CN117624261A - 一种三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三氯蔗糖‑6‑乙酯的制备方法。该方法包括在负载型催化剂的作用下，使蔗糖‑6‑乙酯和六氯环己‑2,5‑二烯酮在溶剂中发生选择性氯化反应，生成三氯蔗糖‑6‑乙酯。本方法工艺简单、条件温和，避免了光气和二氯亚砜的使用，大幅简化了后处理流程，降低能耗；使用的负载型催化剂易于分离，且环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机合成方法，尤其涉及一种三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法。
背景技术
三氯蔗糖是人工合成的第五代甜味剂，是唯一以蔗糖为原料的功能性甜味剂，具有低热量、高甜度、高安全性、甜味纯正等优点， 目前被广泛应用在饮料、餐桌调料、烘焙食品、乳制品等多种食品中 。
现有的三氯蔗糖工业合成路线主要采用单基团保护法，包括酰化保护、氯化、醇解三步反应，其中经氯代反应生成的三氯蔗糖-6-乙酯是合成三氯蔗糖的重要中间体，其收率及分离纯度直接影响终产品的收率及品质。氯化反应机理复杂，副产物较多，目前工业化选择的氯化试剂主要有光气和二氯亚砜两种，光气本身的剧毒性质使生产过程存在较大的安全隐患，二氯亚砜法收率偏低，且会分解产生二氧化硫废气，对产品品质影响较大且难以处理。
专利EP0409549、CN102439020B中提及使用光气作为氯化试剂，过量光气的使用使得反应后需用大量碱猝灭，不仅工艺过程安全风险高，后处理还十分复杂、能耗较高。
专利CN101619083B、CN103145772A等提及使用二氯亚砜制备三氯蔗糖-6-乙酯的方法，存在收率偏低、成本较高的缺点，同时有大量的废溶剂、二氧化硫废气产生，三废难于处理。
针对上述工艺的不足，急需开发一种新的三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成方法，克服现有工艺中产品收率低、后处理复杂、生产能耗高等问题。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提出一种三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法。本方法工艺简单、条件温和，避免了光气和二氯亚砜的使用，大幅简化了后处理流程，降低能耗；使用的负载型催化剂易于分离，且环境友好。
一种三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，包括在负载型催化剂的作用下，使蔗糖-6-乙酯和六氯环己-2,5-二烯酮在溶剂中发生选择性氯化反应，生成三氯蔗糖-6-乙酯；
蔗糖-6-乙酯
三氯蔗糖-6-乙酯
所述负载型催化剂表示为Cu-Cr/X，包括Cu主催化剂、Cr助催化剂以及X载体，其中，X载体选自活性炭、碳纳米管、分子筛、中性氧化铝、二氧化硅中的一种或多种，优选4A分子筛、二氧化硅中的一种或多种。
作为本发明的优选方案，所述负载型催化剂中，Cu/Cr含量比为1:(0.3-0.6)，优选1:(0.3-0.4)，以金属元素摩尔比计；
优选地，所述负载型催化剂中，载体质量为Cu元素质量的8-15倍，优选10-14倍。
所述负载型催化剂可通过球磨法、共沉淀法、水热法、吸附法、浸渍法、溶胶凝胶法中的至少一种而制得，本发明对此不作任何限制，但从以与操作的角度考虑，优选球磨法。
以下是球磨法制备负载型催化剂的可行示例：
S1：活化载体：将载体用稀酸浸泡，反复水洗后烘干；稀酸可以是浓度为0.01-0.5mol/L的盐酸、硫酸、磷酸中的一种或多种；浸泡温度例如是在20-30℃下进行处理。
S2：将含Cu化合物、含Cr化合物与活化后载体进行球磨混合，得到催化剂前驱体；其中，含Cu化合物可以选自氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、碳酸铜中的一种或多种，含Cr化合物可以选自氯化铬、硫酸铬、硝酸铬、磷酸铬中的一种或多种；所述的球磨例如采用行星式球磨机。
S3：将催化剂前驱体进行焙烧、破碎、成型，即得所述负载型催化剂。优选地，所述焙烧温度可以是400-550℃，焙烧时间例如2-6小时。
作为本发明的优选方案，所述负载型催化剂的用量，相对于蔗糖-6-乙酯为3-10wt％，优选4-7wt％。
作为本发明的优选方案，所述蔗糖-6-乙酯和六氯环己-2,5-二烯酮的摩尔比为1:(3-5)，优选1:(3-4)。
作为本发明的优选方案，所述溶剂为DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和/或DMAC(N,N-二甲基乙酰胺)；
优选地，所述溶剂的用量是蔗糖-6-乙酯质量的6-12倍。
作为本发明的优选方案，反应采用程序升温，在1-3小时内升温至70-90℃并保温反应2-5小时。
作为本发明的优选方案，反应结束后，蒸馏除去溶剂，将粗产品通过重结晶提纯，得到三氯蔗糖-6-乙酯。
本发明的有益效果在于：
本发明以六氯环己-2,5-二烯酮为氯化试剂，可高收率制得三氯蔗糖-6-乙酯，解决了传统合成工艺安全隐患大、产品收率低、副产物较多等问题。因此，本发明中工艺路线具有反应条件温和、绿色环保，产品收率高，后处理流程简单等优点，并且通过对负载型催化剂进行结构设计与优化，在高转化率促进反应进行的同时，可以抑制多氯代副反应，从而提升反应选择性；本发明方法的原料转化率以及产品选择性均＞90％。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，本发明所述实施例只是作为对本发明的说明，不限制本发明的范围。
本发明中原料和试剂如无特殊说明，均可通过市售途径购买获得。
产品的液相色谱分析条件：Waters液相色谱仪，Waters XBridge Amide色谱柱，检测器为ELSD检测器，流动相乙腈/氨水为60/40，色谱柱温度为45℃。
以下实施例中仪器、试剂的来源如下表1：
表1
| 仪器及试剂 | 来源 | 规格 |
| 液相色谱仪 | Waters | |
| 行星式球磨机 | 秋佐科技 | XQM-0.4型 |
| 蔗糖-6-乙酯 | 市售，CAS 63648-81-7 | >98％ |
| 六氯环己-2,5-二烯酮 | 市售，CAS 599-52-0 | >97％ |
如无特别说明，以下实施例中使用的其他原料和试剂均为市售。
以下准备实施例1-5以及准备对比例1用于制备不同的负载型催化剂。
【准备实施例1】
取111.8g二氧化硅，20℃下用300mL 0.1mol/L的稀盐酸浸泡2h，用去离子水反复清洗后在70℃下烘干，得到活化载体。
将30g二水合氯化铜、13.2g硫酸铬和上述活化载体加入行星式球磨机中混合充分。结束后取出，于400℃下焙烧2h，破碎、成型后，得到催化剂1。
【准备实施例2】
取106.9g 4A分子筛，25℃下用300mL 0.1mol/L的稀盐酸浸泡2h，用去离子水反复清洗后在75℃下烘干，得到活化载体。
将35g五水合硫酸铜、13.07g六水合氯化铬和上述活化载体加入行星式球磨机中混合充分。结束后取出，于500℃下焙烧3h，破碎、成型后，得到催化剂2。
【准备实施例3】
取161.65g中性氧化铝，25℃下用300mL 0.1mol/L的稀盐酸浸泡2h，用去离子水反复清洗后在75℃下烘干，得到活化载体。
将33g醋酸铜、18.61g九水合硝酸铬和上述活化载体加入行星式球磨机中混合充分。结束后取出，于450℃下焙烧4h，破碎、成型后，得到催化剂3。
【准备实施例4】
取91.97g二氧化硅，30℃下用300mL 0.1mol/L的稀盐酸浸泡2h，用去离子水反复清洗后在75℃下烘干，得到活化载体。
将40g碳酸铜、24.1g六水合氯化铬和上述活化载体加入行星式球磨机中混合充分。结束后取出，于550℃下焙烧5h，破碎、成型后，得到催化剂4。
【准备实施例5】
取133.62g碳纳米管，25℃下用300mL 0.1mol/L的稀盐酸浸泡2h，用去离子水反复清洗后在80℃下烘干，得到活化载体。
将35g五水合硫酸铜、21.44g六水合磷酸铬和上述活化载体加入行星式球磨机中混合充分。结束后提取出，于480℃下焙烧6h，破碎、成型后，得到催化剂5。
【准备对比例1】
按照与实施例1相同的方法制备催化剂，区别只在于，不加硫酸铬。将所得催化剂编号为催化剂D1。
以下实施例1-5以及对比例1用于通过不同方案合成三氯蔗糖-6-乙酯。
【实施例1】
将催化剂1(4.61g)、蔗糖-6-乙酯(115.24g,0.3mol)和六氯环己-2,5-二烯酮(270.7g,0.9mol)加入装配有机械搅拌器、热电偶、冷凝器的反应釜中，之后加入692g DMF溶剂并开启搅拌，随后开启热电偶进行程序升温，在1小时内升温至70℃并保温5小时，反应结束后过滤除去固体催化剂，分离出反应液，将反应液蒸馏除溶剂，再将所得的粗产品在乙酸乙酯中热结晶，得到白色固体的产物三氯蔗糖-6-乙酯。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ5.03(d,J＝7.0Hz,1H),4.51(t,J＝7.2Hz,2H),4.34(dd,J＝11.2,7.0Hz,1H),4.14(dd,J＝7.2,6.0Hz,1H),4.09(dd,J＝11.2,6.2Hz,1H),3.97(d,J＝7.0Hz,1H),3.62-3.78(m,9H),3.60(dd,J＝11.4,7.2Hz,1H),3.38(dd,J＝11.4,6.0Hz,1H),2.21(s,3H).
本实施例中，原料蔗糖-6-乙酯转化率为97.8％，产物三氯蔗糖-6-乙酯的选择性为91.7％。
【实施例2】
将催化剂2(6.91g)、蔗糖-6-乙酯(115.24g,0.3mol)和六氯环己-2,5-二烯酮(288.75g,0.96mol)加入装配有机械搅拌器、热电偶、冷凝器的反应釜中，之后加入925gDMF溶剂并开启搅拌，随后开启热电偶进行程序升温，在2小时内升温至85℃并保温3小时，反应结束后过滤除去固体催化剂，分离出反应液，将反应液蒸馏除溶剂，再将所得的粗产品在乙酸乙酯中热结晶，得到白色固体的产物三氯蔗糖-6-乙酯。
本实施例中，原料蔗糖-6-乙酯转化率为99％，产物三氯蔗糖-6-乙酯的选择性为93.6％。
【实施例3】
将催化剂3(3.46g)、蔗糖-6-乙酯(115.24g,0.3mol)和六氯环己-2,5-二烯酮(333.87g,1.11mol)加入装配有机械搅拌器、热电偶、冷凝器的反应釜中，之后加入1150gDMF溶剂并开启搅拌，随后开启热电偶进行程序升温，在1.5小时内升温至80℃并保温3小时，反应结束后过滤除去固体催化剂，分离出反应液，将反应液蒸馏除溶剂，再将所得的粗产品在乙酸乙酯中热结晶，得到白色固体的产物三氯蔗糖-6-乙酯。
本实施例中，原料蔗糖-6-乙酯转化率为98.5％，产物三氯蔗糖-6-乙酯的选择性为92.4％。
【实施例4】
将催化剂4(8.07g)、蔗糖-6-乙酯(115.24g,0.3mol)和六氯环己-2,5-二烯酮(360.94g,1.2mol)加入装配有机械搅拌器、热电偶、冷凝器的反应釜中，之后加入1380gDMF溶剂并开启搅拌，随后开启热电偶进行程序升温，在2.5小时内升温至90℃并保温2小时，反应结束后过滤除去固体催化剂，分离出反应液，将反应液蒸馏除溶剂，再将所得的粗产品在乙酸乙酯中热结晶，得到白色固体的产物三氯蔗糖-6-乙酯。
本实施例中，原料蔗糖-6-乙酯转化率为99％，产物三氯蔗糖-6-乙酯的选择性为91.5％。
【实施例5】
将催化剂5(11.52g)、蔗糖-6-乙酯(115.24g,0.3mol)和六氯环己-2,5-二烯酮(451.17g,1.5mol)加入装配有机械搅拌器、热电偶、冷凝器的反应釜中，之后加入920g DMF溶剂并开启搅拌，随后开启热电偶进行程序升温，在3小时内升温至75℃并保温2小时，反应结束后过滤除去固体催化剂，分离出反应液，将反应液蒸馏除溶剂，再将所得的粗产品在乙酸乙酯中热结晶，得到白色固体的产物三氯蔗糖-6-乙酯。
本实施例中，原料蔗糖-6-乙酯转化率为96.5％，产物三氯蔗糖-6-乙酯的选择性为90.2％。
【对比例1】
按照与实施例1基本相同的方法制备三氯蔗糖-6-乙酯，区别仅在于，将催化剂1替换为催化剂D1。
反应后分析得知，原料蔗糖-6-乙酯转化率为97.1％，产物三氯蔗糖-6-乙酯的选择性为72.3％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，其特征在于，包括在负载型催化剂的作用下，使蔗糖-6-乙酯和六氯环己-2,5-二烯酮在溶剂中发生选择性氯化反应，生成三氯蔗糖-6-乙酯；
所述负载型催化剂表示为Cu-Cr/X，包括Cu主催化剂、Cr助催化剂以及X载体，其中，X载体选自活性炭、碳纳米管、分子筛、中性氧化铝、二氧化硅中的一种或多种，优选4A分子筛、二氧化硅中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，其特征在于，所述负载型催化剂中，Cu/Cr含量比为1:(0.3-0.6)，优选1:(0.3-0.4)，以金属元素摩尔比计；
优选地，所述负载型催化剂中，载体质量为Cu元素质量的8-15倍，优选10-14倍。
3.根据权利要求1或2所述的三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，其特征在于，所述负载型催化剂的用量，相对于蔗糖-6-乙酯为3-10wt％，优选4-7wt％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，其特征在于，所述蔗糖-6-乙酯和六氯环己-2,5-二烯酮的摩尔比为1:(3-5)，优选1:(3-4)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，其特征在于，所述溶剂为DMF和/或DMAC；
优选地，所述溶剂的用量是蔗糖-6-乙酯质量的6-12倍。
6.根据权利要求1-5任一项所述的三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，其特征在于，反应采用程序升温，在1-3小时内升温至70-90℃并保温反应2-5小时。
7.根据权利要求1-6任一项所述的三氯蔗糖-6-乙酯的制备方法，其特征在于，反应结束后，蒸馏除去溶剂，将粗产品通过重结晶提纯，得到三氯蔗糖-6-乙酯。
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