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）１９－００２３－０２
ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＣａｎｔｈａｘａｎｔｈｉｎ
ＧｅｎｇＷｅｉ
（ＺｈｅｊｉａｎｇＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＸｉｎｃｈａｎｇＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＦａｃｔｏｒｙ，Ｘｉｎｃｈａｎｇ　３１２５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄｐｏｔａｓｓｉｕｍｉｏｄｉｄｅａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅａｓｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔ，ｓｏｄｉｕｍｃｈｌｏｒａｔｅａｓｏｘｉｄａｎｔａｎｄｂｅｔａ
ｃａｒｏｔｅｎｅａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｅａｃｉｄｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．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Ｗｉ
ｔｔｉｇ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Ｔ
ＬＣ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
１７．３
６９．２
９７．７
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１
５℃，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／％０５１８．０ｇ７２．０９６．１
１０４１８．０ｇ７２．０９６．８
１５３１８．２７２．８９６．９
２０２．５１７．６７０．４９６．５
３０２１７．１６８．４９６．５２．３　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／％２６１７．４６９．６９６．１
３５１７．３６９．２９６．６
４３１８．２７２．８９６．９
４．５８１７．４６９．６９４．８
５．０１０１７．０６８．０９３．７ 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．
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（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。

参考文献［１］王兴刚．有机无机复合型多功能缓控释肥料的研制及其性能研究［Ｄ］．兰州：兰州大学，２０１５．
［２］陈金佩．缓控释肥料用粘土聚丙烯酸钾制备及性能分析［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１２．
［３］戴勋，张　娜，苏阔伟．棉花秸秆接枝丙烯酸制备高吸水性树脂［Ｊ］．化学工程与装备，２０１０，１０（２）：３０－３８．
［４］秦裕波，唐树梅，谢佳贵，等．新型缓控释肥的研制及其释放性能［Ｊ］．土壤通报，２００８，３９（４）：８５５－８５７．
［５］谢丽华．小麦秸秆基新型缓控释肥料的制备及其性能研究［Ｄ］．兰州：兰州大学，２０１３．
［６］黄永兰，罗奇祥，刘秀梅，等．包膜型缓控释肥技术的研究与进展［Ｊ］．江西农业学报，２００８，２０（３）：５５－５９．
［７］牛红艳，蒲陆梅，李　静，等．一种环境友好的淀粉基缓释铜肥的制备及性能测试［Ｊ］．化学研究与应用，２０１６（５）：６０４－６０９．
（本文文献格式：王中华，李言言，吴限彩，等．高吸水树脂／海藻酸钠双层包膜氮肥的制备及性能研究［Ｊ］．山东化工，２０１８，４７（１９）：２１－２２，２４．）
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·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１８年第４７卷。