專利名稱：一種制備三氯蔗糖－6－有機酸酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備三氯蔗糖中的關(guān)鍵中間體—蔗糖-6-有機酸酯的方法。
背景技術(shù)：
三氯蔗糖是一種甜度高、無熱值、性質(zhì)穩(wěn)定、使用安全、綜合性能非常優(yōu)異的新型甜味劑，其合成方法目前主要有以下三種一、棉子糖法，即以棉子糖為原料，在氧化三苯磷的存在下，用亞硫酰氯氯化，然后脫乙酰基，最后在酶的作用下，水解生成三氯蔗糖。
二、全基團(tuán)保護(hù)法，以蔗糖為原料，與三苯甲基氯化物反應(yīng)，保護(hù)三個伯羥基，用乙酸酐進(jìn)行乙?；玫?，1′，6′-三-O-苯甲基-蔗糖五-乙酸酯、去三苯甲基化、乙?；霓D(zhuǎn)位、氯化、去乙?；玫饺日崽牵蝗?、單酯法，亦即6-位基團(tuán)保護(hù)法，仍以蔗糖為原料，選擇合適的基團(tuán)保護(hù)劑，對蔗糖分子上最活潑的6-位羥基加以保護(hù)，然后采取合適的氯化劑氯化、精制、脫保護(hù)基，最后得到三氯蔗糖。
從目前情況來看，這三種方法中，棉子糖法收率高、產(chǎn)品純度好，但需以價格昂貴的棉子糖為原料，目前很少應(yīng)用，幾乎沒有工業(yè)生產(chǎn)價值。全基團(tuán)保護(hù)法易于提純，但工藝復(fù)雜，流程長，收率相對較低，成本較高。而單酯法則具有流程短、操作簡便、收率較高、成本較低、易于工業(yè)化等優(yōu)點，是目前最受關(guān)注的合成方法。
采用單酯法合成三氯蔗糖，最關(guān)鍵的就是蔗糖6位羥基的保護(hù)，即選擇合適的保護(hù)劑，盡量得到高純度、高收率的蔗糖-6-酯，生成的蔗糖-6-酯須對后續(xù)的氯化過程中的氯化試劑穩(wěn)定，并且保護(hù)基還要容易脫除。
中國專利CN1176094C公開的是采用蔗糖與乙酸乙酯在固體酸催化下發(fā)生酯交換反應(yīng)來生成蔗糖-6-乙酯的方法。由于蔗糖分子含有8個羥基，其中有三個，即6、1’、6’位為伯羥基，尤其是6和6’位的伯羥基，活性相差無幾，這樣，就給酯保護(hù)反應(yīng)的選擇性帶來很大難度。
美國專利US4380476采取將蔗糖溶于吡啶中，在低溫下與乙酸酐反應(yīng)，使蔗糖C-6位羥基單獨乙酰化，生成蔗糖-6-乙酸酯。本反應(yīng)能夠進(jìn)行，但要求反應(yīng)要在較低的溫度下進(jìn)行，且收率不高，產(chǎn)物提純工藝較為復(fù)雜。
此外，美國專利US4950746、US5023329、US5089608、US5470969、US6939962等是將蔗糖與一種二烷基錫氧化物在一種惰性有機載體中進(jìn)行反應(yīng)，生成的中間產(chǎn)物再與酰化試劑(如醋酸酐)反應(yīng)，得到蔗糖-6-酯。此種方法過程比較復(fù)雜，中間處理步驟較多，操作繁瑣，還要面臨有機錫的回收等。
雙酶—化學(xué)聯(lián)合法由Tate&Lyle公司首先提出，它是以葡萄糖和蔗糖為原料。在枯草桿菌和果糖轉(zhuǎn)移酶的作用下，得葡萄糖-6-乙酸酯，再與蔗糖進(jìn)行酯交換作用，得到蔗糖-6-乙酸酯。該法固定資產(chǎn)投資大，設(shè)備利用率低，而對蔗糖-6-酯的分離的困難更成為難以克服的缺點。
美國專利US4889928、US5449772、US5440026是將蔗糖與原酸三酯類或烯酮乙縮醛類，在對甲苯磺酸或酸性離子交換樹脂催化下，生成4、6環(huán)酯，經(jīng)水解得到4、6位蔗糖混酯，轉(zhuǎn)位得到6-位蔗糖酯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種克服了前述現(xiàn)有技術(shù)投資大、工藝復(fù)雜的缺陷的新的一系列結(jié)構(gòu)如式I的蔗糖衍生物，而且提供制備三氯蔗糖中的關(guān)鍵中間體—蔗糖-6-有機酸酯的方法及制備三氯蔗糖的方法。
本發(fā)明的發(fā)明人通過反復(fù)研究和試驗發(fā)現(xiàn)，采用蔗糖與結(jié)構(gòu)如RC(OMe)2NMe2(其中R代表C1-C6烷基或芳基，優(yōu)選甲基、乙基及苯基)的N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物反應(yīng)，可以得到結(jié)構(gòu)如I的化合物，此化合物經(jīng)過中酸性水解，可以很方便地得到蔗糖-6-酯。由于蔗糖與N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物反應(yīng)，是要與蔗糖的鄰近兩個羥基反應(yīng)生成4，6環(huán)酯，再酸性水解開環(huán)，故反應(yīng)的選擇性極高，只會與蔗糖的6、4位羥基成環(huán)，幾乎不會在蔗糖的其它位置發(fā)生反應(yīng)，通過控制反應(yīng)條件，可以使蔗糖基本定量地形成環(huán)酯。尤其是采用本發(fā)明的方法，生成的結(jié)構(gòu)如式I的環(huán)酯可以非常容易地發(fā)生中酸性水解，直接高產(chǎn)率地生成蔗糖-6-酯，幾乎沒有蔗糖-4-酯生成，這樣，與烷基原酸酯法比較，就大大簡化了操作步驟，提高了收率，更適于工業(yè)化生產(chǎn)。
通過本發(fā)明，給出了一系列結(jié)構(gòu)如式I的蔗糖衍生物，這些蔗糖衍生物，是新的化合物，其中基團(tuán)R代表C1-C6烷基或芳基，優(yōu)選甲基、乙基及苯基； 通過本發(fā)明，給出了制備結(jié)構(gòu)如I蔗糖衍生物的合成方法攪拌下，將蔗糖溶于或懸浮于極性非質(zhì)子溶劑中，將溫度保持在20-90℃，慢慢滴加N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物，加畢后，保溫反應(yīng)一定時間，降溫至20℃以下，加入適量的水及酸，使反應(yīng)體系成中性或弱酸性，繼續(xù)攪拌一定時間，即得到本發(fā)明所指的結(jié)構(gòu)如式II的蔗糖-6-有機酸酯。
其中R的定義如上所述。
此蔗糖-6-酯經(jīng)過進(jìn)一步提純后，或直接采用已知的氯化方法(如Vilsmeier試劑)進(jìn)行氯化，即可得到三氯蔗糖-6-酯，該三氯蔗糖-6-酯在甲醇/甲醇鈉體系中脫除酰基，即可順利地得到三氯蔗糖。
根據(jù)本發(fā)明，蔗糖與N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物反應(yīng)一般要在DMF、吡啶等極性非質(zhì)子溶劑中進(jìn)行，溶劑的量一般是蔗糖重量的3-10倍，溶劑太少，蔗糖濃度高，不利反應(yīng)的進(jìn)行，溶劑量過大，會加大處理難度，造成浪費。主反應(yīng)試劑蔗糖與N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物的摩爾比，一般保持在1∶0.9-1∶2.0為宜。反應(yīng)溫度要求并不嚴(yán)格，一般控制在20-90℃之間均能很好地反應(yīng)。在此反應(yīng)溫度下，反應(yīng)時間一般維持在2-6小時為宜。中酸性水解時，加水量一般是蔗糖摩爾數(shù)的2-10倍，所用的酸，可以是常用的有機或無機酸，也可以是酸性離子交換樹脂，把pH值調(diào)至4-7即可。中酸性水解時間一般要10-60分鐘，水解的溫度一般不高于20℃。
具體實施例方式
實施例1、蔗糖-6-乙酯的合成取34.2克蔗糖，加到裝有攪拌的四口燒瓶中，加入140ml DMF，升溫至90℃，攪拌30分鐘，待蔗糖完全溶解后，降溫至40℃，滴加14克N，N-二甲基乙酰胺二甲基縮醛，加完后，保溫40-50℃反應(yīng)2.5小時，減壓脫除部分溶劑，降溫至20℃以下，加入14ml清水，用乙酸將體系的pH值調(diào)至6.5左右，繼續(xù)攪拌30分鐘。停止反應(yīng)。液相色譜檢測，蔗糖-6-乙酯含量28.3％，收率85％。
實施例2、蔗糖-6-乙酯的合成取20克粉碎的蔗糖，加到裝有攪拌的四口燒瓶中，加入50ml DMF及40ml吡啶，升溫至50℃，快速攪拌下滴加9.2克N，N-二甲基乙酰胺二甲基縮醛，加完后，保溫40-50℃反應(yīng)4小時，減壓脫除部分溶劑，降溫至20℃以下，加入9ml清水，用乙酸將反應(yīng)混合物的pH值調(diào)至6.5左右，繼續(xù)攪拌30分鐘。停止反應(yīng)。液相色譜檢測，蔗糖-6-乙酯含量25.6％，收率77％。
實施例3、蔗糖-6-苯甲酸酯的合成取20克蔗糖，加到裝有攪拌的四口燒瓶中，加入90ml DMF，升溫至90℃，攪拌30分鐘，待蔗糖完全溶解后，降溫至40℃，滴加13克N，N-二甲基苯甲酰胺二甲基縮醛，加完后，保溫40-50℃反應(yīng)4.5小時，減壓脫除部分溶劑，降溫至20℃以下，加入9ml清水，用乙酸將pH值調(diào)至6.5左右，繼續(xù)攪拌30分鐘。停止反應(yīng)。液相色譜檢測，蔗糖-6-苯甲酸酯含量30.5％，收率82％。
實施例4、蔗糖-6-乙酯的合成取34.2克蔗糖，加到裝有攪拌的四口燒瓶中，加入140ml DMF，升溫至90℃，攪拌30分鐘，待蔗糖完全溶解后，降溫至30℃，滴加14克N，N-二甲基乙酰胺二甲基縮醛，加完后，保溫30-40℃反應(yīng)3小時，減壓脫除部分溶劑，降溫至20℃以下，加入14ml清水，用酸性離子交換樹脂將體系的pH值調(diào)至6左右，繼續(xù)攪拌30分鐘，停止反應(yīng)，過濾除去酸性離子交換樹脂。濾液用液相色譜檢測，蔗糖-6-乙酯含量32％。
實施例5、三氯蔗糖-6-乙酯的合成將例1中得到的蔗糖-6-乙酯減壓濃縮至漿狀，補加150ml DMF，降溫至0℃以下，慢慢滴加50g氯化亞砜，控制滴加速度，使整個滴加過程的溫度不超過30℃，滴畢，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，慢慢升溫，在110-115℃保溫反應(yīng)3.5小時，降溫至20℃以下，用NaOH水溶液中和至中性，減壓脫除大部分溶劑DMF，加入200ml清水，用乙酸乙酯萃取，合并有機相，濃縮，結(jié)晶，重結(jié)晶，得到高純度的三氯蔗糖-6-乙酯。
實施例6、三氯蔗糖的合成將干燥好的三氯蔗糖-6-乙酯20g加到70ml甲醇中，加熱至40-50℃，待物料完全溶解后，加入少量30％的甲醇鈉溶液，保溫反應(yīng)2小時，停止反應(yīng)，減壓脫除甲醇，加入定量的蒸餾水，使溶液濃度保持在約30％，活性炭脫色、過濾，濾液減壓濃縮至溶液濃度到65％左右，冷卻結(jié)晶，過濾，干燥得三氯蔗糖(收率＞95％；純度＞98.0％)。
權(quán)利要求
1.一種制備式II的蔗糖-6-有機酸酯的方法，該方法的步驟是將蔗糖與N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物在惰性非質(zhì)子溶劑中反應(yīng)，生成結(jié)構(gòu)如式I的化合物，將結(jié)構(gòu)如式I的化合物經(jīng)過中酸性水解，得到結(jié)構(gòu)如式II的化合物；其中，在結(jié)構(gòu)如式I和式II的化合物中，基團(tuán)R代表C1-C6烷基或芳基
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中R代表甲基、乙基或苯基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所用的與蔗糖反應(yīng)的N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物為N，N-二甲基乙酰胺二甲基縮醛；N，N-二甲基丙酰胺二甲基縮醛；N，N-二甲基苯甲酰胺二甲基縮醛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述蔗糖與N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物的摩爾比為1∶0.9-1∶2.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的惰性非質(zhì)子溶劑選自DMF、DMSO、N，N-二甲基乙酰胺和吡啶中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述蔗糖與一種N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物反應(yīng)的反應(yīng)溫度控制在20-90℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述蔗糖與一種N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物反應(yīng)的反應(yīng)時間控制在2-6小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的中酸性水解是在有機溶劑中加水進(jìn)行的，該有機溶劑中加入的水是蔗糖的2-10摩爾。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8的方法，其特征在于中酸性水解所采用的酸是常用的有機酸或無機酸中的一種或多種，也可以是酸性離子交換樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所采用的酸是乙酸、甲酸、鹽酸或硫酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于水解所需的pH值是4-7。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于水解反應(yīng)的溫度不超過20℃。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于中酸性水解是在有機溶劑中加水進(jìn)行的，水解反應(yīng)的時間一般在10-60分鐘。
14.一種結(jié)構(gòu)如式I的化合物 其中，基團(tuán)R代表甲基、乙基或苯基。
15.一種制備三氯蔗糖的方法，該方法包括將蔗糖與N，N-二甲基酰胺二甲基縮醛類化合物在惰性非質(zhì)子溶劑中反應(yīng)，生成的產(chǎn)物在有機溶劑中進(jìn)行中酸性水解，得到權(quán)利要求1中式II的蔗糖-6-有機酸酯，將蔗糖-6-有機酸酯的4、1’、6’位上的羥基氯化，分離、提純?nèi)日崽?6-酯，在甲醇/甲醇鈉系統(tǒng)中脫除保護(hù)基，得到三氯蔗糖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備三氯蔗糖中的關(guān)鍵中間體——蔗糖－6－有機酸酯的方法，該方法以N，N－二甲基酰胺二甲基縮醛類與蔗糖反應(yīng)成環(huán)，然后水解生成蔗糖－6－有機酸酯。采用本發(fā)明的制備方法，可以直接高產(chǎn)率地生成蔗糖－6－酯，幾乎沒有蔗糖－4－酯生成，因此顯著簡化了操作步驟，提高了收率，更適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C07H15/203GK1948326SQ20061011205
公開日2007年4月18日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
發(fā)明者吳俊靜, 吳廣利, 蔡慶海, 于守信, 李自文, 劉晌, 王滿堂 申請人:河北蘇科瑞科技有限公司