JP5579990B2

JP5579990B2 - エリスロースまたはエリスリトールの電解製造法

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Publication number: JP5579990B2
Application number: JP2008554231A
Authority: JP
Inventors: スタップリー，ジョナサン，エイ．; ジェンダーズ，デイヴィッド，ジェイ．; アサートン，ダニエル，エム．; ケンドル，ピーター，エム．
Original assignee: Dynamic Food Ingredients Corp
Current assignee: Dynamic Food Ingredients Corp
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: WO2007092079A2; CN101336313A; CN101336313B; US7955489B2; RU2008135977A; WO2007092079A3; US20070181437A1; CA2642127A1; EP1982005A2; DK1982005T3; KR101367233B1; JP2009526131A; RU2433211C2; CA2642127C; KR20080093151A; BRPI0621312A2; EP1982005B1

Description

本開示は、エリスロースおよび／またはエリスリトールの製造法に関する。

エリスリトールは、天然のポリオール甘味剤であるが、甘味を保存しながら糖を置換するために使用することが可能である。エリスリトールは、4炭糖ポリオール（テトリトール）であるが、このポリオールは、甘味（蔗糖の約60-80%）、口当たりのよさ、きわめて低いカロリー値（0.2 kcal/gで、蔗糖の5%）、非発癌性などのいくつかの特性を有し、かつ、他のポリオールと違って、誘発される消化器不快は、仮にあったとしてもごく僅かなものでしかない（Harald and Bruxelles (1993) Starch/Starke 45:400-405）。さらに、エリスリトールは、好ましい処理特性、例えば、熱安定性、および、好ましくない、アミノ基との反応性がごく僅かであるため、有機物質の中に存在するときにも褐色化が起こりにくい。エリスリトールは、例えば、飲料における甘味剤として使用することが可能である。例えば、米国特許第4,902,525および6,066,345号、日本国特開平7-274829、および欧州特許第0 759 273号は、風味強調のための、飲料へのエリスリトール添加に関する。エリスリトールおよび液状糖または糖アルコールを含む甘味剤によって製造されるチューイングガムが、米国特許第5,120,550号に開示される。エリスリトールによって製造された糖分無添加チューイングガムを投与することによって歯の窩洞を縮小する方法が、欧州特許公開第0 009 325号に開示される。メソエリスリトールを含む低カロリー甘味組成物が、米国特許第5,080,916および4,902,525号、および、日本国特許公開第89-225458および90-104259号に開示される。日本国特許公開第89-51045号は、メソエリスリトールと、糖類または糖アルコール類との溶融混合物によって製造されるチューイングガムを開示する。噴霧乾燥エリスリトールの使用を採用した甘味剤が、欧州特許公開第0 497 439号に開示される。エリスリトール、ソルビトール、およびグルコースオリゴマーから構成される甘味組成物が、欧州特許公開第0 511 761号に開示される。

エリスリトールは、地衣類、大麻の葉、および菌類に見出すことができる。エリスリトールはさらに、発酵食品、例えば、ワイン、醤油、または酒（Sasaki, T. (1989) 「エリスリトールの製造技術(“Production technology of erythritol”)」、Nippon Nogeikagaku Kaishi 63:1130-1132）の中にも見出すことが可能である。エリスリトールの工業製造は、通常、二つの方法：化学合成または醗酵生合成の内の一つによって行われる。

エリスリトールの化学合成は、通常、高温および高圧の環境下に、原材料の糖類に、触媒、例えば、水素およびニッケルを添加することを含む。脱カルボキシル化反応は、例えば、過酸化水素または次亜塩素酸塩によって実行することが可能である。適切な方法は、過酸化水素および硫酸第一鉄の組み合わせを触媒剤として利用する、いわゆるRuff反応である(例えば、Ruff, Berichte der Deutschen Chemischen Gesellshaft 32 (1899) 553-554、およびE. Fischer, O. Ruff, Ber. 33 (1900)2142を参照)。還元は、例えば触媒による水素添加によって化学的に、電気分解的に、または、酵素的に実行することが可能である。例えば、D-アラビノン酸カルシウムを、過酸化水素水溶液中に存在させてもよい。D-エリスロース製造のための他の工程としては、Perlin法（Perlin A. S., Methods Carbohydr. Chem., 1962, 1, 64）という名前で知られる、四酢酸鉛の存在下におけるD-グルコースの酸化、または、4,6-O-エチリデン-D-グルコースの過ヨウ素酸塩による酸化によって得られる、2,4-O-エチリデン-D-エリスロースの酸加水分解(Schaffer R., J. Am. Chem. Soc., 81(1959), 2838; Barker R. and MacDonald D.L., J.A. Chem. Soc., 82(1960), 2301)が挙げられる。その後、グルコン酸からD-アラビノースの変換において二三の改良が、R.C. HockettおよびC.S. Hudson(J. Amer. Chem. Soc., 56, 1632-1633, (1934)、および同誌、72, 4546, (1950))、および、米国特許第3,755,294号文書によって導入されている。その中には、グルコン酸から始めて60%のアラビノースの収率が記載されている。進歩は、V. Bilik (チェコスロバキア国特許第232647号 (1983))によって、触媒として第II銅(Cu(II))イオンを用いることによって達成された。面倒な精製の後70%の桁の収率が実現された。同じ結果が、最近、触媒として第II鉄および第I鉄イオンの混合物によって得られた(チェコスロバキア国特許第279002号 (1994))。最後に、欧州特許公開公報第0,716,067号文書は、いくつかのアルドースについて、特定の条件下で、78%の収率を報告している。もう一つの製造工程は、エリスリトールを得るために、原材料、例えば、メソ酒石酸塩 (Kent, P.W., and Wood, K.R. (1964) J. Chem. Soc. 2493-2497)、またはエリスロース(Otey, F. H., and Sloan, J.W. (1961) Ind. Eng. Chem. 53:267)の化学的還元によって実行される。既知の化学合成技術のいずれも、例えば、メソ酒石酸塩の還元、4,6-O-エチリデン-D-グルコースの酸化／還元、および、でん粉ジアルデヒド加水分解物の水素添加（T. Dola and T. Sasaki, Bio-Industry, (1988), 5, (9), 32）のいずれも、大規模な工業製造のために広く使用されたことは無い。エリスリトール製造のために開発された、さらに別の化学的製造工程としては、酒石酸の水素添加による、エリスリトールを含むテトリトール混合物の生成が挙げられる（米国特許第5,756,865号）。さらに、エリスリトールを生成するために、酒石酸エステルが還元されている（米国特許第2,571,967号）。

さらに、エリスリトールは、数種類の微生物によって生産することが可能である。例えば、グルコースを特殊な酵母株によって発酵させることによってエリスリトールを生産することが可能であることが、第5,902,739号に記載されている。発酵ブロスからのエリスリトールの回収法が、米国特許第6,030,820号、米国特許第6,440,712号、および米国特許第4,906,569号に記載される。エリスリトール生産に有用な微生物としては、高浸透圧親和性酵母、例えば、Pichia、Candida、Torulopsis、Trigonopsis、Moniliella、Aureobasidium、およびTrichosporon sp. (Onishi, H. (1967) Hakko Kyokaish 25:495-506; Hajny et al. (1964) Appl. Microbiol. 12:240-246; Hattor, K., and Suzuki, T. (1974) Agric. Biol. Chem. 38:1203-1208; Ishizuka, H., et al. (1989) J. Ferment. Bioeng. 68:310-314)が挙げられる。各種酵母：Debaryomyces （米国特許第2,986,495号）、Pichia （米国特許第2,986,495号）、Candida （米国特許第3,756,917号）、Moniliella （Antonie van Leeuwenhoek, 37(1971), 107-118）、およびAureobasidium （日本国特許公開第61/31,091号）によるエリスリトールの生産が報告されている。実際にエリスリトールを生産するために使用されたものとして、二つの微生物、すなわち、Moniliella tomentosa var. pollinis CBS461.67、および、Aureobasidium sp. SN-G42 FERM P-8940が現在知られる。前者は、例えば、サッカリドの発酵によって工業的規模でポリオールを生産する方法において用いられ（日本国特許公開第6-30591（30591/1994）、同第6-30592（30592/1994）、同第6-30593(30593/1994)、同第6-30594(30594/1994)）、かつ、これらの刊行物には、エリスリトールを含む一連のポリオールの生産法が開示される。しかしながら、これらの方法に用いられるMoniliella tomentosa var. pollinisは、サッカリド耐性が低く、高いサッカリド濃度ではエリスリトールの収率低下という欠点を持つ。したがって、25 w/v%のサッカリド濃度では、サッカリド基準エリスリトール収率（消費されるサッカリドの量に対して生産されるエリスリトールの相対的量）は、42%という高レベルとなるが、35 w/v%という高いサッカリド濃度では、サッカリド基準エリスリトール収率は33%であり、35 w/v%では、収率は27%と著明に低くなる。多くの場合、発酵技術に関して行われる実験は、エリスリトールを二次的構成成分として生産する。発酵によるエリスリトールの生産においてあり得る欠点として、発酵時の発泡、不利なほどに遅い発酵速度、副産物の量、および、低収率が挙げられる。

糖置換体としてのエリスリトール使用における主な欠点の一つは、それが置換する物質の内のあるものよりもはるかに高価であることである。エリスリトール、またはD-エリスロース（得られたD-エリスロースの水素添加によってエリスリトールに変換）の製造について、より改良された、コスト有効的製造工程が求められている。

本開示は、エリスロースまたはエリスリトール製造における、コスト有効的な新法に関する。第1実施態様では、方法は、エリスロースを製造するために、アラビノン酸またはリボン酸の電解的脱カルボキシル化工程を含む。この電解的脱カルボキシル化工程は、高結晶度炭素陽極を用いることによって実行することが可能である。アラビノン酸またはリボン酸反応物は、電解的脱カルボキシル化工程の前またはその最中に、該アラビノン酸またはリボン酸の約35-80%が、より好ましくは約50%が中和された状態で、溶媒の中に維持されることが好ましい。この溶媒は水であることが好ましいが、他の溶媒も使用することが可能である。電解的脱カルボキシル化工程の開始時、酸溶液は、例えば、50%アラビノン酸および50%アラビノン酸塩、または50%リボン酸および50%リボン酸塩を含む水溶液であり、温度は、約25℃に維持されていてもよい。電解的脱カルボキシル化工程は、酸の約80%が変換された時点で停止し、次いで残留酸のリサイクルを行うことが好ましい。それとは別に、電解的脱カルボキシル化の際、pHは、イオン交換によって、または、中和されていない出発酸を加えることによって調節してもよい。

電解的脱カルボキシル化工程の生成物としてエリスロースを製造することが可能で、好適なものであれば、いずれのアラビノン酸またはリボン酸であっても使用することが可能である。第1局面では、反応物は、リボン酸、アラビノン酸、または、それらのd-、またはl-立体異性体を含む、それらの混合物であってもよい。第2局面では、エリスロース生成物は、メソエリスロース、D-エリスロースまたはL-エリスロース、または、その精製立体異性体であってもよい。好ましくは、電解的脱カルボキシル化工程の反応物は、メソ-、d-、またはl-アラビノン酸であり、生成物は、メソ-、d-、またはl-エリスロースから得られる異性形である。

第2実施態様では、アラビノン酸またはリボン酸は、適切なヘキソース糖の出発物質から、任意の好適な方法によって得られる。出発物質は、アロース、アルトロース、グルコース、フルクトース、およびマンノース、および、その、任意の、メソ-、d-、またはl-形を含む群から選ばれる。出発物質は、d-グルコース、フルクトース、またはd-マンノースであることがより好ましい。この出発物質は、一つ以上の反応工程によってアラビノン酸またはリボン酸に変換することが可能である。適切なC-6糖出発物質が、適切な反応によってC-1位置において脱カルボキシル化されることが好ましい。例えば、D-アラビノン酸は、アルカリ性水溶液においてD-グルコースを酸素ガスで酸化し、D-フルクトースを酸化し、D-グルコースをピラノース-2-オキシダーゼで酸化しD-アラビノ-ヘキソース-2-ウロースとし、次いで過酸化水素で処理することによって、または、D-グルコースを酸化してD-アラビノ-2-ヘクスウロソン酸（またはその塩）に変換し、次いで過酸化水素またはその塩によって脱カルボキシル化することによって調製してもよい。要すれば任意に、ヘキソース糖の出発物質は、合成することによって、または、任意の適切な供給源から、または、任意の適切な合成または精製法（単数または複数）によって得ることが可能である。

第3実施態様では、電解的脱カルボキシル化工程のエリスロース生成物は、その後、任意の適切な方法によって水素添加され、エリスリトールを生成することが可能である。例えば、エリスロースは、水素および水素添加触媒によって還元されて、エリスリトールを製造することが可能である。この還元は、任意の適切な反応、例えば、ルテニウムまたはニッケル触媒を用いることによって実行することが可能である。一局面では、水素添加は、70℃から150℃の温度、および0.1から10 MPa H₂の圧において実行することが可能である。それとは別に、電気化学的還元を用いてもよい。

特定の一実施態様では、本開示は、エリスロースの製造法であって、リボン酸およびアラビノン酸溶液から成る群から選ばれる酸を電気分解的に脱カルボキシル化してエリスロースを製造する工程を含む方法を提供する。この方法はさらに、該エリスロースに水素添加してエリスリトールを製造する工程を任意に含んでもよい。この酸は、リボン酸および／またはアラビノン酸を含む、アルドン酸水溶液として提供されることが好ましい。好ましくは、この酸は、エリスロースを製造する、該酸の電解的脱カルボキシル化を可能とするために、黒鉛度の高い陽極に接触して配される5-炭素カルボン酸である。酸溶液におけるリボン酸および／またはアラビノン酸は、アロース、アルトロース、グルコース、フルクトース、および、マンノース、または、その誘導体、類縁体、または、塩から成る群から選ばれる糖を脱カルボキシル化して酸を製造することによって、別工程として提供されるのが好ましい。要すれば任意に、リボン酸は、アリボン酸のエピマー化によって提供されてもよい。例えば、1987年6月30日出願で、Doblerらに付与された米国特許第4,778,531号は、なお引用によりこれを本明細書に含める、D-アラビノースをD-リボースにエピマー化するための方法を記載する。この酸溶液は、リボン酸またはアラビノン酸などのアルドン酸を、水または水混和性溶媒などの溶媒と混ぜ合わせて該酸溶液を製造することによって提供することが好ましい。例えば、エリスリトールを製造するための、特に好ましい一方法は、(a) アロース、アルトロース、グルコース、フルクトース、およびマンノースから成る群から選ばれる糖を酸化的に脱カルボキシル化して、5-炭素カルボン酸、好ましくはアルドン酸を供給すること；(b)該カルボン酸を溶媒と混ぜ合わせてアルドン酸溶液を製造すること；(c)該アルドン酸溶液に溶解した該5-炭素カルボン酸を電解的に脱カルボキシル化してエリスロースを製造すること；および、(d)該エリスロースに水素添加してエリスリトールを製造すること、から成る工程を含む。好ましくは、アルドン酸溶液は、電解的脱カルボキシル化の前に、約10%から約100%、より好ましくは約35%から約85%、もっとも好ましくは約50%の、中和された酸を有する。電解的脱カルボキシル化は、陽極として構成される、高度の黒
鉛電極の存在下に、酸の、最大約80%が変換されるまで実行されることが好ましい。脱カルボキシル化工程から残留したアルドン酸は、未反応のアルドン酸をイオン交換物質と接触させるか、または、中和されていない酸を加え、次いで、酸化的脱カルボキシル化工程を繰り返してエリスロースを製造することによって、リサイクルしてもよい。

本開示に開示されるエリスロースおよび／またはエリスリトールの製造法は、アラビノン酸またはリボン酸基質の脱カルボキシル化工程を含む。この脱カルボキシル化工程は、エリスロース生成物を製造するために、アラビノン酸またはリボン酸反応物の電解的脱カルボキシル化によって実行される酸化的脱カルボキシル化であってもよい。このエリスロースは、水素添加されてエリスリトールを製造することが好ましい。

定義
本明細書で用いる「アルドン酸」という用語は、一般式HOCH₂[CH(OH)]_nC(=O)OH （式中、nは、1-20を含むが、好ましくは1-12、より好ましくは5-8を含む、任意の整数である）を含む、任意のポリヒドロキシ酸化合物、および、その誘導体、類縁体、および、塩を指す。アルドン酸は、アルデヒド官能基の酸化によって、例えば、アルドースから得ることが可能である（例えば、D-グルコン酸）。

本明細書における「エリスロース」への言及は、化学式C₄H₈O₄を有するアルドース（テトロース）炭水化物であって、その任意の立体異性体、誘導体、類縁体、および、塩を含む炭水化物を指す。別様に指示しない限り、本明細書における「エリスロース」への言及は、下記の分子、ただしこれらに限定されない、を含むことが意図される。D-(-)-エリスロース、L(+)-エリスロース、D(-)-エリスロース、D-エリスロース、L-エリスロース、およびD(-)-エリスロースおよびメソ-エリスロース。D-エリスロース構造(1)のFischer投影式は下記に示される。

本明細書における「エリスリトール」という用語は、別様に指示しない限り、化学式C₄H₁₀O₄を有する分子、および、その、任意の立体異性体、誘導体、および、類縁体を含む。別様に指示しない限り、本明細書における「エリスリトール」の言及は、下記の分子、ただしこれらに限定されない、を含むことが意図される。D-(-)-メソ-エリスリトール、(D)-エリスリトール、(L)-エリスリトール、(R*,S*)-1,2,3,4-ブタンテトロール；(R*,S*)-テトラヒドロキシブタン；エリスロル；エリトライト；1,2,3,4-ブタンテトロール, (R*,S*)-；エリスリトール、およびフィシトール。D-エリスリトール構造(2)のFischer投影式が下記に示される。

本明細書で用いる「脱カルボキシル化」という用語は、化学反応または物理的過程によるカルボキシル基(-COOH)の除去を指す。脱カルボキシル化反応の典型的な生成物としては、二酸化炭素（CO₂）またはギ酸が挙げられる。

「電気化学的」という用語は、電気的伝導体（電極）およびイオン伝導体（電解質）の界面に起こることが可能な化学的反応を指す。電気化学的反応は、二つの伝導性物質（または、単一伝導物質の二つの部分）の間に電圧電位を創出すること、または、外部電圧の印加によって誘発することが可能である。一般に、電気化学は、酸化・還元反応が空間的に隔てられる状況を取り扱う。本明細書で用いる「電気分解（電解）」という用語は、一つ以上の化学結合の破断をもたらす、電気化学的酸化または還元反応を指す。本発明で用いる電解反応は、好ましくは、陽極または陰極との相互作用の生成物として起こる反応を記載する。

本明細書で用いる「誘導体」という用語は、親化合物と構造的に近似し、かつ、その親化合物から誘導が可能な（実際に、または理論的に）、化学的化合物の、化学的または生物学的に修飾された変種を指す。誘導体は、親化合物とは異なる、化学的または物理的特性を持っていてもよいし、または持っていなくともよい。例えば、誘導体は、親化合物と比べて、より高い親水性を持っていてもよいし、または、反応性が変更されていてもよい。誘導体形成（すなわち、修飾）は、望ましい目的についてその分子の機能を事実上変えることのない、その分子内の一つ以上の成分の置換を含んでもよい。この「誘導体」という用語はさらに、親化合物の全ての溶媒化合物、例えば、その水和物または付加物（例えば、アルコールによる付加物）、活性代謝産物、および塩を記述するのに使用される。調製してもよい塩のタイプは、化合物内部の成分の性質に依存する。例えば、酸性基、例えば、カルボキシル基は、例えば、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩（例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、およびカルシウム塩、およびさらに、四級アンモニウムイオン、および、アンモニアおよび生理的に耐容可能な有機アミン、例えば、トリエチルアミン、エタノールアミン、またはトリス-(2-ヒドロキシエチル)アミンとの塩）を形成することが可能である。塩基性基は、例えば、無機酸と、例えば、塩酸、硫酸またはリン酸と、または、有機酸およびスルフォン酸と、例えば、酢酸、クエン酸、安息香酸、マレイン酸、フマル酸、酒石酸、メタンスルフォン酸、またはp-トルエンスルフォン酸と、酸添加塩を形成することが可能である。塩基性基と酸性基とを同時に含む、例えば、塩基性窒素原子の外にカルボキシル基を含む化合物が、両性イオンとして存在することが可能である。塩は、当業者に既知の通例法によって、例えば、無機または有機の酸性または塩基性を有する化合物を結合することによって、または、他の塩から陽イオン交換または陰イオン交換によって得ることが可能である。

本明細書で用いる「類縁体」とは、別のものと構造的には似ているが、組成がやや異なる（例えば、一原子を、異なる元素の原子によって、または、特定の官能基の存在下に、置換する場合など）が、その親化合物から誘導可能であってもよいし、誘導可能でなくともよい化学的化合物を指す。親化合物は、「誘導体」を生成するための出発物質でなければならないが、一方、親化合物は、「類縁体」を生成するための出発物質として必ずしも使用されなくともよい点で、「誘導体」は「類縁体」とは異なる。

本明細書に言及される濃度範囲、パーセント範囲、または、比率範囲は、それがいずれのものであれ、別様に指示しない限り、その範囲内の任意の整数、およびその分数、例えば、整数の10分の1および100分の1の、濃度、パーセント、または比率を含むと理解しなければならない。さらに、何らかの物理的特性、例えば、ポリマーサブユニット、サイズ、または、厚さに関して本明細書に言及される数値範囲は、それがいずれのものであれ、別様に指示しない限り、その言及範囲内の任意の整数を含むと理解しなければならない。本明細書の前述部分、および他の部分で用いられる「一つの（a, an）」という用語は、数えた成分の「一つ以上」を指すことを理解しなければならない。例えば、「一つの」ポリマーとは、一ポリマー、または、二つ以上のポリマーを含む一混合物を指す。本明細書で用いる「約」という用語は、関連目的または機能にとって非本質的な差を指す。

電気化学的脱カルボキシル化
反応基質の酸化的脱カルボキシル化工程は、該反応基質の電解による酸化的脱カルボキシル化によって実行することが好ましい。図1Aは、エリスロースおよびエリスリトールの製造に関連する各種方法を記述する模式図を示す。これらの方法は、エリスロースを製造するために、適切な反応物の電解的脱カルボキシル化工程を含むことが好ましい。反応物は、該反応物の脱カルボキシル化を実行してエリスロースを製造するよう、電極に接して配される該反応物の溶液として提供することが可能である。

第1実施態様によれば、いかなる好適な、電解的脱カルボキシル化工程の生成物としてエリスロースを製造することが可能な、アラビノン酸またはリボン酸を、反応物として使用することが可能である。この反応物は、5-炭素カルボン酸、例えば、リボン酸またはアラビノン酸であって、該反応生成物の一つ以上の立体異性体（例えば、D-、L-、またはメソ-形）またはエナンチオマー、および、該反応物の、適切な誘導体、類縁体、および塩を含むものであることが好ましい。適切な反応物としては、化学的構造変動を有するが、その変動が、エリスロース、またはエリスロースに変換することが可能な中間生成物を製造する、電解による脱カルボキシル化反応を受ける分子の反応性をほとんど変えることのない、カルボン酸反応物の誘導体および類縁体が挙げられる。例えば、「アラビノン酸」反応物に対する参照は、D-アラビノン酸、L-アラビノン酸、およびメソ-アラビノン酸を含む。第1実施態様のある好ましい局面では、反応物は、リボン酸、アラビノン酸、または、そのメソ-、d-、またはl-立体異性体を含む、それらの混合物であってもよく、エリスロース生成物は、メソ-エリスロース、D-エリスロース、またはL-エリスロース、または、その精製立体異性体であってもよい。電解的脱カルボキシル化工程の反応物は、メソ-、d-、またはl-アラビノン酸であり、生成物は、メソ-、d-、またはl-エリスロースから得られる異性体であることが好ましい。

図1Aは、第1実施態様の第1局面であり、この局面では、D-リボン酸が、脱カルボキシル化反応50を経過してD-エリスロース生成物110を製造する。さらに、第1実施態様の別局面が示される。その局面では、D-アラビノン酸が、酸化的脱カルボキシル化反応100を経過してD-エリスロース生成物110を製造する、もう一つの反応物90となる。要すれば任意に、第1反応物40は、D-アラビノン酸をD-リボン酸に変える第1変換反応140によって得ることが可能である。それとは別に、第2反応物90は、D-リボン酸をD-アラビノン酸に変える第2変換反応150によって得ることが可能である。脱カルボキシル化反応50、100は、アルデヒド生成物を製造する脱カルボキシル化反応であることが好ましいが、他の反応生成物、例えば、カルボン酸などを製造することも可能であり、該生成物は、部分的に還元されて、D-エリスロースなどのアルデヒド生成物110を提供することが好ましい。

脱カルボキシル化反応50、100は、電気化学的に実行するのが好ましい。一局面では、溶液中の反応物の電解的脱カルボキシル化は、所望の生成物か、または、その後所望の生成物に変換することが可能な中間体を提供する。反応物は、D-リボン酸などのリボン酸、または、D-アラビノン酸などのアラビノン酸であり、生成物は、D-エリスロースなどのエリスロースであることが好ましい。反応物は、少なくとも反応物と溶媒を含む適切な溶液として提供される。反応物は、適切であればいずれの方法によっても、例えば、適切であれば攪拌および／または加熱によって溶媒に溶解させることが可能である。溶媒は、反応物が所望の程度にまで溶解することが可能であるならば、いずれの溶媒であってもよい。溶媒は、水であるか、例えばアルコールである任意の水混和性溶媒であるか、またはそれらの混合物であることが好ましい。例えば、溶媒は、下記：水、メタノール、エタノール、プロパノール、ジオキサン、およびアセトニトリルの内の一つ以上を含むことが可能である。溶液は、リボン酸またはアラビノン酸、またはそれらの混合物を含む酸性溶液であることが好ましい。

該酸の少なくとも約10%は、中和されるか、または、その、対応する塩として存在することが好ましい。例えば、酸性反応物溶液には、約10、20、30、40、50、60、70、80、90、または100%の、一つ以上の、中和された反応物の酸を供給することが可能である。少なくとも一つのリボン酸またはアラビノン酸反応物の10%−100%は中和されていることが好ましい。存在するリボン酸またはアラビノン酸反応物の約35%−80%が中和されていることがより好ましい。反応溶液中に存在するリボン酸またはアラビノン酸反応物の約50%が中和されていることがもっとも好ましい。

一局面では、反応溶液は、反応酸の約10−100%が中和された状態、より好ましくは約35−80%が中和された状態、もっとも好ましくは約50%が中和された状態で供給される、酸を含む。pHは、電解反応が進行するにつれて増加させることが可能である。要すれば任意に、例えば、反応をイオン交換樹脂と接触させながら実行することによって、pHを、反応を通じて所望の範囲に納め、および／または維持することが可能である。pHはさらに、中和されていない出発酸を添加することによって調節することが可能である。pHはまた、陽イオン交換膜を備える、分割型電解セルを用いることによって調節することも可能である。反応溶液は酸性であることが好ましいが、所望の濃度の、解離反応物を供給するのに適切である限り任意のpHを持ってもよい。リボン酸を含む反応物酸性溶液では、pHは、脱カルボキシル化反応開始前に約3.0から約4.0であることが好ましい。アラビノン酸反応物を含む反応溶液では、pHは、脱カルボキシル化反応開始前に約3.0から約4.0であることが好ましい。

要すれば任意に、例えば、陰イオン交換樹脂を用いて、生成物から出発物質を分離することによって、残留反応物をリサイクルすることが可能である。部分的に脱カルボキシル化された酸溶液は、出発酸（例えば、アラビノン酸）およびアルデヒド生成物（例えば、エリスロース）の両方を含むことが可能である。負に荷電するアラビノン酸は、陽に荷電する陰イオン交換媒体に付着することが可能である。部分的に反応した溶液は、イオン交換樹脂ビーズのベッドまたはカラムの上を通過させることによって、アラビノン酸塩をOH-で置換することが可能である。次に、この溶液を、陽イオン樹脂の上に通過させ、全ての陽イオンを剥ぎ取り、OH-を中和することが可能である。得られた液は、より高レベルの非イオン性分子（例えば、エリスロース）を含むことが可能である。陰イオン交換樹脂がアラビノン酸塩によって飽和されたならば、該樹脂をOH-によって処理することによって該塩を除去することが可能である。イオン交換樹脂のリサイクル工程が、ヒドロキシル(OH-)官能基と関連させて具体的に説明されたわけであるが、適切なものであれば、他の基を採用してもよい。

電気分解装置
好適な酸性反応物の電気化学的脱カルボキシル化は、適切であればいずれの構造体を用いて実行することも可能である。電気化学的脱カルボキシル化は、リボン酸またはアラビノン酸を含む酸性の反応溶液を陽極に接触させることによって実行される。この接触の際、反応物は酸化、および脱カルボキシル化される。出発物質と陽極の間の接触は、脱カルボキシル化を誘発することが可能であるが、これは、二酸化炭素の放出および、エリスロースなどの生成物の形成をもたらすことが可能である。この脱カルボキシル化の生成物は、エリスロースなどのアルデヒド、または、エリスロースまたはその他の適切なアルデヒドに変換することが可能な、エリスロースの類縁体または誘導体などの中間体であることが好ましい。

反応物の電気化学的脱カルボキシル化は、陰極と導電的に交通する陽極を含む任意の構成を有する装置において行われる。図3は、エリスロースなどの所望の生成物を形成するための、反応物である酸の脱カルボキシル化用電気化学装置の模式図を示す。装置は、電気伝導用手段504を通じて陰極508に接続される陽極502を含む。

陽極502は、反応物である酸の酸化の起こることが可能な、炭素反応表面を含むことが好ましい。電気化学的セルの陽極は、適切なものであれば、いずれの材料からでも、例えば、黒鉛、熱分解炭素、ワックス含浸黒鉛、ガラス状炭素、分散黒鉛、分散炭素様材料、炭素クロス、コーク、または白金から成る、平坦な、充填ベッド、流体ベッド、または多孔性陽極として形成することが可能である。陽極反応表面は、高い結晶度を持つ黒鉛材料、例えば、黒鉛フォイルを含むことがもっとも好ましい。陽極の反応表面を形成するために、好ましさは劣るが、その他の材料も、例えば、白金または金も使用することが可能である。反応物である酸310は、陽極502の反応表面において、または該表面の近傍において酸化されてエリスロースなどの生成物320を形成する、リボン酸またはアラビノン酸であることが可能である。陽極表面積は大きいことが好ましく、かつ、炭素材料、白金、またはその他の金属から製造されることが好ましい。

この電気化学的セルはさらに、該電気化学的セルにおいて還元が起こることが可能な、陰極508を含むことが好ましい。この陰極508は、所望のレベルの電気伝導度を有する、適切なものであればいずれの材料であってもよく、例えば、ステンレススチールから形成することも可能である。一局面では、陽極における脱カルボキシル化反応は、下式：

アラビノン酸塩 − 2e^- ---> エリスロース + CO₂ + 水

となることが可能である。対向電極の反応は、下式：

2H₂O + 2e^- ---> 2OH^- + H₂

となることが可能である。通常、陽極におけるO₂ガスの製造のためにある程度の電流が失われる可能性がある。

電気化学的装置は、酸化的脱カルボキシル化によって生成される陽イオン（例えば、プロトン）などのイオンが、陰極508の近傍に輸送可能となるように構成することが可能である。この電気化学的装置は、第1液、または陽極に接触する溶液部分から、第2液、または陰極に接触する溶液部分へと、陽イオン（例えば、プロトン）などのイオンを輸送するための手段506を含むことが可能である。第1液および第2液は、イオン輸送手段によって分離することが可能な、別々のセルに任意に隔絶される。

この電解セルは、適切なものであれば、いずれの構成を持つことも可能である。反応基質の脱カルボキシル化装置は、電気化学的セルを含むことが好ましい。この電気化学的セルは、好ましくは酸を含む反応物を含む溶液を、陽極（非分割型構成）と接触状態に維持するように構成することが可能である。要すれば任意に、陰極は、陽極と同じセルにおいて、または、別の、第2の半分セル（分割型構成）において溶液と接触状態に維持することが可能である。分割型構成では、イオン輸送手段は、第1および第2セルを、例えば、半透膜として接続することが好ましい。この膜は、プロトンに対して透過性を有することが好ましい。この電解セルにとって、他の好適な構成として、貫流反応器構成、充填ベッド構成、バッチセル構成、または流体ベッド構成が挙げられる。

米国特許第4,950,366号は、この特許の全体を引用により本明細書に含める、酸化的脱カルボキシル化反応を実行するのに使用することが可能なD-アラビノースを生成するために、D-グルコン酸を脱カルボキシル化するのに好適な装置の一例を開示する。この電気化学的セルは、酸化的脱カルボキシル化反応が起こると考えられる、電気化学的セルの陽極を含むことが好ましい。

電気分解装置を用いてエリスロースを製造するための方法は、理論収率の、約20、30、40、50、60、70、80、85、90、95、95、または最大100%、好ましくは少なくとも約35%、より好ましくは少なくとも約60%、さらに好ましくは少なくとも約80%、またはもっとも好ましくは、理論収率の少なくとも約95%以上を生成することが可能である。

ヘキソース出発物質
第2実施態様では、アラビノン酸またはリボン酸反応物は、任意の適切な方法によって、適切なヘキソース出発物質から入手することが可能である。再び図1Aを参照すると、好ましい出発物質は、アロース10、アルトロース20、グルコース60、およびマンノース70から成る群から選ばれる。図1に示す実施態様では、出発物質のD-立体異性体が示されるが、適切であれば、例えば、図示の出発物質のD-、またはL-、またはメソ-異性形を含む、任意の立体異性形を使用してよい。それとは別に、製造工程150によってD-アラビノン酸反応物90を製造するために、出発物質としてD-リボン酸を使用することが可能である。また、その逆の場合も同じである（製造工程140による）。出発物質は、グルコース、フルクトース、またはマンノースの、メソ-、d-、またはl-異性形であることが好ましい。ただし、適切であれば、アロース10、アルトロース20、グルコース60、またはマンノース70の、任意の誘導体または類縁体も出発物質として使用することが可能である。これによって、出発物質を、任意の反応物へ変換することが可能となる。フルクトースも好ましい出発物質である。図1Bを参照すると、別の好ましい反応スキーム200は、フルクトース210、グルコース220、または、フルクトース210およびグルコース220の混合物を含む出発物質を、酸化的脱カルボキシル化反応280によってアラビノン酸290に変換する工程を示す。このアラビノン酸290は、図1Aに関連して前述した、電解脱カルボキシル化反応100において反応物として好適とされる、D-アラビノン酸90であることが好ましい。

酸化的脱カルボキシル化反応30、80、280は、各種の化学的反応を用いて、反応基質上で実行することが可能である。適切な化学的酸化的脱カルボキシル化法の例としては、ただしこれらに限定されないが、遷移金属イオン触媒の一次酸化剤（primary oxidizing agent）との使用、または、次亜塩素酸塩／次亜塩素酸の使用が挙げられる。別の局面では、化学的酸化的脱カルボキシル化は、遷移金属イオン触媒、例えば、Fe(III)またはCu(II)を、該触媒を再生するための酸化剤、例えば、過酸化水素と共に用いることによって実行される。化学的酸化的脱カルボキシル化は、銅遷移金属イオン触媒、例えば、Cu(II)触媒を、任意の好適な一次酸化剤と組み合わせて使用することによって実行することが可能である。例えば、Ruffの分解処理工程を、酸性糖類のRuffの分解におけるイオンではなく（旧チェコスロバキア国特許第232647号およびフランス国特許第2771413号）、むしろ銅イオンを用いることによって実行することが可能である。Ruffの分解は、W. Pigman et al.,「炭水化物(“The Carbohydrates,”)」Academic Press, New York, 2nd Ed., Vol. IA (1972), Vol. IB (1980)に記載される。なお、炭水化物の酸化的脱カルボキシル化に関する部分を、引用により本明細書に含める。

再び図1Bを参照すると、D-アラビノン酸290は、アルカリ性水溶液において酸素ガスによって（例えば、米国特許第4,125,559号および米国特許第5,831,078号に記載されるやり方で、なお、これらを引用により本明細書に含める）、グルコース220またはフルクトース210を含む出発物質を酸化することによって調製することが好ましい。グルコース220、フルクトース210、またはそれらの混合物を含む出発物質を、水溶液においてアルカリ金属化合物と反応させることが好ましい。反応は、先ず、水溶液に溶解した該アルカリ金属化合物を約30℃から100℃の温度で加熱し、次いで、該水溶液中に約1.5から約40 barの圧力で酸素を通過させ、最後に出発物質を加え、この反応混合物を攪拌しながら、出発物質のモル当たり少なくとも約4.5時間反応を続行することによって行う。それとは別に、先ず、アルカリ金属化合物ではなく、出発物質を、水溶液において加熱することが可能であり、かつ、酸素の添加後、最終工程において、出発物質ではなく、アルカリ金属化合物を反応混合物に加えることが可能である。出発物質は、D-ヘキソース、例えば、D-グルコース、D-フルクトース、またはD-マンノースであることが好ましく、これらは、種々の環形（ピラノースおよびフラノース）、および種々の立体異性体として、例えば、α-D-グルコピラノースおよびβ-D-グルコピラノースとして存在することが可能である。出発物質は、アルカリ金属化合物と、化学量論量において反応させることも可能であるし、または、過剰に、好ましくは、D-ヘキソース出発物質のモル当たり、2から5当量のアルカリ金属化合物量を用いて反応させることも可能である。好ましいアルカリ金属化合物は、水酸化物、酸化物、およびアルコレートであり、特に、ナトリウムまたはカリウム化合物である。好適なアルカリ金属化合物の例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムエチレングリコレート、ナトリウムメチレート、ナトリウムプロピレート、ナトリウムエチレート、ナトリウムトリプロピレングリコレート、およびカリウムtert-ブチレートが挙げられる。好ましくは、酸素は、不活性ガスとの混合物として、例えば、空気の形で、O₂を化学量論量として、または過剰に、ただし、D-ヘキソース出発物質のモル当たり1から
20モルのO₂量として使用する。好ましくは、反応は、約30℃において、好ましくは約40から60℃において、約1.5から40 bar、好ましくは18から25 barの圧の下で実行する。反応は、適切な溶媒において連続して行ってもよいし、バッチ毎に行ってもよい。溶媒は水であることが好ましく、添加されるD-ヘキソース出発物質の重量の、約2から100倍、好ましくは約2から30倍の量として用いられる。水は、アルカリ金属化合物またはヘキソース出発物質とは別々に、または好ましくはそれらと一緒に、または、もっとも好ましくは、該アルカリ金属化合物の水溶液として、または、該ヘキソース出発物質の水溶液として添加されてもよい。アルカリ金属化合物を含む水溶液は、約1から50重量パーセントのアルカリ金属化合物またはヘキソース出発物質を含むことが好ましい。合計反応時間は、ヘキソース出発物質のモル当たり約4.5から9.0時間であることが好ましい。全体反応を通じて、反応混合物は、例えば、約1,200から約2,000 rpmの速度で攪拌することによって十分に攪拌することが好ましい。反応混合物の混合は、ヘキソース出発物質の添加後に開始するのが好ましい。それとは別に、フルクトース210（好ましくは、D-フルクトース）は、J. Dubourg and P. Naffa、「アルカリ環境における酸素によるヘキソース還元剤の酸化(“Oxydation des hexoses reducteur par l’oxygene en milieu alcalin,”)」、Memoires Presentes a la Societe Chimique, p. 1353に記載されるやり方で、アルカリ性水溶液中で酸素ガスと反応させることによってD-アラビノン酸に変換することが可能である。

第2実施態様のもう一つの局面では、D-アラビノン酸反応物90は、一つ以上の反応によってD-グルコース出発物質60を脱カルボキシル化80することによって調製されてもよい。図2を参照すると、出発物質は、一つ以上の反応工程によって、アラビノン酸90またはリボン酸反応物40に変換することが可能である。好適なC-6糖出発物質は、C-1位で脱カルボキシル化されることが好ましい。要すれば任意に、D-(+)-アロースまたはD-(+)-アルトロースを含む出発物質は、脱カルボキシル化反応35を受けて、D-(-)-リボース（アルデヒド）を含む中間体を製造することが可能であり、この中間体は、その後、酸化反応37を受けて、D-リボン酸を含む所望の反応物40を製造することが可能である。同様に、D-(+)-グルコースまたはD-(+)-マンノースを含む出発物質は、脱カルボキシル化反応85を受けて、D-(-)-アラビノース（アルデヒド）を含む中間体を製造することが可能であり、この中間体は、その後、酸化反応87を受けて、D-アラビノン酸を含む所望の反応物90を製造することが可能である。米国特許第4,515,667号は、アルファヒドロキシカルボン酸を、光化学的に脱カルボキシル化して対応するアルコールに変換する工程であって、アルファヒドロキシカルボン酸の溶液と、金属のチタン酸塩との混合物に光を照射することを含む工程を記載する。

D-アラビノン酸はまた、D-グルコースをピラノース-2-オキシダーゼによって酸化してD-アラビノ-ヘキソース-2-ウロースとし（米国特許第4,423,149号）、これを過酸化水素（Carbohydr. Res. 127(1984)319）、または他の、過酸化水素物によって処理することによって製造することが可能である。D-アラビノ-ヘキソース-2-ウロースおよび過酸化水素の反応は、アルカリ性溶液においてもっとも高速で選択性が高いが、一方、その生成物は、D-アラビノン酸およびギ酸の塩を含む。酸性条件下では、酸化剤として、例えば、過ギ酸（すなわち、ギ酸と過酸化水素の混合物）を適用してもよい。0.3M D-エリスロ-ペントス-2-ウロースは、0.6Mの過ギ酸によって酸化することが可能である。この反応は10分で完了し、D-エリスロノ-1,4-ラクトン、3-および4-o-フォルミル-D-エリスロン酸、および未置換のD-エリスロン酸を生じる。このo-フォルミル基は、水溶液中では速やかに加水分解される。D-アラビノン酸を製造する、さらにもう一つの方法は、D-グルコースを酸化してD-アラビノ-2-ヘクスウロソン酸（または、その塩）とし、それを、過酸化水素またはその塩によって脱カルボキシル化することである（日本国特許第15,610（’63）、Carbohydr. Res. 36(1974) 283-291）。D-アラビノ-2-ヘクスウロソン酸は、発酵（米国特許第3,255,093および3,282,795号）、触媒的酸化（欧州特許出願公開第151,498号）、または2工程酵素酸化（米国特許第4,423,149号）を通じて製造することが可能である。D-アラビノ-2-ヘクスウロソン酸を経由する経路の利点は、ギ酸が生成されないことであって、これは、脱イオン化酸化生成物混合物に対する、ルテニウム触媒によるより直接的な水素添加を可能とする。

他の出発物質に対しても、類似の、または同様の反応を実行して、好適な反応物を生成することが可能である。第2実施態様の第2局面では、D-アラビノン酸反応物90を、一つ以上の反応によってD-マンノース出発物質70を脱カルボキシル化80することによって調製してもよい。第2実施態様の第3局面では、D-リボン酸反応物40を、一つ以上の反応によってD-アロース出発物質10を脱カルボキシル化30することによって調製してもよい。第2実施態様の第4局面では、D-リボン酸反応物40を、一つ以上の反応によってD-アルトロース出発物質20を脱カルボキシル化30することによって調製してもよい。さらに別の出発物質を使用することも可能である。例えば、D-アラビノン酸は、D-フルクトースの同様の酸化において主要生成物として形成される(Carbohyd. Res. 141(1985)319)。出発物質はまた、アルドン酸に変換し、その後反応させ、好適な反応物、例えば、アラビノン酸またはリボン酸を形成させることが可能である。一つの、好適な化学的酸化的脱カルボキシル化は、次亜塩素酸塩／次亜塩素酸を用いて実行される。糖酸のアミドも、次亜塩素酸によって脱カルボキシル化することが可能である（Hoffman分解）。次亜塩素酸塩／次亜塩素酸による、炭水化物の酸化的脱カルボキシル化に関するさらに詳細な記述が、R. L. Whistler et al.,「次亜塩素酸塩によるD-アラビノースおよびD-グルコースの調製(“Preparation of D-arabinose and D-glucose with hypochlorite”)」、Journal of the American Chemical Society, 81, 46397 (1981)において見られる。好適な出発物質、例えば、ヘキソース出発物質は、任意の好適な供給源から、または、任意の好適な合成または精製法（単数または複数）によって合成または得ることが可能である。

エリスロースのエリスリトールへの変換
第3実施態様では、電解的脱カルボキシル化工程のエリスロース生成物は、酸化的脱カルボキシル化の際に、またはその後に、任意の好適な方法によってエリスリトールに変換することが可能である。エリスロースのエリスリトールへの変換は、任意の好適な還元または水素添加反応を用いて実行することが可能である。

エリスリトールを製造するために、エリスロースは、水素および水素添加触媒を用いて還元することが好ましい。この還元は、任意の好適な反応、例えば、ルテニウムまたはニッケル触媒を用いて実行することが可能である。一局面では、水素添加は、70℃から150℃の温度、および0.1から10 MPa H₂の圧において実行することが可能である。例えば、米国特許第6,300,049号は、D-エリスロースに水素添加することによってエリスリトールを製造するためのいくつかの方法を記載しているが、その方法では、糖に対し、乾燥物質として1から10重量%の触媒が使われ、水素添加に付される。この反応では、水素添加は、20から200 barの水素圧の下に、15から50%の、好ましくは30から45%の乾燥物質含量を有するシロップの上で実行されるのが好ましい。水素添加は、連続的に、またはバッチ毎に行ってもよい。バッチ毎の水素添加を行う場合は、使用される水素圧は、一般に、30から60 barであって、水素添加が行われる温度は、100から150℃である。水素添加混合物のpHは、例えば、水酸化ナトリウム、または炭酸ナトリウムを、好ましくは、9.0のpHを超えることなく、加えることによって維持することが可能である。水素添加は、分解または異性化生成物の製造を最小化することが好ましい。水素添加反応は、反応混合物における還元糖の含量が、1%未満、より好ましくは0.5%未満、より特定的には0.1%未満となった場合、停止させることが好ましい。反応混合物を冷却後、触媒をろ過によって除去し、このようにして得られたD-エリスリトールを、陽イオンおよび陰イオン樹脂を介して脱塩する。この段階で、シロップは、少なくとも90%のD-エリスリトールを含むことが好ましく、エリスリトールは、溶液の濃縮および冷却後すぐに精製される。好適なルテニウム触媒（合計乾燥物質において20%の触媒）の一例は、活性炭素の上に支持される（炭素上5% Ru）。

それとは別に、エリスロースは、エリスロースの電気化学的水素添加によってエリスリトールに変換される。例えば、エリスロースは、好適な伝導物質に接着された支持物質から形成される電極において、好ましくは陰極において水素添加することが可能である。電極は、好適であれば、いずれの形状を取ってもよく、例えば、多孔性物質、例えば、ネット、金属メッシュ、層状体、整形ウェブ、格子、および滑らかな金属シートを含む形状を取ってもよい。一局面では、陰極は、平坦シートとして構成される平面平行電極、または、円筒形として構成されるキャンドル型電極であることも可能である。一実施態様では、電極は、多孔性支持体に接着した導電物質を含む陰極であることが好ましい。電極は、適切であれば、任意の形状および構成を持ってもよく、例えば、メッシュの支持体に含浸させた複数の粒子として構成される平坦シートまたはチューブ、または、平坦な円筒形支持シートの表面に接着した粒子の凝集層を含む形状および構成を持ってもよい。

Huberらによる、1997年5月20日出願の米国特許第5,919,349号は、これを引用により本明細書に含める、多孔性支持体の上に接着させた導電粒子の層を含む、一つの好適な電極構造を記載する。この支持体は、多孔性導電物質、例えば、スチール、ニッケル、ニッケル合金、タンタル、白金化タンタル、チタン、白金化チタン、黒鉛、電極炭素、および、その、類似の物質、合金、および混合物、として構成されることが好ましい。電気的伝導物質は、好ましくは特定の形状において、支持物質に付着されてもよい。導電物質は、支持物質の上に堆積される、陰極分極層を形成することが好ましい。導電物質は、金属粒子、導電性金属酸化物、または、炭質物質から形成されることが好ましい。導電層に好適な金属としては、周期表のI、II、およびIII族金属、特に、Co、Ni、Fe、Ru、Rh、Re、Pd、Pt、Os、Ir、Ag、Cu、Zn、Pb、およびCdが挙げられるが、その内、Ni、Co、Ag、およびFeは、Raney Ni、Raney Co、Raney Ag、およびRaney Feとして使用されることが好ましい。導電物質には、少量の金属、例えば、Mo、Cr、Au、Mn、Hg、Sn、または、元素周期律表における他の元素、特に、S、Se、Te、Ge、Ga、P、Pb、As、Bi、およびSbを注入してもよい。導電物質はさらに、金属酸化物、例えば、マグネタイト、または炭質物質、例えば、黒鉛、活性化炭素、または、カーボンブラックであってもよい。特に好ましい導電物質は、下記：Pd/C、Pt/C、Ag/C、Ru/C、Re/C、Rh/C、Ir/C、Os/C、およびCu/Cの粒子であって、元素周期律表の金属または他の元素、例えば、S、Se、Te、Ge、Ga、P、Pb、As、Bi、およびSbを含む金属または元素を任意に注入された粒子である。この導電性の金属物質は、任意の好適な方法によって、例えば、支持体と、例えば、金属ハロゲン化物、金属リン酸塩、金属硫酸塩、金属塩化物、金属炭酸塩、金属硝酸塩、および有機酸の金属塩、好ましくは、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、および安息香酸塩、特に好ましくは、酢酸塩の支持体と接触する金属塩を還元することによって該支持体に接着させられてもよい。支持体の孔径は、一般に約1から500 μmであり、好ましくは約5から300 μmであり、もっとも好ましくは約50から200 μmであり、多孔性支持体材料は、少なくとも約0.2、好ましくは最大約0.7（すなわち、最大70%の多孔性）の空隙−対−体積比を有することが好ましい。支持体の孔径は、一般に、該支持体の上に堆積される導電物質層を形成する粒子の平均直径を超える。支持体の孔径は、上記層を形成する粒子の平均粒径よりも約2倍から4倍大きい。それとは別に、支持体は、上記層を形成する粒子の平均粒径よりも小さい、別の孔径を有していてもよい。

それとは別に、エリスロースをエリスリトールに変換するのに、水素化物還元剤を使用してもよい。例えば、電解的脱カルボキシル化反応を通じて製造されるエリスロースは、該エリスロースを含む溶液に過剰な水素化ホウ素ナトリウムを加えることによってエリスリトールに変換することが可能である。水素化物還元剤の例として、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウムがあるが、水素化ホウ素カリウム(KBH₄)、または水素化ホウ素ナトリウム(NaBH₄)が、好ましい還元剤である。

還元はまた、水素、およびルテニウム（国際特許出願第2004/052813号を参照、本出願を引用により本明細書に含める）、ニッケル（米国特許第4,008,285号、本特許を引用により本明細書に含める）、または、アルドースからポリオールを製造するための、従来技術で既知の、他の水素添加触媒によって実行される、水素添加反応であることが可能である。それとは別に、電気化学的還元を使用してもよい(Taylor, Chemical and Metallurgical Engineering, Vol. 44 (1937) 588、本刊行物を引用により本明細書に含める)。エリスロースをエリスリトールに変換する電気化学的水素添加のために有用な、さらに別の方法が、下記の参照文献に記載される。V. Anatharaman et al., 「グルコースの電気触媒による水素添加II。Raney ニッケル粉末貫流リアクターモデル(“The Electrocatalytic Hydrogenation of Glucose II. Raney Nickel Powder Flow-Through Reactor Model,”)」、J. Electrochem. Soc., vol. 141, No. 10, Oct. 1994, pp.2742-2752;およびCoche et al., 「酸化還元活性ポリマーフィルムにおける貴金属微粒子による電気触媒水素添加(“Electrocatalytic Hydrogenation Using Precious Metal Microparticles in Redox-Active Polymer Films”,)」、J. Org. Chem., vol. 55, No. 23, pp.5905-5910(1990)。

下記の実施例は、本発明の各種局面の例示と見なすべきものであって、本発明の範囲、この範囲は付属の特許請求の範囲によって定義されるものである、を限定するものと考えてはならない。

実験工程：
実施例１−２において詳述される実験は、黒鉛フォイル板状陽極（graphite foil flag anode）を用いたガラスセルにおいて実行された。このガラスセルは、大きな試験管、チタンロッドに溶接された5 cm²のステンレススチール製陰極板、および、黒鉛ロッドの電流収集子に付着された5 cm²のGrafoil板(AET GrafTech, 0.03’’厚)から成る。

実施例１：リボン酸の電解的脱カルボキシル化
リボン酸ナトリウム（15ミリモル）を20 mLの水に溶解した。pHを6.8から3.5に下げるために（または、出発物質の約50%の中和のために）、陽イオン交換樹脂(Amberlite IRC747 H+形)を加えた。溶液をろ過してこの陽イオン樹脂を除き、リボン酸塩を含む出発物質を30 mLに希釈し、25 mLを、電気分解のためにガラスセルに移した。初回リボン酸塩溶液を、標準に対しHPLCによって分析し、9.54ミリモル(0.38 M)であると定量された。9.54ミリモルのリボン酸塩を含む出発物質25 mLをガラスセルにおいて攪拌し、その一方で、0.5アンペア(100 mA/cm²)の定電流を印加した。セル電圧は平均約6.5ボルトであり、基質のpHは、モル当たり2Fの電荷を通過させた後、3.5から7.6に増加した。サンプルを、603、1206、および1809クーロンにおいて取り出した。エリスロース生成物を含むこのサンプルを、過剰量の水素化ホウ素ナトリウムによってエリスリトールに変換し、エリスリトールに関してHPLC-RIによって分析した。サンプルは、エリスリトール標準から決定した感度係数に基づいて、エリスリトールを基準にして定量した。表1を参照されたい。

実施例２：アラビノン酸の電解的脱カルボキシル化
アラビノン酸カリウム(15ミリモル)を20 mlの水に溶解した。陽イオン交換樹脂(Amberlite IRC747 H+形)を加え、pHを8.4から3.5に下げることによって、このアラビノン酸塩の約50%が中和されるまで酸性とした。このアラビノン酸塩をろ過して樹脂を除き、30 mLに希釈し、電気分解のためにガラスセルに移した。初回アラビノン酸塩溶液を、アラビノン酸塩標準に対しHPLC-RIによって定量したところ、9.2ミリモル(0.37 M)を含むことが判明した。陽イオン交換樹脂によって3.3ミリモルのアラビノン酸塩が失われた。

9.2ミリモルのアラビノン酸塩を含む出発物質25 mLをガラスセルにおいて攪拌し、その一方で、0.5アンペア(100 mA/cm²)の定電流を印加した。セル電圧は平均約5.5ボルトであり、基質のpHは、出発物質のモル当たり2Fの電荷を通過させた後、3.5から7.7に増加した。サンプルを、603、1206、および1809クーロンにおいて取り出した。エリスロースを含むサンプルを、過剰量の水素化ホウ素ナトリウムによってエリスリトールに変換し、エリスリトールに関してHPLC-RIによって分析した。サンプルは、既知の標準から決定した感度係数に基づいて、エリスリトールを基準に定量した。表2を参照されたい。

理論的実施例１：アラビノン酸塩を形成するための、グルコース出発物質の酸化的脱カルボキシル化
アラビノン酸塩に変換するための、グルコース出発物質の酸化的脱カルボキシル化反応の、一つの好適な例が、Scholzらに付与された、1997年5月19日出願、1978年11月14日公刊の、米国特許第4,125,559号に示される。これを、理論的実施例1として提供する。10,000グラムの水に溶解した、396.07グラムのKOH溶液を、6 mm直径のV2Aスチール製Raschigリングを詰めた、2,000 mm長および50 mm内径の、垂直管状リアクターに導入する。この溶液を45℃に加熱し、遠心ポンプによって混ぜ合わせる。混合作用は、分当たり1,950回転に相当する。リアクターの頂上から120グラムの酸素を導入し、圧を20.5 barに設定する。5分の間、リアクター頂上において、リアクター頂上から下方に向けて、計量ポンプを用いて、遠心ポンプによって還流される（分当たり1,950回転）このアルカリ性溶液に、396.32グラムのD-グルコース1水和物を含む水溶液1,000グラムを加える。今度は、この溶液を、分当たり1,950回転で9時間混ぜ合わせ、45℃および20.5 barに維持する。次に、これを、15 mbarの下に、500グラムの残渣が残されるまで濃縮する。この物質を、攪拌しながら6,000グラムのメタノールに導入する。これによって、結晶状のアラビノン酸カリウムが沈殿する。ろ過によって、融点203-204℃（分解を伴う）のアラビノン酸カリウム408.44グラムの理論的収量が得られる。
表３：¹³C-NMRスペクトラムデータ
［内部標準：3-(トリメチルシリル)-プロパンスルフォン酸のナトリウム塩］

理論的実施例２−５：アラビニトールへ変換するための、グルコースの酸化的脱カルボキシル化および水素添加
アラビノン酸塩に変換するための、グルコース出発物質の酸化的脱カルボキシル化反応の、他の好適な例が、Elseviersらに付与された、1997年7月23日出願、1998年11月3日公刊の米国特許第5,831,078号に示される。これを、下記に理論的実施例２−５として提供する。

理論的実施例２：酸素ガスを2 bar圧で加える酸化的脱カルボキシル化
グルコース溶液（1.5 kg、10% w/w溶液）出発物質を、1000 rpmで攪拌しながら、2リットルオートクレーブ中で45℃に加熱する。このグルコース溶液を含むリアクターを、1 bar圧において酸素ガスで0.5分で2回パージする。パージ後、リアクターの酸素圧を2 barに調整する。投与ビューレットによって、水酸化カリウム液（242 g、50% w/w溶液）を、1.3 mol KOH/hの投与速度でグルコース液に投与することによって反応を開始する。必要な合計投与時間は1.7時間である。反応混合物を、前記アルカリの投与時間を含め、5時間の合計反応時間の間攪拌する。生成物を、HPLC分析によって決定する（表4参照）。

理論的実施例３：2 barの酸素圧および過酸化水素添加による酸化的脱カルボキシル化
理論的実施例２の実験は、10%、20%、および30%乾燥物質のグルコース液に対し、40℃で2 bar酸素圧を加えることによって行ってもよい。

グルコース溶液を、1000 rpmで攪拌しながら、2リットルオートクレーブ中で40℃に加熱する。このグルコース溶液を含むリアクターを、1 bar圧において酸素ガスで0.5分で2回パージする。パージ後、リアクターの酸素圧を2 barに調整する。投与ビューレットによって、水酸化ナトリウム液（45% w/w溶液）を、0.65 mol NaOH/hの投与速度でグルコース液に投与することによって反応を開始する。

理論的実施例４：アラビノン酸塩の精製、続くプロトン添加および水素添加によるアラビニトール製造
結晶化
アラビノン酸アルカリ金属塩（アラビノン酸ナトリウム、またはアラビノン酸カリウムである）を結晶化する前に、未精製反応混合物を、イオン交換樹脂（例えば、Lewatit S2528）の助けを借りてpH=7に持ってくる。

得られた反応混合物(pH=7)を、減圧下50℃において、70%乾燥物質となるまで濃縮する。結晶を、ろ過または遠心にて収集し、室温で乾燥させる。アラビノン酸ナトリウムは、95-97%純度で、アラビノン酸カリウムは、98-99%純度で得られる。残余の不純物は、グリコール酸塩およびギ酸塩である。

再結晶
収集された結晶は、70%溶液を得るために、再び水に溶解される。室温に冷却することによって、アラビノン酸ナトリウムの結晶化が可能とされ、100%の純度で得られる。この再結晶化は、ギ酸塩のあらゆる痕跡を除去するために、ほとんど全ての場合で必要とされる。ギ酸の痕跡が少しでもあるとそれは触媒を損なうことになるので、完全除去が好ましい。

理論的実施例５：イオン交換樹脂によるプロトン添加
アラビノン酸アルカリ金属塩にプロトン添加してアラビノン酸に変換する工程は、イオン交換樹脂（例えば、Mitsubishi UBK 550、Lewatit S2528）によって実行することが好ましい。次に、このアラビノン酸は、電解的脱カルボキシル化のための出発物質として用いられる。

記述の実施態様および実施例は、全ての局面において、例示的であって、制限的ではないと見なすべきであり、したがって、本発明の範囲は、上述の記載ではなく、付属の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意味および等価範囲に収まる変更は全て、上記範囲内に包含されるはずのものである。

図1Aは、あるアロース、アルトロース、グルコース、または、マンノース出発物質を用いる各種反応工程を示す反応スキームである。図1Bは、あるグルコースまたはフルクトース出発物質を用いる反応スキームである。図2は、ある好ましい反応工程の例を示す反応スキームである。図3は、エリスロース製造のための、電解による酸化的脱カルボキシル化工程の模式図である。

Claims

リボン酸およびアラビノン酸から成る群から選ばれる酸を初めに含み、中和された前記酸を10%から100%含有する溶液において、エリスロースを製造する方法であって、
前記溶液中の前記酸を電解的に脱カルボキシル化することによってエリスロースを製造する工程を含み、
前記溶液中の前記酸を陽極に接触させることによって、前記電解的脱カルボキシル化が実行されることを特徴とする、前記方法。
前記酸が、D-、または、L-アラビノン酸、または、それらの塩であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記電解的脱カルボキシル化工程の前に、前記溶液中の前記リボン酸またはアラビノン酸が35%から80%中和されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
少なくとも前記酸の80%がエリスロースに変換されるまで、前記電解的脱カルボキシル化が実行されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記溶液が、前記酸と、水、および、水混和性溶媒から成る群から選ばれる溶媒とを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記水混和性溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノール、ジオキサン、および、アセトニトリルから成る群から選ばれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
前記溶液の前記酸を、黒鉛を含む陽極電極に接触させることによって、前記溶液における前記酸の前記電解的脱カルボキシル化が実行されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
分割型、非分割型、貫流型、充填ベッド、バッチセル、または、流体ベッド構成を有する電解セルの一部と、前記溶液の前記酸とを接触させることによって、前記溶液における前記酸の前記電解的脱カルボキシル化がさらに特徴づけられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
残留アラビノン酸またはその塩をリサイクルする工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
リボン酸およびアラビノン酸から成る群から選ばれる酸は、アロース、アルトロース、グルコース、フルクトース、およびマンノースから成る群から選ばれる糖を脱カルボキシル化することによって製造されたことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
前記溶液は、前記酸を溶媒と合わせて、リボン酸およびアラビノン酸から成る群から選ばれる一つ以上の酸を含む溶液を製造し、前記溶液中の前記酸の10%から100%が中和されて調製されたことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
前記溶媒が、水または水混和性溶媒を含み、前記酸がアラビノン酸であり、かつ、前記糖が、グルコース、フルクトース、または、マンノースを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
前記糖がグルコースまたはフルクトースを含み、前記溶液中の前記酸の40%から60%が、前記電解的脱カルボキシル化の前に中和されていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法によってエリスロースを製造する工程と、
前記エリスロースに水素添加する工程を含むことを特徴とする、エリスリトールを製造する方法。
エリスロースの前記水素添加が、ニッケルまたはルテニウムを含む触媒の存在下に、前記溶液において実行されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
前記溶液中の前記酸の前記電解的脱カルボキシル化を実行する前に、前記溶液において、40%から60%が中和される酸を供給するように、前記溶液のpHを調整する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法によってエリスロースを製造する工程と、
前記エリスロースを、陰極電極における電解還元によってエリスリトールに変換する工程を含むことを特徴とする、エリスリトールを製造する方法。
エリスリトールを製造する方法であって、
アラビノン酸塩を含む溶液を準備する工程；前記アラビノン酸塩溶液を、適切なpHにおいて陽イオン交換樹脂と接触させることによって酸性化して、前記アラビノン酸塩溶液の40-60%を中和してアラビノン酸溶液を形成する工程；前記アラビノン酸溶液を前記陽イオン交換樹脂から分離する工程；前記アラビノン酸溶液を、黒鉛電極を含む陽極と接触させることによって、前記アラビノン酸溶液中の前記アラビノン酸を電解的に脱カルボキシル化してエリスロースを製造する工程；および、エリスロースを含む溶液に水素化物還元剤を添加することによって、前記溶液においてエリスロースをエリスリトールに変換する工程を含むことを特徴とする方法。
前記溶液が初めにD-、または、L-アラビノン酸、または、それらの塩を含み；前記溶液が、メタノール、エタノール、プロパノール、ジオキサン、および、アセトニトリルから成る群から選ばれる溶媒を含み；
前記溶液中の前記酸の80%がエリスロースに変換されるまで、前記電解的脱カルボキシル化を実行することによってさらに特徴づけられる、請求項１８に記載の方法。
前記陽極が、黒鉛フォイル電極であることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
前記電解的脱カルボキシル化工程の前に、前記溶液中の前記酸が、適切なpHにおいて陽イオン交換樹脂と接触させ酸性化することによって中和されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
前記電解的脱カルボキシル化工程の前に、前記溶液中の前記酸が、適切なpHにおいて陽イオン交換樹脂と接触させ酸性化することによって40%から60%中和されていることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
前記酸がアラビノン酸であることを特徴とする、請求項２１または２２に記載の方法。