Brevet FR2905950A1 — publié le 20080321

PROCEDE DE PREPARATION D'UNE COMPOSITION D'ACIDE GLUCURONIQUE OU D'UN DERIVE D'ACIDE GLUCURONIQUE COMPRENANT UNE ETAPE D'OXYDATION ELECTROCHIMIQUE. La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation d'une composition d'acide glucuronique ou de dérivé d'acide glucuronique, ledit procédé comprenant une étape d'oxydation électrochimique menée dans des conditions particulières. Par composition d'acide glucuronique , on entend toute composition, quelle que soit sa forme de présentation (liquide, solide, pâteuse...) et sa concentration, dont la matière sèche (MS) est constituée majoritairement, i.e pour au moins 50% en poids et jusqu'à 100% en poids (en sec/sec donc), d'acide glucuronique. Tout autre constituant d'une telle composition peut notamment consister en un dérivé d'acide glucuronique et tout particulièrement en glucuronolactone. Il peut s'agir, par exemple, d'une composition liquide contenant principalement de 70 à 90 %,notamment de l'ordre de 75-85 % environ, d'acide glucuronique (sec/sec), et de 5 à 30 %, notamment de l'ordre de 15 à 25 % environ, de glucuronolactone (sec/sec). Par composition de dérivé d'acide glucuronique , on entend toute composition, quelle que soit sa forme de présentation et sa concentration, dont la matière sèche (MS) est constituée majoritairement, i.e pour au moins 50% en poids et jusqu'à 100% en poids (sec/sec), d'un ou plusieurs dérivés de l'acide glucuronique. Ces dérivés peuvent notamment être choisis dans le groupe comprenant les sels de l'acide glucuronique, la glucuronolactone et les dérivés méthylés, éthylés, 2905950 2 isopropylés, benzylés, acétylés ou phosphatés de l'acide glucuronique et de ses sels. Il peut s'agir également de di-, oligo- ou polysaccharides contenant au moins un motif correspondant 5 à l'acide glucuronique ou à l'un de ses dérivés. L'ensemble de ces compositions peuvent ne pas contenir d'acide glucuronique en tant que tel ou en contenir des proportions inférieures à 50% (sec/sec), y compris inférieures à quelques %, voire inférieures à 1% 10 ou même 0,5% (sec/sec). Il peut s'agir de compositions dont la MS est constituée majoritairement, voire exclusivement ou quasi-exclusivement, de glucuronate de sodium, de glucuronolactone, d'acide méthyl-, éthyl- ou isopropyl- 15 glucuronique, de méthyl-, éthyl- ou isopropyl- glucuronate de sodium, respectivement. De telles compositions peuvent consister, par exemple, en des compositions liquides contenant principalement de 5 à 45 % ,notamment de l'ordre de 15 à 20 45 % environ, d'acide glucuronique (sec/sec), et de 51 à 90 %, notamment de l'ordre de 55 à 85 % environ, de glucuronolactone (sec/sec). I1 peut s'agir également, en tant que compositions de glucuronolactone , de compositions, 25 solides ou pâteuses, dont la MS est constituée exclusivement ou quasi-exclusivement de cristaux de glucuronolactone. L'acide glucuronique et sa forme lactonisée, en l'occurrence la glucuronolactone ( GRL ), sont des 30 produits qui trouvent des applications principalement dans les domaines alimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques et en particulier : - dans les boissons, notamment énergisantes, 2905950 :3 dans les spécialités pharmaceutiques, notamment à effet détoxifiant ou anti-fatigue. Parmi les procédés d'obtention de l'acide glucuronique ou de la GRL, il est fait souvent appel au 5 glucose comme matière première, lequel doit, avant toute oxydation, être préalablement protégé en Cl , i.e être transformé en un dérivé dont la fonction hémiacétalique portée par le carbone en position 1 (Cl) du glucose a été protégée contre l'oxydation, par exemple par amination, 10 estérification, éthérification, acétalisation ou greffage. La composition de glucose protégé en Cl destinée à être soumise à oxydation peut notamment consister en une composition de glucose alkylé, en 15 particulier méthylé, éthylé ou isopropylé, benzylé, acétylé ou phosphaté, en Cl. Il peut s'agir également de di-, oligo- ou polysaccharides contenant au moins un motif glucose protégé en Cl. 20 En vue de l'oxydation de telles compositions ou plus généralement de toute composition saccharidique, il peut être fait appel ensuite à un composé de type oxyde d'amine en tant que catalyseur. L'utilisation du 2,2,6,6-tétraméthylpipéridinyloxy 25 ( TEMPO ) et/ou de ses dérivés est en particulier largement décrite depuis une quinzaine d'années, par exemple dans les documents suivants : Selective oxidation of Monosaccharide Derivatives to Uronic Acids , N.J. DAVIS et 30 al., TETRAHEDRON LETTERS, 1993, Vol. 34, N 7, pp. 1181-1184, Catalytic oxidation of sugars by 4-(acetylamino)-TEMPO , K. ITO et al., Proc. 2905950 4 Electrochem. Soc., 1993, Vol. 93-11, pp. 260-267, Electroorganic Synthesis 66 Selective Anodic Oxidation of Carbohydrates Mediated by 5 TEMPO , K. SCHNATBAUM et al., Synthesis, 1999, N 5, pp. 864-872, TEMPO-mediated oxidation of maltodextrins and D-glucose : effect of pH on the selectivity and sequestering ability of the resulting 10 polycarboxylates , J.F. THABURET et al., Carbohydrate Research, 330 (2001), pp. 21-29, Selective oxidation of carbohydrates on Nafion -TEMPO-modified graphite felt electrodes , E.M. BELGSIR et al., 2001, 15 Electrochemistry Communications 3, pp. 32-35, demande de brevet EP 1 027 931 Al publiée en 2000 au nom de la Société CHUGAI SEIYAKU. Concernant l'utilisation d'oxyde d'amine en vue de la préparation spécifique d'acides uroniques et dérivés, 20 en particulier d'acide glucuronique et dérivés, le constat peut être fait que très peu de documents envisagent et exemplifient véritablement une telle utilisation, en particulier dans des procédés d'oxydation électrochimique du saccharide. 25 Les procédés d'oxydation par voie chimique, sans mise en oeuvre de moyen d'électrooxydation du saccharide, ont pour inconvénient majeur l'utilisation d'hypochlorite de sodium, non souhaitable comptetenu des contraintes actuelles en termes de protection de l'homme et de son 30 environnement. En vue de la préparation d'acides uroniques, le brevet EP 1 027 931 précité envisage principalement deux 2905950 5 perfectionnements à ces procédés d'oxydation par voie chimique : 1) l'immobilisation de l'oxyde d'amine sur une résine synthétique en vue de diminuer les taux d'usage et les risques de pertes de ce catalyseur, et 2) la génération d'hypochlorite de sodium par oxydation électrochimique d'une solution de sels (chlorure et carbonate de sodium généralement) contenant le saccharide à oxyder, l'hypochlorite régénérant l'oxyde d'amine en continu. En pratique et comme il résulte de la Figure 1 du brevet EP 1 027 931, la réaction d'oxydation du saccharide en présence d'oxyde d'amine immobilisé sur 15 résine a lieu dans une enceinte ( reaction oeil ) qui est séparée de l'enceinte ( electrolysis cell ) où est générée électrolytiquement l'hypochlorite de sodium. Ceci, pour éviter la détérioration de la résine support et, surtout, pour limiter la décomposition, par 20 sur-oxydation, de l'oxyde d'amine pouvant résulter de sa présence auprès des électrodes de cette cellule électrolytique. Selon cette technologie, le saccharide soumis à oxydation : 25 • est donc toujours mis en présence d'un agent oxydant halogéné, ce dernier étant notamment généré par oxydation électrochimique ( electrolytically oxidized product of a halogen-containing compound ), et 30 • n'est donc jamais mis en la présence simultanée d'un oxyde d'amine et d'une cellule électrolytique. Cette technologie, si elle paraît relativement performante en termes de rendements en saccharide oxydé, 5 10 2905950 6 n'en demeure pas moins compliquée en pratique et notamment du fait de la nécessité : de séparer physiquement la résine synthétique supportant l'oxyde d'amine d'une part et les 5 électrodes d'autre part(cf supra), d'utiliser des moyens et procédés particuliers en vue de déposer efficacement puis de maintenir efficacement l'oxyde d'amine sur ladite résine synthétique, 10 d'utiliser un solvant organique en vue de toute récupération d'oxyde d'amine. Dans la perspective de préparer des acides uroniques, il a été préconisé, par exemple dans les articles de SCHNATBAUM et BELGSIR précités, de 15 s'affranchir de toute mise en oeuvre d'agent oxydant halogéné tel que l'hypochlorite de sodium, la régénération de l'oxyde d'amine, par exemple le TEMPO, se faisant par voie électrochimique, plus précisément par voie anodique. 20 SCHNATBAUM envisage la préparation, par voie électrochimique et en présence de TEMPO, d'acide méthyl glucuronique (en l'occurrence d'acide méthyl cc-D-glucopyranuronique) à partir de glucose méthylé en Cl (en l'occurrence de méthyl oc-D-glucopyranoside)comme substrat 25 et ce, dans de petites enceintes en verre non compartimentées ( undivided beaker-type glass cells ), en milieu tamponné carbonate et à 20 C. Force est de constater que malgré une quantité très importante de TEMPO mise en oeuvre (ratio molaire 30 TEMPO/substrat de 1/5) et une quantité importante d'électricité consommée (5,5 faraday /mole de substrat), non envisageable industriellement, le rendement molaire en produit recherché ne dépasse pas 96' 2905950 7 En vue de préparer le même produit, BELGSIR envisage, à température également ambiante et en présence également d'un tampon carbonaté (pH 10), d'utiliser, au sein d'une petite enceinte électrolytique compartimentée 5 ( modified micro flow cell ), du TEMPO immobilisé sur un film polymérique synthétique ( Nafion ) lui même disposé sur l'anode de graphite. Malgré ces adaptations, il apparaît que le rendement molaire en produit recherché (acide méthyl x-Dglucopyranosiduronique) ne reste que de l'ordre de 95%. Par ailleurs, les auteurs soulignent une perte très conséquente (40-50%) du TEMPO lors de l'électrolyse, perte inacceptable à un stade industriel, et s'interrogent, en conclusion, sur la stabilité des 15 électrodes. En outre, tant dans l'article de SCHNATBAUM que dans celui de BELGSIR, l'oxydation électrochimique est menée selon une technologie qualifiable de procédé à potentiel imposé , i.e imposant un potentiel, par 20 exemple de 0,53V pour BELGSIR, entre l'électrode de travail et une électrode de référence, par exemple à base de calomel. Ce type de procédé à potentiel imposé a comme avantage généralement reconnu de limiter au mieux les 25 réactions parasites et d'atteindre une très haute sélectivité en le produit oxydé recherché. Par contre, il présente l'inconvénient d'imposer la mise en oeuvre d'un équipement coûteux, en particulier au niveau industriel, basé sur un montage potentiostatique à 30 trois électrodes. Il résulte de ce qui précède qu'il existe un besoin de disposer d'un moyen à la fois simple, performant, peu coûteux mais aussi véritablement extrapolable au stade 2905950 8 industriel, de préparation d'acide glucuronique ou de l'un de ses dérivés par voie électrochimique en présence d'oxyde d'amine. Il existe en particulier un besoin de disposer d'un 5 procédé intégrant une étape d'oxydation électrochimique, laquelle permette, y compris à échelle industrielle, d'obtenir un rendement molaire élevé en le produit oxydé spécifiquement recherché et ce, sans nécessité impérieuse, de préférence en s'exonérant, de la mise en 10 oeuvre : • de longues durées réactionnelles et/ou de consommations élevées en énergie, • de quantités élevées en oxyde d'amine et/ou de moyen, coûteux et pas toujours efficace, 15 d'immobilisation de l'oxyde d'amine sur une résine synthétique et/ou une électrode, • d'un équipement spécifique et coûteux (montage potentiostatique à trois électrodes) inhérent à tout procédé à potentiel imposé . 20 Il est recherché en particulier un moyen avantageusement applicable à l'obtention industrielle d'un rendement molaire au moins égal à 97%, de préférence au moins égal à 99% et pouvant atteindre 99,5-100%, en le produit oxydé spécifiquement recherché et utilisable 25 comme intermédiaire pour la préparation d'acide glucuronique et/ou de GRL, ces pourcentages étant exprimés en moles par rapport au nombre de moles du substrat saccharidique non oxydé mis en oeuvre. Il est recherché en outre un moyen permettant une 30 consommation d'énergie la moins élevée possible en regard de la quantité minimale théorique considérée par l'homme de l'art comme étant de 4 faraday / mole de motif glucose dans le substrat saccharidique à oxyder. 2905950 9 Et la Société Demanderesse a trouvé, après de nombreux travaux de recherche et d'analyse, qu'un tel moyen pouvait consister en la mise en oeuvre, lors de la réaction d'oxydation électrochimique du substrat 5 saccharidique en présence d'oxyde d'amine, à la fois de températures sélectionnées dans une gamme relativement basse ( REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'une composition d'acide glucuronique ou d'un dérivé d'acide glucuronique, caractérisé en ce qu'il comprend une étape au cours de laquelle on soumet une composition de glucose protégé en cl à un traitement d'électrooxydation effectué : a) en présence d'un oxyde d'amine, b) dans un réacteur compartimenté, et c) à une température inférieure à 20 C, de préférence inférieure à 16 C et plus préférentiellement encore comprise entre 1 et 14 C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement d'électrooxydation est effectué à une température comprise entre 2 et 12,5 C, en particulier entre 4 et 11 C. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement d'électrooxydation est effectué à un pH supérieur à 10, notamment compris entre 10,2 et 13,5. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pH est compris entre 10,5 et 13,0. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le traitement d'électrooxydation est effectué à intensité imposée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réacteur compartimenté comprend au moins une anode volumique, ladite anode volumique présentant de préférence : a) une surface géométrique supérieure à 0,01 de préférence au moins égale à 0,05 m, b) une épaisseur supérieure à 2 mm, de préférence au moins égale à 2,5 mm, et/ou 2905950 26 c) une surface spécifique supérieure à 0,3 m2/g, de préférence au moins égale à 0,35 m2/g. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le traitement 5 d'électrooxydation est effectué avec une densité de courant supérieure à 150 A/m2, exprimée en Ampères par rapport à la surface géométrique totale, exprimée en m2, de l'anode ou des anodes présente(s) dans le réacteur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé 10 en ce que la densité de courant est comprise entre 180 et 1000 A/m2, de préférence entre 200 et 800 A/m2. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le traitement d'électrooxydation est effectué en mettant en oeuvre, dans 15 au moins une cellule du réacteur compartimenté, un anolyte dont la matière sèche (MS)est comprise entre 1 et 50%, de préférence entre 2 et 40 % et plus préférentiellement encore entre 5 et 30%, exprimé en poids sec par rapport au poids total de l'anolyte introduit dans ladite cellule. 20 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le traitement d'électrooxydation est effectué en mettant en oeuvre, dans au moins une cellule du réacteur compartimenté, un anolyte qui a déjà circulé au sein de ladite cellule 25 et/ou d'une autre cellule, le débit de recirculation du flux anolytique au sein de ladite cellule étant supérieur à 10 1/min/m2, exprimé en litres par minute et rapporté à la surface géométrique totale, exprimée en m2, de l'anode ou des anodes présente(s) dans ladite cellule. 30 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le débit de recirculation de l'anolyte est compris entre 20 et 250 1/min/m2, de préférence entre 25 et 200 1/min/m2 et plus préférentiellement encore entre 30 et 150 1/min/m2. 2905950 2 7 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le traitement d'électrooxydation est effectué en mettant en oeuvre, dans au moins une cellule du réacteur 5 compartimenté, une quantité d'oxyde d'amine, notamment de TEMPO ou d'un dérivé de TEMPO, au moins égale à 0,3 g/l, exprimée en poids sec d'oxyde d'amine par litre d'anolyte introduit dans ladite cellule. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé 10 en ce que la quantité d'oxyde d'amine est comprise entre 0,4 et 2 g/1 et tout particulièrement entre 0,5 et 1,5 g/1. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le 15 traitement d'électrooxydation est effectué en mettant en oeuvre, dans au moins une cellule du réacteur compartimenté, une quantité d'oxyde d'amine, notamment de TEMPO ou d'un dérivé de TEMPO, comprise entre 0,1 et 2 %, exprimée en poids sec d'oxyde d'amine par rapport au 20 poids sec de composition de glucose protégé en Cl introduit dans ladite cellule. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend successivement, après l'étape ( étape a) ) au cours de 25 laquelle on soumet une composition de glucose protégé en cl à un traitement d'électrooxydation : au moins une étape b) au cours de laquelle la composition résultant dudit traitement d'électrooxydation est soumise, de préférence 30 après un traitement de concentration, à un traitement d'électrodialyse, de préférence d'électrodialyse bipolaire, et/ou de passage sur résine cationique, en vue de la transformer en une composition d'acide correspondant, 2905950 28 au moins une étape c) au cours de laquelle la composition résultant dudit traitement d'électrodialyse et/ou de passage sur résine cationique est soumise à un traitement 5 d'hydrolyse, de préférence d'hydrolyse chimique, en vue de la transformer en une composition d'acide glucuronique, et - au moins une étape d) au cours de laquelle la composition d'acide glucuronique résultante est 10 soumise à un traitement de purification, ledit traitement étant de préférence choisi dans le groupe constitué des traitements de décoloration, de déminéralisation et de cristallisation.