CN102796145B - 一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述制备方法以蔗糖为原料，以苯甲酸甲酯为酯化试剂，选用碱金属碳酸盐为催化剂，在减压蒸馏条件下合成蔗糖-6-苯甲酸酯，根据蔗糖和蔗糖-6-苯甲酸酯极性的差异，通过加入弱极性溶剂，使未反应的蔗糖析出的方法提纯蔗糖-6-苯甲酸酯。该方法在提高蔗糖-6-苯甲酸酯的产率和纯度的同时还可以回收未反应的蔗糖，并且工艺环保，对设备要求较低，具有很高的经济性，为蔗糖-6-苯甲酸酯的合成提供了新的思路，适合规模化工业生产的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种三氯蔗糖的中间体的制备方法，尤其是一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法。
背景技术
三氯蔗糖，英文名称为Sucralose，是唯一以蔗糖为原料的功能性甜味剂，甜度可达蔗糖的600倍以上，这种甜味剂具有无能量、甜度高、甜味纯正、高度安全等特点，是目前最优秀的功能性甜味剂之一。
三氯蔗糖为不吸潮的白色晶体粉末，在酸性溶液中化学稳定性很高，在光、热条件下稳定性也很好，易溶于乙醇，折射率与溶解度有很好的线性关系。
目前通常采用“单基团保护法”来最终合成三氯蔗糖。此方法的优势在于单基团保护法三步即可合成出三氯蔗糖，步骤少，操作简单，对工艺设备要求也不高，主要步骤包括：(1)利用适当的保护基团在合适的反应条件下，对蔗糖分子中的C-6位羟基进行单基团保护，即合成蔗糖-6-酯。(2)选用适当的氯代试剂选择性氯代蔗糖C-4,1＇,6＇位羟基。(3)脱去C-6位上的保护基团使其恢复为自由羟基，得到三氯蔗糖。可见，蔗糖-6-酯是生产三氯蔗糖的重要的中间体，蔗糖-6-酯的合成是三步中的关键步骤，提高蔗糖-6-酯的产率及纯度直接影响后续合成的三氯蔗糖的品质和经济效益。GB1543167与GB2104063B论述了蔗糖酯及三氯蔗糖的用途。
US4889928采用以蔗糖为原料与酯化剂原乙酸三甲酯反应，在对甲苯磺酸的催化下合成蔗糖-6-乙酸酯。US 5440026采用蔗糖与1,1-二甲氧基乙烯在对甲苯磺酸的催化作用下合成蔗糖-6-乙酸酯，此法与US4889928的合成方法类似。与US4889928方法类似的还有US7626016，不同之处是US7626016中以N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛为酯化试剂，合成蔗糖-6-酯（包括蔗糖-6-乙酸酯，蔗糖-6-苯甲酸酯）。此类方法得到的的蔗糖-6-酯（包括蔗糖-6-乙酸酯，蔗糖-6-苯甲酸酯）中尚有较多蔗糖-4-酯。US4950746采用蔗糖先与羟基活化剂二丁基氧化锡生成DBSS,再与酯化剂苯甲酸酐反应生成蔗糖-6-苯甲酸酯。US5023329，US5034551，US5089608也采用相似的方法制备蔗糖-6-苯甲酸酯。此类反应中，需用到大量有机锡作为羟基活化催化剂，毒性大，难回收。US20070207246公开了以蔗糖与脱水剂(如CAT，DCC)存在的情况下，制备蔗糖-6-乙酸酯。US5128248在脂肪酶Li pa s e P Amano催化下，以醋酸异丙烯酯为酯化剂，合成蔗糖-6-乙酸酯，但也有二酯化情况，如蔗糖-4’,6-二乙酸酯。US7910727，US2011168568A1等则使用电解法合成蔗糖-6-苯甲酸酯，此方法对反应设备要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度25-120℃条件下，将蔗糖溶于极性非质子有机溶剂中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述极性非质子有机溶剂为DMF或DMSO，所述蔗糖与极性非质子有机溶剂的质量比为1:3-1:10；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碱金属碳酸盐和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持45-60℃，反应4-6h，所述碱金属碳酸盐的用量为蔗糖质量的0.05%-5%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:1-1:6；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入弱极性溶剂，所述弱极性溶剂与反应液的体积比为2:1，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯，所述弱极性溶剂为丙酮、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷或1,1,2-三氯乙烷。
优选的，上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述加热温度为40-90℃。
优选的，上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述步骤（1）中极性非质子有机溶剂为DMF。
优选的，上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述步骤（1）中蔗糖与极性非质子有机溶剂的质量比为1:4-1:6。
优选的，上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述步骤（2）中碱金属碳酸盐为碳酸钠、碳酸铷或碳酸铯。
优选的，上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述步骤（2）中碱金属碳酸盐为碳酸铷或碳酸铯。
优选的，上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述步骤（2）中碱金属碳酸盐的用量为蔗糖质量的0.1%-2%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2-1:4。
优选的，上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，所述步骤（3）中减压蒸除滤液中的溶剂为甲醇溶液。
本发明的有益效果是：
上述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，选用碱金属碳酸盐作为催化剂，从而提供了有利于反应进行所需的碱性环境；同时因碱金属元素如铷、铯具有较大的原子半径，溶解度较好，催化活性较其它碱更高，且无需加入相转移催化剂；由于蔗糖与酯化剂反应为酯交换反应中的一种，该反应是可逆反应，反应很难进行彻底，因此选用苯甲酸甲酯为酯化试剂，与蔗糖反应生成蔗糖-6-苯甲酸酯和甲醇，利用甲醇比反应体系中其他物质的沸点低很多的特点，在反应过程中及时蒸除生成的甲醇，使反应平衡向有利于生成蔗糖-6-苯甲酸酯的方向进行，从而提高产率；选用弱极性溶剂处理反应液，提纯蔗糖-6-苯甲酸酯，回收未反应的蔗糖，降低了生产成本。
可见，本发明所述蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，以蔗糖为原料，以苯甲酸甲酯为酯化试剂，选用碱金属碳酸盐为催化剂，在减压蒸馏条件下合成蔗糖-6-苯甲酸酯，根据蔗糖和蔗糖-6-苯甲酸酯极性的差异，通过选用加入弱极性溶剂，使未反应的蔗糖析出的方法提纯蔗糖-6-苯甲酸酯，同时回收未反应的蔗糖，得到的蔗糖-6-苯甲酸酯产率和纯度高且工艺环保，对反应设备要求较低，同时也具有很高的经济性，为蔗糖-6-苯甲酸酯的合成提供了新的思路，适合规模化工业生产的需要。
附图说明
图1是本发明实施例1所制得白色固体（蔗糖-6-苯甲酸酯）的核磁图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的说明。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均可自常规生化试剂商店购买得到；以下实施例中的%，如无特别说明，均为质量百分含量；下述检测方法为液相色谱法，参照参考文献US4889928进行。
实施例1
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度75℃条件下，向100ml三口圆底烧瓶中加入5g蔗糖，将蔗糖溶于DMF（N,N-二甲基甲酰胺）中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与DMF的质量比为1:5（即DMF 25g）；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碳酸铯和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持55℃，反应5h，所述碳酸铯的用量为蔗糖质量的1%（即碳酸铯0.05g），所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:3（即苯甲酸甲酯6ml）；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入二氯甲烷50ml，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯粗产品4.05g，收率81%，用液相色谱对粗产品进行分析，蔗糖-6-苯甲酸酯纯度为89%，粗产品经柱色谱（既用含5%水的丙酮溶液冲洗填充了中性氧化铝的柱子）分离得白色固体，其熔点在89-91℃，并且通过1HNMR图（见图1）可以确定该白色固体即为最终产物——蔗糖-6-苯甲酸酯。
实施例2
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度120℃条件下，向250ml三口圆底烧瓶中加入5g蔗糖，将蔗糖溶于DMSO中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与DMSO的质量比为1:3；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碳酸铷和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持60℃，反应4h，所述碳酸铷的用量为蔗糖质量的0.05%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:1；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入氯仿50ml，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯粗产品3.6g，收率72%，用液相色谱对粗产品进行分析，蔗糖-6-苯甲酸酯纯度为86%。
实施例3
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度40℃条件下，向100ml三口圆底烧瓶中加入5g蔗糖，将蔗糖溶于DMF中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与DMF的质量比为1:4；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碳酸钠和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持50℃，反应5h，所述碳酸钠的用量为蔗糖质量的2%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入1,2-二氯乙烷50ml，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯粗产品3.8g，收率76%，用液相色谱对粗产品进行分析，蔗糖-6-苯甲酸酯纯度为84%。
实施例4
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度25℃条件下，向100ml三口圆底烧瓶中加入5g蔗糖，将蔗糖溶于DMF中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与DMF的质量比为1:10；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碳酸铯和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持45℃，反应6h，所述碳酸铯的用量为蔗糖质量的5%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:6；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入丙酮50ml，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯粗产品3.7g，收率74%，用液相色谱对粗产品进行分析，蔗糖-6-苯甲酸酯纯度为85%。
实施例5
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度90℃条件下，向250ml三口圆底烧瓶中加入5g蔗糖，将蔗糖溶于DMF中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与DMF的质量比为1:6；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碳酸铯和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持60℃，反应5.5h，所述碳酸铯的用量为蔗糖质量的0.1%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:4；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入1,1,2-三氯乙烷50ml，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯粗产品3.9g，收率78%，用液相色谱对粗产品进行分析，蔗糖-6-苯甲酸酯纯度为83%。
实施例6
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度65℃条件下，向250ml三口圆底烧瓶中加入5g蔗糖，将蔗糖溶于DMF中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与DMF的质量比为1:5；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碳酸铷和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持50℃，反应5h，所述碳酸铷的用量为蔗糖质量的1.5%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入二氯甲烷50ml，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯粗产品4.0g，收率80%，用液相色谱对粗产品进行分析，蔗糖-6-苯甲酸酯纯度为85%。
实施例7
一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，具体步骤为：
（1）在加热温度80℃条件下，向100ml三口圆底烧瓶中加入5g蔗糖，将蔗糖溶于DMF中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与DMF的质量比为1:4；
（2）在反应蒸馏装置中，向步骤（1）所得蔗糖溶解液中加入碳酸铯和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持55℃，反应6h，所述碳酸铯的用量为蔗糖质量的1%，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:3；
（3）将步骤（2）的反应液冷却到室温，加入丙酮50ml，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯粗产品3.9g，收率78%，用液相色谱对粗产品进行分析，蔗糖-6-苯甲酸酯纯度为86%。
Claims (1)
1.一种蔗糖-6-苯甲酸酯的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
(1)在加热温度75℃条件下，将蔗糖溶于极性非质子有机溶剂DMF中，降至室温，得到蔗糖溶解液待用，所述蔗糖与极性非质子有机溶剂DMF的质量比为1:5；
(2)在反应蒸馏装置中，向步骤(1)所得蔗糖溶解液中加入碱金属碳酸盐和苯甲酸甲酯，调节真空度为0.05MPa，维持55℃，反应5h，所述碱金属碳酸盐为碳酸铷或碳酸铯，所述碱金属碳酸盐的用量为蔗糖质量的1％，所述蔗糖与苯甲酸甲酯的摩尔比为1:3；
(3)将步骤(2)的反应液冷却到室温，加入弱极性溶剂二氯甲烷，所述弱极性溶剂二氯甲烷与反应液的体积比为2:1，使未反应的蔗糖析出，过滤，回收未反应的蔗糖，减压蒸除滤液中溶剂，得到蔗糖-6-苯甲酸酯。
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