本发明涉及斑蝥黄的制备方法，特别涉及一种β-胡萝卜素氧化制备斑蝥黄的方法。
背景技术：
斑蝥黄属于类胡萝卜素的一种，天然的斑蝥黄存在于甲壳类、鱼类、藻类、蛋、血液、肝脏中。1950年罗氏公司首先合成斑蝥黄并将斑蝥黄加入鸡饲料中，发现斑蝥黄存在于蛋黄中能够使蛋黄产生一种消费者喜爱的橘红色。1984年FDA和WHO批准斑蝥黄列入食品添加剂并制订了质量标准。根据近年药理研究发现，斑蝥黄具有抗氧化、改善血脂变化等药理作用。目前，制备斑蝥黄的方法主要有三种：全化学合成法、微生物培养发酵法和β-胡萝卜素氧化法。其中，β-胡萝卜素氧化法由于是一步氧化法，相较于前两者具有易操作、设备简单等特点，因此是目前工业化生产斑蝥黄的主要方法。现公布的β-胡萝卜素氧化合成斑蝥黄的工艺有固相研磨法和双液相氧化法。
关于双液相氧化法，公开号为CN1793098A的中国专利、公开号为CN101633633A的中国专利和公开学术文献(《化工学报》2006，57(5))都报道各种不同的以β-胡萝卜素进行双液相氧化法制备斑蝥黄的方法。但是，上述方法都公开使用卤酸盐作为氧化剂，使用量大，使用后的卤酸盐废物不易处理，对环境造成一定的污染，且收率偏低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种β-胡萝卜素氧化制备斑蝥黄的方法。该方法避免产生难以处理的卤酸盐废物，具有绿色环保、收率高的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种β-胡萝卜素氧化制备斑蝥黄的方法，包括如下步骤：
将β-胡萝卜素溶解于有机溶剂中，在如化合物I所示的烯丙基氧化催化剂和能够产生碘负离子的助催化剂下使用能够产生氧原子的氧化剂将β-胡萝卜素氧化成斑蝥黄；
通过采用上述技术方案，助催化剂能够产生碘负离子，起到活化β-胡萝卜素分子双键的作用。催化剂能够活化氧化剂产生的氧原子，使活化后的氧原子具有能够将β-胡萝卜素氧化成斑蝥黄的能量。有机溶剂起到溶解β-胡萝卜素和斑蝥黄的作用。β-胡萝卜素在催化剂和助催化剂的催化作用下，经过氧化剂的氧化成斑蝥黄，从而避免使用卤酸盐作为氧化剂而导致所产生的卤酸盐废物难以处理的问题，具有绿色环保的优点。同时，该方法具有收率高，氧化剂使用量少的优点。
本发明进一步设置为：所述氧化剂为空气、氧气、双氧水或双氧水的化合物。
通过采用上述技术方案，空气、氧气、双氧水和双氧水的化合物均为常用能够提供氧原子的氧化剂，从而在避免使用卤酸盐作为氧化剂的前提下尽可能降低生产成本。
本发明进一步设置为：所述双氧水的化合物为过氧化尿素、碱金属过氧碳酸盐或烷基过氧化氢。
通过采用上述技术方案，过氧化尿素、碱金属过氧碳酸盐、烷基过氧化氢均为常用能够提供氧原子的双氧水的化合物，从而在避免使用卤酸盐作为氧化剂的前提下尽可能降低生产成本。
本发明进一步设置为：当氧化剂为气体时，控制反应表压为0～0.2Mpa，优选为0～0.1MPa；当氧化剂为液体或者固体时，所述氧化剂和β-胡萝卜素的混合摩尔比为1～20∶1，优选为1～10∶1，更优选为1～5∶1。
通过采用上述技术方案，当氧化剂采用气体时，表压越大，则氧化剂的体积浓度越大。反应的压力适当，既避免氧化剂的浓度过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致β-胡萝卜素无法氧化成斑蝥黄。本文所称混合摩尔比是指混合的时候不同物质的摩尔比。当氧化剂为液体或者固体时，氧化剂的用量适当，既避免用量过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致β-胡萝卜素无法氧化成斑蝥黄。
本发明进一步设置为：所述化合物I中的R11和R12为相同的H、吸电子基团或给电子基团，所述化合物I中的R21和R22为相同的H、吸电子基团或给电子基团。
通过采用上述技术方案，化合物I中的中心离子的电子云和配体的电子云形成共轭电子云，构成大π键共轭结构，而R11和R12、R21和R22能够与该大π键共轭结构形成共轭。
本发明进一步设置为：所述化合物I中的R11和R12、R21和R22为H、卤素、OH、NO2、COR4、OCOR4、COOR4或SO3R4。
通过采用上述技术方案，化合物I中的中心离子的电子云和配体的电子云形成共轭电子云，构成大π键共轭结构，而R11和R12、R21和R22能够与该大π键共轭结构形成共轭。
本发明进一步设置为：所述R4为H或C1-C4的烷基。
本发明进一步设置为：所述化合物I中的R31、R32为相同的氢、吸电子基团或给电子基团。
通过采用上述技术方案，化合物I中的中心离子的电子云和配体的电子云形成共轭电子云，构成大π键共轭结构，而R31、R32能够与该大π键共轭结构形成共轭。
本发明进一步设置为：所述化合物I中的R31和R32为H，R5X，R5OH，R5NO2，R5COR6，R5OCOR6，R5COOR6或R5SO3R6，所述X为卤素。
通过采用上述技术方案，化合物I中的中心离子的电子云和配体的电子云形成共轭电子云，构成大π键共轭结构，而R31、R32能够与该大π键共轭结构形成共轭。
本发明进一步设置为：所述R5为C1-C4的烷基，所述R6为H或C1-C4的烷基。
本发明进一步设置为：所述化合物I中的中心离子为过渡金属离子。
通过采用上述技术方案，过渡金属离子的电子云和配体的电子云形成共轭电子云，过渡金属离子能够活化氧化剂提供的氧原子。
本发明进一步设置为：所述过渡金属离子为铬、锰、钴、铜或钯。
本发明进一步设置为：所述催化剂和β-胡萝卜素的混合摩尔比为0.001～0.1∶1。
通过采用上述技术方案，催化剂用量适当，既避免用量过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致催化效果过弱，生产效率过低。
本发明进一步设置为：所述催化剂和β-胡萝卜素的混合摩尔比为0.01～0.1∶1。
通过采用上述技术方案，催化剂用量适当，既避免用量过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致催化效果过弱，生产效率过低。
本发明进一步设置为：所述助催化剂为碘或含碘负离子的化合物。
通过采用上述技术方案，碘或含碘负离子的化合物能够产生碘负离子，起到活化β-胡萝卜素分子双键的作用。
本发明进一步设置为：所述助催化剂为碘、碘化钾或碘化钠。
通过采用上述技术方案，碘、碘化钾、碘化钠能够产生碘负离子，起到活化β-胡萝卜素分子双键的作用。同时，碘、碘化钾、碘化钠也为常见物质，降低生产成本。
本发明进一步设置为：所述助催化剂和β-胡萝卜素混合摩尔比为0.001～0.1∶1。
通过采用上述技术方案，助催化剂用量适当，既避免用量过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致助催化效果过弱，生产效率过低。
本发明进一步设置为：所述助催化剂和β-胡萝卜素混合摩尔比为0.01～0.1∶1。
通过采用上述技术方案，助催化剂用量适当，既避免用量过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致助催化效果过弱，生产效率过低。
本发明进一步设置为：所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、乙酸乙酯或石油醚。
通过采用上述技术方案，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚均对β-胡萝卜素和斑蝥黄具有较大的溶解度。
本发明进一步设置为：所述β-胡萝卜素和有机溶剂的混合重量比为1∶10～100。
通过采用上述技术方案，本文所称混合重量比是指混合的时候不同物质的重量比。有机溶剂用量适当，既避免用量过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致无法溶解β-胡萝卜素和斑蝥黄。
本发明进一步设置为：所述β-胡萝卜素和有机溶剂的混合重量比为1∶40～60。
通过采用上述技术方案，有机溶剂用量适当，既避免用量过大，导致资源的浪费，又避免用量过少，导致无法溶解β-胡萝卜素和斑蝥黄。
本发明进一步设置为：所述反应温度为-20～60℃。
通过采用上述技术方案，反应温度适当，反应速率快且反应选择率高，同时避免反应温度过高或者过低，导致调控温度的资源浪费过大。
本发明进一步设置为：所述反应温度为-10～30℃。
通过采用上述技术方案，反应温度适当，反应速率快且反应选择率高，同时避免反应温度过高或者过低，导致调控温度的资源浪费过大。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、采用空气、氧气、双氧水或双氧水的化合物代替卤酸盐作为氧化剂，杜绝未反应完氧化物和氧化物还原物的排放，具有绿色环保的特点；
2、采用烯丙基氧化催化剂催化β-胡萝卜素氧化制备斑蝥黄，提高β-胡萝卜素氧化成斑蝥黄的收率；
3、氧化剂的使用量较少，最少使用量为β-胡萝卜素摩尔数的1倍，减少资源消耗；
4、助催化剂能够产生碘负离子，起到活化β-胡萝卜素的双键的作用；
5、过渡金属离子的电子云能够与配体的电子云形成共轭电子云，构成大π键共轭结构，而R11和R12、R21和R22、R31和R32能够与该大π键共轭结构形成共轭。而中心过渡金属离子能够活化氧化剂，使氧化剂活化后的产生氧原子的能量达到β-胡萝卜素氧化成斑蝥黄所需的能量。
具体实施方式
在实施例1-10中，使用NYT 2896-2016方法检测反应液中的斑蝥黄含量，使用USP35方法检测β-胡萝卜素在反应液中的含量。
催化剂参照如下文献进行制备：
G.N.Tyson，JR.，S.C.Adams.The configuration of some cupric，nickelous and cobaltous complexes by means of magnetic measurements.J.Am.Chem.Soc.1940，62：1228-1229；
赵全芹，柳翠英，孟凡德.3，5-二溴水杨醛Schiff碱及其铜(II)配合物的合成和抑菌活性.化学试剂，2001，23(1)：30-31。
实施例1
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于1.8L的二氯甲烷中，然后加入0.001mol催化剂(化合物Ia)和0.01mol的碘，在密闭的状态将反应液降温到-20℃，在搅拌的情况下通入氧气，控制反应表压为0.1MPa，控制反应温度为-20℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为75.53％。
(R11＝H R12＝H R21＝H R22＝H R31＝CH2CH2OH R32＝CH2CH2OH M＝Cu)
实施例2
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于1.5L的三氯甲烷中，然后加入0.01mol催化剂(化合物Ib)和0.01mol的碘化钾，在密闭的状态将反应液降温到0℃，在搅拌的情况下加入含2mol过氧化氢的双氧水(30％W)，控制反应温度为0℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为80.07％。
(R11＝H R12＝H R21＝SO3H R22＝SO3H R31＝CH2CH2SO3HR32＝CH2CH2SO3H M＝Cu)
实施例3
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于1.5L的四氯甲烷中，然后加入0.01mol催化剂(化合物Ic)和0.01mol的碘化钾，在密闭的状态将反应液加温到60℃，在搅拌的情况下通入空气，控制反应表压为0.1MPa，控制反应温度为60℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为60.37％。
(R11＝H R12＝H R21＝H R22＝H R31＝CH2CH2OH R32＝CH2CH2OH M＝Mn)
实施例4
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于1.5L的三氯甲烷中，然后加入0.001mol催化剂(化合物Id)和0.01mol的碘化钠，在密闭的状态将反应液降温到-5℃，在搅拌的情况下加入含1mol过氧化氢的双氧水(30％W)，控制反应温度为-5℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为88.07％。
(R11＝H R12＝H R21＝H R22＝H R31＝CH2CH2OH R32＝CH2CH2OH M＝pd)
实施例5
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于1.5L的石油醚中，然后加入0.001mol催化剂(化合物Ie)和0.01mol的碘化钾，在密闭的状态将反应液降温到-5℃，在搅拌的情况下加入氧气，控制反应表压为0.05MPa，控制反应温度为-5℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为83.58％。
(R11＝H R12＝H R21＝SO3H R22＝SO3H R31＝CH2CH2SO3H R32＝CH2CH2SO3H M＝pd)
实施例6
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于1.5L的三氯甲烷中，然后加入0.001mol催化剂(化合物If)和0.01mol的碘化钾，在密闭的状态将反应液降温到-5℃，在搅拌的情况下加入0.5mol过氧碳酸钠，控制反应温度为-5℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为85.58％。
(R11＝Cl R12＝Cl R21＝H R22＝H R31＝CH2CH2OH R32＝CH2CH2OH M＝pd)
实施例7
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于1.44L的三氯甲烷中，然后加入0.01mol催化剂(化合物Ig)和0.01mol的碘化钾，在密闭的状态将反应液降温到0℃，在搅拌的情况下加入0.5mol过氧化尿素，控制反应温度为0℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为88.78％。
(R11＝Cl R12＝Cl R21＝H R22＝H R31＝CH2CH2OH R32＝CH2CH2OH M＝Mn)
实施例8
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于3.6L的乙酸乙酯中，然后加入0.0001mol催化剂(化合物Ih)和0.0001mol的碘化钠，在密闭的状态将反应液的温度调整为30℃，在搅拌的情况下通入氧气，控制反应表压为0.2MPa，控制反应温度为30℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化即停止反应，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为89.05％。
(R11＝OH R12＝OH R21＝OCOCH3 R22＝OCOCH3 R31＝CH3OCOCH2CH3R32＝CH3OCOCH2CH3 M＝Co)
实施例9
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于0.405L的二氯甲烷中，然后加入0.001mol催化剂(化合物Ii)和0.001mol的碘化钠，在密闭的状态将反应液降温到-10℃，在搅拌的情况下加入0.1mol叔丁基过氧化氢，控制反应温度为-10℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为85.36％。
(R11＝H R12＝H R21＝COOCH3 R22＝COOCH3 R31＝CH2Cl R32＝CH2Cl M＝Cr)
实施例10
在一2L的反应器中将0.1molβ-胡萝卜素溶解于4.05L的二氯甲烷中，然后加入0.001mol催化剂(化合物Ij)和0.001mol的碘化钠，在密闭的状态将反应液降温到-10℃，在搅拌的情况下加入0.1mol过氧碳酸钾，控制反应温度为-10℃，搅拌反应直至反应液β-胡萝卜素完全转化，检测反应液中斑蝥黄的含量，计算得斑蝥黄收率为80.36％。
(R11＝H R12＝H R21＝SO3CH2CH2CH2CH3 R22＝COOCH2CH2CH2CH3 R31＝CH2CH2CH2CH2Cl R32＝CH2CH2CH2COOCH2CH2CH2CH3 M＝Cu)
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。