DE19732085C1

DE19732085C1 - Verfahren zur Herstellung von Zuckerderivaten

Info

Publication number: DE19732085C1
Application number: DE1997132085
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ondruschka; Matthias Dr Nuechter
Original assignee: Universitaet Leipzig
Current assignee: Universitaet Leipzig
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2017-07-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zuckerderivaten, wo bei die an sich bekannten Umsetzungen in diskontinuierlicher oder kontinuier licher Reaktionsführung unter Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes durchgeführt werden.

Alkyl- bzw. Alkoxyalkylglykoside sind wichtige nichtionische Tenside aus nachwachsenden Rohstoffen, welche auf Grund ihrer technologischen Eigen schaften und ihrer leichten biologischen Abbaubarkeit zunehmend für die Her stellung grenzflächenaktiver Formulierungen genutzt werden. Daneben spie len Substanzen diese Typs als Zwischenprodukte und Hilfsmittel in der Bio technologie eine bedeutende Rolle.

Üblicherweise werden die hier diskutierten Zuckerderivate entweder in einem mehrstufigen Verfahren (Synthese nach Koenigs-Knorr) über die entsprechen den 1-Halogen-acetylderivate oder durch Erwärmen des Reaktionsgemisches aus Zucker bzw. Zuckerderivat und Alkohol in Gegenwart einer Säure (Fischer-Synthese) hergestellt. Daneben existieren noch eine Reihe weiterer Verfahren, welche als Modifizierungen der grundlegenden Synthesen zu be trachten sind, aber keine wirtschaftliche Rolle spielen ["Alkyl Polyglycosides" von K. Hill et al. (Herausg.), VCH, Weinheim, 1997].

Stellvertretend für das umfangreiche Schrifttum zu diesem Gebiet seien, ne ben der genannten, die Monographien "Methods in Carbohydrate Chemistry" Vol II. von R. L. Whistler und M. L. Wolfrom (Ed.) (Academic Press, Inc., Lon don, 1963) und "Monosaccharides" von P. M. Collins und R. J. Ferner (John Wiley & Sons, New York, 1995) sowie die Übersichtsarbeiten von B. Capon, Chem. Rev. 1969, 69, 407 bzw. von K. Toshima, K. Tatsuta, Chem. Rev. 1993, 93, 1503 und die Patentschriften US 4950743 A, SU 1428755 und JP 09 31,089 genannt.

Bei der Fischer-Glycosidierung entstehen bei Temperaturen von 65°C bis 140°C und langen Reaktionszeiten (24-72 Stdn.) entweder das α-Anomere oder Gemische aus α- und β-Anomeren. Während bei Einsatz der Alkylglycosi de in normalen grenzflächenaktiven Formulierungen, wie Waschmitteln oder Körperpflegemitteln, das α/β Verhältnis bisher keine Rolle spielte, werden die Anwendungseigenschaften der β-Anomeren als schwerer zugängliche Pro dukte, insbesondere auf mikrobiologischen Gebiet, als vorteilhaft beschrie ben.

Bei der konventionellen Fischer-Glycosidierung reagieren β-Anomere schnell zu α-Anomeren. Dabei wird je nach Einsatzprodukt ein einstufiges Verfahren (Direktalkylierung) oder ein zweistufiges Verfahren (Butylierung - Transalkylie rung) genutzt.

Beide diskontinuierlichen Prozesse erfordern hohen apparativen Aufwand und sind sehr zeitaufwendig (z. B. JP 09 31,089).

Durch lange Reaktionszeiten wird die Bildung von stark gefärbten Nebenpro dukten gefördert, was zusätzliche Reinigungsschritte erfordert und Gegen stand von Patenten (z. B. JP 20 88,593, US 54 32,275) ist.

Die Synthese nach Koenigs-Knorr ist mehrstufig (Acetalisierung - Halogenie rung - Substitution - Entacetalisierung), ökonomisch wie ökologisch bedenk lich und hat, obwohl nur β-Anomere entstehen, noch keine industrielle Bedeu tung.

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von in 1-Position substituierten Zuckerderivaten (Schema I), welches die Herstellung entweder des α- oder des β-Anomeren in einem Schritt in kurzen Reaktions zeiten und mit geringem Anfall von Nebenprodukten ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, so in die Reaktionsführung der Fischer-Glycosi dierung einzugreifen, daß durch Energieeintrag und durch die Wahl der Re aktionsbedingungen die Reaktion zu den gewünschten Produkten führt und so fallweise α- oder β-Anomere erhalten werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Zuckerderi vaten nach Schema I,

worin n = 1-10,

R₁OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxyalkyl, O-Polyalkoxyalkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl ist,
R₂OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxyalkyl, O-Polyalkoxyalkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl darstellt,
R₁=R₂ Alkyliden, Benzyliden sind
R₃OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxyalkyl, O-Polyalkoxyalkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl ist,
R₄CH₂OH, OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxy-alkyl, O-Polyalkoxy alkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl bedeutet
R₃=R₄ Alkyliden, Benzyliden sind
und X Alkyl, Benzyl, Phenyl, Alkoxyalkyl, Polyalkoxyalkyl bedeutet,
bei dem man die Reaktion (Fischer-Glycosidierung) im elektromagnetischen Feld zwischen 10 und 23000 MHz durchführt.

Es wurde gefunden, daß sich Zucker und deren Derivate unter dem Einfluss des elektromagnetischen Feldes in kurzer Zeit und in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen nach Schema I zu α- bzw. β-Derivaten oder zu Ge mischen aus beiden umsetzen lassen. Dabei ist es nicht nötig, die monome ren Zucker bzw. deren Derivate in die Reaktion einzusetzen, Umsetzungen mit Zuckerpolymeren wie zum Beispiel Weizen- oder Kartoffelstärke führen in gleichen Zeiten zu gleichen Ergebnissen.

Die Reaktion wird vorzugsweise so durchgeführt, daß das Reaktionsgemisch in einer Versuchsapparatur drucklos oder unter Druck bei Kontrolle von Ener gieeintrag, Druck und Temperatur der Hochfrequenzstrahlung ausgesetzt wird. Als Lösungsmittel kann eine Reaktionskomponente oder eine inerte Ver bindung genutzt werden. Dabei wird sowohl im Batchverfahren als auch konti nuierlich gearbeitet. Die Produkte werden nach der kurzen Reaktionszeit mit den üblichen Methoden aufgearbeitet.

Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläu tern.

Ausführungsbeispiele

1. 30 Teile D-Glucose werden in 300 Teilen Methanol suspendiert und mit 2 Teilen eines organischen Säurechlorides versetzt. Das Gemisch wird für eine Stunde in einer Versuchsapparatur im Gegenwart von Hochfrequenz strahlung (2,45 GHz) unter Rückfluß erwärmt. Dabei wird bis zum Siede beginn (nach etwa 2 min) mit 500 W bestrahlt, in der Folgezeit mit 250 W. Nach Reaktionsende wird die noch warme Lösung nach dem Stand der Technik neutralisiert und aufgearbeitet. Umsatz: 100%. Das Anomerenge misch aus 85% Methyl-α-D-glucopyranosid und 15% Methyl-β-D-glucopyra nose wird nach den üblichen Methoden zur Gewinnung von Methyl-α-D- glucopyranosid aufgearbeitet.
2. In eine Mischung aus 20 Teilen D-Mannose und 200 Teilen Ethanol werden 2 Teile gasförmiger Chlorwasserstoff eingeleitet. Die Reaktionsmischung wird in einem Druckbehälter für 20 min mit 500 W Leistung (2,45 GHz) bei max. 120°C bestrahlt. Nach Abkühlen und Aufarbeitung erhält man quanti tativ Ethyl-α-D-mannopyranosid.
3. Ein Gemisch aus 20 Teilen Stärke, 200 Teilen Methanol und 5 Teilen eines organischen Säurechlorides wird im Druckbehälter für 20 min mit 500 W Leistung (2,45 GHz) bei max. 140°C bestrahlt. Nach Abkühlen und Auf arbeitung erhält man quantitativ Methyl-α-D-glucopyranosid.
4. Durch einen Durchflußreaktor wird bei einer Maximaltemperatur von 140 °C, einem Druck von 20 bar, einer Leistung von 350 W (2,45 GHz) und ei ner mittleren Verweilzeit von etwa 8 min ein Gemisch aus 100 Teilen D- Glucose, 1000 Teilen Methanol und 10 Teilen p-Toluolsulfonsäure ge pumpt. Die Reaktionslösung wird am Reaktorende abgeschreckt, auf Raumtemperatur gekühlt und wie üblich aufgearbeitet. Der Umsatz ist quantitativ. Das erhaltene Anomerengemisch besteht zu 95% aus Methyl- β-D-glucopyranosid, der Rest ist Methyl-α-D-glucopyranosid.
5. Durch einen Durchflußreaktor wird bei einer Maximaltemperatur von 120 °C, einer Frequenz von 2,45 GHz und einer Leistung von 350 W, einem Druck von 18 bar und einer mittleren Verweilzeit von etwa 4 min ein Ge misch aus 100 Teilen Ethyl-D-Glucose (Anomerengemisch), 1000 Teilen 1- Octanol und 10 Teilen eines organischen Säurechlorides gepumpt. Die Re aktionslösung wird am Reaktorende abgeschreckt, auf Raumtemperatur gekühlt und wie üblich aufgearbeitet. Der Umsatz ist quantitativ. Das erhal tene Anomerengemisch besteht zu 95% aus Octyl-α-D-glucopyranosid, der Rest ist Octyl-β-D-glucopyranosid.
6. Ein Gemisch aus 20 Teilen D-Glucose, 200 Teilen Methanol und 5 Teilen eines organischen Säurechlorides wird im Druckbehälter mit 500 W (13,65 MHz) bei max. 140°C bestrahlt. Nach Abkühlen und Aufarbeitung erhält man quantitativ Methyl-α-D-glucopyranosid.
7. Ein Gemisch aus 20 Teilen D-Glucose, 200 Teilen Methanol und 5 Teilen eines organischen Säurechlorides wird im Druckbehälter mit 750 W (22,125 GHz) bei max. 140°C für 30 min bestrahlt. Nach Abkühlen und Aufarbeitung erhält man quantitativ Methyl-α-D-glucopyranosid.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Glycosiden der allgemeinen Formel I,
worin n = 1 bis 10
R₁OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxyalkyl, O-Polyalkoxyalkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl ist,
R₂OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxyalkyl, O-Polyalkoxyalkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl darstellt,
R₁=R₂ Alkyliden, Benzyliden sind
R₃OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxyalkyl, O-Polyalkoxyalkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl ist,
R₄CH₂OH, OH, O-Alkyl, O-Benzyl, O-Phenyl, O-Alkoxy-alkyl, O-Polyalkoxy alkyl, O-Carboxyalkyl, NH₂, NH-Alkyl, N-Alkyl₁-Alkyl₂, NH-Phenyl bedeutet
R₃=R₄ Alkyliden, Benzyliden sind
und X Alkyl, Benzyl, Phenyl, Alkoxyalkyl, Polyalkoxyalkyl bedeutet,
dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise durchgeführte Synthese von Glycosiden aus Zuckern oder aus Zuckerderivaten in Gegen wart einer Säure in einem elektromagnetischen Feld bei einer Frequenz zwi schen 10 MHz und 23 GHz in einem Temperaturbereich von 60 bis 260 Grad C drucklos oder unter Druck bis 200 bar durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz im elektromagnetischen Feld zwischen 2 und 3 GHz liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei 2,45 GHz gearbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von α-Anomeren drucklos gearbeitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von β-Anomeren bei einem Druck von bis zu 200 bar gearbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von geradkettigen Alkylglycosiden (C₄-C₁₈) bei 120°C gearbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren als Transalkylierung durchführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Batch verfahren angewendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthese von Zuckerderivaten kontinuierlich durchgeführt wird.