糖类电解脱羧方法技术

本发明专利技术公开了一种利用阳离子膜对分隔式电化学池中的糖类酸脱羧的方法。改进的方法比传统方法具有更高的成本效益且更环保。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 较早提交申请的引用 本申请要求根据美国法典第35条119(e)款于2013年3月12日提交的申请号为 61/777, 890的名称为""的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引 用并入本文。
本专利技术涉及糖类酸电解脱羧方法以及电解产生碱金属或氢氧化铵溶液的方法。
技术介绍
如在美国专利公开 2009/7598374、2011/7955489 以及US2011/0180418 中，在木 糖醇和赤藓糖醇的生产中已经使用糖类酸的电解脱羧。例如，2011/7955489描述了在特定 中和范围一碱金属阳离子与阿糖酸的比例，电解脱羧含水D-阿糖酸或L-阿糖酸以得到赤 藓糖。其中，溶液中阿糖酸的中和是通过利用阳离子交换树脂和电渗析将碱金属阿糖酸盐 转化成质子化形式。此外，它们描述了将非中和的阿糖酸加入至反应溶液以在反应过程中 取代在阳极消耗的阿糖酸。 可以许多不同构造建造电解池。然而，所有先前公开的糖类酸电解脱羧的示例都 是在单个隔室池中进行以维持特定中和水平。过少的中和导致导电性和反应效率显著降 低，过多的中和可导致反应效率低和产物的不稳定性。此外，无机阴离子的存在对电极寿 命、反应效率和下游产物纯化效率不利。因此，加入非试剂酸来控制反应物中和度是不理想 的。由于糖酸经常作为碱金属盐来生产，因此需要经济有效的方法来维持糖酸中和而 无需利用阳离子交换树脂、电渗析或通过加入非中和的糖酸来进一步转化糖类酸的碱金属 盐。
技术实现思路
本专利技术包括使糖类酸电解脱羧同时电解产生碱金属氢氧化物溶液或氢氧化铵溶 液的经济有效的方法。本专利技术提供了一种通过以下方式使糖类酸脱羧方法，即提供包含糖 类酸的溶液；在两隔室电化学池的阳极隔室中使糖类酸电解脱羧；以及在阴极隔室中生成 碱金属氢氧化物溶液或氢氧化铵溶液。隔室通过阳离子交换膜分隔。随着反应进行，对于 脱羧的糖类酸的每一个分子或进化氧分子，大约两个碱金属离子跨越阳离子膜迀移并从阳 极电解液移出至阴极电解液，从而维持电荷平衡。 在第一个实施方案中，维持足够高的阴极电解液的碱金属氢氧化物浓度并选择阳 离子膜以诱导氢氧根离子跨越阳离子膜从阴极电解液至阳极电解液的返迀移。在本实施方 案中，碱金属氢氧化物生产的电流效率小于1〇〇%、优选小于90%，更优选小于75%。在具 体实施方案中，糖类酸是阿糖酸。 在第二个实施方案中，将碱金属氢氧化物加入至阳极电解液以维持合适的中和。 优选地，为了维持糖类酸中和的优选水平，将在阴极隔室中产生的碱金属氢氧化物加入至 糖类脱羧的阳极电解液。在具体实施方案中，糖类酸是阿糖酸。 在第三个实施方案中，在阳极表面发生糖类酸的脱羧以得到醛糖，其中钠与糖类 酸的比例通过同时循环经过两套电解池的反应物溶液来维持，其中一套池是带有阳离子膜 的分隔式池，另一套池是非分隔式池。在具体实施方案中，糖类酸是阿糖酸。 在第四个实施方案中，糖类酸反应物由合适的糖类起始材料通过碱氧化而得到。 优选地，在随后糖类酸反应物的碱氧化中使用阴极隔室中产生的碱金属氢氧化物。例如， D-阿糖酸可通过在碱性水溶液中用氧气氧化D-葡萄糖来制备；L-阿糖酸可通过在碱性水 溶液中用氧气和铂族金属催化剂氧化L-阿拉伯糖来制备；甲基a-D-葡糖苷酸可通过在碱 性水溶液中利用氧气和铂族金属催化剂氧化甲基a-D-葡萄糖来制备；D-葡萄糖酸盐可通 过在碱性水溶液中用氧气和铂族金属催化剂氧化D-葡萄糖来制备。 本专利技术的详细描述 定义 如本文中所使用，术语"糖类酸"是指任何醛糖酸、糖醛酸或醛糖二酸。 "醛糖酸"是指包含通式H0CH2NC( = 0) 0Η(其中η是任意整数，包括1-20， 但优选1-12,更优选4-7)的任何聚羟基酸化合物及其衍生物、类似物和盐。例如，醛糖酸可 以来源于通过氧化醛基（例如，D-葡糖酸）得到的醛糖。 "糖醛酸"是指包含通式0 =CHnC( = 0)0Η(其中η是任意整数，包括 1-20,但优选1-12,更优选4-7)的任何聚羟基酸化合物及其衍生物、类似物和盐。例如，糖 醛酸可以通过氧化伯醇基（例如，D-葡糖醛酸）来源于醛糖。 "醛糖二酸"是指包含通式H0(0 = )CnC( = 0)0Η(其中η是任意整数，包 括1-20,但优选1-12,更优选4-7)的任何聚羟基酸化合物及其衍生物、类似物和盐。例如， 醛糖二酸可以来源于通过氧化醛基和伯醇基（例如，D-葡糖二酸）得到的醛糖。 如本文中所使用的"阿糖酸"是指具有化学式c5h1(]o6的醛糖酸糖类，其包括任何立 体异构体、衍生物、类似物及其盐。除非另有说明，本文中列举"阿糖酸"旨在包括但不限于 分子：D-㈠-阿糖酸、L(+)-阿糖酸、D㈠-阿糖酸、D-阿糖酸、L-阿糖酸、D㈠-阿糖酸和 内消旋阿糖酸。阿糖酸也称为阿拉伯糖酸和树胶糖酸。 "葡糖酸"是指具有化学式C6H1207的醛糖酸糖类，其包括衍生物、类似物及其盐。除 非另有说明，本文中列举"葡糖酸"旨在是指D-葡糖酸、D-(-)-葡糖酸和D(-)-葡糖酸。 "D-葡糖醛酸"是指具有化学式C6H1207的糖醛酸糖类，其包括衍生物、类似物及其 盐。除非另有说明，本文中列举"D-葡糖醛酸"旨在包括但不限于分子：D_㈠-葡糖醛酸、 D-葡糖醛酸、（a) -D葡糖醛酸、（β) -D-葡糖醛酸和（α，β) -D-葡糖醛酸。 "甲基-D-葡萄苷酸"是指具有化学式C7H1207的糖醛酸糖类，其包括衍生物、类 似物及其盐。除非另有说明，本文中列举"甲基-D-葡萄苷酸"旨在包括但不限于分子： 1-0-甲基-(a)-D-吡喃葡糖苷糖酸、1-0-甲基_(i3)-D-吡喃葡糖苷糖酸和1-0-甲 基-(α，β) -D-吡喃葡糖苷糖酸。 "D-半乳糖醛酸"是指具有化学式C6H1(]07的糖醛酸糖类，其包括衍生物、类似物及 其盐。除非另有说明，本文中列举"D-半乳糖醛酸"旨在包括但不限于分子：D-㈠-D-半乳 糖醛酸、D-半乳糖醛酸、（a) -D-半乳糖醛酸、（β) -D-半乳糖醛酸和（α，β) -D-半乳糖醛 酸。 "赤藓糖"是指具有化学式C4Hs04的醛糖（丁糖）糖类，其包括任意立体异构体、 衍生物、类似物及其盐。除非另有说明，本文中列举"赤藓糖"旨在包括但不限于分子： D--赤藓糖、L(+)-赤藓糖、D(-)-赤藓糖、D-赤藓糖、L-赤藓糖、D(-)-赤藓糖和内消旋 赤藓糖。下面提供D-赤藓糖结构（1)的费歇尔投影式（FischerProjection)。 如本文所使用的"脱羧"是指通过化学反应或物理方法去除羧基（-C00H)。脱羧反 应的典型产物可包括二氧化碳（C02)或甲酸。 术语"电化学"是指可在电导体（电极）和离子导体（电解质）的界面发生的化 学反应。电化学反应可在两种导电材料（或单种导电材料的两个部分）之间产生电势或者 可通过施加外部电压来引起。在一般情况下，电化学处理在空间中氧化反应和还原反应分 开的情况。 如本文中所使用的术语"电解"是指导致一个或多个化学键的断裂的电化学氧化 或还原反应。如本文中所使用的电解反应描述发生作为与阴极或阳极相互作用产物的反 应。 如本文中所使用，"衍生物"是指与母体化合物在结构上相似并从母体化合物（实 际或理论上）衍生的化学化合物的化学或生物修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电化学池中使糖类酸脱羧的方法，其包括：提供具有两个隔室的电化学池，所述两个隔室通过用于在所述两个隔室之间进行单价阳离子转移的阳离子膜分隔，第一隔室含有阴极电解液和阴极，第二隔室含有糖类酸、阳极电解液和阳极；将电流提供至所述池由此在所述阳极电解液中产生醛糖类和单价阳离子氢氧化物；其中单价阳离子与糖类酸的比例维持中和用于脱羧的可用糖类酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·A·斯戴普利，大卫·J·詹德斯，
申请(专利权)人：活力食品添加剂公司，
类型：发明
国别省市：美国;US