β-胡萝卜素及角黄素合成研究

论文题目: β-胡萝卜素及角黄素合成研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 化学工程与技术

作者: 杨泽慧

导师: 陈新志

关键词: 胡萝卜素,角黄素,二甲基,辛三烯,二醛,乙酰氧基甲基丁烯醛,未重排十五碳磷酸酯,紫罗兰酮,反应,氯化亚铜协同催化氧化,一锅法工艺

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 研究了β-胡萝卜素及角黄素合成工艺,中间体和目标产物用熔点、折光率、GC、GC/MS、HPLC、IR、1H-NMR、13C-NMR等分析方法分析,确认了结构。β-紫罗兰酮经过羰基环氧化、开环、异构重排合成1-(2,6,6-三甲基-1-环已烯基-)-3甲基-2-丁烯-4-醛(十四碳醛),十四碳醛再与Arbuzow反应合成的亚甲基双膦酸四乙酯(偕二膦酸酯)反应合成3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-1-环已烯-1-基)-1,3-戊二烯基膦酸二乙酯(未重排十五碳膦酸酯);采用加压法合成硫叶立德,使二甲基硫醚和溴甲烷液化,变气液反应为液相反应,加快了反应速度,减少了低沸物挥发。硫叶立德环氧化法合成十四碳醛,与Darzens反应相比较,节约了碳源。异戊二烯经过氯醇化、乙酸酐酯化、Kornblum催化氧化合成4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛(五碳醛),改进了五碳醛合成工艺,氯醇合成工艺用CO2替代有机酸调节酸度,不产生固体废料;负载高氯酸的离子交换树脂催化酯化和重排,研究了催化酯化反应机理;用溴化钠-吡啶-碘催化剂改进了Kornblum氧化工艺合成五碳醛,氧化反应时间由24h缩短到11h,提高了原料转化率和五碳醛收率。五碳醛经过醛基保护、酯交换、氯化亚铜协同TEMPO催化氧化、SOCl2氯化,再经过一锅法工艺制得2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1,8-二醛(十碳三烯双醛)。氯化亚铜协同TEMPO催化氧化反应机理是:Cu(Ⅰ)与烯醇(或苄醇)形成过渡态烯醇络合物;TEMPO在质子和氧作用下生成亚硝翁离子,将过渡态烯醇络合物氧化成目标醛,释放出Cu(Ⅰ),同时生成羟胺;羟胺与亚硝翁离子结合成TEMPO,完成一个氧化循环;体系同时存在Cu(Ⅰ)消耗亚硝翁离子的平衡反应,亚硝翁离子生成是控制步骤。该催化氧化体系和机理对若干共轭烯醇和苄醇的氧化有指导价值。一锅法合成十碳三烯双醛,省去3-甲基-丁-2-烯-4-醛-1-膦酸二乙酯-4-(2’,2’-二甲基丙基)缩醛分离提纯步骤,十碳三烯双醛收率提高26%。未重排十五碳膦酸酯与十碳三烯双醛发生Wittig-Horner反应合成β-胡萝卜素,β-胡萝卜素选择性催化氧化合成角黄素。用未重排十五碳膦酸酯和十碳三烯双醛合成β-胡萝卜素。省去重排步骤,简化了操作,β-胡萝卜素收率提高了10. 4%;β-胡萝卜素粗产品不需经过柱层析或者分子蒸馏分离,用甲醇-环已烷重结晶提纯。新催化体系选择性氧化β-胡萝卜素制角黄素,碘化钠-碘作催化剂,二氧化碳作惰性气体和反应物,满足次氯酸生成要求,保护了β-胡萝卜素和角黄素中双键的稳定,提高了氧化反应选择性和角黄素收率。十四碳醛合成三甲基溴化硫合成工艺:丙酮作溶剂,溴甲烷/二甲基硫醚=1. 45(mol/mol),20℃,0. 6Mpa下反应8h,三甲基溴化硫收率为95. 5%;环氧化反应工艺:苯作溶剂,三甲基溴化硫/β-紫罗兰酮=1. 4(mol/mol),氢氧化钠/三甲基溴化硫=1. 2(mol/mol),50℃下反应9h,1-(2,6,6-三甲基-1-环已烯基-)-3SR-甲基-3,4-环氧-丁基-1-烯收率83. 7%;1-(2,6,6-三甲基-1-环已烯基-)-3SR-甲基-3,4-环氧-丁基-1-烯开环工艺:THF作溶剂、CH3Br与镁制取溴化镁作催化剂,-10℃,0. 5h,1-(2,6,6-三甲基-1-环已烯基-)-3-甲基-1-丁烯-4-醛的收率为97%;开环产物重排工艺:甲醇作溶剂、氢氧化钾作催化剂,氢氧化钾浓度2%,常压、室温下反应0. 5h,十四碳醛收率为95%。未重排十五碳膦酸酯合成浙江大学博十学位论文p一胡萝卜素及角黄素合成研究 户Jbuzow反应合成偕二嶙酸酷工艺:亚磷酸三乙酷/二澳甲烷二3(mol/mol),150℃,同时馏出低沸组分,偕二嶙酸醋收率73%; 十四碳醛与偕二磷酸酷缩合工艺:氮气保护,甲苯作溶剂,氢化钠作缚酸剂;20oC,偕二麟酸酉旨碱=1 .33(mol/mol),偕二磷酸酉旨十四碳醛=1.25(mol/mol),反应Zh,未重排十五碳磷酸醋收率93%。五碳醛合成 异戊二烯氯醇化工艺:氢氧化钠溶液150mL(6mol·L一’),氯气24.69,异戊二烯709,5℃,通入二氧化碳控制体系中次氯酸的生成速度和反应速度,终点PH=7一8,氯醇收率72%; 酷化重排工艺:负载高氯酸的离子交换树脂作催化剂,催化剂/氯醇/乙酸醉=l/12.5/15(w/w/w),20oC酉旨化酷化时IbJ 0.5h,SOoC,重排反应4.5h,l一乙酞氧基一4一氯一3一甲基一2一丁烯收率94.2%; Komblum催化氧化工艺:磷酸氢二钾/磷酸二氢钾/1一乙酞氧基一4一氯一3一甲基一2一丁烯=1八.1/7(mol/mol),催化剂(澳化钠风匕咙/碘=8/6/1)/1一乙酞氧基一4一氯一3-甲基一2一丁烯/DMSO=1/8/44(w/w),搅拌soorpm,加料时间7h,加料完毕反应4h,五碳醛收率88.6%。十碳三烯双醛合成 缩醛化反应工艺:环己烷作溶剂,对甲苯磺酸/五碳醛/新戊二醇=l:28:37(mol/mol),回流反应3h,2一(3一乙酞氧基一1一甲基一1一丙烯基升5,5一二甲基一1,3一二唔烷收率90.5%; 酷交换反应工艺:2.5%甲醇氢氧化钠溶液中,缩醛与甲醇回流反应,2一(3-轻基一1一甲基一1一丙烯基卜5,5一二甲基一1,3一二嗯烷收率93%; 氯化工艺:无水乙醚作溶剂,SOCI:作氯化剂,对甲苯磺酞胺代替DMF作酸碱调节剂,SOCI:/2一(3一轻基一1一甲基一1一丙烯基卜5,5一二甲基一1,3一二嚷烷二1.1(mol/mol),对甲苯磺酞胺/SOC12二2(mol/m 01),一10oC下反应Zh,2一(3一氯一l-甲基一1一丙烯基关5,5一二甲基一1,

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 前言

1． 1 物理化学性质

1． 2 生理活性及应用

1． 3 合成概况

1． 3． 1 β-胡萝卜素和角黄素合成概述

1． 3． 2 β-胡萝卜素化学合成

1． 3． 2． 1 Roche公司C_(19) +C_2+C_(19) 路线

1． 3． 2． 2 BASF公司C_(15) +C_(10) +C_(15) 路线

1． 3． 3 角黄素合成

1． 4 工艺路线选择

1． 4． 1 十四碳醛合成

1． 4． 1． 1 传统工艺

1． 4． 1． 2 本研究工艺

1． 4． 2 未重排十五碳膦酸酯合成

1． 4． 2． 1 传统工艺

1． 4． 2． 2 本研究工艺

1． 4． 3 4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛合成

1． 4． 3． 1 传统工艺

1． 4． 3． 2 本研究工艺

1． 4． 4 2，7-二甲基-2，4，6-辛三烯-1，8-二醛合成

1． 4． 4． 1 传统工艺

1． 4． 4． 2 本研究工艺

1． 4． 5 β-胡萝卜素合成

1． 4． 5． 1 传统工艺

1． 4． 5． 2 本研究工艺

1． 4． 6 角黄素合成

1． 5 研究目的和意义

1． 6 参考文献

第2章 十四碳醛合成

2． 1 前言

2． 1． 1 物化性质

2． 1． 2 达氏反应合成十四碳醛

2． 1． 3 研究工艺

2． 2 硫叶立德选择

2． 3 三甲基溴化硫制备

2． 3． 1 实验部分

2． 3． 1． 1 实验装置

2． 3． 1． 2 实验操作

2． 3． 1． 3 产品分析

2． 3． 2 工艺条件实验

2． 3． 2． 1 溶剂影响

2． 3． 2． 2 温度影响

2． 3． 2． 3 时间影响

2． 4 1-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基-)-3SR-甲基-3,4-环氧-丁基-1-烯合成

2． 4． 1 反应方程式

2． 4． 2 实验操作

2． 4． 3 反应过程及产物分析

2． 4． 4 相转移催化

2． 4． 5 工艺条件优化

2． 4． 5． 1 碱影响

2． 4． 5． 2 时间影响

2． 4． 5． 3 温度影响

2． 4． 5． 4 物料配比影响

2． 5 1-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基-)-3-甲基-1-丁烯-4-醛合成

2． 5． 1 反应方程式

2． 5． 2 实验操作

2． 5． 3 分析与讨论

2． 6 十四碳醛合成

2． 6． 1 反应方程式

2． 6． 2 实验操作

2． 6． 3 产品分析

2． 7 本章小结

2． 8 参考文献

第3章 未重排十五碳膦酸酯合成

3． 1 前言

3． 1． 1 物化性质

3． 1． 2 合成工艺概述

3． 1． 3 本研究工艺

3． 2 Wittig反应

3． 2． 1 概述

3． 2． 2 反应机理

3． 2． 3 Wittig-Horner反应与Wittig反应比较

3． 3 亚甲基双膦酸四乙酯合成

3． 3． 1 概述

3． 3． 2 反应方程式

3． 3． 3 实验操作

3． 3． 4 合成工艺条件实验

3． 3． 4． 1 反应温度

3． 3． 4． 2 物料配比

3． 3． 5 产品分析及结构表征

3． 4 十五碳膦酸酯合成

3． 4． 1 Wittig-Horner反应条件

3． 4． 2 Wittig-Horner反应立体化学因素

3． 4． 3 反应方程式

3． 4． 4 反应机理

3． 4． 5 实验操作

3． 4． 6 单因素实验

3． 4． 6． 1 碱影响

3． 4． 6． 2 溶剂影响

3． 4． 6． 3 温度影响

3． 4． 6． 4 物料配比影响

3． 4． 6． 5 时间影响

3． 4． 7 产品分析

3． 5 本章小结

3． 6 参考文献

第4章 4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛合成

4． 1 前言

4． 1． 1 物理化学性质

4． 1． 2 合成工艺概述

4． 1． 3 工艺路线选择

4． 2 异戊二烯氯醇化

4． 2． 1 氯醇化机理

4． 2． 2 反应方程式

4． 2． 3 实验操作

4． 2． 4 氯醇化影响因素

4． 2． 4． 1 温度影响

4． 2． 4． 2 通氯量影响

4． 2． 4． 3 异戊二烯量影响

4． 2． 5 产品分析

4． 3 1-乙酰氧基-4-氯-3-甲基-2-丁烯合成

4． 3． 1 反应方程式

4． 3． 2 实验操作

4． 3． 3 催化剂选择

4． 3． 3． 1 固体酸催化酯化

4． 3． 3． 2 催化理论

4． 3． 3． 3 催化剂选择

4． 3． 4 催化剂制备

4． 3． 4． 1 离子交换树脂预处理

4． 3． 4． 2 催化剂制备

4． 3． 5 催化酯化过程

4． 3． 6 工艺条件实验

4． 3． 6． 1 催化剂量

4． 3． 6． 2 物料配比

4． 3． 6． 3 重排温度

4． 3． 7 催化剂活性评估

4． 3． 8 产品分析

4． 4 4-乙酰氧基-2-甲基-2-丁烯醛合成

4． 4． 1 反应方程式

4． 4． 2 实验装置及操作

4． 4． 3 产品分析

4． 4． 4 条件实验

4． 4． 4． 1 温度影响

4． 4． 4． 2 加料速度

4． 4． 4． 3 搅拌速度

4． 4． 4． 4 催化剂用量

4． 4． 4． 5 缓冲剂配比

4． 5 催化氧化反应机理研究

4． 5． 1 氧化机理概述

4． 5． 2 复合催化剂

4． 5． 3 Kornblum催化氧化机理

4． 5． 4 副产物结构鉴定

4． 6 本章小结

4． 7 参考文献

第5章 2，7-二甲基-2，4，6-辛三烯-1，8-二醛合成

5． 1 前言

5． 1． 1 物理化学性质

5． 1． 2 合成方法概述

5． 1． 3 本研究工艺

5． 2 2-(3-乙酰氧基-1-甲基-1-丙烯基)-5,5-二甲基-1，3-二噁烷合成

5． 2． 1 缩醛化反应

5． 2． 1． 1 催化剂

5． 2． 1． 2 缩醛化反应用醇及带水剂

5． 2． 1． 3 反应机理

5． 2． 2 反应方程式

5． 2． 3 实验操作

5． 2． 4 缩醛化反应工艺

5． 2． 4． 1 溶剂影响

5． 2． 4． 2 对甲苯磺酸用量和加料方式影响

5． 2． 4． 3 物料配比影响

5． 2． 5 产品分析

5． 3 2-(3-羟基-1-甲基-1-丙烯基)-5，5-二甲基-1，3-二噁烷合成

5． 3． 1 酯交换反应

5． 3． 1． 1 催化剂

5． 3． 1． 2 反应机理

5． 3． 2 反应方程式

5． 3． 3 实验操作

5． 3． 4 分析与讨论

5． 4 3-(5,5-二甲基-1，3-二噁烷-2-基)-2-丁烯醛合成

5． 4． 1 Jones氧化反应

5． 4． 1． 1 反应方程式

5． 4． 1． 2 实验操作

5． 4． 1． 3 产物分析

5． 4． 2 氯化亚铜协同TEMPO催化氧化

5． 4． 2． 1 反应方程式

5． 4． 2． 2 实验操作

5． 4． 2． 3 产物分析

5． 4． 3 氯化亚铜协同TEMPO催化氧化反应条件实验

5． 4． 3． 1 TEMPO用量

5． 4． 3． 2 氯化亚铜用量

5． 4． 3． 3 反应温度

5． 4． 4 两种氧化法比较

5． 4． 5 氯化亚铜协同TEMPO催化氧化反应机理研究

5． 4． 5． 1 机理概述

5． 4． 5． 2 氯化亚铜协同TEMPO催化氧化机理

5． 4． 5． 3 反应机理解释实验现象

5． 4． 5． 4 草酸引发催化氧化反应

5． 4． 5． 5 氯化亚铜协同TEMPO催化氧化的应用

5． 5 2-(3-氯-1-甲基-1-丙烯基)-5,5-二甲基-1，3-二噁烷合成

5． 5． 1 氯化反应机理

5． 5． 2 反应方程式

5． 5． 3 实验操作

5． 5． 4 产品分析

5． 5． 5 氯化反应工艺条件优化

5． 5． 5． 1 酸碱调节剂影响

5． 5． 5． 2 氯化温度影响

5． 5． 5． 3 碱调节剂用量影响

5． 5． 5． 4 物料配比影响

5． 6 十碳三烯双醛合成

5． 6． 1 多步骤Wittig反应弊端

5． 6． 1． 1 中间体膦酸脂合成

5． 6． 1． 2 缩合反应

5． 6． 2 一锅法工艺反应方程式

5． 6． 3 实验操作

5． 6． 4 产品分析

5． 7 一锅法工艺合成工艺条件优化

5． 7． 1 均匀实验设计

5． 7． 1． 1 因素与水平的选择

5． 7． 1． 2 选择均匀设计表与表头设计

5． 7． 1． 3 确定试验方案

5． 7． 1． 4 实验结果

5． 7． 2 单纯形优化

5． 7． 2． 1 单纯形法

5． 7． 2． 2 单纯形优化法原理

5． 7． 2． 3 初始单纯形构成

5． 7． 2． 4 优化步长的选择

5． 7． 2． 5 单纯形推移与收敛

5． 8 本章小结

5． 9 参考文献

第6章 β-胡萝卜素及角黄素合成

6． 1 前言

6． 1． 1 β-胡萝卜素和角黄素结构

6． 1． 2 β-胡萝卜素和角黄素性质与应用

6． 2 合成概况

6． 2． 1 β-胡萝卜素合成

6． 2． 2 角黄素合成

6． 3 β-胡萝卜素合成工艺

6． 3． 1 反应机理

6． 3． 2 反应方程式

6． 3． 3 实验操作

6． 3． 4 产品分析

6． 3． 5 β-胡萝卜素合成条件实验

6． 3． 5． 1 碱影响

6． 3． 5． 2 溶剂用量影响

6． 3． 5． 3 温度影响

6． 3． 5． 4 物料配比影响

6． 3． 6 直接缩合和间接缩合比较

6． 4 选择性催化氧化β-胡萝卜素合成角黄素

6． 4． 1 反应方程式

6． 4． 2 实验操作

6． 4． 3 产品分析

6． 4． 4 催化氧化反应条件优化

6． 4． 4． 1 溶剂

6． 4． 4． 2 催化剂

6． 4． 4． 3 β-胡萝卜素用量

6． 4． 5 二氧化碳控制体系酸性

6． 5 本章小结

6． 6 参考文献

第7章 结论

7． 1 十四碳醛合成

7． 2 未重排十五碳膦酸酯合成

7． 3 五碳醛合成

7． 4 十碳三烯双醛合成

7． 5 β-胡箩卜素和角黄素合成

7． 6 创新点

附录Ⅰ 试剂和原料

附录Ⅱ 中间体及产物分析谱图

致谢

发布时间: 2005-04-29

参考文献

• [1].蛋白质β-胡萝卜素纳米颗粒的制备和特性研究[D]. 易江.江南大学2015
• [2].EGCG对α-乳白蛋白构建的β-胡萝卜素乳液稳定性影响及其机理探究[D]. 刘蕾.中国农业大学2016

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