CN114292218B - 一种以VA的C20磷盐为原料合成β-胡萝卜素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合成β‑胡萝卜素的方法,该方法以VA的C20磷盐为原料,碱性化合物为助剂,过氧化物为氧化剂,加入铜盐化合物作为添加剂进行氧化偶联反应,反应结束后经过过滤、洗涤等操作便可以得到胡萝卜素晶体。主要解决现有工艺生产中工艺稳定性较差、收率较低等问题,为胡萝卜素的工业化生产提供了一种更加高效、实用的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种以VA的C20磷盐为原料合成胡萝卜素方法。
背景技术
β-胡萝卜素是一种重要的类胡萝卜素,具有较好的抗氧化作用,在生物体内可以转化为2分子的VA,主要应用于食品添加剂和饲料添加剂领域。市场上的β-胡萝卜素主要来源有两种,一种是天然的β-胡萝卜素,来源于发酵提取法;一种是人工合成的胡萝卜素,来源于化学合成。发酵提取法由于产量小,成本高,市场占有量有限;目前大部分胡萝卜素主要通过化学合成,其化学合成和生物发酵占比为80:20。
在β-胡萝卜素的工业化生产中,其主要的合成工艺为C15+C10+C15工艺和C20+C20工艺。其中,C15+C10+C15工艺作为主流工艺被各生产厂家使用;对于C20+C20工艺,其原料为VA,导致该路线原料成本较高,不具备工业化生产的实际意义。然而随着科研工作者对C20+C20工艺的不断优化和创新,各生产厂家正尝试使用VA结晶废料中残留的VA为原料进行胡萝卜素的合成,这样既可以处理在VA工业化生产中所产生的废液,同时大幅度降低了C20+C20工艺的原料成本,实现废料的资源化利用。
在1978年Bernhardt Schulz等人(US4105855)报道了以VA晶体为原料经过成盐反应合成C20磷盐,然后C20磷盐在双氧水为氧化剂,碳酸钠为碱的条件下进行缩合反应,得β-胡萝卜素粗品,经过异构反应得到全反式β-胡萝卜素固体,其收率达到80%,然后将原料VA晶体换为VA结晶废液后,该工艺收率下降至59%,存在明显的下降趋势。此外,双氧水作为氧化剂存在过度氧化β-胡萝卜素固体的想象,使得反应收率无法达到较高水平。在后期各厂家报道的合成工艺中,该工艺路线的总收率均低于60%,而且对于双氧水具有较大的依赖。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种以VA的C20磷盐为原料合成胡萝卜素的方法,提高反应收率。
本发明采用的技术方案如下:
一种以VA的C20磷盐为原料合成胡萝卜素的方法,其步骤包括如下:
a)氮气保护下,将C20磷盐和反应溶剂置于反应瓶中;
b)加入氧化剂和添加剂并开启搅拌,降低反应温度至室温以下;
c)待反应体系达到设定温度后,将碱化合物溶液在一定时间内缓慢加入反应体系;
d)碱化合物溶液加入完毕后,升温至室温,反应一定时间后,停止反应,过滤、洗涤、干燥后得到β-胡萝卜素固体。
本发明的反应方程式如下:
本发明中,步骤a)中所述溶剂优选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、乙腈、DMF等溶剂中的一种或多种。反应溶剂用量为C20磷盐质量的8-20倍,优选8-12倍。
本发明中,步骤b)所述氧化剂优选自叔丁基过氧化氢、过氧化钠、间氯过氧苯甲酸、过氧苯甲酸、过氧乙酸、过氧化苯甲酰等过氧化物中的一种或多种,优选叔丁基过氧化氢;
优选的,所述氧化剂用量为2-10当量(以C20磷盐摩尔量计),优选4-8当量。
本发明中,步骤b)所述添加剂优选自碘化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铜、硫酸铜、氯化铜、溴化铜等铜盐化合物中的一种或多种,优选硫酸铜;
优选的,所述添加剂铜盐化合物用量为1-5mol%(以C20磷盐摩尔量计),优选2-4mol%。
本发明中,步骤b)降温至-15-5℃,优选-5-5℃。
本发明中,步骤c)所述碱化合物优选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、氢氧化钠、甲醇钠、叔丁醇钾、氨水、三乙胺、三乙醇胺等碱性化合物中的一种或多种;
优选的,所述碱化合物的用量为4-12当量(以C20磷盐摩尔量计),优选4-8当量,优选配制成5%的甲醇溶液使用;
所述一定时间为0.5h-3h,优选1-2h。
本发明中,步骤d)所述一定时间为1-6h,优选2-4h。
本发明的有益效果在于:
本发明摒弃传统工艺中对于双氧水作为氧化剂的依赖,通过工艺创新,使用过氧化物/铜盐氧化体系,可以高效的实现胡萝卜素的合成,全工艺反应收率最高达到93%,该氧化条件避免了β-胡萝卜素固体的过度氧化情况。该工艺具备简单、实用、高效、安全的特点,更加适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细描述。
实施例1
氮气保护下,将C20磷盐12.56g(20mmol)置于500ml三口烧瓶中,加入120g水溶解,然后加入叔丁基过氧化氢3.6g(40mmol)和碘化亚铜0.19g(1mmol),将反应温度降低至-15℃,然后滴加含氢氧化钠3.2g(80mmol)的甲醇溶液(质量分数5%),滴加时间为0.5h,随后将反应体系升温至室温,搅拌反应并在室温下反应6h,反应结束后,对反应液进行过滤,洗涤和干燥,得到β-胡萝卜素固体5.02g,收率93.6%。
实施例2
氮气保护下,将C20磷盐12.56g(20mmol)置于500ml三口烧瓶中,加入200g水溶解,然后加入叔丁基过氧化氢14.4g(160mmol)和碘化亚铜0.038g(0.2mmol),将反应温度降低至0℃,然后加入含氢氧化钠3.2g(80mmol)的甲醇溶液(质量分数5%),滴加时间为3h,随后将反应体系升温至室温,搅拌反应并在室温下反应2h,反应结束后,对反应液进行过滤,洗涤和干燥,得到胡萝卜素固体4.3g,收率80.1%。
实施例3
氮气保护下,将C20磷盐12.56g(20mmol)置于500ml三口烧瓶中,加入140g甲醇溶解,然后加入过氧化苯甲酰24.2g(100mmol)和硫酸铜0.096g(0.6mmol),将反应温度降低至-10℃,然后加入含碳酸氢钠16.8g(200mmol)的甲醇溶液(质量分数5%),滴加时间为1h,随后将反应体系升温至室温,搅拌反应并在室温下反应4h,反应结束后,对反应液进行过滤,洗涤和干燥,得到胡萝卜素固体4.53g,收率84.5%。
实施例4
氮气保护下,将C20磷盐12.56g(20mmol)置于500ml三口烧瓶中,加入100g二氯甲烷溶解,然后加入间氯过氧苯甲酸10.4g(60mmol)和碘化亚铜0.114g(0.6mmol),将反应温度降低至5℃,然后加入含三乙胺8.1g(80mmol)的甲醇溶液(质量分数5%),滴加时间为1h,随后将反应体系升温至室温,搅拌反应并在室温下反应3h,反应结束后,对反应液进行过滤,洗涤和干燥,得到胡萝卜素固体4.75g,收率89%。
实施例5
氮气保护下,将C20磷盐12.56g(20mmol)置于500ml三口烧瓶中,加入250g乙酸乙酯溶解,然后加入过氧乙酸6.08g(80mmol)和碘化亚铜0.038g(0.2mmol),将反应温度降低至-10℃,然后加入甲醇钠4.3g(80mmol)的甲醇溶液(质量分数5%),滴加时间为1h,随后将反应体系升温至室温,搅拌反应并在室温下反应5h,反应结束后,对反应液进行过滤,洗涤和干燥,得到胡萝卜素固体4.93g,收率92%。
Claims (11)
1.一种以VA的C20磷盐为原料合成β-胡萝卜素的方法,其步骤包括:
a)将C20磷盐和反应溶剂置于反应瓶中;
b)加入氧化剂和添加剂,降低反应温度至室温以下; 所述氧化剂为过氧化物,所述添加剂选自碘化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铜、硫酸铜、氯化铜、溴化铜中的一种或多种;
c)将碱化合物在一定时间内缓慢加入反应体系;
d)碱化合物加入完毕后,反应一定时间,经后处理得到β-胡萝卜素固体。
2.根据权利要求1所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:步骤a)中所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、乙腈、DMF中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:溶剂用量为C20磷盐质量的8-20倍。
4.根据权利要求1所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:步骤b)所述氧化剂选自叔丁基过氧化氢、过氧化钠、间氯过氧苯甲酸、过氧苯甲酸、过氧乙酸、过氧化苯甲酰中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:所述氧化剂用量为2-10当量,以C20磷盐摩尔量计。
6.根据权利要求1所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:步骤b)所述添加剂用量为1-5mol%,以C20磷盐摩尔量计。
7.根据权利要求1-6任一项所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:步骤b)中降温至-15-5℃。
8.根据权利要求1-6任一项所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:步骤c)所述碱化合物选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、氢氧化钠、甲醇钠、叔丁醇钾、氨水、三乙胺、三乙醇胺中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:所述碱化合物的用量为4-12当量,以C20磷盐摩尔量计。
10.根据权利要求1-6任一项所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:步骤c)所述的一定时间为0.5-3h。
11.根据权利要求1-6任一项所述的合成β-胡萝卜素的方法,其特征是:步骤d)所述一定时间为1-6h。
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