余 磊 ,徐 超 ,張 毅 ,金學(xué)平
(1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院環(huán)境與生化工程學(xué)院,湖北 武漢 430205;2.武漢市藥物増溶工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430205)
維生素是生物生長所必需的微量有機(jī)物,對生物體的新陳代謝起調(diào)節(jié)作用。維生素經(jīng)酯化后,在多種溶劑體系下其穩(wěn)定性顯著提高,同時具備原有和新增功能基團(tuán)的功能和活性,拓寬了其應(yīng)用范圍[1]。維A酸能有效的預(yù)防皺紋、治療痤瘡并修復(fù)皮膚,但是由于維A酸的刺激性,一般在化妝品中不能使用。維生素E是最常用的抗氧化劑,能夠有效捕獲自由基,在化妝品中廣泛應(yīng)用。維A酸維E酯是維生素A酸與維生素E生成的酯化產(chǎn)物。維A酸維E酯具有預(yù)防皮膚老化、修護(hù)皺紋等作用,同時沒有維A酸的刺激作用,還有維E的抗氧化作用。U Hoppe等人研究發(fā)現(xiàn)維A酸維E酯能預(yù)防痤瘡、祛斑、修復(fù)光照引發(fā)的皮膚受損,且沒有維A酸常見的副作用[2]。TAMURA HIROAKI報道了維A酸維E酯用于化妝品能改善皮膚粗糙、預(yù)防皮膚老化,不引起皮膚刺激性反應(yīng)[3]。雖然關(guān)于維A酸維E酯的使用有不少文獻(xiàn)報道,但是關(guān)于其合成的報道并不多,scifind檢索結(jié)果2015年之前只有一篇報道其合成路線,Toyoda等人以維A酸和維E為原料、三氟乙酸酐為催化劑、異丙醚為溶劑合成維A酸維E酯,再用氨水洗去過量的酸,得到純化的目標(biāo)產(chǎn)物[4]。本文以維A酸和維E為原料,離子液體為溶劑和催化劑,合成維A酸維E酯的工藝在國內(nèi)外均未見報道。
維A酸(含量98% 由武漢英納氏藥業(yè)有限公司提供);維E(含量98% 由武漢英納氏藥業(yè)有限公司提供);吡咯烷酮硫酸氫鹽離子液體(含量98% 由武漢市藥物増溶工程技術(shù)研究中心提供);其他原料為國產(chǎn)分析純。
集熱式磁力攪拌器(鞏義市裕華儀器有限公司);循環(huán)水真空泵(鞏義市裕華儀器有限公司);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮科技有限公司);核磁共振儀(Bruker AV400)。
以維A酸和維E為原料,吡咯烷酮硫酸鹽為溶劑和催化劑,合成維A酸維E酯,高效液相色譜(HPLC)跟蹤反應(yīng)進(jìn)程,考察不同反應(yīng)條件下,目標(biāo)產(chǎn)物的收率,得到最佳工藝條件,最終產(chǎn)物用HNMR表征。
取物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1∶10,反應(yīng)時間為24h,實驗考察了不同反應(yīng)溫度下的目標(biāo)產(chǎn)物收率,結(jié)果見表1。
表1 反應(yīng)溫度對產(chǎn)物收率的影響Tab.1 Effect of reaction temperature on the yield of the product
由表1可知,溫度在0℃左右,反應(yīng)收率為0,這可能是因為溫度較低,反應(yīng)物的分子比較大,很難發(fā)生分子間的有效碰撞,說明該酯化反應(yīng)需要一定的活化能。反應(yīng)溫度在室溫左右,收率比較高。當(dāng)溫度在40℃以上,反應(yīng)收率明顯下降,從HPLC譜圖上明顯可以看到雜質(zhì)峰增多,說明溫度高了,副反應(yīng)增多,這是由于維A酸和維E都具有一定的熱敏性,高溫不穩(wěn)定。所以選取室溫反應(yīng)較為合適。
取物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1∶10,反應(yīng)溫度為室溫,實驗考察了不同反應(yīng)時間下的目標(biāo)產(chǎn)物收率,結(jié)果見表2。
表2 反應(yīng)時間對產(chǎn)物收率的影響Tab.2 Effect of reaction time on the yield of the product
由表2可知,隨著反應(yīng)時間的延長,目標(biāo)產(chǎn)物的收率逐漸提高,在30h左右,收率達(dá)到最高值,繼續(xù)延長反應(yīng)時間,收率不會增加,所以選30h的反應(yīng)時間比較合適。
反應(yīng)溫度為室溫,反應(yīng)時間為24h,實驗考察了不同物料比對反應(yīng)的影響,結(jié)果見表3。
表3 物料比對產(chǎn)物收率的影響Tab.3 Effect of material ratio on the yield of the product
由表3可知,維A酸∶維E=1∶1左右,無論哪個反應(yīng)物過量,對整個反應(yīng)的影響都不大。但是在實際生產(chǎn)中,要考慮到維A酸具有一定的刺激性,最好選擇維E過量。離子液體作為溶劑和催化劑,其用量對反應(yīng)影響并不大,但是如果用量過少,在實驗中明顯發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物溶解比較困難,不利于反應(yīng)的進(jìn)行,但是如果用量過大,又不利于離子液體的回收再利用,所以選擇物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1.1∶10。
取物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1∶10,反應(yīng)溫度為室溫,反應(yīng)時間為24h,實驗考察了不同壓強(qiáng)下的反應(yīng),結(jié)果見表4。
實驗發(fā)現(xiàn),該反應(yīng)對壓強(qiáng)的變化比較敏感,隨著真空度的增加,目標(biāo)產(chǎn)物的收率明顯提高。這可能是因為酯化反應(yīng)是一個生成水的可逆反應(yīng),低壓狀態(tài)下,水更容易揮發(fā),直接被真空泵抽走,導(dǎo)致平衡右移,產(chǎn)率提高。酯化反應(yīng)脫水的方式很多,比如用有機(jī)溶劑共沸帶水,或者使用化學(xué)脫水劑,但是有機(jī)溶劑的揮發(fā),化學(xué)脫水劑的不可再生,都不符合綠色化學(xué)生產(chǎn)要求,離子液體做溶劑時,由于其飽和蒸汽壓幾乎為0,不會揮發(fā),可以不加入其它化學(xué)試劑,直接抽真空,利用負(fù)壓把水帶走,與其他脫水方法比,明顯具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢。
表4 壓強(qiáng)對產(chǎn)物收率的影響Tab.4 Effect of pressure on the yield of the product
產(chǎn)物以二氯甲烷為洗脫劑,柱層析提純以后,溶于氘代氯仿,做核磁共振氫譜。結(jié)果如圖1所示。由于產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不詳細(xì)論述每個峰對應(yīng)的H原子。在圖1中的結(jié)構(gòu)式中標(biāo)注每一個氫的化學(xué)位移。
圖1 產(chǎn)物的氫譜
Fig.1 The HNMR of the Product
本文以維A酸和維生素E為原料,以吡咯烷酮硫酸氫鹽離子液體為溶劑和催化劑,合成了維A酸維E酯。得到該反應(yīng)的最佳工藝條件是物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1.1∶10,反應(yīng)時間為24h,反應(yīng)溫度為室溫,在低壓下反應(yīng),能得到較高的收率。
關(guān)于離子液體催化酯化反應(yīng),有很多文獻(xiàn)報道,關(guān)于維生素的酯化反應(yīng)也有很多報道,維A、維C、維D跟不同的酸酯化后都有著廣泛的應(yīng)用。但是關(guān)于離子液體催化維生素的酯化所見報道不多,SCIFIND檢索結(jié)果,2017年以前,只有兩篇相關(guān)文獻(xiàn)。一篇是關(guān)于維E的純化[5],一篇是關(guān)于離子液體中合成聚乙二醇維生素E琥珀酸酯[6]。維生素酯化反應(yīng)中離子的應(yīng)用,絕對是維生素酯化反應(yīng)的一個重要方向。目前維生素酯化主要用一些特殊的催化劑或者使用一些特殊的方法,比如二環(huán)己基碳酰亞胺(DCC)為脫水劑,4-二甲氨基吡啶(DMAP)為催化劑的酯化方法,不僅后處理麻煩,而且脫水劑和催化劑不能回收利用;或者用三氟乙酸酐為催化劑的酯化方法,催化劑成本高,不能重復(fù)利用;或者把酸做成酰氯提高反應(yīng)活性進(jìn)行酯化,這樣會帶來大量的廢酸污染;或者利用酯交換反應(yīng),這樣要引入新的基團(tuán),不符合原子經(jīng)濟(jì)學(xué)。而且傳統(tǒng)的維生素酯化工藝都要使用揮發(fā)性有機(jī)溶劑,不符合環(huán)境友好的綠色化學(xué)要求。
本文報道的維A酸維E酯的工藝,為工業(yè)化合成維A酸維E酯奠定理論基礎(chǔ),同時對離子液體催化維生素的酯化提供一定的實驗依據(jù)。未來還有很多工作要做,比如將離子液體用在其他的維生素酯化反應(yīng)上面,而且針對每一個酯化反應(yīng),要設(shè)計篩選最合適的離子液體,還要研究在維生素酯的工業(yè)化生產(chǎn)中循環(huán)使用離子液體的方法。就本實驗而言,維A酸維E酯的收率并不高,也需要針對它設(shè)計篩選更理想的離子液體作為該反應(yīng)的溶劑和催化劑。
[1] 趙紅霞,崔鳳杰,李云虹,等,維生素酯化衍生物的合成研究進(jìn)展[J].中國食品添加劑,2013(6):176-183.
[2] Hoppe U, Schreiner V, St?b F.Skin care agents containing combinations of active agents consisting of vitamin a derivatives and UBI- or plastoquinones:US,6503523[P].2003-01-07.
[3] TAMURA HIROAKI.Oetic or an external preparation for skin formulated with δ-TOCOPHERYL RETINOATE:P,005-015388[P].2005-01-20.
[4] Toyoda,Hitoshi,et al.Preparation of high-purity tocopheryl retinoate:JP,05202020[P].1993-08-10.
[5] 邢華斌,劉獻(xiàn)獻(xiàn),楊啟煒.一種溶致液晶萃取分離制備高含量混合生育酚的方法:CN, 104803963 A[P].2015-07-29.
[6] Gong Kai,Wang Liguo,Chen Jinghua.Synthesis of polyethylene glycol vitamin E succinate in ionic liquid[J].Chinese Journal of Applied Chemistry,2015,32(6):652-657.
(本文文獻(xiàn)格式:余磊,徐超,張毅,等.離子液體催化合成維A酸維E酯[J].山東化工,2018,47(02):45-47.)