CN111825588B - 一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种β‑胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，将β‑胡萝卜素溶解于溶剂中，在催化剂、氧化剂的共同存在下进行氧化反应，制备得到角黄素；所述催化剂为金属钙盐化合物。本发明以廉价的金属钙盐化合物为催化剂、过氧化物为氧化剂催化氧化反应的进行，具有工艺路线条件温和、环境友好、操作简便、易于工业化生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法，尤其涉及一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法。
背景技术
角黄素属于类胡萝卜素的一种，天然的角黄素存在于甲壳类、鱼类、藻类、蛋、血液、肝脏中。1950年罗氏公司首先合成角黄素并将角黄素加入鸡饲料中，发现角黄素存在于蛋黄中能够使蛋黄产生一种消费者喜爱的橘红色。1984年 FDA(美国食品和药物管理局)和WHO(世界卫生组织)批准角黄素列入食品添加剂并制订了质量标准。根据近年药理研究发现，角黄素具有抗氧化、改善血脂变化等药理作用。
目前，制备角黄素的方法主要有三种：天然产物提取法、微生物发酵法、化学合成法等。天然提取法主要是从虾类、甲壳类生物中提取，由于受限于原料和提取成本，无法大规模工业化生产；微生物发酵法同样由于菌种产出率较低，提取含量较低，目前无法大面积推广；而化学合成法由于成本低、含量高，生产稳定，从而得到了市场认可。其中，β-胡萝卜素氧化法由于是一步氧化法，相较于前两者具有易操作、设备简单等特点，因此是目前工业化生产角黄素的主要方法。早期工业生产方法为碘做催化剂、碱金属过碘酸盐做氧化剂；后续的研究报道中，用氯酸和溴酸以及它们的盐做氧化剂、氧化硒或硒酸等作催化剂。
早在美国公开专利US4212827A中，Joachim Paust等人报道了以氯酸盐或溴酸盐为氧化剂、碘作为催化剂，催化氧化β-胡萝卜素的方法，反应方程如下：
该方法反应时间过长，且需要使用较多的碘化物进行引发。随后，中国公开专利CN1277191A报道了在上述方法的基础上，添加卤化碘、碘或金属碘化物作为共催化剂。所用的卤化碘包括氯化碘、三氯化碘、溴化碘和三溴化碘，卤化碘可以单一种类使用或以多种混合使用。
随着科研工作者对氧化反应的不断深入研究，多种氧化体系相继被报道， H2O2、亚硫酸钠/溴酸盐、次氯酸钠等氧化剂均被应用到β-胡萝卜素氧化制备角黄素反应中。
中国公开专利CN1793098A用酸调好pH值为2-5的氧化剂水溶液，在 200-800W的灯光照射条件下氧化β-胡萝卜素制备斑蝥黄。
以上方法虽然可以中等收率的制备得到角黄素，但是需要用到碘、卤化碘等具有特殊的毒性和挥发性的含碘化合物，由于碘的易升华特点，导致了对操作员工的身体健康产生危害，操作环境必然需要采取特殊保护措施，增加了设备设施的投入和对员工的潜在健康危害；同时，反应过程中会产生大量的含盐废水，三废排放量大，环境不友好；在工业生产中对操作人和操作环境需要采取 特殊保护措施，具有操作非常不方便的特点。因此，开发一些新的催化氧化体系用于β-胡萝卜素氧化制备角黄素具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，该方法以廉价的金属钙盐化合物为催化剂、过氧化物为氧化剂催化氧化反应的进行，具有工艺路线条件温和、环境友好、操作简便、易于工业化生产的优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，将β-胡萝卜素溶解于溶剂中，在催化剂、氧化剂的共同存在下进行氧化反应，制备得到角黄素；所述催化剂为金属钙盐化合物。
进一步地，所述催化剂为氯化钙、溴化钙、碳酸钙、磷酸钙和硫酸钙中的一种或多种，优选氯化钙。
进一步地，所述氧化剂为双氧水、过氧叔丁醇、间氯过氧苯甲酸和氧气中的一种或多种，优选过氧叔丁醇。
进一步地，所述催化剂与β-胡萝卜素的摩尔比为0.05～0.3，优选0.2～0.3；所述氧化剂与β-胡萝卜素的质量比为2～20，优选10～15。
进一步地，所述氧化反应温度为0～100℃，优选40～80℃。
进一步地，所述氧化反应时间为2～30h，优选24～30h。
进一步地，所述溶剂为不与原料发生反应的任选的有机溶剂，优选二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、乙腈和丙酮中的一种或几种。
进一步地，所述溶剂的添加量为β-胡萝卜素质量的10～100倍，优选40～ 60倍。
进一步地，所述氧化反应完成后淬灭反应，过滤收集有机相，除去溶剂，通过重结晶得到角黄素。
进一步地，所述重结晶所用溶剂为丙酮、二氯甲烷、乙醇、乙醚、正己烷、环己烷和乙酸正丙酯中的一种或多种，优选丙酮。
本发明通过钙盐实现β-胡萝卜素的配位催化氧化，该路线摒弃了传统角黄素制备过程中碘盐或单质的碘的加入，不仅更加绿色环保，而且工艺路线条件温和，产品收率高，更适用于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，本发明所述实施例只是作为对本发明的说明，不限制本发明的范围。
本发明实施例使用的试剂及溶剂均采购至阿拉丁试剂公司。
通过液相色谱分析产物含量并计算收率，液相色谱分析的条件为：通过安捷伦液相色谱的C30柱(YMC carotenoid S-5um(4.6*250mm))进行在线测定，柱温：40℃,流速：1.0ml/min，进样量：10.0μl，检测波长：474nm，洗脱剂： A：乙腈，B：异丙醇。
实施例1
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，加入氧化剂过氧叔丁醇70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至70℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色角黄素4.55g，收率81％。
1H NMRδ:6.65(dt,J＝20.4Hz,7.6Hz，4H),6.32(ddd，J＝36.4Hz,27.1Hz,15.8Hz,10H),2.47-2.54(m,4H),1.96-2.05(m,12H),1.81-1.89(m,10H),1.19(s, 12H)。
实施例2
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后加入氧化剂过氧化氢30％的水溶液5.67g(50mmol)，升温至60℃、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色角黄素4.06g，收率72％。
实施例3
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂溴化钙0.40g(2.0mmol)，然后加入氧化剂过氧叔丁醇 70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至90℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用乙醇重结晶，得到紫红色角黄素4.23g，收率75％。
实施例4
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，通入氧化剂氧气(1atm)，升温至70℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色角黄素4.46g，收率79％。
实施例5
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂硫酸钙0.34g(2.0mmol)，然后，通入氧化剂氧气(2atm)，升温至50℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为10h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色角黄素4.51g，收率80％。
实施例6
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，加入氧化剂过氧叔丁醇70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至70℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为8h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色角黄素4.51g，收率80％。
实施例7
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml丙酮，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，加入氧化剂过氧叔丁醇70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至40℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为20h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色角黄素4.46g，收率79％。
实施例8-16
按照实施例1中方法以及表1中原料用量制备角黄素，产物收率如表1所示：
表1、实施例8-16的原料用量及产物收率
对比例
将5gβ-胡萝卜素加入40mL二氯甲烷；再加入29.7g氯酸钠溶于100mL水中，氮气氛围加入300mL三颈烧瓶；20℃剧烈搅拌，向混合液中一次性加入0.32g 碘和0.15g氯化碘溶于10mL二氯甲烷和50mL水混合溶液，升温至24℃；搅拌90min，检测β-胡萝卜素消失，反应混合物PH＝7，分液，有机相用100mL水、 100mL 1％硫代硫酸钠水溶液、100mL水相继洗涤；减压蒸除溶剂，得到9.2g 粗产品；HPLC分析含有2.68g角黄素，角黄素反应收率51.0％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，将β-胡萝卜素溶解于溶剂中，在催化剂、氧化剂的共同存在下进行氧化反应，制备得到角黄素；所述催化剂为氯化钙、溴化钙、碳酸钙、磷酸钙和硫酸钙中的一种或多种；所述氧化剂为双氧水、过氧叔丁醇、间氯过氧苯甲酸和氧气中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述催化剂为氯化钙。
3.根据权利要求1所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述氧化剂为过氧叔丁醇。
4.根据权利要求1所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述催化剂与β-胡萝卜素的摩尔比为0.05～0.3；所述氧化剂与β-胡萝卜素的质量比为2～20。
5.根据权利要求4所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述催化剂与β-胡萝卜素的摩尔比为0.2～0.3；所述氧化剂与β-胡萝卜素的质量比为10～15。
6.根据权利要求1所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述氧化反应温度为0～100℃。
7.根据权利要求6所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述氧化反应温度为40～80℃。
8.根据权利要求1所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述氧化反应时间为2～30h。
9.根据权利要求8所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述氧化反应时间为24～30h。
10.根据权利要求1-9任一项所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述溶剂为不与原料发生反应的任选的有机溶剂。
11.根据权利要求10所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、乙腈和丙酮中的一种或几种。
12.根据权利要求10所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述溶剂的添加量为β-胡萝卜素质量的10～100倍。
13.根据权利要求12所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述溶剂的添加量为β-胡萝卜素质量的40～60倍。
14.根据权利要求1所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述氧化反应完成后淬灭反应，过滤收集有机相，除去溶剂，通过重结晶得到角黄素。
15.根据权利要求14所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述重结晶所用溶剂为丙酮、二氯甲烷、乙醇、乙醚、正己烷、环己烷和乙酸正丙酯中的一种或多种。
16.根据权利要求15所述的β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，其特征在于，所述重结晶所用溶剂为丙酮。
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