JP2003503374A - マンニトールの調製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、フルクトースからマンニトールを製造する方法であって、それによりフルクトースの水素化がラネー銅触媒存在下で起こり、これを連続的操作で行う方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、フルクトースの水素化によるマンニトールの調製法に関する。水素
化はラネー銅触媒の存在下で起こり、連続的に行われる。

【０００２】 マンニトールは、例えば、錠剤製造において用いられ、また糖の代用品として
用いられる。

【０００３】 不均一銅触媒を用いた水素化によりフルクトースからマンニトールを調製する
方法はすでに開示されている。

【０００４】 例えば、シリカゲル上の銅などの担持型銅触媒は、１０重量％フルクトース水
溶液のバッチ式水素化において、６０〜６５％のマンニトール選択性を示す［Ｍ
．Ｍａｋｋｅｅ、Ａ．Ｐ．Ｇ．Ｋｉｅｂｏｏｍ、Ｈ．Ｂｅｋｋｕｍ、Ｃａｒｂｏ
ｈｙｄｒ．Ｒｅｓ．、１３８（１９８５）２２５］。

【０００５】 ＥＰ０００６３１３は、２０重量％フルクトース水溶液中のフルクトースの水
素化のために担持型銅触媒を用いている。フルクトースのバッチ式水素化におけ
る銅／ＳｉＯ₂触媒の使用により、マンニトールが６０〜６５％の収率で得られ
る。そのような触媒を数日間貯蔵するには、水素雰囲気下で貯蔵しなければなら
ない。

【０００６】 温度５０〜６０℃、水素圧５０〜６０ｂａｒで２０％フルクトース水溶液を用
いた、銅含有粉末構造触媒および担持型銅触媒を用いたＤ−フルクトースのマン
ニトールへのバッチ式水素化が文献に開示されている。マンニトールに対する選
択性は、様々な改変を加えた（例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂ、ＺｎまたはＣｒを添加
した）ラネー銅触媒で６０〜６５％である。ラネー触媒を用いて９７％までの変
換が達成される［Ｍ．Ｈｅｇｅｄｕｓ，Ｓ．Ｇｏｂｏｌｏｓ，Ｊ．Ｌ．Ｍａｒｇ
ｉｔｆａｌｖｉ、「不均一触媒作用とファインケミカルズＩＩＩ（Ｈｅｔｅｒｏ
ｇｅｎｅｏｕｓ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ
ＩＩＩ）」、Ｍ．Ｇｕｉｓｎｅｔ ｅｔ ａｌ．編、１９９３ Ｅｌｓｅｖｉ
ｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１８７−１９４；ＨＵ６０２３０］。

【０００７】 ＤＥ１９７２０４９６は、糖または糖混合物を糖アルコールまたは糖アルコー
ル混合物に水素化する方法であって、糖または糖混合物を水溶液中、高温および
水素による高圧下で、純粋なラネー金属およびラネー合金の混合物を含むコーテ
ィング触媒を用いて水素化するが、ただしコーティング触媒は、支持体として働
く実質的に触媒として不活性な核と触媒として活性なコーティングとを有する、
方法を記載している。バッチ式の方法において、重量比１００：１５の銅／アル
ミニウム合金（Ｃｕ：Ａｌが５０：５０重量％）および結合剤としての純粋な銅
からなる錠剤型の触媒を用い、９０℃、反応時間２２時間で、３０％フルクトー
ス水溶液を水素化し、９８．４％の変換が達成される。マンニトール６１．６重
量％、ソルビトール３６．２重量％、グルコース０．１２重量％、および他の副
生物０．５２重量％が生成する。

【０００８】 本発明の目的は、フルクトースからマンニトールを調製する方法であって、公
知の方法の欠点を回避するか、または少なくとも低減させ、特に短い反応時間に
高い変換率と少ない副生物生成でのフルクトースからマンニトールの調製を可能
にする方法を開発することであった。

【０００９】 驚くことに、この目的はフルクトースからマンニトールを調製する方法を、フ
ルクトースの水素化がラネー銅触媒存在下で起こるように実施し、連続的に行う
ときに達成されることが明らかとなった。

【００１０】 したがって、本発明は、フルクトースからマンニトールを調製する方法であっ
て、フルクトースの水素化がラネー銅触媒存在下で起こり、連続的に行うことを
特徴とする方法に関する。

【００１１】 本発明の方法は、特に、フルクトースからマンニトールの調製が、短い反応時
間に高い変換率と少ない副生物生成で行われるという事実により特徴付けられる
。

【００１２】 本発明は、フルクトースの還元すなわち水素化によってマンニトールを調製す
るための有利な方法を提供する。この方法において、フルクトース水溶液はラネ
ー銅触媒の固定床上を通過させる。

【００１３】 フルクトースは９０〜１００％の純度、好ましくは９５〜１００％の純度を有
する。この場合の主な不純物はグルコースである。本発明の方法に適したラネー
銅触媒は購入するか、または公知の方法によって調製することができる［例えば
、Ｍ．Ｈｅｇｅｄｕｓ，Ｓ．Ｇｏｂｏｌｏｓ，Ｊ．Ｌ．Ｍａｒｇｉｔｆａｌｖｉ
、「不均一触媒作用とファインケミカルズＩＩＩ（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ
Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＩＩＩ）」、
Ｍ．Ｇｕｉｓｎｅｔ ｅｔ ａｌ．編、１９９３ Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｐｕｂｌ
ｉｓｈｅｒｓ，１８７−１９４；ＨＵ６０２３０を参照］。

【００１４】 ラネー銅触媒は、銅／アルミニウム合金を粉砕し、篩にかけて求められる粒子
サイズとし、例えば２０〜８０℃で１０〜２０％水酸化ナトリウム水溶液処理を
して表面を活性化することにより調製する。これにより、ラネー合金の不活性な
核と、対応するラネー金属の活性な表面とからなるコーティング触媒が形成され
る。コーティングの厚さは触媒粒子の活性化の時間に応じて異なる。

【００１５】 本発明の方法に用いる触媒を調製するために、例えば純粋なラネー金属などの
ラネー銅合金の結合剤は使用しない。

【００１６】 本発明の方法に用いる触媒は、非常に妥当な費用で簡単に調製することができ
るという利点を有している。加えて、触媒は事前の還元によって実際の反応のた
めに活性化する必要がなく、水中で貯蔵すれば非常に安定である。

【００１７】 本発明の方法に用いる触媒には添加物を加えることができ、すなわち、銅／ア
ルミニウム合金は合計０．１〜２０重量％の、例えばホウ素、クロム、コバルト
、鉄、モリブデン、チタンまたは亜鉛などの他の元素を含むことができる。

【００１８】 反応は、例えば、かん液充填塔式反応装置で行うことができる。これは、触媒
床を充填した垂直の管状反応器を用い、糖水溶液を水素と並行して滴下または流
通させる。別法において、糖水溶液を触媒床、例えば気泡塔の一種に、底部から
水素と並行して流通させることもできる。

【００１９】 好ましい変法において、順に連結した複数の反応器、例えば順に連結した４つ
の反応器に温度勾配を設定する。この変法においては、今度は最初の反応器にお
ける水素化が比較的低い初期温度で起こり、続く反応器で残りの糖の水素化がよ
り高い温度で起こることが有利である。これにより、９９．８％を上まわる変換
率で、副生物の量を１重量％未満に維持することが可能である。

【００２０】 本発明の方法に適した反応温度は５０〜１８０℃の間である。本発明の方法は
９０〜１４０℃の反応温度で行うことが好ましい。

【００２１】 本発明の方法に適した水素圧は５０〜３００ｂａｒの間である。本発明の方法
は１５０〜２５０ｂａｒの水素圧で行うと有利である。本発明の方法は１６０〜
２００ｂａｒの水素圧で行うことが特に好ましい。

【００２２】 本発明の方法に適したフルクトースの水中濃度は１０〜７０重量％である。本
発明の方法は４０〜６０重量％のフルクトース水中濃度で行うことが好ましい。
本発明の方法は５０〜５５重量％のフルクトース水中濃度で行うことが特に好ま
しい。

【００２３】 本発明の方法を用いることによって達成することができる高い前駆体水溶液濃
度は、生成物溶液の後処理の際に除去する必要のある水分の量が少量であるとい
う利点を有する。これにより、より低い前駆体濃度を用いる方法に比べて、例え
ばエネルギーの消費を著しく低減することができる。

【００２４】 本発明の方法に適したフルクトースの水素に対する比率は、１モルのフルクト
ース：１モルの水素から１モルのフルクトース：１００モルの水素である。本発
明の方法は１モルのフルクトース：５モルの水素から１モルのフルクトース：４
０モルの水素のフルクトース対水素の比率で行うことが好ましい。

【００２５】 本発明の方法に適した空間速度（糖溶液の体積流量の触媒体積に対する比率）
は０．０１ｈ^-1から１０．０ｈ^-1のＬＨＳＶである。本発明の方法は０．０１ｈ ^-1 から１．０ｈ^-1のＬＨＳＶで行うことが好ましい。

【００２６】 本発明の方法はｐＨ３．０〜１２．０で行うことが好ましく、ｐＨ４．０〜６
．０で行うことが特に好ましい。

【００２７】 反応の進行および終了、ならびに反応生成物の分析は、例えばＨＰＬＣ、例え
ばカルシウムイオン交換カラムを備えた標準的ＨＰＬＣ装置を用いて行うことが
できる。

【００２８】 反応完了後、反応生成物を通常の方法によって単離する。本発明の目的のため
の「通常の後処理」とは下記を意味する： 反応混合物を高圧分離器中に回収し、消費された水素を置換した後、水素を再
循環させる。次いで、通常９０〜９５℃の温度の溶液を減圧する。熱時（６０℃
よりも高い温度で）ろ過して触媒残渣を除去し、次いで陰イオンおよび陽イオン
交換樹脂上で精製してイオン性不純物を除去する。

【００２９】 次いで、精製した水素化溶液からのマンニトールの単離を、母液からマンニト
ールを結晶化させることにより、または２つの主生成物であるマンニトールおよ
びソルビトールをクロマトグラフィで分離することにより行うことができる。

【００３０】 これ以上詳細に述べなくても、当業者であれば前述の説明を非常に広い範囲で
利用することができると予想される。したがって、好ましい実施形態は単に説明
のための開示であり、決して限定的なものではないと考えられるべきである。

【００３１】 本明細書において前述および後述されるすべての特許出願および出版物におけ
る全開示は、参照として本明細書に組み込まれる。

【００３２】 下記の実施例は本発明を例示するためのものである。しかし、これらは決して
限定的なものと考えられるべきではない。

【００３３】 （実施例） 市販のラネー銅固定床触媒（Ａｌ：３９．０％；Ｃｕ：６１．０％）を用いる
。不規則な形の粒子のサイズは約２×３ｍｍである。触媒床は約５０％の自由体
積を有し、みかけの密度は約１．７５ｇ／ｃｍ³である。

【００３４】 反応をモニターし、ＨＰＬＣで反応生成物を分析する。

【００３５】 実施例１ フルクトース溶液を１２０ｍｌの容積の水素化反応器内で連続固定床法で水素
化する。管状反応器は長さ２５ｃｍおよび内径２．５ｃｍ、垂直のステンレス鋼
の管からなる。穿孔された金属板が反応器の底部に位置し、水素化溶液および水
素を最上部から並行して供給する（かん液充填塔式反応装置）。

【００３６】 管状反応器は２４１．５ｇの（湿性）ラネー銅触媒を含む。管状反応器の容積
は１２０ｍｌで、フルクトース溶液（５０重量％水溶液）の流速は６０ｍｌ／ｈ
である（ＬＨＳＶ＝０．５ｈ^-1）。圧は１７０ｂａｒで、温度は１１０℃である
。流速７５リットル（ＳＴＰ）／ｈの水素流を適用する。用いるフルクトースの
純度は１００％である。ＨＰＬＣ分析の結果を表１に示す。

【００３７】 実施例２ 実施例１に記載の通りに反応を行う。しかし、純粋なフルクトース溶液の代わ
りに９６．０重量％のフルクトースからなる前駆体を用いる。ＨＰＬＣ分析の結
果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】 実施例２において、前駆体のグルコース分は水素化されてソルビトールになる
ため、マンニトールのソルビトールに対する比率は低下する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 Ｆｒａｎｋｆｕｒｔｅｒ Ｓｔｒ． 250， Ｄ−64293 Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｆｅｄ ｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅ ｒｍａｎｙ (72)発明者 モール、トーマス ドイツ連邦共和国 デー−64287 ダルム シュタット ザイタースヴェーク 11 (72)発明者 シュワルツ、ユーゲン ドイツ連邦共和国 デー−64625 ベンス ハイム ヴェセルシュトラーセ 16 (72)発明者 マケルト、ペーター−ヨハネス ドイツ連邦共和国 デー−63329 エゲル スバッハバーンシュトラーセ ４ Ｆターム(参考） 4H006 AA02 AC41 BA05 BA70 BB31 BC10 BC11 BC18 BC35 BE20 FE11 FG60 4H039 CA60 CB20

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フルクトースからマンニトールを調製する方法であって、フ
   ルクトースの水素化がラネー銅触媒存在下で起こり、連続的に行われることを特
   徴とする方法。
2. 【請求項２】 還元を水性媒質中で実施することを特徴とする、請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】 反応を５０〜１８０℃の反応温度で実施することを特徴とす
   る、請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
4. 【請求項４】 反応を５０〜３００ｂａｒの水素圧で実施することを特徴と
   する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 【請求項５】 フルクトースの水中濃度が１０〜７０重量％であることを特
   徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 【請求項６】 空間速度が０．０１ｈ^-1〜１０．０ｈ^-1のＬＨＳＶとなるこ
   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。