古龙酸钠定量地转化制取抗坏血酸的方法

专利名称：古龙酸钠定量地转化制取抗坏血酸的方法技术领域：本发明涉及一种抗坏血酸(简称VC)的制备方法，特别是一种2-酮基-L-古龙酸钠(简称2KGA-Na)直接甲酯化以制备抗坏血酸的方法。众知周知，目前工业上采用二步发酵法生产VC，其后续的转化工艺主要包括如下步骤(1)离子交换转化与2KGA晶体的制备将由二步酵所得的含有6～8％(W/V)的2KGA-Na溶液经阳离子交换转化成4～5％(W/V)的2-酮基-L-古龙酸(简称2KGA)溶液，再经浓缩、结晶、分离、干燥制得2KGA晶体；(2)甲酯化反应将2KGA晶体投入含硫酸催化剂的甲醇中，催化制取2-酮基-L-古龙酸甲酯(简称2KGA-CH3)溶液；(3)内酯化反应制取VCNa将NaHCO3加入到上述的2KGA-CH3溶液中，进行内酯化反应制得抗坏血酸钠盐(简称VCNa)沉淀，同时2KGA-CH3溶液中所含的硫酸催化剂亦被NaHCO3中和生成Na2SO4沉淀，然后进行固液分离得到VCNa粗品(内含Na2SO4)；(4)酸化制取VC将上述的VCNa粗品投入浓度为80％(V/V)甲醇溶液中，加入硫酸酸化制得VC溶液，加入活性炭进行脱色处理，然后过滤除去活性炭及部分Na2SO4，得到粗制的VC产品。粗制的VC再通过进一步精制得到VC纯品。由2KGA·Na溶液制粗VC的收率在80％以下。由上述转化工艺可见①步骤(1)用离子交换除去了Na+离子，但步骤(3)、(4)中又产生大量的Na-离子，可见其工艺不尽合理。②在步骤(4)中采用含水的甲醇溶液进行酸化处理，而Na2SO4在水中有相当大的溶解度，必然将Na+离子带入VC的粗制品中，增加了VC精制的负荷。③该工艺的粗VC析纯收率在80％以下，可见相当多的VC无谓地浪费了。④此外，步骤(1)使溶液变稀，因此需较多的能耗加以浓缩、结晶。总之，该工艺的缺点是显而易见的。为此，1990年E.P.专利0403993A提出了一种2KGA-Na直接甲酯化”的技术方案，旨在克服步骤(1)中费时的离子交换过程和溶液变稀而引起的能耗增加的缺点。将二步发酵法所得的含有2KGA-Na的溶液直接进行浓缩、结晶、分离、干燥、制得2KGA-Na晶体，然后将2KGA-Na晶体在含有硫酸催化剂的甲醇中进行甲酯化，制得2KGA-CH3溶液，这样做，既可避免费时的离子交换以及由于溶液变稀而引起的能耗增加，又可以利用Na2SO4不溶于甲醇的特性，以分离除去Na2SO4副产物。可惜该专利所公开的方法存在如下二大缺点(1)甲酯化反应时，2KGA-Na的浓度太稀，仅为0.0855(mol/ml)，这样不仅使转化过程设备变得十分庞大，而且溶剂耗量太大，增加溶剂再生的负荷。(2)由于工艺条件的制约，2KGA-Na的转化率被限制在92％以下，造成2KGA-Na无谓的损失，不仅增加了后续处理的负荷，而且影响VC的总收率。总之，由于该法所存在的缺点，影响它的工业化前景，故至今未予工业应用。本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，对现有的二步发酵法生产VC的工艺作了重大改进，提出了一种2-酮-L-古龙酸钠定量地转化制取维生索C的方法，使粗VC的收率达到98％以上，大大地推动VC工业的技术进步。本发明的构思是这样的一、发明人在长期研究2KGA-Na品体直接在含硫酸催化剂的甲醇中进行甲酯化的过程中发现(1)催化剂浓度比(硫酸催化剂/2KGA-Na的摩尔比)高，可以使物系快速地达到化学平衡，有利于缩短甲酯化过程的反应时间；催化剂浓度比低，虽然反应延长了达到了化学平衡的时间，但有利于提高2KGA-Na的转化率。(2)甲酯化过程是一个可逆过程，反应产生的水是逆反应的主要原因，特别是在高催化剂浓度时，其可逆过程更为显著，因此物系中的2KGA-Na转化率在92％以下。基于上述认识，发明人在构思“2KGA-Na晶体定量地转化”过程中采用如下二大技术措施①分步酯化法，即在甲酯化反应初期采用高催化剂浓度比，在甲酯化反应后期采用低催化剂浓度比，以保证反应物系具有快速达到平衡与高转化率的特点。②通过溶剂载带法，及时除去反应生成的水，从而消除产生逆反应的主要根源，保证2KGA-Na定量地转化，(即2KGA-Na100％地转化)。二、发明人通过对2KGA-CH3溶液在碱性条件下进行内酯化反应的深入研究，发现了现有技术内酯化反应VCNa收率较低的原因(1)由于甲酯化过程的最终产物中仍含有一定量的硫酸催化剂，当它在碱性条件下进行内酯化反应时，其中的硫酸首先被中和，中和反应生成的H2O残留在物系中。中和反应过程如下述方法所示(2)由于内酯化反应过程中同样有一定量的水生成，这部分H2O亦残留在物系中。其内酯化反应过程如下述方程所示(3)从理论上讲，2KGA-CH3可以100％地转化成VCNa，但由于工艺条件的缺陷，如NaHCO3过量太多，导致2KGA-CH3分解成2KGA-Na，使VCNa的得率降低，再加上反应生成的VCNa在水中有一定的溶解度，当进行固液分离时，造成VCNa的流失，所以现有技术其内酯化的收率95％左右(参见E.P.0403351A专利文献)。基于上述认识，发明人提出了二大技术措施①优化反应工艺过程在适量的NaHCO3的浓度下(包括中和用NaHCO3、内酯化反应用NaHCO3以及适度过量的NaHCO3)，不仅可以缩短反应时间，而且亦不发生副反应。②采用甲醇蒸气载带法，将反应生成的水不断地予以除去，并加入与载带量相等的甲醇至反应器中，使反应物系的体积基本维持不变，这样有效地防止了由于VCNa溶于水而造成固液分离时的流失，使内酯化反应后VCNa的收率接近100％。本发明亦是这样实现的首先将由二步酵法所得的2-酮基-L-古龙酸钠(简称2KGA-Na)溶液浓缩制取2KGA-Na晶体，然后在酸催化下进行酯化，并藉助溶剂载带除去反应生成的水，以消除由于水而引起的逆反应，使2KGA-Na定量地转化，即2KGA-Na的转化率达100％，再通过优化内酯化反应的条件，使内酯化反应转化率与产物的收率接近100％，最后再按常规的条件进行酸化和活性炭脱色制取VC。具体过程如下述①2KGA-Na晶体的制备将二步发酵法所得的浓度6～8％(W/V)2-酮基-L-古龙酸钠(简称2KGA-Na)溶液，按常规的方法，浓缩、结晶、过滤，制得2KGA-Na晶体。②分步酯化反应与溶剂载带除水将2KGA-Na晶投入含硫酸催化剂浓度比为15～25％(Mol/Mol比，指H2SO4/2KGA-Na之间摩尔比，下同)的无水甲醇中，进行分步酯化反应。在酯化反应过程中，籍助甲醇蒸气载带不断地除去酯化反应所生成的水，同时不断地补充入等量的无水甲醇，使反应器中反应物系的液面基本保持不变。反应初始的条件为a.2KGA-Na的浓度为 0.15～0.25％(Mol/mol)；b.催化剂H2SO4的浓度为15～25％(Mol/Mol)；c.反应温度为 65～66℃；d.反应时间为 3～5hr完成上述第一步反应后，用NaHCO3中和反应物系中70～85％的催化剂H2SO4，使反应物系中的硫酸催化剂浓度降至3～4％(Mol/Mol)，使物系在下列条件下，继续反应a.*剩余的物料浓度为0.015～0.025％(Mol/mol)；b.催化剂H2SO4的浓度为3～4％(Mol/Mol)；c.反应温度 66～68℃；d.反应时间 0.75～1.25hr。*其中剩余的物料浓度系指2KGA-Na在酸性条件下转化成2-酮基-L-古龙酸的剩余浓度。反应产物经过滤，除去Na2SO4沉淀，得到一含2KGA-CH3的甲醇溶液。滤饼用无水甲醇洗涤，回收其中夹带的2KGA-CH3。洗涤液可以直接与滤液合并，再进行内酯化反应，也可以作为下一批酯化反应的溶剂，此时虽然对本批反应来说损失了一点2KGA-CH3，但对下一批来说增加了2KGA-CH3，因此当操作趋于稳态后，从总体来看2KGA-CH3未受任何损失。总之，通过上述分步酯化反应，可使2KGA-Na定量地转化，即物系中检测不到2KGA-H的存在，2KGA-Na的转化率达100％。③内酯化反应的优化向2KGA-CH3的甲醇溶液中加入适量的NaHCO3，进行内酯化反应，所说的适量的NaHCO3可按下列原则确定NaHCO3＝剩余的H2SO4浓度×V×2×84＋投料时2KGA-Na的摩尔数×84×1.03～1.06其中剩余的H2SO4浓度×V×2×84，为中和剩余H2SO4的NaHCO3耗量。V为投入内酯化反应时的2KGA-CH3甲醇溶液的体积。84为NaHCO3的分子量。投料时的2KGA-Na×84摩尔数为内酯化反应的NaHCO3理论耗量。1.03～1.06为内酯化反应理论所耗NaHCO3的过量倍数。内酯反应按下述方程进行；反应生成的H2O可藉助甲醇蒸气载带予以除去，同时补加入等量的甲醇入反应器中，使反应物系的液面基本保持不变。适宜的内酯化反应条件为a.2KGA-CH3溶液的浓度为 25～55％(W/V)；b.内酯化反应NaHCO3的用量为 理论量的1.03～1.06倍；c.反应温度为 66～68℃；d.反应时间为 2～4hr反应生成的VCNa沉淀，通过过滤，可得到接近理论量的VCNa粗制品，即VCNa的得率可达100％。④酸化制取VC将上述所得的VCNa粗制品，投入含有80％(V/V)甲醇水溶液中，按照现有技术进行酸化，活性炭脱色。过滤，得到VC溶液，酸化过程的收率可达98％以上。因此，按照本发明的方法粗VC的收率(等于甲酯化转化率×内酯化转化率×酸化过程的收率)可达98％以上，与现有技术相比(二步发酵法为80％左右)，至少可提高18个百分点。由此可见本发明的技术必将大大推动VC工业的技术进步，具有良好的工业发展前景。下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但它并不限制本发明的保护范围。原料(1)2KGA-Na晶体由二步发酵法所得的含有6～8％2KGA-Na的溶液，经浓缩、结晶、过滤、干燥，得到2KGA-Na晶体粗制品，其中2KGA-Na含量在85～89％(wt)之间。(2)无水甲醇(亦可用含水量＜0.3％的甲醇)工业品。(3)硫酸为浓度≥97％的工业品。(4)NaHCO3工业产品。实施例1.分步酯化反应制取2KGA-CH3取含量85.66％的2KGA-Na原料129.96g(相当于含纯2-酮基-L-古龙酸100g)，置于一带有搅拌器的反应器中，然后加入300ml甲醇，97％的硫酸37.36g(相当于0.3698mol)，在65℃搅拌下进行甲酯化反应4～5hr，反应生成的水由甲醇蒸气载带除去，同时连续地补充与载带量相等的甲醇入反应器中，使反应物系的液面基本保持不变，然后加入13.56g NaHCO3以中和反应物系中催化量H2SO4的71.85％，继续搅拌反应1小时，停止反应。冷却至40～45℃，过滤除去反应生成的Na2SO4沉淀，用300ml无水甲醇洗涤Na2SO4滤饼以回收其中夹带的2KGA-CH3，洗涤液与滤液合并，得到665ml2KGA-CH3溶液，供下一步操作用，所得的Na2SO4经干燥后可作为市售产品。对2KGA-CH3溶液检测其中已不再含有2KGA-H，即2KGA-Na已全部被转化，其转化率达100％(即本发明所说的2KGA-Na定量地转化)。2.内酯化反应取上述所得的2KGA-CH3的溶液625ml，置于反应器中，加入NaHCO349.87g然后加热升温，使反应物系缓慢升温至65℃，然后在66～68℃搅拌下反应3小时，反应生成的水由甲醇蒸气载带除去(水由NaHCO3中和2KGA-CH3溶液所含的H2SO4，以及内酯化反应所生成)，同时补充入与载带量相等的甲醇，使反应物系的液面基本保持不变。反应结束后，将反应生成的物系冷却至0℃，然后过滤，滤饼用0℃的冷甲醇的洗涤，得到含量为89.06％(wt)的粗制VCNa107.7g，供下一步使用。内酯化转化率100％。3.酸化和活性炭脱色制取VC取410ml80％(V/V)的甲醇水溶液置于一带搅桨的反应器中，先缓缓加入50％(W/V)H2SO4溶液16～18.6ml，再加入上述的VCNa80g，继续加酸调节溶液的pH＝2.0～2.5，加入活性炭2.67g，缓缓升温至40℃，搅拌反应2小时，停止搅拌，将反应液冷却至13～18℃，抽滤除去活性炭与沉淀的Na2SO4，得到含VC15.94％(W/V)的酸化母液440ml。计算可知酸化过程的收率可达98.44％。将所得含VC的酸化母液进行浓缩结晶、干燥，一次粗VC晶体的纯度可达98.79％(W/W)。权利要求1.一种由古龙酸钠定量地转化制取抗坏血酸的方法，其主要包括将由二步发酵法所得的含有2KGA-Na的溶液首先浓缩得到2KGA-Na晶体、然后在酸催化下进行甲酯化反应、在碱性条件下进行内酸化反应、以及再进行酸转化与活性炭脱色等诸工艺过程，本发明的特征在于(1)在酸催化下进行甲酯化反应时，采用分步酯化反应与溶剂甲醇蒸气载带不断除去反应生成的水，使2KGA-Na达到定量地转化，2KGA-Na转化率可达100％；(2)在内酯化反应时，采用适度过量的NaHCO3与溶剂甲醇蒸气载带不断除去反应生成的水，使2KGA-CH3的内酯化反应转化率和VCNa的得率接近100％。2.如权利要求1所述的方法，共特征在于用无水甲醇进行分步酯化反应时的条件为(1)酯化反应的初始条件为(a)2KGA-Na的浓度为 0.15～0.25％(Mol/ml)；(b)催化剂H2SO4的浓度为15～25％(Mol/Mol)；(c)反应温度为 65～66℃；(d)反应时间为 3～5小时。(2)完成上述第一步反应后，用NaHCO3中和反应物系中70～85％的催化剂H2SO4，使反应物系中的H2SO4催化剂浓度降至3～4％(Mol/Mol)，然后使物系在下列条件下继续进行酯化反应(a)剩余的物料浓度为 0.015～0.025％(Mol/M1)；(b)催化剂H2SO43～4％(Mol/Mol)；(c)反应温度为 66～68℃；(d)反应时间为 0.75～1.25小时。(3)在上述酯化反应过程中，籍助溶剂甲醇蒸气载带不断除去反应过程中生成的水，同时不断补加入与载带量相等的甲醇入反应器中，使反应物系的液面基本保持不变。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于内酯化反应时的条件为(1)所说的适宜的NaHCO3用量可按下述原则确定NaHCO3＝剩余的H2SO4的摩尔数×V×2×84＋投料时的2KGA-Na的摩尔数×84×1.03～1.06；(2)内酯化反应条件为(a)2KGA-CH3溶液浓度为25～50％(W/V)；(b)内酯化反应NaHCO3用量为理论量的1.03～1.06倍；(c)反应温度为 66～68℃；(d)反应时间为 2～4小时。(3)内酯化反应过程中，籍助溶剂甲醇蒸气载带不断除去反应生成的水，并不断补加与载带量相等的甲醇入反应器中，使反应物系的液面基本保持不变。全文摘要本发明公开了一种由古龙酸钠定量地转化制取抗坏血酸的方法，它在现有二步发酵法生产Vc的基础上作了重大改进，通过分步酯化反应与溶剂蒸气载带不断除去反应生成的水、使酯化反应的转化率达100％，通过优化内酯化反应条件及溶剂蒸气载带不断除去反应生成的水，使内酯化反应的转化率与VcNa的收率达100％，从而使由二步发酵法生产粗Vc的收率可达98％以上。文档编号C07D307/00GK1122802SQ94114058公开日1996年5月22日 申请日期1994年12月28日 优先权日1994年12月28日发明者章学钦, 夏杰 申请人:华东理工大学