CN109912446A - 一种具有短棒状形貌的n,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体及其结晶工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有短棒状形貌的N,2,3‑三甲基‑2‑异丙基丁酰胺晶体及其结晶工艺。该工艺包括如下步骤：1)将长棒状形貌的N,2,3‑三甲基‑2‑异丙基丁酰胺溶解于溶剂中，得溶液A；2)将溶液A降温后加入晶种，进行第一次结晶，持续降温至第二次结晶结束，得目标晶体形貌的N,2,3‑三甲基‑2‑异丙基丁酰胺晶体。本发明通过优化N,2,3‑三甲基‑2‑异丙基丁酰胺晶体的结晶工艺，得到一种长径比明显减小的短棒状晶体形貌，该形貌较现有的结晶工艺得到的晶体具有更好的流动性，能有效减少颗粒间的接触面积，从而达到减少或防止N,2,3‑三甲基‑2‑异丙基丁酰胺晶体结块的目的。本发明的结晶工艺操作简单、条件可控、得到的晶体形貌重现性好，易于实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及化学工程结晶技术领域，尤其涉及一种具有短棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体及其结晶工艺。
背景技术
N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺(2-Isopropyl-N,2,3-trimethylbutyramide，WS-23)，分子式为C10H21NO，其化学结构式如式I所示，分子量为171.28，熔点为62～64℃。
WS-23几乎不溶于水，溶于酒精和油脂，是一种新型凉味剂。由于其能赋予产品清凉、新鲜的感觉，广泛用于口香糖、牙膏、糖果、果冻、果酱、淀粉食品、乳制品、肉制品、香烟、药品等产品中。与WS-23相比，薄荷醇等传统凉味剂缺点非常明显：用量低时，无清凉作用；用量大时，会有甜味和刺激性辣味；挥发性强，故清凉效果短暂以及对眼睛有较强的刺激性等。WS-23弥补了这些缺点：清怡、持久、新鲜、无刺激性辣味、无苦味、用量低。
WS-23的合成路线中2,3-二甲基-2-异丙基丁腈(DIPPN)是最关键的中间体。由于反应产率和副反应的原因，在合成出的WS-23中有DIPPN和其它杂质残留，一般采用快速冷却自发结晶的方法将WS-23分离提纯。但该方法得到的结晶产品多为细长棒状晶体，由于晶体之间接触面积较大，因此容易发生结块现象，给过滤、贮存以及运输过程带来诸多不便。
现阶段针对WS-23结块问题的研究较少，但该问题是WS-23工业生产亟待解决的问题之一，目前尚无通过优化结晶工艺控制晶体形貌的方法来减少或防止WS-23的结块问题的专利文献报道。
发明内容
本发明的目的在于一种具有短棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体及其结晶工艺。本发明通过优化结晶工艺来控制产品形貌和粒度分布，减小晶体长径比，从而减少颗粒间接触，达到减少或防止N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺结块的问题。
具体而言：
本发明的目的之一在于提供一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，包括如下步骤：
1)将长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺溶解于溶剂中，得溶液A；
2)将溶液A降温后加入晶种，进行第一次结晶，持续降温至第二次结晶结束，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体。
优选地：步骤1)中所使用的溶剂选自有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂。
有机溶剂和水的比例没有特别规定，可以依据具体的试验择优选择。
优选地，上述有机溶剂选自正己烷、丙酮、乙酸乙酯中的至少一种。
优选地，步骤1)中长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺与溶剂的质量之比为0.2～0.8g/g。
更优选地，步骤1)中长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺与溶剂的质量之比为0.6～0.8g/g。
优选地，步骤1)中长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的溶解温度为25～40℃。
更优选地，步骤1)中长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的溶解温度为25～30℃。
优选地，步骤1)长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺溶解过程中还包括搅拌的步骤。
优选地，步骤1)中的搅拌转速为150～400rpm；更优选为300～400rpm。
优选地，步骤2)中晶种的加入量为长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的1～5wt％。
更优选地，步骤2)中晶种的加入量为长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的1～3wt％。
优选地，上述晶种为通过快速冷却结晶自发成核得到的长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体。
优选地，步骤2)中第一次结晶的温度为长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺结晶的介稳区温度，结晶时间为0.5～3h。
优选地：上述介稳区温度为16～24℃，更优选为18～22℃。
优选地，步骤2)第一次结晶时间为0.5～1.5h。
优选地，步骤2)中溶液A的降温速率为3～18℃/h，更优选为3～6℃/h。
优选地，步骤2)中第二次结晶结束后的温度为-5～5℃；更优选为0～5℃。
优选地，步骤2)中持续降温的速率为3～18℃/h；更优选为3～6℃/h。
步骤2)中进行第一次结晶和进行第二次结晶的过程中还包括搅拌的步骤。
优选地，步骤2)中的搅拌转速为150～400rpm；更优选为300～400rpm。
优选地，步骤2)在第二次结晶结束后还包括在30～40℃真空干燥箱中进行干燥的步骤，优选地，干燥时间为1～24h，更优选为12～20h。
本发明的另一目的在于提供一种具有短棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体，所述晶体由上述结晶工艺制备得到。
优选地，上述晶体的长径比为3.65～14.13；更优选为3.65～9.31。
优选地，上述晶体的平均粒度为114～175μm；更优选为133～175μm。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过优化N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，得到一种长径比明显减小的短棒状晶体形貌，且粒度分布均一，该形貌较现有的结晶工艺得到的晶体具有更好的流动性，能有效减少颗粒间的接触面积，从而达到减少或防止N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体结块的目的，同时也有效提高了其过滤效率。
2、本发明的结晶工艺操作简单、条件可控、得到的晶体形貌重现性好，结果可靠，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为市售的WS-23的5倍显微镜图；
图2为实施例1制备的WS-23晶体的5倍显微镜图；
图3为实施例2制备的WS-23晶体的5倍显微镜图；
图4为实施例3制备的WS-23晶体的5倍显微镜图；
图5为实施例4制备的WS-23晶体的5倍显微镜图；
图6为对比例1制备的WS-23晶体的5倍显微镜图；
图7为对比例2制备的WS-23晶体的5倍显微镜图；
图8为对比例3制备的WS-23晶体的5倍显微镜图；
图9为对比例1制备的WS-23晶体(A)与实施例1制备的WS-23晶体(B)的马尔文粒度仪测量结果对比图；
图10为实施例1制备的WS-23晶体的X-射线粉末衍射图谱。
具体实施方式
下面进一步列举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明阐述的原理做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。
实施例1
一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，包括如下步骤：
1)取400g市售的WS-23和500g正己烷加入到2L夹套结晶釜中，水浴温度设置为25℃，在300rpm的搅拌条件下使WS-23完全溶解，得溶液A；
2)将溶液A以3℃/h的降温速率降温至21℃，此时溶液仍然澄清，表明WS-23还是处于完全溶液的状态，加入4g WS-23晶种(快速冷却自发结晶得到的WS-23)，在21℃下恒温300rpm搅拌0.5h进行第一次结晶，保持该搅拌速度并以3℃/h的降温速率持续降温至0℃，进行第二次结晶，结晶结束后，迅速用预冷的布氏漏斗抽滤、洗涤，在30℃真空干燥箱中干燥12h，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，收率为85.3％；
由图10可知：实施例1制备得到的晶体在11.22°、12.68°、13.86°、14.36°、16.54°出现了WS-23的特征峰，这说明本实施例得到的晶体为WS-23晶体。
实施例2
一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，包括如下步骤：
1)取100g市售的WS-23和500g正己烷加入到2L夹套结晶釜中，水浴温度设置为30℃，在400rpm的搅拌条件下使WS-23完全溶解，得溶液A；
2)将溶液A以12℃/h的降温速率降温到21℃，此时溶液仍然澄清，表明WS-23还是处于完全溶液的状态，加入3g WS-23晶种(快速冷却自发结晶得到的WS-23)，在21℃下恒温400rpm搅拌2h进行第一次结晶，保持该搅拌速度并以12℃/h的降温速率持续降温至-1℃，进行第二次结晶，结晶结束后，迅速用预冷的布氏漏斗抽滤、洗涤，在40℃真空干燥箱中干燥12h，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，收率为89％。
实施例3
一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，包括如下步骤：
1)取350g市售的WS-23和500g正己烷加入到2L夹套结晶釜中，水浴温度设置为25℃，在400rpm的搅拌条件下使WS-23完全溶解，得溶液A；
2)将溶液A以6℃/h的降温速率降温到21℃，此时溶液仍然澄清，表明WS-23还是处于完全溶液的状态，加入14g WS-23晶种(快速冷却自发结晶得到的WS-23)，在21℃下恒温400rpm搅拌1h进行第一次结晶，保持该搅拌速度并以6℃/h的降温速率持续降温至0℃，进行第二次结晶，结晶结束后，迅速用预冷的布氏漏斗抽滤、洗涤，在40℃真空干燥箱中干燥12h，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，收率为89.3％。
实施例4
一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，包括如下步骤：
1)取400g市售的WS-23和500g乙酸乙酯加入到2L夹套结晶釜中，水浴温度设置为25℃，在300rpm的搅拌条件下使WS-23完全溶解，得溶液A；
2)将溶液A以3℃/h的降温速率降温到24℃，此时溶液仍然澄清，表明WS-23还是处于完全溶液的状态，加入4g WS-23晶种(快速冷却自发结晶得到的WS-23)，在24℃下恒温300rpm搅拌1.5h进行第一次结晶，保持该搅拌速度并以3℃/h的降温速率持续降温至-5℃，进行第二次结晶，结晶结束后，迅速用预冷的布氏漏斗抽滤、洗涤，在40℃真空干燥箱中干燥12h，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，收率为81.3％。
对比例1
一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺(即：现有的快速冷却自发成核结晶的工艺)，包括如下步骤：
1)取400g市售的WS-23和500g正己烷加入到2L夹套结晶釜中，水浴温度设置为25℃，在300rpm的搅拌条件下使WS-23完全溶解，得溶液A；
2)保持上述搅拌速度，并以24℃/h的降温速率降温到0℃，结晶结束后，迅速用预冷的布氏漏斗抽滤、洗涤，在40℃真空干燥箱中干燥12h，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，收率为85.1％。
对比例2
一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，包括如下步骤：
1)取400g市售的WS-23和500g正己烷加入到2L夹套结晶釜中，水浴温度设置为25℃，在300rpm的搅拌条件下使WS-23完全溶解，得溶液A；
2)保持上述搅拌速度，并以3℃/h的降温速率降温到0℃，结晶结束后，迅速用预冷的布氏漏斗抽滤、洗涤，在40℃真空干燥箱中干燥12h，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，收率为84.7％。
对比例3
一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，包括如下步骤：
1)取400g市售的WS-23和500g正己烷加入到2L夹套结晶釜中，水浴温度设置为25℃，在300rpm的搅拌条件下使WS-23完全溶解，得溶液A；
2)将溶液A以24℃/h的降温速率降温至21℃，此时溶液仍然澄清，表明WS-23还是处于完全溶液的状态，加入4g WS-23晶种(快速冷却自发结晶得到的WS-23)，在21℃下恒温300rpm搅拌0.5h进行第一次结晶，保持该搅拌速度并以24℃/h的降温速率持续降温至0℃，进行第二次结晶，结晶结束后，迅速用预冷的布氏漏斗抽滤、洗涤，在30℃真空干燥箱中干燥12h，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，收率为81.7％。
测试例1
将市售的WS-23、实施例1～4和对比例1～3制备得到的WS-23晶体置于5倍显微镜(奥林巴斯公司的BX-53型显微镜)下观察晶体的形貌，形貌结果见图1～8：
由图2～5可知：实施例1～4制备的WS-23晶体为短棒状，与市售的WS-23(图1)、对比例1(图6)、对比例2(图7)和对比例3(图8)制备的WS-23晶体的长棒状形貌不同，由此可知，本申请通过对WS-23结晶工艺的优化获得了一种长径比大大减小的短棒状的WS-23晶体形貌。
测试例2
将实施例1和对比例1制备的WS-23晶体利用马尔文粒度仪(型号为Mastersizer3000)进行干法粒度测试，结果见图9：
由图9可知：对比例1的WS-23晶体粒度呈现双峰分布(曲线A)，这说明该晶粒间流动性差，易粘连，从而导致易结块，而实施例1中的WS-23晶体粒度呈现单峰分布(曲线B)，这说明了晶粒间的流动性好，不易粘连和结块，且，实施例1制备晶体的粒度更为均匀。
测试例3
分别称取30g市售的WS-23、实施例1～4和对比例1～3制备得到的WS-23晶体于培养皿中，在相同的环境条件下按压至相同厚度(1cm)，后将其放入25℃真空烘箱中，3天后取出过16目筛，利用公式：结块率％＝(未通过晶体质量/总质量)*100％计算结块率，结块率及长径比结果见下表1：
表1
| 编号 | 结块率(％) | 长径比 |
| 市售WS-23 | 3.92 | 23.77 |
| 对比例1 | 3.75 | 22.21 |
| 对比例2 | 3.55 | 19.37 |
| 对比例3 | 3.30 | 18.29 |
| 实施例1 | 1.27 | 4.71 |
| 实施例2 | 2.30 | 8.63 |
| 实施例3 | 1.3 | 5.13 |
| 实施例4 | 2.18 | 8.12 |
由表1可知：实施例1～4的结块率相对于对比例1～3及市售WS-23大大减小，这说明本发明通过优化WS-23的结晶工艺控制WS-23的晶体形貌可以有效改善WS-23晶体存放结块问题，与上述晶体粒度表征结果相一致。
Claims (10)
1.一种N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的结晶工艺，其特征在于：包括如下步骤：
1)将长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺溶解于溶剂中，得溶液A；
2)将溶液A降温后加入晶种，进行第一次结晶，持续降温至第二次结晶结束，得目标晶体形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤1)中所使用的溶剂选自有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶剂；优选地，所述有机溶剂选自正己烷、丙酮、乙酸乙酯中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：步骤1)中所述长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺与溶剂的质量之比为0.2～0.8g/g；优选地，步骤1)中长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的溶解温度为25～40℃。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤2)中所述晶种的加入量为长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺的1～5wt％。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤2)中第一次结晶的温度为长棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺结晶的介稳区温度，结晶时间为0.5～3h。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于：所述介稳区温度为16～24℃。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤2)中第二次结晶结束后的温度为-5～5℃；优选地，步骤2)中溶液A的降温速率和持续降温的速率独立为3～18℃/h。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤2)中进行第一次结晶和进行第二次结晶的过程中还包括搅拌的步骤；优选地，搅拌转速为150～400rpm。
9.一种具有短棒状形貌的N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺晶体，其特征在于：所述晶体由权利要求1～8任意一项所述的结晶工艺制备得到。
10.根据权利要求9所述的晶体，其特征在于：所述晶体的长径比为3.65～14.13；优选地，所述晶体的平均粒度为114～175μm。
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| CN107235855A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-10 | 安徽中草香料股份有限公司 | 无副产物生成的n,2,3‑三甲基‑2‑异丙基丁酰胺合成及提纯工艺 |
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