CN103435509B - 一种n-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，包括脂肪酰氯和氨基酸在碱性条件下进行酰胺化反应，其特征在于，所述的酰胺化反应以水为溶剂，以酸性氨基酸或其盐作为主要原料，以少量中性氨基酸或其盐作为辅助原料，在搅拌条件下，首先将脂肪酰氯滴加到酸性氨基酸或其盐的水溶液中，加碱调节反应液的pH值；等脂肪酰氯滴加到一定量后，加入中性氨基酸或其盐的水溶液，继续滴加脂肪酰氯至滴加完成，搅拌维持反应。所述的方法采用混合氨基酸与脂肪酰氯在水相体系下进行反应，能够显著提高氨基酸和酰氯的转化率，残余的氨基酸量大幅减少，产品经简单处理可以直接作为表面活性剂使用，成本大为降低。

Description

一种N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种表面活性剂N-酰基氨基酸或其盐，尤其是涉及一种N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，是一种脂肪酰基酸性氨基酸类表面活性剂低成本的制备方法；以及该方法制得的N-酰基酸性氨基酸的应用。

背景技术

N-酰基氨基酸或其盐是由氨基酸酰基化得到一类化合物，通常是由脂肪酰氯和氨基酸缩合而成，这类化合物具有良好的表面活性、起泡性能、清洁性能以及温和性，广泛应用于化妆品、个人清洁护理品，同时在其他领域如食品添加剂、金属加工、矿石浮选、石油开采以及农业、生物制品和药物制备领域也有广阔的应用。

N-酰基酸性氨基酸或它的盐是由酸性氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸酰胺化得到一类化合物，与中性氨基酸酰胺化产物相比表现出更佳的性能。谷氨酸类的表面活性剂与中性氨基酸表面活性剂比较具有更好的使用特性，如泡沫更好，可用于弱酸性体系，与人体皮肤pH匹配，刺激性更小等。N-酰基酸性氨基酸及其盐的生产工艺，通常是由脂肪酰氯和酸性氨基酸缩合而成，工艺中会大量使用溶剂，如丙酮、甲乙基酮、二氧六环、四氢呋喃等极性溶剂。而目前工业生产中，中性氨基酸表面活性剂已经采用水做溶剂，可以大幅降低成本，产品也已广泛应用。由于酸性氨基酸在与酰氯缩合中用水做溶剂，其转化率比较低，通常只有70%，产品质量低，且后处理复杂，实际生产中，多采用极性有机溶剂，这样可以大幅提高转化率到85-90%，但带来的问题是后处理复杂，成本大幅上升，导致产品售价高而不能同中性氨基酸表面活性剂一样大规模使用。

美国专利US6008390披露，水相反应体系中，在高能搅拌器工作条件下能够提高谷氨酸转化率到85%左右，但是该工艺耗能将大幅上升，并且大规模工业化生产设备放大是很困难的，同时高速搅拌导致太多的泡沫，降低反应混合效果，这无疑都给生产带来困难并大幅提高了生产成本，影响其市场的应用。而且上述制备工艺中，谷氨酸过量太多，成本高，残余氨基酸在产品中给使用带来麻烦。

发明内容

本发明针对现有的技术中N-酰基酸性氨基酸生产工艺中存在的缺陷，提供一种N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，在水相反应体系中，采用混合氨基酸与酰氯反应，主要以酸性氨基酸作为主原料，以少量中性氨基酸作为辅助原料，与酰氯在水相体系下进行反应，能够显著提高氨基酸和酰氯的整体转化率，并且产品中残余的氨基酸量大幅减少，产品经简单处理可以直接使用，产品成本大为降低。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，包括脂肪酰氯和氨基酸在碱性条件下进行酰胺化反应，其特征在于，所述的酰胺化反应以水为溶剂，以酸性氨基酸或其盐作为主要原料，以少量中性氨基酸或其盐作为辅助原料，在搅拌条件下，首先将脂肪酰氯滴加到酸性氨基酸或其盐的水溶液中，加碱调节反应液的pH值；等脂肪酰氯滴加到一定量后，加入中性氨基酸或其盐的水溶液，继续滴加脂肪酰氯至滴加完成，搅拌维持反应。

本发明的方法采用酸性氨基酸加少量中性氨基酸的混合物，与酰氯在水为溶剂条件下进行反应，可以获得满意的转化率，产品可以进行简单后处理即可直接使用，产品成本较已报道的方法大为降低。

本发明的制备方法中，所述的酸性氨基酸和脂肪酰氯及中性氨基酸的摩尔配比一般在0.6~1.3:1:0.01~0.5，优化的配比在0.7~1.2:1:0.05~0.4，最优的配比为0.8~1.0:1:0.1~0.3。

所述的方法中，中性氨基酸加入时间选择在脂肪酰氯加入量达到其总量的40-100%，优选为60-100%。

所述的方法中，反应液pH保持在9-14，最优为10-11。

所述的方法中，反应温度为5-50℃，最优15-30℃。

本发明采用工业上常用的肖顿-鲍曼（Schotten-Baunmann）缩合法，在碱性条件下，脂肪酰氯和氨基酸反应制得N-酰基氨基酸盐，加酸中和后可得到N-酰基氨基酸。脂肪酰氯和氨基酸在碱性条件下进行反应，通常采用碱液调节反应液的pH值，所述的碱通常选自碱金属氢氧化物、碱金属盐或铵盐，包括但不限于氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、氢氧化铵，优选为氢氧化钠、氢氧化钾。

所述的脂肪酰氯碳链长度为C6-C22，或是它们的任意的混合物。脂肪酰氯是由脂肪酸按公知的方法制备得到，脂肪酸碳链长度为6-22，其中取代基包括线性和支链化烃基，饱和或含有一重或多重双键，可以采用单一脂肪酸或混合酸制备得到所述的脂肪酰氯。所述的脂肪酸包括但不限于，C6-C22饱和脂肪酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、异辛酸、异硬脂酸、椰油酸、棕榈油酸、豆油酸、芥酸等，优选C8-C22脂肪酸，更优选为C8-C18脂肪酸。

本发明所述的酸性氨基酸指天冬氨酸、谷氨酸，所述的中性氨基酸包括肌氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺。

本发明还涉及上述方法制得的N-酰基酸性氨基酸或其盐作为表面活性剂的应用。

以下描述中，为表述方便酸性氨基酸以谷氨酸为例，但本发明方法不限于此。

制备酰基谷氨酸盐的工艺一般是将酰氯滴加到谷氨酸盐的溶液中，反应开始阶段谷氨酸盐对比反应体系中的酰氯是大大过量的，达到10-10²数量级差别，这时谷氨酸盐能够比较好的转化成酰基谷氨酸盐，但随着反应进行体系中谷氨酸盐和酰氯摩尔比逐步降低，甚至酰氯浓度超过谷氨酸盐的浓度，这时反应变得非常缓慢，但同时酰氯水解的副反应一直进行，酰氯如不能和氨基酸快速反应完成，则会水解成羧酸及盐。这样导致体系转化率不高，酰氯水解成脂肪酸，产品中大量的原料残余，一方面极为浪费，另一方面产品性能受到影响甚至，无法使用。

和中性氨基酸，如甘氨酸、肌氨酸等相比，谷氨酸与酰氯反应速率慢的原因是由于其分子结构中两个羧基集团，是强的吸电子基，不利于肖特-鲍曼(Schotten-Baumann)酰基化反应，同时酸性氨基酸两个羧基位阻较大，抑制酰胺化反应进行。而中性氨基酸则不同，没有这个不利因素，能够快速反应，利用这个差别，本发明将谷氨酸和中性氨基酸混合使用，以避免上述问题。

本发明主要特点是在谷氨酸与酰氯反应后期，将中性氨基酸，如甘氨酸加入其中，可很好的将剩余酰氯反应完全，解决了酰氯水解副反应的问题，同时谷氨酸对酰氯过量不需要求过多，甚至不过量，这样产品中谷氨酸含量也比较低。所制备的N-酰基酸性氨基酸或其盐可经简单过滤后直接作为产品使用，生产成本较已报道的工艺大幅降低，并且产品质量比较满意。

本发明提供的N-酰基酸性氨基酸或其盐可以直接应用于个人护理品如洗面奶、沐浴露、牙膏、洗发水、清洁皂等的主要或辅助表面活性剂，以及作为工业领域使用的表面活性剂的用途。也可以作为中间体，经过精制、干燥或衍生化反应制备成预期特性的产品。

本发明的N-酰基酸性氨基酸类表面活性剂的低成本制备方法，采用酸性氨基酸加少量中性氨基酸的混合物，与脂肪酰氯在水为溶剂条件下进行反应，可以获得满意的转化率，其中酸性氨基酸与酰氯摩尔比大幅降低，从1.2-1.3：1降至0.8~1.0:1，产品中残余酸性氨基酸的量较US6008390方法降低至少50%以上，产品进行简单后处理即可直接使用。采用本发明方法生产的N-酰基酸性氨基酸表面活性剂，其生产成本比商业产品的成本降低50%，适合工业化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对发明内容的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。

实施例1椰油酰基谷氨酸钠的制备

290g谷氨酸钠水溶液置于反应瓶中（谷氨酸钠含量25%，pH值为12，温度20℃），滴液漏斗中放置110g椰油酰氯，酰氯与谷氨酸摩尔比为1:0.9，慢速滴加酰氯，并用30%的氢氧化钠溶液调节反应瓶中物料的pH值，保持pH值在10-11，待酰氯滴加到总量的90%后立刻加入70g质量浓度为14.6%甘氨酸钠水溶液，甘氨酸钠与酰氯摩尔比为0.2:1，并将反应温度缓慢上升到25-30℃，保温1h。反应结束后，产品澄清透明。用HPLC测定产品中游离脂肪酸盐含量为2.9%，计算转化率按酰氯计为85%。

比较实施例2椰油酰基谷氨酸钠的制备

290Kg谷氨酸钠水溶液置于反应瓶中（谷氨酸钠含量25%，pH值为12温度20℃），滴液漏斗中放置89g椰油酰氯，慢速滴加酰氯，并用30%的氢氧化钠溶液调节反应瓶中物料的pH值，保持pH值在10-11，待酰氯滴加到完成后，将反应温度缓慢上升到25-30℃，保温1h。反应结束后，产品混浊，用HPLC测定产品中游离脂肪酸盐含量为5.8%，计算转化率按酰氯计为70%。

实施例3月桂酰基谷氨酸钠的制备

290g谷氨酸钠水溶液置于反应瓶中（谷氨酸钠含量25%，pH值为12，温度20℃），滴液漏斗中放置125g月桂酰氯，酰氯与谷氨酸摩尔比为1:0.75，慢速滴加酰氯，并用30%的氢氧化钠溶液调节反应瓶中物料的pH值，保持pH值在10-11，待酰氯滴加到75%后立刻加入118g质量浓度为15.0%肌氨酸钠水溶液，肌氨酸钠与酰氯摩尔比为0.35:1，并将反应温度缓慢上升到25-30℃，保温1h。反应结束后，产品澄清透明，用HPLC测定产品中游离脂肪酸盐含量2.7%，计算转化率按酰氯计为86%。

实施例4C12/C14脂肪酰谷氨酸钠的制备

采用与实施例1相同的条件，由C12/C14混合脂肪酰氯取代椰油酰氯，摩尔配比酰氯：谷氨酸：甘氨酸摩尔比为1:1:0.1，用KOH代替氢氧化钠。反应结束后，产品略混浊，用HPLC测定产品中游离脂肪酸盐含量4.1%，计算转化率按酰氯计为80%。

实施例5油酰基谷氨酸钠

采用与实施例1相同的方法，由油酰氯取代椰油酰氯，β-丙氨酸取代甘氨酸，酰氯：谷氨酸：丙氨酸摩尔比为1:0.9:0.2。反应结束后，产品澄清透明，用HPLC测定产品中游离脂肪酸盐含量5.6%，计算转化率按酰氯计为78%。

实施例6椰油谷氨酸钠应用

本发明方法制备的N-酰基酸性氨基酸盐可直接应用。如实施例1中产品用于以下洗面奶配方：

椰油酰谷氨酸钠25%

椰油酰胺丙基甜菜碱20%

丙二醇15%

丁二醇5%

红花油仿生磷脂1%

滑石粉1%

羟乙基纤维素1.5%

柠檬酸调pH值到5.5

水至100%。

Claims (8)

1.一种N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，包括脂肪酰氯和氨基酸在碱性条件下进行酰胺化反应，其特征在于，所述的酰胺化反应以水为溶剂，以酸性氨基酸或其盐作为主要原料，以少量中性氨基酸或其盐作为辅助原料，在搅拌条件下，首先将脂肪酰氯滴加到酸性氨基酸或其盐的水溶液中，加碱调节反应液的pH值；等脂肪酰氯滴加到一定量后，加入中性氨基酸或其盐的水溶液，继续滴加脂肪酰氯至滴加完成，搅拌维持反应；

所述的方法中，酸性氨基酸、脂肪酰氯和中性氨基酸的摩尔配比为0.6~1.3:1:0.01~0.5，中性氨基酸加入时间选择在脂肪酰氯加入量达到其总量的40~100%。

2.根据权利要求1所述的N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，其特征在于，所述的酸性氨基酸、脂肪酰氯和中性氨基酸的摩尔配比为0.8~1.0:1:0.1~0.3。

3.根据权利要求1所述的N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，其特征在于，所述的方法中，中性氨基酸加入时间选择在脂肪酰氯加入量达到其总量的60~100%。

4.根据权利要求1所述的N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，其特征在于，所述的方法中，反应液pH保持在9~14。

5.根据权利要求1所述的N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，其特征在于，所述的方法中，反应温度为5~50℃。

6.根据权利要求1所述的N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，其特征在于，所述的脂肪酰氯碳链长度为C6~C22，或是它们的任意的混合物。

7.根据权利要求6所述的N-酰基酸性氨基酸或其盐的制备方法，其特征在于，所述的脂肪酰氯碳链长度为C8~C18。

8.权利要求1至7所述的任一方法制得的产品作为表面活性剂的应用。