一种β-胡萝卜素的制备方法与流程

一种
β-胡萝卜素的制备方法
技术领域
[0001]
本发明属于化合物制备领域，具体涉及一种β-胡萝卜素的制备方法。


背景技术：

[0002]
β-胡萝卜素是维生素a源物质，可用于医药、食品、化妆品、饲料添加剂、染料行业，具有很好的市场应用前景。目前公开的β-胡萝卜素的制备方法很多，以维生素a及其衍生物为起始原料合成β-胡萝卜素的工艺主要包括wittig缩合反应以及氧化偶联。
[0003]
所述wittig缩合反应的具体过程为将维生素a醇或其衍生物与三芳香基膦反应得到的有机膦盐，之后将该有机膦盐进一步与维生素a醛通过wittig反应缩合得到β-胡萝卜素，具体反应过程如式(1)所示。由于wittig反应要求无水无氧，条件苛刻，且维生素a醛化学性质不稳定，不易工业制备。
[0004]
(1)
[0005]
所述氧化偶联的具体过程为将维生素a醇或其衍生物与三芳香基膦反应得到有机膦盐，之后将两分子的上述有机膦盐通过氧化偶联得到β-胡萝卜素，具体反应过程如式(2)所示。由于β-胡萝卜素结构对称，因此两分子有机膦盐之间进行氧化偶联反应制备β-胡萝卜素的工艺路线更为简洁。
[0006][0007]
cn101081829a和cn101041631a均公开了将维生素a醇或其衍生物的有机膦盐在氧化剂存在下通过氧化偶联反应得到β-胡萝卜素，其中，采用的氧化剂为次氯酸盐、氯酸盐、双氧水、过碳酸钠、氧气或空气。然而，β-胡萝卜素的反应收率都较低。


技术实现要素：

[0008]
发明的目的是为了克服采用现有的方法所得β-胡萝卜素的反应收率较低的缺陷，而提供一种能够提高β-胡萝卜素收率的制备方法。
[0009]
针对维生素a有机膦盐通过氧化偶联反应合成β-胡萝卜素的反应体系，当采用双氧水作为氧化剂时，造成反应收率较低的原因主要归于以下两点：一是因为在碱性条件下特别是在有高价金属离子存在的条件下，双氧水会发生不可控分解，加入的双氧水除了一部分参与反应之外，另一部分则被不可控地分解，从而导致反应不可控；二是因为维生素a有机膦盐在双氧水的氧化下副反应较多。本发明的发明人经过广泛和深入研究之后发现，在维生素a有机膦盐的双氧水氧化偶联反应体系中加入纳米银胶体，所述纳米银胶体同时起作稳定剂和催化剂的作用，不仅能够提高双氧水的稳定性，解决其在碱性条件下不可控分解的问题，而且还能够降低发生副反应的概率，提高维生素a有机膦盐氧化成β-胡萝卜素的选择性。基于此，完成了本发明。
[0010]
具体地，本发明提供了一种β-胡萝卜素的制备方法，该方法包括：将式(1)所示的
维生素a有机膦盐与双氧水在含有纳米银胶体的碱性体系中进行氧化偶联反应；
[0011][0012]
式(1)中，r
1
、r
2
和r
3
各自独立地为脂肪族基团、脂环族基团或芳香族基团，优选各自独立地为c
1
～c
10
的取代或非取代烷基、c
3
～c
10
的取代或非取代环烷烃基或c
6
～c
10
的取代或非取代芳基；x为有机或无机强酸基团，优选为卤素、硫酸根、硫酸氢根、磷酸根、四氟硼酸根、乙酸根、甲苯磺酸根或苯磺酸根。
[0013]
进一步的，所述氧化偶联反应的方式为：将维生素a有机膦盐和碱溶于溶剂中形成混合溶液，之后将纳米银胶体和双氧水的混合液滴入所述混合溶液中，搅拌直至氧化偶联反应完全。
[0014]
进一步的，所述纳米银胶体和双氧水的混合液中纳米银胶体的质量浓度为0.01～0.1％。
[0015]
进一步的，所述纳米银胶体的颗粒大小为2～100nm。
[0016]
进一步的，所述维生素a有机膦盐与碱的摩尔比为1:(1～10)，优选为1:(2～4)。
[0017]
进一步的，所述维生素a有机膦盐与双氧水的摩尔比为1:(1～10)，优选为1:(2～4)。
[0018]
进一步的，所述溶剂选自水、甲醇和乙醇中的至少一种，优选为水。
[0019]
进一步的，所述碱选自氨、碳酸铵、碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物和碱金属醇化物中的至少一种。
[0020]
进一步的，所述碱金属碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。
[0021]
进一步的，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
[0022]
进一步的，所述碱土金属氢氧化物为氢氧化钡。
[0023]
进一步的，所述碱金属醇化物选自甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠和乙醇钾中的至少一种。
[0024]
进一步的，所述氧化偶联反应的条件包括反应温度为-20℃～60℃、优选为0℃～30℃，反应时间为0.5～6h、优选为1～2h。
[0025]
进一步的，本发明提供的β-胡萝卜素的制备方法还包括将氧化偶联反应产物依次进行过滤、水洗、醇洗和重结晶以获得β-胡萝卜素晶体。
[0026]
本发明在采用双氧水氧化维生素a有机膦盐获得β-胡萝卜素的过程中，以纳米银胶体作为稳定剂和催化剂，能够显著提高β-胡萝卜素的选择性和收率。采用本发明提供的方法制备的β-胡萝卜素可用于医药、食品、化妆品、饲料添加剂、染料等领域。
[0027]
本发明的发明人经过广泛和深入研究之后还发现，当将纳米银胶体与双氧水混合添加时，能够在加入氧化偶联反应体系之前实现对双氧水的预稳定，并且无论是在添加过程中还是在氧化偶联反应过程中，双氧水周围均紧密分布有大量纳米银胶体，能够对其起到保护作用以避免分解，从而确保了整个氧化偶联反应过程可控地进行，提高了β-胡萝卜素的选择率和收率。
具体实施方式
[0028]
在本发明中，所述维生素a有机膦盐具有式(1)所示的结构：
[0029][0030]
式(1)中，r
1
、r
2
和r
3
各自独立地为脂肪族基团、脂环族基团或芳香族基团，优选各自独立地为c
1
～c
10
的取代或非取代烷基、c
3
～c
10
的取代或非取代环烷烃基或c
6
～c
10
的取代或非取代芳基，更优选各自独立地为c
1
～c
5
的取代或非取代烷基、c
3
～c
8
的取代或非取代环烷烃基或c
6
～c
10
的取代或非取代芳基；x为有机或无机强酸基团，优选为卤素、硫酸根、硫酸氢根、磷酸根、四氟硼酸根、乙酸根、甲苯磺酸根或苯磺酸根，更优选为氯、溴或硫酸氢根。
[0031]
所述c
1
～c
5
的取代或非取代烷基的具体实例包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基等。所述c
3
～c
8
的取代或非取代环烷烃基的具体实例包括但不限于：环丙烷基、环丁烷基、环戊烷基、环己烷基等。所述c
6
～c
10
的取代或非取代芳基的具体实例包括但不限于：苯基、邻甲苯基、间甲苯基、对甲苯基、邻乙苯基、间乙苯基、对乙苯基、萘基等。
[0032]
在一种具体实施方式中，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为硫酸氢根。
[0033]
在一种具体实施方式中，r
1
、r
2
和r
3
均为环己基，x为溴。
[0034]
在一种具体实施方式中，r
1
、r
2
和r
3
均为甲苯基，x为硫酸氢根。
[0035]
在一种具体实施方式中，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为氯。
[0036]
在一种具体实施方式中，r
1
、r
2
和r
3
均为正丁基，x为溴氢酸根。
[0037]
在一种具体实施方式中，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为硫酸根。
[0038]
在一种具体实施方式中，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为苯磺酸根。
[0039]
所述维生素a有机膦盐可以通过商购得到，也可以按照现有的各种方法制备得到，例如，可以将维生素a醇和/或维生素a脂肪酸酯与有机膦反应得到，具体反应过程和反应条件均为本领域公知，在此不作赘述。
[0040]
在本发明中，所述纳米银胶体同时起作稳定剂和催化剂的作用，一方面能够促使双氧水在碱性条件下稳定存在以解决双氧水在碱性条件下分解不可控而导致氧化偶联反应不可控的问题，另一方面能够促使维生素a有机膦盐氧化成β-胡萝卜的选择性，减少副反应的发生。所述纳米银胶体的颗粒大小为1～100nm，优选为2～100nm。所述纳米银胶体可以单独添加，也可以与维生素a有机膦盐、双氧水或者溶剂混合添加，特别优选与双氧水混合添加。
[0041]
在一种优选实施方式中，所述氧化偶联反应的方式为：将维生素a有机膦盐和碱溶于溶剂中形成混合溶液，之后将纳米银胶体和双氧水的混合液滴入所述混合溶液中，搅拌直至氧化偶联反应完全。其中，所述维生素a有机膦盐与碱的摩尔比优选为1:(1～10)，更优选为1:(2～4)。所述维生素a有机膦盐与双氧水的摩尔比优选为1:(1～10)，更优选为1:(2～4)。所述纳米银胶体和双氧水的混合液中纳米银胶体的质量浓度优选为0.01～0.1％。
[0042]
所述溶剂为能够溶解维生素a有机膦盐、碱和双氧水的惰性液态反应介质，可以为
水和/或能与水互溶的有机溶剂，具体可以为水、c
1
～c
6
的醇等。其中，所述c
1
～c
6
的醇的具体实例包括但不限于：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇等。从原料来源广泛性的角度考虑，所述溶剂优选选自水、甲醇和乙醇中的至少一种，特别优选为水。
[0043]
所述碱可以选自氨、碳酸铵、碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物和碱金属醇化物中的至少一种。其中，所述碱金属碳酸盐具体可以为碳酸钠和/或碳酸钾。所述碱金属氢氧化物具体可以为氢氧化钠和/或氢氧化钾。所述碱土金属氢氧化物具体可以为氢氧化钡。所述碱金属醇化物具体可以选自甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠和乙醇钾中的至少一种。
[0044]
本发明对所述氧化偶联反应的条件没有特别的限定，只要能够使得两分子的维生素a有机膦盐反应生成β-胡萝卜素即可，例如，所述氧化偶联反应的条件包括反应温度可以为-20℃～60℃，优选为0℃～30℃；反应时间可以为0.5～6h，优选为1～2h。其中，当所述双氧水采用滴加的方式加入反应体系中时，滴加过程中体系的温度也需控制在以上范围之内，并且以上反应时间是指滴加完毕之后继续反应的时间。
[0045]
本发明提供的β-胡萝卜素的制备方法还包括将氧化偶联反应产物依次进行过滤、水洗、醇洗和重结晶以获得高纯β-胡萝卜素晶体。其中，所述水洗和醇洗的温度各自独立地为50～70℃。所述醇洗所采用的醇可以为甲醇和/或乙醇。所述重结晶所采用的溶剂可以为二氯甲烷。
[0046]
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
[0047]
实施例1
[0048]
将500ml浓度为0.5mol/l的碳酸钾水溶液和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三苯基膦硫酸氢盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为硫酸氢根)水溶液混合，在15℃下，滴加0.1mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.01％(w％)纳米银胶体(2～100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在15℃反应1h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体4.48g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为98.9％(w％)，总收率为66.1％(基于膦盐收率下同)。
[0049]
实施例2
[0050]
将500ml浓度为0.5mol/l的氢氧化钾水溶液和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三环己基溴氢酸盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为环己基，x为溴)水溶液混合，在15℃下，滴加0.05mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.01％(w％)纳米银胶体(2～100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在15℃反应2h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体3.66g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为98.0％(w％)，总收率为53.5％(基于膦盐收率)。
[0051]
实施例3
[0052]
将500ml浓度为0.25mol/l的碳酸钠水溶液和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三甲苯基膦硫酸氢盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为甲苯基，x为硫酸氢根)水溶液混合。在15℃下，滴加0.125mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.1％(w％)纳米银胶体(2～
100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在15℃反应2h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三甲苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体5.16g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为98.4％(w％)，总收率为75.6％(基于膦盐收率)。
[0053]
实施例4
[0054]
将500ml浓度为0.1mol/l的甲醇钠甲醇溶液和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三苯基膦盐酸盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为氯)甲醇溶液混合。在-20℃下，滴加0.15mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.05％(w％)纳米银胶体(2～100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在-20℃反应3h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三甲苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体3.35g。根据《gb8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为97.4％(w％)，总收率为48.6％(基于膦盐收率)。
[0055]
实施例5
[0056]
将500ml浓度为0.25mol/l的碳酸钾溶液(乙醇:水体积比＝1:1)和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三苯基膦盐酸盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为氯)溶液(乙醇:水体积＝1:1)混合，在60℃下，滴加0.25mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.1％(w％)纳米银胶体(2～100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在60℃反应2h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三甲苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体3.59g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为98.4％(w％)，总收率为52.6％(基于膦盐收率)。
[0057]
实施例6
[0058]
将500ml浓度为0.25mol/l的碳酸铵水溶液和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三丁基膦溴氢酸盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为正丁基，x为溴)水溶液混合。在5℃下，滴加0.25mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.1％(w％)纳米银胶体(2～100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在5℃反应4h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三甲苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体3.53g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为98.1％(w％)，总收率为51.6％(基于膦盐收率)。
[0059]
实施例7
[0060]
将250ml浓度为0.1mol/l的碳酸铵水溶液和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三苯基硫酸盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为硫酸根)水溶液混合。在0℃下，滴加0.05mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.1％(w％)纳米银胶体(2～100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在5℃反应5h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三甲苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体3.29g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为95.1％(w％)，总收率为46.6％(基于膦盐收率)。
[0061]
实施例8
[0062]
将500ml浓度为0.2mol/l的碳酸铵水溶液和250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三苯
基苯磺酸盐(具有式(1)所示的结构，r
1
、r
2
和r
3
均为苯基，x为苯磺酸根)水溶液混合。在30℃下，滴加0.15mol双氧水(30％/w％)，双氧水中含有0.1％(w％)纳米银胶体(2～100nm)，滴加完毕后将反应温度保持在30℃反应6h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三甲苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体3.08g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为92.1％(w％)，总收率为42.3％(基于膦盐收率)。
[0063]
对比例1
[0064]
在5℃下，往250ml浓度为0.1mol/l的维生素a三苯基苯硫酸盐的甲醇:水＝1:1(w:w)溶液中同时滴加10％有效氯的次氯酸钠水溶液25.5g与饱和碳酸钠水溶液，饱和碳酸钠水溶液的量以保证反应结束后ph值在8-10之间，滴加完毕后将反应温度保持在5℃下反应4h。反应完成后，将沉淀物过滤出来，用65℃温水洗涤、过滤，再用甲醇在50～60℃洗涤处理以除去三甲苯基氧膦，之后将β-胡萝卜素溶解到二氯甲烷中，浓缩、结晶干燥得β-胡萝卜素晶体2.75g。根据《gb 8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为98.2％(w％)，总收率为40.2％(基于膦盐收率)。
[0065]
对比例2
[0066]
按照实施例3的方法制备β-胡萝卜素，不同的是，未在双氧水中加入纳米银胶体，其余条件与实施例3相同，得到β-胡萝卜素晶体2.87g。根据《gb8821-2011》检测，β-胡萝卜素的含量为92.5％(w％)，总收率为39.5％(基于膦盐收率)。
[0067]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除