CN103113426B - 一锅法制备甜味剂三氯蔗糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一锅法制备甜味剂三氯蔗糖的方法。该方法以蔗糖为原料在酸性催化剂和溶剂存在下利用硼酐进行蔗糖-6-羟基保护，中间产物该硼酸二蔗糖酯不经分离，直接用氯化亚砜氯代反应制备硼酸六氯二蔗糖酯，然后水解制备三氯蔗糖。本发明将蔗糖的-6-位羟基选择性保护、氯代、水解三种反应一锅内依次完成来制备三氯蔗糖，工艺简便，同时减少了废水排放，所得三氯蔗糖产品纯度高，收率高，成本低，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种甜味剂三氯蔗糖的生产方法，尤其涉及利用硼酐一锅法制备三氯蔗糖的方法，属于食品添加剂生产技术领域。
背景技术
三氯蔗糖（Trichlorosucrose）是一种卤代蔗糖衍生物，化学名称为1′,6′-二氯-1′,6′-二脱氧-β-D-呋喃果糖-4-氯-4-脱氧-2-D-吡喃果糖，是由英国泰莱公司（Tate＆Lyle）与伦敦大学Hough L教授研制，于1976年提出新型甜味剂的专利申请。三氯蔗糖的结构式如下：
三氯蔗糖
三氯蔗糖的口感醇和浓郁，十分接近蔗糖，甜味特性曲线几乎与蔗糖重叠，没有任何苦味，并且甜度可达蔗糖的600倍。三氯蔗糖为白色结晶性粉末，熔点130度，易溶于水和醇，溶解过程中不起泡，三氯蔗糖十分稳定，室温下干燥环境中可贮藏4年，即使在酸性水溶液中，储存一年也不会发生变化。三氯蔗糖既可单独使用，也可和其它甜味剂混合使用，在使用过程中不仅不会对食物产生不良影响，还能掩盖一些食物的苦涩等不愉快味道。另外，三氯蔗糖具有独特的优点，如三氯蔗糖所含热量低，不易被消化吸收，不容易产生龋齿，不像果糖和麦芽糖那样可以导致多种疾病；三氯蔗糖作为一种非营养型甜味剂，其本身无能量、甜度高，可供心血管病和糖尿病患者食用；同时三氯蔗糖安全性能高，毒理研究表明其没有致畸性、突变性、致癌性、繁殖毒性和神经毒性，对动物的血糖水平和胰岛素分泌也无任何影响。
十九世纪80年代中期，三氯蔗糖接受国际安全小组评估，研究表明它对鱼类和水生生物均无害处，并可生物降解，确认其对于广泛用途而言是安全的。1991年加拿大率先批准使用三氯蔗糖，中国于1997年7月1日批准使用，美国食品药品监督管理局1998年3月21日批准三氯蔗糖作为食品添加剂使用。目前三氯蔗糖广泛应用于饮料、口香糖、乳制品、蜜饯、糖浆、面包、糕点、冰淇淋、果酱、果冻、布丁等食品中。三氯蔗糖作为甜味剂的代表产品，是迄今为止最好的非营养型超强甜味剂，市场需求量大。但是三氯蔗糖国内产量低，大多数依赖于进口，因而导致三氯蔗糖仅用于高档食品而得不到广泛应用。
三氯蔗糖的制备方法主要有三苯甲基化法、单酯化法、蔗糖衍生物氯化法、生物法和棉籽三糖法，以上方法合成步骤多，工艺流程复杂，化学酶法发酵繁琐并且难于进行中间产物的纯化。以上方法中只有单酯化法具有工业化生产意义，该方法是以蔗糖为起始原料，原乙酸三甲酯保护、转位制备蔗糖-6-乙酸酯单酯，进而氯代、脱乙酰基得到三氯蔗糖，化学反应方程式如下：
该方法使用原乙酸三甲酯于低温下对蔗糖的4,6-二羟基双保护，同时产生甲醇。而体系中存在的甲醇导致该步反应转化率低，而试图通过升温移除甲醇又会产生大量的酯交换副产物，所以该步收率仅有50%左右。并且需要利用叔丁胺-水体系转位制备单酯化产品蔗糖-6-乙酸酯，后处理复杂，不利于工业化生产。
中国专利文件CN101812095A公开了一种采用乙酰化试剂来制备三氯蔗糖的方法，包括三个步骤：(一)酰化反应，蔗糖与乙酰化试剂反应生成蔗糖-6-乙酸酯，(二)氯化反应，将上一步得到的蔗糖-6-乙酸酯经氯化反应得到三氯蔗糖-6-乙酸酯，(三)脱乙酰基反应，将上一步得到的三氯蔗糖-6-乙酸酯经脱乙酰基反应得到三氯蔗糖。该技术方案的酰化反应中选用乙烯酮气体作为乙酰化试剂，乙烯酮为危险性原料，操作不便。并且酰化、氯化、水解三步操作工艺繁杂，不利于工业化生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种工艺简便、产品收率高的一锅法制备甜味剂三氯蔗糖的方法。
本发明是一种利用硼酐进行蔗糖-6-羟基选择性单保护进而氯代制备三氯蔗糖的方法。
本发明的技术方案如下：
一种制备式（I）三氯蔗糖的方法，通过使式（II）蔗糖在酸性催化剂存在下与硼酐酯化得到式（III）的硼酸二蔗糖酯，
该硼酸二蔗糖酯不经分离，在同一个反应釜内直接与氯化亚砜氯代反应制备式（IV）的硼酸六氯二蔗糖酯，然后水解制备三氯蔗糖（I）。
更为详细的，一种制备三氯蔗糖的方法，包括步骤如下：
（1）氮气保护下，向干燥的反应容器中依次加入溶剂、蔗糖、酸性催化剂，
（2）在温度为0℃～10℃下加入硼酐，10℃～20℃保温反应2～4小时，液相检测蔗糖转化完全，生成硼酸二蔗糖酯；然后，
（3）在温度-10℃～20℃下滴加氯化亚砜，从20℃至150℃分阶段升温保温进行氯代反应，生成硼酸六氯二蔗糖酯，液相检测氯代转化完全，减压蒸馏回收部分溶剂，冷却,
（4）加入饱和无机盐水溶液水解硼酸六氯二蔗糖酯生成三氯蔗糖，用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和氯化钠水溶液洗涤两次后，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，回收乙酸乙酯，得到三氯蔗糖粗品；
（5）将三氯蔗糖粗品用95wt%乙醇和活性炭脱色，趁热过滤，冷却析出三氯蔗糖纯品。
根据本发明，优选的，步骤（1）中的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)，溶剂的量与所述蔗糖的质量比为溶剂：蔗糖=4～15:1。
根据本发明，优选的，步骤（1）中所述酸性催化剂是对甲基苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸、浓硫酸、三氟乙酸之一或组合。优选的所述酸性催化剂量与蔗糖的摩尔比为0.001～0.02:1。进一步优选所述酸性催化剂量与蔗糖的摩尔比为0.005～0.01:1。
以上所述浓硫酸具有本领域公知的含义，即为质量百分比大于等于70%的硫酸溶液。
根据本发明，优选的，步骤（2）中加入硼酐与步骤（1）的蔗糖的摩尔比为（0.3～0.5）:1，进一步优选硼酐：蔗糖的摩尔比为（0.35～0.45）:1。
根据本发明，优选的，步骤（2）中加入硼酐的温度为5℃～6℃，保温15℃反应时间2～3小时。如液相检测蔗糖转化不完全则可适当延长反应时间。
根据本发明，优选的，步骤（2）中加入硼酐是分批加入，2～4批为佳，间隔30min。
根据本发明，优选的，步骤（3）滴加氯化亚砜的温度为的0℃～10℃，进一步优选5℃。
根据本发明，优选的，步骤（3）所述的分阶段升温保温反应是分三个阶段进行：20℃～30℃反应2～3h,70℃～90℃反应2～3h,120℃～150℃反应3～4h。如液相检测氯代转化不完全则可适当延长反应时间。
根据本发明，优选的，步骤（4）所述的饱和无机盐水溶液是饱和氯化钠水溶液、饱和氯化铵水溶液、饱和氯化钾水溶液或饱和硫酸钠水溶液；进一步优选饱和氯化钠水溶液。
本发明方法中所述的液相检测是利用液相色谱仪（紫外检测器）进行反应监控和纯度检测。按现有技术。
本发明的技术特点在于：利用硼酐在溶剂（N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺）、酸性催化下对蔗糖进行选择性保护，低位阻、高活性的蔗糖-6-位羟基优先与硼酐酯化，得到硼酸二蔗糖酯。该硼酸二蔗糖酯不经分离，在N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺体系下直接滴加氯化亚砜进行氯代反应，而根据羟基的活性不同分阶段升温氯代制备硼酸六氯二蔗糖酯，然后利用硼酸酯易于水解和三氯蔗糖易溶于水的特性，直接加入饱和无机盐水溶液水解，一锅法制备三氯蔗糖。本发明将蔗糖的6-位羟基保护、氯代、水解于一锅内进行，工艺过程简便，产品收率高。
本发明的方法反应式如下：
本发明的优良效果在于：三氯蔗糖产品收率高、工艺简便环保。本发明在同一反应釜内，利用硼酐在溶剂DMF、酸性催化下，将蔗糖的-6-位羟基选择性保护、氯代、水解三种反应于一锅内进行依次完成，产品收率高，工艺过程简便，并且减少了废水排放，经济环保。用该一锅法制备的三氯蔗糖产品纯度高，HPLC纯度可达99.0%以上，收率可高达80%以上，成本低，适于工业化生产，对提高我国三氯蔗糖的工业生产水平有重要意义。
附图说明
图1是三氯蔗糖标准品的HPLC液相图谱，图2是实施例1利用硼酐一锅法制得三氯蔗糖样品的HPLC液相图谱。
具体实施方式
以下结合实施例详细说明了本发明，但本发明不仅局限于此。
实施例中，起始原料蔗糖为白色结晶性粉末固体，水份小于1000ppm，市购产品。液相检测：利用岛津液相色谱仪进行反应监控和纯度检测，仪器型号为LC-20AT,色谱柱为C18柱ODS(250mm×4.6mm×5μm),流动相为乙腈:水=85:15体积比;检测波长为220nm。
实施例1
氮气保护下，向干燥的1000毫升玻璃烧瓶中依次加入200克N,N-二甲基甲酰胺、34.2克（0.1摩尔）蔗糖、0.14克对甲基苯磺酸。保持0℃～10℃,分批加入2.31克（0.034摩尔）硼酐，10℃～20℃保温反应3小时，液相检测蔗糖转化完全；然后冰水冷却，保持0℃～10℃,滴加39.3克（0.33摩尔）氯化亚砜，滴毕，分阶段升温反应，于20℃～30℃搅拌反应2小时，70℃～90℃搅拌反应2小时，120℃～150℃搅拌反应3小时，减压蒸馏回收约150克溶剂，冷却至室温。加入120克饱和氯化钠水溶液，室温下搅拌水解3小时；加入乙酸乙酯萃取三次，共用乙酸乙酯130克，合并有机相，用30克饱和氯化钠水溶液洗涤两次，彻底除去硼酸。有机相用12克无水硫酸钠干燥，过滤，回收乙酸乙酯，得到三氯蔗糖粗品。加入60克95%乙醇和1克活性炭70℃脱色30分钟，趁热过滤，滤液冷却，过滤，得到33.1克三氯蔗糖，结晶性白色粉末固体，纯度为99.1%，收率83.3%，熔点为84～85℃。产品经过和标准品比对，样品保留时间相同，参见附图1、图2。
实施例2
如实施例1所述，所不同的是，酸性催化剂选用甲基磺酸，以80毫克甲基磺酸代替实施例1中的0.14克对甲基苯磺酸进行反应，制备步骤及条件同实施例1，所得产品纯度和收率见表1。
实施例3
如实施例1所述，所不同的是，酸性催化剂选用98%浓硫酸，以80毫克98%浓硫酸代替实施例1中的0.14克对甲基苯磺酸进行反应，制备步骤及条件同实施例1，所得产品纯度和收率见表1。
实施例4
如实施例1所述，所不同的是，酸性催化剂选用三氟乙酸，以91毫克三氟乙酸代替实施例1中的0.14克对甲基苯磺酸进行反应，制备步骤及条件同实施例1，所得产品纯度和收率见表1。
实施例5
如实施例1所述，所不同的是，蔗糖与硼酐的摩尔比不同，以2.65克硼酐代替实施例1中的2.31克硼酐进行反应，制备步骤及条件同实施例1，所得产品纯度和收率见表1。
实施例6
如实施例1所述，所不同的是，蔗糖与硼酐的摩尔比不同，以2.04克硼酐代替实施例1中的2.31克硼酐进行反应，制备步骤及条件同实施例1，所得产品纯度和收率见表1。
实施例7
如实施例1所述，所不同的是，以N,N-二甲基乙酰胺作为溶剂，以200克N,N-二甲基乙酰胺代替实施例1中的200克N,N-二甲基甲酰胺进行反应，制备步骤及条件同实施例1，所得产品纯度和收率见表1。
实施例8
如实施例1所述，所不同的是，以饱和氯化铵水溶液进行硼酸六氯二蔗糖酯的水解，以120克饱和氯化铵水溶液代替实施例1中的120克饱和氯化钠水溶液进行水解，制备步骤及条件同实施例1，所得产品纯度和收率见表1。
表1、本发明利用硼酐一锅法制备的三氯蔗糖
Claims (9)
1.一种制备三氯蔗糖的方法，包括步骤如下：
（1）氮气保护下，向干燥的反应容器中依次加入溶剂、蔗糖、酸性催化剂；
所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺；
所述酸性催化剂是对甲基苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸、浓硫酸、三氟乙酸之一或组合；
所述酸性催化剂量与蔗糖的摩尔比为0.001~0.02:1；
（2）在温度为0℃~10℃下加入硼酐，加入硼酐与步骤（1）的蔗糖的摩尔比为（0.3~0.5）:1，10℃~20℃保温反应2~4小时，液相检测蔗糖转化完全，生成硼酸二蔗糖酯；然后，
该硼酸二蔗糖酯不经分离，在同一个反应釜内直接与氯化亚砜氯代反应制备硼酸六氯二蔗糖酯：
（3）在温度-10℃~20℃下滴加氯化亚砜，从20℃至150℃分阶段升温保温进行氯代反应，生成硼酸六氯二蔗糖酯，液相检测氯代转化完全，减压蒸馏回收部分溶剂，冷却，
（4）加入饱和无机盐水溶液水解硼酸六氯二蔗糖酯生成三氯蔗糖，用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和氯化钠水溶液洗涤两次后，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，回收乙酸乙酯，得到三氯蔗糖粗品；
（5）将三氯蔗糖粗品用95wt%乙醇和活性炭脱色，趁热过滤，冷却析出三氯蔗糖纯品。
2.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（1）中所述溶剂的量与所述蔗糖的质量比为溶剂：蔗糖=4~15:1。
3.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（2）中加入硼酐与步骤（1）的蔗糖的摩尔比为（0.35~0.45）:1 。
4.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（2）中加入硼酐的温度为5℃~6℃，保温15℃反应时间2~3小时。
5.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（2）中加入硼酐是分2~4批加入，间隔30min。
6.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（3）滴加氯化亚砜的温度为0℃~10℃。
7.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（3）滴加氯化亚砜的温度为5℃。
8.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（3）所述的分阶段升温保温反应是分三个阶段进行：20℃~30℃反应2~3h,70℃~90℃反应2~3h,120℃~150℃反应3~4h。
9.如权利要求1所述的制备三氯蔗糖的方法，其特征在于步骤（4）所述的饱和无机盐水溶液是饱和氯化钠水溶液、饱和氯化铵水溶液、饱和氯化钾水溶液或饱和硫酸钠水溶液。
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Denomination of invention: Method for preparing Sweetener Sucralose by one pot method Effective date of registration: 20211229 Granted publication date: 20150121 Pledgee: Shandong Tonghong import and Export Co.,Ltd. Pledgor: Xinfa pharmaceutical Co.,Ltd. Registration number: Y2021980016873 |
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Denomination of invention: One-pot method for preparing sweetener sucralose Effective date of registration: 20220729 Granted publication date: 20150121 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Co., Ltd. Dongying Kenli Sub-branch Pledgor: Xinfa pharmaceutical Co.,Ltd. Registration number: Y2022980011404 |
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