维生素C磷酸酯的工艺优化研究-毕业论文.doc

维生素c磷酸酯的工艺优化研究摘 要维生素c磷酸酯克服了维生素c易被氧化的缺点，所以在食品、医药及化妆品方面应用广泛。首先用vc和丙酮（摩尔比为112.4）作为原料，三氯氧磷为催化剂，其用量为vc用量的0.46倍（摩尔比），20下反应4 h，合成中间产物5, 6-o-异丙叉-l-抗坏血酸（ipaa），产率90.88%。再以ipaa为原料，三氯氧磷为磷酰化剂进行磷酰化反应时，三氯氧磷的用量为ipaa的1.8倍（摩尔比），反应在含有高浓度吡啶水溶液中，保持ph=1213，温度010下反应1.5 h。最后反应液经过氢型强酸性阳离子交换树脂，脱盐纯化，氧化镁中和，旋蒸除水，无水乙醇重结晶，抽滤干燥，获得白色或浅黄色粉末状的l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁(ap-mg)，产率86%，纯度93.3%。通过化学显色法、紫外分光光度法、红外光谱法、高效液相色谱等对产物进行了确定。分析结果表明，该方法合成的产品与标准品相符。关键词： l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁 5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸 工艺优化 title: study on the optimal preparation process of l-ascorbic acid-2-phosphateabstract:l-ascorbic acid-2-phosphate overcomes the shortcoming of l-ascorbic acid which is vulnerable to be oxidized, and has been broadly applied in food, medicine and cosmetic industry. this paper studied the properties, background and preparation technology of l-ascorbic acid and l-ascorbic acid-2-phosphate. radical protection method for the preparation of magnesium l-ascorbic acid 2-phosphate was summarized. l-ascorbic acid reacted with acetone to prepare 5,6-o-isopropylidene-l-ascorbic acid ( ipaa), then phosphorylation with phosphoryl chloride and removing protective group to synthesize magnesium l-ascorbate-2-phosphate. purify was followed by the hydrogen-type strong acid cation exchange resin, desalination, magnesium oxide neutralization and recrystallization. l - ascorbic acid -2 - magnesium phosphate obtained was .white or light yellow. orthogonal and monothetic test indicated that the high yield and purity of the product was 86% and 93.3% respectively, which obtained under molar ratio of ipaa and phosphorus oxychloride (1:1.8), the concentrations of pyridine (2.6mol/l) and ph (12.5). the product was characterized by uv, ir, hplc and it was in line of standard. keywords: magnesium l-ascorbic acid 2-phosphate, 5,6-o-isopropy-lidene-l-ascorbic acid, process optimization 目 次1 绪 论81.1 维生素c812. 近年来国内外vc衍生物的研究概况81.2.1 vc钠81.2.2 vc钙21.2.3 vc多磷酸酯21.2.4 维生素c棕榈酸酯21.2.5 维生素c磷酸酯31.3 维生素c磷酸酯的合成方法42 维生素c磷酸酯镁的合成实验52.1 实验部分52.2 主要仪器与设备52.3 试剂的配制62.4 l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁的合成72.4.1 5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸(ipaa)的合成72.4.2 l-抗坏血酸-2-磷酸酯的合成72.4.3 ap-mg的提纯82.4.4 产品的检测82.4.4.1 化学显色法82.4.4.5 高效液相色谱103 实验结果与讨论113.1 ipaa合成113.1.1 ipaa的鉴定113.1.2 催化剂的影响123.1.3 反应温度的影响133.1.4 反应时间的影响133.1.5 丙酮用量的影响143.1.6 催化剂用量的影响153.2 ap-mg合成163.2.1 ap-mg的鉴定163.2.2 磷化剂的筛选183.2.3 pocl3浓对产品产率和纯度的影响对产品产率和纯度的影响183.2.4 吡啶浓度的影响193.2.5 ipaa的浓度的影响203.2.6 ph值的影响213.2.7 正交试验223.3 ap-mg纯化233.3.1 pocl3的去除233.3.2 钾离子的去除233.3.3 mgo的加入243.3.4 ap-mg重结晶253.3.5 整个提纯过程中的温度254. 小结26结 论26致 谢27参 考 文 献29291 绪 论1.1 维生素c l-抗坏血酸又称维生素c1，属于水溶性维生素，白色结晶或结晶性粉末，无臭，味酸，久置变黄失效。维生素c是生物维持生命的必需物质，是目前全世界产量最大、应用范围最广的维生素品种。其结构如下图所示：维生素c主要用于医疗保健，食品，美容，畜牧业和水产养殖业等，在农业、冶金、彩色胶卷、染料、造纸、洗涤剂、染发剂、头发整理剂、除臭剂、微电子工业上也有一定的用途。高活度性是维生素c的优点，同时也是其不足之处。其不稳定性主要表现为以下两个方面：(1) 维生素c易受光、热等作用氧化而丧失还原能力；(2) 在酸性介质中容易脱水而失去活性。vc的不稳定性在很大程度上降低了其有效利用率2。为了提高其有效利用率和商业价值，近年来研究者对维生素c进行了大量的改性工作。12. 近年来国内外vc衍生物的研究概况1.2.1 vc钠vc钠又称抗坏血酸钠3，最早由瑞士罗氏公司研制成功，有晶体和颗粒两种。vc钠主要用作营养增补剂、抗氧剂，其作用与维生素c相同。由于无酸味且易溶于水，故广泛用于火腿、香肠、蛋糕的保鲜固色和月饼等的防霉4。其合成路线有两条：一条是在水溶液中加入硫酸氢钠，放置片刻后加入乙醇沉淀、过滤、干燥；另一条路线是将溶于有机溶剂中，加入碳酸氢钠，然后加热、反应、冷却、析出、过滤。1.2.2 vc钙vc钙也称vc抗坏血酸钙5，vc钙主要用作食品抗氧剂，其添加到食品中不改变原食品味道，能增补食品中易被吸收的钙，同时又不失去vc的生理活性，是防治佝偻病和坏血病的双功能助剂。其合成方法是将vc先溶于水中，于剧烈搅拌下加入碳酸钙，所得反应物在室温下自行结晶，可得纯度为98%的结晶产品vc-ca2h2o。其合成工艺简单，易于生产。vc金属盐的特点是用途广，合成容易，污染少，效益好，且成本低。其在国际市场上的价格比vc高15%30%，开发这种低成本的vc衍生物6有很好的前景。1.2.3 vc多磷酸酯 罗氏公司于1991年推出商品名为“stay c”的衍生物l-抗坏血酸-2-聚磷酸酯。由于动物消化器官中存在磷酸酯酶，能水解vc磷酸酯7，使vc游离出来，因而可供动物利用。其优点是在水中长时间保持稳定，同时经一定压力处置仍具有抗氧化作用，这一特点使它在受压加工成所需的小丸状饲料的过程中仍保持稳定的性能。实验证明，与普通vc相比，该产品质量稳定，性能优良，其抗氧化性、浸水稳定性、热稳定性、耐热力和抗紫外线能力均大大提高，在对虾和淡水鱼中应用效果明显，值得在饲料工业中推广应用。其合成所用原料主要有vc、三偏磷酸钠及有关反应助剂。1.2.4 维生素c棕榈酸酯维生素c棕榈酸酯8是一种高效、安全、无毒、脂溶性的抗氧剂，多用于婴儿食品、罐头、奶油等，可添加到药物软膏及胶囊制剂中以增加药物9稳定性。国外瑞士罗氏公司已大量生产该品，其价格几乎是vc的10倍，利润很高。近两年这个品种在国内已引起了人们的重视，其合成的主要原料为棕榈酸、vc、二氯亚砜。1.2.5 维生素c磷酸酯 vc酯在生物体内通过酶的作用可分解为游离的vc而被利用。常用的vc酯有磷酸酯10、硫酸酯11和棕榈酸酯12。vc磷酸酯包括单磷酸酯（asmp）、二磷酸酯（asdp）和三磷酸酯（astp）。其中asmp由意大利科学家于1961年首次合成，对空气、水、热等均有良好的稳定性。常用的单磷酸酯是以镁盐形式存在，如l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁（ap-mg）。开发vc单磷酸酯镁不仅可以提高vc产品的价值，同时对我国的饲料工业、化妆品工业、医药工业都有巨大的意义。研究人员发现vc的活性主要源于其烯醇结构上的两个羟基，如果将其中任一羟基进行无机酸酯化，则对热、酸、氧的稳定性将大大增强。例如vc的2位磷酸酯、硫酸酯在沸水中抗氧化能力约为vc的十倍。目前，国内外常用的vc无机酸酯主要有以下四种：l-抗坏血酸-2-磷酸酯，l-抗坏血酸-3-磷酸酯，l-抗坏血酸-2-硫酸酯和l-抗坏血酸-3-硫酸酯。vc的上述磷酸酯、硫酸酯很容易在动物体内转化为vc而被利用，所以，这类vc衍生物的研制成功为化妆品以及医药、食品等领域提供了稳定的vc源，同时也为vc的充分利用开辟了广阔前景13。维生素c磷酸酯镁的主要构成成分是vc、磷和镁，磷和镁也是人体必需的元素，而且该品无嗅无味，无论加工热处理还是贮存后，都显vc活性，因而可用作食品营养强化剂。由于人和动物体内广泛存在磷酸酯水解酶，l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁进入体内，能迅速酶解成vc，从而具有与vc相同的生物效应，故产物中的有效成分也可用vc的相对含量来衡量，即维生素c磷酸酯镁的vc效价14（折合为100g产品中所含vc的质量）我国的维生素c已经历了四十余年的发展，逐渐确立了世界维生素c生产大国的地位。特别是由于二步发酵法15的开发，以生物发酵法取代了化学合成，使得我国在维生素c制造业研究和应用方面处于领先地位。但是近年来，由于国内外生产厂商生产能力的扩大，国际市场竞争激烈，维生素c的市场价格由高峰期的20 美元/kg下跌至2.8 美元/kg左右，因此，国内外许多厂家都在致力于高附加值维生素c衍生物16的研发。在国外，瑞士的罗氏公司已经开发合成了维生素c磷酸酯镁、维生素c多磷酸酯等产品，日本和美国对于维生素c磷酸酯钠8和其他衍生物的合成及应用报道也较多。我国一些厂家也开始研究和开发维生素c新产品，但是无论在品种上还是在生产规模上都还处于起步阶段。目前只有上海三维制药厂和东北制药厂等少数几家厂商生产维生素c磷酸酯镁，维生素c磷酸酯钠很大程度上还需要进口。所以开发维生素c新产品是提高我国维生素c生产商市场竞争力的有效途径16。1.3 维生素c磷酸酯的合成方法l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁的化学合成有三种方法，一种是直接酰化法，即在催化剂存在下以三氯氧磷为磷酰化试剂对l-抗坏血酸的2位羟基直接进行酰化，再与氧化镁反应制成镁盐。直接酰化法17虽然路线短，但副产物较多，产品分离提纯困难，导致产品总产率下降。另一种是基团保护法18，即用丙酮对l-抗坏血酸的5，6位羟基进行保护，形成中间产物5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸，再用三氯氧磷进行磷酰化反应，脱去保护基后添加镁化合物，得到镁盐粗品。基团保护法虽然具有收率高，杂质少等优点，但是路线较长，生产成本较高，后处理复杂。第三种是生物合成法。近年fujio tatsuro20等人采用生物合成法制得l-抗坏血酸-2-磷酸酯。研究人员发现，某些微生物(包括气单胞菌属、黄质菌属、假单胞菌、杆状菌等)能特定地使l-抗坏血酸的2-位发生酯化，于是将l-抗坏血酸与atp在水溶剂中，在有效量微生物产生的酶的催化下发生交换，生成l-抗坏血酸-2-磷酸酯。该方法副产物少，且减少了对环境的污染，可得到高纯度的l-抗坏血酸-2-磷酸酯。日本东京kyowa hakko kogyo公司开发了一种酶路线19，对维生素c具有100%选择性，避免了化学合成方法去除异构体需要的复杂分离过程。该方法利用一种pseudomonas truepri水溶液(ph值为4.3)的酶来处理维生素c和磷酸，在40下约1天，然后经氢氧化钠中和，得到维生素c磷酸酯钠盐。本实验主要目的是通过对现有合成方法的进行比较和研究，进一步优化维生素c磷酸酯镁的生产工艺。2 维生素c磷酸酯镁的合成维生素c(又称l-抗坏血酸，简介vc)是人和动物机体维持正常物质代谢所必需的一类营养素。vc的连二烯醇化学结构使它非常容易释放出氢原子而具有优异的抗氧化作用和独特的抗应激功能，在医药保健、食品添加剂、化妆品等行业中应用十分广泛。然而vc不稳定，易受光、热、氧的破坏而分解失效，从而降低了其有效利用率和商业价值。维生素c磷酸酯镁是维生素c的磷酸酯镁盐，性质稳定，在生物体内经磷酸酯水解酶分解为游离态vc而发挥作用，是一种我国批准使用的食品添加剂和营养强化剂。目前国内外维生素c磷酸酯镁主要采用直接酰化法22、基团保护法23和生物合成法。本文采用基团保护法合成，即vc与丙酮进行缩酮反应24，生成5,6-o-异亚丙基-l-抗坏血酸(5,6-o-isopropylidene-l- ascorbic acid，即ipaa)，再与三氯氧磷在水和吡啶混合体系中进行磷酰化25反应，经脱保护和成盐，得l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁26(ap-mg)。并通过正交实验，优化反应工艺27。2.1 实验部分2.1.1 原料和试剂试剂名称级别生产厂家抗坏血酸分析纯洛阳化学试剂厂三氯氧磷分析纯天津市化学试剂一厂氧化镁分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司氯化镁分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司丙酮分析纯洛阳昊华化学试剂有限公司吡啶分析纯天津市瑞金特化学品有限公司氢氧化钾分析纯天津市瑞金特化学品有限公司盐酸分析纯洛阳昊华化学试剂有限公司无水乙醇分析纯天津市凯通化学试剂厂无水甲醇分析纯天津市凯通化学试剂厂乙酸乙酯分析纯洛阳昊华化学试剂有限公司正己烷分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司磷酸二氢钾分析纯北京市红星化工厂高纯氮北京普莱克斯实用气体有限公司阳离子交换树脂0017（732#）天津市科密欧化学试剂开发中心2.1.2 主要仪器与设备设备名称型号生产厂家旋转蒸发仪re-52aa型上海亚荣生化仪器厂电子天平bs224s北京赛多利斯仪器系统有限公司超声波清洗器kq-100e型江苏剩昆山市超声仪器有限公司真空干燥箱dzf-6050型上海精宏实验设备有限公司紫外可见分光光度计tu-1810型北京普析通用仪器有限责任公司压片机hy-12型天津市光学仪器厂傅立叶变换红外光谱仪高效液相色谱仪ir-200lc-10atvp plusthermo electron corp.shimadzu suzhou instruments循环水式真空泵shz-d型巩义市予华仪器有限责任公司磁力搅拌器85-113巩义市予华仪器有限责任公司集热式恒温加热磁力搅拌器df-101s巩义市英峪予华仪器厂氮气减压器yqd-09青岛华青仪器仪表有限公司2.1.3 试剂的配制（1）10 mol/l koh溶液的配制：称取氢氧化钾固体20g，溶于蒸馏水中，并稀释至100ml。（使用的氢氧化钾含量为82%。）（2）0.1 mol/l盐酸溶液的配制：量取含量36%hcl 1 ml，溶于蒸馏水中，并稀释至100 ml。（用于紫外检测）（3）0.01 mol/l碳酸钠溶液的配制：称取无水碳酸钠白色固体0.106 g，溶于蒸馏水中，并稀释至100 ml。（用于紫外检测）（4）30%（m/v）mgcl26h2o溶液的配制：称取mgcl26h2o晶体30 g，溶于蒸馏水中，并稀释至100 ml。（用于除杂）（5）1 mg/ml l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁溶液的配制：称取0.1 g合成的l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁，精确到0.1 mg，于50ml烧杯中加入二次去离子水溶解，溶液定量转入100 ml容量瓶中，用二次去离子水稀释至刻度，混匀。（用于高效液相色谱检测）（6）100 g/l三氯化铁盐酸溶液的配制：称取三氯化铁10 g置于100 ml容量瓶中，用0.1 mol/l盐酸溶液溶解并稀释至刻度，摇匀，即得。（用于化学显色法）2.2 l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁的合成2.2.1 5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸(ipaa)的合成图1 5, 6-o-异丙叉-l-抗坏血酸(ipaa)的合成将维生素c、丙酮、pocl3按1g4.55.5 ml0.10.3ml的比例加入到反应瓶中，20下搅拌反应4 h，减压抽滤，滤饼为白色微黄固体，用少量乙酸乙酯洗涤滤饼，除去黄色杂质，得白色粉末状固体ipaa。2.2.2 l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁的合成 图2 l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁的合成在250 ml四口烧瓶中加入蒸馏水26 ml，吡啶6ml，通入氮气，冰盐浴冷却至010，加入ipaa 2.5 g(0.012mol)，溶解后加入10 mol/l koh溶液，调节ph=1213，搅拌在11.5 h内均匀滴入三氯氧磷1.9 ml (0.020mol)。反应中不断补加10 mol/l koh溶液，保持反应液的ph在1213。结束滴加pocl3后继续反应0.51 h。反应过程中保持装置的密封性，防止漏入的空气将ipaa氧化。反应结束后，得到含有未脱保护基的l-抗坏血酸-2-磷酸酯的反应液。2.2.3 ap-mg的提纯搅拌下向反应液中加入9 ml质量分数为30%的mgcl26h2o溶液，20下搅拌0.51 h，抽滤得滤饼为白色晶体kmgpo4，用少量蒸馏水洗涤滤饼，合并滤液和洗涤液，40减压蒸馏至开始出现白色固体，向残留液中加入35%的盐酸调节ph=0.5，加入大量无水乙醇结晶，抽滤，除去白色晶体kcl，减压蒸馏除去乙醇。将残留液加入12倍体积的蒸馏水稀释后，在室温下放置2 h使水解脱去保护基。通过氢型强酸性阳离子交换树脂（用蒸馏水洗脱），除去k+。将流出液在室温下搅拌加入mgo，调节ph=89，静置过夜。抽滤除沉淀，滤液于40 减压浓缩至粘稠状，加入大量无水乙醇结晶、过滤，在真空干燥箱中40干燥后，即得到白色或浅黄色粉末状产物l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁(ap-mg)。2.2.4 产品的检测2.2.4.1 化学显色法取产品约50 mg，加入0.1 mol/l盐酸溶液5ml，再加入100 g/l黄色三氯化铁盐酸溶液2滴，即显示出明显酒红色。2.2.4.2紫外分光光度法（1）维生素c磷酸酯镁的鉴别方法取产品用0.1 mol/l盐酸溶液制成每1 ml中含20 g产品的溶液，用紫外分光光度法测定，在237 nm处有最大吸收；另外再加入0.1 mol/l氢氧化钠溶液，制成每1 ml中含20g产品的溶液，用紫外分光光度法测定，在263nm处有最大吸收。（2）维生素c磷酸酯镁含量的测定根据中华人民共和国行业标准yy0036-91，采用紫外分光光度法，测定产物中l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁(ap-mg)的含量，从而衡量产品的质量。称取本品0.1 g于100 ml容量瓶中，用0.1 mol/l盐酸溶液稀释至刻度；吸取1.0 ml置于50 ml容量瓶中，用0.1 mol/l盐酸溶液稀释至刻度，摇匀。置于1 cm石英比色皿中，用紫外分光光度计在237 nm处测定吸收度。以0.1 mol/l盐酸溶液为空白。l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁含量表述为：式中：x1维生素c磷酸酯镁(以c12h12o18p2mg3计)含量；a样品的吸收度；l光路的长度，单位为mm，l=150mm；m1样品的质量，单位为g；5000样品的稀释倍数；324样品的百分吸收系数(e1cm1%)。2.2.4.3红外光谱法可以通过红外光谱法，对比标准图谱，对ipaa和ap-mg进行产物结构的表征。如下图3和图4分别为5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸(ipaa)和l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁(ap-mg)的标准红外光谱图：图3 ipaa的标准红外光谱图图4 维生素c磷酸酯镁标准品红外光谱图2.2.4.5 高效液相色谱色谱条件：色谱柱：ods c18柱150nm4.6mm(内径)，5m；流动相：0.005 mol/l磷酸二氢钾；流速：0.5 ml/min；检测波长：254 nm；柱温：室温；进样量：10 l。3 实验结果与讨论3.1 ipaa合成3.1.1 鉴定（1）对ipaa进行红外检测，得下图5：图5 ipaa的红外光谱图对比产品的红外光谱图(图5)和标准谱图(图3)可知，两者具有基本相同的吸收峰。o-c-o在27902770cm-1有中等强度峰，而对于ipaa，异丙叉缩酮基团由于两个给电子基团的+c效应，使吸收频率降低，故在2740cm-1有中等强度峰，可确定该产品为5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸(ipaa)。（2）对ipaa进行紫外检测，得下图6：图6 ipaa的紫外光谱图由图6可知，ipaa在268 nm处有最大吸收，相对vc红移了4 nm，这是由于其结构上5位和6位的羟基被异丙亚基取代所致。3.1.2 催化剂的影响此类实验常用催化剂有乙酰氯和三氯氧磷，为此分别做了对比试验：表1 催化剂对ipaa产率的影响催化剂产率1（%）产率2（%）平均产率（%）乙酰氯52.7452.6852.71三氯氧磷90.8892.6591.76以乙酰氯为催化剂，在实验条件下进行了两次实验，分别得到ipaa的平均产率为52.71%，产品产率较低，试剂消耗大，且反应后催化剂的去除较为困难，后处理复杂，所需时间长。当采用pocl3作为催化剂，在相同条件下得到的ipaa的平均产率明显高于用乙酰氯作为催化剂，同时反应条件温和。又因与下步磷酰化反应所用原料相同，所以后处理简单，不仅减少一种物料的采购和管理，且合成的5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸（ipaa）可不经过滤分离，直接用于下步磷酰化反应。3.1.3 反应温度的影响温度对ipaa产率的影响，结果如图7所示。图7 反应温度对ipaa合成的影响由图7可以看出，反应温度对产物的产率有明显影响。当反应温度为20时，ipaa的产率最高。而当反应温度升高或降低时，ipaa产率则下降。在高温条件下反应液颜色呈深黄色，是由于在较高温度下进行反应时，原料有部分被氧化。故20为最佳反应温度。3.1.4 反应时间的影响反应时间对ipaa产率的影响，结果见图8。图8 反应时间对ipaa合成的影响由图8可以看出，反应时间是影响产率的重要因素。反应温度为4 h时，ipaa的产率较高。当反应时间小于4 h，由于原料没有反应完全，致使ipaa的产率下降；当反应时间超过4 h后，ipaa产率增加不明显，说明反应已经完成。故4 h为最佳反应时间。3.1.5 丙酮用量的影响丙酮既是溶剂，又是反应物，其浓度对ipaa产率的影响，结果见图9。图9 丙酮用量的影响由图9可知，丙酮用量对产品的产率有明显的影响。丙酮用量较少，即2530ml(与vc摩尔比为12.41)时，ipaa产率较高，若再减少丙酮用量时，由于反应是非均相反应体系则反应液较为粘稠，不宜搅拌，易出现vc凝块，导致反应不充分，产率下降。当丙酮用量增加时，由于在非均相体系中接触面积为一定，故产率同样下降。所以丙酮用量为vc的12.4倍（摩尔比）。3.1.6 催化剂用量的影响催化剂用量对ipaa产率的影响，结果见图10。 图10 催化剂用量对ipaa产率的影响该实验中，vc与丙酮进行缩酮反应生成水，而pocl3遇水易发生水解，为保证反应的充分性，催化剂的用量较大。由图10可以看出，当pocl3用量较低时，ipaa的产率较低，增加催化剂用量可使产率有明显的增加；当pocl3用量增至1.2 ml（摩尔比为vc的0.46倍）时，ipaa的产率较高，当再增加其用量，产率没有明显增加，且产品颜色较黄，需较多乙酸已酯洗涤滤饼，除去黄色杂质，试剂消耗较大。故pocl3最佳用量为vc的0.46 倍（摩尔比）。3.2 ap-mg合成3.2.1 ap-mg的鉴定（1）化学显色法：显示出酒红色，表明所合成的产品中含有l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁。（2）对ap-mg进行红外检测，如下图11所示：图11 维生素c磷酸酯镁产品的红外光谱图对比产品的红外光谱图(图3)和标准谱图(图2)可知，两者具有基本相同的吸收峰。1150cm-1为p=o的强吸收峰，且作为双峰出现，如上图11中1148.84cm-1和1117.55cm-1；若有o=p-oh结构，则在27252520cm-1应有氢键的弱到中强的宽峰出现，在27252520cm-1也有一宽峰，而l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁中该结构的氢键被破坏，故在27252520cm-1和27252520cm-1处无峰；1050970cm-1为p-o-c的宽吸收峰，如图中1013.67cm-1。由此，可确定该产品为l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁(ap-mg)。（3）紫外分光光度法：得到下图12和图13：图12 l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁在酸性条件下的紫外吸收光谱图图13 l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁在碱性条件下的紫外吸收光谱图如图12和图13所示，根据中华人民共和国行业标准yy0036-91，l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁在酸性条件相下在237 nm处有最大吸收峰，碱性条件下在261 nm处有最大吸收峰。合成的产品同时具有两种条件下的吸收峰，说明产品是l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁。（4）ap-mg的高效液相色谱如图14：图14 维生素c磷酸酯镁产品的高效液相色谱图由上图分析可知：产品纯度较高，在保留时间3.698 min的峰是双（l-抗坏血酸）-2，2-二磷酸酯镁，而保留时间4.224 min和4.987 min的峰是杂质双（l-抗坏血酸）-2，2-二磷酸酯盐等副产物。3.2.2 磷酰化试剂的选择磷酰化反应可采用的磷酰化试剂有三氯氧磷、二氯磷酸、四氯磷酸等，其中三氯氧磷转化率较高，反应速度较快，制得的产品较为单一，主要是l-抗坏血酸-2-磷酸酯，因此最为常用。另外，由于在ipaa合成步骤也采用的是三氯氧磷，除杂步骤相对容易。故选择三氯氧磷作为磷化剂。3.2.3 pocl3浓度的影响由于pocl3遇水易发生水解，为保证充分反应，采取低温下(010)滴加的pocl3的方式，并且pocl3与ipaa的摩尔比大于1。原料配比对l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁的产率和纯度的影响，结果见下图15。图15 pocl3浓度的影响由图15数据可以看出，三氯氧磷浓度对l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁的产率和纯度有很大的影响。加入pocl3较少时，l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁产率和纯度都较低，这是因原料未充分反应，而未反应的ipaa则生成副产物所致；加入1.9 ml pocl3时（与vc的摩尔比为1.81），产品产率和纯度均较高；但是当继续增加原料配比时，产品的产率和纯度均变化不大。故pocl3和ipaa的最佳摩尔比为1.81。加入ipaa后，溶液的ph为中性或者偏碱性，调节ph=12-13，并且在整个过程中反应介质的ph均保持在这个范围。搅拌下缓慢均匀的滴入三氯氧磷，且滴加三氯氧磷约 2530 s一滴，滴加速度过快，会导致烟雾的产生，随氮气的流动而逸出，而降低原料的利用率，致使产率下降。本实验采用注射器滴加三氯氧磷的方式，可以使液滴变小，达到缓慢滴加的目的。3.2.4 吡啶浓度的影响改变吡啶的初始浓度，对l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁产品产率和纯度的影响结果见下图16。图16 吡啶浓度的影响反应以水为溶剂溶解ipaa，需在有机碱吡啶的催化下抑制磷酸二酯的生成，而合成磷酸单酯；若无吡啶存在，则会形成大量副产物，如二聚和三聚磷酸酯，且难以与磷酸单酯分开，造成产品质量下降。由图16可以看出，在一定范围内，吡啶的初始浓度对产品的产率和纯度有明显的影响。初始浓度较小时，产品的纯度略高，但产率很低，因为吡啶可抑制副产物磷酸二酯的生成；若吡啶太少，会导致副产物的增加，从而降低产品的质量。当吡啶的初始浓度在2.32.6 mol/l时，产品的产率降低很少，但纯度较高。但若吡啶的初始浓度太大，产品的产率变化不大，但纯度略有降低。故在较大量的吡啶存在下，即当吡啶的初始浓度在2.32.6 mol/l时，为最佳条件。3.2.5 ipaa的浓度的影响改变原料ipaa的浓度，因pocl3的体积变化较小，且是逐滴加入溶液中，故其体积可忽略。ipaa的浓度对l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁产品产率和纯度的影响，结果见下图17。图17 ipaa的浓度的影响由图17可以看出，ipaa的浓度影响产品的产率和纯度，对产率影响较大。ipaa浓度较小，产品的产率和纯度都很低，这是原料的利用率低的缘故。若ipaa的浓度较大反应进行不充分，则会生成副产物，如双（l-抗坏血酸）-2，2-二磷酸酯盐，导致产品的纯度降低。故ipaa浓度以0.30.5 mol/l为宜。3.2.6 ph值的影响该实验在碱性条件下进行，改变反应溶液的ph值，其他条件不变，ph值对产品产率和纯度的影响结果如图18。图18 ph值的影响由于5、6位异丙叉缩酮保护基在酸性的条件下，易水解脱去，会产生双（l-抗坏血酸）-2，2-磷酸酯盐等多种副产物，而在强碱性条件时，抗坏血酸的内酯环会水解成直链的酮酸盐而产生副产物。所以在反应过程中，ph应保持在12.5 左右的范围内。由图18可以看出，ph值是重要的影响因素，对产品的质量影响较大。当ph13.0时，产物的产率和纯度都很低，是由于l-抗坏血酸的内酯环在强碱条件下水解成直链的酮酸盐而导致副产物生成；当ph值在7.011.0时，产物的产率略有升高，但质量很低；当ph=1112时，产率超过百分之百，是由于副产物的分子量较大，在此条件下易导致副产物双（l-抗坏血酸）-2，2-二磷酸酯盐的形成。实验结果表明：溶液最佳ph范围为1213时，产物质量及产率均较高，且形成的产物单一主要是l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁，副产物较少。调节ph值通常采用碱土金属氢氧化物，如koh、naoh、lioh的溶液或氨水，本实验采用koh溶液，效果较好且易于除去，所用的koh溶液浓度不宜过大。如果浓度过大，则在反应进行整个反应液的颜色变为棕红色，在后面除杂过程中难以顺利进行；如果浓度过小，虽然反应液颜色正常，但是除杂过程中浓缩需要耗费大量的时间和能源。3.2.7 正交试验根据单因素的实验条件，对反应影响较大的条件为原料配比，ipaa浓度和ph，有此进行了正交试验设计，根据设计进行实验，并进行了分析。如表2表2 正交试验所在列abcd因素原料配比ipaa浓度ph空列实验结果实验11.40.310.5123.44实验21.40.412.5276.63实验31.40.514.5311.25实验41.60.312.5386.75实验51.60.414.519.32实验61.60.510.5224.1实验71.80.314.5210.1实验81.80.410.5326实验91.80.512.5197.76均值137.4440.09724.51343.507均值240.05737.6587.3837.277均值344.6244.3710.22341.333极差7.186.7277.1576.23根据表2可以确定因素的主次：极差c极差a极差b，因此各因素的主次顺序为：ph原料配比吡啶浓度。最优水平的确定：对因素a:均值3均值2均值1，故a3为优；对因素b:均值3均值2均值1，故b3为优；对因素c:均值2均值1均值3，故c2为优；综合可知：最优水平为a3b3c2，即：原料配比1.8：1，吡啶浓度2.6 mol/l，ph=12.5。根据正交试验得出的结论进行验证实验，产率86%，纯度93.3%，产品为白色粉末。3.3 ap-mg纯化3.3.1 pocl3的去除 反应结束后，反应液中仍有未反应的pocl3，加入mgcl26h2o水溶液形成kmgpo4的白色沉淀，除去pocl3和过量的k+，加入mgcl26h2o水溶液的量要大于9 ml，根据反应状况的不同，加入koh溶液的量和未反应pocl3的量也不同，kmgpo4可以以沉淀的形式除去部分k+。此过程的反应时间30 min，温度为室温，反应时间30 min。3.3.2 钾离子的去除 在调节反应液ph时加入了大量的koh，如果有k+的存在，则会产生维生素c磷酸酯钾，影响产品质量，所以要除去多余的钾离子，依次采用了以下三种方法：（1）加入mgcl26h2o水溶液生成kmgpo4白色沉淀。（2）转化为kcl，重结晶使之析出。此过程是将以除去kmgpo4白色沉淀之后的滤液，经过旋蒸加入35%的hcl溶液，使钾离子变为kcl即可用无水乙醇重结晶出来。在此过程中，旋蒸后的反应液颜色为深黄色或者棕红色，加入hcl之后颜色变浅呈淡黄色，hcl的加入至反应液不再变色为止。另外，重结晶过程采用二次结晶和多次过滤的方法，除去杂质，从而提高产品纯度。hcl的作用可通过下面的试验数据得出结论，如表3表3 加入hcl的必要性分析加入hcl不加hcl产率（%）66.5116.8纯度（%）97.739.8当减少加入hcl除kcl的步骤时，产率超过百分之百，纯度却大大下降，因为kcl也同样不溶于无水乙醇，在重结晶产品的步骤时候一起被结晶了出来，所以在加入hcl的步骤必不可少，hcl的量以过量为宜。（3）通过阳离子交换树脂通过阳离子交换树脂可以除去包括剩余钾离子在内的其它阳离子。反应液通过阳离子交换树脂之前或者之后放置2 h以水解除去保护基。在反应之后放置效果较好，因为通过阳离子交换树脂时候需要用蒸馏水洗脱，而水解正需要加入12倍的蒸馏水，通过阳离子交换树脂时候加入的蒸馏水可作为水解用，减少了加入水量的同时，也为后面除水步骤缩短了时间。3.3.3 mgo的加入加入mgo调节ph=89，中和反应并生成l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁。若ph8，则因磷酸未充分分解，不易形成杂质沉淀，会降低产品的含量；若ph10，过多的mgo未能反应而随杂质沉淀被除去，原料的使用率很低。3.3.4 ap-mg重结晶 （1）乙醇量维生素c磷酸酯镁易溶于水，不溶于醇类，但是由于无水乙醇中以及溶液中仍然有部分水，所以重结晶所用无水乙醇与浓缩液的体积比应在一定范围之内。如表4：表4 无水乙醇量对产率的影响无水乙醇加入量（与浓缩液体积比）3倍3.5倍4倍产率（%）77.481.576.8纯度（%）96.096.796.4从表中可以看出，当无水乙醇加入量变化的时候，产品的纯度几乎相同。而产率在加入3.5倍体积的无水乙醇是最高，在3倍和4倍时候均下降，是由于加入3倍时候析出量不足，加入4倍时候又有部分产品溶解到水溶液中。所以可知，加入无水乙醇和溶液的体积比为3.5倍时候最好。 （2）乙醇和甲醇根据表11得出的结论，分别使用甲醇和乙醇分别3.5倍体积，结果如表5.表5 甲醇和乙醇重结晶的比较无水甲醇无水乙醇产率（%）70.7167.31纯度（%）98.8796.55通过此表可以看出，使用无水甲醇作为重结晶溶剂时的产率和纯度均大于无水乙醇做为重结晶溶剂。但是由于维生素c磷酸酯镁多作为食品添加剂使用，甲醇具有一定的毒性，所以当作为药物和食品添加剂使用时候应当使用无水乙醇作为重结晶溶剂。3.3.5 整个提纯过程中的温度在整个提纯过程中，当温度高于21时，产物颜色加深变为淡黄色。在通过阳离子交换树脂之后的静置和加入mgo静置过夜的时放入冰箱。4. 小结试验结果表明，以三氯氧磷为催化剂合成产品5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸ipaa，其优化反应条件是：丙酮用量为vc的12.4倍（摩尔比），三氯氧磷作为催化剂，其用量为vc的0.46倍（摩尔比），20下反应4 h，产率90.9%。影响维生素c磷酸酯镁产率和纯度的因素主要有原料比、ph值、吡啶的浓度等因素。根据实验结果确定了最佳工艺条件：以三氯氧磷作为磷化剂，在冰盐浴制造的低温条件下进行，三氯氧磷用量为ipaa的1.8倍（摩尔比），吡啶的初始浓度在2.32.6 mol/l，溶液ph范围12-13，产品产率可达86%，纯度93.3%。结 论由于维生素c的不稳定性，在高温或者空气中都容易变质，通常转化为维生素c磷酸酯等多种方法增加其稳定性，如l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁（ap-mg），l-抗坏血酸-2-磷酸酯钾，l-抗坏血酸-2-磷酸酯钠等。本实验改进了现有生产方法中的基团保护法，提高产率的同时，也为工业生产进行了准备条件。以基团保护法合成l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁，分三部分：第一步先将l-抗坏血酸转化为中间产物5，6-o-异丙叉-l-抗坏血酸（ipaa），第二步用磷酰化试剂进行磷酰化，第三步对含有产物的反应液进行提纯，得到l-抗坏血酸-2-磷酸酯镁（ap-mg）。试验结果表明：（1）第一步缩酮反应以三氯氧磷为催化剂合成中间产物ipaa，其优化反应条件是：丙酮用量为vc的12.4倍（摩尔比），三氯氧磷作为催化剂，其用量为vc的0.46倍（摩尔比），20下反应4 h，产率90.88%。（2）第二步酯化反应优化工艺条件是：以三氯氧磷作为磷化剂，在冰盐浴制造的低温条件下进行，三氯氧磷用量为ipaa的1.8倍（摩尔比），吡啶的初始浓度在2.32.6 mol/l，溶液ph=12-13。（3）第三步提纯的优化工艺是：加入mgcl26h2o水溶液除未反应的pocl3，减压蒸馏除吡啶，用35%的盐酸调节ph=0.5，无水乙醇重结晶法除kcl，减压蒸馏除乙醇，进行离子交换之后放置2 h，加入mgo调节ph=8-9，过夜。抽滤除沉淀，40减压浓缩，加入约3.5倍浓缩液体积无水乙醇结晶。抽滤并干燥，得白色产物ap-mg，产品产率可达86%，纯度93.3%。参 考 文 献1 王荣耕. 维生素c单磷酸酯镁. 精细与专用化学品，2001(3/4):142 赵敏, 金显春, 王锦堂. 维生素c及其磷酸酯的性质工艺.试验. 2003(6):4243 3 高含量vc-2-磷酸酯. 中小企业管理与科技: 424 许保云, 尚会建, 郑学明, 杜嘉英. 维生素c化学转化工艺研究进展. 河北工业科技, 2006(3):193196 5 王三永, 李晓光, 李春荣, 李韶雄. 维生素c磷酸酯镁的合成研究. 食品与机械. 2001(2):3435 6 杜亚威, 杨文玲, 刘红梅. 维生素c磷酸酯衍生物的制备及其在化妆品中的应用. 香料香精化妆品. 2007(1) :2629 7 张玮. 维生素c磷酸酯镁合成试验中