NO149242B - Krystallinsk, 4,1`,6`-triklor-4,1`,6`-trideoksygalaktosukrose - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører karbohydratsøtnings-midlet 4,1'6'-triklor-4,1\6'-trideoksygalaktosukrose i en ny form. 4 ,1 ',6 1 -triklor-4 ,1 ) 6 '-trideoksygalaktosukrose, ellers mer riktig kjent som 1,6-diklor-l,6-dideoksy-B-D-fruktofuranosyl-4-klor-4-deoksy-a-D-galaktopyranosid og heretter benevnt TGS,

er et kraftig søtningsmiddel. Anvendelse av det og midler som inneholder det er kjent fra britisk patentskrift 1.543.167. Forbindelsen selv ble først rapportert av Fairclough, Hough og Richardson i Carbohydrate Research, Vol 40, 1975, p. 285-298,

hvor den er beskrevet som en tyktflytende væske, men den ble ikke tillagt noen søthetsegenskaper. Substansen kan fremstilles ved en reaksjonssekvens hvor sukrose trityleres i stillingene 6,1' og 6' og acetyleres i de resterende fem stillinger. Trityl-gruppene fjernes deretter med samtidig bevegelse av acetylgrup-

pen på 4-hydroksygruppen til 6-hydroksygruppen. Det resulterende 4,1',6'-triolpentaacetat kloreres deretter under anvendelse av sulfurylklorid og deacetyleres til dannelse av TGS. Produktet som oppnås på denne måte er et glass som.er hygroskopisk og som kan frysetørkes fra en vandig løsning, hvorved glasset oppnås som et dunaktig hvitt pulver som inneholder ca. 4 vekt% vann.

Den hydroskopiske natur av denne form av TGS betyr at det må oppbevares i tett forseglete beholdere for å hindre at det de-genererer til en klebrig masse under fuktige betingelser. Selv-følgelig gjør denne egenskap TGS-glass vanskelig å anvende kom-mersielt og hjemme på grunn av sammenklebing osv. TGS er blitt fremstilt i atskillige år, men hittil har det ikke vært mulig å overvinne dette problem.

Nevnte galaktosukrose er ifølge oppfinnelsen i krystal-

linsk vannfri form, og har vist seg å være klart mindre hygroskopisk enn den glassaktige form.

Krystallisasjon ble først oppnådd ved poding av en konsentrert vandig løsning av TGS (10 g i 5 ml) med en isomorf, krystallinsk substans som var oppnådd ved ionebytterharpiks-behandling av en >vandig TGS-løsning. Løsningen var blitt behandlet med en blanding av "Amberlite" IRA 35 og IRC 72 (svake anion-

og kationbytterharpikser) for å fjerne natrium- og kloridioner. En fraksjon som inneholdt TGS som en tyktflytende væske ble oppnådd fra den vandige fase. En senere fraksjon ble oppnådd ved eluering av harpiksen med metanol, og dette materialet krystalliserte. En krystallisasjonskim av denne ikke-søte, krystallinske substans ble anvendt for å pode en konsentrert vandig TGS-løs-ning. Den ikke-søte, krystallinske substans sin nøyaktige natur er ikke kjent, men den er muligens et vannfritt sukker avledet fra TGS. Alle etterfølgende krystallisasjoner ble utført under anvendelse av krystallinsk TGS selv som krystallisasjonskim.

Produktet som ble oppnådd ved krystallisasjon fra vann

ved romtemperatur i løpet av atskillige timer var en klar, krystallinsk form av TGS, som hadde smeltepunkt 36,5°C og som inneholdt ca. 20 vekt% vann (ca. 5,5 mol vann pr. mol). Krystallisasjon av glasset fra vann ved 60°C ga en andre, klarere krystallinsk form som var stort sett vannfri idet den inneholdt 0,3-

0,4 vekt% vann (ca. 0,07-0,09 moL vann pr. mol), smp. 130°C. Krystallisasjon av glasset fra utørket metanol ved 20°C ga en annen form, også som klare krystaller, smp. 120°C, inneholdende 2,3 vekt% vann (ca. 0,5 mol vann pr. mol) og ca. 0,4% metanol.

En kurve for løselighet avhengig av temperatur for TGS

i vann er vist i fig. 1. En eneste diskontinuitet i kurven ved ca. 38°C antyder at det effektivt bare kan oppnås to former av TGS ved krystallisasjon fra vann. Det har vist seg at disse er pentahydratet, frembrakt ved krystallisasjon ved temperaturer under ca. 38°C, og den vannfrie form, frembrakt ved krystallisasjon ved temperaturer over ca. 38°C, fortrinnsvis over 60°C, f.eks. ved 70-80°C. Pentahydratet kan tørkes under vakuum for å fjerne noe av dets krystallvann slik at det oppnås forskjellige lavere hydrater, men disse synes bare å bestå av pentahydratstruk-turen hvor noe vann er fjernet istedenfor egne uavhengige former.

Ifølge oppfinnelsen er det således frembrakt krystallinsk, vannfritt 4,1',6'-triklor-4,1',6'-trideoksygalaktosukrose. Den krystallinske 4,1<1>,6'-triklor-4,1<1>,6'-trideoksygalaktosukrose fremstilles ved avkjøling av en podet, mettet vandig løsning av 4,1',6'-triklor-4,1<1>,6'-trideoksygalaktosukrose og oppsamling av det krystallinske materiale.

Forbindelsen ifølge den foreliggende oppfinnelse har samme grad av søthet som TGS i glassform og har den ytterligere fordel at den er meget stabil i fuktig miljø og således muliggjør lett-vintere håndtering og formulering. Sorpsjonsisotermer for den vannfrie, krystallinske form og glassformen viser at fuktigheten som adsorberes av den krystallinske form er mye mindre enn den som adsorberes av glasset, som hurtig går i oppløsning ved høy fuktighet. Den vannfrie krystallinske form er faktisk bemerkelses-verdig lik krystallinsk sukrose i dens adsorpsjonsegenskaper,

noe som kan sees i fig. 2 som representerer en plotting av vanninnhold mot likevektsrelativ fuktighet ved 21°C under anvendelse av et NOVA-SINA ekvi-HYDROSKOP fuktighetsmåleinstrument for den krystallinske vannfrie form av TGS, sukrose samt TGS-glass (stigende kurver). At TGS-anhydrat er meget lik sukrose fremgår klart, mens glasset er meget hygroskopisk, særlig ved fuktighet på over 70%.

Den vannfrie krystallinske form har en behagelig, ortorombisk, nålliknende krystallstruktur. Fig. 3 viser en enhetscelle, basert på røntgenkrystallografiske data. Strukturen inneholder ikke noen egnete plasser for vann, og eventuelle små meng-der vann i substansen er sannsynligvis adsorbert på krystallenes overflater.

Den etterfølgende tabell inneholder stillingsparametre (atom-koordinater) som ble fastlagt ved røntgenstrålekrystallo-grafi på vannfri krystallinsk TGS.

Krystalldata er følgende:

Ortorombisk, romgruppe P212121 (se internationale tabeller for røntgenstrålekrystallografi, Kynoch Press, 1965),

a = 18,21(1), b = 7,36(1), c = 12,04(1)Å.

Løselighetskurvens helning, fig. 1, viser at i det temperaturområde som er nødvendig for dannelse av de vannfrie krystaller, dvs. over ca. 38°C, er graden av gjenvinning av TGS ved en rekrystallisasjon meget god. Således har f.eks. en mettet løsning ved 75°C et tørrstoffinnhold på ca. 73% mens det mettede tørrstoffinnhold ved 40°C er ca. 39%. For å ta et konkret eksempel inneholder en 100 g prøve av mettet løsning ved 75°C 27 g vann og 73 g TGS. Når denne prøve avkjøles til 40°C blir 27 g vann værende, men i en løsning med et tørrstoffinnhold på 39% og et vanninnhold på 61%. Denne løsning inneholder således 17,26 g TGS, mens 55,74 g TGS er utfelt, dvs. et utbytte på 76,35%. TGS kan således krystalliseres med godt utbytte ved krystallisasjon fra vann over 40°C.

Den vannfrie krystallform av TGS har samme grad av søthet som den glassaktige form. således har f.eks. smakspaneler indi-kert at TGS er atskillige hundre ganger søtere enn sukrose. Det nøyaktige tall avhenger av konsentrasjonen av sukroseløsningen som TGS sammenliknes med for lik søthet. Følgende- tall er typiske:

Den krystallinske TGS kan således anvendes for å søtgjøre alle typer substanser, inklusive substanser som skal svelges (dvs. som er,beregnet for konsum) og orale substanser (dvs. som er beregnet for oral anvendelse uten svelging, f.eks. munnvann). Den kan spesielt formuleres som en fast substans sammen med en spiselig bærer, fortynningsmiddel eller eksipiens (f.eks. ved søtgjøring av tabletter etc.) eller med et matvare- eller.drikk-konsentrat (f.eks. en tørr formulering som skal fortynnes med vann til dannelse av en matvare, konfekt eller drikk).

De etterfølgende eksempler illustrerer oppfinnelsen ytterligere.

Eksempel 1

TGS ble fremstilt ved fremgangsmåten ifølge Fairclough et al, som nevnt ovenfor. En sats på Ei0 g løst i varm aceton ble kromato-grafert i en søyle av 600 g silikagel ved eluering med 1 liter diklormetan og gradienteluering med diklormetan/aceton (20 liter

i alt) for oppnåelse av et produkt som viste bare én flekk på tynnsjiktskromatografi. En ytterligere sats på 60 g ble behandlet tilsvarende, og det ble oppnådd totalt 90 g ved å kombinere de to utbytter. Dette materiale ble løst i vann, 10% konsentrasjon,

og behandlet med ca. 100 g av en 50:50 blanding av "Amberlite"

IRA 35 og IRC 72 harpikser i 1 time med omrøring. Løsningen ble filtrert og konsentrert, hvorved det ble oppnådd et utbytte på

ca. 33 g TGS. Harpiksen ble deretter eluert med 4 x 500 ml metanol, og metanolen ble konsentrert hvorved det ble oppnådd et utbytte på !d5 g av et ikke-søtt materiale som krystalliserte.

En liten prøve av dette materiale ble deretter tilsatt som en

kim til en mettet vandig løsning av TGS ved 30°C. Løsningen ble avkjølt, og krystallinsk TGS ble avfiltrert. Krystallene viste seg å være TGS-pentahydrat med smp. 36,5°C. De ukjente krystal-

ler var således tilsynelatende isomorf med TGS.

En eller to av TGS-pentahydratkrystallene ble anvendt

for å pode en varm, mettet, vandig løsning av TGS (ca. 60°C),

og dette ga ved avkjøling krystallinsk, vannfritt TGS med smp. 130°C.

Eksempel 2

2,1 kg TGS-pentaacetat fremstilt ifølge fremgangsmåten til Fairclough et al som nevnt ovenfor ble deacetylert ved behandling med metanolisk natriummetoksyd, hvorved det ble oppnådd ca. 1360 g TGS som en tyktflytende væske, som ble løst i vann (ca. 10%) og filtrert gjennom trekull..Filtratet ble konsentrert til en tyktflytende væske og løst igjen i vann ved ca. 65 vekt%. Løsningen ble oppvarmet og podet ved 6 5-70°C med en ekte prøve av krystallinsk, vannfri TGS. Løsningen ble avkjølt til 40°C og der-

etter videre til omtrent omgivelsestemperatur. Det krystallinske materiale bunnfelte og ble avfiltrert.

Det ble oppnådd et utbytte på 710 g. Morluten ble oppvarmet, konsentrert, podet igjen og avkjølt, hvorved det ble oppnådd ytterligere 255 g. En tredje krystallisasjon ga ytterligere 77,5 g, slik at totalutbyttet var 1042,5 g (76,6%) av ren TGS som vannfrie krystaller med smp. 130°C og med de ovenfor anførte røntgenkrystallografiske parametre.

Claims (2)

1. 4,1',6'-triklor-4,1',6'-trideoksygalaktosukrose, karakterisert ved at den er i krystallinsk, vannfri form.

2. Trideoksygalaktosukrose i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den er i form av ortorombiske krystaller med romgruppe P21<2>12^ med en enhetscelle med omtrent følgende dimensjoner: a = 18,21(1)Å, b = 7,36(1)Å, C = 12,04(1)Å, og har smeltepunkt på 130°C.