CN113861163B - 一种便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便于运输和储存的尼古丁盐制备方法，将尼古丁与有机酸反应得到的尼古丁盐粗品用超临界CO2流体洗涤和挤压重组，得到白色柱状的重组尼古丁盐，其具有无数微小孔隙的致密无定型结构，大大提高了稳定性，更利于储存和运输。本发明制备方法同时可有效除去尼古丁盐粗品中的色素杂质，且回收粗品中残留的溶剂和尼古丁，减少了废气污染，优化了生产环境，实现绿色生产。
Description
技术领域
本发明涉及尼古丁盐加工技术领域，具体指一种便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法。
背景技术
尼古丁(烟碱)是一种具有强烈刺激性气味、味苦、辛辣、澄清的油状液体，挥发性强，在空气中及光照下极易氧化成淡黄液体，随着时间的推移色泽会逐渐加深，含量和颜色极不稳定，因而在烟草中，尼古丁大部分是以有机酸尼古丁盐的形式存在。尼古丁属于吡啶族生物碱，其分子中含有两个氮原子，所以它的质子化既可以发生在四氢吡咯环的氮原子上，也可以发生在吡啶环的氮原子上。尼古丁在不同pH条件下，有三种形式存在形式：游离态、双质子态以及单质子态。烟的劲头与烟草产品中的尼古丁含量有关，与其中的游离态尼古丁更有着密切的关系。这是因为游离态尼古丁通常以气相形式存在，能迅速穿过口腔粘膜，被吸烟者快速吸收，对中枢神经有强烈的药理作用，劲头比较强；然而质子态尼古丁先是跟烟气达到呼吸道表面后才能经过呼吸道进入血液，被人体吸收相对较慢。电子烟油中的尼古丁盐，作为代替传统尼古丁烟油，可以轻松解烟瘾的同时，还能减少尼古丁对咽喉的刺激。
各会杰、张薄等人研究了不同烟碱盐对电子烟烟碱的释放行为，其差异可能与尼古丁盐的微观结构和热释放温度有关。2015年雷诺烟草公司报道了十一种有机酸与尼古丁形成共晶的过程；之后业内又有技术报道了尼古丁和羟基苯甲酸类的共晶化合物，通过共晶的方法使液态尼古丁固体化，提高尼古丁的稳定性，并表征其晶体结构均为单斜晶系。Riggs等利用热重分析法对尼古丁盐进行了研究，结果表明，尼古丁盐的热稳定性与其存在的形态有关，随着温度的升高，液体态尼古丁盐稳定性最差，其次为结晶态尼古丁盐，最后为无定形态尼古丁盐。制备稳定均一的尼古丁盐对于其应用产品的质量控制尤为关键。
尼古丁盐的合成技术领域多以高纯尼古丁或尼古丁提取物与有机酸在一定条件下反应得到，往往为匹配天然烟叶中尼古丁盐的组成，以苯甲酸类、柠檬酸、苹果酸、酒石酸等作为有机酸优选，从而获得良好的抽吸感受。现有合成技术为提高尼古丁盐收率，往往将尼古丁或多种有机酸的用量过量，致其尼古丁盐(或含共晶体)固体成品稳定性较差，且常伴随浓烈的尼古丁刺激气味，损失了含量的同时不利于产品的储存与运输；或为了克服干燥后的尼古丁气味或溶剂残留，以将干燥后的尼古丁盐(或含共晶体)直接溶解制成烟液成品的形式保存，不但降低了尼古丁盐成品的稳定性，同时也随着存储期的延长，液体制剂中游离尼古丁和尼古丁盐的比例发生变化，而往往使使用者无法判断尼古丁盐产品标注的含量。
发明内容
为解决现有技术问题，本发明提供一种便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法，可有效解决尼古丁盐固体中溶剂、色素、尼古丁残留，同时提高其货架期稳定性，便于进一步储存和运输。
本发明采用如下技术方案：
一种便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法，将尼古丁盐粗品置于反应釜中，用超临界CO2流体洗涤去杂，得到重组尼古丁盐。
本发明中，重组尼古丁盐为无定型态的白色柱状固体。
本发明中，反应釜为高压反应釜，压力为10-40MPa，温度为30-50℃。
进一步地，反应釜中超临界CO2流体的流速为2-10BV/H。
进一步优选，反应釜中超临界CO2流体的流速为5BV/H。
本发明利用超临界CO2流体洗涤去除尼古丁盐粗品中残留的溶剂、色素、尼古丁等杂质，实现了尼古丁盐的进一步纯化。
超临界CO2流体在高压反应釜中经布流器自下而上通过尼古丁盐粗品后，携带残留溶剂和尼古丁进入分离釜，分离釜经泄压升温后，分离釜中回收的残留溶剂和尼古丁可进一步用于首步尼古丁盐的合成反应，实现绿色生产。在高压流体的挤压重组作用下，尼古丁盐内部形成无数微小孔隙的致密无定型结构，其外形状同高压反应釜内型，即白色柱状固体。高压反应釜经泄压后，取出干燥的柱状尼古丁盐，可直接包装成产品，便于进一步转移运输或储存。
本发明中，尼古丁盐粗品是以尼古丁与有机酸反应得到的盐或共晶体或含共晶盐。其中有机酸包括但不限于苯甲酸类、柠檬酸、苹果酸、酒石酸等。
本发明中，尼古丁盐粗品通过如下方法制得：
(1)先在具有冷凝器的反应釜中加入溶剂，开始搅拌后投入有机酸；
(2)开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温；
(3)加入尼古丁和有机酸，持续搅拌至溶液体系开始析晶，反应完成后，过滤得到淡黄色的尼古丁盐粗品。
进一步地，上述步骤(1)中溶剂和有机酸的比例为(10-20):1(v/w)。
进一步地，上述步骤(3)中尼古丁和有机酸的摩尔比为(1-3):(1-2)。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明使用超临界CO2流体洗涤去杂，解决了尼古丁盐粗品固体的溶剂、色素、尼古丁气味残留问题；(2)同时通过高压流体挤压重组的方法，使尼古丁盐内部形成无数微小孔隙的致密无定型结构，不仅提高了尼古丁盐的稳定性，解决了游离尼古丁的逸出，减少废气污染，优化了工作环境，且成品结构无需进一步加工，可直接用于包装，便于储存和运输；(3)本发明的重组尼古丁盐在去杂过程中分离得到的溶剂和尼古丁可回收重复利用，提高经济效益，从而实现可持续的绿色生产。
附图说明
图1为实施例1制得的重组尼古丁盐的64×显微图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。下列实施例将有助于本领域技术人员对本发明技术方案的理解，但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1：
在具有冷凝器的反应釜中，先加入27.6L乙醇，启动搅拌后投入间羟基苯甲酸的晶体粉末1380g，开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温，将市售尼古丁(纯度98％)和间羟基苯甲酸粉末按摩尔比1:1投料(含尼古丁1620g)，持续搅拌，至溶液体系开始析晶，反应16小时后，溶液过滤得淡黄色的尼古丁盐粗品；尼古丁盐粗品转移至高压反应釜柱中，设置反应釜的温度为30℃，开启CO2高压泵，控制CO2流量为5BV/H，开启高压反应釜底部进阀，通过出阀调节反应釜中压力至10MPa，待压力和反应釜内温度恒定后，持续洗涤2小时，关闭高压泵，反应釜泄压至常压，得干燥白色柱状的重组尼古丁盐2028g，分离釜内得到尼古丁乙醇溶液59g。
将得到的重组尼古丁盐置于SK2009HDMI-T2H3显微镜下放大64倍，可观察到如图1所示的具有无数微小孔隙的致密结构。
实施例2：
在具有冷凝器的反应釜中，先加入27.6L乙醇，启动搅拌后投入间羟基苯甲酸的晶体粉末1380g，开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温，将尼古丁和间羟基苯甲酸按摩尔比1:1投料(含尼古丁1620g)，持续搅拌，至溶液体系开始析晶，反应16小时后，溶液过滤得淡黄色的尼古丁盐粗品；将尼古丁盐粗品转移至高压反应釜柱中，设置反应釜的温度为40℃，开启CO2高压泵，控制CO2流量为5BV/H，开启高压反应釜底部进阀，通过出阀调节反应釜中压力至20MPa，待压力和反应釜内温度恒定后，持续洗涤2小时，关闭高压泵，反应釜泄压至常压，得干燥白色柱状的重组尼古丁盐2001g，分离釜内得到尼古丁乙醇溶液57g。
实施例3：
在具有冷凝器的反应釜中，先加入27.6L乙醇，启动搅拌后投入间羟基苯甲酸的晶体粉末1380g，开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温，将尼古丁和间羟基苯甲酸按摩尔比1:1投料(含尼古丁1620g)，持续搅拌，至溶液体系开始析晶，反应16小时后，溶液过滤得淡黄色的尼古丁盐粗品；将尼古丁盐粗品转移至高压反应釜柱中，设置反应釜的温度为50℃，开启CO2高压泵，控制CO2流量为5BV/H，开启高压反应釜底部进阀，通过出阀调节反应釜中压力至30MPa，待压力和反应釜内温度恒定后，持续洗涤2小时，关闭高压泵，反应釜泄压至常压，得干燥白色柱状的重组尼古丁盐2187g，分离釜内得到尼古丁乙醇溶液65g。
实施例4：
在具有冷凝器的反应釜中，先加入27.6L乙醇，启动搅拌后投入间羟基苯甲酸的晶体粉末1380g，开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温，将尼古丁和间羟基苯甲酸按摩尔比1:1投料(含尼古丁1620g)，持续搅拌，至溶液体系开始析晶，反应16小时后，溶液过滤得淡黄色的尼古丁盐粗品；将尼古丁盐粗品转移至高压反应釜柱中，设置反应釜的温度为50℃，开启CO2高压泵，控制CO2流量为5倍量/小时，开启高压反应釜底部进阀，通过出阀调节反应釜中压力至40MPa，待压力和反应釜内温度恒定后，持续洗涤2小时，关闭高压泵，反应釜泄压至常压，得干燥白色柱状的重组尼古丁盐1988g，分离釜内得到尼古丁乙醇溶液55g。
对比例1：
在具有冷凝器的反应釜中，先加入27.6L乙醇，启动搅拌后投入间羟基苯甲酸的晶体粉末1380g，开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温，将尼古丁和间羟基苯甲酸按摩尔比1:1投料(含尼古丁1620g)，持续搅拌，至溶液体系开始析晶，结晶16小时后，溶液过滤得尼古丁盐粗品，用适量乙醇洗涤滤饼后转移至热风干燥4小时，得干燥的淡黄色块状尼古丁盐1945g。
对比例2：
在具有冷凝器的反应釜中，先加入27.6L乙醇，启动搅拌后投入间羟基苯甲酸的晶体粉末1380g，开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温，将尼古丁和间羟基苯甲酸按摩尔比1:1投料(含尼古丁1620g)，持续搅拌，至溶液体系开始析晶，结晶16小时后，溶液过滤得尼古丁盐粗品，用适量乙醇洗涤滤饼后转移至冷冻干燥24小时，得干燥的淡黄色块状尼古丁盐2132g。
实施例5：
取实施例1-4、对比例1-2所制得的尼古丁盐样品6个，分别用双层避光聚乙烯袋包装密封，密封袋内放置硅胶干燥剂，密封袋放入加速稳定性实验箱，设置温度50℃，湿度85％，加速考察15天。
取6个样品适量，分别在加速考察前后进行外观检查，并用10倍量三氯甲烷，浸提30min，浸提液过滤后用GC法测定溶解液中尼古丁含量。
表1 实施例1-4和对比例1-2加速试验前后外观检查
表2 实施例1-4和对比例1-2加速试验前后尼古丁含量检测
根据表2结果可知，对比例1-2的尼古丁盐本身游离尼古丁含量较高，具有浓烈气味，且稳定性较差，实施例1-4得到的重组尼古丁盐稳定性好，在高温高湿环境下产生的游离尼古丁极少，其结构不仅有利于储存和运输，且能减少废气污染，优化工作环境。
本文所描述的具体实施例不用于限定本发明的保护范围。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (5)
1.一种便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法，其特征在于，将尼古丁盐粗品置于反应釜中，用超临界CO2流体洗涤去杂，得到重组尼古丁盐和尼古丁溶液；反应釜的压力设置为10-40Mpa；
其中，尼古丁盐粗品通过如下方法制得：
(1)先在具有冷凝器的反应釜中加入溶剂，开始搅拌后投入有机酸；
(2)开启冷凝和夹套加热，至溶液溶解完全后关闭加热，开启冷却水至溶液降为常温；
(3)加入尼古丁和有机酸，持续搅拌至溶液体系开始析晶，反应完成后，过滤得到尼古丁盐粗品；
重组尼古丁盐为无定型态的白色柱状固体；尼古丁溶液分离得到的溶剂和尼古丁将重复用于尼古丁盐粗品的制备。
2.根据权利要求1所述的便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法，其特征在于，反应釜的温度为30-50℃。
3.根据权利要求1所述的便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法，其特征在于，反应釜中超临界CO2流体的流速为2-10BV/H。
4.根据权利要求1所述的便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法，其特征在于，步骤(1)中溶剂和有机酸的比例为(10-20)：1(v/w)。
5.根据权利要求1所述的便于运输和储存的尼古丁盐的制备方法，其特征在于，步骤(3)中尼古丁和有机酸的比例为(1-3)：1(w/w)。
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