JP5267964B2 - Method for producing anhydrosugar - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単糖、少糖あるいはこれらの配糖体、多糖およびこれらの混合物の中から選ばれる少なくとも1種類の水溶性糖化合物を含む原料を、触媒などの添加物を一切加えることなく、糖化合物を含む水溶液だけを加熱し、水蒸気状態で反応させることを特徴とするアンヒドロ糖の製造方法に関する。 The present invention provides a raw material containing at least one water-soluble sugar compound selected from monosaccharides, oligosaccharides or glycosides thereof, polysaccharides and mixtures thereof without adding any additive such as a catalyst, The present invention relates to a method for producing an anhydrosugar characterized in that only an aqueous solution containing a sugar compound is heated and reacted in a water vapor state.
6単糖由来のアンヒドロ糖としては、それぞれグルコース、マンノース、ガラクトースなどの無水物であるレボグルコサン、マンノサン、ガラクトサンなど一般式(1)で示される1,6−アンヒドロヘキソピラノース、一般式(2)で示される1,6−アンヒドロヘキソフラノースなどがある。
リボース、キシロースなどペントース由来のアンヒドロ糖としては、一般式(3)で示される1,4−アンヒドロペントピラノース等が挙げられる。
Examples of anhydrosaccharide derived from 6 monosaccharides include 1,6-anhydrohexopyranose represented by the general formula (1) such as levoglucosan, mannosan, galactosan, etc., which are anhydrides such as glucose, mannose, galactose, and the general formula (2). 1,6-anhydrohexofuranose and the like.
Examples of the anhydrosugar derived from pentose such as ribose and xylose include 1,4-anhydropentopyranose represented by the general formula (3).
アンヒドロ糖は、生分解性を有するバイオプラスチック、バイオ接着剤などの化学原料、抗癌剤や抗HIV剤の原料、光学異性体分割剤、また、多分岐多糖を基盤物質とする糖由来の安全な医療材料など種々の機能性高分子材料として有用であることが知られ、様々な分野で注目されている。 Anhydro sugars are biodegradable bioplastics, chemical raw materials such as bioadhesives, raw materials for anticancer and anti-HIV agents, optical isomer resolution agents, and sugar-based safe medicines based on multi-branched polysaccharides. It is known to be useful as various functional polymer materials such as materials, and has attracted attention in various fields.
従来、レボグルコサンの製造方法としては、(1)セルロース成分を含む原料を有機溶媒と共に耐圧容器に入れ250〜350℃に加熱する熱分解法(特開平2−101093号公報;特許文献1)、(2)超臨界アセトンを耐圧容器に圧送しながらセルロースを250〜340℃で10時間かける熱分解法(J. Anal. Appl. Pyrolysis(1991), 19, 119〜129;非特許文献1)、(3)ヘキソースからなる多糖類を主として含む原料をスルホランとともに耐圧容器に入れ、300℃以上の温度で熱分解する方法(特開2003−342289号公報;特許文献2、J. Anal. Appl. Pyrolysis(2003), 70, 303〜313;非特許文献2)、および(4)セルロース成分にマイクロ波を照射するマイクロ波熱分解法(J. Wood Sci. (2001), 47, 502〜506;非特許文献3)が知られている。 Conventionally, as a method for producing levoglucosan, (1) a pyrolysis method in which a raw material containing a cellulose component is placed in a pressure vessel together with an organic solvent and heated to 250 to 350 ° C. (Japanese Patent Laid-Open No. 2-101093; Patent Document 1), ( 2) Pyrolysis method in which cellulose is stirred at 250 to 340 ° C. for 10 hours while pumping supercritical acetone into a pressure vessel (J. Anal. Appl. Pyrolysis (1991), 19, 119 to 129; Non-Patent Document 1), ( 3) A method in which a raw material mainly containing a polysaccharide consisting of hexose is placed in a pressure vessel together with sulfolane and thermally decomposed at a temperature of 300 ° C. or higher (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-342289; Patent Document 2, J. Anal. Appl. Pyrolysis ( 2003), 70, 303-313; Non-Patent Document 2), and (4) Microwave pyrolysis method in which microwave is applied to the cellulose component (J. Wood Sci. (2001), 47, 502-506; Non-patent) Document 3) is known.
しかし、これら従来のアンヒドロ糖の製造方法には、収率が低い、あるいは精製方法が確立されていない等の解決すべき課題が多々あり、実用化には至っていないのが現状である。従って、安全かつ簡便に、高収率でアンヒドロ糖が得られる製造方法の確立が望まれている。 However, these conventional methods for producing anhydrosugar have many problems to be solved such as a low yield or no established purification method, and are not yet put into practical use. Therefore, it is desired to establish a production method capable of obtaining anhydrosugar in a high yield with safety and simplicity.
本発明の課題は、単糖、単糖を構成成分として含む少糖あるいはこれらの配糖体、多糖などの原料化合物から、よりマイルドな条件で安全、簡便かつ高収率でアンヒドロ糖を製造する方法を提供することにある。 An object of the present invention is to produce an anhydro sugar in a safe, simple and high yield under milder conditions from a raw material compound such as a monosaccharide, a oligosaccharide containing a monosaccharide as a constituent component, or a glycoside or polysaccharide thereof. It is to provide a method.
本発明者らは、前記問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、単糖、少糖あるいはこれらの配糖体、多糖およびこれらの混合物の中から選ばれる少なくとも1種類の水溶性糖化合物を原料とし、触媒などの添加物を一切加えることなく、原料の水溶液だけを水蒸気状態で反応させることによりアンヒドロ糖が良好な収率で生成することを見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that at least one water-soluble sugar compound selected from monosaccharides, oligosaccharides or glycosides thereof, polysaccharides and mixtures thereof. As a raw material, it was found that anhydrosugar is produced in a good yield by reacting only an aqueous solution of the raw material in a water vapor state without adding any additives such as a catalyst.
すなわち、本発明は下記のアンヒドロ糖の製造方法を提供する。
[1]単糖、少糖あるいはこれらの配糖体、多糖およびこれらの混合物の中から選ばれる少なくとも1種類の水溶性糖化合物を含む原料の水溶液を加熱し、水蒸気状態で反応させることを特徴とする下記一般式(1)、一般式(2)および/または一般式(3)
[2]水溶性糖化合物が、グルコース、マンノース、ガラクトース、グロース、アロース、アルトロース、イドース、タロース、リボース、キシロース、アラビノース、及びリキソースから選ばれる単糖、スクロース、マルトース、イソマルトース、セロビオース、トレハロース、トレハルロース、パラチノース、ニゲロース、ラクトース、ラクチュロース、グリコシルスクロース、ラクトスクロース、パノース、ラフィノース、シクロデキストリン類およびその誘導体、分岐シクロデキストリン類、シクロデキストラン、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、セロオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マンノオリゴ糖、キシロオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、パラチノースオリゴ糖、ニゲロオリゴ糖、ゲンチオオリゴ糖及び大豆オリゴ糖から選ばれる少糖、および可溶性デンプン、プルラン、アラビアガム、デキストラン、デキストリンおよびグルコマンナンから選ばれる多糖から選ばれる少なくとも1種類の水溶性糖化合物である前記1に記載のアンヒドロ糖の製造方法。
[3]水溶性糖化合物を含む原料が、蜂蜜、糖蜜、廃糖蜜、水飴、黒糖製品及びメープルシロップから選択される前記1に記載のアンヒドロ糖の製造方法。
[4]加熱温度が100〜460℃の範囲である前記1に記載のアンヒドロ糖の製造方法。
[5]加熱した流通式反応器に水溶性糖化合物を含む原料の水溶液を連続的に供給して水蒸気状態で反応させ、反応混合物を冷却及び回収する前記1に記載のアンヒドロ糖を連続して製造する方法。
[6]予熱した原料水溶液を流通式反応器に供給する前記5に記載のアンヒドロ糖を連続して製造する方法。
That is, this invention provides the manufacturing method of the following anhydrosugar.
[1] A raw material aqueous solution containing at least one water-soluble sugar compound selected from monosaccharides, oligosaccharides or glycosides, polysaccharides and mixtures thereof is heated and reacted in a steam state. The following general formula (1), general formula (2) and / or general formula (3)
[2] Monosaccharide, sucrose, maltose, isomaltose, cellobiose, trehalose, wherein the water-soluble sugar compound is selected from glucose, mannose, galactose, growth, allose, altrose, idose, talose, ribose, xylose, arabinose, and lyxose , Trehalulose, palatinose, nigerose, lactose, lactulose, glycosyl sucrose, lactosucrose, panose, raffinose, cyclodextrins and derivatives thereof, branched cyclodextrins, cyclodextran, maltooligosaccharides, isomaltoligosaccharides, cellooligosaccharides, galactooligosaccharides, mannooligos Select from sugar, xylooligosaccharide, fructooligosaccharide, palatinose oligosaccharide, nigerooligosaccharide, gentiooligosaccharide and soybean oligosaccharide Oligosaccharides, and soluble starch, pullulan, gum arabic, dextran, dextrin and at least one method for producing anhydro sugars described in 1 a water-soluble sugar compound selected from a polysaccharide selected from glucomannan that.
[3] The process for producing an anhydrosugar as described in 1 above, wherein the raw material containing the water-soluble sugar compound is selected from honey, molasses, waste molasses, starch syrup, brown sugar product and maple syrup.
[4] The method for producing an anhydrosugar as described in 1 above, wherein the heating temperature is in the range of 100 to 460 ° C.
[5] An aqueous solution of a raw material containing a water-soluble saccharide compound is continuously supplied to a heated flow reactor and reacted in a steam state, and the reaction mixture is cooled and recovered. How to manufacture.
[6] The method for continuously producing the anhydrosugar as described in 5 above, wherein the preheated raw material aqueous solution is supplied to the flow reactor.
本発明によれば、二酸化炭素や低級炭化水素などの熱分解ガス、タールおよび炭化物などの生成が極めて少なく、原料の脱水反応や解重合反応によりアンヒドロ糖を簡便かつ高収率で得ることができる。低加圧下から軽い減圧下でも実施できるため製造装置を簡略化できるだけでなく、安全かつ簡便に操作することが可能である。
従って、生分解性を有するバイオプラスチック、バイオ接着剤などの化学原料、抗癌剤や抗HIV剤の原料、光学異性体分割剤、多分岐多糖を基盤物質とする糖由来の安全な医療材料など種々の機能性高分子材料として有用なアンヒドロ糖を安価に供給できる。
According to the present invention, the production of pyrolysis gases such as carbon dioxide and lower hydrocarbons, tars and carbides is extremely small, and anhydro sugar can be obtained easily and in high yield by dehydration reaction or depolymerization reaction of raw materials. . Since the present invention can be carried out from low pressure to light pressure reduction, not only the production apparatus can be simplified, but also it can be operated safely and easily.
Therefore, there are various chemical raw materials such as biodegradable bioplastics and bioadhesives, raw materials for anticancer agents and anti-HIV agents, optical isomer resolution agents, and safe medical materials derived from sugars based on multi-branched polysaccharides. Anhydro sugar useful as a functional polymer material can be supplied at low cost.
本発明では、単糖、少糖あるいはこれらの配糖体、多糖の中から少なくとも1種類の水溶性糖化合物を含む原料を、触媒などの添加物を一切加えることなく、糖化合物を含む水溶液だけを加熱し、水蒸気状態で反応させてアンヒドロ糖を生成させる。 In the present invention, only an aqueous solution containing a saccharide compound without adding any additive such as a catalyst to a raw material containing at least one water-soluble saccharide compound from monosaccharides, oligosaccharides or glycosides or polysaccharides thereof. Is heated and reacted in a steam state to produce anhydrosugar.
本発明におけるアンヒドロ糖とは、下記一般式(1)で示されるレボグルコサン、マンノサン、ガラクトサンなどの1,6−アンヒドロヘキソピラノース、下記一般式(2)で示される1,6−アンヒドロヘキソフラノース、および/または下記一般式(3)で示される1,4−アンヒドロペントピラノース等のアンヒドロ糖である。
本発明では、少なくとも1種類の水溶性糖化合物を原料とする。水溶性糖化合物は、水に可溶で、少なくとも分子中に単糖単位を含む限り、特に制限されない。水溶性糖化合物としては、水溶性の単糖、少糖あるいはこれらの配糖体、多糖が挙げられる。
単糖としては、例えばグルコース、マンノース、ガラクトース、グロース、アロース、アルトロース、イドース、タロース、リボース、キシロース、アラビノース、リキソース等が挙げられる。
少糖としては、前記単糖10個以下を構成成分として含むもの、例えばスクロース、マルトース、イソマルトース、セロビオース、トレハロース、トレハルロース、パラチノース、ニゲロース、ラクトース、ラクチュロース、グリコシルスクロース、ラクトスクロース、パノース、ラフィノース、シクロデキストリン類およびその誘導体、分岐シクロデキストリン類、シクロデキストラン、マルトオリゴ糖(グルコースがα−1,4結合した少糖の総称)、イソマルトオリゴ糖(グルコースがα−1,6結合した少糖の総称)、セロオリゴ糖(グルコースがβ−1,4結合した少糖の総称)、ガラクトオリゴ糖、マンノオリゴ糖、キシロオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、パラチノースオリゴ糖、ニゲロオリゴ糖、ゲンチオオリゴ糖及び大豆オリゴ糖など単糖が2〜10個結合した少糖類が挙げられる。
単糖または少糖の配糖体としては、フェニルグルコピラノシド類、アルブチン、カルミン酸、エスクリン、ヘリシン、フロリジン、サリシン、ストロファンチン、アミグダリン、グリシルリジン、ヘスペリジン、ルチン等が挙げられる。
多糖としては、可溶性デンプン、プルラン、アラビアガム、デキストラン、デキストリンおよびグルコマンナンなどが挙げられる。
中でもグルコース、マンノース、ガラクトース、スクロース、マルトース、イソマルトース、セロビオース、トレハロース、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、可溶性デンプンが特に好ましい。
In the present invention, at least one water-soluble sugar compound is used as a raw material. The water-soluble sugar compound is not particularly limited as long as it is soluble in water and contains at least a monosaccharide unit in the molecule. Examples of water-soluble saccharide compounds include water-soluble monosaccharides, oligosaccharides, glycosides thereof, and polysaccharides.
Examples of monosaccharides include glucose, mannose, galactose, growth, allose, altrose, idose, talose, ribose, xylose, arabinose, lyxose and the like.
As oligosaccharides, those containing 10 or less monosaccharides as constituents, such as sucrose, maltose, isomaltose, cellobiose, trehalose, trehalulose, palatinose, nigerose, lactose, lactulose, glycosyl sucrose, lactosucrose, panose, raffinose, Cyclodextrins and their derivatives, branched cyclodextrins, cyclodextran, maltooligosaccharides (generic name for oligosaccharides with glucose α-1,4-linked), isomaltooligosaccharides (generic name for oligosaccharides with glucose α-1,6-linked) ), Cellooligosaccharide (generic name for oligosaccharides with β-1,4-linked glucose), galactooligosaccharide, manno-oligosaccharide, xylo-oligosaccharide, fructooligosaccharide, palatinose oligosaccharide, nigerooligosaccharide, gentio-oligosaccharide and soybean oligo Such as monosaccharide include 2-10 linked oligosaccharides.
Examples of monosaccharide or oligosaccharide glycosides include phenylglucopyranosides, arbutin, carminic acid, esculin, helicin, phlorizin, salicin, strophanthin, amygdalin, glycyrrhizin, hesperidin, rutin and the like.
Examples of the polysaccharide include soluble starch, pullulan, gum arabic, dextran, dextrin and glucomannan.
Among these, glucose, mannose, galactose, sucrose, maltose, isomaltose, cellobiose, trehalose, maltooligosaccharide, isomaltoligosaccharide, and soluble starch are particularly preferable.
また、本発明で使用する少なくとも1種類の水溶性糖化合物を含む原料は、水溶性の単糖、少糖あるいはこれらの配糖体、多糖が含まれていれば特に限定されるものではなく、また、グアーガム、ローカストビーンガム、カラギーナン、ペクチン、アルギン酸など上記単糖を構成成分として含まない水溶性の多糖、ゼラチン、コラーゲンなどのタンパク質、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどの半合成高分子、さらに、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシビニルポリマーなど水溶性の合成高分子等が混在していてもよい。さらには、原料に水分あるいは触媒となり得る酸や塩基などが含まれていてもよい。 The raw material containing at least one water-soluble saccharide compound used in the present invention is not particularly limited as long as it contains water-soluble monosaccharides, oligosaccharides or glycosides or polysaccharides thereof, In addition, water-soluble polysaccharides that do not contain the above monosaccharides such as guar gum, locust bean gum, carrageenan, pectin, and alginic acid, proteins such as gelatin and collagen, semisynthetic polymers such as methylcellulose, hydroxyethylcellulose, and carboxymethylcellulose; Water-soluble synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone and carboxyvinyl polymer may be mixed. Furthermore, the raw material may contain water or an acid or base that can be a catalyst.
水溶性糖化合物を含む原料としては、蜂蜜、糖蜜、廃糖蜜、水飴、黒糖製品、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖など種々のオリゴ糖類、メープルシロップなどのシロップ類、ビートやサトウキビ、キャベツやジャガイモなどの野菜や根菜類、ブドウやミカンなどの果物、各種穀類、トウモロコシ、豆類の搾汁液などが挙げられる。さらに、酒類やジュースなど種々の飲料、ベーカリー製品、洋菓子、和菓子、ジャム、デザートなど、水溶性糖化合物を含む原料から構成される種々の飲食料品も適用できる。 Raw materials containing water-soluble sugar compounds include honey, molasses, molasses, starch syrup, brown sugar products, various oligosaccharides such as maltooligosaccharides and isomaltooligosaccharides, syrups such as maple syrup, beet and sugarcane, cabbage and potatoes Examples include vegetables and root vegetables, fruits such as grapes and mandarin oranges, various cereals, corn, and bean juice. Furthermore, various foods and beverages composed of raw materials containing a water-soluble sugar compound such as various beverages such as alcoholic beverages and juices, bakery products, Western confectionery, Japanese confectionery, jams and desserts can also be applied.
本発明のアンヒドロ糖の製造方法においては、水溶性糖化合物を原料に用い、糖化合物を含む水溶液だけを加熱し、水蒸気状態で反応させることを特徴とする。触媒などの添加物を一切加える必要がないため、反応混合物からの触媒の除去や残留する触媒のことなどを考慮する必要がない。 The method for producing an anhydrosugar of the present invention is characterized in that a water-soluble sugar compound is used as a raw material, and only an aqueous solution containing the sugar compound is heated and reacted in a water vapor state. Since it is not necessary to add any additive such as a catalyst, it is not necessary to consider removal of the catalyst from the reaction mixture or remaining catalyst.
本発明における原料の水溶液中の水溶性糖化合物の濃度は、特に限定されるものではないが、0.1〜10質量%の範囲が好ましい。 The concentration of the water-soluble sugar compound in the raw material aqueous solution in the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass.
本発明のアンヒドロ糖の製造方法において、水溶性糖化合物を含む水溶液を加熱し水蒸気状態にして行なう反応の条件として、反応時の圧力は、0.01MPa以上5MPa未満の範囲において好ましく実施でき、さらに好ましくは0.05〜2MPaであり、特に好ましくは大気圧(約0.1MPa)付近である。 In the method for producing an anhydrosugar of the present invention, the reaction can be carried out preferably under a pressure range of 0.01 MPa or more and less than 5 MPa as a reaction condition in which an aqueous solution containing a water-soluble sugar compound is heated to a steam state. Preferably it is 0.05-2 MPa, Most preferably, it is the atmospheric pressure (about 0.1 MPa) vicinity.
反応温度および加熱時間は、水溶性の糖類を含む原料および仕込み濃度等によっても異なるが、反応温度は、好ましくは100℃以上、より好ましくは140℃以上、さらに好ましくは200℃以上である。100℃より低い温度では脱水反応や解重合反応が十分に進行しない。反応温度の上限は特に制限はないが、温度が高くなればタールおよび炭化物の生成促進にもつながり目的物の分離精製が難しくなるほか、非経済的であるため、好ましくは460℃以下、より好ましくは400℃以下、さらに好ましくは320℃以下とする。 The reaction temperature and the heating time vary depending on the raw material containing water-soluble saccharides and the charged concentration, but the reaction temperature is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 140 ° C. or higher, and further preferably 200 ° C. or higher. At a temperature lower than 100 ° C., the dehydration reaction or depolymerization reaction does not proceed sufficiently. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but if the temperature is increased, the production of tar and carbide is promoted, and separation and purification of the target product becomes difficult, and it is uneconomical. Is 400 ° C. or lower, more preferably 320 ° C. or lower.
反応時間は、水蒸気状態の水に水溶性の糖類がさらされる時間であり、反応温度、水溶性の糖類を含む原料および仕込み濃度等により異なるが、5秒以下で行う。好ましくは0.01〜0.5秒程度である。反応時間が短すぎると未反応の原料が多く残り、長すぎると原料及び生成したアンヒドロ糖の過分解反応あるいは重合反応が進行し、目的物の収率は低下する。
反応時間の調整は、例えば反応器に送り込む水溶液の量により行なうことができる。
The reaction time is the time during which the water-soluble saccharide is exposed to water in a water vapor state, and varies depending on the reaction temperature, the raw material containing the water-soluble saccharide, the charged concentration, etc. Preferably, it is about 0.01 to 0.5 seconds. If the reaction time is too short, a large amount of unreacted raw material remains. If the reaction time is too long, the raw material and the produced anhydrosugar undergo a hyperdecomposition reaction or a polymerization reaction, and the yield of the target product decreases.
The reaction time can be adjusted, for example, by the amount of the aqueous solution fed into the reactor.
本発明の方法で使用する反応装置は、上記の条件で反応できるものであれば特に限定されるものではないが、流通式反応器を用い、この流通式反応器に上記の水溶性糖類を含む原料を連続的に供給するのが好ましい。本発明の反応は大気圧下でも実施できるため、耐圧容器の必要はなく、反応温度に耐えうるものであればよい。 The reaction apparatus used in the method of the present invention is not particularly limited as long as it can be reacted under the above-mentioned conditions, but a flow reactor is used, and the water-soluble saccharide is contained in the flow reactor. It is preferable to supply the raw material continuously. Since the reaction of the present invention can be carried out even under atmospheric pressure, there is no need for a pressure vessel, and any material that can withstand the reaction temperature may be used.
流通式反応器を含む反応装置としては、例えば図1に概略を示すものが使用できる。
図示する装置は原料水溶液を収容するタンク(1)、反応器(3)、冷却器(8)及び回収器(10)が接続されてなる。原料タンク(1)と反応器(3)の間にはポンプ(2)が設けられ、ポンプ(2)により所定量の原料水溶液が反応器(3)に連続的に導入される。反応器(3)には熱電対(6、7)及びヒーター(4、5)が設けられており、熱電対から得られる反応器内温度情報に基づきヒーター出力を制御し、反応器内を所定の温度に調整する。反応器(3)を経た反応混合物は、冷却器(8)で冷却し、回収器(10)において回収する。冷却器(8)としては、例えば冷却液が流れる熱交換器が使用できる。ポンプ(2)と反応器(3)の間の流路には原料水溶液を予熱するための予熱器(11)を設けてもよい。この予熱器により原料水溶液を100℃未満に予熱することで、反応器(3)の中での温度のムラをなくすことができ、より均一な反応条件とすることが可能となる。予熱温度は80℃以上が好ましく、90℃以上がさらに好ましい。また、加圧下にて反応を行なう場合には、冷却器(8)と回収器(10)の間に圧力調整弁(9)を設けることができ、減圧下にて行う場合には回収器(10)の後にポンプを設けることができる(図示せず)。
As a reaction apparatus including a flow reactor, for example, the one shown schematically in FIG. 1 can be used.
In the illustrated apparatus, a tank (1) containing a raw material aqueous solution, a reactor (3), a cooler (8) and a recovery device (10) are connected. A pump (2) is provided between the raw material tank (1) and the reactor (3), and a predetermined amount of raw material aqueous solution is continuously introduced into the reactor (3) by the pump (2). The reactor (3) is provided with thermocouples (6, 7) and heaters (4, 5), and the heater output is controlled based on the temperature information in the reactor obtained from the thermocouple, and the reactor interior is predetermined. Adjust to the temperature of. The reaction mixture that has passed through the reactor (3) is cooled by the cooler (8) and recovered by the recovery device (10). As the cooler (8), for example, a heat exchanger through which a coolant flows can be used. A preheater (11) for preheating the raw material aqueous solution may be provided in the flow path between the pump (2) and the reactor (3). By preheating the aqueous raw material solution to less than 100 ° C. with this preheater, temperature unevenness in the reactor (3) can be eliminated, and more uniform reaction conditions can be achieved. The preheating temperature is preferably 80 ° C. or higher, and more preferably 90 ° C. or higher. When the reaction is performed under pressure, a pressure regulating valve (9) can be provided between the cooler (8) and the recovery device (10). When the reaction is performed under reduced pressure, the recovery device ( A pump can be provided after 10) (not shown).
本発明の製造方法によれば、反応温度、反応時間、圧力、原料、仕込み濃度などの反応条件を適切に選択することにより、アンヒドロ糖を50%以上の高収率で得ることができる。 According to the production method of the present invention, an anhydro sugar can be obtained in a high yield of 50% or more by appropriately selecting reaction conditions such as reaction temperature, reaction time, pressure, raw material, and charged concentration.
本発明の製造方法で生成するアンヒドロ糖の単離・精製は、特に限定されないが、例えば、反応混合物から水分を除去した後、反応混合物を直接シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて分画し、アンヒドロ糖の溶出画分から溶出溶媒を留去することにより精製できる。反応混合物から水分を除去するためには、凍結乾燥あるいはエバポレータによる減圧濃縮で容易に行うことができる。シリカゲルカラムクロマトグラフィーに用いる溶出溶媒としては、酢酸エチル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が好ましく、これらを適宜混合させて極性を調整し、目的とするアンヒドロ糖を溶出させて分離する。例えば、酢酸エチル/メタノール混合溶媒(20/1→10/1)でアンヒドロ糖を溶出させ、溶出画分から溶出溶媒を留去することによりアンヒドロ糖が得られる。 The isolation / purification of the anhydrosugar produced by the production method of the present invention is not particularly limited. For example, after removing water from the reaction mixture, the reaction mixture is directly fractionated by silica gel column chromatography, The elution fraction can be purified by distilling off the elution solvent. In order to remove water from the reaction mixture, it can be easily carried out by freeze-drying or concentration under reduced pressure by an evaporator. As an elution solvent used for silica gel column chromatography, ethyl acetate, methanol, ethanol, isopropyl alcohol and the like are preferable. These are mixed as appropriate to adjust the polarity, and the target anhydrosugar is eluted and separated. For example, anhydrosugar is obtained by eluting the anhydrosugar with a mixed solvent of ethyl acetate / methanol (20/1 → 10/1) and distilling off the elution solvent from the eluted fraction.
以下、本発明を実施例により詳述するが、下記の実施例に限定されるものではない。なお、アンヒドロ糖の製造装置は図1に示す装置を用いた。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example explains this invention in full detail, it is not limited to the following Example. In addition, the apparatus shown in FIG. 1 was used for the manufacturing apparatus of anhydro sugar.
実施例1〜11:
原料としてグルコース、スクロースおよびフジオリゴ#450P(マルトオリゴ糖:グルコース1.0%、マルトース7.8%、マルトトリオース10.2%、マルトテトラオース50.5%、マルトペンタオース2.5%、グルコース単位6個以上の糖類28.0%)を用い、その水溶液を大気圧(0.1MPa)および低い加圧下に表1に示す条件下で反応させた。反応時間は、実施例1〜4および実施例8〜11は0.13〜0.15秒、実施例5〜7は0.27〜0.30秒とした。反応生成物の分析は、GPC分析(カラム:昭和電工(株)KS−801、検出器:示差屈折計)にて行った。
Examples 1-11:
Glucose, sucrose and Fujioligo # 450P as raw materials (malto-oligosaccharide: glucose 1.0%, maltose 7.8%, maltotriose 10.2%, maltotetraose 50.5%, maltopentaose 2.5%, sugars with 6 or more glucose units 28.0%) The aqueous solution was reacted under the conditions shown in Table 1 under atmospheric pressure (0.1 MPa) and low pressure. The reaction time was 0.13 to 0.15 seconds for Examples 1 to 4 and Examples 8 to 11, and 0.27 to 0.30 seconds for Examples 5 to 7. The reaction product was analyzed by GPC analysis (column: Showa Denko KS-801, detector: differential refractometer).
表1から、水蒸気中でグルコース、グルコースを構成成分として含むスクロースおよびマルトオリゴ糖を加熱することにより、グルコース分子が分子内で脱水反応を受けたりオリゴ糖が解重合反応を受け、アンヒドロ糖、すなわち、レボグルコサンおよび1,6−アンヒドログルコフラノースが高収率で製造できることがわかる。
特に1,6−アンヒドログルコフラノースは、従来の熱分解による方法ではほとんど得られていないが、本発明の方法を用いることで高い収率で得ることができる。
From Table 1, by heating glucose, sucrose containing glucose as a component and maltooligosaccharide in water vapor, the glucose molecule undergoes a dehydration reaction in the molecule or the oligosaccharide undergoes a depolymerization reaction, and an anhydro sugar, It can be seen that levoglucosan and 1,6-anhydroglucofuranose can be produced in high yield.
In particular, 1,6-anhydroglucofuranose is hardly obtained by the conventional thermal decomposition method, but can be obtained in a high yield by using the method of the present invention.
実施例12:
マンノース水溶液(0.4質量%)を原料として用い、大気圧下に反応温度260℃、反応時間0.13秒で反応させた。反応生成物のGPC分析により、アンヒドロ糖、すなわち、マンノサンおよび1,6−アンヒドロマンノフラノースをそれぞれ53%および19%の収率で得た。
Example 12:
A mannose aqueous solution (0.4% by mass) was used as a raw material, and the reaction was carried out under atmospheric pressure at a reaction temperature of 260 ° C. and a reaction time of 0.13 seconds. GPC analysis of the reaction product gave anhydrosugars, ie mannosan and 1,6-anhydromannofuranose, in 53% and 19% yields, respectively.
実施例13:
ガラクトース水溶液(0.4質量%)を原料として用い、大気圧下に反応温度260℃、反応時間0.13秒で反応させた。反応生成物のGC分析(カラム:(株)島津製作所CBP10-S25-050、検出器:水素炎イオン化検出器)により、アンヒドロ糖、すなわち、ガラクトサンおよび1,6−アンヒドロガラクトフラノースをそれぞれ59%および36%の収率で得た。
Example 13:
An aqueous galactose solution (0.4% by mass) was used as a raw material, and the reaction was carried out at atmospheric pressure with a reaction temperature of 260 ° C. and a reaction time of 0.13 seconds. According to GC analysis of the reaction product (column: Shimadzu Corporation CBP10-S25-050, detector: flame ionization detector), 59% each of anhydrosugars, ie, galactosan and 1,6-anhydrogalactofuranose And a yield of 36%.
実施例14:
実施例11で得た反応混合物180mLを水温40℃以下で減圧濃縮し、粗反応生成物1460mgを得た。この粗反応生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した(シリカゲル、30mL)。酢酸エチル/メタノール混合溶媒(20/1→10/1)でアンヒドロ糖(レボグルコサンをおよび1,6−アンヒドログルコフラノース)を溶出させた。溶出溶媒を減圧留去することによりアンヒドロ糖を1050mg得た(収率65%)。このアンヒドロ糖をイソプロピルアルコール/酢酸エチル混合溶媒から再結晶することによりレボグルコサンの結晶を820mg(収率51%)、母液220mg(レボグルコサン/1,6−アンヒドログルコフラノース=1/2、収率14%)を得た。
Example 14:
180 mL of the reaction mixture obtained in Example 11 was concentrated under reduced pressure at a water temperature of 40 ° C. or lower to obtain 1460 mg of a crude reaction product. The crude reaction product was purified by silica gel column chromatography (silica gel, 30 mL). Anhydro sugars (levoglucosan and 1,6-anhydroglucofuranose) were eluted with a mixed solvent of ethyl acetate / methanol (20/1 → 10/1). The elution solvent was distilled off under reduced pressure to obtain 1050 mg of anhydrosugar (yield 65%). By recrystallizing this anhydrosugar from a mixed solvent of isopropyl alcohol / ethyl acetate, 820 mg (yield 51%) of crystals of levoglucosan and 220 mg of mother liquor (levoglucosan / 1,6-anhydroglucofuranose = 1/2, yield 14) %).
従って、本発明により、生分解性を有するバイオプラスチック、バイオ接着剤などの化学原料、抗癌剤や抗HIV剤の原料、光学異性体分割剤、多分岐多糖を基盤物質とする糖由来の安全な医療材料など種々の機能性高分子材料として有用なアンヒドロ糖を安価に供給できる。 Therefore, according to the present invention, a biodegradable bioplastic, a chemical raw material such as a bioadhesive, a raw material for an anticancer agent or an anti-HIV agent, an optical isomer resolving agent, and a sugar-derived safe medicine based on a multibranched polysaccharide Anhydro sugar useful as various functional polymer materials such as materials can be supplied at low cost.
1 原料(水溶液)タンク
2 ポンプ
3 反応器
4,5 ヒーター
6,7 熱電対
8 冷却器
9 圧力調整弁
10 回収器
11 予熱器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material (aqueous solution) tank 2 Pump 3 Reactor 4, 5 Heater 6, 7 Thermocouple 8 Cooler 9
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