CN101675055A - 山梨糖醇的转化方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在酸性催化剂的存在下并且在不存在酶或加氢催化剂的条件下将含水的山梨糖醇转化成木糖醇和异山梨醇的方法。在该方法中，山梨糖醇溶液与酸性沸石起反应生成木糖醇和异山梨醇。

Description

山梨糖醇的转化方法
在先申请的交叉引用
[0001]本申请要求享受于2007年4月6日申请的美国临时专利申请60/910,595的优先权，在此引为参考。
背景技术
本开发
[0002]本开发是在存在酸性催化剂的条件下将含水的山梨糖醇转化为木糖醇和异山梨醇的方法。具体地，该方法包括在大约250℃的温度下在维持在约65巴到约80巴压力下的反应器中，使山梨糖醇水溶液与酸性沸石反应而以高产率生成木糖醇和异山梨醇。
现有技术
[0003]木糖醇因为它在食品工业中的广泛运用而十分有名。例如木糖醇通常存在于日常饮料、口香糖、冰淇淋、焙烤的货物和果酱制品中。根据2000年的数据，木糖醇的全球市场估计为9.7亿英镑、销售量为1,397,000吨。
[0004]异山梨醇，或1，4-3，6-双脱水-D-山梨糖醇，特别是其单或二硝酸酯化合物形式，因它的治疗用途而众所周知。异山梨醇已经显示具有在聚合物和共聚物、尤其是聚酯聚合物和共聚物的制造中作为单体的用途。由异山梨醇制成的聚合物倾向于显示高的透明性和机械强度。
[0005]生产木糖醇的通常方法是通过多步骤的方法，包括水解包含木聚糖的材料以生成木糖、然后将木糖转化成木糖醇，通常是存在镍催化剂例如雷尼镍的条件下进行。虽然这个方法获得预期的转化，但是这个方法往往昂贵且低效，因为必须从众多的反应副产品中分离出木糖醇。或者，木糖醇可由糖的酶转化得到。然而这些方法还没有被证明在工业规模上有效。
[0006]生产异山梨醇的通常方法是将山梨糖醇与酸性催化剂例如硫酸性催化剂或酸性沸石接触，接着分离和提纯。这个方法获得预期的转化，但是往往昂贵和难以保持工业规模，因为在反应期间需要保持高真空。或者，异山梨醇可由山梨糖醇的水溶液与酸性催化剂(包括酸性沸石和酸稳定的加氢催化剂)在高于100℃的温度下在氢气气氛中反应得到。然而这个方法往往生成产品的混合物，以致于要求进一步分离和提纯。
发明概述
[0007]本研究是在酸性催化剂的存在下并且没有酶或加氢催化剂的条件下将含水山梨糖醇转化成木糖醇和异山梨醇的方法。在该方法中，在大约250℃的温度下在维持在约68巴到约80巴压力的反应器中，使山梨糖醇水溶液与酸性沸石反应。最终产品是木糖醇和异山梨醇。
附图简述
[0008]图1是使用高压液相色谱数据绘制的图，其显示了随着山梨糖醇与丝光沸石的反应，山梨糖醇、异山梨醇和木糖醇的相对浓度随时间变化的数据；
[0009]图2是使用高压液相色谱数据绘制的图，其显示了随着山梨糖醇与1.5毫米挤出的pentasil沸石的反应，山梨糖醇、异山梨醇和木糖醇的相对浓度随时间变化的数据；以及
[0010]图3是使用高压液相色谱数据绘制的图，其显示了随着山梨糖醇与2.5毫米挤出的pentasil沸石的反应，山梨糖醇、异山梨醇和木糖醇的相对浓度随时间变化的数据。
发明详述
[0011]本开发是将山梨糖醇转化为木糖醇和异山梨醇的方法。该方法在没有贵金属或酶或加氢催化剂的情况下，在至少大约200℃的温度下和65巴到85巴的压力下，使山梨糖醇的水溶液与酸性催化剂反应。
[0012]该山梨糖醇溶液优选在水中包含大约25wt％的山梨糖醇。然而，预期山梨糖醇的浓度可以从大约10wt％到大约80wt％。
[0013]该方法的酸性催化剂优选是酸性沸石。可用于该方法的酸性沸石的例子包括但是不限于丝光沸石、pentasil沸石、具有斜方晶体结构的带有直的12元环通道和交叉的8元环通道的沸石、具有斜方晶体结构的带有通过正弦形通道连接的直的10元环通道的沸石。该酸性沸石应当不包含任何贵金属，例如元素周期表中第VIIB、VIII和IB族的金属。
[0014]所述山梨糖醇溶液在升高了的温度下在压力下伴随着搅拌与所述酸性沸石反应。在第一实施方案中，山梨糖醇溶液和酸性催化剂可在从大约15℃到大约40℃的温度下在反应器中混合。该反应器被密封以使得反应在压力下进行。利用无氢压力源将反应器中的压力调节在65巴和85巴之间。因为其经济效益，推荐的无氢压力源为氮气，但是也可以使用本领域已知的对化学反应通常是惰性的其他气体，例如且不限于氩气或氦气。在调整过压力和搅拌速率后，将反应溶液的温度升高到至少大约200℃的预定温度，并保持在该预定的温度的10℃范围内直到该反应完成。在一个替代的实施方案中，将山梨糖醇溶液加热到至少大约200℃的温度，并在反应器中加入所述酸性催化剂，密封该反应器并将压力调节至65巴和85巴之间，并保持该溶液温度以及保持搅拌。在优选的实施方案，将反应过程中的压力保持在68巴和80巴之间，并且将反应温度保持在大约250℃。
[0015]所述山梨糖醇溶液与所述酸性催化剂反应预定的时间段，优选大约60分钟到大约360分钟。通过取出液体样品并利用本领域的已知技术例如高压液相色谱法(HPLC)分析样品可以监视反应进展至完成。
[0016]下面是本开发的方法的代表性实施例。提供这些实施例是为了进一步地解释本发明而不打算或不能用来限制本发明的范围。
[0017]实施例1：将包含大约25wt％山梨糖醇的大约300毫升的山梨糖醇水溶液加入到含有大约10克1.5毫米挤出物形式的pentasil沸石的混合槽内。密封所述槽，使用氮气将压力提升至68巴和80巴之间，并控制温度以保持在大约250℃。每隔大约60分钟的时间段取出液体样品直到360分钟，并在预处理和稀释之后，通过高压液相色谱法(HPLC)进行分析，以测定残存的山梨糖醇和生成的产物的相对浓度。在大约250分钟以后，大约92.5％的山梨糖醇发生转化，并且产物混合物包含大约47.0％的异山梨醇和28.6％的木糖醇。
[0018]实施例2：遵循实施例1的步骤，不同之处在于用2.5毫米挤出物形式的pentasil沸石代替1.5毫米挤出物pentasil沸石。在大约235分钟以后，大约84.5％的山梨糖醇发生转化，并且产品混合物包含大约25.3％的异山梨醇和64.7％的木糖醇。
[0019]实施例3：遵循实施例1的步骤，不同之处在于用丝光沸石代替1.5毫米挤出物pentasil沸石。在大约350分钟以后，大约84.8％的山梨糖醇发生转化，并且产物混合物包含大约39.8％的异山梨醇和38.2％的木糖醇。在该反应中也生成了气态的二氧化碳。
[0020]可以理解的是，本领域技术人员可以对本文所显示和描述的实施方案进行修改而没有离开本发明的范围。例如，可以预料水溶液中的山梨糖醇浓度可以增加或降低而不会影响所得到的产物混合物。

Claims (12)

1、将含水的山梨糖醇转化成木糖醇和异山梨醇的方法，包括使山梨糖醇水溶液与酸性沸石在维持在65巴到85巴压力下的反应器中反应，并且保持反应温度至少为200℃，并且其中该方法是在没有酶或加氢催化剂的条件下进行的。
2、将含水的山梨糖醇转化成木糖醇和异山梨醇的方法，包括以下步骤：
(a)在反应器中在搅拌下将温度为15℃到40℃的山梨糖醇水溶液与酸性沸石混合；
(b)密封所述反应器；
(c)向所述反应器施加无氢压力源并保持搅拌，直到所述反应器中的压力在65巴和85巴之间；
(d)加热所述反应器直到山梨糖醇的水溶液到达至少200℃的预定温度；
(e)在预定的时间段内保持所述压力在65巴和85巴之间并且所述温度在所述预定温度的10℃范围之内；和
(f)将所述压力减低至1巴并且将所述温度降低至15℃到40℃，并且将木糖醇和异山梨醇与任何残余的含水的山梨糖醇分开，
并且其中所述方法是在没有酶或加氢催化剂或元素周期表中第VIIB、VIII和IB族金属的条件下进行的。
3、将含水的山梨糖醇转化成木糖醇和异山梨醇的方法，其基本上由以下步骤组成：在维持在65巴到85巴压力的反应器中使山梨糖醇的水溶液与酸性沸石反应60分钟到360分钟，并且保持反应温度在250℃±10℃，其中所述酸性沸石选自丝光沸石、pentasil沸石、具有斜方晶体结构的带有直的12元环通道和交叉的8元环通道的沸石、具有斜方晶体结构的带有通过正弦形通道连接的直的10元环通道的沸石以及它们的组合。
4、权利要求1或权利要求2的方法，其中所述反应温度维持在250℃±10℃。
5、权利要求1或权利要求2或权利要求3的方法，其中所述反应器维持在68巴到80巴的压力。
6、权利要求1或权利要求2或权利要求3的方法，其中所述山梨糖醇的水溶液包括在水中的10wt％到80wt％的山梨糖醇。
7、权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求6的方法，其中所述山梨糖醇的水溶液包括在水中的25wt％的山梨糖醇。
8、权利要求1或权利要求2的方法，其中所述酸性沸石选自丝光沸石、pentasil沸石、具有斜方晶体结构的带有直的12元环通道和交叉的8元环通道的沸石、具有斜方晶体结构的带有通过正弦形通道连接的直的10元环通道的沸石以及它们的组合，所述酸性沸石还不存在元素周期表中第VIIB、VIII和IB族的金属。
9、权利要求1或权利要求3的方法，其中所述压力是通过向所述反应器施加无氢压力源而产生的。
10、权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求9的方法，其中所述无氢压力源选自氮气、氩气、氦气，以及它们的组合。
11、权利要求2的方法，其中步骤(a)包括在反应器中在搅拌下将加热到至少大约200℃温度的山梨糖醇的水溶液与酸性沸石混合。
12、权利要求2的方法，其中步骤(e)所述的预定的时间段是60分钟到360分钟。
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