离子液体催化合成植物甾醇酯及其分离工艺研究

论文摘要

植物甾醇的结构与胆固醇相似,可以有效的降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平,广泛应用于食品、药品等行业。酸性离子液体催化性能好,易分离,可循环使用,是国内外的研究热点。本文将离子液体首次应用于脂肪酸和植物甾醇的酯化反应中,并研究其酯化规律。首先,在不同的反应时间和离子液体添加量的实验条件下,研究了6种离子液体在植物甾醇酯合成中的催化性能。其中离子液体ChCl·2SnCl2表现出高的催化活性,且易与反应物分离。经多次循环使用后,ChCl·2SnCl2仍保持着高效的催化活性,经红外鉴定,使用过后的ChCl·2SnCl2其结构没有破坏,仍保持完整;通过测定离子液体的Lewis酸性发现离子液体在甾醇酯化中的催化效率与离子液体的Lewis酸性大小呈正相关。将离子液体ChCl·2SnC2应用于饱和脂肪酸与植物甾醇的合成中,其中植物甾醇的酯化率随着脂肪酸碳链长度的增加而降低;随着离子液体添加量的增加先增后降;适当增加脂肪酸的用量,反应向合成方向进行;当反应温度低于150 oC时,甾醇酯化率显著增加,继续升温,酯化率不再增加;在反应时间4 h内,反应即可趋于达到热力学反应平衡。设计响应面对月桂酸甾醇酯合成工艺进行优化:在反应温度148 oC,底物摩尔比2.9:1（月桂酸:植物甾醇）,离子液体添加量6.6%,反应4.3 h的反应条件下酯化率可高达92.30%。通过考察反应酯化率和氧化程度,研究亚油酸和植物甾醇的合成酯化规律,在8%离子液体添加量,酸醇摩尔比2:1,反应温度160 oC,反应时间4 h的条件下酯化率达到了90.12%,并且其氧化程度在可接受范围内。验证了在离子液体催化条件下,亚油酸、月桂酸和植物甾醇的酯化反应为二级不可逆反应。其中亚油酸和植物甾醇酯化反应的反应活化能Ea = 81.08 kJ/mol,反应速率方程为r = 4.07×1010exp[81.08/（RT）]cAcB;月桂酸和植物甾醇酯化反应的反应活化能Ea = 58.55 kJ/mol,反应速率方程:r = 1.27×107exp[58.55/（RT）]cAcB。用TLC、HPLC、FT-IR和NMR对产物植物甾醇酯进行了分析鉴定。研究了植物甾醇酯和植物甾醇在有机溶剂中的溶解度,其中正己烷对植物甾醇酯的选择性好,无水乙醇对植物甾醇的选择性好。探讨酯化反应粗产物中提纯甾醇酯的分离方案,综合考虑纯度和回收率,选定以正己烷/无水乙醇/NaHCO3水溶液形成的复合萃取剂对粗产物一步分离提纯。同时确定分离工艺参数:正己烷:无水乙醇的体积比为1:1、正己烷/粗产物液质比（v/m,mL/g）为7.5,纯度高达99.2%,回收率高达95.4%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 植物甾醇及植物甾醇酯概述
• 1.1.1 植物甾醇的基本性质
• 1.1.2 植物甾醇及甾醇酯的生理功效
• 1.1.3 植物甾醇及甾醇酯的安全性
• 1.1.4 植物甾醇及甾醇酯的应用
• 1.2 离子液体概述
• 1.2.1 离子液体的基本性质
• 1.2.2 酸性离子液体在化学反应中的应用
• 1.3 立题背景和意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 离子液体在植物甾醇酯化中的应用研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 离子液体的制备
• 2.3.2 饱和脂肪酸植物甾醇酯的合成
• 2.3.3 离子液体的回收及重复利用
• 2.3.4 吡啶红外光谱探针法测定离子液体的酸性
• 2.3.5 高效液相色谱分析
• 2.3.6 十二烷基硫酸催化剂的制备
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 离子液体在甾醇酯化中的应用
• 2.4.2 离子液体添加量的影响
• 2.4.3 离子液体酸性的测定
• 2.4.4 离子液体的使用稳定性
• 2.5 本章小结
• 第三章 脂肪酸植物甾醇酯的合成
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 饱和脂肪酸和植物甾醇的合成反应
• 3.3.2 不饱和脂肪酸和植物甾醇的合成反应
• 3.3.3 响应面法优化合成工艺
• 3.3.4 甾醇酯化过程中过氧化值的测定
• 3.3.5 高效液相色谱分析
• 3.4 结果和讨论
• 3.4.1 离子液体催化合成饱和脂肪酸酯
• 3.4.2 月桂酸甾醇酯合成工艺的响应面优化
• 3.4.3 离子液体催化不饱和脂肪酸酯
• 3.5 本章小结
• 第四章 合成脂肪酸甾醇酯的反应动力学研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与设备
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验设备
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 亚油酸甾醇酯合成反应动力学的测定
• 4.3.2 月桂酸甾醇酯合成反应动力学的测定
• 4.3.3 高效液相色谱分析
• 4.4 结果和讨论
• 4.4.1 反应动力学的理论研究
• 4.4.2 反应温度对亚油酸甾醇酯化反应的影响
• 4.4.3 亚油酸甾醇酯的反应活化能
• 4.4.4 反应温度对月桂酸甾醇合成的影响
• 4.4.5 月桂酸甾醇酯的反应活化能
• 4.5 本章小结
• 第五章 植物甾醇酯化产物的分析与分离
• 5.1 前言
• 5.2 实验材料与设备
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验设备
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 层析色谱分析
• 5.3.2 高效液相色谱分析
• 5.3.3 红外光谱分析
• 5.3.4 核磁共振分析
• 5.3.5 甾醇酯热力学性质和油溶性测定
• 5.3.6 植物甾醇和植物甾醇酯在有机溶剂中溶解度的测定
• 5.4 结果和讨论
• 5.4.1 色谱分离分析
• 5.4.2 脂肪酸甾醇酯和植物甾醇的红外光谱分析
• 5.4.3 脂肪酸植物甾醇酯的核磁共振分析
• 5.4.4 植物甾醇与植物甾醇酯的物化性质比较
• 5.4.5 植物甾醇及植物甾醇酯的溶解度测定
• 5.4.6 溶剂萃取方案的筛选
• 5.4.7 分离工艺参数的研究
• 5.5 本章小结
• 主要结论
• 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文