KR100538682B1

KR100538682B1 - D-글루쿠로노락톤의제조방법

Info

Publication number: KR100538682B1
Application number: KR1019980007943A
Authority: KR
Inventors: 도시끼 쓰찌오까; 다다시 야마구찌; 구니히꼬 유우엔; 히로또 자엔
Original assignee: 쥬고꾸 가야꾸 가부시키가이샤; 가부시끼가이샤 하야시바라 세이부쓰 가가꾸 겐꾸조
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2006-02-28
Also published as: JPH10251263A; US5912361A; EP0864580B1; DE69815179T2; EP0864580A2; KR19980080086A; EP0864580A3; DE69815179D1; JP4153057B2; TW476759B

Abstract

트레할로오스를 산화시켜 산화된 트레할로오스를 생성하고, 이를 가수분해하여 D-글루쿠로노락톤을 제조한 후 회수하여, 수율이 높고 비용이 낮은 D-글루쿠로노락톤의 제조를 실현하였다.

Description

Ｄ-글루쿠로노락톤의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING Ｄ-GLUCURONOLACTONE}

본 발명은 D-글루쿠로노락톤의 제조 방법, 좀더 구체적으로는 트레할로오스를 산화시키고, 산화된 트레할로오스를 가수분해하여 D-글루쿠로노락톤을 제조하는 방법에 관한 것이다.

D-글루쿠로노락톤을 제조하는 다양한 방법들이 공지되어 있고, 당업계에 많은 특허 출원이 있었다. 이미 공업화된 방법에 따르면, 전분을 질산으로 산화시키고, 이어서 가수분해하여 D-글루쿠로노락톤을 얻는다. 이 방법은 산화력을 갖지 않는 일산화질소가 제조 과정 중 발포되어 균질 산화 반응의 진행을 방해하고, 결과적으로 D-글루쿠로노락톤의 수율을 낮추게 된다. 또한 발포 일산화질소는 반응혼합물의 부피를 팽창시키기 때문에 증가된 용적의 반응기를 필요로 한다. D-글루쿠로노락톤을 제조하기 위한 다른 방법들이 일본 특허 공고 공보 제 25958/1967 및 5882/1968 호에 기재되어 있다. 이들 방법은 발포 일산화질소의 문제를 해결하였으나, 반면 D-글루쿠로노락톤의 수율은 약 10 내지 15 % 정도로 향상되지 않았다.

일본 특허 공보 제 7325/1969 호는 C-1 위치의 글루코오스를 보호하고, 상기 C-위치를 산화하고, 이어서 산화된 글루코오스를 가수분해 (탈보호) 하는 단계를 통하여 D-글루쿠로노락톤을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법에 의해 제조될 수 있는 D-글루쿠로노락톤의 수율은 여전히 낮고 (약 10 내지 20 %), 또한 전체 제조 방법이 복잡하다.

본 발명은 이러한 상황에서 완성되었고, 목적 하에서 높은 수율로 공업적 규모에서 용이하게 실행될 수 있는 D-글루쿠로노락톤의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 이러한 목적은 트레할로오스의 산화, 및 그 후 산화된 트레할로오스를 가수분해하여 D-글루쿠로노락톤을 형성하고 회수하는 단계들을 포함하는 D-글루쿠로노락톤의 제조 방법에 의해 성취될 수 있다. D-글루쿠로노락톤을 제조하기 위한 본 발명의 방법에서 일어나는 일련의 반응들은 하기 반응식 1 에 명시되어 있다 (단, 반응은 우선 α,α-트레할로오스를 출발물질로 한다).

[반응식 1]

트레할로오스 (화학식 = C₁₂H₂₂O₁₁; 분자량 = 342.30) 는 구성 당으로 D-글루코오스를 함유하는 비환원 디사카라이드로서 오랫동안 알려져 왔고, 글루코시드 결합에 따라 트레할로오스 이성질체 3 종, 즉 α,α-트레할로오스, α,β-트레할로오스 및 β,β-트레할로오스가 존재한다. 본 발명에서 사용되는 트레할로오스의 재료 및 근원은 특별히 제한되지는 않는다. 따라서, 적용할 수 있는 트레할로오스는 세균, 진균, 조류 또는 곤충으로부터 추출될 수 있거나, 또는 말토오스 포스포릴라아제 및 트레할로오스 포스포릴라아제로 이루어진 복합 효소 시스템의 작용에 의해 말토오스로부터 얻어질 수 있고; 다른 방법으로는 말토오스가 말토오스-트레할로오스 전환 효소에 의해 트레할로스로 직접 전환될 수 있거나, 또는 전분의 부분적 가수분해물이 효소적으로 사카라이드화될 수 있다. 적은 비용으로 고 품질의 D-글루쿠로노락톤을 생산하는 것을 필요로 하는 경제적 측면에서, 세 번째 또는 네 번째 방법에 의해 생성된 트레할로오스는 적당한 방법으로 정제되어 고순도의 트레할로오스를 생성할 수 있고, 이것을 출발 트레할로오스로서 사용하는 것이 바람직하다.

트레할로오스를 제조하는 바람직한 방법은 하기와 같이 진행될 수 있다. 전분을 젤라틴화하고, 산 및/또는 α-아밀라아제로 액화하여, 말토트리오오스, 말토테트로오스, 말토펜토오스 및 말토헥소오스와 같은, 글루코오스의 중합도가 3 이상인 말토-올리고사카라이드를 함유하는 환원 전분의 부분적 가수분해물을 생성한다; 그런 다음 일본 특허 공개 공보 제 143876/1995, 322883/1985, 66188/1996 및 84588/1996 호에 기재된 비환원 사카라이드 발생 효소를 전분 가수분해물에 작용하도록 하여 말단 트레할로오스 구조를 가진 비환원 사카라이드로 전환시킨다; 이어서 일본 특허 공개 공보 제 298880/1995, 213283/1995 및 66187/1996 호 및 일본 특허 출원 제 189760/1995 호의 명세서에 기재된 트레할로오스 유리 효소를 상기에 생성된 비환원 사카라이드에 작용하도록 하여 그로부터 트레할로오스를 유리시킨다. 비환원 사카라이드 발생 효소 및 트레할로오스 유리 효소를 비환원 사카라이드에 동시에 또는 연속적으로 작용하도록 할 수 있다. 생성물의 트레할로오스 함량은 상기 2 종의 효소를 이소아밀라아제 또는 풀룰라나아제 같은 탈분지 효소와 병용함으로써 더욱 증가시킬 수 있다. 말토오스를 트레할로오스로 직접 전환시키기 위하여, 일본 특허 공개 공보 제 170977/1995, 263/1996 호, 일본 특허 출원 제 187901/1994 호의 명세서 및 특허 공개 공보 제 149980/1996 호에 기재된 말토오스-트레할로오스 전환 효소를 말토오스 또는 말토오스를 함유하는 당 조성물에 작용하도록 할 수 있다. 만약 더욱 고순도의 트레할로오스가 필요하다면, 상기 방법의 생성물을 고정층, 이동층 또는 유사-이동층에 염-형 강 양이온 교환 수지를 사용하는 컬럼 크로마토그래피에 적용하고, 높은 트레할로오스 함량의 분획을 회수한다. 이렇게 얻어진 생성물 및 분획은 70 % 이상의 고형 트레할로오스를 함유하고, D-글루쿠로노락톤의 생성을 위한 원료로서의 사용에 적합하다.

산화시키기 위하여, 트레할로오스를 적당한 용매, 예를 들면 물 및 직쇄 또는 측쇄 저급 알코올, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 부탄올 및 이소프로필 알코올로부터 선택된 하나 이상의 용매에 용해시키고, 무기 질소 화합물, 예를 들면 질산, 아질산 및 그의 염, 금속 화합물, 예를 들면 망간, 크롬 및 납 화합물, 할로겐, 무기 할로겐 화합물, 산소 종 (oxygen species), 예를 들면 공기, 산소 및 오존, 과산화물, 예를 들면 퍼옥손산, 및 유기 화합물, 예를 들면 니트로벤젠으로부터 선택된 하나 이상의 공지된 산화제를 첨가하여 트레할로오스를 산화시킨다. 트레할로오스 산화는 산화 반응을 촉진시키는 산화 촉매, 예를 들면 산화 백금, 탄소 상 백금, 산화 바나듐 또는 탄소 상 팔라듐의 존재하에서 수행하는 것이 유리할 수 있다. 트레할로오스는 또한 전기 산화 또는 미생물 산화 발효에 의해 산화시킬 수 있다. 공업적 측면에서, 즉 만약 취급의 용이성 및 산화된 트레할로오스의 수율을 고려한다면, 물을 용매로, 산소, 오존 또는 공기를 산화제로, 산화 백금 또는 탄소 상 백금을 산화 촉매로 사용하는 것이 유리할 수 있다.

산화 반응 온도는 반응이 진행될 만큼 충분히 높아야 하지만, 트레할로오스, 산화된 트레할로오스 및 D-글루쿠로노락톤이 분해될 만큼 높지는 말아야 한다; 전형적으로 산화 반응 온도는 약 0 내지 200 ℃, 바람직하게는 약 20 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 약 40 내지 130 ℃, 가장 바람직하게는 약 60 내지 100 ℃ 의 범위에서 선택할 수 있다. 산화 반응의 시간은 사용되는 산화제 및 온도에 의존하며, 전형적으로 약 1 내지 150 시간, 바람직하게는 약 5 내지 80 시간 더욱 바람직하게는 약 10 내지 30 시간의 범위이다.

산화 반응은 바람직하게는 pH 를 조정하며 수행하고, pH 의 범위가 5 내지 10, 바람직하게는 6 내지 9, 더욱 바람직하게는 7 내지 8 에서 효과적으로 수행된다. 반응을 방해하지 않는 한, 어떠한 종류의 염기도 pH 조정을 위해 사용할 수 있다. 이들의 예로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 수산화마그네슘, 수산화제일철, 암모니아, 및 알킬아민 (예: 트리메틸아민, 트리에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 모노메틸아민, 모노에틸아민 등) 을 언급할 수 있다.

공업적 측면으로부터, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산수소나트륨 및 탄산수소칼륨의 사용이 바람직하다.

상기 산화 반응에 따라, 산화된 트레할로오스가 원료로 사용된 트레할로오스에 대하여 95 % 이상의 높은 수율로 생성될 수 있다.

산화된 트레할로오스는 물 및 직쇄 또는 측쇄 저급 알코올, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 부탄올 및 이소프로필 알코올로부터 선택된 하나 이상의 용매 내에서 염산, 황산, 질산, 인산 및 토스산 (tosic acid) 과 같은 산으로부터 선택된 하나 이상의 가수분해제와 반응시킴으로써 쉽게 가수분해할 수 있다. 다른 가수분해 방법들은 가수분해 효소의 사용을 포함한다. 사용되는 가수분해 효소에 의존하는 가수분해 동안의 온도는 약 0 내지 200 ℃, 바람직하게는 약 20 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 40 내지 130 ℃, 가장 바람직하게는 약 60 내지 100 ℃ 의 범위에서 선택된다. 가수분해 시간은 전형적으로 약 1 내지 150 시간, 바람직하게는 약 5 내지 80 시간, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 시간의 범위에서 선택된다. 그들의 종류에 따라, 가수분해 효소는 일반적으로 약 1 내지 150 시간, 바람직하게는 약 5 내지 100 시간, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 48 시간 동안 작용하도록 한다. 이렇게 얻어진 D-글루쿠로노락톤을 함유하는 생성물은, 미반응 시약 및/또는 용매들을 여과, 추출, 고체-액체 분리, 분별침전, 투석증류 등에 의해서 분리한 후, 그 자체로 사용할 수 있다. 만약 더욱 고순도의 D-글루쿠로노락톤이 필요하다면, 당 또는 당 유도체를 정제하는 당업계의 통상적 기술, 예를 들면 박층 크로마토그래피, 컬럼 크로마토그래피, 이온 교환 크로마토그래피, 기체상 크로마토그래피, 증류 및 결정화 등을 적용할 수 있다; 이들 정제 기술은 필요하다면 서로 병용할 수 있다. 트레할로오스는 비이성질성 수산기가 주요 반응물인 전형적 치환 반응에서 8 종의 반응성 라디칼을 제공한다는 것을 주목하여야 한다. 이는 반응 조건에 따라 D-글루쿠로노락톤은 물론 다양한 비율의 트레할로오스 유도체를 함유하는 조성물을 생성할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 조성물은 일반적으로는 그 자체로 사용될 수 있으나, 전술한 하나 이상의 정제 기술을 사용 전 적용하여 D-글루쿠로노락톤 만을 단리할 수 있다.

상기의 일련의 반응은 D-글루쿠로노락톤을 원료로 사용한 트레할로오스에 대하여 약 30 내지 40 % 또는 그 이상의 수율로 생성시킬 수 있게 한다. 이 값들은 선행 기술에 의하여 얻은 것의 2 내지 4 배 또는 그 이상이다.

본 발명의 방법에 의하여 생성된 D-글루쿠로노락톤은 종래의 공지된 방법들에 의하여 생성된 D-글루쿠로노락톤과 동일하거나 보다 높은 순도를 가지므로, 이것은 식품, 미용 및 약학 산업을 포함하는 다양한 분야에서 종래의 방법들에 필적하고, 복합 독성 제거 또는 감소 작용, 간기증 향상 작용, 피로 감소 효과 및 항 류마티즘 작용을 갖는 물질로서 광범위한 적용성을 지닌다. 본 발명의 실시예들이 이제 상세히 기술될 것이다.

실시예 1 : D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 1 - 1 : 산화된 트레할로오스의 제조

α,α-트레할로오스 300 g (793 mmol), 5 % 의 탄소 상 백금 180 g 및 물 3 ℓ 를 온도계와 환류 응축기가 장치된 4-ℓ 유리 반응기에 충진하였다. 혼합물을 60 ℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 산소를 버블링하면서 24 시간 동안 반응을 수행하였다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물을 중탄산나트륨으로 중화시키고, 여과하여 탄소 상 백금을 제거한 후, 진공 하에 용매를 증류 제거하여 담황색 분말 315 g 을 수득하였다. 고성능 액체 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 96.0 % 의 수율인 α-D-글루쿠로닐-α-D-글루쿠론산 나트륨 염 (산화된 트레할로오스) 을 함유하는 생성물을 나타내었다.

실시예 1 - 2 : 산화된 트레할로오스로부터 D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 1 - 1 에서 제조한 산화된 트레할로오스의 일부 (1.48 g, 3.57 mmol) 및 물 20 ㎖ 을 온도계와 환류 응축기가 장치된 50-㎖ 유리 반응기에 충진하였다. 진한 황산 1.18 g (11.6 mmol) 을 첨가한 후에, 혼합물을 80 ℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 반응을 6 시간 동안 진행시켰다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물 내의 불용물을 여과 제거하고, 여액을 이온 교환 수지로 충진된 칼럼을 사용하여 탈이온화시켰다. 용매를 진공 하에 증류 제거하여 백색 결정 518 mg 을 수득하였다. 고성능 액체 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 35.0 % 의 수율인 D-글루쿠로노락톤 2.91 mmol 을 함유한 생성물을 나타내었다.

실시예 2 : D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 2 - 1 : 산화된 트레할로오스의 제조

α,β-트레할로오스 5 g (13.2 mmol), 산화 백금 1.0 g 및 물 100 ㎖ 를 온도계와 환류 응축기가 장치된 200-㎖ 유리 반응기에 충진하였다. 혼합물을 60 ℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 산소를 버블링하면서 24 시간 동안 반응을 수행하였다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물을 중탄산나트륨으로 중화시키고, 여과하여 산화 백금을 제거한 후, 진공 하에 용매를 증류 제거하여 담황색 분말 5.22 g 을 수득하였다. 고성능 액체 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 95.5 % 의 수율인 α-D-글루쿠로닐-β-D-글루쿠론산 나트륨 염 (산화된 트레할로오스) 을 함유하는 생성물을 나타내었다.

실시예 2 - 2 : 산화된 트레할로오스로부터 D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 2 - 1 에서 제조한 산화된 트레할로오스의 일부 (1.48 g, 3.57 mmol) 및 물 20 ㎖ 을 온도계와 환류 응축기가 장치된 50-㎖ 유리 반응기에 충진하였다. 진한 염산 2.64 g (2.69 mmol) 을 첨가한 후에, 혼합물을 100 ℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 반응을 6 시간 동안 진행시켰다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물 내의 불용물을 여과 제거하고, 여액을 이온 교환 수지로 충진된 칼럼을 사용하여 탈이온화시켰다. 용매를 진공 하에 증류 제거하여 백색 결정 548 mg 을 수득하였다. 고성능 액체 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 37.0 % 의 수율인 D-글루쿠로노락톤 3.08 mmol 을 함유하는 생성물을 나타내었다.

실시예 3 : D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 3 - 1 : 산화된 트레할로오스의 제조

β,β-트레할로오스 소정량 (4.99 g, 13.2 mmol), 5 % 의 탄소 상 백금 3.0 g 및 물 100 ㎖ 를 온도계와 환류 응축기가 장치된 200-㎖ 유리 반응기에 충진하였다. 혼합물을 70 ℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 공기를 버블링하면서 24 시간 동안 반응을 수행하였다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물을 중탄산나트륨으로 중화시키고, 여과하여 탄소 상 백금을 제거한 후, 진공 하에 용매를 증류 제거하여 담황색 분말 5.29 g 을 수득하였다. 고성능 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 97.5 % 의 수율인 β-D-글루쿠로닐-β-D-글루쿠론산 나트륨 염 (산화된 트레할로오스) 을 함유하는 생성물을 나타내었다.

실시예 3 - 2 : 산화된 트레할로오스로부터 D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 3 - 1 에서 제조된 산화된 트레할로오스의 일부 (1.48 g, 3.57 mmol) 및 물 20 ㎖ 을 온도계와 환류 응축기가 장치된 50-㎖ 유리 반응기에 충진하였다. 진한 염산 2.64 g (2.69 mmol) 을 첨가한 후에, 혼합물을 100 ℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 반응을 6 시간 동안 진행시켰다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물 내의 불용물을 여과 제거하고, 여액을 이온 교환 수지로 충진된 칼럼을 사용하여 탈이온화시켰다. 용매를 진공 하에 증류 제거하여 백색 결정 548 mg 을 수득하였다. 고성능 액체 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 37.0 % 의 수율인 D-글루쿠로노락톤 3.08 mmol 을 함유하는 생성물을 나타내었다.

실시예 4 : D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 4 - 1 : 산화된 트레할로오스의 제조

고순도 α,α-트레할로오스 (2.50 g, 6.6 mmol) 의 함수 결정, 산화 바나듐 (0.5 g) 및 에탄올 (50 ㎖) 을 온도계와 환류 응축기가 장치된 100-㎖ 유리 반응기에 충진하였다. 혼합물을 40℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 공기를 버블링하면서 48 시간 동안 반응을 수행하였다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물을 중탄산 나트륨으로 중화시키고, 여과하여 산화 바나듐을 제거한 후, 진공 하에 용매를 증류 제거하여 담황색 분말 2.61 g 을 수득하였다. 고성능 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 97.0 % 의 수율인 α-D-글루쿠로닐-α-D-글루쿠론산 나트륨 염 (산화된 트레할로오스) 을 함유하는 생성물을 나타내었다.

실시예 4 - 2 : 산화된 트레할로오스로부터 D-글루쿠로노락톤의 제조

실시예 4 - 1 에서 제조된 산화 트레할로오스의 일부 (1.48 g, 3.57 mmol) 및 물 20 ㎖ 을 온도계와 환류 응축기가 장치된 50-㎖ 유리 반응기에 충진하였다. 진한 염산 2.64 g (2.69 mmol) 을 첨가한 후에, 혼합물을 90 ℃ 에서 교반하면서 환류시키고, 반응을 10 시간 동안 진행시켰다. 반응의 완료 후에, 반응 혼합물 내의 불용물을 여과 제거하고, 여액을 이온 교환 수지로 충진된 칼럼을 사용하여 탈이온화시켰다. 용매를 진공 하에 증류 제거하여 백색 결정 603 mg 을 수득하였다. 고성능 크로마토그래피에 의한 분석이 출발 트레할로오스에 대해 44.0 % 의 수율인 D-글루쿠로노락톤 3.39 mmol 을 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 D-글루쿠로노락톤의 수율을 향상시킬 뿐만 아니라, D-클루쿠로노락톤의 제조 과정 중 발포를 방지하여, 뱃치 당 D-글루쿠로노락톤의 생산이 현저하게 증가하여, 반응 효율의 유의한 향상을 달성하였다. 따라서, D-글루쿠로노락톤의 제조를 위한 본 발명의 방법은 현재 상용되는 방법보다 D-글루쿠로노락톤의 제조에서 더욱 높은 효율을 나타내는 산업적으로 우수한 접근이라고 말할 수 있을 것이다.

Claims

산화 백금, 탄소 상 백금, 산화 바나듐 및 탄소 상 팔라듐으로부터 선택된 하나 이상의 산화 촉매의 존재 하에서 무기 금속 화합물, 할로겐, 무기 할로겐 화합물, 산소 종, 무기 과산화물 및 유기 화합물로부터 선택된 하나 이상의 산화제로 트레할로오스를 산화하고 이후 산화된 트레할로오스를 가수분해하여 D-글루쿠로노락톤을 형성하고 회수하는 단계들을 포함하는 D-글루쿠로노락톤의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 효소를 전분 및/또는 말토오스의 부분적 가수분해물에 작용하도록 함으로써 트레할로오스를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 2 항에 있어서, 트레할로오스가 무수 또는 함수 트레할로오스인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 2 항에 있어서, 트레할로오스가 결정성 또는 비결정성인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 2 항에 있어서, 트레할로오스를 과압 조건에서 산화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 2 항에 있어서, 산화된 트레할로오스를 염산, 황산, 질산, 인산, 토스산 및 효소로부터 선택된 하나 이상의 가수분해제를 사용하여 가수분해하는 것을 특징으로 하는 방법.