanol og bringes til ud-25 krystallisation. Man opnår direkte 4 g af forbindelserne (1) og (2).

Efter at moderluden er bragt til tørhed, består den udelukkende af derivaterne (3), (4) og (5). Derivatet (3), 30 som er det overvejende derivat i blandingen (40%), udkrystalliseres ved tilsætning af krystaller, som danner kim til moderluden, genopløst med ethanol. Produktets renhed er i størrelsesordenen 98%. Idet man går frem på samme måde, men på en blanding opnået ifølge eksempel 2 35 og under forskellige reaktionsbetingelser, kan man opnå denne forbindelse (3) med et udbytte, der kan gå op til 60%.

DK 169256 B1 9 EKSEMPEL 4

Man behandler 10 g L-sorbose med 10 ml HF i 1 minut ved -10 °C, idet man arbejder i kold tilstand analogt med ek-5 sempel 1. Reaktionsproduktet udfældes med diethylether.

Man anvender 9,1 g deraf. Det drejer sig om en blanding af flere forbindelser, der alle identificeres som værende dianhydrider af L-sorbose. Man identificerer således successivt ved gasfasekromatografi og carbon NMR-spektrome-10 tri følgende forbindelser: di-o-L-sorbopyranose-1,2’:2,1'-dianhydrid di-Ø-L-sorbopyranose-1,2’:2,1'-dianhydrid β-L-sorbofuranose/o-L-sorbopyranose-1,2':2,1'-dianhydrid 15 a-L-sorbofuranose/Ø-L-sorbopyranose-1, 2':2,1' -dianhydrid α-L-sorbofuranose/5-L-sorbopyranose-1,2':3,1'-dianhydrid.

Produkterne kan isoleres på samme måde, som det er tilfældet med D-fructose (eksempel 2) ved tilsætning af me-20 thanol og derpå ethanol.

EKSEMPEL 5

Til 5 g saccharose sætter man 10 ml hydrogenfluorid ved 0 25 °C. Man lader blandingen reagere i 2,5 minutter, hvorpå reaktionsproduktet udfældes med ether. Man opnår 4,8 g.

Den således opnåede blanding indeholder glucosylfluorid 13 (analyse ved C NMR). En undersøgelse af de methylerede 30 produkter gør det muligt at bemærke sig tilstedeværelsen af dianhydrider af D-fructose: De i eksempel 1 definerede forbindelser er til stede.

Fra et kvantitativt synspunkt indeholder blandingen 18% 35 D-fructose i form af disse anhydrider.

DK 169256 B1 10

Den som udgangsmateriale anvendte saccharose er således ved en sådan behandling med hydrogenfluorid gjort delvis ikke-enzymatisk hydrolyserbar, og kalorieindholdet deraf er formindsket.

5 EKSEMPEL 6

De produkter, som er opnået i ovenstående eksempler 1-4, undersøges med hensyn til de egenskaber, som gør det mu-10 ligt derudfra at fremstille substitutter for saccharose til levnedsmiddelbrug.

Disse produkter er ikke-toxiske. De er alle opløselige i vand, og de derved opnåede sirupper udviser en viskosi-15 tet, som er variabel i forhold til koncentrationen, ligesom ved almindeligt sukker.

Som eksempel kan anføres, at den sidste blanding af anhy-drider af D-fructose opnået ifølge eksempel 2 ikke hydro-20 lyseres med 0,01 N HC1 ved 37 °C i løbet af 0,5 timer. Generelt sagt er hydrolysehastigheden for de forskellige forbindelser ved 20 °C i nærvær af 1 N svovlsyre omkring 1000 gange mindre end hydrolysehastigheden for saccharose.

25

Dersom man iøvrigt underkaster en delvis behandlet blanding indeholdende dianhydrider en fermentering under anvendelse af ølgær, er de ikke-omdannede sukkerarter følsomme over for gæren og kan fjernes, mens dianhydriderne 30 ifølge opfindelsen ikke angribes.

EKSEMPEL 7

Man behandler 5 g xylulosesirup med 10 ml hydrogenfluorid 35 i 2 minutter ved -10 °C. Til opløsningen sættes derpå ethylether. Man opsamler efter dekantering 4,5 g af de i det følgende viste reaktionsprodukter: DK 169256 B1 11 di-α-D-xylulofuranosid-1,2'-2,1'-dianhydrid di-Ø-D-xylulofuranosid-1,2'-2,1'-dianhydrid er-D-xylulof uranosid/Ø-D-xylulof uranosid-1,2' -2,11 -dianhydrid 5 «-D-xylulofuranosid/Ø-D-xylulofuranosid-1,2'-3,1'-dianhy drid.

10 15 20 25 30 35

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til cyclisk dehydratisering af kulhydra-5 ter, hvis molekyler indeholder mindst én gruppe af keto- setypen, kendetegnet ved, at man uden tilsætning af vand lader kulhydratet reagere med hydrogenfluorid anvendt som opløsningsmiddel for kulhydratet, hvorpå man ad 10 tør vej fjerner hydrogenfluoridet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ketosegruppen i det anvendte kulhydrat er fructose eller sorbose. 15

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at kulhydratet er valgt blandt fructose, saccharose og inulin. 20

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at molforholdet mellem hydrogenfluorid og ækvivalenter af ketoseholdigt monosaccharid er mellem 5 og 100, fortrinsvis 6 og 50. 25

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man arbejder under sådanne reaktionsbetingelser, at mængden af vand i reaktionsmediet før fjernelsen af hydrogenfluoridet er mindre end 10 vægt-%. 30

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at reaktionsmediets temperatur er mellem -20 °C og +25 °C. 35