CN111875666B

CN111875666B - 一种合成爱德万甜的方法

Info

Publication number: CN111875666B
Application number: CN202010646565.2A
Authority: CN
Inventors: 任世阔; 韩子明; 楚志强; 李�荣
Original assignee: Liaoning Qikang Biotechnology Co ltd
Current assignee: Liaoning Qikang Biotechnology Co ltd
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2040-07-07
Also published as: CN111875666A

Abstract

本发明公开了一种合成爱德万甜的方法，属于食品化工技术领域。首先3‑羟基‑4‑甲氧基苯丙烯醛或3‑羟基‑4‑甲氧基苯丙醛和阿斯巴甜在溶剂中发生缩合反应，在脱水剂作用下转化生成亚胺中间体；然后再进行氢化还原反应，纯化精制处理后得到爱德万甜。本发明工艺简单，原料易得，改进了现有的爱德万甜的合成工艺，有效转化率达到85％以上，产品纯度达95％以上，收率达70％以上，经精制纯化爱德万甜的纯度达到99％以上。

Description

一种合成爱德万甜的方法

技术领域

本发明属于食品化工技术领域，具体涉及一种合成爱德万甜的方法。

背景技术

甜味剂在食品添加剂中有着十分重要的作用，种类繁多，功能各异。如蔗糖作为食品工业中的主要甜味配料，口感极好，但其热量高，过量食用会导致龋齿、糖尿病等疾病；如阿洛酮糖作为天然的稀有糖，口感好，热量低，有调节血糖等有益人体健康的特殊功能，被美国食品导航网评价为最具潜力的蔗糖替代品。功能性甜味剂可以在一定程度上代替蔗糖，一方面满足人类对甜食的偏爱，一方面可以降低甜食对人体的伤害，甚至会对糖尿病等患者会有一定的辅助治疗作用。因此，目前开发有良好口感的功能性甜味剂成为食品添加剂发展的重要趋势。

爱德万甜(ADM)的甜度可达蔗糖的20000倍，是目前被众多国家批准上市的最高甜度的一种甜味剂。爱德万甜可以添加用于多种食品中，改善口感甜味，具有极高的市场开发价值。然而，作为人工合成的甜味剂，目前所报道的合成方法，如：US2002133037A1，主要是利用3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛(HMCA)或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛和阿斯巴甜(APM)缩合成亚胺再还原生成的；其主要问题是氢化还原的时候，利用甲醇和水作溶剂，不利于亚胺的生成，产生原料没有完全反应，而被还原成3-羟基-4-甲氧基苯丙醇(HMPA)的问题，造成爱德万甜的生成转化率大大降低；2011年，食品工业科技杂志报道合成爱德万甜的方法，往反应体系中先加入碱促进溶解，再加入酸进行氢化还原，造成阿斯巴甜部分分解，同时3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛(HMCA)或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛也不能完全转化为亚胺，而被还原成3-羟基-4-甲氧基苯丙醇(HMPA)，最终导致爱德万甜的产率不高。以上方法，爱德万甜的收率通常都低于70％，并且催化剂的用量较大，合成工艺复杂，且成本较高。反应过程如下所示：

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种合成爱德万甜的方法，该方法用脱水剂先缩合后还原的工艺方法，大幅提高反应转化率，降低催化剂用量及成本，实现工业化生产。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种合成爱德万甜的方法，首先3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛和阿斯巴甜在溶剂中发生缩合反应，在脱水剂作用下转化生成亚胺中间体；然后再进行氢化还原反应，纯化精制处理后得到爱德万甜；反应式如下所示：

具体包括以下步骤：

(1)向反应容器中，加入溶剂，阿斯巴甜，3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛，脱水剂，以及用甲醇洗涤除水后的钯碳，在0-50℃下缩合反应0.5-10h，反应结束后进入步骤(2)；

(2)用氮气置换反应体系的空气后，通入氢气进行加压氢化还原反应；

(3)对反应液进行过滤浓缩，回收甲醇和钯碳，粗产品经甲醇/水结晶纯化后，得到爱德万甜。

所述合成爱德万甜的方法，所述脱水剂为无水氯化铁、无水氯化亚铁、无水氯化镁、无水氯化钙、无水氯化锂、无水氯化钾、无水氯化钠、无水碳酸氢钠、无水碳酸氢钾、无水碳酸氢锂，无水乙酸钾，无水乙酸钠、无水乙酸锂、无水乙酸钙、无水乙酸镁、无水乙酸亚铁、无水硫酸钠、无水硫酸钾、无水硫酸镁、无水硫酸锂、无水磷酸二氢钠、无水磷酸氢二钠、无水磷酸氢钾中任意一种或多种物质的组合，所述脱水剂与阿斯巴甜的摩尔比为1:1-10:1，所用脱水剂的用量根据反应体系的水分和脱水剂的脱水能力计算确定，如溶剂和试剂中的水分总和为a，脱水剂的脱水能力为b，要求a总是小于b。所述反应中加入的脱水剂的目的主要是为了结合反应体系中的水，包括反应生成的水，从而促进缩合反应充分进行，所以，通常加入反应体系的脱水剂的用量，比反应体系水的总量要多。

所述合成爱德万甜的方法，所述3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛与阿斯巴甜的摩尔比为2:1-1:2。

所述合成爱德万甜的方法，所述钯碳与阿斯巴甜的质量比为1:100-1:2，这里的钯碳用量指的是直接购买到的含水钯碳的质量；所述钯碳中水占比为40％-60％，除去水分后的钯碳含钯重量比为5％～10％，使用之前用甲醇洗涤脱除90％以上的水。

所述合成爱德万甜的方法，所述钯碳与阿斯巴甜的质量比为1:10。

所述合成爱德万甜的方法，所述溶剂为甲醇，甲醇与阿斯巴甜的用量比为5-30mL:1g。

所述合成爱德万甜的方法，3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛与阿斯巴甜的摩尔比例为1:1。

所述合成爱德万甜的方法，加氢还原反应的压力为15-300psi，温度为0-50℃，时间为2-20h。反应压力低的话，反应时间延长，压力过高的话，副产物会增加。反应温度低的话，反应时间延长，温度过高的话，副产物会增加。加氢反应的时间根据HPLC检测结果确定；爱德万甜的生成转化不再增加即为终点，时间的长短主要与反应的温度、压力及催化剂的用量有关。

所述合成爱德万甜的方法，加氢还原反应的压力为120psi，温度为35-45℃。

有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：

(1)本发明用脱水剂先缩合后还原的工艺方法，大幅提高反应转化率，降低催化剂用量及成本，实现工业化生产，由于合成3-羟基-4-甲氧基苯丙醛会增加成本，所以主要使用3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛和阿斯巴甜做原料。

(2)本发明工艺简单，原料易得，改进了爱德万甜的合成工艺，有效转化率在85％以上，产品纯度在95％以上，收率在70％以上，经精制纯化爱德万甜的纯度达到99％以上。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1

一种合成爱德万甜的方法，包括以下步骤：

(1)在500mL氢化反应釜内，先加入150mL的甲醇，然后分别加入14g阿斯巴甜、8g3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛、1.5g 10％钯碳(含水50％，用20mL甲醇洗涤两遍后用)，及6g硫酸镁，室温下搅拌5h后进入下一步骤；由于3-羟基-4-甲氧基苯丙醛通常由3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛氢化还原获得，所以通常采用3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛作为合成爱德万甜的原料，而没必要氢化制备3-羟基-4-甲氧基苯丙醛后，再用其缩合合成亚胺后氢化还原合成爱德万甜；

(2)用氮气置换釜内的空气，再用氢气置换釜内的氮气，控制氢气压力为10atm，反应温度为40℃，反应5h后反应液进入步骤(3)；

(3)氢化还原反应结束后反应液中爱德万甜的HPLC纯度达到85％，此时泄去反应压力，并用氮气置换，加入10mL水，减压过滤，回收钯碳，把滤液浓缩回收甲醇；然后往浓缩液中加入1/1的甲醇/水，溶解析晶；可得到18.1g爱德万甜，HPLC纯度为97％，收率为85％。

实施例2

为了研究不同脱水剂对产品爱德万甜收率和纯度的影响，分别选择不同种类的脱水剂及其不同脱水剂用量进行了第2～8组的实验过程，第2～8组实验中除了脱水剂种类和用量外，其他操作过程同实施例1，其中第7组中脱水剂氯化钙和硫酸镁的用量均为3g，第8组中脱水剂氯化镁和碳酸氢钠的用量均为3g，实验结果如表1所示。由表1可知，在用量相同，脱水剂种类不同时，会使得产品爱德万甜的收率和纯度不同，但都可以使爱德万甜的纯度达到95.0％以上，收率基本都在75％以上，具有非常好的效果；综合比较来看，脱水剂硫酸镁，用量为6g，得到产品的收率达到85％，纯度达到97％，效果较好。

表1不同脱水剂对产品收率和纯度的影响

实施例3

一种合成爱德万甜的方法，采用和实施例1相同的操作和条件，用3-羟基-4-甲氧基苯丙醛代替3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛；可得17.5g爱德万甜，HPLC纯度为97.0％，收率81.8％。

实施例4

一种合成爱德万甜的方法，包括以下步骤：

(1)在50L的氢化釜中先加入15L的甲醇，然后分别加入1.4kg阿斯巴甜、0.8Kg 3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛、150g 10％钯碳(含水50％，用2L甲醇洗涤两遍后用)，及600g硫酸镁，室温下搅拌5h后进入下一步骤；

(2)用氮气置换釜内的空气，再用氢气置换釜内的氮气，控制氢气压力为8atm，反应温度为40℃，反应5h后反应液进入步骤(3)；

(3)氢化还原反应结束后反应液泄去反应压力，并用氮气置换，加入1L水，减压过滤，回收钯碳，把滤液浓缩回收甲醇；然后往浓缩液中加入1/1的甲醇/水，溶解析晶；可得到1.85kg爱德万甜，HPLC纯度为96％，收率为86.4％。进一步用甲醇水精制：把1.85kg爱德万甜粗品用1/1的甲醇/水溶解后，降温至0℃，再逐步加入两倍体积甲醇的水，加入20g晶种，析晶，得爱德万甜纯度大于99％。

实施例4与实施例1相比，原料用量扩大一百倍进行工业化生产，最后发现产品爱德万甜的纯度和收率变化不大，说明该方法在生产过程中非常稳定，可很好的应用于工业化生产中。

上述实施例为本发明的代表实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质或原理下所做的修改、替代组合、简化等，均包含在本发明的保护范围内；在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种合成爱德万甜的方法，其特征在于，首先3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛和阿斯巴甜在溶剂中发生缩合反应，在脱水剂作用下转化生成亚胺中间体；然后再进行氢化还原反应，纯化精制处理后得到爱德万甜；所述脱水剂为无水氯化铁、无水氯化亚铁、无水氯化镁、无水氯化钙、无水氯化锂、无水氯化钾、无水氯化钠、无水碳酸氢钠、无水碳酸氢钾、无水碳酸氢锂，无水乙酸钾，无水乙酸钠、无水乙酸锂、无水乙酸钙、无水乙酸镁、无水乙酸亚铁、无水硫酸钠、无水硫酸钾、无水硫酸镁、无水硫酸锂、无水磷酸二氢钠、无水磷酸氢二钠、无水磷酸氢钾中任意一种或多种物质的组合，加氢还原反应的温度为35-45℃。

2.根据权利要求1所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)向反应容器中，加入溶剂，阿斯巴甜，3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛，脱水剂，以及用甲醇洗涤除水后的钯碳，缩合反应0.5-10h，反应结束后进入步骤(2)；

3.根据权利要求1或2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，所述脱水剂与阿斯巴甜的摩尔比为1:1-10:1。

4.根据权利要求1或2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，所述3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛与阿斯巴甜的摩尔比为2:1-1:2。

5.根据权利要求2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，所述钯碳与阿斯巴甜的质量比为1:100-1:2；所述钯碳中水占比为40％-60％，除去水分后的钯碳含钯重量比为5％～10％。

6.根据权利要求2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，所述钯碳与阿斯巴甜的质量比为1:10。

7.根据权利要求1或2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇，甲醇与阿斯巴甜的用量比为5-30mL:1g。

8.根据权利要求1或2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，3-羟基-4-甲氧基苯丙烯醛或3-羟基-4-甲氧基苯丙醛与阿斯巴甜的摩尔比为1:1。

9.根据权利要求1或2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，加氢还原反应的压力为15-300psi，时间为2-20h。

10.根据权利要求1或2所述的合成爱德万甜的方法，其特征在于，加氢还原反应的压力为120psi。