JP2014511495A - 糖類、糖アルコール、及び関連する脱水生成物の定量分析のための改良された方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な糖類、糖アルコール、及び関連する脱水生成物を含有する混合物の定量分析のための改良された方法が提供される。
【解決手段】本方法により、例えば、金属トリフラート触媒の存在下、カルボン酸、カルボン酸無水物又はカルボン酸ハライドを用いてこれらを誘導体化することで、これらをガスクロマトグラフィーで効率的かつ正確に定量することができる。本方法は、大量の水の存在下でさえも、十分に迅速かつ完全である誘導体化を含み、基本的に室温条件で行うことができるので、定量化する物質が実質的に分解又は劣化せず、実質的に完全に誘導体形で分析される。
【選択図】なし

Description

様々な状況において、例えば、生化学的状況、食品化学的状況のみならず、再生可能な、炭水化物を主成分とする原料からの様々な化学品、燃料、燃料添加剤製品の製造などの他の状況においても、糖類、糖アルコール、及び／又は関連する脱水生成物の混合物に遭遇する。

食品化学的な状況においては、例えば、果物、野菜、蜂蜜、及び他の天然のマトリクス中の糖類の定性的及び定量的な分布の情報は、成熟度、熟度、真正性、風味などの品質、並びにこれら品質に異なった収穫、輸送、貯蔵、及び処理内容が与える影響を認識するために重要である。

天然に存在する炭水化物を多くの場合少なくとも部分的に主原料している方法に従って、様々な再生可能な資源を主成分とする化学品、燃料、燃料添加剤製品を製造する状況においては、原料、製品、副生成物を定性的及び定量的の両方で特性評価する能力は、石油化学工業及び石油燃料工業における、例えば、プロセス設計、触媒開発、分離システム設計、設備のサイジング、及び他の目的のための能力と同じくらい重要である。

生化学的状況においては、例えば米国特許第６，３０９，８５２号明細書には、糖尿病診断において、グルコースを含有する生体試料中の特定の成分、１，５−アンヒドログルシトールを正確に定量的に測定できることの重要性が記載されている。

残念なことに、これらの糖類、糖アルコール、及び脱水生成物は、熱分解をしやすいか、非常に揮発しやすいため、所与の混合物を定性的及び定量的に特性評価するために利用できる分析ツール及び分析方法は限られており、また、得られるデータ（大抵は得るのが困難であり、必要とされる特定の予備的測定を伴う）は、疑問の余地があるものであるか、適切に評価するのが困難であることがあった。

Ｃｈｅｎらの「Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｗｈｏｌｅ−Ｃｅｌｌ Ｓｕｇａｒｓ ｉｎ Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ ｂｙ Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ」，Ｗｅｉｓｈｅｎｇｗｅｘｕｅ Ｔｏｎｇｂａｏ，ｖｏｌ．２７，ｎｏ．６，ＰＰ．４１６−４２１（２００７）では、例えば放線菌類（ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）中のホールセル糖類の定量的測定のために行う従来の分析方法の限界が論じられており、糖類をエステル化して糖アセテートにし、次いでガスクロマトグラフィー／質量分析（ＧＣ／ＭＳ）の組み合わせによって分析する代替方法が提案されている。

所定の方法又は方法群でより分析し易い化学種とするために、着目したある化学種を誘導体化することは、分析化学の分野において確立されている概念である。例えば、すぐ上で引用した参照文献中では、糖類及び糖アルコールが、メチルイミダゾール触媒の存在下、無水酢酸を用いて５５℃で振動振とう器中で３時間かけてアセチル化された。他にも、以前の誘導体化の試みについて言及されており、その中で糖トリメチルシリルエーテル誘導体が製造されたが、満足いくものではないことが見出されたことが言及されている。

したがって、Ｃｈｅｎらの参照文献の誘導体化方法が、放線菌類（ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）中の「糖類の定量的化学分析の速度の大幅な向上」及び、本発明が関係する糖類、糖アルコール、及び関連する脱水生成物に関して「大幅に向上した」感度を可能にする改良として存在した一方で、改良の余地を有するＣｈｅｎらの方法の態様がまだ存在する。

特に、誘導体化とそれに続く分析を、大幅に短縮された時間で、理想的には時間単位ではなく分単位で、完了させることができれば、例えば診断及び補正／プロセス制御の目的のために有益である。更に、糖類及び特に糖脱水生成物は、酸性条件下では穏やかな温度においてさえもあまり安定ではなく、糖脱水生成物の場合、Ｃｈｅｎらによって好ましく用いられているようなイミダゾール触媒で分解が起こる危険性があった。従って、定量する物質を室温条件下で誘導体化すること、そして更に、糖類、糖アルコール（モノオール、ジオール、ポリオールを含む）及び関連する脱水生成物（例えばソルビトールからのイソソルビド）などの定量分析に好適な触媒及び方法を使用することは有益である。そして、Ｃｈｅｎらの方法は試料中の水に対して大過剰に存在する無水酢酸を必要とし、また、実務上通常遭遇する試料は大抵大量の水を含有することから、触媒及び方法があまり制約されなければ有益である。

この背景技術に対し、本発明は、様々な糖類、糖アルコール、及び関連する脱水生成物を含有する混合物の定量分析のための改良された方法を提供し、それによって、金属トリフラート触媒の存在下、カルボン酸、カルボン酸無水物又はカルボン酸ハライドでこれらを誘導体化し、次いでその誘導体を分析することで、これらを効率的かつ正確に定量することができる。ある実施形態では、この方法は本質的に室温条件で、すなわち約２０〜２５℃で行われる。同じ又は別の実施形態では、定量される糖類、糖アルコール、又は脱水生成物の検知できる程度の分解が起こる前に、誘導体化が実質的に完結する（場合により、誘導体化されていない糖類、糖アルコール、又は関連する脱水生成物がほとんどないことを意味する）。また、同じ又は別の実施形態では、この方法は、大量の水、例えば約５０体積％以上の水を含有する試料に対して用いられる。

本発明は、様々な糖類を含有する、又は様々な糖アルコールを含有する、又は様々な関連する脱水生成物を含有する、又は、これらのカテゴリーのうちの２つ又は３つ全ての物質を含有する、混合物の定量分析に関する好ましい実施形態にある。特に、適切なカルボン酸、カルボン酸無水物、又はカルボン酸ハライドと反応させることによる、混合物中のこれらの化合物の、金属トリフラートが触媒する誘導体化を行うことによって、元々の試料マトリクス中の、着目している誘導化されていない物質を効率的かつ正確に特性評価し、その量を定量化するために、（必要に応じて例えば質量分析法又は紫外分光法などの他の一般的な分析技術を併用しつつ）従来のガスクロマトグラフィー法又は液体クロマトグラフィー法を用いることができる。

使用する具体的なカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸ハライドは、当然、選択した分析方法又は方法群によって正確な特性評価及び定量化を容易に行える誘導体を与えるように選択されるであろう。他の反応剤（例えば他の酸無水物）もガスクロマトグラフィーや他の従来の分析方法と共に用いられ得ることが理解されるものの、例えば、Ｃｈｅｎらによって用いられているような無水酢酸は、ガスクロマトグラフィーで容易に分析できるアセチル誘導体を与える。検討され得る別の酸無水物の例として、また他の一般的な分析技術の例として、安息香酸無水物を用いた誘導体化によれば、液体クロマトグラフィーと紫外分光法の組み合わせによって容易に分析される誘導体が得られるであろう。本発明との関係における分析方法と誘導体化反応剤の適切な組み合わせの決定は、いずれにせよ、以下にある実施例を含む本明細書が与えられた当業者の能力の範囲に十分あるであろう。

図１Ａは、ビスマストリフラートによって触媒された、トウモロコシ茎葉加水分解物のアセチル化で得た有機層（黒で表示）及び糖標準品（赤で表示）の、ＧＣ−ＭＳクロマトグラムの全体図である。 図１Ｂは、クロマトグラムの糖領域の拡大図である。

実施例１で示されている、本発明の方法の１つの典型的な応用は、水性混合物中のイソソルビドの定量分析を目的とするものである。ソルビトールの脱水によって得られる高沸点ジオールであるイソソルビドは、様々な、確立されたあるいは開発中の最終用途を有しており、通常、フレーク状の固体か、水との８５％混合物である。市販グレードのイソソルビド中で見出され得る不純物の多くがガスクロマトグラフィー中で分解するか溶出しないため、例えば品質保証目的で行われるような従来のイソソルビドの組成分析では、通常液体クロマトグラフィーの適用が必要とされていた。しかし、以下の実施例１に示されるように、ビスマストリフラート触媒の存在下で酸無水物を用いたアセチル化を行うことによって、８５％イソソルビド／１５％水の混合物に対してガスクロマトグラフィー法を用いることに成功した。

本発明の方法の別の典型的な応用は、実施例２で示されており、一般的なバイオマス、トウモロコシ茎葉の酵素又は酸による加水分解によって得られる様々な糖類を、完全に特性評価し、定量することである。バイオマス原料（トウモロコシ茎葉及び他の農業廃棄物など）由来の、再生可能な資源を主成分とする化学製品、燃料、及び燃料添加剤製品、を合成するために以前から行われている取り組みに精通している者であれば、これらの取り組みの多くが、更なる処理のためにリグノセルロース系バイオマスを分画する手段として、このような加水分解工程を含んでいたことを認識しているであろう。

背景技術として、リグノセルロース系バイオマスは、主にセルロース画分、へミセルロース画分、及びリグニン画分からなり、これら３つの成分のうちセルロースが最大成分である。セルロースは植物の構造組織に由来し、１，４位で結合しているβ−グルコシド残基の長鎖からなる。これらの結合のためセルロースは高い結晶性を有しており、そのため、その後の処理目的でセルロースをＣ６糖類又はヘキソースに加水分解するために提案されている酵素又は酸触媒が接近しにくくなっている。対照的に、ヘミセルロースは容易に加水分解するアモルファスのヘテロポリマーである。一方、芳香族３次元ポリマーであるリグニンは、植物繊維細胞中のセルロースとヘミセルロースとの間に散在しており、更に別の選択肢の処理が適している。

Ｆａｒｏｎｅらの米国特許第５，５６２，７７７号明細書「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｓｕｇａｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｔｒｏｎｇ Ａｃｉｄ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ａｎｄ Ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」で述べられているように、バイオマスのセルロール画分、ヘミセルロース画分、及びリグニン画分の違いのため、並びに、様々なバイオマス中に様々な量存在する他の少量画分を考慮して、リグノセルロース系バイオマスを分画し、セルロース画分及びヘミセルロース画分を加水分解するために、多くの方法が長年にわたり開発され、提案されてきた。

基本的に、生物的方法と非生物的方法の両方がこれまでに開示されており、この中には、酸による加水分解、最も一般的には、希酸による方法、濃酸による方法、又はこの２つの組み合わせを用いた硫酸ベースの加水分解を含む、セルロースから糖類を製造するための最も古く最もよく知られている非生物的方法が含まれている。Ｆａｒｏｎｅらの米国特許第５，５６２，７７７号明細書には、当時当該技術分野で知られていた様々な硫酸ベースの方法の利点及び欠点が記載されており、また、強酸／硫酸加水分解を用い、非晶化工程の組み合わせを１回以上繰り返す、更なる変形例が提案されている。この方法では、バイオマス（及び／又は前回の繰り返しにおける非晶化工程で残った固体）を２５〜９０％の硫酸溶液と混合してバイオマスの一部を可溶化し、次いで酸を２０〜３０％に希釈し、混合物をしばらくの間好ましくは８０〜１００℃に加熱して、加水分解されなかったセルロース画分及び任意のヘミセルロース物質を可溶化する。

Ｆａｒｏｎｅらの米国特許第５，５６２，７７７号明細書に続く、酸加水分解のいくつかの形態（又は形態群）を含む別の典型的なバイオマス分画方法は、２０１１年１月２１日に出願された、同じ出願人の、国際特許協力条約出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２２００の「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｎｇ Ｂｉｏｍａｓｓ」の中で説明されており、この出願は参照によって本明細書に包含される。この出願では、酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、コハク酸、ギ酸、及び乳酸のうちの１つ以上を少なくとも５０重量％含有する高濃度の有機酸蒸気を高温でバイオマスに当て、バイオマス中のヘミセルロース物質及びリグニン物質を少なくとも部分的に解重合／可溶化している。また、２０１１年１月１６日に出願された、同じ出願人の、国際特許協力条約出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２１５１８の「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｓｕｇａｒｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｃｉｄｓ ｔｏ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｈｙｄｒｏｌｙｚｅ Ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ａｎｄ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」の中でも説明されており、この出願も参照によって本明細書に包含される。この出願では、ペントース生成物又はストリームを得るために、第１の、比較的弱い有機酸（酢酸又はギ酸など）をバイオマスに作用させ、次いで、バイオマス中の加水分解したセルロース物質から分離したヘキソース生成物又はストリームを得るために、第２の、強い鉱酸（硫酸など）を作用させている。

バイオマスの酵素又は酸による加水分解の適用に関する様々な他の例ももちろん挙げることができるが、得られるペントース糖類及びヘキソース糖類はかなりの適温下においてさえも、酸性条件下で速やかに脱水する傾向があることから、また、脱水生成物は更に不安定な傾向があることから、本発明の方法は、後に続くエタノールへの発酵のために、あるいは例えば燃料添加剤、代替燃料、又は既知の石油由来の化学製品の代替となる再生可能原料ベースの代替品として有用な他の材料を製造するために、酸又は複数の酸を用いてバイオマス画分を加水分解し、糖ストリーム混合物を得る方法に特に好適であると考えられる。

上で述べたように、本発明の触媒及び方法は、様々な糖類、糖アルコール、及び関連する脱水生成物を含む混合物の定量分析に非常に適しており、特には約２０〜２５℃の室温条件で試料中に存在し得る糖類、糖アルコール、及び関連する脱水生成物を実質的に完全に誘導体化するための好ましい実施形態で用いられる。特に試料が酸性である場合、あるいは着目している糖類、糖アルコール、及び／又は関連する脱水生成物の劣化／分解が予見できる場合、本発明の触媒は、室温条件においてさえも、検知できる程度の分解が起こり得る前、例えば１２０分以下の間、好ましくは６０分以下、より好ましくは３０分以下、最も好ましくは１５分以下の時間に、実質的に誘導体化を完結させてより安定な誘導体にできるほどに十分に活性である。更に、本発明の金属トリフラート触媒は活性を有しているにもかかわらず、この同じ触媒が、中間体及び副生成物がほとんど形成されない程度にアセチル化誘導体に関して十分に選択的であることが見出された。それによって、糖、糖アルコール、及び関連する脱水生成物は本質的に完全にアセチル化誘導体に含まれないであろう。

いずれにしても、好ましくは本発明によって、従来の分析方法、すなわちガス又は液体のクロマトグラフィー及び質量分析法からなる方法で、元々の試料中に存在する糖類、糖アルコール、及び関連する脱水生成物の少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは９９％を、これらのアセチル化された誘導体の形態で分析できるようにすることができる。

上述した様々な生化学的、食品化学的、工業的状況において着目する試料は、高頻度にかなりの量、例えば５０体積％以上の水を含有しているため、本発明の方法に用いられる金属トリフラート触媒は、例えば、ビスマストリフラート、ネオジウムトリフラート、及びランタノイドトリフラートである、耐水性のルイス酸金属トリフラート触媒のいずれかを含んでいる。通常、ごく少量の触媒、例えば、アセチル化に用いられるカルボン酸、カルボン酸無水物、又はカルボン酸ハライド基準で、わずか０．０５質量％以下の触媒しか必要とされない。これらのトリフラート触媒は、そのまま用いることができ、また、以下の実施例で示されているように、粗生成物を水で洗浄した後水を留去することによって回収することができる。触媒は、析出させて濾過することによって少なくとも部分的に回収することもできる。あるいは、トリフラート触媒は固体基材の上又は中に包含され、抽出ではなく濾過によって回収されてもよい。当業者であれば、ルイス酸金属トリフラート触媒を系中に存在させ、その後誘導体化反応の完結後に再利用のために回収することが可能な、適切な方法を決定できるであろう。

アセチル基は、カルボン酸、カルボン酸無水物又はカルボン酸ハライドによって、誘導体化のために供給されることができる。ジー、トリ−、及びポリカルボン酸、無水物及び塩化物も用いることができるが、合成と分析を容易にするため及び便宜のため、実施例では無水酢酸が選択され、よく機能することが見出された。

本発明を以下の実施例によってより具体的に説明する。

実施例１
無水酢酸及びビスマストリフラート触媒を用いたイソソルビドの誘導体化
市販のイソソルビド（工業グレード、８５％、製品番号１００１００）をＡｒｃｈｅｒ Ｄａｎｉｅｌｓ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｃｏ．（イリノイ州、Ｄｅｃａｔｕｒ）から入手し、以下のように誘導体化した。すなわち、イソソルビド０．１ｇの試料をシンチレーションバイアルに秤量し、１．０ｍＬの無水酢酸を添加した。ビスマストリフラート触媒（０．００１ｇ）を添加し、バイアルを１０分間注意深く回転した。その後、バイアルにゆるく蓋をし、時々穏やかに回転させながら１時間恒温放置した。恒温放置後、試料の１．００ｍＬアリコートを９．００ｍＬの酢酸エチルで希釈した。

水の存在下における誘導体化方法の有効性を試験するために、第２のイソソルビド０．１ｇの試料を１５重量％の水で希釈して８５重量％のイソソルビドを得た。８５％イソソルビドの試料を、未希釈のイソソルビドと実質的に同じ方法によって誘導体化した。

試料は、Ａｇｉｌｅｎｔ ＤＢ−５カラム、ＦＩＤ検出器、及び５９７５Ｃ質量分析計を備えたＡｇｉｌｅｎｔ ７８９０ ＧＣを用いたガスクロマトグラフィーによって分析した。試料は、１７．４４８ｐｓｉの圧力で、４５ｍＬ／ｍｉｎで流れるヘリウムキャリアガスを用いて、２５０℃に保持されたインジェクションポートにスプリットレスモードで注入した。ＤＢ−５カラム（３０ｍ×２５０μｍ×０．５μｍ）を、７０℃で１分間保持し、２０℃／ｍｉｎで１８０℃まで昇温し、１８０℃で２分間保持し、２０℃／ｍｉｎで２８０℃まで昇温し、それから２８０℃で１分間保持した。流出物は分割され、１つのストリームは、３０ｍＬ／ｍｉｎのヘリウム流及び３５０ｍＬ／ｍｉｎの空気流と、１５ｍＬ／ｍｉｎのメークアップフローと共に、２８０℃に保持されたＦＩＤを通過した。第２の流出物ストリームは、ＥＭ電圧１２００の相対ＥＭＶモードで作動しているＭＳ検出器を通過した。試料の閾値は１５０に設定した。ＭＳ四重極を１５０℃で作動しつつ、ＭＳ源を２３０℃で作動した。溶媒と無水酢酸の試料についても対照として測定し、対照試料中に存在する全てのピークを除外した。各検出器で得られたマスフラグメント及び面積％は表１で報告されている。

ビスマストリフラートを用いた誘導体化（アセチル化）によって、イソソルビド及び多数の不純物を、ガスクロマトグラフィーを用いて高い精度で定量することができた。ビスマストリフラート存在下のアセチル化とそれに続くＧＣ分析によって、使用した無水酢酸中のプロピオン酸塩不純物の存在によるものであろうイソソルビドプロピオネートを検出することができただけではなく、３０の化合物が検出され、定量された。

加えて、この誘導体化方法は、水の存在下でイソソルビドを実質的に定量的に誘導体化できる程度に十分に強い方法であった。アセチル化されていないイソソルビドは、未知化合物３と未知化合物４との間に流出するであろうと考えられるが、アセチル化されていないイソソルビドのピークは存在しなかった。反対に、アセチル化なしの同じイソソルビド試料のＧＣ分析では、最適化された条件で、１１個の化合物しか同定できなかった。

実施例２
トウモロコシ茎葉加水分解物中の糖類のアセチル化
刻んだトウモロコシの茎葉（１．１ｋｇ）を、蒸気ジャケットを備えた回転型反応器中で、５Ｌの７０％酢酸（水中のｖ／ｖ）と共に加熱した。反応器を１０〜２０分のうちに１５０℃にした。最大温度を１６５〜１７０℃の間にして、更に２０分間加熱を続けた。加水分解したヘミセルロース及び溶解したリグニンを含有する液体画分を、真空濾過によってセルロースパルプ固形分から分離した。パルプを高温の７０％酢酸（４〜６Ｌ）で一度洗浄し、濾過し、次いで温水（４Ｌ）で一度洗浄して濾過した。液体画分と２つのろ液とを併せた。これは加水分解したヘミセルロース、溶解したリグニン、及びパルプ洗浄液を含んでいた。併せた液体及び濾液を、乾燥固形分が３５〜５０％になるように濃縮して高濃度シロップを作製した。

その後、リグニンを次のように高濃度シロップから析出させた。すなわち、３部の水を１部の高濃度シロップに添加し、混合物を洗浄工程で１時間撹拌し、混合物を一晩静置した。リグニンが少量析出し、これを真空濾過によって取り除いた。濾液を、固形分が３５〜５０％になるように溶媒留去で濃縮して、洗浄された高濃度シロップを作製した。溶媒抽出工程でメチルテトラヒドロフランを用いて、水性シロップを分液漏斗中で有機溶媒に通すことによって、洗浄された高濃度シロップを４回向流抽出し、溶媒洗浄された高濃度シロップを含有する水性画分を作製した。水性画分を集め、沸騰させて残留している溶媒を除去した。炭粉末を、高温の沸騰溶媒−洗浄された高濃度シロップに添加し、撹拌し、次いで濾過した。最終的な濾過された水層画分は、２５％の固体を含有し、トウモロコシ茎葉加水分解物由来の、加水分解された水性ヘミセルロース画分を含有していた。

加水分解された水性ヘミセルロース画分（２ｇ）を６％（ｗ／ｗ）硫酸（４ｇ）と混合することによって酸処理して完全に糖オリゴマーを加水分解し、２ｍＬのアリコートに分け、アリコートをオートクレーブ中で１３２℃で１０分加熱して、解重合され加水分解された水性ヘミセルロース画分を作製した。１．４％のキシロース、０．５％のグルコース、０．２％のガラクトース、０．１％のアラビノース、及び０．１％のマンノース（ｗ／ｗ）（加水分解した水性ヘミセルロース画分のおおよその期待組成）を含有する糖回収標準品を、同じ方法で酸処理した。

アセチル化触媒は次のように準備した。すなわち、ビスマストリフラート（９８％、Ｓｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、２０〜４０ｍｇ）を窒素下、無水酢酸（Ａｌｄｒｉｃｈ、１ｍＬ）に添加し、触媒溶液を作製した。ビスマストリフラートが溶解するにつれ、触媒溶液は暖かくなり黄色に変化した。触媒溶液を室温まで冷却した後、１００μＬの、解重合され加水分解された水性ヘミセルロース画分を注意深く添加した。反応温度は５４℃まで急激に上昇した。混合物を６時間撹拌し、解重合され加水分解された水性ヘミセルロース画分中の糖類のアセチル誘導体を製造した。すると固体が析出した。溶媒を減圧下で除去した。誘導体化された残留物を水で希釈し、塩化メチレンで抽出を行った。それによってエマルジョンが生成し、これは遠心分離によって崩れて３つの層、すなわち有機相、水相、析出固形物相になった。同じ手順を糖標準品に対しても行った。遠心分離後に両方の試料中に存在する、有機層、水層、及び固形物層を、ＴＬＣ及びＧＣ−ＭＳによって分析した。

標準品溶液中及びアセチル化されたトウモロコシ茎葉加水分解試料中の、完全にアセチル化された糖類を、マススペクトル、並びに、無水酢酸、ピリジン、及び熱を用いてビスマストリフラート触媒なしで従来通りに誘導体化した既知の糖標準品の保持時間との比較によって同定した（記載せず）。

ビスマストリフラート触媒によって触媒された誘導体化は、加水分解された水性へヘミセルロース画分を誘導体化するのに十分な強い反応であった。ビスマストリフラートによって触媒されるアセチル化は非常に効率的であり、反応が完全に進行した。誘導体化されていない糖類はいずれの試料においてもＴＬＣで検出されなかった。更に、有機層のＧＣ−ＭＳによって、アセチル化されたトウモロコシ茎葉加水分解物試料中に痕跡量のアセチル化された糖の分解生成物が含まれているものの、完全にアセチル化された糖が存在することと、部分的にアセチル化された糖が不存在であることが示された（添付の図１Ａ及び図１Ｂ参照。図１Ａは、トウモロコシ茎葉加水分解物のビスマストリフラートによって触媒されたアセチル化で得た有機層（黒で表示）及び糖標準品（赤で表示）の、ＧＣ−ＭＳクロマトグラムの全体図であり、図１Ｂはクロマトグラムの糖領域の拡大図である。）。

水層の分析では、糖類（トリメチルシリル誘導体として測定）が、クロマトグラフのノイズのちょうど上にシグナルを有しており、痕跡量しかないことが示された。

実施例３
ビスマストリフラート触媒の回収及び再利用
実施例２の反応中に析出した固体を誘導結合プラズマ分析法によって金属について分析したところ、ビスマスと硫黄のみ含有していた。析出した触媒がまだ活性であるかどうかを調べるために、２−プロパノールのアセチル化で酢酸イソプロピルを製造することで、析出触媒を試験した。数ミリグラム（スパチュラ先端サイズ１さじの量）の析出触媒に、窒素下、無水酢酸（１ｍＬ）を添加し、濁った溶液を得た。１０分撹拌後、イソプロピルアルコール（１００μＬ）を滴下した。反応温度は２、３℃上昇し、それから降下し始めた。混合物を室温で２．５時間撹拌し、その後遠心分離した。液体の一部をＣＤ_２Ｃｌ_２で希釈し、ＮＭＲで分析した。反応混合物の^１Ｈ ＮＭＲから、２−プロパノールが完全に酢酸イソプロピルに変換されていたことが明らかになり、触媒がまだ活性であったことが示された。

Claims (19)

1. 糖類、糖アルコール、及びこれらの脱水生成物から選択される複数の化合物を含む混合物の定量分析方法であって、前記化合物は、金属トリフラート触媒の存在下で、カルボン酸、カルボン酸無水物又はカルボン酸ハライドとの反応によって誘導体化され、前記誘導体化された化合物がその後定量的に分析される、方法。
2. 前記混合物が５０体積％以上の水を含有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記誘導体化が、１２０分以内に実質的に完結する、請求項１に記載の方法。
4. 前記反応が、６０分以内に実質的に完結する、請求項３に記載の方法。
5. 前記反応が、３０分以内に実質的に完結する、請求項４に記載の方法。
6. 前記反応が、１５分以内に実質的に完結する、請求項５に記載の方法。
7. 前記誘導体化が２０〜２５℃で行われる、請求項３に記載の方法。
8. 前記誘導体化されていない混合物中に存在する前記糖類、糖アルコール、及び脱水生成物の少なくとも９０％が、前記定量分析によってそれらのアセチル化された形態で分析される、請求項３に記載の方法。
9. 前記誘導体化されていない混合物中に存在する前記糖類、糖アルコール、及び脱水生成物の少なくとも９５％が、前記定量分析によってそれらのアセチル化された形態で分析される、請求項８に記載の方法。
10. 前記誘導体化されていない混合物中に存在する前記糖類、糖アルコール、及び脱水生成物の少なくとも９９％が、前記定量分析によってそれらのアセチル化された形態で分析される、請求項８に記載の方法。
11. 前記誘導体化された化合物の前記定量分析が少なくとも部分的にガスクロマトグラフィーによって行われる、請求項１に記載の方法。
12. 前記化合物が、ルイス酸金属トリフラート触媒存在下での無水酢酸との反応によって誘導体化される、請求項１１に記載の方法。
13. 水性混合物中のイソソルビドの定量分析方法であって、ルイス酸金属トリフラート触媒存在下での無水酢酸との反応によってイソソルビドをアセチル化することと、次いで前記混合物をイソソルビド由来の前記アセチル化した誘導体について定量的に分析することとを含む、方法。
14. 前記定量分析にガスクロマトグラフィーを使用する、請求項１３に記載の方法。
15. ビスマストリフラート触媒を使用する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記アセチル化が、実質的に反応が完結するまで室温で行われる、請求項１３に記載の方法。
17. 実質的な反応の完結が１２０分以内に達成される、請求項１６に記載の方法。
18. リグノセルロース系バイオマスの酵素又は酸による加水分解由来のバイオマス加水分解物画分中の糖類の定量分析と、前記加水分解されたバイオマスの、セルロースパルプ固形分画分、リグニン画分、及び加水分解されたヘミセルロース画分への分画とのための方法であって、前記方法は、前記加水分解された画分中の前記糖類をルイス酸金属トリフラート触媒の存在下で無水酢酸を用いてアセチル化することと、次いで前記混合物を前記アセチル化された糖誘導体について定量的に分析することとを含む、方法。
19. 前記アセチル化が、ビスマストリフラート触媒を用いて室温条件下で実質的に反応が完結するまで行われる、請求項１８に記載の方法。

Images