CN106749440A - 一种由蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖‑6‑乙酸酯的结晶方法 - Google Patents

一种由蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖‑6‑乙酸酯的结晶方法 Download PDF

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Abstract

一种由蔗糖和原乙酸酯合成的蔗糖‑6‑乙酸酯的结晶方法：取适量蔗糖‑6‑乙酸酯合成液放入圆底烧瓶中，加入合成液体积0.4‑0.5倍低沸点有机溶剂；旋转蒸发，将合成液体积浓缩后得到蔗糖‑6‑乙酸酯浓缩液；将浓缩液转移至烧杯中，冷却至室温；向浓缩液中滴加冰醋酸至pH值到2.5，后于25‑30℃，100转/min下持续搅拌25‑35min，当形成较多白色晶体沉淀时，停止搅拌；静置30min至其结晶完全，抽滤，得到蔗糖‑6‑乙酸酯初结晶产品；室温下，取一定质量初结晶放入烧杯，加入其质量1.5～2.5倍的异丙醇形成饱和溶液，之后，加入少量的初结晶，至蔗糖‑6‑乙酸酯完全析出，40‑45℃下真空干燥，即得。

Description

一种由蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法
技术领域
本发明涉及食品添加剂领域中的蔗糖-6-乙酸酯的结晶领域，特别涉及一种由蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯结晶方法。
背景技术
三氯蔗糖(sucralose),化学名为4,1,6’-三氯-4,1’,6’-三脱氧半乳型蔗糖，是一种新型甜味剂。经过十多年的毒性试验和生化性能测试后，证明无毒，安全可靠，在人体内不参与代谢，不被人体吸收，是供肥胖，心血管病和糖尿患者的理想的甜味代用品。在其工业化制备过程中，首先要得到中间体蔗糖-6-乙酸酯。
蔗糖-6-乙酸酯(sucrose 6’-acetate),6位与酯基相连的碳氧6元环为椅形构象的蔗糖酯，其分子式为C14H24O12，CAS号为936001-72-8。蔗糖-6-乙酸酯是合成三氯蔗糖的重要中间体，蔗糖-6-乙酸酯的浓度与纯度直接关系到三氯蔗糖产品的质量和产率。目前蔗糖-6-乙酸酯的合成方法主要分为三大种：原酸酯法、超强酸或超强碱催化法以及有机锡法。例如中国专利CN1176095C、CLark，美国专利6,939,962、White，EP 0776903、US4889928的公开报道。
目前三氯蔗糖的合成采用一锅煮的方法，不会把蔗糖-6-乙酸酯结晶出来，直接进入下一反应步骤；这种方法会使副反应增多，导致下一步的氯代反应大量碳化溶液中的糖，增加后续产品加工的负担和成本。如果能将合成的蔗糖-6-乙酸酯快速的结晶纯化再用于下一步的反应，必将明显提高合成三氯蔗糖的品质。蔗糖酯类的结晶是一个十分精细的制备过程，结晶过程中的影响因素较多，比如温度、浓度、粘稠度、流动速度、溶剂等。且有些糖类在不投入晶种的情况下很难结晶，此外有些结晶的化合物需要在微波震荡或者超声的情况下才会结出比较规则的晶体。国内外涉及蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法的有关文献或者是专利依然很少，且现今市场能够购买的蔗糖-6-乙酸酯纯度不超过80％，不能满足分析检测要求。
龚福春用1,1,2-三氯乙烷为溶剂以原酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯，80℃以下，经减压蒸馏抽出大部分溶剂；然后又加入甲苯混匀，再次减压蒸馏，抽出大部分溶剂后加入晶种和石油醚并超声，30℃进行结晶，得到纯度为98％以上的蔗糖-6-乙酸酯晶体。李灿先将反应后的蔗糖-6-乙酸酯溶液80℃以下恒温真空旋干，又以水冲洗糖浆使其稀释，用乙酸乙酯反萃取四次，再汇集萃取后的溶液旋蒸至总体积的1/3，然后加入晶种和十二烷基磺酸钠，超声条件下进行流动结晶。林富荣向浓缩得到的蔗糖-6-乙酸酯DMF糖浆中，缓慢滴加二氯甲烷，蔗糖-6-乙酸酯晶体析出，抽滤，真空干燥后得到纯度96.5％的蔗糖-6-乙酸酯晶体。
龚福春以及李灿的方法都需至少两次减压蒸馏和超声流动控速结晶，操作复杂繁琐，所需仪器及药品较多；DMF沸点高,将蔗糖-6-乙酸酯合成液蒸干耗时长，且结晶操作时粘度过大使流动性差不易搅拌影响晶体的均匀生长和结晶速度；此外，蔗糖-6-乙酸酯极易溶于水，将导致蔗糖-6-乙酸酯损失严重。经实验发现以林富荣方法得到的晶体晶形不佳，只能得到粘稠的糖状物或块状物，难以抽滤和干燥。本发明采用加适量乙酸乙酯共沸旋蒸再两次结晶的方法，可以在较短的时间内获得纯度较高的蔗糖-6-乙酸酯晶体，很好的避免了龚福春和李灿所用方法中耗时过长以及林富荣方法中结晶物晶形不好的问题。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种由蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法。本发明采用在一定的温度范围内，将蔗糖-6-乙酸酯合成液和乙酸乙酯等低沸点溶剂共沸旋蒸浓缩，添加少量乙酸乙酯同时加适量冰醋酸调节PH到合适的范围，得到蔗糖-6-乙酸酯初结晶产品，后再经异丙醇重结晶，将重结晶用丙酮或乙酸乙酯洗涤两遍即可得纯度为90％以上的蔗糖-6-乙酸酯结晶产品。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种由蔗糖和原乙酸酯合成的蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法，
由以下步骤构成：
步骤一、取适量蔗糖-6-乙酸酯合成液放入圆底烧瓶中，加入合成液体积0.4-0.5倍的低沸点有机溶剂；-0.09MPa到-0.1MPa，50-55℃，200转/min条件下进行旋转蒸发，将合成液体积浓缩至旋转蒸发前体积的四分之一，得到蔗糖-6-乙酸酯浓缩液；
步骤二、将浓缩液趁热转移至烧杯中，用2-3mL有机溶剂清洗圆底烧瓶两次，洗涤液一同转入烧杯，浓缩液冷却至室温；向浓缩液中滴加冰醋酸至其pH值到2.5，后于25-30℃，100转/min下进行搅拌；
步骤三、持续搅拌25-35min，当形成较多白色晶体沉淀时，停止搅拌；静置30min左右至其结晶完全，抽滤，得到蔗糖-6-乙酸酯初结晶产品；
步骤四、室温下，取一定质量初结晶放入烧杯，加入其质量1.5～2.5倍的异丙醇形成饱和溶液，之后，边搅拌边加入少量的初结晶，至蔗糖-6-乙酸酯完全析出，停止搅拌，滤出晶体用少量丙酮或乙酸乙酯洗涤两遍，40-45℃下真空干燥，即可得蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品。
进一步的，所述步骤一中，有机溶剂为乙酸乙酯或无水甲醇或者丙酮。
进一步的，所述步骤四中，所得蔗糖-6-乙酸酯结晶纯度为90％以上。
进一步的，上述蔗糖-6-乙酸酯按照如下步骤合成：
步骤一、称取适量干燥的蔗糖在三口烧瓶中加入蔗糖质量4-4.5倍的二甲基甲酰胺DMF，在70-80℃下，磁力搅拌，待蔗糖完全溶解，冷却到20-35℃；
步骤二、加入0.5～0.53倍蔗糖质量的干燥原乙酸三甲酯和0.006-0.008倍蔗糖质量的对加苯磺酸，使体系pH值在5-6，25-30℃下，磁力搅拌反应4-5小时；
步骤三、量取0.4-0.45倍蔗糖质量的蒸馏水，控制滴加速度，在30-35min内滴加到反应瓶中，保持pH值在5-6，25-30℃下，持续搅拌，反应1.5-2小时；
步骤四、在反应液中加入0.06-0.08倍蔗糖量的叔丁胺，保温搅拌，控制pH在9-10，反应4-5小时，得到蔗糖-6-乙酸酯合成液。
进一步的，所述步骤四中，若加入叔丁胺后pH不到9可滴加适量0.01mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至9～10。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明操作步骤简单，耗时少，可避免蔗糖-6-乙酸酯被破坏。本发明采用低沸点无毒溶剂乙酸乙酯、甲醇等与DMF共沸旋蒸实现在较低温度下较快将DMF、叔丁胺、原乙酸酯等分离出去，得到蔗糖-6-乙酸酯浓缩液。DMF沸点153℃，经试验发现在100℃左右、-0.09MPa下才较剧烈沸腾，50mLDMF蒸至20mL耗时50min。温度过高将破坏蔗糖-6-乙酸酯的稳定性，乙酸乙酯沸点(78℃)较低，加入了少量乙酸乙酯后的共沸体系，-0.09MPA下共沸时温度在53℃左右，有效的降低了体系的共沸温度，50mL混合液蒸至20mL所需时间为25min左右,避免了蔗糖-6-乙酸酯的破坏。
本发明所用乙酸乙酯、甲醇、冰醋酸等试剂廉价易得。操作条件温和，室温下即可实现，实验条件安全性好，无高温高压高腐蚀等危险因素，所用试剂基本无毒，符合绿色化学发展的趋势。
本发明以冰醋酸来促使浓缩液中的蔗糖-6-乙酸酯在常温下即可在较短时间内得到蔗糖-6-乙酸酯的初结晶，以异丙醇、乙酸常温常压下等对初结晶进行重结晶，无需冷却降温，降低了对环境温度的要求。
本发明所制得的蔗糖-6-乙酸酯纯度平均在90.8％，与龚春福等人文献报道制得的蔗糖-6-乙酸酯的纯度接近，大于市场上可购得的蔗糖-6-乙酸酯80％纯度。
附图说明
图1为蔗糖-6-乙酸酯的结晶路线图；
图2为蔗糖-6-乙酸酯重结晶HPLC色谱图；
图3为蔗糖-6乙酸酯重结晶KBr压片红外光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
一种蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯的浓缩和结晶方法，
由以下步骤构成：
步骤一、取以蔗糖和原乙酸酯合成的蔗糖-6-乙酸酯合成液(V0mL)放入圆底烧瓶中，加入合成液体积0.4-0.5倍的低沸点有机溶剂；在-0.09MPa到-0.1MPa，53℃左右，200转/min条件下进行共沸旋蒸，将蔗糖-6-乙酸酯合成液体积浓缩至蒸发前的1/4左右，得到蔗糖-6-乙酸酯浓缩液；
步骤二、将浓缩液趁热转移至烧杯中，用2-3mL有机溶剂清洗圆底烧瓶两次，洗涤液一同转入烧杯，浓缩液冷却至室温；向浓缩液中滴加冰醋酸至其pH值到2.5左右，25-30℃，100转/min下进行搅拌；
步骤三、持续搅拌25-35min，当形成较多白色晶体沉淀时，停止搅拌；静置30min左右，抽滤得到蔗糖-6-乙酸酯初结晶；
步骤四、室温下取初结晶放入烧杯，加入其质量1.5-2.5倍的异丙醇形成饱和溶液，边搅拌边加入少量(0.1-0.2g)的初结晶，至蔗糖-6-乙酸酯完全析出，滤出晶体用少量丙酮或乙酸乙酯洗涤两遍，40-45℃下真空干燥，即可得蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品。
进一步的，所述步骤一中，有机溶剂为乙酸乙酯或无水甲醇或者丙酮。
进一步的，所述步骤四中，所得蔗糖-6-乙酸酯结晶纯度为90％以上。
进一步的，上述蔗糖-6-乙酸酯按照如下步骤合成：
步骤一、称取适量干燥的蔗糖在三口烧瓶中、加入4-4.5倍蔗糖量的二甲基甲酰胺(DMF)，在70-80℃下，磁力搅拌，待蔗糖完全溶解，冷却到20-35℃。
步骤二、加入0.5～0.53倍蔗糖量的干燥原乙酸三甲酯和0.06-0.08倍蔗糖质量的对甲苯磺酸，使体系pH值在5-6，25-30℃下，磁力搅拌反应4-5小时。
步骤三、量取0.4-0.45倍蔗糖量的蒸馏水，控制滴加速度，在30-35min内滴加到反应瓶中，保持pH值在5-6，25-30℃下持续搅拌，反应1.5-2小时。
步骤四、在反应液中加入0.006-0.008倍蔗糖量的叔丁胺，使保温搅拌，控制pH在9-10，反应4-5小时，得到蔗糖-6-乙酸酯合成液。
进一步的，若上述步骤四中pH不到9时可用0.01mol/L的氢氧化钠溶液调节至9～10。
实施例1
取按照上述方法合成的蔗糖-6-乙酸酯的合成液50mL，加入25mL乙酸乙酯，55℃，-0.1Mpa加热旋蒸30min至混合物体积为20mL。
在30℃下加入2mL乙酸乙酯，不断搅拌下滴加冰醋酸至溶液pH值到2.6，滴加冰醋酸约20mL；搅拌约25min出现大量白色晶体，减压抽滤得蔗糖-6-乙酸酯初结晶10.4g。
取初结晶置于烧杯中，慢慢加入异丙醇，不断搅拌至蔗糖-6-乙酸酯晶体刚好全部溶解，再加入约0.1g的蔗糖-6-乙酸酯初结晶，使蔗糖-6-乙酸酯重结晶析出，静止30min，滤出蔗糖-6-乙酸酯晶体，再用3mL左右丙酮洗涤晶体2次，抽滤，真空干燥，得蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品。
采用高效液相色谱对产物进行分析，利用面积归一化法计算蔗糖蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品的纯度为90.5％。色谱图见图2所示。
高效液相色谱条件为：
色谱柱：C18反相色谱柱(250mm×4.6mm,5μm)
检测器：RID-10A
高压输送泵：LC-10AT
柱温：30℃
流动相：乙腈/水(15/85,v/v)
进样量：20uL
流速：0.5mL/min
经KBr压片FTIR红外光谱分析，红外光谱图见图3所示。其中，3340cm-1处的强宽峰为O-H伸缩振动特征吸收峰，2930cm-1的弱吸收峰为烷烃饱和C-H伸缩振动的特征吸收峰，1730cm-1处的尖峰为C＝O伸缩振动吸收峰，1650cm-1处的小峰为糖环吸水后的特征吸收峰，1470cm-1处峰为亚甲基的伸缩振动峰，1410cm-1和1370cm-1处的峰为C-H弯曲振动吸收峰，1240cm-1处峰为酯基中C-O伸缩振动吸收峰，1120cm-1处峰为酯基中C-O-C的对称伸缩振动吸收峰，1020cm-1、1040cm-1、1070cm-1三处为糖环上仲醇的C-O伸缩振动吸收峰，990cm-1和980cm-1处峰为C-C伸缩振动吸收峰，920cm-1处峰为α-糖苷键的特征吸收峰。与文献对照一致，图谱信息完全符合蔗糖-6-乙酸酯的结构特征。
实施例2
取按照上述方法合成的蔗糖-6-乙酸酯的混合物50mL，加入25mL甲醇，50℃，-0.1Mpa，旋蒸30min至混合物体积为18mL。
在30℃下加入2mL乙酸乙酯，不断搅拌下滴加冰醋酸至溶液pH值到2.6，滴加冰醋酸约20mL；搅拌约25min出现大量白色晶体，30min后结晶完全，减压抽滤得蔗糖-6-乙酸酯初结晶10.7g。
将初结晶置于烧杯中，慢慢加入异丙醇，不断搅拌至蔗糖-6-乙酸酯晶体刚好全部溶解，分批加入约0.2g的蔗糖-6-乙酸酯初结晶，使蔗糖-6-乙酸酯重结晶析出，静止30min，滤出晶体，用3mL乙酸乙酯洗涤晶体2次，抽滤，真空干燥，得蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品。采用高效液相色谱对产物进行分析，蔗糖-6-乙酸酯纯度为91.2％。经KBr压片FTIR红外光谱分析，与文献对照一致。
实施例3
取按照上述方法合成的蔗糖-6-乙酸酯的合成液50mL，加入25mL乙酸乙酯，53℃，-0.09Mpa加热旋蒸30min至混合物体积为19mL。
在30℃下加入2mL乙酸乙酯，不断搅拌下滴加冰醋酸至溶液pH值到2.6，滴加冰醋酸约20mL；搅拌约25min出现大量白色晶体，减压抽滤得蔗糖-6-乙酸酯初结晶10.6g。
取初结晶置于烧杯中，慢慢加入异丙醇，不断搅拌至蔗糖-6-乙酸酯晶体刚好全部溶解，再加入约0.2g的蔗糖-6-乙酸酯初结晶，使蔗糖-6-乙酸酯重结晶析出，静止30min，滤出蔗糖-6-乙酸酯晶体，再用3mL左右异丙醇洗涤晶体2次，抽滤，真空干燥，得蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品。
采用高效液相色谱对产物进行分析，利用面积归一化法计算蔗糖蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品的纯度为90.3％。
实施例4
取按照上述方法合成的蔗糖-6-乙酸酯的合成液50mL，加入25mL乙酸乙酯，51℃，-0.09Mpa加热旋蒸30min至混合物体积为18mL。
在30℃下加入2mL乙酸乙酯，不断搅拌下滴加冰醋酸至溶液pH值到2.6，滴加冰醋酸约20mL；搅拌约25min出现大量白色晶体，减压抽滤得蔗糖-6-乙酸酯初结晶10.4g。
取初结晶置于烧杯中，慢慢加入异丙醇，不断搅拌至蔗糖-6-乙酸酯晶体刚好全部溶解，再加入约0.2g的蔗糖-6-乙酸酯初结晶，使蔗糖-6-乙酸酯重结晶析出，静止30min，滤出蔗糖-6-乙酸酯晶体，再用3mL左右异丙醇洗涤晶体2次，抽滤，真空干燥，得蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品。
采用高效液相色谱对产物进行分析，利用面积归一化法计算蔗糖蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品的纯度为91.2％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种由蔗糖和原乙酸酯合成的蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法，
其特征在于，由以下步骤构成：
步骤一、取适量蔗糖-6-乙酸酯合成液放入圆底烧瓶中，加入合成液体积0.4-0.5倍的低沸点有机溶剂；-0.09MPa到-0.1MPa，50-55℃，200转/min条件下进行旋转蒸发，将合成液体积浓缩至旋转蒸发前体积的四分之一，得到蔗糖-6-乙酸酯浓缩液；
步骤二、将浓缩液趁热转移至烧杯中，用2-3mL有机溶剂清洗圆底烧瓶两次，洗涤液一同转入烧杯，浓缩液冷却至室温；向浓缩液中滴加冰醋酸至其pH值到2.5，后于25-30℃，100转/min下进行搅拌；
步骤三、持续搅拌25-35min，当形成较多白色晶体沉淀时，停止搅拌；静置30min左右至其结晶完全，抽滤，得到蔗糖-6-乙酸酯初结晶产品；
步骤四、室温下，取一定质量初结晶放入烧杯，加入其质量1.5～2.5倍的异丙醇形成饱和溶液，之后，边搅拌边加入少量的初结晶，至蔗糖-6-乙酸酯完全析出，停止搅拌，滤出晶体用少量丙酮或乙酸乙酯洗涤两遍，40-45℃下真空干燥，即可得蔗糖-6-乙酸酯重结晶产品。
2.根据权利要求1所述的一种蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法，其特征在于，所述步骤一中，有机溶剂为乙酸乙酯或无水甲醇或者丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法，其特征在于，所述步骤四中，所得蔗糖-6-乙酸酯结晶纯度为90％以上。
4.根据权利要求1所述的一种蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法，其特征在于，上述蔗糖-6-乙酸酯按照如下步骤合成：
步骤一、称取适量干燥的蔗糖在三口烧瓶中，加入蔗糖质量4-4.5倍的二甲基甲酰胺DMF，在70-80℃下，磁力搅拌，待蔗糖完全溶解，冷却到20-35℃；
步骤二、加入0.5～0.53倍蔗糖质量的干燥原乙酸三甲酯和0.006-0.008倍蔗糖质量的对甲苯磺酸，使体系pH值在5-6(不到5-6时滴加冰醋酸调节)，25-30℃下，磁力搅拌反应4-5小时；
步骤三、量取0.4-0.45倍蔗糖质量的蒸馏水，控制滴加速度，在30-35min内滴加到反应瓶中，保持pH值在5-6，25-30℃下，持续搅拌，反应1.5-2小时；
步骤四、在反应液中加入0.06-0.08倍蔗糖质量的叔丁胺，保温搅拌，控制pH在9-10，反应4-5小时，得到蔗糖-6-乙酸酯合成液。
5.根据权利要求4所述的一种蔗糖和原乙酸酯合成蔗糖-6-乙酸酯的结晶方法，其特征在于，所述步骤四中，若加入叔丁胺后pH不到9可滴加适量0.01mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至9～10。
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