Способ получения сахаролозы

Изобретение относится к химии производных сахаров, конкретно, к усовершенствованному способу получения сахаролозыУстановлено, что сахароза, защищенная в положении 6, или сахароза сама по себе может взаимодействовать с тионилхлоридом и с таким основанием, как пиридин или алкилзамещенный пиридин, с хорошим выходом нужною хлорированного продукта при соблюдении определенных условий.Во-первых, количества тионилхлорида и пиридина должны быть равны приблизительно 1 молекулярному эквиваленту (МЭ) на каждую свободную оксигруппу в молекуле сахара. Таким образом, для 6-эфира сахарозы, имеющего 7 свободных оксигрупп (из которых З нужно прохлорировать), нужно использовать приблизительно 7 МЭ тионилхлорида и 7 МЭ пиридина. Аналогичным образом для рафинозы,имеющей 11 свободных оксигрупп (из которых 4 нужно прохлорировать), необходимо использовать около 11 МЭ тионилхлорида и 11 МЭ пиридина.На практике количества можно в некоторой степени варьировать. Как правило, для сахарозного производного, имеющего п свободных оксигрутш, желательно использовать 0,9-1,2 п МЭ тионилхлорида и 1-1,4 п МЭ пиридина, преимущественно 1-1,1 п МЭ тионилхлорида и 1-1,3 п МЭ пиридина.Еслииспользовать меньшие количества пиридина, то б-защищенные промежуточные соединения сахарозы полностью не растворяются, что затРУдНЯет первоначальное перемешивание смеси, и количество основания недостаточно для нейтрализации хлористого водорода, вьщеляющегося на первой стадии реакции. При использовании больших количеств пиридина нежелательные побочные реакции между тионилхлоридом и избытком пиридина приводят к образованию нежелательных побочных продуктов, которые трудно удалять.Во-вторых, реакцию нужно проводить в инертном растворителе, в котором хлорсульфит легко растворим, имеюппш средъпою полярность, напршиер имеющим диэлектрическую постоянную 5-15. Предпочтительны хлорированные углеводороды, такие как хлорированные этаны, причем особенно предпочтителен 1,1,2-трихлорэтан, поскольку он приводит к более короткому времени реакции (например 2 ч или меньше при нагревании при 112 С с обратным холодильником). 12-дихлорэтан кипит при более низкой температуре (кипячение с обратным холодильником при 83 С, времяРеакция успешно проводится постепенным прибавлением раствора производного сахарозы в пиридине к раствору тионилхлорида в химически инертном растворителе. Реакция первоначально протекает при более низкой температуре, например при 5 С и ниже, или,что более предпочтительно, при температуре,близкой к комнатной, затем следует период повышенной температуры, обычно при температуре кипения смеси с обратным холодильншсом, если реакцию проводят при атмосферном давлении (около 83 С для смеси 1,2-дихлорэтан/ггиридшт и 112 С для смеси 1,1,2-трихдторэтан/пиридин).Выше упоминалось использование в реакции пиридина или ашсилзамещенных пиридинов. УСТННОБЛСНО, ЧТО ВЗЖНО ИСПОЛЬЗОБЗТЬ ОрГЗНИческое основание. Основание необходимо для нейтрализации хлористого водорода, выделяющегося при первоначальной реакции тионилхлорида оксигруппами, которая, как считается,приводит к образованию первоначального хлорсульфита и хлористого водорода. При отсутствии основания хлористый водород вызывает разложение молекул б-замещенной сахарозы, которые относительно чувствительны к действию кислоты. Оказалось, что наиболее пригодно ароматическое основание. Пиридин и алкилзамещенные пиридины особенно пригодны, поскольку они являются хорошими растворителями для производных сахаров. Наиболее пригодны алкилзамещенные пиридины, З-пиколин и 4-пиколин и их смеси. На второй стадии реакции гидрохлорид основания действует как источник хлоридных ионов, замещающих первоначально образовавшиеся сульфитные и хлорсулъфитные группы.Таким образом, в соответствии с данным изобретением, предложен способ хлорирования сахарозы или ее производных, таких как 6 сложные или простые эфиры, например гликозильных производных, таких как рафиноза,включающий в себя реакцию с тионилхлоридом и азотным основанием при соотношении приблизительно 1 молярный эквивалент основания на каждый эквивалент свободных оксигрупп в сахарозе или ее производном проводимую в инертном, умеренно полярном растворителе. Способ по данному изобретению- это эффективный и селективный способ хлорирования б-сложных эфиров сахарозы, используемых при получении сахаролозы. Термин б-сложный эфир включает также сахарозные производные с б-сложноэфирной группой, а также со сложноэфирныъш группами в других положениях, например б,4-сложный эфир сахарозы.Представленные ниже примеры иллюстрируют изобретение (Мот, АшЬечШ, Каб Как ВиоНге и РКЕР-РАК являются торговыми названиями).-5 С. Смесь оставляют нагреваться до комнатной температуры, затем кипятят 1 ч при 83 С с обратным холодильником. Полное растворение всего осадка происходит при 45 С. Раствор кипятят с обратным холодильником 12 ч, затем концентрируют до полного объема. Концентрат прибавляют к холодной смеси 0,880 аммиака (20 мл) и метанола (20 мл) и нагревают 45 мин при 45 С. Раствор концентрируют до сиропа, который экстрагируют смесью бутанола (50 мл) и насыщенного водного раствора хлорида натрия (50 мл). Водный слой дополнительно экстрагируют бутаноном (50 мл). Соединенные органические фазы обеспечивают активированным углем (Ноги 6132),деионизуют ионообменной смолой Юноше ОМЕ(Н/ОН) и концентрируют до сухого остатка. Анализ остатка с помощью ЖХВД (С ИСПОЛЬзованием жидкостного хроматографа с детектором показателя преломления, снабженного 5 микронной колонкой 5 ее 1 Кезойге СШ, при элюировании смесью ацетонитрил вода 2872) показывает превращение 6 ацетата сахарозы в сахаролозу и 6 ацетат сахаролозы, вместе 72.Анализ б-ацетата сахарозы и расчет необходимого БОСЫ (см. таблицу).Раствор рафинозы (10 г, безводная) в пиридине (17 б мл, 11 МЭ) по каплям в течении 30 мин прибавляют к тионилхлориду ( 15,9 мл,11 МЭ) в 1,2-дихлорэтане (50 мл) при -5 С. Смесь оставляют нагреваться до комнатной температуры, затем кипятят 1 ч при 83 С с обратным холодильником. После кипячения с обратным холодильником в течение 9 ч раствор концентрируют до половины объема. Концентрат прибавляют к холодной смеси 0,880 аммиака (50 мл) и метанола (50 мл) и нагре 10вают 1 ч при 45 С. Раствор концентрируют до сиропа и экстрагируют смесью бутанона (75 мл) и насыщенного водного раствора хлорида натрия (75 мл). Водный слой дополнительно экстрагируют бутаноном (4 х 50 мл). Соединенные органические фазы обеспечивают активированным углем (Ыогйт СгВ 2) деионизируют ионообменной смолой Юноше ВМР (Н/ОН) и концентрируют до сухого остатка. Анализ остатка с помощью ЖХВД (с использованием жидкостного хроматографа с колонкой РКЕРРАК 500/С 18, элюируя смесью ацетонитрил вода 2080) показывает превращение рафинозы в тетрахлоррафинозу с выходм 58.Изменяют условия примера 2, заменяя 1,2 дихлорэтан на 1,1-трихлорэтан и проводя кипячение при 112 С в течении 1,5 ч. Продукт анацшзируют с помощью ЖХВД, как в при мере 2. Получают 60 превращение рафинозы в тетрахлоррафинозу.Пример 4. Получение пентаацетата сахаролозы (ТОБРА). .б-ацетат сахарозы (500 г, чистота около 80) растворяют в пиридина (920 мл, 8,2 МЭ) при 60 С, охлаждают до комнатной температуры и прибавляют к перемешиваемому раствору тионилхлорид (730 мл, 7,2 МЭ) в 1,1,2-трихлорэтане (ТСЕ) (2000 мл) в течение 90 мин, поддерживая температуру ниже 20 С. После прибавления реакционный раствор нагревают 2 ч до кипения при 112 С с обратным холодильником и выдерживают при кипении 90 мин. Затем смесь охлаждают до температуры ниже 20 С и затем прибавляют раствор аммиака (уд. вес 0,880, 2000 мл) в воде (1000 мл) в течение 75 мин, поддерживая температуру ниже 30 С. Затем смеси дают отстояться,отделяют нижнюю органическую фазу (около 3300 мл) и водную фазу (2700 мл) снова экстрагируют ТСЕ (500 мл). Соединенные экстракты концентрируются до сиропа при 55 С. Затем прибавляют уксусный альдегид (500 мл) и ацетат натрия (50 г) и смесь нагревают при 70 С 1 ч, после чего прибавляют толуол (200 мл). Затем смесь охлаждают приблизительно до 30 С и прибавляют воду (1000 мл).Проводят кристаллизацию при 5 С 2 ч и затем сырой ТОЗРА собирают, промывают толуолом (500 мл) и сушат (псевдоожиженный слой при комнатной температуре). Выход сырой около 610 г сухой около 420 г молярный выход 56. Анализ 82,4, с помощью ЖХВД, с использованием жидкостного хроматографа дснабженного колонкой Каб Как А(С 18) 5 мкм, элюирование смесью ацетонитришментошвода 334.Образец ТОБРА, полученный по примеру 4бавляют метилат натрия (0,5 г). Смесь перемешивают при комнатной температуре 1,5 ч под вакуумом. Результирующий раствор нейтрализуют, перемешивая со смолой АшЬетШ 1 КС 50 (Н) (7,5 г) , затем смолу удаляют фильтрованием и промывают метанолом (25 мл). Фильтрат и промывочную жидкость перемешивают с обесцвечивающим углем (2 г) и цеолитом (2 г) 15 мин, затем раствор делают прозрачным фильтрованием и концентрируют до пены под вакуумом. кристаллическую сахаролозу получают, помещая пену в этилацетат (100 мл), фильтруя, промывая этилацетатом (25 мл) и высушивая под вакуумом 12 ч при 40 С. Выход 23,1 г (94).Раствор б-бензоата сахарозы (10,0 г, 1,0 МЭ) в пиридине (1 б,3 мл, 9,00 МЭ) по каплям прибавляют к перемешиваемому охлажденному раствору тионилхлорида (12,3 мл, 7,50 МЭ) в Ад-трихлорэтане (80 мл) со скоростью,достаточной для поддержания ниже 10 С. Образуется белый осадок. Прибавление занимает 20 мин. Суспензтпо осторожно нагревают 1 ч до кипения с обратным холодильником. При температуре около 40 С все твердые частицы растворяются и получается оранжевый раствор. Смесь кипятят 2 ч с обратным холодильником (112 С) контролируя с помощью ТСХ(см. ниже). Смесь охлаждают до комнатной тештературы и раствор концентрироваштого гидроксида аммония (20 мл) в метаноле (20 мл) прибавляют медленно при охлаждении. Экзотермическая реакция повышает температуру до 60 С, и смесь перемешивают при этой температуре 1 ч. Прибавляют воду (40 мл), и после перемешивания 20 мин при б 0 С фазы разделяются. Органическую фазу концентрируют до сухого остатка и получают 12,9 г б-бензоата сахаролозы в виде коричневого твердого соединения, которое прямо превращают в сахаролозу (пример 7).Образец реакционной смеси (0,5 мл) прибавляют к 1,0 мл раствора, содержащего смесь концентрированный гидроксид аммонижметаноал 11, и смесь перемешивают 30 мин при 60 С. Образец (2 мл) наносят в виде пятна на силикагелевую ТСХ-пластинку и подвергают хроматографированию смесью дихлорметаи метанолуксусная кислота 2050,2. Проявляют УФ-светом, опрыскиванием 5 этанольнъш раствором серной кислоты и обжигом.Пример 7. Получение и выделение сахаролозы из сырого б-бензоата сахаролозы.Сырой б-бензоат сахаролозы (129 г, из примера 6) перемешивают с метанолом (100 мл), содержащим метилат натрия (0,40 г) при комнатной температуре. Через 1 ч образуется темНо-коритшевьй прозрагшый раствор, и через 2 ч реакция завершается по данным СХГ (силиКЗГЛЬ, ЭЛЮВНТ ДИХЛОРМВТЗНЕУКСУСНЗЯ КИСЛОТЭ 2050,2. рН доводят до 7,2 перемешиванием с 5,0 г ионообменной смолы АшЬегНт шсзо (но,смолу отфильтровывают и промывают метанолом. Фильтр обрабатывают порошком активированного угля (1,0 г), перемешивают 1 ч при комнатной температуре, фильтруют и промывают метанолом. Фильтрат концентрируют до коричневого масла (142 г).Масло подвергают З-стадттйной противотечной жидкостной экстракции этилацетатом (150 мл) и водой (250 мл). Менее полярные примеси экстрагируются этилацетатом, а сахаролоза И более полярные примеси - водной фазой. Водную фазу концентрируют под вакуумом до 25 мл, подвергают 4-стадийной противоточной экстракции 2-бутаноном (30 мл) и водой (10 мл). Ъбутаноновую фазу концентрируют до твердой сахаролозы, которую сушат под вакуумом. Выход 5,0 с г. Анализ 92,4 сахаролозы, менее 2 хлорированных углеводных примесей.Образец сахаролозы анализируют с помощью жидкостной хроматографии высокого давления(ЖХВД). Компоненты образца разделяют на обращеннофазовой, октадецилсилановой ЖХВД-колонке, с использованием смеси ацетонитртш/ вода 1288 в качестве подвижной фазы, с нарастанием градиента потока от 0,6 до 1,8 мл/мин. Детектор дифференциальный рефрактометр. Образец анализируют против ИЗВЕСТНОВ СЗХНРОЛОЗНОГО стандарта И стандартов 5 примесей для определения состава в мас..Раствор б-бенэоата сахарозы (10,0 г, 1,0 МЭ) в З-пиколине (17,6 мл, 8,00 МЭ) по каплям прибавляют к перемешиваемому охлажденному раствору тионилхлорида (12,3 мл, 7,50 МЭ) в 1,12 триклорэтане (40 мл) со скоростью,достаточной для поддержания температуры 202 С, получают бледно-желтый мутный раствор. Смесь медленно нагревают до температуры кипения (110 С) в течение 1 ч и еще 1 ч кипятят с обратным холодильником. Реакцию контролируют с помощью ТСХ (см. методику в примере 5).Смесь (около 70 мл) охлаЖдаЮТ до ЗОС,переносят в капельную воронку и по каплям при перемешивании прибавляют к насыщенному водному раствору аммиака (40 мл) при охлаждении. Прибавляют 10 мин, поддерживая температуру ниже 30 С. Смесь нагревают20 мин до 60 С, после чего фазы разделяют. Органическую фазу концентрируют до сухого остатка под вакуумом, получая 12,6 г сырого продукта, который, по данным ЭХВД, содержит 57,4 (э-бензоата сахаролозы (выход 63,3).Образцы сахаролозы анализируют с помощью жидкостной хроматографии высокого давления (ЖХВД). Компоненты образца разделяют на обращеннофазовой, октадецилсилановой ЖХВД-колонке, с градиентным элюированием от 24 метанола (7 б буфера 0,01 М К НРО с рН 7,5) до 69,5 метанола(40,5 буфера). Детектирование по поглощению УФ-света при 254 Нт. Образцы анализируют против стандартного 6-бензоата сахаролозы известного состава и чистоты для определения массового процентного состава. Хроматографическую чистоту рассчитывают также из общего хроматографического профиля пиков.Изучен профиль реакции при БОСЫ-ТОКпиколиновом хлорировании б-бензоата сахарозы. Реакцию проводят с использованием 50 г (10 МЭ) 66 ензоата сахарозы, 88,0 мл(8,0 МЭ) 3-пиколина, 60,6 мл (7,5 МЭ) 5 ОСЪ 2 и 200 мл ТСЕ в соответствии с основными принципами описанной выше методики. Аликвоты реакционной смеси отбирают ЧЕРЕЗ ОПРСДСЛСННЫС интервалы И анализируют с помощью ЖХВД на хлордезоксисахарозные производные. Было обнаружено, что образование б-бензоата сахаролозы (тосбена) достигает максимума через 1 ч кипячения с обратным холодильником при периоде повышения температуры 1 ч. Продолжение нагрева приводит к потере 6-бензоата сахаролозы и образованию других хлорированных продук тов. Пример 9. Хлорирование б-бензоата сахаро зы тионилхлоридом и пиридином в 1,1,2-трихлорэтане выделение 50 г кристаллического б-бензоата сахаролозы.б-бевзоат сахарозы (50,0 г, 1,0 МЭ) растворяют в пиридине (72,5 мл, 8,00 МЭ) при нагреве, раствор охлаждают до комнатной температуры и по каплям, при перемешивании и охлаждении ледяной водой, прибавляют в раствор тионилхлорида (б 0,6 мл, 7,50 МЭ) в 1,1,2-трихлорэтане (200, мл) со скоростью, достаточной для поддержания температуры 30 С. Прибавление занимает 17 мин. Результирующий оранжевый раствор линейно нагревают до 109 С в течение 40 мин, с выделением газа при 90 С. Смесь кипятят с обратным холодильником и затем охлаждают до 40 С.Смесь хлорирования (около 325 мл) переносят в капельную воронку п по каплям прибавляют к концентрированному водному аммиаку(190 мл), поддерживая температуру ниже 30 С охлаждением льдом прибавление занимает 40 МИН. двухфазную систему нагревают при 60 С 1 ч при энергичном перемешивании. Фазы раз деляют и водную фазу промывают 1,1,2-трих лорэтаном (25 мл). Соединенные органические фазы фильтруют для удаления суспендированных твердых частиц и концентрируют под вакуумом до пены. Выход 55,6 г, 58,3, с корректировкой на 6-бензоат сахарозы. Анализ 57,8 б-бензоата сахаролозы, 5,8 дихлорированною б-бенэоата сахарозы И 16,3 тетрахлорированного б-бензоата сахарозы.Част сырого продукта (25,0 г) растворяют в дихлорметане (100 мл) и при кипячении с обратным холодильником 30 мин обрабатывают активированным углем. Раствор фильтруют через слой цеолита, который промывают дихлорметаном (50 мл). Фильтрат концентрируют приблизительно до 80 мл и выпаривают 2 дня при комнатной температуре. Резулътирующис резиноподобные кристаллы суспендируют в холодном дихлорметане (40 мл), фильтруют,промывают дихлорметаном (20 мл) и сушат. Выход 8,62 г. Анализ 89,5 б-бензоата сакаролозы, 5,7 дихдторированнык б-бензоатов сахарозы.(308 мл, 8,50 МЭ) по каплям прибавляют к перемешиваемому охлажденному раствору тионилхлорида (24,6 мл, 7,50 МЭ) в 12-дихлорэтане (80 мл) в течение 20 мин, поддерживая температуру ниже 15 С. Получают густую белую пасту, которую оставляют на 15 мин нагреваться до комнатной температуры, и затем ОСТОРОЖНО нагревают ДО ХИЩЕНИЯ С обратным холодильником в течение 30 мин. Кипячение с обратным холодильником продолжают 13 ч,контролируя ход реакции методом ТСХ (см. методику в примере 5).Реакционную смесь охлаждают до 10 С и прибавляют 80 мл смеси концентрированный водный аммиахсметанол 11, поддерживая температуру ниже ЗОС. Смесь нагревают при 50 С 1 ч и затем прибавляют воду (40 мл). Фазы разделяют и водную фазу экстрагируют 1,2-дихлорэтаном при 50 С. Объединенные органические фазы экстрагируют водой (40 мл) и концентрируют до масла (З 10 г) под вакуумом.Масло превращают в сакаролозу деацшгированием в метанольном метилате натрия по стандартной методике и получают коричневую пену, содержащую 8,25 г сахаролозы с выходом 57,7 И, из б-бензоата сахарозы.