[发明专利]一种利用生物质糖制备D-赤藓糖的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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究热潮中，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，根据文献研究，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。

发明内容

本发明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。

本发明提出的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℃；

(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(1)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1wt%~50wt%。

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(4)中，反应时间：微波辐射为1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℃，流动相浓度0.4-0.6毫摩尔稀硫酸。优选柱温40℃，流动相浓度0.5毫摩尔稀硫酸。

本发明方法制备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。

本发明方法产率很高，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。

通过本发明方法制备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。