JP3043416B2 - 炭水化物類の酸化方法 - Google Patents

炭水化物類の酸化方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭水化物類特にデンプン類、デキストリンお
よびそれらの加水分解生成物の酸化方法に関する。
酸化デンプン類は製紙産業および繊維産業に広く利用
されている。その製品は一般にデンプンをアルカリ性水
性媒体中にて次亜塩素酸塩で処理することによって製造
される。あるいは、酸化デンプン類は、デンプンのグル
コシド単位をC−2とC−3の原子間で切断してこれら
のC原子をアルデヒド基に変換することができる過ヨウ
素酸塩で酸化することによって製造することができる。
このようにして製造されたデンプンは、湿潤時でも優れ
た機械的強度を保持する紙を製造するのに主として用い
られる。
酸化デンプンもしくは酸化セルロースのその外に可能
性がある用途は、西独特許願第DE−A−2436843号に記
載されているが、洗剤のビルダーとしての用途である。
次亜塩素酸塩もしくは過ヨウ素酸塩で処理し、次に亜鉛
素酸塩で処理して酸化することによって製造された製品
は、連鎖に多くのカルボキシル基をもっているので優れ
た金属封鎖力を有している。しかしこれらの物質は酸化
度が高ければ高いほど生物分解性が低いことからその用
途が制限されている。
米国特許第3736224号には、リグノセルロース物質を
銅含有物質の存在下、アルカリ性媒体中にて酸素で処理
する方法が開示されている。適切な銅化合物としては、
銅と、例えば2,2′−ビピリジン、2−カルボキシピリ
ジン、2,6−ジカルボキシピリジン、アミノ酸類との錯
体が含まれている。この方法は一般に50〜200℃の範囲
の温度で大気圧下にて行われる。
ヨーロッパ特許願公開第A−0232202号には、不活性
な支持体に固定されかつ周期律表のIV、VもしくはVI族
の金属の1種以上でドープされた、パラジウム、白金、
ロジウムもしくはオスミウムから選択される貴金属に基
づいた触媒の存在下、アルカリ性媒体中での酸素含有ガ
スによる多糖類の選択酸化法が開示されている。
本発明の主目的は使用される薬剤が安価でかつ有利な
代わりの酸化方法を提供することである。本発明の他の
目的は、特にデンプンの酸化について、生物分解性が改
善された酸化生成物を生成する方法を提供することであ
る。
この目的は、酸化反応が、周期律第VIII族の金属およ
び銀から選択される金属のイオンの触媒量と、その金属
イオンに対する多座配位子のアミンとの存在下で、アル
カリ性水性媒体中、酸素含有ガスによって行われること
を特徴とする炭水化物類の酸化方法によって達成され
る。
本発明の酸化方法が適用される基質を構成する炭水化
物類としては、デンプン、少なくとも1個のグルコシド
単位を有するデンプンの加水分解生成物およびソルビト
ールのような単純な炭水化物がある。
デンプンという用語は特に、化学的修飾されていない
デンプンを意味し、したがって、アミロースおよび/ま
たはアミロペクチンで特に構成されている一般に天然の
植物が起源の炭水化物が含まれる。ジャガイモ、米、タ
ピオカ、トウモロコシおよび穀物のような種々の植物か
ら抽出された未変性デンプンが使用される。これらの中
でトウモロコシデンプンが好ましい。デンプンの加水分
解生成物は、グルコースモノマーを含む、種々のグルコ
シド単位を有するオリゴマーの混合物で構成されてい
る。これらの加水分解生成物は、例えば酵素加水分解反
応によって、好ましくは細胞内酵素を使用して容易に得
ることができる。また本発明に用いうる基質には、ソル
ビトールのような、炭水化物の構造を有するポリオール
類も含まれる。
使用される金属イオンは、好ましくは鉄、銀、コバル
トまたはニッケルのイオンであり、好ましくは塩酸塩も
しくは硫酸塩で構成されている可溶性塩によってアルカ
リ性水性媒体中に導入される。
一般に、金属イオンは、基質中のグルコシド単位のモ
ル数に対して1〜0.25%のモル比で使用される。
金属イオンに対する配位子としては多座配位子のアミ
ンが好ましい。これらの配位子として次のものが考えら
れる。
一般式: (式中、基R1、R2およびR3のうちの1つは、水素、C1
C4アルキル基、およびアルキル基が1〜4個の炭素原子
を有するカルボキシアルキル基からなる群から選択さ
れ、および残りの基のR1、R2またはR3は、同一もしくは
異なってもよく、アルキル基が1〜4個の炭素原子を含
有するカルボキシアルキル基である)で表されるモノア
ミン類; 一般式: (式中、Rは1〜4個の炭素原子を有するアルキレン基
で、好ましくはエチレンであり、ならびに R1、R2、R3およびR4は同一もしくは異なってもよく、
水素、C1−C4アルキル基、アルキル基が1〜4個の炭素
原子を有するアミノアルキル基およびアルキル基が1〜
4個の炭素原子を含有するカルボキシアルキル基からな
る群から互いに独立して選択される基であるか、 あるいはR1、R2および/またはR3とR4がそれぞれの窒
素原子と複素環リングを形成するか、 あるいはR1とR2、R3およびR4はそれぞれの窒素原子と
複素環素を形成する)で表されるポリアミン類である。
好ましいアミンおよびポリアミンの配位子のなかで特
に考えられるのは、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エ
チレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレン
テトラミン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、エチレ
ンジアミン三酢酸、フェナントロリンおよび2,2′−ジ
ピリジルである。
デンプン、およびグルコースを含むその加水分解生成
物を酸化するのに、EDTAと硫酸鉄(III)もしくは塩化
鉄(II)の組合わせが特に有利である。
上記の酸化反応は、一般にpHが8〜14で好ましくは8
〜10で、温度が25〜90℃にて、アルカリ性水性媒体中で
大気圧下はげしく攪拌しながら分子酸素もしくは空気を
バブリングさせて実施する。
実施例1. デキストリン40gを脱イオン水500mlに溶解した。FeCl
20.63gとo−フェナントロリン0.5gを添加した。反応
は、酸素雰囲気下pH9で60℃にて実施し、充分な撹拌を
続けた。8時間の反応期間中に、合計15mlの3.4MNaOHを
導入した。反応を終わってから水を蒸発させて生成物を
回収した。
実施例2. デキストリン40gを脱イオン水500mlに溶解した。FeSO
4・7H2O0.68gとo−フェナントロリン0.5gを添加した。
反応は、酸素の雰囲気下pH9で70℃にて実施し、充分な
撹拌を続けた。
合計35mlの3.4MNaOHを、12時間の反応期間中に導入し
た。反応を終わってから、水を蒸発させて生成物を回収
した。
実施例3. デキストリン40gを脱イオン水500mlに溶解した。FeSO
4・7H2O0.34gとフェナントロリン25gを添加した。反応
は、酸素雰囲気下pH9で70℃にて実施し、充分な撹拌を
続けた。
32時間の反応期間中に、合計60mlの3.4MNaOHを導入し
た。反応を終わってから水を蒸発させて生成物を回収し
た。
実施例4. デキストリン40gを脱イオン水500mlに溶解した。FeSO
4・7H2O0.34gとEDTAの二ナトリウム塩の二水和物0.43g
を添加した。反応は酸素雰囲気下pH9で70℃にて実施
し、充分な撹拌を続けた。
16時間の反応期間中に、合計60mlの3.4MNaOHを導入し
た。反応を終わってから水を蒸発させて生成物を回収し
た。
実施例5. 溶性デンプン20gを脱イオン水500mlに溶解した。FeSO
4・7H2O0.34gとo−フェナントロリン0.25gを添加し
た。反応は酸素の雰囲気下pH9で70℃にて実施し、充分
な撹拌を続けた。
12時間の反応期間中に、合計17mlの3.4MNaOHを導入し
た。反応を終わってから水を蒸発させて生成物を回収し
た。
実施例6. トウモロコシデンプン20gを脱イオン水500ml中でゲル
化させた。FeSO4・7H2O0.34gとEDTA0.46gを酸素雰囲気
下で添加し充分な撹拌を続けた。
17時間の反応期間中に、合計17mlの3.4MNaOHを導入し
た。反応を終わってから、水を蒸発させて生成物を回収
した。
回収した生成物は、パーキン エルマー(Perkin Elm
er)1760装置を用いてFT−IR分光法に付した。添付した
グラフは、ヌジョール中の、酸化生成物(2)と未処理
のデンプン(1)のスペクトルを示す。
スペクトル(2)は1597cm-1の波長の位置にバンドを
もっているが、このバンドは塩化されたカルボキシル基
に特有のバンドでありスペクトル(1)には存在しな
い。上記2つのスペクトルは1000〜1100cm-1の領域にか
なり一致した形態をもっているが、この領域にはデンプ
ンの構造に特有の強力なバンドがある。
先に述べたが、後記の特許請求の範囲の課題である方
法で得ることができるデンプンまたはデキストリンの酸
化生成物は本発明の適用範囲に含まれる。
本発明のデンプン酸化生成物は、紙の結合添加剤、洗
剤のビルダー、ペイントおよび印刷インキの配合物中の
高分子電解質糊稠剤として、ならびに高分子量の合体剤
として便利に使用することができる。
洗剤のビルダーとしての本発明のデンプン酸化物の用
途は、次亜塩素酸塩で酸化して得られる生成物と比べ
て、生物分解性を兼ね備えたその優れた金属イオン封鎖
性によって特に有利である。
その上に、本発明の生成物は、洗剤の再沈着防止特性
と分散能を改善し、改善されたよごれ除去効率を得るた
めに、ゼオライト類のような公知のビルダーとともに洗
剤配合物中に共ビルダー(co−builder)とし使用する
ことができる。
また本発明の方法によって酸化された、デンプンの加
水分解生成物および特にデキストリンは、特に、ペイン
ト類と印刷インキ類の配合物の高分子電解質糊稠剤とし
て使用できる。これらの用途は本発明の他の課題を構成
している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08B 31/18

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭化水素の酸化反応が、周期律表第VIII族
    の金属および銀から選択される金属のイオンの触媒量
    と、該金属イオンに対する多座配位子のアミンとの存在
    下で行われることを特徴とする、アルカリ性水性媒体中
    で、酸素含有ガスと金属触媒によって行う炭水化物の酸
    化方法。
  2. 【請求項2】配位子が、一般式: (式中、ラジカルR1、R2およびR3のうちの1つが水素、
    C1−C4アルキル基、およびアルキル基が1〜4個の炭素
    原子を有するカルボキシアルキル基からなる群から選択
    され、および残りのR1、R2およびR3基は1〜4個の炭素
    原子を有する同一もしくは異なるカルボキシアルキル基
    である)で表されるモノアミンであることを特徴とする
    請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】配位子が、一般式: (式中、RはC1−C4アルキレン基であり、および R1、R2、R3およびR4は同一もしくは異なり、かつ水素、
    C1−C4アルキル基、アルキル基が1〜4個の炭素原子を
    有するアミノアルキル基、およびアルキル基が1〜4個
    の炭素原子を有するカルボキシアルキル基からなる群か
    ら互いに独立して選択されるか、 あるいはR1、R2、および/またはR3とR4とはそれぞれの
    窒素原子と複素環リングを形成するか、 あるいはR1、R2、R3およびR4はそれぞれの窒素原子と複
    素環基を形成する)で表されるポリアミンであることを
    特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】配位子のアミンが、ニトリロ三酢酸、イミ
    ノ二酢酸、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、
    トリエチレンテトラミン、エチレンジアミン三酢酸、エ
    チレンジアミン四酢酸、フェナントロリン、および2,
    2′−ジピリジルからなる群から選択されることを特徴
    とする請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】配位子がエチレンジアミン四酢酸であり、
    金属イオンが鉄のイオンである請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】金属イオンが鉄のイオンであり、配位子が
    o−フェナントロリンである請求項4記載の方法。
  7. 【請求項7】反応媒体中の金属イオンのモル濃度が、酸
    化される炭水化物中のグルコシドのモル数に対して1〜
    0.25%である請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】酸化反応が、はげしく攪拌しながら、大気
    圧下、25〜90℃の温度で行われる請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】酸化される炭水化物が、デンプン、デキス
    トリン、デンプンもしくはデキストリンの加水分解生成
    物、およびソルビトールから選択される請求項1記載の
    方法。
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