JP3737842B2 - 触媒の再生 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、触媒の再生、特に担持モリブデン触媒、中でもグルコースの様なサッカライドのエピマー化に使用された担持モリブデン触媒の再生に関する。
【０００２】
【従来技術】
サッカライドのエピマー化反応は良く知られており、特にグルコースを六価モリブデン触媒によりエピマー化してグルコースとマンノースとの平衡状態混合物を得ることは公知である。この反応についての最も最近の文献はＶ．ＢｉｌｉｋによりＣｈｅｍ．Ｚｖｅｓｔｉ、２６、第１８３〜１８６頁（１９７２）にあり、一方１９７７年６月１４日発行された米国特許第４０２９６，８７８号明細書にはこの触媒反応を使用する方法の説明がある。この米国特許には更に、この方法で製造されるマンノースを水素化して医薬品タブレットの成分としておよび甘味料、湿潤剤および化学品中間体としての有用な化合物であるマンニトールを得ることが説明されている。米国特許第４，０２９，８７８号明細書に開示された適する六価モリブデン触媒の例には、モリブデン酸、イソポリモリブデン酸、ヘテロポリモリブデン酸および、ホスホモリブデン酸ナトリウムやシリコモリブデン酸の如き酸塩が含まれる。この米国特許明細書には更に、ヒドロキシルイオンがモリブデン酸塩イオンに交換された陰イオン交換樹脂が触媒として使用できることが説明されている。これの例にはＡＭＢＥＲＬＹＳＴ Ａ−２６（即ちマクロ細孔のスチレン−ジビニルベンゼン−第四陰イオン交換樹脂）に担持されたモリブデン酸が使用されている。
【０００３】
特開昭５５−０７６８９４号公報（ＪＰ５５０７６８９４）には陰イオン交換体繊維に固着されたモリブデン酸塩を使用することが説明されている。モリブデン酸塩−陰イオン交換体繊維結合体の活性が減少した時にエピマー化反応を停止しそして使い尽くされた触媒をアルカリで浸出処理する。有機系の陰イオン交換体繊維に新鮮なモリブデン酸を固着することが新規の活性なモリブデン酸塩−陰イオン交換体繊維結合体を確実にもたらす。
【０００４】
ヨーロッパ特許（Ｂ１）第４００，６４１号明細書にも、モリブデン酸塩が交換された後陰イオン交換樹脂をエピマー化反応の目的で使用することが説明されている。このヨーロッパ特許では方法パラメータが結合したモリブデンの最小量しかエピマー化反応の間に滲出しない様に最適化する。
米国特許第４，０２９，８７８号明細書について批評している特開平４−３６８３４７号公報（１９９２年１２月２１日発行）には、陰イオン交換樹脂、例えばＡＭＢＥＲＬＹＳＴ Ａ−２６に担持されたモリブデン酸は使用している間に余りにも迅速に触媒活性が低下するので、工業的用途に適していない。それにもかかわらずこの特開平に説明された方法はマクロ細孔の強塩基性陰イオン交換樹脂を担体とする担持触媒を用いることを説明している。
【０００５】
上述の全ての触媒は運転中に不所望な活性の低下を生じる。グルコースからマンノースへの所望の転化レベルを保持するために、触媒床を通る流速を次第に低下させる必要がある。
担持されていないモリブデン化合物の代わりに担持されたモリブデン触媒を使用することによる長所は、水性エピマー化生成物中のモリブデンが遙かに少ないという事実であり、そしてこのことは分離量および流出廃棄物の問題が少ないことを意味している。しかしながら担持触媒の活性が徐々に低下することは不利でありそして、活性の低下速度を少なくする様に触媒担体を選択した場合でも、交換しなければならない触媒を使用し続けることがもはや経済的でない程に活性が低下するという時点に到達する。かゝる触媒を用いる方法は、触媒の交換のための中断により、連続的に運転することができない。
【０００６】
【発明の構成】
出願人は、モリブデンが担持されたエピマー化用触媒の活性が触媒を移動する必要なしにその場で再生できる方法を見出した。この方法は完全な連続法ではないけれども、担持モリブデン触媒を使用する上記の方法よりも遙かに連続運転に近い。
【０００７】
それ故に本発明は、サッカライドの水溶液を、担持された六価モリブデン触媒と接触させるサッカライドのエピマー化法において、触媒へのサッカライド水溶液の供給を中断しそして失われた触媒活性を回復するために該触媒を酸化剤で処理する、触媒再生段階を含むことを特徴とする、上記方法に関する。
触媒を酸化剤の水溶液で処理して、サッカライド水溶液を触媒に供給することができるようにするのが有利である。過酸化物はこの方法で使用するための適する酸化剤であり、特に過酸化水素が有利である。０．１〜３０重量% の過酸化水素水溶液を触媒の再生に使用してもよいが、再生用水溶液の過酸化水素含有量が更に多いとより多量のモリブデンが担持触媒から滲み出すことが判っているので、０．１〜５% 濃度溶液を使用するのが有利である。酸化剤の溶液は消耗を避けるために循環システムによって循環してもよい。場合によってはこの溶液を開放ループ系（open loop system) のモルブデン酸塩−イオン交換体結合体にポンプ供給によって通す。
【０００８】
触媒は高温で、好ましくは３０℃から触媒担体がもはや安定でなくなる温度までの範囲で、特に好ましくは４０〜１２０℃、更に好ましくは７０〜９５℃の範囲の温度で処理するのが有利である。
酸化剤の水溶液のｐＨは０．５〜７、好ましくは１．０〜５．５の範囲内が有利である。何故ならば更に高いｐＨの条件では触媒担体からモリブデンの滲み出し量が増加するからである。
【０００９】
高温でモリブデン酸塩−担体結合体を作用させる間に、有機物質が樹脂に逆に吸着され、これが樹脂の孔および微細孔を塞いでしまう。活性モリブデン酸塩のある場所が被覆されそして触媒活性が著しく低下する。この現象は有機汚染（付着）として知られている。使用されたシロップ中の有機物質（炭化水素、蛋白質および他の有機系汚染物質）は長期間に渡って重合し得る。
【００１０】
樹脂上の有機系堆積物を除くために、樹脂表面から有機物質を脱着する溶剤または溶液と接触させる必要がある。
この溶剤としては水、水に塩および／または酸化剤を溶解した溶液が使用できる。プロパノール、エタノール、メタノール、アセトニトリルまたはグリコールの様な有機系の溶出用溶剤〔Ｙ．Ｐｏｍｅｒａｎｚ，Ｃ．Ｅ．Ｍｅｌｏａｎ，Ｆｏｏｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ：Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ，第３版、Ｃｈａｐｍａｎ ＆ Ｈａｌｌ、ニューヨーク、３４３〜３４４頁、１９９４年およびＣ．Ｓｅａｖｅｒ，Ｊ．Ｐｒｚｙｂｙｔｅｋ，ＬＣ−ＧＣ Ｉｎｔ，８（４）、第１９０〜１９５頁、１９９５年〕も使用できる。種々の溶剤の水含有または水不含の混合物も使用できる。実際、担体表面から有機物質を脱着し得るあらゆる溶剤系が使用できる。
【００１１】
脱着は、好ましくはＭｏの滲出が認められないｐＨで室温または高温にて行うことができる。
浄化操作はこの操作の間にあらゆる時点で実施することができる。Ｍｏ−担体結合体の寿命がこれによって著しく延びる。浄化操作は、酸化剤で活性化処理する前に行うのが有利である。
【００１２】
実施例１、２および３には、触媒の再生後に転化率のレベルが著しく向上されることが示されている。
実施例２には、出発値が２触媒床容量／時の流速での生成物流中のマンノースが２５〜２６% である場合に、再生触媒が最初の活性の１００% を記録し、再生前（２９日間）の所望の転化率が０．５触媒床容量／時の流速でのみ達成できることが示されている。
【００１３】
実施例４、５および６は色々の溶剤で塔中の触媒を浄化すると触媒活性を著しく向上することが実証されている。
再生前に触媒を浄化するのが有利である。
本発明の方法が特に適するエピマー化反応はグリコースからマンノースへのエピマー化である。この方法にとってモリブデン触媒は、２５重量% マンノースを得る流速が０．５触媒床容量／時に減少した時に再生する必要があると一般に考えられている。この段階では触媒は再生工程の間に徐々に消失する濃い暗青色への変色がある。青色の完全な消失は、再生が完了したことおよび触媒へのグルコースの供給を再び開始してもよいことを示している。本発明に適するエピマー化法は多種多様である。
【００１４】
エピマー化反応での反応成分または供給原料は少なくとも１種類のアルドースまたはアルドース類似物を含有している溶液、一般に水性溶液である。アルドースはアルデヒド基を持つ炭化水素である。４つの炭素原子を持つものはテトロースと呼ばれ、５つの炭素原子を持つものはペントースと呼ばれそして６つの炭素原子を持つものはヘキソースと呼ばれ、７つの炭素原子を持つものはヘプトースと呼ばれる等々である。テトロースはエリトロースとトレオースとより成る。ペント−スに含まれるものは、リボ−ス、アラビノ−ス、キシロ−スおよびリキロ−スである。ヘキソースはアロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトースおよびタロースを含有している。群としてのアルドヘキソース類が最も重要であり得るが、エピマーのアルドペントース、リボースおよびアラビノースが本発明の実施にとって重要である。
【００１５】
モリブデン酸塩によるエピマー化反応のための本質的構造単位は
【００１６】
【化１】
【００１７】
であると考えられそして、かゝる単位を有する、アルドース自身以外のあらゆる他の化合物がアルドース類似物と呼ばれ得る。アルドース類似物の他の種類はｎ≧４のｎ−デオキシ−アルドースより成り、即ち炭素原子番号ｎの所に水酸基があるアルドースであり、Ｃ−ｎ（アルデヒド炭素がＣ−１である）は水素原子に交換されている。この種類はラムノース、６−デオキシ−グルコース、４−デオキシ−リクソース、５−デオキシ−アラビノース、４−デオキシ−マンノース、および５−デオキシ−タロースがある。他の種類には、エステルおよび／またはケタールをＣ−ｎ（ｎ≧４）の所で形成するアルドースエステル類およびケタール類が包含される。例にはグルコース−６−アセテート、マンノース−５，６−ジブチラート、４，６−Ｏ−エチリデン−マンノース等が含まれる。他の種類にはウロン酸、即ちＣ−６の所のヒドロキシメチル基がカルボン酸基に転化されているヘキソースおよびアルドウロン酸、例えばグルクロン酸、マンヌロン酸、ガラクトウロン酸等がある。更に他の種類には、６−デオキシ−６−アミノ−アルドースのそれ、即ちＣ−６のヒドロキシル基がアミノ基に交換されているアルドースがある。４、５または６−Ｏ−アルキルアルドースは適するアルドース類似物でもあるグルコシドである。４−、５−または６−デオキシ−ハロアルドースでもある。
【００１８】
他の種類のアルドース類似物はオリゴサッカリド、例えばマルトース、イソマルトース、メリビオース、イソマルトトリオース、パラチノース、ゲンチオビオス、ラミナリビオスがある。
６価モリブデン触媒のための担体は、この目的に関連する従来技術、特に上述の従来技術で示唆される担体から選択できる。特に有利な担体は陰イオン交換樹脂、殊に強塩基性陰イオン交換樹脂、特にマクロ細孔強塩基性陰イオン交換樹脂がある。かゝる強塩基性樹脂は一般に第四アンモニウム官能基を有しており、少なくとも１００℃の温度で安定しているのが有利である。
【００１９】
担体に担持されたモリブデン化合物は、本発明にとって有用なのはあらゆる六価モリブデン化合物である。適する化合物は既に従来に報告されている。有利なモリブデン化合物はモリブデン酸またはそれの塩、例えばモリブデン酸アンモニウムまたは−ナトリウムである。担持触媒は担体を室温において、担体の上に触媒が所望の程度担持されるのに十分な時間、例えば７２時間までモリブデン化合物の水溶液に接触させることによって製造される。担体に接触するモリブデン化合物の溶液のｐＨは０．５〜７、好ましくは１．０〜５．５の範囲内である。担体に担持されるモリブデン化合物触媒の有利な担体量は担体によって色々であるが、簡単な実験によって確かめることができる。所定の担体に担持される量が多過ぎるとは、エピマー化反応の間に担体からモリブデンが溶液中に滲出す量が増加するという欠点があるので、避けるべきである。
【００２０】
サッカライド、例えば触媒に供給される溶液は１０〜６０重量% 、好ましくは２０〜５０重量% の固形分含有量を有している。エピマー化反応は７０〜１６０℃、好ましくは７０〜１００℃の温度および０．５〜７、好ましくは１．０〜５．５の範囲の供給溶液のｐＨ値で実施することができる。
触媒再生段階および洗浄段階は、触媒の最終活性が使用するのに低くなり過ぎる前に、数回繰り返す。それ故に本発明を触媒の有効寿命を著しく延ばし且つそれによってプロセスコストが低減されることは実施例から明らかである。
【００２１】
本発明を以下に実施例によって更に詳細に説明する。
【００２２】
【実施例】
実施例１
使用する樹脂はＤＯＷＥＸ ＭＳＡ−１というマクロ細孔の強塩基性陰イオン交換樹脂である（ＤＯＷＥＸは商標である）。この樹脂を２５０g ／Ｌのモリブデン酸ナトリウムを含有する水溶液に１２時間浸漬する。痕跡量の過酸化水素（０．３g ／Ｌ）をｐＨ３．５のモリブン酸ナトリウム溶液に添加する。担体に担持されるモリブデン酸ナトリウムの量は元素状モリブデンとして１２８．４g ／Ｌ（樹脂）であった。
【００２３】
前記のパラグラフに記載した様に製造された１００ｍＬの担持触媒を４０ｃｍの長さ、２．５ｃｍの直径を有するガラス製カラムに入れる。５０% 濃度（固形分含有量）のグルコース溶液を０．５触媒床容量／時の速度でカラムに供給する。カラムの温度を９０℃に維持しそして供給溶液のｐＨを３．５に維持する。
エピマー化反応生成物は最初に３０重量% （固形分含有量を基準とする）のマンノースを含有しており、１７日の間にこの量が２５% 以下に低下した。この値でグルコースの供給を中止し、青色に見える触媒床を２．０触媒床の１% 濃度過酸化水素溶液にて９０℃で１時間洗浄する。過酸化水素溶液のｐＨは３．５であり、この処理の間に触媒床の青色が消える。次いでグルコース溶液の供給を再び開始しそしてエピマー化生成物中のマンノースの量が再び約３０% に戻る。
【００２４】
実施例２
この実施例では、９７．１% のグルコース、２．１% のＤＰ2 （ジサッカライド類）、０．３% のＤＰ3 （トリサッカライド）および０．５% ≧ＤＰ4 （テトラサッカライドおよび更に高級なサッカライド）を含有するシロップから２５重量% のマンノース含有量のシロップを製造する。
【００２５】
１５．８g のＮａ2 ＭｏＯ4 ・２Ｈ2 Ｏを８０ｍＬの脱イオン水に溶解し、ｐＨをＨ2 ＳＯ4 （９６重量% 、５倍に希釈）で３．５にする。この溶液を、４００ｍＬのＨ2 Ｏで洗浄した５０ｍＬのＤＯＷＥＸ ＭＳＡ−１に添加する。この樹脂を、全てのモリブデン酸塩が結合するまで攪拌する。固着する間にｐＨを継続的に３．５に調整する。
【００２６】
モリブデン酸塩−ＤＯＷＥＸ ＭＳＡ−１結合体をカラム（二重ジャケット付きガラス製カラム）に導入し、９０℃に加熱する。ｐＨ２の４０% （固形分含有量）グルコース溶液をこのカラムに供給する。流速を２５〜２６% のマンノースを含有する溶液を連続的に得るように調整する〔出発時の流速：２触媒床容積／時（ｂｖ／ｈ）〕。２９日後に流速は０．５触媒床容積／時に低下されている。結合体を、糖分が流出液中に検出（屈折率測定）できなくなるまでＨ2 Ｏで洗浄する。次いで５触媒床容積（ｂｖ）の１．５% 濃度Ｈ2 Ｏ2 水溶液を９０℃で２．５ｂｖ／ｈでカラムに供給する。結合体を５ｂｖのＨ2 Ｏで洗浄しそしてエピマー化を継続した後で、２５．６% のマンノースを含有する生成物が２．１ｂｖ／ｈで得られる。
【００２７】
実施例３
３６g のＮａ2 ＭｏＯ4 を１６０ｍＬの脱イオン水に溶解し、ｐＨをＨ2 Ｏで３．５にする。この溶液を、１００ｍＬのＬｅｗａｉｔ(R) ＭＰ−５００（Ｂａｙｅｒ社）が充填されたガラス製カラムに循環供給する。モリブデン酸塩が完全に固着された後に、樹脂を１０ｂｖのＨ2 Ｏで洗浄する。
【００２８】
実施例２の基質を結合体に４０% （固形分含有量）濃度グルコースを９０℃そしてｐＨ２にて通す。最初の流速は２ｂｖ／ｈであり、２５% のマンノースが得られる。２９日後に流速が０．６ｂｖ／ｈに低下し、２５．３% のマンノースを含有する生成物が得られる。この結合体を、糖分が流出液中に検出（屈折率測定）できなくなるまでカラム中でＨ2 Ｏで洗浄しそして５ｂｖの３% 濃度Ｈ2 Ｏ2 溶液で５ｂｖ／ｈで再活性化する。次いで結合体を１０ｂｖのＨ2 Ｏで洗浄しそしてエピマー化を継続すると、２５．６% のマンノースを含有する生成物が１．５ｂｖ／ｈで得られる。
【００２９】
実施例４
実施例２に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリブデン酸塩−Ｄｏｗｅｘ ＭＳＡ−１結合体を製造する。実施条件は実施例２に記載したのと同じである。
第０日で、結合体に供給する基質を止めそして結合体を、糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。温度を室温に下げそして結合体を６日間水中に放置する。次いで結合体を５触媒床溶液の水で洗浄しそしてカラムの温度を９０℃に高め、シロップ（ｐＨ２）を４０% 濃度（固形分含有量）で結合体に通す。
【００３０】
結果を次の表に示す：
第０日は結合体を洗浄する実際の日である。第１日は結合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日である。
【００３１】
実施例５
実施例２に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリブデン酸塩−Ｄｏｗｅｘ ＭＳＡ−１結合体を製造する。実施条件は実施例２に記載したのと同じである。
第０日で、結合体に供給する基質を止めそして結合体を、糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。温度を室温に下げそして結合体を水で夜通し１．０ｂｖ／ｈで洗浄する。その後にカラムの温度を９０℃に高めそしてシロップ（ｐＨ２）を４０% 濃度（固形分含有量）で結合体に通す。
【００３２】
結果を次の表に示す：
第０日は結合体を洗浄する実際の日である。第１日は結合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日である。
【００３３】
実施例６
実施例２に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリブデン酸塩−Ｄｏｗｅｘ ＭＳＡ−１結合体を製造する。実施条件は実施例２に記載したのと同じである。
第０日で、結合体に供給する基質を止めそして結合体を、糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。温度を室温に下げそして結合体を以下の溶剤〔５０% のイソプロパノール／５０% の脱イオン水（ｖ／ｖ）、５０% のエタノール／５０% の脱イオン水（ｖ／ｖ）および５０% のアセトニトリル／５０% の脱イオン水〕にて夜通し１．０ｂｖ／ｈで洗浄する。その後に結合体を５ｂｖの水で洗浄し、カラムの温度を９０℃に高めそしてシロップ（ｐＨ２）を４０% 濃度（固形分含有量）で結合体に通す。
【００３４】
結果を次の表に示す：
第０日は結合体を洗浄する実際の日である。第１日は結合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日である。
【００３５】
第０日は結合体を洗浄する実際の日である。第１日は結合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日である。
【００３６】
第０日は結合体を洗浄する実際の日である。第１日は結合体を洗浄した後に結合体を運転段階に戻した最初の日である。
【産業上の利用分野】
本発明は、触媒の再生、特に担持モリブデン触媒、中でもグルコースの様なサッカライドのエピマー化に使用された担持モリブデン触媒の再生に関する。
【０００２】
【従来技術】
サッカライドのエピマー化反応は良く知られており、特にグルコースを六価モリブデン触媒によりエピマー化してグルコースとマンノースとの平衡状態混合物を得ることは公知である。この反応についての最も最近の文献はＶ．ＢｉｌｉｋによりＣｈｅｍ．Ｚｖｅｓｔｉ、２６、第１８３〜１８６頁（１９７２）にあり、一方１９７７年６月１４日発行された米国特許第４０２９６，８７８号明細書にはこの触媒反応を使用する方法の説明がある。この米国特許には更に、この方法で製造されるマンノースを水素化して医薬品タブレットの成分としておよび甘味料、湿潤剤および化学品中間体としての有用な化合物であるマンニトールを得ることが説明されている。米国特許第４，０２９，８７８号明細書に開示された適する六価モリブデン触媒の例には、モリブデン酸、イソポリモリブデン酸、ヘテロポリモリブデン酸および、ホスホモリブデン酸ナトリウムやシリコモリブデン酸の如き酸塩が含まれる。この米国特許明細書には更に、ヒドロキシルイオンがモリブデン酸塩イオンに交換された陰イオン交換樹脂が触媒として使用できることが説明されている。これの例にはＡＭＢＥＲＬＹＳＴ Ａ−２６（即ちマクロ細孔のスチレン−ジビニルベンゼン−第四陰イオン交換樹脂）に担持されたモリブデン酸が使用されている。
【０００３】
特開昭５５−０７６８９４号公報（ＪＰ５５０７６８９４）には陰イオン交換体繊維に固着されたモリブデン酸塩を使用することが説明されている。モリブデン酸塩−陰イオン交換体繊維結合体の活性が減少した時にエピマー化反応を停止しそして使い尽くされた触媒をアルカリで浸出処理する。有機系の陰イオン交換体繊維に新鮮なモリブデン酸を固着することが新規の活性なモリブデン酸塩−陰イオン交換体繊維結合体を確実にもたらす。
【０００４】
ヨーロッパ特許（Ｂ１）第４００，６４１号明細書にも、モリブデン酸塩が交換された後陰イオン交換樹脂をエピマー化反応の目的で使用することが説明されている。このヨーロッパ特許では方法パラメータが結合したモリブデンの最小量しかエピマー化反応の間に滲出しない様に最適化する。
米国特許第４，０２９，８７８号明細書について批評している特開平４−３６８３４７号公報（１９９２年１２月２１日発行）には、陰イオン交換樹脂、例えばＡＭＢＥＲＬＹＳＴ Ａ−２６に担持されたモリブデン酸は使用している間に余りにも迅速に触媒活性が低下するので、工業的用途に適していない。それにもかかわらずこの特開平に説明された方法はマクロ細孔の強塩基性陰イオン交換樹脂を担体とする担持触媒を用いることを説明している。
【０００５】
上述の全ての触媒は運転中に不所望な活性の低下を生じる。グルコースからマンノースへの所望の転化レベルを保持するために、触媒床を通る流速を次第に低下させる必要がある。
担持されていないモリブデン化合物の代わりに担持されたモリブデン触媒を使用することによる長所は、水性エピマー化生成物中のモリブデンが遙かに少ないという事実であり、そしてこのことは分離量および流出廃棄物の問題が少ないことを意味している。しかしながら担持触媒の活性が徐々に低下することは不利でありそして、活性の低下速度を少なくする様に触媒担体を選択した場合でも、交換しなければならない触媒を使用し続けることがもはや経済的でない程に活性が低下するという時点に到達する。かゝる触媒を用いる方法は、触媒の交換のための中断により、連続的に運転することができない。
【０００６】
【発明の構成】
出願人は、モリブデンが担持されたエピマー化用触媒の活性が触媒を移動する必要なしにその場で再生できる方法を見出した。この方法は完全な連続法ではないけれども、担持モリブデン触媒を使用する上記の方法よりも遙かに連続運転に近い。
【０００７】
それ故に本発明は、サッカライドの水溶液を、担持された六価モリブデン触媒と接触させるサッカライドのエピマー化法において、触媒へのサッカライド水溶液の供給を中断しそして失われた触媒活性を回復するために該触媒を酸化剤で処理する、触媒再生段階を含むことを特徴とする、上記方法に関する。
触媒を酸化剤の水溶液で処理して、サッカライド水溶液を触媒に供給することができるようにするのが有利である。過酸化物はこの方法で使用するための適する酸化剤であり、特に過酸化水素が有利である。０．１〜３０重量% の過酸化水素水溶液を触媒の再生に使用してもよいが、再生用水溶液の過酸化水素含有量が更に多いとより多量のモリブデンが担持触媒から滲み出すことが判っているので、０．１〜５% 濃度溶液を使用するのが有利である。酸化剤の溶液は消耗を避けるために循環システムによって循環してもよい。場合によってはこの溶液を開放ループ系（open loop system) のモルブデン酸塩−イオン交換体結合体にポンプ供給によって通す。
【０００８】
触媒は高温で、好ましくは３０℃から触媒担体がもはや安定でなくなる温度までの範囲で、特に好ましくは４０〜１２０℃、更に好ましくは７０〜９５℃の範囲の温度で処理するのが有利である。
酸化剤の水溶液のｐＨは０．５〜７、好ましくは１．０〜５．５の範囲内が有利である。何故ならば更に高いｐＨの条件では触媒担体からモリブデンの滲み出し量が増加するからである。
【０００９】
高温でモリブデン酸塩−担体結合体を作用させる間に、有機物質が樹脂に逆に吸着され、これが樹脂の孔および微細孔を塞いでしまう。活性モリブデン酸塩のある場所が被覆されそして触媒活性が著しく低下する。この現象は有機汚染（付着）として知られている。使用されたシロップ中の有機物質（炭化水素、蛋白質および他の有機系汚染物質）は長期間に渡って重合し得る。
【００１０】
樹脂上の有機系堆積物を除くために、樹脂表面から有機物質を脱着する溶剤または溶液と接触させる必要がある。
この溶剤としては水、水に塩および／または酸化剤を溶解した溶液が使用できる。プロパノール、エタノール、メタノール、アセトニトリルまたはグリコールの様な有機系の溶出用溶剤〔Ｙ．Ｐｏｍｅｒａｎｚ，Ｃ．Ｅ．Ｍｅｌｏａｎ，Ｆｏｏｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ：Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ，第３版、Ｃｈａｐｍａｎ ＆ Ｈａｌｌ、ニューヨーク、３４３〜３４４頁、１９９４年およびＣ．Ｓｅａｖｅｒ，Ｊ．Ｐｒｚｙｂｙｔｅｋ，ＬＣ−ＧＣ Ｉｎｔ，８（４）、第１９０〜１９５頁、１９９５年〕も使用できる。種々の溶剤の水含有または水不含の混合物も使用できる。実際、担体表面から有機物質を脱着し得るあらゆる溶剤系が使用できる。
【００１１】
脱着は、好ましくはＭｏの滲出が認められないｐＨで室温または高温にて行うことができる。
浄化操作はこの操作の間にあらゆる時点で実施することができる。Ｍｏ−担体結合体の寿命がこれによって著しく延びる。浄化操作は、酸化剤で活性化処理する前に行うのが有利である。
【００１２】
実施例１、２および３には、触媒の再生後に転化率のレベルが著しく向上されることが示されている。
実施例２には、出発値が２触媒床容量／時の流速での生成物流中のマンノースが２５〜２６% である場合に、再生触媒が最初の活性の１００% を記録し、再生前（２９日間）の所望の転化率が０．５触媒床容量／時の流速でのみ達成できることが示されている。
【００１３】
実施例４、５および６は色々の溶剤で塔中の触媒を浄化すると触媒活性を著しく向上することが実証されている。
再生前に触媒を浄化するのが有利である。
本発明の方法が特に適するエピマー化反応はグリコースからマンノースへのエピマー化である。この方法にとってモリブデン触媒は、２５重量% マンノースを得る流速が０．５触媒床容量／時に減少した時に再生する必要があると一般に考えられている。この段階では触媒は再生工程の間に徐々に消失する濃い暗青色への変色がある。青色の完全な消失は、再生が完了したことおよび触媒へのグルコースの供給を再び開始してもよいことを示している。本発明に適するエピマー化法は多種多様である。
【００１４】
エピマー化反応での反応成分または供給原料は少なくとも１種類のアルドースまたはアルドース類似物を含有している溶液、一般に水性溶液である。アルドースはアルデヒド基を持つ炭化水素である。４つの炭素原子を持つものはテトロースと呼ばれ、５つの炭素原子を持つものはペントースと呼ばれそして６つの炭素原子を持つものはヘキソースと呼ばれ、７つの炭素原子を持つものはヘプトースと呼ばれる等々である。テトロースはエリトロースとトレオースとより成る。ペント−スに含まれるものは、リボ−ス、アラビノ−ス、キシロ−スおよびリキロ−スである。ヘキソースはアロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトースおよびタロースを含有している。群としてのアルドヘキソース類が最も重要であり得るが、エピマーのアルドペントース、リボースおよびアラビノースが本発明の実施にとって重要である。
【００１５】
モリブデン酸塩によるエピマー化反応のための本質的構造単位は
【００１６】
【化１】
であると考えられそして、かゝる単位を有する、アルドース自身以外のあらゆる他の化合物がアルドース類似物と呼ばれ得る。アルドース類似物の他の種類はｎ≧４のｎ−デオキシ−アルドースより成り、即ち炭素原子番号ｎの所に水酸基があるアルドースであり、Ｃ−ｎ（アルデヒド炭素がＣ−１である）は水素原子に交換されている。この種類はラムノース、６−デオキシ−グルコース、４−デオキシ−リクソース、５−デオキシ−アラビノース、４−デオキシ−マンノース、および５−デオキシ−タロースがある。他の種類には、エステルおよび／またはケタールをＣ−ｎ（ｎ≧４）の所で形成するアルドースエステル類およびケタール類が包含される。例にはグルコース−６−アセテート、マンノース−５，６−ジブチラート、４，６−Ｏ−エチリデン−マンノース等が含まれる。他の種類にはウロン酸、即ちＣ−６の所のヒドロキシメチル基がカルボン酸基に転化されているヘキソースおよびアルドウロン酸、例えばグルクロン酸、マンヌロン酸、ガラクトウロン酸等がある。更に他の種類には、６−デオキシ−６−アミノ−アルドースのそれ、即ちＣ−６のヒドロキシル基がアミノ基に交換されているアルドースがある。４、５または６−Ｏ−アルキルアルドースは適するアルドース類似物でもあるグルコシドである。４−、５−または６−デオキシ−ハロアルドースでもある。
【００１８】
他の種類のアルドース類似物はオリゴサッカリド、例えばマルトース、イソマルトース、メリビオース、イソマルトトリオース、パラチノース、ゲンチオビオス、ラミナリビオスがある。
６価モリブデン触媒のための担体は、この目的に関連する従来技術、特に上述の従来技術で示唆される担体から選択できる。特に有利な担体は陰イオン交換樹脂、殊に強塩基性陰イオン交換樹脂、特にマクロ細孔強塩基性陰イオン交換樹脂がある。かゝる強塩基性樹脂は一般に第四アンモニウム官能基を有しており、少なくとも１００℃の温度で安定しているのが有利である。
【００１９】
担体に担持されたモリブデン化合物は、本発明にとって有用なのはあらゆる六価モリブデン化合物である。適する化合物は既に従来に報告されている。有利なモリブデン化合物はモリブデン酸またはそれの塩、例えばモリブデン酸アンモニウムまたは−ナトリウムである。担持触媒は担体を室温において、担体の上に触媒が所望の程度担持されるのに十分な時間、例えば７２時間までモリブデン化合物の水溶液に接触させることによって製造される。担体に接触するモリブデン化合物の溶液のｐＨは０．５〜７、好ましくは１．０〜５．５の範囲内である。担体に担持されるモリブデン化合物触媒の有利な担体量は担体によって色々であるが、簡単な実験によって確かめることができる。所定の担体に担持される量が多過ぎるとは、エピマー化反応の間に担体からモリブデンが溶液中に滲出す量が増加するという欠点があるので、避けるべきである。
【００２０】
サッカライド、例えば触媒に供給される溶液は１０〜６０重量% 、好ましくは２０〜５０重量% の固形分含有量を有している。エピマー化反応は７０〜１６０℃、好ましくは７０〜１００℃の温度および０．５〜７、好ましくは１．０〜５．５の範囲の供給溶液のｐＨ値で実施することができる。
触媒再生段階および洗浄段階は、触媒の最終活性が使用するのに低くなり過ぎる前に、数回繰り返す。それ故に本発明を触媒の有効寿命を著しく延ばし且つそれによってプロセスコストが低減されることは実施例から明らかである。
【００２１】
本発明を以下に実施例によって更に詳細に説明する。
【００２２】
【実施例】
実施例１
使用する樹脂はＤＯＷＥＸ ＭＳＡ−１というマクロ細孔の強塩基性陰イオン交換樹脂である（ＤＯＷＥＸは商標である）。この樹脂を２５０g ／Ｌのモリブデン酸ナトリウムを含有する水溶液に１２時間浸漬する。痕跡量の過酸化水素（０．３g ／Ｌ）をｐＨ３．５のモリブン酸ナトリウム溶液に添加する。担体に担持されるモリブデン酸ナトリウムの量は元素状モリブデンとして１２８．４g ／Ｌ（樹脂）であった。
【００２３】
前記のパラグラフに記載した様に製造された１００ｍＬの担持触媒を４０ｃｍの長さ、２．５ｃｍの直径を有するガラス製カラムに入れる。５０% 濃度（固形分含有量）のグルコース溶液を０．５触媒床容量／時の速度でカラムに供給する。カラムの温度を９０℃に維持しそして供給溶液のｐＨを３．５に維持する。
エピマー化反応生成物は最初に３０重量% （固形分含有量を基準とする）のマンノースを含有しており、１７日の間にこの量が２５% 以下に低下した。この値でグルコースの供給を中止し、青色に見える触媒床を２．０触媒床の１% 濃度過酸化水素溶液にて９０℃で１時間洗浄する。過酸化水素溶液のｐＨは３．５であり、この処理の間に触媒床の青色が消える。次いでグルコース溶液の供給を再び開始しそしてエピマー化生成物中のマンノースの量が再び約３０% に戻る。
【００２４】
実施例２
この実施例では、９７．１% のグルコース、２．１% のＤＰ2 （ジサッカライド類）、０．３% のＤＰ3 （トリサッカライド）および０．５% ≧ＤＰ4 （テトラサッカライドおよび更に高級なサッカライド）を含有するシロップから２５重量% のマンノース含有量のシロップを製造する。
【００２５】
１５．８g のＮａ2 ＭｏＯ4 ・２Ｈ2 Ｏを８０ｍＬの脱イオン水に溶解し、ｐＨをＨ2 ＳＯ4 （９６重量% 、５倍に希釈）で３．５にする。この溶液を、４００ｍＬのＨ2 Ｏで洗浄した５０ｍＬのＤＯＷＥＸ ＭＳＡ−１に添加する。この樹脂を、全てのモリブデン酸塩が結合するまで攪拌する。固着する間にｐＨを継続的に３．５に調整する。
【００２６】
モリブデン酸塩−ＤＯＷＥＸ ＭＳＡ−１結合体をカラム（二重ジャケット付きガラス製カラム）に導入し、９０℃に加熱する。ｐＨ２の４０% （固形分含有量）グルコース溶液をこのカラムに供給する。流速を２５〜２６% のマンノースを含有する溶液を連続的に得るように調整する〔出発時の流速：２触媒床容積／時（ｂｖ／ｈ）〕。２９日後に流速は０．５触媒床容積／時に低下されている。結合体を、糖分が流出液中に検出（屈折率測定）できなくなるまでＨ2 Ｏで洗浄する。次いで５触媒床容積（ｂｖ）の１．５% 濃度Ｈ2 Ｏ2 水溶液を９０℃で２．５ｂｖ／ｈでカラムに供給する。結合体を５ｂｖのＨ2 Ｏで洗浄しそしてエピマー化を継続した後で、２５．６% のマンノースを含有する生成物が２．１ｂｖ／ｈで得られる。
【００２７】
実施例３
３６g のＮａ2 ＭｏＯ4 を１６０ｍＬの脱イオン水に溶解し、ｐＨをＨ2 Ｏで３．５にする。この溶液を、１００ｍＬのＬｅｗａｉｔ(R) ＭＰ−５００（Ｂａｙｅｒ社）が充填されたガラス製カラムに循環供給する。モリブデン酸塩が完全に固着された後に、樹脂を１０ｂｖのＨ2 Ｏで洗浄する。
【００２８】
実施例２の基質を結合体に４０% （固形分含有量）濃度グルコースを９０℃そしてｐＨ２にて通す。最初の流速は２ｂｖ／ｈであり、２５% のマンノースが得られる。２９日後に流速が０．６ｂｖ／ｈに低下し、２５．３% のマンノースを含有する生成物が得られる。この結合体を、糖分が流出液中に検出（屈折率測定）できなくなるまでカラム中でＨ2 Ｏで洗浄しそして５ｂｖの３% 濃度Ｈ2 Ｏ2 溶液で５ｂｖ／ｈで再活性化する。次いで結合体を１０ｂｖのＨ2 Ｏで洗浄しそしてエピマー化を継続すると、２５．６% のマンノースを含有する生成物が１．５ｂｖ／ｈで得られる。
【００２９】
実施例４
実施例２に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリブデン酸塩−Ｄｏｗｅｘ ＭＳＡ−１結合体を製造する。実施条件は実施例２に記載したのと同じである。
第０日で、結合体に供給する基質を止めそして結合体を、糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。温度を室温に下げそして結合体を６日間水中に放置する。次いで結合体を５触媒床溶液の水で洗浄しそしてカラムの温度を９０℃に高め、シロップ（ｐＨ２）を４０% 濃度（固形分含有量）で結合体に通す。
【００３０】
結果を次の表に示す：
【００３１】
実施例５
実施例２に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリブデン酸塩−Ｄｏｗｅｘ ＭＳＡ−１結合体を製造する。実施条件は実施例２に記載したのと同じである。
第０日で、結合体に供給する基質を止めそして結合体を、糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。温度を室温に下げそして結合体を水で夜通し１．０ｂｖ／ｈで洗浄する。その後にカラムの温度を９０℃に高めそしてシロップ（ｐＨ２）を４０% 濃度（固形分含有量）で結合体に通す。
【００３２】
結果を次の表に示す：
【００３３】
実施例６
実施例２に例示したのと同じ固着操作を使用して、モリブデン酸塩−Ｄｏｗｅｘ ＭＳＡ−１結合体を製造する。実施条件は実施例２に記載したのと同じである。
第０日で、結合体に供給する基質を止めそして結合体を、糖分が流出液中に検出できなくなるまで水で洗浄する。温度を室温に下げそして結合体を以下の溶剤〔５０% のイソプロパノール／５０% の脱イオン水（ｖ／ｖ）、５０% のエタノール／５０% の脱イオン水（ｖ／ｖ）および５０% のアセトニトリル／５０% の脱イオン水〕にて夜通し１．０ｂｖ／ｈで洗浄する。その後に結合体を５ｂｖの水で洗浄し、カラムの温度を９０℃に高めそしてシロップ（ｐＨ２）を４０% 濃度（固形分含有量）で結合体に通す。
【００３４】
結果を次の表に示す：
【００３５】
【００３６】
Claims (11)
- サッカライドの水溶液を、担持された六価モリブデン触媒と接触させることによるサッカライドのエピマー化法において、触媒へのサッカライド水溶液の供給を中断しそして失われた触媒活性を回復するために該触媒を酸化剤で処理する触媒再生段階を含むことおよび該酸化剤の溶液のｐＨ値が０．５〜７の範囲内であることを特徴とする、上記方法。
- 触媒を過酸化物、特に過酸化水素の水溶液で処理する請求項１に記載の方法。
- 過酸化物の水溶液が０．１〜３０重量% の過酸化水素溶液、特に０．１〜５重量% の過酸化水素溶液である請求項２に記載の方法。
- 触媒を３０℃から触媒担体が最早安定でなくなる温度までの範囲内の温度、好ましくは４０℃〜１２０℃、特に好ましくは７０〜９５℃の範囲内の温度で酸化剤で処理する請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
- 酸化剤の溶液のｐＨ値が１．０〜５．５の範囲内である請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
- エピマー化がグルコースからマンノースへの転化反応である請求項１〜５項のいずれか一つに記載の方法。
- 触媒担体が陰イオン交換樹脂、好ましくはマクロ細孔の強塩基性の陰イオン交換樹脂である請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
- 担体に担持される六価モリブデン化合物がモリブデン酸またはモリブデン酸の塩、例えばモリブデン酸ナトリウムまたは−アンモニウムである請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
- 触媒に供給されるサッカライド溶液が１０〜７０重量% 、好ましくは２０〜５０重量% の固形分含有量を有している請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
- 触媒の再生段階の他に触媒の洗浄段階を含む請求項１に記載の方法。
- 触媒の洗浄段階を水、水に塩および／または酸化剤を溶解した溶液、溶出用有機溶剤またはそれの混合物を用いて行う請求項１０に記載の方法。
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