CN112251296A - 一种固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法 - Google Patents

一种固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，属于共轭亚油酸甘油酯的制备技术领域。该方法在反应容器中，加入共轭亚油酸、甘油、固体碱催化剂以及除水剂，控温直接催化酯化反应，反应结束后经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯。本申请利用碱金属负载型固体碱对酸性分子具有较好的耐受性，可高效催化游离态共轭亚油酸与甘油直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯，解决现有固体碱催化剂在游离态共轭亚油酸中易失活的技术瓶颈，同时也拓宽固体碱的应用范围。该方法催化剂用量少、高效易除、对设备腐蚀小，产物易分离纯化、反应体系无溶剂、成本低、适用于工业化生产。

Description

一种固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法
技术领域
本发明属于直接酯化法制备共轭亚油酸甘油酯技术领域，尤其涉及固体碱催化制备共轭亚油酸甘油酯的方法。
背景技术
共轭亚油酸甘油酯是亚轭亚油酸(conjugated linoleic acid，CLA)的酯化形式。共轭亚油酸是一类生理活性较高的游离脂肪酸，具有抗癌、降低人体脂肪含量并增加肌肉质量、提高动物体免疫力、防止动脉硬化、缓解骨质疏松症、平稳血压、抵抗糖尿病等作用。然而，共轭亚油酸易氧化、口感差、不易被人体直接吸收，而共轭亚油酸甘油酯不仅保持了共轭亚油酸的生理功能，而且稳定性好、口感更平和、易于被人体吸收。
共轭亚油酸甘油酯很少以天然形式存在，人工合成是目前的主要获得渠道，采用游离态共轭亚油酸与甘油直接酯化是目前制备共轭亚油酸甘油酯的主要方法，包括均相催化法、非均相催化法、酶催化法和超临界法。均相催化法是工业化生产共轭亚油酸甘油酯的主要方法，均相酸催化剂包括浓硫酸、磷酸和盐酸等无机液体酸、有机磺酸和酸性离子液体等，均相碱催化剂常用的有氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾等，这种方法反应速度快、条件温和，但对设备腐蚀严重、后处理复杂、三废排放量大。酶催化法多在有机溶剂中进行，存在潜在的溶剂污染风险，且酶的成本高、反应时间长，在经济上缺乏竞争力。超临界法反应时间短、无需催化剂，但反应条件苛刻、反应能耗大，对设备的安全性要求高。非均相催化法使用固体酸碱作催化剂，因催化活性高、比均相催化剂易分离处理、对反应设备腐蚀性小、无污染、反应体系经济性高等优点而备受青睐，是常见的非均相催化剂，固体碱反应条件温和、活性高、副产物少但由于现有的固体碱普遍对酸性分子耐受性低，在游离态共轭亚油酸中易失活，目前用于制备共轭亚油酸甘油酯的主要以固体酸为主，因此，本领域亟需一种固体碱直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，利用碱金属负载型固体碱对酸性分子具有较好的耐受性，可高效催化游离态共轭亚油酸与甘油直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯，解决现有固体碱催化剂在游离态共轭亚油酸中易失活的技术瓶颈。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法：在反应容器中，加入共轭亚油酸、甘油、固体碱催化剂以及除水剂，控温直接催化酯化反应，反应结束后经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯。
所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，共轭亚油酸与甘油的摩尔比为1∶3～12。
所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，所使用的固体碱催化剂选自：Mg/MgO、Ca/MgO、Mg/γ-Al2O3、Ca/γ-Al2O3、Mg/ZrO、Ca/ZrO。
所述的固体碱催化剂的质量分数负载量不超过20％。
所述的催化剂用量为共轭亚油酸质量的0％-10％。
所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，加热至80-200℃反应30-150min。
所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，反应结束后水浴降温，放空压力，取出产物，经过滤、水洗、干燥后得产物共轭亚油酸甘油酯。
所述的除水剂选自：无水MgSO4，4A分子筛等。
所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为10％负载量的Mg/MgO，催化剂用量为共轭亚油酸质量的3％，加入适量除水剂，加热至170℃反应120min；反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后得共轭亚油酸甘油酯。
所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，将共轭亚油酸与甘油按1∶3的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为20％负载量的Ca/MgO固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的5％，加入适量除水剂，加热至190℃反应150min；反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后得共轭亚油酸甘油酯。
有益效果：相比于现有技术，本发明的优势在于：
1)该固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，利用碱金属负载型固体碱对酸性分子具有较好的耐受性，可高效催化游离态共轭亚油酸与甘油直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯，解决现有固体碱催化剂在游离态共轭亚油酸中易失活的技术瓶颈，同时也拓宽固体碱的应用范围。
2)该方法催化剂用量少、高效易除、对设备腐蚀小，产物易分离纯化、反应体系无溶剂、成本低、适用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为10％负载量的Mg/MgO固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的3％，加入适量4A分子筛作为除水剂，加热至170℃反应120min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为98％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为20.5％，72.6％和6.9％。
实施例2
将共轭亚油酸与甘油按1∶3的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为20％负载量的Ca/MgO固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的5％，加入适量无水硫酸镁作为除水剂，加热至190℃反应150min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为96％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为21.2％，57.2％和21.6％。
实施例3
将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为5％负载量的Mg/γ-Al2O3固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的10％，加入适量无水硫酸镁作为除水剂，加热至150℃反应120min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为88％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为25.8％，62.9％和11.3％。
实施例4
将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为20％负载量的Ca/γ-Al2O3固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的10％，加入适量无水硫酸镁作为除水剂，加热至130℃反应150min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为86％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为20.9％，55.7％和23.4％。
实施例5
将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为20％负载量的Mg/ZrO固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的5％，加入适量4A分子筛作为除水剂，加热至170℃反应120min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为82％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为30.4％，60.5％和9.1％。
实施例6
将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为10％负载量的Ca/ZrO固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的10％，加入适量4A分子筛作为除水剂，加热至190℃反应150min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为83％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为30.5％，59.2％和10.3％。
实施例7
将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，不添加催化剂，加入适量4A分子筛作为除水剂，加热至170℃反应120min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为43％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为30.1％，19.7％和50.2％。
实施例8
将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入对甲苯磺酸作为催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的10％，加入适量4A分子筛作为除水剂，加热至170℃反应120min。反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯，共轭亚油酸酯化率为75％。产物共轭亚油酸甘油酯中共轭亚油酸甘油三酯、共轭亚油酸甘油二酯和共轭亚油酸甘油单酯的摩尔分数分别为29.9％，49.6％和20.5％。

Claims (10)

1.一种固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于：在反应容器中，加入共轭亚油酸、甘油、固体碱催化剂以及除水剂，控温直接催化酯化反应，反应结束后经过滤、水洗、干燥后即得共轭亚油酸甘油酯。
2.根据权利要求1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于：共轭亚油酸与甘油的摩尔比为1∶3～12。
3.根据权利要求1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，所使用的固体碱催化剂选自：Mg/MgO、Ca/MgO、Mg/γ-Al2O3、Ca/γ-Al2O3、Mg/ZrO、Ca/ZrO。
4.根据权利要求1或3所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，所述的固体碱催化剂的质量分数负载量不超过20％。
5.根据权利要求1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，所述的催化剂用量为共轭亚油酸质量的0％-10％。
6.根据权利要求1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，加热至80-200℃反应30-150min。
7.根据权利要求1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，反应结束后水浴降温，放空压力，取出产物，经过滤、水洗、干燥后得产物共轭亚油酸甘油酯。
8.根据权利要求1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，所述的除水剂选自：MgSO4，4A分子筛。
9.根据权利要1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，将共轭亚油酸与甘油按1∶6的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为10％负载量的Mg/MgO，催化剂用量为共轭亚油酸质量的3％，加入适量除水剂，加热至170℃反应120min；反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后得共轭亚油酸甘油酯。
10.根据权利要1所述的固体碱催化直接酯化制备共轭亚油酸甘油酯的方法，其特征在于，将共轭亚油酸与甘油按1∶3的摩尔比加入高温高压反应釜中，加入质量分数为20％负载量的Ca/MgO固体碱催化剂，催化剂用量为共轭亚油酸质量的5％，加入适量除水剂，加热至190℃反应150min；反应结束后水浴降温反应釜，待降至室温后打开放气阀，保证釜内压力为零，然后打开反应釜取出产物，经过滤、水洗、干燥后得共轭亚油酸甘油酯。
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