CN113333025B - 一种用于制备全反式β-胡萝卜素的催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种用于制备全反式β-胡萝卜素的催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于制备全反式β‑胡萝卜素的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂为具有芳香亚胺基修饰的磁性纳米粒子催化剂，由C15膦盐与C10醛在上述芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂与叔胺存在的条件下发生wittig反应，然后再经过异构反应，制得全反式β‑胡萝卜素。该方法具有底物转化率高，产物选择性好，产品中离子残留量低，催化剂可回收利用，且无含盐废水产生，降低三废处理成本，环境友好等优点。

Description

一种用于制备全反式β-胡萝卜素的催化剂及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及全反式β-胡萝卜素合成领域，具体的涉及一种用于制备全反式β-胡萝卜素的催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
β-胡萝卜素(β-Carotene，分子式C40H56，结构如下式所示)是维生素A的前体，俗称维生素A原，是最早引起人们关注的类胡萝卜素。β-胡萝卜素是一种抗氧化剂，具有解毒作用，是维护人体健康不可缺少的营养素。此外，β-胡萝卜素在抗癌、预防心血管疾病、白内障上具有显著功能，还能防止由老化和衰老引起的多种退化性疾病。因此，广泛应用于医药、食品、化妆品、饲料添加剂、染料等行业，具有良好的市场前景。
Figure BDA0003135157850000011
β-胡萝卜素的制备主要有三条路线，根据原料碳数不同，可分为2C15+C10路线，2C19+C2路线，C20+C20路线。
Roche公司采用2C19+C2合成路线，以Grignard反应为特征，以β-紫罗兰酮为起始原料，首先制得碳十四醛。碳十四醛经缩醛保护后分别与乙烯基醚和丙烯基醚缩合，先后得到碳十六醛和碳十九醛，最后与乙炔的双格氏试剂加成得到β-胡萝卜素。该路线反应路线长，工艺复杂，反应收率仅为21％。
Figure BDA0003135157850000021
C20+C20路线以维生素A及其衍生物为原料，经过成盐、氧化缩合制备胡萝卜素。如CN108822015，CN101081829，CN101041631，CN108047112，CN110452147等。该路线中维生素A及其衍生物成本较高，不利于大规模生产。
Figure BDA0003135157850000022
2C15+10路线根据使用原料不同可分为C15磷酸酯路线和C15膦盐路线。C15磷酸酯路线以两分子2,4-戊二烯十五碳磷酸酯(C15磷酸酯)与2，7-二甲基-2,4,6辛三烯-1,8-二醛(C10醛)经Wittig-Horner反应得到胡萝卜素，如US4916250，CN101774957等。该路线中，C15磷酸酯制备过程复杂，且成本较高，不利于大规模生产。另外，反应副产含磷废水，三废处理成本高。此外，生成的磷酸盐等离子可能残留至产品，减低产品纯度。
Figure BDA0003135157850000031
C15膦盐路线以两分子C15膦盐与C10醛经过Wittig反应得到胡萝卜素，如US2006106257A1,US5689022A等。该方法在合成过程中，需要使用强碱甲醇钠或乙醇钠，对设备腐蚀较强且溶解过程中放热剧烈。此外，由于强碱与C15膦盐生成无机盐，因此反应结束后需要进行水洗，从而产生大量含盐废水，提高三废处理成本。此外，反应过程中，生成无机盐等离子可能残留至产品，降低产品纯度及品质。专利CN108752251采用碱性离子液体提供强碱性环境，使得反应可以在弱碱作用下进行。但反应结束后依旧需要水洗，产生大量废水。
Figure BDA0003135157850000032
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的在于提供一种用于制备全反式β-胡萝卜素的催化剂及制备方法，所述催化剂为具有芳香亚胺基修饰的磁性纳米粒子催化剂。
本发明还同时提供一种制备全反式β-胡萝卜素的方法。所述方法以C15膦盐(即3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2,4-戊二烯基三苯基膦盐))与C10醛(即2，7-二甲基-2,4,6辛三烯-1,8-二醛)为原料，在上述催化剂与叔胺作碱存在的条件下，发生wittig反应，并经过异构，制备全反式β-胡萝卜素。该方法具有底物转化率高，产物选择性好，产物中离子残留量低，催化剂可回收利用，无含盐废水产生，降低三废处理成本，环境友好等优点。
为达上述目的，采用的技术方案如下：
本发明提供一种用于制备全反式β-胡萝卜素的催化剂，该催化剂为具有芳香亚胺基修饰的磁性纳米粒子催化剂；
本发明所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)以3-氯丙基三乙氧基硅烷(CPTES)对核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2进行修饰反应，得到氯代烷基修饰的磁性纳米粒子(MN-Cl)；
2)氯代烷基修饰的磁性纳米粒子与具有通式NH[(CH2)nNH2]2,n＝1-6的三胺类化合物反应，得到胺基修饰磁性纳米粒子；
3)胺基修饰磁性纳米粒子与取代苯甲醛反应，得到芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂。
本发明所述步骤1)中，核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2与3-氯丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:0.5-5，优选1:1-3；
所述核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2，可以直接购买得到，也可以采用任何已经公开的现有方法制备，本发明没有特别要求，如可以参照文献《羧基化核壳磁性纳米Fe3O4吸附剂的制备及对Cu2+吸附性能》，高等学校化学学报，2012，33(1):107-113制备。
本发明所述步骤1)中，所述核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2与3-氯丙基三乙氧基硅烷的修饰反应在溶剂中进行，所述溶剂选自水、乙醇、甲苯、乙腈、四氢呋喃、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、正庚烷、环己烷等中的任意一种或至少两种的组合，优选甲苯；
优选地，所述溶剂用量为核-壳结构磁性粒子Fe3O4@SiO2质量的15-30倍，优选20-25倍。
本发明所述步骤1)中，所述修饰反应，其反应温度为50-150℃，优选80-110℃；反应时间为5-50h，优选10-30h。
本发明所述步骤2)中，所述三胺类化合物的通式中，优选n＝3-6；
更优选地，所述三胺类化合物为3,3’-二氨基二丙胺。
本发明所述步骤2)中，所述氯代烷基修饰的磁性纳米粒子与三胺类化合物的质量比为1:1-15，优选1:6-10。
本发明所述步骤2)中，所述氯代烷基修饰的磁性纳米粒子与三胺类化合物的反应在溶剂中进行，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、苯、甲苯、乙腈、吡啶、二氯甲烷、二甲亚砜、乙醚、乙酸乙酯、正己烷等中的任意一种或至少两种的组合，优选乙腈；
优选地，所述溶剂用量为氯代烷基修饰的磁性纳米粒子质量的15-30倍，优选20-25倍。
本发明所述步骤2)中，所述反应，其反应温度为20-100℃，优选50-80℃；反应时间为20-50h，优选30-40h。
本发明所述步骤3)中，所述取代苯甲醛选自邻甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛、邻氯苯甲醛、邻三氟甲基苯甲醛、对氯苯甲醛、邻硝基苯甲醛、水杨醛、茴香醛、2-羟基-4-甲氧基苯甲醛、香草醛、2,5,-二氯苯甲醛，优选为2-羟基-4-甲氧基苯甲醛。
本发明所述步骤3)中，所述胺基修饰磁性纳米粒子与取代苯甲醛的质量比为1:5-40，优选10-30。
本发明所述步骤3)中，所述胺基修饰磁性纳米粒子与取代苯甲醛的反应在溶剂中进行，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、环己烷、正己烷、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合，其中优选乙醇；
优选地，所述溶剂用量为胺基修饰磁性纳米粒子质量的5-20倍，优选10-15倍。
本发明所述步骤3)中，所述反应，其反应温度为40-150℃，优选回流温度且不低于40℃；反应时间10-50h，优选20-40h。
本发明所述步骤1)-3)均优选在N2氛围中进行反应。所述反应结束还任选地包括冷却、分离、洗涤、烘干等后处理过程，为本领域常规操作，没有特别要求。
催化剂制备过程可以表示如下：
Figure BDA0003135157850000071
本发明同时提供一种全反式β-胡萝卜素的制备方法，该方法是由C15膦盐与C10醛在上述芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂与叔胺存在的条件下发生wittig反应，然后再经过异构反应，制得全反式β-胡萝卜素。
本发明中，若无特别说明所述C15膦盐均表示3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2,4-戊二烯基三苯基膦盐，C10醛均表示2，7-二甲基-2,4,6辛三烯-1,8-二醛。
本发明所述芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂用量为C15膦盐用量的0.5-10wt％，优选1-5wt％。
本发明所述C15膦盐与C10醛的摩尔比为1.5-5:1，优选2-3:1。
本发明所述C15膦盐为C15膦盐甲醇溶液；
所述C15膦盐甲醇溶液中膦盐初始浓度为1-50wt％，优选10-30wt％；反应前脱除溶剂至浓度为30-90wt％，优选50-80wt％。
本发明所述叔胺结构为NR1R2R3，其中R1、R2、R3各自独立地选自碳数为1-10的直链或支链烷基、羟乙基、氨基乙基，R1、R2、R3可以相同或者不同，优选三者相同；
所述叔胺优选三乙胺；
优选地，所述叔胺与C10醛摩尔比为2-8:1，优选3-5:1；
优选地，所述叔胺以溶剂溶解后铺底或以滴加的方式加入到反应体系中；其中优选滴加方式，滴加时间为0.5-5h，优选1-3h；优选地，所述溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷、水、乙腈、丙酮、四氢呋喃、甲苯、二甲亚砜中的任意一种或至少两种的组合，优选甲醇；
优选地，所述溶剂用量为叔胺质量的5-15倍，优选6-10倍。
本发明所述wittig反应在溶剂中进行，所述溶剂选自甲醇、二氯甲烷、异丙醇、正丁醇、正己烷、甲苯、水、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合，优选甲醇与二氯甲烷的混合溶剂，甲醇与二氯甲烷质量比为1:1-5，优选1:2-4。
优选地，所述溶剂总量为C15膦盐质量的3-15倍，优选5-10倍，C15膦盐甲醇溶液脱除溶剂后残留甲醇，以及溶解叔胺所用溶剂均计入溶剂总量中。
本发明所述wittig反应，反应温度为0-80℃，优选30-60℃；反应时间为1-20h，优选5-10h，叔胺溶液滴加时间包含在反应时间中。
本发明所述wittig反应完成后，生成的包括β-胡萝卜素的产物还包括催化剂分离、溶剂置换等处理过程，再进行异构反应，所述催化剂分离、溶剂置换处理为本领域常规操作，如催化剂可采用磁性分离方法，可以通过常规旋干分离wittig反应溶剂，然后加入异构反应溶剂。
本发明所述异构反应在溶剂中进行，所述溶剂选自碳数为1-12的一元或多元醇类中的任意一种或至少两种的组合，优选正辛醇、异丁醇、叔戊醇、庚醇、癸醇、十一醇，更优选正辛醇；
优选地，所述溶剂用量为C10醛质量的10-25倍，优选15-20倍。
本发明所述异构反应，反应温度为50-180℃，优选80-150℃，反应时间为3-20h，优选5-15h。
本发明所述制备全反式β-胡萝卜素的方法，C10醛转化率可达99％以上；全反式β-胡萝卜素产品收率可达94％以上；以全反式β-胡萝卜素产品总质量为100％计，顺反异构体总量纯度大于97％；以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比大于96％，全反式β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子等)残留小于25ppm。
本发明所述芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂可以回收套用，方法为，wittig反应结束后，将反应液静置，然后通过外加磁场分离催化剂，所得催化剂固体以催化剂质量5-50倍，优选10-30倍的二氯甲烷洗涤1-5次，优选3-4次，然后于20-100℃，优选50-80℃干燥至恒重，即可作为回收催化剂进行套用。
本发明所述催化剂制备方法及制备全反式β-胡萝卜素的方法，催化剂至少可套用15次，套用期间产品收率降低小于0.5％，纯度基本保持不变，产品中总离子残留小于25ppm。
本发明所述的技术方案具有如下优点：
(1)在通过wittig反应制备β-胡萝卜素的传统方法中，需要强碱，如醇钠等，与C15膦盐反应生成有机膦(含有C＝P双键)，有机膦进一步与醛发生wittig反应生成胡萝卜素。本发明中，催化剂粒子上芳香亚胺基团的存在，活化了C15膦盐，使C15膦盐可以与PKb大于3的叔胺类碱反应，降低了强碱性物质对设备的腐蚀性以及工艺危险性。
(2)叔胺作碱的使用，使得与C15膦盐反应后生成的有机盐在常用有机溶剂中具有较大的溶解度。从而可以在反应结束并完成催化剂分离后，直接溶剂置换并进行异构反应。省去了传统方法中水洗无机盐的步骤，避免了废水的产生，降低了三废处理成本。
(3)传统方法中使用无机碱进行wittig反应，反应后会有无机盐生成，从而导致产品中具有较高浓度的离子残留。本发明所述方法，生成盐类在产品中残留量小，产品纯度高。
(4)wittig反应中，C15膦盐与碱反应原位生成活性较高的有机膦，有机膦不稳定，易与微量的水发生水解，降低反应收率。本发明催化剂中胺基的引入，稳定了反应的中间体，进一步提高了反应收率。
(5)由于产物胡萝卜素在一般有机溶剂中溶解度较差，因此会随反应进行在体系中析出，给非均相催化剂的回收套用带来困难。本发明采用磁性粒子作为载体，可以在反应结束后通过外加磁场分离，解决了产物析出催化剂难以通过传统过滤、离心等方式回收的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的范围包括但不局限于所列举的实施例。
本发明实施例中主要原料来源信息：
C10醛：山东西亚化学工业有限公司；
C15膦盐：参考专利CN108752251A方法，将三苯基膦131.1g(0.5mol)，乙烯基-β-紫罗兰醇110.1g(0.5mol)，甲醇400-650g加入至三口瓶中，45℃搅拌溶解，向三口瓶中滴加盐酸52.2g(1.03mol，36wt％)，滴加时间控制在30-50min，滴加完毕后保温反应1h，即得C15膦盐甲醇溶液；制备过程通过调整甲醇加入量，分别制得实施例4-7所需浓度的C15膦盐甲醇溶液原料；
核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2：参照文献《羧基化核壳磁性纳米Fe3O4吸附剂的制备及对Cu2+吸附性能》，高等学校化学学报，2012，33(1):107-113：按照1.2.2Fe3O4@SiO2的方法制备得到硅包覆MNP(SMNP)，即本发明实施例采用的核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2；
其余试剂若无特别说明均购自国药集团化学试剂有限公司。
液相色谱表征：安捷伦1260型液相色谱仪，色谱柱Sphersorb C18柱
Figure BDA0003135157850000111
紫外可见分光检测器Hitachi L7420，色谱工作站数据处理系统Chomatopac C-RIA，流速1mL/min，波长455nm。
红外测试仪器：Vetex-70傅里叶变换红外光谱仪(德国布鲁克公司)。
离子残留实验通过离子色谱法进行。
实施例1
制备芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂：
1)取60g核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2分散于1.5L甲苯中。机械搅拌下加入90g CPTES，随后在N2氛围下110℃反应24h。反应结束后冷却至室温，固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到表面以氯代烷基修饰的磁性纳米粒子(MN-Cl)。IR：2924cm-1，2853cm-1(亚甲基振动)，681cm-1(C-Cl键)。
2)取60g MN-Cl分散于1.5L乙腈中，机械搅拌下加入480g3,3’-二氨基二丙胺，随后在N2氛围下70℃反应36h。反应结束后固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到胺基修饰磁性纳米粒子。IR：2924cm-1，2852cm-1(亚甲基振动)，1591cm-1(伯胺键)。
3)取60g胺基修饰磁性纳米粒子分散于1L乙醇中，机械搅拌下加入720g 2-羟基-4-甲氧基苯甲醛，随后在N2氛围下78℃回流反应40h。反应结束后固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到亚胺修饰磁性纳米粒子催化剂。IR：2925cm-1，2853cm-1(亚甲基振动)，1640cm-1(亚胺键)。
实施例2
制备芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂：
1)取60g核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2分散于1L N,N-二甲基甲酰胺中。机械搅拌下加入60g CPTES，随后在N2氛围下150℃反应10h。反应结束后冷却至室温，固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到表面以氯代烷基修饰的磁性纳米粒子(MN-Cl)。IR：2925cm-1，2854cm-1(亚甲基振动)，682cm-1(C-Cl键)。
2)取60g MN-Cl分散于1L吡啶中，机械搅拌下加入120g二乙烯三胺，随后在N2氛围下100℃反应24h。反应结束后固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到胺基修饰磁性纳米粒子。IR：2925cm-1，2853cm-1(亚甲基振动)，1590cm-1(伯胺键)。
3)取60g胺基修饰磁性纳米粒子分散于1.3L四氢呋喃中，机械搅拌下加入500g香草醛，随后在N2氛围下50℃反应50h。反应结束后固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到亚胺修饰磁性纳米粒子催化剂。IR：2924cm-1，2853cm-1(亚甲基振动)，1643cm-1(亚胺键)。
实施例3
制备芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂：
1)取60g核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2分散于1.5L甲苯中。机械搅拌下加入90g CPTES，随后在N2氛围下80℃反应30h。反应结束后冷却至室温，固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到表面以氯代烷基修饰的磁性纳米粒子(MN-Cl)。IR：2924cm-1，2852cm-1(亚甲基振动)，682cm-1(C-Cl键)。
2)取60g MN-Cl分散于1.3L二氯甲烷中，机械搅拌下加入900g双(六甲撑)三胺，随后在N2氛围下35℃反应48h。反应结束后固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到胺基修饰磁性纳米粒子。IR：2924cm-1，2852cm-1(亚甲基振动)，1592cm-1(伯胺键)。
3)取60g胺基修饰磁性纳米粒子分散于450mL甲苯中，机械搅拌下加入2400g甲基苯甲醛，随后在N2氛围下110℃反应12h。反应结束后固体磁性分离，并以无水乙醇洗涤，烘干后得到亚胺修饰磁性纳米粒子催化剂。IR：2925cm-1，2853cm-1(亚甲基振动)，1643cm-1(亚胺键)。
实施例4
制备全反式β-胡萝卜素：
取227.76g C15膦盐甲醇溶液(C15膦盐浓度27.5wt％，0.125mol)，减压脱轻至C15膦盐浓度为75.0wt％。向脱轻后C15膦盐溶液中加入8.11g C10醛(0.05mol)，375.81g二氯甲烷，1.25g实施例1制备的催化剂，加热至40℃回流。逐滴加入110.09g甲醇溶解的17.71g三乙胺溶液(0.175mol)，滴加时间为1.5h。滴加结束后，继续40℃回流反应6.5h。反应结束后，催化剂磁性分离。反应液旋干，加入160.93g正辛醇，120℃异构8h。过滤，真空烘干。
得全反式β-胡萝卜素产品25.99g，C10醛转化率99.5％，全反式β-胡萝卜素产品收率96.9％；
以全反式β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为98.5％，
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为97.6％；
全反式β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子)残留量22ppm。
反应结束后将将反应液静置，然后通过外加磁场磁性分离催化剂，每次分离后以12.5g二氯甲烷洗涤四次，60℃烘干至恒重即可进行套用，按照上述制备方法套用结果如下：
Figure BDA0003135157850000141
Figure BDA0003135157850000151
实施例5
制备全反式β-胡萝卜素：
取215.98g C15膦盐甲醇溶液(C15膦盐含量29wt％，0.125mol)，减压脱轻至C15膦盐含量为73.0wt％。向脱轻后C15膦盐溶液中加入8.11g C10醛(0.05mol)，375.81g二氯甲烷，1.25g实施例2制备的催化剂，加热至40℃回流。逐滴加入107.80g甲醇溶解的14.63g二乙胺溶液(0.20mol)，滴加时间为2h。滴加结束后，继续40℃回流反应5.5h。反应结束后，催化剂磁性分离。反应液旋干，加入134.11g正辛醇，110℃异构10h。过滤，真空烘干。
得全反式β-胡萝卜素产品25.85g，C10醛转化率99.0％，全反式β-胡萝卜素产品收率96.4％；
以全反式β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为97.8％；
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为97.0％；
全反式β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子等)残留量23ppm。
实施例6
制备全反式β-胡萝卜素：
取240.90g C15膦盐甲醇溶液(C15膦盐含量26wt％，0.125mol)，减压脱轻至C15膦盐含量为78.0wt％。向脱轻后C15膦盐溶液中加入8.11g C10醛(0.05mol)，250.54g二氯甲烷，1.25g实施例3制备的催化剂，加热至40℃回流。逐滴加入113.3g甲醇溶解的17.71g三乙胺溶液(0.175mol)，滴加时间为1.5h。滴加结束后，继续40℃回流反应6.5h。反应结束后，催化剂磁性分离。反应液旋干，加入160.93g庚醇，120℃异构9h。过滤，真空烘干。
得全反式β-胡萝卜素产品25.87g，C10醛转化率99.5％，全反式β-胡萝卜素产品收率96.5％；
以全反式β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为98.0％；
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为97.3％；
全反式β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子)残留量23ppm。
实施例7
制备全反式β-胡萝卜素：
取313.18g C15膦盐甲醇溶液(C15膦盐含量20.0wt％，0.125mol)，减压脱轻至C15膦盐含量为70.0wt％。向脱轻后C15膦盐溶液中加入6.84g C10醛(0.04mol)，375.81g二氯甲烷，1.88g实施例3制备催化剂，加热至30℃。逐滴加入104.12g甲醇溶解的17.71g三乙胺溶液(0.175mol)，滴加时间为1.5h。滴加结束后，继续30℃反应6.5h。反应结束后，催化剂磁性分离。反应液旋干，加入160.93g正戊醇，120℃异构8h。过滤，真空烘干。
得全反式β-胡萝卜素产品21.32g，C10醛转化率99.5％，全反式β-胡萝卜素产品收率95.4％；
以全反式β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为97.0％；
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为96.5％；
全反式β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子)残留量24ppm。
对比例1
参照实施例4方法制备β-胡萝卜素，不同之处仅在于将实施例1制备的催化剂替换为等质量由实施例1步骤2)制备的胺基修饰磁性纳米粒子，其他操作与实施例4相同。
得β-胡萝卜素产品24.35g，C10醛转化率99.5％，β-胡萝卜素产品收率90.8％。
以β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为96.4％；
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为95.8％；
β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子)残留量28ppm。
对比例2
参照实施例4方法制备β-胡萝卜素，不同之处仅在于将实施例1制备的催化剂替换为等质量核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2，其他操作与实施例4相同。
得β-胡萝卜素产品23.5g，C10醛转化率99.5％，β-胡萝卜素产品收率87.6％。
以β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为94.4％；
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为94.8％；
β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子)残留量29ppm。
对比例3
参照专利CN108752251A实施例8方法制备胡萝卜素：将55.13g(0.11mol)C15膦盐，8.21g(0.05mol)C10醛，12.8g(0.12mol)碳酸钠，150g无水甲醇，但氮气环境下搅拌溶解。将1.13g(5mol)该专利所述NO.1离子液体与10g甲醇混合，20℃下将离子液体的甲醇溶液滴加入反应体系，滴加时间20min，滴加后继续反应3h。反应结束后过滤、水洗、干燥，得到产品。
得胡萝卜素产品25.35g，C10醛转化率99.2％，胡萝卜素产品收率94.5％；
以β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为94.5％；
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为95.0％；
胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、钠离子等)残留量70ppm。
对比例4
参照实施例1方法制备催化剂，不同之处仅在于将步骤1)中的3,3’-二氨基二丙胺替换为等质量的乙二胺，得到对比催化剂。
参照实施例4所述方法制备β-胡萝卜素，不同之处仅在于将实施例1制备的催化剂替换为等质量由本对比例制备的对比催化剂，其他操作与实施例4相同。
得β-胡萝卜素产品19.71g，C10醛转化率92.8％，β-胡萝卜素产品收率73.5％；
以β-胡萝卜素产品总质量为基准，由顺反异构体总质量计算得到的纯度为92.2％；
以顺反异构体总质量为100％计，其中全反式β-胡萝卜素在顺反异构体总质量中占比为94.1％；
β-胡萝卜素产品中总离子(主要包括氯离子、季铵离子)含量26ppm以上。
具体实施方式，并非对本发明的技术方案作任何形式的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种全反式β-胡萝卜素的制备方法，其特征在于，是由C15膦盐与C10醛，在芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂与叔胺存在的条件下发生wittig反应，然后再经过异构反应，制得全反式β-胡萝卜素；
所述芳香亚胺基修饰的磁性纳米粒子催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)以3-氯丙基三乙氧基硅烷对核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2进行修饰反应，得到氯代烷基修饰的磁性纳米粒子；
2)氯代烷基修饰的磁性纳米粒子与具有通式NH[(CH2)nNH2]2,n＝1-6的三胺类化合物反应，得到胺基修饰磁性纳米粒子；
3)胺基修饰磁性纳米粒子与取代苯甲醛反应，得到芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2与3-氯丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:0.5-5；
步骤1)中，所述核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2与3-氯丙基三乙氧基硅烷的修饰反应在溶剂中进行，所述溶剂选自水、乙醇、甲苯、乙腈、四氢呋喃、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、正庚烷、环己烷中的任意一种或至少两种的组合；
所述溶剂用量为核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2质量的15-30倍；
步骤1)中，所述修饰反应，反应温度为50-150℃，反应时间为5-50h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2与3-氯丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1-3；
所述溶剂为甲苯；
所述溶剂用量为核-壳结构磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2质量的20-25倍；
所述修饰反应，反应温度为80-110℃，反应时间为10-30h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述三胺类化合物的通式中n＝3-6；
步骤2)中，所述氯代烷基修饰的磁性纳米粒子与三胺类化合物的质量比为1:1-15；
步骤2)中，所述氯代烷基修饰的磁性纳米粒子与三胺类化合物的反应在溶剂中进行，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、苯、甲苯、乙腈、吡啶、二氯甲烷、二甲亚砜、乙醚、乙酸乙酯、正己烷中的任意一种或至少两种的组合；
所述溶剂用量为氯代烷基修饰磁性纳米粒子质量的15-30倍；
步骤2)中，所述反应，反应温度为20-100℃，反应时间为20-50h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述三胺类化合物为3,3’-二氨基二丙胺；
所述氯代烷基修饰的磁性纳米粒子与三胺类化合物的质量比为1:6-10；
所述溶剂为乙腈；
所述溶剂用量为氯代烷基修饰磁性纳米粒子质量的20-25倍；
所述反应，反应温度为50-80℃，反应时间为30-40h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述取代苯甲醛选自邻甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛、邻氯苯甲醛、邻三氟甲基苯甲醛、对氯苯甲醛、邻硝基苯甲醛、水杨醛、茴香醛、2-羟基-4-甲氧基苯甲醛、香草醛、2,5,-二氯苯甲醛；
步骤3)中，所述胺基修饰磁性纳米粒子与取代苯甲醛的质量比为1:5-40；
步骤3)中，所述胺基修饰磁性纳米粒子与取代苯甲醛的反应在溶剂中进行，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、环己烷、正己烷、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合；
所述溶剂用量为胺基修饰磁性纳米粒子质量的5-20倍；
步骤3)中，所述反应，反应温度为40-150℃，反应时间10-50h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述取代苯甲醛为2-羟基-4-甲氧基苯甲醛；
所述胺基修饰磁性纳米粒子与取代苯甲醛的质量比为10-30；
所述溶剂为乙醇；
所述溶剂用量为胺基修饰磁性纳米粒子质量的10-15倍；
所述反应，反应时间为20-40h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂用量为C15膦盐用量的0.5-10wt％；
所述C15膦盐与C10醛的摩尔比为1.5-5:1。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂用量为C15膦盐用量的1-5wt％；
所述C15膦盐与C10醛的摩尔比为2-3:1。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述C15膦盐为C15膦盐甲醇溶液；所述C15膦盐甲醇溶液中膦盐初始浓度为1-50wt％，，反应前脱除溶剂至浓度为30-90wt％。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述C15膦盐甲醇溶液中膦盐初始浓度为10-30wt％，反应前脱除溶剂至浓度为50-80wt％。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述叔胺结构为NR1R2R3，其中R1、R2、R3各自独立地选自碳数为1-10的直链或支链烷基、羟乙基、氨基乙基，R1、R2、R3可以相同或者不同。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述R1、R2、R3三者相同。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述叔胺为三乙胺。
15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述叔胺与C10醛摩尔比为2-8:1；
所述叔胺以溶剂溶解后铺底或以滴加的方式加入到反应体系中；所述溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷、水、乙腈、丙酮、四氢呋喃、甲苯、二甲亚砜中的任意一种或至少两种的组合；
所述溶剂用量为叔胺质量的5-15倍。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述叔胺与C10醛摩尔比为3-5:1；
所述叔胺以溶剂溶解后滴加加入到反应体系中，滴加时间为0.5-5h；
所述溶剂为甲醇；
所述溶剂用量为叔胺质量的6-10倍。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述wittig反应在溶剂中进行，所述溶剂选自甲醇、二氯甲烷、异丙醇、正丁醇、正己烷、甲苯、水、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合；
所述溶剂总量为C15膦盐质量的3-15倍，C15膦盐甲醇溶液脱除溶剂后残留甲醇，以及溶解叔胺所用溶剂均计入溶剂总量中；
所述wittig反应，反应温度为0-80℃，反应时间为1-20h，叔胺溶液滴加时间包含在反应时间中。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇与二氯甲烷的混合溶剂，甲醇与二氯甲烷质量比为1:1-5；
所述溶剂总量为C15膦盐质量的5-10倍；
所述反应温度为30-60℃，反应时间为5-10h。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇与二氯甲烷的混合溶剂，甲醇与二氯甲烷质量比为1:2-4。
20.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述异构反应在溶剂中进行，所述溶剂选自碳数为1-12的一元或多元醇类中的任意一种或至少两种的组合；
所述溶剂用量为C10醛质量的10-25倍；
所述异构反应，反应温度为50-180℃，反应时间为3-20h。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自正辛醇、异丁醇、叔戊醇、庚醇、癸醇、十一醇；
所述溶剂用量为C10醛质量的15-20倍；
所述反应温度为80-150℃，反应时间为5-15h。
22.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芳香亚胺修饰的磁性纳米粒子催化剂能够回收套用，方法为，wittig反应结束后，将反应液静置，然后通过外加磁场分离催化剂，所得催化剂固体以催化剂质量5-50倍的二氯甲烷洗涤1-5次，然后于20-100℃干燥至恒重，即能够套用。
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