用于生產(chǎn)含果糖苷的產(chǎn)物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及由富含葡萄糖的原料生產(chǎn)含果糖苷的產(chǎn)物的方法，其包括將葡萄糖異 構(gòu)化為果糖。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳水化合物作為用于范圍廣泛的化學(xué)物質(zhì)的生物基起始材料的重要性已日漸增 加 。一個(gè)研發(fā)方向是將碳水化合物轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛及其醚和酯。用于轉(zhuǎn)化為醚衍生 物的方法已描述于WO 2007/104514中。根據(jù)該方法，將含果糖和/或葡萄糖的起始材料轉(zhuǎn) 化成5-羥基甲基糠醛的醚衍生物，這通過(guò)使起始材料在酸催化劑存在下與醇反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 TO 2012/091570描述，為了增加該方法的原料流中起始材料的濃度，在碳水化合物轉(zhuǎn)化成 醚之前使碳水化合物轉(zhuǎn)化為糖苷是有益的。從該文件也明顯的是，葡萄糖的溶解度低于反 應(yīng)物介質(zhì)（包括醇）中的果糖的溶解度。
[0003] 因此，如果可能提供可在生產(chǎn)5-羥基甲基糠醛的衍生物的方法中使用的具有高 水平果糖的方法，則是有利的。
[0004] 用于提供富含果糖產(chǎn)物的方法在現(xiàn)有技術(shù)中已知的。在US 2010/0006091中公 開(kāi)了下述方法，其中將甜果汁澄清化并去礦物質(zhì)，然后處理由此獲得的產(chǎn)物以使蔗糖水解 成果糖和葡萄糖。將果糖與葡萄糖分離。隨后將葡萄糖異構(gòu)化成果糖，并且將兩個(gè)果糖部 份合并。根據(jù)該文件，使用具有葡萄糖異構(gòu)酶活性的酶來(lái)實(shí)現(xiàn)葡萄糖的異構(gòu)化。在該已知 方法中，異構(gòu)化在水性環(huán)境中進(jìn)行。這導(dǎo)致產(chǎn)物在大量水中變得可用。然而，如果生產(chǎn)的 果糖將在非水性環(huán)境中使用，則含水量變?yōu)槿秉c(diǎn)，因?yàn)樗S后被除去。除去這些水可通過(guò) 蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這樣的蒸發(fā)大大增加了成本。因此，如果起始材料在醇性介質(zhì)中可用，則WO 2007/104514中所述的用于生產(chǎn)5-羥基甲基糠醛的醚的方法將是有益的。因?yàn)楹芏嗝傅幕?性在醇性介質(zhì)中受負(fù)面影響，則根據(jù)US 2010/0006091的方法不適于預(yù)期目的。
[0005] 在US 3, 431，253中已描述了在氧化鋁催化劑上葡萄糖至果糖的異構(gòu)化。異構(gòu)化 通過(guò)使葡萄糖溶液在約35至70°C的溫度下與氧化鋁接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)。在高于70°C的溫度下出 現(xiàn)有機(jī)酸的形成。盡管在US 3431253的說(shuō)明書(shū)中描述了可使用混合的水-低級(jí)醇溶液諸 如90%甲醇、80%乙醇和75%丙醇溶液，但是在實(shí)施例中僅100%葡萄糖水溶液與氧化鋁 在50°C接觸。
[0006] 類似的過(guò)程描述于H. Asaoka的期刊文章 ，Carbohydrate Research 137(1985)99-109中，其中葡萄糖至果糖的異構(gòu)化在80% (v/v)甲醇-水溶液中在五硅酸 二鈉催化劑上于45°C實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用乙醇或1，4-二噁烷替代甲醇時(shí)，結(jié)果更壞。利用丙醇、 丙酮、乙腈和四氫呋喃的所有嘗試均得到不令人滿意的結(jié)果。
[0007] 類似的教導(dǎo)描述于 Lew 等人，Ind. Eng. Chem. Res.，51 (14) (2012) 5364-5366 中，公 開(kāi)將葡萄糖在含Sn的路易斯酸沸石β上于乙醇中在90°C轉(zhuǎn)化成果糖。反應(yīng)在離子交換樹(shù) 脂Amberlyst 131存在下進(jìn)行，其催化所形成的果糖至羥甲基糠醛的反應(yīng)以及隨后至乙氧 基甲基糠醛的反應(yīng)。在Canlas等人的Chem. Abstr.，2011:336348中描述了將葡萄糖在含 Ti或含Sn的Bronsted或路易斯酸沸石上于水或甲醇中在100至160°C轉(zhuǎn)化為果糖。觀察 到，上文提及的現(xiàn)有技術(shù)文件不涉及果糖苷的形成。
[0008] 在 Saravanamurugan 等人，J. Amer. Chem. Soc.，135 (14) (2013) 5246-5249 中描述 了葡萄糖于甲醇中在酸性沸石上的異構(gòu)化。陳述了獲得的產(chǎn)物生成果糖苷，其隨后水解成 果糖。在該文章中示出堿性沸石生成相當(dāng)少量的果糖。而酸性催化劑生成超過(guò)20%的果 糖，堿性催化劑生成4至18%的果糖。
[0009] 因而在現(xiàn)有技術(shù)中的許多文件規(guī)定異構(gòu)化反應(yīng)介質(zhì)含有水。相比之下，現(xiàn)在已發(fā) 現(xiàn)如果反應(yīng)溫度高于75°C，則不一定存在水。溶劑那時(shí)可由純醇組成。如果不存在水，則已 發(fā)現(xiàn)不會(huì)過(guò)度形成有機(jī)酸。已進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)異構(gòu)化反應(yīng)在堿性催化劑存在下進(jìn)行且果糖 苷形成在酸性催化劑存在下進(jìn)行時(shí)，果糖苷的量得以增強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明提供了用于由富含葡萄糖的原料制造含果糖苷的產(chǎn)物的方法，其包 括：通過(guò)使含葡萄糖原料在醇性介質(zhì)中與堿性異構(gòu)化催化劑在至少75°C的溫度下接觸以 生成含果糖產(chǎn)物，而將葡萄糖異構(gòu)化為果糖，以及使至少部分的由此獲得的含果糖產(chǎn)物與 醇在酸催化劑存在下反應(yīng)以生成含果糖苷的產(chǎn)物來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于以下事 實(shí)：用這種方式獲得相對(duì)高濃度的果糖和果糖苷，當(dāng)所得產(chǎn)物在至5-羥基甲基糠醛及其衍 生物的轉(zhuǎn)化中使用時(shí)，所述果糖和果糖苷的反應(yīng)比葡萄糖快。
[0011] 異構(gòu)化反應(yīng)在醇性介質(zhì)中進(jìn)行。所述醇可以是在主導(dǎo)條件為液體的任何醇?？梢?使用適合的醇，不僅包括單醇，而且包括二醇，諸如乙二醇或丙二醇或其混合物。優(yōu)選地，所 述醇為單醇。單醇可以為線性支鏈的或環(huán)狀的。環(huán)狀醇可以為脂族的或芳族的。醇可以包 含1至20個(gè)碳原子。適宜地，異構(gòu)化區(qū)中的醇性介質(zhì)包含具有1至8個(gè)碳原子，優(yōu)選具有 1至4個(gè)碳原子的烷醇，更優(yōu)選甲醇。
[0012] 在醇中操作的額外優(yōu)點(diǎn)為，反應(yīng)混合物中的果糖可被轉(zhuǎn)化成果糖苷。果糖苷在醇 中的溶解度一般大于果糖本身的溶解度。此外，如果含葡萄糖原料也含有一些果糖苷，則此 類果糖苷將不影響葡萄糖至果糖的轉(zhuǎn)化，因?yàn)楣擒詹挥绊懏悩?gòu)化的平衡。醇性介質(zhì)可僅 由醇或醇的混合物組成。然而，實(shí)際上，含葡萄糖原料可以包含水。這意味著反應(yīng)介質(zhì)除了 醇或醇的混合物之外還包含水。尤其為了促進(jìn)果糖苷的形成，水-醇摻混物中水的量至多 為20% (v/v)，優(yōu)選至多10% v/v，而更優(yōu)選至多為5% v/v。因?yàn)楫?dāng)不存在水時(shí)，實(shí)質(zhì)上完 全防止有機(jī)酸的形成，醇性介質(zhì)最優(yōu)選地為不含水的，即含有少于1% v/v的水。
[0013] 因?yàn)槭褂妹傅漠悩?gòu)化將受上述的反應(yīng)條件負(fù)面影響，所以在異構(gòu)化催化劑存在下 以化學(xué)方式進(jìn)行異構(gòu)化。用于該反應(yīng)的很多催化劑是已知的。然而，這些催化劑在水性環(huán) 境中使用。然而，可以使用這些催化劑中的很多種。這些催化劑可以是均相或異相（即固 體）的催化劑。據(jù)信異構(gòu)化可通過(guò)金屬配位機(jī)制催化。因此，含有能夠配位的金屬離子的 催化劑適宜地用作異構(gòu)化催化劑。令人驚訝地，已發(fā)現(xiàn)，異構(gòu)化催化劑有利地為堿性催化 劑。很多堿性鹽和固體可用作異構(gòu)化催化劑。適合的異構(gòu)化催化劑因此選自由以下組成的 組中：水滑石，堿-交換型沸石，堿土金屬的氧化物和堿金屬的氫氧化物，堿金屬的醇鹽、硼 酸鹽（borate)、硼酸氫鹽（borinate)和硼酸二氫鹽（boronate)，以及堿金屬和堿土金屬的 碳酸鹽。氧化鋁、堿金屬和堿土金屬的鋁酸鹽、二氧化硅、堿金屬和堿土金屬的硅酸鹽以及 進(jìn)一步地氯化鋁和氯化鉻也可用作具有配位能力的異構(gòu)化催化劑。適合的催化劑因此包括 Na、K、Ca或Mg交換型沸石X、Υ、Α、β、ZSM-5、ZSM-Il和ZSM-35。含堿金屬均相催化劑的 實(shí)例包括氫氧化Na和氫氧化Κ、甲醇Na或甲醇Κ、乙醇Na或乙醇Κ、硼化Na或硼化Κ、硼酸 Na或K酯或者硼酸Na或硼酸K。催化劑的量可在寬范圍之間變化而不影響反應(yīng)選擇性。適 合的量基于富含葡萄糖的原料的重量在〇. Ol至50重量％范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí) 到該量可在寬范圍內(nèi)變化。均相催化劑的量可以不同于異相催化劑的量。
[0014] 異構(gòu)化反應(yīng)中的溫度為至少75 °C。由于化學(xué)異構(gòu)化催化劑的使用，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可使用具有比酶異構(gòu)化反應(yīng)更寬的溫度范圍。優(yōu)選地，異構(gòu)化在75至180°C、更優(yōu)選80 至150°C、最優(yōu)選80至130°C的溫度下進(jìn)行。適宜地選擇溫度以使反應(yīng)時(shí)間不過(guò)于長(zhǎng)。該方 法可以以分批處理模式以及以連續(xù)模式進(jìn)行。當(dāng)異構(gòu)化以連續(xù)模式進(jìn)行