CN105481895A - 一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法以及由此制备的高纯度Vc-2-单磷酸酯钠产品 - Google Patents
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Abstract
一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法以及由此制备的高纯度Vc-2-单磷酸酯钠产品，利用过量的维生素C钠盐与三偏磷酸钠（维生素C钠盐与三偏磷酸钠的磷酸基摩尔比1.1~1.15：1），在控制反应温度及氢氧化钙控制反应体系pH的条件下进行酯化反应，得到较高比例Vc-2-单磷酸酯、较低比例Vc-2-二聚磷酸酯、Vc-2-三聚磷酸酯的酯化液；然后将酯化液经强酸阳离子树脂去除金属离子，再用氢氧化钠浓溶液中和，得到高比例Vc-2-单磷酸酯钠水溶液，再经浓缩、甲醇析出、母液分离、重结晶工序，得到纯度在97%到99.5%的Vc-2-单磷酸酯钠成品。
Description
技术领域
本发明涉及的是维生素C衍生物制备领域。具体地，本发明是一种Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法。本发明采用过量的维生素C盐与偏磷酸盐反应，通过离子交换、析出、溶解和再析出而制备出高纯度的维生素C-2-单磷酸钠产品。
背景技术
Vc-2-单磷酸酯钠是一种对维生素C分子碳链上的2位C进行稳定性保护的衍生物。它的出现是为了提高维生素C的稳定性，同时也增加了它的亲水性能。它能够在自然界中缓慢降解而释放出维生素C。同时其无定形产物具有很强的引湿性。从而，它成为稳定型的维生素C强化剂，化妆品保温剂、增白剂，有很大的应用范围。
目前针对Vc-2-单磷酸酯这种产品已经有了较多的专利，但大部分专利所得的产物其Vc-2-单磷酸酯比例较低，或者工艺中需要用到环保处理较难的助剂，或者生产该产品需要专用设备才能达到工艺条件，或者分离杂质提纯需要用到色谱分离这一高成本技术。主要相关专利有：CN201220487644.4、CN200810135562.1、CN200410012588.9、CN98105706.3。
因此，存在对合成更高比例的Vc-2-单磷酸酯的合成方法的需要，也存在使用环保友好型助剂的需要。
发明内容
本发明的发明人研究了维生素C酯化反应的反应特点，舍弃了以往磷酸基团过量的常规方法，提出了维生素C过量进行酯化反应的方案。发现将过量的维生素C作为反应物，与三偏磷酸酯钠进行反应，其产物中的Vc-2-单磷酸酯比例较高。
本发明提供一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征是按以下工艺步骤：
首先将维生素C钠盐溶解于水，加入三偏磷酸钠和氢氧化钙进行磷酯化反应，控制体系反应温度和pH的条件下得到较高比例Vc-2-单磷酸酯、较低比例Vc-2-二聚磷酸酯、Vc-2-三聚磷酸酯的酯化液；
然后将酯化液进行稀释，用强酸性阳离子树脂进行离子交换，交换液用氢氧化钠浓溶液中和，得到高比例Vc-2-单磷酸酯钠水溶液，再经浓缩、甲醇析出晶体、固液分离并用水甲醇溶液洗晶，得到Vc-2-单磷酸酯钠粗品，粗品经过重结晶后，得到高纯度Vc-2-单磷酸酯钠成品。
其中，磷酯化反应中使用过量的维生素C钠盐与三偏磷酸钠反应，维生素C钠盐与三偏磷酸钠的摩尔比为1.10～1.15：1，以维生素C钠盐的摩尔数比三偏磷酸钠中的磷酸基团计算。
优选地，同时加入氢氧化钙和三偏磷酸钠开始酯化反应。
优选地，在酯化反应结束后加水稀释，控制体系总固含量范围为10%～15%。
优选地，中和交换液的氢氧化钠浓水溶液的浓度为30～40%。为质量百分比浓度。
优选地，将氢氧化钠中和过的Vc-2-单磷酸酯钠水溶液进行浓缩，浓缩终点为Vc-2-单磷酸酯钠含量达12%～20%。为质量百分比浓度。
优选地，到达浓缩终点的Vc-2-单磷酸酯钠浓缩液，加入0.3～1.0倍体积的甲醇析出晶体，结晶时间为2～10小时。
优选地，用于固液分离时洗晶的水甲醇溶液（也叫甲醇溶液）中水与甲醇的比例为1：1～1：2。为体积比。
优选地，在粗品Vc-2-单磷酸酯钠重结晶中，将粗品溶解于水，控制浓度在10%～20%（质量百分比浓度），然后将其在搅拌状态下缓慢加入2～5倍体积的甲醇中析出晶体。
本发明的第一个方面是提供了一种制备高含量Vc-2-单磷酸酯的混合物产品的酯化方法。其特点在于，使用的过量维生素C与三偏磷酸酯钠进行反应。
维生素C的过量使用，是指维生素C与三偏磷酸酯钠中的磷酸基团的摩尔比大于1。优选地，维生素C与三偏磷酸酯钠中的磷酸基团的摩尔比为1.1-1.15：1。
采用过低的反应物摩尔比，形成的反应产物混合物中，Vc-2-单磷酸酯比例优势不明显；采用过高的反应物摩尔比，造成维生素C的残留，同样也导致Vc-2-单磷酸酯比例优势不明显。
维生素C与三偏磷酸酯钠中的磷酸基团的摩尔比可以是1.1：1，1.11：1，1.12：1，1.13：1，1.14：1，1.15：1。也可以是任何一个在这些数值之间的比例，例如1.111：1。
本申请的发明人发现：各成分中对其后来纯化影响最大的是Vc-2-单磷酸酯以外的其它Vc-2-多磷酸酯，它们分子结构相似，所以物化性能也相似，较难分离。至于反应残余的Vc，虽然它的比例也较大，但它及它的降解产物的钠盐其在水甲醇中（即甲醇的水溶液）的溶解度都较大，可以在现有的工艺中较容易地去除。所以，在上述维生素C与三偏磷酸酯钠中的磷酸基团的摩尔比的范围内，考虑到生产上的易操作性，优选地，维生素C的过量可以采用上述范围的高值端。
本申请的发明人注意到：在采用上述反应物比例下，温度对产物混合物的成分影响较大。因此，优选地，在酯化方法中，控制温度，以便获得期望的产物混合物。
温度控制特点可以采取前期较低温度，逐渐升高到较高温度。比如前期为45℃，后期为60℃。
pH值在后期应控制在碱性条件下。
本发明的第二个方面是提供了一种制备高纯度Vc-2-单磷酸酯产品的方法。
本发明人注意到酯化反应产物是混合物，从其中获得高纯度Vc-2-单磷酸酯钠是一个技术难点。
本发明针对提取高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的难点，利用本酯化反应的特点，通过减少三偏磷酸酯钠用量的方法使得主反应酯化反应在反应终点时减少难以从Vc-2-单磷酸酯中分离的Vc-2-二磷酸酯、Vc-2-三磷酸酯的比例，从而降低后续提纯过程的工艺设计难度，本发明所采用的投料比例是前所未有的维生素C过量10%~15%，而不是通常的等当量至三偏磷酸钠过量50%。这里系摩尔比过量的百分率。
而在有了前述条件的基础上，在产品提纯阶段，就设计了目前未有人采用的甲醇析出、分离、重结晶的最普通的提取工艺。在酯化反应结束后首先将反应终点体系加水稀释，然后通过H状态下的强酸阳离子交换树脂柱进行金属离子去除的处理，再用浓度30~40%的氢氧化钠水溶液进行中和，下面接着是将中和好的低浓度Vc-2-单磷酸酯钠水溶液进行浓缩，至Vc-2-单磷酸酯钠含量达12%~20%时停止浓缩，然后向其中加入0.3~1.0倍的甲醇，并在中途加入少量Vc-2-单磷酸酯钠固体作为析出晶种，然后继续搅拌2~10小时使Vc-2-单磷酸酯钠充分析出，再分离去除其中的母液，并用0.5~2.0倍的1：1~1：2水甲醇洗涤固体，得到粗品Vc-2-单磷酸酯钠。然后将粗品Vc-2-单磷酸酯钠溶于水配得浓度在10%~20%的Vc-2-单磷酸酯钠水溶液，然后将其在搅拌状态下缓慢加入2~5倍甲醇中析出，最后分离母液得到湿成品，再真空干燥得成品。
本发明提供的高纯度Vc-2-单磷酸酯产品的制备方法的特点在于，使用过量维生素C与三偏磷酸酯钠进行反应，制得Vc-2-单磷酸酯占绝对优势比例的酯化混合物，从该混合物中通过添加有机物质沉淀出Vc-2-单磷酸酯的粗产品。
优选地，在有机物沉淀之前，通过使用离子交换，去除金属离子。
优选地，在有机物沉淀之后，对Vc-2-单磷酸酯产品进行重结晶，从而制备出高纯度Vc-2-单磷酸酯终产品。
在本发明中，提纯工序中洗涤用的水甲醇比例及用量是可变的，可以根据实际的中间体粗品Vc-2-单磷酸酯钠含量来确定。
重结晶工序在对成品色泽及Vc-2-单磷酸酯钠含量的要求不是太高的情况下可以不进行。
粗品Vc-2-单磷酸酯钠中的Vc-2-单磷酸酯钠含量就已经可以达到95%以上，但此时重结晶工序中的脱水甲醇还是需要提到粗品制备的水甲醇洗涤后，不然在干燥时会出现大量的结块现象，明显影响成品的外观。
本发明的第三个方面是提供了Vc-2-单磷酸酯钠产品，包括Vc-2-单磷酸酯钠的粗产品，高纯度Vc-2-单磷酸酯钠终产品等。
本发明通过使用过量维生素C作为反应物进行酯化反应，通过使用简单的提取方法，得到了各种Vc-2-单磷酸酯钠产品。
Vc-2-单磷酸酯钠产品的高纯度是为了减少Vc-2-二磷酸酯钠和Vc-2-三磷酸酯钠的比例，这两种副产物的生物利用度要略低，且在它们降解出抗坏血酸的过程中会引起环境的pH值下降，特别是在用于化妆品时这是要尽可能避免的。
本发明被总结为上述三个方面。实际上，基于本发明思想和精神，对本发明进行利用，或者将本发明与其他已知的维生素C衍生物制备方法结合，将产生这里没有明确描述的变化，这些也在本发明之内。
为了对本发明有一个清楚的理解，本发明的发明人进一步描述本发明与CN201220487644.4、CN200810135562.1、CN200410012588.9、CN98105706.3之间的区别。
CN201220487644.4是用专用设备来进行反应并用动态膜分离技术来分离杂质，类似于动态色谱柱分离；CN200810135562.1主要是用来生产水产饲料用Vc-2-磷酸酯钙，它的成品中杂质比例非常高，且该专利的工艺所得成品中Vc-2-单磷酸酯比例仅达70%左右，用来提取高纯度Vc-2-单磷酸酯钠需要去除大量的杂质；CN200410012588.9是使用五氧化二磷作为磷酸基供体，有它的特殊性，但它的反应复杂程度远超用三偏磷酸钠作磷酸化试剂，这就增加了杂质的复杂程度，会导致最后提纯的难度增加，而且它产物中Vc-2-磷酸酯钠的提纯需要用到丙酮，这样才能将杂质与目标产物分离；CN98105706.3是关于制备Vc-2-磷酸酯混合物的专利，它是本专利主要依据，是在它的基础上进一步增加抗坏血酸的过量比例，而且没有采用它的加入固体碱与三偏磷酸钠混合物的方式，适当增加了反应体系中Vc的浓度，增加了高温反应的时间，从而能够使用通用设备进行反应，且减少了难以分离的副产物的比例。
本发明与它们的区别在于：首先是酯化反应采用了使维生素C过量的方法来提高Vc-2-单磷酸酯在反应产物中比例的方法来降低提取Vc-2-单磷酸酯钠纯品的难度；然后是提取手段的不同，本发明仅采用最常规的树脂交换、浓缩、甲醇析出和重结晶的方法得到纯度在96%上的的Vc-2-单磷酸酯钠成品。这样可以大幅度减少该产品的生产设备投资；还有，就是整个工艺过程避免了使用如丙酮、吡啶这些环保处理很难的化学助剂。因此，本发明提供了环境友好型和成本效益具有优势的方法。
具体实施方式
下面对本发明通过实施例进行示例性描述，这些描述旨在说明本发明，不能构成对本发明之限制。
实施例1
酯化反应在2000ml烧杯中进行，烧杯置带搅拌恒温水浴中，先向烧杯中加入纯化水560ml,然后开动搅拌再加入结晶Vc-Na1112g，搅拌均匀备用；配制216g氢氧化钙33%水混悬液,搅拌均匀备用。称取520g三偏磷酸钠，缓慢向烧杯中加入，并缓慢流加氢氧化钙，同时升高反应体系温度至45℃,三偏磷酸钠加入速度先快后慢，前半小时加入2/3,后一小时加入剩余部分，同时逐步升高反应体系温度至60℃,流加氢氧化钙33%水混悬液控制反应体系PH在9.0～10.5，至氢氧化钙加完后继续反应三小时，结束反应，得酯化反应终点液。
提纯是将酯化终点样加水至15000ml混悬，然后用C160离子交换树脂交换去除金属离子，再用氢氧化钠浓溶液中和，再将其浓缩至9000ml,在搅拌状态下向其中加入甲醇4500ml,继续搅拌6小时完全析出，然后分离母液，并用4000ml的1：2水甲醇溶液洗涤，得粗品；再将粗品溶于水至9700ml,搅拌状态下缓慢加入19000ml甲醇中，并继续搅拌1.5小时以充分析出，分离母液并用3000ml甲醇脱水，得湿成品；然后将湿成品85℃真空干燥8小时，得成品1352g，经HPLC检测得其Vc-2-单磷酸酯钠含量为97.5%。
实施例2
酯化反应在2000ml烧杯中进行，烧杯置带搅拌恒温水浴中，先向烧杯中加入纯化水560ml,然后开动搅拌再加入结晶Vc-Na1132g，搅拌均匀备用；配制216g氢氧化钙33%水混悬液,搅拌均匀备用。称取520g三偏磷酸钠，缓慢向烧杯中加入，并缓慢流加氢氧化钙，同时升高反应体系温度至45℃,三偏磷酸钠加入速度先快后慢，前半小时加入2/3,后一小时加入剩余部分，同时逐步升高反应体系温度至60℃,流加氢氧化钙33%水混悬液控制反应体系PH在9.0～10.5，至氢氧化钙加完后继续反应三小时，结束反应，得酯化反应终点液。
提纯是将酯化终点样加水至15000ml混悬，然后用C160离子交换树脂交换去除金属离子，再用氢氧化钠浓溶液中和，再将其浓缩至9000ml,在搅拌状态下向其中加入甲醇4500ml,继续搅拌6小时完全析出，然后分离母液，并用4000ml的1：2水甲醇溶液洗涤，得粗品；再将粗品溶于水至9700ml,搅拌状态下缓慢加入19000ml甲醇中，并继续搅拌1.5小时以充分析出，分离母液并用3000ml甲醇脱水，得湿成品；然后将湿成品85℃真空干燥8小时，得成品1343g，经HPLC检测得其Vc-2-单磷酸酯钠含量为98.3%。
实施例3
酯化反应在2000ml烧杯中进行，烧杯置带搅拌恒温水浴中，先向烧杯中加入纯化水560ml,然后开动搅拌再加入结晶Vc-Na1162g，搅拌均匀备用；配制216g氢氧化钙33%水混悬液,搅拌均匀备用。称取520g三偏磷酸钠，缓慢向烧杯中加入，并缓慢流加氢氧化钙，同时升高反应体系温度至45℃,三偏磷酸钠加入速度先快后慢，前半小时加入2/3,后一小时加入剩余部分，同时逐步升高反应体系温度至60℃,流加氢氧化钙33%水混悬液控制反应体系PH在9.0～10.5，至氢氧化钙加完后继续反应三小时，结束反应，得酯化反应终点液。
提纯是将酯化终点样加水至15000ml混悬，然后用C160离子交换树脂交换去除金属离子，再用氢氧化钠浓溶液中和，再将其浓缩至9000ml,在搅拌状态下向其中加入甲醇4500ml,继续搅拌6小时完全析出，然后分离母液，并用4000ml的1：2水甲醇溶液洗涤，得粗品；再将粗品溶于水至9700ml,搅拌状态下缓慢加入22000ml甲醇中，并继续搅拌1.5小时以充分析出，分离母液并用3000ml甲醇脱水，得湿成品；然后将湿成品85℃真空干燥8小时，得成品1380g，经HPLC检测得其Vc-2-单磷酸酯钠含量为97.2%。
本发明不限于这些公开的实施例，本发明将覆盖技术方案所描述的范围，以及权利所要求范围的各种变形及等效变化，在不偏离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域技术人员容易实现的任何修改或改进均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征是，包括以下工艺步骤：
首先将维生素C钠盐溶解于水，加入三偏磷酸钠和氢氧化钙进行磷酯化反应，控制体系反应温度和pH的条件下得到较高比例Vc-2-单磷酸酯、较低比例Vc-2-二聚磷酸酯、Vc-2-三聚磷酸酯的酯化液；
然后将酯化液进行稀释，用强酸性阳离子树脂进行离子交换，交换液用氢氧化钠浓溶液中和，得到高比例Vc-2-单磷酸酯钠水溶液，再经浓缩、甲醇析出晶体、固液分离并用水甲醇溶液洗晶，得到Vc-2-单磷酸酯钠粗品，粗品经过重结晶后，得到高纯度Vc-2-单磷酸酯钠成品。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：磷酯化反应中使用过量的维生素C钠盐与三偏磷酸钠反应，维生素C钠盐与三偏磷酸钠的摩尔比为1.10～1.15：1，以维生素C钠盐的摩尔数比三偏磷酸钠中的磷酸基团计算。
3.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：同时加入氢氧化钙混悬液和三偏磷酸钠开始酯化反应。
4.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：在酯化反应结束后加水稀释，控制体系总固含量范围为10%～15%。
5.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：中和交换液的氢氧化钠浓溶液的质量百分比浓度为30～40%。
6.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：将氢氧化钠中和过的Vc-2-单磷酸酯钠水溶液进行浓缩，浓缩终点为Vc-2-单磷酸酯钠的质量百分比浓度达12%～20%。
7.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：到达浓缩终点的Vc-2-单磷酸酯钠浓缩液，加入0.3～1.0倍体积的甲醇析出晶体，结晶时间为2～10小时。
8.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：用于固液分离时洗晶的水甲醇溶液中水与甲醇的体积比为1：1～1：2。
9.根据权利要求1所述的一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠的制备方法，其特征在于：在粗品Vc-2-单磷酸酯钠重结晶中，将粗品溶解于水，控制质量百分比浓度在10%～20%，然后将其在搅拌状态下缓慢加入2～5倍体积的甲醇中析出晶体。
10.一种高纯度Vc-2-单磷酸酯钠产品，其特征在于：含有质量百分比97%到99.5%的Vc-2-单磷酸酯钠。
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