CN108358924B - 一种可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可可碱中间体3‑甲基黄嘌呤的纯化工艺，涉及有机化学技术领域，包括如下步骤：(1)原料溶解，(2)脱色，(3)沉淀除杂，(4)浓缩结晶。本发明利用氢氧化钠溶液的添加，使3‑甲基黄嘌呤在碱性条件下溶解于水中，并除去不溶性杂质；再通过脱色操作，除去色素类杂质；然后通过沉淀除杂操作，进一步除去杂质，简化除杂操作的同时避免使用交换树脂吸附除杂存在的耗时长且3‑甲基黄嘌呤损失率高以及树脂再生所用再生溶剂用量大的问题；最后通过浓缩结晶使所制产品中3‑甲基黄嘌呤纯度达到99.5％以上，以作为原料适用于可可碱的制备。
Description
技术领域：
本发明涉及有机化学技术领域，具体涉及一种可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺。
背景技术：
可可碱，化学名称3,7-二氢-3,7-二甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮，是可可豆中主要的生物碱。可可豆中含有1.5-3％的可可碱，因此可可碱存在于巧克力、可乐果和茶叶中。作为一种甲基化的黄嘌呤，可可碱是一种有效的环磷腺苷磷酸二酯酶抑制剂，抑制磷酸二酯酶由活性的cAMP转化为非活性形式，cAMP是各种代谢系统中的第二信使。此外，可可碱可用作制备己酮可可碱的初始原料，己酮可可碱是一种甲基黄嘌呤的衍生物，应用于改善血液流动以及治疗间歇性跛行和血管性痴呆病。
3-甲基黄嘌呤属于可可碱有机合成的重要中间体，其纯度直接影响可可碱的收率以及可可碱纯化工作量。国内工业化规模制备3-甲基黄嘌呤以化学合成为主，在工业合成生产中，每生产1t产品会得到约5t母液，浓缩母液回收溶剂后会残留3-甲基黄嘌呤油状粗粉，该油状粗粉由于含有较多杂质，很难通过重结晶等工艺来纯化回收，通常按“三废”处理，从而造成资源浪费和环境污染。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种纯化周期短、有机溶剂用量少且产品纯度高的可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，包括如下步骤：
(1)原料溶解：向3-甲基黄嘌呤油状粗粉中加入蒸馏水，并于搅拌下滴加氢氧化钠溶液使3-甲基黄嘌呤完全溶解，再加热至50-55℃保温搅拌10-30min，趁热过滤，滤除不溶性杂质，即得待纯化液；
(2)脱色：向待纯化液中加入活性炭，并于50-55℃下保温搅拌10-30min，趁热过滤，滤除脱色剂，即得脱色液；
(3)沉淀除杂：向脱色液中加入无水乙醇，使所得混合溶液中乙醇体积含量达到30-40％，并加入助沉淀剂，于50-55℃下保温搅拌10-30min，再静置1-2h，过滤，滤除沉淀，取滤液；
(4)浓缩结晶：将滤液减压浓缩至干，向浓缩剩余物中加入蒸馏水，充分搅拌，所得溶液转入0-5℃环境中密封静置8-12h，有晶体析出，过滤，所得晶体用0-5℃蒸馏水水洗，最后于50-55℃下低温烘干，即得3-甲基黄嘌呤产品。
所述步骤(1)中3-甲基黄嘌呤油状粗粉、蒸馏水的质量比为1:5-10。
所述步骤(1)中氢氧化钠溶液的质量浓度为30％。
所述步骤(2)中待纯化液、活性炭的质量比为100:1-5。
所述步骤(3)中脱色液、助沉淀剂的质量比为100:1-5。
所述步骤(4)中浓缩剩余物、蒸馏水的质量比为1:1-2。
所述助沉淀剂由食品级多聚谷氨酸和β-环糊精制成，其制备方法为：利用20-25℃去离子水配制食品级多聚谷氨酸饱和溶液，并通过5％硫酸溶液调节pH值至4-4.5，再加入β-环糊精，加热至回流状态保温搅拌0.5-3h，所得混合物经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得助沉淀剂。
所述食品级多聚谷氨酸、β-环糊精的质量比为10-15:5-10。
多聚谷氨酸与β-环糊精经酯化反应生成助沉淀剂，该助沉淀剂能絮凝杂质形成沉淀，从而起到除杂的目的。
本发明的有益效果是：本发明利用氢氧化钠溶液的添加，使3-甲基黄嘌呤在碱性条件下溶解于水中，并除去不溶性杂质；再通过脱色操作，除去色素类杂质；然后通过沉淀除杂操作，进一步除去杂质，简化除杂操作的同时避免使用交换树脂吸附除杂存在的耗时长且3-甲基黄嘌呤损失率高以及树脂再生所用再生溶剂用量大的问题；最后通过浓缩结晶使所制产品中3-甲基黄嘌呤纯度达到99.5％以上，以作为原料适用于可可碱的制备。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)原料溶解：向1kg 3-甲基黄嘌呤油状粗粉中加入10kg蒸馏水，并于搅拌下滴加30％氢氧化钠溶液使3-甲基黄嘌呤完全溶解，再加热至50-55℃保温搅拌30min，趁热过滤，滤除不溶性杂质，即得待纯化液；
(2)脱色：向10kg待纯化液中加入0.5kg活性炭，并于50-55℃下保温搅拌30min，趁热过滤，滤除脱色剂，即得脱色液；
(3)沉淀除杂：向10kg脱色液中加入无水乙醇，使所得混合溶液中乙醇体积含量达到30-40％，并加入0.5kg助沉淀剂，于50-55℃下保温搅拌20min，再静置1h，过滤，滤除沉淀，取滤液；
(4)浓缩结晶：将滤液减压浓缩至干，向1kg浓缩剩余物中加入2kg蒸馏水，充分搅拌，所得溶液转入0-5℃环境中密封静置12h，有晶体析出，过滤，所得晶体用0-5℃蒸馏水水洗，最后于50-55℃下低温烘干，即得3-甲基黄嘌呤产品。
助沉淀剂的制备：利用20-25℃去离子水配制饱和溶液(0.1kg食品级多聚谷氨酸)，并通过5％硫酸溶液调节pH值至4-4.5，再加入0.05kgβ-环糊精，加热至回流状态保温搅拌2h，所得混合物经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得助沉淀剂。
实施例2
(1)原料溶解：向1kg 3-甲基黄嘌呤油状粗粉中加入10kg蒸馏水，并于搅拌下滴加30％氢氧化钠溶液使3-甲基黄嘌呤完全溶解，再加热至50-55℃保温搅拌30min，趁热过滤，滤除不溶性杂质，即得待纯化液；
(2)脱色：向10kg待纯化液中加入0.5kg活性炭，并于50-55℃下保温搅拌30min，趁热过滤，滤除脱色剂，即得脱色液；
(3)沉淀除杂：向10kg脱色液中加入无水乙醇，使所得混合溶液中乙醇体积含量达到30-40％，并加入0.5kg助沉淀剂，于50-55℃下保温搅拌20min，再静置1h，过滤，滤除沉淀，取滤液；
(4)浓缩结晶：将滤液减压浓缩至干，向1kg浓缩剩余物中加入2kg蒸馏水，充分搅拌，所得溶液转入0-5℃环境中密封静置12h，有晶体析出，过滤，所得晶体用0-5℃蒸馏水水洗，最后于50-55℃下低温烘干，即得3-甲基黄嘌呤产品。
助沉淀剂的制备：利用20-25℃去离子水配制饱和溶液(0.15kg食品级多聚谷氨酸)，并通过5％硫酸溶液调节pH值至4-4.5，再加入0.1kgβ-环糊精，加热至回流状态保温搅拌2h，所得混合物经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得助沉淀剂。
对照例1
(1)原料溶解：向1kg 3-甲基黄嘌呤油状粗粉中加入10kg蒸馏水，并于搅拌下滴加30％氢氧化钠溶液使3-甲基黄嘌呤完全溶解，再加热至50-55℃保温搅拌30min，趁热过滤，滤除不溶性杂质，即得待纯化液；
(2)脱色：向10kg待纯化液中加入0.5kg活性炭，并于50-55℃下保温搅拌30min，趁热过滤，滤除脱色剂，即得脱色液；
(3)沉淀除杂：向10kg脱色液中加入无水乙醇，使所得混合溶液中乙醇体积含量达到30-40％，于50-55℃下保温搅拌20min，再静置1h，过滤，滤除沉淀，取滤液；
(4)浓缩结晶：将滤液减压浓缩至干，向1kg浓缩剩余物中加入2kg蒸馏水，充分搅拌，所得溶液转入0-5℃环境中密封静置12h，有晶体析出，过滤，所得晶体用0-5℃蒸馏水水洗，最后于50-55℃下低温烘干，即得3-甲基黄嘌呤产品。
对照例2
采用石磊等在2015年《现代化工》第35卷第8期发表的“一种3-甲基黄嘌呤纯化工艺研究”所述纯化方法。
实施例3
分别利用实施例1、实施例2、对照例1、对照例2对同批3-甲基黄嘌呤油状粗粉进行纯化，测定纯化工艺中浓缩剩余物纯度和最终所制3-甲基黄嘌呤产品纯度，结果如表1所示。
表1 本发明3-甲基黄嘌呤纯化工艺的纯化效果
| 组别 | 浓缩剩余物纯度/％ | 3-甲基黄嘌呤产品纯度/％ |
| 实施例1 | 97.34 | 99.43 |
| 实施例2 | 97.51 | 99.48 |
| 对照例1 | 93.62 | 98.57 |
| 对照例2 | / | 98.79 |
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料溶解：向3-甲基黄嘌呤油状粗粉中加入蒸馏水，并于搅拌下滴加氢氧化钠溶液使3-甲基黄嘌呤完全溶解，再加热至50-55℃保温搅拌10-30min，趁热过滤，滤除不溶性杂质，即得待纯化液；
(2)脱色：向待纯化液中加入活性炭，并于50-55℃下保温搅拌10-30min，趁热过滤，滤除脱色剂，即得脱色液；
(3)沉淀除杂：向脱色液中加入无水乙醇，使所得混合溶液中乙醇体积含量达到30-40％，并加入助沉淀剂，于50-55℃下保温搅拌10-30min，再静置1-2h，过滤，滤除沉淀，取滤液；
(4)浓缩结晶：将滤液减压浓缩至干，向浓缩剩余物中加入蒸馏水，充分搅拌，所得溶液转入0-5℃环境中密封静置8-12h，有晶体析出，过滤，所得晶体用0-5℃蒸馏水水洗，最后于50-55℃下低温烘干，即得3-甲基黄嘌呤产品；
所述助沉淀剂由食品级多聚谷氨酸和β-环糊精制成，其制备方法为：利用20-25℃去离子水配制食品级多聚谷氨酸饱和溶液，并通过5％硫酸溶液调节pH值至4-4.5，再加入β-环糊精，加热至回流状态保温搅拌0.5-3h，所得混合物经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得助沉淀剂。
2.根据权利要求1所述的可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，其特征在于：所述步骤(1)中3-甲基黄嘌呤油状粗粉、蒸馏水的质量比为1:5-10。
3.根据权利要求1所述的可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，其特征在于：所述步骤(1)中氢氧化钠溶液的质量浓度为30％。
4.根据权利要求1所述的可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，其特征在于：所述步骤(2)中待纯化液、活性炭的质量比为100:1-5。
5.根据权利要求1所述的可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，其特征在于：所述步骤(3)中脱色液、助沉淀剂的质量比为100:1-5。
6.根据权利要求1所述的可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，其特征在于：所述步骤(4)中浓缩剩余物、蒸馏水的质量比为1:1-2。
7.根据权利要求1所述的可可碱中间体3-甲基黄嘌呤的纯化工艺，其特征在于：所述食品级多聚谷氨酸、β-环糊精的质量比为10-15:5-10。
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