三氯蔗糖的合成

三氯蔗糖的合成

1972年，自英国tat杂志系统地进行了糖盐开采以来，我们研究了糖的碘、氯仿和溴化。特别是1975年,Khan等合成了4,1′,6′-三氯-4,1′,6′-三脱氧-半乳糖基-蔗糖(即三氯蔗糖,TGS)。三氯蔗糖具有以下优点:甜度高,是蔗糖的650倍;口味十分纯正,没有任何异味或苦涩味,甜味特性曲线几乎与蔗糖重叠,这是其他任何产品所无法比拟的;绝对的安全性,没有任何安全毒理方面的疑问;能量值为零,不会引起肥胖,可供肥胖症患者、心血管疾病患者和老年人等食用;不会引起血糖波动,可供糖尿病人食用;不会引起牙齿龋变,对牙齿健康十分有利;具有很好的溶解性与稳定性,可在任何食品配料系统与加工过程中使用,应用范围十分广泛;价格便宜,等甜度下只有蔗糖的1/3-1/2左右。1氯蔗糖的合成三氯蔗糖是将蔗糖分子中位于4、1′和6′3个位置上的羟基用氯原子取代而得。蔗糖分子中一共有8个羟基,要将其中特定位置上的3个羟基通过选择性氯化而取代,而其他位置上的羟基不发生变化,当然是很困难的,又因为各个位置上的羟基的反应活性大小不一,使得三氯蔗糖的合成更为困难。1.1氯蔗糖的合成这是Tate&Tyle公司于1976年研究成功的方法,它以蔗糖为原料,首先在蔗糖的6、1′和6′3个伯碳位上的羟基三苯甲基化后乙酰化,使蔗糖分子的8个羟基全部反应,然后脱去三苯甲基基团形成五乙酰基蔗糖,接着将4位上的乙酰基迁移到6位上,再进行氯化,最后脱乙酰基而得到三氯蔗糖。1.2氯蔗糖的制备化学-酶法合成三氯蔗糖,是采用了6位上的基团保护法,它以葡萄糖和蔗糖为原料,首先葡萄糖发酵生成葡萄糖-6-乙酸,然后经层析分离提纯后与蔗糖一起在酶的作用下生成蔗糖-6-乙酸,再经氯化得到三氯蔗糖-6-乙酸,最后脱去乙酰基即得到三氯蔗糖。1.3氯蔗糖的合成以蔗糖为原料,用化学方法,使蔗糖6位上的羟基生成单酯,即蔗糖-6-酯,再用适当的氯化剂进行选择性氯化而生成三氯蔗糖-6-酯,最后脱去酯基,经结晶提纯即得到三氯蔗糖。1.4生产三氯蔗糖的最受限制为高效反应上述合成三氯蔗糖的工艺,化学合成法步骤较多,工艺流程复杂。化学-酶法步骤也较多,其中发酵这一步代价较高,且提纯中间产物较为困难,不能采用结晶分离方法,而只能采用层析方法,显然工业生产时成本太高。单酯法只需要3步反应,投资小、收率高、成本低,中间产物易于分离提纯,可采取萃取和结晶的方法,最适宜于工业生产,这是目前合成三氯蔗糖的最理想的工艺。在三氯蔗糖的制备中,所有的合成路线都涉及到氯代步骤,这是整个合成的关键步骤。氯代过程中,中间体不同对其氯代的选择性不同氯代试剂不同,反应机理也不同。另外,氯代过程还涉及到反应物的配比、溶剂、催化剂的选择及反应温度和时间的优化。这几种因素都对氯代反应有着显著影响。2控制蔗糖剩余氯化反应的程度醇羟基可以被多种氯代试剂氯化,如亚硫酰氯、三苯基膦/四氯化碳、Vilsmeier试剂、三苯基膦氧化物/氯化亚砜等。本研究要求选择性地氯化蔗糖C-1′,4,6′位羟基,其中C-1′位羟基因空间位阻等原因而较难氯化,同时又要尽可能地避免蔗糖剩余未保护醇羟基的氯化。因此,控制反应的程度就显得十分重要,这就要求选择既有适当氯化能力又有良好选择性的氯化试剂。Vilsmeier试剂是一种较好的氯化试剂,其优点是制备容易和选择性较好,它可安全有效地氯化蔗糖分子4、1′和6′位,理论收率可达80%以上。Vilsmeier试剂是由无机酸氯化物与化学式为R2NCOX的N,N-二烷基胺(如二甲基甲酰胺,二乙基乙酰胺)反应制得,其中X代表氢原子或甲基,R代表烷基。通常使用的无机酸氯化物有五氯化磷、光气和氯化亚砜等。Vilsmeier试剂可以直接在氯化反应体系中生成,但最好在使用前预先制备。在本研究中Vilsmeier试剂由氯化亚砜与DMF制得,反应温度控制在100℃以下为佳。2.1蔗糖-6-酯氯化反应温度的确定本反应中,温度是对反应结果有着决定性影响的因素。温度太低,会造成反应速度慢或是根本不反应;温度太高,则会导致过度氯化,生成四氯或五氯化物。图1是在反应时间为3h,不同反应温度下蔗糖-6-酯氯化的收率比较。由图1可以看出,当温度低于90℃时,氯化反应基本上是不发生的,随着温度的升高,收率也有所增加,在120-125℃时达到最高。当温度达到130℃,反应副反应增多,有黑色的焦化物生成,收率也随之降低。温度超过150℃,基本上没有三氯蔗糖-6-酯生成。生成的黑色焦化物是蔗糖过度氯化的产物。2.2vilsmeing试剂用量在氯化反应中,氯化剂的用量也是对结果有着关键影响的因素。在本实验中,采用的氯化剂是Vilsmeier试剂,是由二氯亚砜与DMF在80-100℃反应制得。实验表明,Vilsmeier试剂与蔗糖-6-酯在特定参数下可以进行选择性氯化,而且收率很高。从理论上分析,1mol蔗糖-6-酯只需和3molVilsmeier试剂反应,而且过量的酸性Vilsmeier试剂会给设备带来很大的压力。但有的资料表明,1mol蔗糖-6-酯应该与21-45molVilsmeier试剂反应。因此,本实验对Vilsmeier试剂的用量作了比较,当Vilsmeier试剂用量超过1∶13的时候,有大量的黑色沉淀生成,这是由于蔗糖-6-酯的碳化造成的。因此,对与Vilsmeier试剂的用量在1∶4-1∶10范围内作了比较(蔗糖-6-酯的浓度150mg/L,反应时间3h)。结果如图2。实验结果表明,在Vilsmeier试剂用量为1∶7时,氯化收率最高。用量过低,氯化不完全;用量过高,则会