一种β-胡萝卜素的制备方法与流程

有机化合物处理,合成应用技术一种β-胡萝卜素的制备方法技术领域1.本发明属于精细化工领域，具体涉及一种β-胡萝卜素的制备方法。背景技术：2.β-胡萝卜素，作为一种非维生素a源类胡萝卜素，在饲料添加剂、食品着色剂、营养助剂等领域广泛应用，具有解毒和抗氧化作用，是维持人体健康必不可少的营养素。化学合成可以快速得到类胡萝卜素产品，产量较大，能够较好满足市场需求。3.德国basf公司采用c15+c10路线合成β-胡萝卜素，具体如下所示：[0004][0005]通过wittig反应合成β-胡萝卜素，虽然在制备工艺上操作简单，但体系中含有的多烯烃杂质及三苯基氧膦副产物使得精制困难，且含有的顺式异构体在异构转化时也存在一定的挑战。产生的副产三苯基氧磷，与产物混合在一块，要回收需要使用光气法且回收成本高，在国内生产受到制约。[0006]julia法是以砜化合物形成双键，制备类胡萝卜素的高效方法，可得到较多反式异构体，且反应过程简单且产物易于提纯(angew.chem.int.ed.2001,40,3627；j.org.chem.1999,64,8051)。但julia法中，使用到如双氧水等的强氧化剂，这对于β-胡萝卜素这样的多烯烃化合物来说，存在氧化变质的问题。[0007]bernhard schulz(usp 4105855)发展了一种两分子有机膦盐缩合偶联制备胡萝卜素的方法，然而该反应存在以下不足：使用到了双氧水这一强氧化剂，容易破坏生成的β-胡萝卜素，同时双氧水价格较高，生产成本增高，在安全性上，高浓度的双氧水反应时容易分解，存在爆炸后果，生产安全系数很低。[0008]如何开发一种反应条件温和、操作简单且合成高效的β-胡萝卜素的制备方法具有较大意义。技术实现要素：[0009]为解决上述问题，本发明提供了一种β-胡萝卜素的制备方法，该方法可有效防止β-胡萝卜素氧化变质，提高产品全反式占比，全反式含量可≥96％。[0010]为达到以上发明目的，本发明采用如下技术方案：[0011]一种β-胡萝卜素的制备方法，以维生素a醇为原料，经过氧化剂氧化得中间体维生素a醛，然后在二价钛盐作用下发生偶联反应生成β-胡萝卜素。[0012]本发明中，所述氧化剂为mno2-ki/nai-tio2,以tio2为载体，mno2为氧化成分，碘化物为活性成分。[0013]本发明中，所述的氧化剂的制备方法包括以下步骤：[0014](a)将mno2、碘化物及络合剂加入到80-90％的乙醇水溶液中，混合均匀；[0015](b)将钛酸酯缓慢滴加到步骤(1)中所得混合物中，室温下剧烈搅拌6-10h后，将反应液陈化，得到二氧化钛凝胶；[0016](c)将步骤(3)所得的凝胶经干燥、焙烧得到氧化剂。[0017]本发明中，所述步骤(b)中，陈化时间为2-5天。[0018]本发明中，所述步骤(c)中干燥可在80-100℃，真空度0.01-0.05mpa干燥10-20h，研磨成粉末，在200-300℃下焙烧4.0-10.0h，再次研磨得到氧化剂。[0019]本发明中，所述碘化物为碘化钠或碘化钾，其用量为mno2质量的0.1-1倍。[0020]本发明中，碘化物作为活性组分可以实现β-胡萝卜素顺式异构体向反式异构体的转化，在反应溶液中，mno2-ki/nai-tio2体系的碘离子被弱氧化条件下，可以原位生成较长寿命的自由基，有助于碘消除反应的进行，实现13-顺式及15-顺式向全反式异构体的有效转化。因为没有使用碘单质，避免了升华和凝华等问题的出现，使操作更加简单。[0021]本发明中，所述络合剂为聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮，其用量为mno2质量的1.0-5.0倍；[0022]本发明中，所述的钛酸酯为钛酸四丙酯、钛酸四丁酯、钛酸四辛酯或钛酸四异丙酯，其用量为mno2质量的10-50倍；[0023]本发明中，所述研磨为球研磨，研磨时间为2-5h，研磨所得钛基氧化剂的粒径为10-500un，优选50-100um。[0024]所述维生素a醇结构如式i所示：[0025][0026]本发明中，氧化反应使用的溶剂为水、脂肪烃(己烷、庚烷、石油醚、戊烷)、芳香烃(甲苯、二甲苯)、氯代烃(二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷)中的一种或多种。[0027]本发明中，氧化剂与维生素a醇的质量比为1-20：1，优选2-5：1。[0028]本发明中，氧化反应的反应温度为0-100℃，优选20-50℃；反应时间为5-10h；[0029]本发明中，维生素a醛在二价钛盐的作用下进行偶联反应制备β-胡萝卜素。[0030]二价钛盐是由高价钛盐在四氢呋喃中用锌粉还原制得。[0031]所述高价钛盐为高于二价的钛盐，如三价钛盐、四价钛盐，可选自三氯化钛、四氯化钛等。[0032]高价钛盐和锌粉可直接加入到反应体系中。[0033]本发明中，高价钛盐与锌粉的质量比为0.05-0.3:0.01-0.2，其中优选0.05-0.2:0.1-0.15。反应温度为20-80℃，优选30-50℃；反应时间为2-5h；[0034]本发明中，维生素a醇与高价钛盐的质量比为1：0.05-0.3。[0035]优选的，所述偶联反应中加入有锌粉，锌粉的加入不仅可以生成二价钛盐，还可以除去碘自由基，减少对于下一步反应的影响。[0036]偶联反应后经分离纯化得到β-胡萝卜素。分离纯化操作为加入稀盐酸和萃取剂，萃取剂为甲苯、二氯甲烷、庚烷，分出有机层后，经水洗干燥，浓缩后得到β-胡萝卜素产品。[0037]本发明中，二氧化锰中锰处于锰元素的中间价态，氧化性相对不是特别剧烈，二氧化锰作为一种温和的氧化剂，可以将va醇中的丙烯基醇氧化为丙烯基醛而无过度氧化现象，且对于va醇中的多烯烃结构无氧化作用，这将保证va醛在下一步偶联过程中的纯度。[0038]本发明的有益效果在于：[0039]1、工艺方面：反应分离收率(＞90％)且全反式占比大(＞98％)，除杂过程简单。产品品质好，可供食品、医药使用。[0040]2、成本方面：异构催化剂碘盐廉价易得，工艺成本低；反应一锅完成，设备无特殊要求，设备成本降低，人员操作便捷。[0041]3、安全性方面：该工艺相较之前的工艺路线，无强氧化剂的使用，操作风险低且氧化剂后处理简单，对环境污染小。具体实施方式[0042]下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其它任何公知的改变。[0043]液相色谱表征：安捷伦1260型液相色谱仪，色谱柱sphersorb c18柱(4.6*250mm)，紫外可见分光检测器hitachi l7420，色谱工作站数据处理系统chomatopac c-ria，固定相zorbax-sil。色谱条件：流动相为甲醇/乙腈＝8/2(v/v)混合溶剂，检测温度40℃，流速1ml/min，波长455nm。对产品组成进行定性定量分析。[0044]以下实施例和对比例所用的主要原料信息如下：[0045]维生素a醇，新和成，98％；[0046]钛酸四丙酯，钛酸四丁酯，mno2，碘化钠，碘化钾，分析纯，安耐吉；[0047]聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮，阿拉丁；[0048]乙醇、己烷、庚烷、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷，分析纯，国药；[0049]下面将结合具体实施例对本发明作详细描述。[0050]制备例1[0051]锰系氧化剂i:向2l三口瓶中依次加入10.0g mno2、5.0g nai、10.0g聚乙二醇和100ml80％乙醇水溶液，混合均匀后得到溶液a。将100.0g钛酸四丙酯加入到100ml无水乙醇中，混合均匀后缓慢滴入到混合溶液a中，剧烈搅拌6.0h，得到的混合溶液b室温下陈化2天，得到二氧化钛凝胶；经80℃、0.05mpa真空干燥12.0h后，研磨得到粉末，随后在200℃条件下焙烧4.0h，再次研磨得到锰系氧化剂i。经过xrd扫描后得出锰系氧化剂i平均粒径为90.6um。[0052]锰系氧化剂ii:向2l三口瓶中依次加入20.0g mno2、2.0g nai、40.0g聚乙二醇和200ml80％乙醇水溶液，混合均匀后得到溶液a。将500.0g钛酸四丁酯加入到500ml无水乙醇中，混合均匀后缓慢滴入到混合溶液a中，剧烈搅拌10.0h，得到的混合溶液b室温下陈化5天，得到二氧化钛凝胶；经95℃、0.05mpa真空干燥12.0h后，研磨得到粉末，随后在280℃条件下焙烧6.0h，再次研磨得到锰系氧化剂ii。经过xrd扫描后得出锰系氧化剂i平均粒径为230.5um。[0053]锰系氧化剂iii:向2l三口瓶中依次加入10.0g mno2、6.0g ki、50.0g聚乙二醇和100ml80％乙醇水溶液，混合均匀后得到溶液a。将200.0g钛酸四丙酯加入到200ml无水乙醇中，混合均匀后缓慢滴入到混合溶液a中，剧烈搅拌8.0h，得到的混合溶液b室温下陈化4天，得到二氧化钛凝胶；经100℃、0.05mpa真空干燥12.0h后，研磨得到粉末，随后在300℃条件下焙烧5.0h，再次研磨得到锰系氧化剂iii。经过xrd扫描后得出锰系氧化剂i平均粒径为30.1um。[0054]锰系氧化剂iv:向2l三口瓶中依次加入5.0g mno2、2.0g nai、12.5g聚乙烯吡咯烷酮和100ml80％乙醇水溶液，混合均匀后得到溶液a。将250.0g钛酸四丁酯加入到250ml无水乙醇中，混合均匀后缓慢滴入到混合溶液a中，剧烈搅拌9.0h，得到的混合溶液b室温下陈化2天，得到二氧化钛凝胶；经80℃、0.05mpa真空干燥12.0h后，研磨得到粉末，随后在240℃条件下焙烧10.0h，再次研磨得到锰系氧化剂iv。经过xrd扫描后得出锰系氧化剂i平均粒径为122.6um。[0055]锰系氧化剂v:向2l三口瓶中依次加入10.0g mno2、5.0g ki、30.0g聚乙烯吡咯烷酮和200ml80％乙醇水溶液，混合均匀后得到溶液a。将300.0g钛酸四丁酯加入到300ml无水乙醇中，混合均匀后缓慢滴入到混合溶液a中，剧烈搅拌8.0h，得到的混合溶液b室温下陈化3天，得到二氧化钛凝胶；经85℃、0.05mpa真空干燥12h后，研磨得到粉末，随后在250℃条件下焙烧8.0h，再次研磨得到锰系氧化剂i。经过xrd扫描后得出锰系氧化剂i平均粒径为86.3um。[0056]实施例1：[0057]制备β-胡萝卜素：[0058]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇2.0g，己烷40.0g和20.0g锰系氧化剂i，10℃下反应5.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.6g三氯化钛和0.4g锌粉，在30℃下搅拌反应2.0h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品1.94g，用93.1g丙酮重结晶得1.75gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率95.1％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为98.2％。[0059]实施例2：[0060]制备β-胡萝卜素：[0061]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇1.0g，甲苯20.0g和5.0g锰系氧化剂i，50℃下反应6.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.25g三氯化钛和0.1g锌粉，在50℃下搅拌反应3.5h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品0.99g，用34.5g丙酮重结晶得0.85gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率92.5％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为99.1％。[0062]实施例3：[0063]制备β-胡萝卜素：[0064]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇2.0g，二氯甲烷20.0g和10.0g锰系氧化剂ii，20℃下反应10.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.15g三氯化钛和0.25g锌粉，在60℃下搅拌反应5.0h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品2.02g，用75.6g丙酮重结晶得1.66gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率90.2％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为99.5％。[0065]实施例4：[0066]制备β-胡萝卜素：[0067]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇2.0g，水20.0g，二氯甲烷20g和20.0g锰系氧化剂iii，80℃下反应8.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.1g三氯化钛和0.3g锌粉，在45℃下搅拌反应4.5h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品2.11g，用83.4g丙酮重结晶得1.71gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率93.2％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为98.6％。[0068]实施例5：[0069]制备β-胡萝卜素：[0070]在氮气保护下，向500ml反应瓶中，依次加入维生素a醇5.0g，甲苯50.0g，水50.0g和20.0g锰系氧化剂iii，30℃下反应6.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入1.2g三氯化钛和0.9g锌粉，在25℃下搅拌反应4.0h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品5.01g，用100.6g丙酮重结晶得4.15gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率90.5％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为98.5％。[0071]实施例6：[0072]制备β-胡萝卜素：[0073]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇2.0g，戊烷40.0g和10.0g锰系氧化剂iv，25℃下反应9.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.5g三氯化钛和0.3g锌粉，在60℃下搅拌反应2.0h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品1.94g，用73.1g丙酮重结晶得1.73gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率94.0％，hplc定量检测检测β-胡萝卜素全反式占比为98.2％。[0074]实施例7：[0075]制备β-胡萝卜素：[0076]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇2.0g，三氯甲烷40.0g和2.0g锰系氧化剂v，25℃下反应10.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.2g三氯化钛和0.2g锌粉，在75℃下搅拌反应3.0h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品2.02g，用33.1g丙酮重结晶得1.76gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率95.9％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为98.7％。[0077]实施例8：[0078]制备β-胡萝卜素：[0079]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇3.0g，甲苯60.0g和15.0g锰系氧化剂v，50℃下反应5.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.15g三氯化钛和0.3g锌粉，在80℃下搅拌反应2.5h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品2.94g，用93.1g丙酮重结晶得2.59gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率94.1％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为99.0％。[0080]对比例1：(不使用锰系氧化剂)[0081]在氮气保护下，向250ml反应瓶中，依次加入维生素a醇3.0g，甲苯60.0g和1.2g双氧水，40℃下反应4.0h至薄板层析检测无维生素a醇残留，向有机相中加入0.15g三氯化钛和0.3g锌粉，在60℃下搅拌反应5h。加入5％稀盐酸溶液和二氯甲烷，分出有机层，经水洗浓缩干燥后得粗产品2.88g，用93.1g丙酮重结晶得1.98gβ-胡萝卜素固体，反应分离收率74.1％，hplc定量检测β-胡萝卜素全反式占比为85.0％。









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