纽甜及其类似物的合成研究

论文摘要

阿斯巴甜衍生物是一类新型的强力甜味剂,甜度是蔗糖的几百倍至数万倍不等,且此类甜味剂稳定性好,能量值几乎为零。其甜味特性、溶解性、安全性也是目前合成类甜味剂中十分突出的。其中已批准使用的纽甜,其甜度是蔗糖的8000倍,代表了目前甜味剂研究的最新成果和最高水平,前景十分广阔。首先,本文从工业化的角度出发,进一步改进了以叔丁醇为原料分四步合成纽甜的工艺路线,尤其是路线中的关键中间体3,3-二甲基丁醛（DMBA）的合成工艺。通过选用高效的溴化钠和氧化锌为催化剂体系,并确定了最优工艺条件:反应时间为8h、反应温度为100℃、二甲基亚砜与1-氯-3,3-二甲基丁烷的摩尔比为6:1,催化剂用量与1-氯-3,3-二甲基丁烷的摩尔比为1:10,产率为56.5%,以叔丁醇计总产率提高达45.2%。最后通过正交实验确定了3,3-二甲基丁醛与阿斯巴甜制备纽甜的最优工艺条件:温度为40℃、催化剂用量与阿斯巴甜的质量比为1:10、物料比阿斯巴甜（APM）与DMBA的摩尔比为2:1、反应时间为4h,纽甜的产率为74.6%,总产率为33.6%。进一步研究了纯化工艺对纽甜稳定性的影响,确定了重结晶过程温度为40℃、结晶时间为1h,得到稳定性优良的A型纽甜晶体。其次,本文研究了在纽甜烷基取代基中引入苯基的类似物,此类类似物甜度是蔗糖的几万倍。通过以3-苯基丙烷为取代基的纽甜类似物模型化合物3-苯基丙基-阿斯巴甜,并且依据此合成工艺,制得甜度与纽甜相当的3-（4-甲氧基苯基）-丙基阿斯巴甜,产率为66.0%。并且从类似物特性、工业化生产可行性方面,进一步研究了甜度达2万倍的（3-羟基-4-甲氧基苯基）丙基为取代基的纽甜类似物的合成路线和反应条件。确定了以香草醛和乙醛为原料制备中间体3-羟基-4-甲氧基肉桂醛,再与阿斯巴甜制备类似物的合成路线。制备得到的中间体3-羟基-4-甲氧基肉桂醛及各种纽甜类似物的波谱数据与文献值一致。再者,本文研究了纽甜酯基位取代不同醇的类似物对甜度的影响。采用乙醇与纽甜在碱性催化剂下通过酯交换反应制备类似物,此类类似物在人体代谢过程中不产生甲醇,安全性更高,但甜度较低。并研究了碱类物质和pH值对反应的影响,得出pH值为5.0时,结晶效果最好。本文选用碳酸纳和氢氧化钠为催化剂时,发现产物全为副产物,得不到目标产物。因此对纽甜酯交换反应中的碱性催化剂研究仍需进一步探索,尤其是碱金属有机物。最后,本文研究了钯炭催化剂的制备、再生、改性以及从废钯炭催化剂中回收金属钯的方法,着重探讨了如何改性提高再生催化剂的催化效率及增加再生次数。确定了再生催化剂与新制备催化剂混合使用的改性办法,再生催化剂可再生使用6次,再生催化剂与新制备催化剂质量比为1:1,从而提高催化剂使用效率,降低制备成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 纽甜
• 1.3 纽甜类似物
• 1.4 纽甜及其类似物的应用及发展前景
• 1.5 本文的研究内容与意义
• 1.6 本文创新之处
• 2 实验材料、仪器
• 2.1 实验材料
• 2.2 主要实验仪器
• 3 纽甜合成工艺的改进
• 3.1 纽甜的合成路线
• 3.2 中间体3-3-二甲基丁醛的制备
• 3.3 纽甜的制备
• 3.4 本章小结
• 4 纽甜类似物的合成研究
• 4.1 3-苯基丙基-APM的制备
• 4.2 3-（4-甲氧基苯基）丙基-APM甜味剂的制备
• 4.3 3-（3-羟基-4-甲氧基苯基）丙基-APM的制备
• 4.4 本章小结
• 5 纽甜酯交换反应的研究
• 5.1 制备方法
• 5.2 纽甜乙酯的制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 图谱分析
• 5.5 本章小结
• 6 催化剂的制备、再生及回收
• 6.1 制备方法
• 6.2 5%钯炭催化剂的制备
• 6.3 催化剂再生和改性
• 6.4 催化剂回收
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附图