CN101805379A

CN101805379A - 甲壳素酸水解反应制备d-氨基葡萄糖盐酸盐的方法

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Publication number: CN101805379A
Application number: CN200910095841A
Authority: CN
Inventors: 林大昌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-18

Abstract

本发明涉及一种D-氨基葡萄糖盐酸盐的制备方法。尤其涉及一种利用超声波强化甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法。甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法包括甲壳素粉碎、甲壳素与盐酸的酸水解反应和D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤，其中：甲壳素与盐酸的酸水解反应在超声波反应釜中进行，所述的反应温度为60℃～80℃。优选的反应温度为65℃～70℃。本发明采用较低的温度，有效地降低碳化率，使得率增至80％-85％，比原有技术的50％-55％，提高30％。

Description

甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法

技术领域

本发明涉及一种D-氨基葡萄糖盐酸盐的制备方法。尤其涉及一种利用超声波强化甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法。

背景技术

D-氨基葡萄糖盐酸盐是甲壳素经盐酸水解后的产物。分子式是C₆H₁₃NO₅·HCl，分子量是215.63。D-氨基葡萄糖盐酸盐在医药、食品等领域有广泛的用途，是抗癌新药氯脲霉素的主要的原料，是治疗关节炎等基础医药的中间体。近20多年来主要出口美国、日本。近几年来国内的需求量每年以5％的速度攀升。2007年国内的出口量已达到25000吨左右。

传统的生产D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法是，工业盐酸(31％)水解甲壳素时间3h-5h，温度95℃-110℃，盐酸的耗用量是甲壳素重量的5-6倍。活性炭用量是甲壳素重量的0.15-0.25倍。得率为50％-55％(甲壳素的灰分≤10％，水分≤10％，甲壳素均按原样进料(未经粉碎)。

中国发明专利(公开号为：101125892)公开了氨基葡萄糖盐酸盐生产方法，生产过程中调整了盐酸与甲壳素的比例，控制在5∶1，温度控制在85℃～88℃，时间控制在3小时，无须冷却结晶，直接在反应容器中同时加入活性炭脱色，省去了粗品结晶的分离和水溶解，节省时间和用水。

中国发明专利(公开号为：101314609)公开了一种D-氨基葡萄糖盐酸盐的生产方法，包括如下步骤：(1)在反应蒸馏装置中加入甲壳素、无机酸和低碳醇，升温至85-110℃，进行反应，顶部得到蒸馏液和底部得到残留液；(2)将所述残留液过滤除渣，滤液降温析出固体，固液分离得到粗D-氨基葡萄糖盐酸盐和一次母液；(3)将粗D-氨基葡萄糖盐酸盐溶于热水，加入活性炭，回流，过滤，滤液蒸发析出固体，将所述固体溶解于乙醇，搅拌，冷却静止，冷却过程中析出晶体，过滤，干燥后得到D-氨基葡萄糖盐酸盐。

上述的反应由于反应的温度较高，反应的时间长，氨基葡萄糖在反应过程中容易碳化。

发明内容

为了解决上述的制备方法中存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法降低了反应的温度，缩短了反应时间，可以有效地降低碳化率。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法包括甲壳素粉碎、甲壳素与盐酸的酸水解反应和D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤，其中：甲壳素与盐酸的酸水解反应在超声波反应釜中进行，所述的反应温度为60℃～80℃。优选的反应温度为65℃～70℃。

上述的技术方案中，粉末甲壳素进行超声波的“声空化”作用(在声场作用下，盐酸中产生空泡振动、生长和崩溃闭合的动力学过程)，空泡崩溃闭合时产生的局部高温、高压和发光冲击波、微射流等能够强化传质(盐酸)是甲壳素表面保持高的活性。超声波在媒质中(盐酸)传播时引起的媒质质元的振动，使位移速度加快，分子碰撞速度加快，同时对质点施加较大的冲击力，导致甲壳素高分子糖苷键链断裂，迅速形成单糖。同时，超声波通过媒质(盐酸)时，由于产生强烈的分子碰撞，导致甲壳素分子中的乙酰基迅速分离，甲壳素分子中的氨基迅速结合盐酸分子，形成氨基葡萄糖盐酸盐。氨基具有较强的活性，氨基迅速结合盐酸分子后受到保护，稳定性较好。超声波在媒质中(盐酸)被吸收，使部分声能转化为瞬间热能有利于酸水解反应进行。

由于较低的温度和较短的时间，使氨基葡萄糖盐酸盐不易炭化。有效防止氨基葡萄糖盐酸盐的复分解反应。使氨基葡萄糖盐酸盐的得率保持在85％以上。局部靠近理论得率(理论得率92％)(甲壳素的灰分≤10％，水分≤10％)。

作为优选，上述的超声波反应釜的超声波频率为20kHz～200kHz，声强为0.5W～1W/cm²，功率密度为10kw/m³～30kw/m³。

作为优选，上述的超声波反应釜通过梯度强化酸水解反应。作为再优选，梯度强化酸水解反应，超声波的频率依次为20～30kHz、40～60kHz、80kHz以上，声强依次为0.5～0.6w/cm²、0.7～0.8w/cm²、0.9～1w/cm²，功率密度8～12kw/m³、18～23kw/m³、25～30kw/m³。

作为优选，上述的甲壳素粉碎步骤中，粉碎的粒度小于等于20目，将粉末过60目振动筛，除去细砂，取大于60目的粉末甲壳素加入反应釜中与盐酸反应。作为再优选，在搪瓷反应釜中将粒度小于60目的细砂甲壳素和细砂溶解在盐酸中，搅拌，抽滤，将细砂去除，滤液返回反应釜中。甲壳素粉碎的主要功能：减少细砂在水解反应中强烈摩擦，破坏搪瓷反应釜中的釉面，可以延长反应釜的使用寿命6倍以上(细砂约占甲壳素重量的1％-3％)。

作为优选，上述的甲壳素与盐酸的酸水解反应步骤中，盐酸采用浓度为25％～37％盐酸，盐酸的重量是甲壳素的3～5倍。

作为优选，上述的D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤包括固液分离、脱色、浓缩、结晶和干燥步骤。作为再优选，上述的固液分离后沉淀物投入脱色釜中，加入活性炭和去离子水，保持温度85℃～90℃，控制转速50～80r/min，反应时间0.2～1h，后抽滤；在脱色釜中再加入去离子水，重复一次，将活性炭去除，合并2次抽滤液，进入浓缩釜中；浓缩釜中保持温度为≤80℃，真空度-0.09～-0.095Mpa；将饱和浓缩液冷却至0℃，将结晶滤出，用100％乙醇清洗，离心至干，抽滤液加95％乙醇重结晶，离心至干，得粗品；将洗涤后的白色粗品用70％饱和乙醇溶液重结晶，离心后用100％洗涤，得精品；将精品真空烘干得成品。

本发明由于采用以上述的技术方案，同原有技术比较，本发明的特点是：

1、得率提高，回流介质仍采用原有技术中使用的工业盐酸，用较低的温度，有效地降低碳化率，使D-氨基葡萄糖盐酸盐得率增至80％-85％，比原有技术的50％-55％，提高30％。

2、节能减排每生产1吨的D-氨基葡萄糖盐酸盐，原有技术中所耗用盐酸(31％)需要9-10吨，本发明中所耗用盐酸(31％)只需4-4.5吨，节约盐酸用量5吨。

3、成本降低本发明在工艺上缩短酸水解时间三分之二以上。原有技术酸水解时间需要3h～5h，温度95℃～110℃。本发明酸水解时间只要0.75h～1h。温度65℃～70℃，降低了蒸汽耗量75％以上，人工费用相应下降。本发明的应用，减少了各类原材料的耗用，同时延长了水解釜的使用寿命达6倍以上。(原有技术中要使用的水解釜、浓缩釜，由于虾、蟹甲壳素中所含的沙囊中的沙和海沙，造成反应釜的剧烈磨损，致使1～2个月就要复搪。)使用本发明的技术生产D-氨基葡萄糖盐酸盐，生产成本总体下降50％以上，生产能力增加一倍以上。

4、改善生产环境本发明可采用自动化作业，盐酸及氯化氢气体均在密闭的容器中进行，在生产车间中氯化氢气体减少95％以上，厂房设备得到保护，员工的健康得到保障。

具体实施方式

下面对本发明的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法的工艺流程进行详细的说明。

(一)粉碎

将甲壳素(水分≤10％，灰分≤10％)粉碎，粒度≤20目(￠850μm)过振动筛(筛孔60目)粒度＜60目(￠250μm)的甲壳素粉末和细砂另行集中处理，将粒度＞60目的甲壳素粉末(占总量的95％以上)，按原料投入反应釜中。

甲壳素粉末和细砂的混合物集中处理方法：

在搪瓷反应釜中将甲壳素和细砂溶解在2倍量浓度31％的盐酸中，慢速搅拌，转速30r/min～35r/min，在密闭抽滤桶中抽滤温度是60℃～70℃，将细砂去除，滤液返回水解釜中水解。

甲壳素粉碎的主要功能：

减少细砂在水解反应中强烈摩擦，破坏搪瓷反应釜中的釉面，可以延长反应釜的使用寿命6倍以上(细砂约占甲壳素重量的1％-3％)。

采用粉末甲壳素投料，使在水解反应中快速溶解，减少水解时间(缩短0.5h-1h)降低碳化率。

(二)水解

将工业盐酸(浓度31％)加入装有超声波装置的耐酸搪瓷反应釜中，盐酸用量是甲壳素重量的3.5倍。

在反应釜中先将31％浓度的盐酸预热至65℃，将粉末甲壳素用真空或螺旋输送器送入反应釜中，同时，开启超声波系统，控制超声波的功率密度10kw/m³声强0.6w/cm²，频率20khz，加料时间控制在＜0.5h。使甲壳素在短时间内全部溶解在热的盐酸中，搅拌转速控制在50～60r/min，全部溶解后调整超声波频率为40khz，功率密度和声强20Kw/m³、0.75w/cm²，控制时间在0.3～0.4h，温度控制65℃～70℃，搅拌转速60～70r/min(主要打断甲壳素高分子中的糖苷键)，继续调整频率至80khz，功率密度和声强30Kw/m³、1w/cm²，温度保持65℃～70℃，控制时间0.3～0.4h，转速70～80r/min，(主要脱去甲壳素分子中的乙酰基)。

超声波总加工时间控制在1.2h～1.5h。

(三)固液分离

水解后，将水解液冷却至30℃以下，放料，进密闭抽离桶中继续冷却沉淀，温度控制在0℃左右，时间在1h，抽滤，将固体物料和液体物料B，分置处理。

在密闭抽离桶中将固体物料加入3倍量的90℃去离子水，继续抽离将抽滤液进入脱色反应釜中，滤渣返回水解釜中，水解。

(四)脱色

在脱色反应釜中，加入粉末活性炭，加入量为甲壳素总量的5％，温度控制在90℃，时间控制在0.5～1h，搅拌转速60～70r/min。

将料液进入密闭抽滤桶中抽滤，固体物料返回脱色釜中，继续加1.5～2倍量的去离子水，重复一次，进入抽离桶中，2次滤液合并进入浓缩釜，活性炭渣弃去。

(五)浓缩

在浓缩釜中控制温度≤70℃，真空度-0.09～-0.095Mpa，浓缩至有晶体析出。

(六)结晶

将饱和浓缩液冷却至0℃左右，将结晶滤出，母液用95‰乙醇结晶，二次晶体合并成粗品，用100％乙醇清洗，离心至干。

(七)重结晶

将洗涤后的白色粗品用70％饱和乙醇溶液重结晶，离心后用100％乙醇洗涤，得精品。

(八)干燥

在旋转真空干燥器中进行干燥，控制温度≤50℃，真空度-0.09～0.095Mpa，旋转速度5～6r/min，时间控制10～12h得成品。

(九)B液处理

将(三)中液体物料B进入浓缩釜中，控制温度75-80℃，真空度0.09～0.095Mpa馏出盐酸(18～20％)和少量乙酸，占总量的80～85％，该混合酸可用于制甲克素用酸。

(十)浓酱回用

将浓缩后浓酱，返回水解釜重新水解。

Claims

1.甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法包括甲壳素粉碎、甲壳素与盐酸的酸水解反应和D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤，其特征在于：甲壳素与盐酸的酸水解反应在超声波反应釜中进行，所述的反应温度为60℃～80℃。

2.根据权利要求1所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：反应温度为65℃～70℃。

3.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：超声波反应釜的超声波频率为20kHz～200kHz，声强为0.5W～1W/cm²，功率密度为10kw/m³～30kw/m³。

4.根据权利要求3所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：超声波反应釜通过梯度强化酸水解反应。

5.根据权利要求4所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：梯度强化酸水解反应，超声波的频率依次为20～30kHz、40～60kHz、80kHz以上，声强依次为0.5～0.6w/cm²、0.7～0.8w/cm²、0.9～1w/cm²，功率密度8～12kw/m³、18～23kw/m³、25～30kw/w³。

6.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：甲壳素粉碎步骤中，粉碎的粒度小于等于20目，将粉末过60目振动筛，除去细砂，取大于60目的粉末甲壳素加入反应釜中与盐酸反应。

7.根据权利要求6所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，盐酸中，搅拌，抽滤，将细砂去除，滤液返回反应釜中。

8.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：甲壳素与盐酸的酸水解反应步骤中，盐酸采用浓度为25％～37％盐酸，盐酸的重量是甲壳素的3～5倍。

9.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤包括固液分离、脱色、浓缩、结晶和干燥步骤。

10.根据权利要求9所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于：固液分离后沉淀物投入脱色釜中，加入活性炭和去离子水，保持温度85℃～90℃，控制转速50～80r/min，反应时间0.2～1h，后抽滤；在脱色釜中再加入去离子水，重复一次，将活性炭去除，合并2次抽滤液，进入浓缩釜中；浓缩釜中保持温度为≤80℃，真空度-0.09～-0.095Mpa；将饱和浓缩液冷却至0℃，将结晶滤出，用100％乙醇清洗，离心至干，抽滤液加95％乙醇重结晶，离心至干，得粗品；将洗涤后的白色粗品用70％饱和乙醇溶液重结晶，离心后用100％洗涤，得精品；将精品真空烘干得成品。