一種環保的三氯蔗糖的合成方法

2023-04-24 18:13:26

專利名稱：一種環保的三氯蔗糖的合成方法
技術領域：
本發明涉及一種甜味劑的合成方法，特別涉及一種三氯蔗糖的合成方法。
背景技術：
三氯蔗糖(Sucmlose)，化學名為4,1'，6'-三氯-4，1'，6'-三脫氧半乳型蔗 糖。三氯蔗糖是英國Tate&Lyle公司首先開發的高甜度甜味劑，其甜度大 約為蔗糖的600-800倍，該甜味劑具有對熱、酸、鹼等穩定性好，在人體 內吸收率極低，抗齲齒，無毒，可用作無糖食品的甜味劑。三氯蔗糖的合 成方法文獻報導較多，現有技術中的合成方法有
馬志玲等發表的文章《單酯化法合成高甜度甜味劑——三氯蔗糖的研 究》(《食品科學》2002年第23巻第5期P51-54)公開了單酯化法合成三 氯蔗糖的方法，該方法採用蔗糖與原乙酸三乙酯反應保護蔗糖6-位羥基， 亞硫醯氯/吡啶選擇性氯化蔗糖6-乙酸酯，再採用甲醇-甲醇鈉水解脫去6-位羥基得到三氯蔗糖。該方法雖然操作簡便，反應條件溫和，但是酯化反 應採用原乙酸三乙酯為酯化試劑，該試劑成本較高，從而抑制了該方法的 工業化生產。
沈國平等發布的文章《化學法合成三氯蔗糖》(《遼寧化工》2002年 第31巻第11期P487-488， 491)研究了以化學法合成三氯蔗糖的方法， 該方法採用蔗糖和三甲基原乙酸酯為起始原料，經酯化、氯化和醇解得到 三氯蔗糖。該方法採用三甲基原乙酸酯為酯化試劑，使得該生產方法的成 本增加，阻礙了該方法的商業化應用。
現有的三氯蔗糖的合成方法普遍存在成本高，收率低，生產周期長， 不適合工業化生產等缺陷。

發明內容
本發明提供一種對環境友好、操作簡便、收率高，適合工業化生產的 合成高品質三氯蔗糖的方法。
一種環保的三氯蔗糖的合成方法，包括如下步驟-
步驟A酯化反應 反應式
蔗糖 蔗糖-6-乙酸酯
將蔗糖溶解在離子液體中，向蔗糖的離子液體溶液中加入有機酸催化
劑和乙酸酐進行酯化反應，再經後處理得到蔗糖-6-乙酸酯；
酯化反應溫度為0-3(TC，優選15-20'C，酯化反應經HPLC檢測原料
含量小於1%為反應終點，反應結束經後處理得到蔗糖-6-乙酸酯。
所述的有機酸催化劑選自冰乙酸、擰檬酸、草酸、對甲苯磺酸、苯磺
酸、丙二酸、丁二酸、酪酸、苯甲酸或對甲基苯甲酸，優選冰乙酸。 步驟A優選在氮氣保護下常壓進行。
步驟A中所述的蔗糖的離子液體溶液在與乙酸酐進行反應前經過無 水處理，即在7(TC左右減壓脫水，得到無水的蔗糖的離子液體溶液。
步驟A中所述的後處理為酯化反應結束後在15"C以下用有機鹼調節 反應體系的pH至9，用水萃取得蔗糖-6-乙酸酯水溶液，離子液體溶劑經 脫水套用，蔗糖-6-乙酸酯水溶液經減壓脫水，得到蔗糖-6-乙酸酯，將蔗 糖-6-乙酸酯溶於離子液體溶液中用於下一步反應；
步驟A中後處理使用的有機鹼為含氮類化合物，具體可以選自甲胺、
二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、叔丁胺、環己胺、乙二胺、吡 啶、二異丙基乙基胺、哌啶、吡咯、N， N-二甲級吡啶、2， 6-二甲基吡啶。
步驟B氯化反應 反應式 formula see original document page 6
三氯蔗糖-6-乙酸酯 二(三氯甲基)碳酸酯(固體三光氣)結構式:formula see original document page 6
向二(三氯甲基)碳酸酯(固體三光氣)的離子液體的溶液中，滴加蔗
糖-6-乙酸酯的離子液體溶液，在室溫 110'C下進行氯化，生成三氯蔗糖 -6-乙酸酯中間態化合物，冷卻反應液至4(TC以下，加入酯萃取三氯蔗糖-6-乙酸酯中間態化合物，有機層經無機鹼中和將三氯蔗糖-6-乙酸酯中間態化 合物轉化為三氯蔗糖-6-乙酸酯，經後處理得到三氯蔗糖-6-乙酸酯。
步驟B反應前預先將固體三光氣溶於離子液體中，步驟B優選在氮 氣存在下常壓進行。
步驟B所述的氯化反應是在室溫將蔗糖-6-乙酸酯的離子液體溶液滴 加到二(三氯甲基)碳酸酯的離子液體溶液中，滴加完畢升溫至40 5(TC反 應2小時後升溫至80 90。C反應1小時，再升溫至100 110。C反應5小 時，使蔗糖-6-乙酸酯充分轉化為三氯蔗糖-6-乙酸酯中間態化合物。
步驟B所述的後處理是將反應體系用無機鹼中和pH至10將三氯蔗 糖-6-乙酸酯中間態化合物分解，減壓回收酯(萃取溶劑)，濃縮物再加入 少量酯在5(TC溶解後在0。C攪拌析晶；濾出三氯蔗糖-6-乙酸酯結晶後於 30 50°C、 -0.04 -0.09]^ 3下真空乾燥3 8小時，得到乾燥的三氯蔗糖 -6-乙酸酯。
步驟B所述的後處理中將三氯蔗糖-6-乙酸酯中間態化合物分解後， 再用酸將體系中和至pH 6.5-7.5，以提高三氯蔗糖-6-乙酸酯的收率，然後
再減壓回收萃取溶劑，其中所述的酸為無機酸，可以選自鹽酸、硫酸、硝 酸、磷酸、氫溴酸。
步驟B以及步驟B後處理中所述的無機鹼選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、 氫氧化銫、氫氧化鋰、碳酸鉀、碳酸鈉、氨水、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀。
步驟B中萃取及析晶操作中所述的酯選自甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸 甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯。
步驟A和步驟B中所述的離子液體為咪唑類的離子液體，具體結構
式為
R1\ 丄,"2
N 、+
其中& 、 R2各自獨立的為d-C5的直鏈或支鏈垸基，具體可以為甲 基、乙基、丙基、正丁基、異丙基、仲丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、 異戊基、新戊基；
M-為Cr、 Bf、 I國、Al2Cl/、 BF4-、 PF" CH3COCT、 CF3S03-(簡寫為 Tf(T)、 (CF3S02) 2N-(簡寫為Tf2N_)、 C4F9S03-(簡寫為NfCT)、 C3F7COCT、 CF3COO-、 SbF6-、 (CF3S02) 3CT、 (C2F3S02) 3CT、 (C2F5S02) 2N\ AsF6\ CBUH12-(卡硼烷離子)、N03。
在步驟A和步驟B中，用於溶解蔗糖、二(三氯甲基)碳酸酯(固體 三光氣)和蔗糖-6-乙酸酯的離子液體，可以是相同的也可以是不同的，由 於離子液體僅作為溶劑，所以各步驟離子液體的選用主要考慮後處理及回 收的方便以及離子液體對蔗糖和固體三光氣及中間化合物的溶解度。
步驟C 脫酯反應 反應式formula see original document page 7三氯蔗糖-6-乙酸酯 三氯蔗糖
將三氯蔗糖-6-乙酸酯溶於醇中，再加入鹼於4(TC-50'C進行脫酯反應 經HPLC檢測反應完全，經後處理得到三氯蔗糖。
步驟c所述的醇選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、仲丁醇或叔丁醇。
步驟c所述的鹼為無機鹼或有機鹼，無機鹼選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、 氫氧化鋰、氫氧化銫、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀；有機鹼選 自甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、環己胺、乙二胺或叔 丁胺。
步驟C所述的後處理是在反應液中加入活性炭於35 40'C脫色20 40分鐘後過濾，濾液於8(TC減壓蒸出約1/2醇後，加入酯，降溫至38 40'C析晶4小時，過濾，濾餅用酯洗滌後抽乾，得到溼品，溼品在30 50 。C下於-0.04 -0.09Mpa下真空乾燥3 8小時得到三氯蔗糖。
步驟C中結晶及洗滌濾餅所用的酯選自甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸乙 酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯或丁酸乙酯。
步驟A、 B和C中各主要原料摩爾比為蔗糖乙酸酐催化劑二(三 氯甲基)碳酸酯鹼(步驟C中脫酯反應前加入的鹼)=1: Ll 1.5:0.01
0.05: L5 5.0: 0.5 2.0。
本發明工藝方法運用了對環境友好無汙染新型功能化離子液體作溶 劑，該離子液體經處理後可循環套用，克服了目前工業化生產用易揮發溶 劑DMF、吡啶等溶劑對環境汙染大的缺點；運用功能化的離子液體，還 克服了目前蔗糖-6-乙酸酯氯化過程中氯代衍生物多、氯代收率低的缺點， 大大提高了氯化選擇性，使得氯化單步轉化率在90%以上。
具體實施例方式
實施例1 蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮氣保護下向乾淨的反應釜中分別投入蔗糖3.42Kg和l-甲基-3-甲 氧基咪唑六氟磷酸鹽溶液10L,攪拌溶解，檢測水分含量《0.2%，在15-20 。C下加入1.34Kg醋酐和60g冰乙酸的混合液，反應30min後降溫至0。C加 入10L水，攪拌5min後加入乙二胺中和至pH二9，分出水層，有機層用 2L水洗，合併水層，在30'C以下高真空為5 10pa下濃縮水層，得到蔗糖 -6-乙酸酯，收率為93.5%，經HPLC檢測含量為93.5%,向蔗糖-6-乙酸酯 中加入l-甲基-3甲氧基咪唑四氟硼酸鹽IOL，攪拌均勻後備用。
實施例2 三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮氣保護下向乾淨的反應釜中投入乾燥好的l-甲基-3-甲氧基咪唑 四氟硼酸鹽溶液10L，室溫下投入二(三氯甲基)碳酸酯5.94Kg，攪拌溶解 後在15'C以下緩慢投入上步得到的蔗糖-6-乙酸酯溶液，投料結束後，慢 慢升溫至4(TC保溫2h，保溫畢升溫至8(TC，保持lh，升溫至100'C保溫 5h，降溫，將反應液冷卻到40。C以下，用15L乙酸乙酯分三次萃取三氯 蔗糖-6-乙酸酯中間態化合物，合併乙酸乙酯層，用30%的氫氧化鈉溶液 中和至pH 8~10，攪拌1小時，再用工業鹽酸中和至pH 6.5-7.5，得三氯 蔗糖-6-乙酸酯，減壓回收乙酸乙酯得濃縮物三氯蔗糖-6-乙酸酯糖漿約 5.5Kg，再加入11L乙酸乙酯50。C溶解後在OX:攪拌結晶，分離後晶體烘 幹稱重，加入一倍的水加熱至IOO'C溶解，30min後加入約5n/。(與烘乾晶 體重量之比)活性炭脫色15min,過濾後二次重結晶，分離後晶體加入一 倍的水加熱至9(TC溶解，進行三次重結晶，所得晶體烘乾後即為三氯蔗糖 -6-乙酸酯。收率為68%，經HPLC檢測含量為99.5。/。以上。
實施例3 三氯蔗糖的合成與結晶
l.OKg三氯蔗糖-6-乙酸酯與2.0Kg無水乙醇混合，攪拌溶解後再加入 0.05Kg的三乙胺，加熱至4(TC反應2h，然後加入0.05Kg的活性炭脫色 15min，過濾後濾液加熱至8(TC，蒸餾出一半乙醇後，再加入l.OKg乙酸 丁酯繼續蒸餾至晶體析出，有晶體析出後即停止加熱，冷卻到38 40'C保 持4h，然後過濾，用少量的乙酸乙酯洗滌濾餅後烘乾得到三氯蔗糖成品， 收率不低於90% (以三氯蔗糖-6-乙酸酯計)，經HPLC檢測含量為99.5% 以上。
實施例4 蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮氣保護下向乾淨的反應釜中分別投入蔗糖3.42Kg和1-異丙基-3-乙氧基咪唑四氟硼酸鹽溶液IOL，攪拌溶解，檢測水分含量《0.2%，待降 溫至2(TC，投入配好的醋酐1.34Kg和草酸126g，反應30min後降溫至0 X:加入10L水，用二甲胺中和pH至9，分出水層，有機層用2L水洗，合 並水層，在3(TC以下高真空為5 10pa下濃縮水層，得到蔗糖-6-乙酸酯， 收率為93.8%，經HPLC檢測含量為93.8。/。，再加入l-異丙基-3-乙氧基咪
唑四氟硼酸鹽10L，攪拌均勻後備用。
實施例5 三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮氣保護下向乾淨的反應釜中投入乾燥好的l-異丙基-3-乙氧基咪 唑四氟硼酸鹽溶液10L，室溫下投入二(三氯甲基)碳酸酯5.94Kg，攪拌溶 解後緩慢投入上步得到的蔗糖-6-乙酸酯溶液，控制溫度在15。C以下，投料 結束後，慢慢升溫至45。C保溫2h，保溫畢升溫至85。C，保持lh，升溫至 103。C保溫5h，降溫，待冷卻到4(TC以下後，加入15L乙酸乙酯分三次萃 取三氯蔗糖-6-乙酸酯中間體，合併乙酸乙酯層，加氨水調節pH至8 10， 在15。C保溫1小時得三氯蔗糖-6-乙酸酯，再用酸中和至pH 6.5-7.5,減壓 回收乙酸乙酯得濃縮物得約5.5Kg三氯蔗糖-6-乙酸酯糠漿，再加入11L乙 酸乙酯50。C溶解後在0-C攪拌結晶，分離後晶體烘乾稱重，加入一倍的水 加熱至IO(TC溶解，30min後加入約5% (與烘乾晶體重量之比)活性炭脫 色15min，過濾後二次重結晶，分離後晶體加入一倍的水加熱至9(TC溶解， 進行三次重結晶，所得晶體烘乾後即為三氯蔗糖-6-乙酸酯，收率為69.1%， 經HPLC檢測含量不低於99.5%。
實施例6 三氯蔗糖的合成與結晶
l.OKg三氯蔗糖-6-乙酸酯與2.0Kg無水乙醇混合，攪拌溶解後再加入 0.03Kg的三乙胺，加熱至4(TC反應2h，然後加入0.05Kg的活性炭脫色 15min，過濾後濾液加熱至8(TC，蒸餾出一半乙醇後，再加入1.0Kg醋酸 丁酯繼續蒸餾至晶體析出，有晶體析出後即停止加熱，冷卻到38 40'C保 持4h，然後過濾，用少量的乙酸乙酯洗滌濾餅後烘乾得到三氯蔗糖成品， 收率為91.2%(以三氯蔗糖-6-乙酸酯計)，經HPLC檢測含量不低於99.5%。
權利要求
1、一種環保的三氯蔗糖的合成方法，其特徵在於A、將蔗糖溶解在離子液體中，向蔗糖的離子液體中加入有機酸催化劑和乙酸酐進行酯化反應，再經後處理得到蔗糖-6-乙酸酯；B、在離子液體環境中，二(三氯甲基)碳酸酯與蔗糖-6-乙酸酯在室溫～110℃下進行氯化反應，生成中間態化合物，反應體系冷卻後，加入酯萃取出中間態化合物，得到中間態化合物的酯溶液，中間態化合物的酯溶液經無機鹼中和，中間態化合物轉化為三氯蔗糖-6-乙酸酯，經後處理得到三氯蔗糖-6-乙酸酯；C、將三氯蔗糖-6-乙酸酯溶入醇，再加入鹼於40℃-50℃進行脫酯反應，經後處理得到三氯蔗糖。
2、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於所述的離子液體的結構式為其中R, 、 R2各自獨立的為CrCs的直鏈或支鏈烷基；M為Cr、 Br、 r、 Al2Cl/、 BF4-、 PF6-、 CH3COCT、 CF3S03-、 (CF3S02)2N、 C4F9S03-、 C3F7COO、 CF3COCT、 SbF" (CF3S02) 3CT、 (C2F3S02)3C、 (C2F5S02) 2N-、 AsF6-、 CB函2-或N03-。
3、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於步驟A、步驟B和 步驟C中以摩爾比計，蔗糖乙酸酐有機酸催化劑二(三氯甲基)碳酸 酯鹼=1: 1.1 1.5: 0'01 0.05: L5 5.0: 0.5 2.0。
4、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於步驟A的酯化反應 溫度為0-30。C，所述的有機酸催化劑選自冰乙酸、檸檬酸、草酸、對甲苯 磺酸、苯磺酸、丙二酸、丁二酸、酪酸、苯甲酸或對甲基苯甲酸。
5、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於步驟A中所述的後 處理為酯化反應結束後在15°C以下用有機鹼調節反應體系的pH至9，用 水萃取得蔗糖-6-乙酸酯水溶液，離子液體溶劑經脫水套用，蔗糖-6-乙酸 酯水溶液經減壓脫水，得到蔗糖-6-乙酸酯，有機鹼選自甲胺、二甲胺、三 甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、叔丁胺、環己胺、乙二胺、吡啶、二異丙基乙基胺、哌啶、吡咯、N， N-二甲級吡啶或2， 6-二甲基吡啶。
6、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於步驟B所述的氯化 反應是在室溫將蔗糖-6-乙酸酯的離子液體溶液滴加到二(三氯甲基)碳酸 酯的離子液體溶液中，滴加完畢升溫至40 50'C反應2小時後升溫至80 90。C反應1小時，再升溫至100 11(TC反應5小時，生成中間態化合物。
7、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於步驟B所述的後處 理是將反應體系用無機鹼中和pH至10將中間態化合物分解，減壓回收酯， 濃縮物再加入少量酯在50'C溶解後在(TC攪拌析晶；濾出三氯蔗糖-6-乙酸 酯結晶後於30 5(TC、 -0.04 -0.09Mpa下真空乾燥3 8小時，得到乾燥 的三氯蔗糖-6-乙酸酯。
8、 如權利要求7所述的合成方法，其特徵在於所述的中間態化合 物分解後，用酸將體系中和至pH 6.5-7.5,然後再減壓回收萃取溶劑，所 述的酸選自鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸或氫溴酸。
9、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於所述的步驟C所述 的醇選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、仲丁醇或叔丁醇，所述的鹼 選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化銫、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸 氫鈉、碳酸氫鉀、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、環己 胺、乙二胺或叔丁胺。
10、 如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於步驟C所述的後處 理是在反應液中加入活性炭於35 40'C脫色20 40分鐘後過濾，濾液於 80'C減壓蒸出約1/2醇後，加入酯，降溫至38 4(TC析晶4小時，過濾， 濾餅用酯洗滌後抽乾，得到溼品，溼品在30 5(TC下於-0.04 -0.09Mpa 下真空乾燥3 8小時得到三氯蔗糖，其中結晶及洗滌濾餅所用的酯選自 甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯或丁酸乙酯。
全文摘要
本發明公開了一種三氯蔗糖的綠色合成方法，以蔗糖為起始原料，加入離子液體，在酸性催化劑作用下與乙酸酐酯化反應，生成蔗糖-6-乙酸酯，蔗糖-6-乙酸酯再經在離子液體中用固體三光氣氯代、之後脫酯反應得到三氯蔗糖。本發明工藝環保，產品品質好，操作簡單，生產成本低，是工業化生產的極佳路線。
文檔編號C07H5/02GK101177437SQ20071016455
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月7日 優先權日2007年12月7日
發明者俞陸軍, 盧躍嬌, 吳偉群, 吳朝剛, 李志紅, 李永超, 梅文軍, 申屠有德 申請人:浙江普洛醫藥科技有限公司