CN106316908B - 一种高纯度虾青素的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯度虾青素的合成方法，包括以下步骤：将去氢虾青素溶于有机溶剂中，然后加入水、锌粉和相转移催化剂，再滴加冰乙酸进行还原反应，反应完成后经过后处理得到所述的虾青素。该合成方法通过在反应体系中加入一定量的水和相转移催化剂，降低了副反应，提高了反应的收率和纯度，并且有效地减少了冰乙酸的用量。
Description
技术领域
本发明属于类胡萝卜素合成领域，具体涉及一种高纯度虾青素的合成方法。
背景技术
虾青素是一种非维生素A源的胡萝卜素，广泛应用于食品、保健医药品、化妆品及饲料添加剂等的生产中。虾青素具有很强的抗氧化能力，能够清除人体内的自由基，延缓衰老。目前广泛应用于水产饲料中，改善水产生物的色泽，提高水产生物的存活率及繁殖率，在三文鱼等名贵水产品的养殖中得到很重要的应用。
虾青素的生产方法有两种，一种是通过化学合成，一种是通过生物发酵提取。生物发酵产量小，成本高，因此目前市场上90％的虾青素是通过化学合成制得的。
国内外专利公布的虾青素合成方法比较多，但是工业上可行的虾青素合成方法主要有两种，一种是BASF和DSM的专利中提到的C6+C9→C15，C15+C10+C15→C40，一种是NHU的双去氢虾青素合成方法。在以上两个线路中，炔烃基还原为烯烃基反应时间都比较长且收率比较低。
在BASF CN1098101A中提到锌粉分多次慢慢加入，操作比较麻烦，反应时间比较长，到膦盐三步的总收率只有73％，其中上溴和膦盐这两步反应收率应该比较高，可以达到90％，可见还原加氢这一步的收率应该在80％左右，收率很低。
NHU的公开号为CN 1660803 A的中国专利申请中，采用的是去氢虾青素，通过还原反应合成虾青素的工艺。该工艺中冰乙酸的用量很大，与去氢虾青素的摩尔比为1:50，产生的废水COD比较大。此外，冰乙酸滴加时必须要十分缓慢，60mL冰乙酸的滴加时间就需要1个小时。滴加速度过快会导致副反应大幅度增加，造成在大批量生产时，操作过程不容易控制，容易产生较多的副产物，导致产品的纯度不够高。为了获得纯度较高的产品时，一般需要用到较纯的去氢虾青素。
发明内容
本发明提供了一种高纯度虾青素的合成方法，该合成方法操作简便，得到的产物的收率和纯度都较高。
一种高纯度虾青素的合成方法，包括以下步骤：
将去氢虾青素溶于有机溶剂中，然后加入水、锌粉和相转移催化剂，再滴加冰乙酸进行还原反应，反应完成后经过后处理得到所述的虾青素。
所述的去氢虾青素的结构如式(Ⅱ)所示：
所述的虾青素的结构如式(Ⅰ)所示：
本发明人发现，在滴加冰乙酸之前，向去氢虾青素加入一定量的水和相转移催化剂，明显改善了产品的纯度；而且此时即使大幅度提高冰乙酸的滴加速度，也不会导致副产物的增加，大大提高了操作的便利性，更加适合进行大批量生产操作。
本发明中的有机溶剂为与水不相溶的溶剂，反应在两相体系中进行，作为优选，所述的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷和乙酸乙酯中的至少一种。作为最优选，所述的有机溶剂为二氯甲烷。有机溶剂的用量无特别严格的要求，以能充分溶解原料为宜，一般1g去氢虾青素所使用的有机溶剂为3～7mL。
本发明中，水的加入不仅可以提供两相反应的反应介质，还具有调节锌粉和冰乙酸反应活性的作用，有效地降低副反应，提高产物的纯度，作为优选，所述的水的用量为有机溶剂体积的1～2倍。
相转移催化剂的加入也是反应能够进行的关键，其种类会对反应的收率和纯度产生较大的影响，所述的相转移催化剂为季铵盐类相转移催化剂，作为优选，所述的相转移催化剂为四丁基氯化铵、四丁基溴化铵和四丁基硫酸氢铵中的至少一种。
相转移催化剂的用量为催化量，一般为所述的去氢虾青素质量的1～3％。
本发明中，所述的还原反应的温度为0～30℃，温度过高或者过低都会降低反应的收率和纯度；作为优选，所述的还原反应的温度为10～20℃，此时，产物的收率和纯度最高，并且与10℃以下的还原反应相比，反应速度可以加快数倍。一般10～100g的投料量，反应在10～20分钟内即可完成。
在现有技术中，锌粉与去氢虾青素的摩尔比高达9:1以上，冰乙酸的摩尔用量更是去氢虾青素的四十倍以上，当用量不足的时候，收率和纯度会明显降低；本发明的方法显著降低了锌粉和冰乙酸的用量，作为优选，所述的锌粉、冰乙酸和去氢虾青素的摩尔比为2～2.5：2.5～3.0：1，冰乙酸和锌粉用量的降低可以减少废水中的COD，减轻环保压力。其中，锌粉为一次性加入，冰乙酸采用滴加的方式加入。
本发明中，冰乙酸的滴加速度无特别严格的要求，当用量较小的时候，一般采用2mL/min的滴加速度；当用量较大，去氢虾青素的投料量在几百克级别时，冰乙酸以较大的滴加速度加入时，反应效果也不会有明显的下降。
所述的后处理包括：过滤除去固体物，滤液用15～20％的Na2CO3水溶液中和至中性，分出有机层，用水洗涤，再用无水硫酸镁干燥，减压浓缩后加入无水乙醚进行重结晶，得到所述的虾青素。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)通过在反应体系中加入一定量的水和相转移催化剂，提高了虾青素的收率和纯度；
(2)操作过程更加简单，乙酸不需要缓慢滴加，便于工业化操作；
(3)乙酸的用量大幅度减少，降低了成本，并且减小了对环境的影响。
具体实施方式
实施例1
将52.2g去氢虾青素(0.08mol，92％)溶解于300ml二氯甲烷中，在三口瓶中搅拌，加入450ml水，再加入10.7g锌粉，最后加入1g四丁基氯化铵，用冰水浴将温度降到5℃，缓慢滴加11.7ml冰乙酸，滴加时间控制在6～8分钟，温度控制在10℃以下，搅拌40～50分钟。反应毕过滤除去固体物，滤液用20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，用3×300ml水洗涤，用20g无水硫酸镁干燥，减压浓缩至60ml，加入150ml无水乙醚，冷却至-20℃，搅拌1小时，过滤，烘干，得虾青素46.2g，用液相检测含量为96.0％，摩尔收率为91.8％。
本发明的摩尔收率指的是纯品的摩尔收率，即摩尔收率＝(虾青素的实际产量*HPLC含量)/理论产量*100％。
实施例2
将52.2g去氢虾青素(0.08mol，92％)溶解于300ml二氯甲烷中，在三口瓶中搅拌，加入450ml水，再加入10.7g锌粉，最后加入5g四丁基氯化铵，用冰水浴将温度降到5℃，缓慢滴加11.7ml冰乙酸，滴加时间控制在6～8分钟，温度控制在10℃以下，搅拌40～50分钟。反应毕过滤除去固体物，滤液用20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，用3×300ml水洗涤，用20g无水硫酸镁干燥，减压浓缩至60ml，加入150ml无水乙醚，冷却至-20℃，搅拌1小时，过滤，烘干，得虾青素46.1g，用液相检测含量为96.0％，摩尔收率为91.6％。
实施例3
将52.2g去氢虾青素(0.08mol，92％)溶解于300ml二氯甲烷中，在三口瓶中搅拌，加入450ml水，再加入10.7g锌粉，最后加入1g四丁基氯化铵，用冰水浴将温度降到5℃，缓慢滴加11.7ml冰乙酸，滴加时间控制在6～8分钟，温度控制在10～20℃，搅拌10～20分钟。反应毕过滤除去固体物，滤液用20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，用3×300ml水洗涤，用20g无水硫酸镁干燥，减压浓缩至60ml，加入150ml无水乙醚，冷却至-20℃，搅拌1小时，过滤，烘干，得虾青素48.0g，用液相检测含量为97.0％，摩尔收率为96.4％。
实施例4
将52.2g去氢虾青素(0.08mol，92％)溶解于300ml二氯甲烷中，在三口瓶中搅拌，加入450ml水，再加入10.7g锌粉，最后加入1g四丁基溴化铵，用冰水浴将温度降到5℃，缓慢滴加11.7ml冰乙酸，滴加时间控制在6～8分钟，温度控制在10～20℃，搅拌10～20分钟。反应毕过滤除去固体物，滤液用20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，用3×300ml水洗涤，用20g无水硫酸镁干燥，减压浓缩至60ml，加入150ml无水乙醚，冷却至-20℃，搅拌1小时，过滤，烘干，得虾青素48.0g，用液相检测含量为97.8％，摩尔收率为97.2％。
实施例5
将52.2g去氢虾青素(0.08mol，92％)溶解于300ml二氯甲烷中，在三口瓶中搅拌，加入450ml水，再加入10.7g锌粉，最后加入1g四丁基硫酸氢铵，用冰水浴将温度降到5℃，缓慢滴加11.7ml冰乙酸，滴加时间控制在6～8分钟，温度控制在10～20℃，搅拌10～20分钟。反应毕过滤除去固体物，滤液用20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，用3×300ml水洗涤，用20g无水硫酸镁干燥，减压浓缩至60ml，加入150ml无水乙醚，冷却至-20℃，搅拌1小时，过滤，烘干，得虾青素47.6g，用液相检测含量为97.0％，摩尔收率为95.6％。
实施例6
将522g去氢虾青素(0.8mol，92％)溶解于3L二氯甲烷中，在三口瓶中搅拌，加入4.5L水，再加入107g锌粉，最后加入6g四丁基溴化铵，用冰水浴将温度降到5℃，缓慢滴加117mL冰乙酸，滴加时间为18～25分钟，温度控制在10～20℃，搅拌20～30分钟。反应毕过滤除去固体物，滤液用20％Na2CO3水溶液中和至中性，分出有机层，用3×3L水洗涤，用200g无水硫酸镁干燥，减压浓缩至500mL，加入1L无水乙醚，冷却至-20℃，搅拌3小时，过滤，烘干，得虾青素479g，用液相检测含量为98.5％，摩尔收率为97.7％。
对比例1
将52.2g去氢虾青素(0.08mol，92％)溶解于300ml二氯甲烷中，在三口瓶中搅拌，加入450ml水，再加入10.7g锌粉，用冰水浴将温度降到5℃，缓慢滴加11.7ml冰乙酸，滴加时间控制在6～8分钟，温度控制在10～20℃，搅拌1小时。反应毕过滤除去固体物，滤液用20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，用3×300ml水洗涤，用20g无水硫酸镁干燥，减压浓缩至60ml，加入150ml无水乙醚，冷却至-20℃，搅拌1小时，过滤，烘干，得虾青素46.3g，用液相检测含量为92.1％，摩尔收率为88.3％。
对比例1的结果说明，如果不加入相转移催化剂，仅仅加入水，收率和纯度明显降低。
对比例2
在1000mL烧瓶中加入去氢虾青素14.6g(折纯)，CH2Cl2400mL，搅拌溶解，冷却至20℃，强烈搅拌下加15g锌粉，滴加60mL冰醋酸，滴加时间1小时左右，滴毕保温1小时。反应过滤除去固体物，滤液加20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，2×300mL水洗涤，10g无水MgSO4干燥，减压浓缩至60mL，加无水乙醚100mL，冷却至20℃以下，过滤，得虾青素15.1g，摩尔收率92.4％，用液相检测含量为90％。
对比例2说明在不加水和相转移催化剂时，即使原料纯度更高，得到的产物纯度也远远不如本发明的技术方案。
对比例3
在10L烧瓶中加入去氢虾青素146g(折纯)，CH2Cl24000mL，搅拌溶解，冷却至20℃，强烈搅拌下加150g锌粉，滴加600mL冰醋酸，滴加时间6小时左右，滴毕保温1小时。反应过滤除去固体物，滤液加20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，2×3000mL水洗，100g无水MgSO4干燥，减压浓缩至600mL，加无水乙醚1000mL，冷却至20℃以下，过滤，得虾青素152.9g，摩尔收率87.9％，用液相检测含量为84.5％。
对比例3说明，在不加入水和相转移催化剂的条件下，产物的投料量增大后，收率和纯度下降明显。
对比例4
在1000mL烧瓶中加入去氢虾青素14.6g(折纯)，CH2Cl2400mL，搅拌溶解，冷却至20℃，强烈搅拌下加15g锌粉，滴加11mL冰醋酸，滴加时间10分钟，滴毕保温2小时。反应过滤除去固体物，滤液加20％Na2CO3中和至中性，分出有机层，2×300mL水洗，10g无水MgSO4干燥，减压浓缩至60mL，加无水乙醚100mL，冷却至20℃以下，过滤，得虾青素13.6g，收率64.8％，用液相检测含量为70％。
对比例4说明降低冰乙酸的用量，并且加快滴加速度，反应收率和纯度下降明显。
Claims (8)
1.一种虾青素的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将去氢虾青素溶于有机溶剂中，然后加入水、锌粉和相转移催化剂，再滴加冰乙酸进行还原反应，反应完成后经过后处理得到所述的虾青素。
2.根据权利要求1所述的虾青素的合成方法，其特征在于，所述的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷和乙酸乙酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的虾青素的合成方法，其特征在于，所述的水的用量为有机溶剂体积的1～2倍。
4.根据权利要求1所述的虾青素的合成方法，其特征在于，所述的相转移催化剂为四丁基氯化铵、四丁基溴化铵和四丁基硫酸氢铵中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的虾青素的合成方法，其特征在于，所述的相转移催化剂的用量为所述去氢虾青素质量的1～3％。
6.根据权利要求1所述的虾青素的合成方法，其特征在于，所述的还原反应的温度为10～20℃。
7.根据权利要求1所述的虾青素的合成方法，其特征在于，所述的锌粉、冰乙酸和去氢虾青素的摩尔比为2～2.5：2.5～3.0：1。
8.根据权利要求1所述的虾青素的合成方法，其特征在于，所述的后处理包括：过滤除去固体物，滤液用15～20％的Na2CO3水溶液中和至中性，分出有机层，用水洗涤，再用无水硫酸镁干燥，减压浓缩后加入无水乙醚进行重结晶，得到所述的虾青素。
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