專利名稱：制備角黃素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備角黃素的方法。
角黃素是一種天然的著色劑，被用作食品染料和動物飼料的添加劑。作為制備角黃素的方法，已知的有(例如)在作為催化劑的碘、溴、二氧化硒、五氧化釩或四氧化鋨存在下，將β-胡蘿卜素用氯酸鈉或溴酸鈉氧化的方法(參見，美國專利4212827)。
但是，在上述美國專利描述的制備方法中，反應(yīng)所需的時間為1-250小時。據(jù)述在較佳的實施方案中要獲得最大產(chǎn)率的角黃素，至少需要20小時(參見美國專利4212827的第二欄第33-36行)。因此，該文獻推薦使反應(yīng)進行很長的時間。
作為反應(yīng)時間相對較短的一個實例，上述美國專利中的實施例12公開了一方法，在該方法中將溶于20ml水的0.00075摩爾的硫酸在2個小時內(nèi)于30℃連續(xù)滴加到10克全反式-β-胡蘿卜素懸浮在250ml氯仿的懸浮液中和20克氯酸鈉和0.4克碘化鈉的水溶液中，并使反應(yīng)在同一溫度下進行3-4小時。然而，在該實施例的方法中如果反應(yīng)混合物轉(zhuǎn)變?yōu)閺娝嵝裕梅磻?yīng)產(chǎn)物趨于分解。因此，上述硫酸的加入必須是逐漸的，而且須在較長時間內(nèi)小心地進行。
本發(fā)明的目的在于提供通過用氯酸鈉或溴酸鈉將β-胡蘿卜素氧化而在短時間內(nèi)高效地并適于以工業(yè)化方式生產(chǎn)角黃素的方法。
本發(fā)明的這一目的可通過下文描述的方法達到。
即，本發(fā)明提供一種制備角黃素的方法，該方法通過在水和與水不混溶的有機溶劑中用堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽將β-胡蘿卜素氧化，其中所述的氧化反應(yīng)是通過向包含β-胡蘿卜素、水、所述與水不混溶的有機溶劑和堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽的混合物中加入a)鹵化碘或碘，和b)金屬碘化物來起始的。
下文將對本發(fā)明進行詳細的描述。
本發(fā)明所用鹵化碘的實例包括氯化碘、三氯化碘、溴化碘和三溴化碘。該鹵化碘可以單一種類使用或以多種混合使用。該鹵化碘可以和碘一起使用。
優(yōu)選將碘用作上述a)組分。
相對于β-胡蘿卜素的摩爾量，上述鹵化碘或碘的用量(如果是兩者都使用了的話，該用量是鹵化碘和碘的總量)優(yōu)選為1-20％，更優(yōu)選為3-15％。
用作上述b)組分的金屬碘化物的實例包括碘化鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化鎂、碘化鈣、碘化銀、碘化亞銅和碘化銅。優(yōu)選將堿金屬碘化物用作b)組分。該金屬碘化物可以單一種類使用或以多種混合使用。
相對于β-胡蘿卜素的摩爾量，上述金屬碘化物的用量優(yōu)選為1-40％，更優(yōu)選為5-30％。
本發(fā)明為了在短時間內(nèi)高效地制備角黃素，優(yōu)選上述金屬碘化物基于鹵化碘或碘的量，即，組分b)/組分a)的摩爾比為0.5-10，更優(yōu)選為2-5。
在本發(fā)明中，將能容易地溶于有機溶劑的鹵化碘或碘與能容易地溶于水的金屬碘化物結(jié)合使用，使得這些成分在水和與水不混溶的有機溶劑中可有效地發(fā)揮催化劑的作用，從而在短時間內(nèi)以高產(chǎn)率地制備出角黃素。
在本發(fā)明的制備角黃素的方法中，對β-胡蘿卜素的氧化是通過向包含β-胡蘿卜素、水、與水不混溶的有機溶劑和堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽的混合物中加入作為上述a)組分的鹵化碘或碘和作為b)組分的金屬碘化物來起始的。
鹵化碘或碘和金屬碘化物可以分別單獨加入上述反應(yīng)混合物中，也可以它們的混合物形式加入上述反應(yīng)混合物中。所述鹵化碘或碘和金屬碘化物可以連續(xù)地加入到反應(yīng)混合物中，或逐批地加入，優(yōu)選一次全部加入。
所述鹵化碘或碘和金屬碘化物可各自以固體形式或以溶于溶劑中的溶液形式而被加入到反應(yīng)混合物中。
用于溶解鹵化碘或碘和金屬碘化物的溶劑優(yōu)選與用于氧化β-胡蘿卜素的包含水和與水不混溶的有機溶劑的混合溶劑相同。在該情況下，所述有機溶劑和水優(yōu)選各自以用于本發(fā)明中的1/50-1/3的量使用。
β-胡蘿卜素可自市面上購得，或根據(jù)文獻描述的方法制備。
堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽的實例包括氯酸鋰、氯酸鈉、氯酸鉀、溴酸鋰、溴酸鈉和溴酸鉀。該堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽可以單一種類使用或以多種混合使用。
所述堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽的用量優(yōu)選為β-胡蘿卜素重量的1-100倍。
在本發(fā)明中，使用水和與水不混溶的有機溶劑。該與水不混溶的有機溶劑的實例包括鹵代烴如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳和二氯乙烷；芳香烴如苯、甲苯和二甲苯；脂族烴如戊烷、己烷、環(huán)己烷和庚烷；醚類如乙醚、異丙醚和甲基叔丁基醚；以及酯類如乙酸丁酯、乙酸乙酯和乙酸甲酯。該有機溶劑可以單一種類使用或以多種混合使用。
所述有機溶劑的量通常是β-胡蘿卜素重量的2-200倍，該有機溶劑的量包括當a)組分和/或b)組分以溶液的形式加入時所用的有機溶劑的量。根據(jù)有機溶劑的量，一部分β-胡蘿卜素可以固體形式懸浮在反應(yīng)混合物中。然而，這種懸浮液不抑制反應(yīng)的進行。
所述水的量，包括當a)組分和/或b)組分以溶液的形式加入時所用的水的量，通常是堿金屬氯酸鹽和堿金屬溴酸鹽總重的1-50倍。
根據(jù)本發(fā)明將β-胡蘿卜素氧化后，反應(yīng)混合物的pH優(yōu)選為2-8，更優(yōu)選為3-7。
通常在0-30℃，優(yōu)選在20-30℃，根據(jù)本發(fā)明將β-胡蘿卜素氧化。
根據(jù)本發(fā)明將β-胡蘿卜素氧化的反應(yīng)優(yōu)選在惰性氣氛如氮氣或氬氣中進行。
優(yōu)選在充分攪拌下進行根據(jù)本發(fā)明的將β-胡蘿卜素氧化的反應(yīng)。
可以用薄層色譜(TLC)或高效液相色譜(HPLC)的方式來檢測本發(fā)明將β-胡蘿卜素氧化的進程。在本發(fā)明的氧化反應(yīng)中，根據(jù)反應(yīng)條件的不同，到β-胡蘿卜素完全消失時的時間是不同的。當用作a)組分的鹵化碘或碘的量和用作b)組分的金屬碘化物的量的摩爾比是以b)組分/a)組分為0.5-10使用時，該反應(yīng)時間通常約為5-180分鐘。
反應(yīng)完成后，可以常規(guī)方式分離反應(yīng)產(chǎn)物角黃素。這種方式的一個實例是包括如下步驟的一個方法使反應(yīng)混合物靜置，直至分離成水相和有機相，收集有機相，如必要將有機相用硫代硫酸鈉水溶液、亞硫酸鈉水溶液、水等洗滌，并從有機相中除去有機溶劑。
可用常規(guī)方式如柱層析或結(jié)晶法，對所得角黃素進一步純化。
在以結(jié)晶法進行純化時，這種操作方式的一個實例是包括以下步驟的一個方法將角黃素在加溫下溶于鹵代烴如二氯甲烷或氯仿中，向所得溶液中加入有機溶劑如甲醇、乙醇或丙酮，冷卻所得溶液，并收集沉淀出的晶體。
如必要，可在進行上述純化之前，將產(chǎn)物中存在的具有順式構(gòu)型碳-碳雙鍵的異構(gòu)體異構(gòu)化成具有反式構(gòu)型碳-碳雙鍵的化合物(全反式異構(gòu)體)。通過加熱所得產(chǎn)物可容易地實現(xiàn)所述的異構(gòu)化。作為該異構(gòu)化方法的一個實例是包括如下步驟的一個方法向所得角黃素中加入稀釋劑如甲乙酮、丙酮、己烷、庚烷、異丙醚或水，該稀釋劑的用量為所得角黃素重量的1-10倍，然后進行加熱并使所得的混合物回流0.5-10小時。
根據(jù)本發(fā)明，可在短時間內(nèi)高效地和以工業(yè)化方式地生產(chǎn)角黃素。
通過以下對本發(fā)明示例性實施方案的描述，本發(fā)明的其它特征將顯而易見，所述示例性實施方案是用以說明本發(fā)明的，而不是對本發(fā)明的限制。實施例實施例1將75克(0.14摩爾)β-胡蘿卜素溶于600ml二氯甲烷所得的溶液和223.55克(2.1摩爾)氯酸鈉溶于2升水所得的溶液在氮氣氛下加入內(nèi)體積為5升的三頸燒瓶中。在劇烈攪拌下，于17℃向所得混合物中一次性地加入2.13克(8.4mmol)碘和4.65克(28mmol)碘化鉀溶于150ml二氯甲烷和250ml水的混合物中所得的溶液。此后，使反應(yīng)混合物的溫度升至24℃，對所得混合物于室溫攪拌110分鐘。此時，β-胡蘿卜素消失，反應(yīng)混合物的pH為7。使所得反應(yīng)混合物靜置直至分離為兩個相，水相和有機相(位于低處的相)。收集有機相，并用1升的水、1升1％硫代硫酸鈉水溶液和再1升的水相繼洗滌。減壓除去溶劑，得到96.18克粗產(chǎn)物。HPLC分析表明該粗產(chǎn)物含有60.14克角黃素(產(chǎn)率76％，且其中全反式異構(gòu)體的含量為52％)。
向所得粗產(chǎn)物中加入200ml水，然后將所得反應(yīng)混合物加熱，并回流7小時。冷卻至35℃后，將1升二氯甲烷加入上述混合物中，以便溶解其中的有機化合物。分離出二氯甲烷相，并向其中加入340ml甲醇。將所得溶液冷卻至10℃。過濾收集沉淀出的晶體，并將之干燥，得到19.75克高純度的角黃素晶體(純度為99％，其中全反式異構(gòu)體之含量為99％)。
另一方面，從濾液中除去溶劑，并在升高溫度下將所得殘余物溶解在二氯甲烷中。以與上文所述同樣的方式用甲醇從所得溶液中使晶體析出，得到24.17克角黃素晶體(純度為96％，全反式異構(gòu)體的含量為99％)。
上述HPLC的分析條件如下柱ZORBAX SIL長度250mm×內(nèi)徑4.6mm洗脫劑己烷/乙酸乙酯＝8/2(體積/體積)檢測器UV檢測器(波長275nm)實施例2將5克(9.31毫摩爾)β-胡蘿卜素溶于40ml二氯甲烷所得的溶液和29.7克(0.279摩爾)氯酸鈉溶于100毫升水所得的溶液在氮氣氛下加入內(nèi)體積為300毫升的三頸燒瓶中。在劇烈攪拌下，于20℃向所得混合物中一次性地加入0.15克(0.93mmol)氯化碘和0.32克(1.9mmol)碘化鉀溶于10ml二氯甲烷和50ml水的混合物中所得的溶液。此后，使反應(yīng)混合物的溫度升至24℃，對所得混合物于室溫攪拌90分鐘。此時，β-胡蘿卜素消失，反應(yīng)混合物的pH為7。使所得反應(yīng)混合物靜置直至分離為兩個相，水相和有機相(位于低處的相)。收集有機相，并用100毫升的水、100毫升1％硫代硫酸鈉水溶液和再100毫升的水相繼洗滌。減壓除去溶劑，得到9.2克粗產(chǎn)物。在實施例1中的同樣分析條件下進行的HPLC分析表明，該粗產(chǎn)物含有3.55克角黃素(產(chǎn)率67.5％)。實施例3除了使用溴化碘0.155克(0.93mmol)來代替氯化碘外，其余重復(fù)實施例2中的步驟，90分鐘的反應(yīng)時間得到含有3.47克角黃素的粗產(chǎn)物(產(chǎn)率65.9％)。在反應(yīng)開始后90分鐘時，β-胡蘿卜素消失，反應(yīng)混合物的pH為7。實施例4除了使用三氯化碘0.22克(0.93mmol)來代替氯化碘外，其余重復(fù)實施例2中的步驟，42分鐘的反應(yīng)時間得到含有2.54克角黃素的粗產(chǎn)物(產(chǎn)率48.3％)。在反應(yīng)開始后42分鐘時，β-胡蘿卜素消失，反應(yīng)混合物的pH為2。實施例5除了使用碘0.24克(0.93mmol)來代替氯化碘并用40毫升氯仿來代替二氯甲烷外，其余重復(fù)實施例2中的步驟，90分鐘的反應(yīng)時間得到含有3.73克角黃素的粗產(chǎn)物(產(chǎn)率70.9％)。在反應(yīng)開始后90分鐘時，β-胡蘿卜素消失，反應(yīng)混合物的pH為7。比較例1除了不使用碘化鉀外，其余重復(fù)實施例2中的步驟，90分鐘的反應(yīng)時間得到含有0.36克角黃素的粗產(chǎn)物(產(chǎn)率6.8％)。在反應(yīng)開始后90分鐘時，觀察到β-胡蘿卜素仍然存在。比較例2除了使用0.24克(0.93mmol)碘來代替氯化碘和碘化鉀外，其余重復(fù)實施例2中的步驟，90分鐘的反應(yīng)時間得到含有1.55克角黃素的粗產(chǎn)物(產(chǎn)率29.5％)。反應(yīng)開始后90分鐘時，觀察到β-胡蘿卜素仍存在。
顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做各種改進和變化。但應(yīng)該理解的是，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)本發(fā)明可以本文具體描述的方式以外的其它方式實施。
將日本專利申請平成11-162577(1999年6月9日申請)的說明書、權(quán)利要求書和摘要所公開的內(nèi)容均引入本文做參考。
權(quán)利要求
1.一種制備角黃素的方法，該方法包括在水和與水不混溶的有機溶劑中用堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽將β-胡蘿卜素氧化的步驟，其中所述的氧化反應(yīng)是通過向包含β-胡蘿卜素、水、所述與水不混溶的有機溶劑和堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽的混合物中加入a)鹵化碘或碘，和b)金屬碘化物來起始的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備角黃素的方法，其中b)金屬碘化物的摩爾量與a)鹵化碘或碘的摩爾量的比，即，b)組分/a)組分，為0.5-10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備角黃素的方法，其中包含β-胡蘿卜素、水、所述有機溶劑、堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽、鹵化碘或碘和金屬碘化物的反應(yīng)混合物的pH為2-8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備角黃素的方法，其中包含β-胡蘿卜素、水、所述有機溶劑、堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽、鹵化碘或碘和金屬碘化物的反應(yīng)混合物的pH為3-7。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備角黃素的方法,該方法包括在水和與水不混溶的有機溶劑中用堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽將β－胡蘿卜素氧化的步驟,其中所述的氧化反應(yīng)是通過向包含β－胡蘿卜素、水、與水不混溶的有機溶劑和堿金屬氯酸鹽或堿金屬溴酸鹽的混合物中添加a)鹵化碘或碘,和b)金屬碘化物來啟始的;該方法能在短時間內(nèi)高效地并以工業(yè)化規(guī)模制備角黃素。
文檔編號B01J27/08GK1277191SQ0010801
公開日2000年12月20日 申請日期2000年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月9日
發(fā)明者森俊樹, 片山直行, 鍛冶屋敷強, 北山勝彥 申請人:株式會社可樂麗