专利名称：一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法
技术领域：
本发明涉及一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法，属精细化工技术领域。
背景技术：
甜味剂是世界上研究和销售最活跃的食品添加剂之一。以蔗糖等为原料经脱氧、氯化衍生而得到的半天然半合成产品三氯蔗糖，因其甜度高，味质好，储存期长，无热量和安全性高等优点，逐渐取代食糖成为目前强力甜味剂研究的发展方向。三氯蔗糖，又名蔗糖素(Sucralose)，其化学名为4，P，6 ^ -三氯_4，1、 6'-三脱氧半乳型蔗糖(简称TGS)，是一种白色粉末状产品，其合成方法主要有化学合成法、化学-酶合成法和单酯法。单酯法只需要3步反应，收率高，成本低，中间产物易于分离，是合成三氯蔗糖的理想工艺。用单酯法合成三氯蔗糖主要有三个步骤
①酯化对蔗糖6-位羟基进行乙酯化保护，得到酯化物(蔗糖-6-乙酯)。本过程可采用“一锅法”，连续进行的“环酯化、水解开环、乙酰基转位”三步反应，最后反应液经处理后得到蔗糖-6-乙酯固体或其溶液；
②氯化对蔗糖-6-乙酯进行氯化反应，将4，I'，6 '-位三个羟基氯化，得到氯化物(4,1 ; , 6 ; - 二氣鹿糖-6-乙酷)；
③脱酯将氯化物在碱性条件下脱去6-位保护基，得到三氯蔗糖产品。在单酯法合成三氯蔗糖过程中，三步主反应的中控监测分析尤其重要，它决定能否对反应进度实施有效控制，直接关系到各步原料转化率、目的产物收率、中间体和成品质量以及生产成本。因此，研究一种中控监测分析方法，对指导生产控制、节能降耗和保证各步中间体及成品质量具有非常重要的现实意义。经检索发现，关于单酯法合成三氯蔗糖中控监测分析的方法，国内外相关报道较少，主要是采用化学分析法、高效液相色谱法和薄层色谱法来进行中控监测。而三氯蔗糖合成过程复杂、产物较多，采用化学分析方法测定比较困难，高效液相色谱法虽然准确率较高，但是需要特殊的仪器设备，操作不便，均不利于企业推广应用。薄层色谱法能够简便、迅速、经济地对反应物分离分析，但是实际操作要求较高，而且显色剂、展开剂的选择，会显著影响检测的准确率。现有技术通常采用10%的二苯胺乙醇溶液为显色剂，采用无水乙醇丙酮氯仿水=3 3:3. 5:0. 5 (体积比)的混合溶剂或者丙酮乙酸乙酯冰醋酸水=2. 5:7:0. 5:1 (体积比)的混合溶剂为展开剂，分离效果均不佳，准确率也不高。
发明内容
本发明提供了一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法，采用薄层色谱法，并优选展开剂和显色剂，有效地分离了蔗糖及其酯类衍生物，通过对合成三氯蔗糖过程中所涉及的反应物进行分析，较为直观地指示了反应过程。本发明的中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法，包括以下步骤(1)制备供试样取单酯法合成三氯蔗糖过程中各步骤反应前后的溶液制备成供试样，其中供试样A为蔗糖的有机溶剂，供试样B为蔗糖环酯化反应液，供试样C为蔗糖4、6_环乙酯水解反应液，供试样D为蔗糖-4-乙酯转位反应液，供试样E为蔗糖-6-乙酯氯化反应液，供试样F为三氯蔗糖-6-乙酯脱酯反应液；
(2)点样用点样器分别吸取上述供试样在层析硅胶板原点中心点样；
(3)展开待点样溶剂干燥后，将上述层析硅胶板放入层析缸展开，其中，供试样A、B、C、D以水-乙酸乙酯-丙酮为展开剂，水乙酸乙酯丙酮的体积比为I :3 20 :3 20 ;供试样E、F以二氯甲烷-甲醇为展开剂，二氯甲烷甲醇的体积比为I 20 :1 ;
(4)显色以甲醇-浓硫酸为显色剂对层析硅胶板喷雾，甲醇98%浓硫酸的体积比为10 20 :1，在125°C度烘烤1-2分钟显色； (5)对照将各步骤反应前后的色谱图在同一薄层板上进行对照。本发明的技术方案，还包括以下步骤制备供试样E’，所述E’为三氯蔗糖-6-乙酯精制过程反应液；吸取供试样E’在层析硅胶板上点样；待点样溶剂干燥后放入层析缸展开，以二氯甲烷-甲醇为展开剂，所述二氯甲烷甲醇=1 20 :1 (体积比)；以甲醇-浓硫酸为显色剂对层析硅胶板喷雾，甲醇98%浓硫酸=10 20 1 (体积比)，在125°C度烘烤1-2分钟显色；将供试样E与试供样E’的色谱图在同一薄层板上进行对照。本发明的技术方案中，层析板米用2. 5 X IOcm的玻璃层析娃胶板,供试样的点样量为10 25 μ I，点样的扩散直径不大于2. 5mm。本发明的技术方案中，显色剂和展开剂的选取，符合单酯法合成三氯蔗糖工艺的特点，展开速度快、杂质分离度高、结果也比较准确，而且不需要特殊仪器、检测成本低廉、操作简单易行，能很好地指导工业生产，非常适合企业实际应用。
图I为单酯法合成三氯蔗糖的路线 图2为实施例I中各步骤反应前后的对比层析斑 图3为实施例2中各步骤反应前后的对比层析斑 其中a为环酯化反应终点对照谱图，b为开环反应终点对照谱图，c为乙酰基转位反应终点对照谱图，d为氯化反应终点对照谱图，e为三氯蔗糖-6-乙酯精制前后对照谱图，f为脱酯反应终点对照谱图(斑点A为蔗糖，B为环酯化物，C为蔗糖-4-乙酯，D为蔗糖-6-乙酯，E、F为反应杂质，G为三氯蔗糖-6-乙酯，H为三氯蔗糖)。
具体实施例方式以下结合附图，对本发明具体实施方式
作进一步详细说明。实施例I
本发明的实施例1，根据三氯蔗糖单酯法合成步骤，采用薄层色谱法逐一监测，具体过程如下
(I)蔗糖-4，6-位环酯化过程监测
在蔗糖的有机溶剂(如N, N- 二甲基甲酰胺等)溶液中，加入酯化剂(如原乙酸三甲酯、醋酐等)，在催化剂(如对甲苯磺酸等)的作用下，反应11. 5小时。用内径O. 5mm,管长IOOmm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取蔗糖的二甲基甲酰胺溶液，和反应后的4、6_环乙酯反应液10 μ I,在干燥的层析板点样,控制扩散直径约为2. 5mm,层析板选择尺寸为2. 5cmX IOcm的GF254玻璃层析硅胶板；用电吹风热风吹干试样溶剂，待硅胶板稍冷后，置于层析缸中展开，展开缸尺寸为5X IOX IOcm (宽X长X高)，展开剂为水乙酸乙酯丙酮=I 8 7 (体积比)的混合溶剂；然后用甲醇98%浓硫酸=15 :1(体积比)的混合溶剂喷雾，在125°C度烘烤2分钟显色；将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的a所示，斑点A (蔗糖)近乎完全消失，出现了斑点B (4，6-环乙酯)，表明蔗糖-4，6-位环酯化反应过程已近终点，蔗糖转化为蔗糖4，6-环乙酯。(2)蔗糖-4，6-环乙酯水解开环过程监测
在蔗糖_4，6-环乙酯反应液中，加入去离子水，调节PH值，使蔗糖4，6-环乙酯水解为鹿糖-4-乙酯和鹿糖-6-乙酯的混合物。用内径O. 5mm,管长IOOmm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取反应前的鹿糖_4，6-环乙酯反应液,和反应后的反应液10 μ I,在干燥的层析板上点样，控制扩散直径约为2. 5mm ;用电吹风热风吹干试样溶剂，待硅胶板稍冷后，置于层 析缸中展开，选用水乙酸乙酯丙酮=I 10 10 (体积比)的混合溶剂作为展开剂展开；然后用甲醇98%浓硫酸=15 1(体积比)的混合溶剂喷雾，在125°C度烘烤2分钟显色；将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的b所示，斑点B (环酯化物)近乎完全消失，出现了斑点C (蔗糖-4-乙酯)和D (蔗糖-6-乙酯)，表明蔗糖4，6-环乙酯水解开环反应已近终点，蔗糖4，6-环乙酯已反应完全，产物包含蔗糖-4-乙酯和蔗糖-6-乙酯。(3)乙酰基转位过程监测
在上述水解开环反应液中，加入转位剂，使蔗糖-4-乙酯转化为蔗糖-6-乙酯。用内径
O.5mm，管长IOOmm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取反应前的水解开环反应液，和转位反应后的反应液10 μ 1，在干燥的层析板上点样，控制扩散直径约为2. 5mm ;用电吹风热风吹干试样溶剂，待硅胶板稍冷后，置于层析缸中展开，选用水乙酸乙酯丙酮=I 11 11 (体积比)的混合溶剂作为展开剂展开；然后用甲醇98%浓硫酸=14:1(体积比)的混合溶剂喷雾，在125°C度烘烤2分钟显色；将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的c所示，当斑点C (蔗糖-4-乙酯)完全消失，表明蔗糖-4-乙酯转位反应已近终点，蔗糖-4-乙酯全部转化为蔗糖-6-乙酯。(4)蔗糖-6-乙酯的氯化过程监测
在蔗糖-6-乙酯的溶液中，加入氯化剂发生氯化反应，将4，I '，6'-位三个羟基用氯取代，反应液经处理后，得到氯化物(4，I '，6丨-三氯蔗糖-6-乙酯)粗品。用10μ I的微量进样器分别取反应前的蔗糖-6-乙酯溶液，和反应后的反应液10μ 1，在干燥的层析板点样，控制扩散直径约为2. 5mm ;用电吹风热风吹干试样溶剂，待硅胶板稍冷后，置于层析缸中展开，选用二氯甲烷甲醇=7 1 (体积比)的混合溶剂作为展开剂展开；然后用甲醇98%浓硫酸=151(体积比)的混合溶剂喷雾，在125°C度烘烤2分钟显色；将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的d所示，当斑点D (蔗糖-6-乙酯)近乎完全消失，出现了斑点E(三氯蔗糖-6-乙酯)，表明蔗糖-6-乙酯氯化反应已近终点，蔗糖-6-乙酯已反应完全，新增斑点G (三氯蔗糖-6-乙酯)。此时层析图中存在E及其它杂质斑点，说明氯化反应液中包含较多反应过程中产生的杂质，纯度不高，这些杂质会带入到经后处理(萃取、浓缩结晶)所得的三氯蔗糖-6-乙酯粗品中。本实施例还包括对三氯蔗糖-6-乙酯粗品的精制过程监测，同样采用二氯甲烷甲醇=7:1 (体积比)的混合溶剂作为展开剂，选用甲醇98%浓硫酸=15:1(体积比)的混合溶剂喷雾，如图2的e所示，三氯蔗糖-6-乙酯粗品中所含E及其它杂质斑点几乎全部消失，说明精制效果较好。经高效液相色谱仪验证，本批三氯蔗糖-6-乙酯精制使其纯度由94. 75%上升到98. 46%，监测效果良好。(5)三氯蔗糖-6-乙酯醇解脱保护基过程监测
将三氯蔗糖-6-乙酯溶解在醇类溶剂中，在醇钠、Na0H、K0H或其他碱的作用下，发生醇解反应，脱去6-位乙酰保护基，反应液经后处理，得到三氯蔗糖成品。用内径O. 5mm,管长IOOmm的硬质中性玻璃点样毛细管分别取反应前的三氯蔗糖-6-乙酯醇溶液，和反应后的反应液 ο μ 1，在干燥的层析板上点样，控制扩散直径约为2. 5mm ;用电吹风热风吹干试样溶剂，待硅胶板稍冷后，置于层析缸中展开，选用二氯甲烷甲醇=3 1 (体积比)的混合溶剂作为展开剂展开；然后用甲醇98%浓硫酸=15:1(体积比)的混合溶剂喷雾，在125°C 度烘烤2分钟显色；将反应前后的层析斑点图在同一薄层板上进行对照。如图2的f所示，当斑点G (三氯蔗糖-6-乙酯)完全消失，表明反应已近终点，三氯蔗糖-6-乙酯已全部参与反应，产物包含三氯蔗糖。实施例2
本发明的实施例2，同样采用薄层色谱法监测单酯法合成三氯蔗糖的步骤，其点样、展开、显色、分析过程与实施例I完全一样，区别在于每一步所选用的展开剂和显色剂有所不同。(I)蔗糖-4，6-位环酯化过程监测
本过程采用水-乙酸乙酯-丙酮为展开剂，水乙酸乙酯丙酮=1 4 3 (体积比)，甲醇-98%浓硫酸为显色剂，甲醇98%浓硫酸=15 :1 (体积比)，如图3的a所示，斑点A (蔗糖)残留较多，表明反应不完全，应继续反应，至斑点A消失。后经高效液相色谱仪复核，与本次薄层色谱检测结果非常接近，监测效果良好。(2)蔗糖-4，6-环乙酯水解开环过程监测
本过程展开剂中，水乙酸乙酯丙酮=1 12 10 (体积比)，显色剂中甲醇98%浓硫酸=12 1 (体积比)，如图3的b所示,斑点B (环酯化物)仍有少量残留,表明反应不完全,需延长反应时间，继续反应，或作其它相应调整，至斑点B消失。(3)乙酰基转位过程监测
本过程展开剂中，水乙酸乙酯丙酮=1 20 20 (体积比)，显色剂中甲醇98%浓硫酸=15 1(体积比)，如图3的c所示，斑点C (蔗糖-4-乙酯)近乎完全消失，转位为斑点D (蔗糖-6-乙酯)，表明反应已近终点。(4)蔗糖-6-乙酯的氯化过程监测
本过程包括氯化反应过程和三氯蔗糖-6-乙酯粗品精制过程，两过程选用相同的展开剂和显色剂，展开剂为二氯甲烷甲醇=10:1 (体积比)，显色剂为甲醇98%浓硫酸=20 :I (体积比)，图3的d显示，斑点D (蔗糖-6-乙酯)近乎完全消失，表明反应已近终点，而出现斑点E及其它杂质斑点，说明氯化反应液中杂质斑点较多。图3的e显示，经氯化后处理所得粗品中仍含有多种杂质，通过精制，虽然去掉了大部分杂质，但精品中仍存在明显的杂质斑点，说明精制效果不好。经高效液相色谱仪验证，本批三氯蔗糖-6-乙酯精制使其纯度由92. 65%上升到95. 76%，该结果与薄层色谱检测结果相当，说明监测效果良好。(5)三氯蔗糖-6-乙酯醇解脱保护基过程监测
本过程展开剂中，二氯甲烷甲醇=20 1 (体积比)，显色剂中甲醇98%浓硫酸=20 1(体积比)，如图3的f所示，斑点G (三氯蔗糖-6-乙酯)几乎消失，表明反应已近终点。 本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法，包括以下步骤 (1)制备供试样取单酯法合成三氯蔗糖过程中各步骤反应前后的溶液制备成供试样，其中供试样A为蔗糖的有机溶剂，供试样B为蔗糖环酯化反应液，供试样C为蔗糖4、6_环乙酯水解反应液，供试样D为蔗糖-4-乙酯转位反应液，供试样E为蔗糖-6-乙酯氯化反应液，供试样F为三氯蔗糖-6-乙酯脱酯反应液； (2)点样用点样器分别吸取上述供试样在层析硅胶板上点样； (3)展开待点样溶剂干燥后，将上述层析硅胶板放入层析缸展开，其中，供试样A、B、C、D以水-乙酸乙酯-丙酮混合溶液为展开剂，水乙酸乙酯丙酮的体积比为I :3 20 :3 20 ;供试样E、F以二氯甲烷-甲醇混合溶液为展开剂，二氯甲烷甲醇的体积比为I 20 1 ； (4)显色以甲醇-浓硫酸混合溶液为显色剂对层析硅胶板喷雾，甲醇98%浓硫酸的体积比为10 20 :1，在125°C度烘烤1-2分钟显色； (5)对照将各步骤反应前后的色谱图在同一薄层板上进行对照。
2.根据权利要求I所述的方法，还包括以下步骤制备供试样E’，所述E’为三氯蔗糖-6-乙酯精制过程反应液；吸取供试样E’在层析硅胶板上点样；待点样溶剂干燥后放入层析缸展开，以二氯甲烷-甲醇混合溶液为展开剂，所述二氯甲烷甲醇=1 20 1 (体积比)；以甲醇-浓硫酸混合溶液为显色剂对层析硅胶板喷雾，甲醇98%浓硫酸=10 20 :1(体积比)，在125°C度烘烤1-2分钟显色；将供试样E与供试样E’的色谱图在同一薄层板上进行对照。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述水-乙酸乙酯-丙酮混合溶液中，水乙酸乙酯丙酮的体积比为I :7 12 :7 12。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述二氯甲烷-甲醇混合溶液中，二氯甲烷甲醇=5 10:1 (体积比)。
5.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述层析硅胶板为2.5 X IOcm的玻璃层析硅胶板。
6.根据权利要求I或2所述的方法,其特征在于所述供试样的点样量为10 25μ I,点样位于层析娃胶板的原点中心，点样的扩散直径不大于2. 5_。
全文摘要
本发明涉及一种中控监测单酯法合成三氯蔗糖过程的方法，属精细化工技术领域。本发明采用薄层色谱法，以合适的薄层色谱条件，分别对单酯法合成三氯蔗糖过程中的酯化、氯化、脱酯三步主反应进行中控监测分析，可快速跟踪监测反应进度，正确指导生产控制，提高原料转化率，减少副反应的发生，并保证中间体和成品质量。该薄层色谱中控监测分析方法杂质分离度高，检测成本低廉，操作简单易行，方便快捷，能很好地指导工业生产，实用性强。
文档编号G01N30/90GK102830197SQ20121025929
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者鲍应元, 段小六, 徐双喜, 程思远, 周拥军, 肖卫国, 晏浩哲 申请人:湖北省宏源药业有限公司