DE68906146T2

DE68906146T2 - FIXED CATALYSTS FOR CONTINUOUS EPIMERIZATION OF ALDOSE AND ALDOSE ANALOGS.

Info

Publication number: DE68906146T2
Application number: DE1989606146
Authority: DE
Inventors: J Arena; E Firth; J Swedo
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2009-02-10
Also published as: DE68906146D1

Description

Die diskutierte und beanspruchte Erfindung betrifft die Epimerisierung von Zuckern und insbesondere die Epimerisierung von Aldosen. Noch spezieller betrifft sie feste Katalysatoren, die eine solche Epimerisierung unter relativ milden Bedingungen bewirken, die Verwendung solcher Katalysatoren beim Epimerisieren von Aldosen sowie ein kontinuierliches Verfahren zum Epimerisieren von Zucker unter Verwendung eines feststehenden Bettes eines solchen Katalysators.The invention discussed and claimed relates to the epimerization of sugars and, in particular, to the epimerization of aldoses. More particularly, it relates to solid catalysts which effect such epimerization under relatively mild conditions, the use of such catalysts in the epimerization of aldoses, and a continuous process for the epimerization of sugars using a fixed bed of such a catalyst.

In jüngster Zeit berichtete Bilik in dem tschechoslowakischen Urheberschein Nr. 149 463, daß Molybdänsäure wäßrige Lösungen von L-Mannose epimerisiert. Bei 70 bis 95 ºC und einem pH- Wert bis zu 7 durchgeführte Reaktionen sollten Gleichgewichtsgemische epimerer Zucker in einer annehmbaren Zeit ergeben. Später beobachtete Bilik jedoch, daß die Epimerisierungsgeschwindigkeit von Mannose zwanzigmal langsamer bei pH 5,9 als bei pH 2,9 war und daß sie für Glucose fünfmal langsamer war, was demonstriert, daß für die Epimerisierung ein stark saures Medium erwünscht ist: Bilik und Mitarbeiter, Chem. Abst., 89 (19): 163 846m (1978). Unabhängig hiervon haben wir beobachtet, daß ein stark saures Medium mit pH zwischen etwa 1 und 3 erforderlich ist, um eine Epimerisierung mit einer annehmbaren Geschwindigkeit mit Mengen von löslichem Molybdat unter etwa 1500 ppm bezogen auf Aldose zu bewirken. Die letztere Beschränkung auf die Menge an verwendetem löslichem Molybdat ist eine Folge der gewerblichen Realität. Mechanismusuntersuchungen bei der Epimerisierung wurden von Hayes et al (J. Amer. Chem. Soc., 104, Seite 6764 [1982]) in wäßriger Lösung bei einem pH-Wert von 4,5 und bei 90 ºC unter Verwendung von etwa 30 000 ppm löslichem Molybdän bezogen auf Aldose durchgeführt.More recently, Bilik reported in Czechoslovak Certificate No. 149,463 that molybdic acid epimerizes aqueous solutions of L-mannose. Reactions carried out at 70 to 95 °C and pH up to 7 should give equilibrium mixtures of epimeric sugars in a reasonable time. However, Bilik later observed that the rate of epimerization of mannose was twenty times slower at pH 5.9 than at pH 2.9 and that it was five times slower for glucose, demonstrating that a strongly acidic medium is desirable for epimerization: Bilik et al., Chem. Abst., 89 (19): 163 846m (1978). Independently, we have observed that a strongly acidic medium with pH between about 1 and 3 is required to effect epimerization at an acceptable rate with amounts of soluble molybdate below about 1500 ppm based on aldose. The latter limitation on the amount of soluble molybdate used is a consequence of commercial reality. Mechanism studies on epimerization were carried out by Hayes et al (J. Amer. Chem. Soc., 104, p. 6764 [1982]) in aqueous solution at pH 4.5 and at 90 ºC using about 30,000 ppm soluble molybdenum based on aldose.

Das Verfahren von Bilik ist wertvoll beim Epimerisieren von Aldosen zu einem Gleichgewichtsgemisch ohne die Bildung wesentlicher Nebenproduktmengen einschließlich Farbkörpern. Die Epimerisierung ist nicht nur bei der Herstellung relativ seltener Zucker, wie L-Ribose aus L- Arabinose, und Zuckeranaloge, wie 6-Deoxy-L-glucose aus L-Rhamnose, erwünscht, sondern auch bei einer Veränderung des Produktgemisches in Zuckersynthesen. Beispielsweise haben L- Zucker einschließlich L-Glucose eine Fähigkeit als nährstofffreie Süßungsmittel, und die Herstellung von Glucose erfolgt durch Bildung von L-Mannose. Obwohl eine Abtrennung von L- Glucose von L-Mannose auf verschiedenen Wegen bewirkt werden kann, erhöht die Anwesenheit von Mannose in der Trennungsbeschickung die Kosten der gereinigten L-Glucose, wobei ihre Kosten mit steigendem Mannosegehalt in der Beschickung anwachsen. Leider wird ein Gemisch von L-Glucose und L-Mannose allgemein überwiegend unter kinetischer Steuerung mit der L- Mannose erzeugt, was der Produktion von relativ reiner L-Glucose die Benachteiligung hoher Kosten auferlegt. Da Glucose thermodynamisch gegenüber Mannose begünstigt ist (Hayes et al, a. a. O.), folgt, daß, wenn die abgetrennte Mannose oder das kinetisch gebildete Produkt ins Gleichgewicht gebracht würden, wesentliche und recht signifikante Kostensenkungen entstehen würden.Bilik's process is valuable in epimerizing aldoses to an equilibrium mixture without the formation of significant amounts of byproducts including color bodies. Epimerization is desirable not only in the production of relatively rare sugars such as L-ribose from L-arabinose and sugar analogues such as 6-deoxy-L-glucose from L-rhamnose, but also in altering the product mixture in sugar syntheses. For example, L-sugars including L-glucose have potential as non-nutrient sweeteners and the production of glucose occurs by the formation of L-mannose. Although separation of L-glucose from L-mannose can be accomplished in several ways, the presence of mannose in the separation feed increases the cost of the purified L-glucose, with its cost increasing with increasing mannose content in the feed. Unfortunately, a mixture of L-glucose and L-mannose is generally produced predominantly under kinetic control with the L-mannose, which imposes the high cost penalty on the production of relatively pure L-glucose. Since glucose is thermodynamically favored over mannose (Hayes et al, supra), it follows that if the separated mannose or the kinetically formed product were brought into equilibrium, substantial and quite significant cost reductions would result.

Obwohl die Verwendung von löslichem Molybdat als ein Epimerisierungsmittel wertvoll sein kann, ergibt es doch noch hartnäckige Nachteile in einem gewerblichen Verfahren. Insbesondere erfordert lösliches Molybdat in der Praxis stark saure (pH geringer als etwa 3,0) Lösungen für die Epimerisierung. Je nach dem Epimerenpaar kann ein niedriger pH-Wert störend sein, da er Nebenreaktionen verursacht, die unerwünschte Produkte ergeben. Die Verwendung eines löslichen Molybdats als ein Epimerisierungsreagenz erfordert auch eine zusätzliche Verfahrensstufe, um es später aus der Lösung zu entfernen. Wenn das Epimerenpaar häufig getrennt wird, ist es erforderlich, das Molybdat vor der Trennstufe zu entfernen, doch wäre es in jedem Fall recht unüblich für eine industrielle Verwendung einer Aldose, wesentliche Molybdatmengen in dem Produkt zu tolerieren. Schließlich macht es die Verwendung eines löslichen Molybdats schwierig, ein kontinuierliches Epimerisierungsverfahren zu gestalten, welches oftmals gegenüber einem Ansatzverfahren bevorzugt ist.Although the use of soluble molybdate as an epimerization agent can be valuable, it still presents persistent disadvantages in a commercial process. In particular, in practice, soluble molybdate requires strongly acidic (pH less than about 3.0) solutions for epimerization. Depending on the epimer pair, a low pH can be disruptive, causing side reactions that yield undesirable products. The use of a soluble molybdate as an epimerization reagent also requires an additional process step to remove it from solution later. If the epimer pair is frequently separated, it is necessary to remove the molybdate prior to the separation step, but in any event it would be quite unusual for an industrial use of an aldose to tolerate significant amounts of molybdate in the product. Finally, the use of a soluble molybdate makes it difficult to design a continuous epimerization process, which is often preferred over a batch process.

Was benötigt wird, ist ein Epimerisierungskatalysator, der unter heterogenen Reaktionsbedingungen arbeitet, d. h. ein fester Epimerisierungskatalysator. Was erforderlich ist, ist ein fester Epimerisierungskatalysator, der bei einem wäßrigen Lösungen von Aldosen eigenen pH-Wert arbeitet, welcher normalerweise im pH-Bereich von 4 bis 6 liegt. Was erforderlich ist, ist ein fester Epimerisierungskatalysator, der beständig bleibt, obwohl er Aktivität bei einem schwach sauren pH-Wert zeigt. Was erforderlich ist, ist ein stabiler, selektiver Epimerisierungskatalysator, der unter nur schwach sauren Bedingungen arbeitet und dessen aktive Komponente nicht in wesentlichem Umfang unter normalen Reaktionsbedingungen aus dem Katalysator ausgelaugt wird. Was wir zur Verfügung stellen, ist gerade ein solcher Katalysator.What is needed is an epimerization catalyst that operates under heterogeneous reaction conditions, i.e. a solid epimerization catalyst. What is needed is a solid epimerization catalyst that operates at a pH inherent to aqueous solutions of aldoses, which is normally in the pH range of 4 to 6. What is needed is a solid epimerization catalyst that remains stable despite showing activity at a weakly acidic pH. What is needed is a stable, selective epimerization catalyst that operates under only weakly acidic conditions and whose active component is not leached out of the catalyst to any significant extent under normal reaction conditions. What we provide is just such a catalyst.

Insbesondere fanden wird, daß starke Anionenaustauscherharze, deren austauschbare Stellen von Molybdat eingenommen werden, recht aktiv beim Epimerisieren von Aldosen mit hoher Selektivität unter schwach sauren Bedingungen sind. In recht überraschender Weise können feste Katalysatoren gemacht werden, aus denen weniger als 50 ppm Molybdän und oft unter 10 ppm Molybdän in das epimerisierte wäßrige Gemisch ausgelaugt werden. Die Aktivität solcher Katalysatoren in kontinuierlichem Betrieb bleibt über mehr als 320 h im Betrieb hoch. Ein Verfahren zur kontinuierlichen Epimerisierung auf der Grundlage solcher fester Katalysatoren wird leicht erdacht, erfolgreich praktiziert und ist wirtschaftlich lohnend und hat den weiteren Vorteil, daß es eine Isomerislerung bei einem den wäßrigen Lösungen der zu isomerisierenden Aldose eigenen pH-Wert bewirkt, was zu vermindertem Auftreten unerwünschter Nebenreaktionen und Nebenprodukte führt.In particular, we have found that strong anion exchange resins, the exchangeable sites of which are occupied by molybdate, are quite active in epimerizing aldoses with high selectivity under weakly acidic conditions. Quite surprisingly, solid catalysts can be made from which less than 50 ppm molybdenum, and often less than 10 ppm molybdenum, is leached into the epimerized aqueous mixture. The activity of such catalysts in continuous operation remains high for more than 320 hours of operation. A process for continuous epimerization based on such solid catalysts is easily devised, successfully practiced and economically viable and has the further advantage of effecting isomerization at a pH inherent to the aqueous solutions of the aldose to be isomerized, resulting in reduced occurrence of undesirable side reactions and by-products.

Der niedrige Wert einer Molybdänauslaugung aus einem festen Epimerisierungskatalysator, wie er bei unserer Erfindung erhalten wird, ist eine unerläßliche Voraussetzung für gewerbliche Annehmbarkeit eines solchen Katalysators und für gewerblichen Erfolg eines auf einem solchen Katalysator basierenden kontinuierlichen Epimerisierungsverfahrens. Bei der für unser Verfahren charakteristischen geringen Auslaugung kann es unnötig sein, eine getrennte Stufe für die Molybdänentfernung durchzuführen, so daß ein Einheitsverfahren bei einer Herstellung verhindert wird. Obwohl eine niedrige Molybdänauslaugung nicht an sich verlängerte Katalysatorlebensdauer gewährleistet, ist eine geringe Auslaugung ein notwendiges Erfordernis für hohe Katalysatorlebensdauer mit geringem Aktivitätsverlust, da fortgesetzte Entfernung von Molybdän aus dem Katalysator gleichbedeutend mit fortgesetzter Entfernung der katalytisch aktiven Stoffe ist, was unveränderlich zu einer Verschlechterung der Katalysatorleistung führen muß.The low level of molybdenum leaching from a solid epimerization catalyst, as obtained in our invention, is an indispensable prerequisite for commercial acceptability of such a catalyst and for commercial success of a continuous epimerization process based on such a catalyst. In the case of our process Due to the low leaching characteristic, it may be unnecessary to carry out a separate step for molybdenum removal, thus preventing a unitary process in one manufacture. Although low molybdenum leaching does not in itself ensure extended catalyst life, low leaching is a necessary requirement for long catalyst life with low activity loss, since continued removal of molybdenum from the catalyst is synonymous with continued removal of the catalytically active materials, which must invariably lead to deterioration of catalyst performance.

In der US-PS 4 029 878 beschreibt Kruse, daß die Mannoseausbeute bei der Epimerisierung von Glucose mit einem sechswertigen Molybdänkatalysator verbessert wird, wenn man eine Lösung verwendet, die wenigstens 50 Gew.-% Glucose enthält. Der Patentinhaber verwendete typischerweise eine Lösung von sechswertigem Molybdän in einer Konzentration von wenigstens 0,125 Gew.-% Molybdänsäure und setzte ein Mischbettionenaustauscherharz nach Beendigung der Reaktion zu, wohl um lösliches Molybdän zu entfernen oder zu reduzieren. In zwei Fällen wurden jedoch hohe Gehalte an Molybdänsäure (0,83 und 1,67 Gew.-%) in Verbindung mit einem Anionenaustauscherharz verwendet, doch scheint in diesen Fällen die Mannoseausbeute geringer zu sein, als sie in Abwesenheit des Harzes beobachtet werden sollte.Kruse, U.S. Patent No. 4,029,878, describes that the mannose yield in the epimerization of glucose with a hexavalent molybdenum catalyst is improved by using a solution containing at least 50% by weight glucose. The patentee typically used a solution of hexavalent molybdenum at a concentration of at least 0.125% by weight molybdic acid and added a mixed bed ion exchange resin after the reaction was complete, presumably to remove or reduce soluble molybdenum. In two cases, however, high levels of molybdic acid (0.83 and 1.67% by weight) were used in conjunction with an anion exchange resin, but in these cases the mannose yield appears to be lower than would be observed in the absence of the resin.

In der japanischen Offenlegungsschrift 55-76 894 fanden die Erfinder, daß ein Epimerisierungskatalysator eines mit Molybdän ausgetauschten Anionenaustauscherharzes identisch mit dem von Kruse rasch Aktivität verlor, wobei ihre Werte zeigen, daß die Mannoseausbeuten bei 90 ºC von 30 % innerhalb von 35 h unter 15 % fielen. Wesentlich als ein Ergebnis dieser raschen Deaktivierung entwickelten die Verfasser "Ionenaustauscherfasern vom Mo-Typ", die als ein Epimerisierungskatalysator verwendet werden konnten. Die Natur dieses Katalysators ist nicht klar. Ein Unterschied, der sich als wesentlich herausstellen wird, besteht jedoch darin, daß diese Verfasser Molybdän unter basischen Bedingungen austauschten, während man es bei der vorliegenden Erfindung als wesentlich sehen wird, daß der Austausch bei eher saurem pH-Wert durchgeführt wird. Obwohl die Knappheit der Beschreibung die Natur ihres Katalysators und Verfahrens unbestimmt macht, scheint eines gewiß, nämlich daß das japanische Verfahren nicht die geringe Mo-Auslaugung oder die hohe Stabilität unseres Katalysators demonstriert, was beides wesentliche Merkmale unseres Verfahrens sind.In Japanese Laid-Open Patent Application 55-76894, the inventors found that an epimerization catalyst of a molybdenum-exchanged anion exchange resin identical to that of Kruse rapidly lost activity, their data showing that mannose yields at 90°C fell from 30% to below 15% within 35 hours. Largely as a result of this rapid deactivation, the authors developed "Mo-type ion exchange fibers" that could be used as an epimerization catalyst. The nature of this catalyst is not clear. However, one difference that will prove to be significant is that these authors exchanged molybdenum under basic conditions, whereas in the present invention it will be seen as significant that the exchange be carried out at a more acidic pH. Although the brevity of the description makes the nature of their catalyst and process uncertain, one thing seems certain, namely that the Japanese process does not demonstrate the low Mo leaching or the high stability of our catalyst, both of which are essential features of our process.

Die EP-A-0 288 847 fällt in den Stand der Technik nach Artikel 54 (3) EPÜ. Sie betrifft die Epimerisierung von Pentosen und Hexosen, um 2,3-trans-Zucker in die entsprechenden 2,3-cis- Zucker umzuwandeln, wobei die Epimerisierung in Gegenwart eines mit einer Molybdän(VI)- Verbindung beladenen Anionenaustauscherharzes in einem Gemisch von Wasser mit Methanol oder Ethanol durchgeführt wird.EP-A-0 288 847 falls within the state of the art according to Article 54(3) EPC. It relates to the epimerization of pentoses and hexoses to convert 2,3-trans-sugars into the corresponding 2,3-cis-sugars, wherein the epimerization is carried out in the presence of an anion exchange resin loaded with a molybdenum(VI) compound in a mixture of water with methanol or ethanol.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Epimerisierung einer Aldose oder eines Aldoseanalogen, bei dem eine ein erstes Epimeres dieser Aldose enthaltende Lösung unter epimerisierenden Bedingungen durch ein Bett eines mit Molybdat ausgetauschten Anionenaustauscherharzes mit einer ausreichenden stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit, um wenigstens ein Viertel des Gleichgewichtswertes des zweiten Epimeren zu bekommen, fließt und das resultierende epimerisierte Produktgemisch gewonnen wird. Das Anionenaustauscherharz wird bei einem pH-Wert zwischen 0,1 und 4,0 mit einer Molybdänverbindung ausgetauscht, die bei jenem pH-Wert in ein Molybdän(VI)-oxyanion umwandelbar ist, um an seinen Anionenaustauschstellen Molybdän(VI) in einer Menge von 0,05 bis 30 Gew.-% Molybdän, bezogen auf das anionenausgetauschte Harz, zu enthalten. Das mit Molybdat ausgetauschte Harz zeigt eine geringe Molybdauslaugung unter den Epimerisierungsbedingungen, wobei das epimerisierte Produktgemisch weniger als 50 ppm Molybdän enthält und eine Halbwertszeit von wenigstens 160 h bei 25 ºC hat, gemessen bei Epimerisierung von Mannose als Beschickung, um wenigstens 25 % des Gleichgewichtswertes von Glucose zu ergeben. Gemäß der Erfindung besteht das Lösungsmittel für die Lösung des ersten Epimeren aus Wasser.The present invention provides a process for the epimerization of an aldose or an aldose analogue, in which a solution containing a first epimer of said aldose is epimerizing conditions through a bed of a molybdate exchanged anion exchange resin at a liquid hourly space velocity sufficient to obtain at least one quarter of the equilibrium value of the second epimer, and recovering the resulting epimerized product mixture. The anion exchange resin is exchanged at a pH between 0.1 and 4.0 with a molybdenum compound convertible to a molybdenum(VI) oxyanion at that pH to contain molybdenum(VI) at its anion exchange sites in an amount of from 0.05 to 30% molybdenum by weight based on the anion exchanged resin. The molybdate exchanged resin exhibits low molybdenum leaching under the epimerization conditions, the epimerized product mixture containing less than 50 ppm molybdenum and having a half-life of at least 160 hours at 25°C, measured upon epimerization of mannose as feed to yield at least 25% of the equilibrium value of glucose. According to the invention, the solvent for the solution of the first epimer is water.

Diese Erfindung beruht auf unserer Beobachtung, daß Anionenaustauscherharze, insbesondere starke Anionenaustauscherharze, die mit Molybdat ausgetauscht wurden, unter speziellen Bedingungen Feststoffe ergeben, die wirksame Epimerisierungskatalysatoren für wäßrige Lösungen von Aldosen und ihren Analogen bei einem solchen Lösungen eigenen pH- Wert ergeben. Der Feststoff katalysiert Epimerisierung recht selektiv mit annehmbaren Geschwindigkeiten und mit recht geringer Molybdänauslaugung und behält seine Aktivität bei kontinuierlicher Verwendung während langer Zeitdauer.This invention is based on our observation that anion exchange resins, particularly strong anion exchange resins exchanged with molybdate, under special conditions produce solids which are effective epimerization catalysts for aqueous solutions of aldoses and their analogues at a pH inherent in such solutions. The solid catalyzes epimerization quite selectively at acceptable rates and with quite low molybdenum leaching and retains its activity in continuous use over long periods of time.

Die Reaktionspartner oder Beschickungsmaterialien in der Epimerisierungsreaktion sind Lösungen, allgemein wäßrige Lösungen, die wenigstens eine Aldose oder ein Aldoseanaloges enthalten. Eine Aldose ist ein Kohlenhydrat, das eine Aldehydgruppe enthält. Jene mit 4 Kohlenstoffatomen werden Tetrosen, jene mit 5 Kohlenstoffatomen Pentosen, jene mit 6 Kohlenstoffatomen Hexosen, jene mit 7 Kohlenstoffatomen Heptosen usw. genannt. Die Tetrosen bestehen aus Erythrose und Threose. Eingeschlossen in die Pentosen sind Ribose, Arabinose, Xylose und Lyxose. Die Hexosen enthalten Allose, Altrose, Glucose, Mannose, Gulose, Idose, Galactose und Talose. Obwohl die Aldohexosen als eine Gruppe die wichtigsten sein können, sind auch die epimeren Aldopentosen, Ribose und Arabinose, bei der Durchführung dieser Erfindung wichtig.The reactants or feedstocks in the epimerization reaction are solutions, generally aqueous solutions, containing at least one aldose or aldose analog. An aldose is a carbohydrate containing an aldehyde group. Those with 4 carbon atoms are called tetroses, those with 5 carbon atoms pentoses, those with 6 carbon atoms hexoses, those with 7 carbon atoms heptoses, etc. The tetroses consist of erythrose and threose. Included in the pentoses are ribose, arabinose, xylose and lyxose. The hexoses include allose, altrose, glucose, mannose, gulose, idose, galactose and talose. Although the aldohexoses may be the most important as a group, the epimeric aldopentoses, ribose and arabinose, are also important in the practice of this invention.

Es wird angenommen (Hayes et al, a. a. O.), daß die wesentliche Struktureinheit für Epimerisierung durch Molybdat die folgende ist: It is assumed (Hayes et al, op. cit.) that the essential structural unit for epimerization by molybdate is the following:

und jede andere Verbindung, als eine Aldose selbst, mit einer solchen Einheit kann als ein Aldoseanaloges bezeichnet werden. Eine Klasse von Aldoseanalogen besteht aus n-Deoxyaldosen, worin n ≥ 4, d. h. Aldosen, deren Hydroxylgruppe mit der Kohlenstoffzahl n, C-n (wobei der Aldehydkohlenstoff C-1 ist), durch ein Wassertoffatom ersetzt wurde. Diese Klasse wird beispielhalber durch Rhamnose, 6-Deoxyglucose, 4-Deoxylyxose, 5-Deoxyarabinose, 4- Deoxymannose und 5-Deoxytalose erläutert. Eine andere Klasse enthält Aldoseester und -ketale, wobei die Ester- und/oder Ketalbildung bei C-n mit n ≥ 4 erfolgt. Beispiele sind etwa Glucose-6- acetat, Mannose-5,6-dibutyrat, 4,6-O-Ethylidenmannose usw. Noch eine andere Klasse ist jene der Uronsäuren, d. h. Hexosen, deren Hydroxymethylgruppe bei C-6 in die Carbonsäuregruppe umgewandelt wurde, und besonders die Alduronsäuren, wie beispielsweise Glucuronsäure, Mannuronsäure, Galacturonsäure usw. Noch eine andere Klasse ist jene der 6-Deoxy-6- aminoaldosen, d. h. Aldosen, deren Hydroxylgruppe bei C-6 durch eine Aminogruppe ersetzt wurde. 4-, 5- oder 6-O-Alkylaldosen sind Glycoside, die auch geeignete Aldoseanaloge sind, wie die 4-, 5- oder 6-Deoxyhalogenaldosen.and any compound other than an aldose itself containing such a moiety may be called an aldose analogue. One class of aldose analogues consists of n-deoxyaldoses, where n ≥ 4, ie aldoses whose hydroxyl group with carbon number n, Cn (where the aldehyde carbon is C-1), has been replaced by a hydrogen atom. This class is exemplified by rhamnose, 6-deoxyglucose, 4-deoxylyxose, 5-deoxyarabinose, 4-deoxymannose and 5-deoxytalose. Another class contains aldose esters and ketals, where the ester and/or ketal formation occurs at Cn with n ≥ 4. Examples are glucose-6-acetate, mannose-5,6-dibutyrate, 4,6-O-ethylidenemannose, etc. Yet another class is that of the uronic acids, ie hexoses whose hydroxymethyl group at C-6 has been converted into the carboxylic acid group, and especially the alduronic acids, such as glucuronic acid, mannuronic acid, galacturonic acid, etc. Yet another class is that of the 6-deoxy-6-aminoaldoses, ie aldoses whose hydroxyl group at C-6 has been replaced by an amino group. 4-, 5- or 6-O-alkylaldoses are glycosides which are also suitable aldose analogues, such as the 4-, 5- or 6-deoxyhaloaldoses.

Die Konzentration der Aldose oder des Aldoseanalogen in Lösung ist nicht wichtig bei der Durchführung dieser Erfindung, obwohl es als eine praktische Überlegung vorteilhaft ist, die Lösungen so konzentriert wie möglich in Übereinstimmung mit Viskositätserfordernissen zu haben. Es wird festgestellt werden, daß die Produktivität im Zusammenhang mit der Menge an Aldose oder Aldoseanalogem, die je Zeiteinheit epimerisiert wird, mit der Aldosekonzentration in Lösung wenigstens prinzipiell ansteigt. Praktisch werden gewöhnlich Lösungen mit zwischen etwa 5 bis etwa 50 Vol.-% verwendet. Die wäßrige Lösung kann auch andere Materialien enthalten, wie Zusatzstoffe zur Verhinderung des Wachstums von Bakterien, Schimmel usw., wie Sulfit- oder Bisulfitsalze. Die Lösung kann auch Puffer sowie Säure oder Base enthalten, um den pH-Wert auf den erwünschten Wert einzustellen. Am häufigsten ist es erwünscht, ein Beschickungsmaterial zu haben, das bei einem der Lösung eigenen pH-Wert epimerisiert wird, der gewöhnlich zwischen pH 4 und 6, noch häufiger im Bereich zwischen 4,5 und 5,0 liegt, doch kann die Epimerisierung gegebenenfalls über den pH-Bereich von 1 bis 6 durchgeführt werden.The concentration of the aldose or aldose analog in solution is not important in the practice of this invention, although as a practical consideration it is advantageous to have the solutions as concentrated as possible consistent with viscosity requirements. It will be found that productivity associated with the amount of aldose or aldose analog epimerized per unit time increases with the aldose concentration in solution, at least in principle. In practice, solutions of between about 5 to about 50% by volume are usually used. The aqueous solution may also contain other materials such as additives to prevent the growth of bacteria, mold, etc., such as sulfite or bisulfite salts. The solution may also contain buffers and acid or base to adjust the pH to the desired value. Most commonly it is desirable to have a feed material that is epimerized at a pH inherent to the solution, usually between pH 4 and 6, more commonly in the range 4.5 to 5.0, but epimerization may be carried out over the pH range 1 to 6 if desired.

Der feste Epimerisierungskatalysator ist ein Anionenaustauscherharz und speziell ein starkes Anionenaustauscherharz, welches mit Molybdat über einen speziellen pH-Bereich ausgetauscht wurde. Das Anionenaustauscherharz kann vom Geltyp oder vom makronetzförmigen Typ sein, wobei seine spezielle Natur nicht von besonderer Bedeutung ist. Am üblichsten und meisten bevorzugt ist das Anionenaustauscherharz, ein Aminharz vom quaternären Ammoniumtyp. Harze, die tertiäre Amine sind, können auch verwendet werden, jedoch nicht notwendigerweise mit äquivalenten Ergebnissen. Die starken Anionenaustauscherharze, die bei der bevorzugten Ausführungsform unserer Erfindung verwendet werden, beruhen gewöhnlich auf einer quaternären Benzylammoniumverbindung, wie Polystyrol- und Nichtpolystyrolgelharze mit der Gruppe ArCH²N&spplus;(CH&sub3;)&sub3;, Harze vom Polystyrolgeltyp mit der Gruppe ArCH&sub2;N&spplus;(CH&sub3;)&sub2;(CH&sub2;CH&sub2;OH) und makronetzförmige Harze jeder der vorangehenden Strukturen, worin Ar ein aromatischer Ring oder ein Teil hiervon, gewöhnlich der Benzolring, ist. Das Charakteristikum von Wichtigkeit bei unserer Erfindung besteht darin, daß das Harz Anionenaustauschstellen hat, die mit Molybdat oder einem Molybdatvorläufer ausgetauscht werden können.The solid epimerization catalyst is an anion exchange resin, and specifically a strong anion exchange resin which has been exchanged with molybdate over a specific pH range. The anion exchange resin may be of the gel type or of the macroreticular type, its specific nature being of no particular importance. The most common and most preferred anion exchange resin is a quaternary ammonium type amine resin. Resins which are tertiary amines may also be used, but not necessarily with equivalent results. The strong anion exchange resins used in the preferred embodiment of our invention are usually based on a benzyl quaternary ammonium compound, such as polystyrene and non-polystyrene gel resins containing the group ArCH²N⁺(CH₃)₃, polystyrene gel type resins containing the group ArCH₂N⁺(CH₃)₂(CH₂CH₂OH), and macroreticular resins of any of the foregoing structures wherein Ar is an aromatic ring or a portion thereof, usually the benzene ring. The characteristic of importance in our invention is that the resin has anion exchange sites which can be exchanged with molybdate or a molybdate precursor.

Das Anionenaustauscherharz wird mit einem Molybdat ausgetauscht, um wenigstens 0,05 Gew.-%, gewöhnlicher wenigstens 0,5 Gew.-% bis zu 30 Gew.-% Molybdän in dem Endprodukt zu ergeben. Die Molybdatmenge auf dem ausgetauschten Harz beeinflußt primär die Produktivität des Verfahrens, d. h. die Aldosemenge, die je Zeiteinheit epimerislert werden kann, beeinflußt aber nicht die Natur dieses Verfahrens. Ob man nun auswählt, in einem "niedrigen" Bereich von sagen wir 0,05 bis 11,5 Gew.-% Molybdän oder in einem "hohen" Bereich von 11,5 bis 30 Gew.-% Molybdän zu arbeiten, und ob es eine Aldose oder ein Aldoseanaloges ist, welche epimerisiert werden, so bleiben die wesentlichen Charakteristika unserer Erfindung die gleichen. Folglich kann gerechterweise gesagt werden, daß die Molybdänmenge auf dem ausgetauschten Harz nicht kritisch für den Erfolg unserer Erfindung ist und weitgehend wahlfrei ist.The anion exchange resin is exchanged with a molybdate to give at least 0.05 wt%, more usually at least 0.5 wt% up to 30 wt% molybdenum in the final product. The amount of molybdate on the exchanged resin primarily affects the productivity of the process, i.e. the amount of aldose that can be epimerized per unit time, but does not affect the nature of the process. Whether one chooses to operate in a "low" range of say 0.05 to 11.5 wt% molybdenum or in a "high" range of 11.5 to 30 wt% molybdenum, and whether it is an aldose or an aldose analogue that is epimerized, the essential characteristics of our invention remain the same. Consequently, it can be fairly said that the amount of molybdenum on the exchanged resin is not critical to the success of our invention and is largely optional.

Der Austausch kann durch irgendein lösliches Oxoanion von Mo(VI) bewirkt werden, dessen Löslichkeit in wäßriger Lösung wenigstens 100 ppm an irgendeinem Punkt in dem pH-Bereich von 0,1 bis 6,0 ist. Molybdatsalze, d. h. Salze mit dem MoO&sub4;-Dianion, werden am üblichsten in dem Austausch verwendet und enthalten die Molybdatsalze von Natrium, Kalium, Lithium, Calcium, Strontium, Zink, Eisen(II), Magnesium, Ammonium und Barium. Metallorganische Molybdatkomplexe, wie Molybdän(VI)-oxid-bis-(2,4-pentandionat), können auch bei der Durchführung dieser Erfindung verwendet werden, wie auch Molybdäntrioxid, das gewöhnlich als ein wasserunlösliches Material angesehen wird, dessen Löslichkeit aber ausreichend ist, um die oben zum Ausdruck gebrachten Kriterien zu erfüllen. Der Austausch kann tatsächlich mit irgendeiner Molybdänverbindung bewirkt werden, die, nachdem sie an eine austauschbare Stelle in einem Anionenaustauscherharz gebracht wurde, in ein Molybdän(VI)-oxyanion umwandelbar ist.The exchange can be effected by any soluble oxoanion of Mo(VI) whose solubility in aqueous solution is at least 100 ppm at any point in the pH range of 0.1 to 6.0. Molybdate salts, i.e. salts with the MoO4 dianion, are most commonly used in the exchange and include the molybdate salts of sodium, potassium, lithium, calcium, strontium, zinc, iron(II), magnesium, ammonium and barium. Organometallic molybdate complexes such as molybdenum(VI) oxide bis(2,4-pentanedionate) can also be used in the practice of this invention, as can molybdenum trioxide, which is usually considered a water-insoluble material but whose solubility is sufficient to meet the criteria expressed above. The exchange can actually be effected with any molybdenum compound which, after being placed in an exchangeable site in an anion exchange resin, is convertible into a molybdenum(VI) oxyanion.

Der Austausch kann entweder ansatzweise oder kontinuierlich normalerweise bei oder nahe Raumtemperatur durchgeführt werden, obwohl Temperaturen bis zu 100 ºC benutzt werden können. In einem typischen Austausch kann ein Gemisch des Harzes und einer 20 gew.-%igen Lösung von Natriummolybdat bei Raumtemperatur bei einem pH zwischen 0,5 und 4,0 während einer Zeitdauer bis zu zwei Tagen vermischt werden, um bis zu etwa 30 Gew.-% Molybdän einzuarbeiten.The exchange can be carried out either batchwise or continuously, normally at or near room temperature, although temperatures up to 100ºC can be used. In a typical exchange, a mixture of the resin and a 20 wt% solution of sodium molybdate can be mixed at room temperature at a pH between 0.5 and 4.0 for a period of up to two days to incorporate up to about 30 wt% molybdenum.

Der pH-Wert, bei dem der Austausch bewirkt wird, hat einen wichtigen Einfluß auf die Aktivität und Stabilität des resultierenden festen Katalysators und liegt im Bereich von 0,1 bis 4,0, um einen geeignet aktiven Epimerisierungskatalysator zu erhalten. Der Austausch wird gewöhnlich bei einem pH zwischen 0,5 und 2,5 durchgeführt. Die speziellen pH-Bereiche, die für einen speziellen Katalysator optimal sind, variieren mit dem Harz, können aber leicht durch einfache Experimente bestimmt werden. Es wurde jedoch beobachtet, daß im allgemeinen ein Austausch bei einem niedrigeren pH-Wert dazu neigt, ein stabileres Harz zu ergeben, d. h. ein solches, das bei fortgesetzter Verwendung verminderte Deaktivierung zeigt. Das heißt, die Stabilität der festen Katalysatoren scheint etwas größer zu sein, wenn die Katalysatoren in dem unteren pH-Bereich hergestellt werden, als wenn sie bei einem höheren pH-Wert hergestellt würden.The pH at which the exchange is effected has an important influence on the activity and stability of the resulting solid catalyst and is in the range of 0.1 to 4.0 to obtain a suitably active epimerization catalyst. The exchange is usually carried out at a pH between 0.5 and 2.5. The specific pH ranges that are optimal for a particular catalyst vary with the resin but can be easily determined by simple experimentation. However, it has been observed that in general an exchange at a lower pH tends to produce a more stable resin, that is, one that exhibits reduced deactivation with continued use. That is, the stability of the solid catalysts appears to be somewhat greater when the catalysts are prepared in the lower pH range than when they are prepared at a higher pH.

Die festen Katatalysatoren enthalten Molybdän in einer Menge zwischen 0,05 und 30 Gew.-% elementares Molybdän, bezogen auf Trockengewicht des fertigen Katalysators, und üblicher enthalten sie zwischen 10 und 25 Gew.-% Molybdän. Der jeweilige Molybdängehalt in dem fertigen festen Katalysator hängt von der Natur des Harzes, der im Austausch angebotenen Molybdatmenge, dem pH des Austausches usw. ab. Wie oben festgestellt wurde, hat der Molybdängehalt eine Wirkung auf die Produktivität in dem Epimerisierungsverfahren, ist aber nicht ein kritisches Element für den Erfolg unserer Erfindung.The solid catalysts contain molybdenum in an amount between 0.05 and 30 wt.% elemental molybdenum based on the dry weight of the finished catalyst, and more usually contain between 10 and 25 wt.% molybdenum. The particular molybdenum content in the finished solid catalyst depends on the nature of the resin, the amount of molybdate offered in exchange, the pH of the exchange, etc. As stated above, the molybdenum content has an effect on productivity in the epimerization process, but is not a critical element to the success of our invention.

Ein wichtiges Merkmal der Katalysatoren unserer Erfindung, welches ein Schlüssel für die Gestaltung eines kontinuierlichen Epimerisierungsverfahrens ist, ist die geringe Molybdänauslaugung während ihrer Verwendung unter Reaktionsbedingungen. Es ist klar, daß eine starke Molybdänauslaugung wenigstens in zweierlei Beziehung unannehmbar ist. Da Molybdän bei der Epimerisierung der aktive Stoff ist, kann erwartet werden, daß sein Verlust aus dem festen Katalysator von einem Verlust katalytischer Aktivität begleitet ist. Daher führt starke Molybdänauslaugung zu beschleunigter Katalysatordeaktivierung. Wenn hohe Molybdängehalte in der Produktlösung von epimerisierter Aldose oder epimerisiertem Aldoseanalogen vorhanden sind, muß Molybdän vor einer Aldosetrennstufe entfernt werden. Daher erfordert starke Molybdänauslaugung eine zusätzliche Reinigungsstufe bei der Produktion des epimeren Produktes. Das Verfahren unserer Erfindung ist durch eine Molybdänauslaugung von weniger als 50 ppm Molybdän unter Epimerisierungsbedingungen, häufig unter 25 ppm und oftmals unter 15 ppm, gekennzeichnet.An important feature of the catalysts of our invention, which is a key to the design of a continuous epimerization process, is the low molybdenum leaching during their use under reaction conditions. It is clear that severe molybdenum leaching is unacceptable in at least two respects. Since molybdenum is the active species in epimerization, its loss from the solid catalyst can be expected to be accompanied by a loss of catalytic activity. Therefore, severe molybdenum leaching leads to accelerated catalyst deactivation. When high molybdenum levels are present in the product solution of epimerized aldose or epimerized aldose analog, molybdenum must be removed prior to an aldose separation step. Therefore, severe molybdenum leaching requires an additional purification step in the production of the epimeric product. The process of our invention is characterized by a molybdenum leaching of less than 50 ppm molybdenum under epimerization conditions, frequently below 25 ppm and often below 15 ppm.

Die wie beschrieben hergestellten festen Katalysatoren haben mehrere recht günstige Eigenschaften. Die Katalysatoren sind hochselektiv beim Katalysieren der Epimerisierung von Aldose oder Aldoseanalogen. Unter selektiv verstehen wird, daß der Reaktionspartner Aldose oder Aldoseanaloges in sein Epimeres mit minimaler Bildung von Nebenprodukten umgewandelt wird. Die festen Katalysatoren sind auch recht stabil und können in kontinuierlichem Betrieb während Perioden über 150 h benutzt werden. Je nach ihrer Herstellungsweise zeigen einige Katalysatoren fast keine Aktivitätsveränderung während wenigstens 320 h. Bei Verwendung der Epimerisierung von Mannose bei 95 ºC mit einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit, die ausreicht, um wenigstens 25 % des Gleichgewichtswertes von Glucose zu erreichen, als Standard zeigen die Katalysatoren unserer Erfindung allgemein eine Deaktivierung unter 10 % je Tag in einem kontinuierlichen Verfahren, was einer Halbwertszeit von wenigstens 160 h entspricht. Die festen Katalysatoren können gut vorzeitig hergestellt und ohne wesentlichen Abbau oder Verlust an Aktivität gelagert werden.The solid catalysts prepared as described have several quite favorable properties. The catalysts are highly selective in catalyzing the epimerization of aldose or aldose analogues. By selective is meant that the reactant aldose or aldose analogue is converted to its epimer with minimal formation of by-products. The solid catalysts are also quite stable and can be used in continuous operation for periods in excess of 150 hours. Depending on their method of preparation, some catalysts show almost no change in activity for at least 320 hours. Using the epimerization of mannose at 95°C with a liquid hourly space velocity sufficient to achieve at least 25% of the equilibrium value of glucose as a standard, the catalysts of our invention generally show deactivation of less than 10% per day in a continuous process, corresponding to a half-life of at least 160 hours. The solid catalysts can be easily prepared in advance and stored without significant degradation or loss of activity.

Epimerisierung mit einem festen Katalysator dieser Erfindung wird gewöhnlich in einem Temperaturbereich zwischen 40 und 110 ºC, stärker üblich aber im Bereich zwischen 70 und 100 ºC und noch üblicher zwischen 80 und 95 ºC durchgeführt. Der wichtigste Temperatureffekt scheint die Epimerisierungsgeschwindigkeit zu sein, und folglich wird eine solche Temperatur ausgewählt, die eine bequeme Reaktionsgeschwindigkeit ergibt. Andererseits kann die Betriebstemperatur auch die strukturelle und chemische Stabilität des Katalysators selbst beeinflussen, was eine Überlegung wenigstens gelegentlich bei der Auswahl einer geeigneten Reaktionstemperatur sein kann. Die Zeit, über welche eine Epimerisierung durchgeführt wird, ist recht variabel je nach der Reaktionstemperatur, dem verwendeten speziellen festen Kalalysator, der in dem Katalysator enthaltenen Molybdänmenge, dem angestrebten Umwandlungsumfang usw. Häufig ist es nicht gewerblich erwünscht, die Reaktion bis zum Gleichgewicht durchzuführen, da die Zeit zur Erreichung des Gleichgewichtes unmäßig lang in Bezug auf die Zeit sein kann, um beispielsweise 80 % des Gleichgewichtswertes zu erreichen. Folglich läuft die Epimerisierung während ausreichender Zeit, um eine gewerblich annehmbare Produktverteilung zu erreichen. Praktisch wird die Reaktion allgemein lange genug laufen, um wenigstens ein Viertel und üblicher wenigstens die Hälfte des Gleichgewichtswertes des erwünschten Epimeren zu bekommen.Epimerization with a solid catalyst of this invention is usually carried out in a temperature range between 40 and 110°C, but more usually in the range between 70 and 100°C, and even more usually between 80 and 95°C. The most important temperature effect appears to be the rate of epimerization, and thus a temperature is selected which gives a convenient reaction rate. On the other hand, the operating temperature may also affect the structural and chemical stability of the catalyst itself, which may be a consideration at least occasionally in selecting a suitable reaction temperature. The time over which epimerization is carried out is quite variable depending on the reaction temperature, the particular solid catalyst used, the amount of molybdenum contained in the catalyst, the extent of conversion desired, etc. Often it is not commercially desirable to carry the reaction to equilibrium, since the time to reach equilibrium may be excessively long relative to the time to reach, for example, 80% of the equilibrium value. Consequently, epimerization is carried out for a sufficient time to achieve a commercially acceptable product distribution. In practice, the reaction will generally be carried out long enough to obtain at least one-quarter, and more usually at least one-half, of the equilibrium value of the desired epimer.

Die Epimerisierung kann entweder ansatzweise oder vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden. Beim ansatzweisen Arbeiten wird der feste Katalysator mit einer wäßrigen Lösung, die die zu epimerisierende Aldose oder das zu epimerisierende Aldoseanaloge enthält, bei einem pH zwischen 1 und 6, gewöhnlich aber im pH-Bereich von 4,0 bis 6,0, und bei einer Temperatur zwischen 40 und 110 ºC ausreichend lange vermischt, um den erwünschten Mengenanteil des angestrebten Epimeren zu bekommen. Der feste Katalysator wird dann beispielsweise durch Filtration entfernt, wobei das Filtrat das Reaktionsprodukt ist. Das Epimerenpaar kann ohne weitere Verarbeitung verwendet werden, obwohl allgemein eine Komponente oder beide Komponenten des Epimerenpaares in reinerer Form durch geeignete Mittel, wie Chromatographie, abgetrennt werden.Epimerization can be carried out either batchwise or, preferably, continuously. In batchwise operation, the solid catalyst is mixed with an aqueous solution containing the aldose or aldose analogue to be epimerized at a pH between 1 and 6, but usually in the pH range of 4.0 to 6.0, and at a temperature between 40 and 110°C for a time sufficient to obtain the desired amount of the epimer desired. The solid catalyst is then removed, for example by filtration, with the filtrate being the reaction product. The epimer pair can be used without further processing, although generally one or both components of the epimer pair are separated in a more pure form by suitable means such as chromatography.

Die festen Katalysatoren dieser Erfindung werden noch wirksamer in einem kontinuierlichen Verfahren zur Epimerisierung von Aldose oder Aldoseanalogen benutzt. Der Fachmann erkennt, daß viele Abwandlungen möglich sind und die folgende Beschreibung nur repräsentativ für diese Abwandlungen ist. Das Molybdataustauscherharz, welches der feste Katalysator dieser Erfindung ist, wird am häufigsten als ein Packungsbett verwendet, kann aber auch als eine Wirbelschicht oder zum Sprudeln gebrachte Schicht verwendet werden. Das Beschickungsmaterial ist eine wäßrige Lösung einer Aldose oder eines Aldoseanalogen, die gegebenenfalls andere Zusatzstoffe enthält, bei einem pH-Wert zwischen 1 und 6. In bevorzugter Weise ist der pH-Wert der wäßrigen Beschickung der Aldose oder des Aldoseanalogen jener, der dieser Lösung eigen ist, und liegt im Bereich zwischen 4,0 und 6,0. Die wäßrige Beschickung wird dann im Aufstrom oder Abstrom durch die gepackte Schicht mit einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit geführt, die von der Reaktionstemperatur, der Molybdänmenge in dem festen Katalysator und dem erwünschten Epimerisierungsgrad abhängt. Beispielsweise mit einem Katalysator, der zwischen etwa 10 und 20 Gew.-% Molybdän enthält, führt so ein Arbeiten mit einer 10 gew.%igen wäßrigen Mannoselösung bei 95 ºC und einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit von 1 bis 2 etwa zu Gleichgewichtswerten des epimeren Mannose-Glucosepaares während der anfänglichen Verwendung der Schicht. Das Harz zeigt Deaktivierung mit der Verwendung, doch hängt ihre Zeitabhängigkeit von dem Harz, der Natur und Konzentration der Aldosebeschickung und der Menge des ausgetauschten Molybdäns sowie dem pH des Molybdänaustausches ab. In einem mehr oder weniger typischen Fall ergibt jedoch ein Katalysator bei der Einwirkung auf 10 %ige Mannose als Beschickung bei 95 ºC und einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit, um anfangs die Gleichgewichtskonzentration an Glucose in dem epimerisierten Produkt zu ergeben, nach 150 h im Strom bei der gleichen stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit von Beschickung etwa die Hälfte des Gleichgewichtswertes an Glucose.The solid catalysts of this invention are even more effectively used in a continuous process for the epimerization of aldose or aldose analogs. Those skilled in the art will recognize that many variations are possible and the following description is only representative of those variations. The molybdate exchange resin which is the solid catalyst of this invention is most commonly used as a packed bed, but may also be used as a fluidized or bubbled bed. The feedstock is an aqueous solution of an aldose or aldose analog, optionally containing other additives, at a pH between 1 and 6. Preferably, the pH of the aqueous feedstock of the aldose or aldose analog is that inherent in that solution and is in the range between 4.0 and 6.0. The aqueous feedstock is then fed upstream or downstream through the packed bed at a liquid hourly space velocity which depends on the reaction temperature, the amount of molybdenum in the solid catalyst and the degree of epimerization desired. For example, with a catalyst containing between about 10 and 20 wt.% molybdenum, operating with a 10 wt.% aqueous mannose solution at 95ºC and a liquid hourly space velocity of 1 to 2 will result in approximately equilibrium values of the mannose-glucose epimeric pair during the initial use of the bed. The resin shows deactivation with use, but its time dependence depends on the resin, the nature and concentration of the aldose feed and the amount of molybdenum exchanged as well as the pH of the molybdenum exchange. However, in a more or less typical case, a catalyst acting on 10% mannose feed at 95 ºC and a liquid hourly space velocity initially to give the equilibrium concentration of glucose in the epimerized product will give about half the equilibrium value of glucose after 150 hours on stream at the same feed hourly liquid space velocity.

Examples I to VIII

Ein fester Molybdatkatalysator auf einem basischen Anionenaustauscherharz wurde folgendermaßen hergestellt: In einen 500 ml-Erlenmeyer-Kolben wurden 50,0 g Natriummolybdatdihydrat und 200 ml entionisiertes Wasser gegeben. Das Gemisch wurde gerührt, bis eine Lösung erhalten worden war. Dann wurde der pH-Wert der Lösung durch vorsichtige Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure auf 4,0 eingestellt. Zu der resultierenden angesäuerten Molybdatiösung wurden dann 50,0 g Amberlite IRA-400 von Rohm & Haas zugegeben, was ein stark basisches Ionenaustauscherharz vom quaternären Benzylammoniumtyp und Polystyrolgeltyp in der Chloridform ist. Der Kolben wurde mit einem Stopfen verschlossen und bei Raumtemperatur 2 Tage unter gelegentlichem vorsichtigem Durchwirbeln gehalten. Der resultierende feste Katalysator wurde auf eine Glasfrittenfilter gesammelt. Um alles unausgetauschte Molybdat vollständig zu entfernen, wurde der feste Katalysator mit Anteilen an entionisiertem Wasser, insgesamt 3 l, gewaschen. Der gewaschene Katalysator war dann fertig für die Verwendung. Eine Probe des festen Katalysators wurde unter Vakuum bei 60 ºC während 5 h getrocknet und dann analysiert. Es zeigte sich, daß das Harz 20,7 Gew.-% Molybdän enthielt. Das obige Verfahren wurde wiederholt, indem das verwendete basische Anionenaustauscherharz und der pH-Wert der wäßrigen Molybdatlösung verändert wurden, wie in Tabelle 1 zusammengestellt ist. Tabelle 1 Molybdatausgetauschte Anionenaustauscherharze Beispiel Nr. Harz Type Austausch-pH Gew.-% gefundenes Mo Amberlite IRA-400a (CI) Amberlite IRA-400a Amberlyst A-27b Amberlite IRA-47c G =Gel M = makronetzarig a) stark basisches Polystyrol-Anionenaustauscherharz vom quatemären Benhzylammoniumtyp b) stark basisches makronetzförmiges Anionenaustauscherharz vom quaternären Benzylammoniumtyp c) basisches Zwischenproduktharz vom tertiären AmintypA solid molybdate catalyst on a basic anion exchange resin was prepared as follows: To a 500 mL Erlenmeyer flask were added 50.0 g of sodium molybdate dihydrate and 200 mL of deionized water. The mixture was stirred until a solution was obtained. Then the pH of the solution was adjusted to 4.0 by careful addition of concentrated sulfuric acid. To the resulting acidified molybdate solution was then added 50.0 g of Amberlite IRA-400 from Rohm & Haas, which is a strongly basic quaternary benzylammonium type and polystyrene gel type ion exchange resin in the chloride form. The flask was stoppered and kept at room temperature for 2 days with occasional gentle swirling. The resulting solid catalyst was collected on a glass fritted filter. To completely remove all unexchanged molybdate, the solid catalyst was washed with portions of deionized water, totaling 3 L. The washed catalyst was then ready for use. A sample of the solid catalyst was dried under vacuum at 60 ºC for 5 h and then analyzed. The resin was found to contain 20.7 wt.% molybdenum. The above procedure was repeated by changing the basic anion exchange resin used and the pH of the aqueous molybdate solution, as shown in Table 1. Table 1 Molybdate exchanged anion exchange resins Example No. Resin Type Exchange pH Wt% Mo found Amberlite IRA-400a (CI) Amberlite IRA-400a Amberlyst A-27b Amberlite IRA-47c G = Gel M = macroreticular a) strong basic polystyrene anion exchange resin of the quaternary benzylammonium type b) strong basic macroreticular anion exchange resin of the quaternary benzylammonium type c) basic intermediate resin of the tertiary amine type

Examples IX to XVI

Das folgende allgemeine Verfahren wurde verwendet, um die katalytische Aktivität und Beständigkeit gegen Auslaugung der in den Beispielen I bis VIII hergestellten festen Katalysatoren zu bewerten. Eine Probe von 1 cm³ festen Katalysators wurde in einem Reagenzglas mit 6,0 ml einer 9,1 gew.-%igen wäßrigen Lösung von D-Mannose vermischt. Das Reagenzglas wurde mit einem Stopfen verschlossen und bei 80 ºC typischerweise 24 h geschüttelt. Probenanteile wurden typischerweise nach 2, 4, 6, 8, 18 und 24 h entnommen und durch HPLC analysiert, um den Epimerisierungsgrad von D-Mannose zu D-Glucose zu bestimmen. Aktive Katalysatoren ergaben Gleichgewichtsgemische (etwa 70 % Glucose : etwa 30 % Mannose) nach etwa 4 bis 8 h. Inaktive Katalysatoren zeigten entweder überhaupt keine Epimerisierungsaktivität oder ergaben keine Gleichgewichtsgemische selbst nach 24 h. Nach 24 h entfernte Anteile wurden auch einer AAS- Analyse unterzogen, um die aus den festen Katalysatoren in die Lösungen ausgelaugten Molybdänmengen zu bestimmen. Der pH der Reaktionsgemische blieb während der ganzen Reaktionsperiode bei ≥5,3. Die Bewertungen sind in der Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2 Beispiel Nr. Harz Herstellungs-pH katalytische Aktivität Auslaugmenge nach 24 h (ppm Mo) Amberlite IRA-400 (CI) Amberlyst A-27 Amberlite IRA-47 Amberlite IRA-47 Amberiite IRA-400 (OH) N. D. = nicht bestimmtThe following general procedure was used to evaluate the catalytic activity and resistance to leaching of the solid catalysts prepared in Examples I through VIII. A 1 cc sample of solid catalyst was mixed in a test tube with 6.0 ml of a 9.1 wt% aqueous solution of D-mannose. The test tube was stoppered and shaken at 80°C, typically for 24 hours. Sample aliquots were typically removed after 2, 4, 6, 8, 18, and 24 hours and analyzed by HPLC to determine the degree of epimerization of D-mannose to D-glucose. Active catalysts gave equilibrium mixtures (about 70% glucose: about 30% mannose) after about 4 to 8 hours. Inactive catalysts either showed no epimerization activity at all or did not give equilibrium mixtures even after 24 hours. Portions removed after 24 h were also subjected to AAS analysis to determine the amounts of molybdenum leached from the solid catalysts into the solutions. The pH of the reaction mixtures remained at ≥5.3 throughout the reaction period. The evaluations are summarized in Table 2. Table 2 Example No. Resin Preparation pH Catalytic Activity Leaching Amount after 24 h (ppm Mo) Amberlite IRA-400 (CI) Amberlyst A-27 Amberlite IRA-47 Amberlite IRA-47 Amberiite IRA-400 (OH) ND = not determined

Examples XVII to XXI

Um zu demonstrieren, daß die katalytische Aktivität der in den obigen Beispielen I bis VIII hergestellten festen Katalysatoren von Molybdat stammt, welches anionenausgetauscht ist (d. h. welches ionisch an Stellen auf den basischen Anionenaustauscherharzen gebunden ist) und nicht bloß auf der festen Oberfläche adsorbiert oder physikalisch eingeschlossen ist, wurden Versuche gemacht, feste Katalysatoren unter Verwendung saurer Kationenaustauscherharze herzustellen, in welchen Anionenaustausch unmöglich ist. Das Verfahren des Beispiel I wurde für den Versuch verwendet, diese Katalysatoren herzustellen, wobei der einzige Unterschied darin bestand, daß hier anstelle der basischen Anionenaustauscherharze saure Kationenaustauscherharze verwendet wurden. Das Verfahren der Beispiele IX bis XVI wurde verwendet, um die Aktivität dieser auf sauren Kationenaustauscherharzen hergestellten festen Katalysatoren zu bewerten. Die Ergebnisse dieser Bewertungen erscheinen in Tabelle 3. Tabelle 3 Beispiel Nr. Harz Typ Herstellungs-pH ppm gefundenes Mo Katalytische Aktivität Amberlinte IR-118 (H) Amberlite IR-118 (H) Amberlite 200 (H) Amberlite 200 (Na) Amberlite IRC-50 (H) keine G =Gel M = makronetzförmigTo demonstrate that the catalytic activity of the solid catalysts prepared in Examples I through VIII above is derived from molybdate which is anion-exchanged (i.e., which is ionically bound to sites on the basic anion exchange resins) and not merely adsorbed or physically entrapped on the solid surface, attempts were made to prepare solid catalysts using acidic cation exchange resins in which anion exchange is impossible. The procedure of Example I was used to attempt to prepare these catalysts, the only difference being that acidic cation exchange resins were used instead of basic anion exchange resins. The procedure of Examples IX through XVI was used to evaluate the activity of these solid catalysts prepared on acidic cation exchange resins. The results of these evaluations appear in Table 3. Table 3 Example No. Resin Type Manufacturing pH ppm Mo found Catalytic Activity Amberlite IR-118 (H) Amberlite IR-118 (H) Amberlite 200 (H) Amberlite 200 (Na) Amberlite IRC-50 (H) none G = gel M = macroreticular

Aus diesen Ergebnissen ist ersichtiich, daß nur sehr kleine Molybdängehalte in den Harzen adsorbiert und/oder eingeschlossen werden. Daher müssen die hohen (> 10 Gew.-%) Molybdängehalte, die in den unter Verwendung basischer Anionenaustauscherharze hergestellten festen Katalysatoren gefunden wurden, notwendigerweise ionisch gebundenes (ausgetauschtes) Molybdatrepräsentieren. Es ist auch aus diesen Ergebnissen ersichtlich, daß die niedrigen (< 100 ppm) Molybdänmengen, die aus den festen Katalysatoren in den Beispielen IX bis XVI ausgelaugt werden, zu klein sind, um sich auf ihre beobachtete katalytische Aktivität auszuwirken.It is evident from these results that only very small amounts of molybdenum are adsorbed and/or trapped in the resins. Therefore, the high (> 10 wt.%) molybdenum levels found in the solid catalysts prepared using basic anion exchange resins must necessarily represent ionically bound (exchanged) molybdate. It is also evident from these results that the low (< 100 ppm) amounts of molybdenum leached from the solid catalysts in Examples IX to XVI are too small to affect their observed catalytic activity.

Example XXII

Kontinuierliche Epimerisierung von L-Arabinose. 20 g Amberlite IRA-400 (CI)-Ionenaustauscherharz wurden mit 100 ml einer 17 gew.-%igen Lösung von Na&sub2;MoO&sub4;.2H&sub2;O vermischt und mit konzentrierter H&sub2;SO&sub4; auf pH 4,0 eingestellt. Das Gemisch wurde 20 h gerührt und dann filtriert, um das Harz aus der Molybdatlösung zu entfernen. Das Harz wurde dann sorgfältig mit 5 l entionisiertem Wasser gewaschen, um überschüssiges Molybdat zu entfernen. Es zeigte sich, daß der fertige Katalysator 11,5 Gew.-% elementares Mo enthielt. Dieser Katalysator (16,5 cm³) wurde in einen vertikalen Röhrenreaktor eingefüllt, der mit einem Heizmantel versehen war und der auf etwa 95 ºC gehalten wurde. Eine 10 %ige wäßrige L-Arabinosebeschickung (pH etwa 5) wurde im Aufstrom mit 20 cm³/h (LHSV 1,2) über den Katalysator gepumpt. Produkte wurden in 4stündigen Abständen aufgefangen und durch Hochdruckfiüssigkeitschromatographie (HPLC) analysiert. Die Zusammensetzung einer jeden Produktperiode ist nachfolgend aufgeführt. Tabelle Kontinuierliche Epimerisierung von L-Arabinose Std. im Strom % L-Arabinose % L-RiboseContinuous epimerization of L-arabinose. 20 g of Amberlite IRA-400 (CI) ion exchange resin was mixed with 100 ml of a 17 wt% solution of Na₂MoO₄.2H₂O and adjusted to pH 4.0 with concentrated H₂SO₄. The mixture was stirred for 20 h and then filtered to remove the resin from the molybdate solution. The resin was then washed thoroughly with 5 L of deionized water to remove excess molybdate. The final catalyst was found to contain 11.5 wt% elemental Mo. This catalyst (16.5 cm3) was charged to a vertical tubular reactor equipped with a heating mantle and maintained at about 95 °C. A 10% aqueous L-arabinose feed (pH about 5) was pumped upflow over the catalyst at 20 cc/h (LHSV 1.2). Products were collected at 4-hour intervals and analyzed by high pressure liquid chromatography (HPLC). The composition of each product period is shown below. Table Continuous epimerization of L-arabinose Std. in stream % L-arabinose % L-ribose

In ähnlicher Weise kann eine wäßrige Lösung von L-Rhamnose zu einem Gemisch epimerisiert werden, das L-Rhamnose und L-6-Deoxyglucose enthält.Similarly, an aqueous solution of L-rhamnose can be epimerized to a mixture containing L-rhamnose and L-6-deoxyglucose.

Example XXIII

Epimerisierung als eine Funktion des Molybdängehaltes. Feste Molybdatkatalysatoren auf einem basischen Anionenaustauscherharz wurden aus Amberlite IRA-400-Harz von Rohm & Haas hergestellt, das bei pH 1 mit Natriummolybdatdihydrat in einer Menge ausgetauscht wurde, um Katalysatoren mit einem Gehalt von 3,27, 1,34 und 0,056 Gew.-% Molybdän zu ergeben. Eine Beschickung von 10 Gew.-% wäßriger D-Mannoselösung (pH ca. 5) wurde mit Katalysator bei einer Temperatur von 90 ºC geschüttelt. Periodisch abgezogene Anteile wurden auf Glucose- und Mannosegehalt analysiert, wobei die Ergebnisse in Tabelle 5 zusammengestellt sind. Tabelle 5 Epimerisierung von Mannose bei unterschiedlichen Mo-Gehalten von mit Molybdat ausgetauschtem IRA-400 Zeit (h) Mannose b Glucose b Prozente bezogen auf Molydän als elementares Molybdän Flächenprozente bestimmt mit dem HochdruckflüssigkeitschromatogrammEpimerization as a function of molybdenum content. Solid molybdate catalysts on a basic anion exchange resin were prepared from Amberlite IRA-400 resin from Rohm & Haas, which was pH 1 was exchanged with sodium molybdate dihydrate in an amount to give catalysts containing 3.27, 1.34 and 0.056 wt.% molybdenum. A feed of 10 wt.% aqueous D-mannose solution (pH ca. 5) was shaken with catalyst at a temperature of 90 ºC. Periodically withdrawn portions were analyzed for glucose and mannose content, the results being summarized in Table 5. Table 5 Epimerization of mannose at different Mo contents of molybdate-exchanged IRA-400 Time (h) Mannose b Glucose b Percent based on molybdenum as elemental molybdenum Area percent determined by high pressure liquid chromatogram

Diese Werte zeigen, daß jeder der Katalysatoren wirksam für das Epimerisieren von Mannose zu Glucose ist. Sowohl mit 1,34 % als auch mit 3,27 % Molybdän bekommt man innerhalb von 3 h ein Gleichgewicht. Mit 0,056 Gew.-% Molybdän wird ein Gleichgewicht innerhalb von etwa 12 h erreicht.These data indicate that each of the catalysts is effective for epimerizing mannose to glucose. With both 1.34% and 3.27% molybdenum, equilibrium is reached within 3 h. With 0.056 wt.% molybdenum, equilibrium is reached within about 12 h.

Example XXIV

Epimerisierung von L-Rhamnose zu 6-Deoxy-L-glucose. In eine Schraubdeckelflasche wurden 30 g L-Rhamnose, 70 g destilliertes Wasser und 10 g Molybdatkatalysator eingefüllt, der wie in dem vorausgehenden Beispiel hergestellt worden war und 12,9 Gew.-% Molybdän enthielt. Die Flasche wurde in ein Schüttelbad konstanter Temperatur bei 90 ºC während 6 h mit 280 U/min gegeben. Die Lösung wurde dann gekühlt und filtriert, um den Katalysator zu entfernen, und die Probe wurde durch HPLC hinsichtlich der Flächenprozente der Zucker analysiert. Tabelle 6 Ansatzweise Isomerisierung von L-Rhamnose, HPLC-Analyse Flächenprozente 6-Deoxy-L-glucose Rhamnose UnbekanntesEpimerization of L-rhamnose to 6-deoxy-L-glucose. A screw cap bottle was charged with 30 g of L-rhamnose, 70 g of distilled water and 10 g of molybdate catalyst prepared as in the previous example and containing 12.9 wt% molybdenum. The bottle was placed in a constant temperature shaker bath at 90 ºC for 6 h at 280 rpm. The solution was then cooled and filtered to remove the catalyst and the sample was analyzed by HPLC for area percent of sugars. Table 6 Batch isomerization of L-rhamnose, HPLC analysis Area percentage 6-deoxy-L-glucose Rhamnose Unknown

Example XXV

Epimerisierung von D-Glucuronsäure zu D-Mannuronsäure. In ein Schraubdeckelreagenzglas. das eine Rührstange enthielt, wurden 1 g D-Glucuronsäure, 9 g destilliertes H&sub2;O und 1,3 ml Molybdatkatalysato gegeben, der wie im vorausgehenden Absatz beschrieben hergestellt worden war und 15,9 Gew.-% Molybdän enthielt. Das Reagenzglas wurde verschlossen und unter Rühren bei 90 ºC in einen Heizblock mit konstanter Temperatur gegeben. Periodisch wurden während einer 54stündigen Zeitdauer Anteile für HPLC-Analyse abgenommen, wobei die in der folgenden Tabelle auf der Grundlage von Flächenprozenten berichteten Ergebnisse erzielt wurden. Tabelle 7 Epimerisierung von D-Glucuronsäure Zeit (h) Glucuronsäure Mannuronsäure Galacturonsäure UnbekanntesEpimerization of D-glucuronic acid to D-mannuronic acid. To a screw-capped test tube containing a stir bar were added 1 g of D-glucuronic acid, 9 g of distilled H₂O and 1.3 ml of molybdate catalyst prepared as described in the previous paragraph and containing 15.9 wt% molybdenum. The test tube was capped and placed in a constant temperature heating block at 90°C with stirring. Portions were removed periodically for HPLC analysis over a 54 hour period, yielding the results reported in the following table based on area percent. Table 7 Epimerization of D-glucuronic acid Time (h) Glucuronic acid Mannuronic acid Galacturonic acid Unknown

Example XXVI

Ansatzweise Epimerisierung von 5-Deoxy-5-chlor-%-galactose. Eine Beschickungslösung (20 Gew.-%) von 5-Deoxy-5-chlor-D-galactose kann in eine Schraubdeckelflasche gefüllt werden, die 100 g destilliertes Wasser und 10 g IRA-400-Harz mit 4 % Molybdängehalt enthält. Der Kolben in einem Schüttelbad von konstanter Temperatur bei 90 ºC kann mit 250 U/min geschüttelt werden, wobei Anteile nach 1, 3, 5 und 24 h abgenommen werden. Die Proben könne durch HPLC zur Bestimmung des Produktes 5-Deoxy-5-chlor-D-talose analysiert werden.Batch epimerization of 5-deoxy-5-chloro-%-galactose. A feed solution (20 wt%) of 5-deoxy-5-chloro-D-galactose can be filled into a screw-cap bottle containing 100 g of distilled water and 10 g of IRA-400 resin containing 4% molybdenum. The flask in a constant temperature shaking bath at 90 ºC can be shaken at 250 rpm, taking aliquots after 1, 3, 5 and 24 h. The samples can be analyzed by HPLC to determine the product 5-deoxy-5-chloro-D-talose.

Example XXVII

Ansatzweise Epimerisierung von 4-O-Methyl-D-mannose. Eine Beschickungslösung (10 Gew.- %) von 4-O-Methyl-D-mannose kann einem Schraubdeckelkolben zugesetzt werden, der 100 g destilliertes Wasser und 10 g IRA-400-Harz mit 7 Gew.-% Molybdän enthält. Der Kolben kann in ein Schüttelbad mit konstanter Temperatur bei 90 ºC gegeben und mit 250 U/min geschüttelt werden. Anteile aus dem Kolben können nach 1, 3, 5 und 24 h abgenommen werden. Die Proben können durch HPLC-Bestimmung des Produktes, 4-O-Methyl-D-glucose, analysiert werden.Batch epimerization of 4-O-methyl-D-mannose. A feed solution (10 wt%) of 4-O-methyl-D-mannose can be added to a screw cap flask containing 100 g of distilled water and 10 g of IRA-400 resin containing 7 wt% molybdenum. The flask can be placed in a constant temperature shaking bath at 90 ºC and shaken at 250 rpm. Portions from the flask can be removed after 1, 3, 5, and 24 h. Samples can be analyzed by HPLC determination of the product, 4-O-methyl-D-glucose.

Example XXVIII

Ansatzweise Epimerisierung von 6-Deoxy-6-amino-D-glucose. Eine wäßrige Beschickungslösung (15 Gew.-%) von 6-Deoxy-6-amino-O-glucose kann einer Schraubdeckelflasche zugesetzt werden, die 100 g destilliertes Wasser und 10 g IRA-400-Harz mit 5 Gew.-% Molybdängehalt enthält. Der Kolben kann in ein Schüttelbad mit konstanter Temperatur bei 90 ºC gegeben und mit 250 U/min geschüttelt werden. Anteile aus dem Kolben können nach 1, 3, 5 und 24 h entnommen werden. Die Proben können durch HPLC zur Bestimmung des Produktes, 6-Deoxy-6- amino-D-mannose, analysiert werden.Batch epimerization of 6-deoxy-6-amino-D-glucose. An aqueous feed solution (15 wt. %) of 6-deoxy-6-amino-O-glucose can be added to a screw cap bottle containing 100 g of distilled water and 10 g of IRA-400 resin with 5 wt% molybdenum content. The flask can be placed in a constant temperature shaking bath at 90 ºC and shaken at 250 rpm. Portions from the flask can be removed after 1, 3, 5 and 24 h. The samples can be analyzed by HPLC to determine the product, 6-deoxy-6-amino-D-mannose.

Example XXIX

Kontinuierliche Mannosepimerisierung: Katalysator A. Eine Beschickung einer 10 gew.-%igen wäßrigen D-Mannoselösung (pH ca. 5) wurde aufstromwärts durch ein feststehendes Katalysatorbett (23 cm³) mit einer Temperatur von 90 ºC geschickt. Der Katalysator war ein makronetzförmiges Anionenaustauscherharz (Amberlyst 27), das mit Natriummolybdat bei pH 4,0 ausgetauscht worden war und das anschließend mit Wasser gewaschen wurde, um alles nichtausgetauschte Molybdat zu entfernen. Der Katalysator hatte 20,2 Gew.-% Molybdän, und das Beschickungsmaterial wurde aufstromwärts mit konstanter Geschwindigkeit von 6,5 cm³/h je Gramm Molybdän entsprechend 0,65 cm³ Beschickung je 1 cm³ Katalysator je Stunde (LHSV 0,65) geführt. Der Auslauf wurde auf Glucose, Mannose und den Molybdängehalt analysiert, wobei die Ergebnisse in Tabelle 8 zusammengestellt sind. Tabelle 8 Kontinuierliche Mannoseepimerisierung Std. im Strom Glucose Mannose Continuous Mannose Epimerization: Catalyst A. A feed of 10 wt% aqueous D-mannose solution (pH ca. 5) was passed upstream through a fixed catalyst bed (23 cm³) at 90ºC. The catalyst was a macroreticular anion exchange resin (Amberlyst 27) which had been exchanged with sodium molybdate at pH 4.0 and which was subsequently washed with water to remove any unexchanged molybdate. The catalyst had 20.2 wt% molybdenum and the feed was passed upstream at a constant rate of 6.5 cm³/hr per gram of molybdenum corresponding to 0.65 cm³ of feed per 1 cm³ of catalyst per hour (LHSV 0.65). The effluent was analyzed for glucose, mannose and molybdenum content, the results of which are summarized in Table 8. Table 8 Continuous mannose epimerization Std. in stream Glucose Mannose

Example XXX

Kontinuierliche Mannoseepimerisierung: Katalysator B. Eine 10 %ige Mannosebeschickung (pH ca. 5) wurde kontinuieriich epimerisiert, indem die Beschickung im Aufstrom mit einer Geschwindigkeit von 9 cm³/h je 1 g Molybdän (LHSV 1,0) auf dem festen Katalysator bei 95 ºC geführt wurde. Der Katalysator war ein feststehendes Bett von 11 cm³ eines Anionenaustauscherharzes vom Geltyp (IRA-400), ausgetauscht mit Natriummolybdat bei pH 4,0, um einen Katalysator mit einem Gehalt von 22,1 Gew.-% Molybdän zu ergeben. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 9 zusammengestellt. Tabelle 9 Kontinuierliche Mannoseepimerisierung Std. Im Strom Glucose MannoseContinuous Mannose Epimerization: Catalyst B. A 10% mannose feed (pH ca. 5) was continuously epimerized by passing the feed upflow at a rate of 9 cc/hr per 1 g of molybdenum (LHSV 1.0) over the solid catalyst at 95 ºC. The catalyst was a fixed bed of 11 cc of a gel type anion exchange resin (IRA-400) exchanged with sodium molybdate at pH 4.0 to give a catalyst containing 22.1 wt.% molybdenum. The results are summarized in Table 9 below. Table 9 Continuous mannose epimerization Std. In the stream Glucose Mannose

Example XXXI

Kontinuierliche Epimerisierung von D-Mannose: Katalysator 3.20 g Amberlite IRA-400 (CI&supmin;) wurden mit 100 ml einer 17 gew.-%/igen Lösung von Na&sub2;MoO&sub4; . 2H&sub2;O vermischt und mit konzentrierter H&sub2;SO&sub4; auf pH 0,52 eingestellt. Das Gemisch ließ man mehrere Tage stehen, wonach das Harz durch Filtration abgetrennt und sorgfältig mit 5 l entionisiertem H&sub2;O gewaschen wurde. Es wurde gefunden, daß der fertige Katalysator 13,1 % Mo enthielt. Dieser Katalystor (17 cm³) wurde in einen vertikalen Säulenreaktor gegeben, der mit einem Heizmantel ausgestattet war. Eine 10 %ige D-Mannosebeschickung wurde im Aufstrom durch den Katalysator mit 20 cm³/h (LHJSV 1,2) gepumpt. Produkte wurden in Intervallen von 4 h aufgefangen und analysiert, wobei die Zusammensetzung für jede Produktperiode nachfolgend angegeben ist. Ein Vergleich dieser Werte mit jenen des Beispiels XXX zeigt die erhöhte Stabilität, die der Katalysatorherstellung bei einem niedrigeren pH-Wert zuzuschreiben ist. Tabelle 10 Kontinuierliche Mannoseepimerisierung Std. im Strom Glucose Mannose Continuous epimerization of D-mannose: Catalyst 3.20 g of Amberlite IRA-400 (CI-) was mixed with 100 ml of a 17 wt% solution of Na2MoO4.2H2O and adjusted to pH 0.52 with concentrated H2SO4. The mixture was allowed to stand for several days, after which the resin was separated by filtration and washed thoroughly with 5 L of deionized H2O. The final catalyst was found to contain 13.1% Mo. This catalyst (17 cm3) was placed in a vertical column reactor equipped with a heating mantle. A 10% D-mannose feed was pumped upflow through the catalyst at 20 cm3/h (LHJSV 1.2). Products were collected and analyzed at 4 h intervals, with the composition for each product period given below. Comparison of these values with those of Example XXX demonstrates the increased stability attributable to catalyst preparation at a lower pH. Table 10 Continuous Mannose Epimerization Std. in Current Glucose Mannose

Example XXXII

Ein handelsübliches Stärkehydrolysat mit pH 5,3 und einem Gehalt von 96% Glucose, 2,3% anderer Disaccharide und 1,4 % höherer Polysaccharide wurde auf 10 Gew.-% Glucose verdünnt und als eine Beschickung für einen Epimerisierungskatalysator verwendet, der aus Amberlite IRA- 400-Ionenaustauscherharz und Natriummolybdat bei pH 1,0 hergestellt worden war und 15,9 Gew.-% Molybdän enthielt. Die Beschickung wurde mit LHSV 1 über den Katalysator bei 60 bis 70 ºC geschickt. Es gab fast keinen Verlust an Aktivität nach 80 h, wo das Produkt 23 bis 28 % Mannose (etwa 87 % des Gleichgewichtswertes) enthält.A commercial starch hydrolysate at pH 5.3 containing 96% glucose, 2.3% other disaccharides and 1.4% higher polysaccharides was diluted to 10% glucose by weight and used as a feed to an epimerization catalyst prepared from Amberlite IRA-400 ion exchange resin and sodium molybdate at pH 1.0 and containing 15.9% molybdenum by weight. The feed was passed over the catalyst at 60 to 70 °C with LHSV 1. There was almost no loss of activity after 80 h, where the product contains 23 to 28% mannose (about 87% of the equilibrium value).

Claims

1. A process for the epimerization of an aldose or an aldose analogue, in which a solution containing a first epimer of said aldose is flowed under epimerizing conditions through a bed of a molybdate-exchanged anion exchange resin at a liquid hourly space velocity sufficient to obtain at least one quarter of the equilibrium value of the second epimer and the resulting epimerized product mixture is recovered, characterized in that the anion exchange resin is exchanged at a pH between 0.1 and 4.0 with a molybdenum compound convertible to a molybdenum(VI) oxyanion at that pH to contain molybdenum(VI) at its anion exchange sites in an amount of from 0.05 to 30% by weight of molybdenum, based on the anion exchanged resin, and in that the molybdenum-exchanged resin is further treated by characterized by low molybdenum leaching under the epimerizing conditions, wherein the epimerized product mixture contains less than 50 ppm molybdenum and has a half-life of at least 160 hours at 95 ºC, measured when mannose as the feed is epimerized to yield at least 25% of the equilibrium value of glucose, and that the solvent for the solution of the first epimer consists of water.

2. Process according to claim 1, characterized in that the epimerizing conditions include a temperature between 40 and 110 ºC.

3. A process according to claim 1, characterized in that the molybdenum compound comprises a molybdenum (VI) oxoanion which is soluble in an amount of at least 100 ppm at a point in the pH range between 0.1 and 6.0.

4. Process according to claim 3, characterized in that the molybdenum compound is a salt of the MoO₄ dianion.

5. Process according to claim 4, characterized in that the molybdenum compound is a sodium, potassium, lithium, calcium, strontium, zinc, iron (II), magnesium, ammonium or barium salt.

6. Process according to claim 1, characterized in that the aldose is selected from the group consisting of ribose, arabinose, xylose, lyxose, allose, altrose, glucose, mannose, gulose, idose, galactose and talose.

7. A process according to claim 1, characterized in that the epimerizing conditions include a pH value for the aqueous solution of the aldose of 1 to 6.

8. Process according to claim 7, characterized in that the epimerizing conditions include a pH between 4 and 6.

9. The process according to claim 1, characterized in that the aldose analogue is an n-deoxyaldose, wherein n is at least 4.

10. Process according to claim 1, characterized in that the aldose analogue is rhamnose.

11. Process according to claim 1, characterized in that the aldose analogue is glucuronic acid.