[發明專利]一種甜菜堿、甜菜堿鹽酸鹽的合成方法

有效

• 申請號: 200810055456.2
• 申請日: 2008-07-18
• 公開（公告）號: CN101323581A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 趙永祥;賈志奇;吉向飛;趙敏;武應全;王鵬飛
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: C07C229/12
• 分類號: C07C229/12;C07C227/06
• 代理公司: 山西五維專利事務所（有限公司）
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明涉及季銨型生物堿，具體屬于一種甜菜堿、甜菜堿鹽酸鹽的合成方法。

背景技術

甜菜堿，即Betaine，化學名：N，N，N-三甲基甘氨酸內鹽，結構式：(CH₃)₃N⁺CH₂COO^-，屬季銨型生物堿，廣泛存在于動植物中，因主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而得名。甜菜堿為季胺型兩性化合物，所以甜菜堿常用作表面活性劑和還原染料染色的勻染劑，在化妝品行業可用作清潔劑成分，并被廣泛應用于化工、醫藥等行業；由于甜菜堿的氮原子上聯接著三個活性甲基，具有獨特的甲基供體生理活性，可代替蛋氨酸、氯化膽堿，作為飼料添加劑大量應用于畜禽、水產養殖飼料行業，促進動物生長和提高飼料轉化效率。

目前，甜菜堿的來源主要有兩種方式：一是天然提取，許多天然植物的根、莖、葉及果實中含有甜菜堿，如仙人掌、甜菜根中都蓄積有甜菜堿，新鮮甜菜根中含甜菜堿0.13％～0.17％，在甜菜制糖后的母液(糖蜜)中含12％～15％，選用化學法、電解法、裂解法、離子交換樹脂法、色譜分離法等不同方法分離甜菜堿粗品，然后經過濃縮、結晶、干燥等過程可以獲得甜菜堿或甜菜堿鹽酸鹽產品。如：翟躍等在中國專利ZL?94109049.3中報道了利用制糖工業副產品甜菜糖蜜經陽離子交換樹脂處理獲得鹽酸甜菜堿的方法，收率約76％；美國專利1,634,222報道了利用制糖糖蜜，添加氯化鈣、硫酸、甲醇等試劑來過濾分離、提取生產甜菜堿鹽酸鹽的方法。由于甜菜堿的制糖母液易受地域和季節等限制，加之分離、提純工藝復雜、成本高，遠遠不能適應市場對甜菜堿的需求；化學合成法是另一種也是目前最主要的甜菜堿生產途徑。化學法合成工藝主要包括：一是用乙氧基化季銨化合物的氧化工藝生產甜菜堿，C.布勞費爾德等在中國專利ZL?00811384.X中表述了一種利用氯化膽堿為原料，在堿性體系，利用含鉑催化劑催化條件下含氧氣體氧化生產甜菜堿的技術，US?5,895,823公開了負載貴金屬催化劑催化膽堿鹽等制備甜菜堿水溶液的方法，該法因為使用昂貴的貴金屬催化活性組分，存在貴金屬的循環使用、損耗等問題，極大限制了其應用推廣；另一種重要的合成路線是以氯乙酸、三甲胺為原料，將氯乙酸溶液堿中和生成氯乙酸堿金屬或堿土金屬鹽，然后與極大過量于氯乙酸量的三甲胺反應得到甜菜堿與堿金屬或堿土金屬鹽混合物，利用電滲析、離子交換、離子排斥、重結晶等分離方法降低、除去無機鹽來生產甜菜堿鹽酸鹽、磷酸鹽或復合甜菜堿產品。馬蘭宇等在中國專利ZL?93109224.8中表述了以氯乙酸鈉和三甲胺為原料，用強酸性陽離子交換樹脂為反應液提純介質，獲得純度＞98.5％，產率＞96％的甜菜堿鹽酸鹽產品，由于該法在分離、后處理工藝方面與甜菜糖蜜提取法基本相似，顯然也存在同提取法相同的缺點，即工藝復雜，能耗高及環境污染、產品純度波動等問題；謝新記等在中國專利ZL?98122140.8中公開了一種以氯乙酸鈉與三甲胺反應，經適度濃縮等過程合成甜菜堿鹽酸鹽的方法，產品收率約90％，純度98.15％；US?2,800,502公開了一種以氯乙酸、三甲胺為原料，用陰離子樹脂為分離手段的甜菜堿水合物的合成方法，該法與前法比較，產品中很少有無機鹽的殘留，產品純度高，但是生產中需要消耗氯乙酸量2-3倍的三甲胺，勢必存在三甲胺回收以及環境污染問題，而且該法樹脂交換時需要大量的水，成本較高；US?7,005,543B2中公開了一種將氯乙酸與碳酸鈉中和反應生成氯乙酸鈉，與過量三甲胺反應，經離子交換樹脂分離等過程合成了甜菜堿和甜菜堿鹽酸鹽，產品純度高于98％，該法使用了碳酸鈉原料，增加了氯乙酸中和反應步驟，增加了成本，同時產品中有鈉鹽殘留，影響產品質量；孫毓秀等在中國專利ZL?96120087.1中公開了一種以氯乙酸、三甲胺為原料(三甲胺與氯乙酸摩爾比1-3∶1)，堿性陰離子樹脂為催化劑(添加量為反應物量的0.9-4％)催化條件下合成甜菜堿鹽酸鹽的技術，收率70％-75％，純度約98％，與前面幾種合成方法比較，該法雖然操作較簡便，免去了酸堿中和反應，減少了無機鹽對產品的污染，但由于反應中催化劑陰離子樹脂量較少，反應合成過程中需要大量的三甲胺，三甲胺與氯乙酸反應有可能生成三甲胺氯乙酸鹽殘留到最終產品中，不僅影響了甜菜堿鹽酸鹽產品質量，降低了氯乙酸的利用率，使該工藝甜菜堿鹽酸鹽收率只有70％-75％，而且利用該專利技術并不能直接生產高純度的甜菜堿產品，極大限制了該法在食品、化妝品、醫藥、生物化工等高端甜菜堿生產領域的推廣。