一步法合成葡萄糖酸钙

第 2o卷 第 1期 武 祝 化 工 学 院 学 报 Vo1．20No．1 1998年 3月 JOURNAL OF WUHAN INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY Mar．1998 一 弓 I 一 步法合成葡萄糖酸钙 陈建初 (科研处) T 6∥ ／ ． 早 p C≤ 摘 要 采用双金属作催化剂，在碱液中氧化葡萄糖，一步制取葡萄糖酸钙，产品收率82．1 ，并 研究了催化剂、反应物浓度 、温度、pH值、搅拌速度等工艺参数对葡萄糖催化氧化的影响 关键词 葡萄糖； 墨坐；塑 翌； 蔓 ～ ‘ ， 分类号 TQ 460．31；TQ 426．82 0 引 言 葡萄糖酸钙是一种医药和精细化学品．作为药物，它能促进骨骼和牙齿的钙化、维持神经 与肌肉的正常兴奋性、降低毛细血管的渗透性；作为精细化学品，它可作为食品添加剂、水质稳 定剂和水泥助剂 ． 葡萄糖酸钙的生产方法有电解法、溴化法和发酵法，目前大多数厂家采用发酵法．国内发 酵法生产已有几十年的历史，工艺技术仍然存在着黑霉菌的培养、分离、副产物控制、废水处理 等难题 ．为了寻求较好的合成葡萄糖酸钙新工艺，作者曾作过一些探索 ．如，用双酶法水 解淀粉成葡萄糖溶液，然后在氢氧化钠的碱性条件下，催化氧化得到葡萄糖酸钠．通过离子交 换法、中和法等工艺过程处理，得到葡萄糖酸钙 ．但该工艺路线过长，收率低，未进行中试研 究．以葡萄糖为原料 ，经“三步合成法” ，在小试的基础上，进行了中试放大，并已批量生产出 葡萄糖酸钙产品 ． 作者在开发葡萄糖酸钙的合成路线中，采用双金属作催化剂，一步合成制取葡萄糖酸钙， 使其合成路线得到简化． 1 实验部分 1．1 原辅材料 葡萄糖：湖北省葡萄糖厂企业，食用级．氧化钙：工业纯．双金属催化剂：自备． 1．2 工艺合成原理 葡萄糖在氢氧化钙的水溶液中，在双金属催化剂的存在下，经空气的氧化，其分子上的醛 基被氧化成羧基，葡萄糖酸与氢氧化钙反应得到葡萄糖酸钙．其化学反应式为： C6H⋯O c o Ca(c⋯H O H20 1．3 工艺与制备方法 图 1为一步合成葡萄糖酸钙的工艺流程．其制备方法如下． 在备有搅拌水浴加温及供氧气装置的五口1 000 mL烧瓶中，加入葡萄糖 110 g，工艺用水 至葡萄糖质量浓度为 0．40 kg／m ，双金属催化剂 2．2 g，起动搅拌，将氧化钙的水溶液缓缓滴 收稿日期：l996—09一O2 陈建初 ：男' 年 月生，高级 ‘ t且 维普资讯 http://www.cqvip.com 武汉化工学院学报 第 2O卷 入烧瓶中，控制反应液 pH值为 10，温度 40℃， 再通入氧气，其流量为 70 L／h左右．保持反应 条件 8 h后，测定葡萄糖的转化率，当转化率达 到 95 时，停止反应． 将反应液趁热过滤 ，滤出催化剂，滤液用活 性炭脱色至 6 色，再趁热过滤，活性炭渣和催 化剂分别保留回收再用．滤液浓缩，使其相对密 度达到 1．10，然后进行第二次脱色，控制色相 4 色以下，过滤，滤液静置过夜，冷却结晶．次 日过滤、洗涤，80"C干燥至含水量≤3 ，即得到 成品． 结晶过滤、洗涤后的母液(I)通过脱色、浓 缩、结晶、分离，得到的回收半成品进入二次脱 色工序操作过程，回收其中葡萄糖酸钙，精制得 到成品．成品重合计 90．1 g． 2 结果与讨论 2．1 产品质量 成 品 圈 1 一步合成葡萄糖酸钙工艺流程 本品经湖北省药品检验所测试，产品质量 符合我国药典八五版规定．10个试样批号，产品收率平均达 82．1 ，详见表 1 表 1 各批试样收率明细表 2．2 工艺条件对葡萄糖氧化转化率的影响 2．2．1 催他剂的用量 在葡萄糖质量浓度为 0．40 kg／m。、pH值为 10、温度为 45℃、氧气流 量≥70 L／h、搅拌速度 1 600 r／rain的反应体系中，改变催化剂的用量，其对应的葡萄糖转化率 变化情况见图2．由图 2可见，此种催化剂的用量为葡萄糖量的 2 是合适的．从生产成本的角 度来考虑，应避免催化剂过量的问题． 2．2．2 葡萄糖质量浓度 在催化氧化过程中，其它工艺参数与本实验制备过程的参数保持不 变，葡萄糖质量浓度增高，则反应转化率降低，结果如图3所示．由图 3可见，选择葡萄糖质量 l ' 维普资讯 http://www.cqvip.com f ■ 第 1期 陈建初：一步法合成葡萄糖酸钙 31 浓度为 0．40 kg／m。左右合适． 2．2．3 反应温度 固定本实验制备过程中氧 化反应的工艺参数，只改变温度，测其不同的转 化率，用数据作图 4．由图 4看 出，氧化转化率 随温度的升高而升高，室温以下反应，氧化转化 率很低．温度 6O℃，糖氧化的转化率虽增长很 快，但葡萄糖酸的量几乎没上升，其原固是产生 了葡萄糖二酸、葡萄糖醛酸、羟甲基糠醛等副反 应物．因此，氧化反应温度为4O℃左右较合适． 哥 趣 耳 葡萄糖质量琅度／kg·m 囝 2 催化剂用量与转化宰关系 图 3 葡萄糖质量浓度与转化宰的关系 圈 4 反应温度与转化宰的关系 2．2．4 溶液的酸度 氧化反应过程中，部分葡萄糖氧化成葡萄糖酸，遇到碱性的钙离子发生 中和反应，生成了葡萄糖酸钙，使氧化反应的生成物葡萄糖酸的浓度不断减小，有利于氧化反 应向正方向进行．实验中发现，反应液的 pH接近中性时，反应到达终点的时间要超过 1 5 h；增 加 pH值，在同一参数体系中，反应终点时间相对缩短，但是，当溶液的 pH值为 11以上时，生 成物中有大量的糖二酸的钙盐副产物，经筛选，反应液保持 pill0土0．5，葡萄糖酸钙的生成量 比较接近理论生成量． 2．2．5 搅拌速度 本实验的反应是气一液一固三相体系，要使反应充分完成 ，就要克服传质的 阻力．对葡萄糖氧化三相体系的反应，搅拌达到较高速度才有好的传质效果 ．本实验选择的 搅拌速度为 1 600 r／rain，转化率达到 95 左右． 3 结 语 与发酵法工艺技术相比，本工艺技术难度小，设备简单，避开了黑霉菌的培养、分离以及副 产物的控制、三废污染的难题，且生产规模设计可大可小，生产周期短，工艺简便，产品收率较 高．实验使用双金属催化剂，催化氧化葡萄糖一步成钙盐，与“三步合成法 比，简化了工序，具 2 维普资讯 http://www.cqvip.com 32 武汉化工学院学报 第 20卷 有更好的效益．不足的是 ，双金属倦化剂的使用周期只有四至五批，五批循环使用后，催化活性 大大降低，其原因有待进一步研究． 参 考 文 献 林 勇 淀粉与葡萄糖的生产．南昌：江西科技出版社，1986． 陈建初．酶永解与化学合成制取葡萄糖酸钙．湖北化工 ，1 988，(4)：32~33 陈建初，刘丽华．葡萄糖酸衍生物的开发研究．淀粉与淀粉糖，]989，(3)：14～1 9 陈建初．三步合成法制葡萄糖酸钙．淀粉与淀粉糖．1 992，(4) 1 6～1 9 Jutaro Okada．糖的氧化．药学杂志，1 969，(7)；1 326~1337 The Synthesis of Calcium Gluconate by the One Step Process Chen J抽nchu (Department of Science and Technicat，Wuhan Institute of Chemical Technology，W uhan 430973，China) Abstract A new method of the preparing calcium gluconate is presented by the catalytic oxi— dation of the glucose．The yield of calcium gluconate was 82．1％．The effects of catalysis， concentration of glucose solution，temperature，pH ete．on the transformation of glucose have been studied． Key words glucose；catalytic oxidation；calcium gluconate；technology f 窑 ． 维普资讯 http://www.cqvip.com