(完整版)材料化学-三氯蔗糖

三氯蔗糖

前言

三氯蔗糖，由英国泰莱公司与伦敦大学共同研制并于1976年申请专利的一种新型甜味剂。是唯一以蔗糖为原料的功能性甜味剂，甜度可达蔗糖600倍。这种甜味剂具有无能量，甜度高，甜味纯正，高度安全等特点。是目前最优秀的功能性甜味剂之一。20年来，三氯蔗糖经受了严格而又广泛的安全性评估。100多份科学研究报告得出的安全数据表明，食用蔗糖素甜味剂是安全可靠的。环境学研究报告进一步证实了蔗糖素甜味剂对鱼类和水生生物均无害处，并可生物降解。近年来有医学研究将其用作测定结肠通透性的示踪分子，采用方法多为气象色谱分析。其敏感性和特异性尚有待于进一步研究。下面我将通过简述三氯蔗糖结构，合成并表征，其性质与功能的关系，让大家对它进一步了解，然后了解下它的发展现状及未来的发展方向及美好的前景。

一．三氯蔗糖的结构，合成及表征

（一）结构

三氯蔗糖是目前唯一以蔗糖为原料经氯代而制得的一种非营养型强力甜味剂，其甜度是蔗糖的600倍，且甜味纯正，甜味特性十分类似蔗糖，没有任何苦后味；无热量，不龋齿，稳定性好，尤其在水溶液中特别稳定。

三氯蔗糖，分子式：C

12H

19

Cl

3

O

8

，分子量：397.64，化学名：4，1'，6'，

-三氯-4，1'，6'，-三脱氧半乳型蔗糖。别名：蔗糖素；蔗糖晶；三氯半乳糖。结构如下

（二）合成

三氯蔗糖是将蔗糖分子中位于4、1’和6’三个位置上的羟基用氯原子取代而得。蔗糖分子中一共有8个羟基，要将其中特定位置上的3个羟基通过选择性氯化而取代，而其它位置上的羟基不发生变化，当然是很困难的，又因为各个位置上的羟基的反应活性大小不一，使得三氯蔗糖的合成更为困难。目前三氯蔗糖的合成工艺主要有三种即全保护法、酶法和单保护法。本文简述的是单保护法，该法合成路线短，生产成本低，但合成技术高，且除目标产物外还有反应副产物及未完全反应的原料以及其他杂质，尤其是氯代后的产物最为复杂, 既有一氯代产物、二氯代产物, 还有各种蔗糖碎片及蔗糖分子内脱水的产物。

我们将在薄层色谱定性分析的基础上, 采用柱色谱分离提纯三氯蔗糖及其中间体。通过稍微改变薄层层析所用展开剂中氯仿与甲醇的比例, 作为柱层析时的洗脱液, 用硅胶为吸附剂对三氯蔗糖及其合成中间体进行了分离提纯。并对分离得到样品做了红外、质谱检测, 测得的红外图谱与标准图谱几乎能够重合。通过对红外图谱和质谱的分析, 确定了分离所得样品的化学结构和分子量的正确性。

1.材料及方法

1.1试剂与仪器

实验试剂均为分析纯，薄层层析硅胶GF254; X- 5 显微熔点测定仪(控温),BSZ- 40 自动部分收集仪, BrukerEqvinox- 55 红外光谱仪, ABI-4000- QTRAP 质谱仪。

1.2 三氯蔗糖及其中间体的制备

1.2.1 蔗糖- 6- 乙酸酯的制备在装有分水器、冷凝管和温度计的三口瓶中加入蔗糖(34.2 g, 0.1 mol)和二丁基氧化锡(27.3 g, 0.11 mol)、DMF(140 mL)

与环己烷(50mL), 搅拌升温至90 ℃, 回流反应5 h, 反应结束后, 冰水浴降温至0~5 ℃, 滴加乙酸酐(11.2g, 0.11 mol)控制温度在10 ℃以下, 滴加完毕, 在此温度下继续反应1h。反应结束, 用环己烷萃取二丁基锡氧化物分去环己烷层, DMF 相减压蒸馏, 尽量蒸干后得到淡黄色黏稠状液体(48 g), 其中的主要产物就是蔗糖- 6- 乙酸酯。

1.2.2三氯蔗糖-6-乙酸酯的制备上步制得的蔗糖- 6- 乙酸酯浆状物(25 g, 约0.05 mol)溶于DMF(150mL), 然后转移至三口瓶中, 再加入乙酸乙酯(40mL), 缓慢地滴加氯化亚砜(55 g, 0.45 mol), 并通过冰水浴和控制氯化亚砜的滴加速度使温度保持在10℃以下, 滴加完毕在此温度下搅拌使之继续反应30min, 然后使反应混合物温度上升到室温,经过2~3 h 的缓慢升温阶段, 最后温度控制在115 ℃, 反应3 h。氯代结束后反应液冷却至室温,滴加氢氧化钠溶液至混合液pH 值为9, 搅拌5 min,再加入冰醋酸中和直到混合液pH 值到中性为止。用适量乙酸乙酯萃取几次, 合并有机相经活性炭脱色,减压蒸馏得到含有三氯蔗糖-6- 乙酸酯的浆状物。经过重结晶得三氯蔗糖- 6- 乙酸酯的粗产品。

1.3三氯蔗糖及其合成中间体的分离

1.3.1柱色谱条件柱子规格: 柱高25 cm, 柱直径

2.5 cm; 吸附剂是硅胶G; 洗脱液为不同体积比的氯仿与甲醇混合液(表2); 洗脱速度最好控制在1~

2 滴/s。

表一分离不同样品柱色谱的洗脱液

1.3.2柱色谱分离

自动部分收集仪收集洗脱液, 每收集5 mL 洗脱液用薄层色谱鉴定, 与各个相应标准样品Rf 值相同的组分合并, 蒸去溶剂, 重结晶, 真空干燥, 得固体。三氯蔗糖及其两个重要中间体蔗糖- 6- 乙酸酯和三氯蔗糖- 6- 乙酸酯均为白色粉末状体。

（三）表征

表征就是通过各种方法对我们所得的样品进行测定看是否为我们所需的产品，我们将通过测样品熔点, 做红外、质谱检测来确定其化学结构和分子量的正确与否。

1.1熔点的测定

表二三氯蔗糖及中间体的熔点

将测得的熔点与文献的比较从而得出是否为所要的产品

1.2红外光谱分析

通过红外光谱对所得的样品进行分析然后比较，通过样品结构所含有的官能团所对应的吸收峰大小以及强弱分析是否为所要的产品。

1.3质谱分析

分析化学中所学的测定样品的相对分子质量。通过质谱图分析分子离子峰的质量数，利用碎片峰的合理性判断分子离子峰，最后确定化学式然后知道其相对分子质量，在与所要产品比较看是否为所需的。

二．物理性质与化学性质

（一）物理性质

三氯蔗糖是白色或近白色结晶性粉末;无臭，味甜。对光，热，酸均稳定，易溶于水(溶解度28.2g，20℃)，乙醇，甲醇。它的密度为1.375g/cm，熔点为115～1018℃，沸点为104～107℃，表面张力为7118mN /m (20℃011g/100mE)。三氯蔗糖是所有强力甜味剂中性质最为稳定的一种，且是纯天然产物蔗糖的衍生物，安全性极高。

（二）化学性质

三氯蔗糖是目前所有强力甜味剂中性质最稳定的一种,其结晶产品在20℃的干燥条件下可贮藏4年。三氯蔗糖没有化学活泼基团,与其他物质发生反应的可能性小。

三．性质与功能关系