BRPI0509197B1 - Métodos de produção de xilitol - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOS DE PRODUÇÃO DE XILITOL".

Este pedido de patente reivindica o benefício do Pedido Provisó- rio Norte-Americano de número 60/556.571, “Processos para a Produção de Xilitol”, depositado em 26 de março de 2004, que é aqui incorporado por re- ferência em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se a processos para a produção de xilitol. Em particular, a invenção fornece processos para a produção de xilitol, compreendendo a descarboxilação oxidativa de compostos.

ANTECEDENTES O xilitol é um álcool de açúcar de cinco átomos de carbono, que ocorre naturalmente, presente em muitas frutas e vegetais, e produzido no corpo humano durante o metabolismo normal. O xilitol é também um impor- tante produto industrial e é amplamente usado na produção de produtos de confeitaria, incluindo goma de mascar sem açúcar, pastilhas refrescantes e balas duras e secas, assim como em produtos de cuidado oral, produtos promotores de saúde, produtos farmacêuticos e os similares.

Certas características de xilitol fazem dele um adoçante ou subs- tituto de açúcar atraente em vários contextos, particularmente na produção de produtos alimentares adoçados. Por exemplo, o xilitol é não tóxico e tem aproximadamente a mesma doçura da sacarose, com um menor teor calóri- co de cerca de 2,4 Kcal/g. O xilitol é metabolizado independentemente de glicose e pode ser consumido de maneira segura por diabéticos não depen- dentes de insulina, tem um índice glicêmico muito baixo, e é relatado como tendo um efeito anticetogênico em diabetes. Os cristais de xilitol têm um ca- lor de solução endotérmico e produzem uma sensação de frio quando dis- solvidos na boca. Acredita-se, também que o xilitol é cariostático e mesmo anticariogênico, e acredita-se que não seja utilizado pela microflora da boca, que produz placas. De fato, o uso de xilitol no lugar de sacarose tem estado vinculado a uma redução em cáries dentárias. Acima de tudo, o xilitol é um adoçante desejável. 0 xilitol é usualmente preparado por processos utilizando várias matérias-primas naturais, especialmente materiais contendo xilana. O xilitol pode ser obtido por uma variedade de processos, incluindo a hidrogenação de xilose, que é isolada a partir de um hidrolisado de hemicelulose (xilana ou arabinoxilana), conforme revelado nas patentes norte-americanas de núme- ros 2.989.569, 3.558.725, e 4.008.285. A hidrogenação catalítica de D-xilose em hidrolisados de hemi- celulose permanece a fonte industria! primária de xilitol. A produção industri- al de D-xilitol é, primeiramente, realizada por hidrólise de hemicelulose (xila- nas e arabinoxilanas). Entretanto, muitos destes processos para a produção de xilitol são onerosos ou demorados, e uma variedade de métodos de sín- tese de xilitol alternativos têm sido proposta. Estes incluem vários processos químicos sintéticos, o uso de microorganismos e processos, tal como fer- mentação. No entanto, apesar destes desenvolvimentos, existe a necessi- dade de se produzir xilitol em uma maneira que seja de baixo custo e que forneça produto de elevada pureza. Uma diminuição no resíduo produzido durante esta produção é também desejável. Em vista do aumento do uso de xilitol, em particular, devido às suas propriedades como adoçante e efeitos terapêuticos, existe uma contínua demanda por métodos para a produção de xilitol.

SUMÁRIO São fornecidos métodos de produção de xilitol, compreendendo a descarboxilação oxidativa de um substrato reagente. De preferência, a descarboxilação oxidativa é realizada em uma de duas maneiras. Em uma primeira concretização, a descarboxilação oxidativa é realizada por um pro- cesso eletroquímico, de preferência, uma descarboxilação oxidativa anódica de um substrato reagente. Em uma segunda concretização, a descarboxila- ção oxidativa do substrato reagente é realizada por uma ou mais reações químicas.

Uma ampla variedade de substratos reagentes pode ser usada para praticar os métodos de produção de xilitol. O substrato reagente pode ser um material de partida para uma reação de descarboxilação oxidativa, ou pode ser produzido a partir de qualquer material precursor adequado. Mate- riais precursores adequados são ácidos urônicos compreendendo uma es- trutura de anel de piranose ou de furanose. Em alguns aspectos das concre- tizações, um ou mais materiais de precursor podem sofrer uma ou mais rea- ções químicas, tais como reações de oxidação, reações de redução ou rea- ções hidrolíticas, para produzir um substrato reagente adequado. A figura 1 mostra um esquema de reação 10’ geral para a produ- ção de xilitol de acordo com algumas concretizações. O esquema de reação 10' compreende as etapas de fornecimento de um substrato reagente 50' compreendendo uma porção de ácido urônico e a descarboxilação de ma- neira oxídativa 55' do substrato reagente. Substratos reagentes adequados incluem substratos reagentes contendo ácido urônico, que sofram uma rea- ção de descarboxilação desejada, sob certas condições de reação. Em uma concretização, método para preparação de xilitol compreende as etapas de fornecimento um substrato reagente 50', compreendendo uma porção de ácido urônico e a descarboxilação de maneira oxidativa 55' do substrato re- agente por descarboxilação oxidativa eletroquímica de um substrato reagen- te adequado. De preferência, o substrato reagente compreende uma porção de ácido urônico em uma estrutura de anel de piranose ou de furanose. Em uma concretização alternativa, método para a preparação de xilitol compre- ende as etapas de fornecimento de um substrato reagente 50’, compreen- dendo uma porção de ácido urônico e a descarboxilação oxidativa 55' do substrato reagente por descarboxilação oxidativa química de um substrato reagente adequado. De preferência, o substrato reagente da segunda con- cretização compreende uma porção de ácido L-gulônico. A etapa de descarboxilação oxidativa 55' produz um composto intermediário de xilitol 60', ou, altemativamente, produz xilitol ou outro com- posto útil na produção de xilitol. Vários compostos intermediários de xilitol podem ser produzidos, e os compostos intermediários de xilitol produzidos de acordo com a primeira concretização podem ser iguais ou diferentes dos compostos intermediários de xilitol, produzidos de acordo com os processos de acordo com a segunda concretização. O substrato reagente 50' pode ser fornecido como uma material de partida, ou pode ser obtido a partir de um ou mais materiais precursores.

Na figura 1, método para a produção de xilitol 10' compreende adicionalmente as etapas de: fornecimento de um material de partida 20’, modificação de maneira química 25’ do material de partida 20' para se obter um primeiro material precursor 30', modificação de maneira química 35’ do primeiro material precursor 30, para se obter um segundo material precursor 40' e modificação de maneira química 45’ do segundo material precursor 40’, para se obter o substrato reagente 50. O intermediário de xilitol 60' é quimi- camente modificado 65’, para produzir um produto de reação compreenden- do xilitol 70'. De preferência, o produto de reação compreende xilitol em um rendimento de pelo menos 20% de rendimento teórico de xilitol. A modifica- ção química de um material de partida, de um material precursor ou de um intermediário de xilitol pode indicar qualquer reação ou série de reações a- dequadas, que modifiquem a estrutura química do material, incluindo rea- ções de oxidação, reações de redução, hidrólise ou reações de condensa- ção.

Em um aspecto preferido da primeira concretização, método de produção de xilitol compreende a etapa de descarboxilação oxidativa eletro- química de um substrato reagente de ácido D-glicurônico, de um substrato reagente de ácido D-frutofuranosil-urônico ou de um substrato reagente de ácido L-gulônico, para produzir um intermediário de xilitol. De preferência, método compreende a etapa de descarboxilar oxidativamente um substrato reagente por descarboxilação anódica, sendo que o substrato reagente é selecionado a partir do grupo consistindo em: um glicosídeos, um oligossa- carídeo, um polissacarídeo, 1-fosfato ou um fluoreto de glicosila de sal de ácido D-glicurônico. A etapa de descarboxilação oxidativa produz um com- posto intermediário de xilitol. O intermediário de xilitol é, de preferência, uma estrutura de dialdeido ou de dicarbonila, a qual é, de preferência, subse- quentemente, reduzida com um catalisador de hidrogenação e gás hidrogê- nio, para fornecer um produto compreendendo xilitol.

Em um aspecto preferido da segunda concretização, método de produção de xitito! compreende a etapa de descarboxilação oxidativa de um substrato reagente de ácido D-glicurônico, para produzir um intermediário de dialdeido xilitol, tal como D-xilo-pent-1,5-diose. A etapa de descarboxilação oxidativa produz um primeiro composto de intermediário de xilitol, de prefe- rência, uma estrutura de dialdeido ou de dicarbonila. Em outro aspecto pre- ferido da segunda concretização, método de produção de xilitol compreende a etapa de descarboxilação oxidativa de um substrato reagente de ácido L- gulônico, para produzir um intermediário de xilitol, tal como L-xilose, para produzir um segundo intermediário de xilitol, de preferência, uma estrutura de dialdeido ou de dicarbonila. De preferência, em todos os aspectos da se- gunda concretização, um intermediário de xilitol é quimicamente modificado adicionalmente, por exemplo, por uma reação de redução / desidrogenação, para produzir um produto de reação compreendendo xilitol.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 mostra um processo de reação geral para síntese de xilitol. A figura 2 mostra dois processos de reação para síntese de xili- tol, compreendendo uma descarboxilação oxidativa eletroquímica. A figura 3 mostra um esquema de reação de acordo com os pro- cessos da Figura 2. A figura 4 mostra dois processos de reação para síntese de xili- tol compreendendo processos de descarboxilação oxidativa química. A figura 5 mostra um esquema de reação de acordo com um primeiro processo da Figura 4. A figura 6 mostra um esquema de reação de acordo com um segundo processo da Figura 4.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

Os termos "cerca de "ou "substancialmente" usados com refe- rência a uma quantidade se referem a variações na quantidade mencionada, que sejam equivalentes à quantidade mencionada, por exemplo, uma quan- tidade que não seja substancialmente diferente de uma quantidade mencio- nada para uma finalidade ou função pretendida. Uma variação de uma quan- tidade ou relacionamento modificado pelos termos "cerca de" ou "substanci- almente" incluem variações baseadas nas diretrizes gerais contidas no rela- tório descritivo conforme lido pelo versado na técnica.

Referências a "composto de ácido D-frutoronofuranosila," e a "composto de ácido D-glicuronopiranosila", conforme usadas aqui, se referem a seus glico- sídeoss, polímeros ou oligômeros e derivados e sais, a menos se especifi- cado de maneira diferente.

Referência a "composto de ácido D-glicurônico", conforme usada aqui, inclui seus glicosídeoss, polímeros ou oligômeros, de preferência, com uma extremidade redutora protegida, e seus derivados e sais.

Referência a "composto de gltcopiranose", conforme usada aqui, inclui seus glicosídeoss, polímeros ou oligômeros de a(alfa)-, p(beta)- e a,p(alfa,beta)- glicopiranose, e seus derivados e sais.

Referência a "composto de frutofuranose", conforme usada aqui, inclui seus glicosídeoss, polímeros ou oligômeros de a(alfa)-, P(beta)- e a,p(alfa,beta)- frutofuranose, e seus derivados e sais.

Referência a "composto de ácido glicopiranosidurônico", confor- me usada aqui, inclui seus glicosídeoss, polímeros ou oligômeros de ácido a{alfa)-, p(beta)- e a,p(alfa,beta)- glicopiranosidurônico, e seus derivados e sais. O termo "material de partida" se refere a uma entidade química que seja inicialmente fornecida em uma método para a produção de xilitol, antes de uma reação de descarboxilação oxidativa. Um material de partida pode estar quimicamente modificado para produzir um material precursor, ou pode ser um substrato reagente para uma reação de descarboxilação oxida- tiva. O termo "material precursor" se refere ao produto de modifica- ção química de um material de partida ou ao produto da modificação química de outro material precursor. O termo "substrato reagente" se refere a uma entidade química que sofre descarboxilação oxidativa para produzir um intermediário de xilitol ou um produto de xilitol. Em alguns aspectos, o material de partida também pode ser um substrato reagente. Um "substrato reagente de ácido urônico" é um substrato reagente que compreende pelo menos uma porção de ácido urônico. 0 termo "composto de ácido urônico", conforme usado aqui, se refere a um composto compreendendo um ácido urônico, incluindo certos seus glicosídeoss, polímeros ou oligômeros, assim como seus sais corres- pondentes. Um composto de ácido urônico, ou seus derivados e sais, é, de preferência, capaz de ser convertido a um intermediário de dialdeido de xili- tol, ou seus derivados e sais. Síntese de Xilitol Compreendendo Descarboxilação Oxidativa Eletroquímica Em uma primeira concretização, mostrada esquematicamente Na figura 2, processos para a produção de xilitol compreendem uma etapa de descarboxilação oxidativa por um meio eletroquímico, de preferência, por uma descarboxilação oxidativa de um substrato reagente. O uso de descar- boxilação eletroquímica em uma síntese de xilitol tem muitas vantagens. Em particular, poucos reagentes químicos estão envolvidos e a reação é capaz de ser altamente seletiva, assim, é freqüentemente mais simples purificar o produto. Além disso, tipicamente , há uma corrente de resíduos mínima, os subprodutos são desprezíveis, e há, tipicamente, reagentes gastos mínimos depois de processos de descarboxilação eletroquímica.

Um composto de glicopiranose (1) é usado como um material de partida para ambos os processos mostrados Na figura 2, embora qualquer material de partida, que possa ser convertido em um substrato reagente a- dequado, pode ser usado como material de partida ou como um material precursor. O composto de glicopiranose (1) pode ser oxidado (a) para formar um composto de ácido glicopiranosidurônico (2a) por qualquer método de reação de oxidação adequado, para formar um substrato reagente preferido.

Um material de partida ou material precursor pode compreender qualquer grupo D-glicuronopiranosila, que não esteja substituído no oxigênio na posi- ção 6, ou grupo D-fruturonofuranosila, que não esteja substituído no oxigênio na posição de anel. O substrato reagente (2a) é, de preferência, um sal de ácido D-glicurônico ou um seu glicosídeos, oligômero ou polímero, ou um material natural ou produzido por uma reação de oxidação (a). O substrato reagente (2a), opcionalmente, pode ser fornecido na forma de um sal de só- dio, de potássio, de amônio, de cálcio e/ou de magnésio. A reação de oxidação (a) do material precursor (1), para formar um substrato reagente pode ser realizada por métodos conhecidos na técni- ca, incluindo, mas, não limitados a: oxidação com ar / 02 em um catalisador, tal como platina, radicais de nitroxila estáveis (por exemplo, TEMPO, com regeneração), oxidação com íon de metal de transição com regeneração eletroquímica, e eletroquimicamente. Reações de oxidação (a) adequadas, para uso na oxidação de compostos de D-glicopiranosila a unidades de D- glicuronopiranosila são descritas nas seguintes referências, as quais são aqui incorporadas por referência em sua totalidade: K. Heyns et al, "Selecti- ve catalytic oxidation of carbohydrates, employing platinum catalysts," Ad- vances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 17, 169-221 (1962); T.

Vamada et al., Air oxidation of cyclodextrin with a platinum catalyst," Journal of Applied Glycoscience, 47, 21-26 (2002); P. L. Bragd et al., "Selective oxi- dation of carbohydrates by 4-AcNH-TEMPO/peracid Systems," Carbohydrate Polymers, 49, 397-406 (2002); K. Yasuda et al., "The simultaneous use of immobilized reagents for the one-pot conversion of alcohols to carboxylic acids," Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions, 1, 1024-1025 (2002). O ácido glicopiranosidurônico (2a) pode ser usado como um substrato reagente que sofra descarboxilação eletroquímica (c), para formar um intermediário de xilitol (3). Altemativamente, o ácido glicopiranosidurôni- co (2a) pode ser usado como um material precursor que sofra hidrólise (b) para formar um substrato reagente de ácido D-glicurônico (2b). A hidrólise (b) do composto de ácido glicopiranosidurônico pode ser realizada usando- se a- e/ou β-glicuronidase (ou uma mistura de ambas) ou um ácido com ca- lor, para liberar ácido D-glicurônico. Ácido glicurônico pode ser separado a partir de quaisquer sacarídeos não fônicos, por cromatografia de troca iônica ou eletrodiálise. Em cada método de reação, uma porção de carboxila no substrato reagente (por exemplo, o composto de ácido glicopiranosidurônico (2a) ou o substrato reagente de ácido D-glicurônico (2b)) sofre descarboxila- ção eletroquímica (c), para formar um intermediário de xilitol (3). O interme- diário de xilitol, produzido por ambos os processos mostrados Na figura 3, compreende D-xylo-pent-1,5-diose (d). De preferência, o intermediário de xilitol (3) é um intermediário de xilitol dialdeido.

Substratos reagentes adequados, para a realização da etapa de descarboxilação de maneira oxidativa eletroquimicamente (c), de um subs- trato reagente, de preferência, contém um ácido urônico, que esteja, de pre- ferência, em uma estrutura de anel de piranose ou de furanose. Um substra- to reagente pode ser um ácido de carboidrato, tal como um ácido aldônico ou sacarinico, embora substratos reagentes compreendendo um ácido urô- nico sejam preferidos. Mais especificamente, um substrato reagente, de pre- ferência, compreende uma porção química selecionada a partir do grupo consistindo em: um glicosídeos, um oligossacarídeo, um polissacarídeo, 1- fosfato ou um fluoreto de glicosila de sal de ácido D-glicurônico e um ácido D-fruturonofuranosila. Exemplos de substratos reagentes preferidos são mostrados Na figura 2, como um composto de ácido glicopiranosidurônico (2a) ou um composto de ácido D-glicurônico (2b). A etapa de descarboxilação oxidativa de um substrato reagente (c) é, de preferência, realizada por uma descarboxilação oxidativa eletroquí- mica do substrato reagente. O substrato reagente está, de preferência, em sua forma ionizada (isto é, sal), ou como um composto livre ou ligado glico- sidicamente a um álcool ou outra molécula. Uma reação de descarboxilação oxidativa (c) adequada, para fornecer o intermediário de xilitol (3), é uma reação de descarboxilação oxidativa, tal como a reação de Hofer-Moest (Ho- fer and Moest, Annalen, 1902, 828, 284). A reação de Hofer-Moest é descri- ta, por exemplo, por Kruis e Schanzer, Z. physikal. Chem., 1942, 191, A, 301. Neuberg (Biochemische Zeitschrift 7 (1908) 537). A descarboxilação de ácido D-glicônico para formar D-arabinose tem sido pesquisada como uma reação economicamente importante, e reatores de escoamento contínuo para o processo têm sido desenvolvidos. As seguintes referências são aqui incorporadas por referência em sua totalidade: Pergola et al., Electrochimica Acta 39 (1994) 1415; Pezzatini et al. Electroanalysis 4 (1992) 129; e Vallie- res e Matlosz, Journal of the Electrochemical Society 146 (1999) 2933.

Um equipamento para a descarboxilação de um substrato rea- gente compreende, de preferência, uma célula eletroquímica. Uma reação de descarboxilação oxidativa anódica (c) pode ser realizada usando-se a célula eletroquímica. O anodo de célula eletroquímica pode ser formado a partir de qualquer material adequado, mas, de preferência, grafite espectros- cópico, carbono pirolítico, grafite impregnado com cera, carbono vítreo, grafi- te disperso, material carbonáceo disperso, tecido de carbono, coque ou pla- tina como um leito empacotado, um leito fluidizado, ou anodo poroso. A pa- tente norte-americana de número 4.950.366, a qual é aqui incorporada por referência em sua totalidade, descreve um aparelho para a descarboxilação de ácido D-glicônico, para se obter D-arabinose, que pode ser usada para realizar a reação de descarboxilação oxidativa (c). A célula eletroquímica, de preferência, compreende um anodo de célula eletroquímica, na qual acredi- ta-se que a reação de descarboxilação eletroquímica (c) ocorra. A área de superfície de anodo é, de preferência, grande e pode ser feita de muitos ma- teriais carbonáceos, platina ou outros metais. O contato entre o material de partida e o anodo desencadeia a descarboxilação, que resulta em liberação de dióxido de carbono e na formação do intermediário de xilitol (3). De prefe- rência, a célula eletroquímica compreende adicionalmente um catodo, no qual a redução pode ocorrer dentro da célula eletroquímica.

Acredita-se que a descarboxilação oxidativa eletroquímica ocor- ra quando uma solução compreendendo um substrato reagente é colocada em contato com o anodo de uma célula eletroquímica, à qual um potencial é aplicado. Sem se estar preso por teoria, acredita-se que a descarboxilação de um composto de ácido glicopiranosidurônico resulte em formação, no carbono 5, de um carbocátion (íon carbônio), que é estabilizado como um íon carboxônio (envolvendo o átomo de oxigênio de anel). A adição de um íon hidróxido ou de molécula de água a este intermediário pode formar um hemiacetal, que, em um ambiente aquoso, se abre, formando um aldeído (carbono 5) e um hemiacetal no carbono 1. O último se decompõe para for- mar um aldeído, formando o dialdeido.

Outros exemplos de métodos de oxidação eletroquímica são descritos nas seguintes referências, as quais são aqui incorporadas por refe- rência em sua totalidade: Schuurman et al., Studies in Surface Science and Catalysis, 72 (1992) 43; Applied Catalysis A: General 89 (1992) 31, 47 e re- ferências nela; P.L. Bragd, A.C. Besemer, e H. van Bekkum, Carbohydrate Polymers 49 (2002) 397-406); Matsuoka et al., Fuel Cells 2 (2002) 35. A realização da descarboxilação eletroquímica (c) de um subs- trato reagente, tal como ácido glicopiranosidurônico (2a) ou ácido D- glicurônico (2b), fornece um intermediário de xilitol (3), tal como D-xilo-pent- 1,5-diose (d). Uma ou mais modificações químicas subseqüentes do inter- mediário de xilitol (3), tal como uma reação de redução - hidrogenação (e), fornece uma composição de produto compreendendo xilitol (4). I intermediá- rio de xilitol (3) não iônico pode ser separado de material de partida (2) não reagido, por exemplo, por cromatografia de troca iônica ou eletrodiálise. A redução do intermediário de xilitol (3) pode ser realizada por qualquer méto- do adequado conhecido na técnica, incluindo, mas, não limitado a, hidroge- nação catalítica. A catálise eficaz inclui rutênio e níquel. Em particular, cata- lisadores de rutênio suportados e níquel de Raney podem ser usados. Em um aspecto, o intermediário de xilitol (3) pode ser reduzido com hidrogênio com um catalisador de rutênio (pedido de patente WO de número 2004052813, incorporado aqui, em sua totalidade, por referência), de níquel (patente norte-americana de número 4.008.285, incorporada aqui, em sua totalidade, por referência) ou outros catalisadores de hidrogenação conheci- dos, para produzir xilitol (4). A hidrogenação é rotineiramente realizada em temperaturas entre cerca de 70°C e cerca de 150°C, e em pressões de entre cerca de 0,1 e cerca de 10 MPa de H2. Alternativamente, a redução eletro- química pode ser usada (Taylor, Chemical and Metallurgical Engineering, Vol. 44 (1937) 588, incorporado aqui, em sua totalidade, por referência). A redução do intermediário obtido por descarboxilação de ácido D- fruturonofuranosila fornece uma mistura de xilitol e D-arabinitol. O xilitol pode ser recuperado por cristalização (De Faveri et al., Journal of Food Enginee- ring 61 (2004) 407, incorporado aqui, em sua totalidade, por referência). A figura 3 mostra um esquema de reação química detalhado pa- ra vários compostos químicos, que podem ser usados de acordo com os mé- todos para a produção de xilitol de acordo com os esquemas de reação da Figura 2. O material de partida ou material precursor (1) pode ser qualquer composto adequado, que possa ser quimicamente alterado para formar substrato reagente (2), que sofra descarboxilação oxidativa eletroquímica (c). Conforme observado acima, um material de partida ou material precursor adequado pode compreender qualquer grupo D-glicuronopiranosila ou grupo D-fruturonofuranosila que não esteja substituído no oxigênio na posição 6. O material de partida (1), ou um material precursor (se aplicável), que seja convertido a um substrato reagente, é, de preferência, um sal de ácido D- glicurônico (1, Na figura 2) ou um seu glicosídeos, oligômero ou polímero, ou como um material natural ou produzido por oxidação. Dois exemplos de ma- teriais naturais adequados, úteis como um material precursor ou um material de partida, são gliuorana e glicuronana (um polímero que ocorre naturalmen- te de ácido glicurônico). Outros compostos de material de partida (1) ade- quados incluem glicosídeoss (R = grupo alquila ou arila), compostos com unidades de D-glicopiranosila em ligações glicosídicas, tais como malto- ou celulo-oligo- ou polissacarídeos (R e/ou um dos grupos R' = uma unidade D- glicopiranosila, os outros grupos R' = H), fosfato de D-glicopiranosila (R = fosfato), fluoreto de D-glicopiranosila (OR = F), ou sacarose (R = unidade D- frutofuranosila). O material de partida (1) pode ter uma configuração ou alfa ou beta no carbono de número 1. Alternativamente, oligo- e polissacarídeos contendo unidades de D-frutofuranosila 2,1-ligadas também podem servir como materiais de partida. Em outro aspecto, um sal de um composto con- tendo D-frutofuranosila ou um seu oligômero ou polímero 2,1-ligado, produ- zido por oxidação de uma frutana 2,1-ligada, ou oligômeros obtidos a partir dela, também podem servir como o substrato reagente da seqüência de rea- ção.

Na figura 3, o material de partida (3) é convertido em um subs- trato reagente (2) adequado, conforme descrito acima com respeito aos es- quemas de reação da Figura 2. No substrato reagente (2), a aglicona do gli- cosideos (R) é, de preferência, uma porção química selecionada a partir do grupo consistindo em: um álcool de alquila ou de arila, um açúcar e uma u- nidade glicopiranuronosila (ácido oligo- ou poliglicurônico) ou um grupo pro- tetor semelhante para o carbono 1 da unidade de glicuronopiranosila. As etapas restantes no esquema de reação química da Figura 3, incluindo a descarboxilação oxidativa (c), para fornecer um composto intermediário de xilitol (3), e a hidrogenação de redução (e), para fornecer o produto de xilitol (4), são realizadas conforme descrito nos esquemas de reação ilustrados Na figura 2. De preferência, o substrato reagente é um ácido urônico e o inter- mediário de xilitol (3) é um intermediário de xilitol dialdeido.

Em um primeiro aspecto da primeira concretização, método de preparação de xilitol compreende as seguintes etapas: fornecimento de um material de partida contendo D-glicopiranosila, oxidação do material de par- tida contendo D-glicopiranosila de qualquer maneira adequada para formar um substrato reagente compreendendo uma porção de D- glicuronopiranosila, descarboxilação eletroquímica do substrato reagente contendo a porção de D-glicuronopiranosila, para formar um intermediário de xilitol; redução e hidrogenação do intermediário de xilitol de qualquer manei- ra adequada para produzir xilitol. De preferência, a descarboxilação oxidativa é realizada por um processo eletroquímico anódico. Também de preferência, o intermediário de xilitol é uma espécie não iônica. Em um aspecto, o inter- mediário de xilitol é D-xilo-pent-1,5-diose.

Em outro aspecto preferido da primeira concretização, método de preparação de xilitol compreende as seguintes etapas: fornecimento de um material de partida contendo D-glicopiranosila, oxidação do material de partida contendo D-glicopiranosila de qualquer maneira adequada, para for- mar um material precursor compreendendo uma porção de D- glicuronopiranosila, hidrólise do material precursor compreendendo a porção de D-glicuronopiranosila de qualquer maneira adequada, para formar um substrato reagente compreendendo porção de ácido D-glicurônico, descar- boxilação de maneira eletroquímica do substrato reagente contendo a por- ção de ácido D-glicurônico, para formar um intermediário de xilitol; redução e hidrogenação do intermediário de xilitol de qualquer maneira conhecida, para produzir xilitol. De preferência, a descarboxilação oxidativa é realizada por um processo eletroquímico anódico. Também preferivelmente, o intermediá- rio de xilitol é uma espécie não iônica. Em um aspecto, o intermediário de xilitol é D-xilo-pent-1,5-diose.

Em um terceiro aspecto preferido da primeira concretização, Mé- todo de preparação de xilitol compreende as seguintes etapas: fornecimento de um material de partida contendo D-fruturonofuranosila, que não esteja substituída no oxigênio em posição seis, oxidação do material de partida contendo D-fruturonofuranosila de qualquer maneira adequada, para formar um substrato reagente compreendendo uma porção de D- fruturonofuranosila, hidrólise do material precursor contendo a porção de D- fruturonofuranosila, e descarboxilação de maneira oxidativa do material pre- cursor contendo a porção de D-fruturonofuranosila, para produzir xilitol. De preferência, a descarboxilação oxidativa é realizada por um processo eletro- químico anódico.

Enquanto certos aspectos da primeira concretização são apre- sentados com respeito a estruturas moleculares particulares, muitos outros substratos reagentes, materiais precursores e materiais de partida são, tam- bém, contemplados. Por exemplo, uma descarboxilação eletroquímica pode- ría ser aplicada a qualquer composto compreendendo porções de ácido urô- nico, para produzir outros materiais precursores. Uma unidade de uronato de D-frutofuranosila, tal como pode ser obtida por oxidação do grupo de álcool primário (carbono 6 de inulina, oligossacarídeos de inulina ou outras frutanas 2,1-ligadas), da mesma maneira que compostos contendo unidades de D- glicopiranosila são oxidados, podem sofrer a mesma série fundamental de reações conduzindo a um carbocátion (íon carbônio) de uma furana. As sub- seqüentes adição de OH e abertura e liberação de anel fornece um interme- diário, que pode ser reduzido para formar uma mistura de xilitol e L- arabinitol. A isomerização de L-arabinitol fornece uma mistura de epímeros de alditol, entre os quais está xilitol (patentes norte-americanas de números 5.714.602 e 6.458.570, ambas as quais são aqui incorporadas por referên- cia). O xilitol também pode ser formado bioquimicamente a partir de outros pentitóis (patente européia de número 421882, patentes norte-americanas de números 6.303.353 e 6.340.582, e patente japonesa de número 2004024140).

Em um aspecto da primeira concretização, método de prepara- ção de xilitol compreende as seguintes etapas: fornecimento de um material de partida contendo D-fruturonofuranosila, que não está substituída no oxi- gênio da posição 6, oxidação do material de partida contendo D- frutocopiranosila de qualquer maneira adequada, para formar um composto de fruturonofuranosila, descarboxilação do material precursor, para formar um intermediário de xilitol e D-arabinitol, e redução do precursor de xilitol para produzir xilitol, em conjunto com D-arabinitol. De preferência, a descar- boxiiação oxidativa é realizada por um processo eletroquímico anódico. Síntese de Xilitol Compreendendo Descarboxilação Oxidativa Química Em uma segunda concretização, mostrada esquematicamente Na figura 4, processos para a produção de xilitol compreendem uma etapa de descarboxilação oxidativa realizada por uma ou mais reações químicas. Várias reações químicas podem ser usadas para realizar a descarboxilação oxidativa de um substrato reagente de acordo com a segunda concretização.

Processos para a preparação de xilitol compreendendo o uso de reações químicas para realizar uma etapa de descarboxilação são apresen- tados esquematicamente Na figura 4. A figura 4 retrata dois processos alter- nativos para a produção de xilitol, dentro da segunda concretização. Em um primeiro aspecto, xilitol é produzido a partir de um substrato reagente de áci- do D-glicurônico (30), que sofra uma descarboxilação química (c2). Em um segundo aspecto, o xilitol é produzido a partir de um substrato reagente de ácido L-gulônico (60), que sofra uma descarboxilação química (g2), para formar um intermediário de xilitol. O intermediário de xilitol produzido depen- de de qual substrato reagente for usado. No primeiro aspecto, um intermedi- ário de xilitol (40) de D-xilo-pent-1,5-diose (d2) é produzido. No segundo as- pecto, um intermediário de xilitol (70) de L-xilose (h2) é produzido. O inter- mediário de xilitol (40), (70) pode ser reduzido por reação de redução por hidrogenação (e2).

Qualquer material de partida adequado, que possa ser converti- do em um substrato reagente adequado, que possa ser usado como um substrato reagente ou um material precursor. Um compostos de glicopirano- se (10) é mostrado como um material de partida para os processos da Figu- ra 4. O material de partida pode ser oxidado (a2) para formar um composto de ácido glicopiranosidurônico (20), por qualquer método de reação de oxi- dação adequado, conforme descrito com respeito aos métodos de síntese de xilitol da primeira concretização, para formar um material precursor ou um substrato reagente. A reação de oxidação (a2) do material precursor (10), para formar um material precursor (20) de ácido glicopiranosidurônico, pode ser realizada por métodos conhecidos na técnica, incluindo, mas, não limita- dos a: oxidação com ar/ O2 em um catalisador, tais como platina, radicais de nitroxila estáveis (por exemplo, TEMPO, com regeneração), oxidação com íon de metal de transição com regeneração eletroquímica, e eletroquimica- mente. Reações de oxidação (a2) adequadas, para uso na oxidação de compostos de D-glicopiranoíla para formar unidades de D- glicuronopiranosila, são descritas nas seguintes referências, as quais são aqui incorporadas por referência em sua totalidade: K. Heyns et al, “Selecti- ve catalytic oxidation of carbohydrates, employing platinum catalysts," Ad- vances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 17, 169-221 (1962); T.

Yamada et al., Air oxidation of cyclodextrin with a platinum catalyst,” Journal of Applied Glycoscience, 47, 21-26 (2002); P. L. Bragd et al., “Selective oxi- dation of carbohydrates by 4-AcNH-TEMPO/peracid Systems,” Carbohydrate Polymers, 49, 397-406 (2002); K. Yasuda et al., ‘The simultaneous use of immobilized reagents for the one-pot conversion of alcohols to carboxylic acids,” Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions, 1, 1024-1025 (2002). O ácido glicopiranosidurônico (20) pode ser usado como um ma- terial precursor, que possa ser convertido em um substrato reagente ou em outra material precursor. O ácido glicopiranosidurônico (20) pode ser conver- tido ao ácido D-glicurônico (30), por hidrólise (b2) do material precursor de ácido glicopiranosidurônico (20). A hidrólise (b2) do material precursor de ácido glicopiranosidurônico (20) pode ser realizada de qualquer maneira a- dequada, tal como por uso de uma enzima, tal como a- e/ou β- glicuronosidase, ou por uso de um ácido com calor. O ácido glicurônico (30) pode ser separado a partir de quaisquer sacarídeos não iônicos por croma- tografia de troca iônica. O ácido D-glicurônico (30) pode servir como um substrato rea- gente e pode sofrer descarboxilação química (c2). Alternativamente, o ácido D-glicurônico (30), de preferência, serve como um material precursor, que é subseqüentemente reduzido (f2), por uma reação de desidrogenação ade- quada, para formar um substrato reagente de ácido L-gulônico (60). Um substrato reagente de ácido D-glicurônico (30) pode ser reduzido por Método conhecido na técnica. Reações de redução por desidrogenação adequadas envolvem ou uso de hidrogênio mais um catalisador de hidrogenação, por exemplo, conforme descrito acima para a redução (e2) do intermediário de xilitol (4), Na figura 2.

Um substrato reagente de ácido D-gulônico (30) pode sofrer qualquer tipo de descarboxilação oxidativa química (c2), para fornecer um primeiro intermediário de xilitol (40) (D-xilo-pent-1,5-diose, (d2)). Similarmen- te, substratos reagentes de ácido L-gulônico (60) podem sofrer qualquer tipo de descarboxilação oxidativa (g2), para fornecer um segundo intermediário de xilitol (h2) (L-xilose). Reações de descarboxilação oxidativa, tipicamente, resultam em liberação de dióxido de carbono e em formação dos intermediá- rios de xilitol, tais como D-xilo-pent-1,5-diose (d2) ou L-xilose (h2). Estes in- termediários de xilitol (40) e (70) não iônicos podem ser separados de mate- rial de partida não reagido por cromatografia de troca iônica. A descarboxilação oxidativa (c2), (g2) pode ser realizada em um substrato reagente (30) usando-se várias reações químicas. Exemplos de abordagens de descarboxilação oxidativa química adequadas incluem, mas, não limitadas a, um ou mais dos seguintes: uso de um catalisador de íon de metal de transição com um agente oxidante primário, uso de um hipoclorito / ácido hipocloroso, reações de Hofer-Moest foto-químicas e o uso de água supercrítica.

Em um aspecto, uma descarboxilação oxidativa química é reali- zada usando-se hipoclorito / ácido hipocloroso. De preferência, a descarboxi- lação oxidativa química é realizada em substratos reagentes compreenden- do uma posição de (alfa)-hidróxi-ácido, tal como ácido D-glicurônico ou ácido L-gulônico. Amidas de ácidos de açúcar também podem ser descarboxiladas a partir de hipoclorito (degradação de Hoffman). A degradação de Hoffman também pode ser usada para a descarboxilação de glicuronosídeos. Deta- lhes adicionais sobre a descarboxilação oxidativa de carboidratos usando hipoclorito / ácido hipocloroso são encontrados em R. L. Whistler et al, “Pre- paration of D-arabinose and D-glucose with hypochlorite,” Journal of the A- merícan Chemical Society, 81, 46397 (1981), a qual é aqui incorporada por referência. A descarboxilação oxidativa química também pode ser realizada usando-se água supercrítica, por exemplo, conforme descrito por V. Di Tullio et al., “Superctitical water refining of petroleum residues and simultaneous hydrolysis-decarboxylation of waste glycerides, fats and proteins", publicação de pedido internacional PCT de número WO 2002/74881 (data de depósito internacional de 26 de setembro de 2002) (Chemical Abstracts 137, 265376 (2002)), que é aqui incorporada por referência em sua totalidade.

Em outro aspecto, uma descarboxilação oxidativa química é rea- lizada usando-se catalisador de íon de metal de transição, tais como: Fe(lll), Cu(ll), Ru(lll), Co(ll), Mn(lll), Ag(l), Bi(lll)/Bi(0), e complexos deles, com um agente oxidante primário, tais como peróxido de hidrogênio, hipoclorito, hi- poclorito / brometo, hipobromito, dióxido de cloro, oxigênio, ozônio, peróxi- nitrito, persulfato ou bromo, para regenerar o catalisador.

De preferência, Método de produção de xilitol compreende a rea- lização de uma descarboxilação oxidativa química, usando-se um catalisador de íon de metal de transição de cobre, tal como um catalisador de Cu(ll), em combinação com qualquer agente oxidante primário adequado. Por exemplo, um procedimento de degradação de Ruff pode ser realizado, de preferência, usando-se íons cobre ao invés de ferro, para a degradação de Ruff de açú- cares ácidos. A descarboxilação com Cu(l) / oxigênio de ácido alifáticos e de (alfa)-hidróxi-ácidos, em solventes orgânicos, pode ser usada em um aspec- to. Em outro aspecto, sais de Cu(lll) de periodato e de telurato podem ser usados para descarboxilar (alfa)-hidróxi-ácidos, para fornecer aldeídos e ce- tonas. A degradação de Ruff é descrita em W. Pigman et a!., “The Carbohy- drates," Academic Press, New York, 2nd Ed., Vol. IA (1972), Vol. IB (1980), as porções relevantes da qual, para descarboxilações oxidativas de carboi- dratos, são aqui incorporadas por referência. A descarboxilação oxidativa química também pode ser realizada usando-se um catalisador de Ru(lll), em combinação com um agente oxidan- te primário adequado, descrito acima, por exemplo, conforme descrito em Y.R. Rao et al, “Kinetics of ruthenium (ill)-catalyzed oxidative decarboxylati- on of some aliphatic acids by ceric sulfate,” Proceedings of the National Symposium on Catalysis, 4th, 341-346 (Chemical Abstracts 94, 46397 (1981)), que é aqui incorporada por referência.

Altemativamente, a descarboxilação oxidativa química pode ser realizada usando-se composto de Ce(IV), por exemplo, descarboxilar ácido D-glicônico, para fornecer D-arabinose. Acetato de chumbo (IV) também po- de ser usado em reações de descarboxilação, por exemplo, para a divagem seletiva de ligações glicuronosídicas, conforme conhecido na técnica. Vários íons de metal de transição adequados podem ser usados para descarboxilar (alfa)-hidróxi-ácidos, seguindo um mecanismo de descar- boxilação ao estilo de Hofer-Moest. Por exemplo, reações de descarboxila- ção química também podem ser reações de descarboxilação ao estilo de Kolbe / Hofer-Moest, realizadas usando-se um ou mais dos seguintes: Pb(IV), Ag(ll), Mn(lll), Co(lll), Ce(lV) ou Th(lll). Outros exemplos incluem o uso de um ou mais compostos compreendendo um íon Ni(ll) ou um Ti(IV) em uma degradação de Ruff, compostos compreendendo. Outros compostos úteis para a realização de descarboxilação oxidativa podem incluir compos- tos compreendendo um ou mais dos seguintes: Au(lll), Pt(IV), lr(IV), Ag(ll), e Hg(ll), conforme conhecido na técnica. Para descarboxilação de compostos de piranose, métodos de descarboxilação oxidativa preferidos incluem os métodos de degradação de Hoffman e métodos compreendendo o uso de compostos contendo Pb(IV).

Versões foto-químicas da reação de Hofer-Moest também po- dem ser usadas para descarboxilações oxidativas. Versões de foto-oxidação da reação empregam óxido de titânio (que pode estar dopado com Fe, Cu, Ag ou outros íons de metal) ou complexos de ferro(lll) - porfirina. Detalhes adicionais destes métodos de descarboxilação oxidativa foto-química são encontrados nas seguintes referências, que são aqui incorporadas em sua totalidade: J.M. Hermann et al,”Photocatalytic degradation of aqueous hy- droxyl-butandioic acid (malic acid) in contact with powdered and supported titania in water,” Catalysis Today, 54, 131-141 (1999); P. Hanson etal., “The mechanisms of the photo-decarboxylation of alkyl- and arylmethyí- carboxylates using visible light and iron (III) tetra-(2-N-methylpyridyl) porphrin pentachloride in aqueous solution," Journal of the Chemical Society, Perkins Transactions, 2,2653-2568 (1998).

Referindo-se novamente à Figura 4, um primeiro intermediário de xilitol (40), mostrado como D-xilo-pento-1,5-diose (d2), ou um segundo intermediário de xilitol (70), mostrado como L-xilose (h2), pode ser reduzido (e2) usando-se hidrogênio e um catalisador de hidrogenação, para produzir xilitol (500. A redução (e2) pode ser realizada usando-se qualquer reação adequada, tal como um catalisador de rutênio ou níquel. Por exemplo, uma redução (e2) pode ser uma reação de hidrogenação realizada com hidrogê- nio e um catalisador de rutênio (ver o pedido de patente WO de número 2004052813, aqui incorporado por referência), de níquel (patente norte- americana de número 4.008.285, aqui incorporada por referência) ou outros catalisadores de hidrogenação de acordo com a técnica conhecida para pro- duzir xilitol (50). Em um aspecto, uma hidrogenação pode ser realizada em temperaturas entre 70°C e 150°C, e em pressões entre 0,1 e 10 MPa de H2.

Altemativamente, a redução eletroquímica pode ser usada (Taytor, Chemical and Metallurgical Engineering, Vol. 44 (1937) 588, que é aqui incorporada por referência). Em um aspecto, um intermediário de xilitol (40) de D-xilo- pent-1,5-diose (d2) e/ou um intermediário de xilitol (70) de L-xilose (h2) pode ser reduzido com hidrogênio e um rutênio.

Depois de redução (e2), o xilitol (50) pode ser recuperado a par- tir do produto final por cristalização, por exemplo, conforme descrito por De Faveri et al., Journal ofFood Engineering 61 (2004) 407, que é aqui incorpo- rada por referência em sua totalidade. L-xilose (70) pode ser separada de sais de L-gutonato não reagidos por cromatografia de troca iônica. Xilitol po- de ser separado de ácido L-gulônico ou D-glicurônico por quaisquer meios adequados, incluindo cromatografia de troca iônica. Em um aspecto particu- larmente preferido, um ácido L-gulônico, em sua forma de sal ionizado, é oxidado para fornecer L-xilose e para descarboxilar ácido L-glicurônico, para fornecer um dialdeido, ambos os produtos podem ser reduzidos para produ- zir xilitol. A figura 5 retrata a seqüência de reação descrita Na figura 4, quando o material de partida (10) for uma unidade de a-D-glicopiranosila glicosidicamente ligada, ou compostos correlatos, e o substrato reagente for um ácido D-giicurônico (30). Na figura 5, o material de partida (10) é oxidado (a2) para formar material precursor (20) (por exemplo, um composto de áci- do glicopiranosidurônico), que é hidrolisado (b2) para formar substrato rea- gente de ácido D-glicurônico (30). A descarboxilação oxidativa química (c2) de substrato reagente de ácido D-glicurônico (30) produz um intermediário de xilitol (40) de dialdeido, que pode ser reduzido a xilitol (50). De preferên- cia, o intermediário de xilitol (40) é um intermediário de xilitol de dialdeido. A figura 6 retrata a seqüência de reação da Figura 4, quando o composto (30) de ácido D-glicurônico (30) for um material precursor que seja reduzido (f2) a um ácido L-gulônico (60). O ácido L-gulônico (60) sofre des- carboxilação para produzir um intermediário de xilitol de L-xilose (70), que pode ser reduzido (e2) para formar xilitol (50).

De preferência, um composto de ácido D-glicurônico (30) é um sal compreendendo sais de sódio, potássio, amônio, cálcio e/ou magnésio de oligo- ou poli(ácido glicurônico) (grau de polimerização de 2 ou maior).

Mais especificamente, o composto de ácido D-glicurônico (30) pode ser um sal de ácido D-glicurôníco, um D-glicuronopiranosídeo de alquila ou arila, 1- fosfato de D-glicuronopiranose e fluoreto de D-glicuronopiranosila. O subs- trato reagente (30) também pode ser um composto de fruturonofuranosila, opcionalmente compreendendo sais de sódio, potássio, amônio, cálcio e/ou magnésio de inulina oxidada ou outra frutana 2,1-ligada. Um sal de ácido L- gulônico (60), de preferência, inclui pelo menos um do grupo consistindo nos sais de sódio, potássio, amônio, cálcio e/ou magnésio de ácido L-gulônico.

Com referência às Figuras 5 e 6, um material de partida (10), ou um material precursor, pode ser um composto que inclua glicosídeoss (R = grupo alquila ou arila), outros compostos com unidades D-glicopiranosila em ligações glicosídicas, tais como malto- ou celulo-oligo- ou polissacarídeos (R e/ou um dos grupos R‘ = uma unidade D-glicopiranosila, os outros grupos R' = H), fosfato de D-glicopiranosila (R = fosfato), fluoreto de D-glicopiranosila (OR = F), ou sacarose (R = unidade D-frutofuranosila). O grupo hidróxi- alquila (-OR) no carbono de número 1 do material de partida (10) pode estar na configuração alfa ou beta. Opcionalmente, o material de partida (10) pode ser uma glicuronana que ocorre naturalmente ou sacarose oxidada para in- cluir uma unidade de ácido D-glicurônico. O material de partida também po- de ser obtido por oxidação de um glicosídeos de alquila, D-glicose-1-fosfato ou fluoreto de D-glicopiranosila, para formar o composto correspondente contendo ácido D-glicurônico; um amido, uma dextrina, uma maltodextrina ou outro material derivado de amido, para formar compostos contendo múlti- plas unidades de ácido D-glicurônico; oxidação de celulose ou de celodextri- na, para formar compostos contendo múltiplas unidades de ácido D- glicurônico; sacarose para produzir uma unidade de ácido glicurônico. O ma- terial de partida também pode ser uma glicuronana que ocorre naturalmente. O substrato reagente (20) Na figura 5, é, de preferência, um áci- do D-glicurônico ou um seu glicosídeos, oligômero ou polímero, ou um com- posto correlato, ou como um material natural ou produzido por oxidação. O substrato reagente (60) Na figura 6 é, de preferência, um composto de ácido L-gulônico. O intermediário de xilitol (40) Na figura 5 (a partir da descarboxi- lação oxidativa de ácido D-glicurônico e seus glicosídeoss ou compostos correlatos) ou o intermediário de xilitol (60) Na figura 6 (a partir da descarbo- xilação oxidativa de ácido gulônico) pode ser reduzido (e2) , para fornecer xilitol (50). A redução (e2) pode ser realizada por qualquer método adequa- do, incluindo aqueles descritos com respeito à etapa de redução de interme- diário de xilitol (c) Na figura 2, para a primeira concretização.

Em um aspecto da segunda concretização, método de prepara- ção xilitol compreende as seguintes etapas: fornecimento de um material de partida contendo D-glicopiranosila, oxidação do material de partida contendo D-glicopiranosila de qualquer maneira adequada, para formar um primeiro material precursor de compreendendo uma porção de D-glicuronopiranosila, hidrólise do primeiro material precursor de qualquer maneira adequada, para formar um segundo material precursor compreendendo um ácido D- glicurônico, redução e hidrogenação do segundo material precursor de qual- quer maneira adequada, para formar um substrato reagente compreendendo ácido L-gulônico, descarboxilação de maneira oxidativa do substrato reagen- te compreendendo ácido L-gulônico, para produzir intermediário de xilitol, redução e hidrogenação do intermediário de xilitol de qualquer maneira ade- quada, para produzir xilitol. De referência, o intermediário de xilitol é L-xilose.

Um aspecto alternativo da segunda concretização fornece Méto- do de preparação de xilitol que compreende as seguintes etapas: forneci- mento de um material de partida contendo D-glicopiranosila, oxidação do material de partida contendo D-glicopiranosila de qualquer maneira adequa- da, para formar um material precursor compreendendo uma porção de D- glicuronopiranosila, hidrólise do material precursor contendo a porção de D- glicuronopiranosila de uma maneira adequada, para formar um substrato reagente compreendendo ácido D-glicurônico, descarboxilação de maneira oxidativa do substrato reagente compreendendo ácido D-glicurônico, para produzir um intermediário de xilitol, redução e hidrogenação do intermediário de xilitol de qualquer maneira adequada, para produzir xilitol. Neste aspecto, o intermediário de xilitol é tipicamente D-xilo-pent-1,5-diose.

Outro aspecto da segunda concretização fornece método de preparação de xilitol, que compreende as seguintes etapas: fornecimento de um material de partida contendo D-glicopiranosila, oxidação do material de partida contendo D-glicopiranosila de qualquer maneira adequada, para for- mar um material precursor de compreendendo uma porção de D- glicopiranosidurônica, hidrólise do material precursor de contendo a porção de D-glicopiranosidurônica de uma maneira adequada, para formar um subs- trato reagente compreendendo ácido D-glicurônico, descarboxilação de ma- neira oxidativa do substrato reagente compreendendo ácido D-glicurônico, para produzir um intermediário de xilitol, redução e hidrogenação do inter- mediário de xilitol de qualquer maneira adequada, para produzir xilitol. Neste aspecto, o intermediário de xilitol é tipicamente D-xilo-pent-1,5-diose.

Os métodos para produção de xilitol forneceram cerca de 20, 30, 40, 40, 50, 60, 70, 80, 85, 90, 95 ou até 100% do rendimento teórico, mais preferivelmente pelo menos cerca de 40%, pelo menos cerca de 60%, pelo menos cerca de 80%, ou, de preferência, cerca de 95% do rendimento teóri- co.

Também preferivelmente, os métodos para a produção de xilitol consomem pelo menos cerca de 20, 30, 40, 40, 50, 60, 70, 80, 85, 90, 95 ou até 100% do material de partida em uma base molar, e, mais preferivelmen- te, consomem pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, ou mais do material de par- tida em uma base molar. Em algumas concretizações, material de partida não reagido é reciclado por reutilização do material de partida não reagido, no início de uma nova reação, como um material de partida, material precur- sor como um substrato reagente.

Combinações ilustrativas de aspectos das concretizações são descritas abaixo. Combinações ilustrativas de aspectos das concretizações são descritas abaixo. Com respeito aos métodos de sintetização de xilitol da primeira concretização, descarboxilação oxidativa eletroquímica de um subs- trato reagente, compreendendo uma estrutura de anel de piranose ou de furanose, é particularmente preferida. Em um aspecto, substratos reagentes para descarboxilação oxidativa são substâncias compreendendo um grupo D-glicuronopiranosila, sem substituição química no oxigênio, na posição 6 do anel piranosila. Em outro aspecto, substratos reagentes para descarboxila- ção oxidativa são substâncias compreendendo um grupo D- fruturonofuranosila sem substituição química no oxigênio no anel furanosila.

Com respeito aos métodos de sintetização de xilitol da segunda concretiza- ção, as reações compreendendo as etapas de hidrólise de um composto compreendendo uma unidade D-glicoronopiranosila, liberação de ácido D- glicurônico livre e subseqüente redução para formar ácido L-gulônico são preferidas. Redução com catalisadores de íon de metal, particularmente co- bre (por exemplo, degradação de Ruff), é preferida para redução de ácido D- glicurônico a ácido L-gulônico. Várias combinações ilustrativas específicas de aspectos da primeira e segunda concretizações são fornecidos abaixo.

Em um primeiro aspecto ilustrativo, método de produção de xili- tol compreende uma ou mais das seguintes etapas: a. descarboxilação de um composto D-glicurônico de maneira eletroquímica, para produzir um in- termediário de dialdeido-xilitol; b. hidrogenação do intermediário de xilitol, na presença de um catalisador, para produzir xilitol; c. opcionalmente, separa- ção do intermediário de xilitol de sal de ácido urônico não reagido ou seus glicosídeos, oligômeros ou polímeros e compostos correlatos; d. opcional- mente, reciclo de qualquer material de partida não reagido para a etapa (a).

Em um segundo aspecto ilustrativo, método de produção de xili- tol compreende uma ou mais das seguintes etapas: a. descarboxilação do sal de ácido D-fruturonofuranosila, ou de seu glicosídeos, oligômero ou po- límero, de maneira eletroquímica, para produzir um intermediário de dicar- bonila-xilitol; b. hidrogenação do intermediário, na presença de um catalisa- dor, para produzir uma mistura de xilitol e D-arabinitol; c. opcionalmente, se- paração do intermediário de sal de ácido D-fruturonofuranosila, ou de seus glicosídeos, oligômeros ou polímeros; ou d. opcionalmente, compreendendo adicionalmente reciclo do material de partida residual para a etapa (a).

Em um terceiro aspecto ilustrativo, método de produção de xilitol compreende uma ou mais das seguintes etapas: a. descarboxilação de um sal de ácido L-gulônico, de maneira eletroquímica, para produzir L-xilose; b. hidrogenação da L-xilose, na presença de um catalisador, para produzir xili- tol; c. opcionalmente, separação da L-xilose ou xilitol de sal de ácido L- gulônico não reagido; d. opcionalmente, reciclo de qualquer material de par- tida não reagido para a etapa (a). Em um quarto aspecto ilustrativo, método de produção de xilitol compreende a etapa de dissolução de um sal de ácido urônico ou seu glicosídeos, em um solvente miscível com água adequado, tal como água, metanol, etanol, dioxano ou acetonitrila.

Em um quinto aspecto ilustrativo, método de produção de xilitol compreende uma etapa de descarboxilação eletroquímica. De preferência, uma descarboxilação oxidativa ocorre dentro de uma célula eletroquímica, em um anodo. Mais preferivelmente, o anodo compreende grafite espectros- cópico, carbono pirolítico, grafite impregnado com cera, carbono vítreo, grafi- te disperso, material carbonáceo disperso, tecido de carbono, coque ou pla- tina como um leito empacotado, leito fluidizado, ou anodo poroso. Também de preferência, uma reação de redução ocorre em um catodo dentro da célu- la eletroquímica.

Em um sexto aspecto ilustrativo, método de produção de xilitol compreende a etapa de hidrogenação catalítica / etapa de redução, opcio- nalmente realizada usando-se um catalisador de rutênio, de níquel de Raney ou outro catalisador de hidrogenação.

Em um sétimo aspecto ilustrativo, método de produção de xilitol compreende uma ou mais das seguintes etapas: a. redução de ácido D- glicurônico a ácido L-gulônico; b. descarboxilação de um sal de ácido L- gulônico para produzir L-xilose; c. hidrogenação da L-xilose, na presença de um catalisador de hidrogenação, para produzir xilitol, opcionalmente usando- se um catalisador de rutênio, de níquel ou outro catalisador de hidrogenação d. opcionalmente, separação da L-xilose de ácido L-gulônico não reagido; ou e. opcionalmente, reciclo do L-gulonato residual para a etapa (b). O acido L-gulônico, opcionalmente, pode ser fornecido na forma de seu sal de sódio, potássio, amônio, cálcio e/ou magnésio.

Em um oitavo aspecto ilustrativo, método de produção de xilitol compreende a realização de uma etapa de descarboxilação oxidativa quími- ca, em uma ou mais das seguintes maneiras: a. emprego de um catalisador de íon de metal de transição, tal como Fe(lll), Cu(ll), Ru(lll), Co(il), Mn(lll), Ag(l), ou Bi(lll)/Bi(0); b. emprego de um íon de metal de transição complexa- do; c. emprego de um oxidante primário, tal como peróxido de hidrogênio, hipoclorito / ácido hipocloroso, hipobromito / ácido hipobromoso, hipoclorito / brometo, dióxido de cloro, oxigênio / ar, ozônio, peróxi-nitrito ou persulfato; d. emprego de uma descarboxilação fotooxídativa, efetuada com óxido de titânio, um dióxido de titânio dopado com Fe, Cu, Ag ou outros íons de metal, ou um óxido de titânio dopado com ferro(lll) - porfirina ou outros complexos de íon de metal; ou e. emprego de um hipoclorito / ácido hipoclo- roso ou hipobromito / ácido hipobromoso.

Em um nono aspecto ilustrativo, método de produção de xilitol compreende a realização de uma ou mais das seguintes etapas: a. hidrólise do composto contendo uma unidade de ácido D-glicurônico; b. descarbo- xilação de um sai de ácido D-glicurônico, para produzir um intermediário de dialdeido de xilitol; e c. hidrogenação do intermediário de xilitol, na presença de um catalisador de hidrogenação, para produzir xilitol; d. opcionalmente, separação do intermediário de xilitol do sal de ácido urônico não reagido; e. opcionalmente, reciclo do material de partida residual para etapa (b).

EXEMPLOS

Os seguintes exemplos são somente ilustrativos, e não devem ser interpretados como limitantes, uma vez que modificações ulteriores das concretizações reveladas serão evidentes aos técnicos especializados no assunto, em vista deste ensinamento. Todas tais modificações são conside- radas como estando dentro do escopo das concretizações aqui reveladas.

Exemplo 1: Descarboxilação eletroquímica de um sal de monohidrato de D- glicuronato para produzir xilitol.

Monohidrato de D-glicuronato de sódio (2,69 g, 0,0115 moles) foi dissolvido em 43 mL de metanol-água (46,2% v/v). A solução foi submetida à eletrólise em uma célula não dividida, com um anodo de grafite, à constantes 9,99 Volt, durante 4,31 Watt-horas. A solução de eletrólito foi, então, levada para 110 mL com etanol-água (50%) e hidrogenada pela adição de níquel de Raney e pela aplicação de gás de hidrogênio, à 1 atmosfera à 50°C. O xaro- pe hidrogenado resultante continha 0,87 g de xilitol (50% do rendimento teó- rico) e 1,10 g de L-gulonato de sódio (42% do material de partida em uma base molar). O rendimento teórico, ou “% de rendimento teórico”, foi calculado como se segue: Primeiro, os pesos moleculares são identificados como se se- gue: a. Monohidrato de D-glicuronato de sódio 235 b. Metil-p-D-glicuronato de sódio 231 c. L-gulonato de sódio 219 d. Xilitol 152 A seguir, o cálculo foi realizado como se segue: 2,69 g de mate- rial de partida é 0,0114 moles e o rendimento teórico em xilitol é de 0,0114 X 152 ou 1,74 g. O valor real obtido foi de 0,87 g, que é 50% do rendimento teórico.

Exemplo 2: Descarboxilação eletroquimica de um sal de alquil-p-D- glicuronosídeo para produzir xilitol Metil-p-D-glicuronosídeo de sódio (2,52 g, 0,0103 moles) foi dis- solvido em 39 mL de água. A solução foi submetida à eletrólise em uma cé- lula não dividida, com anodo de grafite, à constantes 9,99 Volt, durante 8,49 Watt-horas. A solução de eletrólito foi, então, levada para 110 mL com eta- nol-água (50%) e hidrogenada pela adição de níquel de Raney e pela aplica- ção de gás de hidrogênio, à 1 atmosfera à 50°C. O xarope hidrogenado re- sultante continha 0,70 g de xilitol (42% do rendimento teórico).

Exemplo 3: Descarboxilação eletroquimica de um sal de L gulonato para produzir xilitol L-gulonato de sódio (2,67 g, 0,01222 moles) foi dissolvido em 43 mL de metanol-água (46,2% v/v). A solução foi submetida à eletrólise em uma célula não dividida, com um anodo de grafite, à constantes 9,99 Volt, durante 5,32 Watt-horas. A solução de eletrólito foi, então, levada para 110 mL com etanol-água (50%) e hidrogenada pela adição de níquel de Raney e pela aplicação de gás de hidrogênio, à 1 atmosfera à 50°C. O xarope hidro- genado resultante continha 0,87 g de xilitol (47% do rendimento teórico) e 1,10 g de L-gulonato de sódio (41% do material de partida em uma base mo- lar).

Exemplo 4: Descarboxilação com Cu(ll) de um sal de L-gulonato para pro- duzir xilitol L-gulonato de sódio (2,25, 0,0100 moles) foi dissolvido em 17 mL de água e 35 mg de penta-hidrato de sulfato de cobre foram adicionados.

O pH da solução foi elevado para 7,0 com hidróxido de sódio (2 M). 1,2 mL de peróxido de hidrogênio à 30% foram adicionados continuamente durante o período de reação. O pH foi mantido em 7,0 via adição de hidróxido de sódio (2 M). Depois de 13 minutos, a temperatura era de 44°C e o cobre foi precipitado como uma suspensão laranja. A solução de reação foi filtrada e, então, levada para 110 mL com etanol-água à 50% e hidrogenada pela adi- ção de níquel de Raney e pela aplicação de gás de hidrogênio à 1 atmosfera e à 50°C. O xarope hidrogenado resultante continha 0,91 g de xilitol (58% do rendimento teórico) e 0,72 g de L-gulonato de sódio (32% do material de par- tida em uma base molar).

Exemplo 5: Descarboxilação de ácido hipocloroso de um sal de L-gulonato para produzir xilitol L-gulonato de sódio (0,244 g, 1,12 x 10'3 moles) foi dissolvido em 15 mL de água, e a temperatura foi elevada para 50°C. Foram adiciona- dos 1,5 mL de solução de hipoclorito de sódio à 13%. Ácido clorídrico a 2 M foi adicionado para diminuir o pH para 5,0. A reação foi mantida em 50°C e mantida em um pH de 5,0 via adição de hidróxido de sódio 2 M. Depois de 29 minutos, a solução de reação foi levada para 110 mL com etanol-água à 50% e foi hidrogenada pela adição de níquel de Raney e pela aplicação de gás de hidrogênio à 1 atmosfera e à 50°C. O xarope hidrogenado resultante continha 0,16 g de xilitol (95% do rendimento teórico) e 0,004 g de L- gulonato de sódio (2% do material de partida em uma base molar).

Embora várias concretizações da invenção tenham sido descri- tas, será evidente aos técnicos especializados no assunto que outras con- cretizações e implementações são possíveis dentro do escopo da invenção.

Conseqüentemente, a invenção não deve ser restrita, exceto à luz das rei- vindicações apensas e seus equivalentes.

Claims (6)

1. Método de produção de xilitol, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: a. fornecer um composto de ácido D-glicurônico; b. descarboxilação de maneira oxidativa eletroquímica de um sal do composto de ácido D-glicurônico para produzir um intermediário de xilitol de dialdeido; e c. hidrogenação do intermediário de xilitol de dialdeido, na pre- sença de um catalisador de hidrogenação, para produzir xilitol.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de separação do intermedi- ário de xilitol de dialdeido do composto de ácido D-glicurônico não reagido.

3. Método de produção de xilitol, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. fornecimento de um material contendo D-glicopiranosila; b. oxidação do material contendo D-glicopiranosila, para formar um material precursor compreendendo uma porção de D-glicuronopiranosila; c. hidrólise do material precursor contendo a porção de D- glicuronopiranosila, para formar um substrato reagente compreendendo áci- do D-glicurônico; d. descarboxilação de maneira oxidativa eletroquímica do subs- trato reagente compreendendo ácido D-glicurônico, para produzir um inter- mediário de xilitol de dialdeido; e e. redução e hidrogenação do intermediário de xilitol de dialdei- do, para produzir xilitol.

4. Método de preparação de xilitol, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. descarboxilação de maneira eletroquímica de um composto de ácido D-glicurônico, para produzir um intermediário de xilitol de dialdeido; b. hidrogenação do intermediário de xilitol de dialdeido, na pre- sença de um catalisador, para produzir xilitol.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de separação do intermedi- ário de xilitol de dialdeido do composto de ácido D-glicurônico não reagido.

6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: reciclo de um com- posto de ácido D-glicurônico não reagido e descarboxilação de maneira ele-troquímica do composto de ácido D-glicurônico não reagido.