CN117756963A - 一种羟丙基-γ-环糊精的制法 - Google Patents
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Abstract
一种羟丙基‑γ‑环糊精的制法，属于环糊精的醚化衍生物制备技术领域，包括如下步骤：在质量浓度为1～5%的氢氧化钠溶液中，室温下加入γ‑环糊精、小分子醇类，搅拌至γ‑环糊精完全溶解，在25～35℃滴加环氧丙烷，滴加完毕搅拌反应1‑2小时；氢氧化钠、小分子醇类、γ‑环糊精和环氧丙烷的摩尔比为2~4:5～7.5:10:50～60。其中，小分子醇类为碳链长度小于5的醇类。本发明通过添加小分子醇类，增加γ‑环糊精的溶解度，其反应时间短，收率高。
Description
技术领域
本发明属于有机高分子化合物中环糊精的醚化衍生物制备技术领域，具体是一种羟丙基-γ-环糊精的制法。
背景技术
环糊精来源天然广泛，价格适宜，生物相容性好，包合范围广，可被广泛应用于医药业、食品业、日用化工、环保业和农业等多个行业。目前规模工业化生产的母体环糊精有α、β、γ-环糊精三种，分别由6、7、8个D-吡喃葡萄糖单元首尾相连成环而得。羟丙基环糊精是环糊精的醚化衍生物，羟丙基的引入打开了环糊精分子内氢键，形成无定型混合物，在保持主体空腔结构的同时，水溶性大大提高。
经羟丙基化后的产品羟丙基-γ-环糊精，水溶溶解度将进一步提升至80g/100ml(25℃)，同时羟丙基化后的γ-环糊精不再为单一纯品，而是多种取代共存的混合物，在与客体分子包合时不易生成包合物结晶析出。总体而言，羟丙基-γ-环糊精具有更高的水中溶解度，更强的抗结晶析出能力。
目前关于羟丙基-γ-环糊精的制法中，一般采用氢氧化钠溶液参与反应，使用液体酸进行中和，并使用有机溶剂或膜分离方式去除杂质。
公开号为CN113845607A的发明专利公开了一种羟丙基-γ-环糊精的制法，该制法具体步骤为：（1）配制1～5%质量浓度的氢氧化钠溶液，于室温下加入γ-环糊精，搅拌至γ-环糊精完全溶解；滴加环氧丙烷，温度控制在25～35℃，滴加完毕继续搅拌反应3～5h。其中，氢氧化钠、γ-环糊精和环氧丙烷三者的摩尔比为0.5～1.5:1：5～6.5。（2）将步骤（1）的反应液用固体酸进行中和，过滤，膜分离，干燥，即可制得羟丙基-γ-环糊精。其中，中和反应液所用的固体酸包括强酸性离子交换树脂，分子筛，负载型酸化合物；膜分离的时间为1～3h。申请人特别说明，该专利申请人与本申请是关联公司，本申请正是在此基础上的改进。
公开号为CN101481428A的中国发明专利公开了一种羟丙基-β-环糊精的合成方法，步骤如下：(1).在密闭不锈钢高压釜中，将β-环糊精，环氧丙烷，碱性催化剂和去离子水，按摩尔比1:2.5～10.5:0.6～3.4:62.9～126投料，在50～90℃温度、0～0.6MPa表压下进行醚化反应；(2).反应结束后经中和，过滤；(3).乙醇洗涤；(4).丙酮萃取；(5).透析等后处理制得羟丙基-β-环糊精。
现有技术的γ-环糊精大多是参照β-环糊精制法的改进。
β、γ-环糊精其水相溶解度不高，其中，室温25℃时γ-环糊精溶解度为25.6g/100ml。考虑到高浓度时γ-CD往往以配合物的形式沉淀出来，因此，现有技术的羟丙基-γ-环糊精往往采用过量的低浓度碱溶液。根据美国专利US4764604，为增加γ-环糊精溶解度，其在反应体系中添加了醚化试剂。
为增加反应中γ-环糊精溶解度，申请人尝试过采用特定的离子液体增溶，效果良好，但不足之处是价格较高。
发明内容
本发明提供一种羟丙基-γ-环糊精的制法，其通过特定的醇类，增加γ-环糊精的溶解度，其反应时间短，收率高。
本发明具体采用的技术方案是：
一种羟丙基-γ-环糊精的制法，其特征是，包括如下步骤：
在质量浓度为1～5%的氢氧化钠溶液中，室温下加入γ-环糊精、小分子醇类，搅拌至γ-环糊精完全溶解，在25～35℃滴加环氧丙烷，滴加完毕搅拌反应1-2小时；
氢氧化钠、小分子醇类、γ-环糊精和环氧丙烷的摩尔比为2-4:5～7.5:10:50～60。
其中，小分子醇类为碳链长度小于5的醇类，这些醇类的分子有效直径在0.6到0.65纳米之间的范围内。
其中，所述的小分子醇类优选为正丙醇、异丙醇、正己醇或2-己醇。其中，更加优选的是正丙醇或异丙醇，由于其水溶性相对更大（70-85g/100ml水），后续步骤中除去正丙醇或异丙醇相对容易。
γ-环糊精是一种由八个葡萄糖单元构成的大环形分子，其分子内形成了一个中空的环状结构，γ-环糊精的内径（空腔的直径）通常约为0.7到0.9纳米。
本发明添加的小分子醇类起到增溶作用的机理是：
1） 氢键作用：小分子醇中的羟基与γ-环糊精中的一些氢键受体和供体位点发生氢键相互作用。这有助于两者之间的结合，促进γ-环糊精中的溶解。
2） 极性效应：所选择的醇类均为极性溶剂，而γ-环糊精也具有一定的极性。这使得γ-环糊精与醇类因极性相互作用，而增加溶质的溶解度。
3） 尺寸匹配：这些醇类的分子相对较小，适合进入γ-环糊精的中空结构，形成包合物，提高其溶解度。
其中，所述γ-环糊精为含水量为6-16wt%，该γ-环糊精可以是市售商品也可以通过酶法制备。
其中，本发明将上述反应液用酸进行中和，之后通过过滤，膜分离，水洗，干燥，即可制得羟丙基-γ-环糊精。
其中，本发明的醇类通过过滤、膜分离、水洗后能完全除去，不会给最终产物带来额外杂质。
其中，所述的酸可以为盐酸、硝酸或固体酸。
其中，膜分离时间为2-3小时。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1）本发明大大降低了碱液以及中和用酸的使用量，减少了原料成本，适合工业化生产；
2）本发明醚化反应时间与现有技术相比，节约可达1/2~1/3，极大提高了生产效率；
3）本发明制备的羟丙基-γ-环糊精产品杂质含量低，取代度适中，产品质量高，后续应用安全性高。
附图说明
图1为本发明具体实施方式所得羟丙基-γ-环糊精的核磁谱图。
具体实施方式
实施例1
在100g质量浓度为1～5%的氢氧化钠溶液中，室温下加入129.7gγ-环糊精（约0.1mol）、3g正丙醇（0.05mol），搅拌至γ-环糊精完全溶解，在30℃滴加22.0g环氧丙烷（约0.5mol），滴加完毕搅拌反应1.5小时，反应结束后，加入稀盐酸调节pH至中性，过滤去除不溶物，将料液经过膜分离0.5h，然后用大量的水洗后再次膜分离1h，干燥得白色无定型粉末即羟丙基-γ-环糊精。产品取代度5.4，γ-环糊精残留未检出。
本实施例所得羟丙基-γ-环糊精核磁谱图如图1所示,峰图干净且无杂峰，说明了本制备方法所得到的羟丙基-γ-环糊精纯度较高。
实施例2
在100g质量浓度为1～5%的氢氧化钠溶液中，室温下加入129.7gγ-环糊精（约0.1mol）、4.5g异丙醇（0.075mol），搅拌至γ-环糊精完全溶解，在30℃滴加26.4g环氧丙烷（约0.6mol），滴加完毕搅拌反应1.5小时，反应结束后，加入稀盐酸调节pH至中性，过滤去除不溶物，将料液经过膜分离0.5h，然后用大量的水洗后再次膜分离1h，干燥得白色无定型粉末即羟丙基-γ-环糊精。产品取代度5.5，γ-环糊精残留未检出。
实施例3
在100g质量浓度为1～5%的氢氧化钠溶液中，室温下加入129.7gγ-环糊精（约0.1mol）、6.1g正己醇（0.06mol），搅拌至γ-环糊精完全溶解，在30℃滴加26g环氧丙烷，滴加完毕搅拌反应1.5小时，反应结束后，加入稀盐酸调节pH至中性，过滤去除不溶物，将料液经过膜分离0.5h，然后用大量的水洗后再次膜分离1h，干燥得白色无定型粉末即羟丙基-γ-环糊精。产品取代度5.3，γ-环糊精残留未检出。
Claims (6)
1.一种羟丙基-γ-环糊精的制法，其特征是，包括如下步骤：
在质量浓度为1～5%的氢氧化钠溶液中，室温下加入γ-环糊精、小分子醇类，搅拌至γ-环糊精完全溶解，在25～35℃滴加环氧丙烷，滴加完毕搅拌反应1-2小时；
其中，氢氧化钠、小分子醇类、γ-环糊精和环氧丙烷的摩尔比为2~4:5～7.5: 10:50～60；
其中，小分子醇类为碳链长度小于5的醇类。
2.根据权利要求1所述的制法，其特征是，所述的小分子醇类为正丙醇、异丙醇、正己醇或2-己醇。
3.根据权利要求1所述的制法，其特征是，所述γ-环糊精为含水量为6-16wt%。
4.根据权利要求1所述的制法，其特征是，还包括如下步骤：将上述反应液用酸进行中和，之后通过过滤，水洗，膜分离，干燥，即可制得羟丙基-γ-环糊精。
5.根据权利要求4所述的制法，其特征是，所述的酸为盐酸、硝酸或固体酸。
6.根据权利要求4所述的制法，其特征是，膜分离时间为2-3小时。
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