CN102830197B - 一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法 - Google Patents

一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法,属精细化工技术领域。本发明采用薄层色谱法,以合适的薄层色谱条件,分别对单酯法合成三氯蔗糖过程中的酯化、氯化、脱酯三步主反应进行中控监测分析,可快速跟踪监测反应进度,正确指导生产控制,提高原料转化率,减少副反应的发生,并保证中间体和成品质量。该薄层色谱中控监测分析方法杂质分离度高,检测成本低廉,操作简单易行,方便快捷,能很好地指导工业生产,实用性强。

Description

一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法
技术领域
本发明涉及一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法,属精细化工技术领域。
背景技术
甜味剂是世界上研究和销售最活跃的食品添加剂之一。以蔗糖等为原料经脱氧、氯化衍生而得到的半天然半合成产品三氯蔗糖,因其甜度高,味质好,储存期长,无热量和安全性高等优点,逐渐取代食糖成为目前强力甜味剂研究的发展方向。
三氯蔗糖,又名蔗糖素(Sucralose),其化学名为4,1',6'-三氯-4,1',6'-三脱氧半乳型蔗糖 (简称TGS),是一种白色粉末状产品,其合成方法主要有化学合成法、化学-酶合成法和单酯法。单酯法只需要3步反应,收率高,成本低,中间产物易于分离,是合成三氯蔗糖的理想工艺。用单酯法合成三氯蔗糖主要有三个步骤:
①酯化:对蔗糖6-位羟基进行乙酯化保护,得到酯化物(蔗糖-6-乙酯)。本过程可采用“一锅法”, 连续进行的“环酯化、水解开环、乙酰基转位”三步反应,最后反应液经处理后得到蔗糖-6-乙酯固体或其溶液;
②氯化:对蔗糖-6-乙酯进行氯化反应,将4,1',6'-位三个羟基氯化,得到氯化物(4,1',6'-三氯蔗糖-6-乙酯);
③脱酯:将氯化物在碱性条件下脱去6-位保护基,得到三氯蔗糖产品。
在单酯法合成三氯蔗糖过程中,三步主反应的中控监测分析尤其重要,它决定能否对反应进度实施有效控制,直接关系到各步原料转化率、目的产物收率、中间体和成品质量以及生产成本。因此,研究一种中控监测分析方法,对指导生产控制、节能降耗和保证各步中间体及成品质量具有非常重要的现实意义。
经检索发现,关于单酯法合成三氯蔗糖中控监测分析的方法,国内外相关报道较少,主要是采用化学分析法、高效液相色谱法和薄层色谱法来进行中控监测。而三氯蔗糖合成过程复杂、产物较多,采用化学分析方法测定比较困难,高效液相色谱法虽然准确率较高,但是需要特殊的仪器设备,操作不便,均不利于企业推广应用。薄层色谱法能够简便、迅速、经济地对反应物分离分析,但是实际操作要求较高,而且显色剂、展开剂的选择,会显著影响检测的准确率。现有技术通常采用10%的二苯胺乙醇溶液为显色剂,采用无水乙醇:丙酮:氯仿:水=3:3:3.5:0.5(体积比)的混合溶剂或者丙酮:乙酸乙酯:冰醋酸:水=2.5:7:0.5:1(体积比)的混合溶剂为展开剂,分离效果均不佳,准确率也不高。
发明内容
本发明提供了一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法,采用薄层色谱法,并优选展开剂和显色剂,有效地分离了蔗糖及其酯类衍生物,通过对合成三氯蔗糖过程中所涉及的反应物进行分析,较为直观地指示了反应过程。
本发明的中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法,包括以下步骤:
(1)制备供试样:取单酯法合成三氯蔗糖过程中各步骤反应前后的溶液制备成供试样,其中供试样A为蔗糖的有机溶剂,供试样B为蔗糖环酯化反应液,供试样C为蔗糖4、6-环乙酯水解反应液,供试样D为蔗糖-4-乙酯转位反应液,供试样E为蔗糖-6-乙酯氯化反应液,供试样F为三氯蔗糖-6-乙酯脱酯反应液;
(2)点样:用点样器分别吸取上述供试样在层析硅胶板原点中心点样;
(3)展开:待点样溶剂干燥后,将上述层析硅胶板放入层析缸展开,其中,供试样A、B、C、D以水-乙酸乙酯-丙酮为展开剂,水:乙酸乙酯:丙酮的体积比为1:3~20:3~20;供试样E、F以二氯甲烷-甲醇为展开剂,二氯甲烷:甲醇的体积比为1~20:1;
(4)显色:以甲醇-浓硫酸为显色剂对层析硅胶板喷雾,甲醇:98%浓硫酸的体积比为10~20:1,在125℃度烘烤1-2分钟显色;
(5)对照:将各步骤反应前后的色谱图在同一薄层板上进行对照。
本发明的技术方案,还包括以下步骤:制备供试样E’,所述E’为三氯蔗糖-6-乙酯精制过程反应液;吸取供试样E’ 在层析硅胶板上点样;待点样溶剂干燥后放入层析缸展开,以二氯甲烷-甲醇为展开剂,所述二氯甲烷:甲醇=1~20:1(体积比);以甲醇-浓硫酸为显色剂对层析硅胶板喷雾,甲醇:98%浓硫酸=10~20:1(体积比),在125℃度烘烤1-2分钟显色;将供试样E与试供样E’的色谱图在同一薄层板上进行对照。
本发明的技术方案中,层析板采用2.5×10cm的玻璃层析硅胶板,供试样的点样量为10~25μl,点样的扩散直径不大于2.5mm。
本发明的技术方案中,显色剂和展开剂的选取,符合单酯法合成三氯蔗糖工艺的特点,展开速度快、杂质分离度高、结果也比较准确,而且不需要特殊仪器、检测成本低廉、操作简单易行,能很好地指导工业生产,非常适合企业实际应用。
附图说明
图1为单酯法合成三氯蔗糖的路线图;
图2为实施例1中各步骤反应前后的对比层析斑图;
图3为实施例2中各步骤反应前后的对比层析斑图;
其中a为环酯化反应终点对照谱图,b为开环反应终点对照谱图,c为乙酰基转位反应终点对照谱图,d 为氯化反应终点对照谱图,e为三氯蔗糖-6-乙酯精制前后对照谱图,f为脱酯反应终点对照谱图(斑点A为蔗糖,B为环酯化物,C为蔗糖-4-乙酯,D为蔗糖-6-乙酯,E、F为反应杂质,G为三氯蔗糖-6-乙酯,H为三氯蔗糖)。
具体实施方式
以下结合附图,对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
本发明的实施例1,根据三氯蔗糖单酯法合成步骤,采用薄层色谱法逐一监测,具体过程如下:
(1)蔗糖-4,6-位环酯化过程监测
在蔗糖的有机溶剂(如N,N-二甲基甲酰胺等)溶液中,加入酯化剂(如原乙酸三甲酯、醋酐等),在催化剂(如对甲苯磺酸等)的作用下,反应11.5小时。用内径0.5mm,管长100mm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取蔗糖的二甲基甲酰胺溶液,和反应后的4、6-环乙酯反应液10μl,在干燥的层析板点样,控制扩散直径约为2.5mm,层析板选择尺寸为2.5cm×10cm的GF254玻璃层析硅胶板;用电吹风热风吹干试样溶剂,待硅胶板稍冷后,置于层析缸中展开,展开缸尺寸为5×10×10cm(宽×长×高),展开剂为水:乙酸乙酯:丙酮=1:8:7(体积比)的混合溶剂;然后用甲醇:98%浓硫酸=15:1(体积比)的混合溶剂喷雾,在125℃度烘烤2分钟显色;将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的a所示,斑点A(蔗糖)近乎完全消失,出现了斑点B(4,6-环乙酯),表明蔗糖-4,6-位环酯化反应过程已近终点,蔗糖转化为蔗糖4,6-环乙酯。
(2)蔗糖-4,6-环乙酯水解开环过程监测
在蔗糖-4,6-环乙酯反应液中,加入去离子水,调节PH值,使蔗糖4,6-环乙酯水解为蔗糖-4-乙酯和蔗糖-6-乙酯的混合物。用内径0.5mm,管长100mm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取反应前的蔗糖-4,6-环乙酯反应液,和反应后的反应液10μl,在干燥的层析板上点样,控制扩散直径约为2.5mm;用电吹风热风吹干试样溶剂,待硅胶板稍冷后,置于层析缸中展开,选用水:乙酸乙酯:丙酮=1:10:10(体积比)的混合溶剂作为展开剂展开;然后用甲醇:98%浓硫酸=15:1(体积比)的混合溶剂喷雾,在125℃度烘烤2分钟显色;将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的b所示,斑点B(环酯化物)近乎完全消失,出现了斑点C(蔗糖-4-乙酯)和D(蔗糖-6-乙酯),表明蔗糖4,6-环乙酯水解开环反应已近终点,蔗糖4,6-环乙酯已反应完全,产物包含蔗糖-4-乙酯和蔗糖-6-乙酯。
(3)乙酰基转位过程监测
在上述水解开环反应液中,加入转位剂,使蔗糖-4-乙酯转化为蔗糖-6-乙酯。用内径0.5mm,管长100mm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取反应前的水解开环反应液,和转位反应后的反应液10μl,在干燥的层析板上点样,控制扩散直径约为2.5mm;用电吹风热风吹干试样溶剂,待硅胶板稍冷后,置于层析缸中展开,选用水:乙酸乙酯:丙酮=1:11:11(体积比)的混合溶剂作为展开剂展开;然后用甲醇:98%浓硫酸=14:1(体积比)的混合溶剂喷雾,在125℃度烘烤2分钟显色;将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的c所示,当斑点C(蔗糖-4-乙酯)完全消失,表明蔗糖-4-乙酯转位反应已近终点,蔗糖-4-乙酯全部转化为蔗糖-6-乙酯。
(4)蔗糖-6-乙酯的氯化过程监测
在蔗糖-6-乙酯的溶液中,加入氯化剂发生氯化反应,将4,1',6'-位三个羟基用氯取代,反应液经处理后,得到氯化物(4,1',6'-三氯蔗糖-6-乙酯)粗品。用10μl的微量进样器分别取反应前的蔗糖-6-乙酯溶液,和反应后的反应液10μl,在干燥的层析板点样,控制扩散直径约为2.5mm;用电吹风热风吹干试样溶剂,待硅胶板稍冷后,置于层析缸中展开,选用二氯甲烷:甲醇=7:1(体积比)的混合溶剂作为展开剂展开;然后用甲醇:98%浓硫酸=15:1(体积比)的混合溶剂喷雾,在125℃度烘烤2分钟显色;将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的d所示,当斑点D(蔗糖-6-乙酯)近乎完全消失,出现了斑点E(三氯蔗糖-6-乙酯),表明蔗糖-6-乙酯氯化反应已近终点,蔗糖-6-乙酯已反应完全,新增斑点G(三氯蔗糖-6-乙酯)。此时层析图中存在E及其它杂质斑点,说明氯化反应液中包含较多反应过程中产生的杂质,纯度不高,这些杂质会带入到经后处理(萃取、浓缩结晶)所得的三氯蔗糖-6-乙酯粗品中。
本实施例还包括对三氯蔗糖-6-乙酯粗品的精制过程监测,同样采用二氯甲烷:甲醇=7:1(体积比)的混合溶剂作为展开剂,选用甲醇:98%浓硫酸=15:1(体积比)的混合溶剂喷雾,如图2的e所示,三氯蔗糖-6-乙酯粗品中所含E及其它杂质斑点几乎全部消失,说明精制效果较好。经高效液相色谱仪验证,本批三氯蔗糖-6-乙酯精制使其纯度由94.75%上升到98.46%,监测效果良好。
(5) 三氯蔗糖-6-乙酯醇解脱保护基过程监测
将三氯蔗糖-6-乙酯溶解在醇类溶剂中,在醇钠、NaOH、KOH或其他碱的作用下,发生醇解反应,脱去6-位乙酰保护基,反应液经后处理,得到三氯蔗糖成品。用内径0.5mm,管长100mm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取反应前的三氯蔗糖-6-乙酯醇溶液,和反应后的反应液10μl,在干燥的层析板上点样,控制扩散直径约为2.5mm;用电吹风热风吹干试样溶剂,待硅胶板稍冷后,置于层析缸中展开,选用二氯甲烷:甲醇=3:1(体积比)的混合溶剂作为展开剂展开;然后用甲醇:98%浓硫酸=15:1(体积比)的混合溶剂喷雾,在125℃度烘烤2分钟显色;将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的f所示,当斑点G(三氯蔗糖-6-乙酯)完全消失,表明反应已近终点,三氯蔗糖-6-乙酯已全部参与反应,产物包含三氯蔗糖。
实施例2
本发明的实施例2,同样采用薄层色谱法监测单酯法合成三氯蔗糖的步骤,其点样、展开、显色、分析过程与实施例1完全一样,区别在于每一步所选用的展开剂和显色剂有所不同。
(1)蔗糖-4,6-位环酯化过程监测
本过程采用水-乙酸乙酯-丙酮为展开剂,水:乙酸乙酯:丙酮=1:4:3(体积比),甲醇-98%浓硫酸为显色剂,甲醇:98%浓硫酸=15:1(体积比),如图3的a所示,斑点A(蔗糖)残留较多,表明反应不完全,应继续反应,至斑点A消失。后经高效液相色谱仪复核,与本次薄层色谱检测结果非常接近,监测效果良好。
(2)蔗糖-4,6-环乙酯水解开环过程监测
本过程展开剂中,水:乙酸乙酯:丙酮=1:12:10(体积比),显色剂中甲醇:98%浓硫酸=12:1(体积比),如图3的b所示,斑点B(环酯化物)仍有少量残留,表明反应不完全,需延长反应时间,继续反应,或作其它相应调整,至斑点B消失。
(3)乙酰基转位过程监测
本过程展开剂中,水:乙酸乙酯:丙酮=1:20:20(体积比),显色剂中甲醇:98%浓硫酸=15:1(体积比),如图3的c所示,斑点C(蔗糖-4-乙酯)近乎完全消失,转位为斑点D(蔗糖-6-乙酯),表明反应已近终点。
(4)蔗糖-6-乙酯的氯化过程监测
本过程包括氯化反应过程和三氯蔗糖-6-乙酯粗品精制过程,两过程选用相同的展开剂和显色剂,展开剂为二氯甲烷:甲醇=10:1(体积比),显色剂为甲醇:98%浓硫酸=20:1(体积比),图3的d显示,斑点D(蔗糖-6-乙酯)近乎完全消失,表明反应已近终点,而出现斑点E及其它杂质斑点,说明氯化反应液中杂质斑点较多。图3的e显示,经氯化后处理所得粗品中仍含有多种杂质,通过精制,虽然去掉了大部分杂质,但精品中仍存在明显的杂质斑点,说明精制效果不好。经高效液相色谱仪验证,本批三氯蔗糖-6-乙酯精制使其纯度由92.65%上升到95.76%,该结果与薄层色谱检测结果相当,说明监测效果良好。
(5) 三氯蔗糖-6-乙酯醇解脱保护基过程监测
本过程展开剂中,二氯甲烷:甲醇=20:1(体积比),显色剂中甲醇:98%浓硫酸=20:1(体积比) ,如图3的f所示,斑点G(三氯蔗糖-6-乙酯)几乎消失,表明反应已近终点。
本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化,当然,这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法,包括以下步骤:
(1)制备供试样:取单酯法合成三氯蔗糖过程中各步骤反应前后的溶液制备成供试样,其中供试样A 为蔗糖的有机溶剂,供试样B 为蔗糖环酯化反应液,供试样C 为蔗糖4、6-环乙酯水解反应液,供试样D 为蔗糖-4-乙酯转位反应液,供试样E 为蔗糖-6-乙酯氯化反应液,供试样F 为三氯蔗糖-6-乙酯脱酯反应液;
(2)点样:用点样器分别吸取上述供试样在层析硅胶板上点样;
(3)展开:待点样溶剂干燥后,将上述层析硅胶板放入层析缸展开,其中,供试样A、B、C、D 以水-乙酸乙酯-丙酮混合溶液为展开剂,其中,供试样A的展开剂中水:乙酸乙酯:丙酮的体积比为1:4:3,供试样B的展开剂中水:乙酸乙酯:丙酮的体积比为1:4:3,供试样C的展开剂中水:乙酸乙酯:丙酮的体积比为1:12:10,供试样D的展开剂中水:乙酸乙酯:丙酮的体积比为1:20:20;供试样E、F 以二氯甲烷-甲醇混合溶液为展开剂,二氯甲烷:甲醇的体积比为1~20:1;
(4)显色:以甲醇-浓硫酸混合溶液为显色剂对层析硅胶板喷雾,甲醇:98%浓硫酸的体积比为10~20:1,在125℃度烘烤1-2 分钟显色;
(5)对照:将各步骤反应前后的色谱图在同一薄层板上进行对照。
2.根据权利要求1 所述的方法,还包括以下步骤:制备供试样E’,所述E’为三氯蔗糖-6-乙酯精制过程反应液;吸取供试样E’ 在层析硅胶板上点样;待点样溶剂干燥后放入层析缸展开,以二氯甲烷-甲醇混合溶液为展开剂,所述二氯甲烷:甲醇的体积比为1~20:1;
以甲醇-浓硫酸混合溶液为显色剂对层析硅胶板喷雾,甲醇:98%浓硫酸=10~20:1(体积比),在125℃度烘烤1-2 分钟显色;将供试样E与供试样E’的色谱图在同一薄层板上进行对照。
3.根据权利要求1 或2 所述的方法,其特征在于:所述二氯甲烷-甲醇混合溶液中,二氯甲烷:甲醇的体积比为5~10:1。
4.根据权利要求1 或2 所述的方法,其特征在于:所述层析硅胶板为2.5×10cm 的玻璃层析硅胶板。
5.根据权利要求1 或2 所述的方法,其特征在于:所述供试样的点样量为10~25μl,点样位于层析硅胶板的原点中心,点样的扩散直径不大于2.5mm。
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Address after: 438600 Fengshan City, Huanggang province Luotian County, north of the town of water Yi Road, No. 428

Applicant after: HUBEI HONGYUAN PHARMACEUTICAL TECHNOLOGY CO., LTD.

Address before: 438600 Fengshan City, Huanggang province Luotian County, north of the town of water Yi Road, No. 428

Applicant before: Hubei Hongyuan Pharmaceutical Co., Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant