NL9320024A

NL9320024A - Werkwijze voor isomerisatie van verbinding van aldosestructuur in verbinding in ketosestructuur, en daarbij toegepast isomerisatiemiddel of versneller.

Info

Publication number: NL9320024A
Application number: NL9320024A
Authority: NL
Original assignee: Agency Ind Science Techn; Asai Germanium Res Inst
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-03-01
Also published as: NZ250367A; US5679787A; GB9416016D0; JPH08502999A; GB2279650B; SE9402735D0; JP3524094B2; NL194441C; WO1994014826A1; CN1036922C; KR100344966B1; SE9402735L; EP0628050A1; AU5716394A; EP0628050B1; NL194441B; GB2279650A; AU672865B2; DE4396846T1; CN1094053A

Description

"Werkwijze voor isomerisatie van verbinding van aldose-structuur in verbinding in ketosestructuur, en daarbij toegepast isomerisatiemiddel of versneller"

Technisch gebied

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur, evenals op een isomerisatiemiddel of versneller, toegepast in het proces.

Achtergrond van de techniek

Koolhydraten zijn organische verbindingen die zeer belangrijk zijn voor levende wezens als de energiebronnen daarvan, enz., en die op aarde zeer overvloedig aanwezig zijn. Zij zijn in hoofdzaak samengesteld uit monosacchari-den. Deze monosacchariden hebben typische structuren waarbij 3 tot 8 koolstofatomen gebonden zijn in een ring en de structuren zijn in hoofdzaak geklassificeerd in twee typen.

Dat wil zeggen, de structuren zijn geklassificeerd in aldose (een aldehyde-bevattend monosaccharide) en ketose (een keton-bevattend monosaccharide). Beide, aldose en ketose, zijn verder geklassificeerd in respectievelijk triosen, tetrosen, pentosen en hexosen, afhankelijk van het koolstofaantal van aldose of ketose.

Er zijn verscheidene reacties waarbij monosacchariden worden gebruikt bekend. Als een dergelijke reactie die op technische schaal wordt toegepast, is er een reactie welke omvat isomerisatie van glucose (druivesuiker), (een aldo-hexose) in fructose (vruchtesuiker) (een corresponderend ketohexose) voor het produceren van een hoge-fructosesiroop.

De hoge-fructosesiroop is een mengsel van glucose en fructose, verkregen door gedeeltelijk isomerisatie van glucose. Wegens de partiële isomerisatie van glucose (die geringe zoetheid bezit) in fructose (die een hoge zoetheid bezit), bezit de hoge-fructosesiroop een zoetheid die vergelijkbaar is met die van saccharose.

Ongeveer 70 % van de hoge-fructosesiroop wordt gebruikt in frisdranken en andere dranken omdat de fructose dat daarin aanwezig een hogere zoetheid bij lagere temperaturen bezit, terwijl een ander gedeelte wordt gebruikt in algemene voedingsmiddelen als een zoetstof. De jaarlijkse produktie van hoge-fructosesiroop in de wereld wordt geschat op ongeveer 8.000.000 kg.

Zowel glucose als fructose zijn hexosen die vergelijkbaar zijn in structuur. Er zijn tot nu toe chemische en enzymatische processen voorgesteld voor isomerisatie van glucose in fructose, en het is in de industrie gangbaar glucose te isomeren in fructose onder toepassing van een isomerisatie enzym, namelijk glucose isomerase voor het produceren van een hoge-fructose siroop.

Dat wil zeggen dat zetmeel, bijvoorbeeld maïszetmeel wordt vervloeid; de verkregen vloeistof wordt onderworpen aan saccharificatie onder toepassing van glucoamylase ter verkrijging van een zetmeelsiroop; en continu leiden van de zetmeelsiroop door een geïmmobiliseerd enzym verkregen door immobiliseren, onder toepassing van één van verscheidene methoden, van een glucoseisomerase, geproduceerd door een micro-organisme van bijvoorbeeld Streptomyces genus, om de glucose, aanwezig in de oplossing, te isomeriseren in fructose.

De bovenvermelde isomerisatiereactie is een evenwichts-reactie waarvan het evenwichtspunt 1 of daaromtrent is. In het evenwichtspunt kan ongeveer 50 % glucose worden geisome-riseerd in fructose bij een reactietemperatuur van ongeveer 60°C. Teneinde de isomerisatie toe te staan te verlopen tot een dergelijk niveau echter is aanmerkelijke hoeveelheid tijd nodig, wordt het reactiemengsel gekleurd wegens het verwarmen gedurende een dergelijke lange tijd, en zijn hoge kosten gemoeid met de zuivering en condensatietrappen die nodig zijn voor produktmarketing. De reactie wordt derhalve beëindigd wanneer de isomerisatie voortgeschreden is tot een fructosegehalte van ongeveer 42 %.

Zoals hierboven is beschreven, wordt de hoge-fructose-siroop geproduceerd teneinde het toe te staan dat glucose van massaproduktie en lage kosten een zoetheid bezit die vergelijkbaar is met die van saccharose. Wanneer echter de zoetheid van saccharose arbitrair wordt genomen als 100, heeft de hierboven vermelde hoge-fructose siroop, die ongeveer 42 % fructose bevat (deze fructosesiroop wordt hierna in sommige gevallen aangeduid als 42 %-fructosesiroop) een zoetheid van 95-100, hetgeen iets onvoldoende is. Derhalve is het in de hierboven vermelde isomerisatiereactie alleen onmogelijk direct een hoge-fructosesiroop te verkrijgen die dezelfde zoetheid bezit als saccharose.

Derhalve wordt in de industrie gebruikelijker wijze een 55 %-fructosesiroop met een zoetheid van 100-110 geproduceerd door verhoging van het fructosegehalte in de 42 %-fructosesiroop tot 55 %.

Teneinde een 55 %-fructosesiroop uit de 42 %-fructosesiroop te produceren, is echter een grote inrichting zoals een reactor, gepakt met een kationuitwisselingshars, vereist; bovendien moet een gecompliceerde bewerking worden uitgevoerd, dat is continue suikerscheiding wordt uitgevoerd onder toepassing van de reactor ter verkrijging van een fructosesiroop die ongeveer 95 % fructose bevat en daarna wordt deze fructose gemengd met de 42 %-fructosesiroop.

Intussen kan, als de isomerisatie van andere verbinding die een aldosestructuur bezit in een verbinding met een ketosestructuur, bijvoorbeeld worden vermeld de isomerisatie van lactose (een disaccharide) in lactulose. Bij deze isomerisatie echter is nog niet, anders dan bij de bovenvermelde isomerisatie van glucose in fructose, enzym die effectief is voor isomerisatie van lactose in lactulose nog niet gevonden; derhalve wordt de isomerisatie gebruikelijkerwijze uitgevoerd door toevoeging aan lactose van natriumhydroxyde van een concentratie die niet uitgaat boven een gegeven niveau en daarna verwarming van het mengsel bij 70°C of hoger voor het isomeriseren van lactose in lactulose (Japanse octrooi aanvrage no. 2984/1977). Dit proces echter heeft een lage isomerisatieverhouding, dat is een lage lactoseop-brengst van 20 % of minder (dit is lager dan de fructose opbrengst). Teneinde een hoge-lactulosesiroop te verkrijgen, heeft het proces het probleem dat de verkregen lactulosesi-roop moet worden gecondenseerd.

Een doel van de uitvinding is verschaffing van een werkwijze die vrij is van de hierboven vermelde problemen van de bekende techniek en welke een verbinding kan isomeriseren die een aldosestructuur in een verbinding die een ketosestructuur bij een hoge isomerisatieverhouding.

Een ander doel van de uitvinding is de verschaffing van een werkwijze welke een verbinding met een aldosestructuur kan isomeriseren tot een verbinding met een ketosestructuur zonder een speciale inrichting nodig te hebben of enige gecompliceerde bewerking.

Nog een ander doel van de uitvinding is de verschaffing van een werkwijze welke een verbinding kan isomeriseren die een aldosestructuur bezit tot een verbinding die een ketosestructuur bezit, onder toepassing van een isomerisatie enzym of zonder gebruik te maken van een isomerisatie enzym.

Nog weer een ander doel van de uitvinding is de verschaffing van een werkwijze die een verbinding kan isomeriseren die een aldosestructuur bezit tot een verbinding met een ketosestructuur zonder toepassing van de voorwaarde tot verwarmen in alkaliniliteit (deze voorwaarde is soms nadelig voor de isomerisatieverhouding), zelfs wanneer er geen enzym gevonden is die effectief is voor de isomerisatie.

Nog een ander doel van de uitvinding is de verschaffing van een isomerisatiemiddel of versneller die in het bovenvermelde proces effectiever is.

Openbaring van de uitvinding

Volgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft welke omvat isomeriseren van een verbinding met een aldose-structuur in een verbinding met een ketosestructuur, door toepassing of in tegenwoordigheid van een organogermanium-verbinding met een structureelgedeelte voorgesteld door de volgende formule (I)

Volgens de uitvinding wordt verder verschaft een isomerisatiemiddel of versneller die effectief is voor de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur, welk middel of versneller omvat, of een actieve component, een organogermaniumver-binding met een structureel gedeelte voorgesteld door de volgende formule (I).

Korte beschrijving van de tekening

Fig. 1 is een grafiek die een betrekking toont tussen reactietijd en isomerisatieverhouding.

Δ : een geval waarbij een organogermaniumverbinding (23) als het isomerisatiemiddel werd gebruikt.

O : een geval waarbij een organogermaniumverbinding (18) als het isomerisatiemiddel werd gebruikt.

□ : een geval waarbij een organogermaniumverbinding (1) als het isomerisatiemiddel werd gebruikt.

o : een blanco.

Beste wijze van uitvoering van de uitvinding

De uitvinding wordt hierna in detail beschreven.

Bij de uitvinding wordt de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur uitgevoerd door toepassing van of in tegenwoordigheid van een organogermaniumverbinding die een structureel gedeelte bezit voorgesteld door de bovenvermelde formule (I) waarbij de resterende structuur een keten of cyclische koolwaterstof, een substitutieprodukt of derivaat daarvan of een andere organische groep is. Derhalve wordt eerst een beschrijving gegeven van de organogermaniumverbinding met een dergelijke structuur.

Een voorbeeld van de organogermaniumverbinding kan worden gegeven door een verbinding voorgesteld door formule (II)

[Rlf R2 en R3, die gelijk of verschillend kunnen zijn, onafhankelijk voorstellen een waterstofatoom, een kleine alkyl-groep, een gesubstitueerde of niet-gesubstitueerde fenyl- groep, een carboxylgroep, een carboxyalkylgroep of een aminogroep die niet-gesubstitueerd of gesubstitueerd is met geschikte groep(en); X1 voorstelt een hydroxylgroep, een 0-klein alkylgroep, een aminogroep of een zout voorgesteld door OYj_ (Yx stelt een metaal of een basische groep-bevat-tende verbinding voor); en n stelt voor een geheel getal van 1 of meer], welke bevat, als een basisch skelet, een germyl-carbonzuurderivaat gevormd door een binding tussen een germaniumatoom en een carbonzuurderivaat met drie substitu-enten Rlf R2 en R3 en een zuurstof-bevattende functionele groep 0Xlf met het germaniumatoom in het basisskelet gebonden aan zuurstofatomen in een atoomverhouding van 2 (germa-nium) : 3 (zuurstof).

De substituenten Rx, R2 en R3, welke gelijk of verschillend kunnen zijn, stellen onafhankelijk voor een waterstofatoom; een kleine alkylgroep zoals methyl, ethyl, propyl, butyl of dergelijke; een gesubstitueerde of niet-gesubstitueerde fenylgroep; een carboxygroep; een carboxyalkylgroep; of een aminogroep die niet-beschermd of beschermd is met een beschermende groep zoals acetyl of dergelijke. De substitu-ent X3 stelt voor een hydroxylgroep, een O-kleine alkylgroep, een aminogroep of een zout voorgesteld door 0YX [Y3 stelt een metaal voor zoals natrium, kalium of dergelijke (het metaal behoeft niet monovalent te zijn), of een basische verbinding getypeerd door lysozym of een basisch aminozuur zoals lysine].

De substituenten Rx en R2 binden aan elke koolstof van de koolstofketen voorgesteld door (C)n (n is een geheel getal van 1 of meer) aanwezig op de α-positie van het germaniumatoom. Dienovereenkomstig, wanneer n is 1, 2, ...n, wordt Rx Rllf R12, . . .Rln, en wordt R2n R21, R22, . . .R2n. De substituent R3 bindt aan de methyleengroep die aanwezig is tussen de koolstofketen en de zuurstof-bevattende functionele groep.

De organogermaniumverbinding toegepast bij de uitvinding kan derhalve worden toegelicht door die weergegeven in de volgende tabellen 1-5.

TABEL 1

TABEL 2

TABEL 3

TABEL 4

TABEL 5

Van de verbindingen, getoond in tabellen 1-5, zijn die getoond in tabellen 1-4, voorgesteld door de onderstaande formule (III) de voorkeur verdienende uit verkrijgbaarheid-standpunt:

waarin R4, Rs en R6, die gelijk of verschillend kunnen zijn, onafhankelijk voorstellen, analoog aan Rx, R2 en R3, een waterstofatoom, een kleine alkylgroep, een gesubstitueerde of niet-gesubstitueerde fenylgroep, een carboxylgroep, een carboxyalkylgroep of een aminogroep die niet-gesubstitueerd of gesubstitueerd is met passende groep(en); en X2 voorstelt, analoog aan Xl; een hydroxylgroep, een O-klein alkylgroep, een aminogroep of een zout voorgesteld door 0Y2 (Y2 stelt een metaal of een basische groep-bevattende verbinding voor).

De organogermaniumverbinding die de bovenvermelde structuur bezit kan met verschillende methoden worden bereid (bijvoorbeeld Japanse octrooipublicatie no. 40159/1984, Japans octrooi Kokai (ter inzage gelegd) no. 86890/1991 en Japans octrooi Kokai (ter inzage gelegd) no. 62885/1990). Beschrijving is gemaakt inzake de produktie van de organ-ogermaniumverbindingen voorgesteld door formule (III) .

Een organogermaniumverbinding met formule (III) waarin X2 een hydroxylgroep is, kan worden bereid door bijvoorbeeld hydrolyseren van een trihalogeen germylpropionzuur (bijvoorbeeld trichloorgermiumpropionzuur) met substituenten R4 tot Rs, als getoond in de volgende formule.

Een organogermaniumverbinding met formule (III) waarin X2 een O-klein alkylgroep is, kan bijvoorbeeld worden bereid door het doen reageren van het bovenstaande trichloorgermyl-propionzuur met thionylchloride of dergelijke voor omzetting van het zuur in een corresponderend zuurhalogenide, het doen reageren van het halogenide met een alkohol die correspondeert met de klein alkylgroep, en hydrolyseren van het reactieprodukt. Een organogermaniumverbinding met formule (III) waarin X2 een aminogroep is, kan bijvoorbeeld worden bereid door reageren van het zuurhalogenide met ammoniak en daarna hydrolyseren van het reactieprodukt.

Een organogermaniumverbinding met formule (III) waarin X2 een zout is voorgesteld door 0Y2 en Y2 een metaal is, kan worden bereid door het doen reageren van een verbinding met formule (III) waarin X2 een hydroxylgroep is, met een hy-droxyde van Y2. Een organogermaniumverbinding met formule (III) waarin X2 een zout is voorgesteld door 0Y2 en Y2 een basische groep-bevattende verbinding is, kan worden gesynthetiseerd door een bekende zuur-base reactie.

Organogermaniumverbindingen met formule (III) waarin n groter is dan l kan in beginsel worden bereid in overeenstemming met de hierboven vermelde methode.

Dat de aldus bereide organogermaniumverbinding wordt voorgesteld door de hierboven getoonde algemene formule (II) kan goed worden ondersteund door de resultaten van instrumentele analyses (bijvoorbeeld NMR absorptiespectrum, IR absorptiespectrum) verkregen voor de verbinding.

Van de formules (II) en (III) die de organogermaniumverbinding voorstellen volgens de uitvinding, stelt elk de verbinding in de kristaltoestand daarvan voor. Het is bekend dat de uitvinding, bijvoorbeeld verbinding (II), in water een structuur aanneemt voorgesteld door de volgende formule (II') .

De organogermaniumverbindingen (II) en (III) kunnen ook worden voorgesteld door andere structuurformules. Zo is bijvoorbeeld de verbinding (II) dezelfde als een verbinding voorgesteld door de volgende structuurformule (II") .

In de uitvinding kan de organogermaniumverbinding die wordt voorgesteld door tenminste één van bovenvermelde formules worden gebruikt, ongeacht de kristalstructuren daarvan.

De organogermaniumverbinding, toegepast bij de uitvinding, bezit een zeer geringe toxiciteit. Een verbinding (II) bijvoorbeeld waarin n = 1, Rx = R2 = R3 = H en Xx = OH [verbinding no. 1, deze verbinding wordt hierna in sommige gevallen aangeduid als organogermaniumverbinding (I)], toont een LD50 van 6 g/kg of meer wanneer oraal toegediend aan muizen en 10 g/kg of meer wanneer oraal toegediend aan ratten.

Volgens de uitvinding wordt, als eerder beschreven is, een verbinding met een aldosestructuur geïsomeriseerd in een verbinding met een ketosestructuur door toepassing van of in tegenwoordigheid van een organogermaniumverbinding die een structureel gedeelte bezit voorgesteld door de bovenvermelde formule (I). De te isomeriseren verbinding kan elke verbinding zijn die in het molecuul de volgende aldosestructuur bezit voorgesteld door Fischer's projectieformule

en die kan worden geïsomeriseerd in een verbinding die de volgende ketosestructuur bezit voorgesteld door Fischer's proj ectieformule

via een interimfase van vorming van een cis-een-diol structuur als hieronder getoond.

Als de verbinding met de bovenvermelde aldosestructuur, kunnen monosacchariden en de derivaten daarvan zoals hieronder aan de linkerzijde getoond, worden genoemd, zij worden geïsomeriseerd in verbindingen welke hieronder aan de rechterzijde worden getoond.

glyceraldehyde -» dihydroxyaceton erythrose, threose -* erythrulose ribose, arbinose ribulose xylose, lyxose xylulose allose, altrose psicose glucose, mannose fructose gulose, idose -» sorbose galactose, talose tagatose

Als de verbinding met de aldosestructuur, die disaccha-riden en de derivaten daarvan zoals hieronder aan de linkerzijde getoond, reduceren, kunnen ook worden genoemd. Zij worden geïsomeriseerd in verbindingen, welke hieronder aan de rechterzijde worden getoond, maltose -* maltulose lactose -* lactulose

Trisacchariden en hoger, en ook polysacchariden en de derivaten daarvan kunnen worden geïsomeriseerd. In dat geval moeten zij een aldosestructuur aan het moleculaire einde bezitten. Incidenteel is voor sommige (bijvoorbeeld maltose en lactose) van de bovenvermelde verbindingen welke kunnen worden geïsomeriseerd, geen enzym gevonden die in staat is tot isomeriseren daarvan in corresponderende verbindingen die elk een ketosestructuur bevatten.

Van de verbindingen met ketosestructuur, wordt lactulose klinisch gebruikt voor de verbetering van psychoneurose geassocieerd met hyperammonemi, tremors van handen en vingers , enz.

Bij de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur volgens de uitvinding, kan een isomerisatie enzym al dan niet worden gebruikt. Wanneer geen isomerisatie enzym wordt gebruikt, kan de isomerisatie worden uitgevoerd onder dezelfde omstandigheden als toegepast bij de conventionele isomerisatie van glucose in fructose onder toepassing van isomerisatie enzym, bijvoorbeeld, bij kamertemperatuur tot 60-90°C in tegenwoordigheid van een alkali zoals natriumhy-droxyde, calciumhydroxyde of dergelijke. Bij de isomerisatie waarbij geen enzym wordt gebruikt, is het ook mogelijk het alkalisch gedeelte van het elektrolytische water verkregen door de polarisatie van water onder toepassing van een bepaalde inrichting daarvoor worden toegepast.

De concentratie van de organogermaniumverbinding toegepast bij de isomerisatie zijn niet bijzonder beperkt omdat hij wordt bepaald afhankelijk van de isomerisatietijd, gewenste isomerisatieverhouding, enz. Als een voorbeeld wordt echter 1 gew.-% of meer van de organogermaniumverbinding toegevoegd aan een 10 gew.-% aan een oplossing van de verbinding met aldosestructuur.

Bij de isomerisatie va het onderhavige proces, neemt de isomerisatieverhouding in het algemeen toe met toeneming van de reactietijd. Derhalve wordt de isomerisatieverhouding beheerst door beheersen van de reactietijd, waarbij een gewenste isomerisatieverhouding wordt verkregen.

Bij het isomerisatieproces volgens de uitvinding, kan een isomerisatie enzym worden gebruikt als bij de conventionele isomerisatie van glucose in fructose onder toepassing van een isomerisatie enzym.

Beschrijving wordt gemaakt over een geval van isomerisatie van glucose in fructose onder toepassing van een isomerisatie enzym. Eerst wordt zetmeel (bijvoorbeeld maïszetmeel) vervloeid onder toepassing van α-amylase geproduceerd door bijvoorbeeld Bacilluse genus; de verkregen vloeistof wordt onderworpen aan saccharificatie onder toepassing van glucoamylase geproduceerd door bijvoorbeeld Aspergillus niger, ter verkrijging van een zetmeelsiroop. Overigens bevat deze zetmeelsiroop ongeveer 93-95 % glucose. Bij de saccharificatie kan, in combinatie, worden gebruikt pullu-nalase dat een enzym is voor splitsing van a-l,6-glycoside-binding van zetmeel; in dit geval is het glucosegehalte in de resulterende zetmeelsiroop ongeveer 96 %.

De zetmeelsiroop wordt gezuiverd en gecondenseerd als nodig,· daarna wordt, als nodig, een metaal ion toegevoegd van magnesium, mangaan, of kobalt vereist door glucose isomerase toegepast bij de daaropvolgende isomerisatietrap. Uit oogpunt van voedselveiligheid, heeft magnesiumvoorkeur als het metaalion.

De verkregen zetmeelsiroop wordt onderworpen aan een isomerisatietrap. Glucoseisomerase, toegepast in deze trap, kan elk zolang zijn als hij glucose in fructose kan isomeri-seren. Voorbeelden van glucoseisomerase zijn die enzymen, geproduceerd door micro-organismen behorende tot Streptomy-ces genus, Bacillus genus, Arthrobacter genus, Microbacteri-um genus, enz. Specifieke voorbeelden van het enzym zijn als volgt.

Lactobacillus brevis Bacillus coagulans Brevibacterium pentosoaminoacidium Arthrobactor sp.

Actinoplanes missouriensis Streptomyces phaeochromongenus Streptomyces rubiginosus Streptomyces albus NRRL-5778 Streptomyces griseofuscus

De bovenvermelde glucoseisomerase wordt toegestaan op de bovenvermelde zetmeelgroep in te werken in tegenwoordigheid van de bovenvermelde organigermaniumverbinding voor het isomeriseren van glucose in de siroop in fructose. Deze trap kan worden uitgevoerd in een mengsel van de zetmeelsiroop, de organogermaniumverbinding en de glucoseisomerase; het is echter ook mogelijk dat de glucose isomerase wordt geïmmobiliseerd volgens één van conventionele methoden ter bereiding van een geïmmobiliseerd enzym en de zetmeelsiroop bevattend de organogermaniumverbinding kan continu worden geleid door het geïmmobiliseerde enzym. Overigens kan bij de uitvinding een microbieel celpreparaat waarvan de proteïnen anders dan glucoseisomerase geïnactiveerd zijn, worden gebruikt in plaats van het isomerisatie enzym.

De omstandigheden toegepast voor de isomerisatie van glucose in fructose volgens de uitvinding, kunnen dezelfde zijn als toegepast bij de conventionele, bekende isomerisa-tieprocessen. Dat wil zeggen dat de isomerisatie bijvoorbeeld kan worden uitgevoerd in neutraliteit tot zwakke alkaliteit bij 60-90°C.

Bij de isomerisatie van glucose in fructose volgens de uitvinding, neemt de isomerisatieverhouding toe met verloop van de reactietijd, zoals in de later gegeven voorbeelden wordt getoond. Derhalve is het mogelijk de reactietijd te beheersen ter beheersing van de isomerisatieverhouding en daarbij een gewenste isomerisatieverhouding te verkrijgen, bijvoorbeeld een isomerisatie verhouding tot fructose van ongeveer 55 % of meer.

Bij de uitvinding kan de gebruikte hoeveelheid van de organogermaniumverbinding worden behandeld afhankelijk van de beoogde isomerisatieverhouding, enz. De organogermaniumverbinding kan worden toegepast in een concentratietraject van bijvoorbeeld 1/100 M of meer.

De uitvinding wordt hierna met betrekking tot voorbeelden meer in detail beschreven.

Voorbeeld 1 (1) Synthese van organogermaniumverbindingen

Trichloorgermaan (Cl3GeH) werd toegevoegd aan acrylzuur (CH2CHCOOH) ter verkrijging van trichloogermylpropionzuu (Cl3GeCH2CH2C00H) . Dit werd gehydrolyseerd voor synthetiseren van een organogermaniumverbinding (1). Op dezelfde wijze werden gesynthetiseerd organogermaniumverbindingen (2) tot (51) .

(2) Bereiding van substraatoplossingen

Een oplossing bevattend 40 % glucose en 1,2 M organogermaniumverbinding werd bereid volgens onderstaande procedure . 0,8 g watervrij glucose werd opgelost in 0,8 cm3 gedeioniseerd water. Aan de oplossing werd, in kleine por- ties, 0,407 g toegevoegd van de organogermaniumverbinding (1) als een isomerisatieversneller volgens de uitvinding [een verbinding voorgesteld door formule (II) waarin n = 1, Rx = R2 = R3 en Xx = OH] terwijl de pH van de oplossing werd gehandhaafd op zeer zwakke alkaliteit, voor volledig oplossen van de verbinding in de oplossing. Daaraan werd 4,9 mg magnesiumsulfaat toegevoegd en de pH van het verkregen mengsel werd ingesteld op 8,0. Vervolgens werd gedeïoniseerd water toegevoegd om het totale volume 2,0 cm3 te maken, waarbij een substraatoplossing werd bereid.

Twee andere substraatoplossingen, bevattend de organ-ogermaniumverbindingen (18) [een verbinding voorgesteld door formule (II) waarin n = 1, Rx = R2 = H, R3 = NH2 en X1 = OH] en (23) [een verbinding voorgesteld door formule (II) waarin n = 1, R3 = H, R2 = C6H5, R3 = NH2 en X3 = OH] , respectievelijk, op dezelfde wijze werden bereid als hierboven behalve dat de organogermaniumverbindingen (18) en (23) werden gebruikt in hoeveelheden van respectievelijk 0,443 g en 0,638 g (deze hoeveelheden correspondeerden met 1,2 M germa-nium) .

(3) Bereiding van enzym

Een isomerisatie enzym (glucose isomerase), geëxtraheerd uit de cellen van Streptomyces griseofuscus S-41, werd gezuiverd volgens een bekende methode onder toepassing van een ion uitwisselingskolom, een gelfiltratiekolom of dergelijke, tot elektroforetisch een enkele band werd verkregen. Het verkregen gezuiverde enzym werd gebruikt als een standaardenzym.

(4) Enzymatische isomerisatiereactie

In een smalle proefbuis werden aangebracht 0,7 cm3 van de bovenstaande substraatoplossing, 0,1 cm3 van een 200 mM MOPS buffer oplossing (pH 8,0) en 0,2 cm3 van een oplossing, bevattend het hierboven-bereide standaardenzym (5,69 mg/cm3) . De proefbuis werd aangebracht in een waterbad van 60°C en het mengsel in de proefbuis werd onderworpen aan een reactie. Telkens werd 50 μΐ van het reactiemengsel genomen en, met regelmatige tussenpozen, toegevoegd aan 50 μΐ van 0,5 N perchloorzuur aangebracht in een microflesje, ter beëindiging van de reactie. De hoeveelheid gevormde fructose in het microflesje werd bepaald door hoge-prestatie vloeistof chromatograf ie onder toepassing van een kolom [LC7A, SCR-101 (N), gefabriceerd door Shimadzu Corp.] ter bepaling van de verandering met de tijd, of verandering van isomeri-satie van glucose in fructose.

(5) Resultaten

Zoals weergegeven in fig. 1, bereikte in de blanco waarbij geen organogermaniumverbinding werd gebruikt, de reactie een evenwicht in ongeveer 6 uren en was de isomeri-satieverhouding zo laag als 50 %. Wanneer de organogermaniumverbinding volgens de uitvinding werd toegevoegd als een isomerisatieversneller, werden zowel de oorspronkelijke reactiesnelheid en de isomerisatieverhouding in evenwicht superieur aan die van de blanco. Dat is dat de initiële reactiesnelheid 40-50 % hoger was dan die van de blanco, in alle gevallen en dat er nagenoeg geen verschil was in oorspronkelijke reactiesnelheid tussen verschillende organoger-maniumverbindingen. Intussen varieerde de isomerisatieverhouding in evenwicht afhankelijk van de gebruikte soorten organogermaniumverbindingen; en de verbinding (23) leverde een isomerisatieverhouding van 99 %, de verbinding (18) leverde een isomerisatieverhouding van 80 %, en de verbinding (1) leverde een isomerisatieverhouding van 75 %.

Voorbeeld 2 (1) Bereiding van zwak alkalisch elektrolytisch water door elektrolyse

Water werd geleid door een inrichting voor elektrolyse [bijvoorbeeld microcluster (handelsnaam), gefabriceerd door Asahi Glass Co., Ltd.]. Het alkalische gedeelte van het verkregen elektrolytische water werd genomen om te gebruiken als een zwak alkalisch elektrolytisch water.

(2) Bereiding van glucoseoplossingen 14 g of 28 g watervrije glucose werd opgelost in ongeveer 80 cm3 van het hierboven bereide zwakke alkalische elektrolysewater. Het zelfde elektrolysewater werd verder toegevoegd voor het brengen van het totale volume op 100 cm3, waarbij een 14 % glucoseoplossing en een 20 % glucose-oplossing werden bereid. De 14 % glucose oplossing had pH 9,1 en de 28 % glucoseoplossing had pH 8,61, direct na de bereiding.

(3) Bereiding van organogermaniumverbindingoplossingen 1,847 g van de organogermaniumverbinding (18) werd gewogen en toegevoegd aan ongeveer 2 cm3 gedeïoniseerd water. Het mengsel werd zwak alkalisch gemaakt (pH 8,00 of 8,53) met behulp van een kleine hoeveelheid natriumhydroxy-de. Het zelfde gedeïoniseerde water werd later toegevoegd voor het brengen van het totale volume op 3 cm3. De eindcon-centratie van de verbinding (18) in de oplossing was 1,67 M.

(4) Isomerisatie 200 μΐ van de 14 % of 28 % glucoseoplossing en 200 μΐ van de organogermaniumverbindingoplossing (pH 8,00 of 8,53) werden aangebracht in een kleine proefbuis. Ook werden 200 μΐ van de 14 % of 28 % glucoseoplossing en 200 μΐ van het zwakke alkalische alkalische elektrolysewater aangebracht in een kleine proefbuis. Elke proefbuis werd grondig geschud en daarna geplaatst op een waterbad van 80°C om te leiden tot een reactie. 1-3 uren later, werd 50 μΐ van het reactiemeng-sel toegevoegd aan 50 μΐ 0,5 N HC104 ter beëindiging van de reactie. Daarna werd het mengsel 100-voudig verdund met gedeïoniseerd water ter bepaling van de hoeveelheid gevormd fructose en de hoeveelheid resterend glucose door hoge-prestatie vloeistofchromatografie onder toepassing van 7A (een kolom) gefabriceerd door Shimadzu Corp.

De resultaten zijn in tabel 6 getoond.

TABEL 6

Zoals duidelijk is uit tabel 6, waren de isomerisatie-verhoudingen van glucose 2,0 tot 3,5 % wanneer een glucose-oplossing werd opgelost in alleen zwak alkalisch elektroly-sewater. Intussen waren, wanneer een organogermaniumverbin-dingsoplossing verder werd toegevoegd, de isomerisatiever-houdingen van glucose 48,0 tot 94,7 %. Verder was de isome-risatieverhouding van glucose 32,3 % wanneer natriumhydroxy-de aan een glucoseoplossing werd toegevoegd, terwijl de isomerisatieverhouding van glucose 98,9 % was wanneer een organogermaniumverbindingoplossing verder werd toegevoegd.

Overigens toont in tabel 6 (Ge) gevallen waarbij een organogermaniumverbindingoplossing werd toegevoegd; (Na) toont een geval waarbij natriumhydroxyde en gedeïoniseerd water werd gebruikt, in andere gevallen werd isomerisatie uitgevoerd onder toepassing van zwak alkalisch elektrolyse-water alleen en zonder gebruik van noch (Ge) noch (Na).

Voorbeeld 3

Andere verbindingen, voorgesteld door formule (I) werden onderworpen aan 3-uren isomerisatie op de wijze als in voorbeeld 2. De resultaten zijn getoond in tabel 7. Overigens vertoonden verbindingen anders dan die, weergegeven in tabel 7, nagenoeg dezelfde isomerisatieverhoudingen.

TABEL 7

Voorbeeld 4

Dezelfde isomerisatietest als in voorbeeld 2 werd met kleine wijzigingen uitgevoerd.

Dat is dat 200 μΐ van één van verschillende saccharide-oplossingen en 200 μΐ van één van verschillende organogerma-niumverbindingoplossingen werden aangebracht in een kleine proefbuis. Het mengsel werd ingesteld op pH 10 met een waterige natriumhydroxydeoplossing, waarna de buis werd aangebracht in een waterbad van 80°C voor een reactie. 3 uren later werd de reactie beëindigd en de hoeveelheid van elk geisomeriseerd saccharide werd bepaald door middel van hoge-prestatie vloeistofchromatografie onder toepassing van 7A (een kolom), gefabriceerd door Shimadzu Corp.

De resultaten zijn weergegen in tabel 8.

TABEL 8

Industriële toepasbaarheid

Zoals in de voorgaande voorbeelden is getoond, is de onderhavige isomerisatiewerkwijze vrij van de problemen van de stand der techniek en kan een verbinding die een aldose-structuur bezit isomeriseren in een verbinding met een ketosestructuur zonder enige speciale inrichting of enige gecompliceerde bewerking te vereisen.

Dit houdt in dat een geisomeriseerde saccharose van gewenste concentratie kan worden geleverd, in een gewenste hoeveelheid, aan een voedingsmiddelenbedrijf, bijvoorbeeld een bedrijf voor het produceren van frisdranken onder toepassing van geïsomeriseerd saccharose, door het daarin installeren van een kleine isomerisatie eenheid onder toepassing van de techniek van de uitvinding. Wanneer voorts de isomerisatie eenheid wordt opgenomen in een fabriekslijn voor voedingsmiddelproduktie, kosten welke verbonden zijn met transportering, opslag en toevoer van grondstofmaterialen significant kunnen worden verlaagd.

Voorts kan de uitvinding een verbinding die een aldose-structuur bezit isomeriseren in een verbinding die een ketosestructuur bezit in tegenwoordigheid of bij afwezigheid van een isomerisatie enzym. Zelfs wanneer geen effectief isomerisatie enzym wordt gevonden voor een bepaalde verbinding met aldosestructuur om te worden geïsomeriseerd in een corresponderende ketosestructuur, kan het onderhavige proces een dergelijke verbinding isomeriseren in een verbinding met een ketosestructuur door niet zijn toevlucht te nemen tot de toestand van verwarmen onder alkaliteit (deze toestand is soms nadelig in isomerisatieverhouding).

Voorts is het isomerisatiemiddel of de versneller, effectief voor en gebruikt bij uitvoering van de onderhavige werkwijze, zeer veilig en in hoge mate stabiel.

Claims

1. Werkwijze welke omvat isomeriseren van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur, door toepassing van een organogermaniumver-binding met een structureel gedeelte voorgesteld door de onderstaande formule (I).

2. Werkwijze welke omvat isomeriseren van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur, in tegenwoordigheid van een organogermani-umverbinding met een structureel gedeelte voorgesteld door de onderstaande formule (I).

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de organ-ogermaniumverbinding wordt voorgesteld door formule (II)

waarin Rx, R2 en R3, die gelijk of verschillend kunnen zijn, onafhankelijk voorstellen een waterstofatoom, een kleine alkylgroep, een gesubstitueerde of niet-gesubstitueerde fenylgroep, een carboxylgroep, een carboxyalkylgroep of een i aminogroep die niet-gesubstitueerd of gesubstitueerd is met geschikte groep(en); X1 voorstelt een hydroxylgroep, een 0-klein alkylgroep, een aminogroep of een zout voorgesteld door 0YX (Yx stelt een metaal of een basische groep-bevat-tende verbinding voor); en n voorstelt een geheel getal van ) 1 of meer.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de organ-ogermaniumverbinding wordt voorgesteld door formule (II')

in een waterige oplossing, of formule (II")

in kris tal toestand, waarin R1( R2f R3, Xx en n gedefinieerd zijn als hierboven.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 waarin de organogerma-niumverbinding wordt voorgesteld door formule (III)

waarin R4, Rs en R6> welke gelijk of verschillend zijn, onafhankelijk voorstellen een waterstofatoom, een kleine alkylgroep, een gesubstitueerde of niet-gesubstitueerde fenylgroep, een carboxylgroep, een carboxyalkylgroep of een aminogroep die niet-gesubstitueerd of gesubstitueerd is met geschikte groep(en); en X2 voorstelt een hydroxylgroep, een O-klein alkylgroep, een aminogroep of een zout voorgesteld door 0Y2 (Y2 stelt voor een metaal of een basische groep-bevattende verbinding).

6. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur wordt uitgevoerd zonder gebruik van een enzym dat effectief is voor die bepaalde isomerisatie.

7. Werkwij ze volgens conclusie 1 of 2, waarin de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur wordt uitgevoerd in de co-aanwezigheid van een enzym die effectief is voor die bepaalde isomerisatie indien een dergelijk enzym gevonden is te bestaan.

8. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur wordt uitgevoerd in neutraliteit tot alkaliteit.

9. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur wordt uitgevoerd in een zwak alkalisch water, verkregen door elektrolyse.

10. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur wordt uitgevoerd via een interimfase waarin een cis-l-diolstructuur wordt gevormd.

11. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de verbinding die een aldosestructuur bezit een monosaccharide is.

12. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de verbinding met een aldosestructuur glucose is en wordt geïsomeriseerd in fructose.

13. Werkwijze volgens conclusie 11, waarin de isomerisatie van glucose in fructose wordt uitgevoerd in de co-aanwezigheid van een isomerisatie enzym.

14. Werkwijze volgens conclusie 11, waarin de isomerisatie van glucose in fructose wordt uitgevoerd in neutraliteit tot alkaliteit bij een temperatuur van 60-90°C.

15. Werkwijze volgens conclusie 11, waarin de isomerisatie van glucose tot fructose wordt uitgevoerd terwijl de tijd van isomerisatiereactie wordt beheerst voor beheersing van de isomerisatieverhouding.

16. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij de isomerisatie van glucose in fructose wordt uitgevoerd tot de verhouding van isomerisatie in fructose tenminste ongeveer 55 % bereikt.

17. Werkwijze volgens conclusie 12, waarin de isomerisatie van glucose in fructose wordt uitgevoerd in de co-aanwezigheid van, als nodig, een metaalion vereist door het isomerisatie enzym.

18. Werkwijze volgens conclusie 12, waarin de isomerisatie van glucose in fructose wordt uitgevoerd in een oplossing die een mengsel is van (1) een glucose-bevattende oplossing (2) een organogermaniumverbinding met een structureel gedeelte voorgesteld door de onderstaande formule

en (3) een isomerisatie enzym.

19. Werkwijze volgens conclusie 17, waarin de glucose-bevattende oplossing een siroop is verkregen door vervloeiing van zetmeel en onderwerping van de resulterende vloeistof aan saccharificatie.

20. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de verbinding die een aldosestructuur bezit een disaccharide is.

21. Werkwijze volgens conclusie 19, waarin de verbinding die een aldosestructuur bezit lactose is en wordt geïsomeriseerd in lactulose.

22. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin de verbinding die een aldosestructuur bezit een oligosaccharide of een polysaccharide is.

23. Isomerisatiemiddel of versneller die effectief is voor de isomerisatie van een verbinding met een aldosestructuur in een verbinding met een ketosestructuur, welk middel of versneller omvat, als een actieve compoment, een organ-ogermaniumverbinding met een structureel gedeelte voorgesteld door de onderstaande formule (I).

24. Isomerisatiemiddel of versneller volgens conclusie 22, waarin de organigermaniumverbinding voorgesteld is door formule (II)

waarin Rlf R2 en R3, welke gelijk of verschillend zijn, onafhankelijk voorstellen een waterstofatoom, een kleine alkylgroep, een gesubstitueerde of niet-gesubstitueerde fenylgroep, een carboxylgroep, een carboxyalkylgroep of een aminogroep die niet-gesubstitueerd of gesubstitueerd is met passende groep(en); Xx voorstelt een hydroxylgroep, een 0-klein alkylgroep, een aminogroep of een zout voorgesteld door 0YX (Yx voorstelt een metaal of een basische groep-bevattende verbinding); en n voorstelt een geheel getal van 1 of meer.

25. Isomerisatiemiddel of versneller volgens conclusie 23, waarin de organogermaniumverbinding wordt voorgesteld door formule (III)

waarin R4, R5 en Re, welke gelijk of verschillend kunnen zijn, onafhankelijk voorstellen een waterstofatoom, een kleine alkylgroep, een gesubstitueerde of niet-gesubstitueerde fenylgroep, een carboxylgroep, een carboxyalkylgroep of een aminogroep die niet-gesubstitueerd is of gesubstitu eerd met passende groep(en); en X2 voorstelt een hydroxyl-groep, een O-kleine alkylgroep, een aminogroep of een zout voorgesteld door 0Y2 (Y2 stelt voor een metaal of een basische groep-bevattende verbinding).