專利名稱：制備羧基烷基菊粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使菊粉和一氯羧酸在堿性條件下反應(yīng)制備羧基烷基菊粉的方法。本發(fā)明的方法為多步工藝，包括在水介質(zhì)中分散相對于菊粉中單糖單元的摩爾數(shù)為約25～約150mol.％的鹵代烷基羧酸鹽，然后將菊粉添加到鹵代烷基羧酸鹽介質(zhì)中形成漿液，其pH范圍為5～8，該漿液中包含相對于漿液中的水含量(100％)約25％～約70％的菊粉。然后將如此得到的漿液加熱到約60℃～約90℃，然后同時添加另外的鹵代烷基羧酸鹽，形成鹵代烷基羧酸鹽菊粉的摩爾比為1.0～5.0，并添加堿性氫氧化物，其摩爾量等于鹵代烷基羧酸鹽的總量，加上另外量的相對于菊粉中單糖單元的摩爾量(100％)的10～50mol.％的堿性氫氧化物，得到反應(yīng)混合物，在反應(yīng)混合物溫度(60℃～90℃)下測量其pH范圍為8～12。加入所有試劑之后，在反應(yīng)溫度下繼續(xù)反應(yīng)長達(dá)90分鐘。然后用已知方法回收羧基甲基菊粉。
本發(fā)明的方法平穩(wěn)逐步地進(jìn)行，同時在整個反應(yīng)過程中保持可控制的低粘度，特別在高濃度菊粉存在的情況下，因此顯著改進(jìn)并促進(jìn)了反應(yīng)過程和反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)量。
關(guān)于該羧基烷基菊粉及其制備方法的現(xiàn)有技術(shù)數(shù)量大且種類多。羧酸甲基菊粉鹽已知很長一段時間，例如參見1958/1959的捷克專利N°90980。EP 0733073公開了一種通過在堿性條件下使菊粉和氯乙酸鈉反應(yīng)制備羧基甲基菊粉的方法。但該技術(shù)遇到了較大的粘度難題，這會導(dǎo)致低轉(zhuǎn)化率和不需要的副產(chǎn)物。Chien，J.Immunol.Methods 26(1979)39-46描述了相對較低溫度下使用摩爾數(shù)過量六倍的氯乙酸鈉在稀堿性溶液中制備羧基甲基菊粉(CMI)。所制備的CMI具有較低的取代度，而且該方法很麻煩，不適用于任何經(jīng)濟可行的任務(wù)。已知的CMI制備技術(shù)被認(rèn)為經(jīng)濟不可行，不能用于制備具有可接受產(chǎn)率、純度和轉(zhuǎn)化率的羧基烷基菊粉。粘度，特別是凝膠問題形成了獲得可接受制備方法的主要障礙。
因此本發(fā)明的主要目的在于提供一種制備具有可接受產(chǎn)率、純度和轉(zhuǎn)化率，且取代度(DS)為約1.5～多達(dá)約3的羧基烷基菊粉。本發(fā)明的另一目的在于提供一種羧基烷基菊粉的制備方法，該方法在高濃度的菊粉反應(yīng)物存在下操作時，不會發(fā)生粘度、特別是凝膠問題，已知這些問題會抑制反應(yīng)完全，且會導(dǎo)致產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)物，通常會降低羧基烷基菊粉反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率。可借助于詳細(xì)限定的多步法步驟實現(xiàn)前述的和其它目的。
本發(fā)明在于下述發(fā)現(xiàn)羧基烷基菊粉可以在堿性條件下制備，其特征在于(a)在水性介質(zhì)中分散相對于菊粉中單糖單元的摩爾量(100％)為25～150mol.％的X-鹵代烷基羧酸鹽，其中鹵素選自氯、溴和碘，烷基鏈包含1～5個碳原子，X為堿性離子，選自鈉和鉀；(b)將菊粉添加并分散在鹵代烷基羧酸鹽介質(zhì)(a)中形成漿液，在20℃～70℃時測量該漿液的pH范圍為約5～8，該漿液中包含相對于漿液中的水含量(100％)約25wt.％～約70wt.％的菊粉；(c)加熱該漿液(b)至約60℃～90℃，然后同時添加另外的鹵代烷基羧酸鹽，形成鹵代烷基羧酸鹽菊粉的摩爾比為1.0～5.0，以及添加堿性氫氧化物，選自氫氧化鈉和氫氧化鉀，其摩爾量與鹵代烷基羧酸鹽的總量相等，加上另外量的相對于菊粉中單糖單元的摩爾量(100％)10～50mol.％的堿性氫氧化物，形成反應(yīng)混合物，在反應(yīng)溫度(60℃～90℃)下測量其pH范圍為8～12；(d)加入所有試劑之后，在反應(yīng)溫度下繼續(xù)反應(yīng)長達(dá)約90分鐘；和(e)用已知方法回收羧基烷基菊粉。
在本發(fā)明優(yōu)選的方面，鹵代烷基羧酸鹽菊粉的摩爾比范圍為1.5～4.5，在加入所有試劑之后，繼續(xù)反應(yīng)20～60分鐘。羧基烷基菊粉中的烷基部分優(yōu)選為含1～3個碳原子的碳鏈，最優(yōu)選為甲基。
除非有不同的限定，本申請中所用的術(shù)語“％”或“百分比”意為“wt.％”或“重量百分比”。除非有特別不同地規(guī)定，術(shù)語“果聚糖”和“菊粉”可互換使用。術(shù)語“分散液”和“溶液”可互換使用，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，其通?？蔀榛旌系姆稚⒁?溶液或為單一溶液或分散液。
本發(fā)明要求保護一種制備羧基烷基菊粉的方法。該烷基部分通常為含1～5個、更優(yōu)選1～3個碳原子的鏈，最優(yōu)選為甲基。
通過在水性介質(zhì)中分散相對于菊粉中單糖單元的摩爾量(100％)為25～150mol.％、優(yōu)選為70～100mol.％的X-鹵代烷基羧酸鹽，制備反應(yīng)介質(zhì)(a)，其中鹵素選自氯、溴和碘，烷基鏈包含1～5個碳原子，X為堿性離子，選自鈉和鉀，然后將菊粉添加并分散在步驟(a)的羧酸鹽介質(zhì)中形成漿液，在20℃～70℃時測量該漿液的pH范圍為5～8，優(yōu)選為6～8，該漿液中包含相對于漿液中的水含量(100wt.％)約25～約70％、優(yōu)選為約40～60％的菊粉。
果聚糖為低聚糖和多糖，其具有多個脫水果糖單元。果聚糖可具有多分散的鏈長分布，可以是直鏈或支鏈的。優(yōu)選地，果聚糖主要包含β-2，1鍵。果聚糖是可直接從蔬菜來源或其它來源獲得的產(chǎn)品，和其中平均鏈長已通過分餾、酶合成或水解而改性、增長或縮短的產(chǎn)品。果聚糖的平均鏈長(聚合度；DP)至為少3～約1000。優(yōu)選的平均鏈長為3～60，特別為5～30個單糖單元。優(yōu)選使用的菊粉為β-2，1-果聚糖或改性菊粉。適用于本發(fā)明要求保護技術(shù)的改性菊粉為具有酶擴增鏈長的菊粉、具有縮短鏈的果聚糖水解產(chǎn)物和具有改性鏈長的分餾產(chǎn)物。菊粉的分餾可通過例如現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，包括低溫結(jié)晶法(參見WO94/01849)、柱色譜法(參見WO 94/12541)、膜過濾法(參見EP-A-0440074、EP-A-0627490)或乙醇選擇沉淀法。水解產(chǎn)生短鏈果聚糖可通過以下實現(xiàn)，例如酶法(endo-insulase)、化學(xué)法(水和酸)或多相催化法(酸基離子交換樹脂)。還原、氧化、羥基烷基化和/或交聯(lián)的果聚糖也可以作為適當(dāng)?shù)脑稀?br> 在步驟(a)中X-鹵代烷基羧酸酯分散在其中的水性介質(zhì)可以為水或包含多達(dá)35％菊粉的水分散體，在一個優(yōu)選的實施方式中包含約10％～約30％的菊粉(相對于水性介質(zhì))。在步驟(a)中將菊粉的水溶液用作水性介質(zhì)因而可取決于菊粉原料，從而可方便地制成溶液。
然后，加熱該漿液(b)到約60℃～約90℃的溫度范圍，優(yōu)選為約60℃～約70℃，然后基本同時添加另外的鹵代烷基羧酸鹽，形成鹵代烷基羧酸鹽菊粉的摩爾比為1.0～5.0，優(yōu)選為1.5～4.5，以及添加堿性氫氧化物，選自氫氧化鈉和氫氧化鉀，其摩爾量與鹵代烷基羧酸鹽的總量相等，加上另外量的相對于菊粉中單糖單元的摩爾量(100％)10～50mol.％的堿性氫氧化物，由此形成反應(yīng)混合物，在反應(yīng)溫度(60℃～90℃)下測量其pH范圍為約8～12，優(yōu)選為約9.5～11.5。
加入所有反應(yīng)物/試劑(c)之后，在反應(yīng)溫度下繼續(xù)反應(yīng)長達(dá)90分鐘，優(yōu)選為30～60分鐘。
在本發(fā)明要求保護的方法步驟中限定，步驟(b)中在20℃～70℃溫度下測得漿液的pH范圍為約5～8，優(yōu)選為6～8，由于當(dāng)pH值低于5時會發(fā)生不希望的菊粉降解，當(dāng)pH值高于8時會發(fā)生鹵代烷基羧酸鹽的水解。
羧基烷基菊粉可通過本技術(shù)領(lǐng)域公知的常規(guī)方法回收或純化。這類純化方法的適當(dāng)實例包括納濾。
下面的實施例描述了本發(fā)明，并表明了本發(fā)明要求保護的方法的優(yōu)點。
實施例1.
在水(500g)中將菊粉(500g)分散到一氯乙酸鈉(SMCA，360g)的攪拌溶液中。該分散體在攪拌下逐漸被加熱到70℃。用Brookfield，probe LV2，60rpm在不同溫度下測量其粘度。通過向水(500g)中添加菊粉(500g)進(jìn)行對比實驗。對比粘度測量如下所示。
粘度測量單位mPa/s。
這些數(shù)據(jù)顯示了依照本發(fā)明的反應(yīng)友好的、有利地恒定的粘度與形成可捏和反應(yīng)混合物的關(guān)系，形成可捏和混合物通常會產(chǎn)生非常低的不可接受的轉(zhuǎn)化率。
實施例2.
將菊粉(150g)在室溫下加到SMCA(100g)在水(200g)中的攪拌溶液中。然后將形成的漿液加熱到70℃。將氫氧化鈉(50％，215g)和SMCA(200g)的水溶液逐漸加到溫度為70℃的反應(yīng)混合物中。加入所有試劑后，在反應(yīng)溫度下繼續(xù)反應(yīng)90分鐘。形成的羧基甲基菊粉(DS 1.9，765g，29％活性鹽)的產(chǎn)率為75％。
實施例3.
將菊粉(150g)在室溫下加到SMCA(80g)在水(112g)中的攪拌溶液中。然后將形成的漿液加熱到75℃。將氫氧化鈉(50％，306g)和SMCA(347g)的水溶液逐漸加到溫度為75℃的菊粉漿液中。在加入所有試劑后，在反應(yīng)溫度下繼續(xù)反應(yīng)90分鐘。形成的羧基甲基菊粉(DS 2.5，838g，34％活性鹽)的產(chǎn)率為66％。
實施例4.
攪拌條件下在60℃時將SMCA(300g)加到含30wt.％菊粉的漿液(650g)中。然后向菊粉漿液中添加菊粉粉末(360g)，直到相對于漿液中的水含量菊粉濃度達(dá)到55％。然后將反應(yīng)混合物加熱到80℃，在保持反應(yīng)溫度為80℃的同時，添加相對于反應(yīng)混合物中SMCA的量1當(dāng)量的氫氧化鈉(200g，50％水溶液)。然后添加SMCA(425g)和氫氧化鈉水溶液(50％，336g)。加入所有試劑后，在反應(yīng)溫度下繼續(xù)反應(yīng)90分鐘。形成的羧基甲基菊粉(DS 1.46，2270g，37％活性鹽)的產(chǎn)率為81％。
權(quán)利要求
1.一種通過使菊粉和一氯羧酸在堿性條件下反應(yīng)制備羧基烷基菊粉的方法，其特征在于(a)在水性介質(zhì)中分散相對于菊粉中單糖單元的摩爾量(100％)為25～150mol.％的X-鹵代烷基羧酸鹽，其中鹵素選自氯、溴和碘，烷基鏈包含1～5個碳原子，X為堿性離子，選自鈉和鉀；(b)將菊粉添加并分散在鹵代羧酸鹽介質(zhì)(a)中形成漿液，在20℃～70℃時測量該漿液的pH范圍為約5～8，該漿液中包含相對于漿液中的水含量(100wt.％)約25wt.％～約70wt.％的菊粉；(c)加熱該漿液(b)至約60℃～約90℃，然后同時添加另外的鹵代烷基羧酸鹽，形成鹵代烷基羧酸鹽菊粉的摩爾比為1.0～5.0，以及添加堿性氫氧化物，選自氫氧化鈉和氫氧化鉀，其摩爾量與鹵代烷基羧酸鹽的總量相等，加上另外量的相對于菊粉中果糖單元的摩爾數(shù)(100％)10～50mol.％的堿性氫氧化物，得到反應(yīng)混合物，在反應(yīng)溫度(60℃～90℃)下測量其pH范圍為8～12；(d)在加入所有試劑之后，在反應(yīng)溫度下繼續(xù)反應(yīng)直至90分鐘；和(e)用已知方法回收羧基烷基菊粉反應(yīng)產(chǎn)物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)中的鹵代烷基羧酸鹽占70mol.％～100mol.％，其中的漿液(b)包含40wt.％～60wt.％的菊粉。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中鹵代烷基羧酸鹽菊粉的摩爾比為1.5～4.5。
4.權(quán)利要求1的方法，其中漿液(b)被加熱到70℃～90℃的溫度。
5.權(quán)利要求1或4的方法，其中反應(yīng)混合物的pH值范圍為9.5～11.5。
6.權(quán)利要求1或4的方法，其中在加入所有試劑之后，繼續(xù)反應(yīng)20～60分鐘。
7.權(quán)利要求1～6中任一項的方法，其中羧基烷基菊粉中的烷基部分為含1～3個碳原子的碳鏈。
8.權(quán)利要求1或4的方法，其中漿液(b)被加熱到75℃～85℃的溫度。
9.權(quán)利要求1或7的方法，其中的羧基烷基菊粉為羧基甲基菊粉。
10.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(a)中的水性介質(zhì)任選地包含多達(dá)35wt.％的菊粉。
11.權(quán)利要求10的方法，其中在步驟(a)中的水性介質(zhì)包含約10wt.％～約30wt.％的菊粉。
全文摘要
公開了一種制備羧基烷基菊粉的方法，包括制備含分散在其中的鹵代烷基羧酸鹽的水性介質(zhì)；在基本中性pH值條件下，將菊粉添加到含羧酸鹽的介質(zhì)中，然后加熱該混合物到60℃～90℃的溫度范圍，在pH值為8～12的堿性條件下，進(jìn)行反應(yīng)，同時添加另外的鹵代烷基羧酸鹽和堿性氫氧化物。用已知方法回收生成的羧基烷基菊粉。
文檔編號C08B37/00GK1914230SQ200580003727
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者哈里·W·C·拉伊馬克斯, 恩斯特·內(nèi)萊曼 申請人:科寧克萊克合作考森公司, 索盧蒂亞歐洲股份有限公司