专利名称：非均相催化氧化制备葡萄糖醛酸及其内酯的方法
技术领域：
本发明涉及一种催化氧化葡甲苷制备葡萄糖醛酸及其内酯的方法。
背景技术：
葡萄糖醛酸内酯，简称葡醛内酯，分子式为(:611806，其化学成分为D(+)-呋喃葡 萄糖醛酸-7—内酯[D ( + ) - Glucofuranurono - 6， 3 - lactone]。葡醛内酯作为一种肝脏 解毒剂和免疫功能调节剂，是常规的保肝护肝良药，其作用机理是内酯在酶的催化作用下 变为葡萄糖醛酸，醛酸能与含有羟基、羧基、巯基等的有毒物质结合，形成葡萄糖醛酸结 合物而由尿排出，起到护肝及解毒作用；葡醛内酯及其后续产品还是功能性饮料和食品、 减肥药、化妆品等的主要添加剂，具有补充体能、改善缺氧、滋养肌肤、延缓衰老的功效， 其市场需求量近年来已经超过在医药领域的需求。
现行工业生产葡醛内酯的主要方法是从淀粉出发的硝酸氧化法，该方法沿用了 1951 年由G Sercln和L. Arcangeli用硝酸氧化淀粉制备葡萄糖醛酸及其内酯的生产工艺，其工 艺过程为将淀粉、水的混合物用发烟硝酸氧化制得氧化淀粉，淀粉氧化液在酸性条件下 加热加压水解，得到氧化淀粉的水解液，水解液减压浓縮至波美度为44 45时，直接加 入醋酸酯化，酯化混合物降温到45'C静置16 20小时后再逐步降温到-4 -8'C，降温结 晶总时间一般为70 80小时，结晶物经高速离心甩滤得到纯度为80-90%葡萄糖醛酸内酯 粗品，粗品收率约为12 15%，总生产周期约5 6天。粗品经脱色、重结晶处理可得到 含量在99%以上的精制产品，精制后的总收率一般为10%左右，相当于每10吨淀粉才得 到l吨葡醛内酯。日本专利昭36-12114、昭38-14556、昭43-5882等也相继报道了类似的 制备方法。中国专利ZL200610018520.0也报道了该方法的酯化及结晶工艺改进技术。硝 酸氧化法的主要优势是原材料淀粉来源广且价格较低，该工艺最突出的问题是使用硝酸氧 化不仅氧化6位伯羟基，其它位置的羟基也可能被氧化，且反应过程有污染生产和自然环 境的氮氧化物产生，同时由于支链淀粉的存在导致体系异常粘稠。因此该方法存在着反应 选择性差、环境污染严重、后处理周期长，产品分离困难、能耗高、产品收率低、浪费资 源等缺点，因此需要革新葡醛内酯的制备工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统硝酸氧化法生产葡萄糖醛酸内酯工艺过程中存在的不足，提供一种非均相催化氧化法制备葡萄糖醛酸或其内酯的方法；该方法制备葡萄糖醛酸或其内酯的选择性高、环境污染少、催化剂易于分离。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为一种非均相催化氧化制备葡萄糖醛酸及其内酯的方法，以负载型钯/f丐钛矿型复合金属氧化物作为催化剂，采用分子氧对甲基葡萄糖苷的伯羟基进行选择催化氧化得到葡萄糖醛酸，催化氧化时pH值在8 11之间，反应温度为60'C 90 °C，反应时间为2 5 h;然后通过过滤将催化剂分离，滤液在pH值l 3，反应温度6CTC 90 'C条件下水解反应1 3h得到葡萄糖醛酸，在此条件内，葡萄糖醛酸发生部分转化生成葡萄糖醛酸内酯。
本发明催化剂以钙钛矿型复合金属氧化物为载体，其活性组分为PdCl2、 Na2PdCl4或H2PdCl4，或其中之一的水合物；活性组分钯含量为催化剂总重量的0. 5 3%。
本发明钙钛矿型复合金属氧化物是指AB03型复合金属氧化物，其中A为镧系金属离子如镧离子或铈离子，B为锰、铅、铬、钴、铁、镍、铜离子以及这些金属离子两种或两种以上离子的组合。其来源是上述金属离子的硝酸盐、醋酸盐或碳酸盐。
本发明所述分子氧可以为氧气、空气或双氧水等。
本发明的有益效果在于l.用本发明催化剂非均相催化氧化法反应选择性高，环境污染少，催化剂易于分离，可克服传统无机硝酸氧化法生产工艺的不足，符合绿色化学发展的要求。2.采用分子氧在常压下进行催化氧化，对设备没有特殊的要求，操作简单，可实现清洁生产。3.淀粉硝酸氧化法只是部分利用了淀粉中的直链淀粉(占淀粉含量25%左右)，该方法不仅造成淀粉资源(75%的支链淀粉不被氧化)浪费，而且导致产物分离困难。采用可再生葡萄糖衍生物为原料，原料利用率高，从而实现资源节约，降低生产成本。
图1为本发明葡萄糖醛酸标样的HPLC图2为本发明葡萄糖醛酸内酯标样的HPLC图3为本发明葡萄糖标样的HPLC图4为本发明实施例2水解产物的HPLC图。
从附图测试结果可知，对照标准样品，保留时间2.809min为葡萄糖醛酸，3.256min为未反应的葡甲苷水解产物-葡萄糖，3.958min为葡萄糖醛酸内酯，检测样品中无其它吸收，表明采用非均相催化氧化法制备葡萄糖醛酸及其内酯反应选择性好，反应转化率较高。
具体实施例方式
本发明通过下列非限制的实施例进一步加以说明，但需要了解所述实施例仅用以说明本发明，而非用以限制本发明的范围。
本发明所用催化剂载体的制备方法是柠檬酸络合物法，即按载体组成比例称取所需金属组分的金属盐及柠檬酸(柠檬酸与所用金属离子的总摩尔比为3: 1)，加水溶解后混合后进行蒸发、焙烧得到；催化剂的制备方法是沉淀法，即将上述得到的载体浸泡在活性组分溶液中，滴加沉淀剂NaOH溶液或氨水，使活性组分沉积于载体上，再经过滤、洗涤、干燥、焙烧得到需要的催化剂。上述载体和催化剂的制备方法可参考文献[催化学报2002,23 (5): 413陽416]进行。
称取6.0g甲基葡萄糖苷(99.5%，工业级)于反应瓶中，加入50mL蒸馏水，溶解后加入1.0 g催化剂，机械搅拌并导入空气，在反应温度为60 卯'C之间，滴加1 mol/LNaOH溶液维持反应混合液的pH在8 11之间，反应液的pH值用pHS-25型数显pH计监测，反应时间为2 5小时左右。将反应液过滤，滤液用稀盐酸调节pH值至1 3之间，在60 90 'C下水解1 3小时。采用间羟基联苯法监测反应过程的葡萄糖醛酸含量。反应混合物用高效液相色谱检测葡萄糖醛酸及内酯的含量，分别用葡萄糖醛酸、葡萄糖醛酸内酯、葡萄糖标样进行对比检测，结果表明反应选择性较好。
本发明的机理在于糖类化合物分子上各功能基团对氧的反应活性次序为醛基、伯羟基、轴向仲羟基、径向仲羟基，因此选择氧化伯羟基时应先保护醛基，因此本发明使用甲基葡萄糖苷为原料。在催化氧化过程中，每一分子伯羟基的氧化必然伴随着一分子Pd2+到P(f的还原，伯羟基的氧化速率取决于活性组分钯的氧化还原循环能力。作为催化剂载体，钙钛矿型复合金属氧化物作为催化剂助剂具有良好的助氧化还原能力，通过在A位或B位掺杂不同的金属或过渡金属离子，可以达到改善催化剂性能的目的，有效实现贵金属主活性组分钯在催化过程中的氧化还原循环。
实施例l
称取6.0 g甲基葡萄糖苷于三口瓶中，加入50 mL蒸馏水，溶解后加入l.O gPd/Lao.5Pb。.5Mn03催化剂(催化剂可按文献[催化学报2002， 23 (5): 413-416]制备)，机械搅拌并导入空气。反应条件为常压，温度为75'C，通过滴加l mol/LNaOH溶液维持反应混合液的在pH值在8 10，用pHs-25型数显pH计监测反应液的pH值，4h后停止反应，反应混合物过滤，滤液用稀盐酸将pH值调整至1 2，在90。C进行水解反应，反应时间3h。静置冷却，取样用高效液相色谱分析葡萄糖醛酸及内酯的含量，葡萄糖醛酸(保留时间2.809min)含量达29.5%，葡萄糖醛酸内酯(保留时间3.958min)含量27.2%,反应选择性》99%;产物检测结果见附图4，从附图测试结果可知，对照标准样品(图1一3)，保留时间2.809min为葡萄糖醛酸，3.256min为未反应的葡甲苷水解产物-葡萄糖，3.958min为葡萄糖醛酸内酯，检测样品中无其它吸收，表明采用非均相催化氧化法制备葡萄糖醛酸及其内酯反应选择性好，反应转化率较高。实施例2
取6.0g甲基葡萄糖苷(99.5%，工业级)于反应瓶中，加入50mL蒸馏水，溶解后加入1.0 gPd/Lao.5PbQ.5Mno.9Sn(n03催化剂(催化剂可按文献[催化学报2002， 23(5): 413-416]制备)，机械搅拌并导入空气。升温至7(TC，滴加lmol/LNaOH溶液维持反应混合液的pH值在8 10，反应液的pH值用pHS-25型数显pH计监测，约5 h后停止反应。过滤，滤液用稀盐酸将pH值调整至1 3，在9(TC水解反应3h，反应过程的葡萄糖醛酸含量采用间羟基联苯法进行监测。静置冷却，取样用高效液相色谱分析葡萄糖醛酸及内酯的含量，反应结果为葡萄糖酸酸含量32.6%，葡萄糖醛酸内酯含量28.5%，反应选择性>98%。
实施例3
称取6 g甲基葡萄糖苷于三口瓶中，加入50mL蒸馏水，溶解后加入l.O gPd/Ceo.5Pbo.5Mn03催化剂(催化剂可按文献[催化学报2002， 23 (5): 413-416]制备)，机械搅拌并导入空气。反应在常压，6(TC 70。C的碱性水溶液中进行。用pHs-25型数显pH计监测反应液的pH值，通过滴加l mol/LNaOH溶液维持反应混合液的在pH值在8 10，5h后停止反应，反应混合物过滤，滤液用稀盐酸将pH值调整至1 2，在80'C进行水解反应，反应时间2h。静置冷却，取样用高效液相色谱分析葡萄糖醛酸及内酯的含量，葡萄糖醛酸含量达31.2%，葡萄糖醛酸内酯含量28.8%，反应选择性>99%。
实施例4
取6.0g甲基葡萄糖苷(99.5%，工业级)于反应瓶中，加入50mL蒸馏水，溶解后加入1.0gPd/CeQ.5Mno.502催化剂(催化剂可按文献[催化学报2002， 23 (5): 413-416]制备)，机械搅拌并导入空气。常压，反应温度为70'C，滴加lmol/LNaOH溶液维持反应混合液的pH值在9 11之间，反应液的pH值用pHS-25型数显pH计监测，4 h后停止反应。过滤，滤液用稀盐酸将pH值调整至1 2，在9(TC水解反应3h，反应过程的葡萄糖醛酸含量采用间羟基联苯法进行监测。静置冷却，取样分析葡萄糖醛酸及内酯的含量，其中葡萄糖醛酸含量为27.6%，葡萄糖醛酸内酯的含量为25.0%，反应选择性》98%。
权利要求
1. 一种非均相催化氧化制备葡萄糖醛酸及其内酯的方法，以负载型钯/钙钛矿型复合金属氧化物作为催化剂，采用分子氧对甲基葡萄糖苷的伯羟基进行选择催化氧化，催化氧化时pH值在8～11之间，反应温度为60℃～90℃，反应时间为2～5h；然后通过过滤将催化剂分离，滤液在pH值1～3，反应温度60℃～90℃条件下水解反应1～3h得到葡萄糖醛酸，在此条件内，葡萄糖醛酸发生部分转化生成葡萄糖醛酸内酯。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化剂以PdCl2、 Na2PdCl4、 H2PdCl4 或其中之一的水合物为活性组分，活性组分钯含量为催化剂总重量的0. 5 3%。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述催化剂以钙钛矿型复合金属氧化 物为载体，钙钛矿型复合金属氧化物是指ABCb型复合金属氧化物，其中A为镧或铈 金属离子，B为锰、铅、铬、钴、铁、镍、铜离子或这些金属离子两种及两种以上离 子的复合物。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于分子氧为氧气、空气或双氧水。
全文摘要
非均相催化氧化葡甲苷制备葡萄糖醛酸及其内酯的方法，以负载型钯/钙钛矿型复合金属氧化物作为催化剂，采用分子氧对甲基葡萄糖苷的伯羟基进行选择催化氧化，催化氧化时pH值在8～11之间，反应温度为60℃～90℃，反应时间为2～5h。然后过滤将催化剂分离，滤液在pH值1～3，反应温度60℃～90℃下水解反应1～3h得到葡萄糖醛酸，在此条件内，葡萄糖糖醛酸发生部分转化生成葡萄糖醛酸内酯。本发明反应选择性高，环境污染少，催化剂易于分离，符合绿色化学发展的要求。采用分子氧在常压下进行催化氧化，对设备没有特殊的要求，操作简单，可实现清洁生产。本发明采用可再生葡萄糖衍生物为原料，原料利用率高，从而实现资源节约，降低生产成本。
文档编号C07H7/00GK101481393SQ20091006085
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者吴元欣, 孙炎彬, 熊小焱, 华 袁, 茂 邬, 陈启明 申请人:武汉工程大学