專利名稱：葡萄糖酸及其鹽類制備方法
技術領域：
本發明涉及葡萄糖酸及其鹽類制備方法，特別是葡萄糖酸和其鈣鹽、鎂鹽、鋅鹽、亞鐵鹽等的制備方法。
背景技術：
葡萄糖酸和其鹽類是具有多種用途的重要有機化學產品。它們能用作食品添加劑和營養增補劑，絡合劑，玻璃、鋼鐵表面的清潔劑，洗滌助劑等，廣泛應用于食品、醫藥、電鍍、建筑、紡織、和日用化工等領域。例如(1)葡萄糖酸鈣為鈣制劑，臨床主要用于補鈣，治療各種因缺鈣引起的各種疾患。能促進骨骼和牙齒的鈣化，維持神經肌肉正常興奮性，降低毛細血管通透性，增加毛細血管壁的收縮性；防治鈣缺乏癥如手足抽搐癥、骨發育不全、佝僂病及結核病、妊娠和哺乳期婦女的鈣鹽補充。(2)葡萄糖酸鋅在人體內能解離成鋅離子和葡萄糖酸，它們參與核糖核酸和脫氧核糖核酸的合成，可促進創口愈合，生長發育和體內含鋅酶發揮正常功能。用于治療缺鋅引起的兒童生長發育遲緩、營養不良、厭食、異食癖、口腔潰瘍、痤瘡等疾病。(3)葡萄糖酸鎂是近幾年來被開發的葡萄糖酸鹽類產品中的一種新型的補鎂劑，鎂是人體必需的常量元素，具有重要的生理功能，如鎂與磷構成骨鹽；鎂是體內磷酸化和一些酶系統不可缺少的激活劑。臨床上長期用硫酸鎂作補鎂劑，具有副作用小、生物利用度高和吸收率好等優點，是一種良好的補鎂劑。但作為一種無機化合物，正逐步被新型補鎂劑——葡萄糖酸鎂所取代。補鎂劑——葡萄糖酸的標準見美國F.C.CIII。(4)葡萄糖酸亞鐵是良好的補鐵劑，用于治療缺鐵性貧血。因為鐵是血紅蛋白的重要組成部分和氧化還原反應酶的活化劑。缺鐵會引起缺鐵性貧血癥。尤以兒童缺鐵導致貧血者較多。(5)葡萄糖酸鈉具有優良的螯合性能，在金屬防腐、水質阻垢、金屬表面處理、電鍍等方面已有廣泛的用途。尤其作為石油、化工企業循環冷卻水系統和低壓鍋爐、內燃機冷卻水系統的水處理藥劑每年用量很大。
目前，國內外工業化生產葡萄糖酸及其鹽類的主要方法有生物發酵法采用細菌或氧化酶將葡萄糖氧化成葡萄糖酸。該法發酵時間長，產品色澤不易控制，轉化率低，對生產環境無菌化程度要求高。
均相化學氧化法主要是指次氯酸鈉氧化法和過氧化氫氧化法，該方法副產物多，產物難分離，產率低。
電解氧化法該方法是在電解槽中加入一定濃度的葡萄糖溶液和適宜的電解質，在一定溫度和電流密度下恒電流電解。該方法在工業生產中能耗大，條件不易控制。
多相催化氧化法該方法具有工藝過程簡單，反應條件溫和(各種氣-液-固三相混合的反應器在常壓下均可采用，反應溫度一般控制在60℃以下)，反應時間短，轉化率高，三廢少，產物易于處理等優點。其催化劑一般使用鉑族金屬催化劑，例如，公告了使用Pt/C、Pd/C等催化劑催化氧化葡萄糖的專利(GB 1208101，JP8007230，JP 7652121，JP5872538)。此外，也有用Bi、Pb等賤金屬對Pt/C或Pd/C進行改性應用于這一催化氧化反應的專利(US Patent 5132452，US Patent 4843173，DE-OS2936652)。但多相催化氧化法中使用的Pt/C或Pd/C催化劑的貴金屬耗量較大，導致生產成本過高，且Pt/C或Pd/C催化劑的氧化選擇性較差容易中毒，其失效催化劑中貴金屬難于回收。

發明內容
本發明目的一是提供一種簡便的鈣、鎂、鋅、亞鐵等的葡萄糖酸鹽制備方法。
本發明目的二是提供一種簡便的葡萄糖酸制備方法采用下列順序工藝技術實現上述發明目的一①將載有金顆粒的粉末狀活性炭即Au/C催化劑與葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的溫度為40℃～55℃；②向步驟①所得混合物通入40～1000毫升/分鐘氧氣或空氣，攪拌下加入Ca(OH)2水溶液；③抽濾、濃縮、結晶、風干等傳統工藝手段處理步驟②所得溶液獲得相應葡萄糖酸鹽。
選擇步驟①中金顆粒的粒度為5～15nm，活性炭的比表面積800～1500m2/g，活性炭的粒度100～400目，金顆粒∶活性炭質量比＝0.5～3∶100。
選擇步驟①中葡萄糖水溶液的百分比重量濃度1～20％，金顆粒∶葡萄糖質量比＝1∶500～3000。
步驟②所得溶液的pH值優選為8～9。
向步驟②所得溶液中加入硫酸鹽，即可獲得其它相應鹽類。
上述硫酸鹽可以是硫酸鋅、硫酸鎂或硫酸亞鐵之任一種。
優選硫酸鹽∶步驟②所得溶液中含有的葡萄糖酸鈣摩爾比＝1∶1。
上述發明目的二的葡萄糖酸制備方法，依次包括下列工藝步驟①將載有金顆粒的粉末狀活性炭與葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的溫度為40℃～55℃；②向步驟①所得混合物通入400～1000毫升/分鐘氧氣或空氣，攪拌下加入Ca(OH)2水溶液；③向步驟②所得混合物中加入硫酸，60℃～90℃水浴加熱1～3小時，經后續傳統工藝處理得到葡萄糖酸溶液。
對技術方案二的工藝參數，可以作出如下擇優調整優選步驟①金顆粒的粒度為5～15nm，活性炭的比表面積800～1500m2/g，活性炭的粒度100～400目，金顆粒∶所述活性炭質量比＝0.5～3∶100，金顆粒∶葡萄糖質量比＝1∶500～3000，步驟②所得溶液的pH值為8～9。
優選步驟③中硫酸∶步驟②所得溶液中含有的葡萄糖酸鈣摩爾比＝1∶1。
上述兩個技術方案中使用的Au/C催化劑采用如下順序工藝技術制備(一)用波長為254納米或300納米之一，總輻射強度0.5～1卡/米2·秒的紫外光，照射含有HAuCl4或AuCl3之任一種的分子量為400、600、1000之任一種的聚乙二醇與丙酮的混合水溶液15～25分鐘，獲得金膠體溶液。其中，HAuCl4或AuCl3中的Au(III)離子∶聚乙二醇∶丙酮摩爾比＝4.88×10-4∶11.28×10-2∶1。
(二)攪拌條件下，將活性炭浸入步驟(一)所得金膠體溶液中。
上述技術方案一中，使用過飽和的Ca(OH)2水溶液，即石灰乳水溶液，有利于加快反應進程。此外，利用與上述葡萄糖酸鈣制備工藝相同的流程，可以得到葡萄糖酸鈉。
本發明利用Au/C催化劑，一步法液相催化氧化葡萄糖合成葡萄糖酸鈣，并由此制備葡萄糖酸以及其它鹽類，例如葡萄糖酸鋅、葡萄糖酸鎂、葡萄糖酸亞鐵等。與目前工業化生產上多采用的生物發酵法和使用Pt/C、Pd/C等催化劑的多相催化氧化法相比，本發明的Au/C催化劑的葡萄糖液相催化氧化反應具有如下特點(1)催化劑中的Au含量是Pt/C、Pd/C等催化劑中的Pt或Pd含量的1/3～1/5，鈣試劑原料便宜，因而能降低本發明的生產成本。(2)Au/C催化劑具有更高的催化活性和氧化選擇性，且不易中毒，催化壽命較長，有利于提高本發明的生產效率。(3)金是生物相容的元素，生產過程中痕量或超痕量的金流失到產品中，用于食品或醫藥，對人體不會產生危害，反而會產生好的影響(Haruta M.Gold Bulletin，2001，34卷，40頁)。(4)發明的工藝流程簡便，無污染。
以硫酸鋅為例，本發明葡萄糖酸鈣與鎂、鋅、亞鐵的硫酸鹽的反應式如下 此外，通過本發明獲得葡萄糖酸之后，也可以此作為中間體，獲得鎂、鋅、亞鐵的葡萄糖酸鹽。
本發明所采用的試劑純度均為分析純市售產品。
具體實施例方式
實施例1制備葡萄糖酸鈣在液相反應容器中，按葡萄糖與Au/C催化劑中Au的質量比為500∶1，將葡萄糖水溶液和Au/C催化劑混合，葡萄糖水溶液重量百分比濃度為1％，反應體系的溫度為40℃，通入400ml/min氧氣，在不斷攪拌下加入石灰乳(Ca(OH)2)水溶液，使反應溶液pH值維持在8，直到反應溶液的pH值保持20min不變為止，此時反應結束。然后將溶液抽濾、減壓濃縮、結晶、風干等工序處理，即得產品葡萄糖酸鈣。
實施例2制備葡萄糖酸鈣在液相反應容器中，按葡萄糖與Au/C催化劑中Au的質量比為1500∶1，將葡萄糖水溶液和Au/C催化劑混合，葡萄糖水溶液重量百分比濃度為10％，反應體系的溫度為45℃，通入600ml/min氧氣，在不斷攪拌下加入石灰乳(Ca(OH)2)水溶液，使反應溶液pH值維持在8.5，直到反應溶液的pH值保持20min不變為止，此時反應結束。然后將溶液抽濾、減壓濃縮、結晶、風干等工序處理，即得產品葡萄糖酸鈣。
實施例3制備葡萄糖酸鈣在液相反應容器中，按葡萄糖與Au/C催化劑中Au的質量比為3000∶1，將葡萄糖水溶液和Au/C催化劑混合，葡萄糖水溶液重量百分比濃度為20％，反應體系的溫度為55℃，通入1000ml/min空氣，在不斷攪拌下加入石灰乳(Ca(OH)2)水溶液，使反應溶液pH值維持在9，直到反應溶液的pH值保持20min不變為止，此時反應結束。然后將溶液抽濾、減壓濃縮、結晶、風干等工序處理，即得產品葡萄糖酸鈣。
實施例4制備葡萄糖酸鋅、鎂或亞鐵等鹽以制備葡萄糖酸鋅為例，將實施例1、2或3之任一制得的葡萄糖酸鈣溶液，與硫酸鋅溶液混合，葡萄糖酸鈣∶硫酸鋅摩爾比＝1∶1，加熱反應。反應結束后將硫酸鈣沉淀趁熱濾出，然后將濾液經過減壓濃縮、結晶、風干等工序處理，即獲得葡萄糖酸鋅。
葡萄糖酸鎂和葡萄糖酸亞鐵等葡萄糖酸鹽產品的制備與上述葡萄糖酸鋅制備流程相同。
實施例5制備葡萄糖酸將實施例1獲得的葡萄糖酸鈣0.5mol調成水溶液，置于適宜的反應容器中，攪拌下緩慢加入0.5mol濃硫酸，并于60℃水浴中加熱反應1.5h。趁熱濾去析出的硫酸鈣沉淀，濾液冷卻后，以適宜的流速流過陰、陽離子交換樹脂的交換柱，得到高純度的葡萄糖酸溶液。
實施例6制備葡萄糖酸將實施例2制得的葡萄糖酸鈣1mol調成水溶液，置于在適宜的反應容器中，攪拌下緩慢加入1mol濃硫酸，并于80℃水浴中加熱反應1h。趁熱濾去析出的硫酸鈣沉淀，濾液冷卻，所得到的葡萄糖酸用氫氧化鋇和草酸為沉淀劑進行純化，除去少量的SO42-和Ca2+，過多的Ba2+與草酸生成草酸鋇沉淀被除去，得到高純度的葡萄糖酸溶液。
實施例7制備葡萄糖酸將實施例3獲得的葡萄糖酸鈣1.5mol調成水溶液，置于適宜的反應容器中，攪拌下緩慢加入1.5mol濃硫酸，并于90℃水浴中加熱反應3h。趁熱濾去析出的硫酸鈣沉淀，濾液冷卻后，以適宜的流速流過陰、陽離子交換樹脂的交換柱，得到高純度的葡萄糖酸溶液。
實施例8以葡萄糖酸為中間體制備鋅、鎂的葡萄糖酸鹽葡萄糖酸鋅將實施例5獲得的葡萄糖酸溶液調節至濃度0.1mol/L，于60℃水浴中攪拌下分批加入0.05mol氧化鋅固體粉末，調節pH小于6，反應5h，至溶液呈透明狀態。過濾，濾液減壓濃縮至約原體積的1/3。加入10ml無水乙醇，放置約8小時使其充分結晶。真空干燥得白色結晶狀葡萄糖酸鋅粉末。
葡萄糖酸鎂實施例6獲得的葡萄糖酸溶液調節到濃度0.1mol/L，于65℃水浴中攪拌下分批加入0.05mol氧化鎂固體粉末，調節pH小于6，反應2h，至溶液呈透明狀態。過濾，濾液減壓濃縮至約原體積的1/3。加入10ml無水乙醇，放置9h使其充分結晶。真空干燥得白色結晶狀葡萄糖酸鎂粉末。
實施例9制備葡萄糖酸鈉在液相反應容器中，按葡萄糖與Au/C催化劑中Au的質量比為2000∶1，將葡萄糖水溶液和Au/C催化劑混合，葡萄糖水溶液重量百分比濃度為5％，反應體系的溫度為50℃，通入800ml/min空氣，在不斷攪拌下加入Na(OH)水溶液，使反應溶液pH值維持在8，直到反應溶液的pH值保持10min不變為止，此時反應結束。然后將溶液抽濾、減壓濃縮、結晶、風干等工序處理，即得產品葡萄糖酸鈉。
權利要求
1.葡萄糖酸鹽制備方法，依次包括下列工藝步驟①將載有金顆粒的粉末狀活性炭與葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的溫度為40℃～55℃；②向步驟①所得混合物通入400～1000毫升/分鐘氧氣或空氣，攪拌下加入Ca(OH)2水溶液；③抽濾、濃縮、結晶、風干等傳統工藝手段處理步驟②所得溶液獲得相應葡萄糖酸鹽。
2.權利要求1的葡萄糖酸鹽制備方法，其特征在于步驟①所述金顆粒的粒度為5～15nm，所述活性炭的比表面積800～1500m2/g，所述活性炭的粒度100～400目，所述金顆粒∶所述活性炭(質量比)＝0.5～3∶100。
3.權利要求1的葡萄糖酸鹽制備方法，其特征在于步驟①所述葡萄糖水溶液重量百分比濃度1～20％，所述金顆粒∶葡萄糖(質量比)＝1∶500～3000。
4.權利要求1的葡萄糖酸鹽制備方法，其特征在于步驟②所得溶液的pH值為8～9。
5.權利要求1、2、3、4之一的葡萄糖酸鹽制備方法，其特征在于向步驟②所得溶液中加入硫酸鹽。
6.權利要求5的葡萄糖酸鹽制備方法，其特征在于所述硫酸鹽為硫酸鋅、硫酸鎂或硫酸亞鐵之任一種。
7.權利要求6的葡萄糖酸鹽制備方法，其特征在于所述硫酸鹽∶步驟②所得溶液中含有的葡萄糖酸鈣(摩爾比)＝1∶1。
8.葡萄糖酸制備方法，依次包括下列工藝步驟①將載有金顆粒的粉末狀活性炭與葡萄糖水溶液混合，保持所得混合溶液的溫度為40℃～55℃；②向步驟①所得混合物通入400～1000毫升/分鐘氧氣或空氣，攪拌下加入Ca(OH)2水溶液；③向步驟②所得混合物中加入硫酸，60℃～90℃水浴加熱1～3小時，經后續傳統工藝處理得到葡萄糖酸溶液。
9.權利要求8的葡萄糖酸制備方法，其特征在于步驟①所述金顆粒的粒度為5～15nm，所述活性炭的比表面積800～1500m2/g，所述活性炭的粒度100～400目，所述金顆粒∶所述活性炭(質量比)＝0.5～3∶100，所述金顆粒∶葡萄糖(質量比)＝1∶500～3000，步驟②所得溶液的pH值為8～9。
10.權利要求9的葡萄糖酸制備方法，其特征在于步驟③所述硫酸∶步驟②所得溶液中含有的葡萄糖酸鈣(摩爾比)＝1∶1。
全文摘要
本發明涉及葡萄糖酸及其鹽類的制備方法。采用Au/C催化劑液相催化氧化葡萄糖經氫氧化鈣中和合成葡萄糖酸鈣。以此為基礎，經鎂、鋅、亞鐵硫酸鹽的置換反應獲得相應葡萄糖酸鹽，經硫酸置換反應獲得葡萄糖酸。本發明用于生產葡萄糖酸及其鹽類具有生產成本低廉、生產效率高、工藝流程簡便的特點。
文檔編號C07C51/00GK1594265SQ20041004020
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月11日 優先權日2004年7月11日
發明者董守安, 李品將, 楊生春 申請人:昆明貴金屬研究所