Spôsob prípravy D-sedoheptulózy

(22) Dátum podania prihlášky 18. 1. 1999(24) Dátum nadobudnutia (51) 1 m- c účinkov patentu 3. l. 2005 Vestník UPV SR č. 1/2005 C 07 H 3/02(31) Číslo prioritnej prihlášky B 0113 15/04(32) Dátum podania prioritnej prihlášky C 0713 37/08 ÚRAD (33) Krajina alebo regionálna pRIEMySELNÉHO organizácia priority VLASTNÍCTVA (40) Dátum zverejnenia prihlášky 14. 8. 2000 SLOVENSKEJ REPUBLIKY Vestník ÚPV SR č. 08/2000(47) Dátum sprístupnenia patentu verejnosti 27. 12. 2004(62) Číslo pôvodnej prihlášky v prípade vylúčenej prihlášky(86) Číslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCT(87) Číslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCT(73) Majiteľ Chemický ústav SAV, Bratislava, SK(54) Názov Spôsob prípravy D-sedoheptulózyD-Sedoheptulóza (D-altro-heptulóza) sa pripraví z východiskovej 2,3 5,ó-di-O-izopropylidén-D-alofuranózy, na ktorú sa v prvom stupni pôsobí vodným roztokom fomialdehydu za prítomnosti uhličitanu draselného v metanolickom prostredí, čim sa získa 2,3 z ió-di-O-impropylidén-Z-C-(hydroxymetyD-D-alóza, ktorá sa po ízolácii v druhom stupni hydrolyzuje zahrievaním vo vodnom kyslom prostredí. Vzníknutá 2-C-(hydroxymetyl)-D-alóza sa ízoluje z reakčnej zmesi. V treťom stupni prebieha izomerizačná reakcia katalyzovaná molybdénanovými iónmi. 2-C-(HydroxymetyD-D-alóza sa v 0,1 až 0,5 hmotn. vodných roztokoch kyseliny molybdénovej pri teplote 80 až 90 °C, počas 36 až 70 hodín izomerizuje do vytvorenia rovnovážnej zmesi D-sedoheptulózy a Z-C-(hydroxymetyb-D-alózy 12 l,z ktorej sa izoluje D-sedoheptulóza jednoduchým Chromatografickým delením na kolóne silno kyslého katexu v hárnatej forme elúciou vodou. Vo štvrtom stupni sa D-sedoheptulóza prevedie účinkom zriedenej kyseliny sírovej na kryštalický monohydrát D-sedoheptulózanu. Spôsob má použitie v sacharidovej chémii na výhodné získavanie D-sedoheptulózy formou katalyzovanej chemickej premeny z pomerne ľahko dostupnej 2-C-(hydroxymetyl)-D-alózy. Uľahčuje výrobu vzácnych sacharidov vzhľadom na ľahko dostupnú surovinu, nenáročnost použitých zariadení, vysokú výťažnost a čistotu konečného produktu.Vynález sa týka spôsobu prípravy D-sedoheptulózy (D-altro-heptulózy), z 2,3 5,ó-di-O-izopropylidén-D-alofuranózy v troch stupňoch. vynález rieši spôsob prípravy D-sedoheptulózy (D-altro-heptulózy), formou katalyzovanej chemickej premeny z pomeme ľahko dostupnej D-alózy. Vynález má použitie V sacharidovej chémii a organickej technológii pri príprave vzácnejších sacharidov.D-Sedoheptulóza (D-altro-heptulóza) patrí do skupiny sacharidov, ktoré zohrávajú významnú úlohu v metabolizme rastlín a živočíchov. Je intermediátom vo fotosyntetickom cykle (vo fosforylovanej fomie) a tiež sa zúčastňuje pri syntéze hexóz z uhlíkových fragmentov pri fotosyntéze a pri metabolizme cukrov živočíšnymi tkanivami. Nachádza sa v prírodnom materiáli v Sedum spectabile Bor., bežne sa vyskytujúcej trvalke, z ktorej sa doteraz aj získava izoláciou N K. Richtmyer, Methods. Carbohydr. Chem.,49,167 - 171 (1962).D-Sedoheptulózu produkujú aj niektore typy milqoorganizmov napr. sa pozorovala produkcia D-sedoheptulózy z D-glukózy, škrobu, D-xylózy, glycerolu a pod., niektorými kmeňmi aktinomycét a streptomycét. T. Okuda, M. Takeshita, H. Nakamura, Y. Ito, J. Biochem., 54, 107 - 108Opísaná bola aj produkcia D-sedoheptulozy z D-ribózy kmeňom Bacillus subtilís, A. Yokota, J. F erment. Bioeng.,75, 409 - 413 (l 993).D-Sedoheptulóza bola pripravená aj biochemickou metódou reakciou D-erytrózy s fosforylovanou triózou enzýrnovo katalyzovanou reakciou L. Hough, J. K. N. Jones,J. Chem. Soc, 342 - 345 (1953).Metódy využité na izoláciu alebo prípravu D-altro-heptulózy-D-sedoheptulózy poskytovali výťažky cca 1 . Nevýhodou týchto postupov je viacstupňová syntéza a rôzne metódy izolácie a separácie jednotlivých medziproduktov, čo robí tieto metódy časovo a finančne náročnými,vyžadujúcimi širokú paletu a množstvá špeciálnych chemikálií.Uvedené nevýhody odstraňuje spôsob prípravy D-sedoheptulózy (D-altro-heptulózy) V troch stupňoch z 2,3 5,6-di-O-izopropylidćn-D-alofuranózy.Podstata vynálezu spočíva v tom, že na východiskovú 2,3 5,6-di-O-izopropyliděn-D-alofuranózu J. M. Ballard,B. E. Stacey, Carbohydr. Res., 12, 37 - 41 (1970) sa v prvom stupni pôsobí vodným roztokom formaldehydu za prítomnosti uhličitanu draselného v metanolickom prostredí, čím sa získa 2,3 5,6-di-O-izopropylidén-Z-C-(hydroxymetyU-D-alóza. Takto získaná látka sa po izolácii, výhodne na kolóne silikagélu, elučným systémom, výhodne sa použije octan etylnatý hexán (3 l), v druhom stupni hydrolyzuje zahrievaním vo vodnom kyslom prostredí, výhodne sa použije katex v H 1 cykle počas 1 až 5 h, pri teplote 40 až 95 °C. Vzniknutá Z-C-(hydroxynretyn-D-alóza sa izoluje z reakčnej zmesi, výhodne odñltrovanim ionexu a po premytí ionexu vodou. Zahustením spojených filtrátov sa získa sirupovitá 2-C-(hydroxymetyl)-D-alóza, ktorá sa v treťom stupni prevedie pôsobením 0,1 až 0,5 hmotn. vodného roztoku kyseliny molybdénovej pri teplote 80 až 90 °C, po čas 36 až 70 h na rovnovážnu zmes D-sedoheptulózy a 2-C-(hydroxymetyl)-D-alózy, v pomere 12 1, z ktorej sa po odstránení kyseliny molybděnovej deionizáciou, D-sedoheptulóza izoluje chromatografickým delením na kolóne katexu zmitosti 75 až 150 m v bámatej forme elúciou vodou. Vo štvrtom stupni sa D-sedoheptulóza známym postupom účinkom zriedenej kyseliny sírovej prevedie na sedoheptulózan (2,7-anhydro-B-D-altro-heptulopyranózu) monohydrát.Chemickou cestou podľa vynálezu získaný sedoheptulózan monohydrát je identický s komerčne dostupným, ktorý sa doteraz získava izoláciou z prírodného materiálu.Východisková látka, uvedená na začiatku opisu podstaty vynálezu, je derivátom D-alózy, ktorá je ľahko dostupná v jednom stupni z D-glukózy pôsobením kyseliny molybdénovej za tvrdších podmienok (110 až 150 °C, pH 2,5 - 5,5, l - 5 h ), čím sa získa reakčná zmes D-glukóza D-manóza D-alóza D-altróza. Po vykvasení fermentuvateľných sacharidov sa D-alóza získa priamou kyštalizáciou V. Bílik, I. Knězek, K. Bíliková, ČS patent 262797Oproti riešeniam uvedeným v stave techniky je spôsob výroby podľa vynálezu výhodný z hľadiska okamžitej dostupnosti suroviny D-glukózy na domácom trhu, nenáročnosti použitých zariadení, ako aj z hľadiska vysokej výťažnosti a čistoty konečného produktu.Rcakčná zmes pozostávajúca z 2,3 ió-di-O-izopropylidén-D-alofuranózy (1,4 g), uhličitanu draselněho (1 g),metanolu (20 omg) a 37 hmotn. vodného roztoku formaldehydu (ll cm) v prvom stupni refluxuje v atmosfére argónu pri teplote 85 C počas 48 h. Reakcia sa zastaví neutralizáciou s 10 hmotn. vodným roztokom kyseliny sírovej. Reakčná zmes sa odparí dosucha, extrahuje sa chloroformom (3 X 30 cm) a spojené extrakty sa dosušia nad siranom sodným. Po odparení chloroformu a prečistení, výhodne na kolóne silikagélu elučným systémom octan etylnatý hexán (3 l) sa získa 2,3 5,6-di-O-izopropyIidén-2 C-(hydroxymetyD-D-alóza (1,4 g 88 ) vo forme sirupu am 1,7 ° (c 1,0, voda) 24 h.V druhom stupni prebieha hydrolýza tak, že 2,3 5,6-di-O-izopropylidén-Z-C-(hydroxymetyb-D-alóza (1 g),voda (40 cm 3) a katex Dowex 50 W X 4 v H cykle (8 em 3) sa zahrievajú počas 5 h, pri teplote 70 °C. Vzniknutá 2-C-(hydroxymetyl)-D-alóza sa izoluje z reakčnej zmesi, výhochie odfiltrovaním ionexu a premytím ionexu vodou(3 xl 0 cms). Zahustením spojených filtrátov sa získa sirupovitá Z-C-(hydroxymetyb-D-alóza (0,7 g 96 ) otD 2 ° 8,7 až 6,5 ° (c 1,0 voda) 24 h.V treťom stupni sa 2-C-(hydroxymetyl)-D-alóza (1 g) rozpustí v 0,2 hmotn. vodnom roztoku kyseliny molybdénovej (25 cm 3) a zahrieva sa pri teplote 90 °C 36 h. Do vychladnutej reakčne zmesi sa pridá silnobázický anex V HCO forme (50 cm ) a po pomalom premiešaní zmesi počas 15 rnín. sa ionex odñltruje a premyje vodou (3 X 25 cmí). Spojený ñltrát sa odparí do sirupu, z ktorého sa potom,chromatogratickou třakcionizáciou na stĺpci (2 cm x 120 cm) ionexu Dowex 50 W X 8 (75 až 150 m) v Ba cykle, elúciou vodou s prietokom 7 cm 3 h sa získa v prvej frakcii (v objeme 80 až 135 cm 3) zmes D-sedoheptulózy a D-sedoheptulózanu (0,9 g 90 ) a v druhej frakcii (140 až 200 cm 3) východiskovà 2-C-(hydroxymetyl)-D-alóza (0,075 g 7,5 ). Zmes D-sedoheptulózy a D-sedoheptulózanu sarozpustí v 0,5 M kyseline sírovej (25 cm 3) a zahríeva sa pri teplote 80 °C počas 15 h. Vychladnutá reakčná zmes sa deíonizuje anexom V HCO, forme (50 crní) a premyje sa vodou (3 x 25 cm 3). Spojené filtráty sa zahustia do sirupu,ktorý sa naočkuje autentickým monohydrátom D-sedoheptulózanu. Kryštalizáciou sa získa 0,565 g monohydrátu D-sedoheptulózanu t. j. 63 výťažok počítajúc na východiskovú 2-C~(hydroxymetyl)-D-a 1 ózu. Získaný D-sedoheptulózan monohydrát mal 1. t. 103 až 104 °c a a 1 ° -130,5 ° (c 1,0 voda), Dictionary of Carbohydrates, Eds. P. Collins, V. R. N. Mansinghe, P. Purchase, P. Rhodes,Chapman Hall, London, 1998, str. 436 udáva t. t. 101 až ~Z-C-(HydroXymetyIyD-alóza (0,5 g) získaná z východiskovej 2,3 5,6-di-O-izopropyIidén-D-alofuranózy, podľa postupu 1, sa rozpustí v 0,2 hmotn. vodnom roztoku kyseliny molybdćnovej (15 cmí) a zahrieva sa pri teplote 80 °C 55 h. Ďalej sa postupuje ako V príklade l. Reakciou za týchto podmienok a ďalším postupom podľa prñcladu 1 sa získa (0,28 g 62 ) monohydrátu D-sedoheptulózanu.Postupuje sa ako v príklade l s tým rozdielom, že druhý a tretí stupeň sa robí v jednom stupni priamo s 0,3 hmotn. kyselinou molybdénovou a reakčna doba sa predĺži na 70 h. Reakciou za týchto podmienok a ďalším postupom podľa pnldadu l sa získa 0,585 g, t. j. 65 monohydrátu D-sedoheptulózanu.l. Spôsob prípravy D-sedoheptulózy (D-altro-heptulózy), vyznačujúci sa tým, žesanavýchodískovú látku 2,3 5,6-di-O-izopropylidén-D-alofuranózu v prvom stupni pôsobí vodným roztokom formaldehydu za prítorrmosti uhličitanu draselného v metanolickom prostredí, čím sa získa 2,3 5,6-di-O-izopropylidén-2-C-(hydrOXymetyD-D-alóza, ktorá sa po izolácii V druhom stupni hydrolyzuje na Z-C-(hydroxymetyn-D-alózu, tá sa ízoluje z reakčnej zmesi ako sirupovitá látka, ktorá sa ďalej zohrieva V 0,1 až 0,5 hmotn. vodných roztokoch kyseliny molybdénovej, pri teplote 80 až 90 °C, počas 36 až 70 hodín, čím sa vytvorí roimovážna zmes D-sedoheptulóza 2-C-(hydroxymetyl)-D-alóza v pomere 12 1, z ktorej sa po odstránení kyseliny molybděnovej deionizáciou, ízoluje D-sedoheptulóza chromatografickým delením na kolóne silnokyslého katexu zmitosti 75 až 150 m v bámatej forme elúciou vodou a prevedie sa účinkom zríedenej kyseliny sírovej na cryštalický monohydrát D-sedoheptulózanu.