一種利用生物質糖制備D?赤蘚糖的方法技術

本發明專利技術屬于生物質轉化技術和手性合成技術領域，具體為一種利用生物質糖制備D?赤蘚糖的方法。本發明專利技術以生物質糖類作為原料，在水相條件堿性環境下催化得到D?赤蘚糖。本發明專利技術方法可適用原料糖種類多，糖初始濃度范圍廣，加熱方式靈活，催化劑堿度范圍寬、單一手性等特性，操作簡便，設備簡單，節約能源，后處理方便，轉化率和選擇性都很高。由于D?赤蘚糖目前被認為是一種重要的平臺化合物之一，可以通過手性轉化和非手性轉化得到一系列應用范圍廣的產品，也可作為精細化工，制藥的中間體，具有巨大的經濟價值和廣闊的應用前景。因此本發明專利技術高效的從生物質糖制備大量D?赤蘚糖的方法有望實現大規模工業化生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物質技術與手性合成領域，具體涉及一種備D-赤蘚糖的方法。
技術介紹
D-赤蘚糖是一種帶有還原性醛基的四碳糖，含有兩個相鄰的手性碳原子，自然界尚未發現游離的赤蘚糖，一般由D-阿拉伯糖酸鈣經氧化制得。D-赤蘚糖-4-磷酸酯是碳水化合物酶促轉化的中間體。D-赤蘚糖含有兩個相鄰的手性碳原子的有機化合物，如相當于赤蘚糖的手性碳原子的構型，則稱該化合物為赤構型。手性是生命過程的基本特征，構成生命體的有機分子絕大多數都是手性分子。人們使用的藥物絕大多數具有手性，被稱為手性藥物。手性藥物的“鏡像”稱為它的對映體，兩者之間在藥力、毒性等方面往往存在差別，有的甚至作用相反。20世紀60年代一種稱為反應停的手性藥物(一種孕婦使用的鎮定劑，已被禁用)上市后導致1.2萬名嬰兒的生理缺陷，因為反應停的對映體具有致畸性。因此，能夠獨立地獲得手性分子的兩種不同鏡像形態極為重要。在近年來興起的生物質研宄熱潮中，赤蘚糖由于其獨特的手性和廣泛的應用范圍，被認為是這場可持續綠色能源開發中最有潛力的平臺化合物。從非手性轉化角度來說，赤蘚糖可以轉化成赤蘚糖醇，酒石酸等；從手性轉化角度來說，其在藥物合成領域大有作為。但是，根據文獻研宄，其合成方法一直沒有得到突破。目前，傳統的制備赤蘚糖就是從葡萄糖酸鈉出發，在攪拌及一定的溫度條件下，以六水氯化鈷為催化劑，通過雙氧水氧化制備赤蘚糖。然而，這樣的制備方法中，催化劑六水氯化鈷中含有重金屬，會對環境造成一定污染，雙氧水的使用對合成設備的要求較高。總而言之，如果能有效地避開這些缺點，還能在原料上有新的突破和改進的話，對于赤蘚糖的后續應用會起到至關重要的作用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種簡單易控、經濟合理的從生物質糖類水相高效制備D-赤蘚糖的方法。本專利技術提出的D-赤蘚糖的制備方法，具體步驟如下: (1)配置結構穩定劑溶液； (2)將糖類溶解于上述溶液中； (3)在上述體系中選擇性加入堿性催化劑； (4)將上述反應液放置在油浴、烘箱或微波反應器中反應，溫度100~180°C; (5)將上述反應液通過高效液相色譜制備柱分離，即得到D-赤蘚糖。步驟(I)中，所述的結構穩定劑，可以是硼砂，還可以是硼酸、其他可在水中生成B(OH)4-的含硼化合物以及丙酮等能跟葡萄糖上的兩個羥基形成五元環或者六元環的物質；結構穩定劑濃度在0.1-2.5摩爾/升，pH在7-14。步驟(2)中，所述糖類可以為五碳糖、六碳糖、二糖或其他多糖；糖的濃度lwt%~50wt%o步驟(3)中，所述堿性催化劑中，均相堿性催化劑可為磷酸鹽、磷酸氫鹽、氫氧化鈉或者其他能使溶液PH在9-14之間的堿性物質，固相堿性催化劑可為水滑石等。步驟⑷中，反應時間:微波輻射為I分鐘-3小時，油浴或烘箱加熱時間為1-12小時。步驟(5)中，高效液相色譜制備柱的分離條件是:柱溫38_45°C，流動相濃度0.4-0.6毫摩爾稀硫酸。優選柱溫40°C，流動相濃度0.5毫摩爾稀硫酸。本專利技術方法制備D-赤蘚糖方法適用于多種糖源，溶液可大量，濃度范圍寬。整個過程一步進行，流程簡單。反應催化劑選擇范圍寬，常用的均相催化的堿性溶液都可以，對堿度的要求較溫和，因此對設備的腐蝕也相對較小。產物組成的分布非常窄，基本無其他副產物。本專利技術方法產率很高，達到78.5% (10wt%葡萄糖)和46.9% (10wt%果糖)以上，即使從五碳糖木糖開始，D-赤蘚糖的產率也有35.8%。因此可以設想將生物質利用的過程整合起來，從木質纖維素出發，經過有效水解得到葡萄糖、果糖和木糖，然后應用此堿性催化體系，有良好的應用和產業化前景。通過本專利技術方法制備D-赤蘚糖具有可適用原料糖種類多，糖初始濃度范圍廣，加熱方式靈活，催化劑堿度范圍寬、單一手性等特性，操作簡便，設備簡單，節約能源，后處理方便，轉化率和選擇性都很高。由于D-赤蘚糖目前被認為是一種可以從生物質出發得到且具有手性的重要的平臺化合物之一，可以通過手性轉化和非手性轉化得到一系列應用范圍廣的產品，也可作為精細化工，制藥的中間體，具有巨大的經濟價值和廣闊的應用前景，因此這種簡單高效的從生物質糖制備大量D-赤蘚糖的方法有望實現其大規模工業化生產。【附圖說明】圖1堿性催化劑催化葡萄糖轉化成D-赤蘚糖的路線圖。圖2水相葡萄糖硼砂堿性溶液催化產物高效液相色譜峰圖(反應前)。圖3水相葡萄糖硼砂堿性溶液催化產物高效液相色譜峰圖(反應后)。【具體實施方式】實施例1 將I克葡萄糖(10wt%)溶解于9克I摩爾/升磷酸鈉/磷酸氫二鈉，然后按硼砂/葡萄糖的摩爾比等于3/2加入硼砂，微波輻射40分鐘，反應溫度180°C。實施例2 用與實施例1類似的方法進行實驗，但將磷酸鈉/磷酸氫二鈉濃度改稱0.5摩爾/升。實施例3 用與實施例1類似的方法進行實驗，但在體系中加入的硼砂/葡萄糖摩爾比=1/2。實施例4 用與實施例1類似的方法進行實驗，但在體系中加入的硼砂/葡萄糖摩爾比=5/2ο實施例5 用與實施例1類似的方法進行實驗，但將葡萄糖質量分數改稱20wt%。實施例6 用與實施例1相同的方法進行實驗，但將溫度替換為140°C。實施例7 用與實施例6相同的方法進行實驗，但將微波輻射時間改為90分鐘。實施例8 用與實施例1相同的方法進行實驗，但將微波輻射替換為烘箱加熱4小時。實施例9 用與實施例1類似的方法進行實驗，但把葡萄糖換成果糖。實施例10 用與實施例9類似的方法進行實驗，但把溫度換為160°C。實施例11 用與實施例9類似的方法進行實驗，但把溫度換為130°C。實施例12 用與實施例9類似的方法進行實驗，但將反應時間換為20分鐘。實施例13 用與實施例1類似的方法進行實驗，但把葡萄糖換成木糖。實施例14 用與實施例13類似的方法進行實驗，但把溫度換為120°C。實施例15 用與實施例1類似的方法進行實驗，但把均相催化劑替換成固相堿性催化劑，如水滑石O上述反應產物分布，糖類剩余濃度和D-赤蘚糖生成濃度均在島津高效液相色譜儀上測試，并根據公式計算糖類轉化率和D-赤蘚糖選擇性: 產物得率=產物濃度/初始糖濃度*100% ； 糖轉化率=(1-糖濃度/初始糖濃度)*100% ； 產物選擇性=產物得率/糖轉化率*100%。例I中對10wt%的葡萄糖溶液，在磷酸鈉和硼砂的催化下，140°C微波輻射60分鐘使葡萄糖在水相轉化87%，D-赤蘚糖選擇性在90%，伴隨有少量乙酸生成。例2，3，4都是調節堿性至最佳值以得到最高產率和選擇性的D-赤蘚糖。例5提高原料葡萄糖的濃度后，得到的效果也非常好，而且該濃度還可繼續提高。例6，7把溫度降低后，赤蘚糖產率跟例I相比有顯著差異，可見該反應對溫度十分敏感，相應的反應速度變慢，反應時間也要延長。例8烘箱加熱也得到D-赤蘚糖，而且沒有攪拌，效果較差，。例9，10，11，12中將原料換成果糖，也能生成相當量的D-赤蘚糖，其中例9的產率為46.9%，根據反羥醛縮合的機理，果糖只有在堿性條件下異構化為葡萄糖后才能生成赤蘚糖。例10，11，12是為了獲得最佳反應條件。例13，14中將原料換成果糖，也能生成少量的D-赤蘚糖，其中例13的赤蘚糖產率為35.8%。各種糖的結構不同，所對應的最佳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用生物質糖制備D?赤蘚糖的方法，其特征在于具體步驟如下：?(1)?配置結構穩定劑溶液；?(2)?將糖類溶解于上述溶液中；?(3)?在上述體系中選擇性加入堿性催化劑；?(4)?將上述反應液放置在油浴、烘箱或微波反應器中反應，溫度100~180℃；?(5)?將上述反應液通過高效液相色譜制備柱分離，即得到D?赤蘚糖。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張亞紅，郭肖，唐頤，林少穎，秦愷，汪偉文，張斌，宋坤山，阿熱帕提·阿扎提，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：上海;31