三氯蔗糖-6-乙酸酯的分离与提纯（一）

一、引言

三氯蔗糖（Sucralose或TGS），又称蔗糖素、蔗糖精或4、1’、6’-三氯或-4、1’、6，-三脱氧半乳型蔗糖。三氯蔗糖是一种无糖的非营养性人造甜味剂。

工业上三氯蔗糖的合成大多是以蔗糖为起始原料，经酯交换获得中间体蔗糖-6-乙酸酯，蔗糖-6-乙酸酯经过Vilsmeier试剂氯化生成中间体三氯蔗糖-6-乙酸酯，三氯蔗糖-6-乙酸酯脱乙酰基获得三氯蔗糖。

ChaubeyA等人通过固定化微生物在96h将100g/L三氯蔗糖-6-乙酸酯转化成三蔗糖；SunJ等人通过新分离的芽孢杆菌WZS01在24h将75mol/mL的三氯蔗糖-6-乙酸酯转化为纯度大于99%的三氯蔗糖。这些工艺存在处理浓度较小，分离能耗较大等不足。

CataniSJ等使用有机溶剂萃取结合5次～8次的结晶，将三氯蔗糖粗品提纯。罗华东等使用三次有机溶剂萃取将三氯蔗糖母液（纯度92%）提纯至纯度98%以上。三氯蔗糖提纯需要经过多次的萃取加结晶，操作繁琐，收率较低。

蔗糖-6-乙酸酯经过Vilsmeier氯化反应生成三氯蔗糖-6-乙酸酯，氯化反应过程中会伴随着副反应的进行，生成副产物，如非6位三氯蔗糖乙酸酯和三氯蔗糖二乙酸酯；氯化反应获得的三氯蔗糖-6-乙酸酯未经提纯直接加入碱液进行脱乙酰基，如图1，由于非6位三氯蔗糖乙酸酯与三氯蔗糖二乙酸酯在碱性条件下同样会发生脱乙酰基反应，生成其他结构的三氯蔗糖（S3C），S3C在后续的纯化过程中通过传统的萃取结晶方式很难与三氯蔗糖分离。非6位三氯蔗糖乙酸酯、三氯蔗糖二乙酸酯与三氯蔗糖-6-乙酸酯分离的难度相较于其脱乙酰基之后生成S3C与三氯蔗糖分离的难度大大降低。因此在氯化反应后提纯三氯蔗糖-6-乙酸酯就显的非常重要。

二、实验部分

1、材料与试剂

N，N-二甲基甲酰胺（分析纯）、乙酸乙酯（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、1，1，2-三氯乙烷（分析纯）、乙酸丁酯（分析纯）、无水酒精（分析纯）、无水乙醚（分析纯）、无水甲醇（分析纯）、甲苯（分析纯）、二氯乙烷（分析纯）、硫酸（分析纯）、甲醇色谱纯以上试剂均购于国药集团化学试剂有限公司；乙酸铵（色谱纯）购于天津光复；氯化亚砜（工业级），蔗糖-6-乙酸酯自制。

2、仪器与设备

雷磁PHS-25pH计：上海米青科；JA2003电子天平：上海良平仪器仪表有限公司；JB90-SH数显电动搅拌机：上海标本模型厂；SY-2000旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；BILON-T-504S低温恒温槽：上海比朗仪器；waterse2695waters高效液相色谱仪：美国waters公司；waters2420waters蒸发光散射检测器：美国waters公司。

3、三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成与分离

（1）三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成

首先将混合好的氯化亚砜与1，1，2-三氯乙烷降至0℃；其次将制备的蔗糖-6-乙酸酯用DMF溶解，将溶解好的蔗糖-6-乙酸酯溶液缓慢滴加至预冷的氯化亚砜与1，1，2-三氯乙烷混合液中；再次将滴加完毕的混合物取出在室温下搅拌0.5h；最后在70℃、90℃、110℃三阶段各保温2h，保温后取出自然降温。

降至室温，加入碱液淬灭调节pH到9～10，剧烈搅拌1h，滴加稀硫酸反调pH到6～7。液相色谱跟踪此时蔗糖-6-乙酸酯已经全部转化成三氯蔗糖-6-乙酸酯。

（2）三氯蔗糖-6-乙酸酯分离提纯

首先分离氯化过程中产生的碳化物与部分盐，其次去除高分子聚合物，再次通过萃取的方式除去强极性杂质，最后通过结晶与重结晶的方式除去弱极性杂质，进而获得三氯蔗糖-6-乙酸酯纯品。

（3）三氯蔗糖-6-乙酸酯的分析条件:

蒸发光检测器检测条件：色谱柱：C18HypersilODS25μm4.6mmx150mm，流动相：0.02mol/L乙酸铵水溶液：甲醇；梯度洗脱；流速：1.0mL/min，柱温：40℃，进样量：10μL。ELSD：气体压力：60psi，漂移管温度50士5℃；喷雾温度36℃；增益：10。

标准液配制：以纯水为溶剂，称取0.25g三氯蔗糖或三氯蔗糖-6-乙酸酯定容至50g，再依次稀释绘制标准曲线。

三、结果与分析

1、高分子聚合产物分离条件优化

氯化淬灭后通过过滤除去氯化铵盐及部分碳化物后，需要进行减压蒸馏回收1，1，2-三氯乙烷和DMF。DMF沸点为152.8℃，三氯蔗糖及其中间体都是热敏物质，往往在减压回收溶剂的过程中易产生高分子聚合产物。这部分产物呈深棕色，粘度较大，外观类似石油原油，杂质多且成分很复杂。倒入烧杯静置一段时间后，可观察到瓶壁大量的聚合物，这些聚合物需要除去，否则会影响后续提纯的效率。

用活性炭吸附高分子聚合物的时候，也会吸附大量的三氯蔗糖-6-乙酸酯，后续需要解析三氯蔗糖-6-乙酸酯，操作相对繁琐。因此我们使用了四种有机溶剂来分离高分子聚合物，甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙酸乙酯作为萃取剂，每种溶剂用量为氯化液体积的10%，1:1（v/v）一次萃取，对比三氯蔗糖-6-乙酸酯的损耗及物料状态。结果如表1所示。

从表中的结果可以看出，甲苯在去除高分子聚合物的同时三氯蔗糖-6-乙酸酯的损失率最低。并且甲苯蒸馏回收后可重复利用。

2、强极性杂质的分离优化

在分离了高分子聚合物之后，我们跟踪了氯化液的组成。如图2所示，从图2中可以看出除三氯蔗糖-6-乙酸酯外，还有强极性杂质和弱极性杂质等组分。

可钰指出三氯蔗糖-6-乙酸酯在乙酸乙酯和水体系中的分配系数为K=C_乙酸乙酯/C_水=3.72，我们试着用乙酸乙酯和乙酸丁酯，1:1（v/v）三次萃取除强极性杂质。

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