JPS59501414A - マンニト−ル及びソルビト−ルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マンニトール及びソルビトールの製造方法背景及び要約 この出願は、１９８２年８月２０日に出願されたマンニトール及びソルビトール の製造方法に係る米国特許出願第４０９，９９０号の一部継続出願である。

この発明は、Ｄ−マンニトール及びＤ−ソルビトール（以後、それぞれマンニト ール及びソルビトールと称する）の製造に関する。さらに詳しくは、との発明は 、基質としてＤ−グルコース（以後、グルコースと称する）を使用して、糖アル コールであるマンニトール及びソルビトールをあらかじめ定められた相対比率で 製造する方法に関する。

糖アルコール又はアルディドール（ａｌｄｉｔｏｌ　）であるマンニトール及び ソルビトールは、食品、医薬、化粧品及び織物を含む多くの異る分野において使 用される。マンニトールは、かむことができる多層錠剤のだめの基剤として医薬 の用途において広範囲に使用される。ソルビトールは、と＜　（ｂｏｄｙ　）、 きめ及び幾らかの甘味を付与するだめの添加剤として多くの食品に使用される。

マンニトール及びソルビトールは共に天然に広く分布しているが、これらは商業 的量においては合成法により製造される。マンニトール及びソルビトールを製造 するだめの共通の方法は、Ｄ−グルコース、Ｄ−７ラクトース（以後、それぞれ グルコース及びフラクトースと称する）、又はこれら２種類の糖の混合物の触媒 的水素化を介する。ラネーニッケル触媒を用いる転化糖（グルコース５０％、フ ラクトース５０チ）の触媒的水素化により、マンニトール１モルにソルビトール ３モルの割合で、ソルビトール及びマンニトールが製造される。高７ラクトース コーンシロツプ（グルコース５０％、フラクトース４２チ）のニッケル水素化に ょシ類似の比率の生成物が得られる。純粋なり一フラクトースのニッケル水素化 によ、９．１：ｔの比率のマンニトール及びソルビトールが典型的に得られ、他 方グルコースのニッケル水素化によりソルビトールのみが典型的に生このように 、グルコース、フラクトース又はこの両者の混合物の、マンニトール及びソルビ トールへの触媒的水素化法は知られているが、出発原料としてフラクトースを使 用する場合を除き、これらの方法によシ製造されるマンニトールの量はソルビト ールの量と比べて実質的に少ない。しがしながら、フラクトースは相対的に高価 であり、従ってマンニトール又はソルビトールの経済的に競争的な商業生産３ のための出発原料としては実際的でない。

米国特許第４．１７．３ｉ５１４号は、グルコースからのソルビトールとマンニ トールとのマンニトール高含有混合物の製造方法を開示している。この方法は、 酸性水溶液中でグルコースをエピマー化してグルコースと＝ンノースの混合物を 得、そしてこの混合物をグルコースイソメラーゼ酵素で処理することにより混合 物中のグルコースの一部分を７ラクトースに転換することにより、マンノース、 フラクトース及びグルコースのおよそ３　：２　：５の比率の混合物をて触媒的 に水素化すると七にょ知約４０重量％のマンニトールを含有する反応生成物が得 られ１．この生成物においては、出発原料上してグルコース又はンユークロース のいずれかを使用する他の公知方法によシ得られるのよシマンニトールの収量が 実質的に高いと報告されている。しかしながら、５０％より多くのマンニトール を含有するマンニトール高含この発明は、マンニトール及びソルビトールを製造 するための改良された方法を提供することを目的とする。

この発明のさらに特定の目的は、マンニトール及びソルビトールの商業的製造に おいて使用される公知の従来技術の方法【乙よシ得られるのよシも実質的に高い マンニトールとソルビトールの比率を有するマンニトールとソルビトールとの混 合物の商業的に実際的な製造方法を提供することである。

この発明の前記以外の目的は、生成物のマンニトール富化混合物の製造方法であ って、混合物中のマンニトールの相対比率を制御することができる方法を提供す ることである。

この発明の前記以外の目的は、マンノースが優勢であるマンノース／フラクトー ス／グルコース混合物の製造方法を提供することである。

この発明の他の目的及び特徴は、この発明の次の詳細な記載及び代表的な例によ って明らかになるで非常に一般的には、この発明の方法は一つの形態において、 グルコンン（ｇｌｕｃｏ、５ｏｎｅ　）の溶液の調製、及び水素の存在下でニッ ケル触媒を用する触媒的水素化によるグルコンンの還元を含む。この反応は、生 成物の所望の合計濃度が達成されたときに停止される。生成物には、「中間体」 還元生成物であるマンノース、グルコース及びフラクトース、又は最終還元生成 物であるマンニトール及びソルビトールが含まれる。

さらに詳しくは、この発明の方法は、その最も単純な形態において、出発原料と してグルコソンの溶液を用いる。グルコソンは任意の適当な入手源から得ること ができ、そしてこΩ発明の好ましい形態においては、米国特許第４．２４．６， ３４７号に教示されているように、グルコースの酵素的酸化によって製造さ此る 。使用されるグルコース酸化酵素には炭水化物オキシダーゼ、例えばグルコース −２−オキシダーゼ又はピラノース−２−オキシダーゼが含まれる。これらの酵 素の分離源には微生物であるポリホロウス・オブッスス（Ｐｏ１ｙｐｏｒｏｕｓ 　ｏｂｔｕｓｕｓ）及びア使用するグルコソンの濃度は、低くは１チ以下でもよ く高くは３０チ以上でもよい。下記の例１〜３は３チグルコソン溶液の転換に関 する。例４は３０チグルコソン溶液を用いる反応を記載する。高濃度グルコンン 溶液は、例えば酵素的に生成された凍結乾燥グルコソンから調製することができ る。

この発明の重要な特徴に従えば、グルコンンをニアケル触媒を用いる触媒的水素 化により還元し、下に検利するごとく反応条件に依存して、約１５＝１〜３：１ の！囲のマンニトールとソルビトールのモル比を有するマンニトールとソルビト ールとの混合−物を生成せしめる。グルコソンの触媒的水素化に由来する２種類 のアルディドールのマンニ）　−ル富化混合物の製造は幾つかの理由により予想 外のことである。

第１に、上に引用した米国特許第４，２４６，３４７号に記載されている方法に おいては、グルコースの酵素的酸化に由来するグルコソンの触媒的水素化にヨリ 、９０４よシ高い純度を有するフラクトースが生成する。グルコンンのフラクト ースへの転換に使用される好ましい触媒には、炭素上５チ・ぐラジウムが含まれ る。上記の特許はさらに１水素化反応において生成するフラクトースの量は少い ことが見出されたが、ラネーニッケル触媒を用いるグルコソンからフラクトース への触媒的水素化を報告している。

この特許には、マンニトールが富化されたマンニトールとソルビトールとの混合 物へのグルコソンの触媒的水素化においてラネー二、ケルが効果的である旨の教 示及び示唆は存在しない。

従来技術における他の教示はさらに、触媒的脱水素によるグルコソンからフラク トースの製造のだめのラネーニッケルの使用を示唆している。米国特許第４．３ ２１．３２４号は、約１ｏｏ℃〜１５０℃の好ましい温度におけるグルコソンの 触媒的水素化にょシグルコースをフラクトースに転換してフラクトースを製造す る方法を開示している。この特許は、記載された反応条件下でのグルコソンから フラジ）　−スの収量に関するデータをなｉら示していない。しかしながら、こ の出願を支持して行われた実験は次のことを示した。約２０℃〜８０℃の温度範 囲においては、ラネーニッケルの存在下でグルコンンの水素化に、より生成する フラクトースの量は生成されるとしても、非常に少ない。第２に、グルコソンそ れ自体は１００℃よシ高温においては非常に不安定であり、従って第４，３２１ ，３２４号特許において開示された高温反応条件下では純粋な反応生成物が生成 することは期待できない。ともかく、引用した特許は、この発明の方法における 反応条件下でラネーニッケル触媒を用いてグルコソンを触媒的に水素化しマンニ トールが富化されたマンニトールとソルビトールとの混合物を得ることは示して おらず又は示唆していない。

最後に、上に検討したごとく、従来技術は、グルコース、フラクトース、又はこ れら２種類の糖の混合物を触媒的に水素化してマンニトールとソルビトールかう 成シマンニトールとソルビトールの比が１＝１以下である反応混合物の製造を教 示している。

これらの反応はいずれも、グルコソンがマンニトール及びソルビトールを製造す るだめの水素化反応における出発原料であることを示唆していないのみならず、 得られた混合物においてマンニトールが富化されることを示唆していない。

この出願を支持して行われた実験は、マンニトール／ソルビトール混合物へのグ ルコソンの還元は２段階反応であることを示している。最初の段階はマンノース 、グルコース及びフラクトースの混合物へのグルコソンの還元に関し、この混合 物はマンノースが優勢である。すなわち５０係以上のマンノースを含む。第２の 段階において、中間体である糖のそレソレカ、マンニトール、又ハマンニトール ／ソルビトール混合物にさらに還元される。反応の２段階性は反応において高濃 度グルコンン溶液を使用することによシ最本よく観察しそして開発することがで きる。下記の例４において見られるように、グルコソンの３０チ溶液は反応にお いて非常にゆっくシ還元され、約７日の後支配的にマンノース、フラクトース及 びグルコース中間体が生成し、約１４〜１９日後に最終的なマンニトール及びソ ルビトール生成物が得られる。従って、中間段階で反応を停止することによシ、 マンノースが優勢であるマンノース、グルコース及びフラクトースの混合物を製 造するためにこの発明を実施することができる。

この発明の反応における好ましい水素化触媒はラネーニッケルである。この発明 において良好に使用することができる他の触媒には、炭素上５％ルテニウム及び 炭素上５％ロジウムが含まれる。ラネーニッケルを用いる触媒的水素化方法は、 従来技術中に記載されており、そして当業者によく知られている。

水素化反応は、好ましくは約２０℃〜８０℃の温度範明において行う。例２にお いて見られるように、反応において生成するマンニトールとソルビトールの比率 は、水素化反応を特定された温度範囲のそれぞれ上限又は下限で行うことによシ 、選択的に増加し又は減少する。

この発明の方法における水素化反応は、好ましくは約５〜５０　ｐｓｉの圧力範 囲において行う。反応のＰＨは、好ましくは約３〜６の間に保持される。この発 明の方法に従って行われ、そして例２に報告されている反応は、約４５のＰＨに おいて最大のマンニトール対ソルビトール生成比率が達成されることを示してい る。

水素化反応は、上記の選択された温度、ＰＨ及び圧力条件のもとで、マンニトー ル及びソルビトールが所望の合計濃度に達するまで行う。

反応を完全に行い、実質上すべてのグルコソンが消９１　サれれば、マンニトー ルとソルビトールの合計濃度は、適切な反応条件のもとでは、混合物中に生成し た生成物の９０重重量上シ多くを構成する。種種のタイプの触媒を用いながらこ の発明の反応を完結するのに必要とされる時間は、後はど例３において検討する 。

ここで、この発明の方法を、次の例を参照しながらさらに詳細に説明する。

グルコソンの３係水溶液（ｐＨ４，５）を、前に引用した米国特許第４，２４６ ，３４７号の教示に従って、グルコースから調製した。小型水素化装置（スにル コ社、ベレフォルテ、ＰＡ）中に入れられたこの溶液４−に、２５０■のラネー ニッケル（ファルツアンドパウエル社、スタンフォード、ＣＮ　）　ヲ加、ｊ＝ り。

この混合物を、８　ｐｓｉの水素（Ｈ２）ガスのもとで、２５℃にて］０時間攪 拌した。次に、ビオラドアミネックスカーポートレート力ラムを用いる高性能表 体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）にょシ混合物を分析した。この場合、移動相 は８５℃の水とし、そしてカラムを通過する溶剤流を０６ゴ／分に設定した。

検出は屈折率によシ行っだ。既知の糖及び糖アルコールは、このＨＰＬＣ系にお いて次の保持時間、すなわちグルコソン（１２，３分）、フラクトース（１，４ ，２分）、マンニトール（１８３分）、及びンルビト−ル（２２４分）を有する 。この分析によシ、マンニトール及びソルビトールを３２＝１の比率で含有する 生成混合物へのグルコソンの完全転換が示された。

マンニトールとソルビトーノＣとのマンニトール高含有混合物へのグルコソンの 転換がフラクトース中間体を介してのみ進行する可能性を討験した。フラクトー スの３係水溶液（ｐＨ４，５）を、グルコソンの水素化、について前記したのと 同一の条件下で触媒的に水素化した。反応混合物の分析により、フラクトースの 完全な転換、及びマンニトールとソルビトールを１２＝１の比率で含有する生成 混合物が示される。この結果は、フラクトースの触媒的水素化によりマンニトー ルとソルビトールが約１＝１の比率で生成することが見出されている従来技術に おいて得られた前記の結果と類似している。この結果は、この発明の反応が、フ ラクトース中間体を基礎にしてのみでは説明し得ないことを示している。

例　２ この例は、種々のＰＨ１圧力及び温度反応条件下でのグルコースカラのマンニト ールとソルビトールとのマンニトール富化混合物の製造を試験する。例１件及び それぞれについて得られた結果を第１表に要約する。

第　１　表 Ａ　２５℃３０　ｐｓｉ　４．５　２．５　：　ＩＢ　２５　３０　３．０　２ ．０：Ｉ Ｃ２５３０６，０２，２：Ｉ Ｄ　７８　８　４．５　３．３：Ｉ Ｅ　７８　３０　４．５　３．２：１ 第１表の反応Ａ及びＥの比較により、生成混合物中の生成したマンニトールとソ ルビトールの比率は、水素化反応が行われる温度が２５℃から７８℃に上昇する に従って有意に増加することが示される。反応Ａと反応Ｂ及びＣとの比較によシ 、反応混合物中のマンニトールとソルビトールとの比率が約４．５のＰＨにおい て反応を行うことによシ最適化されることが示される。反応りとＥの比較によシ 、生成混合物中のマンニトールとソルビトールの比率の増加に対する、圧力を低 下せしめることによるわずかな効果が示される。

上記の２つの例においては、使用した触媒はラネーニッケルであった。この例は 水素反応に対する異る触媒の効果を試験する。各触媒についての一般的反応方法 は例１において用いた方法と同じとした。

但し、グルコンンの完全な転換のために必要な反応時間は第２表に示すように触 媒が異るのに従って変化した。第２表において見られる通り、ラネーニッケルは この発明における好ましい触媒であり、炭素上５係ルテニウム又は炭素上５％ロ ジウム触媒により生成する混合物の約２倍のマンニトールとソルビトーノｔの比 率を有するマンニトール／ソルビトール混合物を生成する。ルテニウム触媒及び ロノウム触媒はエングレノ・ルトインダストリーズにューアク、ＮＪ）から得だ 。

Ａ　ラネー二、ケル　１０時間　３．２：ＩＢ　炭素上５％）げニウム　７２　 １．６：ＩＣ炭素上５係ロノウム　３６　１．６：１この例は、さらに濃厚なグ ルコソン溶液への例１の方法の適用を示す。例１の一般的方法を使用したが、出 発溶液を３０係グルコソン水溶液とし、この溶液は、酵素的に生成せしめたグル コソンを凍結乾燥し、そして３ｏｏｍ９／ｍｌの濃度に再溶解することにより調 製した。

小型の圧力反応器に３．５　ｄのグルコソン溶液及び約３００ｍりのラネーニッ ケルを負荷した。反応を室温にて、４０ｐｓｉの水素圧において行い、そして例 １に記載した条件を用いてＨＰＬＣにより監視した。反応浴ＷｉＪ：ｙルコソン 、グルコース、マンノース、フラクトース、マンニトール及びソルビトールにつ いて監視した。

反応の７日後、溶液中にグルコソンは残留しておラス、この溶液はグルコース、 マンノース、フラクトース、マンニトール及びソルビトールをそれぞれ約４：１ ８ニア：３：１の比率で含有していた。

１３日後、溶液はマンニトールとソルビトールを約２６＝１の比率で含有し、そ して反応生成物の約１２係を構成すると算定される少量のマンノース及びグルコ ースを含有する。

１９日目において、生成物は約９７俤のマンニトール及びソルビトールからなり 、その比率は約２５：１であり、生成物の残部はグルコース及びマンノースであ った。反応において、生じた総生成物は出発原料の約９０％を示した。

前記の記載及び例から、この発明の種々の目的がいかにして達成されるかを見る ことができる。この発明の１つの重要な特徴に従えば、ラネーニッケルのような 触媒を用いる触媒的水素化によシ、マンニ１５ トールとソルビトールの比率が３＝１又はこれより犬であるマンニトールとソル ビトールとのマンニトール富化混合物が生成し、最終反応混合物中のマンニトー ル及びソルビトールの会計含量は９０係又はこれより犬であることが見出された 。この結果は、従来技術のマンニトール製造方法を超越する有意な改良を示して いる。グルコース、フラクトース、又はこの両者の混合物の触媒的水素化をマン ニトールの商業的製造に用いる場合、ソルビトールが優勢なソルビトール−マン ニトール混合物が製造される。

グルコースから製造された混合物中のマンニトールの相対比率は、水素化に先立 ってグルコースをエピマー化及び／又は異性化することによシ増加せしめること ができるが、追加の段階が関与し、そして生成した混合物中にソルビトールがな お優勢であるため、この方法は完全に満足すべきものではない。

フラクトースの触媒的水素化によシ、約１＝１の比率でソルビトールと共にマン ニトールを製造することができること、及びマンノースの触媒的水素化によシ本 質上純粋なマンニトールを製造することができることが従来技術において知られ ている。しかしながら、これらのいずれの方法においても、出発原料であるフラ クトース又はマンノースが比較的高価でちることが、これらの反応を基礎にする 商業的方法に対する深刻な障害である。この発明においては出発原料であるダル コソンは簡単で商業的に実際的な反応により製造することができ、この出願原料 はグルコースの酵素的酸化によって生成せしめることができる。

ここにさらに、選択された温度及びＰＨにおいて水素化反応を行うことにより、 この発明の方法を、マンニトールとソルビトールの所望の比率を有するマンニト ールとソルビトールとの混合物を製造するために適用することができることが示 されている。特に、この発明の方法は、比較的高温において反応を行うことによ シ、マンニトールとソルビトールの比率が３＝１より大である混合物を製造する ために適用することができる。

高濃度のグルコソンを用いて反応を行い、そして中間反応段階において停止する ことにより、マンノース、クルコース及ヒフラクトースの、マンノースが優勢な 混合物を得ることができる。

ここに、この発明の特定の例を記載したが、この発明の本質から逸脱することな く種々の変化及び変法を行うことができることが当業者には明らかであろう。

国際調査報告 第１頁の続き 優先権主張　＠１９８３年８月１日■米国（ＵＳ）［有］５１７９９６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　マンニトールとソルビトールの比率が少なくとも１５：１であるマンニトー ルとソルビトールとの混合物の製造方法であって、′グルコソンの溶液を調製し 、水素の存在下でニッケル触媒を用いる触媒的水素化によりグルコソン溶液を還 元し、そしてマンニトール及びソルビトールの所望の合計濃度が達成されたとき に反応を停止することを含んで成る方法０ ２　グルコソンの溶液が酵素的酸化によるグルコ　・−スの転換により調製され る請求の範囲第１項記載の方法。 ３　グルコソンの前記の溶液が約３と約６の間の−において反応する請求の範囲 第１項記載の方法。 ４　触媒的水素化が約２０℃と約８０℃の間の温度において行われる請求の範囲 第１項記載の方法。 ５　前記ニッケル触媒がラネーニッケルを含んで成る請求の範囲第１項記載の方 法。 ６　水素が気体の形で与えられ、そして水素化反応が約５　ｐｓｉと約５０　ｐ ａｉの間で選択された圧力において行われる請求の範囲第１項記載の方法。 ７、反応において用いられる温度が、マンニ）　−ルとソルビトールの所定の比 率を得るように選択される請求の範囲第１項記載の方法。 ８　グルコソン溶液が約３ｏｚ以下のグルコソンを含有する請求の範囲第１項記 載の方法。 ９、　前記の還元がまず、マンノース、フラクトース及びグルコースのマンノー スが優勢な混合物を生成する請求の範囲第８項記載の方法。 １０、マンニトールとソルビトールの合計濃度が混合物の全糖含量の少なくとも 約９０％であｐｌそしてマンニトールとソルビトールの比率が少なくとも約２： ｌであるマンニトールとソルビトールとの混合物の製造方法であって、約４．５ の−を有するグルコソン溶液を調製し、水素ガスの存在下でラネーニッケル触媒 を用いて、約５　ｐａｉと約５０　ｐｓｉの間で選択された圧力において、約２ ０℃と約８０℃の間で選択された温度においてグルコンンを還元し、そシテマン ニトールとソルビトールの所望の合計濃度が達成されたときに反応を停止するこ とを含んで成る方法。 １１、反応の圧力及び温度条件が、マンニトールとソルビトールの比率が約３＝ １である混合物を生成するように選択される請求の範囲第１０項記載の方法。 １２　調製されたグルコソンの溶液が約３０％以下のグルコソンを含有する請求 の範囲第Ｗ項記載の方法。 １３、マンニトールとソルビトールの比率が少なくとも約１５：１であるマンニ トールとソルビトールとの混合物の製造方法であって、グルコースの水溶液を調 製し、溶液中のグルコースをグルコソンに酵素的に酸化し、水素の存在下でニッ ケル触媒を用いる触媒的水素化によシグルコソンを還元し、そしてマンニトール とソルビトールの所望の合計濃度が達成されたときに水素化反応を停止すること を含んで成る方法。 １４　前記の酵素的酸化が酸素の存在下でピラノース−２−オキシダーゼ酵素に よシ行われる請求の範囲第１３項記載の方法。 １５、前記グルコソンの溶液が酵素的に生成され、そして約３と約６の間のＰｌ −１において触媒的に反応する請求の範囲第１３項記載の方法。 １６　グルコンンを還元する前に、グルコソン溶液を約３０チ以下のグルコソン に濃縮することをさらに含む請求の範囲第１３項記載の方法。 １７、マンノース、フラクトース及ヒクルコースの、マンノースが優勢な混合物 の製造方法であって、グルコソンの溶液を調製し、水素の存在下でニッケル触媒 を用いる触媒的水素化によりグルコソン溶液を還元し、そしてマンノースの所望 の濃度が達成されたときに反応を停止することを含んで成る方法。 １８、グルコソンの溶液が約３０チ以下のグルコソンを含有する請求の範囲第１ ７項記載の方法っ