CN114292218B - 一种以VA的C20磷盐为原料合成β-胡萝卜素的方法 - Google Patents

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

一种以VA的C20磷盐为原料合成β-胡萝卜素的方法

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。