CN109260759B - 一种胆碱类疏水离子液体萃取分离甘氨酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胆碱类疏水离子液体高效萃取分离甘氨酸的方法，其特征在于以胆碱类离子液体或胆碱类离子液体‑冠醚混合体系为萃取剂、从甘氨酸‑氯化铵水溶液中萃取分离甘氨酸，分离离子液体相和水相，向离子液体相中加入沉淀剂析出甘氨酸，可在温和条件下实现甘氨酸和氯化铵的高效分离，且产品纯度高、分离步骤少，该方法以功能化离子液体代替传统挥发性有机溶剂，解决了环境污染、分离效率差、产品纯度低的问题。

Description

一种胆碱类疏水离子液体萃取分离甘氨酸的方法
技术领域
本发明涉及一种疏水性胆碱类离子液体萃取分离甘氨酸的方法，属于生物化工领域。
技术背景
甘氨酸又称氨基乙酸，是结构最简单的氨基酸。甘氨酸是一种重要的化工中间体，广泛应用于食品、农药、医药和饲料添加剂等领域。在食品方面，甘氨酸可以作为食品添加剂、食品抗氧化剂等；在农药方面，甘氨酸是合成除草剂有效活性成分草甘膦的主要原料；在医药方面，甘氨酸用作甲砜霉素中间体和合成咪唑乙酸中间体等。
目前合成甘氨酸的方法有施特雷克工艺、Hydantion工艺和氯乙酸氨解工艺。施特雷克工艺主要以甲醛水溶液、氰化钠和氯化铵为原料，由于氰化钠有剧毒，储存运输难度大，且反应路线复杂、对设备要求高、生产成本高、环境污染重；Hydantion工艺以羟基乙腈为原料，既保留施特雷克工艺优点又替代氰化钠，但中间产物氢氰酸容易挥发污染环境，而且该路线工艺复杂，对设备要求高；氯乙酸氨解工艺以一氯乙酸和氨气(或氨水)为原料，在乌洛托品催化剂的作用下反应制得，反应条件温和、设备简单，国内大多数企业采用该工艺生产甘氨酸，但反应过程中产生与甘氨酸等摩尔量的氯化铵副产物，为了获得高纯度甘氨酸，需要对反应液进行纯化分离，目前分离提纯甘氨酸的方法主要有离子膜交换分离法和有机溶剂重结晶法。虽然离子膜交换法制得甘氨酸纯度高，但工艺复杂、能耗高，使得生产成本增加；结晶法需要用大量有机溶剂(如：甲醇、乙醚等)对反应液进行处理并重结晶，采用重结晶法获得的甘氨酸只能达到工业级标准(纯度约95％)，而不能应用于食品、医药等领域，而且有机溶剂的使用会产生大量废液，造成环境污染。因此，开发高效甘氨酸分离纯化绿色新工艺成为甘氨酸行业可持续发展面临的重要问题之一。
本发明以功能化离子液体为萃取剂，开发了高效萃取分离甘氨酸和氯化铵的新方法，可得到高纯度甘氨酸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、高收率、绿色的甘氨酸分离方法。
本发明中胆碱类离子液体萃取分离甘氨酸的方法包括以下步骤：
(1)离子液体胆碱双三氟磺酰亚胺盐([N1112(OH)][NTf2])、胆碱六氟磷酸盐([N1112(OH)][PF6])的结构分别为：
Figure BDA0001817051630000021
(2)若以离子液体-冠醚混合物为萃取剂，将冠醚溶解在离子液体胆碱双三氟磺酰亚胺盐或胆碱六氟磷酸盐中，冠醚浓度为0.01mol/L～0.2mol/L。
(3)取一定量的甘氨酸-氯化铵混合水溶液与离子液体相，甘氨酸-氯化铵混合水溶液和离子液体相体积比为0.5:1～2:1。
(4)在萃取温度为5℃～55℃、萃取时间为15min～60min、搅拌转速为600rmp～1200rmp的条件下萃取分离甘氨酸。萃取完成后，停止搅拌，在转速8000rmp条件下离心10min，取下层溶液获得甘氨酸-离子液体溶液，用高效液相色谱分析甘氨酸浓度，计算萃取效率。将与离子液体相体积比为0.5:1～2:1的乙醇加入甘氨酸-离子液体溶液中析出甘氨酸晶体，固液分离，并用乙醇洗涤甘氨酸获得产品。
(5)本发明涉及高效萃取分离甘氨酸的新方法，步骤(2)所述的冠醚为12-冠-4-醚、15-冠-5-醚、18-冠-6-醚、二环己基18-冠-6-醚中的一种或几种的混合物。
本发明优选的甘氨酸萃取分离工艺中，步骤(1)冠醚/离子液体溶液中冠醚的浓度为0.1mol/L-0.2mol/L
本发明优选的甘氨酸萃取分离工艺中，步骤(3)(4)甘氨酸-氯化铵混合水溶液相和离子液体相的体积比1:1，温度为15℃，萃取时间为20min。
与现有有机溶剂结晶分离甘氨酸工艺相比，本发明所述离子液体体系萃取甘氨酸的方法萃取条件温和、所用离子液体萃取剂可生物降解、降低了环境污染、所得甘氨酸产品纯度高，可达到生物医药级标准。
具体实施方式
下面以具体的实施例对本发明进行说明，但本发明的应用不仅局限于实施例所列出的范围。
实施例1
取0.5mol/L甘氨酸和氯化铵(摩尔比1:1)混合溶液2.4mL、[N1112(OH)][PF6]2.4mL，混合上述溶液，在温度为15℃、搅拌转速1200rmp、时间为40min条件下萃取甘氨酸，萃取结束后，停止搅拌，转移到离心管中，在转速8000rmp条件下离心10min，分离离子液体相和水相，UPLC测得甘氨酸浓度，萃取效率69.78％。向离子液体相加入2mL乙醇析出甘氨酸晶体，固液分离，并用乙醇洗涤甘氨酸3次(2mL×3)，干燥得甘氨酸产品，纯度为99.6％。
实施例2
取0.5mol/L甘氨酸和氯化铵(摩尔比1:1)混合溶液2.4mL，加入0.1mol/L的二环己基-18-冠-6醚-[N1112(OH)][NTf2]溶液2.4mL，在温度为25℃、搅拌转速1200rmp条件下萃取20min，萃取结束后，停止搅拌，转移到离心管中，在转速8000rmp条件下离心10min，分离离子液体相和水相，UPLC检测甘氨酸浓度，萃取效率为90.5％。向离子液体相加入2.4mL乙醇析出甘氨酸晶体，固液分离，并用乙醇洗涤甘氨酸3次(2.4mL×3)，干燥得甘氨酸产品，纯度为99.2％。
实施例3
取0.5mol/L甘氨酸和氯化铵(摩尔比1:1)混合溶液1.6mL，加入0.2mol/L的二环己基-18-冠-6-醚-[N1112(OH)][NTf2]溶液3.2mL，萃取温度为15℃、搅拌转速1200rmp条件下萃取20min，萃取结束后，停止搅拌，转移到离心管中，在转速8000rmp条件下离心10min，分离离子液体相和水相，UPLC测得甘氨酸浓度，萃取效率为95.0％。向离子液体相加入3.2mL乙醇析出甘氨酸晶体，固液分离，并用乙醇洗涤甘氨酸3次(3.2mL×3)，干燥得甘氨酸产品，纯度为99.3％
实施例4
取1mol/L甘氨酸和氯化铵(摩尔比1:1)混合溶液2.4mL，加入0.1mol/L的18-冠-6-醚-[N1112(OH)][PF6]1.2mL溶液，萃取温度为45℃、搅拌转速1000rmp萃取时间为30min，萃取结束后，停止搅拌，转移到离心管中，在转速8000rmp条件下离心10min，分离离子液体相和水相，UPLC测得甘氨酸浓度，萃取效率为85.0％。向离子液体相加入1.5mL乙醇析出甘氨酸晶体，固液分离，并用乙醇洗涤甘氨酸3次(1.5mL×3)，干燥得甘氨酸产品，纯度为99.5％
实施例5
取0.5mol/L甘氨酸和氯化铵(摩尔比1:1)混合溶液2.4mL，加入0.15mol/L的15-冠-5-醚-[N1112(OH)][PF6]2.4mL，萃取温度为15℃、搅拌转速1200rmp、萃取时间为40min，萃取结束后，停止搅拌，转移到离心管中，在转速8000rmp条件下离心10min，分离离子液体相和水相，UPLC测得甘氨酸浓度，萃取效率90.6％。向离子液体相加入2.4mL乙醇析出甘氨酸晶体，固液分离，并用乙醇洗涤甘氨酸3次(2.4mL×3)，干燥得甘氨酸产品，纯度为99.3％
以上所述，仅为本项发明的具体实施步骤，但是本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种胆碱类疏水离子液体萃取分离甘氨酸的方法，其特征在于，以胆碱类离子液体或胆碱类离子液体-冠醚混合体系为萃取剂，从甘氨酸-氯化铵混合水溶液中萃取分离甘氨酸，萃取结束后分离离子液体相和水相，并向离子液体相中加入沉淀剂回收甘氨酸；所述胆碱类离子液体为胆碱双三氟甲磺酰亚胺盐或胆碱六氟磷酸盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胆碱双三氟甲磺酰亚胺盐和胆碱六氟磷酸盐结构分别为：
Figure FDA0002823073080000011
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胆碱类离子液体-冠醚混合体系中冠醚包括12-冠-4-醚、15-冠-5-醚、18-冠-6-醚、二环己基-18-冠-6-醚中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，胆碱类离子液体-冠醚混合体系中冠醚在离子液体中的浓度为0.01mol/L～0.2mol/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，甘氨酸-氯化铵混合水溶液和离子液体相的体积比为0.5:1～2:1，萃取温度为5℃～55℃，萃取时间为15min～60min，搅拌转速600rmp～1200rmp。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，萃取结束后，分出离子液体相并向离子液体相中加入乙醇沉淀剂以析出甘氨酸，获得甘氨酸产品。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所加入乙醇与离子液体体积比为0.5:1～2:1。
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