PL212145B1 - Sposób otrzymywania 3-O-akryloilo-D-glukozy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania 3-O-akryloilo-D-glukozy.

Rozpuszczalny w wodzie monoakrylan D-glukozy może być stosowany jako podstawowy monomer w procesach formowania wyrobów ceramicznych metodą „gelcasting” oraz do otrzymywania hydrożeli.

Znane są metody otrzymywania estrów kwasów karboksylowych i sacharydów z wykorzystaniem estrów metylowych, chlorków lub bezwodników kwasów karboksylowych oraz mieszanych bezwodników kwasów karboksylowych i kwasu węglowego. Reakcje z sacharydami prowadzone są w obecności typowych katalizatorów transestryfikacji lub enzymów.

Z opisu patentowego nr US 4 611 055 z roku 1986 znana jest metoda otrzymywania estrów cukrozy i kwasów tłuszczowych poprzez ogrzewanie stopionej mieszaniny cukrozy, estrów kwasów tłuszczowych, katalizatora transestryfikacji i karboksylanu metalu alkalicznego.

W opisie patentowym nr US 6 706 877 z roku 2004 podane są podobne warunki otrzymywania niepełnych estrów węglowodanów - reakcję transestryfikacji prowadzi się w obecności emulgatorów.

W opisie patentowym nr US 5 877 144 z roku 1999 podane są warunki otrzymywania mono- lub diestrów inuliny (oligofruktozy) z wykorzystaniem chlorków lub bezwodników kwasów karboksylowych o liczbie atomów węgla od 2 do 22 w cząsteczce. Reakcję prowadzi się w rozpuszczalnikach, takich jak pirydyna lub 4-(dimetyloamino)pirydyna. Otrzymany produkt o właściwościach powierzchniowo czynnych może być wykorzystany w przemyśle i w farmacji.

Znane z opisu patentowego nr US 5 550 225 z roku 1996 monoestry D-maltozy otrzymywane są z wykorzystaniem mieszanych bezwodników kwasów karboksylowych i kwasu węglowego. Kwas karboksylowy rozpuszcza się w rozpuszczalniku organicznym, korzystnie w tetrahydrofuranie, z równomolową ilością trietyloaminy i następnie dodaje do chloromrówczanu alkilowego, korzystnie izopropylu w temperaturze -20°C. D-maltozę rozpuszczoną w pirydynie poddaje się reakcji z tak otrzymanym mieszanym bezwodnikiem w temperaturze pokojowej. Tym sposobem otrzymuje się głównie monoester maltozy podstawionej w pozycji 6'.

Z opisu patentowego nr US 5 200 328 z roku 1993 wiadomo, że w reakcji kwasów tłuszczowych lub ich estrów z metyloglikozydami, głównie pochodnymi monosacharydów, takich jak glukoza, fruktoza, ryboza, galaktoza, mannoza, arabinoza lub ksyloza, a także disacharydów, takich jak cukroza, laktoza, maltoza, izomaltoza lub cellobioza, w obecności enzymów tworzą się w przewadze monoestry oraz w ilości kilkunastu procent diestry.

Głównymi wadami wyżej przedstawionych rozwiązań jest brak selektywności procesu i tworzenie się mieszaniny monoestrów podstawionych przy różnych grupach hydroksylowych oraz diestrów sacharydów.

Z opisu patentowego nr SU 968 037 znana jest 3-O-akryloilo-D-glukoza o wzorze 1 oraz sposób jej otrzymywania. Zgodnie z tym sposobem 1,2;5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozę poddaje się reakcji z chlorkiem akryloilu w wodnym roztworze NaOH. Otrzymaną 3-O-akryloilo-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozę hydrolizuje się za pomocą stężonego kwasu mrówkowego. Prowadzenie etapu akrylowania za pomocą mocnej zasady i w środowisku acetonowo-wodnym stwarza zagrożenie hydrolizy zarówno stosowanego substratu (chlorku akryloilu), jak i otrzymanego produktu (3-O-akryloilo-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy).

Wad tych nie wykazuje sposób według wynalazku polegający na zablokowaniu wszystkich grup hydroksylowych sacharydu, z wyjątkiem jednej, za pomocą acetalu i poddaniu zablokowanej monohydroksylowej pochodnej reakcji z chlorkiem akryloilu w bezwodnym środowisku i w łagodniejszych warunkach.

Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania 3-O-akryloilo-D-glukozy o wzorze 1, polegający na tym, że 1,2:5,6-diizopropylideno-D-gIukofuranozę o wzorze 2 poddaje się reakcji z chlorkiem akryloilu w środowisku bezwodnym i w obecności aminy trzeciorzędowej i produkt reakcji o wzorze 3, poddaje się reakcji kontrolowanej hydrolizy za pomocą kwasu mineralnego w temperaturze wrzenia mieszaniny reakcyjnej, w obecności inhibitora polimeryzacji, a następnie mieszaninę poreakcyjną zobojętnia się zasadą tworzącą nierozpuszczalną w wodzie sól i wyodrębnia się uzyskany produkt.

Korzystnie, jako aminę trzeciorzędową stosuje się N,N-dimetyloanilinę, N,N-dietyloanilinę lub trietyloaminę.

Korzystnie, produkt o wzorze 3 przed poddaniem go reakcji hydrolizy wyodrębnia się ze środowiska reakcji i ewentualnie oczyszcza.

PL 212 145 B1

Korzystnie, jako kwas mineralny stosuje się kwas siarkowy, najkorzystniej w formie 0,02-0,05 M roztworu.

Korzystnie, jako inhibitor polimeryzacji stosuje się fenotiazynę, najkorzystniej w ilości od 0,001 do 0,005 % wagowych.

Korzystnie, przebieg reakcji hydrolizy kontroluje się za pomocą chromatografii.

Korzystnie, mieszaninę poreakcyjną zobojętnia się za pomocą węglanu baru.

Korzystnie, produkt reakcji wyodrębnia się z mieszaniny poreakcyjnej przez odparowanie, korzystnie w temperaturze pokojowej.

1,2:5,6-Diizopropylideno-D-glukofuranozę o wzorze 2 można otrzymać według metody opisanej przez Glena W. L., Myersa G. S. i Granta G. A. w Journal of the Chemical Society z roku 1951 s. 2568-2572 prowadząc reakcję D-glukozy z acetonem w obecności ZnCl2 i kwasu ortofosforowego.

W sposobie według wynalazku etap arylowania prowadzi się w środowisku bezwodnym, a jako zasady używa się trzeciorzędowej aminy, dzięki czemu całkowicie eliminuje się możliwość hydrolizy substratu i produktu. Z kolei w etapie hydrolizy stosuje się wodny roztwór kwasu mineralnego, zamiast stężonego kwasu organicznego. Dzięki temu kontrola procesu w pierwszym etapie jest znacznie łatwiejsza, a w drugim etapie można otrzymać produkt od razu w postaci wodnego roztworu, co z uwagi na dużą skłonność 3-O-akryloiloglukozy do polimeryzacji stanowi gwarancję pomyślnego przebiegu syntezy, a także minimalizuje zagrożenie hydrolizy grupy estrowej.

Monoakrylan D-glukozy według wynalazku wykazuje bardzo dobrą rozpuszczalność w wodzie i dlatego może znaleźć zastosowanie jako monomer w technice formowania tworzyw ceramicznych metodą „gel-casting”. W metodzie tej można stosować bezpośrednio wodny roztwór produktu uzyskany sposobem według wynalazku.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania.

P r z y k ł a d

Acylowanie 1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy ₃

W kolbie dwuszyjnej o pojemności 500 cm³, umieszczonej w czaszy grzejnej i zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, wkraplacz i mieszadło magnetyczne umieszcza się 39 g (0,15 mola) 1,2:5,6-di₃ izopropylideno-D-glukofuranozy, 225 cm³ chlorku metylenu i 20 g (0,165 mola) N,N-dimetyloaniliny. Zawartość kolby podgrzewa się do wrzenia, po czym stosując energiczne mieszanie, wkrapla się z wkraplacza przez 5 minut 13,9 g (0,154 mola) chlorku akryloilu. Mieszaninę ogrzewa się następnie do wrzenia przez 20 godzin, po czym wylewa do wkraplacza o pojemności 2 l zawierającego 750 ml wody. Warstwę organiczną przemywa się następnie za pomocą 450 ml 3% kwasu siarkowego. Fazę organiczną suszy się siarczanem magnezu, po czym dodaje do niej 2 mg fenotiazyny, a następnie zatęża na wyparce obrotowej z użyciem łaźni o temperaturze 50°C. Do uzyskanego oleistego produktu dodaje się 90 ml heksanu. Wytrącony osad odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem i suszy na powietrzu. Uzyskuje się 19 g (40%) 3-O-akryloilo-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy o t. t. 74-76°C. Jest ona wystarczająco czysta jako substrat do drugiego etapu syntezy. Budowę produktu po₁ twierdzono w oparciu o widmo ¹H NMR. Analiza TLC wykazuje obecność produktu reakcji oraz brak obecności substratu.

Widmo ¹H NMR:

Singlety: 1,303 (3H), 1,306 (3H), 1,406 (3H), 1,526 (3H) - odpowiadające czterem grupom metylowym;

Multiplety: 4,041 (2H), 4,246 (2H), 4,537 (1H) - odpowiadające atomom wodoru związanym z nieanomerycznymi atomami węgla D-glukozy;

Multiplet: 5,324 (1H) - odpowiadający atomowi wodoru związanemu z anomerycznym atomem węgla D-glukozy;

Multiplety: 5,908 (2H), 6,155 (IH), 6,450 (1H) - odpowiadające atomom wodoru grupy winylowej.

Hydroliza 3-O-akryloilo-1,2;5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy do 3-O-akryloilo-D-glukozy ₃

W kolbie dwuszyjnej o pojemności 250 cm³, umieszczonej w łaźni olejowej i zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną oraz mieszadło magnetyczne umieszcza się 10 g (32 mmola) 3-O-akryloilo₃

-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy oraz 80 cm³ 0,02 M roztworu H2SO4 i 1 mg fenotiazyny. Zawartość kolby miesza się i ogrzewa się do wrzenia stosując łaźnię o temperaturze 110°C. Postęp reakcji kontroluje się za pomocą TLC (heptan-aceton 2:1; DC-Alufolien, Kieselgel 60 F254; dla substratu; Rf = 0,35, dla produktu: Rf = 0,01). Po 1,5 godz. reakcja ulega zakończeniu. Zawartość kolby chłodzi się, dodaje 1,5 g węglanu baru i całość miesza przez 5 minut. Następnie, odsącza się sole baru,

PL 212 145 B1 zaś przesącz wylewa na szalkę Petriego i pozostawia do odparowania. Otrzymuje się 7,3 g (wydajność ₁

98%) produktu w postaci lepkiej cieczy. Jego budowę potwierdzono w oparciu o widmo ¹H NMR.

Claims (13)

1. Sposób otrzymywania 3-O-akryloilo-D-glukozy o wzorze 1, polegający na reakcji 1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy o wzorze 2 z chlorkiem akryloilu w środowisku zasadowym i hydrolizie otrzymanej 3-O-akryloilo-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy o wzorze 3 w środowisku kwaśnym, znamienny tym, że reakcję 1,2;5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy z chlorkiem akryloilu prowadzi się w środowisku bezwodnym i w obecności aminy trzeciorzędowej, a reakcję hydrolizy 3-O-akryloilo-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozy prowadzi się w obecności kwasu mineralnego, w temperaturze wrzenia, w obecności inhibitora polimeryzacji, a następnie mieszaninę poreakcyjną zobojętnia się i wyodrębnia się uzyskany produkt.

2. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako aminę trzeciorzędową stosuje się N,N-dimetyloanilinę lub trietyloaminę.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że 3-O-akryloilo-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozę o wzorze 3 wyodrębnia się ze środowiska reakcji przed poddaniem reakcji hydrolizy.

4. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wyodrębnioną 3-O-akryloilo-1,2:5,6-diizopropylideno-D-glukofuranozę o wzorze 3 oczyszcza się.

5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako kwas mineralny stosuje się kwas siarkowy.

6. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że kwas siarkowy stosuje się w formie 0,02-0,05 M roztworu.

7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako inhibitor polimeryzacji stosuje się fenotiazynę.

8. Sposób według zastrz. 2 albo 9, znamienny tym, że inhibitor polimeryzacji stosuje się w ilości od 0,001 do 0,005% wagowych.

9. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przebieg reakcji hydrolizy kontroluje się za pomocą chromatografii.

10. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że mieszaninę poreakcyjną zobojętnia się.

11. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że do zobojętnienia mieszaniny poreakcyjnej stosuje się węglan baru.

12. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że produkt reakcji wyodrębnia się z mieszaniny poreakcyjnej przez odparowanie.

13. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że odparowanie prowadzi się w temperaturze pokojowej.