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三氯蔗糖是蔗糖分子中的4,1,6-位羟基被氯原子取代,同时4-位发生构型翻转的产物,它是性能最为优良的高度甜味剂之一,具有甜度大、甜味特性好、不被人体吸收、物化性质稳定及应用范围广等特点。本文重点对单基团保护法合成三氯蔗糖的关键中间体蔗糖-6-乙酸酯及其氯代工艺进行了相关探索,主要开展了以下几方面的研究:
考察了采用二丁基氧化锡(DBTO)催化合成蔗糖-6-乙酸酯的方法。蔗糖与DBTO加热至回流合成有机锡络合物,低温条件下,乙酰化得到蔗糖-6-乙酸酯,最后回收催化剂二丁基氧化锡和溶剂。通过单因素考察,得到优化的工艺条件为:二丁基氧化锡/蔗糖摩尔比为1.1∶1.0,乙酸酐/蔗糖摩尔比为1.0∶1.0,回流温度90℃,回流时间4.5h,蔗糖-6-乙酸酯产率为82%,DBTO回收率达98%以上。
考察了采用固定化的米曲霉脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酸酯的方法。通过对比实验,发现以二甲基亚砜/叔戊醇混合溶剂体系为反应介质,以米曲霉脂肪酶LipozymeTLIM为催化剂,可以高效率的催化乙酸乙烯酯和蔗糖进行转酯化反应。优化的工艺条件为:蔗糖0.3mol/l,二甲基亚砜/叔戊醇(v/v)=1/4,脂肪酶用量100g/l,乙酸乙烯酯/蔗糖(n/n)=10∶1,反应温度为40℃,反应时间30h,蔗糖-6-乙酸酯产率达62.8%。脂肪酶循环利用6次后,蔗糖-6-乙酸酯产量约降到初始产量的80%。
比较有机锡和固定化的米曲霉脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酸酯两种方法。结果表明:两种体系均可实现催化剂和辅料的回收再利用;但后者受蔗糖溶解度和酶活性兼顾的限制,所需溶剂量较高。综合考虑,有机锡催化法所得蔗糖-6-乙酸酯的产率较高,更适用于工业化生产。
蔗糖-6-乙酸酯的选择性氯化是合成三氯蔗糖的难点。蔗糖酯化合成的蔗糖-6-乙酸酯不经过纯化,经适当处理直接进入氯化阶段。相同条件下,采用固体光气与N,N-二甲基甲酰胺生成的Vilsmeier试剂氯化产率较高,可达72%。改进后的工艺条件为:蔗糖-6-乙酸酯/氯化亚砜(n/n)=1∶10,蔗糖-6-乙酸酯/DMF(g/ml)=1∶12,采用65℃(保温0.5h)、115℃(保温4.5h)的升温模式。改进后的工艺为三氯蔗糖的工业化实施提供了理论依据。
最后对中间产物蔗糖-6-乙酸酯和三氯蔗糖-6-乙酸酯的结构进行HPLC定性分析和IR表征。