CN110117234B - N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法 - Google Patents

N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是解决N‑脂肪酰谷氨酸盐合成中当溶剂包括水时，脂肪酰氯水解严重的的技术问题，技术方案是：N‑脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法，包括：(1)使反应器获得含谷氨酸碱金属盐、酰胺化反应助剂和溶剂的碱性混合物1；所述酰胺化反应助剂包括N‑脂肪酰谷氨酸碱金属盐；所述溶剂包括水；搅拌下，将脂肪酰氯加到反应器中，在反应器中脂肪酰氯与谷氨酸碱金属盐反应生成N‑脂肪酰谷氨酸碱金属盐，在反应过程中维持反应器内容物pH为碱性。

Description

N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法
技术领域
本发明涉及N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法。
背景技术
制备N-脂肪酰谷氨酸盐主要采用经典的肖顿鲍曼缩合法，即以脂肪酰氯和谷氨酸为原料经碱催化酰胺化反应合成，这种化学合成方法原料易得。
合成反应可以选择以水为溶剂，但以水为溶剂时，脂肪酰氯水解生成脂肪羧酸盐的副反应严重，因此收率不高。为了改进以水为溶剂的缺点，可以选择在包括水和有机溶剂(例如有机溶剂可以是丙酮、四氢呋喃等)的混合溶剂中进行，但采用有机溶剂又带来新的问题，有机溶剂不仅会产生与所用有机溶剂相关联的副产物，给最终产品带来气味及色泽加深的问题，还会增加后期脱除有机溶剂的工序，而且，有机溶剂会造成环境污染，并给环境保护造成压力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是N-脂肪酰谷氨酸盐合成中当溶剂包括水时，脂肪酰氯水解严重的问题，提供一种新的N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法，该方法具有脂肪酰氯水解程度低的优点。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法，包括：
(1)使反应器获得含谷氨酸碱金属盐、酰胺化反应助剂和溶剂的碱性混合物1；所述酰胺化反应助剂包括N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐；所述溶剂包括水；
(2)搅拌下，将脂肪酰氯加到反应器中，在反应器中脂肪酰氯与谷氨酸碱金属盐反应生成N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐，在反应过程中维持反应器内容物pH为碱性。
上述技术方案中，所述溶剂优选主要为水，更加优选所述溶剂为水。由于降低有机溶剂用量或根本不用有机溶剂，降低或消除了因有机溶剂的使用给产物中带来不必要的副产物、给最终产品带来气味和颜色加深，以及增加后期脱除有机溶剂的工序，并增加环境负担的问题。
上述技术方案中，所述碱金属优选为钠或钾，更优选钠。
上述技术方案中，步骤(1)所述碱性混合物1的pH值优选为9～12。例如但不限于9.5、10、10.5、11、11.5等等，更优选10～11。
上述技术方案中，步骤(2)所述内容物pH值优选为9～12。例如但不限于9.5、10、10.5、11、11.5等等，更优选10～11。
上述技术方案中，步骤(1)所述碱性混合物的碱性优选通过使用碱金属氢氧化物实现。
上述技术方案中，步骤(2)维持反应器内容物pH为碱性优选通过补加碱金属氢氧化物实现。
上述技术方案中，所述的脂肪酰基的碳数优选为10～18。作为脂肪酰基碳数的非限制性举例，例如可以是11、12、13、14、15、16、17等等，更优选的碳数为12～16。仅为同比计，本发明具体实施方式采用的脂肪酰基为月桂酰基，作为月桂酰基来源的月桂酰氯分子量为219。
上述技术方案中，每百克混合物1中优选含谷氨酸碱金属盐为0.05～0.20摩尔，例如但不限于0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16摩尔等等，更优选0.05～0.14摩尔。
上述技术方案中，混合物1中酰胺化反应助剂与谷氨酸碱金属盐摩尔比优选为0.1～1.5，例如但不限于0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.15、1.2、1.3、1.4等等。
上述技术方案中，反应可选在搅拌下进行。为了得到更充分的混合，搅拌优选采用均质机。均质机转速可选4000～25000转/分，进一步非限制性的举例均质机转速可以是5000转/分、10000转/分、15000转/分、20000转/分等等。
上述技术方案中，反应的温度优选为5～25℃。作为非限制性举例，反应的温度可以是5℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃等等。但更优选10～20℃
本领域技术人员知道，无论脂肪酰氯的水解还是脂肪酰氯与谷氨酸钠发生酰胺化反应生成目标产物均是强烈的放热反应。为了是反应易于控制，通常会合理控制酰氯的加入速度，例如但不限于加入酰氯的时间控制在0.5～2.5小时，在这个时间范围内，可以是1小时、1.5小时等。酰氯滴加完成后，为了使反应完成，还需要将反应条件维持一段时间，判断反应是否完成的简易方法是，停止补加碱时pH不再随时间变化，因此本领技术人员可以灵活判断。维持时间太短的话反应没有进行彻底，维持时间太长的话，降低生产的时间效率。可参考的维持时间可以是1～4小时，例如但不限于1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时等等。
上述技术方案中，谷氨酸盐用量与脂肪酰氯用量的摩尔比优选为大于1且2以下。例如但不限于1.05、1.1、1.15、1.20等等。由于N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐产品有脂肪酸含量指标要求，脂肪酸含量高会影响使用。酰氯水解生成脂肪酸，若过量会导致脂肪酸含量很高难于通过后续精制除去，而谷氨酸过量，过量的谷氨酸会在酸化时溶到水里分离掉，精制容易，所以需要谷氨酸过量是有利的。
本发明方法，通过排除传统方法中将酰氯滴加到不含N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的碱性混合物1中的制备阶段，从而克服了脂肪酰氯水解严重的状况。
本发明方法具体实施方式中，产物混合物中月桂酸碱金属盐的含量测定方法是：
精称5～10g试样于200ml烧杯中，加入100ml重量浓度为50w％乙醇水溶液溶解。以0.1w％甲基橙指示，用0.25mol/L硫酸水溶液调至变色，转移至分液漏斗，加入100ml石油醚，充分振荡30s后静置分层，将水层转移至另一分液漏斗中，再用25ml石油醚萃取两次，合并石油醚层，每次用100ml重量浓度为50w％乙醇水溶液洗至甲基橙指示剂显中性，用20g无水硫酸钠过滤醚层，滤液滤入已恒重的250ml平底烧瓶中，滤完后用20ml石油醚洗涤分液漏斗，也滤入该平底烧瓶中，置于恒温水浴上将石油醚蒸发干净后取出，加2ml丙酮，用洗耳球吹走瓶内的丙酮，将烧瓶外壁擦试干净后放入干燥器中冷却干燥20min后称量。重复将平底烧瓶置于恒温水浴上加热，然后取出擦干，用洗耳球吹15秒，放入干燥器内干燥20min，称量，直至前后称量之差小于2mg为恒重得残余物重量。则所称式样中含有的月桂酸盐的摩尔数，计算公式如下：
Figure BDA0002065037970000041
脂肪酰氯水解程度采用脂肪酰氯对脂肪酸碱金属盐选择性来衡量，计算方法是：
脂肪酸碱金属盐选择性＝[(产物混合物中含有的脂肪酸碱金属盐的摩尔数-由于促进剂的使用引入的脂肪酸碱金属盐杂质的摩尔数)/脂肪酰氯总用量摩尔数]×100％。
脂肪酸碱金属盐选择性越高，相对于生成N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的副反应--脂肪酰氯水解反应，越严重，反之亦然。
我们发现，由于混合物1中包括了促进剂，抑制了脂肪酰氯的水解反应，提高了脂肪酰氯的利用率。
具体实施方式
实施例1
向反应器中加入24g谷氨酸(相当于0.16mol)和80g水，用质量浓度为32w％的氢氧化钠水溶液调pH为11得到混合物1。然后，维持均质机转速设定为15000r/min及反应温度为15℃，以0.002mol/min的速度滴加30g月桂酰氯(相当于0.14mol)，补加浓度为32w％氢氧化钠水溶液使整个反应过程pH值维持在10～11，滴完后继续维持反应条件2h至反应完成得到产物混合物，经测定和计算，产物混合物中的月桂酸钠含量0.1147mol，计算反应中月桂酰氯对生成的月桂酸钠的选择性为81.9％。
为便于比较，将主要反应条件和月桂酰氯对月桂酸钠的选择性列于表1。
实施例2
向反应器中加入24g谷氨酸(相当于0.16mol)、11g月桂酰谷氨酸一钠(月桂酰谷氨酸一钠含量为95w％，相当于0.03mol，经测得其中含月桂酸钠杂质0.0019mol)和80g水，然后用浓度为32w％的氢氧化钠水溶液中和并调节pH值至11得到混合物1。然后，维持均质机转速设定为15000r/min及反应温度为15℃，以0.002mol/min的速度滴加30g月桂酰氯(相当于0.14mol)，补加浓度为32w％氢氧化钠水溶液使整个反应过程pH值维持在10～11，滴完后继续维持反应条件2h至反应完成得到产物混合物，测得产物混合物中含月桂酸钠0.0795mol，计算反应中月桂酰氯对生成的月桂酸钠的选择性为55.4％。
为便于比较，将主要反应条件和月桂酰氯对月桂酸钠的选择性列于表1。
实施例3
向反应器中加入24g谷氨酸(相当于0.16mol)、22g月桂酰谷氨酸一钠(月桂酰谷氨酸一钠含量为95w％，相当于0.06mol，经测得其中含月桂酸钠杂质0.0038mol)和80g水，然后用浓度为32w％的氢氧化钠水溶液中和并调节pH值至11得到混合物1。然后，维持均质机转速设定为15000r/min及反应温度为15℃，以0.002mol/min的速度滴加30g月桂酰氯(相当于0.14mol)，补加浓度为32w％氢氧化钠水溶液使整个反应过程pH值维持在10～11，滴完后，继续维持反应条件2h至反应完成得到产物混合物，测得产物混合物中的月桂酸钠0.0403mol，计算反应中月桂酰氯对生成的月桂酸钠的选择性为26.1％。
为便于比较，将主要反应条件和月桂酰氯对月桂酸钠的选择性列于表1。
实施例4
向反应器中加入24g谷氨酸(相当于0.16mol)、37g月桂酰谷氨酸一钠(月桂酰谷氨酸一钠含量为95w％，相当于0.10mol，经测得其中含月桂酸钠杂质0.0064mol)和80g水，然后用浓度为32w％的氢氧化钠水溶液中和并调节pH值至11得到混合物1。然后，维持均质机转速设定为15000r/min及反应温度为15℃，以0.002mol/min的速度滴加30g月桂酰氯(相当于0.14mol)，补加浓度为32w％氢氧化钠水溶液使整个反应过程pH值维持在10～11，滴完后，继续维持反应条件2h至反应完成得到产物混合物，测得产物混合物中含月桂酸钠0.0259mol，计算反应中月桂酰氯对生成的月桂酸钠的选择性为13.9％。
为便于比较，将主要反应条件和月桂酰氯对月桂酸钠的选择性列于表1。
实施例5
向反应器中加入24g谷氨酸(相当于0.16mol)、52g月桂酰谷氨酸一钠(月桂酰谷氨酸一钠含量为95w％，相当于0.14mol，经测得其中含月桂酸钠杂质0.0090mol)和80g水，然后用浓度为32w％的氢氧化钠水溶液中和并调节pH值至11得到混合物1。然后，维持均质机转速设定为15000r/min及反应温度为15℃，以0.002mol/min的速度滴加30g月桂酰氯(相当于0.14mol)，补加浓度为32w％氢氧化钠水溶液使整个反应过程pH值维持在10～11，滴完后，继续维持反应条件2h至反应完成得到产物混合物，测得产物混合物中含月桂酸钠0.0175mol，计算反应中月桂酰氯对生成的月桂酸钠的选择性为6.1％。
为便于比较，将主要反应条件和月桂酰氯对月桂酸钠的选择性列于表1。
实施例6
向反应器中加入24g谷氨酸(相当于0.16mol)、67g月桂酰谷氨酸一钠(月桂酰谷氨酸一钠含量为95w％，相当于0.18mol，经测得其中含月桂酸钠杂质0.0115mol)和80g水，然后用浓度为32w％的氢氧化钠水溶液中和并调节pH值至11得到混合物1。然后，维持均质机转速设定为15000r/min及反应温度为15℃，以0.002mol/min的速度滴加30g月桂酰氯(相当于0.14mol)，补加浓度为32w％氢氧化钠水溶液使整个反应过程pH值维持在10～11，滴完后，继续维持反应条件2h至反应完成得到产物混合物。测得产物混合物中含月桂酸钠0.0178mol，计算反应中月桂酰氯对生成的月桂酸钠的选择性为4.4％。
为便于比较，将主要反应条件和月桂酰氯对月桂酸钠的选择性列于表1。
表1
Figure BDA0002065037970000071

Claims (10)

1.N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐的合成方法，包括：
(1)使反应器获得含谷氨酸碱金属盐、酰胺化反应助剂和溶剂的碱性混合物1；所述酰胺化反应助剂包括N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐；所述溶剂包括水；
(2)搅拌下，将脂肪酰氯加到反应器中，在反应器中脂肪酰氯与谷氨酸碱金属盐反应生成N-脂肪酰谷氨酸碱金属盐，在反应过程中维持反应器内容物pH为碱性；
混合物1中酰胺化反应助剂与谷氨酸碱金属盐摩尔为0.1～1.5；
所述合成方法中，步骤(2)是唯一加脂肪酰氯的步骤。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是所述碱金属为钠或钾。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是步骤(1)所述碱性混合物1的pH值为9～12。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是步骤(2)所述内容物pH值为9～12。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是步骤(1)所述碱性混合物的碱性通过使用碱金属氢氧化物实现。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是步骤(2)维持反应器内容物pH为碱性通过补加碱金属氢氧化物实现。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的脂肪酰基的碳数为10～18。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是混合物1中酰胺化反应助剂与谷氨酸碱金属盐摩尔比为0.1～0.5。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是反应的温度为5～25℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是谷氨酸盐用量与脂肪酰氯用量的摩尔比为大于1且2以下。
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