专利名称：甲壳素酸水解反应制备d-氨基葡萄糖盐酸盐的方法
技术领域：
本发明涉及一种D-氨基葡萄糖盐酸盐的制备方法。尤其涉及一种利用超声波强化甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法。
背景技术：
D-氨基葡萄糖盐酸盐是甲壳素经盐酸水解后的产物。分子式是C6H13NO5 · HC1，分 子量是215. 63。D-氨基葡萄糖盐酸盐在医药、食品等领域有广泛的用途，是抗癌新药氯脲 霉素的主要的原料，是治疗关节炎等基础医药的中间体。近20多年来主要出口美国、日本。 近几年来国内的需求量每年以5 %的速度攀升。2007年国内的出口量已达到25000吨左右。传统的生产D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法是，工业盐酸(31% )水解甲壳素时间 3h-5h，温度95°C-110°C，盐酸的耗用量是甲壳素重量的5-6倍。活性炭用量是甲壳素重量 的0.15-0. 25倍。得率为50%-55% (甲壳素的灰分< 10%，水分< 10%，甲壳素均按原 样进料(未经粉碎)。中国发明专利(公开号为101125892)公开了氨基葡萄糖盐酸盐生产方法，生产 过程中调整了盐酸与甲壳素的比例，控制在5 1，温度控制在85°C 88°C，时间控制在3 小时，无须冷却结晶，直接在反应容器中同时加入活性炭脱色，省去了粗品结晶的分离和水 溶解，节省时间和用水。中国发明专利(公开号为101314609)公开了一种D-氨基葡萄糖盐酸盐的 生产方法，包括如下步骤(1)在反应蒸馏装置中加入甲壳素、无机酸和低碳醇，升温至 85-110°C，进行反应，顶部得到蒸馏液和底部得到残留液；(2)将所述残留液过滤除渣，滤 液降温析出固体，固液分离得到粗D-氨基葡萄糖盐酸盐和一次母液；(3)将粗D-氨基葡萄 糖盐酸盐溶于热水，加入活性炭，回流，过滤，滤液蒸发析出固体，将所述固体溶解于乙醇， 搅拌，冷却静止，冷却过程中析出晶体，过滤，干燥后得到D-氨基葡萄糖盐酸盐。上述的反应由于反应的温度较高，反应的时间长，氨基葡萄糖在反应过程中容易 碳化。
发明内容
为了解决上述的制备方法中存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种甲壳素酸 水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法降低了反应的温度，缩短了反应时间， 可以有效地降低碳化率。为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法包括甲壳素粉碎、甲 壳素与盐酸的酸水解反应和D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤，其中甲壳素与盐酸的酸水 解反应在超声波反应釜中进行，所述的反应温度为60°C 80°C。优选的反应温度为65°C 70 "C。上述的技术方案中，粉末甲壳素进行超声波的“声空化”作用(在声场作用下，盐酸中产生空泡振动、生长和崩溃闭合的动力学过程)，空泡崩溃闭合时产生的局部高温、高 压和发光冲击波、微射流等能够强化传质(盐酸)是甲壳素表面保持高的活性。超声波在 媒质中(盐酸)传播时引起的媒质质元的振动，使位移速度加快，分子碰撞速度加快，同时 对质点施加较大的冲击力，导致甲壳素高分子糖苷键链断裂，迅速形成单糖。同时，超声波 通过媒质(盐酸)时，由于产生强烈的分子碰撞，导致甲壳素分子中的乙酰基迅速分离，甲 壳素分子中的氨基迅速结合盐酸分子，形成氨基葡萄糖盐酸盐。氨基具有较强的活性，氨基 迅速结合盐酸分子后受到保护，稳定性较好。超声波在媒质中(盐酸)被吸收，使部分声能 转化为瞬间热能有利于酸水解反应进行。由于较低的温度和较短的时间，使氨基葡萄糖盐酸盐不易炭化。有效防止氨基葡 萄糖盐酸盐的复分解反应。使氨基葡萄糖盐酸盐的得率保持在85%以上。局部靠近理论得 率(理论得率92% )(甲壳素的灰分< 10%，水分< 10% )。作为优选，上述的超声波反应釜的超声波频率为20kHz 200kHz，声强为0. 5W lW/cm2，功率密度为 10kw/m3 30kw/m3。作为优选，上述的超声波反应釜通过梯度强化酸水解反应。作为再优选，梯度强化 酸水解反应，超声波的频率依次为20 30kHz、40 60kHz、80kHz以上，声强依次为0. 5 0. 6w/cm2、0. 7 0. 8w/cm2、0. 9 lw/cm2，功率密度 8 12kw/m3、18 23kw/m3、25 30kw/作为优选，上述的甲壳素粉碎步骤中，粉碎的粒度小于等于20目，将粉末过60目 振动筛，除去细砂，取大于60目的粉末甲壳素加入反应釜中与盐酸反应。作为再优选，在搪 瓷反应釜中将粒度小于60目的细砂甲壳素和细砂溶解在盐酸中，搅拌，抽滤，将细砂去除， 滤液返回反应釜中。甲壳素粉碎的主要功能减少细砂在水解反应中强烈摩擦，破坏搪瓷反 应釜中的釉面，可以延长反应釜的使用寿命6倍以上(细砂约占甲壳素重量的-3%)0作为优选，上述的甲壳素与盐酸的酸水解反应步骤中，盐酸采用浓度为25% 37%盐酸，盐酸的重量是甲壳素的3 5倍。作为优选，上述的D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤包括固液分离、脱色、浓缩、结 晶和干燥步骤。作为再优选，上述的固液分离后沉淀物投入脱色釜中，加入活性炭和去离 子水，保持温度85°C 90°C，控制转速50 80r/min，反应时间0. 2 lh，后抽滤；在脱色 釜中再加入去离子水，重复一次，将活性炭去除，合并2次抽滤液，进入浓缩釜中；浓缩釜中 保持温度为< 80°C，真空度-0. 09 -0. 095Mpa ；将饱和浓缩液冷却至0°C，将结晶滤出，用 100%乙醇清洗，离心至干，抽滤液加95%乙醇重结晶，离心至干，得粗品；将洗涤后的白色 粗品用70%饱和乙醇溶液重结晶，离心后用100%洗涤，得精品；将精品真空烘干得成品。本发明由于采用以上述的技术方案，同原有技术比较，本发明的特点是1、得率提高，回流介质仍采用原有技术中使用的工业盐酸，用较低的温度，有效地 降低碳化率，使D-氨基葡萄糖盐酸盐得率增至80% _85%，比原有技术的50% -55%，提高 30%。2、节能减排每生产1吨的D-氨基葡萄糖盐酸盐，原有技术中所耗用盐酸(31% ) 需要9-10吨，本发明中所耗用盐酸(31%)只需4-4. 5吨，节约盐酸用量5吨。3、成本降低本发明在工艺上缩短酸水解时间三分之二以上。原有技术酸水解时间 需要3h 5h，温度95°C 110°C。本发明酸水解时间只要0. 75h lh。温度65°C 70°C，降低了蒸汽耗量75%以上，人工费用相应下降。本发明的应用，减少了各类原材料的耗用， 同时延长了水解釜的使用寿命达6倍以上。(原有技术中要使用的水解釜、浓缩釜，由于虾、 蟹甲壳素中所含的沙囊中的沙和海沙，造成反应釜的剧烈磨损，致使1 2个月就要复搪。) 使用本发明的技术生产D-氨基葡萄糖盐酸盐，生产成本总体下降50%以上，生产能力增加一倍以上。4、改善生产环境本发明可采用自动化作业，盐酸及氯化氢气体均在密闭的容器中 进行，在生产车间中氯化氢气体减少95%以上，厂房设备得到保护，员工的健康得到保障。
具体实施例方式下面对本发明的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法的工艺流程 进行详细的说明。(一)粉碎将甲壳素(水分彡10%，灰分彡10% )粉碎，粒度彡20目(<2 850 μ m)过振动筛 (筛孔60目)粒度<60目(<2 250 μ m)的甲壳素粉末和细砂另行集中处理，将粒度> 60 目的甲壳素粉末(占总量的95%以上)，按原料投入反应釜中。甲壳素粉末和细砂的混合物集中处理方法在搪瓷反应釜中将甲壳素和细砂溶解在2倍量浓度31 %的盐酸中，慢速搅拌，转 速30r/min 35r/min，在密闭抽滤桶中抽滤温度是60V 70°C，将细砂去除，滤液返回水 解釜中水解。甲壳素粉碎的主要功能减少细砂在水解反应中强烈摩擦，破坏搪瓷反应釜中的釉面，可以延长反应釜的 使用寿命6倍以上(细砂约占甲壳素重量的-3%)0采用粉末甲壳素投料，使在水解反应中快速溶解，减少水解时间(缩短0. 5h-lh) 降低碳化率。( 二 )水解将工业盐酸(浓度31% )加入装有超声波装置的耐酸搪瓷反应釜中，盐酸用量是 甲壳素重量的3. 5倍。在反应釜中先将31%浓度的盐酸预热至65°C，将粉末甲壳素用真空或螺旋输送 器送入反应釜中，同时，开启超声波系统，控制超声波的功率密度lOkw/m3声强0. 6w/cm2，频 率20khz，加料时间控制在< 0.5h。使甲壳素在短时间内全部溶解在热的盐酸中，搅拌转 速控制在50 60r/min，全部溶解后调整超声波频率为40khz，功率密度和声强20Kw/m3、 0. 75w/cm2，控制时间在0. 3 0. 4h，温度控制65°C 70°C，搅拌转速60 70r/min (主要 打断甲壳素高分子中的糖苷键)，继续调整频率至80khz，功率密度和声强30KW/m3、lW/cm2， 温度保持65°C 70°C，控制时间0. 3 0. 4h，转速70 80r/min，(主要脱去甲壳素分子 中的乙酰基)。超声波总加工时间控制在1. 2h 1. 5h。(三)固液分离水解后，将水解液冷却至30°C以下，放料，进密闭抽离桶中继续冷却沉淀，温度控 制在0°C左右，时间在lh，抽滤，将固体物料和液体物料B，分置处理。
在密闭抽离桶中将固体物料加入3倍量的90°C去离子水，继续抽离将抽滤液进入 脱色反应釜中，滤渣返回水解釜中，水解。(四)脱色在脱色反应釜中，加入粉末活性炭，加入量为甲壳素总量的5 %，温度控制在 90°C，时间控制在0. 5 lh，搅拌转速60 70r/min。将料液进入密闭抽滤桶中抽滤，固体物料返回脱色釜中，继续加1. 5 2倍量的去 离子水，重复一次，进入抽离桶中，2次滤液合并进入浓缩釜，活性炭渣弃去。(五)浓缩在浓缩釜中控制温度彡70°C，真空度-0. 09 -0. 095Mpa，浓缩至有晶体析出。(六)结晶将饱和浓缩液冷却至0°C左右，将结晶滤出，母液用95%。乙醇结晶，二次晶体合并 成粗品，用100%乙醇清洗，离心至干。(七)重结晶将洗涤后的白色粗品用70%饱和乙醇溶液重结晶，离心后用100%乙醇洗涤，得
梓口
不闫m o(八)干燥在旋转真空干燥器中进行干燥，控制温度< 50°C，真空度-0. 09 0. 095Mpa,旋转 速度5 6r/min，时间控制10 12h得成品。(九)B液处理将(三)中液体物料B进入浓缩釜中，控制温度75-80°C，真空度0.09 0.095Mpa 馏出盐酸(18 20% )和少量乙酸，占总量的80 85%，该混合酸可用于制甲克素用酸。(十)浓酱回用将浓缩后浓酱，返回水解釜重新水解。
权利要求
甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法包括甲壳素粉碎、甲壳素与盐酸的酸水解反应和D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤，其特征在于甲壳素与盐酸的酸水解反应在超声波反应釜中进行，所述的反应温度为60℃～80℃。
2.根据权利要求1所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征 在于反应温度为65°C 70°C。
3.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其 特征在于超声波反应釜的超声波频率为20kHz 200kHz，声强为0. 5W lW/cm2，功率密 度为 10kw/m3 30kw/m3。
4.根据权利要求3所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征 在于超声波反应釜通过梯度强化酸水解反应。
5.根据权利要求4所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特 征在于梯度强化酸水解反应，超声波的频率依次为20 30kHz、40 60kHz、80kHz以上， 声强依次为 0. 5 0. 6w/cm2、0. 7 0. 8w/cm2、0. 9 lw/cm2，功率密度 8 12kw/m3、18 23kw/m3、25 30kw/w3。
6.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法， 其特征在于甲壳素粉碎步骤中，粉碎的粒度小于等于20目，将粉末过60目振动筛，除去细 砂，取大于60目的粉末甲壳素加入反应釜中与盐酸反应。
7.根据权利要求6所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，盐酸 中，搅拌，抽滤，将细砂去除，滤液返回反应釜中。
8.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其 特征在于甲壳素与盐酸的酸水解反应步骤中，盐酸采用浓度为25% 37 %盐酸，盐酸的 重量是甲壳素的3 5倍。
9.根据权利要求1或2所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其 特征在于D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤包括固液分离、脱色、浓缩、结晶和干燥步骤。
10.根据权利要求9所述的甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特 征在于固液分离后沉淀物投入脱色釜中，加入活性炭和去离子水，保持温度85°C 90°C， 控制转速50 80r/min，反应时间0. 2 lh，后抽滤；在脱色釜中再加入去离子水，重复 一次，将活性炭去除，合并2次抽滤液，进入浓缩釜中；浓缩釜中保持温度为<80°C，真空 度-0. 09 -0. 095Mpa ；将饱和浓缩液冷却至0°C，将结晶滤出，用100%乙醇清洗，离心至 干，抽滤液加95%乙醇重结晶，离心至干，得粗品；将洗涤后的白色粗品用70%饱和乙醇溶 液重结晶，离心后用100%洗涤，得精品；将精品真空烘干得成品。
全文摘要
本发明涉及一种D-氨基葡萄糖盐酸盐的制备方法。尤其涉及一种利用超声波强化甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法。甲壳素酸水解反应制备D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法包括甲壳素粉碎、甲壳素与盐酸的酸水解反应和D-氨基葡萄糖盐酸盐的提取步骤，其中甲壳素与盐酸的酸水解反应在超声波反应釜中进行，所述的反应温度为60℃～80℃。优选的反应温度为65℃～70℃。本发明采用较低的温度，有效地降低碳化率，使得率增至80％-85％，比原有技术的50％-55％，提高30％。
文档编号B01J19/10GK101805379SQ20091009584
公开日2010年8月18日 申请日期2009年2月12日 优先权日2009年2月12日
发明者林大昌 申请人:林大昌