(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒の存在下で、酸素および空気から選ばれる酸化剤により、トレハロースを酸化して酸化トレハロースとし、次いで加水分解してＤ−グルクロノラクトンとした後、これを採取することを特徴とするＤ−グルクロノラクトンの製造方法。
【請求項２】
酸化白金、白金・炭素、酸化バナジウム、およびパラジウム・炭素から選ばれる一種または二種以上の酸化触媒の存在下で、トレハロースを酸化することを特徴とする請求項１に記載のＤ−グルクロノラクトンの製造方法。
【請求項３】
塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびトシル酸から選ばれる一種または二種以上の加水分解剤を用いて酸化トレハロースを加水分解することを特徴とする請求項１または２に記載のＤ−グルクロノラクトンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＤ−グルクロノラクトンの製造方法に関し、更に詳細には、トレハロースを酸化し、次いでこの酸化トレハロースを加水分解することを特徴とするＤ−グルクロノラクトンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｄ−グルクロノラクトンの製造方法は種々知られており、特許出願も多くなされている。現実に工業化されている方法としては、澱粉を硝酸酸化し、加水分解してＤ−グルクロノラクトンを得る方法があるが、この方法は、その製造工程で酸化力を有しない一酸化窒素が発泡し、酸化反応の均質化を妨害して、結果としてＤ−グルクロノラクトンの収率低下を招くという欠点がある。また、一酸化窒素の発泡は、反応液の容積の膨張を引き起こし、大容積の反応釜が必要になるという欠点もある。他の方法としては、特公昭４２−２５９５８号公報および特公昭４３−５８８２号公報に記載されている方法があるが、これらの方法は一酸化窒素の発泡の問題は改善されてはいるが、Ｄ−グルクロノラクトンの収率は約１０％〜１５％程度と低く、収率の向上はなされていない。
【０００３】
また、特公昭４４−７３２５号公報には、グルコースのＣ−１位を保護し、次いでＣ−６位を酸化した後、加水分解（脱保護）してＤ−グルクロノラクトンを得る方法が開示されている。しかしながら、この方法も、Ｄ−グルクロノラクトンの収率が約１０％〜２０％と低いことに加え、製造工程が煩雑であるという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
斯かる状況に鑑み、本発明は、高収率かつ工業的に容易に実施することのできるＤ−グルクロノラクトンの製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を、トレハロースを酸化して酸化トレハロースとし、次いで加水分解してＤ−グルクロノラクトンとした後、これを採取することを特徴とするＤ−グルクロノラクトンの製造方法により解決するものである。本発明のＤ−グルクロノラクトンの製造方法における一連の反応は、下記の化１に示すとおりである（但し、トレハロースとして、α，α−トレハロースを用いた場合の反応である）。
【０００６】
【化１】
0004153057.tif 000002
【０００７】
【発明の実施の形態】
トレハロース（化学式Ｃ12Ｈ22Ｏ11、分子量３４２．３０）はＤ−グルコースを構成糖とする非還元性二糖質として古くから知られ、グルコシド結合の様式により、α，α−トレハロース、α，β−トレハロースおよびβ，β−トレハロースの３種の異性体が存在する。本発明において用いるトレハロースの出所・由来に特に制限はない。即ち、細菌、真菌、藻類、昆虫から抽出して得られるトレハロースであっても、マルトースにマルトース・フォスフォリラーゼとトレハロース・フォスフォリラーゼからなる複合酵素系を作用させて得られたものであっても、また、マルトース・トレハロース変換酵素によりマルトースを直接トレハロースに変換するか、澱粉部分加水分解物を酵素糖化して得られたものであってもよい。ただし、高品質のＤ−グルクロノラクトンを廉価に製造するという経済的見地に立てば、上記第三または第四の製造方法により得られるトレハロースを適宜方法により精製して得た高純度トレハロースが望ましい。
【０００８】
トレハロースの製造方法としては、例えば、澱粉を酸および／またはα−アミラーゼにより糊化・液化して得られる、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオースなどのグルコース重合度３以上のマルトオリゴ糖を含んでなる還元性澱粉部分加水分解物に、特開平７−１４３８７６号公報、特開平７−３２２８８３号公報、特開平８−６６１８８号公報、または特開平８−８４５８８号公報に開示されている非還元性糖質生成酵素を作用させ、末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質に変換し、次いで、この非還元性糖質に特開平７−２９８８８０号公報、特開平７−２１３２８３号公報、特開平８−６６１８７号公報、または特願平７−１８９７６０号明細書に開示されているトレハロース遊離酵素を作用させ、該非還元性糖質からトレハロースを遊離する。このとき、非還元性糖質生成酵素とトレハロース遊離酵素とは非還元性糖質に同時に作用させても逐次的に作用させてもよく、また、両酵素とイソアミラーゼあるいはプルラナーゼなどの澱粉枝切酵素を併用すると、生成物中のトレハロース含量が一段と向上する。一方、マルトースを直接トレハロースに変換するには、マルトースまたはマルトースを含む糖組成物に、例えば、特開平７−１７０９７７号公報、特開平８−２６３号公報、特願平６−１８７９０１号明細書、または特開平８−１４９９８０号公報に開示されているマルトース・トレハロース変換酵素を作用させればよい。より高純度のトレハロースが必要な場合には、得られる生成物に塩型強酸性カチオン交換樹脂を固定床方式、移動床方式、または擬似移動床方式で使用するカラムクロマトグラフィーを適用してトレハロース高含有画分を採取すればよい。斯くして得られる生成物および画分が固形分当たりトレハロースを７０％以上含んでおり、Ｄ−グルクロノラクトンの製造用原料として好適である。
【０００９】
トレハロースを酸化するに際しては、トレハロースを適当な溶媒、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコールなどの直鎖または枝分かれ状の低級アルコールから選ばれる一種または二種以上の溶媒に溶解した後、酸化剤として、硝酸、亜硝酸およびそれらの塩などの無機窒素化合物、マンガン化合物、クロム化合物、鉛化合物などの金属化合物、ハロゲン、無機ハロゲン化合物、空気、酸素、オゾンなどの酸素類、ペルオキソ酸などの過酸化物、ニトロベンゼンなどの有機化合物などから選ばれる一種または二種以上の公知の酸化剤を添加してトレハロースを酸化する。この際、酸化反応を促進する目的で、酸化白金、白金・炭素、酸化バナジウム、パラジウム・炭素などの酸化触媒下で行うと有利に実施できる。また、電気酸化や微生物を用いる酸化発酵などによりトレハロースを酸化することもできる。工業的な見地、つまり、取扱い性や酸化トレハロースの収率を考えると、溶媒としては水を、酸化剤としては酸素、オゾンまたは空気を、酸化触媒としては酸化白金または白金・炭素が好適に使用できる。
【００１０】
酸化反応温度は、反応が進む温度で、トレハロース、酸化トレハロースおよびＤ−グルクロノラクトンが分解しない温度であればよく、通常、約０〜２００℃、好ましくは、約２０〜１５０℃、より好ましくは、約４０〜１３０℃、更に好ましくは、約６０〜１００℃の範囲から選ばれる。酸化反応時間は、用いる酸化剤や温度に依存するが、通常、約１〜１５０時間、好ましくは、約５〜８０時間、より好ましくは、約１０〜３０時間が望ましい。
【００１１】
この酸化反応はｐＨを調整するのが好ましく、通常、ｐＨ５〜１０、好ましくは、ｐＨ６〜９、更に好ましくは、ｐＨ７〜８の範囲で行うのが効果的である。またｐＨ調整に用いる塩基は、反応を阻害しないものならば任意の塩基を使用することができる。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化第一鉄、アンモニア、アルキルアミン類（例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、モノメチルアミン、モノエチルアミン等）などを使用することができる。
【００１２】
このうち、工業的な見地からすると、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムを使用するのが好ましい。
【００１３】
上記酸化反応によれば、酸化トレハロースを原料のトレハロースに対して９５％以上の高収率で得ることができる。
【００１４】
また、酸化トレハロースの加水分解は、酸化トレハロースを水、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコールなどの直鎖または枝分かれ状の低級アルコールから選ばれる一種または二種以上の溶媒中で、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、トシル酸などの酸から選ばれる一種または二種以上の加水分解剤と反応させることにより容易に実施できる。他の加水分解方法としては、加水分解酵素を用いる方法を挙げることができる。加水分解時の温度は、用いる加水分解剤の種類に依存するが、約０〜２００℃、好ましくは、約２０〜１５０℃、より好ましくは、約４０〜１３０℃、更に好ましくは、約６０〜１００℃の範囲から選ばれる。加水分解時間は、通常、約１〜１５０時間、好ましくは、約５〜８０時間、より好ましくは、約５〜１０時間の範囲から選ばれる。加水分解酵素を用いる場合は、用いる酵素の種類により異なるが、約１〜１５０時間、好ましくは、約５〜１００時間、より好ましくは、約１０〜４８時間作用させるのが好ましい。
【００１５】
このようにして得られるＤ−グルクロノラクトンを含む反応物は、通常、例えば、濾過、抽出、分液、分別沈澱、透析、蒸留などにより未反応の反応性試薬および／または溶媒を除去した後、そのまま使用できる。さらに高純度のＤ−グルクロノラクトンが必要な場合には、例えば、薄層クロマトグラフィー、カラムクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、蒸留、結晶化などの糖または糖誘導体を精製するための斯界における慣用の方法を適用すればよく、これらの精製方法は、必要に応じて組み合わせて適用できる。なお、トレハロースは、非アノマー性ヒドロキシル基を主体とする通常の置換反応において反応性官能基を８個提供する。このことは、反応条件によっては、Ｄ−グルクロノラクトンと共にトレハロース誘導体を種々の割合で含む組成物が生成し得ることを意味している。斯かる組成物は、通常、そのまま使用できるが、必要に応じて、使用に先立って上記精製方法の一種または二種以上を適用し、Ｄ−グルクロノラクトンのみを単離すればよい。
【００１６】
上記一連の反応により、原料のトレハロースに対して約３０〜４０％、あるいは、それ以上の高収率でＤ−グルクロノラクトンを製造することができる。この収率は、従来技術の約２〜４倍以上にも達する高収率である。
【００１７】
本発明の製造方法により得られるＤ−グルクロノラクトンは、従来公知の方法により得られるＤ−グルクロノラクトンと同等以上の純度を有していることから、従来品と同様、抱合解毒作用、肝機能増強作用、疲労回復作用、および抗リウマチ作用を有する物質として、食品工業、化粧品工業、医薬品工業などの諸分野に広範な用途を有する。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００１８】
【実施例】
【００１９】
【実施例１：Ｄ−グルクロノラクトンの製造】
【００２０】
【実施例１−１：酸化トレハロースの製造】
トレハロースとして、α，α−トレハロースを３００ｇ（７９３ｍｍｏｌ）、５％白金・炭素１８０ｇ、および水３Ｌを、温度計と還流冷却器を装着した容量４Ｌのガラス製反応器に仕込んだ。これを撹拌しつつ６０℃で還流させる一方、酸素を通じながら２４時間反応させた。反応終了後、反応液を重炭酸ナトリウムで中和し、濾過して白金・炭素を除去した後、減圧下で溶媒を留去し、３１５ｇの淡黄色粉末を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、α−Ｄ−グルクロニル−α−Ｄ−グルクロン酸ナトリウム塩（酸化トレハロース）を含んでおり、原料のトレハロースに対する収率は９６．０％であった。
【００２１】
【実施例１−２：酸化トレハロースからＤ−グルクロノラクトンの製造】
実施例１−１で製造した酸化トレハロース１．４８ｇ（３．５７ｍｍｏｌ）と水２０ｍｌを温度計と還流冷却器を装着した容量５０ｍｌのガラス製反応器に仕込んだ。これに濃硫酸１．１８ｇ（１１．６ｍｍｏｌ）を添加し、撹拌しつつ８０℃で還流させる一方、６時間反応させた。反応終了後、反応液中の不溶物を濾過し、イオン交換樹脂を充填したカラムを用いて脱イオン処理した。減圧下で溶媒を留去して５１８ｍｇの白色結晶を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、Ｄ−グルクロノラクトンを２．９１ｍｍｏｌ含有し、原料のトレハロースに対する収率は３５．０％であった。
【００２２】
【実施例２：Ｄ−グルクロノラクトンの製造】
【００２３】
【実施例２−１：酸化トレハロースの製造】
トレハロースとして、α，β−トレハロースを５．００（１３．２ｍｍｏｌ）、酸化白金１．０ｇ、および水１００ｍｌを、温度計と還流冷却器を装着した容量２００ｍｌのガラス製反応器に仕込んだ。これを撹拌しつつ６０℃で還流させる一方、酸素を通じながら２４時間反応させた。反応終了後、反応液を重炭酸ナトリウムで中和し、濾過して酸化白金を除去した後、減圧下で溶媒を留去し、５．２２ｇの淡黄色粉末を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、α−Ｄ−グルクロニル−β−Ｄ−グルクロン酸ナトリウム塩（酸化トレハロース）を含んでおり、原料のトレハロースに対する収率は９５．５％であった。
【００２４】
【実施例２−２：酸化トレハロースからＤ−グルクロノラクトンの製造】
実施例２−１で製造した酸化トレハロース１．４８ｇ（３．５７ｍｍｏｌ）と水２０ｍｌを温度計と還流冷却器を装着した容量５０ｍｌのガラス製反応器に仕込んだ。これに濃塩酸２．６４ｇ（２．６９ｍｍｏｌ）を添加し、撹拌しつつ１００℃で還流させる一方、６時間反応させた。反応終了後、反応液中の不溶物を濾過し、イオン交換樹脂を充填したカラムを用いて脱イオン処理した。減圧下で溶媒を留去して５４８ｍｇの白色結晶を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、Ｄ−グルクロノラクトンを３．０８ｍｍｏｌ含有し、原料のトレハロースに対する収率は３７．０％であった。
【００２５】
【実施例３：Ｄ−グルクロノラクトンの製造】
【００２６】
【実施例３−１：酸化トレハロースの製造】
トレハロースとして、β，β−トレハロースを４．９９（１３．２ｍｍｏｌ）、５％白金・炭素３．０ｇ、および水１００ｍｌを、温度計と還流冷却器を装着した容量２００ｍｌのガラス製反応器に仕込んだ。これを撹拌しつつ７０℃で還流させる一方、空気を通じながら２４時間反応させた。反応終了後、反応液を重炭酸ナトリウムで中和し、濾過して白金・炭素を除去した後、減圧下で溶媒を留去し、５．２９ｇの淡黄色粉末を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、β−Ｄ−グルクロニル−β−Ｄ−グルクロン酸ナトリウム塩（酸化トレハロース）を含有し、原料のトレハロースに対する収率は９７．５％であった。
【００２７】
【実施例３−２：酸化トレハロースからＤ−グルクロノラクトンの製造】
実施例３−１で製造した酸化トレハロース１．４８ｇ（３．５７ｍｍｏｌ）と水２０ｍｌを温度計と還流冷却器を装着した容量５０ｍｌのガラス製反応器に仕込んだ。これに濃塩酸２．６４ｇ（２．６９ｍｍｏｌ）を添加し、撹拌しつつ１００℃で還流させる一方、６時間反応させた。反応終了後、反応液中の不溶物を濾過し、イオン交換樹脂を充填したカラムを用いて脱イオン処理した。減圧下で溶媒を留去して５４８ｍｇの白色結晶を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、Ｄ−グルクロノラクトンを３．０８ｍｍｏｌ含有し、原料のトレハロースに対する収率は３７．０％であった。
【００２８】
【実施例４：Ｄ−グルクロノラクトンの製造】
【００２９】
【実施例４−１：酸化トレハロースの製造】
トレハロースとして、高純度α，α−トレハロース含水結晶を２．５０ｇ（６．６ｍｍｏｌ）、酸化バナジウム０．５ｇ、およびエタノール５０ｍｌを、温度計と還流冷却器を装着した容量１００ｍｌのガラス製反応器に仕込んだ。これを撹拌しつつ４０℃で還流させる一方、空気を通じながら４８時間反応させた。反応終了後、反応液を重炭酸ナトリウムで中和し、濾過して酸化バナジウムを除去した後、減圧下で溶媒を留去し、２．６１ｇの淡黄色粉末を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、α−Ｄ−グルクロニル−α−Ｄ−グルクロン酸ナトリウム塩（酸化トレハロース）で、原料のトレハロースに対する収率は９７．０％であった。
【００３０】
【実施例４−２：酸化トレハロースからＤ−グルクロノラクトンの製造】
実施例４−１で製造した酸化トレハロース１．４８ｇ（３．５７ｍｍｏｌ）と水２０ｍｌを温度計と還流冷却器を装着した容量５０ｍｌのガラス製反応器に仕込んだ。これに濃塩酸２．６４（２．６９ｍｍｏｌ）を添加し、撹拌しつつ９０℃で還流させる一方、１０時間反応させた。反応終了後、反応液中の不溶物を濾過し、イオン交換樹脂を充填したカラムを用いて脱イオン処理した。減圧下で溶媒を留去して６０３ｍｇの白色結晶を得た。高速液体クロマトグラフィーで分析した結果、本品は、Ｄ−グルクロノラクトンを３．３９ｍｍｏｌ含有し、原料のトレハロースに対する収率は４４．０％であった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｄ−グルクロノラクトンの収率が単に向上するだけでなく、その製造工程においては発泡が見られないことから、バッチ当たりのＤ−グルクロノラクトン製造量が著しく増大し、釜効率が飛躍的に向上する。したがって、本発明のＤ−グルクロノラクトンの製造方法は、現行の製造方法と比較すると、Ｄ−グルクロノラクトンの生産効率が格段に高い工業的に優れた方法と言える。