阅读说明：本技术 一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法 (Method for preparing canthaxanthin by oxidizing beta-carotene ) 是由 沈宏强 张涛 刘英瑞 朱龙龙 李莉 潘亚男 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法,将β-胡萝卜素溶解于溶剂中,在催化剂、氧化剂的共同存在下进行氧化反应,制备得到角黄素；所述催化剂为金属钙盐化合物。本发明以廉价的金属钙盐化合物为催化剂、过氧化物为氧化剂催化氧化反应的进行,具有工艺路线条件温和、环境友好、操作简便、易于工业化生产的优点。(The invention provides a method for preparing canthaxanthin by oxidizing beta-carotene, which comprises the steps of dissolving the beta-carotene in a solvent, and carrying out oxidation reaction in the coexistence of a catalyst and an oxidant to prepare the canthaxanthin; the catalyst is a metal calcium salt compound. The method takes the cheap metal calcium salt compound as the catalyst and the peroxide as the oxidant to catalyze the oxidation reaction, and has the advantages of mild process route conditions, environmental friendliness, simple and convenient operation and easy industrial production.)

一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其涉及一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法。

背景技术

角黄素属于类胡萝卜素的一种，天然的角黄素存在于甲壳类、鱼类、藻类、蛋、血液、肝脏中。1950年罗氏公司首先合成角黄素并将角黄素加入鸡饲料中，发现角黄素存在于蛋黄中能够使蛋黄产生一种消费者喜爱的橘红色。1984年FDA(美国食品和药物管理局)和WHO(世界卫生组织)批准角黄素列入食品添加剂并制订了质量标准。根据近年药理研究发现，角黄素具有抗氧化、改善血脂变化等药理作用。

目前，制备角黄素的方法主要有三种：天然产物提取法、微生物发酵法、化学合成法等。天然提取法主要是从虾类、甲壳类生物中提取，由于受限于原料和提取成本，无法大规模工业化生产；微生物发酵法同样由于菌种产出率较低，提取含量较低，目前无法大面积推广；而化学合成法由于成本低、含量高，生产稳定，从而得到了市场认可。其中，β-胡萝卜素氧化法由于是一步氧化法，相较于前两者具有易操作、设备简单等特点，因此是目前工业化生产角黄素的主要方法。早期工业生产方法为碘做催化剂、碱金属过碘酸盐做氧化剂；后续的研究报道中，用氯酸和溴酸以及它们的盐做氧化剂、氧化硒或硒酸等作催化剂。

早在美国公开专利US4212827A中，Joachim Paust等人报道了以氯酸盐或溴酸盐为氧化剂、碘作为催化剂，催化氧化β-胡萝卜素的方法，反应方程如下：

该方法反应时间过长，且需要使用较多的碘化物进行引发。随后，中国公开专利CN1277191A报道了在上述方法的基础上，添加卤化碘、碘或金属碘化物作为共催化剂。所用的卤化碘包括氯化碘、三氯化碘、溴化碘和三溴化碘，卤化碘可以单一种类使用或以多种混合使用。

随着科研工作者对氧化反应的不断深入研究，多种氧化体系相继被报道，H₂O₂、亚硫酸钠/溴酸盐、次氯酸钠等氧化剂均被应用到β-胡萝卜素氧化制备角黄素反应中。

中国公开专利CN1793098A用酸调好pH值为2-5的氧化剂水溶液，在200-800W的灯光照射条件下氧化β-胡萝卜素制备斑蝥黄。

以上方法虽然可以中等收率的制备得到角黄素，但是需要用到碘、卤化碘等具有特殊的毒性和挥发性的含碘化合物，由于碘的易升华特点，导致了对操作员工的身体健康产生危害，操作环境必然需要采取特殊保护措施，增加了设备设施的投入和对员工的潜在健康危害；同时，反应过程中会产生大量的含盐废水，三废排放量大，环境不友好；在工业生产中对操作人和操作环境需要釆取特殊保护措施，具有操作非常不方便的特点。因此，开发一些新的催化氧化体系用于β-胡萝卜素氧化制备角黄素具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，该方法以廉价的金属钙盐化合物为催化剂、过氧化物为氧化剂催化氧化反应的进行，具有工艺路线条件温和、环境友好、操作简便、易于工业化生产的优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种β-胡萝卜素氧化制备角黄素的方法，将β-胡萝卜素溶解于溶剂中，在催化剂、氧化剂的共同存在下进行氧化反应，制备得到角黄素；所述催化剂为金属钙盐化合物。

进一步地，所述催化剂为氯化钙、溴化钙、碳酸钙、磷酸钙和硫酸钙中的一种或多种，优选氯化钙。

进一步地，所述氧化剂为双氧水、过氧叔丁醇、间氯过氧苯甲酸和氧气中的一种或多种，优选过氧叔丁醇。

进一步地，所述催化剂与β-胡萝卜素的摩尔比为0.05～0.3，优选0.2～0.3；所述氧化剂与β-胡萝卜素的质量比为2～20，优选10～15。

进一步地，所述氧化反应温度为0～100℃，优选40～80℃。

进一步地，所述氧化反应时间为2～30h，优选24～30h。

进一步地，所述溶剂为不与原料发生反应的任选的有机溶剂，优选二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、乙腈和丙酮中的一种或几种。

进一步地，所述溶剂的添加量为β-胡萝卜素质量的10～100倍，优选40～60倍。

进一步地，所述氧化反应完成后淬灭反应，过滤收集有机相，除去溶剂，通过重结晶得到角黄素。

进一步地，所述重结晶所用溶剂为丙酮、二氯甲烷、乙醇、***、正己烷、环己烷和乙酸正丙酯中的一种或多种，优选丙酮。

本发明通过钙盐实现β-胡萝卜素的配位催化氧化，该路线摒弃了传统角黄素制备过程中碘盐或单质的碘的加入，不仅更加绿色环保，而且工艺路线条件温和，产品收率高，更适用于工业化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，本发明所述实施例只是作为对本发明的说明，不限制本发明的范围。

本发明实施例使用的试剂及溶剂均采购至阿拉丁试剂公司。

通过液相色谱分析产物含量并计算收率，液相色谱分析的条件为：通过安捷伦液相色谱的C30柱(YMC carotenoid S-5um(4.6*250mm))进行在线测定，柱温：40℃,流速：1.0ml/min，进样量：10.0μl，检测波长：474nm，洗脱剂：A：乙腈，B：异丙醇。

实施例1

将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，加入氧化剂过氧叔丁醇70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至70℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到***角黄素4.55g，收率81％。

1H NMRδ:6.65(dt,J＝20.4Hz,7.6Hz，4H),6.32(ddd，J＝36.4Hz,27.1Hz,15.8Hz,10H),2.47-2.54(m,4H),1.96-2.05(m,12H),1.81-1.89(m,10H),1.19(s,12H)。

实施例2

将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后加入氧化剂过氧化氢30％的水溶液5.67g(50mmol)，升温至60℃、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到***角黄素4.06g，收率72％。

实施例3

将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂溴化钙0.40g(2.0mmol)，然后加入氧化剂过氧叔丁醇70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至90℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用乙醇重结晶，得到***角黄素4.23g，收率75％。

实施例4

将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，通入氧化剂氧气(1atm)，升温至70℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为6h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到***角黄素4.46g，收率79％。

实施例5

将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml乙腈，室温下搅拌，加入催化剂硫酸钙0.34g(2.0mmol)，然后，通入氧化剂氧气(2atm)，升温至50℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为10h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到***角黄素4.51g，收率80％。

实施例6

将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml二氯甲烷，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，加入氧化剂过氧叔丁醇70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至70℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为8h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到***角黄素4.51g，收率80％。

实施例7

将取β-胡萝卜素5.36g(10mmol)置于500ml三口烧瓶中，加入100ml丙酮，室温下搅拌，加入催化剂氯化钙0.22g(2.0mmol)，然后，加入氧化剂过氧叔丁醇70％的水溶液5.29g(50mmol)，升温至40℃，回流反应、反应压力常压、反应时间为20h，反应结束后，加入硫代硫酸钠水溶液淬灭反应，用水洗涤3次，分离有机相，旋干，然后用丙酮重结晶，得到***角黄素4.46g，收率79％。

实施例8-16

按照实施例1中方法以及表1中原料用量制备角黄素，产物收率如表1所示：

表1、实施例8-16的原料用量及产物收率

对比例

将5gβ-胡萝卜素加入40mL二氯甲烷；再加入29.7g氯酸钠溶于100mL水中，氮气氛围加入300mL三颈烧瓶；20℃剧烈搅拌，向混合液中一次性加入0.32g碘和0.15g氯化碘溶于10mL二氯甲烷和50mL水混合溶液，升温至24℃；搅拌90min，检测β-胡萝卜素消失，反应混合物PH＝7，分液，有机相用100mL水、100mL 1％硫代硫酸钠水溶液、100mL水相继洗涤；减压蒸除溶剂，得到9.2g粗产品；HPLC分析含有2.68g角黄素，角黄素反应收率51.0％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。