本发明涉及一种制备角黄素的新方法，具体涉及一种氧化β-胡萝卜素制备角黄素的方法。
背景技术
角黄素(或称为斑蝥黄)是一种类胡萝卜素，存在于某些蘑菇、甲壳类、鱼类、藻类、蛋、血液和肝脏中。1984年fda/who批准斑蝥黄列入食品添加剂并制订了质量标准。斑蝥黄可以作为食品添加剂用于饮料、冰淇淋、华夫无辅料饼干、调味酱、番茄加工品和肉类加工品等。斑蝥黄加入鸡、鸭等家禽的饲料中，在蛋黄产生一种消费者喜爱的橘黄色。
1980年，joachimpaust(us4212827)等人报道了氧化β-胡萝卜素制备斑蝥黄的方法。该方法是在催化剂存在下用氯酸盐或溴酸盐来氧化β-胡萝卜素，缺点是反应时间过长，引发较困难，工艺不稳定，使用较多的碘化物。
2000年，森俊树(cn1277191)等人用碱金属氯酸盐或溴酸盐氧化β-胡萝卜素，添加的催化剂为卤化碘、碘或金属碘化物。所用的卤化碘包括氯化碘、三氯化碘、溴化碘和三溴化碘，卤化碘可以单一种类使用或以多种混合使用。
2001年，quesnel(ep1253131)研究报道用h2o2作氧化剂，i2为催化剂，选氯仿或氯苯为溶剂，室温条件下，产率可达40％，氧化剂h2o2无污染，但该方法产率不高。
toshikimori(us6313352)等人在joachimpaust(us4212827)的基础上进行了较好的改进，改进之后反应时间大大缩短。斑蝥黄的制备分三步：a)将β-胡萝卜素溶于二氯甲烷，将氯酸盐或溴酸盐的水溶液加于烧瓶中。b)加卤化碘或碘。c)加碘化钾或碘化钠。斑蝥黄的产率达76％，缺点是用到的卤化碘具有特殊的毒性和挥发性且收率较低，以及卤化碘具有不稳定性。
2003年，g·c·施勒默尔(cn1417207)发明的方法是用亚硫酸、亚硫酸氢盐或酸式亚硫酸盐和溴酸盐相结合产生的次溴酸作氧化剂，使得斑蝥黄获得很好的产量，同时明显地缩短了反应时间。该方法的缺点是生成的次溴酸不稳定，难以应用到工业化中。
2003年，dubnerfrank(ep1371642)等人报道氧化剂naclo溶液适合β-胡萝卜素氧化制备斑蝥黄，i2为催化剂，该方法反应产率达71％。吴世林(cn1793098)等人发明用酸调好ph值为2-5的氧化剂水溶液，在200-800w的灯光照射条件下氧化β-胡萝卜素制备斑蝥黄。
2008年，皮士卿(cn101633633)等人发明的β-胡萝卜素氧化制备斑蝥黄方法是h2o2作催化剂，氧化剂为碱金属氯酸盐或溴酸盐。该方法反应产率达78％。
因此，针对现有技术中产品收率低，环境污染的问题，需要开发一种新的方法，用于角黄素的制备。
技术实现要素：
本发明提供了一种氧化β-胡萝卜素制备角黄素的方法。在催化氧化反应中以双氧水为氧化剂，以活泼金属碘化物为催化剂催化氧化β-胡萝卜素合成角黄素，该方法反应条件温和，收率高，环境友好。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
氧化β-胡萝卜素制备角黄素的方法，β-胡萝卜素在催化剂及助剂存在下，与氧化剂双氧水溶液进行氧化反应制备角黄素。
作为本发明的一种具体的方案，β-胡萝卜素溶于有机溶剂中，加入活泼金属碘化物水溶液，助剂，混合均匀，搅拌，滴加双氧水溶液，生成包括角黄素的产物，再经过过滤，水洗，取有机相除去溶剂，重结晶，过滤干燥得到角黄素产品。
本发明中，所述的催化剂为活泼金属碘化物，优选碘化钾和/或碘化钠，更优选碘化钾；所述催化剂的质量为β-胡萝卜素质量的1-8％，优选3-6％。
本发明中，所述的助剂为固体氢氧化锂，氢氧化锂用量与催化剂的重量比为1∶1～4∶1。氧化反应过程中产生氢碘酸，酸性条件下原料β-胡萝卜素和产物角黄素易分解变质，助剂氢氧化锂作为强碱能快速反应掉碘化反应生成的氢碘酸，而且氢氧化锂水溶性差，体系处于弱碱性环境，原料β-胡萝卜素和产物角黄素更稳定，进而提高收率。
本发明中，所述的氧化剂为浓度为35-70wt％双氧水溶液，优选40-60wt％；双氧水的质量为β-胡萝卜素质量的10-50％，优选20-30％。
本发明中，所述的有机溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷、乙醚、正己烷中的一种或多种，优选二氯甲烷，溶剂用量是原料β-胡萝卜素重量的20-25倍。
本发明中，氧化反应先在反应温度为-10～0℃，反应1～3h，然后以1～5℃/min升温速率升温至40～50℃保温1～3h；优选先在反应温度为-9～-5℃，反应1.5-2h，然后以1～3℃/min升温速率升至41～48℃，保温1.5-2h。持续高温环境下原料β-胡萝卜素易变质，生成杂质，先低温反应一段时间生成中间体后再程序升温反应生成角黄素，既保证了较高的生产效率又保证了角黄素的高收率，减少了杂质的生成。
本发明中，所述的双氧水溶液滴加到包含β-胡萝卜素、催化剂和助剂的反应液中，双氧水溶液滴加时间为1～2h，优选1.5-1.8h(未计算在反应时间内)。滴加法加入双氧水溶液保证反应温和进行，避免剧烈反应导致角黄素变质。
本发明中，重结晶所用的溶剂选自丙酮、二氯甲烷、乙醇、乙醚、正己烷、环己烷、乙酸正丙酯中的一种或多种，优选丙酮。
本发明中，反应压力为常压。
本发明所述的制备角黄素的反应机理为：
1)滴加过氧化氢和金属碘化物进行氧化还原反应，生成单质碘：
2i-+h2o2→i2+2oh-
2)碘化反应与氯化和溴化反应不同，由于c-i键的平均键能在c-x键中最小，同时生成的碘化氢具有很强的还原性，因此，碘化反应都具有可逆性，为避免可逆反应的发生，应设法除去反应中生成的碘化氢，以使用亲电性较强的碘三负离子i3-。去除碘化氢的方法就是加入双氧水使还原性较强的碘化氢被氧化成单质碘，再和活泼金属碘化物(以碘化钾为例)络合，形成碘三负离子i3-，以重复参加反应：
3)过氧化氢和部分碘化氢进行氧化还原反应，生成单质碘：
2hi+h2o2→i2+2h2o
4)剩余过量的碘化氢被氢氧化锂反应中和：单质碘再和碘化钾络合，形成碘三负离子i3-：
hi+lioh→li++i-+h2o
5)单质碘再和碘化钾络合，形成碘三负离子i3-；
6)通过以上β-胡萝卜素的碘化反应，生成了烯丙位的碘化物，该类型碘化物具有较强的活泼性，可直接进行水解反应，得到c40醇和碘化氢：
7)c40醇再一次经过碘化反应，生成碘化物：
8)碘化物经过水解，生成c40双醇：
9)c40双醇在加热条件下经过脱水反应，从而生成角黄素：
本发明的积极效果在于：基于角黄素易被氧化变质、卤化碘具有毒性污染，本发明利用双氧水作为氧化剂，氢氧化锂为助剂，活泼金属碘化物作为催化剂,催化氧化β-胡萝卜素制备角黄素。该方法反应条件温和，常压即可，环境友好，原料及产物对环境无毒害，角黄素弱碱性条件稳定不易分解变质，采用程序升温提高了生产效率和收率，反应总时长小于4h，收率高达98％以上。
具体实施方法
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
分析仪器设备：agilent1260
分析方法：
hplc
检测器：vis或dad(波长：470nm附近最大波长)。
填充剂：十八烷基甲硅烷基化硅胶(粒径2～5μm)，内径2.0～6.0mm、长100～250mm。
柱温：40℃
流动相：0.05％三氟乙酸：甲醇(3∶97)混合溶液。
保留时间标准：7～10分钟
实施例1
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，0℃搅拌，加入催化剂碘化钾0.34g(2mmol)，加入助剂氢氧化锂0.34g混合均匀，然后取60％双氧水水溶液2.00g，逐滴加入烧瓶中，(滴加时间1.5h)，-5℃、反应压力常压、反应时间为1.5h，3℃/min升温速率升至45℃保温1.5h，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量5.41g，收率95.92％。
实施例2
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，-10℃搅拌，加入催化剂碘化钾0.34g(2mmol)，加入助剂氢氧化锂0.68g混合均匀，然后取40％双氧水水溶液3.00g，逐滴加入烧瓶中，(滴加时间1.5h)，-10℃、反应压力常压、反应时间为3h，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量5.07g，收率88.02％。
实施例3
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，-5℃搅拌，加入催化剂碘化钾0.17g(1mmol)，加入助剂氢氧化锂0.34g混合均匀，然后取50％双氧水水溶液2.00g，逐滴加入烧瓶中(滴加时间1.5h)，-5℃、反应压力常压、反应时间为2h，1℃/min升温速率升至45℃保温2h，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量5.53g，收率98.05％。
实施例4
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，-10℃搅拌，加入催化剂碘化钾0.34g(2mmol)，加入助剂氢氧化锂0.34g混合均匀，然后取60％双氧水水溶液1.00g，逐滴加入烧瓶中，(滴加时间1.5h)，-10℃、反应压力常压、反应时间为2h，2℃/min升温速率升至45℃保温1.5h，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量5.47g，收率96.98％。
实施例5
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，-10℃搅拌，加入催化剂碘化钾0.17g(1mmol)，加入助剂氢氧化锂0.68g混合均匀，然后取40％双氧水水溶液2.00g，逐滴加入烧瓶中，(滴加时间1.5h)，-10℃、反应压力常压、反应时间为2h，2℃/min升温速率升至45℃保温2h，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量5.36g，收率95.04％。
对比例1
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，-5℃搅拌，加入催化剂碘0.34g混合均匀，然后取过高碘酸钠2.12g(10mmol)用15ml水溶解，逐滴加入烧瓶中，(滴加时间1.5h)，-5℃、反应压力常压、反应时间为2h，，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量2.21g，收率39.18％。
对比例2
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，-5℃搅拌，加入催化剂二氧化锰0.34g混合均匀，然后取饱和次氯酸钠水溶液15g，逐滴加入烧瓶中(滴加时间1.5h)，-5℃、反应压力常压、反应时间为2h，，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量3.31g，收率58.77％。
对比例3
将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，-5℃搅拌，加入催化剂碘化钾0.34g混合均匀，然后取过氧化氢0.34g(10mmol)，逐滴加入烧瓶中，(滴加时间1.5h)，-5℃、反应压力常压、反应时间为2h，过滤，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到紫红色固体，取样二氯甲烷溶解液相分析，角黄素含量2.25g，收率39.89％。