左旋薄荷酰胺的提純工藝研究

趙軍俠，李鵬毅

（河南華龍香料有限公司，河南濮陽(yáng) 457000）

摘 要：本文采用混合溶劑為結晶溶劑提純左旋薄荷酰胺，結果表明，混合溶劑（石油醚+丙酮）與涼味劑WS-3粗料比以（0.1∶0.9）：1比例結晶，與采用單一丙酮結晶相比，結晶效率提高10%～15%，降低能耗。

關(guān)鍵詞：左旋薄荷酰胺；結晶；提純

涼味劑WS-3的合成是以天然薄荷醇為原料，經(jīng)過(guò)氯化、格式化、酰氯化和酰胺化反應而得到的，由于原料天然薄荷醇是一種天然萜類(lèi)化合物，有3個(gè)手性中心，8個(gè)光學(xué)異構體，只有左旋天然薄荷醇才是目標產(chǎn)品[1]。在其合成過(guò)程中分別得到不同的手性產(chǎn)品，其中左旋體占83%左右，即終產(chǎn)品，右旋體占10%左右，其他雜質(zhì)累計7%。研究表明涼味劑WS-3只有左旋體涼味才純正，右旋雜質(zhì)口感帶有強烈辛辣的木訥涼感，薄荷酰胺的產(chǎn)品品質(zhì)除與含量有關(guān)外，與其1-位手性碳光學(xué)純度有密切關(guān)系，這就使得雖然涼味劑WS-3發(fā)明已有30多年歷史，但是生產(chǎn)廠(chǎng)家仍然較少[2]。涼味劑左旋薄荷酰胺結構式如圖1，右旋薄荷酰胺結構式如

圖2[3]。

 

   

采用粗蒸餾，獲得86%～92%的粗品WS-3，后經(jīng)過(guò)丙酮與石油醚（規格：60～90）按比例混合液一次結晶將含量提至＞99%，二次結晶將含量提至99.5%，達到成品檢測標準。相對于傳統方法來(lái)說(shuō)，該方法縮短了生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，且蒸餾操作也更簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝條件，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制的分析檢測頻次，并且目標產(chǎn)品香氣無(wú)需再次返工處理，可達到合格品標準。該方法利用復配溶劑丙酮和石油醚，結晶提純左旋薄荷酰胺，丙酮與石油醚對左旋薄荷酰胺的溶解性不同，且石油醚對右旋的溶解性較差，但可提高結晶收率，采用最佳的復配比，可以達到最優(yōu)生產(chǎn)效率[4]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蒸餾釜1臺、高效羅茨泵1套、結晶釜2臺、過(guò)濾器1套、離心機1臺、薄荷酰胺反應粗料若干、丙酮、石油醚（60-90）、DB-5（5%苯基）甲基聚硅氧烷、制冷設備1套、化料釜1臺。

1.2 色譜條件

使用安捷倫6820氣相色譜儀；毛細管柱，30 m×0.25 mm×

0.25 μm。載氣：高純氮；柱流量：1 mL/min；氫氣：

35 mL/min；空氣300 mL/min；進(jìn)樣口：250 ℃；柱溫：

140 ℃，保持2 min，以10 ℃/min 的升溫速率升至280 ℃，保持5 min；檢測器溫度：300 ℃；進(jìn)樣量：0.2 μL。

1.3 實(shí)驗方法

1.3.1 蒸餾過(guò)程

在精餾塔中加入基于天然薄荷醇為原料合成的涼味劑WS-3混合物1 100 kg，在120～160 ℃條件下進(jìn)行精餾，得到質(zhì)量百分比含量為86%～92%的涼味劑WS-3精蒸餾成品625 kg；精餾塔配備有40～60 Pa的高真空系統、帶有自動(dòng)控溫的恒溫冷卻系統以及回流結構，冷凝器控溫80～110 ℃，左旋薄荷酰胺熔點(diǎn)90～97 ℃，冷凝器伴熱防結塊；溶劑回收后，粗品經(jīng)色譜分析得右旋薄荷酰胺純度7.3%；左旋薄荷酰胺純度86.6%，該步驟粗蒸餾主要是去除溶劑甲苯。

1.3.2 一次結晶

將步驟1.3.1得到的涼味劑WS-3精蒸餾成品625 kg加入至反應釜中，然后加入涼味劑WS-3精蒸餾成品1.5倍量的丙酮937 kg和涼味劑WS-3精蒸餾成品0.2倍量的石油醚（規格：60～90）125 kg，于45～60 ℃條件下攪拌完全溶解，然后經(jīng)過(guò)經(jīng)膜過(guò)濾設備熱過(guò)濾得濾液，將濾液加入至結晶罐內，控制結晶罐內的轉速在20～80 r/min，同時(shí)控制夾套冷凍水閥門(mén)使得結晶溫度控制在-20～50 ℃內，結晶時(shí)間為8～12 h。

1.3.3 一次離心

步驟1.3.2進(jìn)行完畢后，打開(kāi)自動(dòng)卸料離心機，并打開(kāi)結晶罐的下口，放料到離心機內，開(kāi)始甩干，直至無(wú)明顯液體流出為止，甩干時(shí)間35～90 min，得到一次甩干晶體；甩干模式分別采用低速、中速和高速分3個(gè)頻次離心，直至結晶體中的母液甩干為止，得一次結晶成品450 kg；左旋薄荷酰胺含量98.6%，提純分離效果較好，但依然沒(méi)有達到國標要求的含量標準。

1.3.4 二次結晶

將步驟1.3.3得到的甩干晶體薄荷酰胺456 kg薄荷酰胺加入至反應釜中，然后加入一次甩干晶體1倍量的丙酮

450 kg和一次甩干晶體0.1倍量的石油醚（規格：60～90）45 kg，控溫50 ℃攪拌完全溶解，然后經(jīng)過(guò)經(jīng)膜過(guò)濾設備熱過(guò)濾得濾液，將濾液加入至另一結晶罐內，控制另一結晶罐內的轉速在40 r/min，同時(shí)控制另一結晶罐夾套冷凍水閥門(mén)，以每小時(shí)降溫5 ℃的速度，使得結晶溫度控制在-10 ℃內，結晶時(shí)間為8 h。

1.3.5 二次離心

步驟1.3.4進(jìn)行完畢后，打開(kāi)自動(dòng)卸料離心機，并打開(kāi)另一結晶罐的下口，放料到離心機內，開(kāi)始甩干，直至無(wú)明顯液體流出為止，甩干時(shí)間45 min，得到二次甩干晶體；甩干模式分別采用依次低速、中速和高速分3個(gè)頻次離心，直至結晶體中的母液甩干為止，得左旋薄荷酰胺成品373 kg。

1.3.6 烘干

將步驟1.3.5得到的甩干左旋薄荷酰胺晶體373 kg置于沸騰干燥器內，常溫干燥1 h，然后設定好自動(dòng)控溫系統，進(jìn)風(fēng)溫度設定為（60±1）℃，風(fēng)速設定為（35±5）Hz，待沸騰干燥器內的料液溫度達到38～52 ℃，取樣測定薄荷酰胺含量＞99.5%，干燥結束，得到左旋薄荷酰胺產(chǎn)品342 kg。從烘干成品左旋薄荷酰胺的分析譜圖結果可以看出右旋薄荷酰胺已經(jīng)去除，含量99.9%，成品左旋薄荷酰胺符合國標GB 29981—2013要求。

2  結果與分析

表1考察了一次結晶、表2考察了二次結晶的結晶效果，同時(shí)也測試了結晶過(guò)程中石油醚配比不同對右旋去除的影響，結果表明，一次、二次結晶效果沒(méi)有太大明顯變化，其直接變化為石油醚的添加量和右旋的去除效果，當石油醚量逐漸增多時(shí)，結晶效率呈現先升高后降低的趨勢，隨著(zhù)石油醚的添加量增多，右旋去除效果反而降低，不利于產(chǎn)品的提純，經(jīng)試驗分析，最佳石油醚的添加量為10%最好，可提高結晶效率，同時(shí)左旋薄荷酰胺也可達到質(zhì)量標準[5]。

 

3 結論

常規分離技術(shù)是通過(guò)高真空在精餾塔中加入基于天然薄荷醇為原料合成的涼味劑WS-3混合物，控制精餾溫度在120～160 ℃條件下進(jìn)行精餾，調節蒸餾回流比為6∶1～10∶1，減壓精餾，分離出含量≥97%的左旋WS-3，再通過(guò)丙酮結晶出固體左旋WS-3，與此方法相比，減壓調節回流比精餾過(guò)程漫長(cháng)，每批次精餾生產(chǎn)操作時(shí)間與該方法相比的粗蒸餾時(shí)間長(cháng)近30 h，高溫長(cháng)時(shí)間蒸餾，其能耗較大，并且在高溫150 ℃蒸餾過(guò)程中，產(chǎn)品出現分解、焦化，長(cháng)時(shí)間高溫蒸餾，無(wú)形中增加了目標產(chǎn)品香氣的處理難度；采用粗蒸/閃蒸，減少蒸餾時(shí)間，減少了焦化、分解，閃蒸將左旋薄荷酰胺含量提高至90%，再按（0.1∶0.9）復配石油醚（60～90）與丙酮為結晶溶劑，與粗料左旋薄荷酰胺（1∶1）結晶，比單一采用丙酮結晶，提高了10%～15%的結晶效率，產(chǎn)品與最初采用單一溶劑結晶質(zhì)量無(wú)較大差異，左旋薄荷酰胺滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量標準。

參考文獻

[1]陳衛華.鹽酸肼屈嗪、拉米夫定和左旋薄荷酰胺的合成[D].濟南:山東大學(xué),2009.

[2]陳為民,駱希明,高萍.高效清涼劑薄荷酰胺的合成[J].牙膏工業(yè),2008(3):33-35.

[3]葉潤華,楊曉麗,姜惠靈.工業(yè)碳酸鈉提純實(shí)驗[J].純堿工業(yè),2021(1):10-12.

[4]王建新,聶侃,羅玲玲.涼味劑左旋薄荷酰胺的合成[J].香料香精化妝品,2004(4):5-6.

[5]蘇偉怡,劉星,郝琪,等.添加劑對氨基酸多晶型溶液結晶過(guò)程影響的研究進(jìn)展[J/OL].化工進(jìn)展:1-11[2021-06-09].https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1787.