(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コバルト、ニッケル及びルテニウムからなる群から選択された金属塩の存在の下、グルコン酸塩の水溶液を、過酸化水素に接触させることを特徴とするD-エリトロースの製造方法。
【請求項２】
上記水溶液が乾燥物質として１から６０％の間のグルコン酸塩の含有量を有することを特徴とする請求項１記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項３】
コバルト、ニッケル及びルテニウムからなる群から選択された金属塩がグルコン酸塩に対して表して０．００１から５０％の間の量で存在することを特徴とする請求項１または請求項２記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項４】
過酸化水素が、３０％の濃度の過酸化水素の水溶液の形態で、グルコン酸塩に対して表して濃度は１mol％から５００mol％の間の量で用いられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項５】
反応が０℃から１００℃の間の温度で行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項６】
反応が１０℃から５０℃の間の温度で行われることを特徴とする請求項５記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項７】
反応が２から１２の間のｐＨ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１項に記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項８】
反応が５から８の間のｐＨで行われることを特徴とする請求項７記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項９】
グルコン酸塩がアルカリ性の媒体中で、パラジウム触媒の存在下、空気または酸素を用いて実施されるグルコースの酸化によって得られることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項１０】
グルコン酸塩が微生物の経路を経由した酸化により得られることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載のD-エリトロースの製造方法。
【請求項１１】
D-エリトロースの水素化によるエリトリトールの製造方法において、D-エリトロースが請求項１から１０のいずれか１項の方法によって得られることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の主題はD-エリトロースの製造方法である。
【０００２】
より具体的には、本発明の主題はグルコン酸からD-エリトロースを製造する方法であって、該方法は、コバルト、ニッケル及びルテニウムからなる群から選択された金属のイオンによって触媒され、水相中で起こるものである。
【０００３】
【従来の技術】
D-エリトロースの製造方法は従来から知られている。
【０００４】
中でも、まずRuff（Ber.,32,3674(1899);33,1799(1900))によって開発されたものがあげられ、これは、過酸化水素の水溶液の存在でＤ−アラビノ酸カルシウムを酸化するものである。この方法は通常商業的に入手できる製品ではないアラビノ酸を用いるという不都合がある。
【０００５】
D-エリトロースの他の製造方法は、例えば、Perlin法(Perlin A.S.,Methods  Carbohydr. Chem.,1962,1,64)としてすでに知られているテトラ酢酸鉛の存在下でのＤ−グルコースの酸化、または、4,6-O-エチリデン-D-グルコースの過ヨウ素酸塩との酸化により得られた2,4-O-エチリデン-D-エリトロースの酸による加水分解である(Schaffer R., J. Am. Chem. Soc., 81(1959),2838; Barker R.   and MacDonald D.L., J. A. Chem. Soc., 82(1960),2301)。
【０００６】
D-エリトロース自身にはそれほど関心がないが、もしそれが低コストで大量生産できるならば、D-エリトロースは特別で極めて重要な合成の中間物質である。
【０００７】
その理由は、D-エリトロースの水素化という簡単な工程の付加で、エリトリトールを容易に得ることができるからであり、エリトリトールは多くの食品用途に、特に、カリエス性がなく、低カロリーの砂糖の代用品として用いることができる多価アルコールである。
【０００８】
そこで、本発明のもう一つの主題は、本発明の方法によりD-エリトロースから出発するエリトリトールの製造方法である。
【０００９】
エリトリトールは遠い昔から広く自然に存在し、人間の食糧の一部として使われていたとはいえ、エリトリトールは経済的可能な方法で、エリトリトールを得ることが困難であるため、長年食品産業に無視されていた。
【００１０】
製薬業においては、エリトリトールを酸化させることにより、L-エリトルロースを作ることができ、その分子は生物活性化合物を合成のに用いることを可能にする好ましい機能を持つ。
【００１１】
エリトリトールの製造方法についてなされた研究は、全体的には、次の二つの主要経路に分かれる。すなわち、化学的合成と発酵による生合成である。
【００１２】
周知の化学合成技術、例えば、meso−酒石酸塩の還元、4,6-O-エチリデン-D-グルコースの酸化／還元及び澱粉ジアルデヒドの加水分解産物の水素化は(T.   Dola and T. Sasaki, Bio-Industry, (1988), 5, (9), 32)、実際の工業の分野で実用化されていない。
【００１３】
化学合成の研究より圧倒的に多いとはいえ、発酵技術についてなされた研究はその大多数が二次的成分としてのエリトリトールの生産に関係するものである。
【００１４】
これらの研究は、Debaryomyces(US-A 2,986,495),Pichia(US-A 2,986,495),  Candida(US-A 3,756,917),Moniliella(Antonie van Leeiwenhoek, 37(1971),107-118,及びAureobasidium(JP-A 61/31,091)のイーストによるエリトリトールの生産に費力された。
【００１５】
しかし、エリトリトールの発酵に関する研究によって今日までにもたらされた結果は、いくつかの欠点、例えば、発酵時の発泡、発酵速度、副産物の量、特に貧弱な収率をもたらし、これがさらに工業化の可能性を阻害している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、先行技術の制限及び／または欠点を示さない高性能のD-エリトロースの製造する方法（及びこのように得られたD-エリトロースの水素化よるエリトリトールの製造方法）を開発する必要性が存在した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この研究課題について研究を進めている本出願人の会社は、グルコン酸またはその塩類からの、化学合成によるD-エリトロースの新しい製造方法を開発した。本発明に係る方法は前述した一世紀近く前のRuff法の原理に基づくものである。
【００１８】
本方法は一般的なの方法で、鉄イオンと過酸化水素の水溶液の併せた作用により、ｎ個の炭素を含むアルドン酸をｎ−１個の炭素を含むアルドースに転化させることを可能にする。しかし、アルドースの収率がそれほど高くない。
【００１９】
このように、グルコン酸のD-エリトロースへの転化はこの方法に従って行われる。
【００２０】
２、３改良したものがその後、R. C. Hockett 及びC. S. Hudson (j. Amer.  Chem. Soc., 56, 1632-1633, (1934)及び同誌72, 4546, (1950))及び米国特許US-A3,755,294によって紹介された。その中に、アラビノースの収量は６０％で、グルコン酸を原料としたものが記述されている。V. Bilik(CZ-232647,(1983))によって、銅(Cu(II))イオンを触媒として利用して改良された。面倒な精製の後に７０％程度のの収率が達成された。
【００２１】
最近、第二鉄及び第一鉄のイオンの混合物を触媒として同様の結果が得られた(CZ-279002,(1994))。
【００２２】
最後に、特殊な条件の下，欧州特許EP-A 0,716,067により７８％のアルドースの収率が報告された。
【００２３】
Ruff反応の広範囲の研究の間、出願人の会社は次のことを発見した。過酸化水素の水溶液とのグルコン酸の反応を、コバルト、ニッケル、及びルテニウム塩が触媒し、驚くべきことにD-エリトロースを生成し、予想していたD-アラビノースではないことを発見した。このように、アルドン酸原料に対し、炭素原子が二つ減少した。
【００２４】
従って、本発明にあっては、D-エリトロースの製造方法は、コバルト、ニッケル、ルテニウムからなる群から選択される金属の塩の存在下で、グルコン酸塩の水溶液を過酸化水素に接触させることを特徴とする。
【００２５】
先行技術の発酵技術と比較したかかる方法の第一の利点は、本方法では、前述した発酵方法に関連する種々の制限及び問題を防止できることである。
【００２６】
本発明の方法の第二の利点は、本発明の方法では、原料も試薬も入手しやすいので、実施が極めて容易であるという点にある。
【００２７】
本発明の方法の第三の利点は、本発明の方法では、化学量論量に近い、非常に良い収率でD-エリトロースが得られることである。
【００２８】
本発明の方法のその他の利点は、本方法は水を溶媒として使用し、毒性の面でも、安全性の面でも否認できない利点を有するから、産業、特に食品工業への用途が容易に発見できることである。
【００２９】
本発明の方法はグルコン酸塩を用いる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明において、グルコン酸塩とは、フリー状態のグルコン酸、ラクトン化された状態、またはこれら両者が混在している状態、塩の状態もしくはエステルの状態のグルコン酸を意味する。従って、例えば、グルコン酸カルシウム、グルコン酸ナトリウム、またはδ−グルコノラクトンも全く適用している。
【００３１】
グルコン酸は周知のようにグルコースの酸化より得られる。この酸化工程は化学的な経路または微生物的な経路によって行われる。
【００３２】
本発明において、好ましい化学的な経路は、アルカリ性の媒体中で空気または酸素を用い、パラジウム触媒を用いて、グルコースを酸化するものである。
【００３３】
特に好ましい方法は、出願人の会社が譲受人であり、米国特許US-A 4,845,208に記載されたものである。酸化触媒として、活性炭に吸着され、ビスマスにドープされたパラジウムを使用することからなる。
【００３４】
本方法は、電解または次亜臭素酸を用いたグルコースの酸化を考えることもできる。GluconobacterまたはAspergillusを用いた微生物経路によりグルコースを酸化することも可能である。
【００３５】
本発明の方法、好ましくは、水において、乾燥物質として、１から６０％の間、好ましくは５から５０％の間、さらに好ましくは１０から３０％の間のグルコン酸塩の含有量で実施される。
【００３６】
乾燥物質の下限値の制約は、水分を蒸発させ、反応器のサイズを小さくするという明らかな経済的理由によるものである。
【００３７】
乾燥物質の上限値の制約は、本質的には、反応産物の溶解度及び粘度の問題によって課されたものである。
【００３８】
本明細書において、全ての百分率はグルコン酸に対して表したものである(例えば、５０mol％とは、１００molのグルコン酸に対し、物質Ｘの量が５０molであることを意味し、５０％とは、１００ｇのグルコン酸原料に対し、物質Ｘの量が５０ｇであることを意味する）。
【００３９】
本発明において、触媒はコバルト、ニッケルまたはルテニウムからなる群から選ばれる金属のイオンからなり、該イオンは任意の二価または三価のコバルト、ニッケルまたはルテニウム塩の形態で導入し得る。一番有利なものは、コバルト塩：酢酸、アセチルアセトン、ハロゲン化物、硝酸、硫酸のコバルト塩などが全く適している。
【００４０】
用いるグルコン酸塩に対して、０．００１から５０％の間、好ましくは０．００２から２０％の間、さらに好ましくは０．００５から５％の間の触媒（コバルト、ニッケルまたはルテニウム塩）の量とすると、本発明の方法において得られるD−エリトロースの収率、純度の双方について良好な結果が得られる。
【００４１】
過酸化水素は、好ましくは濃度が３０％の過酸化水素水溶液の形態であるが、このように生成されたグルコン酸塩、触媒及び水の混合物に撹拌しながら、ゆっくり添加される。ここで、過酸化水素は用いるグルコン酸塩に対して、１から５００mol％、好ましくは５０から４００mol％、さらに好ましくは１００から３００mol％の割合である。
【００４２】
過酸化水素は、３０％を超える濃度、特に、例えば、７０％までの濃度の過酸化水素水溶液の状態で用いることができる。
【００４３】
過酸化水素水溶液は、反応混合物の温度が好ましくは、５０℃、さらに好ましくは３５℃を超えないような導入速度で添加する。従って、過酸化水素水溶液の添加速度は一般に３０分から２時間になる。
【００４４】
本発明の方法は、好ましくは０から１００℃、優位には、１０℃から５０℃の温度で実施される。
【００４５】
温度が低いと、耐圧性反応器の使用を必要とするという点は別にして、反応時間が長くより高温となり、その結果、反応生産物が劣化することになる。
【００４６】
２０から４０℃の温度が特に本発明の方法に適合している。
【００４７】
また好ましくは、本発明は、２から１２のｐＨ、好ましくは５から８のｐＨ、さらに好ましくは６から７のｐＨで実施される。
【００４８】
本発明の方法により得られたD-エリトロースは粗成の形態であり、触媒作用による水素化が容易である。
【００４９】
このような糖の水素化は、例えば、グルコースからソルビットを生産する従来の方法に従い、実施される。
【００５０】
ルテニウムをベースとした触媒とラネー・ニッケル触媒も、これらの過程に使用することができる。
【００５１】
しかし、安価であるラネー・ニッケル触媒が好ましい。
【００５２】
実施では、水素化を受ける糖に対し、乾燥物質を基準に、１から１０重量％の触媒を用いる。水素化反応は、好ましくは、１５から５０％、現実には３０から４５％の範囲内の乾燥物質含有量のシロップで２０から２００Barの水素圧下で実施される。水素化は連続的またはバッチで実施し得る。
【００５３】
バッチで水素化する場合は、水素圧は一般的に３０から６０Bar、水素化を実施する温度は１００から１５０℃の間である。水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムを添加することによって水素化混合物のｐＨを維持する、例えば、ｐＨが９．０を超えないようにすることに注意する。このように水素化反応を行うと、クラッキングの発生、または産物の異性化を防ぐことができる。
【００５４】
反応混合の中の糖が１％未満、好ましくは０．５％未満で、さらに好ましくは０．１％未満にまで減少すると反応を停止させる。
【００５５】
反応混合物が冷却した後、触媒は濾過により除去され、このようにして得られたD-エリトロースは陽イオンまたは陰イオン樹脂により脱塩される。
【００５６】
この段階では、シロップは少なくとも９０％のD-エリトリトールを含み、溶液を濃縮させ、冷却させた後、最終産物を結晶化させることにより容易に精製される。
【００５７】
【実施例】
本発明は次の実施例によってさらに容易に理解されるであろう。なお、実施例の唯一の目的は、発明を記載した実施態様、並びに用いたグルコン酸塩カルシウムにまで減縮しないで、例示することにある。
【００５８】
実施例１
グルコン酸カルシウム一水和物(１１５．７ｇ，０．２５５mol）、塩化コバルト六水和物（０．５８ｇ，２．４ｍmol）及び水（１０００ml）をジャケット付きの反応器に投入する。
【００５９】
混合物の温度を３０℃にして、２Ｎ水酸化ナトリウム溶液を添加して、ｐＨを６．５にする。
【００６０】
温度を３０から３５℃に２Ｎ水酸化ナトリウムを用いて、ｐＨを６．５に維持しつつ、過酸化水素の水溶液（１３０ml，１．２８mol）を７０分かけて添加する。
【００６１】
添加終了後、水溶液をさらに１時間撹拌する。濃硫酸（１４ml）を添加し、 ｐＨを２．５から３になるようにし、カルシウム塩を沈殿させる。
【００６２】
濾過した後、ピンクの水溶液は、次の組成を有する：D-エリトロース（８７％）、D-アラビノース（２％）及びグルコン酸（７％）である。
【００６３】
上記の百分率は分析結果と一致している。合計値が１００になっていないのは、少量のアラビノ酸（２％）及びその他の副産物ができる場合があるからである。
【００６４】
これらの副産物は、蟻酸、“炭酸塩類”、二酸化炭素である。
【００６５】
実施例２
グルコン酸カルシウム一水和物(１１５．１ｇ，０．２５mol）、塩化ニッケル六水和物（２．２４ｇ，９．５ｍmol）及び水（１０００ml）をジャケット付きの反応器のに投入する。温度を４０℃に２Ｎ水酸化ナトリウムを添加して、ｐＨを６．５にする。温度を４０から４５℃に、２Ｎ水酸化ナトリウムで、ｐＨを ６．５に維持しつつ、過酸化水素の水溶液（１３０ml，１．２８mol）を７０分かけて添加する。添加終了後、水溶液をさらに３時間撹拌する。濃硫酸（１４ml）を添加して、ｐＨを２．５から３になるようにし、カルシウム塩を沈殿させる。濾過した後、緑の水溶液は、次の組成を有する：D-エリトロース（４０％）及びグルコン酸（４５％）である。
【００６６】
上記の百分率は分析結果と一致している。合計値が１００になっていないのは、組成物の中に、グリセルアルデヒド（６％）及びアラビノース（２％）ができるからである。
【００６７】
これらの副産物は、蟻酸、二酸化炭素である。