一种利用生物质糖制备D‑赤藓糖的方法技术

本发明专利技术属于生物质转化技术和手性合成技术领域，具体为一种利用生物质糖制备D‑赤藓糖的方法。本发明专利技术以生物质糖类作为原料，在水相条件碱性环境下催化得到D‑赤藓糖。本发明专利技术方法可适用原料糖种类多，糖初始浓度范围广，加热方式灵活，催化剂碱度范围宽、单一手性等特性，操作简便，设备简单，节约能源，后处理方便，转化率和选择性都很高。由于D‑赤藓糖目前被认为是一种重要的平台化合物之一，可以通过手性转化和非手性转化得到一系列应用范围广的产品，也可作为精细化工，制药的中间体，具有巨大的经济价值和广阔的应用前景。因此本发明专利技术高效的从生物质糖制备大量D‑赤藓糖的方法有望实现大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质技术与手性合成领域，具体涉及一种备D-赤藓糖的方法。
技术介绍
D-赤藓糖是一种带有还原性醛基的四碳糖，含有两个相邻的手性碳原子，自然界尚未发现游离的赤藓糖，一般由D-阿拉伯糖酸钙经氧化制得。D-赤藓糖-4-磷酸酯是碳水化合物酶促转化的中间体。D-赤藓糖含有两个相邻的手性碳原子的有机化合物，如相当于赤藓糖的手性碳原子的构型，则称该化合物为赤构型。手性是生命过程的基本特征，构成生命体的有机分子绝大多数都是手性分子。人们使用的药物绝大多数具有手性，被称为手性药物。手性药物的“镜像”称为它的对映体，两者之间在药力、毒性等方面往往存在差别，有的甚至作用相反。20世纪60年代一种称为反应停的手性药物(一种孕妇使用的镇定剂，已被禁用)上市后导致1.2万名婴儿的生理缺陷，因为反应停的对映体具有致畸性。因此，能够独立地获得手性分子的两种不同镜像形态极为重要。在近年来兴起的生物质研宄热潮中，赤藓糖由于其独特的手性和广泛的应用范围，被认为是这场可持续绿色能源开发中最有潜力的平台化合物。从非手性转化角度来说，赤藓糖可以转化成赤藓糖醇，酒石酸等；从手性转化角度来说，其在药物合成领域大有作为。但是，根据文献研宄，其合成方法一直没有得到突破。目前，传统的制备赤藓糖就是从葡萄糖酸钠出发，在搅拌及一定的温度条件下，以六水氯化钴为催化剂，通过双氧水氧化制备赤藓糖。然而，这样的制备方法中，催化剂六水氯化钴中含有重金属，会对环境造成一定污染，双氧水的使用对合成设备的要求较高。总而言之，如果能有效地避开这些缺点，还能在原料上有新的突破和改进的话，对于赤藓糖的后续应用会起到至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种简单易控、经济合理的从生物质糖类水相高效制备D-赤藓糖的方法。本专利技术提出的D-赤藓糖的制备方法，具体步骤如下: (1)配置结构稳定剂溶液； (2)将糖类溶解于上述溶液中； (3)在上述体系中选择性加入碱性催化剂； (4)将上述反应液放置在油浴、烘箱或微波反应器中反应，温度100~180°C; (5)将上述反应液通过高效液相色谱制备柱分离，即得到D-赤藓糖。步骤(I)中，所述的结构稳定剂，可以是硼砂，还可以是硼酸、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两个羟基形成五元环或者六元环的物质；结构稳定剂浓度在0.1-2.5摩尔/升，pH在7-14。步骤(2)中，所述糖类可以为五碳糖、六碳糖、二糖或其他多糖；糖的浓度lwt%~50wt%o步骤(3)中，所述碱性催化剂中，均相碱性催化剂可为磷酸盐、磷酸氢盐、氢氧化钠或者其他能使溶液PH在9-14之间的碱性物质，固相碱性催化剂可为水滑石等。步骤⑷中，反应时间:微波辐射为I分钟-3小时，油浴或烘箱加热时间为1-12小时。步骤(5)中，高效液相色谱制备柱的分离条件是:柱温38_45°C，流动相浓度0.4-0.6毫摩尔稀硫酸。优选柱温40°C，流动相浓度0.5毫摩尔稀硫酸。本专利技术方法制备D-赤藓糖方法适用于多种糖源，溶液可大量，浓度范围宽。整个过程一步进行，流程简单。反应催化剂选择范围宽，常用的均相催化的碱性溶液都可以，对碱度的要求较温和，因此对设备的腐蚀也相对较小。产物组成的分布非常窄，基本无其他副产物。本专利技术方法产率很高，达到78.5% (10wt%葡萄糖)和46.9% (10wt%果糖)以上，即使从五碳糖木糖开始，D-赤藓糖的产率也有35.8%。因此可以设想将生物质利用的过程整合起来，从木质纤维素出发，经过有效水解得到葡萄糖、果糖和木糖，然后应用此碱性催化体系，有良好的应用和产业化前景。通过本专利技术方法制备D-赤藓糖具有可适用原料糖种类多，糖初始浓度范围广，加热方式灵活，催化剂碱度范围宽、单一手性等特性，操作简便，设备简单，节约能源，后处理方便，转化率和选择性都很高。由于D-赤藓糖目前被认为是一种可以从生物质出发得到且具有手性的重要的平台化合物之一，可以通过手性转化和非手性转化得到一系列应用范围广的产品，也可作为精细化工，制药的中间体，具有巨大的经济价值和广阔的应用前景，因此这种简单高效的从生物质糖制备大量D-赤藓糖的方法有望实现其大规模工业化生产。【附图说明】图1碱性催化剂催化葡萄糖转化成D-赤藓糖的路线图。图2水相葡萄糖硼砂碱性溶液催化产物高效液相色谱峰图(反应前)。图3水相葡萄糖硼砂碱性溶液催化产物高效液相色谱峰图(反应后)。【具体实施方式】实施例1 将I克葡萄糖(10wt%)溶解于9克I摩尔/升磷酸钠/磷酸氢二钠，然后按硼砂/葡萄糖的摩尔比等于3/2加入硼砂，微波辐射40分钟，反应温度180°C。实施例2 用与实施例1类似的方法进行实验，但将磷酸钠/磷酸氢二钠浓度改称0.5摩尔/升。实施例3 用与实施例1类似的方法进行实验，但在体系中加入的硼砂/葡萄糖摩尔比=1/2。实施例4 用与实施例1类似的方法进行实验，但在体系中加入的硼砂/葡萄糖摩尔比=5/2ο实施例5 用与实施例1类似的方法进行实验，但将葡萄糖质量分数改称20wt%。实施例6 用与实施例1相同的方法进行实验，但将温度替换为140°C。实施例7 用与实施例6相同的方法进行实验，但将微波辐射时间改为90分钟。实施例8 用与实施例1相同的方法进行实验，但将微波辐射替换为烘箱加热4小时。实施例9 用与实施例1类似的方法进行实验，但把葡萄糖换成果糖。实施例10 用与实施例9类似的方法进行实验，但把温度换为160°C。实施例11 用与实施例9类似的方法进行实验，但把温度换为130°C。实施例12 用与实施例9类似的方法进行实验，但将反应时间换为20分钟。实施例13 用与实施例1类似的方法进行实验，但把葡萄糖换成木糖。实施例14 用与实施例13类似的方法进行实验，但把温度换为120°C。实施例15 用与实施例1类似的方法进行实验，但把均相催化剂替换成固相碱性催化剂，如水滑石O上述反应产物分布，糖类剩余浓度和D-赤藓糖生成浓度均在岛津高效液相色谱仪上测试，并根据公式计算糖类转化率和D-赤藓糖选择性: 产物得率=产物浓度/初始糖浓度*100% ； 糖转化率=(1-糖浓度/初始糖浓度)*100% ； 产物选择性=产物得率/糖转化率*100%。例I中对10wt%的葡萄糖溶液，在磷酸钠和硼砂的催化下，140°C微波辐射60分钟使葡萄糖在水相转化87%，D-赤藓糖选择性在90%，伴随有少量乙酸生成。例2，3，4都是调节碱性至最佳值以得到最高产率和选择性的D-赤藓糖。例5提高原料葡萄糖的浓度后，得到的效果也非常好，而且该浓度还可继续提高。例6，7把温度降低后，赤藓糖产率跟例I相比有显著差异，可见该反应对温度十分敏感，相应的反应速度变慢，反应时间也要延长。例8烘箱加热也得到D-赤藓糖，而且没有搅拌，效果较差，。例9，10，11，12中将原料换成果糖，也能生成相当量的D-赤藓糖，其中例9的产率为46.9%，根据反羟醛缩合的机理，果糖只有在碱性条件下异构化为葡萄糖后才能生成赤藓糖。例10，11，12是为了获得最佳反应条件。例13，14中将原料换成果糖，也能生成少量的D-赤藓糖，其中例13的赤藓糖产率为35.8%。各种糖的结构不同，所对应的最佳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用生物质糖制备D‑赤藓糖的方法，其特征在于具体步骤如下： (1) 配置结构稳定剂溶液； (2) 将糖类溶解于上述溶液中； (3) 在上述体系中选择性加入碱性催化剂； (4) 将上述反应液放置在油浴、烘箱或微波反应器中反应，温度100~180℃； (5) 将上述反应液通过高效液相色谱制备柱分离，即得到D‑赤藓糖。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚红，郭肖，唐颐，林少颖，秦恺，汪伟文，张斌，宋坤山，阿热帕提·阿扎提，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31