KR20010102361A

KR20010102361A - 1차 알코올의 선택적 산화 방법 및 신규한 탄수화물알데히드

Info

Publication number: KR20010102361A
Application number: KR1020017010752A
Authority: KR
Inventors: 제텐잔마티지스; 반덴둘로널드타코마리누스; 반하르팅스벨트빔; 반반델렌마리오타르시시우스라그만투스
Original assignee: 추후보정; 네덜란드 오르가니사티에 보르 토에게파스트 나투르베텐샤펠리지크 온데르조에크 티엔오
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-11-15
Also published as: AU2832900A; JP2004512805A; BR0008478A; AU773835B2; AU2832800A; EP1173409A1; RU2001125922A; CA2362717A1; AU773792B2; PL350567A1; HUP0105299A3; HUP0200203A2; DE60023680D1; ES2255979T3; HUP0105299A2; DE60023680T2; JP2002537374A; NZ513649A; EP1177308A2; US6831173B1

Abstract

본 발명은 알데히드 및/또는 카르복실산의 제조 방법에 관한 것으로서, 1차 알코올, 특히 탄수화물이 산화 반응을 수행할 수 있는 효소 화합물의 존재하에서 니트록실 화합물을 산화시킴으로써 얻어진 니트로소늄 화합물의 촉매량을 사용하여 산화되는 알데히드 및/또는 카복실산의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 25개의 단당류 단위당 및 분자당 하나의 카르발데히드기를 보유하는 1개 이상의 시클릭 단당류 사슬기를 포함하는 산화 탄수화물에 관한 것이다.

Description

1차 알코올의 선택적 산화 방법 및 신규한 탄수화물 알데히드{PROCESS FOR SELECTIVE OXIDATION OF PRIMARY ALCOHOLS AND NOVEL CARBOHYDRATE ALDEHYDES}

TEMPO를 화학적 수단에 의하여 재산화시키는 방법은 De Nooy의 문헌,Synthesis1996, 1153-1174 및 WO 95/07303에 논의된 바로부터 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 알코올 작용기, 특히 1차 알코올 작용기의 산화는 염소계 산화제를 사용하지 않고 최종 산화제로서 과산화수소 또는 산소를 사용하여 수행될 수 있음을 알 수 있다. 본 발명에 의한 산화는 효소 및/또는 금속 착물을 사용하여 수행된다. 상기 산화는 놀랍게도, 1차 알코올상에서 수행되는 경우, 알데히드를 형성하는데, 필요에 따라서 적합한 조건을 적용시켜 실질적으로 카르복실산으로 추가로 산화시키지 않을 수도 있다. 상기 알데히드는 (헤미)아세탈 형태 및 관련 구조로 존재할 수 있다. 본 발명의 산화 방법은 2차 알코올, 특히 탄수화물을 케토 유도체로 산화시키는데에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 첨부된 청구항의 특성들을 특징으로 하여 추가로 정의된다.

조기 공개되지 않은 국제 특허 출원 WO 99/23117 및 WO 99/23240에는 산소와 TEMPO가 개입된, 락카제와 같은 산화 효소를 사용하여 각각 셀룰로즈 또는 녹말을 산화시키는 방법에 관하여 기술되어 있다. 셀룰로즈의 락카제/TEMPO 산화는 낮은 수준 및 특정되지 않은 수준의 카르복실기 및 카르보닐기를 생성시키는 반면에, 상기 녹말의 락카제/TEMPO 산화는 100개의 글루코즈 단위당 1개의 카르복실기 및 3개의 알데히드기를 보유하는 생성물을 생성하며 ; 알데히드 함량을 결정하는 방법은 제시된 바 없다.

본 발명은 니트록실 라디칼, 특히 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실 (TEMPO)을 산화시켜 니트로소늄 이온(옥소암모늄 이온)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 니트로소늄 이온은 1차 알코올을 알데히드로 선택적으로 산화시키는 촉매성 산화제로서 사용될 수 있다.

이하의 상세한 설명에서, TEMPO는 단순화를 위하여 참고된 것이지만, 기타의 적합한 니트록실, 즉 2,2,5,5-테트라메틸피롤리딘-N-옥실(PROXYL), 4-히드록시-TEMPO, 4-아세트아미도-TEMPO 및 이의 유도체 및 WO 95/07303에 기술된 화합물과 같은, α-수소 원자가 결여된 유기 니트록실 화합물은 TEMPO를 대체할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 이들 디-3차-알킬 니트록실은 특히, 산화되어서는 안되는 2차 알코올 작용기의 존재하에서, 특히 1차 알코올을 알데히드 작용기로 선택적으로 산화시키는데에 적합하다. 예를 들어, 4,4-디메틸옥사졸리딘-N-옥실(DOXYL)과 같이 덜 입체 장애된 니트록실은, 예를 들어 케토 셀룰로즈 또는 케토 녹말의 제조에 있어서, 바람직하게 케토 작용기로 우선적으로 산화되는 2차 알코올에 적합하다. 활성 산화 화학종은 니트로소늄 이온(옥소암모늄 이온 〉N⁺=O)으로서, 이는 해당 히드록실아민 및 니트록실 라디칼의 산화에 의하여 동일계에서 제조된다. 필요에 따라서, 상기 반응은 2단계로 수행될 수 있는데, 제1 단계는 니트로소늄 이온의 생성 단계이고, 제2 단계는 알코올 작용기를 산화시키는 단계이다.

니트록실의 촉매량은 1차 알코올을 기준으로 0.1∼25 중량%, 또는 상기 1차 알코올에 대해 0.1∼25 몰%인 것이 바람직하다. 상기 니트록실은 또한 고정화될 수 있는데, 예를 들어 4-히드록시-TEMPO의 히드록실기를 적당한 담체에 커플링시킴으로써 고정화될 수 있거나, 또는 -[(CH₃)₂C-NO-C(CH₃)₂-A-]_n- (식중, A는 알킬렌기 및/또는 이종원자일 수 있고, n은, 예를 들어 10 내지 수 백이하의 수 일 수 있음)와 같은 중합체 니트록실의 형태로 고정화될 수 있다.

본 발명의 방법은 1차 알코올의 해당 알데히드로의 초기 산화에 사용될 수 있다. 필요한 경우 상기 1차 생성물은 예를 들어, 40∼80℃와 같은 고온의 활성 조건하에서, 또는 상기 반응 조건에의 연장된 노출시간 동안, 하이포아염소산염, 아염소산염 및 과산화수소와 같은 공지의 산화제를 사용하거나 또는 TEMPO 매개성 산화법을 사용하여 추가로 산화될 수 있다. 또는 상대적으로 낮은 pH(예를 들어, pH 3∼7)를 이용하거나, 산화제를 조절하면서 첨가하거나, 산소 농도를 감소시키거나, 또는 니트로소늄 이온 용액을 처음에 제조함으로써(2 단계 방법), 상기 알데히드/카르복실산의 비율을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 방법은 1차 알코올 이외에 2차 알코올 작용기를 보유하는 알코올 예를 들어, 1,6-옥탄디올, 1,9-옥타데칸디올, 스테로이드 호르몬, 당 알코올, 글리코시드(풍미성 전구체) 및 특히 1차 알코올 작용기를 보유하는 탄수화물중 1차 히드록실기의 선택적 산화에 특히 바람직하다. 상기 탄수화물은, 예를 들어 글루코즈및 프록토즈와 같은 단당류, 수크로즈, 말토즈 및 락토즈와 같은 이당류, 올리고당류 및 다당류일 수 있다. 상기 올리고당류 및 다당류는 녹말, 녹말 성분(즉, 아밀로즈, 아밀로펙틴, 덱스트린), 풀루란(α-1,4-α-1,4-α-1,6-글루칸), 셀룰로즈(특히 비목질성 ;non-wood), 키틴, 라이커닌등과 같은 글루칸, 이눌린 및 레반과 같은 푸라노프룩탄, 갈락탄, 아라비노갈락탄, 푸라노이드 펜토산(자일란), (갈락토)만난(구아, 로커스트 빈 검(locust bean gum)), 세균성 엑소다당류(EPS)등 및 하이드롤라이세이트와 같은 탄수화물의 유도체중의 임의의 유형일 수 있다. 상기 올리고당류 및 다당류로는 헤테로당류, 상이한 구조적 단위들 자체는 우론산 단위와 같은 1차 히드록실기를 보유할 수 없지만, 상기 상이한 구조적 단위들을, 예를 들어 잔탄 및 조류로부터 유래한 탄수화물중에 보유하는 당류를 들 수 있다. 본 발명에 의하여 산화될 탄수화물로서는 글리코시드 및 기타 보호된 탄수화물을 포함한다. 추가의 예로서는 글리카르산 등으로 산화될 수 있는 락토바이온산 델타-락톤과 같은 글리콘산이 있다.

본 발명의 방법으로 산화시키는데에 적합한 화합물 군은, 예를 들어 히드록시프로필 셀룰로즈, 히드록시에틸 녹말 또는 히드록시에틸이눌린과 같은 히드록시알킬화된 탄수화물로 이루어져 있으며, 이들은 포르밀알킬 탄수화물을 제조하는 다른 방법에 의하여 생성된 것들이다. (6-)히드록시메틸기중 적어도 일부분이 변형되지 않은 다른 적합한 탄수화물 기질로서는, 예를 들어 (2- 및 3-)카르복시메틸 탄수화물을 포함한다.

1차 히드록실기를 포함하는 탄수화물을 산화시키면 알데히드를 함유하는 해당 탄수화물이 생성되며, 필요에 따라서 변형되지 않은 고리 시스템을 가진 카르복실산으로 산화된다. 그 예로서는 α-1,4-글루칸 6-알데히드, β-1,4-글루칸-6-알데히드, β-2,1-프룩탄 6-알데히드 및 β-2,6-프룩탄-1-알데히드를 포함한다. 상기 생성물들은 알데히드기가 예를 들어, 아민 화합물등과 추가로 반응하는, 기능성 탄수화물에 대한 유용한 중간 물질들이다. 이들은 또한 가교 결합된 탄수화물에 대한 유용한 중간 물질로서, 상기 알데히드기는 예를 들어, 디아민 시약과 추가로 반응한다.

본 발명에 사용되는 촉매들은 산화환원효소 또는 적합한 산화환원 시스템의 존재하에서 산화 반응을 수행할 수 있는 기타 효소이다. 본 발명의 방법에 사용되는 산화환원효소, 즉 추가의 산화환원 시스템이 존재하지 않는 상태에서 산화 반응을 수행할 수 있는 효소로서는 퍼옥시다제 및 옥시다제, 특히 폴리페놀 옥시다제 및 락카제를 포함한다. 피타제 및 리파제와 같은 임의의 가수분해 효소는, 예를 들어 바나듐산염과 같은 금속 착물과 같은 추가의 산화환원 시스템이 존재하는 경우 사용될 수 있다. 예를 들어, 리파제는 유기산, 특히 C₁∼C₆카르복실산(예를 들어, 아세트산)의 존재하에서 TEMPO/과산화수소/구리로 인한 1차 알코올의 선택적 산화용 촉매로서 유용하다는 것이 밝혀졌다. 완전 효소 대신에. 소위 "합성된 효소(synzyme)", 즉 효소를 모의하는 전이 금속 착물이 사용될 수 있다. 이러한 착물들은 예를 들어, 바다듐, 망간, 철, 코발트, 니켈 또는 구리와 특히 폴리아민, 예를 들어 2,2'-비피리딜, 페난트롤린, 테트라메틸에틸렌디아민, 펜타메틸디에틸렌트리아민과 같은 착화제 및 예를 들어, 1,4,7-트리메틸-1,4,7-트리아조난과 같은이들의 시클릭 대응물(cyclic counterpart), 및 히스티딘 및 이의 올리고머를 포함한다. 금속 보조성 효소들은 최종 전자 수용체로서 과산화수소, 알킬 및 아릴(아르알킬) 하이드로퍼옥시다제 (예를 들어, 3차-부틸 하이드로퍼옥시다제) 또는 아염소산염을 필요로 한다.

본 발명에 따라서 사용될 수 있는 퍼옥시다제(EC 1.11.1.1-1.11.1.11)에는 보조 인자 독립성인 퍼옥시다제, 특히 고전적 퍼옥시다제(EC 1.11.1.7)를 포함한다. 퍼옥시다제는 식물, 세균, 사상균 및 기타 진균 및 효모를 포함하는, 임의의 공급원으로부터 얻을 수 있다. 그 예로서는 양고추냉이 퍼옥시다제, 소이-헐(soy-hull) 퍼옥시다제, 마이엘로퍼옥시다제, 락토퍼옥시다제, 아르트로마이세스(Arthromyces) 및 코프리누스(Coprinus) 퍼옥시다제가 있다. 몇몇 퍼옥시다제는 시판중에 있다. 상기 퍼옥시다제는 전자 수용체로서 과산화수소를 필요로 한다.

폴리페놀 옥시다제(EC 1.10.3.1)는 티로시나제 및 리그닌 퍼옥시다제와 같은 카테콜 옥시다제를 포함한다. 적합한 폴리페놀 옥시다제는 진균, 식물 또는 동물로부터 얻을 수 있다. 상기 폴리페놀 옥시다제는 전자 수용체로서 산소를 필요로 한다. 락카제(EC 1.10.3.2)는 종종 폴리페놀 옥시다제 군으로 분류될 수 있지만, 이들은 또한 종종 p-디페놀 옥시다제로 칭하는 구별된 군으로 분류될 수도 있다. 락카제는 식물 공급원 또는 예를 들어 트라메테스 베르시컬러(Trametes versicolor)와 같은 종의 미생물 공급원, 특히 진균 공급원으로부터 유래될 수 있다. 재조합 락카제를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 상기 락카제는 또한 전자 수용체로서 산소를 필요로 한다.

본 발명의 방법은 예를 들어, pH가 2∼10이고, 온도가 15∼60℃(상기 모두 특정 효소 또는 금속 착물에 의존성임)와 같은 비교적 온화한 조건하에서 수행될 수 있다. 상기 반응 매질은 수성 매질이거나, 또는 예를 들어 알코올/물 또는 에테르/물 혼합물과 같은 균질한 혼합 매질, 또는 예를 들어 물 및 소수성 에테르, 탄화수소 또는 할로겐화된 탄화수소와 같이 물과 혼화되지 않는 유기 용매의 혼합물과 같은 비균질 혼합 매질일 수 있다. 후자의 경우, 효소 및/또는 니트록실 및 산화제는 수성상에 존재할 수 있으며, 알코올 기질 및 알데히드 또는 케톤 생성물은 유기상에 존재할 수 있다. 필요에 따라서, 상 전이 촉매가 사용될 수 있다. 이러한 반응 유형은, 예를 들어 19-히드록시 스테로이드의 선택적 산화와 같은 스테로이드의 산화, 및 풍미 화합물과 같은 기타 감각 화합물로의 알데히드 및/또는 카르복실기의 도입에 적합하다. 상기 반응 매질은 구체적으로 니트록실 효소가 고체 단체상에 고정화되는 경우에도 또한 고체/액체 혼합물일 수 있다. 비균질 반응 매질은 기질 또는 생성물이 비교적 감각적이거나 또는 기타 제제로부터 생성물을 분리하는데에 어려움이 따르는 경우에 유리할 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 방법으로 얻을 수 있는 신규의 탄수화물 산화 생성물 및 이의 유도체에 관한 것이다. 이로서는 헤미아세탈 또는 유사한 형태인지의 여부에 따라서, 100개, 특히 50개 또는 25개의 단당류 단위당 1개 이상의 히드록시메틸이 카르발데히드기로 변환된 다당류를 포함하는데, 단, 평균적으로 각각의 분자는 올리고당류 또는 다당류의 환원 말단에 있을 수 있는 (헤미아세탈화된)알데히드기 이외에 1개 이상의 카르발데히드기를 보유할 수 있다. 상기 탄수화물이 녹말인 경우, 산화 정도는 25개의 무수글루코즈 단위당 1개 이상의 카르발데히드기이다. 상기 카르발데히드기는 분지쇄 단위보다는, 바람직하게는 사슬(주쇄) 단위에 존재한다. 100개(50개, 25개)의 단위당 적어도 카르발데히드기내에 갈락토즈 옥시다제의 산화에 의하여 얻을 수 있는 말단 갈락토즈 단위로부터 유래한 카르발데히드기는 포함되지 않는다. 신규의 생성물로서는 글리코시드 유도체, 즉 아세탈화된 말단기 이외에 비갈락토즈 히드록시메틸렌기의 산화에 의하여 얻어질 수 있는 카르발데히드기를 1개 이상 보유하는 글리코시드 유도체를 포함한다.

본 발명의 생성물에서, 카르발데히드기를 보유하는 단당류 고리들은 대부분 변형되지 않은 상태이며, 알데히드기의 수는 카르복실기(도입된 카르복시알킬기는 제외함)의 수보다 많은데, 특히 2배 이상 많다. 적어도 부분적으로 카르복실기로의 추가 산화가 반드시 일어나는 종래 기술의 산화법으로는 이러한 생성물들을 용이하게 제조할 수 없다. 알데히드기의 함량이 월등히 많은 통상의 탄수화물 유도체로서는 알데히드기를 보유하는 고리가 파괴된, 녹말, 셀룰로즈 등의 과요오드산염류의 산화 생성물이 있다. 본 발명에 포함되는 알데히드 탄수화물로서는 특히 비셀룰로즈류의 것이 있다. 본 발명에 의하여 얻어질 수 있는 생성물은, 알데히드기 이외에 기타 작용기, 특히 추가의 산화 또는 카르복시알킬화(예를 들어, 클로로아세트산과의 반응)에 의하여 얻어지는 카르복실기를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 신규의 유도체들은 유탁액용의 농후제, 점성화제, 안정화제 등으로서, 특히 추가의 기능화 특히 알코올, 아민 및 알데히드 작용기와 커플화될 수있는 기타 제제를 이용하는, 기능화를 위한 출발 물질로서, 매우 적합하다. 이러한 제제로서는 가교 결합제(디아민 및 디올 등)를 포함하는데, 이는 탄수화물을 가교 결합시키거나 또는 이들을 아미노산, 단백질, 활성기등과 커플링시키는데에 사용될 수 있다.

본 발명의 방법은 또한 녹말 또는 목화 셀룰로즈와 같은 생물 중합체를 변형시켜 유도화(예를 들어, 직물 염색, 직물 섬유의 강화 및 필링 방지)하거나 또는 점성 및 기타 물리적 또는 화학적 성질들을 부여하여 예를 들어, 프룩탄, 만난, 셀룰로즈 등을 포함하는 식이 섬유들을 변형시키는 데에 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명은 또한 첨부된 청구항에 정의된 바와 같은 탄수화물의 이미노 또는 아미노 유도체를 제조하기 위하여 전술한 알데히드 탄수화물의 예를 들어 아민에 의한 커플화, 특히 환원적 아민화에 의하여 얻어진 유도체에 관한 것이다. 또한, 알데히드 탄수화물은 추가의 유도화를 위하여, 예를 들어 그릴콜산과 같이 히드록시 기능화된 화합물로 아세탈화될 수 있다.

실시예 :일반론

진한 황산중 붕산(0.0125 M)을 사용하고, 3-히드록시비페닐을 첨가하고, 520 ㎚에서 흡광도를 측정하는, Blumenkrantz 등의 방법(Anal. Biochem.(1973) 54, 484)을 사용하여 우론산(헥소피라노즈 단위의 6-COOH) 함량을 측정하였다.

알데히드 함량은 공제 방법(아염소산염 및 과산화수소에 의한 알데히드의 산화 이전 및 이후의 우론산 함량을 측정하는 방법), 또는 히드록실아민 하이드로클로라이드를 첨가하여 옥심을 생성시킨후 유리된 염산을 역적정시키거나, 또는¹³C NMR 분광법(무수글루코즈 단위의 C1에 대한 알데히드의 C6 신호의 강도, 또는 옥심중 C6(C=N)의 강도)에 의하여 측정하였다.

실시예 1 :양고추냉이 퍼옥시다제를 사용한 6-알데히드 녹말의 제조

100℃에서 물 100㎖에 녹말 2g을 젤라틴화시켰다. 이후 얻어진 용액을 22℃로 냉각시켰다. 이 용액에 TEMPO 25㎎(0.13 mmole) 및 퍼옥시다제(HRPO) 40㎎을 첨가하였다. 이후 상기 pH를 아세트산(0.1 M)을 사용하여 5로 맞추었다. 여기에 과산화수소 용액(50㎖중 30% 1.5㎖)을 적가하였다(시간당 2㎖). pH를 맞출 필요는 없었다. 25시간 경과후 염화히드록실암모늄을 첨가하여 시료를 분석하였다. 이와 같은 간접적 분석법에 의하여, C6-알데히드 녹말 30%가 형성되었으며, 이를¹³C NMR로 확인하였다.

실시예 2 :락카제에 의한 풀루란의 산화

물 100㎖ 중 풀루란 1.84g(11.5 mmol 무수글루코즈 단위), 트라메테스 베르시컬러 락카제 Ⅷb(재조합 이.콜라이내에서 발현됨, Wacker Chemie) 17 ㎎ 및 물 100 ㎖내의 TEMPO 25㎎ 용액을 통과하여 산소 기체를 발포시켰다. 상기 용액의 pH(6.1)는 점차로 감소하여 24시간 경과후에는 4.5가 되었다. 히드록실아민 하이드로클로라이드와의 반응에 의하여 측정된 상기 용액중의 알데히드 함량은 1.1mmol이었다. 우론산 함량은 24%이었다. 상기 알데히드기를 카르복실기로 산화시키기 위하여, 상기 용액을 아염소산나트륨 및 과산화수소로 처리하였다. 처리후 상기 우론산은 32%로 증가하였다. 산화 가능한 기를 기준으로 하였을때 수율은 각각 36% 및 48%였다. 상기 용액을 에탄올에 일제히 첨가하였다. 하루가 경과된 시점에서 백색 침전물이 형성된 이후, 여과에 의하여 수집한후 이를 진공 건조시켰다. 상기 물질중의 우론산 함량은 25%였다.

실시예 3 :락카제에 의한 풀루란의 산화

풀루란 1.84g(11.5mmol), 4-아세트아미도-TEMPO 100㎎ 및 락카제(티.베르시컬러) 18㎎ 용액을 제조하였다. 상기 혼합물을 아세트산 나트륨/아세트산 완충액(0.05 M)으로 완충시켰다. 상기 용액의 초기 pH는 6.1이었다. 밀폐된 계에서 상기 혼합물을 산소 기체에 노출시켰다. 하루 동안 반응시킨 결과 산소 24㎖가 소모되었다. pH를 원래의 값으로 만들기 위하여 0.5M NaOH 2㎖를 첨가하였다. 상기 반응을 하루 더 지속시킨 결과, 산소 기체 20㎖가 소모되었다. 최종 pH는 5.1이었다. 다시 NaOH(0.5M) 1.2㎖를 첨가하여 pH를 맞추었다. 여기에 15㎎의 락카제를 첨가하고 반응을 2일간 지속시켰다. 이 기간이 경과한후 pH는 4.5였으며 이때 산소 기체 30㎖가 소모되었다. 0.5 M의 NaOH 3㎖를 첨가하여 pH를 6으로 상승시켰다. 상기 용액에 과산화수소(30% w/w) 0.2㎖ 및 아염소산나트륨 250㎎을 첨가하였다. 1일간의 반응 이후 우론산 함량을 측정하였다. 아염소산나트륨에 의한 산화 이전의 우론산 함량은 550㎎(26 %)이었으며, 산화 이후의 우론산 함량은 695㎎(33%)이었다.

실시예 4 :락카제를 사용하는 TEMPO의 니트로소늄 염의 제조

TEMPO 니트로소늄 이온 용액은 락카제를 사용하여 다음과 같이 제조하였다. 즉, TEMPO 6.6g을 탈이온수 1ℓ에 용해시켰다. 이후 탈이온수 20㎖ 에 티.베르시컬러(Wacker)로부터 얻은 락카제 Ⅷb 200㎎을 현탁시켰다. 상기 효소 용액을 10분 동안 교반한후, 원심분리(1500 ×g, 5분)시킨 다음 그 상청액을 P6 컬럼으로 탈염시켰다. 탈염된 물질을 상기 TEMPO 용액에 첨가하였다. 약 150분 경과한후 pH 5로 일정하게 유지되는 pH 항상 조건 및 상온에서, 공기 살포기로 폭기시킨 결과, HCl 100.8㎖를 소모시켜 측정한 결과, TEMPO의 91%가 니트로소늄으로 변환되었으며 황색에서 오랜지색으로 변하였다(E480/E430의 비율은 약 0.3에서 1로 증가하였음).

실시예 5 :니트로소늄 염 및 UF막 시스템을 사용하는 녹말의 산화

실시예 4에 의하여 얻어진 니트로소늄 용액을 0.2 M의 아세트산염을 사용하여 pH 4.5로 완충시켰다. 이후 천연의 감자 녹말 2g을 물 100㎖에서 젤라틴화시키고 완충된 니트로소늄 용액 100㎖와 혼합하였다. 이후 상기 혼합물을 200㎖들이 교반된 UF 용기(컷오프 5kD)에 부었다. 이후 실온 20℃에서 니트로소늄 용액 약 800㎖를 상기 용기에 0.5㎖/분의 유속으로 펌핑하였다. 투과물을 통하여 니트로소늄 이온의 50%(E480/E430의 비율을 기준)가 TEMPO로 역변환되었음을 알 수 있었다. 이러한 처리의 결과, 녹말중 우론산 함량은 38%인 것으로 밝혀졌다.

실시예 6 :산소/락카제/TEMPO 순환을 통한 녹말의 변환

물에 린트너 감자 녹말(시그마 S-2630)을 젤라틴화시켜 녹말 용액을 제조하였다. 이후 0.2 M 숙신산/숙신산염 완충액을 첨가하여 pH를 맞추었다. TEMPO 및 4-아세트아미도 TEMPO(4acmT)를 첨가하였다. (TEMPO는 어떤 조건하에서는 녹말과 함께 침전되는데, 이는 상기 방법을 통하여 용해됨). 이.콜라이에서 발현된 트라메테스 베르시컬러로부터 얻은 락카제 Ⅷb(Wacker Chemie)를 pH 6의 0.2 M 숙시네이트완충액에 10㎎/㎖로 현탁시켰다. 10㎎ 락카제에 대하여 원심분리(1500g, 5분)시킨 이후에, 여기에 상청액 1㎖를 첨가하였다. 상기 용액으로의 산소 전달은 교반된 가압 용기 A 및 B에서 증가하였다. 상기 양 용기는 약 100㎖를 함유하였다. 상기 기체상과 접촉하는 영역은 용기 A에 있어서는 70㎠이었으며, 용기 B에 있어서는 32㎠이었다. C₆-산화(알데히드 또는 카르복실산)에 관한 실험 조건 및 결과들을 표1 및 표2에 요약하였다. 상기 반응 조건에 있어서 중요한 변수들은 다음과 같았다.

- 용액으로의 산소 전달, pH, 온도, TEMPO의 농도, 효소 및 녹말

우론산의 형성 여부는 Blumenkrantz에 의하여 모니터되었다. 알데히드의 형성 여부는 다음과 같은 조건하에서 우론산으로 산화된 이후에 모니터하였다.

즉, 시료 5㎖(20g/ℓ녹말)에 3% H₂O₂0.095㎖ 및 20㎎/㎖ 아염소산나트륨 0.5㎖을 첨가하였다. 실온에서 16시간 경과후 우론산 함량을 측정하였다.

용기 A에서 연구된 영향의 요약
공기(bar)	O₂(bar)	린트너 녹말(g/ℓ)	락카제(㎎/100㎖)	pH	TEMPO(g/ℓ)	4acmT¹(g/ℓ)	T(℃)	시간(시)	COOH(%)	알데히드또는헤미²(%)
2		10	100	6	1		25	45	73.4	nd
1.5		10	100	5		5	25	45	54.2	nd
	4	10	100	6	4		30	15	94.9	nd
2		10	100	6	4		30	15	100.0	nd
	1	10	100*	5.3		6	30	15	78.8	nd
2		10	10	6	4		30	20	60.3	4.9
	1	10	10*	6	4		30	20	50.0	5.1
	4	10	10	5.3		4	30	20	30.5	11.9
	4	20	10*	4.5		4	30	20	19.7	12.0
2		20	10	4		4	30	20	11.5	12.5

* : 20 시간 동안 용기로 펌핑된 효소

¹4acmT = 4-아세트아미도-TEMPO

²알데히드 또는 이의 헤미아세탈

용기 B 에서 연구된 영향의 요약
O₂(bar)	린트너 녹말(g/ℓ)	락카제(㎎/100㎖)	pH	TEMPO(g/ℓ)	4 acmT(g/ℓ)	T(℃)	시간(시)	COOH(%)	알데히드또는헤미(%)
4	10	100	6	4		30	15	94.9	nd
4	10	10	5.3		4	30	20	30.5	11.9
6	20	1	6		4	40	20	7.1	4.2

실시예 7 :TEMPO/Mn/H₂O₂에 의한 풀루란의 산화

물 25㎖중에 풀루란 250㎎ 및 TEMPO 20㎎을 용해시켰다. 상기 용액에 질산망간 25㎎을 첨가한후, 여기에 과산화수소 100㎕(3% 용액, w/w) 및 비피리딘 용액(5㎖, 0.05 M)을 첨가하였다. 이후 반응을 pH 6.5에서 진행시켰다. 반응 첫 날 과산화수소 60㎎(1.8 mmol)을 첨가하고, 이로부터 하루 경과후 우론산 25㎎이 형성되었다. 이틀째 되는 날 과산화수소 30㎎을 첨가하여 우론산의 양을 50㎎으로 증가시켰다. 이후 알데히드기는 과산화수소/아염소산나트륨으로 카르복실산기로 변환되었으며 이때의 함량은 90㎎(D.O. 60%)로 증가되었다.

Claims

니트록실 화합물이 산화 반응을 수행할 수 있는 효소의 존재하에서 및/또는 금속 착물의 존재하에서 산화되는 것을 특징으로 하는, 니트록실 화합물을 산화제로 산화시킴으로써 니트로소늄 이온을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 니트록실 화합물이 디-3차-니트록실 화합물, 특히 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO)인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 산화 반응을 수행할 수 있는 효소가 산화환원 효소인 방법.
제3항에 있어서, 상기 효소는 퍼옥시다제, 특히 양고추냉이 퍼옥시다제, 대두 퍼옥시다제, 리그닌 퍼옥시다제 또는 미엘로 퍼옥시다제 또는 락토 퍼옥시다제이고, 상기 산화제는 과산화수소인 방법.
제3항에 있어서, 상기 효소는 폴리페놀옥시다제 또는 락카제(laccase)이고, 상기 산화제는 산소인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 효소는 금속 화합물의 존재하에서 하이드롤라제, 특히 피타제 또는 리파제인 방법.
니트로소늄 이온이 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 의한 방법으로 생성되는 것이 특징인, 촉매로서 니트로소늄 이온을 사용하여 1차 알코올을 산화시키는 방법.
제7항에 있어서, 상기 1차 알코올이 탄수화물, 특히 α-글루칸 또는 프룩탄 또는 이의 유도체 내에 포함되는 방법.
제8항에 있어서, 25개의 단당류 단위당 및 평균 분자당 하나의 카르발데히드기를 보유하는 1개 이상의 시클릭 단당류 사슬기를 포함하는 카르보닐 함유 탄수화물이 생성되는 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 탄수화물이 히드록시-알킬화된 탄수화물 또는 글리코시드 또는 글리콘산인 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 1차 알코올이 스테로이드 화합물내에 포함되는 방법.
목화 섬유가 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 의한 방법에 의하여 생성된 니트로소늄 이온으로 처리되는 것을 특징으로 하는, 직물 섬유를 처리하여 알데히드기를 도입시키는 방법.
탄수화물이 이당류, 올리고당류 및 다당류인 글루칸, 만난, 갈락탄, 프룩탄 및 키틴류 및 25개의 단당류 단위 및 평균 분자당 하나의 카르발데히드기를 보유하는 1개 이상의 시클릭 단당류 사슬기를 함유하는 탄수화물 글리코시드로부터 선택되는 산화된 탄수화물 또는 화학적 유도체.
제13항에 있어서, 평균 분자당 5개 이상의 단당류 단위를 함유하는 산화된 탄수화물.
제13항 또는 제14항에 있어서, 50개의 단당류 단위당 및 평균 분자당 하나의 카르발데히드기를 보유하는 1∼50개의 시클릭 단당류 사슬기를 함유하는 산화된 탄수화물.
제13항 내지 제15항중 어느 하나의 항에 있어서, 카르발데히드기의 적어도 일부분이 화학식 -CH=N-R 또는 -CH₂-NHR(식중, R은 수소, 히드록실, 아미노 또는 R¹기, OR¹기 또는 NHR¹임(식중, R¹은 C₁∼C₂₀알킬, C₁∼C₂₀아실, 탄수화물 잔기 또는 탄수화물 잔기와 커플링되거나 또는 커플링될 수 있는 기임)임)인 기로 변환될 수 있는 탄수화물 유도체.
제13항 내지 제15항중 어느 하나의 항에 있어서, 카르발데히드기의 적어도 일부분이 화학식 -CH(OR³)-O-CH₂-COOR²또는 -CH(-O-CH₂-COOR²)₂(식중, R²는 수소, 금속 양이온 또는 임의 치환된 암모늄기이고, R³는 수소 또는 탄수화물의 탈수소화된 히드록실기의 산소 원자에 대한 직접 결합임)인 기로 변환되는 탄수화물 유도체.
제13항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 카르복실기 및/또는 카르복시메틸기를 추가로 포함하는 탄수화물.