CN106589013A - 一种在液液两相体系中制备三氯蔗糖‑6‑乙酸酯的方法 - Google Patents

一种在液液两相体系中制备三氯蔗糖‑6‑乙酸酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在液液两相体系中制备三氯蔗糖‑6‑乙酸酯的方法，将包含氯化剂的惰性非极性溶剂缓慢滴加至蔗糖‑6‑乙酸酯的N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)溶液中；再将液液两相混合物在一定温度下反应9～20小时；停止加热后将体系冷却至室温，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层；将下层经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品；其中所述的惰性非极性溶剂为不与DMF互溶的包含8～18个碳原子的烷烃溶剂。该方法产品收率高，能够显著减少DMF的分解，节约了成本。

Description

一种在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法
技术领域
本发明属于化工生产技术领域。具体的，本发明涉及一种在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法。
背景技术
三氯蔗糖是唯一一种以蔗糖为原料的功能性新型甜味剂，具有无能量、甜度高、甜味纯正、高度安全等特点，是目前最优秀的甜味剂之一，已被广泛应用于饮料、食品、医药、化妆品等行业。
三氯蔗糖-6-乙酸酯是合成三氯蔗糖的关键中间体。目前三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成路线中几乎都涉及到蔗糖-6-乙酸酯与Vilsmeier试剂发生氯代反应制得，氯代反应是合成三氯蔗糖的关键反应。氯代反应中的Vilsmeier试剂主要由叔胺(如N,N-二甲基甲酰胺，即DMF)与氯化剂(如氯化亚砜，三氯氧磷，光气，三光气，草酰氯等)反应制得。
Vilsmeier试剂与蔗糖-6-乙酸酯的反应首先由Mufi(US 4380476)公开报道，之后，国内外不断有针对该路线进行改进的专利报道，且报道的方法基本上是均相溶剂反应体系，例如：
盐城捷康公司在专利CN101619083中公布了一种在芳香烃、脂环烃、卤代烃等溶剂中，使用氯化亚砜与基本等摩尔量的DMF原位反应制备Vilsmeier试剂，与蔗糖-6-乙酸酯反应制备三氯蔗糖-6-乙酸酯；虽然反应所用的溶剂为二氧化硫的不良溶剂，显然，反应同时伴随大量的二氧化硫气体生成，这对于环保是不利的。
牛塘化工厂在授权专利CN101270136中公布了一种使用氯化亚砜、光气等氯化剂与DMF原位反应制备Vilsmeier试剂，再将所得的Vilsmeier试剂与蔗糖-6-乙酸酯在DMF溶剂中反应制备三氯蔗糖-6-乙酸酯；其氯代反应过程的主要特征是需要升温至90～98℃，保温6～15小时；由于反应过程产生大量的氯化氢会使溶剂DMF分解，增加了三氯蔗糖的生产成本。
事实上，由于DMF对酸敏感且为了提高三氯蔗糖的产率反应需在较高温度下进行，因此反应过程产生大量的氯化氢致使DMF分解是很难避免的，并且制备每摩尔三氯蔗糖有可能有2～20摩尔的DMF被分解生成二甲胺(US8912320)。
然而，目前关于在蔗糖-6-乙酸酯的氯代反应过程中如何减少DMF分解的技术方案是非常少的。
牛塘化工厂在授权专利CN102070678公布了一种制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其反应溶剂是氯代乙烷，该方法强调反应体系生成的氯化氢或二氧化硫会很快离开反应体系，可以有效提高反应收率同时减少DMF的用量，但是(1)反应伴随大量的二氧化硫气体生成，这对于环保是不利的；(2)氯代乙烷毒性比DMF大，且价格比DMF贵；(3)由于蔗糖6-乙酸酯在氯代乙烷中的溶解性差，因此使用氯代乙烷作溶剂，容易导致反应不稳定，重现性差，甚至容易产生碳化现象。
英国泰莱公司在WO2015/092374中公布了一种在使用价格昂贵的全氟辛烷作为协同溶剂的条件下制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其中的全氟辛烷仅起到提高反应收率(约提高3％)的作用；但是如果要同时减少DMF的分解，必须另外加入一定量的环丁砜，这无疑使反应溶剂体系复杂化，致使溶剂的回收更加繁琐。
综上所述，开发一种可以减少溶剂DMF的分解，同时可以高收率制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的绿色环保方法，有利于降低三氯蔗糖的生产成本。
发明内容
本发明解决的问题
本发明旨在解决现有技术制备三氯蔗糖-6-乙酸酯过程中DMF被氯化氢大量分解的问题，提供一种绿色环保、收率高，且能够显著减少DMF分解，成本低的制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法。
用于解决问题的方案：
本发明的技术方案为一种在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，包括以下步骤：
1)在惰性非极性溶剂和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)形成的液液两相体系中，蔗糖-6-乙酸酯和氯化剂在加热条件下发生氯代反应，反应完全后，冷却，静置分层，取包含产品的DMF溶液层；
2)将步骤1)得到的包含产品的DMF溶液层进行水解中和、过滤得滤液；
3)将步骤2)得到的滤液经浓缩、萃取、结晶得到产品三氯蔗糖-6-乙酸酯；
步骤1)中所述的惰性非极性溶剂为不与DMF互溶的包含8～18个碳原子的烷烃溶剂。
经过实验研究，我们惊讶地发现在加热过程，使用由高沸点烷烃与DMF形成的液液两相体系进行蔗糖-6-乙酸酯的氯代反应，可以显著地减少DMF的分解，同时能够以高收率得到三氯蔗糖-6-乙酸酯产品。高沸点的烷烃之所以能够显著地减少DMF的分解，我们分析认为其原因是在高温条件下高沸点烷烃与DMF的兼溶性增大，高沸点烷烃的长链与DMF存在一定的溶剂化作用，从而减弱了HCl与DMF的相互作用。研究还发现，高沸点烷烃在室温条件下能够很好与DMF静置分层，可以方便地实现高沸点烷烃的套用。
所述的氯化剂为光气或固体光气。
所述的液液两相体系为由DMF，以及不与DMF互溶的包含8～18个碳原子的烷烃所组成的澄清两相体系。
作为优选，所述的惰性非极性溶剂为链烷烃溶剂，具体可以为正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、异辛烷、异癸烷中的一种或者两种以上的混合溶液。
所述的光气用量为蔗糖-6-乙酸酯的7～11摩尔当量，使用固体光气时，固体光气为蔗糖-6-乙酸酯的2.33～3.67摩尔当量；所述的惰性非极性溶剂用量为蔗糖-6乙酸酯质量的2～10倍；所述的DMF用量为蔗糖-6乙酸酯质量的2～30倍。
本发明中，采用以下方式投料：将光气或固体光气溶于惰性非极性溶剂中，于0～20℃条件下缓慢滴加至蔗糖-6-乙酸酯的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，滴加完毕，室温搅拌反应混合物至体系成为澄清的液液两相混合物。
所述的加热条件为将液液两相混合物在90～100℃下加热反应9～20小时；
所述的液液两相体系在反应结束后冷却至室温，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层，其中上层的惰性非极性溶剂可以直接循环套用；将下层经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品。
本发明的有益效果：
(1)在液液两相体系制备三氯蔗糖-6-乙酸酯，反应收率高，且能够有效减少DMF的分解；
(2)液液两相体系中仅通过简单分层操作即得上层非极性溶剂，无需通过精馏分离；
(3)液液两相体系中的上层非极性溶剂可以直接循环套用；
以下结合非限制性的实施例对本发明进行详细说明。
具体实施方式
将光气或固体光气溶于惰性非极性溶剂，0～20℃条件下缓慢滴加至蔗糖-6-乙酸酯的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，滴加完毕，室温搅拌反应混合物至体系成为澄清的液液两相混合物；再将液液两相混合物在90～100℃下加热反应9～20小时；停止加热后将体系冷却至室温，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层；将下层经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物，DMF可以采用本领域的常规手段进行回收利用；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品。
本发明所述的惰性非极性溶剂为不与DMF互溶的包含8～18个碳原子的烷烃溶剂，这些烷烃可以是直链的也可以是带支链的也可以是环状的烷烃，优选为直链烷烃或者带支链的链烷烃，更具体优选为正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷以及正十二烷、异辛烷、异癸烷、或者它们的混合物；所述的液液两相体系为由DMF，以及不与DMF互溶的包含8～18个碳原子的烷烃所组成的澄清两相体系；
本发明所述的光气用量为蔗糖-6-乙酸酯的7～11摩尔当量，使用固体光气时，固体光气为蔗糖-6-乙酸酯的2.33～3.67摩尔当量；所述的惰性非极性溶剂用量为光气或固体光气质量的1.25～5倍；所述的DMF用量为惰性非极性溶剂质量的1～3倍；所述的加热条件为将液液两相混合物在90～100℃下加热反应9～20小时；所述的液液两相体系在反应结束后，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层，其中上层的惰性非极性溶剂可以直接循环套用。
实施例1(对比例：仅使用DMF作为反应溶剂)
0～5℃条件下将固体光气(6.8公斤)分批次加至蔗糖-6-乙酸酯(2.9公斤)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF，24.8公斤)溶液中，滴加完毕，室温搅拌反应混合物至体系成为澄清的均相溶液；再将体系在96℃下加热反应13小时，停止反应，将体系冷却至室温；经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品2.22公斤，收率67％。
经高效液相色谱检测，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF为2.20公斤。
实施例2(对比例：使用甲苯-DMF体系作为反应溶剂)
将6.8公斤光气溶于16公斤甲苯得光气的甲苯溶液，10～15℃条件下缓慢滴加至蔗糖-6-乙酸酯(2.9公斤)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF，32公斤)溶液中，滴加完毕，室温搅拌反应混合物至体系成为澄清的均相溶液；再将液液两相混合物在96℃下加热反应13小时，停止反应，将体系冷却至室温；经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品2.09公斤，收率63％。
经高效液相色谱检测，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF为2.25公斤。
实施列3(液液两相溶剂体系)
将6.8公斤光气溶于11.3公斤正辛烷得光气的正辛烷溶液，10～15℃条件下缓慢滴加至蔗糖-6-乙酸酯(2.9公斤)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF，24.9公斤)溶液中，滴加完毕，室温搅拌反应混合物至体系成为澄清的均相溶液；再将液液两相混合物在96℃下加热反应13小时，停止反应，将体系冷却至室温，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层；将下层经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品2.36公斤，收率71％，HPLC纯度在99％以上。
经高效液相色谱检测，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF为1.21公斤。
与实施例1相比，产品的收率提高4％，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF减少0.99公斤。
实施列4(液液两相溶剂体系)
将6.8公斤光气溶于17公斤正十二烷得光气的正十二烷溶液，10～15℃条件下缓慢滴加至蔗糖-6-乙酸酯(2.9公斤)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF，32.3公斤)溶液中，滴加完毕，室温搅拌反应混合物至体系成为澄清的均相溶液；再将液液两相混合物在100℃下加热反应11小时，停止反应，将体系冷却至室温，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层；将下层经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品2.39公斤，收率72％，HPLC纯度在99％以上。
经高效液相色谱检测，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF为1.30公斤。
与实施例1相比，产品的收率提高5％，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF减少0.90公斤。
实施例5(实施例4的正十二烷套用实验)
将6.8公斤光气溶于实施例4回收得到的正十二烷，得光气的正十二烷溶液；10～15℃条件下缓慢滴加至蔗糖-6-乙酸酯(2.9公斤)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF，32.3公斤)溶液中，滴加完毕，室温搅拌反应混合物至体系成为澄清的均相溶液；再将液液两相混合物在100℃下加热反应11小时，停止反应，将体系冷却至室温，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层；将下层经水解中和、过滤得滤液，再浓缩滤液得浓缩物；浓缩物经加水溶解，乙酸乙酯萃取、结晶得到产品2.55公斤，收率77％，HPLC纯度在99％以上。
经高效液相色谱检测，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF为1.29公斤。
与实施例1相比，产品的收率提高10％，每公斤蔗糖-6-乙酸酯消耗的DMF减少0.91公斤。

Claims (9)

1.一种在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在惰性非极性溶剂和N,N-二甲基甲酰胺形成的液液两相体系中，蔗糖-6-乙酸酯和氯化剂在加热条件下进行氯代反应，反应完全后，冷却，静置分层，取包含产品的DMF溶液层；
2)将步骤1)得到的包含产品的DMF溶液层进行水解中和、过滤得滤液；
3)将步骤2)得到的滤液经浓缩、萃取、结晶得到产品三氯蔗糖-6-乙酸酯；
步骤1)中所述的惰性非极性溶剂为不与DMF互溶的包含8～18个碳原子的烷烃溶剂。
2.根据权利要求1所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，步骤1)中所述的氯化剂为光气或固体光气。
3.根据权利要求1所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，步骤1)中所述的烷烃溶剂为链烷烃溶剂。
4.根据权利要求3所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，步骤1)中所述的惰性非极性溶剂为正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、异辛烷、异癸烷中的一种或者两种以上的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，步骤1)中，采取以下方式投料：将包含氯化剂的惰性非极性溶剂滴加至蔗糖-6-乙酸酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌形成所述的液液两相体系。
6.根据权利要求2所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，所述的氯化剂为光气时，光气用量为蔗糖-6-乙酸酯的7～11摩尔当量，所述的氯化剂为固体光气时，固体光气用量为蔗糖-6-乙酸酯的2.33～3.67摩尔当量。
7.根据权利要求1所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，所述的惰性非极性溶剂的质量用量为蔗糖-6-乙酸酯质量的2～10倍；所述的DMF的质量用量为蔗糖-6-乙酸酯质量的2～30倍。
8.根据权利要求1所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，步骤1)所述的氯代反应在90～100℃下加热反应9～20小时。
9.根据权利要求1～8任一项所述的在液液两相体系中制备三氯蔗糖-6-乙酸酯的方法，其特征在于，所述的液液两相体系在反应结束后，静置分层，其中上层为惰性非极性溶剂层，下层为包含产品的DMF溶液层，其中上层的惰性非极性溶剂直接循环套用。
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