专利名称：一种环保的三氯蔗糖的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种甜味剂的合成方法，特别涉及一种三氯蔗糖的合成方法。
背景技术：
三氯蔗糖(Sucmlose)，化学名为4,1'，6'-三氯-4，1'，6'-三脱氧半乳型蔗 糖。三氯蔗糖是英国Tate&Lyle公司首先开发的高甜度甜味剂，其甜度大 约为蔗糖的600-800倍，该甜味剂具有对热、酸、碱等稳定性好，在人体 内吸收率极低，抗龋齿，无毒，可用作无糖食品的甜味剂。三氯蔗糖的合 成方法文献报道较多，现有技术中的合成方法有
马志玲等发表的文章《单酯化法合成高甜度甜味剂——三氯蔗糖的研 究》(《食品科学》2002年第23巻第5期P51-54)公开了单酯化法合成三 氯蔗糖的方法，该方法采用蔗糖与原乙酸三乙酯反应保护蔗糖6-位羟基， 亚硫酰氯/吡啶选择性氯化蔗糖6-乙酸酯，再采用甲醇-甲醇钠水解脱去6-位羟基得到三氯蔗糖。该方法虽然操作简便，反应条件温和，但是酯化反 应采用原乙酸三乙酯为酯化试剂，该试剂成本较高，从而抑制了该方法的 工业化生产。
沈国平等发布的文章《化学法合成三氯蔗糖》(《辽宁化工》2002年 第31巻第11期P487-488， 491)研究了以化学法合成三氯蔗糖的方法， 该方法采用蔗糖和三甲基原乙酸酯为起始原料，经酯化、氯化和醇解得到 三氯蔗糖。该方法采用三甲基原乙酸酯为酯化试剂，使得该生产方法的成 本增加，阻碍了该方法的商业化应用。
现有的三氯蔗糖的合成方法普遍存在成本高，收率低，生产周期长， 不适合工业化生产等缺陷。
发明内容
本发明提供一种对环境友好、操作简便、收率高，适合工业化生产的 合成高品质三氯蔗糖的方法。
一种环保的三氯蔗糖的合成方法，包括如下步骤-
步骤A酯化反应 反应式
蔗糖 蔗糖-6-乙酸酯
将蔗糖溶解在离子液体中，向蔗糖的离子液体溶液中加入有机酸催化
剂和乙酸酐进行酯化反应，再经后处理得到蔗糖-6-乙酸酯；
酯化反应温度为0-3(TC，优选15-20'C，酯化反应经HPLC检测原料
含量小于1%为反应终点，反应结束经后处理得到蔗糖-6-乙酸酯。
所述的有机酸催化剂选自冰乙酸、拧檬酸、草酸、对甲苯磺酸、苯磺
酸、丙二酸、丁二酸、酪酸、苯甲酸或对甲基苯甲酸，优选冰乙酸。 步骤A优选在氮气保护下常压进行。
步骤A中所述的蔗糖的离子液体溶液在与乙酸酐进行反应前经过无 水处理，即在7(TC左右减压脱水，得到无水的蔗糖的离子液体溶液。
步骤A中所述的后处理为酯化反应结束后在15"C以下用有机碱调节 反应体系的pH至9，用水萃取得蔗糖-6-乙酸酯水溶液，离子液体溶剂经 脱水套用，蔗糖-6-乙酸酯水溶液经减压脱水，得到蔗糖-6-乙酸酯，将蔗 糖-6-乙酸酯溶于离子液体溶液中用于下一步反应；
步骤A中后处理使用的有机碱为含氮类化合物，具体可以选自甲胺、
二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、叔丁胺、环己胺、乙二胺、吡 啶、二异丙基乙基胺、哌啶、吡咯、N， N-二甲级吡啶、2， 6-二甲基吡啶。
步骤B氯化反应 反应式 <formula>formula see original document page 6</formula>
三氯蔗糖-6-乙酸酯 二(三氯甲基)碳酸酯(固体三光气)结构式:<formula>formula see original document page 6</formula>
向二(三氯甲基)碳酸酯(固体三光气)的离子液体的溶液中，滴加蔗
糖-6-乙酸酯的离子液体溶液，在室温 110'C下进行氯化，生成三氯蔗糖 -6-乙酸酯中间态化合物，冷却反应液至4(TC以下，加入酯萃取三氯蔗糖-6-乙酸酯中间态化合物，有机层经无机碱中和将三氯蔗糖-6-乙酸酯中间态化 合物转化为三氯蔗糖-6-乙酸酯，经后处理得到三氯蔗糖-6-乙酸酯。
步骤B反应前预先将固体三光气溶于离子液体中，步骤B优选在氮 气存在下常压进行。
步骤B所述的氯化反应是在室温将蔗糖-6-乙酸酯的离子液体溶液滴 加到二(三氯甲基)碳酸酯的离子液体溶液中，滴加完毕升温至40 5(TC反 应2小时后升温至80 90。C反应1小时，再升温至100 110。C反应5小 时，使蔗糖-6-乙酸酯充分转化为三氯蔗糖-6-乙酸酯中间态化合物。
步骤B所述的后处理是将反应体系用无机碱中和pH至10将三氯蔗 糖-6-乙酸酯中间态化合物分解，减压回收酯(萃取溶剂)，浓縮物再加入 少量酯在5(TC溶解后在0。C搅拌析晶；滤出三氯蔗糖-6-乙酸酯结晶后于 30 50°C、 -0.04 -0.09]^ 3下真空干燥3 8小时，得到干燥的三氯蔗糖 -6-乙酸酯。
步骤B所述的后处理中将三氯蔗糖-6-乙酸酯中间态化合物分解后， 再用酸将体系中和至pH 6.5-7.5，以提高三氯蔗糖-6-乙酸酯的收率，然后
再减压回收萃取溶剂，其中所述的酸为无机酸，可以选自盐酸、硫酸、硝 酸、磷酸、氢溴酸。
步骤B以及步骤B后处理中所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、 氢氧化铯、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸钠、氨水、碳酸氢钠、碳酸氢钾。
步骤B中萃取及析晶操作中所述的酯选自甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸 甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯。
步骤A和步骤B中所述的离子液体为咪唑类的离子液体，具体结构
式为
R1\ 丄,"2
N 、+
其中& 、 R2各自独立的为d-C5的直链或支链垸基，具体可以为甲 基、乙基、丙基、正丁基、异丙基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、 异戊基、新戊基；
M-为Cr、 Bf、 I國、Al2Cl/、 BF4-、 PF" CH3COCT、 CF3S03-(简写为 Tf(T)、 (CF3S02) 2N-(简写为Tf2N_)、 C4F9S03-(简写为NfCT)、 C3F7COCT、 CF3COO-、 SbF6-、 (CF3S02) 3CT、 (C2F3S02) 3CT、 (C2F5S02) 2N\ AsF6\ CBUH12-(卡硼烷离子)、N03。
在步骤A和步骤B中，用于溶解蔗糖、二(三氯甲基)碳酸酯(固体 三光气)和蔗糖-6-乙酸酯的离子液体，可以是相同的也可以是不同的，由 于离子液体仅作为溶剂，所以各步骤离子液体的选用主要考虑后处理及回 收的方便以及离子液体对蔗糖和固体三光气及中间化合物的溶解度。
步骤C 脱酯反应 反应式<formula>formula see original document page 7</formula>三氯蔗糖-6-乙酸酯 三氯蔗糖
将三氯蔗糖-6-乙酸酯溶于醇中，再加入碱于4(TC-50'C进行脱酯反应 经HPLC检测反应完全，经后处理得到三氯蔗糖。
步骤c所述的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、仲丁醇或叔丁醇。
步骤c所述的碱为无机碱或有机碱，无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、 氢氧化锂、氢氧化铯、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾；有机碱选 自甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、环己胺、乙二胺或叔 丁胺。
步骤C所述的后处理是在反应液中加入活性炭于35 40'C脱色20 40分钟后过滤，滤液于8(TC减压蒸出约1/2醇后，加入酯，降温至38 40'C析晶4小时，过滤，滤饼用酯洗涤后抽干，得到湿品，湿品在30 50 。C下于-0.04 -0.09Mpa下真空干燥3 8小时得到三氯蔗糖。
步骤C中结晶及洗涤滤饼所用的酯选自甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸乙 酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯或丁酸乙酯。
步骤A、 B和C中各主要原料摩尔比为蔗糖乙酸酐催化剂二(三 氯甲基)碳酸酯碱(步骤C中脱酯反应前加入的碱)=1: Ll 1.5:0.01
0.05: L5 5.0: 0.5 2.0。
本发明工艺方法运用了对环境友好无污染新型功能化离子液体作溶 剂，该离子液体经处理后可循环套用，克服了目前工业化生产用易挥发溶 剂DMF、吡啶等溶剂对环境污染大的缺点；运用功能化的离子液体，还 克服了目前蔗糖-6-乙酸酯氯化过程中氯代衍生物多、氯代收率低的缺点， 大大提高了氯化选择性，使得氯化单步转化率在90%以上。
具体实施例方式
实施例1 蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮气保护下向干净的反应釜中分别投入蔗糖3.42Kg和l-甲基-3-甲 氧基咪唑六氟磷酸盐溶液10L,搅拌溶解，检测水分含量《0.2%，在15-20 。C下加入1.34Kg醋酐和60g冰乙酸的混合液，反应30min后降温至0。C加 入10L水，搅拌5min后加入乙二胺中和至pH二9，分出水层，有机层用 2L水洗，合并水层，在30'C以下高真空为5 10pa下浓縮水层，得到蔗糖 -6-乙酸酯，收率为93.5%，经HPLC检测含量为93.5%,向蔗糖-6-乙酸酯 中加入l-甲基-3甲氧基咪唑四氟硼酸盐IOL，搅拌均匀后备用。
实施例2 三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮气保护下向干净的反应釜中投入干燥好的l-甲基-3-甲氧基咪唑 四氟硼酸盐溶液10L，室温下投入二(三氯甲基)碳酸酯5.94Kg，搅拌溶解 后在15'C以下缓慢投入上步得到的蔗糖-6-乙酸酯溶液，投料结束后，慢 慢升温至4(TC保温2h，保温毕升温至8(TC，保持lh，升温至100'C保温 5h，降温，将反应液冷却到40。C以下，用15L乙酸乙酯分三次萃取三氯 蔗糖-6-乙酸酯中间态化合物，合并乙酸乙酯层，用30%的氢氧化钠溶液 中和至pH 8~10，搅拌1小时，再用工业盐酸中和至pH 6.5-7.5，得三氯 蔗糖-6-乙酸酯，减压回收乙酸乙酯得浓縮物三氯蔗糖-6-乙酸酯糖浆约 5.5Kg，再加入11L乙酸乙酯50。C溶解后在OX:搅拌结晶，分离后晶体烘 干称重，加入一倍的水加热至IOO'C溶解，30min后加入约5n/。(与烘干晶 体重量之比)活性炭脱色15min,过滤后二次重结晶，分离后晶体加入一 倍的水加热至9(TC溶解，进行三次重结晶，所得晶体烘干后即为三氯蔗糖 -6-乙酸酯。收率为68%，经HPLC检测含量为99.5。/。以上。
实施例3 三氯蔗糖的合成与结晶
l.OKg三氯蔗糖-6-乙酸酯与2.0Kg无水乙醇混合，搅拌溶解后再加入 0.05Kg的三乙胺，加热至4(TC反应2h，然后加入0.05Kg的活性炭脱色 15min，过滤后滤液加热至8(TC，蒸馏出一半乙醇后，再加入l.OKg乙酸 丁酯继续蒸馏至晶体析出，有晶体析出后即停止加热，冷却到38 40'C保 持4h，然后过滤，用少量的乙酸乙酯洗涤滤饼后烘干得到三氯蔗糖成品， 收率不低于90% (以三氯蔗糖-6-乙酸酯计)，经HPLC检测含量为99.5% 以上。
实施例4 蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮气保护下向干净的反应釜中分别投入蔗糖3.42Kg和1-异丙基-3-乙氧基咪唑四氟硼酸盐溶液IOL，搅拌溶解，检测水分含量《0.2%，待降 温至2(TC，投入配好的醋酐1.34Kg和草酸126g，反应30min后降温至0 X:加入10L水，用二甲胺中和pH至9，分出水层，有机层用2L水洗，合 并水层，在3(TC以下高真空为5 10pa下浓縮水层，得到蔗糖-6-乙酸酯， 收率为93.8%，经HPLC检测含量为93.8。/。，再加入l-异丙基-3-乙氧基咪
唑四氟硼酸盐10L，搅拌均匀后备用。
实施例5 三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成
在氮气保护下向干净的反应釜中投入干燥好的l-异丙基-3-乙氧基咪 唑四氟硼酸盐溶液10L，室温下投入二(三氯甲基)碳酸酯5.94Kg，搅拌溶 解后缓慢投入上步得到的蔗糖-6-乙酸酯溶液，控制温度在15。C以下，投料 结束后，慢慢升温至45。C保温2h，保温毕升温至85。C，保持lh，升温至 103。C保温5h，降温，待冷却到4(TC以下后，加入15L乙酸乙酯分三次萃 取三氯蔗糖-6-乙酸酯中间体，合并乙酸乙酯层，加氨水调节pH至8 10， 在15。C保温1小时得三氯蔗糖-6-乙酸酯，再用酸中和至pH 6.5-7.5,减压 回收乙酸乙酯得浓縮物得约5.5Kg三氯蔗糖-6-乙酸酯糠浆，再加入11L乙 酸乙酯50。C溶解后在0-C搅拌结晶，分离后晶体烘干称重，加入一倍的水 加热至IO(TC溶解，30min后加入约5% (与烘干晶体重量之比)活性炭脱 色15min，过滤后二次重结晶，分离后晶体加入一倍的水加热至9(TC溶解， 进行三次重结晶，所得晶体烘干后即为三氯蔗糖-6-乙酸酯，收率为69.1%， 经HPLC检测含量不低于99.5%。
实施例6 三氯蔗糖的合成与结晶
l.OKg三氯蔗糖-6-乙酸酯与2.0Kg无水乙醇混合，搅拌溶解后再加入 0.03Kg的三乙胺，加热至4(TC反应2h，然后加入0.05Kg的活性炭脱色 15min，过滤后滤液加热至8(TC，蒸馏出一半乙醇后，再加入1.0Kg醋酸 丁酯继续蒸馏至晶体析出，有晶体析出后即停止加热，冷却到38 40'C保 持4h，然后过滤，用少量的乙酸乙酯洗涤滤饼后烘干得到三氯蔗糖成品， 收率为91.2%(以三氯蔗糖-6-乙酸酯计)，经HPLC检测含量不低于99.5%。
权利要求
1、一种环保的三氯蔗糖的合成方法，其特征在于A、将蔗糖溶解在离子液体中，向蔗糖的离子液体中加入有机酸催化剂和乙酸酐进行酯化反应，再经后处理得到蔗糖-6-乙酸酯；B、在离子液体环境中，二(三氯甲基)碳酸酯与蔗糖-6-乙酸酯在室温～110℃下进行氯化反应，生成中间态化合物，反应体系冷却后，加入酯萃取出中间态化合物，得到中间态化合物的酯溶液，中间态化合物的酯溶液经无机碱中和，中间态化合物转化为三氯蔗糖-6-乙酸酯，经后处理得到三氯蔗糖-6-乙酸酯；C、将三氯蔗糖-6-乙酸酯溶入醇，再加入碱于40℃-50℃进行脱酯反应，经后处理得到三氯蔗糖。
2、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的离子液体的结构式为其中R, 、 R2各自独立的为CrCs的直链或支链烷基；M为Cr、 Br、 r、 Al2Cl/、 BF4-、 PF6-、 CH3COCT、 CF3S03-、 (CF3S02)2N、 C4F9S03-、 C3F7COO、 CF3COCT、 SbF" (CF3S02) 3CT、 (C2F3S02)3C、 (C2F5S02) 2N-、 AsF6-、 CB函2-或N03-。
3、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤A、步骤B和 步骤C中以摩尔比计，蔗糖乙酸酐有机酸催化剂二(三氯甲基)碳酸 酯碱=1: 1.1 1.5: 0'01 0.05: L5 5.0: 0.5 2.0。
4、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤A的酯化反应 温度为0-30。C，所述的有机酸催化剂选自冰乙酸、柠檬酸、草酸、对甲苯 磺酸、苯磺酸、丙二酸、丁二酸、酪酸、苯甲酸或对甲基苯甲酸。
5、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤A中所述的后 处理为酯化反应结束后在15°C以下用有机碱调节反应体系的pH至9，用 水萃取得蔗糖-6-乙酸酯水溶液，离子液体溶剂经脱水套用，蔗糖-6-乙酸 酯水溶液经减压脱水，得到蔗糖-6-乙酸酯，有机碱选自甲胺、二甲胺、三 甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、叔丁胺、环己胺、乙二胺、吡啶、二异丙基乙基胺、哌啶、吡咯、N， N-二甲级吡啶或2， 6-二甲基吡啶。
6、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤B所述的氯化 反应是在室温将蔗糖-6-乙酸酯的离子液体溶液滴加到二(三氯甲基)碳酸 酯的离子液体溶液中，滴加完毕升温至40 50'C反应2小时后升温至80 90。C反应1小时，再升温至100 11(TC反应5小时，生成中间态化合物。
7、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤B所述的后处 理是将反应体系用无机碱中和pH至10将中间态化合物分解，减压回收酯， 浓縮物再加入少量酯在50'C溶解后在(TC搅拌析晶；滤出三氯蔗糖-6-乙酸 酯结晶后于30 5(TC、 -0.04 -0.09Mpa下真空干燥3 8小时，得到干燥 的三氯蔗糖-6-乙酸酯。
8、 如权利要求7所述的合成方法，其特征在于所述的中间态化合 物分解后，用酸将体系中和至pH 6.5-7.5,然后再减压回收萃取溶剂，所 述的酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸或氢溴酸。
9、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的步骤C所述 的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、仲丁醇或叔丁醇，所述的碱 选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铯、碳酸钠、碳酸钾、碳酸 氢钠、碳酸氢钾、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、环己 胺、乙二胺或叔丁胺。
10、 如权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤C所述的后处 理是在反应液中加入活性炭于35 40'C脱色20 40分钟后过滤，滤液于 80'C减压蒸出约1/2醇后，加入酯，降温至38 4(TC析晶4小时，过滤， 滤饼用酯洗涤后抽干，得到湿品，湿品在30 5(TC下于-0.04 -0.09Mpa 下真空干燥3 8小时得到三氯蔗糖，其中结晶及洗涤滤饼所用的酯选自 甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯或丁酸乙酯。
全文摘要
本发明公开了一种三氯蔗糖的绿色合成方法，以蔗糖为起始原料，加入离子液体，在酸性催化剂作用下与乙酸酐酯化反应，生成蔗糖-6-乙酸酯，蔗糖-6-乙酸酯再经在离子液体中用固体三光气氯代、之后脱酯反应得到三氯蔗糖。本发明工艺环保，产品品质好，操作简单，生产成本低，是工业化生产的极佳路线。
文档编号C07H5/02GK101177437SQ20071016455
公开日2008年5月14日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者俞陆军, 卢跃娇, 吴伟群, 吴朝刚, 李志红, 李永超, 梅文军, 申屠有德 申请人:浙江普洛医药科技有限公司