专利名称：葡萄糖酸及其盐类制备方法
技术领域：
本发明涉及葡萄糖酸及其盐类制备方法，特别是葡萄糖酸和其钙盐、镁盐、锌盐、亚铁盐等的制备方法。
背景技术：
葡萄糖酸和其盐类是具有多种用途的重要有机化学产品。它们能用作食品添加剂和营养增补剂，络合剂，玻璃、钢铁表面的清洁剂，洗涤助剂等，广泛应用于食品、医药、电镀、建筑、纺织、和日用化工等领域。例如(1)葡萄糖酸钙为钙制剂，临床主要用于补钙，治疗各种因缺钙引起的各种疾患。能促进骨骼和牙齿的钙化，维持神经肌肉正常兴奋性，降低毛细血管通透性，增加毛细血管壁的收缩性；防治钙缺乏症如手足抽搐症、骨发育不全、佝偻病及结核病、妊娠和哺乳期妇女的钙盐补充。(2)葡萄糖酸锌在人体内能解离成锌离子和葡萄糖酸，它们参与核糖核酸和脱氧核糖核酸的合成，可促进创口愈合，生长发育和体内含锌酶发挥正常功能。用于治疗缺锌引起的儿童生长发育迟缓、营养不良、厌食、异食癖、口腔溃疡、痤疮等疾病。(3)葡萄糖酸镁是近几年来被开发的葡萄糖酸盐类产品中的一种新型的补镁剂，镁是人体必需的常量元素，具有重要的生理功能，如镁与磷构成骨盐；镁是体内磷酸化和一些酶系统不可缺少的激活剂。临床上长期用硫酸镁作补镁剂，具有副作用小、生物利用度高和吸收率好等优点，是一种良好的补镁剂。但作为一种无机化合物，正逐步被新型补镁剂——葡萄糖酸镁所取代。补镁剂——葡萄糖酸的标准见美国F.C.CIII。(4)葡萄糖酸亚铁是良好的补铁剂，用于治疗缺铁性贫血。因为铁是血红蛋白的重要组成部分和氧化还原反应酶的活化剂。缺铁会引起缺铁性贫血症。尤以儿童缺铁导致贫血者较多。(5)葡萄糖酸钠具有优良的螯合性能，在金属防腐、水质阻垢、金属表面处理、电镀等方面已有广泛的用途。尤其作为石油、化工企业循环冷却水系统和低压锅炉、内燃机冷却水系统的水处理药剂每年用量很大。
目前，国内外工业化生产葡萄糖酸及其盐类的主要方法有生物发酵法采用细菌或氧化酶将葡萄糖氧化成葡萄糖酸。该法发酵时间长，产品色泽不易控制，转化率低，对生产环境无菌化程度要求高。
均相化学氧化法主要是指次氯酸钠氧化法和过氧化氢氧化法，该方法副产物多，产物难分离，产率低。
电解氧化法该方法是在电解槽中加入一定浓度的葡萄糖溶液和适宜的电解质，在一定温度和电流密度下恒电流电解。该方法在工业生产中能耗大，条件不易控制。
多相催化氧化法该方法具有工艺过程简单，反应条件温和(各种气-液-固三相混合的反应器在常压下均可采用，反应温度一般控制在60℃以下)，反应时间短，转化率高，三废少，产物易于处理等优点。其催化剂一般使用铂族金属催化剂，例如，公告了使用Pt/C、Pd/C等催化剂催化氧化葡萄糖的专利(GB 1208101，JP8007230，JP 7652121，JP5872538)。此外，也有用Bi、Pb等贱金属对Pt/C或Pd/C进行改性应用于这一催化氧化反应的专利(US Patent 5132452，US Patent 4843173，DE-OS2936652)。但多相催化氧化法中使用的Pt/C或Pd/C催化剂的贵金属耗量较大，导致生产成本过高，且Pt/C或Pd/C催化剂的氧化选择性较差容易中毒，其失效催化剂中贵金属难于回收。
发明内容
本发明目的一是提供一种简便的钙、镁、锌、亚铁等的葡萄糖酸盐制备方法。
本发明目的二是提供一种简便的葡萄糖酸制备方法采用下列顺序工艺技术实现上述发明目的一①将载有金颗粒的粉末状活性炭即Au/C催化剂与葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的温度为40℃～55℃；②向步骤①所得混合物通入40～1000毫升/分钟氧气或空气，搅拌下加入Ca(OH)2水溶液；③抽滤、浓缩、结晶、风干等传统工艺手段处理步骤②所得溶液获得相应葡萄糖酸盐。
选择步骤①中金颗粒的粒度为5～15nm，活性炭的比表面积800～1500m2/g，活性炭的粒度100～400目，金颗粒∶活性炭质量比＝0.5～3∶100。
选择步骤①中葡萄糖水溶液的百分比重量浓度1～20％，金颗粒∶葡萄糖质量比＝1∶500～3000。
步骤②所得溶液的pH值优选为8～9。
向步骤②所得溶液中加入硫酸盐，即可获得其它相应盐类。
上述硫酸盐可以是硫酸锌、硫酸镁或硫酸亚铁之任一种。
优选硫酸盐∶步骤②所得溶液中含有的葡萄糖酸钙摩尔比＝1∶1。
上述发明目的二的葡萄糖酸制备方法，依次包括下列工艺步骤①将载有金颗粒的粉末状活性炭与葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的温度为40℃～55℃；②向步骤①所得混合物通入400～1000毫升/分钟氧气或空气，搅拌下加入Ca(OH)2水溶液；③向步骤②所得混合物中加入硫酸，60℃～90℃水浴加热1～3小时，经后续传统工艺处理得到葡萄糖酸溶液。
对技术方案二的工艺参数，可以作出如下择优调整优选步骤①金颗粒的粒度为5～15nm，活性炭的比表面积800～1500m2/g，活性炭的粒度100～400目，金颗粒∶所述活性炭质量比＝0.5～3∶100，金颗粒∶葡萄糖质量比＝1∶500～3000，步骤②所得溶液的pH值为8～9。
优选步骤③中硫酸∶步骤②所得溶液中含有的葡萄糖酸钙摩尔比＝1∶1。
上述两个技术方案中使用的Au/C催化剂采用如下顺序工艺技术制备(一)用波长为254纳米或300纳米之一，总辐射强度0.5～1卡/米2·秒的紫外光，照射含有HAuCl4或AuCl3之任一种的分子量为400、600、1000之任一种的聚乙二醇与丙酮的混合水溶液15～25分钟，获得金胶体溶液。其中，HAuCl4或AuCl3中的Au(III)离子∶聚乙二醇∶丙酮摩尔比＝4.88×10-4∶11.28×10-2∶1。
(二)搅拌条件下，将活性炭浸入步骤(一)所得金胶体溶液中。
上述技术方案一中，使用过饱和的Ca(OH)2水溶液，即石灰乳水溶液，有利于加快反应进程。此外，利用与上述葡萄糖酸钙制备工艺相同的流程，可以得到葡萄糖酸钠。
本发明利用Au/C催化剂，一步法液相催化氧化葡萄糖合成葡萄糖酸钙，并由此制备葡萄糖酸以及其它盐类，例如葡萄糖酸锌、葡萄糖酸镁、葡萄糖酸亚铁等。与目前工业化生产上多采用的生物发酵法和使用Pt/C、Pd/C等催化剂的多相催化氧化法相比，本发明的Au/C催化剂的葡萄糖液相催化氧化反应具有如下特点(1)催化剂中的Au含量是Pt/C、Pd/C等催化剂中的Pt或Pd含量的1/3～1/5，钙试剂原料便宜，因而能降低本发明的生产成本。(2)Au/C催化剂具有更高的催化活性和氧化选择性，且不易中毒，催化寿命较长，有利于提高本发明的生产效率。(3)金是生物相容的元素，生产过程中痕量或超痕量的金流失到产品中，用于食品或医药，对人体不会产生危害，反而会产生好的影响(Haruta M.Gold Bulletin，2001，34卷，40页)。(4)发明的工艺流程简便，无污染。
以硫酸锌为例，本发明葡萄糖酸钙与镁、锌、亚铁的硫酸盐的反应式如下 此外，通过本发明获得葡萄糖酸之后，也可以此作为中间体，获得镁、锌、亚铁的葡萄糖酸盐。
本发明所采用的试剂纯度均为分析纯市售产品。
具体实施例方式
实施例1制备葡萄糖酸钙在液相反应容器中，按葡萄糖与Au/C催化剂中Au的质量比为500∶1，将葡萄糖水溶液和Au/C催化剂混合，葡萄糖水溶液重量百分比浓度为1％，反应体系的温度为40℃，通入400ml/min氧气，在不断搅拌下加入石灰乳(Ca(OH)2)水溶液，使反应溶液pH值维持在8，直到反应溶液的pH值保持20min不变为止，此时反应结束。然后将溶液抽滤、减压浓缩、结晶、风干等工序处理，即得产品葡萄糖酸钙。
实施例2制备葡萄糖酸钙在液相反应容器中，按葡萄糖与Au/C催化剂中Au的质量比为1500∶1，将葡萄糖水溶液和Au/C催化剂混合，葡萄糖水溶液重量百分比浓度为10％，反应体系的温度为45℃，通入600ml/min氧气，在不断搅拌下加入石灰乳(Ca(OH)2)水溶液，使反应溶液pH值维持在8.5，直到反应溶液的pH值保持20min不变为止，此时反应结束。然后将溶液抽滤、减压浓缩、结晶、风干等工序处理，即得产品葡萄糖酸钙。
实施例3制备葡萄糖酸钙在液相反应容器中，按葡萄糖与Au/C催化剂中Au的质量比为3000∶1，将葡萄糖水溶液和Au/C催化剂混合，葡萄糖水溶液重量百分比浓度为20％，反应体系的温度为55℃，通入1000ml/min空气，在不断搅拌下加入石灰乳(Ca(OH)2)水溶液，使反应溶液pH值维持在9，直到反应溶液的pH值保持20min不变为止，此时反应结束。然后将溶液抽滤、减压浓缩、结晶、风干等工序处理，即得产品葡萄糖酸钙。
实施例4制备葡萄糖酸锌、镁或亚铁等盐以制备葡萄糖酸锌为例，将实施例1、2或3之任一制得的葡萄糖酸钙溶液，与硫酸锌溶液混合，葡萄糖酸钙∶硫酸锌摩尔比＝1∶1，加热反应。反应结束后将硫酸钙沉淀趁热滤出，然后将滤液经过减压浓缩、结晶、风干等工序处理，即获得葡萄糖酸锌。
葡萄糖酸镁和葡萄糖酸亚铁等葡萄糖酸盐产品的制备与上述葡萄糖酸锌制备流程相同。
实施例5制备葡萄糖酸将实施例1获得的葡萄糖酸钙0.5mol调成水溶液，置于适宜的反应容器中，搅拌下缓慢加入0.5mol浓硫酸，并于60℃水浴中加热反应1.5h。趁热滤去析出的硫酸钙沉淀，滤液冷却后，以适宜的流速流过阴、阳离子交换树脂的交换柱，得到高纯度的葡萄糖酸溶液。
实施例6制备葡萄糖酸将实施例2制得的葡萄糖酸钙1mol调成水溶液，置于在适宜的反应容器中，搅拌下缓慢加入1mol浓硫酸，并于80℃水浴中加热反应1h。趁热滤去析出的硫酸钙沉淀，滤液冷却，所得到的葡萄糖酸用氢氧化钡和草酸为沉淀剂进行纯化，除去少量的SO42-和Ca2+，过多的Ba2+与草酸生成草酸钡沉淀被除去，得到高纯度的葡萄糖酸溶液。
实施例7制备葡萄糖酸将实施例3获得的葡萄糖酸钙1.5mol调成水溶液，置于适宜的反应容器中，搅拌下缓慢加入1.5mol浓硫酸，并于90℃水浴中加热反应3h。趁热滤去析出的硫酸钙沉淀，滤液冷却后，以适宜的流速流过阴、阳离子交换树脂的交换柱，得到高纯度的葡萄糖酸溶液。
实施例8以葡萄糖酸为中间体制备锌、镁的葡萄糖酸盐葡萄糖酸锌将实施例5获得的葡萄糖酸溶液调节至浓度0.1mol/L，于60℃水浴中搅拌下分批加入0.05mol氧化锌固体粉末，调节pH小于6，反应5h，至溶液呈透明状态。过滤，滤液减压浓缩至约原体积的1/3。加入10ml无水乙醇，放置约8小时使其充分结晶。真空干燥得白色结晶状葡萄糖酸锌粉末。
葡萄糖酸镁实施例6获得的葡萄糖酸溶液调节到浓度0.1mol/L，于65℃水浴中搅拌下分批加入0.05mol氧化镁固体粉末，调节pH小于6，反应2h，至溶液呈透明状态。过滤，滤液减压浓缩至约原体积的1/3。加入10ml无水乙醇，放置9h使其充分结晶。真空干燥得白色结晶状葡萄糖酸镁粉末。
实施例9制备葡萄糖酸钠在液相反应容器中，按葡萄糖与Au/C催化剂中Au的质量比为2000∶1，将葡萄糖水溶液和Au/C催化剂混合，葡萄糖水溶液重量百分比浓度为5％，反应体系的温度为50℃，通入800ml/min空气，在不断搅拌下加入Na(OH)水溶液，使反应溶液pH值维持在8，直到反应溶液的pH值保持10min不变为止，此时反应结束。然后将溶液抽滤、减压浓缩、结晶、风干等工序处理，即得产品葡萄糖酸钠。
权利要求
1.葡萄糖酸盐制备方法，依次包括下列工艺步骤①将载有金颗粒的粉末状活性炭与葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的温度为40℃～55℃；②向步骤①所得混合物通入400～1000毫升/分钟氧气或空气，搅拌下加入Ca(OH)2水溶液；③抽滤、浓缩、结晶、风干等传统工艺手段处理步骤②所得溶液获得相应葡萄糖酸盐。
2.权利要求1的葡萄糖酸盐制备方法，其特征在于步骤①所述金颗粒的粒度为5～15nm，所述活性炭的比表面积800～1500m2/g，所述活性炭的粒度100～400目，所述金颗粒∶所述活性炭(质量比)＝0.5～3∶100。
3.权利要求1的葡萄糖酸盐制备方法，其特征在于步骤①所述葡萄糖水溶液重量百分比浓度1～20％，所述金颗粒∶葡萄糖(质量比)＝1∶500～3000。
4.权利要求1的葡萄糖酸盐制备方法，其特征在于步骤②所得溶液的pH值为8～9。
5.权利要求1、2、3、4之一的葡萄糖酸盐制备方法，其特征在于向步骤②所得溶液中加入硫酸盐。
6.权利要求5的葡萄糖酸盐制备方法，其特征在于所述硫酸盐为硫酸锌、硫酸镁或硫酸亚铁之任一种。
7.权利要求6的葡萄糖酸盐制备方法，其特征在于所述硫酸盐∶步骤②所得溶液中含有的葡萄糖酸钙(摩尔比)＝1∶1。
8.葡萄糖酸制备方法，依次包括下列工艺步骤①将载有金颗粒的粉末状活性炭与葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的温度为40℃～55℃；②向步骤①所得混合物通入400～1000毫升/分钟氧气或空气，搅拌下加入Ca(OH)2水溶液；③向步骤②所得混合物中加入硫酸，60℃～90℃水浴加热1～3小时，经后续传统工艺处理得到葡萄糖酸溶液。
9.权利要求8的葡萄糖酸制备方法，其特征在于步骤①所述金颗粒的粒度为5～15nm，所述活性炭的比表面积800～1500m2/g，所述活性炭的粒度100～400目，所述金颗粒∶所述活性炭(质量比)＝0.5～3∶100，所述金颗粒∶葡萄糖(质量比)＝1∶500～3000，步骤②所得溶液的pH值为8～9。
10.权利要求9的葡萄糖酸制备方法，其特征在于步骤③所述硫酸∶步骤②所得溶液中含有的葡萄糖酸钙(摩尔比)＝1∶1。
全文摘要
本发明涉及葡萄糖酸及其盐类的制备方法。采用Au/C催化剂液相催化氧化葡萄糖经氢氧化钙中和合成葡萄糖酸钙。以此为基础，经镁、锌、亚铁硫酸盐的置换反应获得相应葡萄糖酸盐，经硫酸置换反应获得葡萄糖酸。本发明用于生产葡萄糖酸及其盐类具有生产成本低廉、生产效率高、工艺流程简便的特点。
文档编号C07C51/00GK1594265SQ20041004020
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月11日 优先权日2004年7月11日
发明者董守安, 李品将, 杨生春 申请人:昆明贵金属研究所