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三氯蔗糖是一种具有稳定性好、甜度高、人体几乎不吸收等特性的优良甜味剂,而合成三氯蔗糖的关键中间体是蔗糖-6-酯(s-6-a)或葡萄糖-6-酯(g-6-a)。目前三氯蔗糖的生产主要采用化学法,合成过程中需对活性大的羟基进行保护和去保护,使得反应路线冗长,产物难以分离;而且需要使用有毒、易挥发的有机溶剂,容易污染环境。而酶法合成具有催化效率高、反应条件温和、区位选择性高、产物易于分离纯化等特点。同时,离子液体具有良好的化学稳定性和热稳定性,不易燃,不挥发,可以重复利用,因此被广泛用于生物催化和有机催化反应的溶剂。本实验以脂肪酶为催化剂,以葡萄糖为底物,以脂肪酸乙烯酯为酰基供体,用离子液体代替有机溶剂作为反应介质合成了葡萄糖-6-酯。
实验首先采用两步法制备合成了1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([Bmim][TfO]),并将合成的产物用红外光谱进行了表征。
研究了在离子液体[Bmim][TfO]中以葡萄糖为底物、棕榈酸乙烯酯为酰基供体,用CAL-B脂肪酶作为催化剂催化合成葡萄糖-6-棕榈酸酯。分别用单因素法和正交设计试验对实验的反应温度、底物摩尔比、酶的添加量、酶制剂等各项因素进行了考察,得出该实验在恒温摇床200r·min-1的条件下,离子液体[Bmim][TfO]中的最佳反应条件为:温度40℃、酶浓度为50mg·mL-1、糖酯摩尔比1:3,此时葡萄糖-6-棕榈酸酯的产率达到了31.6%。将反应产物分离提纯后,采用质谱、傅立叶红外光谱、核磁共振波谱、高效液相色谱等手段,对其进行结构表征,结果表明合成产物为葡萄糖-6-棕榈酸酯。
接着研究了以葡萄糖为底物、月桂酸乙烯酯为酰基供体,在离子液体[Bmim][TfO]中用Thermomyceslanuginosus脂肪酶作为催化剂选择性催化合成葡萄糖-6-月桂酸酯。同样分别用单因素法和正交设计试验对实验的反应温度、底物摩尔比、酶的添加量、酶制剂等各项因素进行了考察,得出该实验在恒温摇床200r.min-1的条件下,离子液体[Bmim][TfO]中的最佳反应条件为:温度50℃、酶浓度为40mg·mL-1、糖酯摩尔比1:2,此时葡萄糖-6-月桂酸酯的产率达到了45.6%。将反应产物分离提纯后,采用质谱、傅立叶红外光谱、核磁共振波谱、高效液相色谱等手段,对其进行结构表征,结果表明合成产物为葡萄糖-6-月桂酸酯。
本研究以酶为催化剂,以葡萄糖为底物,以离子液体代替有机溶剂作为反应介质合成了葡萄糖-6-酯,具有对环境友好、反应条件温和、产物易分离等特点,同时也为合成三氯蔗糖关键中间体提供了一条绿色合成途径。