KR20130091637A

KR20130091637A - 히드록시메틸푸르푸랄의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130091637A
Application number: KR1020127029066A
Authority: KR
Inventors: 스벤 페데르센; 트뢸스 비 크리스텐센; 아스트리드 보이센; 비베케 더블유. 위르겐센; 토마스 에스 한센; 쇠렌 케그나에스; 앤더스 리사거; 존 엠 우들리; 야콥 에스 옌센; 웬징 푸
Original assignee: 노보자임스 에이/에스
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2013-08-19
Also published as: CN102933567A; US20130029383A1; BR112012024133A2; JP2013523800A; US8604225B2; EP2556061A1; WO2011124639A1

Abstract

본 발명은 프럭토스 및/또는 글루코스 및/또는 만노스의 탈수에 의한 5-히드록시메틸푸르푸랄의 제조 방법과 관련된다.

Description

히드록시메틸푸르푸랄의 제조 방법{A METHOD OF PRODUCING HYDROXYMETHYLFURFURAL}

본 발명은 5-히드록시메틸푸르푸랄의 제조 방법과 관련된다.

다양한 산업에 필요한 많은 화합물들이 수년 동안 석유화학 산업으로부터 유래하였다. 하지만, 원유의 값의 증가 및 석유화학을 재생 가능한 자원으로 대체하려는 일반적인 의식 때문에, 재생 가능한 자원에 화합물 제조의 기반을 두기 위한 바람은 여전히 있다.

5-히드록시메틸푸르푸랄 (HMF)은 그것이 재생 가능한 바이오매스 (biomass) 자원으로부터 유래할 수 있도록 만드는 당의 탈수로부터 유래하기 때문에 이러한 화합물의 예이다. 예를 들어 HMF는 구리-루테늄 (CuRu) 촉매를 통한 C-O 결합의 가수소분해에 의해, 생물연료인, 2,5-디메틸푸란 (Roman-Leshkov Y et al., Nature, 2007, 447 (7147), 982-U5) 또는 산화에 의해 2,5-푸란디카르복실산 (Boisen et al., Chemical Engineering Research and Design, 2009, 87 (9), 1318-1327)으로 전환될 수 있다 . 후자의 화합물, 2,5-푸란디카르복실산은 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT)와 같은 폴리에스테르의 제조에서 테레프탈산의 대체물질로 사용될 수 있다.

US 2008/0033188은 반응성 수상 (aqueous phase) 및 유기 추출상 (extracting phase)를 함유하는 2상 반응기를 사용하는, 당을 푸란 유도체, 예를 들어, 5-히드록시메틸푸르푸랄로 전환하는 촉매 공정을 개시한다.

Roman-Leshkov Y and Dumesic JA, 2009, Top Catal, 52; 297-303는 US 2008/0033188과 유사한 대상을 개시한다.

US 2009/0030215는 수상 및 유기상의 에멀젼을 형성하기 위해 프럭토스 및 무기산 촉매의 수용액을 물과 비혼화성 유기 용매와 혼합하거나 교반함으로써 HMF를 제조하는 방법을 개시한다.

US 7,317,116은 탄수화물을 푸란 유도체로 전환하는 탈수 반응에 대한 산업상 편리한 프럭토스 공급원을 활용하는 방법을 개시한다.

Huang R et al., 2010, Chem. Comm., 46, 1115-1117은 글루코스를 5-히드록시메틸푸르푸랄로 전환하기 위해 효소 및 산 촉매를 통합하는 것을 개시한다.

고과당 옥수수 시럽 (high-fructose corn syrup)의 산업용 제조에서, 글루코스는 종종 효소 자일로스 이소머라제 (E.C. 5.3.1.5)에 의해 공정에 의해 프럭토스로 전환되는데, 효소 자일로스 이소머라제는 이러한 이유로 보통 "글루코스 이소머라제"라고 불린다.

글루코스는 가역 반응에서 프럭토스로 이성질화될 수 있다. 산업 조건하에, 평형은 50% 프럭토스에 가깝다. 과도한 반응시간을 피하기 위해, 전환은 일반적으로 약 45% 프럭토스의 수율에서 중단된다.

글루코스 이소머라제는 고정화된 형태로 산업상 사용되는 상대적으로 적은 효소 중 하나이다. 고정화에 대한 하나의 이유는 효소를 불활성화시키는 유기산 및 카르보닐 화합물로 프럭토스의 분해를 방지하기 위해 반응을 최소화하는 것이다.

GI-컬럼에 대한 기질은 베드의 클로깅 (clogging) 및 효소의 불안정화를 피하기 위해 고도로 정제된다. 추천된 전도도면은 50 μS/cm 이하이다.

가장 일반적으로 사용되는 글루코스 이소머라제의 설명은 하기 표 1에 제공된다. 설명은 제조사의 문헌 및 정보에 기초하고 반드시 사용된 정확한 방법을 설명할 필요는 없다.

표 1

프럭토스를 제조하는 또 다른 방법은 50:50 비율로 글루코스 및 프럭토스를 포함하는 조성물을 얻기 위한 수크로스의 가수분해에 의한 것이다.

프럭토스를 제조하는 추가적인 방법은 만노스 이소머라제를 가지고 만노스의 프럭토스로 촉매 전환에 의한 것이다.

본 발명은 i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고 1.0-10의 범위의 pH를 갖는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함하는, 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제조하는 첫 번째 방법을 제공한다.

한 구체예에서 단계 i)은 대안으로 i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계일 수도 있는데, 반응 배지는 산성 촉매를 포함하지 않거나 강산을 포함하지 않는다.

본 발명은 또한

x) 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키거나, 또는 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 및

y) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함하는, 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제조하는 두 번째 방법을 제공한다.

단계 x) 및 y)는 어떤 순서로도 수행될 수 있다.

한 구체예에서 본 발명의 두 번째 방법은

I) 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 또는 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 및

II) 단계 I)에서 얻은 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함한다.

또 다른 구체예에서, 본 발명의 두 번째 방법은

A) 프럭토스 및 글루코스를 포함하는 조성물, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계, 및

B) 단계 A의 반응기로부터 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계, 및

C) 단계 B)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 a) 히드록시메틸푸르푸랄로 전환하거나, 또는 b) 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의한 프럭토스로 전환하는 단계를 포함한다.

게다가, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 얻은 5-히드록시메틸푸르푸랄의 사용과 관련된다.

도 1은 적절한 단계들의 일부를 나타낸 공정의 예시을 나타낸다. GI는 고정화된 글루코스 이소머라제 반응기를 나타내고, G 및 F는, 각각, 글루코스 및 프럭토스를 나타낸다.
도 2는 반응 배지의 수상에서 염의 선택이 당의 전환, HMF 수율 및 HMF 선택성에 대해서 갖는 효과를 나타낸다. 이 도면은 실시예 11에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 3은 45 중량% 글루코스 시럽을 함유하는 표준 기질을 가지고 시간의 함수로서 고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 활성을 나타낸다. 이 도면은 실시예 12에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 4는 고농도의 NaCl을 함유하는 변형된 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 활성을 나타낸다. 이 도면은 실시예 12에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 5는 고농도의 MgCl₂, 6H₂O를 함유하는 변형된 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 활성을 나타낸다. 이 도면은 실시예 12에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 6은 고농도의 KCl을 함유하는 변형된 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 활성을 나타낸다. 이 도면은 실시예 12에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 7은 고농도의 Na₂SO₄, 10H₂O를 함유하는 변형된 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 활성을 나타낸다. 이 도면은 실시예 12에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 8은 고농도의 MgSO₄를 함유하는 변형된 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 활성을 나타낸다. 이 도면은 실시예 12에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 9는 표준 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)에 의한 글루코스의 프럭토스로의 전환을 나타낸다. 이 도면은 실시예 13에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 10은 0.01% HMF를 함유하는 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)에 의한 글루코스의 프럭토스로의 전환을 나타낸다. 이 도면은 실시예 13에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 11은 0.1% HMF를 함유하는 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)에 의한 글루코스의 프럭토스로의 전환을 나타낸다. 이 도면은 실시예 13에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 12는 1% HMF를 함유하는 45 중량% 글루코스 시럽 기질을 가지고 시간의 함수로서 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)에 의한 글루코스의 프럭토스로의 전환을 나타낸다. 이 도면은 실시예 13에서 얻은 데이터 중 일부의 예시이다.
도 13은 HMF 농도의 함수로서 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 활성을 나타낸다.
도 14는 실시예 20 및 21에 사용된 글루코스 및 프럭토스의 HMF로의 연속적인 탈수에 대한 실험실 규모 미니-플랜트 (mini-plant)의 셋업을 나타낸다.

정의 및 약어

용어 "5-히드록시메틸푸르푸랄", 히드록시메틸푸르푸랄" 및 "HMF"는 본 발명의 맥락에서 교체하여 사용될 수도 있다. HMF의 IUPAC 용어는 5-(히드록시메틸)-2-푸르알데히드이고 그것은 또한 본 맥락에서 사용될 수도 있다.

"화학 반응"이 하나 이상의 화학 물질이 하나 이상의 다른 화학 물질로 변형되는 공정으로서 이 용어의 일반적인 이해를 나타내는 경우, 용어 "효소 반응"은 본 발명의 맥락에서 효소에 의한 화학적 촉매 반응을 나타낸다.

용어 "글루코스 이소머라제"는 본 발명의 맥락에서 D-자일로스의 D-자일루로스로 변형을 촉매 작용할 수 있는 E.C. 5.3.1.5의 효소를 나타낸다. 이러한 효소는 일반적으로 글루코스를 프럭토스로 전환하기 위해 고도의 옥수수 시럽 산업에 사용된다. 본 발명의 맥락에서 글루코스 이소머라제는 어느 글루코스 이소머라제도 포함하기 위해, 예를 들어, 고정화되거나 아닌 것에 무관하게, "GI"로 축약될 수도 있다. 현재 사용 가능한 글루코스 이소머라제가 전형적으로 고정화되기 때문에, 본 발명의 맥락에서 "고정화된 글루코스 이소머라제"를 의미하는 용어 "IGI"는 또한 사용될 수도 있다.

용어 "만노스 이소머라제"는 본 발명의 맥락에서 D-만노스의 D-프럭토스로 변형을 촉매 작용할 수 있는 E.C. 5.3.1.7의 효소를 나타낸다.

용어 "당류"는 본 발명의 맥락에서 탄수화물로 또한 알려진 일반적인 화학식 C_m(H₂O)_n를 갖는 유기화합물로서 그것의 잘 알려진 의미를 나타낸다. 따라서 "용어 "당류"는 단당류, 이당류, 올리고당 및 다당류를 포함한다.

용어 "HFCS"는 본 발명의 맥락에서 액상 과당을 나타낸다.

본 발명의 상세한 설명

본 발명의 방법

본 발명은 프럭토스 및/또는 글루코스, 또는 대안으로 프럭토스 및/또는 만노스의 탈수에 의해 5-히드록시메틸푸르푸랄 (HMF)을 제조하는 방법과 관련된다. 다음에서, 프럭토스 및/또는 글루코스, 또는 대안으로 프럭토스 및/또는 만노스로부터 HMF를 제조하는 같은 일반적인 개념과 모두 관련된 약간 다른 방법이 설명된다. 이 방법은 또한 방법의 각 단계를 포함할 수도 있는 전체적인 방법의 다른 단계로 나타날 수도 있다. 방법은 각각 하기 개별적으로 설명되지만, 각 방법의 단계들은 다른 방법 중 어떤 것으로부터의 단계들과 결합할 수도 있고 하나의 방법에 대하여 제공된 예는 또한 다른 방법 중 어떤 것에 사용될 수도 있다.

본 발명의 첫 번째 방법

단계 i)

본 발명의 첫 번째 양태는 i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고 1.0-10의 범위의 pH를 갖는, 공정을 받게 하는 단계를 포함하는 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제조하는 방법과 관련된다.

단계 i)은 프럭토스의 5-히드록시메틸푸르푸랄로의 탈수를 일으킨다. 본 발명의 발명자는 놀랍게도 염 단독이 프럭토스의 HMF로의 이 탈수를 촉매 작용할 수 있다는 것을 발견하였다. 그러므로 프럭토스의 HMF로의 탈수를 촉매 작용하기 위해 이전에 사용된 배양 배지의 수상에 산성 촉매를 추가할 필요가 없다. 따라서 단계 i)의 특정 구체예에서 반응 배지는 산성 촉매를 포함하지 않거나 강산을 포함하지 않는다.

이것은 물론 제조 공정에서 강산의 핸들링을 피하는 장점을 갖는다. 다른 장점은 하기, 예를 들어, 단계 iii) 및 iv)에 설명된다. 이런 이유로 또 다른 구체예에서 상기 언급된 단계 i)은 프럭토스를 포함하는 조성물을, 선택적으로 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고, 산성 촉매를 포함하지 않거나 강산을 포함하지 않는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계일 수도 있다.

본 발명의 맥락에서 "산성 촉매를 함유하지 않는다"는 산성 촉매가 반응 배지에 추가되지 않았다는 것을 의미한다. "산성 촉매"는 특히 4 이하의 pK_a 값, 또는 3 이하의 pK_a 값, 또는 2 이하의 pK_a 값과 같은, 5 이하의 pK_a 값을 갖거나, 1-4 사이, 또는 1-3 사이 또는 1-2 사이, 또는 1-1.5 사이와 같은 1-5 사이; 2-3 사이, 또는 2.5-3.5 사이와 같은 2-4 사이; 또는 1.5-3 사이, 또는 1.5-2.5 사이와 같은 1.5-4 사이; 3.5-4.5 사이 또는 3-4 사이, 또는 4-5 사이와 같은, 3-5 사이의 pK_a 값을 가질 수도 있다. "산성 촉매"는 특히 "강산"일 수도 있는데, 강산은 1 이하의 pK_a 값을 갖는 산이다. 용어 "강산을 포함하지 않는다"는 1 이하의 pK_a 값을 갖는 산이 반응 배지에 추가되지 않았다는 것을 의미한다; 즉, "강산"은 복 발명의 맥락에서 1 이하인 pK_a을 갖는 산으로서 이해된다 (pK_a (강산) <1). 탈수 공정의 부산물로서 형성될 수도 있는 산성 화합물의 존재를 제외하지 않는다. 이러한 산성 촉매의 예는 HCl, HN0₃, H₂S0₄, H₃P0₄와 같은, 무기산, 술폰산, 술폰산 레진, 제올라이트 (zeolites), 산-작용 모빌 조성 물질 (acid-functionalized Mobil composition material; MCM), 황산화된 지르코니아 (sulphated zirconia), 헤테로 다중산 (heteropolyacid), NbOPO₄와 같은 인산염,인산 바나듐, 고체 실리카- 및 실리카-알루미나, Broendsted 또는 Lewis 산 촉매를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

반응 배지의 수상에서 프럭토스의 용해도는 반응 배지의 유기상에서보다 훨씬 더 높아서 프럭토스의 농도는 반응 배지의 유기상에서보다 일반적으로 수상에서 더 높을 것이다. 프럭토스의 5-히드록시메틸푸르푸랄로의 탈수는 주로 수상에서 일어난다. HMF의 일부는 유기상으로 확산될 수도 있다. 유기상 및 수상 사이의 이 HMF의 분배는, R=(유기상에서 HMF의 농도)/(수상에서 HMF의 농도)인 경우. 분배계수, R에 의해 설명될 수도 있다. 유기 용매의 정체성 및 수상에서 염의 농도는 R의 값에 영향을 미친다. 하지만, 본 발명의 맥락에서 R은 전형적으로 적어도 0.9 (R ≥ 0.9), 또는 적어도 1 (R ≥ 1), 또는 적어도 1.1 (R ≥ 1.1), 또는 적어도 1.2 (R ≥ 1.2), 또는 적어도 1.3 (R ≥ 1.3), 또는 적어도 1.4 (R ≥ 1.4)와 같이, 적어도 0.8 (R ≥ 0.8)일 수도 있고, 특히 R은 적어도 1.5 (R ≥ 1.5)이거나 R은 적어도 2 (R ≥ 2)일 수도 있다.

프럭토스가 HMF로 탈수될 때, HMF는 재수화됨으로써 레불린산 및/또는 포름산을 생성할 수 있다. 수상으로부터 유기상으로 HMF의 확산은 재수화로부터 HMF를 보호하기 위한 장점이다.

수상에서 염의 존재는 또한 수상에서 HMF의 용해도를 감소시키는 추가적인 장점을 갖는데, 이에 의해 수상의 HMF와 유기상의 HMF 사이의 평형은 유기상의 HMF를 향해 더 이동된다. 또 다른 장점은 HMF의 유기상으로의 확산은 재수화로부터 HMF를 보호하고 이로 인해 염의 존재가 또한 재수화로부터 HMF를 보호한다는 것이다.

반응이 일어나는 기간, 온도, 및 압력과 같은, 단계 i)의 물리적 파라미터는 각각 HMF의 수율 및 선택성에 영향을 미친다. 하지만, 이 파라미터는 또한 서로에게 영향을 미친다. 따라서 예를 들어 고온에서 HMF의 같은 수율은 저온에서보다 더 짧은시간에 얻을 수도 있다. 따라서 다음에 제공된 관련 반응시간, 온도 및 압력의 예는, 다른 예를 제외하지 않고, 예를 들어 다른 반응 파라미터의 일부와 의존적으로 결합할 수도 있다.

예를 들어 상기 설명된 단계 i)은 1초 내지 20초 사이, 예를 들어, 1초 내지 15시간 사이, 또는 1초 내지 10시간 사이, 또는 15초 내지 20시간 사이, H는 15초 내지 15시간 사이, 또는 15초 내지 10시간 사이, 또는 30초 내지 20시간 사이, 또는 30초 내지 15시간 사이, 또는 30초 내지 10시간 사이, 또는 45초 내지 20시간 사이, 또는 45초 내지 15시간 사이, 또는 45초 내지 10시간 사이, 또는 1분 내지 20시간 사이, 또는 1분 내지 15시간 사이, 또는 1분 내지 10시간 사이, 또는 1분 내지 8시간 사이, 또는 1분 내지 6시간 사이, 또는 30분 내지 9시간 사이, 또는 30분 내지 6시간 사이, 또는 30분 내지 5시간 사이, 또는 45분 내지 4.5시간 사이, 또는 1시간 동안과 같은, 40분 내지 80분 사이, 또는 1.5시간 동안과 같은, 1시간 내지 2시간 사이, 또는 2시간 동안과 같은, 100분 내지 140분 사이, 또는 2.5시간 동안과 같은, 130분 내지 170분 사이, 또는 3시간 동안과 같은, 160분 내지 200분 사이, 또는 3.5시간 동안과 같은, 190분 내지 230분 사이, 또는 4시간 동안과 같은, 220분 내지 260분 사이, 또는 1.5시간 내지 4.5시간 사이의 기간 동안 수행될 수도 있다.

게다가, 단계 i)은 70-300℃의 사이의 범위, 예를 들어, 70-280℃ 사이, 또는 70-260℃ 사이, 또는 70-250℃ 사이, 또는 80-280℃ 사이, 또는 80-260℃ 사이, 또는 80-250℃ 사이, 또는 90-280℃ 사이, 또는 90-260℃ 사이, 또는 90-250℃ 사이, 또는 140-220℃ 사이, 또는 140-210℃ 사이, 또는 150-220℃ 사이, 또는 150-210℃ 사이, 또는 160-220℃ 사이, 또는 160-210℃ 사이, 또는 170-220℃ 사이, 또는 170-210℃ 사이, 또는 180-220℃ 사이, 또는 180-210℃ 사이, 또는 180-200℃ 사이, 또는 110-190℃ 사이, 또는 110-180℃ 사이, 또는 110-170℃ 사이, 또는 110-160℃ 사이, 또는 120-190℃ 사이, 또는 120-180℃ 사이, 또는 120-170℃ 사이, 또는 120-160℃ 사이, 또는 125-190℃ 사이, 또는 125-180℃ 사이, 또는 125-170℃ 사이, 또는 125-160℃ 사이, 또는 130-190℃ 사이, 또는 130-180℃ 사이, 또는 130-170℃ 사이, 또는 130-160℃ 사이, 또는 135-145℃ 사이와 같은, 130-150℃ 사이, 또는 145-155℃ 사이와 같은, 140-160℃ 사이, 또는 155-165℃ 사이와 같은, 150-170℃ 사이와 같은 범위의 온도에서 수행될 수도 있다. 따라서 온도면은 한 구체예에서 약 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃ 또는 200℃일 수도 있다.

본 발명의 발명자는 또한 온도가 증가할 때, HMF 수율 및 HMF 선택성이 증가하고 높은 HMF 수율 및 HMF 선택성은 고온에서 유지된다는 것을 나타냈다 (실시예 20 및 21).

전형적으로 단계 i)은 1 및 200 atm 사이의 범위에 있는 압력에서 수행될 수 있다.

한 구체예에서, 단계 i)은 연속 공정으로 수행될 수도 있다. 본 발명의 맥락에 있어서, 용어 "연속 공정"은 어느 정의된 기간 내에 일어나지 않는 공정을 나타낸다. 이러한 공정의 생성물은 또한 일반적으로 공정으로부터 연속적으로 제거된다. 생성물이 공정으로부터 제거된 후 전형적으로 특정 기간 동안 수행되는 배치 공정은 연속 공정의 반대이다. 따라서 평균 잔류시간에 의해 연속 공정을 특성화하는 것이 더 적절하다. 본 발명의 맥락에서 평균 잔류시간은 특히 30초 내지 1시간의 범위, 또는 45초 내지 1시간의 범위, 또는 45초 내지 45분의 범위, 또는 45초 내지 30분의 범위, 또는 1-30분의 범위, 또는 1-25분의 범위, 또는 1-20분의 범위 또는 0.5시간 내지 2시간의 범위와 같은, 1초 내지 2시간의 범위 내에 있을 수도 있다. 잔류시간은 또한 1.5-2.25분의 범위, 예를 들어, 1.875분, 또는 3-5분의 범위, 예를 들어, 3.75분, 또는 6-9분의 범위, 예를 들어, 7-8분의 범위, 예를 들어, 7.5분, 또는 13-17분의 범위, 예를 들어, 15분과 같은, 14-16분의 범위 내에 있을 수도 있다. 일반적으로 더 짧은 잔류시간이 더 좋다.

단계 i)의 공정은 반응기에서 일어난다. 본 발명의 맥락에서 용어 "반응기""는 원칙적으로 프럭토스 및/또는 글루코스 및/또는 만노스의 HMF로의 탈수를 수행하는데 적합한 어느 타입의 용기를 나타낼 수도 있다. 적합한 용기의 예는 당업자에 잘 알려져 있고 산업용 생성물에 적합한 것 및 실험실 규모 가공에 적합한 것들 모두를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

단계 i)에 사용된 프럭토스를 포함하는 조성물은 프럭토스를 포함하는 어느 조성물도 될 수 있다.

프럭토스는 글루코스의 프럭토스로의 전환의 화학적 평형 때문에 전형적으로 약 45 중량% 프럭토스 및 55 중량% 글루코스를 포함하는 조성물을 결과로 하는 글루코스의 프럭토스로의 전환에 의해 산업 규모로 종종 제조된다.

프럭토스를 제조하는 또 다른 방법은 특히 만노스 이소머라제에 의한 효소 촉매작용에 의해 수행될 수도 있는 만노스의 프럭토스로의 전환에 의한 것이다. 이 공정으로부터 발생하는 조성물은 본 발명의 단계 i)에 사용될 수도 있다. 만노스의 산업적 공급원은 예를 들어 팜핵케익 (palm kernel cake)일 수도 있다. 프럭토스 및 글루코스에 대한 공급원의 가수분해는 예를 들어 전화효소 (invertase)에 의도면될 수도 있다 (E.C. 3.2.1.26). 프럭토스 및 글루코스의 이 조합은 방법의 단계 i)에 사용될 수도 있다. 프럭토스 및 글루코스 모두를 포함하는 이 조성물은 단계 i)에서 프럭토스를 포함하는 조성물로서 사용될 수도 있다.

일반적으로 HFCS 또는 전화 시럽 (invert syrup)과 같은, 많은 양의 프럭토스를 포함하는, 예를 들어 적어도 40 중량% 프럭토스 조성물은 조성물을 먼저 글루코스 이소머라제에 의한, 또는 만노스 이소머라제에 의한 촉매화된 효소 반응을 시키는 단계, 즉, 단계 -i) 없이 공정의 단계 i)에 직접적으로 사용될 수도 있다. 원칙적으로 더 낮은 레벨의 프럭토스를 갖는 조성물이 또한 사용될 수도 있지만, 공정을 경제적으로 하기 위해 프럭토스의 양이 적어도 40 중량%인 것이 유리하다. 이 조성물은 약 55 중량%에서 95 중량%의 프럭토스 및 약 45 중량% 이하의 글루코스를 포함하는 조성물을 제조하기 위해 프럭토스에 관하여 더 정제될 수도 있다. 따라서 단계 i)의 한 구체예에서 프럭토스를 포함하는 조성물은 글루코스 또는 만노스를 더 포함할 수도 있다.

단계 -i) 및 -ii)

프럭토스 및 글루코스를 포함하는 조성물, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물이 단계 i)에서 사용되면, 본 발명의 첫 번째 방법은 특히 단계 i)에 선행하는 추가의 단계, 예를 들어, 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키거나, 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계 -i)를 포함할 수도 있다. 이러한 효소 촉매화된 반응의 방법의 예는 Bholand SH et al., Microbiological Reviews, 1996, 60(2), 280-300 및 Pedersen S, Bioprocess Technology, 1993, 16, 185-208에 설명된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

단계 -i)은 두 단계에 대한 시작 물질이 다른 것을 제외하고 하기 설명된 바와 같은 단계 iv) b)와 유사하게 수행될 수도 있다.

또 다른 구체예에서, 단계 i)은 또 다른 단계 -ii) 수크로스의 가수분해가 선행될 수도 있다.

따라서 본 발명의 첫 번째 방법은 단계 -i) 및 i) 또는 -ii) 및 i)를 포함하는 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제조하는 방법과 관련될 수도 있다. 단계 -i)에 관해 하기 설명된 단계 iv) b)에 관한 구체예 및 실시예는 또한 단계 -i)에 사용될 수도 있다.

단계 ii)

한 구체예에서 본 발명의 첫 번째 방법은 ii) 단계 i)의 반응기에서 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

단계 i)의 반응기에서 5-히드록시메틸푸르푸랄 (HMF)의 제거의 장점은 HMF가 레불린산 및 포름산으로의 재수화로부터 보호된다.

단계 ii)는 특히 연속 공정으로 또한 수행될 수도 있다. 연속 공정으로서 공정을 수행하는 것의 장점은 단계 i)의 반응기에서 HMF를 연속적으로 제거하는 것에 의한 것이다. 단계 i)에서 HMF의 연속적인 제조를 하는 것이 가능하다. 방법이 연속적으로 수행되면 프럭토스를 포함하는 조성물은 또한 단계 i) 이전의 공정에 연속적으로 이송될 수도 있다.

연속적으로 방법을 수행하는 것은 특히 HMF의 산업적 제조에 적절하다.

본 발명의 방법이 시간의 특정 기간 후 공정이 정지되는 것을 의미하는, 소위 배치 공정으로서 수행되면 반응기로부터 반응 배지의 유기상을 제거함으로써 반응기에서 HMF는 간단하게 제거될 수도 있다.

연속 공정에 대해, 단계 i)의 반응 배지의 유기상이 재순환되는 공정에 루프를 포함함으로써 HMF는 반응기에서 제거될 수도 있다. 이 재순환 단계는 특히 유기상에서 HMF의 제거 단계를 포함한다. 따라서 실제로 재순환 루프는 단계 i)의 반응 배지에서 유기상의 일부를 연속적으로 제거하는 것을 수반하고, 반응기에서 제거된 유기상에서 HMF를 제거하고, 단계 i)의 반응기에서 유기상의 남은 일부를 재순환시킨다.

유기상에서 HMF를 제거하는 방법은 유기 배지에서 HMF를 제거하는 알려진 방법을 포함하고 예를 들어 역추출 (back extraction), 용매의 증발, 박막 증발 (thin film evaporation), 와이프 필름 증발 (wiped film evaporation), 크로마토그래피, 증류 (distillation), 불활성 흡착제에 흡착 (adsorption to an inert adsorbent), 향류추출 (counter current extraction) 또는 당업자에 알려진 생성물 회수의 다른 어느 수단에 의해서도 수행될 수 있다.

단계 iii) 및 iv)

단계 i)의 조성물이 프럭토스 및 글루코스, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하면 글루코스 또는 만노스는 특히 HMF 또는 프럭토스로 전환될 수도 있다. 글루코스 또는 만노스가 반응기에서 직접적으로 HMF로 전환될 수도 있지만, 실시예 3 및 4에 설명된 바와 같이, 특정 구체예에서 글루코스 또는 만노스는 HMF 또는 프럭토스로 전환되기 전에 반응기에서 제거될 수도 있다. 따라서 이 구체예에서 공정은

iii) 단계 i)의 반응기에서 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계, 및

iv) 단계 iii)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 a) 히드록시메틸푸르푸랄로 전환하거나, 또는 b) 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 프럭토스로 전환하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

단계 iii) 및 iv)는 단계 i), 단계 -i) 및 i), 단계 -ii) 및 i)과 조합으로 또는 단계 i) 및 ii), 단계 -i), 및 i), 단계 -i), i) 및 ii), 단계 -ii) 및 i) 또는 단계 -ii), i) 및 ii)와 조합으로 수행될 수도 있다.

단계 i), ii), iii), 및 iv) 중 하나 또는 이들의 조합은 아르곤 또는 질소 분위기와 같은 불활성 분위기에서 수행될 수도 있다. 불활성 분위기의 장점은 일반적으로 산화를 감소시키고 이로 인해 너무 많은 원하지 않는 부산물의 생성를 피한다는 것이다.

단계 i) 및/또는 전체 공정이 비-연속적이면 단계 i)에 사용된 프럭토스는 단계 i)에서 HMF로 전환되고 단계 i)에서 반응 배지의 유기상으로 추출된다. 이것과 반대로 프럭토스 및 글루코스, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물에 존재하는 대부분의 글루코스 또는 만노스는, 각각, 반응 배지의 수상에 반응하지 않은 상태로 남는다. 따라서 단계 i) 및 또는 전체 공정이 비-연속성 단계이면 단계 iii), 즉, 단계 i)의 반응기에서 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계는 반응 배지의 수상을 제거함으로써 간단하게 수행될 수도 있다.

단계 i) 및/또는 전체 공정이 연속적인 방법이면 단계 iii)은 일반적으로 반응기에서 수상의 일부를 연속적으로 제거함으로써 수행될 수도 있다. 이러한 방법은 당업자에 잘 알려져 있다.

단계 iii)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 5-히드록시메틸푸르푸랄로 전환하는 단계 iv) a)는 프럭토스를 HMF로 전환하는 공정과 유사할 수도 있다; 예를 들어 글루코스 또는 만노스를 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 함으로써 수행되는 단계 i)와 유사할 수도 있는데, 상기 배양 배지는 수상 및 유기상을 포함하고 상기 수상은 염을 포함한다. 이로 인해 글루코스 또는 만노스를 HMF로 전환하는 공정은 프럭토스를 HMF로 전환하는 공정과 다른 반응기에서 일어날 수도 있다. 하지만, 프럭토스를 HMF로 전환하는데 최적인 조건은 글루코스 또는 만노스를 HMF로 전환하는데 최적인 것들과 반드시 똑같지 않다. 그래서 다음에서 단계 i)의 조건과 다를 수도 있는 단계 iv) a)의 조건이 설명된다.

단계 iv) a)의 반응 배지의 수상은 특히 1 내지 8의 범위의, 또는 1 내지 7의 범위의, 또는 1 내지 6의 범위의, 또는 1 내지 5의 범위의, 또는 1 내지 4의 범위의, 또는 1.5 내지 8의 범위의, 또는 1.5 내지 7의 범위의, 또는 1.5 내지 6의 범위의, 또는 1.5 내지 6의 범위의, 또는 1.5 내지 5의 범위의, 또는 1.5 내지 4의 범위의 pH와 같이, 1 내지 9의 범위의 pH를 가질 수도 있다. 게다가, 특정 구체예에서 단계 iv) a)의 반응 배지는 AlCl₃과 같은, 산성 촉매를 포함한다.

단계 iv) a)에 대한 반응 조건의 일부가 단계 i)의 그것과 다를 수도 있지만, 단계 i)에 대해 설명된, 염, 온도, 기간 등의 선택은 또한 단계 iv) a)에 대해 사용될 수도 있다.

실시예 3 및 4는 단계 i), ii) 및 iv) a), 및 단계 i) 및 iv) a)를 각각 포함하는 본 발명의 방법을 수행하는 하나의 방식을 설명한다. 따라서 본 발명의 방법이 단계 i) 및 iv) a)를 포함하면 한 구체예에서 그것은 또한 단계 i) 및 iv) a) 사이의 냉각 단계를 포함할 수도 있다. 게다가, 실시예 3 및 4에 나타난 바와 같이 이것이 HMF의 수율을 증가시키기 때문에 단계 i)의 반응 배지의 유기상을 단계 iv) a)의 반응 배지의 새로운 유기상으로 대체하는 것이 유리하다. 이 맥락에서 용어 "새로운"은 단계 i)에 사용된 반응 배지의 유기상의 화학적 조성물이 단계 iv) a)에 사용된 반응 배지의 유기상의 그것과 같을 수도 있다는 것을 나타낸다.

본 발명은 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 글루코스 또는 만노스를 프럭토스로 전환하는 두 개의 다른 단계, 즉, 단계 -i) 및 iv) b)를 설명한다. 이 두 개의 단계는 이 단계에 대한 시작 물질이 다른 것을 제외하고 원칙적으로 같은 단계이다. 단계 iv) b)에 사용된 글루코스 또는 만노스가 공정의 단계 iii)로부터 얻지만 단계 i)를 선행하는 단계, 단계 -i)에 대한 시작 물질은 일반적으로 어느 적합한 공급원으로부터 얻은 글루코스 또는 만노스일 수도 있다; 즉, 그것은 프럭토스가 HMF로 전환되는 반응기로부터 제거된다. 따라서 단계 iv) b)에 사용된 글루코스 또는 만노스를 포함하는 조성물은, 예를 들어, 다음 성분의 어느 조합도 포함할 수 있다; HMF, 반응 배지의 유기상의 용매 및 단계 i)에서 제조된 휴민 (humin), 가용성 폴리머, 레불린산 및 포름산과 같은 부산물. 본 발명의 맥락에서 용어 "휴민" 또는 "휴민"은 불용성 또는 비-가용성 폴리머를 나타낸다. 성분들 중 일부, 예를 들어 불용성 휴민은 고정화된 글루코스 이소머라제 반응기를 차단하거나 만노스 이소머라제의 기능성에 영향을 미칠 수도 있다. 따라서 특정 구체예에서 이 성분들 중 하나 이상은 그것을 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제을 받게 하기 전에 글루코스 또는 만노스를 포함하는 조성물로부터 제거될 수도 있다; 즉, 단계 iv) b). 그래서 방법은 하나 이상의 성분을 제거하는 단계를 포함하는, 단계 iii) 및 iv) 사이의 단계를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 한 구체예에서 방법은 단계 iii) 및 iv) b) 사이에서 휴민을 제거하는 단계를 포함한다. 산업성 목적을 위해, 비-가용성 휴민은 전형적으로 여과에 의해 제거될 수도 있다. 본 발명에 사용된 당, 즉, 글루코스 및/또는 프럭토스 및/또는 만노스는 전분의 당화 (saccharification)에 의해 얻을 수 있다. 이 경우에 가용성 폴리머는 전분 당화의 단계를 추가함으로써 공정에서 재순환될 수도 있다.

단계 iii)의 반응기에서 회수된 글루코스 또는 만노스는 수용액으로 회수될 수도 있고 그러므로 단계 iv)에서 그것을 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제을 받게 하기 전에 물의 일부를 제거하는 것이 적합할 수도 있다. 이것은 예를 들어, 증발에 의해 수행될 수도 있다.

글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 글루코스 또는 만노스를 프럭토스로 전환하는 단계는 본 발명의 맥락에서 어느 특정 방법으로 제한되지 않는다.

담체 물질로서 이온 교환 레진에 고정된 GI를 가진 컬럼이 또한 알려져 있지만, 현재 산업상 규모로 사용된 글루코스 이소머라제는 고정화된 글루코스 이소머라제, 특히 세포 물질과 교차 결합한 글루타르알데히드에 기초한 글루코스 이소머라제 (GI)이다. 하지만, 본 발명의 방법은 고정화된 글루코스 이소머라제의 사용에 제한되지 않는다. 따라서 또한 비-고정화된 글루코스 이소머라제가 본 발명에 사용될 수도 있다는 것이 예상된다.

본 발명에 사용될 수도 있는 적합한 글루코스 이소머라제의 예는 특히 글루타르알데히드와 세포 물질의 교차 결합에 의해 고정화될 수도 있는 에스.무리너스 (S.murinus), 에스.루비기노수스 (S.rubiginosus) 또는 에스.그리세오푸스쿠스 (S.griseofuscus)를 포함한다. 이러한 상업적으로 사용 가능한 고정화된 글루코스 이소머라제의 예는 Novozymes A/S의 Sweetzyme 또는 Genencor International의 Gensweet 또는 Godo Shusei의 AGI-S-600을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

글루코스를 프럭토스로 전환하기 위해 글루코스 이소머라제의 사용을 위한 가공 조건은 예를 들어, 시작 물질 및 특정 글루코스 이소머라제에 의존한다. 이러한 조건은 당업자에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 붕산염은 프럭토스 평형을 증진시키기 위해 존재할 수도 있다. 본 발명의 발명자는 놀랍게도 고농도의 염이 고정화된 글루코스 이소머라제를 안정화한다는 것을 발견했다. 따라서 본 발명의 발명자는 글루코스 이소머라제의 기능성은 전도도가 6-25 mS/cm의 범위에 있는 조건 하에 영향을 받지 않는다는 것을 발견했는데, 이것은 글루코스 이소머라제에 대해 일반적으로 추천되는 전도도 50 μS/cm보다 약 100배 더 높다.

단계 i)의 반응 배지의 수상이 높은 염 농도를 포함하기 때문에 본 발명의 단계 iii)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 포함하는 조성물은 또한 고농도의 염을 포함한다. 글루코스 이소머라제는 일반적으로 염 농도가 본 방법의 단계 iii) 에서 얻은 글루코스를 포함하는 조성물의 그것보다 낮은 조건 하에 사용된다. 그러므로 본 발명의 발명자는 단계 iii)에서 얻은 글루코스를 포함하는 조성물에서 고농도의 염은 본 방법의 단계 iv) b)에서의 글루코스 이소머라제의 기능성에 영향을 미치지 않았다는 것은 놀라운 일이었다. 글루코스 이소머라제의 사용에 대한 전형적으로 현재의 추천은 전도도가 50 μS/cm 미만인 반면에 본 발명의 발명자는 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™)의 기능성이 실시예 12에 나타난 바와 같이 6-25 mS/cm만큼 높을 수도 있다는 것을 발견하였다. 게다가 NaCl과 함께 높은 염 농도는 글루코스 이소머라제를 더 안정화시킨다는 것이 실제로 나타났다. KCl 및 Na₂SO₄의 경우에서 글루코스 이소머라제 성능은 추가의 염의 추가 없는 정상 글루코스 기질과 비교할 만 하였다.

단계 iv) b)에 대해 시작 물질은 단계 i)의 반응기에서 제거된 글루코스 또는 만노스인데, 이것은 일반적으로 단계 i)에서 반응 배지의 수상 또는 수상의 일부이다. 반응 배지의 수상은 예를 들어, 프럭토스의 HMF로의 탈수의 공정의 부산물로서 종종 형성될 수도 있는, 레불린산 및 포름산 때문에 산성으로 변할 수도 있다. 따라서 단계 iii)의 반응기에서 제거된 글루코스 또는 만노스를 포함하는 조성물은 산성, 즉, 7 이하의 pH를 가질 수도 있다. 글루코스 이소머라제는 전형적으로 6-9의 범위의 pH에서 최적으로 작용해서 단계 iii)에서 얻은 글루코스를 포함하는 조성물의 pH는 특정 구체예에서 단계 iv) b)를 수행하기 전에 6-9의 범위의 pH로 조정될 수도 있다. 단계 iii)에서 얻은 조성물이 만노스를 포함하면 이것은 유사하게 적절할 수도 있다. pH를 조정하는 적합한 염기의 예는 Na₂CO₃ 및 NaOH를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 장점은 본 발명의 발명자가 방법의 단계 i)에서 산성 촉매를 사용할 필요가 없다는 것을 발견했다는 것이다. 이것은 단계 iv) b)에서 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제를 받게 하기 전에 방법의 단계 iii)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 포함하는 조성물에 염기를 추가할 필요를 감소시킨다. 게다가, 이 구체예에서 단계 i)의 배양 배지에서 산성 촉매를 피하거나 촉매로서 강산을 사용하는 것을 피하는 또 다른 장점은 pH가 더 높은 pH로 조정될 때 그것은 또한 일반적으로 염 농도의 증가로 이어진다는 것이다. 하지만, 본 발명의 발명자는 글루코스 이소머라제가 실시예 12에 명시된 바와 같이 25 중량%보다 더 높은 것과 같이 앞서 예측된 너무 높은 염 농도보다 더 높은 염 농도에서 기능은, 하지만, 여전히 글루코스 이소머라제의 기능성에 불리하게 영향을 미칠 수도 있다는 것을 발견하였다. 그러므로 이 경우에 글루코스 이소머라제의 처리 전에 반응기에서 회수된 글루코스를 포함하는 조성물에서 염의 일부를 제거하는 것이 필요할 것이다. 따라서 단계 i)의 반응 배지에 산성 촉매를 피하거나 촉매로서 강산을 사용하는 것을 피함으로써 단계 iv) b)을 받게 하기 전에 단계 iii)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 포함하는 조성물에서 아무 염도 제거되지 않거나 최소한의 염이 제거되어야 한다.

단계 i)에서 제거된 글루코스 또는 만노스가 단계 iv) b)에서 다음에 HMF로 전환되는 단계 i)에서 프럭토스로 전환되는 경우 단계 iv) b)로부터 얻은 프럭토스를 단계 i)을 시킬 수도 있고 이로 인해 방법의 순환을 생성한다. 따라서 상기 언급된 공정은 특정 구체예에서 v) 단계 iv) b)에서 얻은 프럭토스를 단계 i)의 공정을 받게 하는 추가적인 공정을 포함할 수도 있다.

본 발명의 방법에서 단계 iii), iv) b) 및 v)를 포함하는 단계, 즉, 단계 i)의 반응기에서 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계 및 그것을 프럭토스로 전환하고 그것을 단계 i)에서 재도입하는 단계의 장점은 단계 i)에 사용된 시작 물질에 기초하여 예를 들어, 글루코스 또는 만노스가 재순환하지 않는 경우보다 HMF의 상대적인 수율이 더 높다는 것이다. 게다가, 단계 iv) b)는 또한 글루코스 또는 만노스의 HMF로의 전환인 단계 iv) a)보다 휴민과 같은 원하지 않는 부산물을 덜 생성하는 장점을 갖는다.

첫 번째 방법의 구체예

따라서 본 발명의 방법은 i) 조성물을 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고 1.0-10의 범위의 pH를 갖는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함할 수도 있다.

또 다른 구체예에서 본 발명의 방법은

i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고 1.0-10의 범위의 pH를 갖는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계, 및

ii) 단계 i)에서 반응기로부터 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제거하는 단계를 포함한다.

또 다른 구체예에서 본 발명의 방법은

i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고 1.0-10의 범위의 pH를 갖는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계,

ii) 단계 i)의 반응기에서 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제거하는 단계,

iv) 단계 iii)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 a) 히드록시메틸푸르푸랄로 전환하거나, 또는 b) 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 프럭토스로 전환하는 단계를 포함할 수도 있다.

또 다른 구체예에서 본 발명의 방법은

상기 언급된 방법 중 어떤 것에서 단계 i)은 대안으로 i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고, 산성 촉매를 포함하지 않거나 강산을 포함하지 않는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계일 수도 있다.

상기 설명된 방법 중 하나는 상기 설명된 바와 같이 단계 -i) 또는 단계 -ii)를 더 포함할 수도 있다.

게다가, 또한 상기 설명된 바와 같이 단계 iv) b)를 포함하는 공정은 또한 추가적인 구체예에서 상기 언급된 단계 v)를 포함할 수도 있다.

본 발명의 방법은 연속 공정으로서 또는 배치 공정으로서 수행될 수도 있다.

본 발명의 두 번째 방법

본 발명의 두 번째 양태는

x) 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 또는 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 및

y) 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하는, 반응 배지를 포함하는 리액터에서 프럭토스를 포함하는 조성물을 공정을 받게 하는 단계를 포함하는 HMF를 제조하는 단계와 관련된다.

단계 x) 및 y)는 어느 순서로도 수행될 수 있다.

한 구체예에서 본 발명의 두 번째 방법은

I) 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키거나, 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 및

II) 단계 I)에서 얻은 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하는, 반응 배지를 포함하는 반응기의 공정을 받게 하는 단계를 포함할 수도 있다. 이 공정은 한 구체예에서

III) 단계 II)의 반응기에서 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계, 및

단계 x)는 상기 설명된 단계 -i)와 같다. 따라서 단계 -i)에 관해 설명된 구체예는 필요한 부분만 수정하여 단계 x)에 적용할 수도 있다.

단계 y)는 단계 y)에 pH 단계가 정의되지 않은 것을 제외하고는 상기 설명된 단계 i)와 유사하다. 단계 i)에 관해 설명된 구체예, 실시예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 y)에 적용할 수도 있다.

단계 I)는 상기 설명된 단계 -i)와 같다. 따라서 단계 -i)에 관해 설명된 구체예는 필요한 부분만 수정하여 단계 I)에 적용할 수도 있다.

단계 II)는 단계 II)에 pH 단계가 정의되지 않은 것을 제외하고는 상기 설명된 단계 i)와 유사하다. 특정 구체예에서 단계 II)에서 반응 배지의 수상의 pH는 1.0 내지 10의 범위에 있을 수도 있다. 단계 i)에 관해 설명된 구체예, 실시예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 II)에 적용할 수도 있다.

글루코스 또는 만노스를 HMF로 전환하는 단계; 즉, 단계 IV) a)는 특히 글루코스 또는 만노스를, 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하는, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함할 수도 있다. 이 구체예에서 수상은 특히 1-9의 범위의 pH를 가질 수도 있다.

단계 IV) a)는 상기 단계 iv) a)와 유사하고 상기 단계 iv) a)에 관해 설명된 구체예, 실시예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 IV) a)에 적용할 수도 있다.

단계 IV) b)는 상기 설명된 단계 iv) b)와 유사하고 단계 iv) a)에 관해 설명된 구체예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 IV) b)에 적용할 수도 있다.

또 다른 구체예에서 본 발명의 두 번째 방법은

A) 프럭토스 및 글루코스를 포함하는 조성물, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물을, 염을 포함하고, 수상 및 유기상을 포함하는, 배양 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계,

B) 단계 A) 반응기에서 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계, 및

C) 단계 B)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 a) 히드록시메틸푸르푸랄로 전환하거나, 또는 b) 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 프럭토스로 전환하는 단계를 포함하는 HMF를 제조하는 방법과 관련된다.

단계 A)는 조성물이 글루코스 및 프럭토스 모두, 또는 만노스 및 프럭토스 모두를 포함하는 경우 단계 i)의 구체예와 유사하지만 동일하지 않다. 하지만, 특정 구체예에서 단계 A)에서 반응 배지의 수상의 pH는 1.0 내지 10의 범위에 있다. 게다가, 조성물이 프럭토스 및 글루코스, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 단계 i)의 구체예에 관해 설명된 모든 구체예, 실시예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 A에 적용할 수도 있다.

단계 B)는 상기 설명된 단계 iii)와 유사하다. 그래서 단계 iii)에 관해 설명된 구체예, 실시예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 B)에 적용할 수도 있다.

단계 C) a)는 상기 설명된 단계 iv) a)와 유사하고 단계 iv) a)에 관해 설명된 구체예, 실시예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 IV a)에 적용할 수도 있다.

단계 C) b)는 상기 설명된 단계 iv) b)와 유사하고 단계 iv) b)에 관해 설명된 구체예, 실시예 및 반응 조건은 필요한 부분만 수정하여 단계 IV b)에 적용할 수도 있다.

이 다른 단계들을 수행하는데 유용한 장비는 당업자에 잘 알려져 있다.

HMF 의 사용

상기 언급된 첫 번째 및 두 번째 방법 중 하나에 의해 제조된 HMF는 또 다른 생성물을 얻기 위해 더 진행될 수도 있다. 이러한 생성물의 예는 2,5-푸란디카르복실산 (FDCA), 디포르밀푸란 (DFF), 포르밀푸란 카르복실산 (FFCA) 및 2,5-디메틸푸란 (DMF)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

상기 언급된 공정 중 어떤 것에 의해 제조된 HMF는 특히 2,5-푸란디카르복실산, 디포르밀푸란 (DFF) 또는 포르밀푸란 카르복실산 (FFCA)을 제조하기 위해 산화시킬 수도 있다. 그래서 상기 언급된 방법 중 어떤 것은 획득한 HMF를 2,5-푸란디카르복실산으로 산화하는 추가적인 단계를 포함할 수도 있다.

HMF를 2,5-푸란디카르복실산으로 산화하는데 적합한 방법의 예는 미국 특허 US 4,977,283 및 US 7,411,078, 및 미국 특허 출원 US 2008/0103318에 설명된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

US 4,977,283은 적어도 하나의 백금족의 금속을 함유하는 촉매의 존재시 산소를 포함한 수성 배지에서 5-히드록시메틸푸르푸랄을 산화하는 단계를 포함하는 5-히드록시메틸푸르푸랄의 산화 공정을 설명한다.

US 7,411,078은 예를 들어, 2,5-푸란디카르복실산을 제조하기 위해 알칼리 환경에서 금속 과망간산염으로 5-히드록시메틸푸르푸랄을 산화하는 단계를 설명한다. 유리하게, 알칼리 환경은 적어도 하나의 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리 토금속 수산화물을 함유하고, 산화는 1 내지 50℃의 온도에서 수행된다.

US 2008/01003318은 물을 포함하는 용매의 HMF를 포함하는 시작 물질을 반응기에 제공하는 단계를 포함하는, 히드록시메틸푸르푸랄 (HMF)를 산화하는 방법을 설명한다. 공기 및 O₂ 중 적어도 한 가지가 반응기로 제공된다. 시작 물질은 접촉이 약 50℃ 내지 약 200℃의 반응기 온도에서 일어나는 지지 물질상의 Pt를 포함하는 촉매와 접촉된다.

그래서 본 발명의 방법 중 하나는 상기 설명된 바와 같이 추가적인 단계로서 HMF를 2,5-푸란디카르복실산으로 산화하는 단계를 포함할 수도 있다.

게다가, 본 발명은 또한 본 발명의 어느 방법에 의해서 얻은 생성물과도 관련된다.

조성물

본 발명은 프럭토스 및/또는 글루코스의 탈수에 의한 히드록시메틸푸르푸랄의 제조과 관련된다.

본 발명의 방법은 다른 시작 물질, 즉, 프럭토스를 포함하는 조성물, 글루코스를 포함하는 조성물, 만노스를 포함하는 조성물, 글루코스 및 프럭토스를 포함하는 조성물, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물을 사용할 수도 있다. 이 조성물들이 공동으로 특정 성질을 가질 수도 있기 때문에 다음에 사용된 용어 "시작 물질"은 모든 조성물; 즉, 프럭토스를 포함하는 조성물, 글루코스를 포함하는 조성물, 만노스를 포함하는 조성물, 프럭토스 및 글루코스를 포함하는 조성물, 및 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물을 나타낸다. 종종 이러한 산업적으로 제조된 조성물은 글루코스 및 프럭토스 모두, 또는 프럭토스 및 만노스 모두 또는 프럭토스, 글루코스 및 만노스 모두와 같은, 다른 당류를 포함하지만, 글루코스, 만노스 또는 프럭토스에 관해 정제된 조성물이 또한 사용될 수도 있기 때문에 본 발명은 이러한 조성물에 제한되지 않는다.

용어 "조성물"은 본 발명의 맥락에서 가장 넓은 맥락으로 이해되어야 하는 것이지만; 그것은 전형적으로 수용액일 수도 있다.

시작 물질로서 본 발명에 사용된 조성물, 즉, 프럭토스를 포함하는 조성물, 글루코스를 포함하는 조성물, 만노스를 포함하는 조성물, 글루코스 및 프럭토스를 포함하는 조성물, 및 만노스 및 프럭토스를 포함하는 조성물은 전형적으로 전체 적어도 20 중량% 글루코스, 만노스 및 프럭토스를 함유할 수도 있다. 프럭토스를 포함하는 조성물, 글루코스를 포함하는 조성물 및 글루코스 및 프럭토스를 포함하는 조성물은 전형적으로 30-90 중량% 프럭토스 및 글루코스, 예를 들어, 40-90 중량% 프럭토스 및 글루코스, 전체 50-90 중량% 프럭토스 및 글루코스, 또는 전체 60-90 중량% 프럭토스 및 글루코스, 또는 전체 70-90 중량% 프럭토스 및 글루코스, 또는 전체 80-90 중량% 프럭토스 및 글루코스와 같이, 최소 20 중량% 글루코스 및 프럭토스를 함유할 수도 있다. 프럭토스를 포함하는 조성물, 만노스를 포함하는 조성물 및 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물은 전형적으로 30-90 중량% 프럭토스 및 만노스, 예를 들어, 40-90 중량% 프럭토스 및 만노스, 전체 50-90 중량% 프럭토스 및 만노스, 또는 전체 60-90 중량% 프럭토스 및 만노스, 또는 전체 70-90 중량% 프럭토스 및 만노스, 또는 전체 80-90 중량% 프럭토스 및 만노스와 같이, 최소 20 중량% 만노스 및 프럭토스를 함유할 수도 있다.

많은 경우에서 본 발명의 방법에서 시작 물질로 사용되는 조성물이 자연적 공급원, 예를 들어, 바이오매스로부터 얻을 수 있기 때문에, 그들은 또한 다른 당류를 포함하는 프럭토스 및/또는 글루코스 및/또는 만노스 외에 다른 성분을 함유할 수도 있다. 예를 들어 본 발명의 방법에서 시작 물질로 사용된 조성물은 0-10 중량% 올리고당을 포함할 수도 있다.

시작 물질의 선택은 본 발명의 방법의 단계의 조합에 어느 정도 영향을 미칠 수도 있다. 게다가, 본 발명의 방법에 사용된 글루코스, 프럭토스, 만노스, 프럭토스 및 만노스, 또는 글루코스 또는 프럭토스를 포함하는 조성물은 상기 설명된 바와 같이 프럭토스, 글루코스 및 만노스 외에 다른 당류를 포함할 수도 있다.

예를 들어, 조성물이 상대적으로 많은 양의 프럭토스를 포함하면 프럭토스의 HMF으로의 탈수 공정; 즉, 본 발명의 방법의 단계 i), y), II) 및 A)에 대한 시작 물질로서 직접 사용될 수도 있다. 이 맥락에서 "상대적으로 많은 양의 프럭토스"은 전형적으로 조성물의 당류 총량의 적어도 40 중량%가 프럭토스인 조성물이거나 프럭토스가 조성물의 당류 총량의 적어도 40 중량%을 차지하는 것일 수도 있다.

따라서 본 발명의 단계 i), y), II) 및 A)에 사용된 조성물, 즉, 프럭토스를 포함하는 조성물, 단계 I)로부터 얻은 조성물, 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물, 및 글루코스 및 프럭토스를 포함하는 조성물은 특정 구체예에서 조성물의 당류 총량의 40-100 중량%가 프럭토스인 조성물일 수도 있다. 더 바람직하게 당류 총량의 45-100 중량%는 프럭토스이거나, 당류 총량의 45-95 중량%는 프럭토스이거나, 당류 총량의 50-95 중량%는 프럭토스일 수도 있다.

프럭토스가 조성물에 존재하는 당류 총량의 40 중량% 이상을 차지하는 조성물의 예는 HFCS (액상 과당), 전화당 (invert sugar), 이눌린 및 프럭토스에 관해 정제된 조성물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

HFCS는 전형적으로 당류 총량의 40-60 중량% 프럭토스를 포함한다. 게다가, HFCS에서 프럭토스와 글루코스의 비율은 전형적으로 44:56 및 46:54 사이의 비율, 더 바람직하게 45:55의 비율과 같은, 40:60 및 60:40사이다. 일부 경우에 HFCS에서 프럭토스와 글루코스의 비율은 53:47 내지 59:41의 범위, 또는 40:60 내지 44:56의 범위에 있을 수도 있다.

전화당 시럽으로 또한 알려진 전화당은 수크로스의 가수분해에서 발생하고 그러므로 전화당은 전형적으로 프럭토스 및 글루코스를 49:51 및 51:49 사이의 비율, 더 바람직하게 50:50의 비율과 같이, 약 48:52 및 52:48 사이의 비율로 포함한다. 따라서 프럭토스는 전형적으로 전화당에서 당류 총량의 48-52 중량%를 차지하고, 특히 당류 총량의 49-51 중량%는 프럭토스이고, 더 바람직하게 당류 총량의 50 중량%는 프럭토스이다. 글루코스는 유사하게 전화당에서 당류 총량의 48-52 중량%를 차지하고, 특히 전화당에서 당류 총량의 49-51 중량%는 글루코스이고, 더 바람직하게 전화당에서 당류 총량의 50 중량%는 글루코스이다.

이눌린은 주로 β(2→1) 글리코시드 결합에 의해 연결된 프럭토스 유닛을 포함하고 전형적으로 말단 글루코스 유닛을 갖는 폴리머이다. 이눌린의 가수분해는 전형적으로 조성물을 발생시키는데 당류 총량의 약 90 중량%, 예를 들어, 85-95 중량%의 범위는 프럭토스이고 당류 총량의 약 10 중량%, 예를 들어, 5-15 중량%의 범위는 글루코스이다. 반면에 상대적으로 고농도의 글루코스 또는 만노스, 및 상대적으로 저농도의 프럭토스를 포함하는 조성물이 본 발명의 방법에 시작 물질로서 사용되면, 본 발명의 단계 i), y), II) 및 A)의 탈수 공정에 그것을 사용하기 전, 글루코스 또는 만노스의 양에 비해 프럭토스의 양을 증가시키는 단계를 포함하는 것이 유리하다. 조성물의 프럭토스 양을 증가시키는 방법은 상기 설명된 단계 x), I), -i) 및 -ii)를 포함하지만 그것은 또한 프럭토스의 정제와 같은 다른 방법을 수반할 수도 있다. 이 맥락에서, "상대적으로 고농도의 글루코스 또는 만노스"는 당류 총량의 60-95 중량%가 글루코스 또는 만노스인 바와 같이 당류 총량의 60-100 중량%가 글루코스 또는 만노스인 조성물을 의미한다.

게다가, 이 맥락에서 용어 "상대적으로 저농도의 프럭토스"는 프럭토스가 당류 총량의 40 중량% 이하를 차지하는, 즉, 당류 총량의 0-40 중량%가 프럭토스인 조성물을 의미한다.

고농도의 글루코스 및 저농도의 프럭토스를 포함하는 이러한 조성물의 예는 옥수수, 밀 및 감자와 같은 하지만 이에 제한되지 않는, 전분의 어느 공급원으로부터 얻은 글루코스, 셀룰로스의 바이오매스, 예를 들어, 섬유질, 스토버 (stover), 밀, 또는 짚 (straw)으로부터 얻은 글루코스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 글루코스는 또한 당업자에 알려진 전분 또는 바이오매스의 다른 공급원으로부터 얻을 수도 있다.

전분으로부터 얻은 글루코스는 전형적으로 당류 총량의 약 92-98 중량%는 글루코스인 조성물을 발생시킨다.

글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 글루코스를 프럭토스로 전환하는 단계, 예를 들어, 본 발명의 단계 -i), iv) b), x), I), IV) b) 및 C) b)는 전형적으로 당류 총량의 약 43-47 중량%가 프럭토스이고 당류 총량의 약 53-57 중량%가 글루코스인 조성물을 발생시킨다. 따라서 이 조성물에서 프럭토스와 글루코스의 비율은 전형적으로 44:56 및 46:54의 범위와 같이, 43:57 및 47:53의 범위에 있거나, 약 45:55이다.

고농도의 만노스 및 저농도의 프럭토스를 포함하는 조성물의 예는 팜핵케익을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

만노스는 특정 구체예에서 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응, 예를 들어, 본 발명의 단계 -i), iv) b), x), I), IV) b) 및 C) b)에 의해 프럭토스로 전환될 수도 있다.

반응 배지

단계 i), y), II), A), iv) a), IV) a) 및 C) a)에서 프럭토스 또는 글루코스 또는 만노스를 HMF로 전환하는 공정은 수상 및 유기상을 포함하는 반응 배지에서 일어난다. 따라서 본 발명의 반응 배지는 수반된 성분의 성질 및 탈수 공정으로 인해 전형적으로 액체층일 수도 있는 두 개의 층을 포함한다. 본 발명의 맥락에서 용어 "층"은 유기상에서 수상의 가용성 및 그 반대를 나타낸다. 따라서 본 발명의 맥락에서 그것은 유기상에서 수상의 가용성 및 그 반대가 너무 낮아서 반응 배지는 두 개의 뚜렷한 층; 즉, 수상 및 유기상을 포함한다.

용어 "수상"은 본 발명의 맥락에서 수상의 용매는 주로 물인 것을 의미한다. 이 점에 있어서 "주로 물"은 수상의 용매의 50-100 중량%가 물인, 예를 들어, 수상의 용매의 55-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 60-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 65-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 70-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 75-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 80-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 85-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 90-100 중량%가 물이거나, 또는 수상의 용매의 95-100 중량%가 물인 것을 나타낸다. 따라서본 발명의 반응 배지의 수상은 특히 50 중량% 이하의, DMSO와 같은, 다른 용매를 포함한다. 그래서 반응 배지의 수상에서 물 외에, DMSO를 포함하는, 다른 용매의 양은 특히 0-50 중량%의 범위에, 더 바람직하게 0-45 중량%의 범위에, 또는 0-40 중량%의 범위에, 또는 0-35 중량%의 범위에, 또는 0-30 중량%의 범위에, 또는 0-25 중량%의 범위에, 또는 0-20 중량%의 범위에, 또는 0-15 중량%의 범위에, 또는 0-10 중량%의 범위에, 또는 0-5 중량%의 범위에 있을 수도 있다.

다른 용매가 이 단계들에서 사용된 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제의 기능성에 영향을 미칠 수도 있기 때문에 단계 iv) b), IV) b) 또는 C) b)가 본 발명의 방법에 존재할 때 수상의 용매가 주로 물인 것이 특히 적절하다. 예를 들어, 글루코스 이소머라제는 DMSO가 존재하면 최적으로 작용하지 않는다. 이러한 원하지 않는 용매의 잔량은 물론 존재할 수도 있다. 다른 용매의 양이 너무 많지 않아서 그것이

그것이 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제의 기능성에 크게 영향을 미칠 정도로 많지 않은 것이 유리하다. 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제의 기능성에 크게 영향을 미치지 않고 존재할 수도 있는 용매의 양은 특정 용매에 의존적이다.

상기 설명된 바와 같이 본 발명의 발명자는 놀랍게도 염이 프럭토스의 HMF로의 탈수를 촉매화할 수 있다는 것을 발견했다.

반응 배지의 수상은 염을 포함한다. 본 발명의 맥락에서 용어 "염"은 양이온 (양성 전하를 띈 이온) 및 음이온 (음성 이온)으로 구성되서 생성물이 전기적으로 중성 (순전하 없음)인 이온 화합물로 이해되어야 할 것이다. 이 구성 이온은 염소 (Cl^-)와 같은 무기질, 뿐만 아니라 아세트산염 (CH3COO^-)와 같은 유기질 및 불소 (F^-)와 같은 단원자 이온, 뿐만 아니라 황산염 (SO₄ ² ^-)와 같은 다원자 이온, 또는 Na⁺와 같은 일가 이온, 또는 Mg² ⁺와 같은 이가 이온일 수 있다. 여러 가지 염이 있다. 물에 녹을 때 수산 이온을 제조하는 염은 염기성 염이고 물에서 히드로늄 이온을 제조하는 염은 산성 염이다. 중성 염은 산성 염도 아니고 염기성 염도 아닌 것들이다. 쌍성 이온은 같은 분자에 음이온 센터 및 양이온 센터를 함유하지만 염인 것으로 생각되지 않는다. 예는 아미노산, 많은 대사 산물, 펩티드 및 단백질을 포함한다. 염이 물에 녹을 때, 그들을 전해질이라고 부르고, 용융염과 공유되는 성질인, 전기를 전도할 수 있다.

수상에서 염의 존재는 수상 및 유기상 사이의 HMF의 평형이 유기상으로 이동되도록 수상에서 HMF의 가용성을 감소시킨다. 이것은 수상에서 글루코스 및/또는 프럭토스의 HMF로의 탈수 공정의 평형의 더 많은 HMF의 제조으로 추가적인 교체를 일으킨다.

수상에 존재하는 염은 특히 금속 할로겐화물, 금속 황산염, 금속 황화물, 금속 인산염, 금속 질산염, 금속 아세트산염, 금속 아황산염 및 금속 탄산염으로 구성된 그룹으로부터 선택되지만 이에 제한되지 않는 염과 같은, 무기질 염일 수도 있다. 이러한 염의 예는 염화 나트륨 (NaCl), 황화나트륨 (Na₂S0₃), 염화 마그네슘 (MgCl₂), 염화 리튬 (LiCl), 염화 칼륨 (KCl), 염화 칼슘 (CaCl₂), 염화 세슘 (CsCl), 황산 나트륨 (Na₂S0₄), 황산 칼륨 (K₂S0₄), 브롬화 리튬 (LiBr), 브롬화 나트륨 (NaBr), 브롬화 칼륨 (KBr), 질산 리튬 (LiN0₃), 질산 나트륨 (NaN0₃), 질산 칼륨 (KN0₃) 및 요오드화 칼륨 (KL)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

염은 특히 NaCl, MgCl2, LiCl, KCl, CaCl2, CsCl, LiBr, NaBr, KBr 또는 KI와 같은, 금속 할로겐화물일 수도 있다.

염의 농도는 염의 선택에 의존적일 수도 있지만, 많은 또는 대부분의 염에 대해 0.5-30 중량%의 범위, 또는 1-30 중량%의 범위, 또는 0.1-25 중량%의 범위, 또는 0.5-25 중량%의 범위, 또는 1-25 중량%의 범위, 또는 0.1-20 중량%의 범위, 또는 0.5-20 중량%의 범위, 또는 1-20 중량%의 범위, 또는 0.5-15 중량%의 범위, 또는 0.5-10 중량%의 범위, 또는 0.5-7.5 중량%의 범위, 또는 1-10 중량%의 범위, 또는 1-7.5 중량%의 범위, 또는 1-5 중량%의 범위, 또는 2-10 중량%의 범위, 또는 2-7.5 중량%의 범위, 또는 2-5 중량%의 범위와 같은, 0.1-30 중량%의 범위에 있을 수도 있다. 본 발명의 발명자는 붕산과 같은, 약산과 염의 조합에 의해, HMF 수율 및 프럭토스 전환이 훨씬 더 증가한다는 것을 나타냈다. 이것은 실시예 16-19에 나타난다. 어느 이론과도 결부되지 않고 본 발명의 발명자는 당 (예를 들어, 프럭토스 및 글루코스) 및 염의 조합이 당 및 염의 존재가 없는 것보다 더 산성으로 작동하도록 유발하는 붕산의 산성 효과에 영향을 미칠 수도 있다는 의견이다.

그래서 특정 구체예에서 수상은 약산을 포함할 수도 있다. 본 발명의 맥락에서 약산은 1 이상인 pK_a 값을 갖는 산이다 (pK_a (약산) ≥ 1). 이러한 산의 예는 붕산 (B(OH)₃)을 포함한다. 수상에서 약산, 예를 들어, 붕산의 양은 전형적으로 5-200 g/L의 범위, 또는 10-200 g/L의 범위, 또는 10-150 g/L의 범위, 또는 25-150 g/L의 범위, 또는 50-150 g/L의 범위, 또는 50-125 g/L의 범위, 또는 100 g/L와 같은, 75-125 g/L의 범위와 같이, 0.1-200 g/L의 범위에 있을 수도 있다.

붕산과 같은 약산의 반응 배지에 추가는 촉매로서 강산을 사용할 때만큼 pH를 감소시키지 않는다. 따라서 강산을 사용할 때에 비해 촉매로서 염의 사용의 장점은 또한 염 및 촉매로서, 붕산과 같은, 약산의 조합을 사용하는데 적용된다.

프럭토스를 HMF로 탈수하는 공정; 즉, 단계 i), y), II) 및 A)에 대해, 반응 배지의 수상은 특정 구체예에서 pH 1.5-10의 범위, 또는 pH 1.6-10의 범위, 또는 pH 1.7-10의 범위, 또는 pH 1.8-10의 범위, 또는 pH 1.9-10의 범위, 또는 pH 2.0-10의 범위, 또는 pH 2.1-10의 범위, 또는 pH 2.2-10의 범위, 또는 pH 2.3-10의 범위, 또는 pH 2.4-10의 범위, 또는 pH 2.5-10의 범위, 또는 pH 2.6-10의 범위, 또는 pH 2.7-10의 범위, 또는 pH 2.8-10의 범위, 또는 pH 2.9-10의 범위, 또는 pH 3 내지 10의 범위, 또는 pH 3 내지 9의 범위, 또는 pH 3.5 내지 9의 범위, 또는 pH 3 내지 8의 범위, 또는 pH 3.5 내지 8의 범위, 또는 pH 4 내지 9의 범위, 또는 pH 4 내지 8.5의 범위, 또는 pH 4 내지 8의 범위, 또는 pH 4.5 내지 10의 범위, 또는 pH 4.5 내지 9의 범위, 또는 pH 4.5 내지 8.5의 범위, 또는 pH 4.5 내지 8의 범위, 또는 pH 5 내지 10의 범위, 또는 pH 5 내지 9의 범위, 또는 pH 5 내지 8.5의 범위, 또는 pH 5 내지 8의 범위, 또는 pH 5.5 내지 10의 범위, 또는 pH 5.5 내지 9의 범위, 또는 pH 5.5 내지 8.5의 범위, 또는 pH 5.5 내지 8의 범위, 또는 pH 6 내지 10의 범위, 또는 pH 6 내지 9의 범위, 또는 pH 6 내지 8.5의 범위, 또는 pH 6 내지 8의 범위와 같이, pH 1.0 내지 10의 범위의 pH를 가질 수도 있다.

글루코스를 HMF로 탈수하는 공정, 즉, 단계 iv) a), IV) a) 및 C) a)에 대해 반응 배지의 수상의 pH는 1 내지 8의 범위, 또는 1 내지 7의 범위, 또는 1 내지 6의 범위, 또는 1 내지 5의 범위, 또는 1 내지 4의 범위, 또는 1.5 내지 8의 범위, 또는 1.5 내지 7의 범위, 또는 1.5 내지 6의 범위, 또는 1.5 내지 5의 범위, 또는 1.5 내지 4의 범위와 같이, 1 내지 9의 범위의 pH를 가질 수도 있다.

글루코스 및/또는 프럭토스 및/또는 만노스의 HMF로의 탈수는 주로 반응 배지의 수상에서 일어나고 공정은 부산물을 생성할 수도 있다. 이 부산물의 일부는 산성이고 그러므로 그들은 글루코스 및/또는 프럭토스 및/또는 만노스의 HMF로의 탈수가 일어나기 때문에 수상의 pH가 떨어지는 것을 유발할 수도 있다. 따라서 본 발명의 맥락에서 반응 배지의 수상의 pH 범위는 단계 i), iv) a), II), IV) a), A) 및 C) b)에서 탈수 공정의 t₀을 나타낸다. 따라서 모든 성분이 존재하지만 프럭토스 또는 글루코스 또는 만노스의 HMF로 실제의 탈수가 일어나기 전인시간의 시점에서 그것은 반응 배지의 수상의 pH이다. 예를 들어, 본 발명의 방법이 산업 규모로 연속 공정로서 실행되면 프럭토스, 글루코스, 만노스, 프럭토스 및 글루코스, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물의 pH는 산성 촉매가 반응 배지에 추가되지 않을 때 t₀에서 반응 배지의 수상의 pH와 같을 수도 있다. 예를 들어, 프럭토스의 HMF로의 탈수, 즉, 단계 i), y), II) 및 A)에 사용된, 시작 물질, 즉, 프럭토스, 프럭토스 및 만노스, 또는 프럭토스 및 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의도면되는 효소 반응에 의한 글루코스의 프럭토스로, 또는 만노스의 프럭토스로의 전환, 예를 들어, 단계 -i), iv) b), x), I), IV) b) 또는 C) b)로부터 얻었고, 이 전환으로부터 얻은 조성물의 pH는 전형적으로 6.5-7.5의 범위에 있을 것이다. 글루코스 이소머라제가 현재 글루코스 이소머라제가 고정된 컬럼으로서 산업상 기초에 사용되기 때문에 이것은 글루코스 이소머라제를 남기는 조성물의 pH가 전형적으로 6.5-7.5의 범위에 있을 수도 있다는 것을 의미한다. 물론 단계 i), y), II) 또는 A)의 탈수 공정에 들어가기 전에 이 조성물의 pH를 조정하는 것은 가능할 수도 있다.

대안의 구체예에서 프럭토스를 HMF로 탈수하는 공정; 즉, 단계 i), y), II) 및 A)에 대한 반응 배지의 수상은 산성 촉매를 함유하지 않거나 강산을 포함하지 않는다. 본 발명의 맥락에서 "산성 촉매를 함유하지 않는다"는 산성 촉매가 반응 배지에 추가되지 않는다는 것을 의미한다. "산성 촉매"는 특히 4 이하의 pK_a, 또는 3 이하의 pK_a, 또는 2 이하의 pK_a와 같이,5 이하의 pK_a 값을 갖거나 1-4 사이, 또는 1-3 사이, 또는 1-2 사이, 또는 1-1.5 사이와 같은, 1-5 사이, 또는 2-3 사이, 또는 2.5-3.5 사이와 같은, 2-4 사이, 또는 1.5-3 사이, 또는 1.5-2.5 사이와 같은, 1.5-4 사이, 또는 3.5-4.5 사이 또는 3-4 사이, 또는 4-5 사이와 같은, 3-5 사이의 pK_a를 갖는 산일 수도 있다. "산성 촉매"는 특히 "강산"일 수도 있는데, 강산은 1 이하의 pK_a 값을 갖는 산이다. 용어 "강산을 포함하지 않는다"는 1 이하의 pK_a 값을 갖는 산을 반응 배지에 투여하지 않는다는 것을 의미한다; 즉, "강산"은 본 발명의 맥락에서 1 이하인 pK_a 값을 갖는 산으로 이해되어야 한다 (pK_a (강산)< 1). 그것은 탈수 공정의 부산물로서 형성될 수도 있는 산성 화합물의 존재를 제외하지 않는다. 이러한 산성 촉매의 예는 HCl, HN0₃, H₂S0₄, H₃P0₄와 같은, 무기산, 술폰산, 술폰산 레진, 제올라이트, 산-작용 모빌 조성 물질 (MCM), 황산화된 지르코니아, 헤테로 다중산, NbOPO₄, 인산 바나듐과 같은 인산염, 고체 실리카- 및 실리카-알루미나, Broendsted 또는 Lewis 산 촉매를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 발명자는 놀랍게도 수상에 존재하는 염이 이전에 사용된 산성 촉매와 같은 다른 촉매를 사용하는 것을 불필요하게 하는, 프럭토스의 HMF로의 탈수에 대한 촉매로 작용할 수 있다는 것을 발견했다.

그래서 특정 구체예에서 본 발명의 단계 i), y), II) 및 A)의 반응 배지의 수상은 산성 촉매를 포함하지 않고 강산을 포함하지 않는다.

본 발명의 발명자가 프럭토스의 HMF로의 탈수에 대한 산성 촉매를 사용하는 것이 불필요하다는 것을 발견했지만, 이러한 촉매는 예를 들어 소량의 반응의 수상에 존재할 수도 있다. 따라서 상기 언급된 촉매 중 하나는 반응 배지에 존재할 수도 있다.

게다가, 글루코스의 HMF로, 또는 만노스의 HMF로의 탈수의 공정, 즉, 단계 iv) a), IV) a) 및 C) a)에 대해 원하지 않는 부산물의 제조를 최소화하기 위해 AlCl₃와 같은, 산성 촉매를 포함하는 것은 또한 장점일 수도 있다. 프럭토스, 만노스 및 글루코스 각각의 HMF로의 탈수에 대한 최적의 반응 조건은 같지 않다.

반응 배지는 또한 유기상을 포함한다. 반응 배지의 유기상은 유기 용매 및 선택적으로 다른 성분을 포함한다.

적합한 유기 용매는 바람직하게 반응 배지의 수상과 비-혼합성이고 상온 (25℃) 이상에서 HMF를 녹일 수 있는 용매이다. 더 바람직하게 유기 용매는 수상에서 HMF의 가용성보다 더 높은 가용성을 가지는 용매이고 그래서 HMF는 수상에서 유기상으로 추출된다.

따라서 수상 및 유기상의 HMF에 관한 분배 계수 (partition coefficient)가 적어도 0.9, 또는 적어도 1.0, 또는 적어도 1.1, 또는 적어도 1.2, 또는 적어도 1.3, 또는 적어도 1.4, 또는 적어도 2와 같은, 적어도 1.5와 같이, 적어도 0.8인 유기 용매 및/또는 유기상이 특히 선택될 수도 있는데, 분배 계수는 상온, 예를 들어, 20-25℃ 사이, 즉, 20℃, 21℃, 22℃, 23℃, 24℃ 또는 25℃ 및 1 atm (표준 대기 압력)에서 결정된다.

이러한 유기 용매의 예는 특히 알콜, 케톤, 염소 처리된 알칸, 에테르, 아세트산염 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

특정 구체예에서 유기 용매는 메틸-이소부틸케톤 (MIBK), 테트라히드로푸란 (THF), 2-BuOH (2-부탄올) 또는 이 유기 용매 중 둘 이상의 어느 조합일 수도 있다. 유기 용매의 조합은 예를 들어 5:5 및 9:1 사이의 MIBK:2-BuOH, 더 바람직하게 7:3 MIBK:2-BuOH의 비율과 같은, MIBK 및 2-BuOH일 수도 있다. THF는 수상으로부터 HMF를 추출하는데 좋은 것으로 나타나고 원하지 않는 부산물의 양은 또한 다른 유기 용매가 사용될 때에 비해 감소한다.

유용한 유기 용매의 다른 예는 퓨젤유 (fusel oil), 이소아밀 알콜, 부탄올 또는 이소펜틸 알콜과 같은, 저분자량 알콜, 부타논, 펜타논, 헥사논, 펩타논, 디이소부틸케톤, 3-메틸-2-부타논, 5-메틸-3-헵타논과 같은, 선형 또는 분지형 알콜, 씨클로부타논, 씨클로펩타논 또는 씨클로헥사논과 같은, 씨클로알카논을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 유기 용매의 다른 예는 벤조니트릴과 같은, 니트릴, 디클로로에틸에테르 또는 디메틸에테르와 같은, 지방족 및 씨클로알리파틱 에테르, 푸란과 같은, 포화 및 비포화 지방족 또는 방향족 탄화 수소, 또는 니트로메탄 또는 니트로프로판과 같은, 니트로 알칸, 및 디클로로메탄 (DCM), 클로로메탄, 트리클로로메탄 또는 트리클로로에탄과 같은, 할로겐화된 알칸을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

수상의 부피와 유기상의 부피의 비율은 특정 구체예에서 1:0.1 내지 1:100 (수상:유기상 또는 aq:org) 일 수도 있다. 상기 설명된 바와 같이 HMF의 가용성이 반응 배지의 수상에서보다 유기상에서 더 크면 그것은 장점이다. 이것은 HMF에 관한 수상 및 유기상의 분배 계수로 불리는 파라미터에 의해 설명될 수도 있다. 특정 구체예에서 HMF에 관한 수상 및 유기상의 분배 계수는 적어도 0.9, 또는 적어도 1.0, 또는 적어도 1.1, 또는 적어도 1.2, 또는 적어도 1.3, 또는 적어도 1.4, 또는 적어도 2와 같은, 적어도 1.5와 같이, 적어도 0.8인데, 분배 계수는 상온, 예를 들어 20-25℃ 사이, 즉, 20℃, 21℃, 22℃, 23℃, 24℃ 또는 25℃ 및 1 atm (표준 대기 압력)에서 결정된다.

실시예

다음 실시예에서 HMF 수율은 HMF로 전환되는 당의 퍼센트; 즉, (HMF의 mol/반응에 추가된 당의 mol) x 100%를 나타낸다. 선택성은 HMF로 전환되는 전환된 당의 퍼센트; 즉, 또한 (% HMF 수율/%전환된 당) x 100%로 계산될 수 있는 (HMF의 mol/전환된 당의 mol) x 100%을 나타낸다.

실시예 1: 프럭토스 / 글루코스 혼합물로부터 프럭토스의 선택적 탈수

171 g/L 글루코스, 123 g/L 프럭토스, 245 g/L 염화 나트륨 및 0.36 g/L 염화수소의 수용액 2.5 mL을 10 mL MIBK에 추가하였고 25 mL 밀봉된 유리 반응기 튜브에서 140℃에서 1시간 동안 질소 대기 하에 교반하였다. 제조물의 유기상 및 수상을 HPLC (High Pressure Liquid Chromatography)로 분석하였고, 전환되지 않은 도입된 글루코스의 87%를 남겨두고, 49%의 도입된 글루코스 또는 프럭토스가 전환된다는 것을 나타냈다. HMF의 수율은 33%이고, 68%의 선택성과 일치한다.

HPLC 조건은 다음과 같다:

장비: Agilent 1200 (진공 디개서 (degasser), 이중 펌프, 자동샘플러, 컬럼 히터, 다파장 UV/VIS 검출기, 굴절률 검출기와 함께)

컬럼 = Aminex HPX-87H (Biorad, Hercules, CA); 300 x 7.8 mm + 같은 물질의 Guard 컬럼

유속 = 0.6 mL /min

용매 = 0.005 M H₂S0₄

온도 = 60℃

분석시간 = 50 분

실시예 2: 염화 알루미늄으로 글루코스를 HMF 로 탈수

245 g/L 염화 나트륨, 294 g/L 글루코스 및 1.31 g/L 염화 알루미늄의 수용액 2.5 mL을 10 mL MIBK에 추가하였고 25 mL 밀봉된 유리 반응기 튜브에서 140℃에서 1시간 동안 질소 대기 하에 교반하였다. 제조물의 유기상 및 수상을 HPLC로 분석하였고, 85%의 글루코스가 전환된다는 것을 나타냈다. HMF의 수율은 51%이고, 60%의 선택성과 일치한다.

실시예 3: 용매를 교환하는- 프럭토스 / 글루코스 혼합물의 두 단계 탈수

245 g/L 염화 나트륨, 171 g/L 글루코스, 123 g/L 프럭토스 및 0.36 g/L 염화 수소의 수용액 2.5 mL을 10 mL MIBK에 추가하였고 25 mL 밀봉된 유리 반응기 튜브에서 140℃에서 1시간 동안 질소 대기 하에 교반하였다. 반응 혼합물을 냉각하였고 유기상을 수거하였다. 수상에 10 mL MIBK 및 50 μL 0.5 M 염화 알루미늄 수용액을 추가하였다. 혼합물을 25 mL 밀봉된 유리 반응기 튜브에서 140℃에서 2 내지 4시간 동안 질소 대기 하에 교반하였다. 수상 및 유기상을 HPLC로 분석하였다. 결과는 표 1에 제공된다.

표 1: 용매를 교환하는 HFCS42의 두 단계 탈수의 결과

실시예 4: 용매를 교환하지 않는- 프럭토스 / 글루코스 혼합물의 두 단계 탈수

245 g/L 염화 나트륨, 171 g/L 글루코스, 123 g/L 프럭토스 및 0.36 g/L 염화 수소의 수용액 2.5 mL을 10 mL MIBK에 추가하였고 25 mL 밀봉된 유리 반응기 튜브에서 140℃에서 1시간 동안 질소 대기 하에 교반하였다. 반응 혼합물을 냉각하였고 50 μL 0.5 M 염화 알루미늄 수용액을 추가하였다. 혼합물을 25 mL 밀봉된 유리 반응기 튜브에서 140℃에서 2 내지 4시간 동안 질소 대기 하에 교반하였다. 수상 및 유기상을 HPLC로 분석하였다. 결과는 표 2에 제공된다.

표 2: 용매를 교환하지 않는 HFCS42의 두 단계 탈수의 결과

실시예 5: NaCl 를 추가하여 이상 ( biphasic ) 물/ MIBK 반응기에서 160℃에서 HMF의 합성 및 프럭토스로부터 HMF 의 추출

20% (중량비) 프럭토스를 함유하는 샘플 수상 용액의 3 ml을 15 ml 반응기에 부었다. 50 g/L의 NaCl 농도를 제공하기 위해 NaCl을 수상에 추가한 후 HMF 유기 추출상으로서 12 ml MIBK를 추가하였다.

HPLC 분석을 위해 샘플을 채취한 후, 반응 혼합물을 160℃로 가열하였고 120분 동안 실행하였다.

HMF 수율은 75%, 선택성은 79%, 및 프럭토스 전환은 94%였다.

NaCl의 추가 없이 같은 조건 하에 다음 결과를 얻었다:

HMF 수율은 39%였고, 선택성은 86%였고 프럭토스 전환은 46%였다.

실시예 6: NaCl 를 추가하여 이상 ( biphasic ) 물/ MIBK 반응기에서 160℃에서 HMF의 합성 및 프럭토스로부터 HMF 의 추출

20% (중량비) 프럭토스를 함유하는 샘플 수상 용액의 3 ml을 15 ml 반응기에 부었다. 0.2 g NaCl을 수상에 추가하였다.

황산화된 지르코니아 촉매의 5 mg을 수상 반응 혼합물에 추가한 후 HMF 유기 추출상으로서 12 ml MIBK를 추가하였다. HPLC 분석을 위해 샘플을 채취한 후, 반응 혼합물을 160℃로 가열하였고 120분 동안 실행하였다.

HMF 수율은 68% 및 선택성은 70%였다.

실시예 7: 150℃에서 HMF 와 글루코스 / 프럭토스 혼합물의 합성

10 중량% 글루코스 및 10 중량% 프럭토스를 함유하는 수용액 (3 mL, 0.0022 mol 글루코스, 0.0023 mol 프럭토스)를 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였다. 고체 NaCl (150 mg, 0.0026 mol)을 수상에 녹인 후 추출 용매로서 MIBK (12 ml)을 추가하였다. 압력 안정 튜브를 밀봉하고 150℃로 2시간 동안 가열하였고 다음에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다. HPLC의 결과는 글루코스에서 84% 글루코스, 0.0019 mol; 프럭토스에서 44% 프럭토스, 0.0010 mol; 프럭토스에서 33% HMF, 0.0008 mol; 전체 당 전환 33%; 프럭토스에서 HMF 선택성 59%를 나타냈다

실시예 8: 160℃에서 HMF 와 글루코스 / 프럭토스 혼합물의 합성

10 중량% 글루코스 및 10 중량% 프럭토스를 함유하는 수용액 (3 mL, 0.0022 mol 글루코스, 0.0023 mol 프럭토스)를 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였다. 고체 NaCl (150 mg, 0.0026 mol)을 수상에 녹인 후 추출 용매로서 MIBK (12 ml)을 추가하였다. 압력 안정 튜브를 밀봉하고 160℃로 105분 동안 가열하였고 다음에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다. HPLC의 결과는 글루코스에서 80% 글루코스, 0.0018 mol; 프럭토스에서 4% 프럭토스, 9.5 · 10^-5mol; 프럭토스에서 64% HMF, 0.0015 mol; 전체 당 전환 59%; 프럭토스에서 HMF 선택성 67%를 나타냈다.

실시예 9: 150℃에서 HMF 와 글루코스의 합성 (대조군)

10 중량% 글루코스를 함유하는 수용액 (3 mL, 0.0022 mol)를 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였다. 고체 NaCl (150 mg, 0.0026 mol)을 수상에 녹인 후 추출 용매로서 MIBK (12 ml)을 추가하였다. 압력 안정 튜브를 밀봉하고 150℃로 2시간 동안 가열하였고 다음에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다. HPLC의 결과는 95-97% 글루코스, 0.0021-0.0022 mol; 2% HMF, 4.5 · 10^-5mol; 전체 당 전환 3-5%를 나타냈다.

실시예 10: 150℃에서 HMF 와 프럭토스의 합성 (대조군)

10 중량% 프럭토스를 함유하는 수용액 (3 mL, 0.0019 mol)를 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였다. 고체 NaCl (150 mg, 0.0026 mol)을 수상에 녹인 후 추출 용매로서 MIBK (12 ml)을 추가하였다. 압력 안정 튜브를 밀봉하고 150℃로 2시간 동안 가열하였고 다음에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다. HPLC의 결과는 61% 프럭토스, 0.0012 mol; 29% HMF, 0.005 mol; 전체 당 전환 39%; 프럭토스에서 HMF 선택성 73%를 나타냈다.

글루코스 / 프럭토스 혼합물에 대한 예상값 및 근사값

글루코스 및 프럭토스의 수율을 샘플에 존재하는 각각의 초기 양에 따라 계산하였다. 이에 의해 글루코스 및 프럭토스의 교환이 방치되었다. HMF 수율을 프럭토스에만 기초하여 계산하였다. 그 때문에 글루코스로부터 발생하는 소량은 방치되었다. 포름산 및 레불린산의 양은 하기 HPLC 기구의 검출 한도 이하였다. 프럭토스 및 글루코스의 전환은 각각 예를 들어, 100% 프럭토스 전환 ~ 50% 전체 당 전환과 같이 전체 당 전환이 되지 않는다. HMF 선택성을 상기 소모로 인해, 프럭토스 전환에 기초하여 계산하였다. 질량 균형을 완벽하게 하는 남은 생성물은 검출되지 않았지만, 글루코스, 프럭토스, HMF 및 이들의 조합의 가용성 및 불용성, 가역적 및 비가역적 다이머, 트리머 및 폴리머를 포함할 것 같았다.

실시예 11: 다양한 염의 효과

일반적으로, 30 중량% 프럭토스 (3 mL, 0.0058 mol)을 함유하는 수용액을 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였다. 다양한 고체 염 (0.0026 mol)을 수상에 녹인 후 추출 용매로서 MIBK (12 ml)을 추가하였다. 압력 안정 튜브를 밀봉하고 160℃로 2시간 동안 가열하였고 다음에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다. 결과는 하기 표 3 및 도 2에 나타난다.

HMF 수율에 관한 최고의 결과를 KCl로 얻었다 (98% 프럭토스 전환, 70% HMF 수율, HMF 선택성 72%). HMF 선택성에 관한 최고의 결과를 KBr로 얻었다 (87% 프럭토스 전환, 64% HMF 수율, HMF 선택성 74%).

표 3:

연속된 표 3:

조사된 염

Mg 함량에 관해 MgCl₂, MgCl₂, NaCl, LiCl, KCl, 황산염 함량에 관해 Na₂SO₄, 황산염 함량에 관해 K₂SO₄, LiBr, NaBr, KBr, LiN0₃, NaN0₃, KN0₃, KI.

실시예 12: 높은 염 농도에서 글루코스 이소머라제 실행

모든 컬럼에 대한 표준 공정:

고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™) 3 그램을 60℃로 가열된 실험실 규모 컬럼에 로딩하였고 50 그램/시간의 기질 유속을 적용하였다. 기질은 1 g/L MgSO₄ ·7H₂0 및 0.18 g/L NaS₂0₅를 함유하는 정상 45 중량% 멸균 여과된 글루코스 용액 또는시간의 지정된 시점 이후에 비교적 고농도의 염이 추가되는 변형 45 중량% 글루코스 시럽이었다. HPLC 분석을 위해 정기적으로 샘플을 수거하였고 효소 활성을 다음 방정식에 따라 계산하였다 (Jorgensen, O.B., et al., Starch-Starke, 1988. 40(8), 307-313).:

여기에서:

A: 고정화된 효소의 특이적 활성 (micromol/분/g 효소) (IGIU/g: 고정화된 글루코스 이소머라제 유닛/g)

0.926: 유닛 전환 인자

F_w: 시럽의 유속 (g/h)

w: 효소의 무게 (g)

DP₁: 건조 기질에서 (분석 조건에서 100) (글루코스 + 프럭토스)의 유입%

DS: 건조 기질 함량 (%)

X: 전환 = 배출% 프럭토스/DP₁

Χ_i: 유입% 프럭토스/DP₁

X_e: 평형상태의 X (60℃에서 0.51)

DP₁, X_i 및 X_e를 다음 값으로 일정하다고 가정하였다:

DP₁: 99.7

X_i: 0

X_e: 0.5078

다음 염 조건을 6개의 컬럼에 적용하였다.

컬럼 1:

1 g/L MgS0₄ ·7H₂0 및 0.18 g/L NaS₂0₅를 함유하는 정상 45 중량% 멸균 여과된 글루코스 용액. 주요 실행 결과는 표 4에 나타나고 활성 결과는 표 5에 나열되고 도 3은 활성의 공정을 그래프로 도시한다.

컬럼 2:

50 g/l 또는 0.86 M의 NaCl의 최종 농도를 제공하는 표준 45% 글루코스 시럽 (컬럼 1에서와 같이)에서 혼합된 염화 나트륨 (NaCl). 주요 실행 결과는 표 4에 나타나고 활성 결과는 표 5에 나열되고 도 4는 활성의 공정을 그래프로 도시한다.

컬럼 3:

염화물 (86.97 g/l MgCl₂ ·6H₂0)에 관해 40.9 g/l 또는 0.86 M의 MgCl₂의 최종 농도를 제공하는 표준 45% 글루코스 시럽 (컬럼 1에서와 같이)에서 혼합된 염화 마그네슘 6수화물 (MgCl₂ ·6H₂0). 주요 실행 결과는 표 4에 나타나고 활성 결과는 표 5에 나열되고 도 5는 활성의 공정을 그래프로 도시한다.

컬럼 4:

63.78 g/l 또는 0.86 M의 KCl의 최종 농도를 제공하는 표준 45% 글루코스 시럽 (컬럼 1에서와 같이)에서 혼합된 염화 칼륨 (KCl). 주요 실행 결과는 표 4에 나타나고 활성 결과는 표 5에 나열되고 도 6은 활성의 공정을 그래프로 도시한다.

컬럼 5:

나트륨 (137.82 g/l Na₂SO₄ ·10H₂0)에 관해 Na₂SO₄ 61.08 g/l 또는 0.86 M의 MgCl₂의 최종 농도를 제공하는 표준 45% 글루코스 시럽 (컬럼 1에서와 같이)에서 혼합된 황산 나트륨 10수화물 (Na₂SO₄ ·10H₂0). 주요 실행 결과는 표 4에 나타나고 활성 결과는 표 5에 나열되고 도 7은 활성의 공정을 그래프로 도시한다.

컬럼 6:

102.98 g/l 또는 0.86 M의 MgS0₄의 최종 농도를 제공하는 표준 45% 글루코스 시럽 (컬럼 1에서와 같이)에서 혼합된 황산 마그네슘 (MgS0₄). 주요 실행 결과는 표 4에 나타나고 활성 결과는 표 5에 나열되고 도 8은 활성의 공정을 그래프로 도시한다.

표 4: 컬럼 1-6에 대한 주요 실행 결과

결론적으로, Sweetzyme™은 NaCl, KCl 및 Na₂SO₄의 존재시 안정성을 나타낸다.

표 5: 6개의 컬럼에 대한 글루코스 이소머라제의 활성 결과에 관한 실행. 밑줄 친 숫자는 높은 염 조건을 나타내는 반면 밑줄치지 않은 숫자는 정상 시럽을 의미한다.

실시예 13: Sweetzyme ™의 초기 활성에 대한 HMF 의 효과

Sweetzyme™의 초기 활성에 대한 5-히드록시메틸푸르푸랄 (HMF)의 효과를 증명하기 위해, 다양한 양의 HMF로 수많은 배치 실험을 수행하였다.

표준 공정:

고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™) 2.5 그램을 나사 마개가 있는 250 mL 정사각형 모양의 병에 로딩하였다. 병을 회전교반기에 놓고 60℃로 가열하였다. 기질은 1 g/L MgSO₄ ·7H₂0 및 0.18 g/L NaS₂0₅를 함유하는 정상 45 중량% 멸균 여과된 글루코스 용액 또는 HMF가 추가된 변형된 45 중량% 글루코스 시럽이었다. HPLC 분석을 위해 정기적으로 샘플을 수거하였고 효소 활성을 계산하였다.

다음 조건을 4개의 병에 적용하였다. 용어 전환은 프럭토스/글루코스 비율로 정의되었다.

병 1:

1 g/L MgSO₄ ·7H₂0 및 0.18 g/L NaS₂0₅를 함유하는 정상 45 중량% 멸균 여과된 글루코스 용액. 전환 대시간은 도 9에 나타나고 초기 활성은 392인 것으로 계산된다.

병 2:

HMF는 0.01 중량%의 HMF의 최종 농도를 제공하기 위해 정상 45% 글루코스 시럽 (병 1에서와 같이)에서 혼합된다. 전환 대시간은 도 10에 나타나고 초기 활성은 389인 것으로 계산된다.

병 3:

HMF는 0.1 중량%의 HMF의 최종 농도를 제공하기 위해 정상 45% 글루코스 시럽 (병 1에서와 같이)에서 혼합된다. 전환 대시간은 도 11에 나타나고 초기 활성은 378인 것으로 계산된다.

병 4:

HMF는 1 중량%의 HMF의 최종 농도를 제공하기 위해 정상 45% 글루코스 시럽 (병 1에서와 같이)에서 혼합된다. 전환 대시간은 도 12에 나타나고 초기 활성은 364인 것으로 계산된다.

도 13은 HMF 농도의 함수로서 Sweetzyme™ 활성을 나타내고 활성은 HMF의 존재에 의해 심하게 영향을 받지 않는 것으로 볼 수 있다.

실시예 14: NaCl 및 MIBK 를 함유하는 기질로 글루코스 이소머라제 실행

고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™) 3.44 그램을 60℃로 가열된 컬럼에 로딩하였고 50 그램/시간의 기질 유속을 적용하였다. 기질은 1 g/L MgSO₄ ·7H₂0 및 0.18 g/L NaS₂0₅를 함유하는 45 중량% 멸균 여과된 글루코스 용액이다. 기질에 최종 농도 50 g/l로 NaCl 및 기질을 MIBK로 포화상태로 만드는데 충분한 리터 당 약 20 ml MIBK의 글루코스 기질을 추가하였다.

HPLC 분석을 위해 정기적으로 샘플을 수거하였고 다음 방정식에 따라 효소 활성을 계산하였고 결과는 하기 표 6에 나타난다 [Jorgensen, O.B., et al., Starch-Starke, 1988. 40(8), 307-313]:

여기에서:

0.926: 유닛 전환 인자

F_w: 시럽의 유속 (g/h)

w: 효소의 무게 (g)

DS: 건조 기질 함량 (%)

X: 전환 = 배출% 프럭토스/DP₁

Χ_i: 유입% 프럭토스/DP₁

X_e: 평형상태의 X (60℃에서 0.51)

DP₁, X_i 및 X_e를 다음 값으로 일정하다고 가정하였다:

DP₁: 99.7

X_i: 0

X_e: 0.5078

표 6:시간의 함수로서 글루코스 이소머라제 활성

NaCl 및 MIBK를 함유하는 기질을 가진 9일 후, 붕괴율은 정상 시럽을 가진 컬럼에 비해 영향을 받지 않는다.

실시예 15: 히드록시메틸푸르푸랄 ( HMF )을 함유하는 기질로 글루코스 이소머 라제 실행

고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme™) 3.44 그램을 60℃로 가열된 컬럼에 로딩하였고 50 그램/시간의 기질 유속을 적용하였다. 기질은 1 g/L MgSO₄ ·7H₂0 및 0.18 g/L NaS₂0₅를 함유하는 45 중량% 멸균 여과된 글루코스 용액이다. 기질에 0.1 중량% HMF의 최종 농도로 히드록시메틸푸르푸랄 (HMF)을 추가하였다.

HPLC 분석을 위해 정기적으로 샘플을 수거하였고 다음 방정식에 따라 효소 활성을 계산하였고 결과는 하기 표 7에 나타난다 [Jorgensen, O.B., et al., Starch-Starke, 1988. 40(8), 307-313]:

여기에서:

0.926: 유닛 전환 인자

F_w: 시럽의 유속 (g/h)

w: 효소의 무게 (g)

DS: 건조 기질 함량 (%)

X: 전환 = 배출% 프럭토스/DP₁

Χ_i: 유입% 프럭토스/DP₁

X_e: 평형상태의 X (60℃에서 0.51)

DP₁, X_i 및 X_e를 다음 값으로 일정하다고 가정하였다:

DP₁: 99.7

X_i: 0

X_e: 0.5078

표 7:시간의 함수로서 글루코스 이소머라제 활성

실시예 16: 촉매제로서 NaCl 및 붕산의 조합을 사용하는 단계

30 중량% 프럭토스 (3 mL, 5.7 mmol)을 함유하는 수용액을 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였고 고체 B(OH)₃ (0.3 g, 5 mmol) 및/또는 고체 NaCl (0.15 g, 3 mmol)을 용액에 추가하였다. 추출 용매로서 MIBK를 추가하였고 4:1의 유기상:수상 부피비를 얻었다. 반응 혼합물이 들어있는 튜브를 마그네틱 스터링 (420 rpm) 하에 150℃에서 특정시간 동안 예열된 오일 배스에 두었다 (안정한 오일 배스 온도에 도달한 후 반응시간을 측정하였다). 반응 후, 오일 배스에서 튜브를 제거하였고 샘플을 분석을 위해 채취하기 전에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다.

결과는 하기 표 8에 나타난다.

표 8: 수상에서 염 및/또는 붕산을 가지고 프럭토스를 HMF로 탈수

실시예 17: 붕산과 다른 염의 효과

붕산과 조합으로 다른 염을 사용하여 실시예 16에 설명된 것과 유사한 실험을 수행하였다.

30 중량% 프럭토스 (3 mL, 5.7 mmol)을 함유하는 수용액을 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였고 고체 B(OH)₃ (0.3 g, 5 mmol) 및/또는 고체 염 (음이온에 관해 3 mmol)을 용액에 추가하였다. 추출 용매로서 MIBK를 추가하였고 4:1의 유기상:수상 부피비를 얻었다. 반응 혼합물이 들어있는 튜브를 마그네틱 스터링 (420 rpm) 하에 150℃에서 45분 동안 예열된 오일 배스에 두었다 (안정한 오일 배스 온도에 도달한 후 반응시간을 측정하였다). 반응 후, 오일 배스에서 튜브를 제거하였고 샘플을 분석을 위해 채취하기 전에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다.

결과는 하기 표 9에 나타난다.

표 9에 명시된 R 값은 MIBK층 및 수상 사이에서 얻은 HMF 분포, 즉, [HMF]_MIBK/[HMF]_aq이다.

표 9: 수상에서 다른 염 및 붕산을 가지고 프럭토스를 HMF로 탈수

실시예 18: 다른 유기 추출 용매와 함께 촉매제로서 염 및 붕산

다른 유기 추출 용매로 실시예 16에 설명된 것과 유사한 실험을 수행하였다.

30 중량% 프럭토스 (3 mL, 5.7 mmol)을 함유하는 수용액을 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였고 고체 B(OH)₃ (0.3 g, 5 mmol) 및/또는 NaCl (0.15 g, 3 mmol)을 용액에 추가하였다. 4:1의 유기상:수상 부피비를 결과로 일으키는 다른 유기 추출 용매를 추가하였다. 반응 혼합물이 들어있는 튜브를 마그네틱 스터링 (420 rpm) 하에 150℃에서 특정시간 동안 예열된 오일 배스에 두었다 (안정한 오일 배스 온도에 도달한 후 반응시간을 측정하였다). 반응 후, 오일 배스에서 튜브를 제거하였고 샘플을 분석을 위해 채취하기 전에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다.

결과는 하기 표 10에 나타난다.

표 10에 명시된 R 값은 MIBK층 및 수상 사이에서 얻은 HMF 분포, 즉, [HMF]_MIBK/[HMF]_aq이다.

표 10: 다른 유기 추출 용매를 가지고 프럭토스를 HMF로 탈수

실시예 19: 촉매로서 NaCl 및 붕산을 가지고 글루코스 및 수크로스를 HMF 로 탈수

HMF로의 탈수에 대한 기질로서 글루코스 및 수크로스가 사용된 것을 제외하고 실시예 16에 설명된 것과 유사한 실험을 수행하였다.

30 중량% 프럭토스 (3 mL, 5.7 mmol)을 함유하는 수용액을 Ace 바이알 압력 튜브 (~20 막대까지 안정)에 장착하였고 촉매 없는 기질로서, 즉, B(OH)₃ 및 NaCl이 없는 글루코스를 포함하는 실험의 일부가 포함되는 것을 제외하고 고체 B(OH)₃ (0.3 g, 5 mmol) 및/또는 NaCl (0.15 g, 3 mmol)을 용액에 추가하였다. 4:1의 유기상:수상 부피비를 결과로 일으키는 양의 유기 추출 용매로서 MIBK를 추가하였다. 반응 혼합물이 들어있는 튜브를 마그네틱 스터링 (420 rpm) 하에 150℃에서 특정시간 동안 예열된 오일 배스에 두었다 (안정한 오일 배스 온도에 도달한 후 반응시간을 측정하였다). 반응 후, 오일 배스에서 튜브를 제거하였고 샘플을 분석을 위해 채취하기 전에 상온에서 냉각하였다. 반응 혼합물의 샘플을 수거하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, 내부 표본 (i-PrOH)과 혼합하였고 HPLC를 통해 분석하였다.

기질로서 글루코스 및 수크로스로 얻은 결과는 하기 표 11 및 12에, 각각 나타난다.

기질로서 수크로스 (표 12에 나타난 데이터)와 함께 계산된 HMF 선택성은 모든 제조된 HMF가 수크로스에서 프럭토스로의 전환으로부터 온다는 가정에 기초한다.

표 11: 수상에서 NaCl 및/또는 붕산을 가지고 글루코스를 HMF로 탈수

표 12: 수상에서 NaCl 및/또는 붕산을 가지고 수크로스를 HMF로 탈수

실시예 20 : 연속 반응기에서 촉매로서 NaCl 을 가지고 프럭토스를 HMF 로 탈수

글루코스 및 프럭토스의 HMF로 연속 탈수에 대한 실험실 규모 미니-플랜트를 표 14에 나타난 바와 같이 만들었다.

반응 조건은 표 13에 제공된다. 반응 후 수상에서 샘플을 채취하기 전에 반응 혼합물을 상온에서 냉각하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, HPLC를 통해 분석하였다.

프럭토스 전환, HMF 수율 및 HMF 선택성 (HMF 수율/프럭토스 전환)에 대한 데이터는 또한 표 13에 제공된다.

높은 수율 및 선택성은 고온 (200℃)에서 유지되고 고온은 반응시간의 감소로 이끈다는 것을 나타낸다.

표 13: 연속 반응기에서 촉매로서 NaCl을 가지고 프럭토스를 HMF로 탈수

실시예 21. 연속 반응기에서 촉매로서 NaCl 을 가지고 프럭토스 및 글루코스 혼합물을 HMF 로 탈수

도 14의 실험실 규모 미니-플랜트를 또한 실시예 20에 사용된 5% NaCl 및 MIBK 4:1의 용매 비율과 함께 실험에 사용하였다.

두 개의 기질을 사용하였다:

유입 100% 글루코스와 함께 고정화된 글루코스 이소머라제 (Sweetzyme)를 함유하는 실험실 컬럼의 배출로부터 채취된 HFCS39 (61% 글루코스 및 39% 프럭토스).

순수한 글루코스 및 프럭토스 기질로부터 혼합된 HFCS42 (58% 글루코스 및 42% 프럭토스).

기질 농도는 모든 실험에서 300 g/L였다.

반응 조건은 표 14에 제공된다. 반응 후 수상에서 샘플을 채취하기 전에 생성물 탱크를 상온에서 냉각하였고 주사기 필터 (0.45 μm PTFE)를 통해 여과하였고, HPLC를 통해 분석하였다.

프럭토스 및 글루코스 전환, HMF 수율 및 HMF 선택성 (HMF 수율/프럭토스 + 글루코스 전환)에 대한 데이터는 또한 표 14에 제공된다.

그 결과는 선택성은 실시예 20의 순수한 프럭토스 기질에 대한 것보다 더 낮다는 것을 나타낸다. 이것은 선택성이 HMF 및 전체 글루코스 및 프럭토스 전환의 비율로서 계산되기 때문이다. 대부분의 글루코스가 반응하지 않고 남는다고 생각되면 선택성은 실시예 20과 유사해질 것이다.

결과는 실시예 20에 나타난 바와 같이 높은 수율은 고온 (200℃)에서 유지되고 고온은 반응시간의 감소로 이끈다는 것을 나타낸다.

표 14: 연속 반응기에서 촉매로서 NaCl을 가지고 프럭토스 및 글루코스 혼합물을 HMF로 탈수

Claims

i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함하는 5-히드록시메틸푸르푸랄의 제조 방법으로서, 상기 반응 배지는 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고 1.0 내지 10의 범위의 pH를 갖는 제조 방법.
i) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함하는 5-히드록시메틸푸르푸랄의 제조 방법으로서, 상기 반응 배지는 수상 및 유기상을 포함하고, 상기 수상은 염을 포함하고, 상기 반응 배지는 산성 촉매를 포함하지 않거나 강산을 포함하지 않는 제조 방법.
제 1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 ii) 단계 i)의 반응기에서 5-히드록시메틸푸르푸랄을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 프럭토스를 포함하는 조성물은 또한 글루코스 또는 만노스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 방법은 단계 i) 전에 -i) 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 또는 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은
iii) 단계 i)의 반응기에서 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계, 및
iv) 단계 iii)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 a) 5-히드록시메틸푸르푸랄로 전환하거나, b) 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 프럭토스로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
x) 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 또는 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 및
y) 프럭토스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고 수상은 염을 포함하는 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함하는 5-히드록시메틸푸르푸랄의 제조 방법.
제 7항에 있어서, 상기 방법은
I) 글루코스를 포함하는 조성물을 글루코스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 또는 만노스를 포함하는 조성물을 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응을 시키는 단계, 및
II) 단계 I)에서 얻은 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고 수상은 염을 포함하는 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서, 상기 방법은
A) 프럭토스 및 글루코스, 또는 프럭토스 및 만노스를 포함하는 조성물을, 수상 및 유기상을 포함하고 수상은 염을 포함하는 반응 배지를 포함하는 반응기에서의 공정을 받게 하는 단계,
B) 단계 A)의 반응기에서 글루코스 또는 만노스를 제거하는 단계, 및
C) 단계 B)에서 얻은 글루코스 또는 만노스를 a) 5-히드록시메틸푸르푸랄로 전환하거나, b) 글루코스 이소머라제 또는 만노스 이소머라제에 의해 효소 반응에 의해 프럭토스로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 II) 및 A)에서 반응 배지의 수상은 1.0 내지 10의 범위의 pH를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 단계는 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 배지의 수상에서 염의 농도는 1-20 중량%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 5-히드록시메틸푸르푸랄에 관해 반응 배지의 수상 및 유기상의 분배 계수는 적어도 1.0인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항의 방법으로부터 얻은 HMF를 2,5-푸란디카르복실산 (FDA); 2,5-디메틸푸란; 2,5-디메틸테트라히드로푸란; 포름산; 레불린산; 2,5-비스(히드록시메틸)푸란, 2-메틸푸란, 2-히드록시메틸푸란으로 전환하는 단계를 포함하는 방법.
폴리머 구성체, 가소제, 바이오디젤로 수소화, 푸란 디아민, 푸란 디올, 수소화된 생성물에 추가 반응을 위해 제 14항의 방법에 따라 얻은 2,5-푸란디카르복실산의 사용법.