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 457000）

涼味劑WS-3的合成是以天然薄荷醇為原料，經(jīng)過氯化、格式化、酰氯化和酰胺化反應(yīng)而得到的，由于原料天然薄荷醇是一種天然萜類化合物，有3個(gè)手性中心，8個(gè)光學(xué)異構(gòu)體，只有左旋天然薄荷醇才是目標(biāo)產(chǎn)品[1]。在其合成過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(jì)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(qiáng)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)廠家仍然較少[2]。涼味劑左旋薄荷酰胺結(jié)構(gòu)式如圖1，右旋薄荷酰胺結(jié)構(gòu)式如圖2[3]。

圖1 左旋薄荷酰胺

圖2 右旋薄荷酰胺

采用粗蒸餾，獲得86%～92%的粗品WS-3，后經(jīng)過丙酮與石油醚（規(guī)格：60～90）按比例混合液一次結(jié)晶將含量提至＞99%，二次結(jié)晶將含量提至99.5%，達(dá)到成品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于傳統(tǒng)方法來說，該方法縮短了生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，且蒸餾操作也更簡便，簡化了生產(chǎn)工藝條件，簡化了生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的分析檢測(cè)頻次，并且目標(biāo)產(chǎn)品香氣無需再次返工處理，可達(dá)到合格品標(biāo)準(zhǔn)。該方法利用復(fù)配溶劑丙酮和石油醚，結(jié)晶提純左旋薄荷酰胺，丙酮與石油醚對(duì)左旋薄荷酰胺的溶解性不同，且石油醚對(duì)右旋的溶解性較差，但可提高結(jié)晶收率，采用最佳的復(fù)配比，可以達(dá)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(tái)、高效羅茨泵1套、結(jié)晶釜2臺(tái)、過濾器1套、離心機(jī)1臺(tái)、薄荷酰胺反應(yīng)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(shè)備1套、化料釜1臺(tái)。

1.2 色譜條件

使用安捷倫6820氣相色譜儀；毛細(xì)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(cè)器溫度：300 ℃；進(jìn)樣量：0.2 μL。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 蒸餾過程

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(tǒng)、帶有自動(dòng)控溫的恒溫冷卻系統(tǒng)以及回流結(jié)構(gòu)，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(jié)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(jié)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(yīng)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(guī)格：60～90）125 kg，于45～60 ℃條件下攪拌完全溶解，然后經(jīng)過經(jīng)膜過濾設(shè)備熱過濾得濾液，將濾液加入至結(jié)晶罐內(nèi)，控制結(jié)晶罐內(nèi)的轉(zhuǎn)速在20～80 r/min，同時(shí)控制夾套冷凍水閥門使得結(jié)晶溫度控制在-20～50 ℃內(nèi)，結(jié)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，打開自動(dòng)卸料離心機(jī)，并打開結(jié)晶罐的下口，放料到離心機(jī)內(nèi)，開始甩干，直至無明顯液體流出為止，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(jié)晶體中的母液甩干為止，得一次結(jié)晶成品450 kg；左旋薄荷酰胺含量98.6%，提純分離效果較好，但依然沒有達(dá)到國標(biāo)要求的含量標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.4 二次結(jié)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(yīng)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(guī)格：60～90）45 kg，控溫50 ℃攪拌完全溶解，然后經(jīng)過經(jīng)膜過濾設(shè)備熱過濾得濾液，將濾液加入至另一結(jié)晶罐內(nèi)，控制另一結(jié)晶罐內(nèi)的轉(zhuǎn)速在40 r/min，同時(shí)控制另一結(jié)晶罐夾套冷凍水閥門，以每小時(shí)降溫5 ℃的速度，使得結(jié)晶溫度控制在-10 ℃內(nèi)，結(jié)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，打開自動(dòng)卸料離心機(jī)，并打開另一結(jié)晶罐的下口，放料到離心機(jī)內(nèi)，開始甩干，直至無明顯液體流出為止，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(jié)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(nèi)，常溫干燥1 h，然后設(shè)定好自動(dòng)控溫系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)定為（60±1）℃，風(fēng)速設(shè)定為（35±5）Hz，待沸騰干燥器內(nèi)的料液溫度達(dá)到38～52 ℃，取樣測(cè)定薄荷酰胺含量＞99.5%，干燥結(jié)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(jié)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(biāo)GB 29981—2013要求。

2 結(jié)果與分析

表1 考察了一次結(jié)晶、表2考察了二次結(jié)晶的結(jié)晶效果，同時(shí)也測(cè)試了結(jié)晶過程中石油醚配比不同對(duì)右旋去除的影響，結(jié)果表明，一次、二次結(jié)晶效果沒有太大明顯變化，其直接變化為石油醚的添加量和右旋的去除效果，當(dāng)石油醚量逐漸增多時(shí)，結(jié)晶效率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，隨著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(yàn)分析，最佳石油醚的添加量為10%最好，可提高結(jié)晶效率，同時(shí)左旋薄荷酰胺也可達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]。

表1 石油醚與丙酮不同復(fù)配比對(duì)左旋薄荷酰胺的提取結(jié)果（一次結(jié)晶）

表2 石油醚與丙酮不同復(fù)配比對(duì)左旋薄荷酰胺的提取結(jié)果（二次結(jié)晶）

3 結(jié)論

常規(guī)分離技術(shù)是通過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(diào)節(jié)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，再通過丙酮結(jié)晶出固體左旋WS-3，與此方法相比，減壓調(diào)節(jié)回流比精餾過程漫長，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)間長近30 h，高溫長時(shí)間蒸餾，其能耗較大，并且在高溫150 ℃蒸餾過程中，產(chǎn)品出現(xiàn)分解、焦化，長時(shí)間高溫蒸餾，無形中增加了目標(biāo)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(fù)配石油醚（60～90）與丙酮為結(jié)晶溶劑，與粗料左旋薄荷酰胺（1∶1）結(jié)晶，比單一采用丙酮結(jié)晶，提高了10%～15%的結(jié)晶效率，產(chǎn)品與最初采用單一溶劑結(jié)晶質(zhì)量無較大差異，左旋薄荷酰胺滿足產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。