專利名稱：近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的方法。
背景技術(shù)：
肌醇(inositol，CAS No.87-89-8)，即六羥基環(huán)己烷。廣義的肌醇指已知的9種立體異構(gòu)體的總稱，但通常是指其中的myo-肌醇(1，2，3，5/4，6-六羥基環(huán)己烷)，已發(fā)現(xiàn)的八種異構(gòu)體的名稱如表1所示。
表1肌醇各構(gòu)型及名稱

myo-肌醇是一種廣泛存在于動植物中的環(huán)狀醇，并以游離醇或各種化合物的形式存在。結(jié)構(gòu)呈椅子型，為斜立體，構(gòu)型如下

因具有實用價值及工業(yè)上生產(chǎn)的肌醇均為myo-肌醇，在本專利中如無特殊說明，肌醇即為myo-肌醇。
肌醇是環(huán)狀糖醇類中重要的生物活性化合物。近年來，許多生物、藥物和醫(yī)學界的科學家已經(jīng)證實肌醇及其衍生物在活體生物代謝中起著“在細胞內(nèi)部信息傳輸”和“影響細胞生長過程”的重要作用；它能與脂肪、磷酸等結(jié)合成肌醇酯，有類似膽堿的作用；可促進肝及其組織中脂肪的代謝，降低血脂，促進菌種的培養(yǎng)和酵母的生長；可作藥物，用于治療肝硬化、脂肪肝、動脈硬化、慢性肝炎等疫病；又可作食品和飼料工業(yè)添加劑；同時在日化工業(yè)用作高級化妝品的防皺劑等。
肌醇具有生理活性的發(fā)現(xiàn)以及目前新用途的不斷開發(fā)，使其需求量與日俱增。然而，肌醇的主要生產(chǎn)國日本和我國近年的產(chǎn)量一直不能滿足國際市場的需求，造成肌醇的價格不斷上漲。據(jù)預測，未來十年內(nèi)國際市場上肌醇仍需求旺盛，供不應求。因此，肌醇生產(chǎn)的研究已成為目前產(chǎn)品開發(fā)的熱點。
肌醇的生產(chǎn)主要有三種方法1、水解法生產(chǎn)肌醇；2、化學法合成肌醇；3、微生物法生產(chǎn)肌醇。
1、水解法生產(chǎn)肌醇水解法生產(chǎn)肌醇有加壓水解法和常壓水解法兩種方法，加壓水解法是目前國內(nèi)外生產(chǎn)肌醇的常用方法。
1)加壓水解法加壓水解法是肌醇生產(chǎn)的傳統(tǒng)方法，將打成漿的菲汀與水按1∶3～1∶3.5的比例投入加壓水解鍋中，在水解壓力0.5～1MPa下攪拌反應5～10h，當pH值約3～3.5時，水解完畢。其工藝流程如下原料—加壓水解—中和—過濾—脫色—過濾—濃縮結(jié)晶—精制。加壓水解法具有技術(shù)成熟、成本低的優(yōu)勢，但也存在水解效率不夠高的問題。研究表明，隨著壓力的升高，水解效率也會隨之升高，壓力是加壓水解法工藝改進的主要考慮因素。
2)常壓水解法常壓水解法的關(guān)鍵技術(shù)是以葡萄糖為原料仿生合成肌醇。采用右旋己醛糖-D(+)葡萄糖為原料，先經(jīng)脫氫，硝化生成重要中間體脫氧硝基苯葡萄糖，再經(jīng)環(huán)合，水解，實現(xiàn)“磺酸化-羥基化”過程而最終合成肌醇，整個工藝均在常壓下進行，葡萄糖生成肌醇的轉(zhuǎn)化率在60％左右。該工藝生產(chǎn)的肌醇在結(jié)構(gòu)和生理活性上與天然產(chǎn)品完全一樣，有望取代傳統(tǒng)的加壓水解法生產(chǎn)肌醇。
2、化學法合成肌醇我國是肌醇原料大國，但市場需求的是天然的菲汀加工產(chǎn)物myo-肌醇。化學法合成肌醇可用天然肌醇為原料，經(jīng)反應轉(zhuǎn)變構(gòu)型得到市場所需的myo-肌醇；也可用非肌醇化合物為原料，如六羥基苯經(jīng)氫化能生成8種肌醇異構(gòu)體的混合物，其中myo-肌醇產(chǎn)率僅為17％，用貴金屬鈀為催化劑，可提高其產(chǎn)率。在堿性溶液中使6-硝基-6-脫氧-D-葡萄糖環(huán)化，再將硝基還原成氨基后除去，同時轉(zhuǎn)變構(gòu)型，也可得myo-肌醇。目前，以化學法合成myo-肌醇還無法實現(xiàn)工業(yè)化。
3、微生物法生產(chǎn)肌醇微生物法利用微生物產(chǎn)生的植酸酶和磷酸酯酶來生產(chǎn)肌醇，在一系列復雜的調(diào)控中非常精巧地將植酸或菲汀在酶的作用下轉(zhuǎn)化為肌醇。由于酶的反應條件比較溫和，微生物法制備肌醇在常溫常壓下即可進行。生產(chǎn)肌醇所需的植酸酶和磷酸酯酶廣泛分布于植物和動物的組織細胞中，微生物如酵母菌、黑曲霉、無花果曲霉等均可產(chǎn)生這兩種酶。利用該方法生產(chǎn)肌醇，能提高得率和產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是肌醇生產(chǎn)發(fā)展的新趨勢，但目前應用還不夠廣泛。
菲汀(Phytin，CAS No.3615-82-5)，學名為肌醇磷酸鈣鎂復鹽，又名植酸鈣或植酸鈣鎂，是植酸與鈣、鎂、鉀等金屬離子形成的一種復鹽，分子式為C6H8O24P6Mg4Ca2。菲汀是一種無臭、無味的白色粉末，溶于鹽酸、硝酸、硫酸，不溶于醇類、乙醚、丙酮、苯等有機溶劑，微溶于水。它是制備肌醇的主要原料。
近臨界水通常是指溫度在200～350℃之間的壓縮液態(tài)水。水在這一區(qū)域擁有以下三個重要特性1)在飽和蒸氣壓下，近臨界水的電離常數(shù)在275℃附近有一極大值約為10-11(mol/kg)2，其值是常溫常壓水的1000倍，且電離常數(shù)隨壓力的增加而增大，近臨界水中的[H3O+]和[OH-]已接近弱酸或弱堿，自身具有酸催化與堿催化的功能；2)在飽和蒸氣壓下，20℃水的介電常數(shù)為80.1，而275℃時只有23.5。盡管近臨界水的介電常數(shù)仍較大，可溶解甚至電離鹽，但已足夠小以溶解有機物，加上近臨界水的密度大(275℃飽和蒸氣壓下水的密度為0.76g/cm3，近臨界水的介電常數(shù)、密度與丙酮相近)，因此近臨界水具有非常好的溶解性能，具有能同時溶解有機物和無機物的特性。這使許多近臨界水介質(zhì)中的合成反應能在均相中進行，從而消除傳質(zhì)阻力，提高反應速度，而且水相可循環(huán)使用；3)近臨界水的介電常數(shù)、離子積常數(shù)、密度、粘度、擴散系數(shù)、溶解度等物理化學性質(zhì)隨溫度、壓力在較寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，即近臨界水的物性具有可調(diào)節(jié)性，因此作為反應介質(zhì)，近臨界水在不同的狀態(tài)具有不同的溶劑性質(zhì)和反應性能。
氨在近臨界水介質(zhì)中會發(fā)生電離，電離的氫氧根離子可以增強高溫液態(tài)水的堿性，提高催化能力。此外，菲汀水解生成肌醇的同時還有磷酸、酸式磷酸鹽和不溶性磷酸鹽生成
氨能在反應過程中中和磷酸及酸式磷酸鹽的酸性，使反應向生成肌醇方向移動。水解反應完成后，由于氨容易揮發(fā)，利用這些特性可以構(gòu)建循環(huán)的工藝過程，通過調(diào)節(jié)溫度即可實現(xiàn)對氨的循環(huán)利用，既節(jié)約成本，又不會對環(huán)境造成污染。
本發(fā)明將近臨界水作為反應介質(zhì)應用于菲汀的水解上，并且加入氨提高其水解效率，利用近臨界水和氨的特性實現(xiàn)菲汀的高效、綠色水解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀綠色、高效水解制備肌醇的方法。
方法的步驟如下1)在高壓反應釜中加入去離子水和菲汀，去離子水與菲汀質(zhì)量比為1∶1～6∶1，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥2～5分鐘，利用水蒸氣帶走釜內(nèi)的氧氣；2)用高壓計量泵將25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨濃度達到0.5～20g/L，繼續(xù)升溫至200～350℃水解10～120min；3)水解完成后，降溫，當溫度降到90℃時，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣，氨氣可回收并制備成氨水回步驟2)重復使用；4)水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、脫色、濃縮、結(jié)晶得到粗制肌醇，結(jié)晶后母液回濃縮工序；5)粗制肌醇經(jīng)脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇，結(jié)晶后母液回步驟4)中濃縮工序。
去離子水與菲汀的質(zhì)量比優(yōu)選為2∶1～4∶1。反應液中氨濃度優(yōu)選為4～10g/L。水解溫度優(yōu)選為240～280℃。
本發(fā)明在反應過程中利用近臨界水的自身酸堿催化以及氨的進一步催化，使菲汀在近臨界水中高效率地水解生成肌醇，解決了加壓水解生成肌醇效率不高的難題，而且整個生產(chǎn)過程無有害物質(zhì)排放，反應過程簡單，綠色，產(chǎn)物收率高。


附圖是近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的工藝流程簡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中高效液相色譜(HPLC)分析條件DiamonsilTMC18色譜柱(250×4.6mm，5μm)，流動相為純水，流速0.8mL·min-1，柱溫30℃，進樣量10μL，示差折光檢測器溫度30℃。
實施例1在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和50g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥2分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將22mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到15g/L，繼續(xù)升溫至200℃水解120min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇5.9g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為81％。
實施例2在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和60g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥3分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將30mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到20g/L，繼續(xù)升溫至220℃水解100min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇8.6g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為84％。
實施例3在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和75g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥4分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將5.5mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到4g/L，繼續(xù)升溫至240℃水解70min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇14.2g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為87％。
實施例4在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和86g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥5分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將1.4mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到1g/L，繼續(xù)升溫至250℃水解80min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇15.2g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為85％。
實施例5
在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和100g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥2分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將9.9mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到7g/L，繼續(xù)升溫至260℃水解45min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇20.4g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為96％。
實施例6在500mL間歇式高壓反應釜中加入250g去離子水和100g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥3分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將10.7mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到9g/L，繼續(xù)升溫至270℃水解30min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇20.5g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為92％。
實施例7在500mL間歇式高壓反應釜中加入250g去離子水和125g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥4分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將11.9mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到10g/L，繼續(xù)升溫至280℃水解20min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇25.1g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為92％。
實施例8在500mL間歇式高壓反應釜中加入250g去離子水和125g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥5分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將9.4mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到8g/L，繼續(xù)升溫至245℃水解45min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇24.3g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為93％。
實施例9在500mL間歇式高壓反應釜中加入200g去離子水和200g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥3分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將0.5mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到0.5g/L，繼續(xù)升溫至320℃水解30min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇36.4g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為88％。
實施例10在500mL間歇式高壓反應釜中加入250g去離子水和100g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥4分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣；用高壓計量泵將18.3mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到15g/L，繼續(xù)升溫至265℃水解20min；水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣，水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇21.2g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為93％。
實施例11在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和100g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥3分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將11.3mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到8g/L，繼續(xù)升溫至275℃水解25min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇20.7g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為97％。
實施例12在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和86g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥4分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將8.4mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到6g/L，繼續(xù)升溫至255℃水解60min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇18.1g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為98％。
實施例13在500mL間歇式高壓反應釜中加入250g去離子水和125g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥2分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將3.5mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到3g/L，繼續(xù)升溫至300℃水解20min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇24.7g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為90％。
實施例14在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和100g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥5分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將7mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到5g/L，繼續(xù)升溫至250℃水解60min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇20.3g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為95％。
實施例15在500mL間歇式高壓反應釜中加入300g去離子水和75g菲汀，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥3分鐘，利用水蒸氣排除釜內(nèi)的空氣。用高壓計量泵將2.8mL的25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨水濃度達到2g/L，繼續(xù)升溫至350℃水解10min。水解完成后，關(guān)閉加熱裝置，降溫至90℃，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣。水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶、脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇15.9g，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析純度為93％。
權(quán)利要求
1.一種近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的方法，其特征在于，方法的步驟如下1)在高壓反應釜中加入去離子水和菲汀，去離子水與菲汀質(zhì)量比為1∶1～6∶1，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥2～5分鐘，利用水蒸氣帶走釜內(nèi)的氧氣；2)用高壓計量泵將25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨濃度達到0.5～20g/L，繼續(xù)升溫至200～350℃水解10～120min；3)水解完成后，降溫，當溫度降到90℃時，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣，氨氣可回收并制備成氨水回步驟2)重復使用；4)水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶得到粗肌醇，結(jié)晶后母液回濃縮工序；5)粗制肌醇經(jīng)脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇，結(jié)晶后母液回步驟4)中濃縮工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的方法，其特征在于所述的去離子水與菲汀的質(zhì)量比為2∶1～4∶1；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的方法，其特征在于所述的反應液中氨濃度為4～10g/L；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的方法，其特征在于所述的水解溫度為240～280℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近臨界水介質(zhì)中氨催化菲汀水解制備肌醇的方法。方法的步驟如下1)在高壓反應釜中加入去離子水和菲汀，去離子水與菲汀質(zhì)量比為1∶1～6∶1，開攪拌，升溫至100℃，打開排氣閥2～5分鐘，利用水蒸氣帶走釜內(nèi)的氧氣；2)用高壓計量泵將25％氨水加入釜內(nèi)，使反應液中氨濃度達到0.5～20g/L，繼續(xù)升溫至200～350℃水解10～120min；3)水解完成后，降溫，當溫度降到90℃時，打開排氣閥，排空釜內(nèi)的氨氣，氨氣可回收并制備成氨水回步驟2)重復使用；4)水解產(chǎn)物經(jīng)過濾、濃縮、結(jié)晶得到粗肌醇，結(jié)晶后母液回濃縮工序；5)粗制肌醇經(jīng)脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得到精制肌醇，結(jié)晶后母液回步驟4)中濃縮工序。本發(fā)明在反應過程中以可循環(huán)使用的氨作為催化劑，過程簡單、綠色，產(chǎn)物收率高。
文檔編號C07C29/12GK101037377SQ20071006821
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者呂秀陽, 傅杰 申請人:浙江大學