JP5055112B2

JP5055112B2 - キシリトールの製造方法

Info

Publication number: JP5055112B2
Application number: JP2007505268A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズエヌベミラー; ジョナサンエイスタップレー
Original assignee: Purdue Research Foundation
Current assignee: Purdue Research Foundation
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: DK2314560T3; BRPI0509197B1; CN100556874C; CA2561312C; ATE550313T1; BRPI0509197A; AU2005228888A1; CA2561312A1; US7598374B2; WO2005095314A1; KR20070003973A; EP2314560A1; EP2314560B1; CN1950317A; KR101155936B1; AU2005228888B2; JP2007530597A; EP1727778A1; RU2006137703A; US20050272961A1

Description

発明の詳細な説明

技術分野
この出願は、２００４年３月２６日に提出された米国仮出願第６０／５５６，５７１号「キシリトールの製造方法」の利益を主張するものであり、その全体を本明細書の一部として援用する。

本発明は、キシリトールの製造方法に関する。特に、本発明は、化合物の酸化的脱炭酸を含んでなるキシリトールの製造方法を提供する。

背景技術
キシリトールは、多くの果実および野菜の中に存在し、また正常な代謝の際にヒトの身体内で産生される、天然に存在する五炭糖アルコールである。また、キシリトールは無糖チューインガム、ブレスミントを含む御菓子製品、並びに歯科ケア製品、健康増進製品、医薬製品などの製造に広く使用される重要な工業製品である。

キシリトールはその一定の特徴によって、種々の状況、特に甘味付け食品の製造において魅力的な甘味剤または代用糖になる。例えば、キシリトールは無毒であり、且つ約２．４ｋｃａｌ／ｇの低カロリー含有料でありながら、蔗糖とほぼ同じ甘味を有している。キシリトールは、グルコースとは独立に代謝され、非インスリン依存性糖尿病患者によっても安全に消費されることができ、非常に低い血糖症指数を有し、また糖尿病におけるケトン体生成防止効果を有すると報告されている。キシリトール結晶は溶液の吸熱を有し、口の中で溶けるときに冷感を生じる。また、キシリトールは虫歯抑制的であり、更に虫歯防止効果を有すると信じられており、またプラークを生じる口腔内微小細菌叢によっては利用されないと信じられている。実際に、蔗糖の代りにキシリトールを使用することは、虫歯の減少に関連してきた。全体として、キシリトールは望ましい甘味剤である。

キシリトールは、通常は、種々の天然原料、特にキシラン含有材料を利用するプロセスによって調製される。キシリトールは、米国特許第２，９８９，５６９号、同第３，５５８，７２５号、および同第４，００８，２８５号に開示されたように、へミセルロース（キシランまたはアラビノキシラン）加水分解物から単離されたキシロースの水素化を含む、種々のプロセスによって得てもよい。

へミセルロース加水分解物中のＤ−キシロースの触媒水素化は、今でもキシリトールの主要な工業的供給源である。キシリトールの工業的製造は、主に、ヘミセルロース（キシランおよびアラビノキシラン）の加水分解によって行われる。しかし、キシリトールを製造するためのこれらプロセスの多くは、費用が嵩むかまたは時間を要するので、キシリトールを合成する種々の代替法が提案されてきた。これらには、化学合成プロセス、微生物の使用、および発酵のようなプロセスが含まれる。しかし、これらの開発にもかかわらず、低コストで且つ高純度の製品を生じるように、キシリトールを製造することが必要とされている。また、その製造の際に生じる廃棄物の減少も望まれている。特に、甘味剤としての性質および治療効果に起因して、キシリトールの使用を増大させる観点から、キシリトールを製造する方法が継続して必要とされている。

発明の概要
反応体基質の酸化的脱炭酸を含んでなるキシリトールの製造方法が提供される。好ましくは、この酸化的脱炭酸は、二つの方法のうちの一つで行われる。第一の実施形態において、酸化的脱炭酸は電気化学的プロセス、好ましくは、反応体基質の陽極酸化的脱炭酸によって行われる。第二の実施形態において、反応体基質の酸化的脱炭酸は、１以上の化学反応によって行われる。

キシリトールの製造方法を実施するために、広範な反応体基質を使用することができる。反応体基質は、酸化的脱炭酸反応のための出発物質であることができ、または何れか適切な前駆物質から製造することができる。好ましい前駆体物質は、ピラノース環またはフラノース環構造を含んだウロン酸である。この実施形態の幾つかの側面において、１以上の前駆体物質は、酸化反応、還元反応、または加水分解反応のような１以上の化学反応を経て、適切な反応体基質を生じることができる。

図１は、幾つかの実施形態に従ってキシリトールを製造するための、一般的反応スキーム１０’を示している。この反応スキーム１０’は、ウロン酸部分を含んだ反応体基質５０’を準備（provide）する工程と、該反応体基質を酸化的に脱炭酸する工程５５’とを具備している。適切な反応体基質には、一定の反応条件下で望ましい脱炭酸反応を受けるウロン酸含有反応体基質が含まれる。一つの実施形態において、キシリトールを調製する方法は、ウロン酸部分を含む反応体基質５０’を準備することと、適切な反応体基質の電気化学的な酸化的脱炭酸によって前記反応体基質を酸化的に脱炭酸すること５５’を含んでいる。好ましくは、前記反応体基質は、ピラノース環もしくはフラノース環構造のウロン酸部分を含んでいる。別の実施形態において、キシリトールを製造する方法は、ウロン酸部分を含む反応体基質５０’を準備する工程と、適切な反応体基質の化学的な酸化的脱炭酸によって前記反応体基質を酸化的に脱炭酸する工程５５’とを具備する。好ましくは、第二の実施形態の反応体基質は、Ｌ−グロン酸部分を含んでいる。

この酸化的脱炭酸工程５５’は、キシリトール中間体化合物６０’を生じるか、或いは、キシリトール、またはキシリトールの製造に有用なもう一つの化合物を生じる。種々のキシリトール中間体化合物を製造することができ、第一の実施形態に従って製造された該キシリトール中間体化合物は、第二の実施形態に従うプロセスに従って製造されたキシリトール中間体化合物と同じであっても異なってもよい。反応体基質５０’は、出発物質として提供されてもよく、または１以上の前駆体材料から得られてもよい。

図１において、キシリトールを製造する方法１０’は、更に、出発材料２０’を準備する工程と；該出発材料２０’を化学的に修飾して、第一の前駆体材料３０’を準備する工程と；該第一の前駆体材料３０を化学的に修飾して、第二の前駆体材料４０’を得る工程３５’と；該第二の前駆体材料４０’を化学的に修飾して、反応体基質５０を得る工程４５’とを具備する。キシリトール中間体６０’を化学的に修飾して、キシリトール７０’を含んだ反応生成物を製造する。好ましくは、この反応生成物は、キシリトールの少なくとも２０％の理論収率でキシリトールを含んでいる。出発材料、前駆体材料またはキシリトール中間体の化学修飾は、酸化反応、還元反応、加水分解、または縮合反応を含んだ、これら材料の化学構造を修飾する何れか適切な反応または一連の反応を示すことができる。

第一の実施形態の好ましい一つの側面において、キシリトールを製造する方法は、Ｄ−グルクロン酸反応体基質、Ｄ−フルクトフラノシルウロン酸反応体基質、またはＬ−グロン酸反応体基質を電気化学的に酸化的脱炭酸して、キシリトール中間体を製造する工程を具備している。好ましくは、該方法は、陽極酸化による酸化的脱炭酸により反応体基質を酸化的に脱炭酸する工程を含んでおり、ここでの反応体基質は、グリコシド、オリゴ糖、多糖、Ｄ−グルクロン酸塩の１−ホスフェートまたはグルコシルフルオライドからなる群から選択される。この酸化的脱炭酸工程は、キシリトール中間体化合物を生じる。該キシリトール中間体は、好ましくはジアルデヒド構造またはジカルボニル構造であり、好ましくは、これは続いて水素化触媒および水素ガスを用いて還元されて、キシリトールを含んだ生成物を生じる。

第二の実施形態の一つの好ましい側面において、キシリトールを製造する方法は、Ｄ−グルクロン酸反応体基質を酸化的に脱炭酸して、Ｄ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオースのようなジアルデヒドキシリトール中間体を生じる工程を具備している。この酸化的脱炭酸工程は、第一のキシリトール中間体化合物、好ましくはジアルデヒド構造またはジカルボニル構造を生じる。第二の実施形態のもう一つの好ましい側面において、キシリトールを製造する方法は、Ｌ−グロン酸反応体基質を酸化的に脱炭酸して、Ｌ−キシロースのようなキシリトール中間体を生じ、第二のキシリトール中間体、好ましくはジアルデヒド構造またはジカルボニル構造を生じる工程を具備する。好ましくは、第二の実施形態の全ての側面において、キシリトール中間体は、例えば還元／脱水素反応によって更に化学的に就職され、キシリトールを含む反応生成物を生じる。

好ましい実施形態の詳細な説明
量に関して使用する「約」または「実質的に」の語は、記載した量に対して均等な範囲での記載された量の変動、例えば、意図した目的または機能にとって、記載した量とは非実質的にのみ異なる量を意味する。「約」または「実質的に」の語によって修飾された量または関係の変動は、当業者に読まれるこの明細書に含まれた一般的ガイドラインに基づく変動を含んでいる。

ここで使用する「Ｄ−フルクツロフラノシル酸化合物」および「Ｄ−グルクロノピラノシル酸化合物」への言及には、他に特定しない限り、そのグリコシド、ポリマーもしくはオリゴマーおよび誘導体、並びにその塩が含まれる。

ここで用いる「Ｄ−グルクロン酸化合物」への言及には、保護された還元性末端を備えたそのグリコシド、ポリマーまたはオリゴマー、並びにその誘導体および塩が含まれる。

ここで使用する「グルコピラノース化合物」への言及には、α−、β−およびα，β−フルクトフラノースのグリコシド、ポリマーまたはオリゴマー、並びにその誘導体および塩が含まれる。

ここで使用する「フルクトフラノース化合物」への言及には、α−、β−およびα，β−フルクトフラノースのグリコシド、ポリマーまたはオリゴマー、並びにその誘導体および塩が含まれる。

ここで用いる「グルコピラノシドウロン酸化合物」への言及には、α−、β−およびα，β−グルコピラノシドウロン酸のグリコシド、ポリマーまたはオリゴマー、並びにその誘導体および塩が含まれる。

「出発材料」の用語は、酸化的脱炭酸反応に先立って、キシリトルの製造法方において最初に提供される化学物質を意味する。出発材料は、酸化的脱炭酸反応のための前駆体物質を製造するために化学的に修飾することができ、或いは、酸化的脱炭酸反応のための反応体基質であることができる。

「前駆体物質」の用語は，出発材料の化学的修飾の生成物、またはもう一つの前駆体物質の化学的修飾の生成物を意味する。

「反応体基質」の用語は、酸化的脱炭酸を受けてキシリトール中間体またはキシリトール生成物を生じる化学物質を意味する。幾つかの側面において、前記出発材料は反応体基質であることができる。「ウロン酸反応体基質」は、少なくとも一つのウロン酸部分を含んでなる反応体基質である。

ここで使用する「ウロン酸化合物」の用語は、ウロン酸（その一定のグリコシド，ポリマーまたはオリゴマー、並びにその対応する塩を含む）を含んでなる化合物を意味する。ウロン酸化合物、またはその誘導体および塩は、好ましくは、キシリトールのジアルデヒド中間体、またはその誘導体および塩に変換されることができる。
＜電気化学的な酸化的脱炭酸を含むキシリトール合成＞

図１に概略的に示した第一の実施形態において、キシリトールを製造する方法は、電気化学的手段によって、好ましくは反応体基質の酸化的脱炭酸によって行われる酸化的脱炭酸工程を含んでいる。キシリトール合成における電気化学的脱炭酸の使用は、多くの利点を有している。特に、少数の化学試薬しか含まれず、反応は高度に選択的であることができ、従って生成物の精製がより簡単であることが多い。更に、典型的には最小限の廃物流しか存在せず、副生成物は無視することができ、典型的には、電気化学的脱炭酸プロセス後に消費される試薬は最小限である。

適切な反応体基質に変換され得るいかなる出発材料も、出発材料または前駆体材料として使用することができるが、グルコピラノース化合物（１）は、図２に示した両方のプロセスのための出発材料として使用される。グルコピラノース化合物（１）は、好ましい反応体基質を形成するために、何れかの適切な酸化反応方法によって、グルコピラノシドウロン酸化合物（２ａ）へと酸化（ａ）することができる。出発材料または前駆体材料は、６位の酸素において置換されていない何れかのＤ−グルクロノピラノシル基、または環位置の酸素において置換されないＤ−フルクツロノフラノシル基を含むことができる。反応体基質（２ａ）は、好ましくは天然の材料、または酸化反応（ａ）によって製造されたＤ−グルクロン酸の塩、またはそのグリコシド、オリゴマーもしくはポリマーである。反応体基質（２ａ）は、任意に、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウム、および／またはマグネシウム塩の形態で準備することができる。

前駆体材料（１）の反応体基質への酸化反応（ａ）は、当該技術において既知の方法によって達成してよく、これには、白金、安定なニトロキシル基（例えば再生を伴うＴＥＭＰＯ）のような触媒上での空気／Ｏ₂酸化、電気化学的再生を伴う遷移金属酸化、および電気化学的酸化が含まれるが、これらに限定されない。Ｄ−グルコピラノシル化合物のＤ−グルクロノピラノシル単位への酸化において使用するための適切な酸化反応（ａ）は、その全体を本明細書の一部として援用する下記の参照文献中に記載されている：K. Heyns et al, "Selective catalytic oxidation of carbohydrates, employing platinum catalysts", advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry,17,169-221 (1962); T Yamada etal., "Air oxidation of cyclodextrin with a platinum catalyst",Journal of applied Glycoscience, 47,21-26 (2002); P. L. Bragd etal.,"Selective oxidation of carbohydrates by 4-AcNH-TEMPO/peracid systems", Carbohydrate Polymers, 49,397-406 (2002); K. Yasuda etal.,"The simultaneous use of immobilized reagents for the one-pot conversion of alcohols to carboxylic acids", Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions, 1, 1024-1025 (2002)。

グルコピラノシドウロン酸（２ａ）は、キシリトール中間体（３）を形成するための電気化学的脱炭酸（ｃ）を受ける反応体基質として使用することができる。或いは、グルコピラノシドウロン酸（２ａ）は、加水分解（ｂ）を受けてＤ−グルクロン酸（２ｂ）反応体基質を形成するための、前駆体物質として使用することができる。グルコピラノシドウロン酸化合物の加水分解（ｂ）は、α−および／またはβ−グルクロノシダーゼ（または両者の混合物）、または熱と共に酸を使用して、Ｄ−グルコン酸を放出することにより行ってよい。グルクロン酸は、イオン交換クロマトグラフィーまたは電気透析によって、何れかの非イオン性糖類から分離されてよい。何れの反応法においても、反応体基質（例えばグルコピラノシドウロン酸化合物（２ａ）またはＤ−グルクロン酸（２ｂ））上のカルボキシ部分は、電気化学的脱炭酸（ｃ）を受けて、キシリトール中間体（３）を形成する。図２に示した両方のプロセスにより生成したキシリトール中間体は、Ｄ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオース（ｄ）を含んでいる。好ましくは、該キシリトール中間体（３）は、ジアルデヒドキシリトール中間体である。

電気化学的な酸化的脱炭酸（ｃ）の工程を行うための適切な反応体基質は、好ましくは、ピラノース環構造またはフラノース間構造のウロン酸を含んでいる。反応体基質は、アルドン酸またはサッカリン酸のような炭水化物酸であることができるが、ウロン酸を含む反応体基質が好ましい。より詳細に言えば、反応体基質は、好ましくは、Ｄ−グルクロン酸塩およびＤ−フルクツロノフラノシル酸のグリコシド、オリゴ糖、多糖、１−リン酸塩、またはグリコシルフルオライドからなる群から選択される化学的部分を含む。好ましい反応体基質の例は、グルコピラノシドウロン酸化合物（２ａ）またはＤ−グルクロン酸化合物（２ｂ）として図２に示されている。

反応体基質の酸化的脱炭酸の工程（ｃ）は、好ましくは、反応体基質の電気化学的な酸化的脱炭酸によって行われる。反応体基質は、好ましくは、遊離化合物またはアルコールもしくはもう一つの分子にグリコシド結合したものとしての、イオン化形態（即ち、塩）である。キシリトール中間体（３）を生じるための適切な酸化的脱炭酸（ｃ）反応は、Hofer-Moest 反応（Hofer and Moest, Annalen, 1902, 828, 284）のような酸化的脱炭酸反応である。このHofer-Moest反応は、例えば、Kruis and Schanzer, Z physikal. Chem., 1942,191, A, 301. Neuberg（Biochemische Zeitschrift 7 (1908) 537）に記載されている。Ｄ−グルコン酸のＤ−アラビノースへの脱炭酸は、経済的に重要な反応として研究されてきており、また該プロセスのための連続フロー反応器が開発されている。次の参照文献の全体を、本明細書の一部として援用する：Pergola etal., Electrochimica Acta 39 (1994) 1415; Pezzatini et al. Electroanalysis 4 (1992) 129; and Vallieres andMatlosz, Journal of the Electrochemical Society 146 (1999) 2933。

反応体基質を脱炭酸するための装置は、好ましくは、電気化学的セルを具備する。陽極酸化的な脱炭酸反応（ｃ）は、電気化学的セルを使用して実行することができる。電気化学的セルの陽極は、何れかの適切な材料で形成されてよいが、好ましくは、充填床、流動床、または多孔性陽極としての、分光学低グラファイト、熱分解炭素、ワックス含浸グラファイト、ガラス状炭素、分散グラファイト、分散炭素質材料、炭素布、コークス、または白金で形成される。その全体を本明細書の一部として援用する米国特許第４，９５０，３６６号は、酸化的脱炭酸反応（ｃ）を実施するために使用できる、Ｄ−グルコン酸を脱炭酸してＤ−アラビノースを生じるための装置を開示している。前記電気化学的セルは、好ましくは電気化学的セルの陽極を含んでおり、そこにおいて酸化的脱炭酸反応（ｃ）が生じると思われる。好ましくは、該陽極の表面積は大きく、多くの炭素質材料、白金、または他の材料で製造することができる。出発材料と陽極との間の接触は脱炭酸を誘起し、これは二酸化炭素の放出およびキシリトール中間体（３）の形成をもたらす。好ましくは、前記電気化学的セルは更に陰極を具備し、そこでは電気化学的セル内で還元を生じることができる

電気化学的な酸化的脱酸化は、反応体基質を含む溶液が、電圧が印加される電気化学的セルの陽極に接触するときに生じると思われる。理論に拘束されることなく、グルコピラノシドウロン酸化合物の脱炭酸は、炭素５において炭素陽イオン（カルボニウムイオン）の形成を生じると思われ、これはカルボキソニウムイオン（環酸素原子を含む）として安定化される。この中間体への水酸化イオンまたは水分子の付加は、ヘミアセタールを形成することができ、これは水性環境で開いて、アルデヒド（炭素５）および炭素１においてヘミアセタールを形成する。後者はアルデヒドに分解し、ジアルデヒドを形成する。

電気化学的酸化法の他の例は、その全体を本明細書の一部として援用する下記の参照文献中に記載されている： Schuurman et al., Studies in Surface Science and Catalysis, 72 (1992) 43; Applied Catalysis A: General 89 (1992)31, 47 and references therein; P. L. Bragd, A. C. Besemer, and H. van Bekkum, Carbohydrate Polymers 49 (2002) 397-406; Matsuoka etal., Fuel Cells 2 (2002) 35.

グルコピラノシドウロン酸（２ａ）またはＤ−グルクロン酸（２ｂ）のような反応体基質の電気化学的脱炭酸（ｃ）を実行すると、Ｄ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオース（ｄ）のようなキシリトール中間体（３）を生じる。キシリトール中間体（３）のその後の１以上の化学的修飾、例えば還元−水素化反応（ｅ）は、キシリトール（４）を含む生成組成物を生じる。非イオン性のキシリトール中間体（３）は、例えば陰イオン交換クロマトグラフィーまたは電気透析によって、未反応の出発材料（２）から分離されてよい。キシリトール中間体（３）の還元は、当該技術において既知の何れか適切な方法によって行えばよく、該方法には触媒水素化が含まれるが、これに限定されない。有効な触媒には、ルテニウムおよびニッケルが含まれる。特に、支持されたルテニウム触媒およびラネーニッケルを使用してよい。一つの側面において、キシリトール中間体（３）は、水素およびルテニウム（その全体を本明細書の一部として援用するＷＯ特許出願第２００４０５２８１３号）、ニッケル（その全体を本明細書の一部として援用する米国特許第４，００８，２８５号）または他の既知の水素化触媒で還元して、キシリトール（４）を製造してもよい。この水素化は、約７０℃〜約１５０℃の温度、および約０．１〜約１０ＭＰａＨ₂の圧力でルーチンに行われる。或いは、電気化学的還元を使用してもよい（その全体を本明細書の一部として援用するTaylor, Chemical and Metallurgical Engineering, Vol. 44 (1937) 588）。Ｄ−フルクツロノフラノシル酸の脱炭酸によって得られた中間体の還元は、キシリトールおよびＤ−アラビニトールの混合物を生じる。キシリトールは結晶化によって回収することができる（その全体を本明細書の一部として援用するDe Faveri et al., Journal of Food Engineering 61 (2004) 407）。

図３は、図２の反応スキームによるキシリトールを製造する方法に従って使用できる、種々の化合物のための詳細な化学反応スキームを示している。出発材料または前駆体材料（１）は、電気化学的な酸化的脱炭酸（ｃ）を受ける反応体基質（２）を形成するように、化学的に変化されることができる如何なる適切な化合物であってもよい。上記で述べたように、適切な出発材料または前駆体材料は、６位の酸素において非置換の何れかのＤ−グルクロノピラノシル基またはＤ−フルクツロノフラノシル基を含むことができる。反応体基質へと変換される出発材料（１）または前駆体材料（適用可能であれば）は、好ましくは、天然材料または酸化によって製造されたものとしてのＤ−グルクロン酸の塩（図２における１）、またはそのオリゴマーもしくはポリマーである。前駆体材料または出発材料として有用な適切な天然材料の二つの例は、グルコオランおよびグルクロナン（グルクロン酸の天然に存在するポリマー）である。他の適切な出発材料（１）化合物には、グルコシド（Ｒ＝アルキルまたはアリール基）、マルト−もしくはセルロ−オリゴ糖もしくは多糖（Ｒおよび／またはＲ’基の一つ＝Ｄ−グルコピラノシル単位、他のＲ’基＝Ｈ）、Ｄ−グルコピラノシルホスフェート（Ｒ＝ホスフェート）、Ｄ−グルコピラノシルフルオライド（ＯＲ＝Ｆ）、または蔗糖（Ｒ＝Ｄ−フルクトフラノシル単位）のような、グリコシド結合におけるＤ−グルコピラノシル単位を備えた化合物が含まれる。この出発材料（１）は、炭素番号１において、アルファ配置またはベータ配置を有してよい。或いは、２，１−結合したＤ−フルクトフラノシル単位を含むオリゴ糖および多糖が、出発材料として働いてもよい。もう一つの側面において、２，１−結合したフルクタンまたはそれから得られたオリゴマーの酸化によって製造された、Ｄ−フルクトフラノシル含有化合物の塩、またはその２，１−結合したオリゴマーもしくはポリマーもまた、該反応シーケンスの反応体基質として働くことができる。

図３において、出発材料（１）は、図２の反応スキームに関して上記で説明したように、適切な反応体基質（２）へと変換される。反応体基質（２）において、グリコシドのアグリコン（Ｒ）は、好ましくは、アルキルもしくはアリールアルコール、糖、およびグルコピランウロノシル単位（オリゴもしくはポリグルクロン酸）、またはグルクロノピラノシル単位の炭素１のための結合保護基からなる群から選択される化学的部分である。キシリトール中間体化合物（３）を生じるための酸化的脱炭酸（ｃ）、およびキシリトール生成物（４）を生じるための還元水素化（ｅ）を含む、図３の化学反応スキームにおける残りの工程は、図２に示した反応スキームに記載したようにして実行される。好ましくは、反応体基質はウロン酸であり、キシリトール中間体（３）はジアルデヒドキシリトール中間体である。

第一の実施形態の第一の好ましい側面において、キシリトールを調製する方法は次の工程を具備する：Ｄ−グルコピラノシルを含有する出発材料を準備する工程；該Ｄ−グルコピラノシルを含有する出発材料を何れか適切な方法で酸化して、Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含む反応体基質を形成する工程；このＤ−グルクロノピラノシル部分を含む反応体基質を電気化学的に脱炭酸して、キシリトール中間体を形成する工程；該キシリトール中間体を手何れか適切な方法で還元および水素化して、キシリトールを製造する工程。好ましくは、該酸化的脱炭酸は、陽極電気化学的プロセスによって行われる。また好ましくは、キシリトール中間体は非イオン性種である。一つの側面において、キシリトール中間体は、Ｄ−キシロ−ペント−１，５−ジオースである。

第一の実施形態のもう一つの好ましい側面において、キシリトールを調製する方法は次の工程を具備する：Ｄ−グルコピラノシルを含有する出発材料を準備する工程；該Ｄ−グルコピラノシル含有出発材料を何れかの適切な方法で酸化して、Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含む前駆体材料を形成する工程；該Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含む前駆体材料を何れか適切な方法で加水分解して、Ｄ−グルクロン酸部分を含む反応体基質を形成する工程；該Ｄ−グルクロン酸部分を含む反応体基質を電気化学的に脱炭酸して、キシリトール中間体を形成する工程；該キシリトール中間体を何れか適切な方法で還元および水素化して、キシリトールを製造する工程。好ましくは、この酸化的脱炭酸は、陽極電気化学的プロセスによって行われる。また、好ましくは、該キシリトール中間体は非イオン性種である。一つの側面において、該キシリトール中間体はＤ−キシロ−ペント−１，５−ジオースである。

第一の実施形態の第三の好ましい側面において、キシリトールを調製する方法は次の工程を具備する：６−酸素位置において置換されていないＤ−フルクツロノフラノシル含有出発材料を準備する工程；該Ｄ−フルクトフラノシル含有出発材料を何れか適切な方法で酸化して、Ｄ−フルクツロノフラノシル部分を含む反応体基質を形成する工程；該Ｄ−フルクツロノフラノシル部分を含む前駆体材料を加水分解する工程；および該Ｄ−フルクツロフラノシル部分を含む前駆体材料を酸化的に脱炭酸して、キシリトールを製造する工程。好ましくは、この酸化的脱炭酸は、陽極電気化学プロセスによって行われる。

第一の実施形態の一定の好ましい側面を特定の分子構造に関して提示したが、他の多くの反応体基質、前駆体材料および出発材料も想定される。例えば、電気化学的脱炭酸は、他の前駆体材料を生じるために、ウロン酸部分を含む如何なる化合物にも適用できるであろう。Ｄ−グルコピラノシル単位を含む化合物が酸化されるのと同じ方法で、一級アルコール基（イヌリン、イヌリンオリゴ糖、または他の１，２−結合フルクタンの炭素−６）の酸化によって得られる２，１−結合したＤ−フルクトフラノシルウロン酸単位は、フランの炭素陽イオン（カルボニウムイオン）に導く基本的な同じ一連の反応を受け得る。その後のＯＨの付加、開環および放出は、キシリトールおよびＬ−アラビニトールの混合物へと還元され得る中間体を生じる。Ｌ−アラビニトールの異性体化は、アルジトールエピマーの混合物を生じるが、キシリトールはそのうちの一つである（両方ともその全体を本明細書の一部として援用する米国特許第５，７１４，６０２号および同第６，４５８，５７０号）。また、キシリトールは、他の五炭糖から生化学的に形成されてもよい（ヨーロッパ特許第４２１８８２号、米国特許第６，３０３，３５３号および同第６，３４０，５８２号、日本特許第２００４０２４１４０号）。

第一の実施形態の一つの側面において、キシリトールを調製する方法は次の工程を具備する：６−酸素位置において非置換のＤ−フルクツロノフラノシルを含有する出発材料を準備する工程；該Ｄ−フルクツロピラノシル含有出発材料を何れか適切な方法で酸化して、Ｄ−フルクツロノフラノシル化合物を形成する工程；該前駆体材料を脱炭酸して、キシリトール中間体およびＤ−アラビニトールを形成する工程；および該キシリトール前駆体をＤ−アラビニトールと共に還元して、キシリトールを製造する工程。好ましくは、この酸化的脱炭酸は陽極電気化学的プロセスによって行われる。
＜化学的な酸化的脱炭酸を含んでなるキシリトール合成＞

図４に概略的に示した第二の実施形態において、キシリトールを製造するためのプロセスは、１以上の化学反応によって行われる酸化的脱炭酸工程を具備している。第二の実施形態に従って反応基質の酸化的脱炭酸を行うために、種々の化学反応を使用することができる。

化学反応を使用して脱炭酸工程を行うことを含んでなるキシリトールを調製するプロセスが、図４に概略的に提示されている。図４は、第二の実施形態内において、キシリトールを調製するための二つの代替的プロセスを描いている。第一の側面において、キシリトールは、化学的脱炭酸（ｃ２）を受けるＤ−グルクロン酸反応体基質（３０）から製造される。第二の側面において、キシリトールはＬ−グロン酸反応体基質（６０）から製造され、これは化学的脱炭酸（ｇ２）を受けてキシリトール中間体を形成する。この製造されるキシリトール中間体は、何れの反応体基質が使用されるかに依存する。第一の側面においては、Ｄ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオース（ｄ２）キシリトール中間体（４０）が製造される。第二の側面においては、Ｌ−キシロース（ｈ２）キシリトール中間体（７０）が製造される。キシリトール中間体（４０）（７０）は、水素化還元反応（ｅ２）によって還元することができる。

反応体基質または前駆体材料として使用できる、適切な反応体基質に変換され得る何れか適切な出発材料が使用される。グルコピラノース化合物（１０）が、図４のプロセスのための出発材料として示されている。該出発材料は、第一の実施形態のキシリトール合成法に関して説明した何れか適切な酸化反応法にりグルコピラノシドウロン酸化合物（２０）に酸化され（ａ２）て、前駆体材料または反応体基質を形成する。前駆体材料（１０）のグルコピラノシドウロン酸前駆体材料（２０）への酸化反応（ａ２）は、当該技術において既知の方法によって達成することができ、この方法には、白金、安定なニトロキシル基（例えば再生を伴うＴＥＭＰＯ）のような触媒上での空気／Ｏ₂酸化、電気化学的再生を伴う遷移金属酸化、および電気化学的酸化が含まれるが、これらに限定されない。Ｄ−グルコピラノシル化合物のＤ−グルクロノピラノシル単位への酸化において使用するための適切な酸化反応（ａ２）は、その全体を本明細書の一部として援用する下記の参照文献中に記載されている：K. Heyns et al, "Selective catalytic oxidation of carbohydrates, employing platinum catalysts", advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry,17,169-221 (1962); T Yamada etal., "Air oxidation of cyclodextrin with a platinum catalyst",Journal of applied Glycoscience, 47,21-26 (2002); P. L. Bragd etal.,"Selective oxidation of carbohydrates by 4-AcNH-TEMPO/peracid systems", Carbohydrate Polymers, 49,397-406 (2002); K. Yasuda etal.,"The simultaneous use of immobilized reagents for the one-pot conversion of alcohols to carboxylic acids", Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions, 1, 1024-1025 (2002)。

グルコピラノシドウロン酸（２０）は、反応体基質またはもう一つの前駆体材料に変換できる前駆体材料として使用することができる。このグルコピラノシドウロン酸（２０）は、該グルコピラノシドウロン酸前駆体材料（２０）の加水分解（ｂ２）によって、Ｄ−グルクロン酸（３０）に変換することができる。グルコピラノシドウロン酸前駆体材料（２０）の加水分解（ｂ２）は、何れか適切な方法、例えばαおよび／またはβ−グルクロノシダーゼのような酵素を使用することによって、または熱と共に酸を使用することによって行うことができる。グルクロン酸（３０）は、イオン交換クロマトグラフィーによって、何れの非イオン性糖類からも分離することができる。

Ｄ−グルクロン酸（３０）は、反応体基質として働くことができ、化学的脱炭酸（ｃ２）を受けることができる。或いは、このＤ−グルクロン酸（３０）は、好ましくは、その後に適切な水素化反応により還元（ｆ２）されてＬ−グロン酸（６０）反応体基質を形成する前駆体材料として働く。Ｄ−グルクロン酸反応体基質（３０）は、当該技術において既知の方法により還元されてもよい。適切な水素化還元反応は、水素に加えて、例えば図２におけるキシリトール中間体（４）の還元（ｅ２）について上述したような、水素化触媒の使用を含むものである。

Ｄ−グロン酸反応体基質（３０）は、第一のキシリトール中間体（４０）（Ｄ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオース（ｄ２））を生じるために、何れか適切な種類の化学的な酸化的脱炭酸（ｃ２）を受けてもよい。同様に、Ｌ−グロン酸反応体基質（６０）は、第二のキシリトール中間体（h2）（Ｌ−キシロース）を生じるために、何れか適切な種類の酸化的脱炭酸（ｇ２）を受けてもよい。酸化的脱炭酸反応は、典型的には、二酸化炭素の放出およびキシリトール中間体（例えばＤ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオース（ｄ２）またはＬ−キシロース（ｈ２））の形成をもたらす。これらの非イオン性キシリトール中間体（４０）および（７０）は、陰イオン交換クロマトグラフィーによって、未反応の出発材料から分離されてよい。

種々の化学反応を使用して、反応体基質（３０）に対して酸化的脱炭酸（ｃ２）（ｇ２）を行うことができる。化学的な酸化的脱炭酸の適切なアプローチの例には、下記のうちの１以上が含まれるが、これらに限定されない：一次酸化剤を伴った遷移金属イオン触媒の使用；次亜塩素酸塩／次亜塩素酸の使用；光化学的Ｈｏｆｅｒ−Ｍｏｅｓｔ反応；および超臨界水の使用。

一つの側面において、化学的な酸化的脱炭酸は、次亜塩素酸塩／次亜塩素酸を使用して行われる。好ましくは、化学的な酸化的脱炭酸は、α−ヒドロキシ酸位置を含んでなる反応体基質、例えばＤ−グルクロン酸またはＬ−グロン酸に対して行われる。糖酸のアミドもまた、次亜塩素酸塩から脱炭酸されることができる（ホフマン分解）。このホフマン分解もまた、グルクロノシドの脱炭酸のために使用することができる。次亜塩素酸塩／次亜塩素酸を使用した炭水化物の酸化的脱炭酸についての更なる詳細は、本明細書の一部として援用する参照文献（R. L. Whistler etal,"Preparation of D-arabinose and D-glucose withhypochlorite,"Journal of the Amercan Chemical Society, 81,46397(1981)）に見ることができる。

また、化学的な酸化的脱炭酸は超臨界水を使用して行うこともでき、例えば、その全体を本明細書の一部として援用する、V. Di Tullio et al.による"Superctitical water refining of petroleum residues and simultaneous hydrolysis-decarboxylation of waste glycerides, fats and proteins"、ＰＣＴ国際出願ＷＯ２００２／７４８８１（国際出願日２００２年９月２６日）（Chemical Abstracts 137,265376 (2002)）に記載されている通りである。

もう一つの側面において、化学的な酸化的脱炭酸は、繊維金属イオン触媒、例えば、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩＩ）、Ａｇ（Ｉ）、Ｂｉ（ＩＩＩ）／Ｂｉ（０）、および該触媒を再生するためにこれらと１次酸化剤（例えば過酸化水素、次亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩／臭化物、次亜臭素酸塩、二酸化塩素、酸素、オゾン、パーオキシナイトライト、過硫酸、または臭素）との錯体を使用して行われる。

好ましくは、キシリトールを製造する方法は、銅遷移金属イオン触媒、例えばＣｕ（ＩＩ）触媒を何れか適切な１次酸化剤と組合せて使用して、化学的な酸化的脱炭酸を実行することを含んでいる。例えば、Ｒｕｆｆ分解法は、好ましくは、酸性糖のＲｕｆｆ分解のための鉄ではなく銅イオンを使用して行うことができる。一つの側面においては、脂肪族およびα−ヒドロキシ酸の有機溶媒中でのＣｕ（Ｉ）／酸素脱炭酸を使用することができる。もう一つの側面においては、α−ヒドロキシ酸を脱炭酸してアルデヒドおよびケトンを生じさせるために、過ヨウ素酸およびテルル酸のＣｕ（ＩＩＩ）塩を使用することができる。Ｒｕｆｆ分解は、W. Pigrnan et al.,"The Carbohydrates", Academic Press, New York, 2nd Ed., Vol. IA (1972), Vol. IB (1980)に記載されており、その炭水化物の酸化的脱炭酸に関連する部分を本明細書の一部として援用する。

化学的な酸化的脱炭酸はまた、上記で述べた適切な一次酸化剤、例えば、本明細書の一部として援用するY. R. Rao et al, "Kinetics of ruthenium (III)- catalyzed oxidative decarboxylation of some aliphatic acids by ceric sulfate", Proceedings of the National Symposium on Catalysis, 4th, 341-346（Chemical Abstracts 94,46397 (1981)）に記載されたものと組み合わせて、Ｒｕ（ＩＩＩ）触媒を使用して行うこともできる。

或いは、化学的な酸化的脱炭酸は、Ｃｅ（ＩＶ）化合物を使用して行うことができ、例えば、Ｄ−グルコン酸を脱炭酸してＤ−アラビノースを生成することができる。酢酸鉛（ＩＶ）もまた、脱炭酸反応において使用することができ、例えば、当該技術で知られているように、グリクロノシド結合を選択的に開裂させるために使用することができる。

種々の適切な遷移金属イオンは、Ｈｏｆｅｒ−Ｍｏｅｓｔスタイルの脱炭酸機構に従って、α−ヒドロキシ酸を脱炭酸するために使用することができる。例えば、この化学的な脱炭酸反応はまた、次の１以上を使用して行われるＫｏｌｂｅ／Ｈｏｆｅｒ−Ｍｏｅｓｔ−スタイルの脱炭酸反応であってもよい：Ｐｂ（ＩＶ）、Ａｇ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩＩ）、Ｃｅ（ＩＶ）またはＴｈ（ＩＩＩ）。他の例には、Ｒｆｆ分解における、Ｎｉ（ＩＩ）イオンまたはＴｉ（ＩＶ）を含む１以上の化合物の使用が含まれる。酸化的脱炭酸を行うための他の有用な化合物には、当該技術において知られているように、以下の１以上を含んでなる化合物が含まれてよい：Ａｕ（ＩＩＩ）、Ｐｔ（ＩＶ）、Ｉｒ（ＩＶ）、Ａｇ（ＩＩ）、およびＨｇ（ＩＩ）。ピラノース化合物の脱炭酸の場合、好ましい酸化的脱炭酸法にはホフマン分解法が含まれ、該方法はＰｂ（ＩＶ）を含有する化合物の使用を含んでいる。

光化学バージョンのＨｏｆｅｒ−Ｍｏｅｓｔ反応もまた、酸化的脱炭酸のために使用することができる。該反応の光酸化バージョンでは、酸化チタン（Ｆｅ，Ｃｕ、Ａｇまたは他の金属イオンをドープしたものでもよい）または鉄（ＩＩＩ）−ポルフィリン錯体を用いる。これら光化学的な酸化的脱炭酸法の詳細は、本明細書の一部として援用する次の参照文献の中に見られる：J. M. Hermann et al., "Photocatalytic degradation of aqueous hydroxyl-butandioic acid (malic acid) in contact with powdered and supported titania in water", Catalysis Today, 54,131-141 (1999); P. Hanson et al., "The mechanisms of the photo-decarboxylation of alkyl-and arylmethyl-carboxylates using visible light and iron(III) tetra-(2-N-methylpyridyl) porphrin pentachloride inaqueous solution", Journal of the Chemical Society, Perkins Transactions, 2,2653- 2568 (1998)。

図４を再度参照すると、Ｄ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオース（ｄ２）として示された第一のキシリトール中間体（４０）、またはＬ−キシロース（ｈ２）として示された第二のキシリトール中間体（７０）は、キシリトール（５０）を製造するために、水素および水素化触媒を使用することによって還元（ｅ２）することができる。還元（ｅ２）は、ルテニウムまたはニッケル触媒のような何れか適切な反応を使用して行うことができる。例えば、還元（ｅ２）は、キシリトール（５０）を製造するために、既知の技術に従って、水素およびルテニウム（本明細書の一部として援用するＷＯ特許出願第２００４０５２８１３号）、ニッケル（本明細書の一部として援用する米国特許第４，００８，２８５号）、または他の水素化触媒を用いて行われる水素化反応であることができる。一つの側面において、水素化は、７０℃〜１５０℃の温度および０．１〜１０ＭＰａＨ₂の圧力で行うことができる。或いは、電気化学的還元を使用してもよい（本明細書の一部として援用するTaylor, Chemical and Metallurgical Engineering, Vol. 44(1937) 588）。一つの側面においては、Ｄ−キシロ−ペンタ−１，５−オース（ｄ２）キシリトール中間体（４０）および／またはＬ−キシロース（ｈ２）キシリトール中間体（７０）を、水素およびルテニウムで還元してもよい。

還元（ｅ２）の後、キシリトール（５０）は、例えばその全体を本明細書の一部として援用する De Faveri etal., Journal of Food Engineering 61 (2004) 407に記載されているようにして、結晶化により最終生成物から回収してよい。Ｌ−キシロース（７０）は、陰イオン交換クロマトグラフィーによって未反応のＬ−グロン酸塩から分離してよい。キシリトールは、イオン交換グロマトグラフィーを含む何れか適切な手段によって、Ｌ−グロン酸またはＤ−グルクロン酸から分離してよい。特に好ましい一つの側面において、Ｌ−グロン酸は、そのイオン化した塩の形態で酸化されてＬ−キシロースを生じ、またＤ−グルクロン酸を脱炭酸してジアルデヒドを生じる。これら生成物は両者とも、還元されてキシリトールを生じることができる。

図５は、出発材料（１０）がグリコシド結合したα−Ｄ−グルコピラノシル単位または関連化合物であり、反応基質がＤ−グルクロン酸（３０）であるときの、図４に記載した反応シーケンスを描いている。図５において、出発材料（１０）は前駆体材料（２０）（例えばグルコピラノシドウロン酸化合物）に酸化され、これはＤ−グルクロン酸（３０）反応体基質へと加水分解（ｂ２）される。Ｄ−グルクロン酸反応体基質（３０）の化学的脱炭酸（ｃ２）は、ジアルデヒドキシリトール中間体（４０）を生じ、これはキシリトール（５０）に還元されることができる。好ましくは、キシリトール中間体（４０）は、ジアルデヒドキシリトール中間体である。

図６は、Ｄ−グルクロン酸（３０）化合物が前駆体材料であり、これがＬ−グロン酸（６０）に還元（ｆ２）されるときの、図４の反応シーケンスを描いている。該Ｌ−グロン酸（６０）は脱炭酸を受けて、Ｌ−キシロース（７０）キシリトール中間体を生じ、これはキシリトール（５０）へと還元されることができる。

好ましくは、Ｄ−グルクロン酸化合物（３０）は、オリゴまたはポリ（グルクロン酸）（重合度２以上）のナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウムおよび／またはマグネシウム塩を含んでなる塩である。更に詳細に言えば、該Ｄ−グルクロン酸化合物（３０）は、Ｄ−グルクロン酸の塩、アルキルもしくはアリールＤ−グルクロノピラノシド、Ｄ−グルクロノピラノースー１−リン酸、およびＤ−グルクロノピラノシルフルオライドである。反応体基質（３０）はまた、任意に酸化されたイヌリンまたはもう一つの２，１−結合したフルクタンのナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウムおよび／またはマグネシウム塩を含んでなるＤ−フルクツロノフラノシル化合物であることができる。Ｌ−グロン酸塩（６０）は、好ましくは、Ｌ−グロン酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウムおよび／またはマグネシウム塩からなる群の少なくとも一つを含んでいる。

図５および図６を参照すると、出発材料（１０）または前駆体材料は、グルコシド（Ｒ＝アルキルまたはアリール基）、グリコシド結合の中にＤ−グルコピラノシルユニットを備えた他の化合物、例えばマルト−、セルロ−オリゴ−、またはポリサッカライド（Ｒおよび／またはＲ’基の一つ＝Ｄ−グルコピラノシル単位、他のＲ’基＝Ｈ）、Ｄ−グルコピラノシルリン酸（Ｒ＝ホスフェート）、Ｄ−グルコピラノシルフルオライド（ＯＲ＝Ｆ）、または蔗糖（Ｒ＝Ｄ−フルクトフラノシル単位）であることができる。出発材料（１０）の番号１の炭素におけるヒドロキシアルキル（−ＯＲ）基は、アルファ配置またはベータ配置であることができる。任意に、出発材料（１０）は、Ｄ−グルクロン酸単位を含むように酸化された天然に存在するグルクロナンまたは蔗糖であってよい。該出発材料はまた、アルキルグルコシド、Ｄ−グルコースー１−燐酸、またはＤ−グルコピラノシルフルオライドを、Ｄ−グルクロン酸を含む対応する化合物へと酸化することによって；澱粉、デキストリン、マルトデキストリン、または他の澱粉誘導材料を、複数のＤ−グルクロン酸単位を含む化合物に酸化することによって；セルロースまたはセルロデキストリンを、複数のＤ−グルクロン酸単位を含む化合物へと酸化することによって；または蔗糖を酸化してグルクロン酸単位を製造することによって得ることができる。該出発材料はまた、天然に存在するグルクロナンであってもよい。

図５における反応体基質（２０）は、天然材料または酸化によって製造された、好ましくはＤ−グルクロン酸またはグリコシド、そのオリゴマーもしくはポリマー、または関連化合物である。図６における反応体基質（６０）は、好ましくは、Ｌ−グロン酸化合物である。図５におけるキシリトール中間体（４０）（Ｄ−グルクロン酸およびそのグリコシドまたは関連化合物の酸化的脱炭酸から）または図６におけるキシリトール中間体（６０）（Ｌ−グロン酸の酸化的脱炭酸から）は、キシリトール（５０）を生じるために還元（ｅ２）されることができる。この還元（ｅ２）は、第一の実施形態について、図２のキシリトール中間体還元工程（ｅ）に関して説明したものを含む何れか適切な方法で行うことができる。

第二の実施形態の一つの側面において、キシリトールを調製する方法は次の工程を具備する：Ｄ−グルコピラノシルを含む出発材料を準備する工程；該Ｄ−グルコピラノシル含有出発材料を何れか適切な方法で酸化して、Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含む第一の前駆体材料を形成する工程；該第一の前駆体材料を何れか適切な方法で加水分解して、Ｄ−グルクロン酸を含む第二の前駆体材料を形成する工程；第二の前駆体材料を何れか適切な方法で還元および水素化して、Ｌ−グロン酸を含む反応体基質を形成する工程；Ｌ−グロン酸を含む該反応体基質を酸化的に脱炭酸して、キシリトール中間体を生じさせる工程；該キシリトール中間体を何れか適切な方法で還元および水素化して、キシリトールを製造する工程。好ましくは、前記キシリトール中間体はＬ−キシロースである。

第二の実施形態の別の側面は、キシリトールを調製する方法を提供し、該方法は次の工程を具備する：Ｄ−グルコピラノシルを含有する出発材料を準備する工程；該Ｄ−グルコピラノシルを含有する出発材料を何れか適切な方法で酸化して、Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含む前駆体材料を形成する工程；Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含む該前駆体材料を何れか適切な方法で加水分解して、Ｄ−グルクロン酸を含む反応体基質を形成する工程；Ｄ−グルクロン酸を含む該反応体基質を酸化的に脱炭酸して、キシリトール中間体を生じさせる工程；該キシリトール中間体を何れか適切な方法で還元および水素化して、キシリトールを製造する工程。この側面において、前記キシリトール中間体は、典型的にはＤ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオースである。

第二の実施形態のもう一つの側面は、キシリトールを調製する方法を提供し、この方法は以下の工程を具備する：Ｄ−グルコピラノシルを含有する出発材料を提供する工程；該Ｄ−グルコピラノシル含有出発材料を何れか適切な方法で酸化して、Ｄ−グルコピラノシドウロン酸部分を含む前駆体材料を形成する工程；該Ｄ−グルコピラノシドウロン酸部分を含む前駆体材料を何れか適切な方法で加水分解して、Ｄ−グルクロン酸を含む反応体基質を形成する工程；該Ｄ−グルクロン酸を含む反応体基質を酸化的に脱炭酸して、キシリトール中間体を製造する工程；該キシリトール中間体を何れか適切な方法で還元および水素化して、キシリトールを製造する工程。この側面において、前記キシリトール中間体は、典型的にはＤ−キシロ−ペンタ−１，５−ジオースである。

このキシリトールを製造するための方法は、約理論収量の約２０、３０、４０、４０、５０、６０、７０、８０、８５、９０、９５または１００％以下、より好ましくは、理論収量の少なくとも約４０％、少なくとも約６０％、少なくとも約８０％、または好ましくは少なくとも約９５％を生じる。

また、好ましくは、このキシリトールの製造方法は、モルベースで出発材料の少なくとも約２０、３０、４０、４０、５０、６０、７０、８０、８５、９０、９５または１００％を消費し、より好ましくは、モルベースで出発材料の少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％以上を消費する。幾つかの実施形態においては、新たな反応の開始時に未反応の出発材料を出発材料として、前駆体材料を反応体基質として再使用することによって、未反応の出発材料はリサイクルされる。

この実施形態の側面の組合せの例を以下で説明する。第一の実施形態のキシリトールを合成する方法に関して、ピラノース環またはフラノース環構造を含んだ反応体基質の電気化学的な酸化的脱炭酸が特に好ましい。一つの側面において、酸化的脱炭酸のための反応対基質は、ピラノース環の６位の酸素での化学的置換を伴わないＤ−グルクロノピラノシル基を含む基質である。もう一つの側面において、酸化的脱炭酸のための反応体基質は、フラノシル環中の酸素での化学置換を伴わないＤ−フルクツロノフラノシル基を含んでなる物質である。第二の実施形態のキシリトールを合成する方法に関しては、Ｄ−グルクロノピラノシル単位を含んでなる化合物の加水分解の工程、遊離のＤ−グルクロン酸を放出する工程、およびその後のＬ−グロン酸への還元工程を含む反応が好ましい。金属イオン触媒、特に銅（例えば、Ｒｕｆｆ分解）での還元は、Ｄ−グルクロン酸のＬ−グロン酸への還元のために好ましい。この第一および第二の実施形態の側面の幾つかの特定の例の組合せを、以下に提供する。

第一の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、次の工程の１以上を具備する：
ａ．Ｄ−グルクロン酸化合物を電気化学的に脱炭酸して、ジアルデヒドキシリトール中間体を製造する工程；
ｂ．該キシリトール中間体を、触媒の存在下で水素化して、キシリトールを製造する工程；
ｃ．任意に、前記キシリトール中間体を未反応のウロン酸塩またはそのグリコシド、オリゴマーもしくはポリマー、および関連化合物から分離する工程；
ｄ．任意に、何れか未反応の出発材料を工程（ａ）にリサイクルさせる工程。

第二の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、次の工程の１以上を具備する：
ａ．Ｄ−フルクツロノフラノシル酸塩、またはそのグリコシド、オリゴマーまたはポリマーを電気化学的に脱炭酸して、ジカルボニルキシリトール中間体を製造する工程；
ｂ．該中間体を触媒の存在下で水素化して、キシリトールおよびＤ−アラビニトールの混合物を製造する工程；
ｃ．任意に、該中間体を未反応のＤ−フルクツロノフラノシル酸塩、またはそのグリコシド, オリゴマーもしくはポリマーから分離する工程；
ｄ．任意に、残留する出発材料を、工程（ａ）へとリサイクルすることを更に含む工程。

第三の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、次の工程の１以上を具備する：
ａ．Ｌ−グロン酸の塩を電気化学的に脱炭酸して、Ｌ−キシロースを製造する工程；
ｂ．該Ｌ−キシロースを職板の存在下で水素化して、キシリトールを製造する工程；
ｃ．任意に、未反応のＬ−グロン酸塩からＬ−キシロースまたはキシリトールを分離する工程；
ｄ．任意に、何れかの未反応の出発材料を工程（ａ）へとリサイクルする工程。

第四の例示的側面において、キシリトールを調製する方法は、ウロン酸塩またはそのグリコシドを、適切な水混和性溶媒、例えば水、メタノール、エタノール、ジオキサン、またはアセトニトリルの中に溶解させる工程を具備する。

第五の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、電気化学的な脱炭酸工程を具備する。好ましくは、酸化的脱炭酸は陽極において電気化学的セル内で起きる。より好ましくは、該陽極は、充填床、流動床、または多孔質陽極としての、分光学的グラファイト、熱分解炭素、ワックス含浸グラファイト、ガラス質炭素、分散グラファイト、分散炭素質材料、炭素布、コークス、または白金を含んでなるものである。また、好ましくは、還元反応は電気化学的セル内の陰極で生じる。

第六の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、ルテニウム、ラネーニッケル、または他の水素化触媒を使用して任意に行われる触媒水素化／還元工程を具備する。

第七の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、次の工程の１以上を具備する：
ａ．Ｄ−グルクロン酸をＬ−グロン酸に還元する工程；
ｂ. Ｌ−グロン酸の塩を脱炭酸して、Ｌ−キシロースを製造する工程：
ｃ．該Ｌ−キシロースを、水素化触媒の存在下で、任意にルテニウム、ニッケル、または他の水素化触媒を使用して水素化し、キシリトールを製造する工程；
ｄ．任意に、Ｌ−キシロースを未反応のＬ−グロン酸から分離する工程；または
ｅ．任意に、残留したＬ−グロネート（L-glonate）を工程（ｂ）へとリサイクルする工程。

前記Ｌ−グロン酸は、任意に、そのナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウム、および／またはマグネシウム塩の形態で提供することができる。

第八の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、次の方法の１以上で、化学的な酸化的脱炭酸工程を実行することを具備する：
ａ．Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩＩ）、Ａｇ（Ｉ）、またはＢｉ（ＩＩＩ）／Ｂｉ（０）のような遷移金属イオン触媒を用いること；
ｂ．錯化した遷移金属イオンを用いること；
ｃ．過酸化水素、次亜塩素酸塩／次亜塩素酸、次亜臭素酸塩／次亜臭素酸、次亜塩素酸塩／臭化物、二酸化塩素、酸素／空気、オゾン、パーオキシナイトライト、または過硫酸のような一次酸化剤を用いること；
ｄ．Ｆｅ、Ｃｕ，Ａｇまたは他の金属イオンをドープした酸化チタン、二酸化チタン、または鉄（ＩＩＩ）をドープした酸化チタン−ポルフィリンもしくは他の金属イオン錯体を用いて行われる光酸化的脱炭酸を用いること；または
ｅ．次亜塩素酸塩／次亜塩素酸、または次亜臭素酸塩／次亜臭素酸を用いること。

第九の例示的側面において、キシリトールを製造する方法は、次の工程の１以上を実行することを具備する：
ａ．Ｄ−グルクロン酸単位を含む化合物を加水分解する工程；
ｂ．Ｄ−グルクロン酸の塩を脱炭酸して、キシリトールのジアルデヒド中間体を製造する工程；
ｃ．前記キシリトール中間体を水素化触媒の存在下で水素化して、キシリトールを製造する工程；
ｄ．任意に、前記キシリトール中間体を未反応のウロン酸塩から分離する工程；
ｅ．任意に、残留する出発材料を工程（ｂ）へとリサイクルさせる工程。

実施例
ここでの教示を考慮すれば、開示された実施形態の更なる変形が当業者には明らかであろうから、以下の実施例は例示的なものに過ぎず、限定的なものと解釈されるべきではない。全てのこのような変形は、ここに開示した実施形態の範囲内にあると考えられる。

実施例１：
キシリトールを製造するためのＤ−グルクロン酸モノ水和物塩の電気化学的脱炭酸
Ｄ−グルクロン酸ナトリウム一水和物（２．６９ｇ、０．０１１５ｍｏｌ）を、４３ｍＬのメタノール／水の中に溶解させた（４６．２％ｖ／ｖ）。この溶液を、一定の９．９９ボルトおよび４．３１ワット時で、グラファイト陽極を備えた非分割型セルの中で電気分解にかけた。次いで、エタノール／水（５０％）を用いて該電解溶液を１１０ｍＬにし、ラネーニッケルの添加および１気圧５０℃での水素ガスの適用によって水素化した。得られた水素化されたシロップは、０．８７ｇのキシリトール（理論収量の５０％）および１．１０ｇのＬ−グロン酸ナトリウム（モルベースで出発材料の４２％）を含んでいた。

理論収率または「理論収量の％」は、次のようにして計算された。先ず、分子量は下記のように同定された：
ａ. Ｄ−グルクロン酸モノ水和物２３５
ｂ．メチルーｂ−Ｄ−グルクロン酸ナトリウム２３１
ｃ．Ｌ−グロン酸ナトリウム２１９
ｄ．キシリトール１５２

次に、計算を次のようにして行った：２．６９ｇの出発材料は０．０１１４ｍｏｌであり、キシリトールの理論収量は、０．０１１４×１５２、または１．７４ｇである。実際の収量は０．８７ｇであり、これは理論収量の５０％である。

実施例２：
キシリトールを製造するための、アルキル−β−Ｄ−グルクロノシド塩の電気化学的脱炭酸
メチルβ−Ｄ−グルクロノシドナトリウム（２．５２ｇ、０．０１０３ｍｏｌ）を、３９ｍＬの水の中に溶解させた。この溶液を、一定の９．９９ボルトおよび８．４９ワット時で、グラファイト陽極を備えた非分割型セルの中で電気分解にかけた。次いで、エタノール／水（５０％）を用いて該電解溶液を１１０ｍＬにし、ラネーニッケルの添加および１気圧５０℃での水素ガスの適用によって水素化した。得られた水素化されたシロップは、０．７０ｇのキシリトール（理論収量の４２％）を含んでいた。

実施例３：
キシリトールを製造するための、Ｌ−グロン酸塩のＣｕ（ＩＩ）脱炭酸
Ｌ−グロン酸ナトリウム（２．６７ｇ、０．０１２２２ｍｏｌ）を、４３ｍＬのメタノール／水の中に溶解させた（４６．２％ｖ／ｖ）。この溶液を、一定の９．９９ボルトおよび５．３２ワット時で、グラファイト陽極を備えた非分割型セルの中で電気分解にかけた。次いで、エタノール／水（５０％）を用いて該電解溶液を１１０ｍＬにし、ラネーニッケルの添加および１気圧５０℃での水素ガスの適用によって水素化した。得られた水素化されたシロップは、０．８７ｇのキシリトール（理論収量の４７％）および１．１０ｇのＬ−グロン酸ナトリウム（モルベースで出発材料の４１％）を含んでいた。

実施例４：
キシリトールを製造するための、Ｌ−グロン酸塩のＣｕ（ＩＩ）脱炭酸
Ｌ−グロン酸ナトリウム（２．２５ｇ、０．０１００ｍｏｌ）を１７ｍＬの水の中に溶解し、３５ｍｇの硫酸銅五水和物を添加した。該溶液のｐＨを、水酸化ナトリウム（２Ｍ）を用いて７．０にまで上昇させた。１．２ｍＬの３０％過酸化水素を反応時間に亘って連続的に加えた。ｐＨは、水酸化ナトリウム（２Ｍ）の添加により７．０に維持した。１３分後に、温度は４４℃になり、銅はオレンジ色の懸濁物として沈殿した。反応溶液を濾過し、次いで５０％エタノール／水で１１０ｍＬにし、ラネーニッケルの添加および１気圧５０℃での水素ガスの適用によって水素化した。得られた水素化されたシロップは、０．９１ｇのキシリトール（理論収量の５８％）および０．７２ｇのＬ−グロン酸ナトリウム（モルベースで出発材料の３２％）を含んでいた。

実施例５：
キシリトールを製造するための、Ｌ−グロン酸塩の次亜塩素酸脱炭酸
Ｌ−グロン酸ナトリウム（０．２４４ｇ、１．１２×１０^-3ｍｏｌ）を１５ｍＬの水の中に溶解し、温度を５０℃に上昇させた。１．５ｍＬの１３％次亜塩素酸ナトリウム溶液を加えた。２Ｍ塩酸を加えて、ｐＨを５．０に低下させた。この反応を５０℃に保ち、２Ｍの水酸化ナトリウムの添加を介してｐＨを５．０に維持した。１９分後に、５０％エタノール／水で１１０ｍＬにし、ラネーニッケルの添加および１気圧５０℃での水素ガスの適用によって水素化した。得られた水素化されたシロップは、０．１６ｇのキシリトール（理論収量の９５％）および０．００４ｇのＬ−グロン酸ナトリウム（モルベースで出発材料の２％）を含んでいた。

本発明の種々の実施形態を説明してきたが、当業者には、本発明の範囲内において他の実施形態および実施が可能であることが明らかであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物を考慮する場合以外は限定されないものである。

図１は、キシリトール合成のための一般的反応プロセスを示している。図２は、電気化学的な酸化的脱炭酸を含んだ、キシリトール合成のための二つの反応プロセスを示している。図３は、図２のプロセスに従う反応スキームを示している。図４は、化学的な酸化的脱炭酸プロセスを含んだ、キシリトール合成のための二つの反応プロセスを示している。図５は、図４の第一のプロセスに従う反応スキームを示している。図６は、図４の第二のプロセスに従う反応スキームを示している。

Claims

キシリトールを製造する方法であって：
ａ．Ｄ−グルクロン酸化合物を加水分解する工程と；
ｂ．Ｄ−グルクロン酸化合物の塩を脱炭酸して、ジアルデヒドキシリトール中間体を製造する工程と；
ｃ．水素化触媒の存在下に該ジアルデヒドキシリトール中間体を水素化して、キシリトールを製造する工程と
を含む方法。
更に、前記ジアルデヒドキシリトール中間体を未反応のＤ−グルクロン酸化合物から分離する工程を含む、請求項１に記載の方法。
キシリトールを製造する方法であって：
ａ．Ｄ−グルコピラノシル含有材料を準備する工程と；
ｂ．該Ｄ−グルコピラノシル含有材料を酸化して、Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含んでなる前駆体材料を形成する工程と；
ｃ．Ｄ−グルクロノピラノシル部分を含んだ前駆体材料を加水分解して、Ｄ−グルクロン酸を含んでなる反応体基質を形成する工程と；
ｄ．Ｄ−グルクロン酸を含んでなる該反応体基質を電気化学的に酸化的脱炭酸して、ジアルデヒドキシリトール中間体を製造する工程と；
ｅ．該ジアルデヒドキシリトール中間体を還元および水素化して、キシリトールを製造する工程とを含む方法。
キシリトールを製造する方法であって：
ａ．Ｄ−グルクロン酸化合物を電気化学的に脱炭酸して、ジアルデヒドキシリトール中間体を製造する工程と；
ｂ．該ジアルデヒドキシリトール中間体を触媒の存在下で水素化して、キシリトールを製造する工程と
を含む方法。
更に、前記ジアルデヒドキシリトール中間体を未反応のＤ−グルクロン酸化合物から分離する工程を含む、請求項４に記載の方法。
更に、未反応のＤ−グルクロン酸化合物をリサイクルする工程と、該未反応のＤ−グルクロン酸化合物を電気化学的に脱炭酸する工程とを含む、請求項４に記載の方法。