專利名稱：一種三氯蔗糖的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種電化學合成領域，尤其涉及一種采用間接電氧化的電化學技術(shù)制備蔗糖-6-酯的工藝方法，并進一步合成人工甜味劑三氯蔗糖的制備工藝。
背景技術(shù)：
新型高甜度甜味劑三氯蔗糖，其化學名為4，1’，6’-三氯-4，1’，6’-三脫氧半乳型蔗糖(見結(jié)構(gòu)式I)，是蔗糖的一種氯代衍生物。從結(jié)構(gòu)上來看，除了4位的取代基Cl與原蔗糖4位羥基的構(gòu)型反轉(zhuǎn)外，其它結(jié)構(gòu)完全相同。合成三氯蔗糖的主要困難在于如何把取代基Cl置換到相應的位置中，而其它位置上的羥基保持不變。
結(jié)構(gòu)式I目前三氯蔗糖的制備方法主要有以下兩類第一類是將蔗糖分子中2，3，6，3’，4’五個羥基轉(zhuǎn)化為蔗糖五乙酸酯，然后采用氯代試劑把4、1’、6’位上的羥基取代，4位上氯原子的構(gòu)型與原羥基剛好發(fā)生翻轉(zhuǎn)。氯代后再將分子中的五個乙?；獬闪u基，即生成三氯蔗糖。這種方法也叫全保護方法，因為不需要氯代的位置已經(jīng)全部用乙?；Ｗo起來了。
第二類方法是采用選擇性酯化方法，即把蔗糖轉(zhuǎn)化為蔗糖-6-酯，后者再通過分次氯代成為三氯蔗糖-6-酯，然后再通過醇解或水解得到三氯蔗糖。這類方法叫單保護方法。這類方法的關鍵是蔗糖-6-酯的制備上述第一類方法要用到較難得到的原料三苯基甲烷，而且步驟多、合成難度大。因此，目前文獻及實際應用中多推薦及采用第二類方法，即先制備蔗糖-6-酯。
從蔗糖制備蔗糖-6-酯(見結(jié)構(gòu)式II)已有多種方案，如U.S.Pat.No.4,950,746；U.S.Pat.No.5023,329；U.S.Pat.No.5,089,608；EP-0475619-A；EP-0776903-A；GB 2224504A；U.S.Pat.NO.5,445,951，GB 2145080A；GB 2224504；U.S.Pat.No.4,826,962等等。
結(jié)構(gòu)式II上述制備蔗糖-6-酯的方法包括使用原乙酸三甲酯、二丁基氧化錫、或酶催化等，實現(xiàn)選擇性酯化生成蔗糖-6-乙酸酯。以原乙酸三甲酯為?；瘎┑姆椒?，需多步反應才能生成蔗糖-6-乙酸酯，操作要求高，分離難度大，產(chǎn)率低。而采用二丁基氧化錫作為催化劑是一種比較新的方法，首先是在蔗糖的6位上與錫化合物形成絡合物，后者再與乙酸酐反應轉(zhuǎn)化為蔗糖-6-乙酸酯，這種方法雖然選擇性好、產(chǎn)率高，但二丁基氧化錫反應后結(jié)構(gòu)改變了，再生程序相當復雜，而且這種物質(zhì)具有一定的毒性。酶催化的反應條件溫和，而且具有選擇性好、產(chǎn)率高的特點，但酶的篩選、儲存、活性測定等還存在著許多困難，尚未有工業(yè)化應用的報導。
蔗糖分子中不同位置上羥基活性的不同，其氯代反應的活性順序是6、6’＞4＞1’＞其它(見P.H.Fairclough，et.al，Carbohydr.Res.，40，285(1975)；L.Hough，et.al，GB1,543,167 and GB 1,543,168(1979))，可見在蔗糖-6-酯分子中因為6位上的羥基已被保護起來了，這時通過控制條件，使活性高的6’、4、1’位上的羥基發(fā)生氯代反應，然后再將6位上的羥基去保護，即可得到目標產(chǎn)物一三氯蔗糖。關于蔗糖分子中羥基的氯代方法已有許多研究報導，如Walter A.Szarek，在Advances in CarbohydrateChemistry & Biochemistry 28，225-307(1973)發(fā)表了用各種氯代試劑制備脫氧鹵代蔗糖的研究報告；Viehe，et.al，在Angew.Chem.Internal.Edit 12(10)，808-818(1979)報導了碳酰氯(光氣)在DMF中會形成一種亞胺類氯化物的鹽(Vilsmeier的試劑一種)，后者再與多種醇類物質(zhì)發(fā)生氯代反應的研究結(jié)果；而Eilingsfeld et al.，發(fā)表了利用各種含氯試劑與叔酰胺類物質(zhì)反應來制取可用作選擇性氯代試劑的亞胺類氯化物鹽(Angew.Chem.72(22)，836-845，(1960))；等等。這些研究成果為三氯蔗糖第二類制備方法(單保護法)提供了理論基礎。專利US Pat.No 4,980,463就是利用上述文獻的研究成果發(fā)明了從蔗糖-6-酯制備三氯蔗糖的一種方法，其主要特征就是利用光氣與DMF形成具有高選擇性的亞胺類氯化物的鹽作為氯代試劑(Vilsmeier試劑)，并且選擇DMF作為氯代反應的溶劑。但這種制備方法，要用到毒性很強的光氣，工業(yè)化應用時安全問題不易解決，此外氯代反應的溶劑還采用與水完全混溶的DMF，而DMF也能與一般的有機溶劑混溶，所以要采用溶劑萃取的方法，從含大量無機鹽及各種有機成份的氯代反應混合物中把目標產(chǎn)物分離出來，不僅操作程序復雜，而且提取率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種經(jīng)濟高效的三氯蔗糖的制備方法，其前體蔗糖-6-酯采用間接電氧化合成技術(shù)，使得催化劑無需額外的分離和再生程序、原料簡單易得、反應選擇性高；而且后續(xù)的氯代過程同樣具有反應選擇性高、分離及提純過程簡單易行、得率高的特點。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明提供的一種三氯蔗糖的制備方法，首先使用分隔式電解槽裝置，采用間接電氧化的電化學合成技術(shù)制備蔗糖-6-酯，然后通過氯代、水解生成三氯蔗糖，包括下列步驟a.以混溶有水的有機溶劑作為陽極室電解液，并加入蔗糖、?；瘎?、鹵化物催化劑，使其充分混合溶解；所述有機溶劑為能與水混溶且可溶解蔗糖及適合用作電解液的溶劑，其用量為蔗糖用量的5～30倍；所述?；瘎┑挠昧繛檎崽悄枖?shù)的1.0～2.5倍；在陰極室采用常規(guī)使用的電解液(如氯化鈉水溶液)；b.在陽極電位比理論電位高0.3～0.8V的恒電位條件下，控制水的濃度為0.1％～10％，鹵化物催化劑的濃度為0.5％～10％，溫度為-5℃～50℃；陽極電解反應過程中，用薄層層析監(jiān)測蔗糖濃度，蔗糖消耗完全時，停止電解，得到陽極電解產(chǎn)物；通過記錄電流并計算通電量，實際通電量約超過理論電量的20％～50％；c.陽極電解產(chǎn)物蒸發(fā)溶劑后，再用溶劑溶解及結(jié)晶的方法進行純化，得到蔗糖-6-酯；d.將蔗糖-6-酯溶于有機溶劑中，有機溶劑的用量為蔗糖重量的5～30倍；以叔酰胺類物質(zhì)作為催化劑，其用量為蔗糖重量的0.2～2倍；然后加入氯代試劑進行控溫氯代反應，氯代試劑的用量為蔗糖摩爾數(shù)的4～8倍，將反應產(chǎn)物分離純化得到三氯蔗糖-6-酯；e.以水為溶劑，將三氯蔗糖-6-酯在堿性條件下進行水解，以脫去6位上的?；?，然后通過中和、分離、萃取、結(jié)晶純化得到目標產(chǎn)物三氯蔗糖。
本發(fā)明在制備前體蔗糖-6-酯時采用間接電氧化的電化學合成技術(shù)。使用醛類物質(zhì)作為?；瘎?，包括甲醛、乙醛、丙醛、異丙醛或苯甲醛，優(yōu)選乙醛或苯甲醛，其優(yōu)選的用量為蔗糖摩爾數(shù)的1.2～1.5倍。首先通過陽極電位把體系中的鹵離子轉(zhuǎn)化為次鹵酸，然后利用次鹵酸的強氧化性及不穩(wěn)定性，使乙醛或苯甲醛很容易變成酰化活性很高的羰基正離子，后者再與蔗糖分子中活性最高的6位羥基形成酯基，在此過程中次鹵酸又轉(zhuǎn)化為鹵離子而實現(xiàn)再生。間接電氧化所用的電對即催化劑，在反應過程中一邊消耗、一邊再生，無需額外的分離和再生程序。本發(fā)明電解過程中陽極室里進行的反應如下
電化學過程分為陽極過程和陰極過程。由于醛在陰極電位下很容易被還原為醇，而醇的存在可與上述中間體產(chǎn)生副產(chǎn)物酯，因此需要將陽極室和陰極室分隔開，以避免陰極反應對陽極室里所進行的反應的影響。另外，如采用水作為陽極室的溶劑，會使乙醛在HOX作用于下轉(zhuǎn)化為?；钚暂^低的羧酸，而且在水的介質(zhì)中酯化的選擇性也較低，副產(chǎn)物增多，產(chǎn)率下降，分離難度增大。因此，本發(fā)明采用能與水混溶且可溶解蔗糖及適合用作電解液的溶劑，可以是N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、酮類、乙腈或芳香族溶劑，優(yōu)選N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，但在陽極室中必須加入一定量的水，因為水是次鹵酸形成的條件，同時也可以增大電導率，提高反應速度，因此水的濃度控制是非常重要的，反應過程中其濃度的變化可以采用卡爾費休滴定法進行監(jiān)測，保持在0.1％～10％，之間，優(yōu)選的濃度為0.5％～5％。
陽極電位的控制是整個反應的關鍵，因為鹵素離子在不同的電位下可能發(fā)生多種電極反應，通過控制合適的電解電壓可避免其它電極反應的發(fā)生。電解時宜采用恒電位方法，使陽極電位(vs.SCE)大約比理論電位高0.3～0.8V，以獲得如下所需的電極反應，并保證反應平穩(wěn)進行
同時，電位太高，電極反應速度太快，使次鹵酸根的濃度增大，而次鹵酸根濃度過高，蔗糖酯化的選擇性則降低。因此，陽極電位以及鹵離子的濃度對酯化的選擇性有很大的影響，鹵化物催化劑的濃度控制在0.5％～10％，優(yōu)選1％～5％。
反應溫度對酯化反應的選擇性也具有影響。溫度太高，酯化反應的選擇性則降低，副產(chǎn)物增多。但溫度太低，蔗糖的溶解度降低，也會加大醛的酸化比例。本發(fā)明反應溫度控制在-5℃～50℃，優(yōu)選5℃～20℃。為了消除電極反應所導致的溫度上升，可通過陽極溶液循環(huán)熱交換的方式，使溫度保持在設定的范圍內(nèi)，同時隨著反應的進行，蔗糖轉(zhuǎn)化為蔗糖酯，未溶解部分的蔗糖可隨著反應的進行不斷溶解并參與反應。
本發(fā)明的鹵化物催化劑同時可作為電解質(zhì)，但是它們在DMF等有機溶劑中的溶解度不大。為了增大電導率，提高反應速度，本發(fā)明所述步驟a中在陽極室中還可加入導電鹽，該導電鹽為硼氟酸或高氯酸的季銨鹽、硼氟酸或高氯酸的鋰鹽、其它四烷基銨鹽、四氯硼酸鹽或磺酸鹽，其用量占電解液總重量的0.1％～15％，優(yōu)選0.2％～3％。
此外，穩(wěn)定的陰極反應也會起到保證陽極反應平穩(wěn)進行的作用，最簡單的陰極反應可以是氯化鈉水溶液的電解反應，陰極的產(chǎn)物是氫氣。同時，本發(fā)明所述分隔式電解槽裝置采用離子滲透性能好的非選擇性隔膜將陽極室與陰極室隔開，使兩極的反應物和產(chǎn)物相對分開，從而減少了副反應，也簡化了目標產(chǎn)物的分離。本發(fā)明所采用的非選擇性隔膜，可以是離子滲透性能良好的微孔陶瓷隔膜或微孔玻璃隔膜。
本發(fā)明所述步驟c中陽極電解產(chǎn)物用堿溶液中和到中性后，蒸發(fā)溶劑，然后使用有機溶劑加熱溶解，冷卻到室溫后加入蔗糖-6-酯晶種進行結(jié)晶，過濾析出的晶體，洗滌，抽干、真空烘干后得到蔗糖-6-酯產(chǎn)品。
本發(fā)明所述步驟d為從蔗糖-6-酯到三氯蔗糖-6-酯的氯代反應，所述步驟d中的有機溶劑為沸點高于120℃、不與水混溶、并對三氯蔗糖-6-酯有較高溶解度的極性有機溶劑，包括乙酸丁酯、乙酯己酯、環(huán)己酮或1，1，2，2-四氯乙烷，優(yōu)選乙酸丁酯或1，1，2，2-四氯乙烷；所述催化劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或吡啶，優(yōu)選N，N-二甲基甲酰胺或吡啶；所述氯代試劑為磺酰氯、二氯亞砜、三氯化磷、三氯氧磷、五氯化磷、草酰氯、甲基磺酰氯或光氣，優(yōu)選磺酰氯或氯化亞砜。
為了提高氯代反應的選擇性，本發(fā)明以叔酰胺類物質(zhì)作為催化劑，可使氯代試劑與之形成亞胺類氯化物的鹽。反應過程是將氯代試劑滴加到含蔗糖-6-酯、叔酰胺類催化劑的有機溶劑中，控制各個反應階段的溫度。所述步驟d中的控溫氯代反應具體地可以分為二個階段，第一個階段為氯代試劑的滴加過程，溫度控制在10℃以下；第二個階段為氯代試劑加完后，在二個小時內(nèi)將溫度均勻上升到115℃左右，并保持30分鐘，使反應物轉(zhuǎn)化為三氯蔗糖-6-酯。三氯蔗糖-6-酯可在簡單的堿性條件下進行水解，以脫去6位上的酰基，然后通過中和、萃取、濃縮結(jié)晶等步驟得到目標產(chǎn)物三氯蔗糖。
本發(fā)明具有以下有益效果(1)本發(fā)明采用的間接電氧化的電化學合成技術(shù)，是一種全新的制備蔗糖-6-酯的工藝技術(shù)方法。原料簡單易得、選擇性高、操作簡便、產(chǎn)率高。
(2)所用的電對即催化劑，在反應過程中一邊消耗、一邊再生，無需額外的分離和再生程序。
(3)電解反應易于控制，反應平穩(wěn)。具有經(jīng)濟、環(huán)保的特點。
(4)采用的氯代方法相對選擇性高，分離、提純過程簡單易行。


下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述圖1是本發(fā)明實施例電解槽的結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。
具體實施例方式
實施例一圖1所示為本發(fā)明實施例使用的電解槽，陽極采用鉑電極或其它重金屬材料電極(也可以采用石墨電極)，陰極采用不銹鋼板電極。電解電壓采用可調(diào)式交直流變壓器，最高輸出電壓為24V，輸出功率5KW。陽極電位采用飽和甘汞電極(SCE)進行測定。陽極室和陰極室用微孔陶瓷隔膜分隔開。陽極室電解液可以通過循環(huán)泵與外置熱交換器進行熱交換，以控制陽極室內(nèi)反應的溫度。
本實施例包括下列步驟a.以12升N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(99.5％)、50ml蒸餾水作為陽極室電解液，并加入蔗糖1000g(2.92mol)、?；瘎┮胰?50g、鹵化物催化劑溴化鉀50g、導電鹽硼氟酸四乙銨鹽(Et)4NBF425g，打開循環(huán)泵使各組分充分混合及溶解。在陰極室中加入適量的10％NaCl水溶液作為電解液。
b.通過熱交換器使反應溫度達到15℃，調(diào)節(jié)輸出電壓使陽極電位穩(wěn)定在1.1V(vs.SCE)。通過觀察陰極室產(chǎn)生的氫氣氣泡可以觀察到整個電極反應的速度。陽極電解反應過程中，記錄電流并計算通電量，同時用薄層層析監(jiān)測蔗糖濃度，當通電量超過理論電量23％時(理論電量為每mol蔗糖2F)，蔗糖已消耗完全，停止電解，得到陽極電解產(chǎn)物。
c.將陽極電解產(chǎn)物用2N的NaCO3溶液中和到中性，真空蒸餾回收溶劑后，得到一種暗紅色漿狀物。加入1000ml無水甲醇加熱溶解，冷卻到室溫后加入約2g蔗糖-6-乙酸酯晶種，逐步降溫到10℃，并在這個溫度下靜置過夜，，過濾析出的晶體，再用少量冷甲醇洗滌，抽干、真空烘干，得到437g蔗糖-6-乙酸酯粗產(chǎn)物產(chǎn)品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-乙酸酯83.6％，蔗糖-4-乙酸酯5.2％，蔗糖二乙酸酯1.8％，蔗糖1.6％。結(jié)晶所用的溶劑甲醇蒸發(fā)后得到的混合物中含有硼氟酸四乙銨鹽(Et)4NBF4，，可用作下一批反應的導電鹽。
d.在配有電磁攪拌器/回流冷凝管/恒壓分液漏斗/溫度計的3升的四頸瓶中，加入200克含量為95％蔗糖-6-乙酸酯(約為0.5mol)、1500ml乙酸丁酯、100ml吡啶；攪拌溶解，并用鹽水浴使四頸瓶內(nèi)物料的溫度降到-15℃。慢慢滴加480克(約3.5mol)磺酸氯(SO2Cl2)，滴加過程保持溫度不超過5℃。滴加完畢后，撤走鹽水浴，改換油浴，慢慢升高油溫，使反應混合物的溫度逐漸均勻上升，在兩個小時內(nèi)溫度升到112±2℃，并保持此溫度30分鐘。
撤走熱油浴，使反應混合物降至室溫后，再用冷鹽水浴使溫度降到0℃左右，劇烈攪拌下滴加5N的NaOH溶液，直到反應混合物的PH達到7±0.2，滴加過程溫度不超過20℃。將反應混合物轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置分層。分出下層水層，并用200×2乙酸丁酯萃取水層，有機層合并，用50×2水洗滌。有機層在60℃以下，真空蒸發(fā)溶劑，得到一種粘稠漿狀物，加入800ml乙酸乙酯及50克活性炭，攪拌20分鐘過濾。蒸發(fā)部分乙酸乙酯使溶液的體積達到300ml左右，冷卻至5℃，靜置過夜，析出三氯蔗糖-6-乙酸酯，抽濾、真空烘干得102克(含量86％)三氯蔗糖-6-乙酸酯粗品。測定母液中含有5.3克產(chǎn)物(氯代反應的產(chǎn)率約42％)。經(jīng)過乙酸乙酯三次重結(jié)晶可以得到純度達98％三氯蔗糖-6-乙酸酯精品。
e.取三氯蔗糖-6-乙酸酯精品100克，溶于1000ml的水中，攪拌溶解，滴加5N的NaOH使水溶液的PH達到10±0.2，水浴保持50℃下攪拌，每隔30分鐘，測定一次PH值并補加5N的NaOH，使PH值不低于9。定期取樣用HPLC測定反應進程，直到全部轉(zhuǎn)化為三氯蔗糖(需3小時左右)。反應完畢，加入5克活性炭攪拌脫色，過濾，濾液通過酸性陽離子交換樹脂柱，過柱后反應液的PH達到6.5～7.5。用100ml的乙酸乙酯萃取，以除去少量的有機機雜質(zhì)。水層真空濃縮使體積達到180ml左右，加入1克三氯蔗糖晶種，在10℃下攪拌過夜，析出晶體，過濾，真空烘干，得53克(含量99.3％)三氯蔗糖產(chǎn)品。
實施例二本實施例與實施例一不同之處在于在前體蔗糖-6-酯的制備(步驟a～c)中，鹵化物催化劑為氯化鉀50g；陽極電位穩(wěn)定在1.32V(vs.SCE)；蔗糖消耗完全后，停止電解。
將陽極電解產(chǎn)物中和、真空蒸餾回收溶劑后，得到一種暗紅色漿狀物。加入1200ml無水甲醇加熱溶解，降溫到10℃，靜置過夜，結(jié)晶純化后得到417g蔗糖-6-乙酸酯粗品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-乙酸酯78.6％，蔗糖-4-乙酸酯6.2％，蔗糖二乙酸酯2.3％，蔗糖1.1％。
實施例三本實施例與實施例一不同之處在于在前體蔗糖-6-酯的制備(步驟a～c)中，酰化劑為苯甲醛375g；導電鹽為(n-Bu)4NCl450g；蔗糖消耗完全時，停止電解。
將陽極電解產(chǎn)物中和、真空蒸餾回收溶劑后，得到一種深紅色漿狀物。加入2000ml丙酮加熱到50℃攪拌溶解，冷卻到室溫后加入約3g蔗糖-6-苯甲酸酯晶種，靜置過夜，過濾析出的晶體，再用少量丙酮洗滌，抽干、真空烘干后，得到526g蔗糖-6-苯甲酸酯粗品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-苯甲酸酯83.1％，蔗糖-4-苯甲酸酯4.3％，蔗糖二苯甲酸酯0.75％，蔗糖1.9％。
實施例四本實施例與實施例一不同之處在于在前體蔗糖-6-酯的制備(步驟a～c)中，?；瘎楸郊兹?75g；鹵化物催化劑為氯化鉀50g，調(diào)節(jié)輸出電壓使陽極電位穩(wěn)定在1.32V(vs.SCE)；測定蔗糖消耗完全時，停止電解。
將陽極電解產(chǎn)物中和、真空蒸餾回收溶劑后，得到一種深紅色漿狀物。加入2000ml丙酮加熱到50℃攪拌溶解，冷卻到室溫后加入約3g蔗糖-6-苯甲酸酯晶種，靜置過夜，過濾析出的晶體，再用少量丙酮洗滌，抽干、真空烘干后，得到513g蔗糖-6-苯甲酸酯粗品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-苯甲酸酯81.9％，蔗糖-4-苯甲酸酯4.1％，蔗糖二苯甲酸酯0.94％，蔗糖2.3％。
實施例五本實施例與實施例一不同之處在于在前體蔗糖-6-酯的制備(步驟a～c)中，蒸餾水用量為500ml；蔗糖消耗完全后，停止電解。
將陽極電解產(chǎn)物中和、真空蒸餾回收溶劑后，得到一種深紅色漿狀物。加入1200ml無水甲醇加熱溶解，冷卻到室溫加入晶種，降溫到10℃，靜置過夜，洗滌，抽干、真空烘干后得到542g蔗糖-6-乙酸酯粗品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-乙酸酯42％，蔗糖-4-乙酸酯16.3％，蔗糖-6’-乙酸酯5.7％，蔗糖二乙酸酯0.17％，蔗糖39.8％。
實施例六本實施例與實施例一不同之處在于在前體蔗糖-6-酯的制備(步驟a～c)中，陽極室電解液中的有機溶劑為12升N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)(99.5％)；蔗糖消耗完全時，停止電解。
將陽極電解產(chǎn)物中和、真空蒸餾回收溶劑后，得到一種深紅色漿狀物。加入1200ml無水甲醇加熱溶解，冷卻到室溫加入晶種，降溫到10℃，靜置過夜，洗滌，抽干、真空烘干后得到513g蔗糖-6-乙酸酯粗品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-乙酸酯82.1％，蔗糖-4-乙酸酯4.5％，蔗糖二乙酸酯1.6％，蔗糖0.9％。
實施例七本實施例與實施例一不同之處在于在前體蔗糖-6-酯的制備(步驟a～c)中，鹵化物催化劑溴化鉀的用量為100g。蔗糖消耗完全時，停止電解。
將陽極電解產(chǎn)物中和、真空蒸餾回收溶劑后，得到一種深紅色漿狀物。加入1200ml無水甲醇加熱溶解，冷卻到室溫加入晶種，降溫到10℃，靜置過夜，洗滌，抽干、真空烘干后得到519g蔗糖-6-乙酸酯粗品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-乙酸酯74.3％，蔗糖-4-乙酸酯9.5％，蔗糖二乙酸酯3.1％，蔗糖0.7％。
實施例八本實施例與實施例一不同之處在于在前體蔗糖-6-酯的制備(步驟a～c)中，鹵化物催化劑為溴化鉀100g；陽極電位控制在1.4V(vs.SCE)。
電解過程中可以觀察到陽極排氣管中有少量的棕色氣體(溴)析出。電解完成后將陽極電解產(chǎn)物中和，真空蒸餾回收溶劑后，得到一種深紅色漿狀物。加入1200ml無水甲醇加熱溶解，冷卻到室溫加入晶種，降溫到10℃，靜置過夜，洗滌，抽干、真空烘干后得到519g蔗糖-6-乙酸酯粗品。采用液相色譜進行測定，蔗糖-6-乙酸酯62.7％，蔗糖-4-乙酸酯17.9％，蔗糖二乙酸酯7.3％，蔗糖0.4％。
實施例九本實施例與實施例一不同之處在于在三氯蔗糖-6-酯的制備(步驟d)中，氯化試劑為氯化亞砜420克，有機溶劑為四氯乙烷1200ml，催化劑為DMF100ml。通過相同的控溫氯代、后處理過程，得到121克(含量84.6％)三氯蔗糖-6-乙酸酯粗品，并測定母液中含有6.1克產(chǎn)物(氯代反應的產(chǎn)率約44.5％)。
實施例十本實施例與實施例一不同之處在于在三氯蔗糖-6-酯的制備(步驟d)中，蔗糖-6-乙酸酯改為蔗糖-6-苯甲酸酯230克(含量96.5％)，有機溶劑為四氯乙烷1200ml。通過相同的控溫氯代、后處理過程，得到143克(含量83.4％)三氯蔗糖-6-苯甲酸酯粗品，并測定母液中含有4.8克產(chǎn)物(氯代反應的產(chǎn)率約46％)。
實施例十一本實施例與實施例一不同之處在于在三氯蔗糖-6-酯的制備(步驟d)中，蔗糖-6-乙酸酯改為蔗糖-6-苯甲酸酯230克(含量96.5％)，氯化試劑為氯化亞砜420克，催化劑為DMF100ml。通過相同的控溫氯代、后處理過程，得到156克(含量86.1％)三氯蔗糖-6-苯甲酸酯粗品，并測定母液中含有5.2克產(chǎn)物(氯代反應的產(chǎn)率約51.6％)。
本發(fā)明為一種制備三氯蔗糖的方法，各組分的用量及工作參數(shù)不局限于上述列舉的實施例。
權(quán)利要求
1.一種三氯蔗糖的制備方法，其特征在于首先使用分隔式電解槽裝置，采用間接電氧化的電化學合成技術(shù)制備蔗糖-6-酯，然后通過氯代、水解生成三氯蔗糖，包括下列步驟a.以混溶有水的有機溶劑作為陽極室電解液，并加入蔗糖、?；瘎?、鹵化物催化劑，使其充分混合溶解；所述有機溶劑為能與水混溶且可溶解蔗糖及適合用作電解液的溶劑，其用量為蔗糖用量的5～30倍；所述?；瘎┑挠昧繛檎崽悄枖?shù)的1.0～2.5倍；在陰極室采用常規(guī)使用的電解液；b.在陽極電位比理論電位高0.3～0.8V的恒電位條件下，控制水的濃度為0.1％～10％，鹵化物催化劑的濃度為0.5％～10％，溫度為-5℃～50℃；陽極電解反應過程中，用薄層層析監(jiān)測蔗糖濃度，蔗糖消耗完全時，停止電解，得到陽極電解產(chǎn)物；c.陽極電解產(chǎn)物蒸發(fā)溶劑后，再用溶劑溶解及結(jié)晶的方法進行純化，得到蔗糖-6-酯；d.將蔗糖-6-酯溶于有機溶劑中，有機溶劑的用量為蔗糖重量的5～30倍；以叔酰胺類物質(zhì)作為催化劑，其用量為蔗糖重量的0.2～2倍；然后加入氯代試劑進行控溫氯代反應，氯代試劑的用量為蔗糖摩爾數(shù)的4～8倍，將反應產(chǎn)物分離純化得到三氯蔗糖-6-酯；e.以水為溶劑，將三氯蔗糖-6-酯在堿性條件下進行水解，以脫去6位上的?；缓笸ㄟ^中和、分離、萃取、結(jié)晶純化得到目標產(chǎn)物三氯蔗糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯蔗糖的制備方法，所述步驟a中的?；瘎槿╊愇镔|(zhì)，包括甲醛、乙醛、丙醛、異丙醛或苯甲醛；所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、酮類、乙腈或芳香族溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三氯蔗糖的制備方法，所述?；瘎榧兹┗虮郊兹?，其用量為蔗糖摩爾數(shù)的1.2～1.5倍；所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯蔗糖的制備方法，所述步驟b中水的濃度為0.5％～5％，鹵化物催化劑的濃度為1％～5％，溫度為5℃～20℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯蔗糖的制備方法，所述步驟a中在陽極室中還加入導電鹽，該導電鹽為硼氟酸或高氯酸的季銨鹽、硼氟酸或高氯酸的鋰鹽、四烷基銨鹽、四氯硼酸鹽或磺酸鹽，其用量占電解液總重量的0.1％～15％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三氯蔗糖的制備方法，所述導電鹽的用量占電解液總重量的0.2％～3％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯蔗糖的制備方法，所述分隔式電解槽采用離子滲透性能好的非選擇性隔膜將陽極室與陰極室隔開。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯蔗糖的制備方法，所述步驟c中陽極電解產(chǎn)物使用堿性溶液中和到中性后，蒸發(fā)溶劑，然后使用有機溶劑加熱溶解，冷卻到室溫后加入蔗糖-6-酯晶種進行結(jié)晶，過濾析出的晶體，洗滌，抽干、真空烘干后得到蔗糖-6-酯產(chǎn)品。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯蔗糖的制備方法，所述步驟d中的有機溶劑為沸點高于120℃、不與水混溶、并對三氯蔗糖-6-酯有較高溶解度的極性有機溶劑，包括乙酸丁酯、乙酯己酯、環(huán)己酮或1，1，2，2-四氯乙烷；所述催化劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或吡啶；所述氯代試劑為磺酰氯、二氯亞砜、三氯化磷、三氯氧磷、五氯化磷、草酰氯、甲基磺酰氯或光氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三氯蔗糖的制備方法，所述有機溶劑為乙酸丁酯或1，1，2，2-四氯乙烷；所述催化劑為N，N-二甲基甲酰胺或吡啶；所述氯代試劑為磺酰氯或氯化亞砜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氯蔗糖的制備方法，所述步驟d中的控溫氯代反應分為二個階段，第一個階段為氯代試劑的滴加過程，溫度控制在10℃以下；第二個階段為氯代試劑加完后，在二個小時內(nèi)將溫度均勻上升到115℃，并保持30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三氯蔗糖的制備方法，首先使用分隔式電解槽裝置，采用間接電氧化合成技術(shù)制備蔗糖－6－酯，然后通過氯代、水解生成三氯蔗糖。在蔗糖－6－酯的制備中，以混溶有水的有機溶劑作為陽極室電解液，加入蔗糖、?；瘎?、鹵化物催化劑進行陽極電解反應，反應產(chǎn)物經(jīng)溶劑溶解及結(jié)晶純化獲得蔗糖－6－酯。然后將蔗糖－6－酯溶于有機溶劑中，以叔酰胺類物質(zhì)作為催化劑，加入氯代試劑進行控溫氯代反應，反應產(chǎn)物經(jīng)分離純化得到三氯蔗糖－6－酯。最后以水為溶劑，將三氯蔗糖－6－酯在堿性條件下進行水解，通過中和、分離、萃取、結(jié)晶純化得到三氯蔗糖。本發(fā)明催化劑無需額外的分離和再生程序、原料簡單易得、反應選擇性高，產(chǎn)物的分離及提純過程簡單易行、得率高。
文檔編號C07H13/00GK1827628SQ20061003473
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者李韶雄, 陳子昂, 鄧天 申請人:廣州科宏食品添加物有限公司