DE68903624T2

DE68903624T2 - Verfahren zur chlorierung von zucker.

Info

Publication number: DE68903624T2
Application number: DE8989309227T
Authority: DE
Inventors: Riaz Ahmed Khan; George Henry Sankey; Philip John Simpson; Nicholas M Vernon
Original assignee: Tate and Lyle PLC
Current assignee: Tate and Lyle Technology Ltd
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2009-09-13
Also published as: NO893688D0; NO893688L; GR3006838T3; ES2052923T3; NO171916C; FI92323C; NO171916B; EP0364100A3; NZ230678A; JP2923310B2; AU615574B2; DK170931B1; KR0137025B1; RU1836376C; LV10103A; PT91726A; FI92323B; GB2222827B; AR246744A1; EP0364100B1

Description

Diese Erfindung betrifft die Chlorierung von Zuckern zur Herstellung von Chlorodeoxyderivaten und insbesondere die Chlorierung von Sucrosederivaten bei der Herstellung von Sucralose (4,1'6'-Trichloro-4, 1',6'-tridesoxygalactosucrose).
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren für die Herstellung von Sucralose, die alle die Chlorierung des Sucrosemoleküls an den 4-, 1'-, und 6'-Positionen umfassen. Um dieses zu erreichen, ist es wesentlich, daß die 6-Position an dem Sucrosemolekül geschützt ist, da die 6-Hydroxygruppe, die eine primäre Hydroxygruppe ist, für die Chlorierungsreagentien hochreaktiv ist. Bei dem Verfahren von US-4 380 476 und GB 20 79 749 wird Sucrose an der 6-Position acyliert, und die 4-, 1'- und 6'-Positionen werden dann in der Gegenwart von ungeschützten Hydroxygruppen an den 2-, 3-, 3'- und 4'-Positionen chloriert.
Ein verwandtes Verfahren ist in GB 21 81 734 A offenbart. Bei diesem Verfahren ist die 6-substituierte Sucrose die Trisaccharidraffinose, die ein 6-alpha-D-Galactopyranosylderivat von Sucrose ist. Dessen Verwendung bei diesem Verfahren wurde aufgrund der Feststellung vorhergesehen, daß es chloriert werden könnte, unter Erhalt von 6'',4,1',6'-Tetrachloro-6'',4,1',6'-tetradesoxyagalactoraffinose, das der Einfachheit halber TCR bezeichnet wird. TCR kann dann in der Gegenwart einer geeigneten alpha-Galactosidase unter Erhalt von Sucralose gespalten werden.
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Sucrose-6-estern ist in der anhängigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 220 641, angemeldet am 18. Juli 1988, offenbart. Sucrose wird mit einem 1,3-Dihydrocarbyloxy-1,1,3,3-tetra(hydrocarbyl)-distannoxan zur Reaktion gebracht, um ein 1-3-Di-(6-O-sucrose)-1,1,3,3-tetra(hydrocarbyl)- distannoxan zu erzeugen, das regioselektiv mit einem Acylierungsmittel zur Herstellung von dem Sucrose-6-Acylat reagiert werden kann.
Das Verfahren zur Chlorierung von Raffinose, das in GB 21 81 734 A offenbart ist, involviert die Verwendung von Thionylchlorid in Pyridin in der Gegenwart eines Triarylphosphinoxides oder -sulphides. Obwohl dieses Verfahren das erforderliche Chloroderivat ergibt und insbesondere ein Chloratom in die 4-Position einfügt, weist es beachtliche Nachteile auf. Zunächst verwendet das Verfahren drei molare Äquivalente des Triarylphosphinoxids oder -sulphids, was schwierig zu entfernen und in dem Fall des Oxides, falls dieses gewünscht ist, zurückzuführen ist. Zweitens verursachen die Reaktionsbedingungen große Mengen an einem schwarzen unlöslichen Nebenprodukt, was zu Schwierigkeiten bei der Aufarbeitung führt. Die Reaktion verwendet große Mengen an Thionylchlorid und die Ausbeuten sind nur moderat.
Bei der Chlorierung von allen 6-substituierten Sucrosederivaten gibt es ebenfalls das Problem, daß es nicht leicht ist, den korrekten Chlorierungsgrad zu erhalten, d.h. nicht nur an den primären 6'-Hydroxygruppen, sondern ebenfalls an der sekundären (und etwas sterisch gehinderten) 4-Position und der primären 1'-Position und nicht an den anderen Positionen zu chlorieren.
Wir haben festgestellt, daß eine Modifizierung einer lang bekannten Chlorierungstechnik verwendet werden kann, um die erforderlichen chlorierten Produkte mit guten Ausbeuten zu ergeben.
Die Chlorierung von Alkohol unter Verwendung von Thionylchlorid und Pyridin ist seit sehr vielen Jahren bekannt (Darzens, Comptes Rendues, 1911, 152, 1314, 1601; und 1912, 154, 1615). Der Mechanismus des Verfahrens wurde von Gerrard (Gerrard, J. Chem. Soc. 1939, 99; 1940, 218; und 1944, 85) erklärt. In einer ersten Stufe reagieren zwei Alkoholmoleküle ROH mit Thionylchlorid zur Bildung eines Sulphits R&sub2;SO&sub3; und zwei Molekülen Chlorwasserstoff, die mit dem Pyridin zur Bildung von Pyridinhydrochlorid reagieren. In einer zweiten Stufe wird das Sulphit durch die Reaktion mit weiterem Thionylchlorid zersetzt, um zwei Moleküle eines Chlorosulphits RSO&sub2;Cl zu schaffen. In einer dritten Stufe reagieren die Chlorosulphite mit Pyridinhydrochlorid, unter Erhalt von zwei Molekülen Chlorid RCl und zwei Molekülen Schwefeldioxid.
Somit fungiert in dem Darzens-Verfahren Pyridin als ein Lösungsmittel für die Reaktionsmittel, als ein Säureakzeptor für den während der anfänglichen Reaktion von Thionylchlorid mit dem Alkohol zur Bildung des Sulphits freigelassenen Chlorwasserstoff und in der Form von Pyridinhydrochlorid als ein Katalysator für die Freilassung von Chloridionen für die letzte Stufe der Reaktion. Für Polyhydroxydverbindungen, bei denen gorße Mengen an Chlorwasserstoff freigelassen werden, verhindert die Wirkung von Pyridin als ein Säureakzeptor den Abbau des Polysulphits.
Wenn dieses Verfahren bei Polyhydroxyverbindungen wie Zuckern angewandt wird, kann erwartet werden, daß intromolekulare Suphite gebildet werden, und in der Praxis ist das Ergebnis immer eine übermäßig komplexe Mischung von Produkten. Aus diesem Grund kann daher davon ausgegangen werden, daß offenbar kein veröffentlichtes Beispiel des Thionylchlorid-Pyridin-Reagenssystems existiert, das erfolgreich zum Chlorieren von Zuckern verwendet worden ist. Die größte Annäherung kann in dem Verfahren von GB 2 181 734 A gesehen werden, das Triphenylphosphinoxid in Verbindung mit Thionylchlorid und Pyridin zur Chlorierung von Raffinose verwendet, aber wie oben erwähnt sind die Ergebnisse weit davon entfernt, zufriedenstellend zu sein.
Wir haben nun festgestellt, daß Sucrose, die an der 6-Position geschützt ist, oder Sucrose selbst mit Thionylchlorid und einer Base wie Pyridin oder einem alkylsubstituierten Pyridin reagiert werden kann, unter Erhalt des erwünschten chlorierten Produktes mit einer guten Ausbeute, vorausgesetzt, daß gewisse Bedingungen erfüllt sind.
Zunächst sollten die Mengen an Thionylchlorid und Pyridin ungefähr 1 molares Äqauivalent (ME) für jede freie Hydroxylgruppe in dem Zuckermolekül sein. Somit sollte ein Sucrose-6-Ester mit 7 freien Hydroxylgruppen (von denen drei chloriert werden sollen) mit etwa 7 ME Thionylchlorid und etwa 7 ME Pyridin reagiert werden. Gleichermaßen sollte Raffinose mit 11 freien Hydroxylgruppen (von denen 4 chloriert werden sollen) mit etwa 11 ME Thionylchlorid und etwa 11 ME Pyrdidin reagiert werden.
In der Praxis kann die Menge bis zu einem gewissen Ausmaß variieren. Im allgemeinen ist es für ein Sucrosederivat mit n freien Hydroxylgruppen wünschenswert, von 0,9 n bis 1,2 n ME Thionylchlorid und von n bis 1,4 n ME Pyridin, insbesondere n bis 1,1 n Thionylchlorid und n bis 1,3 n Pyridin zu verwenden.
Wenn kleinere Mengen an Pyridin verwendet werden, löst sich das 6- geschützte Sucrosezwischenprodukt nicht vollständig auf, was bei dem anfänglichen Rühren der Reaktionsmischung Schwierigkeiten verursachen kann, und es ist eine unzureichende Base, um den Chlorwasserstoff, der während der ersten Reaktionsstufe freigelassen wird, zu neutralisieren. Wenn größere Mengen an Pyridin verwendet werden, führt eine unnütze Nebenreaktion zwischen Thionylchlorid und dem überschüssigen Pyridin zu der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten, deren Entfernung schwierig ist.
Zweitens sollte die Reaktion in einem nicht reaktiven Lösungsmittel ablaufen, in dem das Chlorosulfit leicht löslich ist, das eine moderate Polarität aufweist, beispielsweise mit einer dielektrischen Konstante von 5 bis 15. Chlorierte Kohlenwasserstoffe wie teilweise chlorierte Ethane sind bevorzugte Lösungsmittel, wobei 1,1,2-Trichloroethan am meisten bevorzugt ist, da es kürzere Reaktionszeiten (beispielsweise zwei Stunden oder weniger bei einer Rückflußtemperatur von 112ºC) ermöglicht. 1,2-Dichloroethan siedet bei niedrigerer Temperatur (Rückfluß 83º; Reaktionszeit 9 bis 12 Stunden) und ist daher weniger bevorzugt.
Die Reaktion wird vorteilhafterweise durch graduelle Zugabe einer Lösung des Sucrosederivates in Pyridin zu einer Lösung aus Thionylchlorid in dem chemisch inerten Lösungsmittel durchgeführt. Die Reaktion sollte anfangs bei einer niedrigeren Temperatur, beispielsweise bei -5ºC oder weniger, oder mehr bevorzugt bei etwa Umgebungstemperatur stattfinden, mit einer anschließenden Periode bei erhöhter Temperatur, angemessenerweise Rückflußtemperatur der Mischung, wenn die Reaktion unter atmosphärischem Druck durchgeführt wird (etwa 83ºC für 1,2-Dichlorethan/Pyridin und 112ºC für 1,1,2-Trichlorethan/Pyridin).
Der Verwendung von Pyridin oder alkylsubstituierten Pyridinen wird in der Reaktion der Vorzug gegeben. Wir finden, daß es wesentlich ist, daß eine organische Base verwendet wird. Die Base ist notwendig, um Chlorwasserstoff zu neutralisieren, der in der anfänglichen Reaktion von Thionylchlorid mit der Hydroxylgruppe entwickelt wurde, von der angenommen wird, daß sie ein anfängliches Chlorosulfit und Chlorwasserstoff bildet. In der Abwesenheit einer Base verursacht der Chlorwasserstoff den Abbau von 6- substituierten Sucrosemolekülen, die verhältnismäßig säurelabil sind. Es erscheint, daß eine aromatische Stickstoffbase die am meisten geeignete ist. Pyridin und alkylsubstituierte Pyridine sind insbesonders geeignet, da sie gute Lösungsmittel für die Zuckerderivate sind. Von den alkylsubstituierten Pyridinen sind 3-Picolin und 4-Picolin und Mischungen von diesen beiden die am meisten geeigneten. In einer zweiten Phase der Reaktion fungiert der Ausgangschlorwasserstoff als eine Quelle von Chloridionen, die die Sulphit- oder Chlorosulphitgruppen, die anfänglich gebildet wurden, verschieben.
Erfindungsgemäß schlagen wir daher ein Verfahren zum Chlorieren von Sucrose oder einem Derivat davon vor, insbesondere einem 6-geschützten Derivat wie einem 6-Ester oder 6-Ether, beispielsweise ein Glycosylderivat wie Raffinose, umfassend die Reaktion mit Thionylchlorid und einer Stickstoffbase bei einem Verhältnis von etwa einem molaren Äquivalent einer Base für jedes molare Äquivalent der freien Hydroxylgruppen in der Sucrose oder dem Derivat davon in einem nicht reaktiven, mäßig polaren Lösungsmittel. Das Verfahren gemäß dieser Erfindung stellt ein effizientes und selektives Verfahren zum Chlorieren von Sucrose-6-estern zur Verwendung bei der Herstellung von Sucralose zur Verfügung. Der Ausdruck "6-Ester" umfaßt ebenfalls Sucrosederivate mit einer 6-Estergruppe ebenso wie einer sonstigen Estergruppe, beispielsweise einem Sucrose-6,4'-diester, wie es in GB 2 224 733 beschrieben und beansprucht ist.
Somit wird gemäß einem weiteren Merkmal dieser Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Sucralose vorgeschlagen, umfassend die Reaktion eines 6-geschützten Sucrosederivates mit einem Chlorierungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Chlorierung durch die Reaktion mit etwa einem molaren Äquivalent Thionylchlorid und etwa einem molaren Äquivalent der Base für jedes molare Äquivalent der freien Hydroxylgruppen in dem Sucrosederivat in einem inerten, mäßig polaren Lösungsmittel durchgeführt wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiterhin. (Norit, Amberlite, Rad Pak, Duolite und PREP-PAK sind Warennamen).
Beispiel 1: Chlorierung von Sucrose-6-acetat
Eine Lösung aus kristallinem Sucrose-6-acetat (5g; Reinheit 79,8%, siehe unten) in Pyridin (7,89 ml; unefähr 7 ME) wurde tropfenweise innerhalb einer Zeitspanne von 30 Minuten zu Thionylchlorid (7,09 ml: ungefähr 7 ME, siehe unten) in 1,2-Dichlorethan (25 ml) zugegeben, wobei die Temperatur bei weniger als -5ºC gehalten wurde. Die Mischung konnte sich auf Umgebungstemperatur erwärmen, dann wurde sie über 1 Stunde zum Rückfluß erhitzt (83ºC). Die vollständige Auflösung von jeglichem Präzipitat trat bei 45ºC auf. Die Lösung wurde 12 Stunden lang unter Rückfluß gehalten, dann auf das halbe Volumen konzentriert. Das Konzentrat wurde zu einer kalten Mischung aus 0,880 Ammoniak (20 ml) und Methanol (20 ml) gegeben und 45 Minuten lang bei 45ºC erhitzt. Die Lösung wurde zu einem dünnen Sirup konzentriert, der zwischen Butanon (50 ml) und gesättigtem wässrigem Natriumchlorid (50 ml) getrennt wurde. Die wässrige Schicht wurde mit weiterem Butanon (50 ml) extrahiert. Die kombinierten organischen Phasen wurden mit Aktivkohle (Norit GB2) entfärbt, unter Verwendung von Duolite DMF (H&spplus;/OH&supmin;) Ionenaustauschharz deionisiert und zur Trockene konzentriert. Die Analyse des Restes durch HPLC (unter Verwendung eines Flüssigchromatographen mit einem Refraktionindexdetektor, ausgerüstet mit einer Steel Resolve C18 5 um Säule, die mit Acetonitril: Wasser 28:72 eluiert wurde) zeigte eine Umwandlung von Sucrose-6-acetat in Sucralose und Sucralose-6-acetat an, die insgesamt 72% war.
Die Analyse von Sucrose-6-acetat und die Berechnung von dem erforderlichen SOCl&sub2; erlaubt erforderlich Sucrose-6-acetat Sucrose-4-acetat Sucrose Methanol

Beispiel 2: Chlorierung von Raffinose

Eine Lösung von Raffinose (10g, wasserfrei) in Pyridin (17,6 ml: 11ME) wurde tropfenweise über 30 Minuten zu Thionylchlorid (15,9 ml:11ME) in 1,2-Dichlorethan (50 ml) bei -5ºC zugegeben. Die Mischung konnte sich auf Umgebungstemperatur erwärmen, dann wurde sie auf Rückfluß (83ºC) über eine Stunde lang erhitzt. Nach dem Rückfluß für 9 Stunden wurde die Lösung auf das halbe Volumen konzentriert. Das Konzentrat wurde zu einer kalten Mischung aus 0,880 Ammoniak (50 ml) und Methanol (50 ml) zugegeben und 1 Stunde lang bei 45ºC erhitzt. Die Lösung wurde zu einem dünnen Sirup konzentriert, der zwischen Butanon (75 ml) und gesättigtem wässrigem Natriumchlorid (75 ml) getrennt wurde. Die wässrige Schicht wurde mit weiterem Butanon (4x50ml) extrahiert. Die kombinierten organischen Phasen wurden mit Aktivkohle (Norit GB2) entfärbt, unter Verwendung von Duolite DMF (H&spplus;/OH&supmin;) Ionenaustauschharz, deionisiert und zur Trockene konzentriert. Die Analyse des Restes durch HPLC (unter Verwendung einer Flüssigchromatographie mit einer PREP-PAK 500/C18 Säule und unter Elution mit Acetonitril:Wasser, 20:80) zeigte eine Umwandlung von Raffinose zu Tetrachlororaffinose von 58% an.

Beispiel 3: Chlorierung von Rafifnose

Die Bedingungen von Beispiel 2 wurden modifiziert, indem das 1,2-Dichlorethan durch 1,1,2-Trichlorethan ersetzt wurde und indem 1,5 Stunden lang bei 112ºC unter Rückfluß gehalten wurde. Das Produkt wurde durch HPLC wie bei Beispiel 2 beschrieben, analysiert. Eine 60%ige Umwandlung von Raffinose in Tetrachlororaffinose wurde erhalten.

Beispiel 4: Herstellung von Sucralosepentaacetat (TOSPA).

Sucrose-6-acetat (500 g; Reinheit etwa 80%) wurde in Pyridin (920 ml; 8,2 ME) bei 60ºC aufgelöst, auf Umgebungstemperatur gekühlt und zu einer gerührten Lösung aus Thionylchlorid (730 ml; 7,2 ME) in 1,1,2-Trichlorethan (TCE) (2000ml) während 90 Minuten zugegeben, wobei die Temperatur unterhalb von 20ºC gehalten wurde. Nach der Zugabe wurde die Reaktionslösung auf Rückfluß (112ºC) über 2 Stunden erhitzt und 90 Minuten lang bei Rückfluß gehalten. Die Mischung wurde dann auf weniger als 20ºC gekühlt, und eine Lösung aus Ammoniak (S.G., 0,880; 2000 ml) in Wasser (1000 ml) wurde dann über 75 Minuten zugegeben, während die Temperatur unterhalb von 30ºC gehalten wurde. Diese Mischung konnte sich dann absetzen, die untere organische Phase (etwa 3300 ml) wurde abgetrennt, und die wäsrige Phase (2700 ml) wurde mit TCE (500 ml) zurückextrahiert. Die kombinierten Extrakte wurden zu einem Sirup bei 55ºC konzentriert. Essigsäureanhydrid (500 ml) Natriumacetat (50 g) wurden dann zugegeben, und die Mischung wurde bei 70ºC eine Stunde lang erhitzt, danach wurde Toluol (2000 ml) zugegeben. Die Mischung wurde dann auf etwa 30ºC gekühlt, und Wasser (1000 ml) wurde zugegeben.
Die Kristallisierung konnte bei 5ºC zwei Stunden lang fortschreiten, und dann wurde das rohe TOSPA gesammelt, mit Toluol (500 ml) gewaschen und getrocknet (Fließbett bei Umgebungstemperatur). Ausbeute: feucht, etwa 610 g; trocken, etwa 420 g; molare Ausbeute 56%). Die Untersuchung durch HPLC ergab 82,4%, wobei ein Flüssigchromatograph verwendet wurde, der mit einer Rad Pak Säule (C18) 5 um ausgerüstet war, und wobei mit Acetonitril/Methanol/Wasser (3/3/4) eluiert wurde.

Beispiel 5: Herstellung von Sucralose

Eine Probe von TOSPA von Beispiel 4 (50g) wurde in Methanol (125 ml) aufgenommen und Natriummethoxid (0,5 g) wurde zugegeben. Die Mischung wurde 1,5 Stunden lang unter Vakuum bei Raumtemperatur gerührt. Die resultierende Lösung wurde durch Rühren mit Amberlite IRC 50 (H+)-Harz (7,5g) neutralisiert, und dann wurde das Harz durch Filtration entfernt und mit Methanol (25 ml) gewaschen. Das Filtrat und die Waschlösung wurden mit entfärbender Aktivkohle (2 g) und Celit (2 g) 15 Minuten lang gerührt, dann wurde die Lösung durch Filtration geklärt und im Vakuum zu einem Schaum konzentriert. Kristalline Sucralose wurde isoliert, indem der Schaum in Ethylacetat (100 ml) aufgenommen, filtriert, mit Ethylacetat (25 ml) gewaschen und im Vakuum bei 40ºC 12 Stunden lang getrocknet wurde. Ausbeute: 23,1g (94%).

Beispiel 6: Chlorierung von Sucrose-6-benzoat mit Thionylchlorid und Pyridin in 1,1,2-Trichlorethan

Eine Lösung aus Sucrose-6-benzoat (10,0 g, 1,00 ME) in Pyridin (16,3 ml, 9,00 ME) wurde tropfenweise zu einer gerührten, gekühlten Lösung aus Thionylchlorid (12,3 ml, 7,50 NE) in 1,1,2-Trichlorethan (80 ml) mit einer Rate zugegeben, die ausreichend war, um die Temperatur bei weniger als 10ºC zu halten. Ein weißes Präzipitat bildete sich. Die Addition fand innerhalb von 20 Minuten statt. Die Aufschlämmung wurde behutsam auf Rückfluß über eine Stunde erhitzt. Bei etwa 40ºC hatten sich alle Feststoffe aufgelöst, unter Erhalt einer orangefarbigen Lösung. Die Mischung wurde zwei Stunden lang unter Rückfluß gehalten (112ºC), während sie durch TLC (siehe unten) aufgezeichnet wurde.
Die Mischung wurde auf Umgebungstemperatur gekühlt, und eine Lösung aus konzentriertem Ammoniumhydroxid (20 ml) in Methanol (20 ml) wurden unter Kühlen zugegeben. Eine exotherme Reaktion erhöhte die Temperatur auf 60ºC und die Mischung wurde bei dieser Temperatur eine Stunde lang gerührt. Wasser (40 ml) wurde zugegeben und nach einem 20 minütigem Rühren bei 60ºC wurden die Phasen getrennt. Die organische Phase wurde zur Trockene konzentriert, unter Erhalt von 12,9 g Sucralose-6-benzoat als ein hellbrauner Feststoff, der direkt zu Sucralose (Beispiel 7) umgewandelt wurde.

TLC System

Eine Probe der Reaktionsmischung (0,5 ml) wurde zu 1,0 ml einer Lösung zugegeben, die aus 1:1 konzentriertem Ammoniumhydroxid/Methanol bestand und die Mischung wurde 30 Minuten lang bei 60ºC gerührt. Eine Probe (2 ul) wurde auf eine Silicagel-TLC-Platte getropft und unter Verwendung von 20:5:0,2 Dichlormethan:Methanol:Essigsäure entwickelt. Die Beobachtung wurde sowohl durch UV-Licht als auch durch Sprühen mit 5%iger ethanolischer Schwefelsäure und durch Verkohlen durchgeführt.

Beispiel 7

Herstellung und Isolierung von Sucralose aus rohem Sucralose-6-benzoat

Rohes Sucralose-6-benzoat (12,9 g; von Beispiel 6) wurde mit Methanol (100 ml), das Natriummethoxid (0,40 g) enthielt, bei Raumtemperatur gerührt. Nach einer Stunde hatte sich eine dunkelbraune klare Lösung gebildet und nach zwei Stunden war die Reaktion durch TLC vollständig (Silicagel, Eluent 20:5:0,2 Dichlormethan:Methanol:Essigsäure). Der pH wurde auf 7,2 durch Rühren mit 5,0 g Amberlit IRC50H&spplus; Ionenaustauschharz eingestellt und das Harz wurde filtriert und mit Methanol gewaschen. Das Filtrat wurde dann mit Aktivkohlepulver (1,0 g) behandelt und bei Umgebungstemperatur 1 Stunde lang gerührt, filtriert und mit Methanol gewaschen. Das Filtrat wurde zu einem braunen Öl konzentriert (14,2 g).
Mit dem Öl wurde ein 8-stufiges Gegenstrom-Flüssig-Flüssig- Extraktionsverfahren durchgeführt, wobei zwischen Ethylacetat (150 ml) und Wasser (250 ml) getrennt wurde. Die weniger polaren Verunreinigungen wurden in Ethylacetat extrahiert und die Sucralose und mehr polaren Verunreinigungen wurden in die wässrige Phase extrahiert. Die wässrige Phase wurde unter vermindertem Druck auf 25 ml konzentriert und einem 4stündigem Gegenstrom-Flüssig-Flüssig-Extraktionsverfahren und Waschen unterworfen, wobei eine Trennung zwischen 2-Butanon (30 ml) und Wasser (10 ml) durchgeführt wurde. Die 2-Butanon-Phasen wurden konzentriert unter Erhalt von fester Sucralose, die im Vakuum getrocknet wurde.
Ausbeute: 5,0 g. Untersuchung: 92,4% Sucralose, kleiner 2% chlorierte Kohlenhydratverunreinigungen.

Analytisches HPLC-Verfahren

Die Sucraloseprobe wurde durch Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) analysiert. Die Probenkomponenten wurden auf einer Umkehrphasen- Octadecylsilan HPLC-Säule getrennt, wobei eine mobile Phase von 12% Acetonitril/88% Wasser und ein Fließgradient verwendet wurden, der sich von 0,6 bis 1,8 ml/min erhöhte. Die Detektion wurde durch Differentialrefraktometrie durchgeführt. Die Probe wurde gegen einen bekannten Sucralosestandard und Standards von fünf Verunreinigungen zur Bestimmung des Gewichtsprozentsatzes analysiert.

Beispiel 8

Chlorierung von Sucrose-6-benzoat mit Thionylchlorid und 3-Picolin in 1,1,2-Trichlorethan

Eine Lösung aus Sucrose-6-benzoat (10,0 g, 1,00 ME) in 3-Picolin (17,6 ml, 8,0 ME) wurde tropfenweise zu einer gerührten, gekühlten Lösung aus Thionylchlorid (12,3 ml, 7,50 ME) in 1,1,2-Trichlorethan (40 ml) bei einer Rate zugegeben, die zum Halten der Temperatur bei 20 ± 2ºC ausreichend war. Es ergab sich eine schwach gelbe trübe Lösung. Die Mischung wurde langsam über eine Stunde auf Rückfluß (110ºC) und bei Rückfluß für eine weitere Stunde erhitzt. Die Reaktion wurde durch TLC aufgezeichnet (in Bezug auf das Verfahren vgl. Beispiel 5).
Die Mischung (etwa 70 ml) wurde auf 30ºC gekühlt, in einen Trichter übertragen und tropfenweise unter Rühren zu einer gesättigten wässrigen Lösung aus Ammoniak (40 ml) unter Kühlen zugegeben. Die Zugabe beanspruchte 10 Minuten, wobei die Temperatur unterhalb von 30ºC gehalten wurde. Die Mischung wurde 20 Minuten lang auf 60ºC erhitzt, dann wurden die Phasen getrennt. Die organische Phase wurde im hohen Vakuum zur Trockne konzentriert, unter Erhalt von 12,6 g eines rohen Produktes, von dem durch HPLC Analyse gezeigt wurde, daß es 57,4% Sucralose-6-benzoat (63,3% Ausbeute) enthielt.

Analytisches HPLC-Verfahren

Sucralose-6-benzoatproben wurden durch Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) analysiert. Die Probenkomponenten wurden auf einer Umkehrphasen-Octadecylsilan-HPLC-Säule mit einer Gradientelution von 24% Methanol/76% 0,01 M K&sub2;HPO&sub4;, pH 7,5 Puffer bis 69,5% Methanol/30,5% Puffer getrennt. Die Ermittlung erfolgte durch Ultraviolettabsorption bei 254 nm. Die Proben wurden gegen einen Sucralose-6-benzoat-Standard mit bekannter Zusammensetzung und Reinheit zur Bestimmung des Gewichtsprozentsatzes analysiert. Die chromatographische Reinheit wurde ebenfalls von dem gesammten chromatographischen Peak-Profil berechnet.

Reaktionsprofil

Die Diagramme in Fig. 1 repräsentieren ein Reaktionsprofil einer SOCl&sub2;-TCE-Picolinchlorierung von Sucrose-6-benzoat. Die Reaktion wurde mit 50,0 g (1,0 ME) Sucrose-6-benzoat, 88,0 ml (8,0 ME) 3-Picolin, 60,6 ml( 7,5 ME) SOCl&sub2; und 200 ml TCE entsprechend den grundlegenden Bedingungen des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt. Die Reaktionsaliquote wurden bei Intervallen abgezogen und durch HPLC im Hinblick auf Chlorodesoxysucrosederivate analysiert. Das Diagramm zeigt, daß die Sucralose-6-benzoat ("Tosben")-Bildung ihr Maximum nach einer Stunde bei Rückfluß aufweist, wenn eine einstündige Aufheizungsperiode angewandt wird. Ein ausgedehntes Erwärmen führt zu einem Verlust von Sucralose-6-benzoat und der Erzeugung von anderen chlorierten Spezies.

Beispiel 9

Chlorierung von Sucrose-6-benzoat mit Thionylchlorid und Pyridin in 1,1,2-Trichlorethan: Isolieren von kristallinem Sucralose-6-benzoat im Maßstab von 50g.

Sucralose-6-benzoat (50,0 g, 1,00 ME) wurde in Pyridin (72,5 ml, 8,00 ME) unter Erwärmen aufgelöst. Die Lösung wurde auf Umgebungstemperatur gekühlt und tropfenweise unter Rühren zu einer Lösung aus Thionylchlorid (60,6 ml, 7,50 ME) in 1,1,2-Trichlorethan (200 ml) in einer Rate zugegeben, die ausreichend war, um eine Temperatur von 30ºC aufrecht zu erhalten, wobei eine Eiswasserkühlung angewandt wurde. Die Zugabe dauerte 17 Minuten. Die resultierende orangefarbene Lösung wurde über 40 Minuten linear auf 109ºC erhitzt, wobei die Gasbildung bei 90ºC aufhörte. Die Mischung wurde 70 Minuten lang unter Rückfluß gehalten, dann auf 40ºC gekühlt.
Die Chlorierungsmischung (etwa 325 ml) wurde einem Tropftrichter übertragen und tropfenweise zu konzentriertem wässrigem Ammoniak (190 ml) zugegeben, während die Temperatur bei weniger als 30ºC unter Eiskühlen gehalten wurde; die Zugabe dauerte 40 Minuten.
Die Zweiphasenmischung wurde eine Stunde lang bei 60ºC unter heftigem Rühren erhitzt. Die Phasen wurden getrennt, und die wässrige Phase wurde mit 1,1,2-Trichlorethan (25 ml) gewaschen. Die kombinierten organischen Phasen wurden zur Entfernung von suspendierten Feststoffen filtriert und im Vakuum zu einem Schaum konzentriert. Ausbeute: 55,6g, 58,3% aus bucrose-6-benzoat, berichtigte Ausbeute. Untersuchung 57,8%, Sucralose-6-benzoat, 5,8% dichlorierte Sucrose-6-benzoate, und 16,3% tetrachlorierte Sucrose-6-benzoate.
Ein Anteil des rohen Produktes (25,0g) wurde in Dichlormethan (100 ml) aufgelöst und mit Aktivkohle 30 Minuten lang bei Rückfluß behandelt. Die Lösung wurde durch ein Bett aus Celit filtriert, wobei der Kuchen mit Dichlormethan (50 ml) gewaschen wurde. Das Filtrat wurde auf etwa 80 ml konzentriert und konnte zwei Tage lang verdampfen, wobei es bei Umgebungsbedingungen stand. Die resultierenden gummiartigen Kristalle wurden in kaltem Dichlormethan (40 ml) aufgeschlämmt und filtriert, mit Dichlormethan (20 ml) gewaschen und getrocknet. Ausbeute 8,62g. Untersuchung: 89,5% Sucralose-6-benzoat, 5,7% dichlorierte Sucrose-6-benzoate und 4,0% tetrachloriertes Sucrose-6-benzoat.

Beispiel 10

Chlorierung von Sucrose-6-benzoat mit Thionylchlorid und Pyridin in 1,2-Dichlorethan

Eine Lösung aus Sucrose-6-benzoat schlechter Qualität (20,0 g, 1,00 ME; Untersuchung; 80,5% Sucrose-6-benzoat, 18,5% Sucrose) in Pyridin (30,8 ml, 8,50 ME) wurde tropfenweise zu einer gekühlten gerührten Lösung aus Thionylchlorid (24,6 ml, 7,50 ME) in 1,2-Dichlorethan (80 ml) über 20 Minuten tropfenweise zugegeben, wobei die Temperatur bei weniger als 15ºC gehalten wurde. Es ergab sich eine dicke weiße Paste, die sich über 15 Minuten auf Umgebungstemperatur erwärmen konnte, dann auf Rückfluß über weitere 30 Minuten langsam erhitzt wurde. Der Rückfluß wurde 13 Stunden fortgesetzt, mit anschließendem Reaktionsverlauf durch TLC (siehe Beispiel 5 im Hinblick auf das Verfahren).
Die Reaktionsmischung wurde auf 10ºC gekühlt, und 1:1 konzentriertes wässriges Ammoniak-Methanol (80 ml) wurde zugegeben, wobei die Temperatur unterhalb von 30ºC gehalten wurde. Die Mischung wurde eine Stunde lang bei 50ºC erhitzt und Wasser (40 ml) wurde dann dazugegeben. Die Phasen wurden getrennt, und die wässrige Phase wurde mit 1,2-Dichlorethan bei 50ºC extrahiert. Die kombinierten organischen Phasen wurden mit Wasser (40 ml) extrahiert, dann zu einem Öl (31,0 g) im Vakuum konzentriert.
Das Öl wurde zu Sucralose durch Deacylierung in methanolischem Natriummethoxid umgewandelt, mit anschließenden Sandardverfahren, unter Erhalt eines braunen Schaumes, der 8,25 g Sucralose enthielt, eine 57,5%ige Ausbeute von Sucrose-6-benzoat.

Beispiel 11

Chlorierung von Sucrose mit Thionylchlorid und Pyridin in 1,1,2-Trichlorethan

Eine heterogene Mischung aus Sucrose (1 g) und Pyridin (2,3 ml, 10 ME) wurde mit Thionylchlorid (1,7 ml, 8 ME) in 1,1,2-Trichlorethan (4 ml) bei 0ºC behandelt. Die Reaktion wurde auf Umgebungstemperatur gebracht und dann 16 Stunden lang bei 95ºC erhitzt. Die Lösung wurde mit methanolischem Ammoniak neutralisiert, zu einem Sirup konzentriert und mit Essigsäureanhydrid und Pyridin bei Umgebungstemperatur 6 Stunden lang acetyliert. Die Lösung wurde konzentriert, in Ether aufgenommen, mit Wasser gewaschen, getrocknet (Na&sub2;SO&sub4;) und konzentriert, unter Erhalt eines Sirups (1,5 g). Die Glc Analyse zeigte, daß dies eine Mischung aus Peracetaten von 4,6,1',6'-Tetrachloro-4,6,1',6'-tetradeoxygalactosucrose (26,4%), 4,6,6'-Trichloro-4,6,6'-trideoxygalactosucrose (8,3%) und 6,6'-Dichloro-6,6'-dideoxysucrose (17,0%) war.

Beispiel 12

Chlorierung von Sucrose-6-acetat

Sucrose-6-acetat (500 g; Reinheit etwa 80%) wurde in Pyridin (950 ml) aufgelöst und die Lösung wurde zu einer gerührten Lösung aus Thionylchlorid (730 ml) in 1,1,2-Trichlorethan (TCE, 2000 ml) über 90 Minuten zugegeben, wobei die Temperatur unterhalb von 20ºC gehalten wurde. Die Reaktionsmischung wurde dann über 2 Stunden unter Rückfluß erhitzt und bei Rückfluß (112ºC) 90 Minuten lang gehalten. Die Mischung wurde dann auf etwa 10ºC gekühlt und Wasser (1000 ml) wurde über 30 Minuten zugegeben, wobei die Temperatur unterhalb von 20ºC gehalten wurde. Eine Mischung aus Ammoniak (S.G. 0,880; 1700 ml) und Wasser (500 ml) wurde dann über 60 Minuten zugegeben, wobei die Temperatur unterhalb von 30ºC gehalten wurde. Die Mischung konnte sich dann absetzen, die organische Phase wurde abgetrennt und die wässrige Phase wurde mit einer Mischung aus TCE und Pyridin (4:1, 500 ml) extrahiert. Die kombinierten organischen Extrakte wurden bei 55ºC konzentriert, bis etwa 1,5 Liter des Destillates gesammelt und dann wurde sie etwa auf 20ºC gekühlt. Essigsäureanhydrid (500 ml) wurde dann zugegeben und die Mischung wurde auf 60ºC erwärmt. Mehr Lösungsmittel (1000 ml) wurde dann abdestilliert, Xylol (2000 ml) wurde zugegeben und die Destillation wurde fortgesetzt, bis weitere 1000 ml Destillat entfernt waren. Mehr Xylol (1000 ml) wurde zugegeben, die Mischung wurde auf etwa 25ºC gekühlt und Wasser (1000 ml) wurde zugegeben. Die Mischung wurde dann geimpft und zwei Stunden lang auf 5ºC gekühlt. Das Produkt wurde gesammelt, mit Xylol (500 ml) gewaschen und getrocknet (auf Fließbett bei 40ºC). Ausbeute 570 g (feucht); 524 g (trocken); molare Ausbeute: 65%). Untersuchung 78,5% (durch HPLC wie in Beispiel 4 beschrieben) mt 13% Xylol der Kristallisierung.

Vergleichsbeispiel 1

Chlorierung von Sucrose-6-acetat mit Thionylchlorid und Pyridin in 1,2-Dichlorethan, unter Verwendung von 9 ME Thionylchlorid und 5 ME Pyridin pro ME Sucrose-6-acetat.

Sucrose-6-acetat (5g, Reinheit etwa 80%) wurde in Pyridin (5,6 ml; 5ME) aufgenommen und tropfenweise über eine Periode von 30 Minuten zu einer gerührten Lösung aus Thionylchlorid (9,1 ml; 9 ME) in 1,2-Dichlorethan (25 ml) zugegeben, wobei die Temperatur bei -5ºC gehalten wurde. Die Mischung konnte sich auf Umgebungstemperatur erwärmen, dann wurde sie über eine Stunde auf Rückfluß (83ºC) erhitzt. Die Lösung wurde 20 Stunden lang unter Rückfluß gehalten, dann auf das halbe Volumen konzentriert. Das Konzentrat wurde zu einer kalten Mischung aus Ammoniak (S.G. 0,880; 20 ml) und Methanol (20 ml) zugegeben und bei 45ºC 45 Minuten lang erhitzt. Die Lösung wurde dann zu einem dünnen Syrip konzentriert und zwischen Butanon (50 ml) und gesättigtem wässrigem Ammoniumchlorid (50 ml) getrennt. Die wässrige Schicht wurde mit weiterem Butanon (50 ml ) extrahiert und die organischen Phasen wurden kombiniert, mit Duolite DMF (H&spplus;/OH&supmin;) Ionenaustauschharz entfärbt und zur Trockene konzentriert. Die Analyse des Restes durch HPLC unter Verwendung des Verfahrens, das in Beispiel 1 beschrieben ist, zeigte eine Umwandlung von Sucrose-6-acetat in Sucralose und Sucralose-6-acetat zusammen von etwa 5%.

Vergleichsbeispiel 2

Chlorierung von Sucrose-6-benzoat mit 1,07 ME Thionylchlorid und 0,1 ME 3-Picolin pro ME Hydroxyl in 1,1,2-Trichlorethan

Sucrose-6-benzoat (2,50 g, 0,10 ME) wurde in 3-Picolin (4,40 ml, 0,8 ME) aufgelöst und tropfenweise zu einer Lösung aus Thionylchlorid (30,3 ml, 7,50 ME) in 1,1,2-Trichlorethan (100 ml) über 5 Minuten bei 15ºC zugegeben. Festes Sucrose-6-benzoat (22,5 g, 0,90 ME, d.h. insgesamt 1,0 ME Heptahydroxymaterial) wurde dann portionsweise über 30 Minuten zu der Lösung bei 15ºC zugegeben. Es wurde keine Temperaturerhöhung beobachtet. Das Sucrose-6-benzoat löste sich schnell auf unter Erhalt einer klaren, schwach gelben Lösung mit einer reichlichen Gasemission auf. Die Mischung wurde auf Rückfluß (110ºC) über 50 Minuten erhitzt und für insgesamt 7,2 Stunden unter Rückfluß gehalten, wobei der Reaktionsverlauf durch Tlc aufgezeichnet wurde (vgl. Beispiel 4 im Hinblick auf das Verfahren).
Eine beachtliche Zersetzung trat auf und die Reaktion wurde deswegen nach 7,2 Stunden beendet.
Die Chlorierungsmischung wurde auf 20ºC gekühlt, und konzentriertes wässriges Ammoniak (100 ml) wurde tropfenweise über eine Stunde dazugegeben, wobei die Mischung auf 30ºC gekühlt wurde. Nach dem Rühren für weitere vier Stunden bei Raumtemperatur wurde Wasser (100 ml) zugegeben und die Phasen wurden getrennt. Die organische Phase wurde im Vakuum zu einem schwarzen Öl (11,1 g) konzentriert, das 22,1% Sucralose-6-benzoat, zusammen mit restlichem Picolin und verschiedenen Zersetzungsprodukten enthielt.

Claims

1. Verfahren zur Chlorierung von Sucrose oder einem Derivat davon, wobei die Sucrose oder ein Derivat davon mit Thionylchlorid und einer Stickstoffbase in einem Verhältnis von etwa 1 molaren Äquivalent (ME) an Thionylchlorid und etwa 1 ME der Base für jedes ME an freiem Hydroxyl in einem nicht-reaktiven, schwach polaren Lösungsmittel zur Reaktion gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ME-Verhältnis von Thionylchlorid zu dem freien Hydroxyl von 0,9:1 bis 1,2:1 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ME-Verhältnis von 1:1 bis 1,1:1 ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ME-Verhältnis von Base zu freiem Hydroxyl von 1:1 bis 1,4:1 ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von 1:1 bis 1,3:1 ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoffbase Pyridin oder ein Alkylpyridin ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ein chlorierter Kohlenwasserstoff ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ein teilweise chloriertes Ethan ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel 1,1,2-Trichlorethan ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sucrosederivat eine 6-geschützte Sucrose ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die 6-geschützte Sucrose ein 6-Ester oder 6-Ether oder ein 6,4'-Diester ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die 6-geschützte Sucrose Sucrose-6-acetat, Sucrose-6-benzoat oder Raffinose ist.

13. Verfahren zur Herstellung von Sucralose, umfassend die Reaktion eines 6-geschützten Sucrosederivates mit einem Chlorierungsmittel in Gegenwart einer Stickstoffbase und die anschliessende Entfernung des 6-Substituenten, dadurch gekennzeichnet, dass das 6-substituierte Derivat mit etwa 1 ME Thionylchlorid und etwa 1 ME Base für jedes ME an freiem Hydroxyl in dem Derivat zur Reaktion gebracht wird.