专利名称：一种清洁制备高纯度茄尼醇的方法
技术领域：
本发明是一种清洁制备高纯度茄尼醇的方法，通过柱吸附色谱法制备得到的茄尼醇产品纯度能够达到98.5％以上。
背景技术：
茄尼醇(Solanesol)是一种多聚异戊二烯醇，分子结构式为H[CH2C(CH3)CHCH2]9OH，相对分子量是631，纯品为白色粉状固体，熔点是41℃。茄尼醇是长链的脂肪醇，弱极性，易溶于有机溶剂，不溶于水。主要存在于烤烟的烟叶中，另外在马铃薯叶和桑叶中也含少量的茄尼醇。
茄尼醇是一种很重要的医药中间体，是合成辅酶Q10及维生素K2的重要原料，还可作为某些抗过敏药、抗溃疡药、降血脂药和抗癌药物的合成原料。在医药领域，辅霉Q10常用于心血管系统疾病的预防和治疗，对急性癌症和病毒性肝炎等也有一定的疗效。此外，辅酶Q10还具有较强的保健功效，提高人体免疫力，能够保养皮肤、增加活力。
茄尼醇在烟叶中的含量约在0.5～3％左右，最早由Rowland等人在1956年从烤烟中分离出来(J.Amer.Chem.Soc.，1956，78，4780)。日本专利(昭52-139711，昭63-190840等)介绍了以黄种烟叶为原料，以正己烷作抽提溶剂的提取方法，通过加热搅拌抽提2～3次，过滤，浓缩制得茄尼醇浸膏，再经皂化、液液萃取获得较高纯度的产品，但此方法存在原料消耗量大、产率低、成本高等缺点。
美国专利(US 3526669)从桑叶和蚕的粪便中也提取出了茄尼醇，同时还得到了具有11和12个异戊二烯结构的茄尼醇的衍生物。主要工艺流程为丙酮浸提、皂化、溶剂萃取、低温冷却(-40℃)、过滤、分子蒸馏(-10-3mmHg，180～240℃)等，得到的浅黄色的油状物含有约10％的茄尼醇，同时含有各约5％的11和12个异戊二烯结构的茄尼醇的衍生物。US 4013731号专利同样用这种复杂的工艺从马铃薯的叶子中提取得到了茄尼醇，并且发现，马铃薯叶子中茄尼醇的含量高达1～3％，远比桑叶和蚕粪中的含量高，而且在马铃薯叶中只有9个异戊二烯结构的茄尼醇，没有其他衍生物。
公开号为CN1056486A的中国专利介绍了一种用霉烟或破碎烟末制备茄尼醇的方法，用60～80％含量的工业正己烷为抽提溶剂，经两次抽提，浓缩可得到糊状的茄尼醇，程度可达20％，其残渣可用作农药原料或烟片。在该工艺中，易产生大量的微细烟尘，不仅污染环境，易导致爆炸危害安全，而且使产品中的丙酮不溶物超标，影响产品纯度同时造成产品不宜使用。在此基础上，公开号为CN1087076A的专利作了显著改进，仍选用霉烟或碎烟末为原料，用工业正己烷为溶剂制得的产品含微尘凝结物，但不损失茄尼醇，无着火爆炸危险，生产安全可靠。
CN1094920C号专利介绍了一种利用超临界流体技术来提取分离烟叶中茄尼醇的方法，消耗溶剂量少，生产周期大大缩短，萃取率高，无污染环境，且生产成本与传统方法差别不大，但每次萃取量有限，无法在工业上大规模生产应用。
公开号CN1115751A专利是从提取过烟碱的烟草中提取茄尼醇的，将提取过烟碱的烟草烘干、粉碎，以C5～C12的脂肪烷烃为溶剂提取数次，合并浓缩提取液，加入醇碱皂化，除去水和溶剂，用醇和酮的混和溶剂处理两次，冷却析出，纯度只能达到90％，仍达不到制药的要求。
公开号CN1115751A专利报道了一种分子蒸馏暨短径蒸馏技术，在0.1～100Pa真空度，80～220℃蒸发温度条件下，通过控制真空度和蒸发温度，对烟草浸膏进行分段处理。首先蒸发获得浸膏中的烟草净油，残存的黑色残渣即为茄尼醇富集段。该技术可以综合利用烟草浸膏中的烟草净油等有价值成分，还提高了烟草净油中致香成分的含量，拓宽了其应用范围。但该技术能耗较高，且对茄尼醇的富集效果非常有限，纯度提高不明显。
公开号CN1345711A专利分别使用吸附色谱法和凝胶渗透色谱法进行提纯，它以皂化结晶析出后纯度不低于70％的茄尼醇粗品为原料，用正己烷溶解后，以正己烷、1，2-二氯乙烷和丙酮的混配液为洗脱剂，以丙酮为返洗剂，采用吸附色谱法，去除掉与茄尼醇极性不同的杂质。然后再以正己烷为溶剂和洗脱剂，采用凝胶渗透色谱法，去掉与茄尼醇分子量不同的杂质，冷却后即得到纯度为95％的茄尼醇精品。但该工艺还存在以下不足1)工艺较为繁琐，从70％纯度到95％纯度，需经两次色谱分离，且技术环节较多，对控制要求严格；2)吸附色谱分离过程采用三相混和流动相，回收使用时难以准确控制三相之间的配比，而两相混和流动相可避免这一难题；3)该工艺中使用的1，2-二氯乙烷属氯代烷烃，对动物有明显的致癌作用，属高毒物质。
上述诸多分离提纯方法，包括传统的溶剂浸提、皂化浓缩等分离过程，仅能实现茄尼醇粗品的提纯。公开号CN1345711A专利提供的吸附色谱法和凝胶渗透色谱法两步工艺虽然可以达到较高的纯度，但存在的诸多问题限制了它在生产上的大规模应用，而其他尚未见有成熟的高纯度茄尼醇制备工艺的报道。
发明内容
本发明的目的是建立一种工艺方法简单、纯化效率高、流动相和溶剂可回收再利用、便于工业化生产的高纯度茄尼醇的方法。
本发明的目的可通过以下技术方案实现使用纯度不低于70％茄尼醇产品作为原料，用饱和烷烃溶解后，以饱和烷烃和乙酸酯的混配液为淋洗剂，然后经中压正相硅胶柱层析色谱分离或高压液相制备色谱分离，分段收集淋洗液，可得到纯度高达98.5％的茄尼醇。
本发明的具体步骤如下1).溶解原料将茄尼醇原料完全溶解在饱和烷烃中，质量浓度为20～80％。
2).色谱柱分离将溶解后的原料直接加入色谱柱中，然后用乙酸酯与烷烃体积比是1∶1---1∶100的淋洗液冲洗，收集馏份，对各个馏份进行检测，将组分相似的馏份合并在一起进行处理。当茄尼醇全部淋洗下来后，用乙酸酯冲洗柱子，以备色谱柱下次重复使用。
3).浓缩经硅胶层析分离得到的馏份，可以经HPLC检测确定其含量，分别合并浓缩后得到几种不同纯度规格的产品。待浓缩液通过水浴加热至30～60℃，保持-0.03～0.08Mpa的负压状态，蒸发出来的溶剂可以重新进行配比，回收利用。
本发明中使用中压柱，色谱柱长25-300cm，柱直径5-25cm，填充硅胶粒径为5-100μm，柱压0.2-3MPa，该柱可自行填装，人工装柱加入硅胶填料时敲打振荡柱子使其均匀装入，装好后的柱内填料应无明显的断层或裂纹。柱分离过程中保持2～8个大气压的压力，压力通过气体钢瓶或空压机实施，气体本身损耗较少。
本方法使用时以中压快速色谱柱为例，可分别为108mm×1500mm和219mm×2500mm，不锈钢材料，上下端均用法兰固定。内装200～300目的硅胶，装柱时硅胶从柱的上端加入，柱的下端有一砂芯层支撑。硅胶在装柱前经90～120℃烘干24～72小时，使其充分干燥，以去除吸附的过量水份。
本方法中，所使用的制备型高效液相色谱系统是用泵抽入溶解样品和淋洗液的，通过切换进样阀可方便地实现控制。所填装的高效液相色谱制备柱经冲洗后，可以使用100次以上。
溶解和淋洗所用的饱和烷烃可以是正戊烷、环己烷、正己烷或正辛烷中任一种，乙酸酯是乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丙酯中任一种。
本方法中，纯度低于90％的茄尼醇组分回收后，可以继续过柱进行分离。
本发明中淋洗液乙酸酯与饱和烷烃的体积配比以1∶20-1∶25为好。
本发明中分离所用原料与色谱柱中硅胶质量之比在1∶5-1∶50之间为较好的分离条件。使用后的硅胶从柱中取出，可在烘箱中100-110℃下烘干5-6小时，然后升温至250～350℃下加热活化24～72小时，经过处理后的硅胶可以连续使用8次以上。
淋洗液经过蒸发浓缩处理后，可继续配制溶液，重复使用，大大减低分离成本。
在上述条件下用干法装柱也可获得高纯度茄尼醇，即将干燥硅胶与茄尼醇溶液均匀混和，混和比例为每升茄尼醇溶液加入0.5-2Kg硅胶，然后自然风干，即可装柱，淋洗。
本发明所用的主要设备和仪器本发明中高效液相色谱所用的正构烷烃和乙酸酯等均为分析纯，经蒸馏后回收使用。分析色谱所用的甲醇和乙醇均为HPLC级，水为经美国生产的Millipore制备得到HPLC级纯水。
原料及产品分析使用Agilent 1100型高效液相色谱仪，包括溶剂箱、四元梯度泵、真空脱气机、标准微量自动进样器、恒温柱温箱、可变波长检测器(VWD)等。色谱柱为Kromasil公司的C18硅胶色谱柱，填料尺寸为5μm，4.6×250mm，检测波长为213nm，流动相为甲醇+乙醇(80∶20)，流速为1mL/min，自动进样，进样量为10μL。
液相—质谱分析在美国Finnigan公司生产的LCQAD-30000SPCL型LC/(MS)n进行，APCI/ESI源，液相分析为二极管矩列(PDA)检测器，Zorbax2.1×100mmC18色谱柱，流速为0.3mL/min，进样量为5μL，扫描范围为m/z在30-2000之间。
大连Elite公司制备型HPLC，主要包括两个P280高压恒流泵和一台UV200II型紫外可变波长检测器。Merck公司自装硅胶柱(50×250mm，7μm)，流动相为乙酸乙酯∶正己烷(1∶100～1∶1，体积比)，流速为80～150mL/min，检测波长为213nm。
其他仪器有上海申生科技有限公司R501型旋转蒸发仪；河南省巩义市英峪豫华仪器厂SHZ-C型循环水式多用真空泵；上海真空泵厂2xZ-1型旋片式真空泵；德国SartoriusBP211D型精密电子天平；2K-82A型真空干燥箱；上海司乐仪器厂85-1磁力搅拌器；上海市实验仪器总厂ZK-82A型真空干燥箱；美国Millipore公司的Milli-Q水纯化系统等。
本发明的主要设备和试剂是填充色谱柱和淋洗液，分别在中压和高压下淋洗含茄尼醇不低于70％的粗产品后，回收淋洗液和溶剂，可以分别获得纯度为90％、95％和98％等规格的产品。该工艺简单，淋洗液无毒易回收，与现有方法相比，具有成本低、纯化过程无污染、色谱柱可反复使用和便于工业化生产等优点。
图1是茄尼醇粗原料的HPLC谱图。
图2是分离得到的98.5％纯度的茄尼醇产品的HPLC谱图。
图3是高纯度茄尼醇产品的LC/MS谱图。
图4是高纯度茄尼醇产品的傅立叶变换红外(FTIR)谱图。
图5是高纯度茄尼醇产品的核磁共振(NMR)谱图。
具体实施例方式
实施例1称取20.0g纯度为73.5％的茄尼醇原料(HPLC谱图见图1)，溶于50mL的正己烷溶剂中。用P280高压恒流泵进样，进样前先用1.5L正己烷平衡色谱柱，用乙酸乙酯∶正己烷(1∶25)为流动相等梯度淋洗，共收集馏份30瓶，250mL/瓶，最后用1L乙酸乙酯冲柱，将其他杂质全部冲洗下来。将各馏份用反相HPLC检测，根据检测情况，分别合并，得到几种不同纯度规格的茄尼醇产品，然后用旋转蒸发仪减压浓缩，低温下冷却后称重。
表1列出了实施例1中各馏份的茄尼醇含量及分布，由表中数据可知，纯度在85％以上的产品质量达12.5g，其中纯度为98.5％的产品0.80g(检测结果见图2)。所得高纯度样品为白色蜡状固体粉末，质谱分析表明(见图3)，其分子量为631，与事实相符。为进一步确定样品分子结构，还分别作了傅立叶红外光谱(见图4)和核磁共振(见图5)表征，均与文献报道完全相符。
表1 实施例1中各馏份的茄尼醇含量及分布
实施例2称取30.0g纯度为73.5％的茄尼醇原料，溶于100mL的乙酸乙酯和正己烷(1∶25)的混和液中，然后过滤去除难溶细颗粒物。通过切换进样阀用P280高压恒流泵进样，进样前先用1.5L正己烷平衡色谱柱，用乙酸乙酯∶正己烷(1∶20)为流动相等梯度淋洗，共收集馏份30瓶，250mL/瓶，最后用1.5L乙酸乙酯冲柱，将其他杂质全部冲洗下来。将各馏份用反相HPLC检测，根据检测情况，将茄尼醇含量90％以上的馏份集中收集，浓缩、蒸干、称重，得到9.7g产品。对其进行HPLC检测，确定实际含量为90.6％。同样得到77.4％纯度产品11.9g，剩余5.4g低纯度产品合并后测定含量为45.8％，可重新过柱分离。根据计算，该过程中茄尼醇的得率为92.83％。
实施例3取73.5％茄尼醇350g溶于1000mL正己烷溶剂中，然后转入到填充的中压硅胶柱中，湿法上样。中压柱为不锈钢材料，108mm×1500mm，装柱时采用人工操作。加入硅胶时敲打柱子使填料均匀装入，柱内填料应无明显的断层或裂纹。上样后，开始用乙酸乙酯和正己烷(1∶20，0.67g/mL)的混和淋洗液冲洗，为提高淋洗效率，通过钢瓶加压，压力保持在4个大气压左右。淋洗过程中，用TLC技术对馏份进行检测，确定出峰的顺序和范围。淋洗约80L后，目标产物基本出峰完毕，然后用10L乙酸乙酯冲洗柱子，以备下次重复使用，下次使用前只需用一定量正己烷平衡好柱子即可，如此可以重复使用5次以上，如将硅胶取出冲洗焙烧处理后，又可重新使用。
根据TLC的测定结果，合并收集馏份，分别浓缩蒸干，称重，然后取样再经HPLC检测，确定准确含量。分别得到如下结果94.1％纯度茄尼醇65.8g，89.1％纯度95.7g，75.9％纯度127.4g，各种低纯度茄尼醇粗品共55g，茄尼醇总得率在91％左右。
实施例4称取约30kg的200～300目干燥硅胶，装入219mm×2500mm的不锈钢柱中。装柱时采用人工操作，加入硅胶过程中用振荡器振荡柱子使填料均匀装入。取73.5％茄尼醇原料约3kg溶入10L正己烷溶剂中，待完全溶解后，样品溶液通过柱子上方的加料桶均匀注入。然后用乙酸乙酯和正己烷(1∶20，0.67g/mL)的混和淋洗液冲洗，为提高淋洗效率，通过气泵加压，压力保持在3～6个大气压。打开柱子下面的活塞，接收馏份。淋洗过程中，用TLC方法对馏份进行检测，确定馏份中茄尼醇含量及出峰的顺序和范围。淋洗约600L后，目标产物基本出峰完毕，然后用足量的乙酸乙酯冲洗柱子，直至基本无杂质流出。冲洗干净的柱子下次重复使用，如此可以重复使用3次以上，如将硅胶取出冲洗焙烧处理后，又可重新使用多次。
根据测定结果，将组分相似的馏份合并，分别浓缩蒸干、称重，然后取样再经HPLC检测，确定准确含量。得到95％纯度级茄尼醇产品457g，90％纯度级产品658g，80％纯度级产品820g，其他各类产品共880g左右，茄尼醇总得率在90％左右。
实施例5称取约30kg的200～300目干燥硅胶，装入219mm×2500mm的不锈钢柱中。装柱时采用人工操作，加入硅胶过程中用振荡器振荡柱子使填料均匀装入。取73.5％茄尼醇原料约3kg溶入10L正己烷溶剂中，待完全溶解后，加入约3.5kg干燥硅胶，与溶解的样品溶液搅拌至混和均匀。然后将其放于通风橱中24小时，自然风干后研磨至60目以下的细小颗粒，由此制备出干样。
将此干样均匀铺平于装填好的硅胶上层，样品层厚度约40cm。然后用乙酸乙酯和正己烷(1∶20，0.67g/mL)的混和淋洗液冲洗，为提高淋洗效率，通过气泵加压，压力保持在3～6个大气压。打开柱子下面的活塞，接收馏份。淋洗过程中，用TLC方法对馏份进行检测，确定馏份中茄尼醇含量及出峰的顺序和范围。淋洗约600L后，目标产物基本出峰完毕，然后用足量的乙酸乙酯冲洗柱子，直至基本无杂质流出。冲洗干净的柱子下次重复使用，如此可以重复使用3次以上，如将硅胶取出冲洗焙烧处理后，又可重新使用多次。
根据测定结果，将组分相似的馏份合并，分别浓缩蒸干、称重，然后取样再经HPLC检测，确定准确含量。得到95％纯度级茄尼醇产品512g，90％纯度级产品646g，80％纯度级产品793g，其他各类产品共823g左右，茄尼醇总得率在87％左右。
权利要求
1.一种清洁制备高纯度茄尼醇的方法，其特征在于1).溶解原料将茄尼醇原料完全溶解在饱和烷烃中，质量浓度为20～80％；2).色谱柱分离将溶解后的原料直接加入色谱柱中，然后用乙酸酯与烷烃体积比是1∶1-1∶100的淋洗液冲洗，收集馏份，对各个馏份进行检测，将组分相似的馏份合并在一起进行处理，当茄尼醇全部淋洗下来后，用乙酸酯冲洗柱子，以备色谱柱下次重复使用；3).浓缩经色谱分离得到的馏份，检测确定其含量，分别合并浓缩后得到不同规格的产品，将浓缩液通过水浴加热至30～60℃，保持-0.03～0.08MPa的负压状态，蒸发后即得产品，蒸发出来的溶剂重新进行配比，回收使用。
2.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于色谱柱长25～300cm，柱直径5～25cm，填充硅胶粒径为5～100μm，柱压为0.2～3MPa。
3.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于所用的饱和烷烃是正戊烷、环己烷、正己烷或正辛烷中之一种，所用的乙酸酯是乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丙酯之一种。
4.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于对于浓缩得到的含量低于90％的茄尼醇粗品，按照上述分离方法重新上样分离。
5.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于乙酸酯与烷烃的体积配比为1∶20～1∶25。
6.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于每次分离所用原料质量与色谱柱中硅胶质量之比在1∶5～1∶50之间。
7.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于填充色谱柱中使用过的硅胶在250～350℃下加热活化24～72小时，重复使用。
8.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于淋洗液经过蒸发浓缩后，重复使用。
9.根据权利要求1所述的制备高纯度茄尼醇方法，其特征在于用干法装柱制备高纯度茄尼醇，将干燥硅胶与茄尼醇溶液均匀混和，混和比例为每升茄尼醇溶液加入0.5-2Kg硅胶，然后自然风干，即可装柱，淋洗。
全文摘要
本发明是一种清洁制备高纯度茄尼醇的方法，本方法使用含量不低于70％的茄尼醇粗原料，制备纯度可达98.5％的茄尼醇纯品。本发明使用高效液相制备色谱柱或中压硅胶填充柱，以无毒的饱和烷烃(正戊烷、环己烷、正己烷或正辛烷等)和乙酸酯(乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丙酯等)的混和液为淋洗液。淋洗后的馏份分段收集，经旋转蒸发回收溶剂，溶液浓缩后的分段产物真空干燥处理，可获得纯度高达98.5％的茄尼醇纯品。该方法制备的茄尼醇纯度高、成本低、工艺简单、纯化过程无污染、溶剂可回收使用、便于工业化生产。
文档编号C07C29/76GK1626489SQ20041005368
公开日2005年6月15日 申请日期2004年8月12日 优先权日2004年8月12日
发明者薛华欣, 陈建民, 周新光 申请人:复旦大学