JP2003342289A - レボグルコサンの製造方法 - Google Patents

レボグルコサンの製造方法

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JP2003342289A
JP2003342289A JP2002156791A JP2002156791A JP2003342289A JP 2003342289 A JP2003342289 A JP 2003342289A JP 2002156791 A JP2002156791 A JP 2002156791A JP 2002156791 A JP2002156791 A JP 2002156791A JP 2003342289 A JP2003342289 A JP 2003342289A
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levoglucosan
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Shiro Saka
志朗 坂
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Abstract

(57)【要約】 【課題】抗ガン剤や抗HIV剤の原料、光学異性体分割
剤、生分解性プラスチック原料などとして有用なレボグ
ルコサンを、セルロースなどから高収率(例えば原料投
入量に対して90%以上)で得る方法を提供する。 【解決手段】ヘキソースからなる多糖類(通常セルロー
ス)を主として含む原料を、テトラヒドロチオフェン−
1,1−ジオキシド(スルホラン)、ジオキサンなどの
非プロトン性の有機溶媒とともに耐圧容器に入れ、20
0℃以上、好ましくは300℃以上臨海温度以下の温度
で1分以上10分以下の範囲の下記の所定時間t(スル
ホランの場合2分)だけ加熱することを特徴とする。t
=原料に対するレボグルコサンの収率が最大となる時間
の±1分以内の時間

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、レボグルコサン
の製造方法に属する。
【従来の技術】レボグルコサンは、セルロースあるいは
ヘミセルロースを熱分解してグルコースなどのヘキソー
スから1分子脱水することによって得られる無水糖であ
る。レボグルコサンは、抗ガン剤や抗HIV剤の原料、
光学異性体分割剤、生分解性プラスチック原料などとし
て有用であることが知られている。そして、それらの出
発原料となるセルロースが自然界に産出する有機物中も
っとも多量に存在することから、その製造方法が確立さ
れれば、有用なレボグルコサンを安価に提供することが
できる。従来、レボグルコサンの製造方法としては、
(1)セルロース成分を含む原料を有機溶媒とともに耐
圧容器に入れ、250℃以上に加熱する高温熱分解法
(特開平2−101093)、(2)セルロース成分に
マイクロ波を照射するマイクロ波熱分解法(Cellulose C
ommun. Vol.8, No.1(2001))が知られている。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記(2)は
収率が僅か6.5%であるし、(1)にしても収率が5
0%に満たない。それ故、この発明の課題は、レボグル
コサンを高収率で得る方法を提供することにある。
【0003】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の第一の製造方法は、ヘキソースからなる
多糖類を主として含む原料を、非プロトン性の有機溶媒
とともに耐圧容器に入れ、200℃以上の温度で下記の
所定時間tだけ加熱することを特徴とする。t=原料に
対するレボグルコサンの収率が最大となる時間の±1分
以内の時間
【0004】セルロース、ヘミセルロースなどのように
ヘキソースからなる多糖類を有機溶媒とともに加熱する
と、加溶媒分解と熱分解の二方向の化学変換が起こりう
る。前者の場合はグルコースやグルコシドなどが生成
し、後者の場合にレボグルコサンが生成する。そして、
発明者が今回得た知見は、用いる有機溶媒が非プロトン
性の場合は、熱分解が選択的に進行すること、並びにレ
ボグルコサンの収率が高いことである。尚、原料には上
記多糖類のほかにリグニンやタンパクが含まれていても
良い。ここで、非プロトン性の有機溶媒とは、通常の意
味通りプロトンを与える能力がなく、自己解離もしない
溶媒を指し、例えばテトラヒドロチオフェン−1,1−
ジオキシド(以下、スルホランという。)、シクロヘキ
サン、ベンゼン、クロロホルム、四塩化炭素、ジエチル
エーテル、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサ
ン、アセトン、アセトニトリル、ニトロベンゼン、ニト
ロメタン、ピリジン、ジメチルホルムアミド(DM
F)、シメチルスルフォキシド(DMSO)などが挙げ
られる。本発明製造方法において、これらの非プロトン
性有機溶媒が単独で用いられても良いし、2種類以上の
混合物で用いられても良い。また、非プロトン性有機溶
媒に比べて少量であれば水、メタノールなどのプロトン
性溶媒を混ぜても良い。
【0005】発明者が得たもう一つの知見は、加熱時間
以外の条件を同一にしたときに収率が最大値を示す時間
tがあるということである。これは、熱分解によって生
成されるレボグルコサンの場合、原料の全量が反応に消
費されるまでは生成量が増加し続けるであろうという常
識と異なる。即ち、発明者らの研究結果によれば、非プ
ロトン性溶媒中、高温で原料を加熱するに伴って原料が
ある反応速度で反応し、レボグルコサン及び副生成物を
連続的に生成する。そして、原料の残量に関わらずある
時間が経過するとレボグルコサンの生成量がピークとな
り、その後は生成したレボグルコサンが更に反応して他
の物質に変化することが分かった。従って、量産時には
時間以外の条件を同一にして収率が最大となる時間を予
め求めておき、その時間で生産することにより、効率よ
くレボグルコサンを得ることができる。この点、上記特
開平2−101093に開示された実施例では、1時間
も加熱し続けており、おそらく全原料が反応に関与する
時間を想定しているのと異なる。
【0006】好ましい前記tは、1分以上10分以下で
あり、特開平2−101093の実施例と比べて桁違い
に短くて良い。前記多糖類と有機溶媒の好ましい組み合
わせは、多糖類がセルロース、有機溶媒がスルホランの
場合である。この組み合わせによると、最大収率が90
重量%を超えることがあるからである。
【0007】それ故、上記第一の製造方法と関連する第
二のレボグルコサン製造方法は、ヘキソースからなる多
糖類を主として含む原料をスルホランとともに耐圧容器
に入れ、300℃以上且つ臨界温度以下の温度で加熱す
ることを特徴とする。熱分解によってレボグルコサンを
生成するのであるから、反応温度は高い方が望ましいと
思われがちであるが、超臨界まで温度を上げると原料が
過分解してガス化してしまうし、またスルホランは高い
沸点(285℃)を有するので臨界温度(582℃)以
下でも十分に熱分解反応が起こるからである。
【0008】
【実施例】旭化成株式会社製の微結晶セルロース(見掛
け比重0.2〜0.4g/ml、商品名:アビセルP
H)150mgを溶媒5.0mlとともにバッチ型反応
管(内容積:5ml、材質:Inconel-625)に封入し
た。この反応管を予め所定温度に維持したスズ浴槽に浸
し、所定時間経過した後、反応管を水浴槽に移して冷却
した。尚、スズ浴槽に浸してから上記所定温度で定常状
態に達したときの反応管内の圧力を測定した。十分に冷
やされた反応管から内容物を取り出すと、内容物は溶液
状態となっていた。この溶液を遠心分離後、上澄み液を
孔径0.2μmの膜フィルタで濾過することによって、
不溶残留物と可溶部とに分けた。不溶残留物については
フィルタごと乾燥し、定量した。また、可溶物について
は高速液体クロマトグラフ(カラム:GS−220、検
出器:示差屈折率検出器)を用いて分析した。
【0009】図1に上記溶媒としてスルホランを用い、
スズ浴槽の温度を330℃に設定し、反応管内の圧力が
6MPaとなった場合に、HPLC分析結果から求めら
れた成分量をグラフとして示す。図中の縦軸は反応管に
投入された微結晶セルロースに対する各成分の収率、横
軸は反応管をスズ浴槽に浸してから水浴槽に移すまでの
加熱時間、●印はレボグルコサンの量、○印はレボグル
コサン+5−ヒドロキシメチルフルフラール(5−HM
F)+フルフラールの量、□印はこれらに更に他の副生
成物全部を加えた量を示す。従って、●印と○印との間
が5−HMF+フルフラールの量、○印と□印との間が
他の副生成物の量に対応する。図2に縦軸を可溶部の量
に対する各成分量の率として打点したグラフを示す。
【0010】図1に見られるように、加熱時間即ち実質
的な処理時間が2分までは収率が上昇し、その後は処理
時間を増やしても収率は低下した。従って、この条件で
の最大収率である92重量%を達成するには、処理時間
が2分が最適であることが分かった。
【0011】図3及び図4は溶媒として1,4−ジオキ
サンを用い、スズ浴槽の温度を350℃に設定し、反応
管内の圧力が55MPaとなった以外は、図1及び図2
と各々同一条件で得られたデータである。図3に見られ
るように、実質的な処理時間が5分までは収率が上昇
し、その後は処理時間を増やしても収率は低下した。従
って、この条件での最大収率である24重量%を達成す
るには、処理時間が5分が最適であることが分かった。
同様に溶媒としてTHFを用いて得られたデータを図5
及び図6に、また溶媒としてアセトンを用いて得られた
データを図7及び図8に示す。いずれもスズ浴槽の設定
温度は350℃とし、反応管内の圧力は各々75MP
a、25MPaとなった。図5及び図7から、溶媒の種
類を種々変更しても処理時間10分以内のどこかに最大
収率となる時期が存在することが明らかとなった。
【0012】次に、図2、図4、図6及び図8に基づい
て、可溶部の量を100とし、レボグルコサン収率が最
大となる処理時間における各生成物の収率を図9に示
す。比較のために、溶媒として水を用い、スズ浴槽の設
定温度を380℃(圧力:120MPa)として得られ
た生成物の収率、並びに溶媒としてメタノールを用い、
スズ浴槽の設定温度を350℃(圧力:43MPa)と
して得られた生成物の収率を並べて示す。図9に見られ
るようにプロトン性溶媒である水の場合は、レボグルコ
サンがほとんど生成されず、メタノールの場合でさえ最
も多く生成するのがメチルグルコシドであってレボグル
コサンの生成量は非プロトン性溶媒を用いた場合に比べ
て僅かであった。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、レボグルコサンを高
収率で得ることができるので、抗ガン剤や抗HIV剤の
原料、光学分割剤、生分解性プラスチックなどを安価に
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 スルホランを溶媒として投入された微結晶セ
ルロースに対する各成分の収率と加熱時間との関係を打
点したグラフである。
【図2】 スルホランを溶媒として投入された微結晶セ
ルロースの可溶部に対する各成分の収率と加熱時間との
関係を打点したグラフである。
【図3】 1,4−ジオキサンを溶媒として投入された
微結晶セルロースに対する各成分の収率と加熱時間との
関係を打点したグラフである。
【図4】 1,4−ジオキサンを溶媒として投入された
微結晶セルロースの可溶部に対する各成分の収率と加熱
時間との関係を打点したグラフである。
【図5】 THFを溶媒として投入された微結晶セルロ
ースに対する各成分の収率と加熱時間との関係を打点し
たグラフである。
【図6】 THFを溶媒として投入された微結晶セルロ
ースの可溶部に対する各成分の収率と加熱時間との関係
を打点したグラフである。
【図7】 アセトンを溶媒として投入された微結晶セル
ロースに対する各成分の収率と加熱時間との関係を打点
したグラフである。
【図8】 アセトンを溶媒として投入された微結晶セル
ロースの可溶部に対する各成分の収率と加熱時間との関
係を打点したグラフである。
【図9】 種々の溶媒を用いた場合の可溶部に対する生
成物の収率を示すグラフである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヘキソースからなる多糖類を主として含む
    原料を、非プロトン性の有機溶媒とともに耐圧容器に入
    れ、200℃以上の温度で下記の所定時間tだけ加熱す
    ることを特徴とするレボグルコサンの製造方法。t=原
    料に対するレボグルコサンの収率が最大となる時間の±
    1分以内の時間
  2. 【請求項2】前記tが1分以上10分以下である請求項
    1に記載の製造方法。
  3. 【請求項3】前記多糖類がセルロース、有機溶媒がテト
    ラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシドである請求項
    2に記載の製造方法。
  4. 【請求項4】ヘキソースからなる多糖類を主として含む
    原料をテトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシドと
    ともに耐圧容器に入れ、300℃以上且つ臨界温度以下
    の温度で加熱することを特徴とするレボグルコサンの製
    造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006028040A (ja) * 2004-07-13 2006-02-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology アンヒドロ糖の製造方法
JP2007217386A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology アンヒドロ糖の製造方法
WO2009005168A1 (ja) 2007-07-03 2009-01-08 Takashi Kawasaki セルロース系物質による単糖類並びにエタノールの製造方法
JP2011173924A (ja) * 2011-06-06 2011-09-08 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology アンヒドロ糖の製造方法

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