EP0807126A1 - Process for the alcaline oxidative degradation of reducer sugars and products thus obtained - Google Patents

Process for the alcaline oxidative degradation of reducer sugars and products thus obtained

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Publication number
EP0807126A1
EP0807126A1 EP95941763A EP95941763A EP0807126A1 EP 0807126 A1 EP0807126 A1 EP 0807126A1 EP 95941763 A EP95941763 A EP 95941763A EP 95941763 A EP95941763 A EP 95941763A EP 0807126 A1 EP0807126 A1 EP 0807126A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acid
reaction medium
reducing
reaction
per mole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95941763A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Guy Fleche
Pierrick Duflot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Roquette Freres SA
Original Assignee
Roquette Freres SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Roquette Freres SA filed Critical Roquette Freres SA
Publication of EP0807126A1 publication Critical patent/EP0807126A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00Preparation of derivatives of starch
    • C08B31/18Oxidised starch
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/31Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation of cyclic compounds with ring-splitting
    • C07C51/313Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation of cyclic compounds with ring-splitting with molecular oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H15/00Compounds containing hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals directly attached to hetero atoms of saccharide radicals
    • C07H15/02Acyclic radicals, not substituted by cyclic structures
    • C07H15/04Acyclic radicals, not substituted by cyclic structures attached to an oxygen atom of the saccharide radical

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for alkaline oxidative degradation of oses or uloses and their polymers.
  • uloses and their polymers is meant any reducing carbohydrate or sugar of the polyhydroxyaldehyde or polyhydroxyketone type (or any compound derived therefrom such as ketoaldonic, uronic acids, acetylated, amino, alkyl, carboxymethylated derivatives, etc.) or polymers or polysaccharides capable of releasing these same compounds by hydrolysis.
  • a subject of the invention is also, as new industrial products, the dextrins or hydrolysates of native or modified starch thus degraded, but also the products obtained by alkaline oxidative degradation of the hydrolysates of polysaccharides or of polyholosides such as cellulose hydrolysates , dextrans, arabans, xylans, arabinoxylans, fructans, inulin, or hydrolysates of heteropolyholosides such as gums, hemicelluloses, mucilages, pectins, or also synthetic polymers obtained by polymerization various monomeric oses in the presence of acid and at high temperature, such as polydextrose which is a highly branched polymer of glucose.
  • polysaccharides or of polyholosides such as cellulose hydrolysates , dextrans, arabans, xylans, arabinoxylans, fructans, inulin, or hydrolysates of heteropolyholosides such as gums, hem
  • glucose syrups can also be used in the detergency field where glucose syrups, this time oxidized by a gas containing oxygen in the presence of a catalyst based on a noble metal, have been proposed for cleaning articles of glass or metal, or as additives for detergents as mentioned, for example, in European patent application EP 232.202.
  • Chlorides corrode the reinforcements metallic and the extremely low cost of hydraulic compositions does not allow to add them with expensive products.
  • British patent application GB 2,075,502 also describes a process for the degradation, in a non-oxidative alkaline medium this time, of glucose polymers, which also results in the formation of acids by degradation of the reducing ends of the monomers and polymers making up the syrups. glucose. Unlike the previous processes, this degradation of the reducing functions is carried out with a carbon loss, namely that under the conditions described in examples 4 and 5 of this patent application, the reducing oses are essentially transformed into carboxylic acids of ranks lower, having 1, 2, 3, 4 or 5 fewer carbon atoms than the dare that gave them birth.
  • the degraded glucose syrups thus obtained are therefore composed of formate, acetate, lactate, saccharinate or arabinonate, but there are also found in significant amounts glycolate, dihydroxybutyrate, metasaccharinate,
  • Degraded glucose syrups obtained in this way always contain at least 5% residual reducing sugars. They are also strongly colored, which immediately excludes them from the field of detergency. However, if they are produced relatively economically, and it is therefore possible to use them as setting retarders in hydraulic compositions, they do not provide reproducible results since slight variations in pH or in the degradation temperature lead to considerable variations in their composition, both from the point of view of the acids formed and of the length of the chains. residual polysaccharides which it is specified in this patent application that they are easily hydrolyzable, even in a slightly alkaline medium and at low temperature.
  • Another advantage of oxidatively degrading in an alkaline medium the polymers of dares and especially their monomers lies in obtaining the most exclusive possible of aldonic acids having only one carbon atom less than the dare which gave them birth.
  • This type of alkaline oxidative degradation process mainly results on the one hand in the degradation of sugar into aldonic acid comprising one carbon atom less than the initial reducing sugar and in formic acid on the other hand. It is in obtaining this aldonic acid of lower rank that their main interest lies. They allow access to shorter molecules which can serve as the basis for many chemical syntheses.
  • the oxidation of L-sorbose according to these methods makes it possible to obtain L-xylonic acid, the hydrogenation of the lactone of which provides xylitol.
  • the sodium hydroxide / glucose molar ratio is 3.5 and the oxygen pressure is 21.5 bars.
  • VUORINEN, HYPPANEN and SJOSTROM (Stârke, 43 Nr 5, s. 194-198; 1991) succeeded in oxidizing with a yield of 78% the glucose to arabinonate by using only 2.17 moles of soda per mole of glucose in 1 ' water and under an oxygen pressure of 26 bars (2.6 mega Pascal).
  • This yield could be brought to 86% in the presence of a redox promoter: AMS, (sodium salt of 2-anthraquinone monosulfonic acid) with an alkali / sugar molar ratio of only 2.03, but in the presence 0.96 Kg of methanol per Kg of water in the final reaction medium, and this under a more reasonable oxygen pressure which amounted however to 6 bars (0.6 mega Pascal).
  • VUORINEN also, in PCT patent application 93/19030, example 7, demonstrates that it is possible to oxidize sorbose to xylonic acid with a molar yield of 69% by using only 2.06 mole of alkali per mole of sugar, but on condition that it operates under an oxygen pressure of 10 bars and in the presence of approximately 100 g of methanol per 200 g of water.
  • HENDRICKS, KUSTER and MARIN have shown that the selectivity and the rate of oxidative degradation of glucose, galactose and lactose can be considerably increased by the use, in the medium reaction, of a redox couple consisting of the sodium salt of 2-anthraquinone monosulfonic acid (AMS) and hydrogen peroxide, provided that oxygen is used at a pressure of 1 bar (0, 1 mega Pascal) to be saturated with the reaction medium (the AMS must remain in its colorless oxidized form while its reduced form is dark red).
  • AMS 2-anthraquinone monosulfonic acid
  • hydrogen peroxide oxygen is used at a pressure of 1 bar (0, 1 mega Pascal) to be saturated with the reaction medium
  • these authors also use very alkaline media, containing three moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar used.
  • this process of alkaline oxidative degradation which consists in oxidizing a ose, an ulose, their polymers or their mixtures, in aqueous solution in the presence of a redox couple consisting of a mixture of AMS and of peroxide of hydrogen, is characterized by the fact that the oxidizing gas is air and that this air is stirred and introduced into the reaction medium under stirring conditions and at a rate such that the oxygen saturation of the reaction medium leads to l 'obtaining a pink coloration of this reaction medium.
  • the Applicant Company also believes that in the process according to the invention, the quantity of oxygen present in the reaction medium is in fact just sufficient to regenerate in its quinone form, with concomitant synthesis of hydrogen peroxide, anthraquinone
  • AMS0 2 which has selectively oxidized the reducing sugar or more precisely its enediol to aldosulose, transforming into hydroquinonic form (AMS (OH) 2 ).
  • the hydrogen peroxide thus formed is immediately used to oxidize specifically, and practically without the formation of by-products, aldosulose to aldonic acid having a carbon atom of less on the one hand and to formic acid on the other hand.
  • the process of the invention makes it possible to obtain, as new industrial products, acid derivatives of polysaccharides, that is to say polymers composed of at least three carbohydrate units, containing less than 1% of reducing sugars. residual and preferably less than 0.5% of residual reducing sugars characterized in that their terminal carbohydrate is an aldonic acid containing one carbon atom less than the reducing carbohydrate which gave rise to it.
  • the process of the invention can therefore be carried out preferably with amounts of alkali less than three moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar subjected to oxidation. Preferably these amounts of alkali are between 2.05 and 2.5 moles, and preferably between 2.2 and 2.4 moles.
  • the amounts greater than three moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar used appear irrelevant since they are anti-economic and even appear harmful, in particular in the case of oxidative degradation carried out on polysaccharides. In this case, the polymeric backbone of the polysaccharides is observed and their molecular weight decreases.
  • the amounts less than two moles of hydroxyl anions OH " per mole of the reducing sugar used no longer make it possible to obtain complete alkaline oxidative degradation and their use can be summarized by a reaction, admittedly selective, but incomplete, which results in the persistence at the end of the reaction of residual reducing sugars.
  • the temperature at which the process of the invention is carried out is generally between 10 and 80 ° C. We prefer to work between 20 and 70 ° C and even more preferably between 25 and 60 ° C.
  • the lowest temperatures make it possible to obtain the best selectivities but that this takes place at the expense of the reaction rate.
  • the higher temperatures make it possible to shorten the reaction times and can be used insofar as a slight degradation of a polymer or the obtaining of a few percent of carbonic, oxalic, glyceric, glycolic acids. , lactic, erythronic, metasaccharinic, dihydroxybutyric etc ... are not detrimental to the product obtained or the use that we intend to make of it.
  • a preferential implementation of this process which makes it possible to combine both the specificity of the reaction and the rapid disappearance of all the sugars reducing agents, consists in initiating the alkaline degradation reaction at around 40 ° C and gradually or gradually increasing this temperature up to 60 ° C as these reducing sugars disappear as a result of their oxidation to aldonic acid of immediately lower rank.
  • concentration of dry matter at which the process according to the invention should be carried out is not critical and must above all be guided by economic principles. Concentrations of less than 50 g of dry matter per liter of reaction medium are generally not advantageous since they then mobilize too large a volume of reactor. Likewise, concentrations higher than 600 g / l cannot generally be envisaged since they then require aeration and stirring power such that the mechanical stresses which they impose cannot find a solution which is not expensive.
  • a practical implementation of the process of the invention consists in initiating this oxidative degradation in the presence of small quantities of reducing sugars, then in introducing these into the reactor continuously or in successive fractions, in the form of powder. or concentrated syrups, as they are disappearance and their transformation into aldonic acid of immediately lower rank.
  • the reactors making it possible to carry out the implementation of the process of the invention are the reactors allowing efficient mass and heat transfers and can be those which are used for the aerobic microbiological transformation of various liquid substrates either into biomass or into acids organic amino or not, either enzymes or antibiotics.
  • the essence of the invention residing in the fact that the air is stirred and introduced into the reaction medium under stirring and aeration conditions such that this reaction medium has as long as possible a pink coloring, it is advisable to '' continuously adapt these conditions to the evolution of the reaction.
  • the oxidation reaction should be started by stirring and / or aerating the reaction medium vigorously. Then, as this reaction progresses, care will be taken to maintain this pink coloration by reducing the aeration or stirring, taking care, however, that the reaction medium never becomes red.
  • an amount of AMS generally representing from 0.1 g to 5 g per mole of reducing sugar used and expressed in the form of glucose equivalent.
  • this amount of AMS is between 1 g and 4 g per mole of reducing sugar, and even more preferably between 2 g and 3 g per mole of reducing sugar.
  • the amount of hydrogen peroxide is used simultaneously with the AMS and in a substantially equimolecular amount.
  • AMS and hydrogen peroxide having a catalytic role one can also play on their concentrations in the reaction medium to adapt the oxidation rates to the mechanical performance of the reactors used. If, for example, a reactor is used that has only a small installed power of aeration and agitation, it will be advantageous to use only the lowest doses of the pair of catalysts.
  • a preferred way of carrying out the alkaline oxidative degradation of the reducing sugars according to the process of the invention consists in introducing these sugars progressively into the reaction medium.
  • the best mode of implementing the process of the invention consists in first introducing into the reactor in the form of an aqueous solution a portion, generally less than 25%, preferably less than 15%, and even more preferably less than 10% of the reducing sugar or of the polymer which it is envisaged to oxidize, then to aerate under the aeration and stirring conditions determined by experience this dilute solution of sugar or polymer. It is convenient to take advantage of this period of saturation of the medium with dissolved oxygen to bring this "base stock" to the right temperature.
  • alkali necessary for the oxidative degradation reaction of the reducing sugar or of the polymer which it is intended to introduce. work, by calculating this dose so that it corresponds to approximately 2.3 moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar.
  • This alkali is calculated in slight excess so as to preserve a reserve of alkalinity sufficient to allow the formation of enediols, intermediates of this oxidation reaction.
  • This alkali can also be added continuously or in portions during the reaction, but its utility is not well perceived oxidation of non-polymeric materials.
  • the AMS is introduced into the reactor at the same time as the alkali and the hydrogen peroxide. It is preferable to introduce this AMS directly in the powder state into the reactor. The reaction medium then immediately takes on a dark red coloration which disappears in a few tens of seconds to return to pink.
  • the flow rate to which this remainder of reducing sugars is added is adjusted to be adapted to the stirring and aeration performance of the reactor and is generally such as the substrate to be oxidized or introduced entirely in 1 to 10 hours, preferably in 2 to 8 hours and even more preferably in 3 to 6 hours.
  • the raw reaction medium thus obtained can undergo various types of treatment or purification.
  • the AMS Almost generally, it should be removed the AMS. This can be done in an extremely simple way by adsorption of this catalyst on vegetable or animal black.
  • the best way to proceed consists in percolating the reaction medium on granular black columns after having brought the pH of this reaction medium to a value preferably less than 7.0.
  • Such purification is however not necessary when it is desired to use the aldonates or the polymer-aldonates obtained by the process of the invention in applications such as detergency or modifiers of fluidity or setting time for concrete, mortars and cements.
  • This purification consisting mainly of removing formic acid, may be necessary insofar as it is contemplated to proceed to the hydrogenation of the aldonic acids obtained in order to obtain the corresponding polyols.
  • This can be for example the case of xylitol which can be obtained by hydrogenation of the lactone of xylonic acid, this acid can be produced under conditions of purity and economy without equal by the process of the invention in oxidizing L sorbose.
  • the geometry and the size of the reactors used have a great influence on the invariants of similarity constituted in particular by the number of REYNOLDS, and therefore on the capacities of the apparatuses to transfer into the liquid medium the oxygen necessary for the process of invention.
  • Oxidation of a monomer glucose.
  • BIOLAFITTE brand In a glass tank fermenter, BIOLAFITTE brand, with a useful capacity of 15 liters, 7 liters of water and 338.60 grams of dextrose monohydrate (i.e. 1.71 mole of glucose) are introduced. This solution is aerated with an air flow corresponding to 20 liters per minute and with stirring of 650 revolutions / minute while bringing its temperature to 40 ° C.
  • a 50% dry matter glucose solution is prepared extemporaneously, prepared using 1443.40 grams of dextrose monohydrate and 1181 grams of water, containing 7.29 moles of glucose, as well as a concentrated solution.
  • 50% sodium hydroxide formulated from 840 g of dry sodium hydroxide and 840 g of water, ie 21 moles of sodium hydroxide.
  • the concentrated solution is added simultaneously soda, anthraquinone and hydrogen peroxide in the fermenter.
  • the reaction medium then immediately takes on a dark red coloration characteristic of the reduced form of AMS: AMS (OH) 2 . This color disappears practically immediately by bringing the stirring to the speed of 800 revolutions per minute and the reaction medium becomes colorless, characterizing the oxidized form of AMS: AMS0 2 .
  • a pink color is immediately restored to the medium by lowering the stirring speed to 415 revolutions per minute, then the concentrated solution containing 50% glucose is introduced continuously into the reactor.
  • VUORINEN et al. (Stârke, 43 Nr 5, s. 194-198), proceeding with the oxidation of glucose without methanol, had to use a pressure of pure oxygen of 26 bars to obtain a yield of arabinonic acid of only 78% with respectively 3.5% and 6.5% of impurities constituted by glyceric and glycolic acids.
  • this reaction medium was neutralized using 40 ml of concentrated sulfuric acid to reach a pH of 5.80.
  • the solution obtained then takes on a green color.
  • the medium thus neutralized is then percolated on a column of granular black which makes it perfectly colorless and eliminates the AMS thereof.
  • a simple concentration to a dry matter greater than 30% makes it possible to crystallize sodium arabinonate.
  • Example 2 Oxidation of a polymer: glucose syrup.
  • the sodium hydroxide solution 6.6 g of AMS and 2.2 cm 3 of sodium hydroxide are added simultaneously to the fermenter. hydrogen peroxide at 110 volumes.
  • the reaction medium then immediately takes on a blood-red coloration for a few seconds and then discolours.
  • the stirring is then lowered to the speed of 400 revolutions / minute to bring a pink coloration to the reaction medium.
  • the stirring speed is continuously adjusted to maintain the pink coloration of the medium.
  • reaction medium After 3 hours and 20 minutes of reaction, the temperature of the reaction medium is increased to 50 ° C. and after five hours of reaction, it is increased to 60 ° C. Finally, the reaction is stopped after 6 hours 40 minutes. The content of reducing sugars in the reaction medium then fell to 0.36 g / 100 g of dry matter of glucose syrup.
  • Oxidation of a ketosis sorbose.
  • the oxidation of L-sorbose was carried out by introducing into the reactor used in the previous examples 7470 g of water which was aerated for 30 minutes at 25 ° C.
  • Example 4 Oxidation of a modified starch hydrolyzate: a carboxymethylated starch.
  • the powders obtained do not color in storage, but they show very interesting washing qualities since after having carried out 25 consecutive washes of cotton and cotton / polyester fabric samples, the whiteness indices obtained prove superior to the polyacrylate control. In addition, the rate of organic tissue encrustations is found to be significantly lower.

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Abstract

The invention relates to a process for the alcaline oxidative degradation of an ose, an ulose, polymers or mixtures thereof in aqueous solution and in the presence of a redox couple comprised of a mixture of monosulfonic anthraquinone-2-acid and of hydrogen peroxide, characterized in that the oxidant gas is air and said air is stirred up and introduced into the reaction medium in agitation flow rate conditions and such that the dissolved oxygen saturation of the reaction medium gives a pink coloration of said reaction medium.

Description

PROCEDE DE DEGRADATION OXYDATIVE ALCALINE DES SUCRES REDUCTEURS ET PRODUITS AINSI OBTENUS PROCESS OF OXIDATIVE ALKALINE DEGRADATION OF REDUCING SUGARS AND PRODUCTS THUS OBTAINED
La présente invention a pour objet un procédé amélioré de dégradation oxydative alcaline des oses ou des uloses et de leurs polymères.The present invention relates to an improved process for alkaline oxidative degradation of oses or uloses and their polymers.
Par oses, uloses et leurs polymères, on entend tout glucide ou sucre réducteur du type polyhydroxyaldehyde ou polyhydroxycetone (ou tout composé qui en dérive comme les acides cétoaldoniques, uroniques, les dérivés acétylés, aminés, alkyles, carboxyméthylés ... ) ou les polymères ou polysaccharides susceptibles de libérer ces mêmes composés par hydrolyse.By oses, uloses and their polymers, is meant any reducing carbohydrate or sugar of the polyhydroxyaldehyde or polyhydroxyketone type (or any compound derived therefrom such as ketoaldonic, uronic acids, acetylated, amino, alkyl, carboxymethylated derivatives, etc.) or polymers or polysaccharides capable of releasing these same compounds by hydrolysis.
L'invention a également pour objet, en tant que produits industriels nouveaux, les dextrines ou hydrolysats d'amidon natif ou modifié ainsi dégradés, mais aussi les produits obtenus par dégradation oxydative alcaline des hydrolysats de polysaccharides ou de polyholosides tels que les hydrolysats de cellulose, de dextrans, d'arabans, de xylans, d'arabinoxylans, de fructans, d'inuline, ou des hydrolysats d'hétéropolyholosides tels que les gommes, les hémicelluloses, les mucilages, les pectines, ou encore des polymères synthétiques obtenus par polymérisation de divers oses monomères en présence d'acide et à haute température, tels que le polydextrose qui est un polymère très ramifié du glucose.A subject of the invention is also, as new industrial products, the dextrins or hydrolysates of native or modified starch thus degraded, but also the products obtained by alkaline oxidative degradation of the hydrolysates of polysaccharides or of polyholosides such as cellulose hydrolysates , dextrans, arabans, xylans, arabinoxylans, fructans, inulin, or hydrolysates of heteropolyholosides such as gums, hemicelluloses, mucilages, pectins, or also synthetic polymers obtained by polymerization various monomeric oses in the presence of acid and at high temperature, such as polydextrose which is a highly branched polymer of glucose.
Un intérêt de dégrader oxydativement en milieu alcalin les oses, et surtout leurs polymères, réside dans l'obtention de molécules hydroxylées qui deviennent porteuses de groupements carboxyliques. On sait que de telles molécules montrent d'intéressantes propriétés séquestrantes .One advantage of oxidatively degrading the oses, and especially their polymers in an alkaline medium, lies in obtaining hydroxylated molecules which become carriers of carboxylic groups. We know that such molecules show interesting properties sequestering.
Ces propriétés séquestrantes peuvent être exploitées dans le domaine des ciments, mortiers et bétons où des sirops de glucose oxydés par l'eau de javel ont déjà été proposés comme retardateurs de prise, par exemple dans la demande de brevet britannique GB 2.075.502.These sequestering properties can be exploited in the field of cements, mortars and concretes where glucose syrups oxidized by bleach have already been proposed as setting retarders, for example in the British patent application GB 2,075,502.
Elles peuvent aussi être exploitées dans le domaine de la détergence où des sirops de glucose, oxydés cette fois par un gaz contenant de 1 ' oxygène en présence d'un catalyseur à base d'un métal noble, ont été proposés pour le nettoyage d'articles en verre ou en métal, ou à titre d'additifs pour détergents ainsi qu'il en est question par exemple dans la demande de brevet européen EP 232.202.They can also be used in the detergency field where glucose syrups, this time oxidized by a gas containing oxygen in the presence of a catalyst based on a noble metal, have been proposed for cleaning articles of glass or metal, or as additives for detergents as mentioned, for example, in European patent application EP 232.202.
Les procédés d'oxydation alcaline décrits dans ces deux demandes de brevet ont ceci de commun qu'ils font appel à des milieux faiblement alcalins, d'un pH compris entre 7,5 et 11 et que l'oxydation des fonctions réductrices s'effectue pratiquement sans perte carbonée et donc sans dégradation, à savoir que dans les conditions décrites, l'oxydation de la fonction réductrice d'un ose fournit essentiellement l'acide aldonique de même rang, comptant donc le même nombre d'atomes de carbone. Les sirops de glucose oxydés ainsi obtenus sont donc composés essentiellement de gluconate provenant de l'oxydation du glucose, de maltobionate provenant de l'oxydation du maltose, et plus généralement de dextrines-gluconates provenant de l'oxydation des polysaccharides de degré de polymérisation supérieur.The processes of alkaline oxidation described in these two patent applications have in common that they use weakly alkaline media, with a pH between 7.5 and 11 and that the oxidation of the reducing functions takes place. practically without carbon loss and therefore without degradation, namely that under the conditions described, the oxidation of the reducing function of a ose provides essentially aldonic acid of the same rank, therefore counting the same number of carbon atoms. The oxidized glucose syrups thus obtained are therefore essentially composed of gluconate from the oxidation of glucose, maltobionate from the oxidation of maltose, and more generally dextrins-gluconates from the oxidation of polysaccharides of higher degree of polymerization. .
Cependant, aucun de ces deux procédés ne permet la transformation totale des fonctions réductrices en fonctions acides carboxyliques et les produits ainsi obtenus possèdent toujours un pouvoir réducteur résiduel non négligeable. Dans le cas de l'oxydation par l'eau de javel, il se produit même des phénomènes de suroxydation amenant la création de fonctions cétones réductrices à partir des groupements alcools secondaires des oses. Dans le cas de l'oxydation par l'oxygène, catalysée par un métal noble, on n'assiste pas à ces phénomènes de suroxydation mais bien que cette réaction d'oxydation se déroule à un pH peu élevé, on ne peut éviter l'apparition de fonctions cétoniques qui se forment par isomerisation alcaline des fonctions hémiacétaliques et qui ne sont pas oxydables par le procédé employé.However, neither of these two methods allows the total transformation of the reducing functions into carboxylic acid functions and the products thus obtained have always a significant residual reducing power. In the case of oxidation with bleach, there are even phenomena of oxidation leading to the creation of reducing ketone functions from the secondary alcohol groups of the oses. In the case of oxidation by oxygen, catalyzed by a noble metal, we do not witness these phenomena of overoxidation but although this oxidation reaction takes place at a low pH, we cannot avoid the appearance of ketone functions which are formed by alkaline isomerization of the hemiacetal functions and which are not oxidizable by the process employed.
C'est ainsi que dans le cas d'un sirop de glucose de 33 DE oxydé par l'eau de javel selon la demande de brevet GB 2.075.502, il n'est guère envisageable de descendre à des teneurs en sucres réducteurs résiduels exprimées en glucose et mesurées par la méthode de Bertrand, inférieures à 4,5 % et que dans le cas de la demande de brevet européen EP 232.202, cette teneur n'est guère abaissable à des valeurs inférieures à 1,7 %. Bien que les produits obtenus par ces procédés fassent preuve d'excellentes propriétés complexantes, ils sont peu compatibles avec les formulations lessivielles de pH élevé puisque les poudres ainsi formulées se colorent en jaune au cours du temps par dégradation alcaline de ces sucres réducteurs résiduels.Thus, in the case of a glucose syrup of 33 DE oxidized by bleach according to patent application GB 2,075,502, it is hardly conceivable to go down to residual reducing sugar contents expressed in glucose and measured by the Bertrand method, less than 4.5% and that in the case of European patent application EP 232.202, this content can hardly be lowered to values less than 1.7%. Although the products obtained by these processes demonstrate excellent complexing properties, they are not very compatible with washing formulations of high pH since the powders thus formulated become yellow over time by alkaline degradation of these residual reducing sugars.
En outre, la présence de chlorures amenés par l'eau de javel ou le coût des catalyseurs à base de métaux nobles, ne sont pas des éléments qui plaident en faveur de l'emploi de ces sirops de glucose oxydés dans les ciments, bétons et mortiers.In addition, the presence of chlorides brought by bleach or the cost of catalysts based on noble metals, are not elements which argue in favor of the use of these glucose syrups oxidized in cements, concretes and mortars.
En effet les chlorures corrodent les armatures métalliques et le coût extrêmement faible des compositions hydrauliques ne permet pas de les adjuvanter avec des produits coûteux.Chlorides corrode the reinforcements metallic and the extremely low cost of hydraulic compositions does not allow to add them with expensive products.
La demande de brevet britannique GB 2.075.502 décrit aussi un procédé de dégradation, en milieu alcalin non oxydatif cette fois, des polymères de glucose, qui aboutit également à la formation d'acides par dégradation des extrémités réductrices des monomères et polymères composant les sirops de glucose. A la différence des procédés précédents, cette dégradation des fonctions réductrices s'effectue avec une perte carbonée, à savoir que dans les conditions décrites dans les exemples 4 et 5 de cette demande de brevet, les oses réducteurs sont essentiellement transformés en acides carboxyliques de rangs inférieurs, comptant 1, 2, 3, 4 ou 5 atomes de carbone de moins que l'ose qui leur a donné naissance.British patent application GB 2,075,502 also describes a process for the degradation, in a non-oxidative alkaline medium this time, of glucose polymers, which also results in the formation of acids by degradation of the reducing ends of the monomers and polymers making up the syrups. glucose. Unlike the previous processes, this degradation of the reducing functions is carried out with a carbon loss, namely that under the conditions described in examples 4 and 5 of this patent application, the reducing oses are essentially transformed into carboxylic acids of ranks lower, having 1, 2, 3, 4 or 5 fewer carbon atoms than the dare that gave them birth.
Les sirops de glucose dégradés ainsi obtenus sont donc composés de formiate, acétate, lactate, saccharinate ou arabinonate, mais on y trouve aussi en quantités importantes du glycolate, du dihydroxybutyrate, du métasaccharinate, deThe degraded glucose syrups thus obtained are therefore composed of formate, acetate, lactate, saccharinate or arabinonate, but there are also found in significant amounts glycolate, dihydroxybutyrate, metasaccharinate,
1 ' isosaccharinate, du déoxypentonate qui se sont formés aux dépens du glucose dégradé. On y trouve aussi des dextrines- saccharinates ou des dextrines-aldonates dont un peu de dextrines-arabinonates qui se sont formées aux dépens des polymères de glucose.1 isosaccharinate, deoxypentonate which are formed at the expense of degraded glucose. There are also dextrins-saccharinates or dextrins-aldonates including some dextrins-arabinonates which were formed at the expense of glucose polymers.
Les sirops de glucose dégradés obtenus de cette manière contiennent toujours au moins 5 % de sucres réducteurs résiduels. Ils sont en outre fortement colorés, ce qui les exclut d'emblée du domaine de la détergence. Toutefois, s'ils sont produits de façon relativement économique, et qu'il est donc envisageable de les employer comme retardateurs de prise dans les compositions hydrauliques, ils ne fournissent pas de résultats reproductibles puisque de légères variations du pH ou de la température de dégradation amènent des variations considérables dans leur composition, tant du point de vue des acides formés que de la longueur des chaînes de polysaccharides résiduels dont il est précisé dans cette demande de brevet qu'elles sont facilement hydrolysables, même en milieu légèrement alcalin et à faible température. Ce procédé, difficilement reproductible d'un lot de fabrication à un autre, ne permet donc pas d'obtenir des produits aux performances répétitives ce qui est cependant hautement souhaitable dans une application telle que les retardateurs de prise pour ciments, mortiers et bétons, où des prises trop rapides durant le transport ou trop tardives durant le décoffrage peuvent avoir des conséquences extrêmement dommageables .Degraded glucose syrups obtained in this way always contain at least 5% residual reducing sugars. They are also strongly colored, which immediately excludes them from the field of detergency. However, if they are produced relatively economically, and it is therefore possible to use them as setting retarders in hydraulic compositions, they do not provide reproducible results since slight variations in pH or in the degradation temperature lead to considerable variations in their composition, both from the point of view of the acids formed and of the length of the chains. residual polysaccharides which it is specified in this patent application that they are easily hydrolyzable, even in a slightly alkaline medium and at low temperature. This process, which is difficult to reproduce from one manufacturing batch to another, therefore does not make it possible to obtain products with repetitive performance, which is however highly desirable in an application such as setting retarders for cements, mortars and concretes, where taking too quickly during transport or too late during formwork can have extremely damaging consequences.
Un autre intérêt de dégrader oxydâtivement en milieu alcalin les polymères d'osés et surtout leurs monomères réside dans l'obtention la plus exclusive possible d'acides aldoniques comptant un seul atome de carbone de moins que l'ose qui leur a donné naissance.Another advantage of oxidatively degrading in an alkaline medium the polymers of dares and especially their monomers lies in obtaining the most exclusive possible of aldonic acids having only one carbon atom less than the dare which gave them birth.
De tels procédés sont connus depuis fort longtemps et ont été appliqués à la dégradation oxydative alcaline à l'aide d'oxygène de monoses ou de mono-uloses, voire de certains disaccharides réducteurs tels que le lactose, le maltose, le palatinose.Such methods have been known for a very long time and have been applied to alkaline oxidative degradation using oxygen monoses or monouloses, or even certain reducing disaccharides such as lactose, maltose, palatinose.
Cependant, à la différence des procédés expliqués ci-dessus et qui ne font appel qu'à des milieux réactionnels faiblement alcalins, d'un pH de 11,0 au plus, ces autres procédés font appel à des milieux réactionnels très fortement alcalins d'un pH au moins supérieur à 12,0 qui sont donc susceptibles de dégrader le squelette carboné des polymères mais qui permettent la disparition quasi-totale des sucres réducteurs en faisant baisser leur teneur à des valeurs résiduelles généralement inférieures à 0,5 %. Il sont en effet efficaces sur les fonctions cétone.However, unlike the methods explained above and which only use weakly alkaline reaction media, with a pH of 11.0 at most, these other methods use very reaction media. strongly alkaline with a pH at least greater than 12.0 which are therefore liable to degrade the carbon skeleton of the polymers but which allow the almost total disappearance of the reducing sugars by lowering their content to residual values generally less than 0.5 %. They are indeed effective on ketone functions.
Ces procédés, à la connaissance de la demanderesse, n'ont toutefois été employés que sur des oses réducteurs monomères ou dimères et ont pour base le procédé mis au point par NEF et perfectionné par SPENGLER et PFANNENSTIEL (Z. Wirtschafts-gruppe Zuckerindustrie, Tech. Tl, 1935, 85, 546-552) . Ceux-ci, en employant de l'oxygène gazeux pour améliorer le procédé de NEF qui utilisait de l'air, sont parvenus à dégrader oxydativement en milieu fortement alcalin, glucose, fructose, mannose et arabinose avec des rendements molaires voisins de 75 % essentiellement en acide arabinonique pour les trois premiers sucres et en acide érythronique pour le pentose.These processes, to the knowledge of the applicant, have however been used only on monomeric or dimeric reducing doses and are based on the process developed by NEF and perfected by SPENGLER and PFANNENSTIEL (Z. Wirtschafts-gruppe Zuckerindustrie, Tech Tl, 1935, 85, 546-552). These, by using gaseous oxygen to improve the NEF process which used air, managed to degrade oxidatively in strongly alkaline medium, glucose, fructose, mannose and arabinose with molar yields close to 75% essentially in arabinonic acid for the first three sugars and in erythronic acid for pentose.
Ce type de procédé de dégradation oxydative alcaline aboutit principalement d'une part à la dégradation du sucre en acide aldonique comprenant un atome de carbone de moins que le sucre réducteur de départ et en acide formique d'autre part. C'est dans l'obtention de cet acide aldonique de rang inférieur que réside leur principal intérêt. Ils permettent en effet un accès à des molécules plus courtes qui peuvent servir de base à de nombreuses synthèses chimiques. Ainsi, l'oxydation du L-sorbose selon ces procédés, permet d'obtenir l'acide L-xylonique dont l'hydrogénation de la lactone fournit le xylitol. Ces rendements molaires de 75 % en acide arabinonique sont atteints avec le glucose en milieu aqueux et à pression atmosphérique à condition d'employer de l'oxygène finement divisé et en utilisant au moins 3 moles d'anion hydroxylique OH" par mole de glucose mis en oeuvre. Dans les mêmes conditions d'alcalinité élevée et d'oxydation par l'oxygène pur à pression atmosphérique, SCHMIDT a décrit dans le brevet américain US 2.587.906, l'obtention de rendements molaires de 65 % d'arabinonate de potassium cristallisé à partir de saccharose inverti. En présence de certains promoteurs pouvant jouer un rôle de couple rédox et notamment de bleu de méthylène, il parvenait à porter ce rendement à 82 %. Cependant, ce rendement chutait à 77,7 % lorsque l'oxydation était réalisée par de l'air en lieu et place d'oxygène.This type of alkaline oxidative degradation process mainly results on the one hand in the degradation of sugar into aldonic acid comprising one carbon atom less than the initial reducing sugar and in formic acid on the other hand. It is in obtaining this aldonic acid of lower rank that their main interest lies. They allow access to shorter molecules which can serve as the basis for many chemical syntheses. Thus, the oxidation of L-sorbose according to these methods, makes it possible to obtain L-xylonic acid, the hydrogenation of the lactone of which provides xylitol. These molar yields of 75% of arabinonic acid are achieved with glucose in an aqueous medium and at atmospheric pressure on condition of using finely divided oxygen and using at least 3 moles of hydroxyl anion OH " per mole of glucose used. Under the same conditions of high alkalinity and oxidation by l pure oxygen at atmospheric pressure, SCHMIDT described in US Pat. No. 2,587,906, obtaining molar yields of 65% of potassium arabinonate crystallized from invert sucrose In the presence of certain promoters which may play a role in redox couple and in particular methylene blue, he managed to bring this yield to 82%, however, this yield dropped to 77.7% when the oxidation was carried out by air in place of oxygen.
Ce type de dégradation oxydative alcaline, efficace aussi bien sur les fonctions hémiacétaliques que cétoniques, entraîne aussi la formation de sous-produits tels que notamment les acides carbonique, oxalique, glycérique, glycolique, lactique, érythronique et bien sûr formique, obtenus dans un rendement molaire d'environ 25 % à partir de glucose lorsque les conditions d'alcalinité sont telles qu'elles permettent un rendement de 75 % d'arabinonate. L'acide formique est toujours produit avec des rendements voisins de 100 % de la stoechiométrie.This type of alkaline oxidative degradation, effective on both hemiacetal and ketone functions, also leads to the formation of by-products such as in particular carbonic, oxalic, glyceric, glycolic, lactic, erythronic and of course formic acids, obtained in a yield approximately 25% molar from glucose when the alkalinity conditions are such that they allow a yield of 75% of arabinonate. Formic acid is always produced with yields close to 100% of stoichiometry.
On trouvera une excellente étude du procédé SPENGLER-PFANNENSTIEL dans le mémoire de DUBOURG et NAFFAAn excellent study of the SPENGLER-PFANNENSTIEL process can be found in the thesis of DUBOURG and NAFFA
(Bull. Soc. Chim. Fr. , (1959) 1353-1362) qui rapportent la dégradation par voie oxydative alcaline en présence d'oxygène gazeux, de l'arabinose, du glucose, du galactose et du maltose. Ces auteurs avaient en outre remarqué que la présence dans le milieu reactionnel de methanol, ou de promoteurs rédox tels que 1 'hydroquinone ou la résorcine favorisaient l'oxydation en acide arabinonique du glucose en augmentant légèrement et la vitesse d'oxydation et le rendement de la réaction.(Bull. Soc. Chim. Fr., (1959) 1353-1362) which report the degradation by alkaline oxidative route in the presence of gaseous oxygen, arabinose, glucose, galactose and maltose. These authors had further noted that the presence in the reaction medium of methanol, or redox promoters such as hydroquinone or resorcin favored the oxidation to arabinonic acid of the glucose by increasing slightly the rate of oxidation and the yield of the reaction.
Ils ont aussi montré que l'emploi de quantités inférieures à 3 moles d'anions hydroxyliques OH" par mole de sucre réducteur mis en oeuvre se traduisait par une baisse drastique du rendement en aldonate de rang inférieur. Par exemple, en l'absence de promoteur et même en effectuant l'oxydation à l'oxygène pur, l'emploi de 2 moles de potasse par mole de glucose ne permet plus que l'obtention de 58 % d'arabinonate.They have also shown that the use of amounts less than 3 moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar used results in a drastic reduction in the yield of lower-ranking aldonate. For example, in the absence of promoter and even by carrying out the oxidation with pure oxygen, the use of 2 moles of potassium hydroxide per mole of glucose only allows the obtaining of 58% of arabinonate.
Le brevet américain US 4.125.559 de SCHOLZ et GOTSMANN recommande de travailler sous des pressions d'oxygène allant jusqu'à 40 bars et prétend obtenir des rendements d'arabinonate allant jusqu'à 98 %.US patent US 4,125,559 to SCHOLZ and GOTSMANN recommends working under oxygen pressures of up to 40 bar and claims to obtain arabinonate yields of up to 98%.
Dans l'exemple envisagé dans ce brevet, le rapport molaire soude/glucose est de 3,5 et la pression d'oxygène est de 21,5 bars .In the example envisaged in this patent, the sodium hydroxide / glucose molar ratio is 3.5 and the oxygen pressure is 21.5 bars.
VUORINEN, HYPPANEN et SJOSTROM (Stârke, 43 Nr 5, s. 194-198 ; 1991) sont parvenus à oxyder avec un rendement de 78 % le glucose en arabinonate en employant seulement 2,17 moles de soude par mole de glucose dans 1 ' eau et sous une pression d'oxygène de 26 bars (2,6 méga Pascal) . Ce rendement a pu être porté à 86 % en présence d'un promoteur rédox : l'AMS, (sel de sodium de l'acide 2-anthraquinone monosulfonique) avec un rapport molaire alcali/sucre de 2,03 seulement, mais en présence de 0,96 Kg de methanol par Kg d'eau dans le milieu reactionnel final, et ce sous une pression d'oxygène plus raisonnable qui s'élevait cependant à 6 bars (0,6 méga Pascal) . L'explication de ce bon rendement est, selon ces auteurs, qu'en milieu méthanolique, les transferts de masse sont plus rapides et que l'oxygène est plus soluble, ce qui permet une sélectivité et un rendement plus élevés de la réaction de dégradation oxydative alcaline. On notera aussi que la présence de methanol dans le milieu reactionnel permet de cristalliser 1 'arabinonate de potassium au fur et à mesure de sa formation et ainsi de déplacer favorablement le sens de la réaction.VUORINEN, HYPPANEN and SJOSTROM (Stârke, 43 Nr 5, s. 194-198; 1991) succeeded in oxidizing with a yield of 78% the glucose to arabinonate by using only 2.17 moles of soda per mole of glucose in 1 ' water and under an oxygen pressure of 26 bars (2.6 mega Pascal). This yield could be brought to 86% in the presence of a redox promoter: AMS, (sodium salt of 2-anthraquinone monosulfonic acid) with an alkali / sugar molar ratio of only 2.03, but in the presence 0.96 Kg of methanol per Kg of water in the final reaction medium, and this under a more reasonable oxygen pressure which amounted however to 6 bars (0.6 mega Pascal). The explanation for this good yield is, according to these authors, that in a methanolic environment, mass transfers are faster and the oxygen is more soluble, which allows a higher selectivity and a higher yield of the alkaline oxidative degradation reaction. It will also be noted that the presence of methanol in the reaction medium makes it possible to crystallize potassium arabinonate as it is formed and thus to favorably shift the direction of the reaction.
VUORINEN encore, dans la demande de brevet PCT 93/19030, exemple 7, démontre qu'il est possible d'oxyder le sorbose en acide xylonique avec un rendement molaire de 69 % en employant seulement 2,06 mole d'alcali par mole de sucre, mais à condition d'opérer sous une pression d'oxygène de 10 bars et en présence d'environ 100 g de methanol pour 200 g d'eau.VUORINEN also, in PCT patent application 93/19030, example 7, demonstrates that it is possible to oxidize sorbose to xylonic acid with a molar yield of 69% by using only 2.06 mole of alkali per mole of sugar, but on condition that it operates under an oxygen pressure of 10 bars and in the presence of approximately 100 g of methanol per 200 g of water.
HENDRICKS, KUSTER et MARIN (Carb. res, 214 (1991) 71-85) ont montré que la sélectivité et la vitesse de la dégradation oxydative du glucose, du galactose et du lactose pouvaient être singulièrement accrues par l'utilisation, dans le milieu reactionnel, d'un couple rédox constitué par le sel de sodium de l'acide 2-anthraquinone monosulfonique (AMS) et l'eau oxygénée et ce, à condition d'employer de l'oxygène sous une pression de 1 bar (0,1 méga Pascal) pour être à saturation du milieu reactionnel (l'AMS doit rester sous sa forme oxydée incolore alors que sa forme réduite est rouge sombre) . Ces auteurs utilisent aussi des milieux très alcalins, contenant trois moles d'anions hydroxyliques OH" par mole de sucre réducteur mis en oeuvre.HENDRICKS, KUSTER and MARIN (Carb. Res, 214 (1991) 71-85) have shown that the selectivity and the rate of oxidative degradation of glucose, galactose and lactose can be considerably increased by the use, in the medium reaction, of a redox couple consisting of the sodium salt of 2-anthraquinone monosulfonic acid (AMS) and hydrogen peroxide, provided that oxygen is used at a pressure of 1 bar (0, 1 mega Pascal) to be saturated with the reaction medium (the AMS must remain in its colorless oxidized form while its reduced form is dark red). These authors also use very alkaline media, containing three moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar used.
Par ce procédé, les rendements en arabinonate atteignent 95 à 98 % de la théorie à partir du glucose. Ils sont moins élevés lorsque c'est un diholoside qui est mis en oeuvre puisqu'ils n'atteignent plus que 90 à 95 % de galactopyranosyl 1-3 arabinonate à partir du lactose. Les auteurs expliquent cette baisse de la sélectivité par l'hydrolyse alcaline de la liaison osidique bêta l--> 4 de ce disaccharide, occasionnée par le pH élevé auquel se déroule la réaction (13,8 à 14,5) . Ils en concluent toutefois qu'ils croient leur procédé applicable de façon générale aux carbohydrates.By this process, the yields of arabinonate reach 95 to 98% of theory from glucose. They are lower when a diholoside is used. works since they only reach 90 to 95% of galactopyranosyl 1-3 arabinonate from lactose. The authors explain this drop in selectivity by the alkaline hydrolysis of the beta 1 -> 4 osidic bond of this disaccharide, caused by the high pH at which the reaction takes place (13.8 to 14.5). They conclude, however, that they believe their process generally applicable to carbohydrates.
Qu'ils soient considérés ensemble ou séparément, les expédients consistant à :Whether considered together or separately, expedients consisting of:
- employer de 1 'oxygène pur- use pure oxygen
- à travailler sous pression- to work under pressure
- à utiliser des excès d'alcalis- to use excess alkalis
- à avoir recours à des solvants ont eu comme résultat incontestable de concourir à l'augmentation de la sélectivité et du rendement des procédés de dégradation oxydative alcaline des oses et des uloses monomères ou dimères.- to have recourse to solvents have had the incontestable result of helping to increase the selectivity and the yield of the processes of alkaline oxidative degradation of the monomeric or dimeric oses and uloses.
L'utilisation de promoteurs a permis d'améliorer encore ces performances.The use of promoters has made it possible to further improve these performances.
Cependant, il n'existe toujours pas, à l'heure actuelle, de procédé qui permette d'oxyder un ose, un ulose ou un diholoside réducteur d'une manière si spécifique et si complète qu'il ne fournisse pratiquement que l'acide aldonique correspondant de rang immédiatement inférieur (comptant donc un seul atome de carbone de moins) et bien sûr de l'acide formique en quantité équimoléculaire et qui ne fasse pas appel à ces expédients onéreux, voire dangereux, que sont l'utilisation d'oxygène pur, de hautes pressions, d'excès d'alcalis, de solvants organiques.However, there is still no process at the present time which makes it possible to oxidize a reducing ose, an ulose or a diholoside in such a specific and complete manner that it practically only provides acid. corresponding aldonique of immediately lower rank (therefore having only one carbon atom less) and of course formic acid in equimolecular quantity and which does not call on these expensive, even dangerous expedients that are the use of oxygen pure, high pressures, excess of alkalis, organic solvents.
De même, il n'existe toujours pas à l'heure actuelle de procédé qui permette d'oxyder de façon quasi exclusive en polyholoside-aldonate, et de façon plus précise en dextrine- aldonate, un polymère d'osés ou d'uloses, et plus préférentiellement un hydrolysat d'amidon natif ou modifié, jusqu'à disparition quasi-totale des sucres réducteurs et sans raccourcissement du squelette carboné du polymère par suite de l'hydrolyse de certaines de ses liaisons osidiques. C'est en limitant la saturation en oxygène du milieu reactionnel et en allant à 1 ' encontre des enseignements de l'art antérieur, en se passant de tous les expédients ci- dessus évoqués et dont l'utilité semblait désormais ne plus faire aucun doute, que la Société Demanderesse, qui a pris conscience de ces problèmes et de la nécessité d'y apporter une solution, est parvenue à mettre au point un procédé de dégradation oxydative alcaline des oses ou des uloses et même de leurs polymères qui soit enfin dépourvu des inconvénients déjà évoqués.Similarly, it still does not exist today of a process which allows to oxidize in an almost exclusive way to polyholoside-aldonate, and more precisely to dextrin-aldonate, a polymer of dares or of uloses, and more preferentially a hydrolyzate of native or modified starch, until almost complete disappearance of reducing sugars and without shortening of the carbon skeleton of the polymer as a result of the hydrolysis of some of its osidic bonds. It is by limiting the oxygen saturation of the reaction medium and by going against the teachings of the prior art, by doing without all of the above-mentioned expedients, the usefulness of which now seemed to be beyond doubt. , that the Applicant Company, which has become aware of these problems and the need to provide a solution, has managed to develop a process for the alkaline oxidative degradation of oses or uloses and even of their polymers which is finally devoid of disadvantages already mentioned.
Selon l'invention, ce procédé de dégradation oxydative alcaline, qui consiste à oxyder un ose, un ulose, leurs polymères ou leurs mélanges, en solution aqueuse en présence d'un couple rédox constitué par un mélange d'AMS et de peroxyde d'hydrogène, est caractérisé par le fait que le gaz oxydant est de l'air et que cet air est brassé et introduit dans le milieu reactionnel dans des conditions d'agitation et à un débit tels que la saturation en oxygène du milieu reactionnel conduise à l'obtention d'une coloration rose de ce milieu reactionnel.According to the invention, this process of alkaline oxidative degradation, which consists in oxidizing a ose, an ulose, their polymers or their mixtures, in aqueous solution in the presence of a redox couple consisting of a mixture of AMS and of peroxide of hydrogen, is characterized by the fact that the oxidizing gas is air and that this air is stirred and introduced into the reaction medium under stirring conditions and at a rate such that the oxygen saturation of the reaction medium leads to l 'obtaining a pink coloration of this reaction medium.
On sait en effet que l'anion réduit hydroquinonique AMS (OH) 2 développe une couleur rouge-brun intense tandis que la molécule oxydée AMS02 quinonique est rigoureusement incolore. Le couple constitué par la quinone de l 'AMS et son hydroquinone se comporte donc également comme un indicateur coloré d' oxydo-réduction permettant visuellement d'estimer le niveau de saturation en oxygène dissous du milieu reactionnel . Dans ces conditions d'oxygénation réduite mais cependant étonnamment suffisantes, indiquées par une coloration rose de l'AMS, la Société Demanderesse a remarqué que les sucres réducteurs étaient oxydés de façon presque complètement sélective et totale en l'acide aldonique de rang immédiatement inférieur et en acide formique sans formation notable d'autres acides provenant de la dégradation alcaline non oxydative de ces sucres réducteursWe know that the reduced hydroquinonic anion AMS (OH) 2 develops an intense red-brown color while the oxidized molecule AMS0 2 quinone is strictly colorless. The pair made up of AMS quinone and its hydroquinone therefore also behaves like a colored indicator of redox allowing visually to estimate the level of saturation in dissolved oxygen of the reaction medium. Under these conditions of reduced oxygenation, however surprisingly sufficient, indicated by a pink coloration of the AMS, the Applicant Company noted that the reducing sugars were oxidized in an almost completely selective and total manner to the aldonic acid of rank immediately below and in formic acid without significant formation of other acids resulting from the non-oxidative alkaline degradation of these reducing sugars
(lactique, métasaccharinique, dihydroxybutyrique etc...) .(lactic, metasaccharinic, dihydroxybutyric etc ...).
Ces conditions d'oxygénation réduite peuvent être aisément obtenues, et il s'agit là d'un énorme avantage pécuniaire, sans oxygène pur ou sans air enrichi en oxygène et sans l'emploi de pressions élevées ou d'alcool favorisant les transferts de masse ou augmentant la solubilité de l'oxygène dans le milieu reactionnel. D'une manière générale, dans le cadre du procédé objet de l'invention, il suffit que la pression de l'air soit suffisante pour vaincre la pression hydrostatique créée par la colonne liquide présente dans le réacteur. On veillera aussi avec intérêt à ce que l'échappement des gaz du réacteur s'effectue sans contrainte et à la pression atmosphérique.These conditions of reduced oxygenation can be easily obtained, and this is a huge pecuniary advantage, without pure oxygen or without oxygen-enriched air and without the use of high pressures or alcohol promoting mass transfers. or increasing the solubility of oxygen in the reaction medium. Generally, in the context of the process which is the subject of the invention, it is sufficient for the air pressure to be sufficient to overcome the hydrostatic pressure created by the liquid column present in the reactor. It will also be taken with interest that the exhaust of the gases from the reactor takes place without constraint and at atmospheric pressure.
La Société Demanderesse pense que dans les conditions décrites pour le procédé de l'invention, l'oxygène n'existe pas en quantités suffisantes pour oxyder directement les sucres réducteurs, ou plutôt les énols qui se forment en conditions alcalines. On sait en effet que cette action directe de l'oxygène n'est pas totalement sélective et qu'elle amène à côté des acides aldoniques de rang immédiatement inférieur, la production d'acides provenant d'une suroxydation de ces sucres réducteurs en acides hydroxycarboxyliques à chaîne courte (oxalique, glycolique, glycérique, tartronique, etc...) , voire carbonique.The Applicant Company believes that under the conditions described for the process of the invention, oxygen does not exist in sufficient quantities to directly oxidize the reducing sugars, or rather the enols which are formed under alkaline conditions. We know that this direct action of oxygen is not completely selective and that it brings, alongside aldonic acids of immediately lower rank, the production of acids resulting from an overoxidation of these reducing sugars into short-chain hydroxycarboxylic acids (oxalic , glycolic, glyceric, tartronic, etc ...), even carbonic.
La Société Demanderesse pense aussi que dans le procédé conforme à l'invention, la quantité d'oxygène présente dans le milieu reactionnel est en fait juste suffisante pour régénérer sous sa forme quinonique, avec synthèse concomitante d'eau oxygénée, 1 'anthraquinoneThe Applicant Company also believes that in the process according to the invention, the quantity of oxygen present in the reaction medium is in fact just sufficient to regenerate in its quinone form, with concomitant synthesis of hydrogen peroxide, anthraquinone
(AMS02) , qui a oxydé sélectivement le sucre réducteur ou plus exactement son énediol en aldosulose, en se transformant sous forme hydroquinonique (AMS(OH)2) . L'eau oxygénée ainsi formée est aussitôt utilisée pour oxyder spécifiquement, et pratiquement sans formation de sous- produits, l'aldosulose en acide aldonique comptant un atome de carbone de moins d'une part et en acide formique d'autre part.(AMS0 2 ), which has selectively oxidized the reducing sugar or more precisely its enediol to aldosulose, transforming into hydroquinonic form (AMS (OH) 2 ). The hydrogen peroxide thus formed is immediately used to oxidize specifically, and practically without the formation of by-products, aldosulose to aldonic acid having a carbon atom of less on the one hand and to formic acid on the other hand.
Pour plus de commodité dans la compréhension de ces réactions chimiques, on pourra se référer à la figure unique du présent fascicule.For convenience in understanding these chemical reactions, reference may be made to the single figure of this booklet.
Il n'existe donc pas non plus dans le procédé de l'invention, d'excès d'eau oxygénée en quantité telle que celle-ci soit capable d'oxyder de façon décelable directement le sucre réducteur jusqu'à l'état d'acide formique et d'eau par rupture homolytique de sa chaîne carbonée. Ce processus conduirait en effet graduellement à la dégradation totale d'un aldose par raccourcissements successifs et rapides de sa chaîne carbonée, 1 'aldose de départ étant lui-même transformé en un autre aldose de rang immédiatement inférieur d'une part et en acide formique d'autre part. (H. S. ISBELL et al. Carbohydrate Research, 203 (1990) 287-289) . Cette extrême sélectivité de la dégradation oxydative alcaline des oses ou des uloses et de leurs polymères, obtenue par les conditions particulières de saturation en oxygène du procédé selon 1 ' invention permet de réduire à la quantité quasi-stoechiométrique, à peine supérieure à 2 moles, l'alcali à mettre en oeuvre par mole de sucre réducteur à oxyder. Même dans ces conditions, les sélectivités et rendements obtenus demeurent excellents.There is therefore also neither in the process of the invention, an excess of hydrogen peroxide in an amount such that it is capable of directly detectable oxidizing the reducing sugar to the state of formic acid and water by homolytic rupture of its carbon chain. This process would gradually lead to the total degradation of an aldose by successive and rapid shortening of its carbon chain, the aldose of departure being itself transformed into another aldose of immediately lower rank on the one hand and formic acid on the other hand. (HS ISBELL et al. Carbohydrate Research, 203 (1990) 287-289). This extreme selectivity of the alkaline oxidative degradation of the oses or of the uloses and of their polymers, obtained by the particular conditions of oxygen saturation of the process according to the invention makes it possible to reduce to the quasi-stoichiometric quantity, barely greater than 2 moles, the alkali to be used per mole of reducing sugar to be oxidized. Even under these conditions, the selectivities and yields obtained remain excellent.
Ceci n'est rendu possible que par la quasi-absence de réactions parasites se traduisant par l'apparition d'acides à courte chaîne et seulement une mole d'acide formique et une mole d'acide aldonique sont à neutraliser par mole de sucre réducteur mis en oeuvre.This is only made possible by the quasi-absence of parasitic reactions resulting in the appearance of short chain acids and only one mole of formic acid and one mole of aldonic acid are to be neutralized per mole of reducing sugar. implemented.
Seule une légère réserve d'alcalinité est nécessaire pour conférer au milieu reactionnel jusqu'au terme de la réaction un pH suffisamment alcalin pour permettre la formation des énediols qui sont les entités réactives.Only a slight reserve of alkalinity is necessary to give the reaction medium until the end of the reaction a pH sufficiently alkaline to allow the formation of enediols which are the reactive entities.
Ceci entraîne de nombreux avantages parmi lesquels une utilisation restreinte d'alcali n'est pas le moindre.This has many advantages, not the least of which is limited use of alkali.
En effet, il est souvent nécessaire, au terme de la réaction de dégradation oxydative alcaline, de ramener le pH du milieu reactionnel aux environs de la neutralité et plus encore à des pH acides lorsque l'on désire éliminer par distillation l'acide formique inévitablement produit. Il en résulte donc également une économie d'acide et une moindre production des sous-produits que sont les sels résultant de cette neutralisation ou acidification. Cette utilisation restreinte d'alcali a également pour effet, lorsque l'on procède à la réaction de dégradation alcaline oxydative selon l'invention sur des polymères, de ménager ce squelette polymérique et de préserver le poids moléculaire de ces polymères .Indeed, it is often necessary, at the end of the alkaline oxidative degradation reaction, to bring the pH of the reaction medium to about neutral and even more to acid pH when it is desired to distillate formic acid inevitably product. This therefore also results in an economy of acid and less production of the by-products that are the salts resulting from this neutralization or acidification. This restricted use of alkali also has the effect, when the oxidative alkaline degradation reaction according to the invention is carried out on polymers, of preserving this polymer backbone and of preserving the molecular weight of these polymers.
Il en résulte que le procédé de 1 ' invention permet d'obtenir en tant que produits industriels nouveaux des dérivés acides de polysaccharides, c'est à dire des polymères composés d'au moins trois motifs glucidiques, contenant moins de 1 % de sucres réducteurs résiduels et de préférence moins de 0,5 % de sucres réducteurs résiduels caractérisés par le fait que leur glucide terminal est un acide aldonique comportant un atome de carbone de moins que le glucide réducteur qui lui a donné naissance. Le procédé de l'invention peut donc être mis en oeuvre de préférence avec des quantités d'alcalis inférieures à trois moles d'anions hydroxyliques OH" par mole de sucre réducteur soumis à l'oxydation. De façon préférée ces quantités d'alcali sont comprises entre 2,05 et 2,5 moles, et de façon préférentielle entre 2,2 et 2,4 moles.As a result, the process of the invention makes it possible to obtain, as new industrial products, acid derivatives of polysaccharides, that is to say polymers composed of at least three carbohydrate units, containing less than 1% of reducing sugars. residual and preferably less than 0.5% of residual reducing sugars characterized in that their terminal carbohydrate is an aldonic acid containing one carbon atom less than the reducing carbohydrate which gave rise to it. The process of the invention can therefore be carried out preferably with amounts of alkali less than three moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar subjected to oxidation. Preferably these amounts of alkali are between 2.05 and 2.5 moles, and preferably between 2.2 and 2.4 moles.
Les quantités supérieures à trois moles d'anions hydroxyliques OH" par mole de sucre réducteur mis en oeuvre apparaissent sans intérêt puisqu'elles sont anti-économiques et qu'elles se montrent même néfastes, en particulier dans le cas d'une dégradation oxydative effectuée sur des polysaccharides . On observe en effet dans ce cas une atteinte du squelette polymérique des polysaccharides et une baisse de leur poids moléculaire. Les quantités inférieures à deux moles d' anions hydroxyliques OH" par mole du sucre réducteur mis en oeuvre ne permettent plus d'obtenir une dégradation oxydative alcaline complète et leur emploi se résume par une réaction, certes sélective, mais incomplète, qui se traduit par la persistance en fin de réaction de sucres réducteurs résiduels.The amounts greater than three moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar used appear irrelevant since they are anti-economic and even appear harmful, in particular in the case of oxidative degradation carried out on polysaccharides. In this case, the polymeric backbone of the polysaccharides is observed and their molecular weight decreases. The amounts less than two moles of hydroxyl anions OH " per mole of the reducing sugar used no longer make it possible to obtain complete alkaline oxidative degradation and their use can be summarized by a reaction, admittedly selective, but incomplete, which results in the persistence at the end of the reaction of residual reducing sugars.
Toutefois, lorsque cette présence de sucres réducteurs résiduels ne constitue pas un handicap dans le cas de certains produits obtenus par le procédé de l'invention, il est envisageable d'employer des quantités d'alcali inférieures à deux moles d'anions hydroxyle OH" par mole de sucre réducteur mis en oeuvre. Ceci peut-être notamment le cas lorsque l'on envisage de purifier 1'aldonate obtenu, par exemple par cristallisation.However, when this presence of residual reducing sugars does not constitute a handicap in the case of certain products obtained by the process of the invention, it is conceivable to use quantities of alkali lower than two moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar used, this may in particular be the case when it is contemplated to purify the aldonate obtained, for example by crystallization.
La température à laquelle on met en oeuvre le procédé de l'invention est généralement comprise entre 10 et 80°C. On préfère travailler entre 20 et 70°C et de façon encore plus préférentielle entre 25 et 60°C.The temperature at which the process of the invention is carried out is generally between 10 and 80 ° C. We prefer to work between 20 and 70 ° C and even more preferably between 25 and 60 ° C.
Il faut noter qu'en règle générale, les températures les plus basses permettent d'obtenir les sélectivités les meilleures mais que ceci a lieu au détriment de la vitesse de réaction. A l'inverse, les températures plus élevées permettent de raccourcir les temps de réaction et peuvent être employées dans la mesure où une légère dégradation d'un polymère ou l'obtention de quelques pour-cent d'acides carbonique, oxalique, glycérique, glycolique, lactique, érythronique, métasaccharinique, dihydroxybutyrique etc... ne sont pas préjudiciables au produit obtenu ou à l'usage qu'on compte en faire.It should be noted that, as a general rule, the lowest temperatures make it possible to obtain the best selectivities but that this takes place at the expense of the reaction rate. Conversely, the higher temperatures make it possible to shorten the reaction times and can be used insofar as a slight degradation of a polymer or the obtaining of a few percent of carbonic, oxalic, glyceric, glycolic acids. , lactic, erythronic, metasaccharinic, dihydroxybutyric etc ... are not detrimental to the product obtained or the use that we intend to make of it.
Cependant, une mise en oeuvre préférentielle de ce procédé, qui permet d'allier à la fois la spécificité de la réaction et la disparition rapide de tous les sucres réducteurs, consiste à initier la réaction de dégradation alcaline à environ 40°C et à augmenter graduellement ou par paliers cette température jusqu'à 60°C au fur et à mesure de la disparition de ces sucres réducteurs par suite de leur oxydation en acide aldonique de rang immédiatement inférieur. D'une manière générale, on préfère laisser se poursuivre la réaction jusqu'à l'obtention d'une teneur en sucres réducteurs, mesurée par la méthode de BERTRAND, inférieure à 1 %, de préférence inférieure à 0,5 %, et encore plus préférentiellement inférieure à 0,3 %, cette teneur étant exprimée en pourcentage pondéral d'équivalent glucose sur la matière sèche sucrée introduite dans le réacteur.However, a preferential implementation of this process, which makes it possible to combine both the specificity of the reaction and the rapid disappearance of all the sugars reducing agents, consists in initiating the alkaline degradation reaction at around 40 ° C and gradually or gradually increasing this temperature up to 60 ° C as these reducing sugars disappear as a result of their oxidation to aldonic acid of immediately lower rank. In general, it is preferable to allow the reaction to continue until a reducing sugar content, measured by the BERTRAND method, of less than 1%, preferably less than 0.5%, is obtained, and again more preferably less than 0.3%, this content being expressed as a percentage by weight of glucose equivalent on the sweet dry matter introduced into the reactor.
La concentration de matières sèches à laquelle il convient de procéder à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention n'est pas critique et doit être avant tout guidée par des principes économiques. Des concentrations inférieures à 50 g de matières sèches par litre de milieu reactionnel ne sont généralement pas intéressantes puisqu'elles mobilisent alors un trop grand volume de réacteur. De même, des concentrations supérieures à 600 g/1 ne sont généralement pas envisageables puisqu'elles nécessitent alors une puissance d'aération et d'agitation telles que les contraintes mécaniques qu'elles imposent ne peuvent trouver de solution qui ne soit pas dispendieuse.The concentration of dry matter at which the process according to the invention should be carried out is not critical and must above all be guided by economic principles. Concentrations of less than 50 g of dry matter per liter of reaction medium are generally not advantageous since they then mobilize too large a volume of reactor. Likewise, concentrations higher than 600 g / l cannot generally be envisaged since they then require aeration and stirring power such that the mechanical stresses which they impose cannot find a solution which is not expensive.
Ici encore, une mise en oeuvre pratique du procédé de 1 ' invention consiste à initier cette dégradation oxydative en présence de faibles quantités de sucres réducteurs, puis à introduire ceux-ci dans le réacteur de façon continue ou par fractions successives, sous forme de poudre ou de sirops concentrés, au fur et à mesure de leur disparition et de leur transformation en acide aldonique de rang immédiatement inférieur.Here again, a practical implementation of the process of the invention consists in initiating this oxidative degradation in the presence of small quantities of reducing sugars, then in introducing these into the reactor continuously or in successive fractions, in the form of powder. or concentrated syrups, as they are disappearance and their transformation into aldonic acid of immediately lower rank.
Les réacteurs permettant de réaliser la mise en oeuvre du procédé de 1 ' invention sont les réacteurs autorisant des transferts de masse et de chaleur efficaces et peuvent être ceux qui sont utilisés pour la transformation microbiologique aérobie de divers substrats liquides soit en biomasse, soit en acides organiques aminés ou non, soit en enzymes ou en antibiotiques. L'essence de l'invention résidant dans le fait que l'air est brassé et introduit dans le milieu reactionnel dans des conditions d'agitation et d'aération telles que ce milieu reactionnel présente le plus longtemps possible une coloration rose, il convient d'adapter en permanence ces conditions à l'évolution de la réaction.The reactors making it possible to carry out the implementation of the process of the invention are the reactors allowing efficient mass and heat transfers and can be those which are used for the aerobic microbiological transformation of various liquid substrates either into biomass or into acids organic amino or not, either enzymes or antibiotics. The essence of the invention residing in the fact that the air is stirred and introduced into the reaction medium under stirring and aeration conditions such that this reaction medium has as long as possible a pink coloring, it is advisable to '' continuously adapt these conditions to the evolution of the reaction.
A température constante, l'oxydation étant plus rapide en début de réaction qu'en fin de réaction, il convient de démarrer la réaction d'oxydation en agitant et/ou en aérant le milieu reactionnel de façon énergique. Puis, au fur et à mesure de l'évolution de cette réaction, on veillera à maintenir cette coloration rose en diminuant l'aération ou l'agitation en prenant garde toutefois à ce que le milieu reactionnel ne devienne jamais rouge.At constant temperature, the oxidation being faster at the start of the reaction than at the end of the reaction, the oxidation reaction should be started by stirring and / or aerating the reaction medium vigorously. Then, as this reaction progresses, care will be taken to maintain this pink coloration by reducing the aeration or stirring, taking care, however, that the reaction medium never becomes red.
A agitation et/ou aération constantes, on pourra veiller au maintien de cette coloration rose en agissant sur la température du milieu reactionnel. Une élévation de température a pour effet d'augmenter la vitesse d'oxydation et de diminuer la solubilité de l'oxygène. Lorsque le milieu reactionnel a tendance à devenir incolore, on pourra aisément revenir à la teinte rose en augmentant cette température. A l'inverse, lorsque le milieu reactionnel devient trop rouge, on baissera cette température.With constant stirring and / or aeration, it will be possible to ensure that this pink coloration is maintained by acting on the temperature of the reaction medium. A rise in temperature has the effect of increasing the rate of oxidation and of decreasing the solubility of oxygen. When the reaction medium tends to become colorless, it is easy to return to the pink tint by increasing this temperature. Conversely, when the reaction medium becomes too red, we will lower this temperature.
Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, on préfère utiliser une quantité d'AMS représentant généralement de 0, 1 g à 5 g par mole de sucre réducteur mise en oeuvre et exprimée sous forme d'équivalent glucose. De préférence, cette quantité d'AMS est comprise entre 1 g et 4 g par mole de sucre réducteur, et de façon encore plus préférée entre 2 g et 3 g par mole de sucre réducteur.To carry out the process of the invention, it is preferable to use an amount of AMS generally representing from 0.1 g to 5 g per mole of reducing sugar used and expressed in the form of glucose equivalent. Preferably, this amount of AMS is between 1 g and 4 g per mole of reducing sugar, and even more preferably between 2 g and 3 g per mole of reducing sugar.
La quantité d'eau oxygénée est mise en oeuvre de façon simultanée avec l'AMS et en quantité sensiblement équimoléculaire. On utilisera donc généralement de 0,03 ml à 1,6 ml, préférentiellement de 0,3 ml à 1,2 ml et encore plus préférentiellement de 0,5 ml à 1 ml d'eau oxygénée à 110 volumes par kg de substrat à oxyder. L'AMS et l'eau oxygénée ayant un rôle catalytique, on pourra également jouer sur leurs concentrations dans le milieu reactionnel pour adapter les vitesses d'oxydation aux performances mécaniques des réacteurs utilisés. Si l'on emploie par exemple un réacteur ne disposant que d'une faible puissance installée d'aération et d'agitation, on aura intérêt à n'employer que les doses les plus faibles du couple de catalyseurs.The amount of hydrogen peroxide is used simultaneously with the AMS and in a substantially equimolecular amount. We therefore generally use from 0.03 ml to 1.6 ml, preferably from 0.3 ml to 1.2 ml and even more preferably from 0.5 ml to 1 ml of hydrogen peroxide at 110 volumes per kg of substrate to oxidize. AMS and hydrogen peroxide having a catalytic role, one can also play on their concentrations in the reaction medium to adapt the oxidation rates to the mechanical performance of the reactors used. If, for example, a reactor is used that has only a small installed power of aeration and agitation, it will be advantageous to use only the lowest doses of the pair of catalysts.
Une manière préférée de procéder à la dégradation oxydative alcaline des sucres réducteurs selon le procédé de l'invention consiste à introduire ces sucres de façon progressive dans le milieu reactionnel.A preferred way of carrying out the alkaline oxidative degradation of the reducing sugars according to the process of the invention consists in introducing these sugars progressively into the reaction medium.
Ainsi, à agitation, aération et température constantes, il est possible de maintenir la coloration rose de l'AMS en ajustant le débit d'introduction dans la solution d'alcali, du sucre réducteur. Un débit d'introduction trop élevé fera virer au rouge sombre l'AMS tandis qu'un débit trop faible rendra le milieu incolore.Thus, with constant stirring, aeration and temperature, it is possible to maintain the pink coloration of the AMS by adjusting the rate of introduction into the alkali solution, of reducing sugar. Too high feed rate will cause AMS to turn dark red while too low a flow rate will make the medium colorless.
La Société Demanderesse a remarqué que le meilleur mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention consiste à introduire d'abord dans le réacteur sous forme de solution aqueuse une partie, généralement inférieure à 25%, de préférence inférieure à 15 %, et encore plus préférentiellement inférieure à 10 % du sucre réducteur ou du polymère que l'on envisage d'oxyder, puis d'aérer dans les conditions d'aération et d'agitation déterminées par l'expérience cette solution diluée de sucre ou de polymère. Il est commode de mettre à profit cette période de saturation du milieu en oxygène dissous pour amener à bonne température ce ' 'pied de cuve' ' . Passé le terme de cette période qui n'excède généralement pas une demi-heure, on préfère ajouter en une seule fois la dose d'alcali nécessaire à la réaction de dégradation oxydative du sucre réducteur ou du polymère que l'on prévoit de mettre en oeuvre, en calculant cette dose pour qu'elle corresponde à environ 2,3 moles d' anions hydroxyliques OH" par mole de sucre réducteur. Cet alcali est calculé en léger excès de façon à conserver jusqu'au terme de la réaction une réserve d'alcalinité suffisante pour permettre la formation des énediols, intermédiaires de cette réaction d'oxydation. Cet alcali peut être aussi ajouté de façon continue ou par portions au cours de la réaction, mais on n'en perçoit pas bien l'utilité notamment dans le cas de l'oxydation de matières non polymériques .The Applicant Company has noted that the best mode of implementing the process of the invention consists in first introducing into the reactor in the form of an aqueous solution a portion, generally less than 25%, preferably less than 15%, and even more preferably less than 10% of the reducing sugar or of the polymer which it is envisaged to oxidize, then to aerate under the aeration and stirring conditions determined by experience this dilute solution of sugar or polymer. It is convenient to take advantage of this period of saturation of the medium with dissolved oxygen to bring this "base stock" to the right temperature. After the end of this period, which generally does not exceed half an hour, it is preferable to add at once the dose of alkali necessary for the oxidative degradation reaction of the reducing sugar or of the polymer which it is intended to introduce. work, by calculating this dose so that it corresponds to approximately 2.3 moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar. This alkali is calculated in slight excess so as to preserve a reserve of alkalinity sufficient to allow the formation of enediols, intermediates of this oxidation reaction. This alkali can also be added continuously or in portions during the reaction, but its utility is not well perceived oxidation of non-polymeric materials.
De préférence l'AMS est introduit dans le réacteur en même temps que l'alcali et l'eau oxygénée. On préfère introduire cet AMS directement à l'état de poudre dans le réacteur. Le milieu reactionnel prend alors immédiatement une coloration rouge sombre qui disparait en quelques dizaines de secondes pour revenir au rose.Preferably, the AMS is introduced into the reactor at the same time as the alkali and the hydrogen peroxide. It is preferable to introduce this AMS directly in the powder state into the reactor. The reaction medium then immediately takes on a dark red coloration which disappears in a few tens of seconds to return to pink.
On démarre alors à ce moment, l'introduction continue ou par petites portions successives du reliquat de sucres réducteurs, reliquat qui peut représenter au moinsWe then start at this time, the continuous introduction or by small successive portions of the residue of reducing sugars, residue which can represent at least
75 %, de préférence au moins 85 % et encore plus préférentiellement au moins 90 % du sucre réducteur ou du polymère que l'on envisage d'oxyder. Le débit auquel on ajoute ce reliquat de sucres réducteurs, qui peut se présenter indifféremment sous forme de solution concentrée ou de poudre, est ajusté pour être adapté aux performances d'agitation et d'aération du réacteur et est généralement tel que le substrat à oxyder soit introduit en totalité en 1 à 10 heures, de préférence en 2 à 8 heures et de façon encore plus préférée en 3 à 6 heures .75%, preferably at least 85% and even more preferably at least 90% of the reducing sugar or of the polymer which it is intended to oxidize. The flow rate to which this remainder of reducing sugars is added, which can be either in the form of a concentrated solution or of powder, is adjusted to be adapted to the stirring and aeration performance of the reactor and is generally such as the substrate to be oxidized or introduced entirely in 1 to 10 hours, preferably in 2 to 8 hours and even more preferably in 3 to 6 hours.
Lorsque tout le substrat à oxyder a été introduit dans le réacteur et que la réaction a atteint un degré d'avancement suffisant tel qu'au moins 90 % des sucres réducteurs introduits ont été transformés en acide aldonique de rang immédiatement inférieur, on peut graduellement augmenter la température du milieu reactionnel pour achever au plus vite cette réaction, tout en veillant à maintenir cette coloration rose du milieu reactionnel. On met un terme à la réaction lorsque la teneur en sucres réducteurs est tombée sous une valeur suffisamment basse, inférieure à 1 % d'équivalent glucose dans la plupart des cas.When all the substrate to be oxidized has been introduced into the reactor and the reaction has reached a sufficient degree of progress such that at least 90% of the reducing sugars introduced have been transformed into aldonic acid of immediately lower rank, it is possible to gradually increase the temperature of the reaction medium to complete this reaction as quickly as possible, while taking care to maintain this pink coloration of the reaction medium. The reaction is terminated when the content of reducing sugars has fallen below a sufficiently low value, less than 1% glucose equivalent in most cases.
Selon ses destinations ou ses usages, le milieu reactionnel brut ainsi obtenu peut subir divers types de traitements ou de purification.Depending on its destinations or uses, the raw reaction medium thus obtained can undergo various types of treatment or purification.
De façon quasi-générale, il convient d'en enlever l'AMS. Ceci peut être réalisé de façon extrêmement simple par adsorption de ce catalyseur sur du noir végétal ou animal. La meilleure façon de procéder consiste à percoler le milieu reactionnel sur des colonnes de noir granulaire après avoir amené le pH de ce milieu reactionnel à une valeur de préférence inférieure à 7,0.Almost generally, it should be removed the AMS. This can be done in an extremely simple way by adsorption of this catalyst on vegetable or animal black. The best way to proceed consists in percolating the reaction medium on granular black columns after having brought the pH of this reaction medium to a value preferably less than 7.0.
Si l'acide formique s'avère une gêne dans les produits obtenus par le procédé de l'invention, il est commode d'éliminer celui-ci en distillant le milieu reactionnel après avoir procédé à son acidification par un acide fort et éventuellement à la cristallisation et l'élimination du sel formé par cet acide fort et l'alcali utilisé lors de la réaction d'oxydation.If formic acid proves to be a discomfort in the products obtained by the process of the invention, it is convenient to eliminate the latter by distilling the reaction medium after having carried out its acidification with a strong acid and optionally with crystallization and elimination of the salt formed by this strong acid and the alkali used during the oxidation reaction.
Une telle purification n'est cependant pas nécessaire lorsque l'on désire utiliser les aldonates ou les polymères-aldonates obtenus par le procédé de l'invention dans des applications telles que la détergence ou les modificateurs de fluidité ou de temps de prise pour bétons, mortiers et ciments. Cette purification, consistant surtout à enlever l'acide formique, peut être nécessaire dans la mesure où l'on envisage de procéder à l'hydrogénation des acides aldoniques obtenus afin d'obtenir les polyols correspondants. Ceci peut être par exemple le cas du xylitol que l'on peut obtenir par hydrogénation de la lactone de l'acide xylonique, cet acide pouvant être produit dans des conditions de pureté et d'économie sans égales par le procédé de l'invention en oxydant le L sorbose.Such purification is however not necessary when it is desired to use the aldonates or the polymer-aldonates obtained by the process of the invention in applications such as detergency or modifiers of fluidity or setting time for concrete, mortars and cements. This purification, consisting mainly of removing formic acid, may be necessary insofar as it is contemplated to proceed to the hydrogenation of the aldonic acids obtained in order to obtain the corresponding polyols. This can be for example the case of xylitol which can be obtained by hydrogenation of the lactone of xylonic acid, this acid can be produced under conditions of purity and economy without equal by the process of the invention in oxidizing L sorbose.
Les exemples qui suivent ont pour objet d'illustrer et de mieux faire comprendre l'invention. Ils ne sauraient être limitatifs, en particulier pour ce qui concerne les conditions d'aération ou d'agitation des réacteurs permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention.The following examples are intended to illustrate and better understand the invention. They cannot be limiting, in particular with regard to conditions for aeration or agitation of the reactors making it possible to implement the process of the invention.
En particulier, la géométrie et la taille des réacteurs utilisés ont une grande influence sur les invariants de similitude constitués notamment par le nombre de REYNOLDS, et donc sur les capacités des appareillages à transférer dans le milieu liquide l'oxygène nécessaire au procédé de l'invention.In particular, the geometry and the size of the reactors used have a great influence on the invariants of similarity constituted in particular by the number of REYNOLDS, and therefore on the capacities of the apparatuses to transfer into the liquid medium the oxygen necessary for the process of invention.
Exemple 1 :Example 1:
Oxydation d'un monomère : le glucose.Oxidation of a monomer: glucose.
Dans un fermenteur à cuve de verre, de marque BIOLAFITTE, d'une contenance utile de 15 litres, on introduit 7 litres d'eau et 338,60 grammes de dextrose monohydrate (soit 1,71 mole de glucose) . On aère cette solution avec un débit d'air correspondant à 20 litres par minute et avec une agitation de 650 tours/minute tout en portant sa température à 40°C. On prépare extemporanément une solution de glucose à 50 % de matières sèches, préparée à l'aide de 1443,40 grammes de dextrose monohydrate et de 1181 grammes d'eau, contenant dont 7,29 moles de glucose, ainsi qu'une solution concentrée de soude à 50 % formulée à partir de 840 g de soude sèche et de 840 g d'eau, soit 21 moles de soude.In a glass tank fermenter, BIOLAFITTE brand, with a useful capacity of 15 liters, 7 liters of water and 338.60 grams of dextrose monohydrate (i.e. 1.71 mole of glucose) are introduced. This solution is aerated with an air flow corresponding to 20 liters per minute and with stirring of 650 revolutions / minute while bringing its temperature to 40 ° C. A 50% dry matter glucose solution is prepared extemporaneously, prepared using 1443.40 grams of dextrose monohydrate and 1181 grams of water, containing 7.29 moles of glucose, as well as a concentrated solution. 50% sodium hydroxide formulated from 840 g of dry sodium hydroxide and 840 g of water, ie 21 moles of sodium hydroxide.
On pèse 24 g d'anthraquinone 2-sulfonate de sodium et on prépare 7,56 cm3 d'eau oxygénée à 110 volumes (30 % en concentration) .24 g of sodium anthraquinone 2-sulfonate are weighed and 7.56 cm 3 of hydrogen peroxide at 110 volumes (30% in concentration) are prepared.
Au temps t=0, correspondant à une aération depuis 30 minutes environ de la solution glucosée contenue dans le fermenteur, on ajoute simultanément la solution concentrée de soude, 1 'anthraquinone et l'eau oxygénée dans le fermenteur.At time t = 0, corresponding to aeration for approximately 30 minutes of the glucose solution contained in the fermenter, the concentrated solution is added simultaneously soda, anthraquinone and hydrogen peroxide in the fermenter.
Le milieu reactionnel prend alors immédiatement une coloration rouge sombre caractéristique de la forme réduite de l'AMS : AMS (OH)2. Cette couleur disparait pratiquement immédiatement en portant l'agitation à la vitesse de 800 tours par minute et le milieu reactionnel devient incolore, caractérisant la forme oxydée de l'AMS : AMS02.The reaction medium then immediately takes on a dark red coloration characteristic of the reduced form of AMS: AMS (OH) 2 . This color disappears practically immediately by bringing the stirring to the speed of 800 revolutions per minute and the reaction medium becomes colorless, characterizing the oxidized form of AMS: AMS0 2 .
On ramène aussitôt une coloration rose du milieu en abaissant la vitesse d'agitation à 415 tours par minute, puis on introduit de façon continue la solution concentrée à 50 % de glucose dans le réacteur.A pink color is immediately restored to the medium by lowering the stirring speed to 415 revolutions per minute, then the concentrated solution containing 50% glucose is introduced continuously into the reactor.
On veille dès lors à assurer en permanence jusqu'à la fin de la réaction une coloration rose du milieu reactionnel en ajustant en permanence à la valeur idoine la vitesse d'agitation.Care is therefore taken to ensure permanently until the end of the reaction a pink coloration of the reaction medium by continuously adjusting the appropriate stirring speed.
Lorsque la teneur en sucres réducteurs du milieu reactionnel est tombée à une valeur voisine de 10 g/litre, ce qui se produit après 180 minutes, on augmente progressivement la température jusqu'à 60°C.When the reducing sugar content of the reaction medium has fallen to a value close to 10 g / liter, which occurs after 180 minutes, the temperature is gradually increased to 60 ° C.
Pour plus de commodité, on a reporté dans le tableau suivant, en fonction du temps, les valeurs des températures et des vitesses d'agitation employées dans la réalisation de cet exemple. On a également indiqué dans ce tableau le débit approximatif d'introduction de la solution concentrée de glucose dans le fermenteur : TABLEAU 1For convenience, the following table shows, as a function of time, the values of the temperatures and the stirring speeds employed in carrying out this example. The approximate rate of introduction of the concentrated glucose solution into the fermenter has also been indicated in this table: TABLE 1
temps température agitation débit de la en minute °C. ;tours/mn) solution de glucose ml/mntime temperature stirring flow rate in minutes ° C. ; revolutions / min) glucose solution ml / min
0 38,7 4 41155 1 100,,110 38.7 4 41 155 1 100,, 11
5 38,7 4 41155 1 100,,115 38.7 4 41 155 1 100,, 11
14 39,1 4 42200 1 100,,1114 39.1 4 42 200 1 100,, 11
20 39,7 4 43300 1 100,,1120 39.7 4 43 300 1 100,, 11
30 40 4 44455 1 100,,1130 40 4 44 455 1 100,, 11
40 40 4 46655 1 100,,1140 40 4 46 655 1 100,, 11
41 40 1 133,,3341 40 1 133,, 33
45 40 4 47755 1 133,,3345 40 4 47 755 1 133,, 33
70 40 4 47755 1 133,,3370 40 4 47 755 1 133,, 33
74 40 5 50000 1 133,,3374 40 5 50,000 1,133., 33
79 40 5 52200 1 133,,3379 40 5 52 200 1 133,, 33
170 40 5 59900 ffiinn ddee ll''aaddddiittiioonn170 40 5 59 900 ffiinn ddee ll''aaddddiittiioonn
180 45 7 72255180 45 7 72 255
188 45 7 77755188 45 7 77 755
50 8 8990050 8 89 900
50 8 8555550 8 85 555
50 8 8335550 8 83 355
212 50 8 80000 216 50 7 76655 219 50 7 73355 220 50 6 69955 225 50 6 63300 229 50 5 59955 234 50 5 55500 250 50 4 44455 255 50 4 43300 257 50 4 40055 265 50 3 38800 280 50 3 33355 310 55 5 50000 312 60 3 35500 320 60 2 25500 355 60 2 22200212 50 8 80 000 216 50 7 76 655 219 50 7 73 355 220 50 6 69 955 225 50 6 63 300 229 50 5 59 955 234 50 5 55 500 250 50 4 44 455 255 50 4 43 300 257 50 4 40 055 265 50 3 38 800 280 50 3 33 355 310 55 5 50,000 312 60 3 35,500 320 60 2 25,500 355 60 2 22,200
Dans cet exemple, où le rapport alcali/sucre était établi à 21/9 moles soit 2,33 moles d'anions hydroxyliques par mole de sucre réducteur mis en oeuvre, et où le sucre mis en oeuvre en début de réaction représentait 19 % de la quantité totale soumise à oxydation, on est parvenu à oxyder le glucose en acide arabinonique avec un rendement molaire de 84,7 %.In this example, where the alkali / sugar ratio was established at 21/9 moles, ie 2.33 moles of hydroxyl anions per mole of reducing sugar used, and where the sugar used at the start of the reaction represented 19% of the total amount subjected to oxidation, it has been possible to oxidize the glucose to arabinonic acid with a molar yield of 84.7% .
On a obtenu seulement 2 % du rendement molaire en acide glycérique et 6,4 % du rendement molaire en acide glycolique.Only 2% of the molar yield of glyceric acid and 6.4% of the molar yield of glycolic acid were obtained.
A titre d'exemple comparatif, on notera que VUORINEN et coll. (Stârke, 43 Nr 5, s. 194-198) , procédant à l'oxydation du glucose sans methanol, ont dû employer une pression d'oxygène pur de 26 bars pour obtenir un rendement d'acide arabinonique de 78 % seulement avec respectivement 3,5 % et 6,5 % d'impuretés constituées par les acides glycérique et glycolique.As a comparative example, it will be noted that VUORINEN et al. (Stârke, 43 Nr 5, s. 194-198), proceeding with the oxidation of glucose without methanol, had to use a pressure of pure oxygen of 26 bars to obtain a yield of arabinonic acid of only 78% with respectively 3.5% and 6.5% of impurities constituted by glyceric and glycolic acids.
Dans l'exemple présent, au temps t = 280 mn, la concentration en sucres réducteurs du milieu reactionnel s'élevait à 3,4 g/1, elle n'était plus que de 0,5 g/1 au temps t = 355 mn quand on a mis un terme à la réaction, ce qui représente environ respectivement 2,2 % et 0,32 % de sucres réducteurs résiduels par rapport au glucose mis en oeuvre, sachant que le volume reactionnel total en fin d'oxydation était de 10,5 litres.In the present example, at time t = 280 min, the concentration of reducing sugars in the reaction medium amounted to 3.4 g / 1, it was only 0.5 g / 1 at time t = 355 min when the reaction was terminated, which represents approximately 2.2% and 0.32% respectively of residual reducing sugars relative to the glucose used, knowing that the total reaction volume at the end of oxidation was 10.5 liters.
Au terme de la réaction, on a neutralisé à l'aide de 40 ml d'acide sulfurique concentré ce milieu reactionnel pour atteindre un pH de 5,80. La solution obtenue prend alors une coloration verte.At the end of the reaction, this reaction medium was neutralized using 40 ml of concentrated sulfuric acid to reach a pH of 5.80. The solution obtained then takes on a green color.
Le milieu ainsi neutralisé est alors percolé sur une colonne de noir granulaire ce qui le rend parfaitement incolore et en élimine l'AMS.The medium thus neutralized is then percolated on a column of granular black which makes it perfectly colorless and eliminates the AMS thereof.
Une simple concentration à une matière sèche supérieure à 30 % permet de cristalliser 1 'arabinonate de sodium.A simple concentration to a dry matter greater than 30% makes it possible to crystallize sodium arabinonate.
La déshydratation complète de ce milieu reactionnel ainsi purifié permet d'en obtenir une poudre utilisable comme ' 'co-builder' ' dans les formulations lessivielles . Sa très faible teneur en sucres réducteurs résiduels n'entraîne aucune coloration des formules au cours du temps...The complete dehydration of this reaction medium thus purified makes it possible to obtain a powder which can be used as a "co-builder" in detergent formulations. Its very low content of residual reducing sugars does not cause any coloration of the formulas over time ...
Exemple 2 : Oxydation d'un polymère : le sirop de glucose.Example 2: Oxidation of a polymer: glucose syrup.
Dans le même matériel que celui décrit à 1 ' exemple 1, on introduit 9,190 litres d'eau et 481 g d'une solution aqueuse d'un sirop de glucose à 37 DE constituée par 1532,6 g de ce sirop de glucose d'une matière sèche de 78,5 % et de 873,7 g d'eau. On aère cette solution durant 30 minutes avec un débit d'air fixé à 20 1/rrvn et sous une agitation de 650 tours/minute tout en portant sa température à 40°C.In the same equipment as that described in Example 1, 9.190 liters of water and 481 g of an aqueous solution of a 37 DE glucose syrup consisting of 1532.6 g of this glucose syrup are introduced. 78.5% dry matter and 873.7 g of water. This solution is aerated for 30 minutes with an air flow rate fixed at 20 1 / rrvn and with stirring of 650 revolutions / minute while bringing its temperature to 40 ° C.
De façon extemporanée, on prépare une solution de soude à 50 % formulée avec 217,6 g de soude et autant d'eau.Extemporaneously, a 50% sodium hydroxide solution formulated with 217.6 g of sodium hydroxide and as much water is prepared.
Au temps t=0 correspondant à une aération depuis 30 minutes de la solution de sirop de glucose, on ajoute dans le fermenteur, de façon simultanée, la solution de soude, 6,6 g d'AMS et 2,2 cm3 d'eau oxygénée à 110 volumes. Le milieu reactionnel prend alors immédiatement une coloration rouge sang durant quelques secondes puis se décolore.At time t = 0, corresponding to aeration for 30 minutes of the glucose syrup solution, the sodium hydroxide solution, 6.6 g of AMS and 2.2 cm 3 of sodium hydroxide are added simultaneously to the fermenter. hydrogen peroxide at 110 volumes. The reaction medium then immediately takes on a blood-red coloration for a few seconds and then discolours.
On baisse alors l'agitation à la vitesse de 400 tours/minute pour amener une coloration rose au milieu reactionnel.The stirring is then lowered to the speed of 400 revolutions / minute to bring a pink coloration to the reaction medium.
Après dix minutes de réaction, on introduit le reste de la solution de glucose à un débit tel que cette addition se fasse en 3 heures.After ten minutes of reaction, the remainder is introduced glucose solution at a rate such that this addition takes place in 3 hours.
Pendant tout le cours de la réaction, on ajuste en permanence la vitesse d'agitation pour maintenir la coloration rose du milieu.During the whole course of the reaction, the stirring speed is continuously adjusted to maintain the pink coloration of the medium.
Après 3 heures et 20 minutes de réaction, on augmente la température du milieu reactionnel à 50°C et après cinq heures de réaction, on l'augmente à 60°C. Enfin, on arrête la réaction au terme de 6 heures 40 minutes. La teneur en sucres réducteurs du milieu reactionnel est alors tombée à 0,36 g/100 g de matières sèches de sirop de glucose.After 3 hours and 20 minutes of reaction, the temperature of the reaction medium is increased to 50 ° C. and after five hours of reaction, it is increased to 60 ° C. Finally, the reaction is stopped after 6 hours 40 minutes. The content of reducing sugars in the reaction medium then fell to 0.36 g / 100 g of dry matter of glucose syrup.
Dans cet exemple où le rapport molaire alcali/sucre réducteur était établi à 2,2, on est parvenu à oxyder tout le sirop de glucose en arabinonate et dextrine-arabinonate en conservant le degré de polymérisation du sirop de glucose soumis à oxydation, c'est à dire sans qu'apparaisse de façon décelable une hydrolyse des liaisons osidiques. Ce produit nouveau est obtenu de façon complètement reproductible et ne se colore pas, même placé en milieu fortement alcalin.In this example where the alkali / reducing sugar molar ratio was established at 2.2, it was possible to oxidize all the glucose syrup to arabinonate and dextrin-arabinonate while retaining the degree of polymerization of the glucose syrup subjected to oxidation, c ' is to say without a detectable hydrolysis of the sugar bonds appearing. This new product is obtained in a completely reproducible manner and does not color, even when placed in a strongly alkaline medium.
Exemple 3 :Example 3:
Oxydation d'un cétose : le sorbose.Oxidation of a ketosis: sorbose.
On a procédé à l'oxydation du L-sorbose en introduisant dans le réacteur utilisé aux exemples précédents 7470 g d'eau que 1 ' on a aérée durant 30 minutes à 25°C.The oxidation of L-sorbose was carried out by introducing into the reactor used in the previous examples 7470 g of water which was aerated for 30 minutes at 25 ° C.
On y a ensuite ajouté 768 g d'une solution aqueuse de soude à 50 % (9,6 moles) , 4 cm3 d'eau oxygéné à 110 volumes et 12 g d'AMS.768 g of a 50% aqueous sodium hydroxide solution (9.6 mol), 4 cm 3 of hydrogen peroxide at 110 volumes and 12 g of AMS were then added thereto.
On a enfin ajouté au contenu de ce réacteur 1440 g d'une solution de sorbose à 50 % (4 moles) . Le rapport molaire soude/sucre était donc de 2,4. Cette solution de sorbose a été ajoutée au débit de 6 g/mn. La totalité du sucre a donc été introduite en 4 heures au terme desquelles on a augmenté la température à 50°C. La réaction a été arrêtée après 8 heures. Durant tout ce temps, le réacteur avait été aéré avec un débit d'air de 20 litres/mn et on a fait varier l'agitation entre 800 et 190 tours/minute de façon à toujours observer une coloration rose du milieu. On a obtenu au terme de la réaction une teneur en sucres réducteurs résiduels de 0,17 % et on a observé un rendement en xylonate de sodium de 75 % molaire.Finally added to the contents of this reactor 1440 g 50% sorbose solution (4 moles). The soda / sugar molar ratio was therefore 2.4. This sorbose solution was added at a rate of 6 g / min. All of the sugar was therefore introduced in 4 hours, at the end of which the temperature was increased to 50 ° C. The reaction was stopped after 8 hours. During all this time, the reactor had been aerated with an air flow rate of 20 liters / min and the agitation was varied between 800 and 190 revolutions / minute so as to always observe a pink coloration of the medium. At the end of the reaction, a residual reducing sugar content of 0.17% was obtained and a yield of sodium xylonate of 75 mol% was observed.
Exemple 4 : Oxydation d'un hydrolysat d'amidon modifié : un amidon carboxyméthylé.Example 4: Oxidation of a modified starch hydrolyzate: a carboxymethylated starch.
On a procédé à l'hydrolyse enzymatique d'un amidon de blé carboxyméthylé d'un degré de substitution de 0,22 à l'aide de 1 % d'alpha-amylase TERMAMYL 120 LS commercialisée par la société NOVO jusqu'à l'obtention d'un dextrose équivalent de 25,6.An enzymatic hydrolysis was carried out of a carboxymethylated wheat starch with a degree of substitution of 0.22 using 1% of alpha-amylase TERMAMYL 120 LS marketed by the company NOVO until obtaining an equivalent dextrose of 25.6.
Après filtration et décoloration de ce sirop selon des procédés classiques, on a procédé à son oxydation dans le même matériel que celui décrit à l'exemple 1. Après avoir aéré et porté à 40°C, 5124 g d'eau dans le réacteur, on y a ajouté 768 g d'une solution aqueuse de soude à 50 % (9,6 moles) ainsi que 12 g d'AMS et 4 cm3 d'eau oxygéné à 110 volumes. On a ensuite introduit au débit de 13,7 ml/mn, 4320 cm3 d'une solution aqueuse à 50 % de 1 'hydrolysat d'amidon carboxyméthylé contenant 2808 g sec de ce produit à 25,6 DE (soit 4 moles de sucres réducteurs exprimés en glucose) .After filtration and discoloration of this syrup according to conventional methods, its oxidation was carried out in the same equipment as that described in Example 1. After aerating and bringing to 40 ° C., 5124 g of water in the reactor, 768 g of a 50% aqueous sodium hydroxide solution (9.6 moles) were added thereto, as well as 12 g of AMS and 4 cm 3 of oxygenated water at 110 volumes. Was then introduced at a rate of 13.7 ml / min, 4320 cm 3 of a 50% aqueous solution of 1 hydrolyzate of carboxymethylated starch containing 2808 g dry of this product at 25.6 DE (i.e. 4 moles of reducing sugars expressed in glucose).
Tout au long de la réaction qui a duré dix heures, on a veillé à maintenir la coloration du milieu.Throughout the reaction which lasted ten hours, care was taken to maintain the coloring of the medium.
En fin de réaction, on observait une teneur en sucres réducteurs résiduels de 0,1 % et aucune modification du degré de polymérisation moyen de l'hydrolysat d'amidon.At the end of the reaction, a residual reducing sugar content of 0.1% was observed and no change in the average degree of polymerization of the starch hydrolyzate.
Après rectification du pH à 6,0 puis purification sur colonne de noir granulaire pour en enlever l'AMS et enfin atomisation du produit, on a utilisé celui-ci en substitution des polyacrylates dans une formule lessivielle en substituant 1 partie de polyacrylates par 2 parties du nouvel hydrolysat d'amidon carboxyméthylé et oxydé selon 1 ' invention.After rectification of the pH to 6.0 then purification on a granular black column to remove the AMS and finally atomization of the product, it was used to replace the polyacrylates in a washing formula by substituting 1 part of polyacrylates for 2 parts new carboxymethylated and oxidized starch hydrolyzate according to the invention.
Non seulement, les poudres obtenues ne colorent pas au stockage, mais elles font montre de qualités lessivielles très intéressantes puisqu'après avoir effectué 25 lavages consécutifs d'échantillons de tissus de coton et de coton/polyester, les indices de blancheur obtenus s'avèrent supérieurs au témoin polyacrylate. En outre, le taux d'incrustations organiques des tissus s'avère significativement inférieur. Not only, the powders obtained do not color in storage, but they show very interesting washing qualities since after having carried out 25 consecutive washes of cotton and cotton / polyester fabric samples, the whiteness indices obtained prove superior to the polyacrylate control. In addition, the rate of organic tissue encrustations is found to be significantly lower.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de dégradation oxydative alcaline d'un ose, d'un ulose, de leurs polymères ou de leurs mélanges, en solution aqueuse et en présence d'un couple rédox constitué par un mélange d'acide-2-anthraquinone monosulfonique et de peroxyde d'hydrogène, caractérisé par le fait que le gaz oxydant est de l'air et que cet air est brassé et introduit dans le milieu reactionnel dans des conditions d'agitation et à un débit tels que la saturation en oxygène dissous du milieu reactionnel conduise à l'obtention d'une coloration rose de ce milieu reactionnel.1 - Method of alkaline oxidative degradation of a ose, an ulose, their polymers or their mixtures, in aqueous solution and in the presence of a redox couple consisting of a mixture of monosulfonic acid-2-anthraquinone and hydrogen peroxide, characterized in that the oxidizing gas is air and that this air is stirred and introduced into the reaction medium under stirring conditions and at a rate such as the saturation of dissolved oxygen in the reaction medium lead to obtaining a pink coloration of this reaction medium.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est mis en oeuvre avec des quantités d'alcali inférieures à trois moles d'anions hydroxyliques OH" par mole de sucre réducteur mis en oeuvre.2 - Process according to claim 1, characterized in that it is implemented with amounts of alkali less than three moles of hydroxyl anions OH " per mole of reducing sugar used.
3 - Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les quantités d'alcali sont comprises entre 2,05 et 2,5 et de préférence entre 2,2 et 2,4 moles d'alcali par mole de sucre réducteur mis en oeuvre.3 - Process according to claims 1 or 2, characterized in that the amounts of alkali are between 2.05 and 2.5 and preferably between 2.2 and 2.4 moles of alkali per mole of reducing sugar implemented.
4 - Procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il est conduit à une température comprise entre 10 et 80°C, de préférence comprise entre 20 et 70°C, et encore plus préférentiellement entre 25 et 60°C.4 - Method according to claims 1, 2 or 3, characterized in that it is conducted at a temperature between 10 and 80 ° C, preferably between 20 and 70 ° C, and even more preferably between 25 and 60 ° C.
5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la dégradation oxydative alcaline est initiée en présence de faibles quantités de sucres réducteurs puis poursuivie en introduisant ceux-ci dans le réacteur de façon continue ou par fractions successives, sous forme de poudre ou de sirops concentrés, au fur et à mesure de leur disparition et de leur transformation en acide aldonique de rang immédiatement inférieur.5 - Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the alkaline oxidative degradation is initiated in the presence of small amounts of reducing sugars and then continued by introducing these into the reactor continuously or in successive fractions, under powder or syrup form concentrated, as they disappear and transform into aldonic acid of immediately lower rank.
6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que6 - Method according to any one of the preceding claims, characterized in that
1 'acide-2-anthraquinone monosulfonique est mis en oeuvre à une concentration représentant de 0, 1 g à 5 g par mole de sucre réducteur mise en oeuvre et exprimée sous forme d'équivalent glucose, de préférence de 1 g à 4 g par mole de sucre réducteur, et plus préférentiellement encore de 2 g à 3 g par mole de sucre réducteur.Monosulfonic-2-anthraquinone acid is used at a concentration representing from 0.1 g to 5 g per mole of reducing sugar used and expressed in the form of glucose equivalent, preferably from 1 g to 4 g per mole of reducing sugar, and more preferably still from 2 g to 3 g per mole of reducing sugar.
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'eau oxygénée est mise en oeuvre de façon simultanée avec 1 'acide-2-anthraquinone monosulfonique et en quantité sensiblement équimoléculaire.7 - Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen peroxide is used simultaneously with one monosulfonic acid-2-anthraquinone and in a substantially equimolecular amount.
8 - Dérivés acides de polysaccharides, caractérisés par le fait que leur glucide terminal est un acide aldonique comportant un atome de carbone de moins que le glucide réducteur qui lui a donné naissance et qu'ils contiennent moins de 1 %, et de préférence moins de 0, 5 %, de sucres réducteurs résiduels.8 - Acid derivatives of polysaccharides, characterized in that their terminal carbohydrate is an aldonic acid containing one carbon atom less than the reducing carbohydrate which gave rise to it and that they contain less than 1%, and preferably less than 0.5% of residual reducing sugars.
9 - Dérivés acides de polysaccharides selon la revendication 8, caractérisés par le fait que les polysaccharides sont constitués par un hydrolysat d'amidon natif ou modifié.9 - Acid derivatives of polysaccharides according to claim 8, characterized in that the polysaccharides consist of a native or modified starch hydrolyzate.
10 - Dérivés acides de polysaccharides selon la revendication 9, caractérisés par le fait que le polysaccharide oxydé est un hydrolysat d'amidon carboxyméthylé. 10 - Acid derivatives of polysaccharides according to claim 9, characterized in that the oxidized polysaccharide is a hydrolyzate of carboxymethylated starch.
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