三氯蔗糖的合成

三氯蔗糖的合成

1972年，自英國(guó)tat雜志系統(tǒng)地進(jìn)行了糖鹽開(kāi)采以來(lái)，我們研究了糖的碘、氯仿和溴化。特別是1975年,Khan等合成了4,1′,6′-三氯-4,1′,6′-三脫氧-半乳糖基-蔗糖(即三氯蔗糖,TGS)。三氯蔗糖具有以下優(yōu)點(diǎn):甜度高,是蔗糖的650倍;口味十分純正,沒(méi)有任何異味或苦澀味,甜味特性曲線幾乎與蔗糖重疊,這是其他任何產(chǎn)品所無(wú)法比擬的;絕對(duì)的安全性,沒(méi)有任何安全毒理方面的疑問(wèn);能量值為零,不會(huì)引起肥胖,可供肥胖癥患者、心血管疾病患者和老年人等食用;不會(huì)引起血糖波動(dòng),可供糖尿病人食用;不會(huì)引起牙齒齲變,對(duì)牙齒健康十分有利;具有很好的溶解性與穩(wěn)定性,可在任何食品配料系統(tǒng)與加工過(guò)程中使用,應(yīng)用范圍十分廣泛;價(jià)格便宜,等甜度下只有蔗糖的1/3-1/2左右。1氯蔗糖的合成三氯蔗糖是將蔗糖分子中位于4、1′和6′3個(gè)位置上的羥基用氯原子取代而得。蔗糖分子中一共有8個(gè)羥基,要將其中特定位置上的3個(gè)羥基通過(guò)選擇性氯化而取代,而其他位置上的羥基不發(fā)生變化,當(dāng)然是很困難的,又因?yàn)楦鱾€(gè)位置上的羥基的反應(yīng)活性大小不一,使得三氯蔗糖的合成更為困難。1.1氯蔗糖的合成這是Tate&Tyle公司于1976年研究成功的方法,它以蔗糖為原料,首先在蔗糖的6、1′和6′3個(gè)伯碳位上的羥基三苯甲基化后乙?；?使蔗糖分子的8個(gè)羥基全部反應(yīng),然后脫去三苯甲基基團(tuán)形成五乙?；崽?接著將4位上的乙?；w移到6位上,再進(jìn)行氯化,最后脫乙?；玫饺日崽?。1.2氯蔗糖的制備化學(xué)-酶法合成三氯蔗糖,是采用了6位上的基團(tuán)保護(hù)法,它以葡萄糖和蔗糖為原料,首先葡萄糖發(fā)酵生成葡萄糖-6-乙酸,然后經(jīng)層析分離提純后與蔗糖一起在酶的作用下生成蔗糖-6-乙酸,再經(jīng)氯化得到三氯蔗糖-6-乙酸,最后脫去乙?；吹玫饺日崽?。1.3氯蔗糖的合成以蔗糖為原料,用化學(xué)方法,使蔗糖6位上的羥基生成單酯,即蔗糖-6-酯,再用適當(dāng)?shù)穆然瘎┻M(jìn)行選擇性氯化而生成三氯蔗糖-6-酯,最后脫去酯基,經(jīng)結(jié)晶提純即得到三氯蔗糖。1.4生產(chǎn)三氯蔗糖的最受限制為高效反應(yīng)上述合成三氯蔗糖的工藝,化學(xué)合成法步驟較多,工藝流程復(fù)雜?；瘜W(xué)-酶法步驟也較多,其中發(fā)酵這一步代價(jià)較高,且提純中間產(chǎn)物較為困難,不能采用結(jié)晶分離方法,而只能采用層析方法,顯然工業(yè)生產(chǎn)時(shí)成本太高。單酯法只需要3步反應(yīng),投資小、收率高、成本低,中間產(chǎn)物易于分離提純,可采取萃取和結(jié)晶的方法,最適宜于工業(yè)生產(chǎn),這是目前合成三氯蔗糖的最理想的工藝。在三氯蔗糖的制備中,所有的合成路線都涉及到氯代步驟,這是整個(gè)合成的關(guān)鍵步驟。氯代過(guò)程中,中間體不同對(duì)其氯代的選擇性不同氯代試劑不同,反應(yīng)機(jī)理也不同。另外,氯代過(guò)程還涉及到反應(yīng)物的配比、溶劑、催化劑的選擇及反應(yīng)溫度和時(shí)間的優(yōu)化。這幾種因素都對(duì)氯代反應(yīng)有著顯著影響。2控制蔗糖剩余氯化反應(yīng)的程度醇羥基可以被多種氯代試劑氯化,如亞硫酰氯、三苯基膦/四氯化碳、Vilsmeier試劑、三苯基膦氧化物/氯化亞砜等。本研究要求選擇性地氯化蔗糖C-1′,4,6′位羥基,其中C-1′位羥基因空間位阻等原因而較難氯化,同時(shí)又要盡可能地避免蔗糖剩余未保護(hù)醇羥基的氯化。因此,控制反應(yīng)的程度就顯得十分重要,這就要求選擇既有適當(dāng)氯化能力又有良好選擇性的氯化試劑。Vilsmeier試劑是一種較好的氯化試劑,其優(yōu)點(diǎn)是制備容易和選擇性較好,它可安全有效地氯化蔗糖分子4、1′和6′位,理論收率可達(dá)80%以上。Vilsmeier試劑是由無(wú)機(jī)酸氯化物與化學(xué)式為R2NCOX的N,N-二烷基胺(如二甲基甲酰胺,二乙基乙酰胺)反應(yīng)制得,其中X代表氫原子或甲基,R代表烷基。通常使用的無(wú)機(jī)酸氯化物有五氯化磷、光氣和氯化亞砜等。Vilsmeier試劑可以直接在氯化反應(yīng)體系中生成,但最好在使用前預(yù)先制備。在本研究中Vilsmeier試劑由氯化亞砜與DMF制得,反應(yīng)溫度控制在100℃以下為佳。2.1蔗糖-6-酯氯化反應(yīng)溫度的確定本反應(yīng)中,溫度是對(duì)反應(yīng)結(jié)果有著決定性影響的因素。溫度太低,會(huì)造成反應(yīng)速度慢或是根本不反應(yīng);溫度太高,則會(huì)導(dǎo)致過(guò)度氯化,生成四氯或五氯化物。圖1是在反應(yīng)時(shí)間為3h,不同反應(yīng)溫度下蔗糖-6-酯氯化的收率比較。由圖1可以看出,當(dāng)溫度低于90℃時(shí),氯化反應(yīng)基本上是不發(fā)生的,隨著溫度的升高,收率也有所增加,在120-125℃時(shí)達(dá)到最高。當(dāng)溫度達(dá)到130℃,反應(yīng)副反應(yīng)增多,有黑色的焦化物生成,收率也隨之降低。溫度超過(guò)150℃,基本上沒(méi)有三氯蔗糖-6-酯生成。生成的黑色焦化物是蔗糖過(guò)度氯化的產(chǎn)物。2.2vilsmeing試劑用量在氯化反應(yīng)中,氯化劑的用量也是對(duì)結(jié)果有著關(guān)鍵影響的因素。在本實(shí)驗(yàn)中,采用的氯化劑是Vilsmeier試劑,是由二氯亞砜與DMF在80-100℃反應(yīng)制得。實(shí)驗(yàn)表明,Vilsmeier試劑與蔗糖-6-酯在特定參數(shù)下可以進(jìn)行選擇性氯化,而且收率很高。從理論上分析,1mol蔗糖-6-酯只需和3molVilsmeier試劑反應(yīng),而且過(guò)量的酸性Vilsmeier試劑會(huì)給設(shè)備帶來(lái)很大的壓力。但有的資料表明,1mol蔗糖-6-酯應(yīng)該與21-45molVilsmeier試劑反應(yīng)。因此,本實(shí)驗(yàn)對(duì)Vilsmeier試劑的用量作了比較,當(dāng)Vilsmeier試劑用量超過(guò)1∶13的時(shí)候,有大量的黑色沉淀生成,這是由于蔗糖-6-酯的碳化造成的。因此,對(duì)與Vilsmeier試劑的用量在1∶4-1∶10范圍內(nèi)作了比較(蔗糖-6-酯的濃度150mg/L,反應(yīng)時(shí)間3h)。結(jié)果如圖2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在Vilsmeier試劑用量為1∶7時(shí),氯化收率最高。用量過(guò)低,氯化不完全;用量過(guò)高,則會(huì)