CN116730945A - 糖精的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于化工产品技术领域，具体涉及一种糖精的制备方法。本申请中公开的制备方法包括如下合成路线：路线一：；路线二：

Description

糖精的制备方法

技术领域

本申请属于化工产品技术领域，具体涉及一种糖精的制备方法。

背景技术

邻苯甲酰磺酰亚胺俗称糖精，它为白色结晶性粉末，难溶于水，其甜度为蔗糖的300～500倍，不含卡路里，吃起来会有轻微的苦味和金属味残留在舌头上，其钠盐易溶于水。糖精是迄今为止所有高倍甜味剂中应用成本最低、应用范围最广泛的化学合成食品添加剂，主要用于佐餐、加工食品和饮料，其次在医药、日用化工、电镀、饲料、农药等领域也有广泛应用。

现有技术中生产糖精较为成熟的工艺方法包含：

（1）甲苯法；且甲苯法工艺合成糖精的最后一步反应为：

；

（2）苯酐法；且苯酐法合成糖精的最后一步反应为：

；

（3）磺酰胺法；且磺酰胺法合成糖精的最后一步反应为：

；

（4）催化氧化法；且催化氧化法合成糖精的反应为：

；

方法（1）属于早期的生产工艺，因总收率低，三废量大，质量不稳定，目前很少有生产企业使用该法。方法（2）是目前国内外企业最常用的生产工艺，但该法存在环保问题较大：铵盐废水多，铜酸废水量大。方法（3）的优点在于不产生铵盐和水，但脱去的甲醇与惰性溶剂混在一起，造成甲醇与惰性溶剂分离困难，同时，糖精在甲醇中还具备一定溶解度，且其来源取自于方法（2），影响糖精的成本。

方法（4）对催化剂选择性高。且其生产路线同样较长，价格也不便宜。

寻找新的合成路线对于本领域生产糖精的技术人员来讲是一直要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种生产糖精的新的合成路线，该路线易于实现，且制得的糖精收率高，质量好。

本申请为实现上述技高术效果，提供了一种糖精的制备方法，所述方法包含如下路线中的任意一种：

（1）式2-1示意化合物与尿素、铵盐反应得式1示意化合物；

；

且式2-1中，A为氢、碱金属阳离子、铵根中的任意一种；

（2）式2-2示意化合物与氨气或氨水反应得式1示意化合物；

；

且式2-2中，取代基R1为C1~C5烷烃基；

取代基R2为C1~C5烷氧基或卤素中的任意一种。

其中路线（1）采取一步式合成，路线简单，路线（2）中的式2-2示意化合物可由式2-1示意化合物反应制得，两种合成路线都有利于制得收率高、纯度高的糖精成品。与此同时，式2-1示意化合物可由甲苯氯化的副产物邻氯甲苯，经过甲基氯化水解或者氧化等方法得到邻氯苯甲酸，邻氯苯甲酸再与亚硫酸钠反应而获得，作为甲苯氯化的副产物邻氯甲苯，在生产厂属于包袱产品：卖不出去就要占用大量储罐及空间；因为价格便宜（有时候低于甲苯）给不法商贩以次充好制造机会。本申请充分利用副产物邻氯甲苯并形成反应起始物式2-1示意化合物，实现了糖精的有效转化与生产。

在本申请的一些实施方式中，式2-1中，A为氢、钠离子、钾离子中的任意一种。

在本申请的一些实施方式中，式2-2示意化合物为式3化合物与C1~C5烷基醇制得：

；

式3中，B为卤素。

在本申请的一些实施方式中，C1~C5烷基醇为一元醇。本申请选择C1~C3烷基醇，比如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇。

在本申请的一些实施方式中，式3所示化合物与C1~C5烷基醇之间的反应温度低于10℃。

在本申请的一些实施方式中，式3示意化合物为式2-1化合物与卤代试剂制得：

；

所述卤代试剂为亚硫酰卤；

在本申请的一些实施方式中，所述亚硫酰卤为亚硫酰氯。

本申请从反应副产物的难易处理程度出发，选择亚硫酰氯。

在本申请的一些实施方式中，上述式2-1所示化合物与亚硫酰氯之间的反应温度为50~85℃。

在本申请的一些实施方式中，式2-1所示化合物与亚硫酰氯之间摩尔比满足：1:（1.2~2.4）。

在本申请的一些实施方式中，式2-2中，取代基R1为C1~C3烷烃基，比如甲基、乙基、丙基、异丙基等。

在本申请的一些实施方式中，式2-2中，取代基R2为C1~C3烷氧基或卤素中的任意一种，其中，C1~C3烷氧基包含甲氧基、乙氧基、正丙氧基和异丙氧基，卤素包含氟、氯、溴、碘。

在本申请的一些实施方式中，取代基R1为甲基，取代基R2为甲氧基或氯中的任意一种。

在本申请的一些实施方式中，路线（1）中：反应温度为180℃~220℃。

在本申请的一些实施方式中，路线（1）中：反应温度为180~200℃。具体反应温度可以根据反应物料、反应溶剂的熔沸点，并结合产物收率情况进行灵活调整。

在本申请的一些实施方式中，路线（1）中：反应在无溶剂或有机溶剂中进行，无溶剂反应不影响产物收率及纯度，同时还具备减少有机溶剂使用量的优点，而在有机溶剂中进行反应时，由于有机溶剂的均匀分散使得反应过程温和进行，且有机溶剂在后处理中可分离以实现循环利用。

在本申请的一些实施方式中，所述有机溶剂包含二苯醚、溶剂油中的任意一种或两种组合；

在本申请的一些实施方式中，所述有机溶剂的质量为反应物料质量的2~4倍。

在本申请的一些实施方式中，路线（1）中：式2-1所示化合物与尿素、铵盐之间摩尔比满足，1:（1.2~2.2）:（0.6~1.2），在该用量下，有利于提高产物收率并降低副产物产生概率。

在本申请的一些实施方式中，所述铵盐包含氯化铵、氟化铵、硫酸铵、硫酸氢铵中的任意一种或两种以上组合。

在本申请的一些实施方式中，路线（2）的反应在低温下进行，优选不高于20℃。由于氨气是气体，氨水容易挥发，在低温下有利于反应正向进行。

在本申请的一些实施方式中，式2-2所示化合物与氨气的反应过程如下：

控制包含式2-2所示化合物的反应体系温度不高于15℃，先对反应体系排气处理，再通入氨氮混合气进行闭环反应，直至反应体系的气体吸收系统吸收的氨气量明显增加或反应体系pH值≥10，停止通入氨气，继续通氮气至反应体系无氨气产生。

在本申请的一些实施方式中，氨氮混合气中氨气与氮气的流量比满足1:（2~8）。

在本申请的一些实施方式中，式2-2所示化合物与氨水的反应过程如下：

控制包含式2-2所示化合物的反应体系温度不高于20℃，加入氨水，搅拌至反应结束。

其中，在本申请的一些实施方式中，氨水浓度为10%~20%，这里的浓度指代质量分数。

在本申请的一些实施方式中，氨水的质量为反应物料质量的10%~40%。这里的反应物料主要指代式2-2所示化合物。

具体实施方式

下面将参照实施例更详细地描述本申请的示例性实施方式。本申请可以以各种形式实现而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本申请制备糖精包含如下两种路线：

路线一：

以如下式2-1示意的化合物为起始反应物，与尿素、铵盐在180℃~220℃反应，反应得到的混合物料经后处理制得式1示意的糖精。

其中，式2-1中A可以是碱金属阳离子，如钠、钾等，也可以是铵根，还可以是氢；铵盐可以选自氯化铵、氟化铵、硫酸铵、硫酸氢铵中的任意一种或两种以上组合。通过控制反应物料之间的用量比，如式2-1示意化合物与尿素、铵盐之间摩尔比满足，1:（1.2~2.2）:（0.6~1.2），可减少副产物，提高反应产率。尿素在该反应中具备：①闭环上氨，②与反应生成的水反应，生成二氧化碳与氨气，进一步脱水，促进反应正向进行。

；

该反应可以在无溶剂中进行，待反应结束后，将反应混合物料至于水中搅匀、过滤、水洗滤上物得糖精粗品，再将该糖精粗品溶解至碱性溶液，如碳酸氢钠溶液中，经脱色（比如采用活性炭）、过滤，滤掉碳及不溶物后，所得滤液经酸化处理，比如采用盐酸酸化至pH=1，即可制得纯度相对较高的糖精。

与此同时，该反应也可以在有机溶剂中进行，有机溶剂的沸点需能够本申请反应温度，如优选二苯醚或溶剂油等中的一种或两种或多种，有机溶剂使用量，比如质量可以为反应物料（包含所有反应物，如式2-1示意的化合物、尿素、铵盐等）的2~4倍，反应结束后，在不高于12℃下，向反应混合物料中加入水，再升温，于50～70℃下分离去除水相，然后向余下的有机相中加入碱性溶液，如碳酸氢钠溶液，搅匀，分离去除有机相，对水相酸化处理，比如采用盐酸酸化至pH=1，即制得纯度相对较高的糖精。

路线二：

（1）以如下式2-1示意的化合物为起始反应物，首先与卤代试剂反应得式3示意化合物：

卤代试剂用于卤代式2-1示意化合物中的羟基以形成酰卤，卤代试剂包含亚硫酰氯、三氯化磷、三氯氧磷、五氯化磷、硫酰氯、磺酰氯、乙酰氯、三氯甲苯或者其他溴代、碘代试剂等，本申请优选使用亚硫酰氯，其反应副产物大部分为气体，方便去除；对于其他卤代试剂，其能实现与本申请相同或相似的糖精收率及纯度，但这些卤代试剂在卤代过程中更易生成盐，不仅为后处理增加难度，也为后续的三废治理带来环境压力。且卤代反应在有机溶剂中进行，如在甲苯式溶剂油中进行。

在本申请的实施例中，卤代试剂为亚硫酰氯，式2-1示意化合物与亚硫酰氯之间摩尔比满足：1:（1.2~2.4），反应温度为50~85℃，制得式3-a化合物。

；

（2）将式3-a示意化合物与C1~C5烷基醇在低于10℃的条件下反应，通过控制反应量，可以得到如下式2-2-1或式2-2-2示意的化合物。

；

或

；

其中，C1~C5烷基醇主要为一元醇，比如甲醇、乙醇、丙醇等，本申请从反应的难易程度，以及收率出发，优选甲醇。

具体的，式3-a示意化合物与甲醇之间摩尔量满足：1:（2.5~4.0），反应得式2-2-1-a示意化合物：

；

或者，式3示意化合物与甲醇之间摩尔量满足：1:（1.2~2.0），反应得式2-2-2示意化合物：

；

（3）将式2-2-1-a或式2-2-2-a示意化合物为起始反应物，与氨气或氨水，在低温下，比如不高于20℃下，经闭环反应制得式1示意的糖精。

比如，反应物料为氨气时，控制包含式2-2-1-a或式2-2-2-a示意化合物的反应体系温度不高于15℃，先排出体系中空气，再通入氨氮混合气进行闭环反应，直至反应体系的吸收系统吸收的氨气明显增加或反应体系pH值≥10，停止通入氨气，继续通氮气至体系中不再有氨气排出，其中，氨氮混合气中氨气与氮气的流量比满足1:（2~8）时，可以实现反应平稳、有效进行。

；

或

；

又比如，反应物料为氨水时，控制包含式2-2-1-a或式2-2-2-a示意化合物的反应体系温度不高于20℃，加入氨水，搅拌至反应结束；其中，控制氨水浓度（质量分数）为10%~20%，氨水的使用量（质量）为反应物料（式2-2-1-a或式2-2-2-a示意化合物）质量的10%~40%时，可以实现反应平稳、有效进行。

；

或

。

实施例1-1

公开了一种采用上述路线一制备糖精的详细方法：

取苯甲酸邻磺酸钠、氯化铵及尿素按照摩尔比1:1.2:1.2置于反应器中加热至180~200℃下反应5~8小时，待反应结束后，将反应混合物转移至水中充分搅拌、混匀，过滤，滤上物经水洗得糖精粗品，再将糖精粗品溶解至碳酸氢钠溶液中，经活性碳脱色，过滤去除碳及不溶物，滤液经盐酸酸化至pH=1，收集析出的不溶性糖精，干燥，即得纯度≥98%的产品，产品收率≥85%。

实施例1-2

公开了一种采用上述路线一制备糖精的详细方法：

取苯甲酸邻磺酸钠、氯化铵及尿素按照摩尔比1:2.2:1.2分散至二苯醚中，其中，二苯醚的质量为反应物料质量的3倍左右，加热至180~220℃反应5~8小时，待反应结束后，反应混合物冷却至12℃以下，缓慢加入水，混匀，再升温至50~70℃，分离去除水相，向余下有机相中加入碳酸氢钠溶液，充分搅拌混匀，分离去除有机相，对水相酸化处理，如采用盐酸酸化至pH=1，收集析出的不溶性糖精，干燥，即得纯度≥98.4%的产品，产品收率≥90%。

实施例1-3

公开了一种采用上述路线一制备糖精的详细方法：

其中，该实施例与上述实施例1-2的不同之处在于铵盐选择氟化铵，且苯甲酸邻磺酸钠、氯化铵及尿素满足摩尔比1:1.5:1.2，最终，得到纯度≥99%的产品，产品收率≥92%。

实施例1-4

公开了一种采用上述路线一制备糖精的详细方法：

其中，该实施例与上述实施例1-2的不同之处在于铵盐选择硫酸铵，且苯甲酸邻磺酸钠、氯化铵及尿素满足摩尔比1:1.5:0.6，最终，得到纯度≥99.2%的产品，产品收率≥91%。

实施例2-1

公开了一种采用上述路线二制备糖精的详细方法：

（1）取苯甲酸邻磺酸钠与亚硫酰氯在满足摩尔比：1:1.2的条件下加入甲苯式溶剂油中，控制反应温度为60℃，反应2~8小时，得到包含苯甲酰氯邻磺酰氯的有机溶剂溶液，以备如下使用。

（2）向苯甲酰氯邻磺酰氯的有机溶剂溶液中缓慢加入相当于物料重量5倍甲醇，控制温度在5℃以下，加入完毕以后保温2~4小时，再加入1~1.2当量的NaOH甲醇溶液，控制温度不高于15℃，2小时后加完后保温2~4小时备用；

（3）将步骤（2）制得的反应物控制在5~8℃下，反应装置安装进气装置与排气装置，向进气装置中鼓入体积比为4:1的氮氨混合气，连续通入2~4小时，直至反应体系内反应液的pH≥10，停止通氨气，继续通氮气吹氨，大约4~6小时，直至检测排气装置中无氨排出，停止反应，向反应混合物中加入物料重量20%的水，室温下搅拌2~4小时后静置过夜，分离出水相，对有机相多次水洗，合并水洗后的水相，向水相中加入活性炭脱色，过滤去除不溶物，滤下物加入盐酸酸化至pH=1，收集析出的不溶性糖精，干燥，即得纯度≥98.5%的产品，产品收率≥85%。

与此同时，选择步骤（1）中反应温度介于50~85℃之间的任意温度，或者苯甲酸邻磺酸钠与亚硫酰氯在满足摩尔比：1:（1.2~2.4）之间的任意比值，或者步骤（2）中，向苯甲酰氯邻磺酰氯的有机溶剂溶液中缓慢加入相当于物料重量2~8倍甲醇中任意重量，或者步骤（3）中，氮氨混合气体积比满足（2~8）:1中任意一种，均能实现与实施例2-1相同或相似的收率及纯度，本申请不作赘述。

实施例2-2

公开了一种采用上述路线二制备糖精的详细方法：

本实施例与上述实施例2-1不同之处在于步骤（3），具体的：

将步骤（2）制得的反应物加入相当于物料重量20%的氨水中，控制温度不高于20℃，氨水浓度为20%，强烈搅拌5～8小时后静置过夜，分离出水相，对有机相多次水洗，合并水洗后的水相，向水相中加入活性炭脱色，过滤去除不溶物，滤下物加入盐酸酸化至pH=1，收集析出的不溶性糖精，干燥，即得纯度≥98.7%的产品，产品收率≥88%。

与此同时，选择将步骤（2）制得的反应物加入相当于物料重量10~40%的氨水，或者氨水浓度选择10%~20%中任意数值或范围值，均能实现与实施例2-2相同或相似的收率及纯度，本申请不作赘述。

实施例2-3

公开了一种采用上述路线二制备糖精的详细方法：

本实施例与上述实施例2-1不同之处在于步骤（2），具体的：

将苯甲酰氯邻磺酰氯的有机溶剂溶液缓慢加入甲醇中，其中，甲醇与苯甲酸邻磺酸钠的摩尔量满足：1.2:1，反应5~8小时备用。

继续进行如实施例2-1相同的步骤（3）。

制得纯度≥98.8%的产品，产品收率≥90%。

其中，甲醇与苯甲酸邻磺酸钠的摩尔量可以满足：（1.2~2）:1中任意具体数值或范围值，均能实现与实施例2-3相同或相似的收率及纯度，本申请不作赘述。

实施例2-4

公开了一种采用上述路线二制备糖精的详细方法：

本实施例与上述实施例2-1不同之处在于步骤（2）和步骤（3），其中，步骤（2）与实施例2-3保持相同，步骤（3）与实施例2-2保持相同。

制得纯度≥98.8%的产品，产品收率≥87%。

对比例1至对比例4

公开了一种采用上述路线一制备糖精的详细方法。

其中，对比例1公开的制备方法与实施例1-3之间的不同之处在于没有尿素参与反应，其他均相同。

对比例2公开的制备方法与实施例1-3之间的不同之处在于没有铵盐参与反应，其他均相同。

对比例3公开的制备方法与实施例1-3之间的不同之处在于反应温度低于180℃，为160℃。

对比例4公开的制备方法与实施例1-3之间的不同之处在于反应温度高于180℃，为200℃。

试验结果发现，对比例1与对比例2的收率比较低，还不到50%。

对比例3与对比例4，不仅收率低，而且产物纯度也低。

对比例5至对比例6

公开了一种采用上述路线二制备糖精的详细方法。

其中，对比例5公开的制备方法与实施例2-1之间的不同之处在于采用己醇作为反应原料；

对比例6公开的制备方法与实施例2-1之间的不同之处在于卤代试剂为亚硫酰溴；

试验结果发现，对比例5与对比例6的副反应多，产物收率分别低于30%、70%。

对比例7

公开了一种采用上述路线二制备糖精的详细方法。

其中，对比例7公开的制备方法与实施例2-1之间的不同之处在于步骤（1）的反应温度为25℃。

结果发现，产物收率低于80%。

由上述探究可知，本申请探究得到的合成路线不复杂，操作简单，且制得的糖精收率好，纯度高。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种糖精的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下路线中的任意一种：

（1）式2-1化合物与尿素、铵盐反应得式1化合物；

；

且式2-1中，A为氢、碱金属阳离子、铵根中的任意一种；

（2）式2-2化合物与氨气或氨水反应得式1化合物；

；

且式2-2中，取代基R1为C1~C5烷烃基，取代基R2为C1~C5烷氧基或卤素中的任意一种。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，式2-1中，A为氢、钠离子、钾离子中的任意一种。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，式2-2化合物为式3化合物与C1~C5烷基醇制得：

；

式3中，B为卤素；C1~C5烷基醇为一元醇。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，式3化合物为式2-1化合物与卤代试剂制得：

；

所述卤代试剂为亚硫酰卤；

所述亚硫酰卤为亚硫酰氯。

5.根据权利要求1~4中任一项所述方法，其特征在于，式2-2中，取代基R1为C1~C3烷烃基；

和/或，取代基R2为C1~C3烷氧基或卤素中的任意一种。

6.根据权利要求1~4中任一项所述方法，其特征在于，取代基R1为甲基，取代基R2为甲氧基或氯中的任意一种。

7.根据权利要求1~4中任一项所述方法，其特征在于，路线（1）中：

反应温度为180℃~220℃；

反应在无溶剂或有机溶剂中进行；

所述有机溶剂包含二苯醚、溶剂油中的任意一种或两种组合；

所述有机溶剂的质量为反应物料质量的2~4倍。

8.根据权利要求1~4中任一项所述方法，其特征在于，路线（1）中：

式2-1示意化合物与尿素、铵盐之间摩尔比满足，1:（1.2~2.2）:（0.6~1.2）；

所述铵盐包含氯化铵、氟化铵、硫酸铵、硫酸氢铵中的任意一种或两种以上组合。

9.根据权利要求1~4中任一项所述方法，其特征在于，路线（2）中：

反应温度为低温。

10.根据权利要求1~4中任一项所述方法，其特征在于，路线（2）中：

式2-2示意化合物与氨气的反应过程如下：

控制包含式2-2示意化合物的反应体系温度不高于15℃，先对反应体系排气处理，再通入氨氮混合气进行闭环反应，直至反应体系的气体吸收系统吸收的氨气量明显增加或反应体系pH值≥10，停止通入氨气，继续通氮气至反应体系无氨气产生；

氨氮混合气中氨气与氮气的流量比满足1:（2~8）；

或；

式2-2示意化合物与氨水的反应过程如下：

控制包含式2-2示意化合物的反应体系温度不高于20℃，加入氨水，搅拌至反应结束；

氨水浓度为10%~20%；

氨水的质量为反应物料质量的10%~40%。