(57)【要約】  Ａ）酸化還元補因子が使用および再生され、それにより、同じ反応バッチで進行する少なくとも２つのさらなる酵素触媒酸化還元反応の結果として、２種の前記酸化還元補因子の一方はその還元形態で、他方はその酸化形態でそれぞれ蓄積し、それにより、２種以上のオキシドレダクターゼによってＤ−グルコースがＤ−フルクトースに変換される酵素的プロセスで、Ｄ−グルコースがＤ−フルクトースに変換され、  Ｂ）Ｄ−フルクトースがフラン誘導体に変換される、Ｄ−グルコースからフラン誘導体を製造する方法、ならびにこのように製造されたフラン誘導体の使用。【選択図】  図１
2015507919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）酸化還元補因子が使用および再生され、それにより、同じ反応バッチで進行する少なくとも２つのさらなる酵素触媒酸化還元反応の結果として、２種の酸化還元補因子の一方はその還元型で、他方はその酸化型でそれぞれ蓄積し、それにより、２種以上のオキシドレダクターゼによってＤ−グルコースがＤ−フルクトースに変換される酵素的プロセスで、Ｄ−グルコースがＤ−フルクトースに変換され、
Ｂ）Ｄ−フルクトースがフラン誘導体に変換される
ことを特徴とする、Ｄ−グルコースからフラン誘導体を製造する方法。
【請求項２】
ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが、工程Ａ）における酸化還元補因子として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程Ａ）において、酸化還元因子ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが使用および再生され、それにより、同じ反応バッチで進行する少なくとも２つのさらなる酵素触媒酸化還元反応（生成物形成反応）の結果として、前記２種の酸化還元補因子の一方はその還元型で、他方はその酸化型でそれぞれ蓄積し、
−  還元された補因子をその元の酸化型に再変換する再生反応において、酸素、または一般式
【化１】
2015507919.tif 000022
（式中、Ｒ1は、直鎖または分岐（Ｃ1〜Ｃ4）アルキル基または（Ｃ1〜Ｃ4）カルボキシアルキル基を表す）
の化合物が還元され、
−  酸化された補因子をその元の還元型に再変換する再生反応において、（Ｃ4〜Ｃ8）シクロアルカノール、または一般式
【化２】
2015507919.tif 000023
（式中、Ｒ2およびＲ3は、Ｈ、アルキルが直鎖または分岐である（Ｃ1〜Ｃ6）アルキル、アルケニルが直鎖または分岐であり、１〜３個の二重結合を有する（Ｃ1〜Ｃ6）アルケニル、アリール、特に、Ｃ6〜Ｃ12アリール、カルボキシル、または（Ｃ1〜Ｃ4）カルボキシアルキル、特にまたシクロアルキル、特に、Ｃ3〜Ｃ8シクロアルキルからなる群から独立して選択される）
の化合物が酸化される、
酵素的プロセスで、Ｄ−グルコースがＤ−フルクトースに変換されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に、最初に酵素触媒還元、その後に酵素触媒酸化が行われることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
Ｄ−グルコースの異性化が、Ｄ−フルクトースに酸化されるＤ−ソルビトールへの還元を介して行われることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
工程Ａ）が、２段階酸化還元プロセスとして行われることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
Ｄ−グルコースをＤ−フルクトースに変換するための前記還元と前記酸化の両反応（複数可）が、いかなる中間体も単離されることなく、同じ反応バッチで行われることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
酸化還元補因子（複数可）のみならず、少なくとも１種のデヒドロゲナーゼが、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換に使用されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
可溶性形態の、または固体上に固定化された、いずれかのＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが、酸化還元補因子（複数可）として使用されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
酸化還元補因子ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが、少なくとも１種のさらなる酸化還元酵素によって再生されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１種の酸化還元補因子が、補助基質、特にアルコール、乳酸およびその塩、ピルビン酸およびその塩、酸素、水素ならびに／またはギ酸およびその塩の消費の下で、少なくとも１種のさらなる酸化還元酵素、特にアルコールデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤＨオキシダーゼ、ヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼまたはギ酸デヒドロゲナーゼから選択される酸化還元酵素によって、同じ反応バッチ中でＤ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に再生されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
工程Ａ）における前記反応が、反応スキーム３
【化３】
2015507919.tif 000024
（ここで、
ＣｔＸＲ    ＝  カンジダ・トロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）由来のキシロースレダクターゼ
ＳＩＳＤＨ  ＝  ヒツジ肝臓由来のソルビトールデヒドロゲナーゼ
ＬｋＡＤＨ  ＝  ラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来のアルコールデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤＰ（Ｈ）依存性
ＬａｃＤＨ  ＝  乳酸デヒドロゲナーゼ、ＮＡＤ（Ｈ）依存性）
に従って、または反応スキーム４
【化４】
2015507919.tif 000025
（ここで、
ＣｔＸＲ    ＝  カンジダ・トロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）由来のキシロースレダクターゼ
ＢｓＳＤＨ  ＝  バチリス・スブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）由来のソルビトールデヒドロゲナーゼ
ＬｋＡＤＨ  ＝  ラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来のアルコールデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤＰ（Ｈ）依存性
ＳｍＯｘｏ  ＝  ストレプトコッカス・ミュータンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍｕｔａｎｓ）由来のＮＡＤＨオキシダーゼ）
に従って進行することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
本発明の工程Ａ）に従って得られるＤ−フルクトースが単離、特に結晶形態で単離されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
酸触媒および溶媒が、工程Ｂ）で使用されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
式
【化５】
2015507919.tif 000026
のＮ−メチル−２−ピロリドンが溶媒として使用されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
Ｎ−メチル−２−ピロリドンが、反応溶媒または共溶媒としてのいずれかで使用されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
工程Ｂ）におけるＤ−フルクトースのフラン誘導体への変換が、バッチプロセスまたは連続プロセスとして、特にマイクロ波加熱下で行われることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
−  均一酸触媒、特に硫酸または塩酸、
−  不均一酸触媒、特にイオン交換体、特にモンモリロナイトまたはＡｍｂｅｒｌｉｔｅ、
−  ルイス酸触媒、特にＣｒＣｌ2、ＡｌＣｌ3またはＳｉＯ2−ＭｇＣｌ2、
−ＳＩＬＰ触媒
が、工程Ｂ）におけるＤ−フルクトースのフラン誘導体への変換の間に、酸触媒として使用されることを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
フラン誘導体が、式
【化６】
2015507919.tif 000027
のヒドロキシメチルフルフラールであることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
生成されるフラン誘導体がさらに変換されること、特にヒドロキシメチルフルフラールが、特にポリエチレンフラノエートの製造のために、所望により重合にかけられる、式
【化７】
2015507919.tif 000028
の２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）にさらに酸化されることを特徴とする、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｄ−グルコースからのフラン誘導体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
予想されることではあるが、化石原料のコストの上昇およびこのような原料の供給減少のために、再生可能原料の利用に大きな関心がもたれている。この関連で、エネルギー生産と基礎化学品製造の分野は、区別されるべきである。本発明は、後者の分野に関し、さらには、Ｄ−グルコースからのフラン誘導体の製造方法に関する。
【０００３】
Ｄ−グルコースは、再生可能原料の成分である様々なバイオポリマーにおいて大量に供給されている。それらの例は、デンプン（例えば、トウモロコシデンプン）またはセルロース（例えば、リグノセルロースバイオマス由来）である。しかしながら、フルクトースは、フラン誘導体の製造のための出発物質としてはるかにより良く適している。
【０００４】
Ｄ−グルコースをＤ−フルクトースに変換する確立された方法は、適切なＤ−グルコースイソメラーゼ、例えば、Ｄ−キシロースイソメラーゼを用いて行われ、これは、Ｄ−グルコースを基質として受け入れる。このような方法は、既に、例えば、ＵＳ２９５０２２８から長い間知られており、例えば、ＵＳ３６１６２２１またはＵＳ３８６８３０４に記載されたとおりに、工業用途としても適切である。
【０００５】
それと関連した問題は、通常、Ｄ−フルクトースに変換され得るＤ−グルコースの最大量が約４２％であることである。Ｄ−グルコースに対するＤ−フルクトースのさらなる濃縮は、分離方法によって得ることができる。この場合の可能性は、例えば、ＵＳ５２２１４７８に記載されたとおりに、クロマトグラフ法の利用である。食品分野では、それにより、Ｄ−フルクトースの部分濃縮だけが、しばしば試みられている。しかしながら、クロマトグラフ法は、とりわけ、比較的純粋またはさらには非常に純粋であるＤ−フルクトースの製造にとって非常に複雑である。
【０００６】
イソメラーゼの使用の他に、炭水化物に対する酵素酸化還元反応も文献に記載されている。
【０００７】
例えば、ＤＥ６９８３９３８１には、Ｄ−ソルビトールのＬ−ソルビトールへの変換に使用されてもよく、およびアスコルビン酸の製造に適用されてもよいソルビトールデヒドロゲナーゼが記載されている。
【０００８】
ＤＥ１０２４７１４７には、Ｄ−フルクトースが、Ｄ−マンニトール−２−デヒドロゲナーゼを用いてＤ−マンニトールに還元される方法が記載されている。
【０００９】
ＵＳ４４６７０３３には、Ｌ−ソルビトールのＬ−フルクトースへの酵素的酸化が記載されている。
【００１０】
Ｄ−キシロースのキシリトールへの還元の例は、例えば、ＵＳ２００６００３５３５３またはＷｏｏｄｙｅｒ  Ｒ．ら、ＦＥＢＳ  Ｊ．、２００５、第２７２巻、３８１６〜３８２７ページに開示されている。
【００１１】
適切なキシロースレダクターゼは、Ｄ−グルコースをＤ−ソルビトールに還元するために使用されうることが既に示されている（例えば、Ｗａｎｇ  Ｘ．ら、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．、２００７、第２９巻、１４０９〜１４１２ページ）。
【００１２】
例えば、ソルビトールデヒドロゲナーゼなどの糖酸化還元酵素も、診断目的に使用されている（例えば、ＤＥ６０００６３３０）。
【００１３】
それらの方法は、別個の酸化還元反応であり、還元または酸化のいずれかが、それぞれ、生成物の形成ために行われる。
【００１４】
酵素触媒酸化還元反応は、工業プロセス、例えば、キラルアルコール、α−アミノ酸およびα−ヒドロキシ酸の製造において使用されている。これまで知られている工業プロセスは、通常、生成物の合成のために酸化還元酵素、また所望により補因子再生のためにさらなる酵素を使用する。生成物の形成および補因子再生のために所望により必要とされる酵素的反応に関わる２以上の酵素酸化還元反応が、中間体が単離されることなく１つの反応バッチで（同時または連続的に）行われるプロセスは、それから区別されなければならない。最近、本明細書でワンポット反応と呼ばれるこのような酵素的カスケード反応は、操業コスト、操業時間および環境影響を有効に低減するため、かなりの注目を集めている。さらに、酸化還元反応の酵素的カスケードは、従来の化学的方法では実施が容易でない変換を促進する。
【００１５】
例えば、ワンポット（one-pot）系を用いて中間体としてプロキラルケトンを介して第二級アルコールのラセミ体のデラセミ化を行う試みが、記載されている（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２００８、第１３０巻、１３９６９〜１３９７２ページ）。第二級アルコールの脱ラセミ化は、異なる補因子特異性を有する２種のアルコールデヒドロゲナーゼ（Ｓ−およびＲ−特異性）によって達成された。このプロセスの欠点は、０．２〜０．５％の用いられる基質の濃度が非常に低いことであり、これは、工業目的には不適当である。
【００１６】
さらなるワンポット系が、ＷＯ２００９／１２１７８５に記載されており、ここでは、光学活性第二級アルコールの立体異性体は、ケトンに酸化され、次いで、対応する対掌体に還元され、反対の立体選択性および異なる補因子特異性を有する２種のアルコールデヒドロゲナーゼが用いられた。補因子は、１つの追加の酵素のみを用いて、いわゆる「ヒドリド移動系（ｈｙｄｒｉｄｅ−ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）」によって再生された。補因子の再生について、ギ酸デヒドロゲナーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼなどの様々な酵素が用いられた。前記方法の欠点は、用いられる基質の濃度が低いことである。
【００１７】
それと対照的に、多くの個別の酵素酸化還元反応が既知である。使用の一例は、適当なプロキラルケト化合物から出発する、キラルヒドロキシ化合物の製造である。前記方法において、補因子は、追加の酵素によって再生される。それらの方法は、それらが孤立した還元反応を構成し、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈを再生させるという共通点がある（例えば、ＥＰ１１５２０５４を参照されたい）。
【００１８】
キラルエナンチオマー濃縮有機化合物、例えば、アルコールまたはアミノ酸の酵素的生産のさらなる例が記載されている（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００３、第５巻、３６４９〜３６５０ページ；ＵＳ７１６３８１５；Ｂｉｏｃｈｅｍ．  Ｅｎｇ．Ｊ．、２００８、第３９巻（２）、３１９〜３２７ページ；ＥＰ１２８５９６２）。前記系では、ラクトバチルス・ブレビス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂｒｅｖｉｓ）またはラクトバチルス・サンフランシスセンシス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓａｎｆｒａｎｃｉｓｃｅｎｓｉｓ）由来のＮＡＤ（Ｐ）Ｈ依存性オキシダーゼが、補因子再生酵素として用いられた。この試行は同様に、生成物の形成のために単一反応を構成する。
【００１９】
上述の個別の進行する酸化または還元反応は、ワンポット反応の利点、例えば、時間および材料節約の結果としての費用有効性を欠いている。
【００２０】
水溶液からのフルクトースの単離は、例えば、ＵＳ４８９５６０１またはＵＳ５０４７０８８に記載された方法によって可能である。
【００２１】
炭水化物からのフラン誘導体の製造の様々な例が、文献から公知である。
【００２２】
このような方法では、複数の酸触媒が用いられた：無機酸（例えば、Ｃｈｈｅｄａ，  Ｊ．Ｎ．；Ｒｏｍａｎ−Ｌｅｓｈｋｏｗ，Ｙ．；Ｄｕｍｅｓｉｃ，Ｊ．Ａ．Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２００７、９、３４２〜３５０ページ参照）、有機酸（例えば、シュウ酸）、セオライト（Ｈ型）、遷移金属イオン（Ｙｏｕｎｇ，Ｇ．；Ｚｈａｎｇ，Ｙ．；Ｙｉｎｇ，Ｊ．Ｙ．Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ.編、２００８、４７、９３４５〜９３４８ページ；Ｔｙｒｌｉｋ，Ｓ．Ｋ．；Ｓｚｅｒｓｚｅｎ，Ｄ．；Ｏｌｅｊｎｉｋ，Ｍ．；Ｄａｎｉｋｉｅｗｉｃｚ，Ｗ．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒ．Ｒｅｓ．１９９９、３１５，２６８〜２７２ページ参照）、不均一溶解金属リン酸塩（例えば、Ａｓｇｈａｒｉ，Ｆ．Ｓ．；Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｈ．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒ．Ｒｅｓ．２００６、３４１，２３７９〜２３８７ページ参照）またはさらに高度酸性カチオン交換体（例えば、Ｖｉｌｌａｒｄ，Ｒ．；Ｒｏｂｅｒｔ，Ｆ．；Ｂｌａｎｋ，Ｉ．；Ｂｅｒｎａｒｄｉｎｅｌｌｉ，Ｇ．；Ｓｏｌｄｏ，Ｔ．；Ｈｏｆｍａｎｎ，Ｔ．Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．２００３、５１、４０４０〜４０４５ページ参照）。
【００２３】
低公害型溶媒（ｇｒｅｅｎ  ｓｏｌｖｅｎｔ）として水が、好ましくはこのようなプロセスにおける溶媒として調べられた。バイオマスおよび水の系は、「グリーンアプローチ（ｇｒｅｅｎ  ａｐｐｒｏａｃｈ）」として評価され得るが、それはもはや、許容できる収率を達成するために必要とされる、３００℃を超える温度および２０ＭＰａ超の圧力を考えることはできない（例えば、Ｑｉ，Ｘ．；Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．；Ａｉｄａ，Ｔ．Ｍ．；Ｓｍｉｔｈ  Ｊｒ．，Ｒ．Ｓ. Ｃａｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００８、９、２２４４〜２２４９ページ参照）。
【００２４】
ヒドロキシメチルフルフラール（以下で、ＨＭＦ）は、酸触媒の存在下で炭水化物から製造され得る特別のフラン化合物を構成する。ＨＭＦの製造のプロセスも、文献から公知である。ＨＭＦは、均一および不均一酸の存在下で水溶液中炭水化物から得ることができる。炭水化物基質および反応条件に依存して、それにより得られる収率は、３０〜６０％になる。水が溶媒として使用される場合、３００℃および２７ＭＰａの反応条件がその事例でも記載されている。さらに、レブリン酸（ＬＳ）または不溶性フミン酸などの副生成物の形成が記載されている（例えば、Ｂｉｃｋｅｒ，Ｍ．、Ｋａｉｓｅｒ，Ｄ．、Ｏｔｔ，Ｌ．、Ｖｏｇｅｌ，Ｈ．、Ｊ．ｏｆ  Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔ．Ｆｌｕｉｄｓ  ２００５，３６，１１８〜１２６ページ；Ｓｚｍａｎｔ，Ｈ．Ｈ．、Ｃｈｕｎｄｕｒｙ，Ｄ．Ｄ．、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｅｃｈｎ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．、１９８１、３１、１３５〜１４５ページ；Ｓｒｏｋｏｌ，Ｚ．、Ｂｏｕｃｈｅ，Ａ．〜Ｇ．、ｖａｎ  Ｅｓｔｒｉｋ，Ａ．、Ｓｔｒｉｋ，Ｒ．Ｃ．Ｊ．、Ｍａｓｃｈｍｅｙｅｒ，Ｔ．、Ｐｅｔｅｒｓ，Ｊ．Ａ．、Ｃａｒｂｏｈｙｄｒ．Ｒｅｓ．２００４，３３９，１７１７〜１７２６ページ参照）。
【００２５】
Ｄ−グルコースから出発して、超臨界条件下のフロープロセスが、Ａｉｄａらによって記載されている（Ａｉｄａ，Ｔ．Ａ．；Ｓａｔｏ，Ｙ．；Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．；Ｔａｊｉｍａ，Ｋ．；Ｎｏｎａｋａ，Ｔ．；Ｈａｔｔｏｒｉ，Ｈ．；Ａｒａｉ，Ｋ．Ｊ．ｏｆ  Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔ．Ｆｌｕｉｄｓ、２００７、４０、３８１〜３８８ページ）。
【００２６】
有機溶媒も、ＨＭＦ製造に適切であり得る。しかしながら、その重大な制限は、場合によっては、それらが生成物から分離するのが難しいことである（例えば、Ｂａｏ，Ｑ．；Ｑｉａｏ，Ｋ．；Ｔｏｍｉｄｏ，Ｄ．；Ｙｏｋｏｙａｍａ，Ｃ．Ｃａｔａｌ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００８、９、１３８３〜１３８８ページ；Ｈａｌｌｉｄａｙ，Ｇ．Ａ．；Ｙｏｕｎｇ  Ｊｒ．、Ｒ．Ｊ．；Ｇｒｕｓｈｉｎ，Ｖ．Ｖ．Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．２００３、５、２００３〜２００５ページ参照）。さらに、過去に用いられた溶媒の多くは、恐らくはその後の反応に適切でないが、それらが分離されない限り、副生成物をもたらす。炭水化物のＨＭＦへの変換に頻繁に用いられる溶媒は、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）およびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）である。溶媒としての水と比較すると、炭水化物のＨＭＦへの変換は、それらの場合には既に８０〜１４０℃の比較的低い温度で行うことができ、より短い反応時間（３０分〜２時間）内でかなり高い収率（ＤＭＦ中最大９５％まで）をもたらし得る（例えば、Ｈａｌｌｉｄａｙ，Ｇ．Ａ．、Ｙｏｕｎｇ  Ｊｒ．、Ｒ．Ｊ．、Ｇｒｕｓｈｉｎ，Ｖ．Ｖ．、Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．２００３、５、２００３〜２００５ページ； ＷＯ２００９０７６６２７参照。ＤＭＳＯは、Ｄ−フルクトース（または他の炭水化物）のＨＭＦ（および同等化合物）への脱水において触媒として作用することが考えられる（参照：Ａｍａｒａｓｅｋａｒａ，Ａ．Ｓ．；Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｌ．Ｄ．；Ｅｂｅｄｅ，Ｃ．Ｃ．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒ．Ｒｅｓ．２００８、３４３、３０２１〜３０２４ページ）。
【００２７】
水／ＤＭＳＯまたは水／トルエンの反応混合物も、連続反応状況で用いられ、１４０〜１８０℃で４〜６時間の反応時間が、最良で８０％のＨＭＦ収率を得るために必要とされた（Ｃｈｈｅｄａ，Ｊ．Ｎ．、Ｒｏｍａｎ−Ｌｅｓｈｋｏｖ，Ｙ．、Ｄｕｍｅｓｉｃ，Ｊ．Ａ．、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２００７、９、３４２〜３５０ページ参照）。
【００２８】
イオン性液体は、中性溶媒と活性ブレンステッド酸の両方として作用することができ、イオン性液体の分離は、継続的に問題となっている。さらに、固定化されたイオン性液体は、ブレンステッド酸触媒として用いられた（Ｂａｏ，Ｑ．；Ｑｉａｏ，Ｋ．；Ｔｏｍｉｄｏ，Ｄ．；Ｙｏｋｏｙａｍａ，Ｃ、Ｃａｔａｌ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００８、９、１３８３〜１３８８ページ参照）。
【００２９】
現在までに知られている方法のすべては、様々な欠点、例えば、基質の低い初期濃度、低い全収率を示す。
【発明の概要】
【００３０】
驚くべきことに、Ｄ−グルコースからのフラン誘導体の製造の間により良い全収率を達成する可能性が今般見出され、驚くべきことに、Ｄ−グルコースの高い初期濃度を用いることができる。
【００３１】
一態様において、本発明は、
Ａ）酸化還元補因子が使用および再生され、それにより、同じ反応バッチで進行する少なくとも２つのさらなる酵素触媒酸化還元反応の結果として、２種の酸化還元補因子の一方はその還元型で、他方はその酸化型でそれぞれ蓄積し、それにより、２種以上のオキシドレダクターゼによってＤ−グルコースがＤ−フルクトースに変換される酵素的プロセスで、Ｄ−グルコースがＤ−フルクトースに変換され、
Ｂ）Ｄ−フルクトースがフラン誘導体に変換される
ことを特徴とする、Ｄ−グルコースからフラン誘導体を製造する方法を提供する。
【００３２】
本発明によって提供される方法は、本明細書で、本発明の／の方法とも称される。
【００３３】
本発明の特定の実施形態は、ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが、工程Ａ）中の酸化還元補因子として用いられることを特徴とする。
【００３４】
さらなる態様において、本発明は、工程Ａ）において、酸化還元因子ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが使用および再生され、それにより、同じ反応バッチで進行する少なくとも２つのさらなる酵素触媒酸化還元反応（生成物形成反応）の結果として、２種の酸化還元補因子の一方はその還元型で、他方はその酸化型でそれぞれ蓄積し、
−  還元された補因子をその元の酸化型に再変換する再生反応において、酸素、または一般式
【化１】
2015507919.tif 000003
（式中、Ｒ1は、直鎖または分岐（Ｃ1〜Ｃ4）アルキル基または（Ｃ1〜Ｃ4）カルボキシアルキル基を表す）
の化合物が還元され、
−  酸化された補因子をその元の還元型に再変換する再生反応において、（Ｃ4〜Ｃ8）シクロアルカノール、または一般式
【化２】
2015507919.tif 000004
（式中、Ｒ2およびＲ3は、Ｈ、アルキルが直鎖または分岐である（Ｃ1〜Ｃ6）アルキル、アルケニルが直鎖または分岐であり、１〜３個の二重結合を有する（Ｃ1〜Ｃ6）アルケニル、アリール、特に、Ｃ6〜Ｃ12アリール、カルボキシル、または（Ｃ1〜Ｃ4）カルボキシアルキル、特にまたシクロアルキル、特に、Ｃ3〜Ｃ8シクロアルキルからなる群から独立して選択される）
の化合物が酸化される、
酵素的プロセスで、Ｄ−グルコースがＤ−フルクトースに変換されることを特徴とする、Ｄ−グルコースからフラン誘導体を製造する方法を提供する。
【００３５】
さらなる態様において、本発明の方法では、Ｒ1は、置換または非置換、例えば、非置換Ｃ1〜Ｃ4アルキル基である。
【００３６】
さらなる態様において、本発明の方法では、Ｒ2およびＲ3は、Ｈ、アルキルが直鎖または分岐である（Ｃ1〜Ｃ6）アルキル、アルケニルが直鎖または分岐であり、１〜３個の二重結合を有する（Ｃ1〜Ｃ6）アルケニル、アリール、特に、Ｃ6〜Ｃ12アリール、カルボキシル、または（Ｃ1〜Ｃ4）カルボキシアルキルからなる群から独立して選択される。
【００３７】
本発明の方法において、補因子再生の一部ではなく、かつ生成物の形成に関与する酵素触媒酸化還元反応は、「酸化反応（複数可）および「還元反応（複数可）」と本明細書で称され、「酸化反応（複数可）」および「還元反応（複数可）」は、「生成物形成反応」という用語の下でまとめられる。本発明の方法における生成物形成反応は、それぞれの場合に、少なくとも１つの酸化反応および少なくとも１つの還元反応を含む。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態において、本発明の方法は、酸化反応および還元反応が時系列的に並行に進行することを特徴とする。
【００３９】
本発明の方法における酵素および酸化還元酵素には、オキシドレダクターゼ含まれる。オキシドレダクターゼは、酸化還元反応を触媒する酵素である。オキシドレダクターゼには、例えば、デヒドロゲナーゼ、レダクターゼ、オキシダーゼ、カタラーゼが含まれる。
【００４０】
酸、または酸の塩の指示には、それぞれの非指示用語が本明細書で含まれる。同様に、酸、特に胆汁酸の指示には、それに由来するエステルのすべてが本明細書で含まれる。さらに、その基礎となる物質が指示されている場合、保護基を（部分的に）備えた化合物が含まれる。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態において、本発明の方法は、式Ｉの化合物（２−オキソ酸）として、乳酸デヒドロゲナーゼによって乳酸（ｌａｃｔａｔｅ）に還元されるピルビン酸（ｐｙｒｕｖａｔｅ）（酸化還元補助基質）が用いられることを特徴とし、これは、還元補因子をその元の酸化型に再変換する再生反応において、ピルビン酸が乳酸デヒドロゲナーゼによって乳酸に還元されることを意味する。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態において、本発明の方法は、式ＩＩの化合物（酸化還元補助基質）として、アルコールデヒドロゲナーゼによってアセトンに酸化される第二級アルコール、特に２−プロパノール（イソプロピルアルコール、ＩＰＡ）が用いられることを特徴とし、これは、酸化補因子をその元の還元型に再変換する再生反応において、２−プロパノールが、アルコールデヒドロゲナーゼによってアセトンに酸化されることを意味する。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態において、本発明の方法は、酸化還元補助基質として、ＮＡＤＨオキシダーゼによって還元される酸素が用いられることを特徴とする。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態において、本発明の方法は、酸化還元補助基質として、オキサロ酢酸−脱炭酸リンゴ酸デヒドロゲナーゼ（「リンゴ酸酵素」）によってピルビン酸およびＣＯ2に酸化される第二級アルコールリンゴ酸が使用されること、例えば、酸化補因子をその元の還元型に再変換する再生反応において、リンゴ酸が、リンゴ酸デヒドロゲナーゼによってピルビン酸およびＣＯ2に酸化されることを特徴とする。
【００４５】
この実施形態において、発生期のピルビン酸は、生成物の形成に機能しないが、第２の補因子再生反応を継続するさらなる酸化還元反応において反応させる。
【００４６】
本発明の方法におけるＤ−グルコースの適当な供給源には、例えば、デンプン、特にトウモロコシデンプンの酵素的もしくは非酵素的加水分解物、サッカロースの酵素的もしくは非酵素的加水分解物またはセルロースの酵素的もしくは非酵素的加水分解物が含まれる。本発明により方法で用いられるセルロースは、例えば、バイオマス、好ましくはリグノセルロースバイオマス、例えば、木材、わら（コムギわら、トウモロコシわらなど）、バガス、サイザル、エネルギー草本から得られてもよい。例えば、アミラーゼは、トウモロコシデンプンの酵素的加水分解に用いられてもよい。例えば、インベルターゼは、サッカロースの酵素的切断に適する。例えば、セルラーゼは、セルロースの酵素的切断に用いられてもよい。例えば、酸触媒切断は、前記複数の糖の非酵素的切断に適する。
【００４７】
本発明の方法における工程Ａ）は、緩衝液が所望により添加される水系で行われる。適切な緩衝液には、例えば、酢酸塩、リン酸カリウム、トリス−ＨＣｌおよびグリシン緩衝液が含まれ、これらは、例えば、５〜１０．５、好ましくは６〜１０のｐＨ値を有する。さらにまたは代替として、例えば、Ｍｇ2+などの酵素を安定化させるイオン、または例えば、グリセロールなどの他の添加剤が、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に系に添加されてもよい。
【００４８】
本発明の方法において、工程Ａ）で、Ｄ−グルコースは、Ｄ−フルクトースに反応スキーム１に従って変換される。
【化３】
2015507919.tif 000005
【００４９】
さらなる態様において、本発明は、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に、最初に酵素触媒還元、その後に酵素触媒酸化が行われることを特徴とする。
【００５０】
具体的な態様において、本発明は、Ｄ−グルコースの異性化がＤ−ソルビトールへの還元によって行われ、これは、特に以下の反応スキーム２に従って、Ｄ−フルクトースに酸化されることを特徴とする。
【化４】
2015507919.tif 000006
【００５１】
本発明の方法のさらなる具体的な実施形態は、Ｄ−グルコースをＤ−フルクトースに変換するための還元と酸化の両反応（複数可）が、いかなる中間体も単離されることなく、同じ反応バッチで行われることを特徴とする。
【００５２】
Ｄ−グルコースのＤ−ソルビトールへの還元のための適当な酵素は、公知であり、それらには、例えば、例えば、カンジダ・トロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）またはカンジダ・パラプシロシス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｐａｒａｐｓｉｌｏｓｉｓ）から得ることができるキシロースレダクターゼが含まれる。
【００５３】
Ｄ−ソルビトールのＤ−フルクトースへの酸化のための適当な酵素は、公知であり、それらには、例えば、ヒツジ肝臓、バチルス・スブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）またはマルス・ドメスチカ（Ｍａｌｕｓ  ｄｏｍｅｓｔｉｃａ）から得ることができるソルビトールデヒドロゲナーゼが含まれる。
【００５４】
本発明の方法の特定の実施形態は、少なくとも１種のデヒドロゲナーゼならびに酸化還元補因子（複数可）、例えば、酸化還元補因子ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換に用いられることを特徴とする。
【００５５】
それにより、酵素と酸化還元補因子の両方は、可溶性形態で、または担体（固体）上に固定化されて、いずれかで用いられてもよい。
【００５６】
本発明の方法のさらなる具体的な実施形態は、酸化還元補因子ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨが、少なくとも１種のさらなる酸化還元酵素（それらの元の酸化還元状態に再変換された）によって再生されることを特徴とする。
【００５７】
ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨを再生するのに適する酸化還元酵素は、公知であり、かつ当業者によく知られており、それらには、例えば、デヒドロゲナーゼが含まれる。
【００５８】
本発明の方法において、個別の酵素と、２種の酸化還元酵素を含む融合タンパク質との両方が、工程Ａ）で用いられてもよい。
【００５９】
本発明の方法のさらなる具体的な実施形態は、Ｄ−グルコースをＤ−フルクトースに変換するための酵素酸化還元反応が、酸化還元補因子ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨを用いられるこのようなデヒドロゲナーゼにより触媒されることを特徴とする。
【００６０】
そこでは、ＮＡＤ+は、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドの酸化型を表し、ＮＡＤＨはその還元型を表し、一方ＮＡＤＰ+は、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸の酸化型を表し、ＮＡＤＰＨはその還元型を表す。酸化還元補因子の添加は、酵素溶液がそれらを十分な濃度で既に含有する場合、恐らくは不必要である。酸化還元補因子ＮＡＤ（Ｐ）+および／またはＮＡＤ（Ｐ）Ｈが、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に添加される場合、本発明の方法において添加される濃度は、通常０．００１ｍＭ〜１０ｍＭ、好ましくは０．０１ｍＭ〜１ｍＭの範囲である。
【００６１】
好ましくは、使用済み酸化還元補因子は、消費される補助基質とともに、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に少なくとも１種のさらなる酸化還元酵素によって同じ反応バッチで再生される。
【００６２】
本発明の方法のさらなる具体的な実施形態は、少なくとも１種の補因子が、消費される補助基質とともに、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に少なくとも１種のさらなる酸化還元酵素によって同じ反応バッチ中で再生されることを特徴とする。
【００６３】
酸化還元因子を再生するためのさらなる酸化還元酵素は、当業者に公知であり、それらには、例えば、アルコールデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤＨオキシダーゼ、ヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼまたはギ酸デヒドロゲナーゼが含まれる。
【００６４】
本発明の方法のさらなる具体的な実施形態は、ＮＡＤ+が、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間にＮＡＤＨオキシダーゼによって同じ反応バッチ中で再生されることを特徴とする。
【００６５】
本発明の方法のさらなる具体的な実施形態は、ＮＡＤＰＨが、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間にアルコールデヒドロゲナーゼによって同じ反応バッチ中で再生されることを特徴とする。
【００６６】
ＮＡＤＨオキシダーゼおよびアルコールデヒドロゲナーゼは、当業者に公知である。アルコールデヒドロゲナーゼには、例えば、ラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来のものが含まれる。適切なＮＡＤＨオキシダーゼは、例えば、ロイコノストック・メセンテロイデス（Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ  ｍｅｓｅｎｔｅｒｏｉｄｅｓ）、ストレプトコッカス・ミュータンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍｕｔａｎｓ）、クロストリジウム・アミノヴァレリキュム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｍｉｎｏｖａｌｅｒｉｃｕｍ）から得ることができる。
【００６７】
本発明の方法のさらなる具体的な実施形態は、ＮＡＤＰＨが、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間にラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来のアルコールデヒドロゲナーゼによって同じ反応バッチ中で再生されることを特徴とする。
【００６８】
酸化還元酵素の再生のために、補助基質は、準備、および所望により添加されなければならない。
【００６９】
ＮＡＤ+／ＮＡＤＨおよび／またはＮＡＤＰ+／ＮＡＤＰＨ（または他の酸化還元補因子）の再生の間に還元または酸化される物質は、補助基質と称される。本発明の方法における適当な補助基質には、例えば、アルコール（例えば、２−プロパノール）、乳酸およびその塩、ピルビン酸およびその塩、酸素、水素ならびに／またはギ酸およびその塩が含まれる。
【００７０】
ＮＡＤＰＨは、例えば、アセトンに酸化される補助基質２−プロパノール（イソプロパノール）を添加して、ラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来のアルコールデヒドロゲナーゼによって再生されてもよい。
【００７１】
本発明の方法によるＤ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換のための可能な反応経路は、その後の反応スキーム３および反応スキーム４で例示される：
【００７２】
【化５】
2015507919.tif 000007
ＣｔＸＲ      ＝    カンジダ・トロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）由来のキシロースレダクターゼ
ＳＩＳＤＨ    ＝    ヒツジ肝臓由来のソルビトールデヒドロゲナーゼ
ＬｋＡＤＨ    ＝    ラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来のアルコールデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤＰ（Ｈ）依存性
ＬａｃＤＨ    ＝    乳酸デヒドロゲナーゼ、ＮＡＤ（Ｈ）依存性
【００７３】
【化６】
2015507919.tif 000008
ＣｔＸＲ      ＝    カンジダ・トロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）由来のキシロースレダクターゼ
ＢｓＳＤＨ    ＝    バチルス・スブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）由来のソルビトールデヒドロゲナーゼ
ＬｋＡＤＨ    ＝    ラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来のアルコールデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤＰ（Ｈ）依存性
ＬａｃＤＨＳｍＯｘｏ    ＝    ストレプトコッカス・ミュータンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍｕｔａｎｓ）由来のＮＡＤＨオキシダーゼ
【００７４】
本発明の方法では、水性反応混合物中≧５％（ｗ／ｖ）Ｄ−グルコース、好ましくは≧１０％（ｗ／ｖ）Ｄ−グルコース、特に好ましくは≧１５％（ｗ／ｖ）Ｄ−グルコースのＤ−グルコースの高い初期濃度が、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換で用いられてもよい。
【００７５】
さらなる好ましい実施形態において、Ｄ−グルコースは、本発明の方法で水性反応混合物中≧５％（ｗ／ｖ）Ｄ−グルコース、好ましくは≧１０％（ｗ／ｖ）Ｄ−グルコース、特に好ましくは≧１５％（ｗ／ｖ）Ｄ−グルコースの濃度で用いられ、５０％（ｗ／ｖ）、好ましくは４０％（ｗ／ｖ）、特に好ましくは３５％（ｗ／ｖ）の濃度は超えるべきではない。
【００７６】
Ｄ−グルコースの温度依存性溶解度のために、グルコース濃度は、本方法の実施の間にそれぞれの反応温度に調製されるべきである。
【００７７】
本発明の方法において、酵素は、例えば、所望により組換えにより過剰発現されたタンパク質として、例えば、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）で組換えにより過剰発現されたタンパク質として、所望により細胞溶解物の形態におけるようなものとして用いられてもよく、また好ましくは、それぞれの細胞溶解物は、さらなる精製なしに用いられてもよい。産生される酵素に依存して、他の微生物、例えば、当業者に公知の微生物も発現のために用いられてもよい。本発明の方法において、それぞれの微生物の固体成分も、分離されるか、または反応中で使用される（例えば、全細胞生体触媒）かのいずれかであり得る。組換えＤＮＡ技術なしに十分な酵素活性を既に示す微生物からの培養液上清または溶解物も用いられてもよい。本発明の方法において、酵素と酸化還元補因子の両方が、可溶性形態で、または固体上に固定化されて、いずれかで用いられてもよい。それにより、酵素単位１Ｕは、１分当たり１μｍｏｌの基質を反応させるために必要な酵素量に相当する。
【００７８】
驚くべきことに、本発明の方法において、高い代謝回転、例えば、≧７０％（ｗ／ｖ）、例えば、≧９０％（ｗ／ｖ）、例えば、≧９８％（ｗ／ｖ）から最大９９．９％（ｗ／ｖ）までの代謝回転、またはさらには完全な代謝回転が、Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換の間に達成され得ることがわかった。
【００７９】
用いられる酵素に依存して、本発明の方法は、例えば、工程Ａ）において１０℃〜７０℃の範囲の温度、好ましくは室温、例えば、２０℃、最高で５０℃までの温度で行うことができる。
【００８０】
本発明の工程Ａ）により得ることができるＤ−フルクトースは、例えば、結晶化によって単離されてもよい。
【００８１】
例えば、サッカロースの切断の間に蓄積する５０％のＤ−グルコースの比率が、本発明の２段階酵素酸化還元方法によってＤ−フルクトースに変換され得、全体の糖含有量中Ｄ−フルクトースの比率の増加をもたらす。それとともに、フラン誘導体へのさらなる変換のための適切な出発物質が利用でき、驚くべきことに、本発明の方法によって得られる中間体Ｄ−フルクトースが、特にフラン誘導体へのさらなる変換に良好に使用され得ることがわかった。
【００８２】
本発明の工程Ｂ）でのＤ−フルクトースのフラン誘導体への変換は、適切な方法、例えば、一般的な方法に従って、または本明細書で記載されるとおりに行われてもよい。
【００８３】
一般的な方法によれば、フラン誘導体へのＤ−フルクトースの変換は、本発明の方法において触媒、例えば、酸触媒、例えば、無機酸、有機酸（例えば、シュウ酸）、ゼオライト（Ｈ−型）（遷移金属イオンの）、均一溶解金属リン酸塩、高度酸性カチオン交換体の存在下で行われてもよい。
【００８４】
水、または有機溶媒、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチルピロリドンが、このような方法で溶媒として用いられてもよい。
【００８５】
工程Ｂ）におけるＤ−フルクトースのフラン誘導体への変換は、本発明によれば好ましくは酸性触媒の存在下および式
【化７】
2015507919.tif 000009
のＮ−メチル−ピロリドン（Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ＮＭＰ）の存在下で行われる。
【００８６】
本発明の工程Ｂ）におけるＤ−フルクトースのフラン誘導体への変換は、バッチプロセスまたは連続プロセスとしてのいずれかで行われてもよい。
【００８７】
好ましい実施形態において、工程Ｂ）は、本発明によればマイクロ波加熱下で行われる。
【００８８】
本発明の方法の特定の実施形態は、Ｄ−フルクトースのフラン誘導体への変換の間に、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が、反応溶媒として、または共溶媒、すなわち、別の溶媒への混合物としてのいずれかで用いられることを特徴とする。
【００８９】
本発明の方法の特定の実施形態において、ＮＭＰは、（共）溶媒として、例えば、反応溶媒または別の溶媒への混合物として工程Ｂ）で用いられる。
【００９０】
本発明の方法において、ＮＭＰが溶媒として用いられる場合、ＮＭＰは、唯一の溶媒として用いられてもよいか、またはＮＭＰは、共溶媒と一緒に用いられ、溶媒の全量に基づいて、最大７０％（ｖ／ｖ）まで、例えば、最大６０％（ｖ／ｖ）までのＮＭＰ濃度が、共溶媒の使用の場合に用いられてもよい。例えば、水または有機溶媒、例えば、従来技術から知られるようなもの、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）またはＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）は、共溶媒とみなされてもよい。
【００９１】
本発明の工程Ｂ）による方法において、反応は、比較的低い濃度、例えば、（約）１％（ｗ／ｖ）のＤ−フルクトース濃度でも進行するが、Ｄ−フルクトースは、最大４０％（ｗ／ｖ）までの量で用いられてもよく、一般に５〜２０％の量で使用される。それにより、最小値は、化学的によりも費用有効性によって規定される。
【００９２】
本発明の方法における工程Ｂ）での酸触媒には、フルクトースのフラン誘導体への変換に用いられてもよい一般的な酸触媒が含まれる。好ましくは、触媒はブレンステッド酸である。それにより、均一酸触媒、例えば、硫酸もしくは塩酸、または不均一酸触媒、例えば、カチオン交換樹脂、例えば、モンモリロナイト、好ましくは、Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）、もしくはアンバーライト、例えば、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）、好ましくはＡｍｂｅｒｌｉｔｅ  １５（登録商標）が、用いられてもよい。さらに、ルイス酸触媒、例えば、ＣｒＣｌ2、ＡｌＣｌ3、ＳｉＯ2−ＭｇＣｌ2、またはＳＩＬＰ（シリカ担持イオン液相）触媒が、本発明の方法で用いられてもよい。しかしながら、一般にそれらは、上述の触媒のものほどは良い結果を与えない。
【００９３】
さらなる態様において、本発明の方法は、
−  均一酸触媒、好ましくは硫酸または塩酸；
−  不均一酸触媒、好ましくはイオン交換体、例えば、Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）などのモンモリロナイト、またはＡｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）、好ましくはＡｍｂｅｒｌｉｔｅ  １５（登録商標）などのアンバーライト、
−  ルイス酸触媒、例えば、ＣｒＣｌ2、ＡｌＣｌ3、またはＳｉＯ2−ＭｇＣｌ2など、
−  ＳＬＩＰ触媒、
好ましくは、均一または不均一酸触媒
が、工程Ｂ）においてＤ−フルクトースのフラン誘導体への変換の間に、酸触媒として使用されることを特徴とする。
【００９４】
当業者は、簡単な予備試験によって工程Ｂ）で必要とされる触媒の量を容易に確認することができる。それにより、量は、用いられる触媒の種類に依存する。
【００９５】
以下において、用いられるフルクトースの量に基づいて、触媒量は、一例として、特に
ＮＭＰが溶媒として用いられる場合について示される：
【００９６】
触媒                                                量
１Ｎ  ＨＣｌ                                        ２０〜２００％（ｖ／ｗ）
ＨＣｌ（３７％）                                    ２〜２５％（ｖ／ｗ）
１Ｎ  Ｈ2ＳＯ4                                      ２０〜２００％（ｖ／ｗ）
濃Ｈ2ＳＯ4                                          ２〜２５％（ｖ／ｗ）
Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎａｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）１〜５０％（ｗ／ｗ）
Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ  １５（登録商標）                １〜５０％（ｗ／ｗ）
ＣｒＣｌ2、ＡｌＣｌ3                                １〜２０％（ｗ／ｗ）
ＳｉＯ2−ＭｇＣｌ2                                  ２０〜２００％（ｗ／ｗ）
ＳＩＬＰ                                            １０〜２００％（ｗ／ｗ）
【００９７】
その中で、示された値は、比較的高いフルクトース濃度で、触媒の量は、フルクトースが溶媒の残存量中で依然として溶解され得るように制限されなければならない。
【００９８】
本発明の工程Ｂ）における方法は、適当な温度で行われる。適当な温度は、とりわけ、ＮＭＰが溶媒として用いられる場合、１００〜２２０℃、好ましくは１１５〜２００℃、特に好ましくは１３５〜１８５℃の温度を含む。
【００９９】
溶媒としてＮＭＰを用いる、工程Ｂ）における反応は、実験的に、積極的な圧力制御なしに、密閉容器（バッチ、マイクロ波）中で連続的に行われた。マイクロ波通過から、ＮＭＰによる最大圧力として約２〜４バールが決定され得、これは、添加剤に強く依存する。例えば、ＨＣｌが触媒として用いられる場合、初期の圧力は１５バール程度まではるかに上昇する。連続操作において、最大約４０バールまでの一定背圧が、溶媒の沸騰を回避するために印加された。圧力は、（ａ）溶媒（複数可）もしくは添加剤の蒸気圧として発生するか、または系統（ポンプ）圧が印加されるかのいずれかである。しかしながら、反応機構にとって、圧力は決定的ではないように思われる。
【０１００】
本発明の方法において、主として形成するフラン誘導体は、式
【化８】
2015507919.tif 000010
のヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）であることがわかった。
【０１０１】
さらなる態様において、本発明の方法は、フラン誘導体がヒドロキシメチルフルフラールであることを特徴とする。
【０１０２】
本発明の方法において、ＨＭＦに変換されている使用済みＤ−フルクトースの比率は、「ＨＭＦ」選択率として理解されるべきである。
【０１０３】
本発明の方法によって生成されるフラン誘導体は、直接使用され得るか、またはさらなる化学反応において二次生成物に変換され得る、のいずれかである。
【０１０４】
例えば、ヒドロキシメチルフルフラールは、式
【化９】
2015507919.tif 000011
の２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）にさらに酸化され得る。
【０１０５】
ＦＤＣＡは、例えば、中空体、特に例えば、飲料用瓶、化粧品用瓶、または清浄剤用瓶などの特定の瓶のための、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と同様に用いることができるポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）などのポリマーの製造のためのモノマーとして適切であることが知られている。再生供給源からのエチレングリコール、および本発明の方法で生成されるＦＤＣＡ（これは、ＨＭＦから得られる）が、同時に用いられる場合、再生可能な原料から実質的に完全になるＰＥＦを得ることができる。
【０１０６】
さらなる態様において、本発明は、生成されるフラン誘導体がさらに変換されること、例えば、ヒドロキシメチルフルフラールが、例えば、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）などのポリマーの製造のために、所望により重合にかけられる２，５−フランジカルボン酸にさらに酸化されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】実施例５に従う、触媒として硫酸を用いる、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水における結果を示す図である。
【図２】実施例１２に従う、触媒としての硫酸を用いる、マイクロ波反応器中の実施による、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水における結果を示す図である。
【図３】実施例１２に従う、触媒としての硫酸を用いる、マイクロ波反応器中の実施による、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水における結果を示す図である。
【図４】実施例１３に従う、触媒として塩酸を用いる、マイクロ波反応器中の実施による、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水における結果を示す図である。
【図５】実施例１３に従う、触媒として塩酸を用いる、マイクロ波反応器中の実施による、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水における結果を示す図である。
【図６】実施例１４に従う、触媒としてＭｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）を用いる、マイクロ波反応器中の実施による、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水における結果を示す図である。
【図７】実施例１５に従う、触媒として塩酸を用いる、フロー反応器中の反応による、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水における結果を示す図である。
【図８】Ｄ−フルクトースの脱水の間の試験条件の調査を示す図である。
【図９】Ｄ−フルクトースからのフラン誘導体の製造のためのストップトフローマイクロ波反応および連続フロー反応のための概略反応装置構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０８】
以下の実施例において、すべての温度は、セルシウス度（℃）である。以下の略語を使用する：
ＥｔＯＡｃ        酢酸エチル
ＦＤＣＡ          フランジカルボン酸
ｈ                時間
ＨＭＦ            ５−ヒドロキシメチルフルフラール
ＨＰＬＣ          高性能液体クロマトグラフィー
ＩＰＡ            イソプロピルアルコール（２−プロパノール）
ＬＳ              レブリン酸
ＭｅＯＨ          メタノール
ＮＭＰ            Ｎ−メチルピロリドン（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）
ＰＥＴ            ポリエチレンテレフタレート
ＰＥＦ            ポリエチレンフラノエート
ＲＴ              室温
ＳＩＬＰ          担持イオン液相
ＴＦＡ            トリフルオロ酢酸
【実施例１】
【０１０９】
ＮＡＤＰＨの再生処理のためのアルコールデヒドロゲナーゼおよびＮＡＤ+の再生処理のための乳酸デヒドロゲナーゼを用いる、キシロースレダクターゼおよびソルビトールデヒドロゲナーゼを介したＤ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換
０．５ｍｌのバッチは、５０ｍｇ／ｍｌのＤ−グルコースならびにカンジダ・トロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）（大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）ＢＬ２１（ＤＥ３）で過剰発現させた）由来の６Ｕ／ｍｌの組換えキシロースレダクターゼおよび０．１ｍＭのＮＡＤＰ+を含有する。補因子の再生のために、７％（ｖ／ｖ）のＩＰＡおよびラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）（大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）ＢＬ２１（ＤＥ３）で過剰発現させた）由来の６Ｕ／ｍｌの組換えアルコールデヒドロゲナーゼを添加する。酵素は、細胞溶解物の形態で用いる。この反応を、連続的に振とう（９００ｒｐｍ）しながら、開放系中４０℃およびｐＨ＝９（５０ｍＭトリスＨＣｌ緩衝液）で２４時間行う。開放系により、形成されたアセトンの除去がもたらされ、これは、Ｄ−ソルビトールの形成に向けて反応を推進する。開放系では、水およびＩＰＡも蒸発し、したがって、それらは、６時間および２１時間後に追加的に投与する。それにより、それぞれの時間に、０．５ｍｌの全容量および７％（ｖ／ｖ）のＩＰＡ濃度を再度調整する。２４時間後、反応容器を真空下６０℃でインキュベートして、酵素を失活させ、有機溶媒を蒸発させる。ＲＴに冷却後、バチルス・スブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）ＢＬ２１（ＤＥ３）で過剰発現させた）由来の組換えＤ−ソルビトールデヒドロゲナーゼを最終濃度５Ｕ／ｍｌ、ＺｎＣｌ2を最終濃度１ｍＭおよびＮＡＤ+を最終濃度０．１ｍＭで添加する。補因子再生のために、ウサギ筋（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）由来の５Ｕ／ｍｌ（最終濃度）の乳酸デヒドロゲナーゼおよび３００ｍＭのピルビン酸を用いる。バッチを水で０．５ｍｌまで満たす。反応を、連続的に振とう（９００ｒｐｍ）しながら、密閉系中４０℃でさらに２４時間行う。Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換率＞９０％を得る。
【実施例２】
【０１１０】
ＮＡＤＰＨの再生処理のためのアルコールデヒドロゲナーゼおよびＮＡＤ+の再生処理のためのオキシダーゼを用いる、キシロースレダクターゼおよびソルビトールデヒドロゲナーゼを介したＤ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換
０．５ｍｌのバッチは、５０ｍｇ／ｍｌのＤ−グルコース、カンジダ・トロピカリス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ）（大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）  ＢＬ２１（ＤＥ３）で過剰発現させた）由来の６Ｕ／ｍｌの組換えキシロースレダクターゼおよび０．１ｍＭのＮＡＤＰ+を含有する。補因子の再生のために、７％（ｖ／ｖ）のＩＰＡおよび（大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）ＢＬ２１（ＤＥ３）で過剰発現させた）ラクトバチルス・ケフィル（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｋｅｆｉｒ）由来の６Ｕ／ｍｌの組換えアルコールデヒドロゲナーゼを添加する。酵素は、細胞溶解物の形態で用いる。この反応を、連続的に振とう（９００ｒｐｍ）しながら、開放系中４０℃およびｐＨ＝８（５０ｍＭトリスＨＣｌ緩衝液）で２４時間行う。開放系により、形成されたアセトンの除去がもたらされ、これは、Ｄ−ソルビトールの形成に向けて反応を推進する。開放系では、水およびＩＰＡも蒸発し、したがって、それらを、６時間および２１時間後に追加的に投与する。それにより、それぞれの時間に、０．５ｍｌの全容量および７％（ｖ／ｖ）のＩＰＡ濃度を再度調整する。２４時間後、反応容器を真空下６０℃でインキュベートして、酵素を失活させ、および形成したすべてのアセトンのみならずＩＰＡも蒸発させる。室温に冷却後、バチルス・スブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）ＢＬ２１（ＤＥ３）で過剰発現させた）由来の組換えＤ−ソルビトールデヒドロゲナーゼを最終濃度５Ｕ／ｍｌ、ＣａＣｌ2を最終濃度１ｍＭ、およびＮＡＤ+とＮＡＤＨの混合物を最終濃度０．１ｍＭで添加する。補因子再生のために、ロイコノストック・メセンテロイデス（Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ  ｍｅｓｅｎｔｅｒｏｉｄｅｓ）（大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）ＢＬ２１（ＤＥ３）で過剰発現させた）由来の１０Ｕ／ｍｌ（最終濃度）のＮＡＤＨオキシダーゼを用いる。酵素は、細胞溶解物の形態で用いる。バッチを水で０．５ｍｌまで満たす。反応を、連続的に振とう（９００ｒｐｍ）しながら、開放系中４０℃でもう２４時間行い、空気からＮＡＤＨオキシダーゼへの十分な酸素供給を確実にする。この４０℃での開放系で水は蒸発する。従って、６時間および２１時間後に、それを０．５ｍｌの容量まで水で満たす。Ｄ−グルコースのＤ−フルクトースへの変換率約９８％を得る。
【実施例３】
【０１１１】
糖の再処理および分析
酵素を失活させるためにバッチを６５℃で１０分間インキュベートし、その後、遠心分離機にかける。次いで、上清を０．２μＭのＰＶＤＦフィルタ上でろ過し、リガンド−交換ＨＰＬＣ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）により分析する。そのように行う際に、糖およびポリオールは、Ｓｈｏｗａ  Ｄｅｎｋｏ  Ｋ．Ｋ．のリードカラム（Ｓｈｏｄｅｘ（登録商標）Ｓｕｇａｒ  ＳＰ０８１０）によって０．５ｍｌ／分の水（ＶＷＲ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＧｍｂＨ、ＨＰＬＣグレード）の流量を用いて８０℃で分離する。検出は、光屈折検出器（ＲＩＤ、Ａｇｉｌｅｎｔ  １２６０  Ｉｎｆｉｎｉｔｙ（登録商標）、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）の補助で行う。Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．のインラインフィルタ、およびプレカラムとして、アニオン交換カラム（Ｓｈｏｄｅｘ（登録商標）Ａｘｐａｋ−ＷＡＧ）、逆相カラム（Ｓｈｏｄｅｘ（登録商標）Ａｓａｈｉｐａｋ（登録商標）ＯＤＰ−５０  ６Ｅ）およびそれぞれの場合にＳｈｏｗａ  Ｄｅｎｋｏ  Ｋ．Ｋ．からの糖プレカラム（ＳＵＧＡＲ  ＳＰ−Ｇ）を用いる。
【実施例４】
【０１１２】
Ｄ−フルクトースのフラン誘導体への変換のための材料および方法
本発明の内容において、Ｄ−フルクトースのＨＭＦへの脱水反応は、所望により、標準バッチプロセスとして、マイクロ波補助加熱とともに、または「連続フロー」条件を用いて、様々な反応条件下で行った。図８は、試験条件の調査を示す。驚くべきことに、溶媒としてのＮＭＰは、マイクロ波補助法と「連続フロー」条件下の両方で均一または不均一触媒と組み合わせて、これまで知られた系と比較して、反応中により高い代謝回転をもたらすことがわかった。
【０１１３】
ＳｉＯ2−ＭｇＣｌ2の合成
ＳｉＯ2−ＭｇＣｌ2は、Ｙａｓｕｄａらによる規定（Ｙａｓｕｄａ，Ｍ．；Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｙ．；Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｊ．；Ｙｏｋｏｉ，Ｈ  Ｓｈｉｒａｇａｍｉ，Ｔ．Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．２０１１、８４、４１６〜４１８ページ）に従って生成した。
【０１１４】
ＳＩＬＰの合成
ＳＩＬＰ触媒は、Ｎ−メチルイミダゾールを用いることによって、公知の規定（Ｆｕ，Ｓ．−Ｋ．；Ｌｉｕ，Ｓ．−Ｔ．Ｓｙｎｔｈ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００６、３６、２０５９〜２０６７ページ）に従って生成した。固定化のために、得られたイオン性液体を、乾燥クロロホルム（１０ｇのＳｉＯ2のために１００ｍＬ）中２００重量％のシリカゲルと混合し、７０℃に２４時間加熱した。得られた固体をろ別し、クロロホルムで洗浄し、減圧下で乾燥させた。得られたシリカゲルは、約１６重量％の触媒の負荷を示した。
【０１１５】
一般条件バッチ反応
特に断りのない限り、バッチ反応のすべては、４ｍＬのねじ蓋ジャー中で行った。所望の温度への加熱は、適当なアルミブロック中で行った。
【０１１６】
バッチプロセスにおけるマイクロ波反応
バッチプロセスにおいて、マイクロ波反応は、オートサンプラーを備えたＢｉｏｔａｇｅ−Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ  Ｓｉｘｔｙ実験室マイクロ波で行い、連続反応状況を可能にした。吸収レベルは、最大値に合わせて調整し、それにより、最大エネルギー供給は、４００Ｗに自動的に設定した。
【０１１７】
ストップトフローマイクロ波反応および連続フロー反応
半連続プロセス管理を最適化するためのストップトフロー反応は、ＣＥＭ（登録商標）Ｖｏｙａｇｅｒ  Ｕｐｇｒａｄｅ付きのＣＥＭ（登録商標）Ｄｉｓｃｏｖｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍで、および外部圧力センサーによって行った。連続プロセス管理による反応の場合、自動生成物収集用のＧｉｌｓｏｎ（登録商標）ＧＸ−２７１Ａｕｔｏｓａｍｐｌｅｒを備えた、ＴｈａｌｅｓＮａｎｏ（登録商標）からのカートリッジベース反応器システムＸ−Ｃｕｂｅを用いた。それにより、２つのケイ砂カートリッジ（ＣａｔＣａｒｔ（登録商標）、７０×４ｍｍ）を反応ゾーンとして組み込んだ。
【０１１８】
代替として、ペルフルオロアルコキシアルカンキャピラリーを用い（ＰＦＡキャピラリー、内径０．８ｍｍ、外径１．６ｍｍ）、これを加熱可能なアルミ円筒の周りに巻いた。Ｓｈｉｍａｄｚｕ  ＬＣ−１０ＡＤ  ＨＰＬＣポンプによって、基質を所望の流量で加えた。正確な容量（カラム１６．０ｍＬ；カラム前後の死容量、それぞれの場合に、１．０ｍＬ）は、デジタル時計によって純溶媒の規定流量を追跡することによって決定した。反応装置構成は、図９に例示する。
【０１１９】
Ｄ−フルクトースのフラン誘導体への変換のための反応の分析
定量ＨＰＬＣ分析のために、反応試料の試料（特に断りのない限り、２２μＬ）を脱イオン水で１ｍＬに希釈した。異なる濃度を示す反応試料において、希釈は、最大濃度が２ｍｇ／ｍｌを超えないように調整した。
【０１２０】
１００μＬの３−ヒドロキシベンジルアルコールを、内部標準として前記溶液に添加し、その後に試料を完全に混合した。固体残渣を、遠心分離（５分、２００００Ｇ）またはろ過（Ｐｈｅｎｅｘ  ＰＴＦＥ、４ｍｍ、０．２μｍ）により分離した。定量は、内部標準と比較して、ＲＩ−スペクトルにおけるピークの面積に基づいて行った。それぞれＰＤＡ  Ｐｌｕｓ−およびＲＩ検出器を備えた、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（登録商標）Ｓｕｒｖｅｙｏｒ  Ｐｌｕｓ  ＳｙｓｔｅｍまたはＳｈｉｍａｄｚｕ（登録商標）Ｎｅｘｅｒａ  ＳｙｓｔｅｍでＨＰＬＣによって、試料を分析した。分離のために、Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ（登録商標）からのイオン排除カラム（Ｒｅｚｅｘ  ＲＨＭ−Ｍｏｎｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅ  Ｈ＋（８％）、１５０×７．８ｍｍ、スルホン化スチロールおよびジビニルベンゾールの架橋マトリックスからなる、Ｈ+−型）を固定相として用い、水（ＨＰＬＣ−グレード）と０．１％ＴＦＡ（ＨＰＬＣ−グレード）との溶媒混合物を溶離液として用いた。カラム温度は、一定にかつ８５℃に保ち、一方で、実行時間は２５分に最適化した。生成物定量は、ＲＩシグナルを積分することより内部標準に基づいて行った。ＰＤＡによって、波長２００ｎｍ、２５４ｎｍおよび２８０ｎｍを、さらなる反応分析のために追加的に記録した。
【０１２１】
ＧＰ１−バッチプロセスにおけるＤ−フルクトース脱水
反応の最適化のための標準反応において、１００ｍｇのＤ−フルクトース（０．５６ｍｍｏｌ）およびそれぞれの触媒を、ガラスバイアル中に所望の量で入れ、１ｍＬの新たに蒸留したＮＭＰと混合した。得られた溶液／懸濁液を選択温度に加熱し、所望の時間反応させた。
【０１２２】
ＧＰ２−マイクロ波バッチプロセスにおけるＤ−フルクトース脱水
反応の最適化のための標準反応において、１００ｍｇのＤ−フルクトース（０．５６ｍｍｏｌ）およびそれぞれの触媒を、マイクロ波容器（０．５〜２．０ｍＬ）中に所望の量で入れた。容器は、磁気式攪拌棒を備えており、１ｍＬのＮＭＰで満たした。マイクロ波の放射強度は、会社保有制御アルゴリズムにより自動的に調整して、所望の温度に到達させた。反応容器の急速冷却は、噴射された少なくとも６つの線条の加圧空気で実現した。
【０１２３】
ＧＰ３−マイクロ波ストップトフロープロセスにおけるＤ−フルクトース脱水
反応の最適化のための標準反応において、Ｄ−フルクトース標準溶液（１ｍＬ；ＮＭＰ中ｃ＝１００ｍｇ／ｍＬ）および塩酸（１００μＬ；ｃ＝１モル／Ｌ）を、磁気式攪拌棒を備えたマイクロ波容器中に入れた。バイアルをＳｎａｐ−Ｃａｐで密封後、溶液を所望の温度に所望の時間加熱した。最速の可能な加熱を行うために、供給エネルギーを以下の表１に従って調整した。
【０１２４】
【表１】
2015507919.tif 000012
【０１２５】
反応容器の急速冷却は、噴射された少なくとも６つの線条の加圧空気で実現した。
【０１２６】
ＧＰ４−カートリッジベース反応器システムにおけるＤ−フルクトース脱水
反応の最適化のための標準反応において、Ｄ−フルクトース標準溶液（１ｍＬ；ＮＭＰ中ｃ＝１００ｍｇ／ｍＬ）を塩酸（ｃ＝１モル／Ｌ）と混合し、反応剤ポンプを通して反応系にポンピングした。加熱プロセスの間に、いくつかの予備的試料を採取して、安定温度および安定流量をモニターした。反応温度として１５０℃、１８０℃および２００℃を選択し、一方で反応圧力を４０バールに設定した。このために、０．２〜０．６ｍｌ／分の流量を選択した。反応試料を２．５ｍＬの量で収集し、分析した。
【実施例５】
【０１２７】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としての硫酸の使用
種々の温度、反応時間および酸濃度を比較した。反応を「ＧＰ１」（実施例４）に従って行った。１００μｌの１Ｎ硫酸または１０μｌの濃硫酸のいずれかを、触媒として用いた。表２に、結果をまとめる。
【０１２８】
【表２】
2015507919.tif 000013
【０１２９】
黒色不溶性ポリマーおよびフミンの形成は、用いた最適条件下で認められなかった。反応の過程の分析のために、代表的反応の時系列を含めた（濃硫酸、１５０℃、図１参照）。
【実施例６】
【０１３０】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としての塩化クロム（ＩＩ）の使用
Ｚｈａｏ，Ｈ．；Ｈｏｌｌａｄａｙ，Ｊ．Ｅ．；Ｂｒｏｗｎ，Ｈ．；Ｚｈａｎｇ，Ｚ．Ｃ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２００７、３１６、１５９７〜１６００ページにより記載されたとおりに、塩化クロム（ＩＩ）をＤ−フルクトースの脱水のための有効な触媒として用いることができる。前記実施例において、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中有効ＣｒＣｌ2を示す。実験は、規定「ＧＰ１」（実施例４）に従って行った。比較的低い収率のＨＭＦを得た一方で、かなりの量のタール状化合物を認めることができた（表３）。
【０１３１】
【表３】
2015507919.tif 000014
【実施例７】
【０１３２】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としてのＭｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）の使用
攪拌しながら、１００ｍｇのＤ−フルクトースを１ｍｌのＮ−メチル−２−ピロリドンの存在下でインキュベートした（規定「ＧＰ１」、実施例４）。３時間を反応時間として一貫して選択した。そのように行う際に、種々の量のＭｏｎｔｍｏｒｒｉｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）を触媒として添加した。表４に結果をまとめる。最良の条件下で、ＨＭＦ選択率６３％とともに、ＨＭＦ収率６１％を得ることができた。
【０１３３】
【表４】
2015507919.tif 000015
【実施例８】
【０１３４】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としてのＡｍｂｅｒｌｉｔｅ  １５（登録商標）の使用
この実施例は、マクロ架橋樹脂に基づくスルホン酸残基を有する強イオン交換体の使用を示す。攪拌しながら、１００ｍｇのＤ−フルクトースを１ｍｌのＮ−メチル−２−ピロリドンの存在下１００℃で３時間インキュベートした（規定「ＧＰ１」、実施例４）。それにより、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ  １５（登録商標）を触媒として添加した。表５に、前記実験の結果を示す。Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）と対照的に、比較的高い収率を、比較的低い温度で得ることができた。タール状化合物の形成は回避した。
【０１３５】
【表５】
2015507919.tif 000016
【実施例９】
【０１３６】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としてのＳｉＯ2−ＭｇＣｌ2の使用
シリカゲル−塩化マグネシウム複合体は、アセトニトリル中炭水化物の脱水の間に触媒活性を示したので（Ｙａｓｕｄａ，Ｍ．；Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｙ．；Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｊ．；Ｙｏｋｏｉ，Ｈ．Ｓｈｉｒａｇａｍｉ，Ｔ．Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．２０１１、８４、４１６〜４１８ページ）、前記触媒をそのＮ−メチル−２−ピロリドン中溶解度について試験した。「ＧＰ１」（実施例４）におけるとおりの反応条件下で、最良の場合に２６％のＨＭＦ収率を得た（表６参照）。しかしながら、単にシリカゲルを用いた場合、収率は１％未満に下がった。それにより、大量のタール状化合物の形成が認められた。
【０１３７】
【表６】
2015507919.tif 000017
【実施例１０】
【０１３８】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としてのＡｌＣｌ3の使用
ルイス酸触媒の一例として、ＡｌＣｌ3を反応条件「ＧＰ１」（実施例４）下で試験した。このために、新たに昇華させたＡｌＣｌ3を用いた。Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ  １５（登録商標）と同様の結果が得られた。しかしながら、触媒は、加水分解に敏感であり、したがって、繰返し利用のために、または連続プロセスで用いることはできない。さらに、比較的大量のタール状化合物が形成された（結果については、表７参照）。
【０１３９】
【表７】
2015507919.tif 000018
【実施例１１】
【０１４０】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としての塩化クロム（ＩＩ）と組み合わせたＳＩＬＰの使用
ＣｒＣｌ2とＳＩＬＰ（シリカ担持イオン液相、実施例４参照）との組合せを試験し、反応条件「ＧＰ１」（実施例４）を適用した。２０分後、ほとんど５０％のＨＭＦの収率を得ることができた。しかしながら、これは、より長い時間でも、増加させることができなかった。さらに、Ｄ−フルクトースのＤ−グルコースへの変換を、比較的短時間でも検出できた（表８）。
【０１４１】
【表８】
2015507919.tif 000019
【実施例１２】
【０１４２】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としての硫酸の使用（マイクロ波加熱）
加熱段階および冷却段階ならびに反応温度にわたってより良い制御を得るために、マイクロ波ベースシステムを温度の調整に用いた。Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いて、規定「ＧＰ２」（実施例４）で特定したとおりに試料を調製した。適用した反応条件下でタール状化合物の形成は検出されなかった。Ｄ−フルクトースの完全変換および８３％ＨＭＦの収率を最大限で得ることができた（図２および図３）。
【実施例１３】
【０１４３】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としての塩酸の使用（マイクロ波加熱）
Ｄ−フルクトースの脱水を、規定「ＧＰ３」（実施例４）に従ってストップトフローマイクロ波反応器で行った。Ｄ−フルクトースの完全変換を得るために比較的高い温度が必要であった。比較的低い温度で、比較的長い反応時間によりＨＭＦの収率は向上したが、比較的高い温度で反応時間の増加とともに低下した（図４および図５）。Ｄ−フルクトースの完全変換とともに、８９％ＨＭＦの最大収率を得ることができた。
【実施例１４】
【０１４４】
Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒としてのＭｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）の使用（マイクロ波加熱）
反応容器における急速な加熱／冷却、および温度の非常に良好な制御をマイクロ波法によって行うことができるので、不均一触媒Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ  ＫＳＦ（登録商標）も、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中Ｄ−フルクトースの脱水のために用いた。「ＧＰ２」（実施例４）に従う反応条件を用いた。反応時間は、５分に達した。比較的低いＤ−フルクトース変換率およびＨＭＦ収率を得ただけであったが、タール状化合物の形成は回避できた（結果については、表９参照）。
【０１４５】
【表９】
2015507919.tif 000020
【０１４６】
最良の反応条件を見出すために、２０ｍｇの触媒を用いて、種々の反応時間を１５０℃で試験した（図６）。
【実施例１５】
【０１４７】
Ｄ−フルクトースのフラン誘導体への変換を触媒するための硫酸の使用（連続プロセス）
Ｄ−フルクトース（１０％ｗ／ｖ）および濃硫酸（１％ｖ／ｖ）をＮ−メチル−２−ピロリドン中に溶解させた。この混合物を、連続フロー（反応温度１５０℃）でＰＦＡキャピラリーによって反応器を通してポンピングした。最初の１８ｍｌを廃棄した後、もう１０ｍｌを分析用に収集した。いくつかの流量によって、反応器中の種々の滞留時間の効果を試験した（表１０）。
【０１４８】
【表１０】
2015507919.tif 000021
【０１４９】
この試験条件下で黒色の不溶性ポリマーおよびフミンの形成は認められなかった。
【実施例１６】
【０１５０】
Ｄ−フルクトースのフラン誘導体への変換を触媒するための塩酸の使用（連続プロセス）
その実施例では、連続フロー下でＮＭＰ中Ｄ−フルクトースの脱水のための触媒として塩酸を用いた（反応条件については、規定「ＧＰ４」、実施例４参照）。７５％のＨＭＦの最大収率を１８０℃の反応温度および０．６ｍｌ／分の流量で得ることができた。それにより、７６％のＨＭＦの選択率を得た。ほとんどの場合、レブリン酸（ＬＳ）の比率は、１％未満であった（結果については、図７参照）。
【図１】
2015507919.tif 000029
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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