三氯蔗糖的開發(fā)

三氯蔗糖的開發(fā)

三氯甘蔗是甘蔗分子中的4、1、6c-f-f羥基被氯仿原子取代的產(chǎn)物，4-f位的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換產(chǎn)物（結(jié)構(gòu)式圖1）。它是性能最好的高甜味食品之一。它具有甜味強(qiáng)、甜、無人工工、物質(zhì)穩(wěn)定、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。本課題以單基團(tuán)保護(hù)法合成三氯蔗糖,包括蔗糖-6-乙酸酯的合成、蔗糖-6-乙酸酯的氯化及三氯蔗糖的生成三個(gè)步驟,其中蔗糖-6-乙酸酯的氯化是關(guān)鍵步驟。要對(duì)蔗糖-6-乙酸酯7個(gè)羥基中的3個(gè)(4,1′,6′-位)進(jìn)行氯化,而其它位羥基在氯化中間產(chǎn)物中保持不變,必須找一種選擇性很強(qiáng)的氯化試劑。Vilsmeier試劑是一種選擇性很強(qiáng)的氯化試劑,其原因在于Vilsmeier試劑分子體積大,故空間位阻大,而蔗糖-6-乙酸酯上的4,1′,6′-羥基,空間位阻小,優(yōu)先受到進(jìn)攻,同時(shí),用Vilsmeier試劑的氯化反應(yīng)生成了比較好處理的氯化氫氣體,氣體不斷逸出促使反應(yīng)向正方向進(jìn)行,因此,Vilsmeier試劑是比較理想的氯化試劑。Vilsmeier試劑是由無機(jī)酸氯化物(如光氣、氯化亞砜、三氯氧磷和五氯化磷等)與DMF或N,N-二烷基乙酰胺反應(yīng)制得。光氣劇毒,工人操作不便;使用三氯氧磷存在溶劑回收等問題;五氯化磷價(jià)格較貴。綜合考慮,我們選擇用氯化亞砜與DMF作用生成Vilsmeier試劑。根據(jù)RobertEWalkup等在參考RobertEWalkup等人工作的基礎(chǔ)上,我們?cè)缙谠O(shè)計(jì)了如下方案:以氯化亞砜代替光氣與DMF作用形成Vilsmeier試劑來氯化蔗糖-6-乙酸酯,實(shí)驗(yàn)中,我們將氯化亞砜直接加入蔗糖-6-乙酸酯/DMF溶液中進(jìn)行氯化反應(yīng)。因氯化亞砜與光氣結(jié)構(gòu)相似,那么,用氯化亞砜代替光氣,與蔗糖-6-酯/DMF溶液反應(yīng),所得氯化產(chǎn)物的收率應(yīng)當(dāng)相近。事實(shí)上,用光氣的收率較高,一般在54.1%~60%1試劑和機(jī)器1.1測(cè)試試劑N,N-二甲基甲酰胺、氯化亞砜、乙酸乙酯、氫氧化鈉、濃鹽酸、氯仿、甲醇、濃硫酸、粉狀活性炭等:分析純。1.2儀器、儀器和儀器旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:RE52CS,上海亞榮生化儀器廠;旋片式真空泵:2X-4,南京真空泵廠有限公司;微機(jī)熔點(diǎn)儀:WRS-2A,上海精密科學(xué)儀器有限公司;傅立葉變換紅外光譜儀FT-IR:Nexus870型,美國(guó)Niccolet公司;核磁共振儀:DRX500,瑞士Bruker公司。2實(shí)驗(yàn)方法2.1控制ph值和溫度,加酸堿液中我們采用SOCl通過階段升溫使O-烷基氯鹽依次轉(zhuǎn)變?yōu)檎崽?6-乙酸酯的一氯、二氯、三氯代物,這個(gè)階段升溫的過程對(duì)形成目標(biāo)中間產(chǎn)物三氯蔗糖-6-乙酸酯非常重要,因?yàn)槁仍右来我?逐步增加了氯代產(chǎn)物的穩(wěn)定性。在仔細(xì)控制pH值和溫度的情況下,用堿液中和,使三氯蔗糖-6-乙酸酯的其它羥基從O-烷基重新還原為羥基,再加酸調(diào)節(jié)pH值至近中性,使氯代產(chǎn)物能穩(wěn)定存在。利用三氯蔗糖-6-乙酸酯在有機(jī)相中溶解度顯著大于水相的特點(diǎn),通過萃取的方法,將三氯蔗糖-6-乙酸酯轉(zhuǎn)移至有機(jī)相中,再將其結(jié)晶出來,即可得到氯化中間產(chǎn)物—三氯蔗糖-6-乙酸酯。2.2氯蔗糖-6-乙酸酯的合成2.2.1蔗糖-6-乙酸酯的制備參照參考文獻(xiàn)[3]的方法。2.2.2蔗糖-6-乙酸酯的氯化向1000mL三頸燒瓶中加入400mLDMF,在-15~-20℃下,磁力攪拌,慢慢滴加氯化亞砜140mL,生成Vilsmeier試劑。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,向上述Vilsmeier試劑中,慢慢滴加蔗糖-6-乙酸酯/DMF溶液(由50g蔗糖產(chǎn)生),磁力攪拌,維持反應(yīng)液的溫度在-15~-5℃范圍。加料完畢,室溫下攪拌0.5h,用1h時(shí)間升溫至69℃(維持1h),再用1.5h時(shí)間升溫至100℃(維持1h),再用1h時(shí)間升溫至115℃(維持3h),階段升溫結(jié)束。將反應(yīng)液冷至0~20℃,一次性加入冰冷的4mol/L的NaOH溶液至溶液pH=9.0,幾分鐘后,滴加少量濃鹽酸至溶液pH=7.0,抽濾,濾餅用乙酸乙酯淋洗,濾液備用。將上述氯化、中和后的液體減壓蒸餾,盡量抽干其中的水、DMF等溶劑,得三氯蔗糖-6-乙酸酯糖漿。向糖漿中加入約300mL的水,將未溶解的鹽過濾掉,用乙酸乙酯萃取4次(4×150mL),將乙酸乙酯相混合,用少量水反洗,在乙酸乙酯中結(jié)晶三氯蔗糖-6-乙酸酯。濾液再濃縮、結(jié)晶,再得少量晶體,兩步合計(jì)約30g(純度90%,byHPLC)。由蔗糖合成三氯蔗糖-6-乙酸酯的收率約42%。在乙酸乙酯中進(jìn)行重結(jié)晶,并套用母液,重結(jié)晶收率約73%。2.3氯處理的控制和分析2.3.1氯反應(yīng)過程的控制與分析可鈺等在萃取的同時(shí),用TLC(展開劑為CHCl3評(píng)估對(duì)重結(jié)晶后的三氯蔗糖-6-乙酸酯晶體進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定,結(jié)果如下所述。3.1測(cè)定的溫度實(shí)測(cè)74~76℃,文獻(xiàn)76~78℃3.2紅外光譜分析用美國(guó)Niccolet公司Nexus870FT-IR對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜分析。從紅外光譜圖上可明顯看出,γ(cm3.3氫磁共振譜分析用瑞士Bruker公司DRX500核磁共振分析儀對(duì)樣品進(jìn)行核磁共振氫譜分析,用D4不同試劑的配比對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響本研究用Vilsmeier試劑氯化蔗糖-6-乙酸酯,影響氯化反應(yīng)的因素主要有以下4點(diǎn):(1)SOCl用Vilsmeier試劑氯化蔗糖-6-乙酸酯,SOClDMF在反應(yīng)中,既是反應(yīng)物,又是溶劑,其量以滿足反應(yīng)及溶解需要為宜,少則影響反應(yīng),容易導(dǎo)致碳化,多則增加了后處理的負(fù)擔(dān),同時(shí)增加了成本。因此,我們選擇DMF(mL)與蔗糖-6-乙酸酯(g)之比為8∶1、12∶1、16∶1三個(gè)位級(jí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。蔗糖-6-乙酸酯的4,1′,6′-位羥基被氯原子取代,根據(jù)3個(gè)羥基活性的不同,分3步進(jìn)行,即一氯代、二氯代、三氯代,各步溫度及時(shí)間根據(jù)碳化情況和薄層層析(TLC)時(shí)各氯代產(chǎn)物斑點(diǎn)的面積及顏色深淺來決定。在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,三氯代階段選擇105℃、115℃、125℃三個(gè)溫度及1h、2h、3h三個(gè)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并在參考有關(guān)文獻(xiàn)[7]的基礎(chǔ)上,選擇如表2中所列的Vilsmeier試劑氯化體系正交實(shí)驗(yàn)因素位級(jí)表。采用L由極差大小可以看出,反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率影響最大,其次是SOCl5氯蔗糖-6-乙酸酯重結(jié)晶的合成用SOCl由蔗糖合成三氯蔗糖-6-乙酸酯晶體的收率為40%~45