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一種以柚皮苷為原料合成新橙皮苷的方法與流程

文檔序號(hào):12242425閱讀:1795來源:國(guó)知局

本發(fā)明涉及一種合成新橙皮苷的方法,具體涉及一種以柚皮苷為原料合成新橙皮苷的方法。



背景技術(shù):

新橙皮苷是一種重要的二氫黃酮化合物,它的主要用途是合成新橙皮苷二氫查耳酮——一種新型甜味劑,其甜度是蔗糖的1500~1800倍,具有甜度高,熱量小,甜味持久,穩(wěn)定性好,無毒性的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于食品、藥品和飼料行業(yè)。目前,國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)新橙皮苷二氫查耳酮的需求量日益增加,但是合成新橙皮苷二氫查耳酮的原料卻難以滿足市場(chǎng)的需求。

現(xiàn)有的獲得大量新橙皮苷的方法主要有提取法和合成法。從天然植物中提取分離新橙皮苷受到資源和生產(chǎn)成本的限制。由于生態(tài)環(huán)境的破壞和資源的過度采伐,提取法獲得新橙皮苷已不具備生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)柚皮苷資源豐富,廉價(jià)易得,用柚皮苷為原料合成新橙皮苷,為我們提供了一個(gè)獲得大量新橙皮苷的新方法。

US3375242公開了一種新橙皮苷合成的方法,該方法將柚皮苷和過量的異香蘭素直接混合,在氫氧化鉀的催化下合成新橙皮苷。該方法雖簡(jiǎn)單,但是,異香蘭素的損耗巨大,反應(yīng)的收率偏低,不適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

US3947405公開了一種新橙皮苷合成的方法,該方法將根皮乙酰苯-4’-β-新橙皮糖苷(簡(jiǎn)稱PN)和異香蘭素溶解于無水醇類溶劑,在惰性氣體保護(hù)下,使用四氫吡咯-乙酸作為催化劑。但是,該方法條件苛刻,反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),反應(yīng)要求在絕對(duì)無水的條件下進(jìn)行,有很大的局限性。

CN103408620A公開了一種新橙皮苷的合成工藝,該方法是將PN和異香蘭素溶解于98%乙醇中,在氮?dú)獗Wo(hù)下先后加入主催化劑四氫吡咯和助催化劑乙酸。但是,該方法反應(yīng)過程同樣要求無水條件,98%的乙醇的回收和重復(fù)利用在實(shí)際操作中難以實(shí)現(xiàn),且該方法收率最高僅86%,不具備產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢(shì)。

CN101863940A公開了一種新橙皮苷的合成工藝,該方法是以柚皮苷為原料,先用堿水解柚皮苷得到PN,再用脯氨酸催化PN和異香蘭素的縮合,從而合成新橙皮苷。該方法中的縮合步驟雖然不需要無水的反應(yīng)條件,但是,水解步驟的堿用量太大,對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重;堿濃度高,水解時(shí)易發(fā)生羰基還原為羥基的副反應(yīng),導(dǎo)致水解收率偏低,僅70%;且催化劑脯氨酸用量大、價(jià)格昂貴,用量過多,生產(chǎn)的成本很高;由于催化劑的大量添加,后處理難以徹底除去,導(dǎo)致最終產(chǎn)品新橙皮苷的純度偏低,僅97%。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是,克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷,提供一種產(chǎn)品純度高、收率高,工藝過程無需惰性及無水條件,成本低,適宜于工業(yè)化生產(chǎn)的以柚皮苷為原料合成新橙皮苷的方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:一種以柚皮苷為原料合成新橙皮苷的方法,包括以下步驟:

(1)水解:將柚皮苷溶解于堿水溶液中,加熱、加壓水解,冷卻至室溫,用酸調(diào)節(jié)pH值,冷卻析晶,過濾,干燥,得水解產(chǎn)物——根皮乙酰苯-4’-β-新橙皮糖苷;

(2)縮合:將步驟(1)所得根皮乙酰苯-4’-β-新橙皮糖苷溶解于水或有機(jī)溶劑中,加入異香蘭素和組氨酸,回流反應(yīng),反應(yīng)完全后,冷凍析晶,過濾,干燥,得新橙皮苷粗品;

(3)精制:將步驟(2)所得新橙皮苷粗品用低碳醇水溶液加熱溶解,冷卻析晶,過濾,濾餅干燥,得新橙皮苷精品。

優(yōu)選地,步驟(1)中,所述堿水溶液中的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀,堿水溶液的質(zhì)量濃度為1~5%,堿水溶液與柚皮苷質(zhì)量的液固比(mL/g)為8~15(更優(yōu)選10~12)。若堿的濃度過低,將導(dǎo)致水解不完全,收率偏低,若堿的濃度過高,將導(dǎo)致堿和中和用酸的浪費(fèi),此外,水解的產(chǎn)物PN在高濃度的堿和高溫作用下,羰基可被還原為羥基,導(dǎo)致水解收率偏低;若堿水溶液用量過少,則將導(dǎo)致柚皮苷較難溶解和水解,若堿水溶液用量過多,又將導(dǎo)致反應(yīng)液用酸調(diào)節(jié)pH值后體積過大,產(chǎn)品PN難以結(jié)晶析出,收率偏低。

優(yōu)選地,步驟(1)中,所述水解的溫度為90~140℃(更優(yōu)選110~130℃),水解的壓力為0.01~0.40MPa(更優(yōu)選0.1~0.3MPa),水解的時(shí)間為0.4~1.5h(更優(yōu)選0.5~1.0h)。研究表明,加熱、加壓水解有利于黃酮分子骨架中的C環(huán)(吡喃酮結(jié)構(gòu))在短時(shí)間內(nèi)完全打開,加壓條件下水解的時(shí)間大為縮短;且堿的濃度較低,不會(huì)誘發(fā)副反應(yīng),因此,收率可實(shí)現(xiàn)大幅度提升。若溫度過低、壓力過小或時(shí)間過短,將導(dǎo)致水解不完全;若溫度過高、壓力過大或時(shí)間過長(zhǎng),都將造成能源和物料的浪費(fèi)。

優(yōu)選地,步驟(1)中,所述用于調(diào)節(jié)pH值的酸為鹽酸、硫酸或檸檬酸等,酸的質(zhì)量濃度為10~30%。若酸的濃度過低,將導(dǎo)致反應(yīng)液用酸調(diào)節(jié)pH值后體積過大,產(chǎn)品PN難以結(jié)晶析出,收率偏低;若酸的濃度過高,在調(diào)節(jié)pH值的過程中易造成溶液局部酸性過強(qiáng),將破壞PN的分子結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致收率偏低。

優(yōu)選地,步驟(1)中,調(diào)節(jié)pH值至2~7(更優(yōu)選4~6)。若pH值過低,將破壞PN的分子結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致收率偏低;若pH值過高,PN在中性或堿性溶液中難以析出。

優(yōu)選地,步驟(2)中,所述有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷或三氯甲烷等中的一種或兩種;所述水或有機(jī)溶劑的用量為根皮乙酰苯-4’-β-新橙皮糖苷質(zhì)量的5~30倍(更優(yōu)選5.2~10.0倍)。若水或有機(jī)溶劑用量過少,PN、異香蘭素和組氨酸不能充分溶解,縮合反應(yīng)難以順利進(jìn)行;若水或有機(jī)溶劑用量過多,PN、異香蘭素和組氨酸在反應(yīng)液中的濃度偏低,反應(yīng)的時(shí)間將延長(zhǎng),且反應(yīng)溶液體積過大,新橙皮苷難以充分析晶。

優(yōu)選地,步驟(2)中,所述異香蘭素和組氨酸的加入量為使得根皮乙酰苯-4’-β-新橙皮糖苷、異香蘭素和組氨酸的質(zhì)量比為1:0.3~0.4:0.05~0.10(更優(yōu)選1:0.31~0.35:0.06~0.08)。本發(fā)明方法所使用的組氨酸與背景技術(shù)中所使用的脯氨酸雖然都是氨基酸,但是也有其本質(zhì)的區(qū)別:1)組氨酸是α氨基酸(-NH2),脯氨酸是一種亞氨基酸(-NH);2)組氨酸呈堿性,脯氨酸不呈堿性;3)組氨酸是極性、親水氨基酸,而脯氨酸是非極性、疏水氨基酸,因此,它們?cè)诖呋饔蒙洗笙鄰酵ァ=M氨酸在反應(yīng)中主要起催化作用,發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn),組氨酸除了與其它氨基酸一樣具有氨基和羧基外,由于其分子結(jié)構(gòu)中存在咪唑基團(tuán)(其中有二級(jí)胺),使其具有較強(qiáng)的堿性,堿性的條件加上二級(jí)胺與羧基的協(xié)同作用,滿足了催化該反應(yīng)的條件,此外,組氨酸分子中的咪唑基團(tuán)既可作為質(zhì)子供體,又可作為質(zhì)子受體,且供出質(zhì)子和接受質(zhì)子的速度都十分快,所以組氨酸在此羥醛縮合中可以充當(dāng)高效的催化劑。在本發(fā)明中,由于組氨酸主要是作為催化劑使用,因此,用量不必過多。

優(yōu)選地,步驟(2)中,所述回流反應(yīng)的溫度為60~95℃(更優(yōu)選80~90℃),反應(yīng)的時(shí)間為2~10h(更優(yōu)選5~8h)。若反應(yīng)的溫度過低或反應(yīng)時(shí)間過短,可能會(huì)導(dǎo)致縮合反應(yīng)不完全;若反應(yīng)的溫度過高或反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng),將增大副反應(yīng)發(fā)生的幾率,降低縮合反應(yīng)的收率。

優(yōu)選地,步驟(2)中,所述冷凍析晶的溫度為0~5℃,析晶的時(shí)間為12~24h。

優(yōu)選地,步驟(3)中,所述低碳醇為甲醇、乙醇或異丙醇等;所述低碳醇水溶液的體積濃度為30~90%(更優(yōu)選40~70%),低碳醇水溶液的用量為新橙皮苷粗品質(zhì)量的5~20倍(更優(yōu)選6~12倍)。選擇低碳醇作為溶解溶劑的依據(jù)為:1)在不同的溫度下,新橙皮苷在甲醇、乙醇和異丙醇中的溶解度差異較大,更利于結(jié)晶;2)甲醇、乙醇和異丙醇沸點(diǎn)適中,適用于工業(yè)生產(chǎn),既有一定的穩(wěn)定性,又易于回收。

優(yōu)選地,步驟(3)中,所述加熱溶解的溫度為60~80℃。

優(yōu)選地,步驟(1)中,所述冷卻析晶的溫度為室溫,析晶的時(shí)間為4~8h。

優(yōu)選地,步驟(3)中,所述冷卻析晶的溫度為20~25℃,析晶的時(shí)間為12~24h。

本發(fā)明方法步驟(1)中,PN的收率按照100g柚皮苷水解產(chǎn)生PN的理論值為81.96g計(jì)算;步驟(2)中,新橙皮苷的收率按照100gPN縮合產(chǎn)生新橙皮苷的理論值為128.32g計(jì)算。

本發(fā)明所述室溫為15~25℃。

本發(fā)明方法的原理:柚皮苷在堿液和高溫的作用下,其黃酮分子骨架中的C環(huán)(吡喃酮結(jié)構(gòu))將完全打開,水解生成根皮乙酰苯-4′-β-新橙皮糖苷(PN),結(jié)合使用高溫、加壓水解的方式,堿的用量比現(xiàn)有工藝明顯減少,縮短了水解反應(yīng)時(shí)間,水解的副反應(yīng)少,因此提高了PN的收率;在縮合反應(yīng)步驟,本發(fā)明方法首創(chuàng)使用組氨酸作為PN與異香蘭素縮合的催化劑,可滿足催化該反應(yīng)的條件,在此羥醛縮合中充當(dāng)高效的催化劑,反應(yīng)速率高,用量少。

本發(fā)明方法的有益效果如下:

(1)按照本發(fā)明方法所得新橙皮苷精品呈白色結(jié)晶性粉末狀,經(jīng)高效液相色譜外標(biāo)法檢測(cè),所得新橙皮苷的純度可高達(dá)99.5 %,雜質(zhì)含量少,新橙皮苷的收率高;

(2)本發(fā)明方法在水解步驟采用高溫、加壓水解方式,節(jié)約了堿的用量,縮短了反應(yīng)時(shí)間,提高了PN的收率,水解反應(yīng)的收率>85%;在縮合步驟選用組氨酸作為催化劑,減少了催化劑的用量,縮短了反應(yīng)的時(shí)間,縮合反應(yīng)收率>90%;

(3)本發(fā)明方法工藝過程無需惰性氣體保護(hù),無需無水反應(yīng)條件,由于堿和催化劑的用量少、各步驟反應(yīng)收率高,降低了生產(chǎn)成本,適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明實(shí)施例所使用的柚皮苷購(gòu)于湖南華誠(chéng)生物資源股份有限公司,柚皮苷的純度為98.2%;本發(fā)明實(shí)施例步驟(1)中,PN的收率按照100g柚皮苷水解產(chǎn)生PN的理論值為81.96g計(jì)算,步驟(2)中,新橙皮苷的收率按照100gPN縮合產(chǎn)生新橙皮苷的理論值為128.32g計(jì)算;本發(fā)明實(shí)施例中的PN為根皮乙酰苯-4’-β-新橙皮糖苷的簡(jiǎn)稱;本發(fā)明實(shí)施例所使用的原料和化學(xué)試劑,如無特殊說明,均通過常規(guī)商業(yè)途徑獲得。

本發(fā)明實(shí)施例中柚皮苷、PN和新橙皮苷含量的檢測(cè)方法為高效液相色譜(HPLC)外標(biāo)法。

實(shí)施例1

(1)水解:將100g柚皮苷溶解于1000mL質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鉀水溶液中,在110℃,壓力0.1MPa的條件下,水解1h,冷卻至室溫,用質(zhì)量濃度30%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至6,冷卻至室溫,析晶6h,過濾,干燥,得75.3g水解產(chǎn)物——PN(純度95.3%,收率為87.6%);

(2)縮合:將步驟(1)所得75.3gPN溶解于400g乙醇(體積濃度為95%)中,加入23.87g異香蘭素和4.52g組氨酸,在85℃下,回流反應(yīng)5h,反應(yīng)完全后,將反應(yīng)液置于0℃下,冷凍析晶12h,過濾,干燥,得新橙皮苷粗品94.39g(純度95.6%,收率為93.4%);

(3)精制:將步驟(2)所得94.39g新橙皮苷粗品,用900g體積濃度為50%的乙醇水溶液,加熱至75℃溶解,冷卻至25℃,析晶24h,過濾,濾餅干燥,得新橙皮苷精品86.42g。

所得新橙皮苷精品呈白色結(jié)晶性粉末狀,經(jīng)高效液相色譜外標(biāo)法檢測(cè),新橙皮苷的純度為99.5%,精制收率為95.3%。

實(shí)施例2

(1)水解:將200g柚皮苷溶解于2200mL質(zhì)量濃度為4%的氫氧化鉀水溶液中,在120℃,壓力0.2MPa的條件下,水解1h,冷卻至室溫,用質(zhì)量濃度20%的硫酸調(diào)節(jié)溶液pH值至5.5,冷卻至室溫,析晶6h,過濾,干燥,得152.1g水解產(chǎn)物PN(純度93.7%,收率為86.9%);

(2)縮合:將步驟(1)所得152.1g PN溶解于1500g甲醇(體積濃度為90%)中,加入48.22g異香蘭素和10.6g組氨酸,在80℃下,回流反應(yīng)6h,反應(yīng)完全后,將反應(yīng)液置于2℃下,冷凍析晶20h,過濾,干燥,得新橙皮苷粗品191.8g(純度93.9%,收率為92.3%);

(3)精制:將步驟(2)所得191.8g新橙皮苷粗品,用1500g體積濃度為60%的異丙醇水溶液,加熱至80℃溶解,冷卻至20℃,析晶18h,過濾,濾餅干燥,得新橙皮苷精品171.1g。

所得新橙皮苷精品呈白色結(jié)晶性粉末狀,經(jīng)高效液相色譜外標(biāo)法檢測(cè),新橙皮苷的純度為99.3%,精制收率為94.3%。

實(shí)施例3

(1)水解:將100g柚皮苷溶解于1200mL質(zhì)量濃度為3%的氫氧化鈉水溶液中,在130℃,壓力0.3MPa的條件下,水解0.5h,冷卻至室溫,用質(zhì)量濃度10%的檸檬酸調(diào)節(jié)pH值至5,冷卻至室溫,析晶6h,過濾,干燥,得74.7g水解產(chǎn)物PN(純度93.6%,收率為85.3%);

(2)縮合:將步驟(1)所得74.7g PN溶解于740g異丙醇(體積濃度為90%)中,加入23.87g異香蘭素和5.92g組氨酸,在90℃下,回流反應(yīng)8h,反應(yīng)完全后,將反應(yīng)液置于2℃下,冷凍析晶20h,過濾,干燥,得新橙皮苷粗品92.3g(純度93.6%,收率為90.1%);

(3)精制:將步驟(2)所得92.3g新橙皮苷粗品,用923g體積濃度為55%的甲醇水溶液,加熱至70℃溶解,冷卻至20℃,析晶18h,過濾,濾餅干燥,得新橙皮苷精品82.49g。

所得新橙皮苷精品呈白色結(jié)晶性粉末狀,經(jīng)高效液相色譜外標(biāo)法檢測(cè),新橙皮苷的純度為純度99.5%,精制收率為95%。

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