L-古龙酸转化维生素C钠的研究

L-古龙酸转化维生素C钠的研究 L-古龙酸转化维生素C钠的研究 第32卷第3期 2011年6月 河北科技大学 JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnology V0I.32,No.3 June2011 文章编号:1008—1542(2011)03—0281—04 2一酮基一L一古龙酸转化维生素C钠的研究 杜明辉,何辉,杨星,王育华 (1.石家庄铁道大学教务处,河北石家庄050043;2.石家庄铁道大学材料科学与学院,河北石 家庄050043) 摘要:利用2一酮基一工厂古龙酸与甲醇生成2一酮基_L一古龙酸甲酯,然后加入碳酸钠与2一酮基-L,古 龙酸甲酯反应转化为维生素C钠,系统地研究了转化过程中反应温度,反应时间,碳酸钠用量等对 转化反应的影响.实验结果表明,碳酸钠可以显着地改善反应的条件,提高维生素C钠质量.在 反应温度为62?时,转化率提高到96.01.在转化反应中碳酸钠的效果明显优于碳酸氢钠. 关键词:2-酮基一L一古龙酸;维生素C钠;酯化;转化. 中图分类号:TQ225.1文献标志码:A Studyonconversionof2一keto—L—gulonicacidintosodiumvitaminC DUMing—hui,HEHui,YANGXing,WANGYu—hua (1.AcademicAffairsOffice,ShijiazhuangTiedaoUniversity,ShijiazhuangHebei050043, China;2.CollegeofMaterialScience andEngineering,ShijiazhuangTiedaoUniversity,ShijiazhuangHebei050043,China) Abstract:Themethyl2-keto—L—gulonateisgeneratedbyusing2-keto-L— gulonicacid(2-KLG)andmethanol,thensodiumcar— bonateisputintoproducesodiumvitaminC.Effectsofreactiontemperature.reactiontimean dtheamountofsodiumcarbon— ateontheconversionreactionareinvestigated.Theresultsshowthatsodiumcarbonatecansig nificantlyimprovethereaction conditionsandimprovethequalityofsodiumvitaminC.TheyieldofsodiumvitaminCisincreasedfrom92.40%tO96.01%at 62?.SodiumcarbonateissuperiortOsodiumbicarbonateforconversionreaction. Keywords:2-keto—L—gulonicacid;sodiumvitaminC;esterification;conversion 维生素C(VC)是一种重要的维生素类药物,可用于预防,治疗疾病,还可作为强化剂 和抗氧化剂大量地 用于食品行业.维生素c的生产方法主要有2种:莱氏法和两步发酵法,所制备的2 一酮基一L一古龙酸(简称2一 KLG)经过酸转化法或碱转化法转化为VC_lj.酸转化法采用浓盐酸催化2-KLG一 步制得VC,工艺简单, 操作步骤少,但存在浓盐酸对设备腐蚀严重以及加入的惰性溶剂或表面活性剂的 分离困难等问题].碱转 化法是中国国内生产VC厂家普遍采用的方法,也是中国具有自主知识产权的技 术.目前碱转化法采用2一 酮基一L_古龙酸与甲醇反应生成2一酮基L一古龙酸甲酯,2一酮基L一古龙酸 甲酯在NaHCO.作用下发生内酯化 反应生成VC钠盐,VC钠盐再经过树脂交换得到VC.维生素C钠是碱转化生产维 生素C过程的主要中间 产品,采用上述方法制备维生素C钠工艺简单,反应温度温和,但反应周期长,甲醇 单耗高].西安制药厂 在此基础上对转化工艺进行了改进,尝试用CH.ONa代替NaHCO.进行碱转化,转 化率可提高到92.6, 但产品质量不好,且CH.ONa价格比较贵].BOTTCHER等用丁醇代替甲醇,采用浓硫酸催化,在真空度 为0.02MPa,温度为85?的条件下与2一酮基一L一古龙酸反应2h蒸出多余的丁醇和水,向反应体系中加入 氯乙烯和盐酸,在72,75?加热17h,过滤后得到VCL. 收稿日期:201卜01—07;修回日期:2011—03—15;责任编辑:张士莹 作者简介:]?J:N~(1978一),男,河北石家庄人,讲师,硕士,主要从事光谱分析与化学工艺方面的研究. 282河北科技大学 本实验在碱转化法中采用Na.CO.与2一酮基一L一古龙酸甲酯反应得到维生素C钠,提高了维生素c钠的 产率并缩短了转化的反应时间. 1实验部分 1.1原料及试剂 2一酮基一L一古龙酸(纯度为90.2),工业级,石药集团维生药业(石家庄)有限公司提供;甲醇(纯度? 99.8),工业品,河北新乐化肥厂提供;浓硫酸(纯度为98),工业品,河北东方化工有限公司提供;碳酸 钠(纯度为98%),工业品,石家庄联碱厂提供;碘,分析纯,北京金汇太亚化学试剂有限公司提供;碘化钾,分 析纯,北京金汇太亚化学试剂有限公司提供. 1.2实验过程 在四口反应瓶中先投入甲醇960mL,开动搅拌器,缓慢加入0.75mL浓硫酸,使硫酸在甲醇体系中混 合均匀后,加入2一酮基一L一古龙酸150g,加热到35?,缓慢升温到52?左右,恒温回流反应3h.缓慢加入 43.5g碳酸钠,升温至60?左右,碳酸钠和硫酸很快发生中和反应,生成似豆腐脑状的硫酸钠,反应大约 10rain,再升温到62?,回流反应2.5h.先用常温水降温到30?左右,再直接用冷盐 水降温至0?,使维 生素C钠充分析出,抽滤.用约100mL冷甲醇洗涤,过滤分离后,在32?下真空干燥得到维生素C钠. 1.3含量测定 准确称取适量维生素c钠(约0.2g),加入新沸腾过冷却后的冷水100mL与1mol/L硫酸溶液15 mI,使其溶解,加淀粉指示液2mI,立即用碘滴定液(浓度为0.05tool/L)滴定,至溶液显蓝色并在30S内 不褪色,并将滴定结果用空白试验校正. 2结果与讨论 2.1酯化反应 2.1.1温度对反应的影响 图1为2一酮基,L一古龙酸与甲醇在硫酸的作用下,反应体系中的2一酮基一L一古龙酸甲酯(简称古龙酸甲 酯)质量分数与反应温度和反应时间的关系曲线图.由图1a)可以看出,随着温度的升高,反应体系中的古 龙酸甲酯的质量分数逐渐增大.当温度为52?时,反应体系中的古龙酸甲酯质量分数达到最大值,这是由 于温度升高可以提高酯化反应的化学平衡常数.但是当温度为55?时,反应体系中的古龙酸甲酯的质量分 数反而减小,这是由于酯化反应为放热反应,温度太高会使化学反应平衡向反应物方向移动,因此反应体系 中的古龙酸甲酯质量分数达到最大值后又会下降. 韶 蔼 ? k 一 逞一 韶 旺 盛 ? 舡 暑 图1反应温度和反应时间与古龙酸甲酯质量分数的关系 Fig.1Effectofreactiontemperatureandreactiontimeonthemethylgulonatecontents 2.1.2时间对反应的影响 由图1b)可以看出,反应体系中古龙酸甲酯的质量分数随着反应时间增加迅速增 大.当反应时间达到 2.5h以后,反应体系中古龙酸甲酯的质量分数增长缓慢.当反应时间达到3.0h时, 反应体系中古龙酸甲 第3期杜明辉等2一酮基一L一古龙酸转化维生素C钠的研究283 酯的质量分数增加变化不大.因此可以认为再延长 反应时间不能有效提高反应体系中古龙酸甲酯的质 量分数.实验确定的条件为反应温度为52?,反应 时间为2.5h. 2.2古龙酸甲酯与碳酸钠的转化反应 2.2.1温度对反应的影响 为了研究温度对古龙酸甲酯与碳酸钠反应转化 率的影响,笔者探讨了反应温度为56,66?时,古龙 酸甲酯转化为维生素C钠的反应情况,结果如图2所 示.从图2可以看出,当温度为56IC时,古龙酸甲酯 的转化率比较低,随着温度的逐渐升高,古龙酸甲酯 的转化率也逐渐增大.当温度为62?时,古龙酸甲 酯的转化率达到最大值.但是当温度超过62?时, 古龙酸甲酯的转化率反而降低.这是由于温度较高 时,维生素C钠不太稳定,生成的少量维生素C钠容 易分解,导致了高温情况下古龙酸甲酯的表观转化率 反而降低.因而,最佳反应温度为62.C. 2.2.2反应时间的影响 图3为反应时间与古龙酸甲酯转化率的关系. 可以看出,古龙酸甲酯的转化率随着反应时间增加而 增加.当反应时问为2.5h时,古龙酸甲酯的转化率 达到最大值.再增加反应时间古龙酸甲酯的转化率 反而降低,这可能是由于维生素C钠在温度比较高的 情况下,随着时间增加会有少量的维生素C钠分解的 缘故.故最佳反应时问为2.5h. 2.2.3碳酸钠的量对反应的影响 不同碳酸钠的量可能对反应有影响,笔者考察了 改变碳酸钠的量对古龙酸甲酯转化率的影响,结果如 图4所示.由图4可以看出:随着碳酸钠的量由理论 值的0.8倍逐渐增大到1.05倍,古龙酸甲酯的转化 率从78.51提高到96.O1%.但是当碳酸钠的量大 于理论值的1.05倍时,古龙酸甲酯的转化率没有什 么变化.故碳酸钠的量与理论值之比的适宜值为 1.O5. 2.3古龙酸甲酯的转化反应原理分析 式(1)和式(2)为2一酮基一L一古龙酸甲酯与碳酸钠 和碳酸氢钠的化学反应方程式.由化学反应方程式 可以看出,一方面加入1tool的碳酸钠可以生成2 mol维生素C钠,而加入1tool的碳酸氢钠只可以生 温度/? 图2反应温度与古龙酸甲酯转化率的关系 Fig.2Effectofreactiontemperatureonconversionof methylgulonate 述 褂 鬈 图3反应时间与古龙酸甲酯转化率的关系 Fig.3Effectofreactiontime011conversionof methylgulonate 图4碳酸钠的量与古龙酸甲酯转化率的关系 Fig.4Effectofdifferentamountsofsodiumcarbonate onconversionofmethylgulonate 成1tool维生素C钠.因此,生成相同量的维生素c钠所需要加入的碳酸钠的量要比加入碳酸氢钠的量少, 有利于节省原材料,且碳酸钠也比碳酸氢钠价格便宜,从而降低生产成本.另一方面,使用碳酸钠生成2 mol维生素C钠产生1tool水,这样使得在反应体系中古龙酸甲酯重新水解为2一酮基一L一古龙酸和甲醇的机 会减小,有利于更完全地生成维生素C钠.其次,碳酸钠在甲醇中的溶解度大于碳酸氢钠在甲醇中的溶解 度,从而有利于碳酸钠和古龙酸甲酯反应生成维生素C钠.由此可见,在2一酮基一L一古龙酸甲酯的转化反应 中,碳酸钠的效果明显优于碳酸氢钠. 284河北科技大学2011年 3结论 COOCH3 C:0 H0一C—H 2H— CI — OH H0一C—H CH20H H +Na~CO3—————+2Na COOCH3 l C=0 『 H0一C—H H一3一oH+NaHCOs— H0一C—H I CH20H O ll H0一C—H CH,0H O ll H0一C—H I CH,0H +2CH3OH+H20+CO2 +CH30H+H20+CO2. (1) (2) 1)2一酮基一L一古龙酸甲酯与碳酸钠的最佳反应条件中温度为62?,时间为2.5h, 碳酸钠的量为理论值 的1.O5倍. 2)采用碳酸钠替代碳酸氢钠生产维生素C钠,不仅可以加快产物的生成,而且有利 于更完全地生成维 生素c钠,同时还更有利于降低生产成本. 参考文献: [13李春艳,夏海平,蓝伟光.维生素C生产工艺进展[J].中国医药工业杂志(ChineseJournalofPharmaceuticals)t2001,32(1):38—40. [2]岳红坤,张敏燕.维生紊C胃漂浮片的研制EJ].河北科技大学(JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnology),2010,31(5): 413—4l8. E33许保云,尚会建,郑学明,等.维生素c化学转化工艺研究进展[J].河北工业科技(HebeiJournalofIndustrialScienceandTechnology), 2006,23(3):193-196. [4]田德海,常广林,苏风珍.维生素C转化工艺改进EJ].黑龙江医药(HeilongjiangMedicineandPharmacy),1999,22(6):41—42. [5]燕方龙,王风英,李光辉,等.抗坏血酸合成中酯化工艺研究口].辽宁化32(LiaoningChemicalIndustry),1995(6):54—56. [63伊光琳.维生紊C生产技术发展现状及发展趋势口].生物工程(JournalofBiologicalEngineering),1986(2):17—21. [7]BOTTCHERA,CURSKIH,KUNTZET.ManufactureofL-ascorbicAcidEP3.EP:1048 663.2000,1l—o2. [8]李振亚,陈向民,张立伟.混合溶剂法制备DL-丙交酯的研究[J].河北科技大学(JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnol— ogy),2009,30(3):204—207. 痧痧驴 科技期刊中物系组成标度的规范表示 1)混合物组成标度 "混合物"是指含有一种以上物质的气体相,液体相或固体相,在一般性讨论中不指出具体物质时,用B代表其中任何一 种物质.GB3102.8—93规定,表示混合物组成标度的量可分为3类:?分数;?比;?浓度.具体内容如下. B的质量分数用表示,单位符号为1;B的体积分数用表示,单位符号为1;B的摩尔 分数用ze表示,单位符号为1. 例如:某混合物中叫(c)=7O,w(H)一10%,(N)一2O;空气中9(02)一21%,(N2)=78%,9(CO2)=0.03. 质量比的单位为1或mg/kg;体积比单位为1或mL/m.例如:m(NaOH):m(KOH)一3:1;V(CH4):V(H2)一3:1. B的质量浓度用阳表示,单位为kg/ms或kg/L;B的浓度(B的物质的量浓度)用C表示,单位为mol/ms或mol/L.例如: p(NaC1)一200kg/L;c(H3PO4)=0.1tool/L. 2)溶液组成标度 "溶液"是指含有一种以上物质的液体相或固体相,为了方便,将其中一种(或一种以上的)物质称为溶剂,以A代表,其他 物质称为溶质,以B代表.国标中在溶质的组成标度名称上特别加了"溶质B(的)",在应用时一般不应将此限制词省略. "含量"可作为一般性的术语或不同量的泛称使用,但并不暗指某一特定量.例如:可以说有机物中碳的含量高,氢的含 量低.(本刊编辑部)