角黄素合成工艺研究

第１９期 收稿日期：２０１８－０７－１０作者简介：耿　伟（１９７９—），男，研究生，主要从事化学制药方面研究。

角黄素合成工艺研究耿　伟（浙江医药股份有限公司新昌制药厂，浙江新昌　３１２５００）摘要：本文以碘化钾、双氧水代替碘作为催化剂，用氯酸钠作为氧化剂，在酸性环境下以β－胡萝卜素为原料一步氧化法生产角黄素。

同时，对各个反应条件进行了工艺优化，得到了最优条件，角黄素总收率可以达到７８％。

结果证明：该工艺路线条件温和，收率高，工艺稳定、可靠。

关键词：角黄素；β－胡萝卜素；氧化反应；碘化钾；双氧水中图分类号：ＴＱ２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１９－００２３－０２ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＣａｎｔｈａｘａｎｔｈｉｎＧｅｎｇＷｅｉ（ＺｈｅｊｉａｎｇＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＸｉｎｃｈａｎｇＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＦａｃｔｏｒｙ，Ｘｉｎｃｈａｎｇ　３１２５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄｐｏｔａｓｓｉｕｍｉｏｄｉｄｅａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅａｓｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔ，ｓｏｄｉｕｍｃｈｌｏｒａｔｅａｓｏｘｉｄａｎｔａｎｄｂｅｔａｃａｒｏｔｅｎｅａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｅａｃｉｄｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｏｆｅａｃｈｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅｎｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒｒｅａｃｈｉｎｇ７８％ｔｏｔａｌｙｉｅｌｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓｒｏｕｔｅｈａｓｔｈｅｏｂｖｉｏｕｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｍｉｌｄｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｈｉｇｈｅｒｔｏｔａｌｙｉｅｌｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃａｎｔｈａｘａｎｔｈｉｎ；β－ｃａｒｏｔｅｎｅ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎ；ｐｏｔａｓｓｉｕｍｉｏｄｉｄｅ；ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅ 角黄素属于类胡萝卜素的一种，又名斑蝥黄，化学合成的角黄素晶体呈深红色至紫褐色［１］。

角黄素分子中存在的共轭烯键对氧敏感，高温也会引起其分解，要求避光、避氧及低温保存；角黄素在酸性条件下，易氧化和降解，碱性条件下很稳定［２］。

在角黄素的生产方法主要有天然产物提取法、微生物发酵法、化学合成法等，化学合成法成本低、含量高，生产稳定［３］。

有些厂家采用了从基础原料到产品的全合成法，一般步骤较长，也大都需Ｗｉｔｔｉｇ反应或格式反应等，反应条件苛刻，三废排放量大，环境不友好，整体收率偏低［４－５］；有些厂家采用了从β－胡萝卜素到角黄素的一步氧化法来合成，该法为在催化剂碘或卤化碘的条件下，用卤酸盐或次卤酸盐氧化，该反应虽然步骤短，但在工业化生产中，由于碘的易升华特点，对人身体造成危害，操作环境要采取特殊保护［６－８］。

本课题的主要价值就是要避免以上合成工艺的不足，采用氯酸钠一步氧化β－胡萝卜素合成角黄素的工艺，采用更加安全方便的催化剂加入方式，来代替碘或卤化碘的直接催化工艺，从而使整个反应和处理过程更加友好、环保。

１　实验部分１．１　试剂及仪器氯酸钠、醋酸、二氯甲烷、亚硫酸钠、乙醇：均为工业级；双氧水：３０％；次氯酸钠，１０％；β－胡萝卜素：饲料级。

称量天平，ＡＥ２４０型，梅特勒－托利多称重设备系统有限公司；低温冷却夜循环泵，ＤＬＳＢ－１０／３０，上海东玺制冷仪器设备有限公司；集热式恒温加热磁力搅拌器，ＤＦ－１０１Ｓ，巩义市予华仪器有限公司；旋转蒸发器，Ｒ５００３Ｋ２Ｂ，上海市申生科技有限公司；电热真空干燥箱，ＺＫ－８２Ｂ，上海实验仪器厂有限公司。

１．２　合成角黄素的操作方法将２５ｇβ－胡萝卜素溶解于６００ｍＬ二氯甲烷溶液中，取适量的氯酸钠等卤酸盐氧化剂和０．７ｇ碘化钾溶解于２００ｍＬ的水中，先后放入三口烧瓶中，在氮气环在合适温度下，一次性加入适量的双氧水，滴加适量的醋酸，在整个反应进程中，保持溶液在酸性条件下，搅拌反应，通过ＴＬＣ薄层色谱判断反应终点。

反应结束后，将该反应液取出，倒入分液漏斗中，静止，直至分离出水层和有机层，收集有机层，并先后用２００ｍＬ的２％亚硫酸钠溶液和２００ｍＬ的水洗涤两次。

取水洗后的有机层减压蒸出二氯甲烷，然后加入乙醇２００ｍＬ，溶解，结晶，抽滤，得到湿品２８ｇ，在８０℃的真空烘箱中干燥４ｈ，称重，并进行紫外分析。

２　结果与讨论２．１　惰性气体的影响考虑到β－胡萝卜素和角黄素都含有多个烯键，在氧气存在下，极易氧化，在反应过程中，可能导致更多的副产物产生，因此，选取氮气存在和非氮气存在两个反应环境进行优化考察，结果见表１。

表１　惰性气体的影响反应条件产物数量／ｇ收率／％含量／％非氮气１７．３６９．２９６．１氮气１７．３６９．２９７．７ 结果分析：两个反应条件下，收率无明显区别，含量都在要求范围内，说明有无惰性气体对整个反应和工艺相比较没有较大的影响，因此，在进行氧化反应操作时，避免和氧气或空气的接触是非关键因素。

２．２　反应温度的影响因在氧化反应中，不同的温度对反应快慢有较大影响，且温度也影响到原料和产物的活性，可能影响到产品收率，因此，考察在氧化反应时，反应温度对整个工艺的影响是否至关重要，在氮气保护下，分别选择０，１０，１５，２０，３０℃四个温度点进行考察，其他操作条件不变，结果见表２。

从表２可看出：虽然温度升高，可以加快反应进程，缩短反应时间，但收率明显下降，因此氧化反应温度在１５℃，效率是最高的。

·３２·耿　伟：角黄素合成工艺研究山　东　化　工表２　反应温度的影响温度／℃反应时间／ｈ产物数量／ｇ收率／％含量／％０５１８．０ｇ７２．０９６．１１０４１８．０ｇ７２．０９６．８１５３１８．２７２．８９６．９２０２．５１７．６７０．４９６．５３０２１７．１６８．４９６．５２．３　反应酸碱度的影响在氧化反应中，酸性越强则氯酸钠氧化能力越强，但可能反应副产物也增加，因此，合适的酸性条件是很重要的。

表３　反应酸碱度的影响醋酸量／ｍＬｐＨ值反应时间／ｈ产物数量／ｇ收率／％含量／％０．６６７１８．１７２．４９６．７０．８５．５６１８．１７２．４９６．８１．０５３１８．２７２．８９６．９１．２４２．５１７．４６９．６９６．５１．５３２１７．３６９．２９６．４ 实验结果分析：酸性过强，可能导致副反应过多，收率降低；酸性过弱，反应时间延长，收率和含量也无明显变化。

综合考虑，最佳反应ｐＨ值为５左右。

２．４　双氧水用量的影响表４　双氧水用量的影响２％双氧水用量／ｍＬ反应时间／ｈ产物数量／ｇ收率／％含量／％２６１７．４６９．６９６．１３５１７．３６９．２９６．６４３１８．２７２．８９６．９４．５８１７．４６９．６９４．８５．０１０１７．０６８．０９３．７ 双氧水的主要作用是调节催化剂碘的使用量，不同的量生成的催化剂的量不同，对反应的影响也不同，结果见表４。

实验数据分析：双氧水的量最终直接影响催化剂碘的用量和浓度，不同的量催化效果不一样，因此，合适的物料配比是非常重要的。

综合考虑：双氧水用量为４ｍＬ。

３　结论（１）用氯酸钠作为氧化剂，以碘化钾、双氧水代替碘作为催化剂，以β－胡萝卜素为原料一步氧化法生产角黄素是切实可行的。

（２）通过工艺优化，β－胡萝卜素一步氧化法合成角黄素的最佳工艺条件为：在惰性气氛下，以氯酸钠作为氧化剂，氧化反应温度控制在１５℃，ｐＨ值在５左右下反应３ｈ，得到的角黄素收率和含量是最优的。

参考文献［１］凌关庭．食品添加剂手册［Ｍ］．２版．北京：化学工业出版社，１９９７．［２］张欣欣，王万祥，吴世林，等．角黄素产品的稳定性研究［Ｊ］．广东饲料，２００６（４）：２３－２４．［３］彭志强．斑蝥黄预混剂制造工艺的研究［Ｊ］．饲料研究，２００８（２）：３８－３９．［４］陈志荣，李浩然．一种斑蝥黄的制备方法：ＣＮ，１００３３８００４Ｃ［Ｐ］．２００７－０６－２８．［５］ＭｉｃｈａｅａｌＲｏｓｅｎｂｅｒｇｅｒ，ＰａｔｒｉｃｋＭｃＤｏｕｇａｌ，ＪｕｌｉｅＢａｈｒ．ＣａｎｈｔａｘａｎｔｈｉｎＡｎｅｗｔｏｔａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］．ＪＯｒｇＣｈｅｍ，１９８２，４７（１１）：２１３０－２１３４．［６］陆　豫，匡滨海，张　彬．一步法合成斑蝥黄［Ｊ］．精细化工，２０００，１７（２）：７４－７５．［７］ＭｏｒｉＴ，ＫａｔａｙａｍａＮ，ＫａｊｉｙａｓｈｉｋｉＴ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｐｒｏｄｕｃｉｎｇｃａｎｔｈａｘａｎｔｈｉｎ：ＵＳ，６３１３３５２［Ｐ］．２００１－０６－１１．［８］ＤｕｂｎｅｒＦ，ＢｉｌｚＪ，ＷｅｃｋｂｅｃｋｅｒＣ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃａｎｔｈａｘａｎｔｈｉｎ：ＵＳ，２００４００１０１６４［Ｐ］．２００４－０１－１５．（本文文献格式：耿　伟．角黄素合成工艺研究［Ｊ］．山东化工，２０１８，４７（１９）：２３－２４．檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯）（上接第２２页）率也呈现上升趋势，但相比而言，２＃肥料的最大持水率略高于１＃肥料，原因在于包膜组成会对土壤持水性能产生影响，２＃肥料中海藻酸钠比例高于１＃肥料，加入土壤后肥料会吸收更多的水分。

双层包膜肥料能够有效提高土壤持水、保水性能，故可在雨水或灌溉期间施肥，使土壤吸收和保持更多的水分，从而有利于农作物的生长。

３　结论（１）以水稻秸秆基高吸水树脂为外层包膜、海藻酸钠为内层包膜，通过圆盘造粒法制备得双层包膜氮肥。

扫描电镜结果显示高吸水树脂均匀包裹在肥料颗粒表面，肥料内部有清晰的孔隙结构，有利于水分子的吸收和肥料内部养分的缓慢释放。

（２）静水浸泡、土壤掩埋实验结果表明，双层包膜氮肥具有良好的缓释性能，土壤最大持水率测试结果显示，肥料外层包膜水稻秸秆基树脂的高吸水性能够有效提高土壤的持水、保水性能。

（３）高吸水树脂／海藻酸钠双层包膜氮肥的制备方法简单，成本低廉，与普通肥料相比具有养分释放缓慢、释放周期长、吸水持水性能好等优点，可推广使用。

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