Brevet FR2550535A1 — publié le 19850215

PROCEDE DE CYCLO-DESHYDRATATION DES CETOSES ET PRODUITS OBTENUS La présente invention est le fruit de recherches conduites au Centre National de la Recherche Scientifique. Elle a pour objet un nouveau procédé de déshydratation des glucides. Ce procédé permet de préparer des produits industriels, et plus particulièrement des analogues glucidiques non métabolisables par ltorganisme humain ou animal, qui de ce fait et en fonction de l'ensemble de leurs propriétés, sont particulièrement intéressants dans l'industrie alimentaire, comme produits ou additifs alimentaires non caloriques. Conformément à l'invention il est possible, par un procédé de déshydratation par les halogénures d'hydrogène, de préparer des anhydrides d'oses divers, plus particulièrement sous la forme d'anhydrides de cétoses, et d'obtenir ainsi, à partir de glucides appropriés, des analogues qui présentent les propriétés essentielles des sucres de l'industrie alimentaire, à l'exception toutefois du pouvoir calorique. Ces produits font objet d'une demande de brevet déposée ce même jour par la Société déposante. L'invention a pour objet un procédé de déshydratation des glucides qui s'applique en fait à la cyclodéshydratation de tout glucide dont la molécule comporte au moins un motif du type cétose, notamment cétohexose ou cétopentose, ou encore cétoheptose, et qui conduit à un dianhydride disaccharidique du cétose correspondant, dans lequel les cycles saccharidiques sont liés entre eux par deux liaisons acétaliques incluses dans un cycle dioxannique. Parmi les procédés de déshydratation appli cables aux glucides, on a en fait déjà proposé des procédés faisant appel à un traitement par un halogénure d'hydrogène, chlorure d'hydrogène HCl ou fluorure d'hydrogène HF en particulier, plutôt que par un acide fort comme H2S04 ou HNO3. Toutefois, les procédés de déshydratation connus pechaient par un faible rendement. Ces lacunes n'étaient sans doute pas trop gênantes pour des produits auxquels on ne connaissait aucune utilité industrielle, mais elles devenaient prohibitives dans le cadre d'une fabrication industrielle de tels produits.L'article, publié dans la revue "Industrial and Engineering Chemistry", tome 44 de 1952 pages 1127 à 1135, écrit par "N.Albon, D.Gross, and H.C.S.de Whalley", décrit notamment la cyclo-déshydratation du fructose, conduisant à un difructose où les deux cycles saccharidiques sont reliés par deux liaisons acétaliques incluses dans un cycle dispiro-dioxannique. Le traitement utilise dans ce cas une faible proportion de fluorure d'hydrogène que l'on sépare après la réaction par neutralisation du milieu réactionnel. Le rendement est faible et une réaction enzymatique est encore nécessaire pour séparer le produit du fructose n'ayant pas réagi. L'invention apporte une solution à ces difficultés par un procédé de déshydratation de glucides, applicable aux glucides dont la molécule comporte au moins un motif de type cétose, caractérisé en ce que l'on assure la réaction du glucide, sans addition d'eau, avec un halogénure d'hydrogène utilisé comme solvant du glucide, puis on élimine l'halogénure d'hydrogène par voie sèche pour recueillir l'anhydride disaccharidique formé. Le cétose est avantageusement le fructose. On doit comprendre ici que le cycle du fructose, ou autre cétose, est éventuellement substitué. Autrement dit, dans l'expression qui précède, on entend couvrir non seulement le fructose proprement dit, mais aussi bien les cétoses homologues, les isomères de configuration comme le sorbose, et les cétoses dont la molécule comporte un ou plusieurs substituants, de type éther, ester, acétal ou autre. De préférence, l'halogénure d'hydrogène est le fluorure d'hydrogène. On peut l'utiliser avantageusement à l'état -liquide, auquel cas on fait dissoudre le glucide dans le fluorure d'hydrogène liquide et on élimine ce dernier après la réaction par évaporation. les conditions anhydres souhaitées impliquent que lthalogénure soit introduit sec et que le sucre traité soit préalablement séché de sorte qu'il ne contienne plus, éventuellement, que de l'eau de cristallisation. Les dianhydrides saccharidiques formés peuvent être aisément isolés par cristallisation, et ils sont ainsi obtenus à l'état pur avec de très bons rendements. Il est à remarquer que quel que soit le glucide de départ, la réaction semble favoriser la formation de dimères du cétose dans les dianhydrides de l'invention. Dans la mise en oeuvre de l'invention, l'effica- ci-té du procédé est apparue directement liée à la dissolution du glucide traité dans l'halogénure d'hydrogène en même temps qu'à des conditions aussi anhydres que possible. Ces exigence-s sont respectées par exemple, de manière à assurer une dissolution complète du glucide à faire réagir, si l'on utilise une quantité de fluorure d'hydrogène suffisante pour cela, en opérant de sorte que la teneur en eau du milieu réactionnel ne dépasse jamais 10 % en poids, compte tenu de l'eau formée par la réaction de déshydratation elle-même. La température peut être par exemple comprise entre -20 OC et -15 OC. L'invention sera maintenant illustrée par des exemples particuliers de mise en oeuvre. Ceux-ci n'ont aucun caractère limitatif. Sauf indication contraire, les indications chiffrées de composition qui y figurent sont indiquées en poids. EXEMPLE I De l'inuline provenant de tubercules de dahlia Sigma (5 g), refroidie à 0 OC, est additionnée de fluorure d'hydrogène (10 ml), également refroidi. La solution est laissée pendant 45 minutes environ à température ambiante (20 C), puis le fluorure d'hydrogène est évaporé par dépression ou entrainement par un courant gazeux. Le résidu est repris par l'éther. On récupère 4,8 g d'un produit constitué de dianhydrides du D-fructose qui sont identifiés par chromatographie en phase gazeuse, sous forme des produits méthylés. Le produit apparaît formé d'un mélange comprenant, en pourcentage pondéral du poids total 12 % de ( 1 ) : di-alpha-D=-fructopyranose 1,2' : 2,1' dianhydride Point de fusion : 293-295 C Pouvoir rotatoire : -46 14 % de ( 2 ) : di-béta-D-fructopyranose 1,2' : 2,1' dianhydride Point de fusion : 279 OC Pouvoir rotatoire [&alpha;]D : -300 45 % de ( 3 ) : alpha-D-fructofuranose alpha-D-fructo- pyranose 1,2' : 2,1' dianhydride Point de fusion : 258 OC Pouvoir rotatoire FJD : -39 4 % de ( 4 ) : béta-D-fructofuranose béta-D-fructo- pyranose 1,2' : 2,1' dianhydride Point de fusion : 240 OC Pouvoir rotatoire [&alpha;]D : -182 18 % de ( 5 ) : béta-D-fructofuranose alpha-D=-fructo- pyranose 2,1' : 3,2' dianhydride Point de fusion : 206 OC Pouvoir rotatoire [&alpha;]D : -58,5 . EXEMPLE II: Du D-fructose (20 g) est traité par du fluorure d'hydrogène HF (20 ml) à - 10 OC pendant trois minutes, puis le fluorure d'hydrogène est éliminé par évaporation par dépression. Le résidu est additionné d'éther diéthylique refroidi. Le précipité est décanté et repris plusieurs fois à l'éther diéthylique, puis décanté et filtré. On récupère 18,4 g d'un produit constitué d'un mélange de dianhydrides du D-fructose qui sont identifiés par chromatographie en phase gazeuse et désignés comme dans l'Exemple I. Le mélange comprend, en pourcentage de poids par rapport à son poids total 14 % de ( 1 ) 20 % de ( 2 ) 58 % de ( 3 ) 7 % de ( 5 ). En faisant varier les conditions, soit en particulier la quantité de HF (1 ml pour 1 g au minimum jusqu'à 10 ml pour 1 g), la température ( - 10 OC jusqu'à 20 C) et le temps (de 2 minutes à 5 h), on obtient des sucres essentiellement constitués des cinq mêmes composés déjà identifiés dans l'Exemple I, avec toutefois des proportions diverses, notamment dans les distributions comprises dans les limites ci-dessous de 10 % à 20 % de ( 1 ) de 10 % à 20 % de ( 2 ) -de 30 % à 60 % de ( 3 ) de 4 % à 8 % de ( 4 ) de 10 % à 30 % de ( 5 ) EXEMPLE III Le mélange (18,4 g) obtenu dans l'exemple II (1er ) est repris par du méthanol (20 ml) et mis à cristalliser.On récupère les composés (1) et (2) directement (4 g). Les eaux-mères amenées à sec sont uniquement composées des dérivés (3), (4), (5). Le dérivé (3), dérivé majoritaire du mélange (40 %), est cristallisé par addition de cristaux formant germes aux eaux-mères reprises par de méthanol. La pureté du produit est de l'ordre de 98 %. En opérant de la même manière, mais sur un mélange obtenu selon l'Exemple II, dans des conditions différentes, on obtient ce composé (3) avec un rendement s'élevant à 60 %. EXEMPLE IV En opérant à froid comme dans l'exemple I, on traite du L-sorbose (10 g) par HF (10 ml) pendant 1 minute à - 10 OC. Le produit est précipité à éther diéthylique. On en récupère 9,2 g. Il s'agit d'un mélange de plusieurs composés, qui sont identifiés comme étant tous des dianhydrides du L-sorbose.On identifie ainsi successivement, par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de résonance magnétique du carbone, les composés suivants di-alpha-L-sorbopyranose 1,2' : 2,1' dianhydride di-béta-L-sorbopyranose 1,2' : 2,1' dianhydride alpha-L-sorbofuranose alpha-h-sorbopyranose 1,2' : 2,1' dianhydride alpha-l-sorbofuranose béta-l-sorbopyranose 1,2' : 2,1' dianhydride alpha-l-sorbofuranose béta-l-sorbopyranose 1,2' : 3,1' dianhydride Les produits peuvent être isolés de la même façon que dans le cas du fructose (Exemple II), par addition de méthanol, puis d'éthanol. EXEMPLE V Du saccharose (5 g) est additionné de fluorure d'hydrogène (10 ml) à 0 OC. On laisse réagir le mélange pendant 2,5 minutes, puis le produit est précipité à l'éther. On récupère 48 g. Le mélange ainsi obtenu contient du fluorure de glucosyle (analyse par résonance magnétique nucléaire au 13C). Une étude des produits méthylés permet de noter la présence de dianhydrides du D-fructose ; les cinq composés définis dans l'exemple I sont présents. Du point de vue quantitatif, le mélange contient 18 % de D-fructose, sous forme de ces dianhydrides. Par un tel traitement par le fluorure d'hydrogène, le saccharose de départ est donc rendu partiellement non hydrolysable enzymatiquement et son pouvoir calorique est diminué. EXEMPLE VI Les produits des exemples I à IV sont examinés dans les propriétés permettant d'en faire des substituts du saccharose dans l'alimentation. Ces produits sont non toxiques. Ils sont tous solubles dans l'eau et les sirops obtenus présentent une viscosité variable avec la concentration, comme le sucre courant. A titre d'exemple, le dernier mélange d'anhydrides du D-fructose obtenu selon l'Exemple Il n'est pas hydrolysé par HCl 0,01 N à 37 OC pendant 0,5 heure. De façon générale, à 20 OC en présence d'acide sulfurique 1 N, la vitesse d'hydrolyse des différents composés est environ 1 000 fois inférieure à celle du saccharose. Si par ailleurs on soumet un mélange partiellement traité contenant les dianhydrides à une fermentation par la levure de bière, les sucres non transformés sont sensibles à la levure et peuvent être éliminés, alors que les dianhydrides de l'invention ne sont pas attaques. EXEMPLE VII : On traite 5 g de sirop de xylulose par 10 ml de fluorure d'hydrogène liquide pendant 2 minutes à -10 OC. La solution est ensuite additionnée d'éther éthylique. Après décantation on recueille 4,5 g des produits ci-après : Di-alpha-=D-xylulofuranoside 1,2' - 2,1' dianhydride Di-béta-D-xylulofuranoside 1,2' - 2,1' dianhydride alpha-=D-xylulofuranoside béta-=D-xylulofuranoside 1,2' - 2,1' dianhydride alpha-D-xylulofuranoside béta-=D-xylulofuranoside 1,2' - 3,1' dianhydride Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails des exemples particuliers de mise en oeuvre choisis pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites à titre d'exemples et à leurs éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Procédé de cyclo-déshydratation des glucides, dont la molécule comporte au moins un motif de type cétose, caractérisé en ce que l'on fait réagir le glucide, sans addition d'eau, avec un halogénure d'hydrogène utilisé comme solvant du glucide, puis on élimine l'halogénure d'hydrogène par voie sèche pour recueillir l'anhydride disaccharidique forme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'halogénure d'hydrogène est le fluorure d'hydrogène. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on assure la dissolution complète du glucide dans l'halogénure d'hydrogène. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, l'halogénure étant à l'état liquide, on l'élimine après la réaction par évaporation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on opere en conditions telles que la quantité d'eau présente dans le milieu réactionnel avant élimination de l'halogénure d'hydrogène soit inférieure à 10 % en poids. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la température du milieu réactionnel est comprise entre -200C et -150C. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 appliqué à la préparation d'anhydrides disacchariques dans lesquels l'un au moins des cycles saccharidiques est celui du fructose. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le glucide de départ est choisi parmi l'inuline, le fructose, le saccharose, le sorbose, le xylulose. 9. Anhydrides de glucides obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.