JPH0737401B2 - Ｄ−マンニツトの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＤ−グルコースを原料とするＤ−マンニットの
製造方法に関する。さらに詳しくは、Ｄ−グルコースを
異性化し、その一部をＤ−マンノースとＤ−フラクトー
スにした後、これを水添してＤ−マンニットを製造する
方法に関する。

［従来の技術］ Ｄ−マンニットは植物や海藻類に広く分布している糖ア
ルコールの１種であって、医薬、食品及び化成品分野で
広く用いられ、近年その需要が増大している有用な化学
物質である。

このＤ−マンニットを工業的に製造するには、従来蔗糖
を加水分解してＤ−グルコースとＤ−フラクトースより
なる転化糖とした後、水添して製造するというのが一般
的な方法であった。しかし、この方法にはＤ−グルコー
スに対する論理収率が25％しかなく、実際にはそれ以下
の低収率しか得られないという問題点があった。

そこで、Ｄ−グルコースからＤ−フラクトースへの異性
化率を向上させるべく該反応に酵素を用いる方法が開発
されたが、この方法でもＤ−マンニットの総合収率を若
干高める程度の成果しか得られていない。

このような状況下にあって、エピ化触媒としてモリブデ
ン系の触媒が開発された（Angew.chem.83［23］967（19
71）：チェコスロバキア特許第149051号参照）。

この触媒系は確かにマンニット製造工程中最も改善を必
要としていた異性化反応工程の収率を高めるものであっ
て、その後該方法に対する数多くの改良方法が提案され
ている。例えばＤ−グルコースをモリブデン系触媒を用
いてエピ化し、Ｄ−グルコースとＤ−マンノースの混合
物を得、次に酵素を用いてＤ−グルコースを異性化して
Ｄ−フルクトースにした後、水添してＤ−マンニットを
得るという方法がそれである（特公昭57−38238号、特
開昭54−129169号）。

しかし、この改良方法もまた収率の点で充分といえず、
且つモリブデン触媒を用いたエピ化工程の反応温度が高
く、反応時間が長すぎるという問題点を有していた。そ
の上、Ｄ−マンニットを得るまでの工程が多く、長すぎ
るのも工業的製法としては好ましくなく、改善を必要と
する点であった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記の従来技術の問題点、即ち古くからある方
法は収率が低すぎるし、一方モリブデンを用いる方法も
反応条件が酷で、工程が複雑となる等の問題点を解決
し、反応条件が温和で工程が少なく、収率の高いＤ−マ
ンニットの製造方法を確立することを目的としてなされ
たものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らはその目的を達成すべく、鋭意研究を重ねた
結果、Ｄ−マンニットを製造するための全工程中、総合
収率に最も大きな影響を与える異性化（エピ化）工程の
大幅な改善、即ち特定の金属塩とアミン類からなる高活
性触媒の発明に成功し先に特許出願した（特願昭61−16
4665号、同61−164666号、同61−164667号、同61−2583
11号、同61−308172号）。本発明者はこれらの成果を踏
まえ前記目的を達成するためさらに検討を進めた結果、
当該触媒を用いることによりＤ−グルコースからＤ−マ
ンノースが収率よく得られると同時に、特別の酵素等を
用いずともＤ−フラクトースが並産され、その生成液で
ある混合糖液を水素添加することにより、従来にはない
高収率でＤ−マンニットを製造できること、並びに該異
性化工程に組み合せるべき好ましい水添工程及び分離工
程を見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明はCa,Sr,La,Ni,Ce,Co,Pr,Nd,Y,Inから選ば
れた金属の塩及び下記一般式で示されるアミン又はアミ
ン誘導体の存在下、Ｄ−グルコースを溶液中で加熱異性
化せしめ、Ｄ−グルコース、Ｄ−マンノース及びＤ−フ
ルクトースの混合糖液を得る工程、及び該混合糖液を水
素添加用触媒の存在下、高圧水素還元してＤ−マンニッ
ト及びＤ−ソルビットを得る工程、及び反応液中からＤ
−マンニットを分離取得する工程を有することを特徴と
するＤ−マンニットの製造方法 〔一般式〕 NR₁,R₂,R₃ を提供するものである。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明においては、Ｄ−グルコースの異性化工程が重要
であり、特にその異性化（エピ化）触媒として、以下に
説明する特定金属の塩と特定のアミン類とからなる触媒
を用いる点が重要である。

本発明に用いるその金属塩とはCa,Sr,La,Ni,Ce,Co,Pr,N
d,Y,Inから選ばれた金属の塩、好ましくはハロゲン化物
であり、特に好ましくはCaの塩化物である。

本発明で用いるアミン類（配位子）は下記一般式で表わ
されるアミン又はアミン誘導体である。

〔一般式〕 NR₁,R₂,R₃ 但し式中R₁,R₂,R₃は夫々水素、炭素数１〜18のアルキル
基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシアルキル基、ア
リール置換アルキル基のいずれかを表わす。

上記一般式で表わされるアミン又はアミン誘導体の具体
例としては 〔一級アミン〕 ｎ−プロピルアミン,n−ブチルアミン， NH₂（C₃H₇） NH₂（C₄H₉） ベンジルアミン， NH₂CH₂C₆H₅ シス−９−オクタデセニルアミン， NH₂・C₁₈H₃₅ 〔二級アミン〕 ジエチルアミン，ジ−ｎ−ブチルアミン， NH（C₂H₅）_２ NH（C₄H₇）_２ ジ−ｎ−プロピルアミン， NH（C₃H₇）_２ ジイソプロピルアミン， Ｎ−エチル−ｎ−プロピルアミン， Ｎ−メチル−ｎ−ブチルアミン， ジイソブチルアミン， ジ−ｎ−ヘキシルアミン， NH（C₆H₁₃）_２ モルホリノ， ジ−２−メトキシエチルアミン， NH（CH₂CH₂OCH₃）_２ 〔三級アミン〕 トリエチルアミン， Ｎ（CH₂CH₃）_３ トリメチルアミン， Ｎ（CH₃）_３ トリ−ｎ−プロピルアミン， Ｎ（C₃H₇）_３ 〔アミノアルコール〕 モノエタノールアミン， NH₂CH₂CH₂OH ２−アミノ−１−ブタノール， Ｎ−メチルエタノールアミン， CH₃NHCH₂CH₂OH ジエタノールアミン， NH（C₂H₄OH）_２ ジイソプロパノールアミン， ２−ヒドロキシエチルアミノプロピルアミン， NH₂CH₂CH₂CH₂NHCH₂CH₂OH N,N−ジメチルエタノールアミン， （CH₃）₂NCH₂CH₂OH 等をあげることができる。

上記金属塩及びアミン配位子は両者の他、Ｄ−グルコー
スも溶解する溶媒に溶かして用いるのが好ましい。この
溶媒としてはメタノール、エタノール等の低級アルコー
ルが優れているが他にもDMF,DMSO等、又はこれらと水の
混合溶媒を用いることができる。

異性化の反応温度は20〜100℃の範囲から設定される。
反応圧力は特に制限されず、常圧でもよい。

反応時間は本発明方法の特徴の一つであるが、従前に比
べ極めて短時間の30秒〜60分でよい。通常３〜10分で充
分である。

反応濃度は工業的には高い程好ましいが、あまり濃度が
高すぎても、反応液の粘度が増加しすぎ充分な混合を与
えることが困難になるので、50重量％以下であることが
好ましい。

又、反応中は攪拌を行ったほうが良い結果が得られる
が、これは必須のものではない。

以上述べてきたように本発明の異性化反応工程では、上
記の金属塩とＤ−グルコースをメタノールなどの溶媒中
に添加し、アミン類（配位子）を加えて、攪拌下３〜10
分加熱してＤ−グルコースの一部をＤ−マンノース及び
Ｄ−フルクトースに異性化せしめ、Ｄ−グルコース、Ｄ
−マンノース及びＤ−フルクトースの混合糖液を得るこ
とができる。なお、本発明の異性化工程においてはあら
かじめ触媒となる錯体を製造してから使用する必要はな
く、直接金属塩とＤ−グルコースを投入し、これに配位
子を添加するだけで異性化反応を進行せしめることがで
きるので、この点でも工業的には工程が省略された極め
て有利な方法といえる。

次に上記異性化工程で得られたＤ−グルコース、Ｄ−マ
ンノース及びＤ−フラクトースの混合糖液を水素添加用
触媒の存在下、高圧水素還元を行ないＤ−マンニットと
Ｄ−ソルビットを生成せしめる。この水添工程は上記混
合糖液を そのまゝで、 水を添加した後、 アミン及び／又は溶媒を減圧留去した後、 金属塩又は金属塩及びアミン類を除去した後、 〜の組み合せで、 のいづれかの処理をした後、実施される。

なお、上記の除去処理は電気透析法によって行うのが
好ましい。この場合、電気透析にかける液は水溶液及び
／又は前記溶媒の溶液のいずれでもよい。又処理すべき
液のpHは特に制限されないが、好ましくは中性〜酸性領
域で行うのがよい。

本工程に於て用いる水素添加用触媒としては通常水添反
応に用いられている公知の触媒を用いることができ、例
えばラネーニッケル；シリカ、ケイソウ土、シリカアル
ミナ等の担持した担持ニッケル；活性炭に担持したルテ
ニウム、パラジウム、ルテニウム・ニッケル、ルテニウ
ム・パラジウム等を用いることができる。

又、本工程の反応条件（還元反応条件）も混合糖液より
金属塩及びアミン類を除去した場合には触媒同様従来公
知の条件の中から適宜選択されるが、混合糖液をそのま
ま、或いは、アミン類のみを除去した場合には、還元温
度40〜130℃水素圧力20〜150Kg/cm²にて水素添加行うこ
とができる。

このように金属塩、或いは、金属塩及びアミン類共存下
で、公知の還元条件に比べ、比較的低温度、低圧力で還
元ができることも本発明の特徴の一つである。

Ｄ−マンニットを分離取得する工程は、前記の水添液よ
り、残存している金属塩及びアミン類を除去した後、活
性炭等により、脱塩精製し、濃縮後、冷却することによ
り結晶として目的とするＤ−マンニットを取得すること
によって行なわれる。

異性化反応において溶媒として使用するメタノール等の
低級アルコールは、この濃縮段階にて留去することが望
ましい。濃縮のためのエネルギーコストが、有利になる
からである。

なお、本発明で用いる原料のＤ−グルコースは結晶など
の粉末が好ましい。しかし、結晶Ｄ−グルコースの溶
液、デンプン糖化液、ハイドロールなども不純物を除去
したり、含水量を適当にするなどの処理をすれば使用で
きる。

［実 施 例］ 以下実施例で本発明を具体的に説明するが、本発明は、
これらの実施例に限定されるものではない。

なお、糖及びアミン類の塩酸塩の分析には、高速液体ク
ロマトグラフィー（以下HPLCと略記する）で行ったが、
具体的には、分離用カラムとして、Ca型陽イオン交換樹
脂（昭和電工社製、Shodex Sugar SC 1011）を用い、屈
折率検出器により行った。また、金属塩は原子吸光分析
により定量した。

実施例 １ CaCl₂・2H₂O40.8g及びＤ−グルコース50.0gをメタノー
ル200gに溶解し、ジエチルアミン24.3gを加え、53℃で1
0分間加熱反応した。冷却後HPLCにて定量した結果、原
料Ｄ−グルコース基準でＤ−マンノース35.0％、Ｄ−フ
ルクトース42.9％、Ｄ−グルコース15.1％の混合糖液が
生成していることがわかった。

この混合糖液よりジエチルアミンを減圧留去し、水及び
濃塩酸にてpH7.8に調整し、全量を500gとした。これを
内容量１のオートクレーブに仕込み、ラネーニッケル
3gを加え、115℃、水素圧60Kg/cm²にて90分間還元反応
を行った。

冷却後、反応液からラネーニッケルを濾別した濾液は無
色透明であった。この濾液をHPLCにて分析したところＤ
−マンニット60.0％、Ｄ−ソルビット30.2％であった。
この濾液を濃塩酸にてpH6.5に調整し、電気透析器（徳
山曹達社製TS−２−10型）にて脱塩を行った。脱塩後、
液中にはカルシウムイオン5ppmが定量され、また、ジエ
チルアミン塩酸塩のピークは見られなかった。

この脱塩液を濃縮し、冷却したところ26gのＤ−マンニ
ットの結晶が得られた。融点は166.5℃であった。

実施例 ２ CaCl₂・2H₂O163.2g及びＤ−グルコース200gをメタノー
ル800gに溶解し、ジエチルアミン97.3gを加え55℃で10
分間加熱反応した。冷却後、HPLCにて定量したところ得
られた混合糖液の組成は Ｄ−グルコース 13.9％ Ｄ−マンノース 34.7％ Ｄ−フルクトース 42.4％ であった。

この混合糖液より、ジエチルアミンを減圧留去し、濃塩
酸によりpH6.5に調整した後、電気透析器にて脱塩処理
した。

この脱塩液を500gまた濃縮した後、内容量１のオート
クレーブに仕込み、ラネーニッケル9gを加え、水素圧10
0Kg/cm²、100℃にて120分間還元した。冷却後、触媒を
濾別し、濾液を分析したところ、 Ｄ−マンニット 53.3％ Ｄ−ソルビット 33.7％ であった。

また、カルシウムイオンは10ppmであり、ジエチルアミ
ン塩酸塩のピークは見られなかった。

実施例 ３ CaCl₂・2H₂O40.8g及びＤ−グルコース50.0gをメタノー
ル200gに溶解し、ジエチルアミン20.3gを加え、50℃で2
0分間加熱反応したところ、次の混合糖液が得られた。

Ｄ−グルコース 13.1％ Ｄ−マンノース 36.0％ Ｄ−フルクトース 42.1％ この混合糖液を内容量１のオートクレーブに入れ、ラ
ネーニッケル3gを加え、水素圧60Kg/cm²、85℃にて120
分間還元した。冷却後触媒を濾別し、濾液よりジエチル
アミンを減圧留去した。この液を濃塩酸にてpH6.3に調
整した後、電気透析器により、脱塩処理した。この脱塩
液には Ｄ−マンニット 53.8％ Ｄ−ソルビット 32.2％ が含まれ、また、カルシウムイオンは8ppmであり、ジエ
チルアミン塩酸塩のピークは見られなかった。

実施例 ４ CaCl₂・2H₂O49.0g、及びＤ−グルコース50.0gをメタノ
ール200gに溶解し、ジイソプロピルアミン28.0gを加
え、60℃で５分間加熱反応したところ Ｄ−グルコース 18.6％ Ｄ−マンノース 32.8％ Ｄ−フルクトース 41.1％ が得られた。

この液を濃塩酸にてpH6.8に調整した後、電気透析器に
より脱塩処理した。この脱塩液を分析したところ、 Ｄ−グルコース 17.7％ Ｄ−マンノース 30.2％ Ｄ−フルクトース 39.5％ であり、カルシウムイオンは12ppm、また、ジイソプロ
ピルアミン塩酸塩のピークは見られなかった。

この脱塩液を内容量１のオートクレーブに仕込み、ラ
ネーニッケル3gを加え水素圧100Kg/cm²、100℃にて120
分間還元を行った。冷却後、水添液を取り出し、触媒を
濾別後、分析したところ、 Ｄ−マンニット 49.0％ Ｄ−ソルビット 36.5％ であった。

実施例 ５ CaCl₂・2H₂O61.2g及びＤ−グルコース75gをメタノール2
00gに溶解し、トリエチルアミン35.0gを加え、55℃にて
15分間加熱反応した。冷却後、HPLCにより分析したとこ
ろ、 Ｄ−グルコース 25.3％ Ｄ−マンノース 26.2％ Ｄ−フルクトース 34.8％ であった。

この混合糖液を内容量１のオートクレーブに入れ、ラ
ネーニッケル3.8gを加え、80℃、水素圧100Kg/cm²にて1
20分間還元した。冷却後、取り出し、触媒を濾別した。
濾液中には Ｄ−マンニット 42.3％ Ｄ−ソルビット 40.0％ が含まれていた。この濾液を濃塩酸にてpH6.5に調整し
た後、電気透析器により脱塩を行った。脱塩後、液中に
はカルシウムイオン15ppmが残存していた。またトリエ
チルアミン塩酸塩は、認められなかった。

［発明の効果］ 本発明によって、従来にはなかった温和な条件で異性化
率も高く、しかも選択性良くＤ−グルコースよりＤ−マ
ンノース、Ｄ−フルクトースが得られ、次いでこれらを
含む混合糖液を水添することにより高収率、経済的にＤ
−マンニットを製造することが可能となった。又特定金
属塩としてアルカリ土類金属塩、特にカルシウム塩を用
いる場合には後処理で公害問題等の心配がない他、製品
の精製も非常に楽になるという数々の優れた効果が得ら
れる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ca,Sr,La,Ni,Ce,Co,Pr,Nd,Y,Inから選ばれ
   た金属の塩及び下記一般式で示されるアミン又はアミン
   誘導体の存在下、Ｄ−グルコースを溶液中で加熱異性化
   せしめ、Ｄ−グルコース、Ｄ−マンノース及びＤ−フル
   クトースの混合糖液を得る工程、及び該混合糖液を水素
   添加用触媒の存在下、高圧水素還元してＤ−マンニット
   及びＤ−ソルビットを得る工程、及び反応液中からＤ−
   マンニットを分離取得する工程を有することを特徴とす
   るＤ−マンニットの製造方法。 〔一般式〕 NR₁,R₂,R₃ 但し式中R₁,R₂,R₃は夫々水素、炭素数１〜18のアルキル
   基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシアルキル基、ア
   リール置換アルキル基のいずれかを表わす。
2. 【請求項２】金属の塩がハロゲン化物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のＤ−マンニットの製
   造方法。
3. 【請求項３】混合糖液を得る工程における溶液が低級ア
   ルコール溶液であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のＤ−マンニットの製造方法。
4. 【請求項４】加熱異性化が20〜100℃で行われることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＤ−マンニット
   の製造方法。
5. 【請求項５】Ｄ−マンニットの分離取得工程において、
   混合糖液を得る工程で用いた金属塩又は金属塩及びアミ
   ンもしくはアミン誘導体を分離除去することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のＤ−マンニットの製造方
   法。
6. 【請求項６】金属塩又は金属塩及びアミンもしくはアミ
   ン誘導体の分離除去を電気透析法により行うことを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載のＤ−マンニットの製
   造方法。