（应用化学专业论文）醇醚糖苷的合成、分离和表征.pdf

中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 摘要 实验首先通过单因素实验确定了影响醇醚糖苷化反应的因素，并选取了合适的 水平，在单因素实验的基础上设计了三因素三水平的正交实验，通过正交实验确定 了各因素对反应影响的主次关系，确定了优化工艺条件。然后以a e 0 3 为原料在优 化工艺条件下台成醇醚耱萤，并通过短程蒸馏装置进行了初步分离，检测醇醚糖营 的部分物化性能，结果表明该醇醚糖苷与a e 0 9 的物化性能相似，可替代a e 0 9 。 鉴于高加合数醇醚( e 0 4 ) 与烷基糖苷无法分离。实验获取了窄分布的低加合数 醇醚( e o 3 ) 并进行了糖苷化，再次通过短程蒸馏装置分离后测定物化性能，结 果表明，该窄分布醇醚糖苷具有和烷基糖苷相似的物化性能，并改善了烷基糖菅的 低温水溶性。最后，实验通过常压柱色谱法和高效液相色谱法初步分离了醇醚糖苷 化后的混合物。 关键词：醇醚糖苷；烷基醚糖苷：正交实验；合成：窄分布醇醚：短程蒸馏；分离 高效液楣色谱法；常压柱色谱法 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 a b s t r a c t f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e g l u c o s i d a t i o n o f f a t t y a l c o h o l p o l y e t h o x y l a t e s w e r e d e t e r m i n e db ys i n g l e f a c t o re x p e r i m e n t ，a n dat a b l eu s e df o ro r t h o d o x ye x p e r i m e n tw a s d r a f t e do u ti n c l u d i n gt h r e ef a c t o r sa n dt h r e el e v e l s t h er e l a t i o n s h i po ft h ef a c t o r sw a s d e t e r m i n e db yo r t h o d o x ye x p e r i m e n t ，s ot h eb e t t e rs y n t h e s i sc o n d i t i o nw a sc o n c l u d e d c o n s e q u e n t l y t h eg l u c o s i d a t i o no f a e 0 3w a sm a d eb a s e do nt h eb e t t e rs y n t h e s i sc o n d i t o n ，a n d t h e g l u c o s i d e d m i x t u r ew a s s e p a r a t e d i n t ou n r e a c t e d f a t t y a l c o h o le t h e r sa n d g l u c o s i d a n t sb ys h o r tp a t hd i s t i l l a t i o n t o t h eg l u c o s i d a n t s ，s o m ep h y s i c a lc h e m i s t y p e r f o r m a n c e s w e r em a d e ，a n dr e s u r ss h o wt h a tt h e g l u c o s i d a n t s h a v es i m i l a r p e r f o r m a n c e sw i t ha e 0 9 a n dc a nb eas u b s t i t u t ef o ra e 0 9 a sf a t t ya l c o h o le t h e r sw i t h p o l y e t h o x y l a t e s ( e o 1 4 ) c a l l n o tb es e p e r a t e dw i t ha l k y l p o l y g l u c o s i d e s ，f a t t ya l c o h o le t h e r s 、i t l ln u i o wd i s t r i b u t i o n ( e o r 4 ) 在分析烷基糖苷的红外谱图时，发现它与原料醇的谱图非常相似。从脂肪醇和 烷基糖苷的结构来看，它们都有羟基，因而在红外谱图中都存在o h 键的伸缩振动、 弯曲振动和c - o i l 的伸缩振动等特征峰；生成烷基糖苷后，虽然分子中多了c - o c 键，但c - o - c 键和c - o h 键的伸缩振动峰的波数很接近，不易区分，因而两者谱图 极其相似。尽管如此，仔细分析两者的结构会发现：烷基糖昔中的c o h 键数目要 多于脂肪醇，而且烷基糖苷中多了c 一0 - c 键，基于以上原因，烷基糖苷在该处的吸 收峰强度明显强于脂肪醇，除此之外，亚甲基在十二醇分子中的相对含量要大于烷 基糖苷，在峰的相对强度上，也构成了十二醇与烷基糖苷的红外谱图的差别。 对比图i - 2 和图卜3 的红外谱图可以看出：尽管脂肪醇和烷基糖苷除1 5 9 0 c m “ 附近烷基糖苷的一个弱特征峰外，其余吸收峰的位置都相同，但峰之间相对强度的 区别可以作为判别十二醇与烷基糖苷红外谱图的依据。 7 中团日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 表卜3 十二醇与烷基糖苷的红外谱图区别 常用的两种核磁共振波谱法，h - n m r 和“c - n i “r ，均可用于烷基糖苷的定性定量 分析。十二烷基糖苷的1 h n m r 谱图如图i - 4 所示。 a lx l d ) 图卜4 烷基糖苷的1 i - i - n m r 谱图 图中化学位移5 c ：a p g c 。a p g c 。a p g ，即短碳链a p g 比长碳链a p g 有更高的泡沫，虽然短碳链 a p g 的泡沫比较多，但钙镁离子对短碳链a p g 泡沫的影响比对长碳链a p g 泡沫的影 响大。图卜1 2 为a p g 在软求和硬水中泡沫稳定性比较。 利用帆布在表面活性剂水溶液中的沉降时间表征表面活性剂润湿力是测定表 面活性剂润湿力的通用方法，帆布沉降所需的时间越短，说明表面活性剂的润湿力 越强，短烷链的a p g 比长烷链的a p g 有更优越的润湿力。表卜8 为a p g 的润湿力及 乳化力。 表l 一8a p g 的润湿力及乳化力 以液体石蜡为乳化油时，乳液分出1 0 m l 水的时间越短，说明此表面活性剂对 液体石蜡的乳化力越差。烷链越长的a p g ，乳化力越好。部分a p g 的乳化力见上表 l 一8 。 1 3 选题背景及研究内容 烷基糖苷被誉为世界级表面活性剂，因其优良的特性，日益受到人们的重视。 目前，生产a p g 的国家主要有德国、美国、法国、日本，澳大利亚等西方发达国 家，而我国也建立了一些小规模生产a p g 的装置。但烷基糖苷存在抗硬水性差、 长碳链烷基糖昔水溶性差等缺憾。同时，生产高加合数醇醚需耗费大量作为石油化 工产品的环氧乙烷，不利于不可再生资源的保护利用。 针对以上两点问题，本课题力求通过合成低加合数醇醚糖苷改进烷基糖苷和替 代高加含数醇醚，分离并表征醇醚糖苷化后混合物。 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 参考文献 1 b a l z e rd ，i u d e r sh ，n o n i o n i cs u r f a c t a n t sa k y p o l y g l u c o s i d e s m 。 d e k k e r 2 0 0 0 2 于军娆基劳萨爱衙：生物 m 北京：中国轻工业出版社2 0 0 0 3 裴培烷基葡糖苷工业化合成与应用研究的国内外现状及发展趋势 j ( 1 ) n e wy o r k ：m a r c e l 西日纯，1 9 9 1 4 王军，曹玉英，程玉梅等烷基糖苷物化性能研究 j ，日用兜学晶稃学增f 弘1 9 9 9 年8 月 5 郇宇，庄美华高效液相色谱法分析脂肪醇聚氧乙烯醚产品的组分分布 j ，纪学世努，2 0 0 3 ( 9 ) 6 王军发：基劳孝吸勿j 堂彩 m 北京：中国轻工业出版社。2 0 0 0 ，5 3 5 4 ， 7 意大利c e s a p i n i ac h e m i c a l s 公司网页 8 李和平，李梦琴等癸基葡糖苷的合成反应机理与动力学模型 c ，坌凰第十施t 丝券面掰 性莉技术经济s 虚角开发会议论文集a u g u s t 2 0 0 1 9 t h o m a ss p a t t e r s oe ta 1 ，c h e m s o c 1 9 2 9 ，3 0 0 3 0 2 1 0 日 公开特许，平0 2 ，2 6 4 7 8 9 1 1 b o u r q u e l o teme ta 1 c o m p l ，d1 9 1 3 ( 1 5 5 ) ，4 3 7 4 3 9 1 2 m i t s u o ，n a o k ie ta 1 c h e m p h a r m b u j 1 9 8 4 ，3 2 ( 3 ) ，1 1 8 3 1 1 8 7 13 k o h e t k o vnv k e mk o z l e m , 1 9 6 7 ，2 8 ( 4 ) ，4 2 5 4 4 2 1 4 k o e n i g sw ，k n o r re 国e m i s c h eb e t l c h t e ，1 9 0 1 1 5 s t r a a t h o fajje ta 1 s t a r k s t a e r k e , 1 9 8 7 ，3 9 ( 1 0 ) ，3 6 2 3 6 8 1 6 b a l z e r d ，l u d e r sh ，n o n i o n i c s u r f a c t a n t s a l k y l p o l y g l u c o s y d e s m n e w y o r k ：m a r c e l d e k k e r ，2 0 0 0 ，2 7 9 - 3 3 0 1 6 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 2 1 简介 第二章醇醚糖苷化反应研究 正如在第一章文献综述部分中论述的那样醇醚糖苷化反应有着重要意义。从 结构上看，糖环上羟基具有比聚氧乙烯单元更优越的亲水性，一个糖环上至少含有 4 个羟基，分别在c 2 、c 3 、c 4 和c 6 上，可见一个糖单元的亲水性会比4 个聚氧乙 烯单元更好川。以低环氧乙烷加合数的醇醚( 如a e 0 3 ) 进行糖苷化后，醇醚糖苷 的水溶性比原料a e 0 3 要好，部分物化性能接近或等同a e 0 9 ，可能成为a e o 。的替 代品，节省日益紧缺的石油化工资源。同时由于醇醚糖苷中有聚氧乙烯链的存在， 其水溶性和抗硬水性会比烷基糖苷( a p g ) 有所提高，这些都是对烷基糖苷的有效 改进和发展。实验首先以a e 0 3 为反应原料进行糖苷化，考察单因素实验，研究影 脂肪醇聚氧乙烯( 3 ) 醚( a e 0 3 ) 中含有2 0 左右的c t 2 1 4 脂肪醇，所以a e 0 3 的糖 菅化实际上包括c m l 4 脂肪醇的糖苷化( 生成a p g ) 和a e 0 3 中醚的糖苷化( 生成 c 1 2 4 脂肪醇的糖苷化： 刚+ 。正 。喜。j 斟峨。 c 。1 4 脂肪醇聚氧7 - , 烯醚的糖昔化： 岬槲+ 。最峙 矧帆。 其中，n 为葡萄糖的平均聚合度，r 为c 1 2 1 4 h 2 5 2 9 烃基，m 为醚中的环氧乙烷 在反应过程中，通过不断移除生成的水。使反应向右移动。反应后用费林试剂 法检测未反应葡萄糖( 残糖) 质量百分含型2 1 ，用乙醇抽提法检测生成的二糖多糖 质量百分含量 3 】， 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 2 2 实验 2 2 1 实验仪器与试剂 z x 2 型旋片真空泵，浙江黄岩医疗器械厂；j b 9 0 型强力电动搅拌机，上海标 本模型厂；d w 2 型调温电热套，江苏通州市教学仪器二厂；b p 2 1 1 d 型电子天平， 北京赛多利斯天平有限公司；x m t d 数显电热恒温水浴锅，北京科伟永鑫实验仪器 设备厂；封闭电炉；四口烧瓶；水银压力计；索氏抽提器等。 a e 0 3 ，工业级，上海石油化学品有限公司：d 无水葡萄糖，a r ，河北圣雪医 药糖业有限责任公司；对甲苯磺酸，a r ，北京化学试剂厂：氢氧化钠，a r ，北 京化工厂；费林试剂，自制等。 2 2 2 实验过程 称取一定量的a e 0 3 于四口烧瓶中，搅拌、升温至一定温度，按无水葡萄 糖：a e 0 3 = l ：4 ( 摩尔比) 的比例准确称取一定量的无水葡萄糖，加入四口烧瓶中，称取 一定量对甲苯磺酸于四口烧瓶中，封闭整个反应系统抽真空，反应数小时后结束反 应，调节压力至常压，加入适量氢氧化钠中和，取样测残糖、二糖多糖的质量百分 含量。 2 2 3 分析检测 2 2 。3 。1 残糖含量的检测 2 2 3 1 1 检测原理 采用费林试剂法。葡萄糖为还原性糖，它可使热的费林铜溶液中的二价铜被还 原成一价铜【4 1 。利用碱性铜溶液不仅可以定性的检验还原糖的存在，还能根据铜被 还原的量计算糖的量，进行定量分析。 2 2 3 1 2 标准溶液的配制与标定 费林溶液a ：1 5 9 硫酸铜( c u s o 5 1 - i , 0 ) 和0 0 4 9 亚甲基蓝用蒸馏水溶解于1 0 0 0 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 毫升容量瓶中，并稀释至刻度。 费林溶液b ：5 4 9 酒石酸甲钠( k n a c ；t t 。仉。4 h ：0 ) 和5 0 9 氢氧化钠及4 9 亚铁氰化 钟分别用蒸馏水溶解，一并移入一个1 0 0 0 毫升的容量瓶中，并稀释至刻度。 标准糖溶液：取经干燥后的d 一无水葡萄糖1 0 0 0 9 ( 准确至0 0 0 1 9 ) 用蒸馏水 溶解，并定量至1 0 0 0 毫升的容量瓶中，加浓盐酸( 分析醇) 5 0 0 毫升，用蒸馏水 稀释至刻度。 费林溶液a 、b 的标定：准确移取a 、b 各1 0 毫升于2 5 0 毫升的锥形瓶中，加 蒸馏水适量。在电炉上于卜2 分钟内煮沸，在2 分钟内用标准糖溶液滴定到兰色消 失，记录消耗的标糖液体积u 。同样的溶液另取一份，加水后，先滴入大部分标糖 液( 比v 。约少0 5 毫升) ，煮沸并维持沸腾卜2 分钟，之后迅速用标糖液滴至兰色 消失。记录所耗标准溶液体积v 0 。，以v 。为准进行计算。 2 2 3 1 3 样品糖含量的测定 称取一定量的反应混合液( w 。) ，使其与一定量的热蒸馏水充分接触，并定容至 v ，静置使油水相分离。费林溶液a 、b 各l o m l ，在电炉上于l 一2 分钟内煮沸。然 后，吸取上述混合液的下层滴定费林溶液至兰色消失，记录所消耗的下层溶液量v ? 。 若下层液不足以使费林溶液消色，则用已配好的标准糖溶液继续滴至消色，记录消 耗的标准糖溶液的体积v 。以下式计算反应液中的葡萄糖含量： w ：当旦一x 1 0 0 w 。x 导x 伽o 2 2 3 2 二糖多糖含量的检测 2 2 3 2 1 检测原理 根据核磁共振光谱确定无水乙醇不溶物为二糖多糖，然后用重量分析法测定二 糖多糖含量。 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 2 2 3 2 2 仪器及试剂 无水乙醇，a r ，天津化学试剂厂；滤纸，太原产；脂肪抽提器，天津产。 2 2 3 2 3 实验方法 称取样品1 克( 精确至o 0 0 0 1 克) ，将样品放入已卷好的滤纸筒内。然后将滤 纸筒放入脂肪醇抽提器内，加放1 2 0 m l 无水乙醇于平底烧瓶中。打开电热煲加热， 调整加热使无水乙醇的回流量控制在每秒一滴。 抽提4 小时后关闭加热，取出滤纸筒并回收乙醇。将滤纸简放入1 1 0 2 。c 的烘 箱里，为防止危险将烘箱门稍微打开。烘3 小时达到恒重，取出。将其放入干燥器 内冷却1 小时后取出准确称重。烷基糖苷中二糖多糖= 乙醇不溶物重量样品重量 1 0 0 。 2 2 4 单因素实验 在充分了解烷基糖菅生产实际的情况下，考察了温度、催化剂用量、反应时间、 反应体系压力四个因素对反应的影响。 温度对反应后体系中残糖、二糖多糖质量百分含量的影响见图2 1 。 图2 - 1 温度对残糖、二糖多糖质量百分含量的影响 从图2 - 1 中可以看出，随着反应温度的升高，残糖质量百分含量逐渐降低，二 糖及多糖质量百分含量逐渐升高，二者曲线有一个交叉点( x = 1 0 7 c ，y = i 1 7 ) ， 在该交叉点处残糖、二糖多糖质量百分含量都比较低，由该点可确定较好的反应温 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 度在1 0 7 。c 附近。温度过低，反应缓慢，反应时间相应延长；温度过高，葡萄糖很 容易自聚焦化，严重影响醇醚糖苷化物的生成量。因此，正交实验中温度的考察范 围可确定为1 0 5 c 1 1 5 c 。 在确定了反应温度的考察范围以后，考察了催化剂用量对残糖、二糖多糖质量 百分含量的影响，见图2 - 2 。 |：j；j一 引，一 矧，义 ：j 一7 图2 - 2 催化剂用量对残糖、二糖多耱质量百分含量的影响 从图2 2 中可以看出，随着催化剂用量的增加，残糖质量百分含量降低，多糖 质量百分含量升高，二者曲线存在着一个交叉点( x = 1 2 5 ，y = o 6 1 ) 。较好的催化剂 用量在该交叉点附近，根据烷基糖苷的反应机理 5 】，反应的第一步是旷进攻糖环上 的c ，羟基，形成碳正离子，第二步是醇醚的亲核取代反应。h + 用量越大，反应越 容易进行，但同时增加了糖自聚的几率，从而导致二糖多糖含量增大。根据该交叉 点可确定正交实验中催化剂用量的考察范围：1 o 1 5 。反应时间对残糖、二糖 多糖的影响见图2 - 3 。 图2 - 3 反应时问对残糖、二糖多糖质量酉分含量的影响 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 从图2 - 3 中可以看出，随着反应时间的增加，残糖质量百分含量逐步降低，二 糖及多糖质量百分含量逐步升高。同样，较好的反应时间在交叉点3 8 小时附近。 据此可确定正交实验中反应时间的考察范围：3 5 小时。 最后考察了反应体系的压力对残糖、二糖多糖质量百分含量的影响，见图 2 4 。 芒 也 隶 七 0t 0 02 0 03 0 04 5 0 0o7 0 08 0 0 厦立体乐匝力，n l m h g 图2 4 反应体系压力对残糖、二糖多糖质量百分含量的影响 从图2 4 可以看出，随着反应压力的增大，残糖、二糖及多糖的质量百分含量 都降低。这主要是随着体系压力的增大，体系中氧的分压增大，葡萄糖发生了不同 程度的部分氧化造成的。葡萄糖在酸和热的作用下可能发生的氧化反应为： h o h 乒仑归 由己糖生成的5 一羟甲基糠醛稳定性较低，会进一步分解成甲酸和乙酰丙酸。 h 。h ：c 仓詈c h z - 8 旨- - c h 2 - - c 一h c 。h 生成的羰基化合物可通过红外谱图进行验证。图2 - 5 至2 7 是在不同体系压力下糖 苷化后混合物的红外谱图： 蚤 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 _ 。_ _ _ _ - - _ 。- - - 。，_ _ _ _ - 。 _ _ h _ - _ 。_ 。 _ 。 r 圈2 - 54 0 m m h g 时混合物的红外谱图图2 - 6l o o m m h g 时混合物的红外谱陶 i ，。，。，、 ， l 巾”2 0 洳j j 。o ；! i i i ”“l ! 。 1 r 。l f lj j ； 誓j 1 1 0 0 ： 2 7 2 0 f e n u 曲e r sc c f i ) 图2 - 71 5 0 m m h g 时混合物的红外谱图 通过图2 - 5 至2 7 的对比发现，在2 7 2 0o i l l 。处有中等强度吸收，并在1 7 2 0c l l l “ 处有羰基吸收，说明在体系中有醛基存在，是5 一羟甲基糠醛的吸收峰。在1 6 5 0c m “ 处是乙酰丙酸形成分子内氢键后的吸收和羧酸根离子的不对称伸缩震动吸收。随着 反应体系压力的增大，羧酸根离子的吸收强度和醛基中羰基的吸收强度的比值明显 地减小，说明在低压下葡萄糖更容易发生深度氧化，导致体系变酸性和产物不稳定。 因此，反应体系的压力应该适中，压力太小，葡萄糖容易发生深度氧化：压力太大， 葡萄糖容易氧化成大量5 一羟甲萋糠醛。同时，适串的压力下体系中含有少许水，增 强了催化剂的酸碱电离，可以提供足够大的h + 浓度，在本实验中选用的压力为4 k p a 。 单因素实验，为正交实验确定了考察因素的取值范围，为正交实验因素与水平 的选取奠定了基础。 2 ，2 5 正交实验 在单因素实验基础上，通过正交实验考察了各因素的显著性水平和各自的置信 区间，选用l 9 ( 3 3 ) 的因素水平表如表2 - 1 ，表2 - 2 为正交实验结果。 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 表2 一l 因素水平表 表2 - 2 正交实验结果 通过直接观察表2 2 ，发现9 号( a 3 8 3 c 2 ) 所得的残糖含量最低( o 1 3 ) ，1 号和2 号的二糖多糖含量最低( 均为o ) ；残糖含量高时，多糖含量却低，残糖含 量低时，多糖含量却高，因此，残糖含量和多糖含量是两个互相矛盾的评价指标。 通过计算发现，在三因素中温度的极差最大，所以温度是最重要的因素，其次 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 是反应时间，最后为催化剂用量。对残糖含量指标，较好的组合方式是：a 3 b z c 3 ， 即反应温度1 1 5 ，催化剂用量1 2 5 ，反应时间5 小时，经补做该实验点，残糖 为0 1 3 。对多糖含量指标丘，较好的组合方式是：a l b 2 c i ，即反应温度1 0 5 。c ， 催化剂用量1 2 5 ，反应时间3 小时，经补做该实验点，多糖为o 。在温度对反 应的影响中。对残糖质量百分含量而言，较好的温度为1 1 5 ，对二糖多糖质量百 分含量而言，较好的反应温度为1 0 5 ，综合考虑温度对反应的影响，较好的反应 温度为l l o 。 表2 - a 残糖含量( f t ) 方差分析表 s = ( k 1 2 + k 2 2 + k 3 2 ) 3 - - ( k 【+ k 2 + k 3 ) 2 9f 0 0 1 ( 2 ，2 ) = 9 9 0 ：f 0 0 5 ( 2 ，2 ) = 1 9 0 ：f o 1 ( 2 ，2 ) = 9 0 由此可见，温度对残糖含量有显著的影响，催化剂用量对残糖含量没有影响， 反应时闫对残糖含量有一定的显著性影响。 表2 - 4 多糖含量( f 2 ) 方差分析表 由此可见，温度对二糖多糖含量有高度显著性的影响，反应时间对其有一定的 显著性影响，催化剂用量对其没有影响。 通过表2 - 3 和表2 - 4 的方差分析可以看出，催化剂对残糖、二糖多糖质量百分 含量均没有影响，从节约成本的角度，应选择最小僵，即1 o ( w ( a e 0 0 ) 。反应时 间对残糖、二糖多糖质量百分含量有一定的显著性影响，对残糖含量指标而言，反 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 应时间越短，残糖含量越高，反应时间越长，残糖含量越低：x t - - - 糖多糖质量百分 含量，反应时间越短，二糖多糖含量越低，反应时间越长，二糖多糖含量越高，因 此，反应时间对这两项的影响是相反的。综合考虑反应时间对残糖、二糖多糖质量 百分含量的影响，较好的反应时间为4 小时。 在确定的优化工艺条件下进行了三次重复性实验，实验的重复性见表2 5 。 表2 - 5 优化工艺条件下的重复性实验 从表2 5 中可以看出，残糖、二糖多糖含量的变异系数均小于4 ，实验结果 具有较好的重复性。 2 3 本章小结 1 通过单因素实验为正交实验确定了反应温度、反应时间和催化剂用量三个考 察因素和各自的考察范围。 2 通过正交实验确定了优化工艺条件：反应温度为1 1 0 ，催化剂用量为 1 o ( w ( a e 0 ：。) ) ，反应时间为4 小时，体系压力为4 k p a 。在各因素中，反应温度的 影响最大反应时间次之，催化剂用量的影响最小。 参考文献 1 董耀雄烷基糖苷在发用和体用香波中的应用 j 嬲抬纪j 1 9 9 3 ( 2 ) ，3 4 4 0 2 李银华烷基糖苷中残糖的分析 j 灯宁 工，1 9 9 5 ( 2 ) ，5 6 5 7 3 张剑烷基糖苷中二糖多糖的分析 j 日用化学工业1 9 9 5 ( 5 ) ，3 卜3 3 4 张力田旎衣纪分纺纪学【砌北京：轻工业出版社1 9 8 8 5 李平平，张淑芬，杨锦宗烷基葡糖苷合成反应的动力学模型与复配性能 j 槠纫化工 2 0 0 3 ，v 0 1 2 0n o 1 2 2 - 2 5 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 3 1 简介 第三章醇醚糖苷的初步分离 常压桂层析法是一种经典液相色谱法，由上世纪初俄国植物学家茨维特首次提 出。经历了一个世纪后，今天常压柱色谱依然有着广泛的应用，显示着强大的生命 力，尤其是在分离分析复杂组分的混合物方面，有着显著的优越性。与高效液相色 谱相比，它可分离出较大量的纯组分，利用该纯组分可迸一步做物化性能检测等工 作，而制备型高效液相色谱仅能获得很少量的纯品，无法满足测物理化学性能的要 求。气相色谱只能检测一些易挥发、蒸气压低、沸点低的样品，而不适用于分析高 沸点有机物、高分子和热稳定性差的化合物以及生物活性物质。常压柱色谱可以做 到这一点，它可以分离高沸点有机物，而不受色谱柱所能达到温度的限制。可见常 压柱色谱是一_ 种有用的分离方法。高效液相色谱法采用了新型高压输液泵、高灵敏 度检测器和高效微粒固定相，从而使经典的液相色谱法焕发出新的活力。现在高效 液相色谱法在分析速度、分离效能、检测灵敏度和操作自动化方面，都达到了和气 相色谱法相媲美的程度，并保持了经典液相色谱对样品适用范围广、可供选择的流 动相种类多和便于用作制备色谱等优点。至今，高效液相色谱法已在生物工程、制 药工业、食品工业、环境检测、石油化工等领域获得广泛的应用。 实验在优化工艺条件下，对a l s o 。进行了糖苷化。并首次分别用常压柱色谱法和 高效液相色谱法对醇醚( a h o y ) 糖苷化后混合物进行了试探性分离。 3 2 常压柱色谱法 3 2 1 实验 3 2 1 1 仪器和试剂 b p 2 1 1 d 型电子天平，托京赛多利斯天平有限公司：层析柱( 由= 1 5 m m ，高= 3 0 0 m m ) ， 自制：阿贝折光仪，上海光学仪器厂。 氯仿、丙酮、9 5 7 , 醇、甲醇等均为分析纯；二次蒸馏水，自制；粗孔硅胶( 8 0 1 0 0 目，青岛海洋化工厂，使用前于1 2 0 ( 2 烘5 小时) ；a e o ，工业级，上海石油化学品 2 7 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 有限公司；c 。醇糖苷化后混合物，自制；醇醚( a e 倪) 糖瞥化后混合物，自制a 3 2 1 2 实验方法 3 2 1 2 1 分离条件的选择 硅胶是常压柱色谱最常用的固定相，是一种略带酸性的极性吸附剂，吸附活性 比氧化铝稍低，可用于分离大多数弱极性、中等极性和较强极性的化合物。实验中 的各种混合物极性相差比较大，尤其是醇醚糖营化后的混合物，组分极性相差更大， 有弱极性的c 。；脂肪醇，也有极性很强的烷基醚糖昔，极性从完全的油溶性跨度到 完全的水溶性，硅胶可用于分析如此复杂的混合物。吸附剂的比表面积是一个最重 要的特征因素，它直接决定着对样品的负载量和对样品的保留性质。对大多数孔型 吸附剂，其比表面积约为4 0 0 m 2 g ，这是一个具有实用价值的最大值，故8 0 1 0 0 目的粗孔硅胶较细孔硅胶的分离效果好。 色谱分离的好坏关键是展开与洗脱。依据色谱理论，要想保证较好的分离效果， 要求洗脱剂的极性强度和被分离组分的极性强度相近。考虑到被分离组分的极性相 差很大，单一洗脱剂根本无法分离，必须使用梯度洗脱剂。经查阅各种有机溶剂的 极性强度参数和它们在硅胶上的吸附强度参数嘲，实验选用氯仿、丙酮、9 5 乙醇、 甲醇、二次蒸馏水为流动相的组分，多次的实验结果表明：v ( 氯仿) ：v ( 丙酮) = 8 8 ：1 2 、 v ( 氯仿) ：v ( 丙酮) = 7 0 ：3 0 、v ( 氯仿) ：v ( 丙酮) = 5 0 ：5 0 、9 5 乙醇、甲醇、二次 蒸馏水为梯度洗脱剂，可以将族组分分离。 3 2 1 2 2 淋洗过程 每次实验均取硅胶2 5 9 干法装柱，然后用4 0 m l 石油醚润柱。取适量混合物， 待色谱柱上端润柱液即将露出硅胶时，加入该混合物。然后先加入第洗脱剂v ( 氯 仿) ：v ( 丙酮) = 8 8 ：1 2 ，控制流速为3 m l m i n ，用2 5 m l 的量筒分别接取2 5 m l 流出液 于已知质量的烧杯中，在水浴锅上蒸干溶剂后称质量，增加的质量即为淋洗得到的 馏分质量，然后用淋洗体积的累加值与每次回收的馏分的质量百分含量作淋洗曲 线；待v ( 氯仿) ：v ( 丙酮) = 8 8 ：1 2 的洗脱液冲洗完毕后，立即加入v ( 氯仿) ：v ( 丙 酮) = 7 0 ：3 0 的洗脱液，其余操作同上。在整个淋洗过程中要保持硅胶柱上端不于， 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 即勿使硅胶露出液面。还有一点需要注意，那就是分离旦开始就要就要分离完全 最好不要中途通过停止进流动相的方式暂停分离。 3 2 2 结果与讨论 3 2 2 1a e o ，淋洗曲线 实验中使用硅胶作为固定相分离样品，经活化的硅胶表面富含硅羟基，硅羟基 可以与一些极性化合物形成氢键，样品按形成氢键的能力大小逐一分离。醇醚中醇 组分含有端羟基，醚含有端羟基和聚氧乙烯链它们与硅胶形成氢键的能力是不同 的，醇中没有聚氧乙烯链，形成氢键的能力小于醚，或者说，醇与硅胶表面的相互 作用小于醚与硅胶表面的相互作用。脂肪酵聚氧乙烯醚中环氧乙烷加合数越多，与 硅胶的作用越强，保留时间越长。醇醚在硅胶表面上是按照环氧乙烷聚合数递增顺 序依次洗脱分离的，图3 - 1 为a e 如的淋洗曲线。 体积m _ 图3 - 1a e o s 淋洗曲线 l ：c t 2 t 0 h2 ：c 正a3 ：c w e o i4 ：c nj 4 e o z 5 ：c 1 2 l e 0 36 ：c ”e o 7 ：cl z - - l , e 0 5 8 ：c t + - t + e 0 6 从图3 一i 中可以看出，首先出峰的是c 。o h ，其次按e o 数递增的顺序依次出 峰，最后出峰是a e o 。判断该出峰顺序的另一个依据是柱色谱中峰的质量百分含量 和气相色谱中相应质量百分含量的对比，柱色谱中质量百分含量与气相色谱中质量 百分含量相等的组分，对应着相应的醇醚组分。例如，气相色谱中c z 脂肪醇和c 。 脂肪醇的质量百分含量之和为2 ：3 2 8 ，而柱色谱中l 号峰的质量百分含量为 2 9 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 2 3 0 1 ，二者几乎相等，同时根据极性的推断，可得出1 号峰为c 1 2 1 。脂肪醇，组分 的对比结果见表3 - 1 。 表3 - 1 柱色谱法和气相色谱法分析a e c h 中组分含量对比 柱色谱中峰号柱色谱中含量g c 中含量及组分 12 3 0 l 2 3 2 8 ( c , 2 - j4 0 h ) 2 54 4 7 2 4 5 3 6 ( c 1 2 1 4 e o 、c 1 2 j 4 e o ：、c 。e o 。) 6i 0 6 2 9 8 8 ( c 。，。e 0 。) 76 8 5 6 8 7 ( c 。e o ；) 8 6 4 3 6 6 8 ( c 1 2 1 4 e o d 从表3 - l 的对比中发现，柱色谱确实可以按照环氧乙烷加合数递增的顺序分离 醇醚，值得注意的是c m e 仉的累加体积为8 2 0 1 0 2 0 m l ，1 0 4 0 1 2 2 0 m l 内为c 。e o j ， 1 2 4 0 一 4 0 0 m 1 内为c 一；t e o e ，c - ：一e o 一与烷基糖苷是否重叠有待进一步考察。 折光指数连续变化是同系物的一个基本性质。在醇醚系列中，折光指数随着分 子量的增大连续增大。从图3 - 2 中折光指数增大的趋势可以推断出混合物是按照环 氧乙烷加合数递增的顺序逐一洗脱的。 体限，酬 图3 - 2 a e o 。折光指数 3 2 2 2 醇糖苷化后混合物的淋洗曲线 醇糖苷化后的混合物也是按照极性大小的顺序分开的。组分的极性大小顺序是 c 一脂肪醇 烷基糖昔( 葡萄糖 二糖多糖，因此，首先洗脱出的馏分是c 1 2 - j 4 脂肪醇， 缁 麒 坦 蜘 排 m 心 蜊# 硬$ 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 然后是烷基糖苷，其次是未反应葡萄糖，最后是二糖多糖。 图3 3 中的3 号峰是未反应葡萄糖而不是烷基二苷或烷基三苷。这是因为，假 设2 号峰为烷基单苷，3 号峰为烷基二苷，气相色谱表明，烷基单苷与烷基二苷的 质量百分含量之比为6 7 1 0 1 7 4 0 = 3 8 6 ，但2 号峰与3 号峰质量百分含量之比为 2 5 4 9 i 8 6 = 1 3 ，7 0 ，二者相差太大，显然2 号峰不是烷基单苷，3 号峰不是烷基 二苷：同样假设2 号峰为烷基单苷和烷基二苷，3 号峰为烷基三苷，气相色谱表明， ( 烷基单萤+ 烷基二苷) 烷基三苷的比值= 8 4 5 8 1 0 8 5 = 7 8 0 ，7 8 0 与1 3 7 0 相 差也比较大，可见这种假设也是不成立的：3 号峰的质量百分含量为0 5 4 ，与通 过化学法检测得到的残糖的质量百分含量0 4 8 大约相等，因此，可以判断3 号峰 为葡萄糖，2 号峰为烷基糖营。根据脂肪醇糖苷化反应的原料和可能的产物，糖苷 化后混合产物中除未反应脂肪醇、未反应葡萄糖、烷基糖苷外，可能的产物是葡萄 糖自聚生成二糖多糖，因此，4 号峰只可能是二糖多糖。 通过图3 3 发现烷基糖昔是在8 0 0 一1 0 0 0 m l 之间出峰，这与c 。e o ，相互重叠。 因此，c 。压n 与烷基糖苷是无法用常压柱色谱分离的。1 0 8 0 1 2 2 0 m i 体积内洗脱出 的馏分为葡萄糖，与c 。e o 。的洗脱体积相重叠，这二者也不能分离。二糖多糖在 1 3 8 0 - 1 4 4 0 m i 体积内洗脱出，与c 。4 e 魄的洗脱体积相重叠，也是不能分离的。 02 舯6 o1 a1 枷1 柏o1 o 黼m 图3 - 3c - 一。脂肪醇糖菅化后混合物的淋洗曲线 1 ：cl z ，, 4 0 h 2 ：c 一。烷基糖苷3 ：葡萄糖4 ：二糖多糖 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 3 2 2 3a e o 。糖苷化后混合物的淋洗曲线 在相同的梯度洗脱流动相条件下，对a e o , 糖昔化后混合物进行了分离，见图 3 - 4 。从图3 - 1 中可知0 - 8 0 0 m 1 体积内为c 。脂肪醇和加台数小于4 的醇醚，从而图 3 4 中卜3 号峰为c 。脂肪醇和加合数小于4 的醇醚，4 号峰在8 0 0 一1 0 0 0 m l 的累加 体积内，结合图3 - 1 和图3 - 3 可知，4 号峰包含有a e o 。和烷基糖苷，5 号峰含有a e o i 和葡萄糖6 号峰含有a e 魄、二糖多糖和烷基醚糖苷，而且烷基醚糖苷会是主要组 分，4 - 6 号峰质量百分含量之和为6 7 8 3 。 摄1 m 婪 螺1 4 4 6 图3 - 4a e o a 糖苷化后混合物的淋洗曲线 图3 - 5a e 0 ：糖苷化后部分组分的折光指数 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 图3 5 中的部分折光指数进一步验证了o - 8 0 0 m l 内的组分为加合数小于4 的醇醚。 因为图3 5 中的折光指数范围在1 4 4 2 一1 4 5 2 之间，与图3 2 中o - 8 0 0 m l 内组分的 折光指数相吻合，从而确认组分为加合数小于4 的醇醚。 在相同的梯度洗脱条件下，对a e o 。糖苷化后混合物进行了三次分离实验，计算 出4 - 6 号峰的质量百分含量之和，结果见表3 2 。 表3 2 三次重复性实验 3 3 高效液相色谱法 3 3 。1 实验 3 3 1 1 仪器及试剂 高效液相色谱仪( 美国w a t e r s 公司) ：m 5 1 0 泵头，c 。d i a m o n s i l ，5m ，4 6 2 5 0 m m 色谱柱，r 4 0 1 示差折光检测器，w a t e r s7 4 0 数据处理机，自动梯度控制仪。 乙氰：a r ，北京化工厂：n ，n 一二甲基甲酰胺：a r ，天津市化学试剂二厂；c 。 。脂肪醇：中轻物产江门化工有限公司，执行g b t 1 6 4 5 1 ；无水葡萄糖：河北圣雪医 药糖业有限责任公司；烷基糖苷( a p g ) ：自制，未脱除未反应的c 。脂肪醇；a e o ：；： 上海石油化学品公司。 3 3 1 2 色谱条件 流动相：v ( 乙氰) ：v ( n ，n 一二甲基甲酰胺) = 1 ：4 ，过滤好的溶剂按比例配制 超声脱气后使用； 色谱柱：c 【b d i a m o n s il ，5m ，4 6x2 5 0 m m ： 流速：1 o m l m i n ；温度：室温；进样量：2 0 ul 。 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 3 3 2 分离结果与讨论 3 3 2 1 醇醚糖苷化后混合物中谱峰的归属 上 图3 - 6c m 。脂肪醇的反相高效液相色谱图 t c n 脂肪酵2 c 。月目肪醇 从图3 咱可见，c ，：脂肪醇的保留时间为4 8 9 分钟，而c 。脂肪醇的保留时间为 6 1 0 分钟。c 。键合硅胶反相色谱住是按脂肪醇的碳链长度分离的，碳链越长，保留 时间越长，因此，c 。：脂肪醇的保留时间要比c 。脂肪醇的保留时间短。 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 4 fi ；4 7 i 封 i l 瓦f i 万而 t m i n 图3 7a e 如的反相高效液相色谱图 1 c t z 脂肪醇聚氧乙烯醚2 c - ：脂肪醇 3 c t t 脂肪酵聚氧乙烯醚4 c - - 脂肪醇 由图3 7 可见，a e 醌中的c ，：脂肪醇聚氧乙烯醚的保留时间为4 6 6 分钟，c ，：脂 肪醇的保留时间为4 8 8 分钟，c ，。脂肪醇聚氧乙烯醚醚的保留时间为5 6 3 分钟，c 。 脂肪醇的保留时间为6 1 1 分钟。在碳链长度相同的情况下，c m 键合硅胶反相色谱 住是按亲水基的亲水性强弱分离的，亲水基的亲水性越强，保留时间越短，因此， 醇醚中醚的保留时间普遍要比醇的保留时间短，醚先出峰，这可以通过加标实验验 证( 图3 8 ) 。 2 广_ _ t 0 肿5 ，0 0l o o o t m i n 图3 - 8a e 吼加标实验的反相商效液相色谱图 1 c 。；脂肪醇聚氧乙烯醚2 c ，：脂肪醇 3 c “脂肪醇聚氧乙烯醚4 c t 。脂肪醇 在a e o ：，中加入c 。腊肪醇后，图3 - 8 中的2 号和4 号峰对应组分的含量要比 图2 中的2 号和4 号峰对应组分的含量明显地增大，说明图3 8 中的2 号和4 号峰 分别为c 。脂肪醇和c 。脂肪醇。通过保留时间同样可以验证图3 8 中的2 号和4 号 峰分别为c 。：脂肪醇和c 。脂肪醇：2 号峰的保留时间为4 9 2 分钟，4 号峰的保留时 沙 ，一 中国日用化学工业研究院硕士研究生毕业论文左安宝 间为6 1 5 分钟，分别为c 。：脂肪醇和c 脂肪醇的保留时间。通过图3 7 和图3 - 8 可 以确定a e o 。中醇与醚各自的保留时间和它们的出峰相对顺序。 烷基糖苷中各组分在相同条件下的保留时间见图3 - 9 。 t m i n 图3 - 9 烷基糖苷的反相高效液相色谱图 1 多苷、未反应糖、生成的二糖多糖2 ez ：烷基单苷 3 c i 4 烷基单苷4 c n 脂肪醇5 c ，脂肪醇 从图3 - 9 中可以看出，c ，：烷基单苷的保留时间为3 9 0 分钟，c i 。烷基单苷的保 留时间为4 2 9 分钟。a p g 中的多苷、未反应糖、生成的二糖多糖的保留时间为2 3 2 分钟。由于糖基的存在，烷基糖苷的亲水性要比醇醚的亲水性强很多，因此，保留 时间也要比醇醚小。 ；i