СПОСОБ ЭПИМЕРИЗАЦИИ Д-АРАБИНОЗЫ Российский патент 1996 года по МПК C07H3/02 

Изобретение относится к органической химии и касается процесса получения на ионнообменных смолах D-рибозы из D-арабинозы, являющихся полупродуктами синтеза витамина В₂.

Известен способ получения D-рибозы электрохимическим восстановлением D-рибоно- γ -лактона на ртутном катоде в однорастворном электролизере. Процесс проводят с анодом из двуокиси марганца. Выход D-рибозы на загруженный лактон составляет 70-73% (авт.свид. СССР N 508510 кл. С 07 Н 3/02, 1976).

Недостатком способа является использование в процессе больших количеств ртути, а также высокий расход электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности является способ непрерывной эпимеризации пентоз и гексоз нагревом сахаров, растворенных в растворителе в присутствии основных анионных ионообменных смол, включающих соединения Мо⁶⁺. По этому способу получают D- или L-сахара, формулы которых 1а или 1б с 2,3-цис-положением ОН-групп:
Вместо R могут стоять группы:
HO
или Гомогенный водно-спиртовой раствор соответствующего сахара, формула которого 11а или 1б с 2,3-транс-положением ОН-групп
в присутствии малых количеств Н₃ВО₄ пропускают через реакционную трубку, которая содержит основные анионообменные смолы, включающие соединения Мо^б+. Диаметр слоя смолы 25 мм, длина слоя смолы 1000 м, температура процесса 70-83^оС, скорость подачи исходного раствора 5-10 мл/мин (патент ФРГ ED 37 14 473 МКИ⁴СО7Н 3/02, В 01 J 31/34, В 01 J 41/04, 1988). Максимальная нагрузка на единицу объема смолы по D-арабинозе составляет 0,35 · 10^-5 0,70 ·10^-5 г/(мин · см³). Конверсия D-арабинозы составляет 35% Селективность по D-рибозе 91%
Недостатками этого способа являются невысокие выход и селективность по D-рибозе на стадии эпимеризации. Кроме того, использование незначительных количеств борной кислоты приводит к загрязнению конечного продукта.

В основу изобретения положена задача создания процесса, позволяющего увеличить выход D-рибозы на стадии эпимеризации при сохранении высокой степени чистоты конечного продукта и селективности процесса.

Технический результат заключается в создании условий смещения равновесия в исходном растворе в сторону увеличения выхода D-рибозы и получения этого продукта с наименьшим количеством побочных продуктов.

Согласно "Краткой химической энциклопедии" изд. Советская энциклопедия, М. 1965, с.674 "Рибоза С₅Н₁₀О₅ мол. вес 150, 14 моносахарид, относящийся к группе альдопентоз эпимер арабинозы. Рибоза существует в виде оптически активных D- и L-форм.

В основе химического способа разделения смеси D-рибозы и D-арабинозы лежит способность цис-гликольной группировки D-рибозы образовывать эфир с борной кислотой (Testuo Sato. Saparation of the monosaccha rides. J.Chem. Soc. Japan, Pure Chem. Seet 1957, V71, p. 73-74).

В нашем случае равновесие исходного и конечного продукта достигается в процессе эпимеризации водно-спиртового раствора D-арабинозы на ионообменной смоле, при этом в растворе содержится 42%-рибозы и 58%-арабинозы. Непрореагировавшую D-арабинозу отделяют перекристаллизацией по известному способу (патент ФРГ ED 37 144 73 МКИ⁴ С 07 Н 3/02, В01 J 31/34, B 01 J 41/04, 1988) и возвращают на эпимеризацию.

Поставленная задача получение D-рибозы решается в результате того, что эпимеризацию водно-спиртового раствора D-арабинозы проводят на ионнообменной смоле при повышенной температуре в непрерывных условиях. В качестве слабоосновного анионита используют ионообменную смолу марки ВП-1-П, предварительно обработанную солями Мо^б+, кроме того, смола содержит в своем составе пиридиновый компонент. Сам по себе пиридин и его структура не должны оказывать влияние на проведение процесса эпимеризации, т.е. смещать равновесие в сторону получения D-рибозы, однако, проведенные опыты показывают, что удается сместить равновесие в сторону увеличения содержания D-рибозы. Лучший результат достигается, если реакцию эпимеризации проводить под давлением инертного газа (азота).

Процесс получения D-рибозы проводят следующим образом. После заполнения колонки анионитом ВП-1-П (Мо^б+) систему продувают инертным азотом и оставляют под давлением 0,1 МПа. Затем начинают пропускать водно-спиртовой раствор D-арабинозы (5-10% ) с соотношением Н₂О/СН₃ОН или Н₂О/С₂Н₅ОН 40/60 15/85 (мас. ). Нагрузка на единицу объема смолы по D-арабинозе составляет 0,5 · 10^-4 0,5 · 10^-3 г/(мин · см³). Температура процесса от 30 до 65^оС. Ниже температуры 30^оС процесс эпимеризации замедляется, снижается производительность. При температуре выше 65^оС конечный продукт будет иметь более низкую степень чистоты, а также увеличатся затраты на его производство. После проведения процесса эпимеризации получают водно-спиртовой раствор смеси D-арабинозы и D-рибозы, в котором соблюдается равновесие между образовавшейся D-рибозой (35-42% ) и исходной D-арабинозой (65-58%). Это равновесие можно сдвинуть, проведя перекристаллизацию при температуре от (-2) до (2)^оС. В осадок выпадает D-арабинозы. Фильтрат, содержащий D-рибозу используют для получения витамина В₂, а осадок возвращают на эпимеризацию.

Способ в сравнении с прототипом позволяет увеличить выход и селективность получения D-рибозы на стадии эпимеризации.

Скорость проведения процесса эпимеризации, температура эпимеризации, марка используемого анионита, скорость пропускания исходного раствора, а также проведение процесса под давлением азота являются новыми.

П р и м е р. Металлическую колонку-реактор (диаметр 15 мм, длина 50 мм, материал "Сталь Х18Н10Т") установки непрерывного действия заполняют слабоосновной ионообменной смолой марки ВП-1-П в Мо^б+-форме. Колонку продувают азотом под давлением 0,1 МПа до отсутствия кислорода на выходе и затем герметизируют по газовой фазе.

Для проведения эпимеризации используют 8%-ный раствор D-арабинозы с соотношением Н₂О/С₂Н₅ОН) равным 15/85 (%). Скорость пропускания раствора через колонку равна 0,63 мл/мин при 60^оС. Нагрузка на единицу объема смолы в перерасчете на D-арабинозу должна составлять 0,5·10^-3 г/(мин·см³). Содержание D-рибозы после эпимеризации составляет 42% остаточной D-арабинозы 58% при отсутствии побочных продуктов. Эпимеризат перекристаллизовывают, осажденную D-арабинозу возвращают на эпимеризацию, а фильтрат, содержащий 99% D-рибозы используют в производстве витамина В₂. Результаты целого ряда опытов приведены в таблице.

Способ можно использовать в химической (витаминной) промышленности при производстве витамина В₂. Способ позволяет получить продукт с высокой степенью чистоты, что в процессе получения витаминов является одним из главных требований. Кроме того, непрерывность процесса и возможность точно сохранять условия проведения процесса дают высокую степень воспроизводства и гарантию, что все химические продукты будут иметь постоянный состав.

Использование: в качестве полупродукта в синтезе витамина B₂. Сущность изобретения: способ эпимиризации D-арабинозы непрерывной обработкой водно-спиртового раствора D-арабинозы при 30-65^oС под давлением инертного газа на слабоосновном анионите, содержащем пиридиновый компонент. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ЭПИМЕРИЗАЦИИ Д-АРАБИНОЗЫ непрерывной обработкой водно-спиртового раствора Д-арабинозы при повышенной температуре, под давлением инертного газа на ионообменной смоле, обработанной солями Мо^6 +, отличающийся тем, что в качестве смолы используют слабоосновной анионит, содержащий пиридиновый компонент, а эпимеризацию проводят при 30 - 60^oС и нагрузке на единицу объема смолы в перерасчете на D-арабинозу 0,5 • 10^- 4 - 0,5 • 10^- 3 г/(мин • см³). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве слабоосновного анионита используют смолу марки ВП-1-П.