（林产化学加工工程专业论文）蒜头果油制备15羟基十五烷酸甲酯及其环十五内酯的研究.pdf

蒜头果油制备15 一羟基十五烷酸甲酯 及其环十五内酯的研究 摘要 蒜头果油含有二十四碳1 5 烯酸4 0 6 0 ，它是合成1 5 羟基十五烷 酸甲酯和麝香类香料环十五内酯的理想原料。本文开展蒜头果油制备1 5 羟基十五烷酸甲酯及其催化关环合成环十五内酯的研究。主要研究内容和 结果有以下几方面： ( 1 ) 研究了蒜头果油制备1 5 羟基十五烷酸甲酯的两种合成路线，进 行了混合物分离纯化和结构表征。结果表明，蒜头果油直接臭氧化法制备 1 5 羟基十五烷酸甲酯的工艺路线短，二十四碳1 5 烯酸转化率为7 9 1 ；含 量8 1 7 5 的1 5 羟基十五烷酸甲酯粗品经柱层析分离后得到纯度为9 8 2 3 的产品，并用m s 、i r 、n m r 进行了表征。 ( 2 ) 分别考察了h z s m 5 分子筛和酯化催化剂焙烧温度、焙烧时间、 催化剂用量、1 5 羟基十五烷酸甲酯浓度、溶剂极性等对合成环十五内酯的 影响。结果表明，h z s m 一5 分子筛催化合成环十五内酯产率为2 1 9 ，进行 n h 4 + 交换改性后也不能提高环十五内酯产率；酯化催化剂的催化效果也不 好，环十五内酯产率最高为2 6 8 ，溶剂的极性小，有利于提高环十五内酯 产率。 ( 3 ) 系统比较了n h 4 y 型分子筛、p h 型催化剂、氨基磺酸、s 0 4 2 倔0 2 型固体超强酸、0 0 1 7 3 2 强酸性阳离子交换树脂和l s 5 0 强酸性阳离子交换 树脂等催化剂环化催化效果。结果指出，除d h 型催化剂外，其它固体催化 剂都有催化活性。其中，l s 5 0 强酸性阳离子交换树脂催化效果最好，产率 高达6 8 1 。 ( 4 ) 深入进行了l s 5 0 强酸性阳离子交换树脂催化1 5 羟基十五烷酸 甲酯合成环十五内酯的研究，确定了最佳反应时间和催化剂用量，考察了 1 5 羟基十五烷酸甲酯含量对产率的影响。结果表明，环十五内酯的产率和 含量随着原料中1 5 羟基十五烷酸甲酯含量的增加而增大，当1 5 羟基十五 烷酸甲酯含量为9 7 5 0 时，环十五内酯的产率和含量分别为7 5 7 和 5 3 3 7 。 关键词：蒜头果油1 5 羟基十五烷酸甲酯分离纯化环十五内酯 固体酸 i i s t u d yo np r e p a r a t i o no fm e t h y l 1 5 一h y d r o x y p e n t a d e c a n a t ea n d c y c l o p e n t a d e c a n o l i d ef r o mm a l a n i ao l e i f e r a o i l a b s t r a c t m e t l l y l15 - h y d r o x y p e n t a d e c a n a t ea n dc y c i o p e n t a d e c 觚0 1 i d em u s ka r es y i m l e s i z e df i r o m m a l a n i ao l e i f i e r ao i lw i c hc o n t a i 璐 4 0 6 0 c i s t e t r a c o s 15 e n o i ca c i d i tw 够s t u d i e dt o p r e p a r em e t h y l 15 - h y d r o x y p e n t a d e c 锄t e 厅o mm a j a i l i ao l e i f e 豫 0 i l ，觚dm e t h y l 15 一h y d r o x ) ，p e n 伙i e c a l l a t e 、a s c 砌y z e dt 0s y n m e s i z ec y c l o p e n t a d e c 锄o l i d e 1 1 1 em a i l l c o n t e n t sa n do u t c o m e sw e r ea sf b l l o w s ： i tw a ss t u d i e dt l l a tt w os ) ，i l t h e t i cr o m e st op 唧a r em e t l l y l15 h y d f o x y p i e n t a d e c a l l a t ef 如m m a l a n i ao l e i f e r ao i l ，a i 】【dm i x t u r ep u r i f i c a t i o na 1 1 ds t r i l c t i l r a ic h a r 刁l c t e r i z a t i o nt l ；a db e e nd o l l e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp r o c e s sr o u t et 0p r e p a r em e t 】哆l1 5 一h y d r o x y p e n t a d e c a n a t ew 弱s h o r t b yd i r e c to z o n i z a t i o nf 硒mm a 王a i l i ao l e i f i e r ao i l ，a n dc o i e r s i o nr a t eo fc i s t e 妇c o s 15 锄o i c a c i dw a s7 9 1 p u r ep r o d u c t 、i t ht l 呛c o m e n to f9 8 2 3 、a so b t a i n e db ys e p a r a t i n gc m d e m e t h y l15 h y d r o x y p e n t a d e c a i l a ：t eo f81 7 5 t h m u g hc o l 姗 1 nc h r o m a t o 鳓y ，a l l di t 、 ，弱 i d e n t i f i e db ym s 、取、1 3 c n m r n ee 舵c to fr o a s t i n gt e m p e m n l r e ，r o a s t i n g 缸e ，c a t a l y s t 砌t i o n0 fh z s m 一5z e 0 1 i t c 锄de s t e r i f i c a t i o nc a t a l y 瓯c o n c e 嘶a t i o no fm e t h y l15 - h y d r o x ) r p e n t a d e c 觚a t ea i l ds o l v e m p o l a r i 够0 ns y n t h e s i so fc y c l o p e n 拓l d e c a n o l i d eh a db e e nr e s p e c t i v e l ys t i l d i e d i t 出啷e dt h a t n l ey i e l do fc y c l o p e n t a d e c a l l o l i d ec a t a l y z e db yh z s m 一5z e o l i t c 坝毽2 19 ，a l l dt h ey i e l do f c y c l o p e n t a d e c a n o l i d ew a s1 1 0 t 血1 p r 0 v e db yn h 4 + c a t i o ne x c h a n g e i ta l s 0s h o w e dt h a t 也e e 毹c to fe s t e r i f i c a t i o nc 砌y s tw a sb a d ，也em a x i m u my i e l do fc y c l o p e n t a d e c 锄o l i d ew 舔 2 6 8 ，a n dt h ey i e l do f c y c l 叩e n t a d e c a n 0 1 i d ec o u l di n c r e a i f s o l v e n tp o l 撕t ) rw 弱s m a l i n ee 位c to fc a t a l y 啦o fn h 4 yz e o l i t e ，阻c a 伽y 鸥黝加s u l f o l l i ca c i d ，s 0 4 z 俑0 2s 0 1 i d s u p e m c i d ，0 0l - 7 3 2s 们n ga c i dc a t i o ne x c l 姗g er e s i n 锄dl s - 5 0s 呐n ga c i dc a t i o ne x c h a i l g e r e s i nw e r ec o m p r e h e l l s i v e l yc o m p a r e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta l ls 0 l i dc a ：t a l y s t sh a d c a l a l 埘ca c t i v 埘e x c e p tp hc a 切l y s t a n dt h ee 疏c t0 fl s 一5 0s 仃o n ga c i dc a t i o ne x c l l a i l g e r e s i nw 勰t h cb e s to f a l l ，t h em a x i m u my i e l do fc y c l o p c n 伽d e c 孤o l i d c 嗍6 8 1 1 nw a sm r t h e rs m d i e dt h a t c y c l o p e m a d e c 锄o l i d ew 嬲s y n n l e s i z e d 金o mm e t l l y l 15 - h y d r o x y p e m a d e c a n a t ec a t a l y z e db yl s 5 0s 仃0 n ga c i dc a t i o ne x c h a i l g er e s i 玛锄dm e o p t i m a lr e a c t i o nt i m e 锄dt h e 锄。眦to fc 删y s tw e r ef o u i l d ，a n d 也ee f r e c to fc o m e n to f m e t h y l15 h y d r o x y p e n t a d e c a n a t ew a ss t u d i e d t h er e s u h sw e r em a tt l l ey i e l d 雏d 廿l ec o n t e m o fc y c l o p e n t a d e c a i l o l i d ei n c r e a s e dw h e nt 量l ec o n t e n to fm e t l l y l15 h y d r o x y p e n t a d e c 锄【a t e g r o w e di nr e a c t i o l l t h ey i e l da i l dc o n t e n to fc y c l o p e n _ t a d e c 猢l i d ew e r e 删l y 7 5 7 锄d 5 3 3 7 w h e nt l l ec on t i ：n to f m e t h y l l 5 一h y d r o x y p e m a d e c 锄a ：t ew 嬲9 7 5 0 k e yw o r d s ：m a l a n i ao l e i f e r ao i l ；m e t h y ll5 一h y d r o x y p e n t a d e c a n o i ca c i d ； p 嘶f i c a t i o n ；c y c l o p e n t a d e c a n o l i d e ；s o l i da c i d i v 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：杨金来 2 口。暑年j 月z 7 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 国即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 敝储鹕摧齐刷磁名旁睁如蛑螂2 7 日 ，日大掌硕士学位论文翻e 头果油制鲁1 5 一羟基十五烷酸甲艏及其环十五内酯的研究 第一章绪论 麝香是一种珍奇的动物性香料，其扩散性和诱发力极强，具有特殊的柔和而优雅的 香气，良好的提香作用和极佳的定香能力，与玫瑰、茉莉花精油一起驰名世界。无论是 东方还是西方，人们一直对它有极大兴趣。在调香中，如果缺少麝香等动物性香料，其 香气就会缺乏动态情感；只有将动物性香料应用于香精等配方，才起到定香、烘托、圆 润与平衡整个香气的作用，给整个香气带来活力，并赋以动人的情感。据说，从简单的 古龙香型到精致的东方香型，不用麝香就不能调制出真正成功的香料。 麝香具有开窍、醒神、活血通络、消肿止痛之功效，主治热病神昏、中风痰厥、气 郁暴厥、中恶昏迷、经闭、心腹暴痛、痈肿瘰疬、痹痛麻木，治疗一切虚损恶病。现代 研究表明，麝香对中枢神经系统、心脑血管系统等均有显著的影响。在我国药典中，百 分之十二的中成药都配有麝香。因此在医药界也有着很高价值晗1 。 麝香最开始的来源是从自然界中直接提取，主要是从少数动物和植物中取得。在动 物中，只有三种具有重要的商品价值：麝獐香囊( 干燥的雄性麝獐腺体) ；灵猫的腺体， 从灵猫香浸出物得到；还有从鲁意齐亚那麝腺体中得到的，有优美的麝香香气。在植物 界仅有两种含有麝香香气，即麝葵籽和圆叶当归口1 。由于天然麝香来源稀少，不易获得， 且价格昂贵，天然麝香的产量日渐减少，随着人口的增长和人们生活水平的提高，对麝 香的需求不断增加；供需矛盾日益突出，因此利用人工合成方法，制备出与天然麝香具 有相同或相似理化特性的人造麝香是解决麝香供求矛盾的唯一办法h 1 。 有麝香香气的香料品种较多，有大环麝香类( 包括酮、内酯、双酯、醚内酯) ，多 环麝香类( 包括茚满型、四氢萘型、异香豆素型等) 及硝基麝香。麝香的香味来自于其 化合物中的大环化合物，基本结构是1 3 1 9 环，其中以大环酮和大环内酯最为珍贵，环 十五内酯就是其中之一。 1 1 环十五内酯简介 环十五内酯( c y c l o p e n t a d e c 觚0 l i d e ) 又名黄蜀葵素，属于大环内酯类麝香m 1 ；天然 来源于植物体中，当归根油是其自然界的唯一来源，但含量极低，提取很困难。环十五 内酯，香气似龙蜒麝香香型，环十五内酯这种大环化合物具有优美的动物性麝香香气， 香气细腻，文雅持久，具有良好的定香作用，即使在极低的浓度下仍有明显的圆和的定 香作用，十分珍贵而难得。 环十五内酯为白色或无色针状结晶，具有甜而浓郁的麝香香气；几乎不溶于水，溶 广西大学硕士掌位论文弱e 头果油制鲁1 5 一羟基十五烷酸甲酯及其环十五内酯的研究 于乙醇等有机溶剂；熔点3 6 3 7 ，沸点2 8 0 ，相对密度d 4 0 2 3 0 9 4 5 o 9 4 6 ；折射 率n 孑3 1 4 6 6 1 4 6 7 。 其结构式为： 彳= o o 环十五内酯作为优良的定香剂，微量用于花香型、木香型、琥珀香型、东方香型和 幻想型高级日用香精中。在香精中的用量为0 1 2 ，在烟酒用香精中也有较好的增香 效果，在香皂的用量为0 0 0 5 0 0 3 ，在香水中的用量为0 0 8 1 o ，在香酯中的用 量为o 0 0 3 0 0 1 ，就能达到所需的效果龉匕 环十五内酯是高级化装品的定香剂，随着人民生活水平的提高，以及对高级化装品 需求量的增加，化学法合成环十五内酯极具潜力。 1 2 蒜头果油简介 蒜头果( m a l a i l i a0 1 e i 6 瀚c h u i le tl e e ) ，又名山桐果、猴子果、野桐、马兰后等，属 青皮科，是一种木本长绿野生植物。蒜头果主要分布于中国云南东南部至广西西北部的 狭窄地带，是国家重点保护的稀有树种。蒜头果果仁富含油脂，具体成分如表1 1 所示 6 表1 1 蒜头果种仁油油脂组分 1 a b l e1 - 1c 0 m p o s i t i o no f m a l a n i a0 l e i f e r a0 i l 其种仁油脂的分子式为： c h 2 0 0 c r l 占h o o c r 2 占h 2 0 0 c r 3 其中，r l ，r 2 ，r 3 为碳链1 5 2 5 的烯烃基。神经酸( 二十四碳一1 5 一烯酸) 为白色 结晶，熔点顺式为4 4 4 5 ( 4 0 4 1 ) 、( 4 2 5 4 3 ) ；反式熔点为6 1 ，它可直接 作为医药和保健品应用。 二十四碳一1 5 一烯酸的不饱和键刚好在第十五十六碳上，是合成高价值麝香类香料 2 广西大学嘎盱士学位说文弱e 头果油能f 备1 5 一羟墓十五娩酸甲酯及其环十五内酯的研究 环十五内酯的理想原料留1 。而从蒜头果油合成环十五内酯，实现蒜头果油产业化，有利 于提高农民种植蒜头果的积极性，既起到保护稀有树种的目的，又增加了农民的收入， 非常有价值。 1 3 蒜头果油合成环十五内酯的研究进展 1 3 1 化学法合成环十五内酯 郭茂道等阳1 利用蒜头果油在实验室条件下合成出环十五内酯。其方法是先对蒜头果 油进行皂化、酸化及溶剂结晶制得二十四碳一1 5 一烯酸，然后再进行臭氧化一还原反应得 到1 5 一羟基十五烷酸，最后进行线性聚合，解聚，精制得到环十五内酯，合成路线如图 1 1 所示。 c h 3 ( c h 2 ) 7 c h = c h ( c h 2 ) 1 3 c o o h 旦型型塑业 k 2 c 0 3 一p e g 4 0 0 0 廿油 h o ( c h 2 ) 1 4 c o o h 彳= o o e 画五巫产埘夏垂五匝亟圈 塑压垂五匿产岖巫弘匝固 型正固 图1 1 环十五内酯的合成路线一 f i 吕l 一1s y n t h e t i cr o u ：t elo f c y c l o p e n t a d e c 锄o l i d e 这种方法与环十二酮为原料的合成法相比简化了工艺，降低了生产成本，但由于其 皂化和酸化反应产生皂化废液造成环境污染，从混合脂肪酸提取和分离二十四碳一1 5 一烯 酸的收率又仅在3 0 左右，加上溶剂需要回收、分离出的固体需要干燥，导致整个制备 过程操作多、工艺路线长、总得率低、能耗高、生产成本难以大幅度降低。 刘雄民等培3 以蒜头果油为原料，对其加入单一或混合使用的石油醚、无水乙醇等 3 翻e 头果油制备1 5 一羟基十五娩酸甲酯及其环十五内瞻的研究 有机溶剂搅拌均匀后，向混合物通入臭氧，臭氧化的反应温度控制在1 0 4 0 ，臭氧 化完成后，向臭氧化甘油酯中间体加入硼氢化钾、硼氢化钠等还原剂，使反应生成含有 十五碳的羟基甘油酯，在氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾等中的一种或两种以上的混合物 催化剂存在下，反应温度控制在15 0 2 5 0 ，真空度在l 5 0 m m h g 将该产物直接环化 生成含有环十五内酯的混合物大环内酯，再分离提纯环十五内酯，合成路线如图1 2 所 示。 医亟弘医巫亘五巫p 叫】困 图l - 2 环十五内酯的合成路线二 该方法与前述方法相比，大大减少了反应步骤，简化了工艺过程，降低了能耗，且 总得率高，生产成本显著降低，该方法也已经成功地实现了中试，为进一步工业化奠定 了基础。 1 3 2 生物法合成环十五内酯 潘湘波、梁静娟、刘雄民等n 3 1 以蒜头果油为原料先制备出二十四碳一1 5 一烯酸，进一 步反应得到1 5 一羟基十五烷酸。用筛选出具有脂肪酶活力的2 属1 5 株菌株，在微水有机 溶剂中使其催化酯化生成环十五内酯，探讨了脂肪酶活力与大环内酯环十五内酯产率的 关系，寻找具有高选择性合成环十五内酯的脂肪酶生物催化剂，其中c a i l d i d a s p g x u 0 1 脂肪酶可使底物环十五内酯产率高达8 8 。 刘雄民、沈芳、梁静娟等n 町从富含油脂的土壤中筛选到6 株产脂肪酶的菌株，其所 产脂肪酶在环己烷溶剂中具有催化1 5 一羟基十五烷酸甲酯关环生成环十五内酯的活性， 其中g x u 0 8 的转化率最高为1 7 。另外，研究了g 1 叫0 8 的脂肪酶水解活力对转化率 的影响，结果表明：转化率随脂肪酶活力的增加而增大，但增大到一定程度时转化率不 随酶活的增加而增大；继续加入酶粉进行反应，转化率又有所增加。 黄宏妙、沈芳、刘雄民等n 剐以1 5 一羟基十五烷酸甲酯为底物，进行了脂肪酶催化合 成环十五内酯研究，考察了酶活性与p h 值的关系，探讨了酶粉p h 记忆和有机相酸碱 性对内酯化反应的影响。结果表明，p h = 6 7 时脂肪酶的水解活力最高，p h = 6 6 5 时 1 5 一羟基十五烷酸甲酯转化环十五内酯的转化率最高，添加有机酸碱对内酯化反应产生 不利影响。 4 广西大掌硕士掌位论文 蒜头果油制畚1 5 一羟蓉十五烧酸甲酯及其环十五内酯的研究 1 4 固体酸催化合成环十五内酯的研究进展 日本东京大学t o o mo o k o s h i 和m a k o t 0o n a k a n 6 3 把在4 0 0 o 6 m m h g 预干燥2 h 的 d a h y 型( 脱铝h y 型沸石分子筛) ( s 讥l = 7 0 ) 催化剂、一羟基十五烷酸( 1 m m 0 1 ) 、 溶剂( 5 m l ) 一起在室温混合在烧瓶中。然后搅拌加热混合物1 5 h ，反应结束后，催化 剂通过抽滤分离，用四氢呋喃来洗涤收集产物和反应物，环化产物通过减压蒸馏被分离， 最后环十五内酯的产率为3 7 。 h 彳= o o 蒜头果油为天然产物，是合成一羟基十五烷酸的理想原料，用固体酸催化剂一 d a h y 型沸石分子筛代替液体酸，具有良好的环保性。刘雄民、赖芳、李伟光等n 7 1 以 1 5 一羟基十五烷酸甲酯为原料，采用固体酸h y 沸石催化剂合成环十五内酯，探讨h y 沸石性质与环化反应关系，寻找固体酸催化合成环十五内酯优化条件。实验结果表明， h y 沸石颗粒越小，越有利于环化反应；n a y 沸石，再经阳离子交换再脱铝催化生成环 十五内酯的转化率为：9 0 2 。 1 5 固体酸催化剂 1 5 1 固体酸催化剂 酸催化反应广泛应用于化学工业，医药工业。从过程来看可分成均相酸催化过程和 非均相酸催化过程n 羽。均相酸催化剂是硫酸等液体酸，具有催化活性高，成本低廉等优 点，但生产过程产生大量的废液，对环境造成污染，腐蚀设备，反应后分离困难，也不 利于实现连续化生产。 为了实现生产过程的“原子经济化和原料的“零排放这一标准，非均相酸催化 过程以其许多独特的优点，而受到人们的重视n 钆剐。固休酸催化剂已经成为当前化学工 作者的重要研究方向之一，为了保护环境，固体酸应用越来越广泛嗍。 所谓固体酸，一般来说就是能使碱性指示剂变色的固体：严格地讲，固体酸是指能 给出质子( b r o s t e d 酸) 或能够接受孤电子对( l e 丽s 酸) 的固体瞳。 1 5 2 固体酸催化剂的优点 与液体酸催化剂相比，固体酸催化剂具有如下优点嘲：( 1 ) 容易处理和储存l ( 2 ) 对 5 广西大掌硕士掌位论文翻滔b 果油制鲁1 5 一羟基十五烷酸甲酯及其环十五内酯的研究 设备无腐蚀作用；( 3 ) 反应后易与反应混合物分离；( 4 ) 易实现生产过程的连续化；( 5 ) 由于这类催化剂能长期使用容易再生而且稳定性高，因此可以克服其价格较高的不利因 素；( 6 ) 可消除废酸的污染。 1 5 3 固体酸催化剂的缺点 固体酸催化剂虽然具有很多优点，但也存在一些缺点：( 1 ) 固体酸的活性还远不及硫 酸等液体，如在同等条件下硫酸催化反应达到平衡的时间为1 0 m i n ，而固体酸一般需要 5 h 以上口3 1 ；( 2 ) 固体酸的酸强度高低不一，不能适应不同反应需要；( 3 ) 一般固体酸稳定 性较差，寿命较短易失活瞳钔；( 4 ) 酸强度分布宽、孔径小、易炭化；( 5 ) 固体酸价格较贵， 单位酸量相对较少，固其用量较大，造成生产成本的增高。 1 6 色谱法简介 色谱法作为一种分析分离技术与方法，从发明到现在已经有1 0 0 年的历史3 ，虽然 前3 0 多年间这种方法未受到应有的重视，但自上世纪4 0 年代后，逐渐得到发展，而且 其势头越来越猛，从技术到理论，到各种分离模式，以及在各个科学领域内的应用，得 到了突飞猛进的发展，现在已经成为分析化学学科中的一个重要分支。色谱技术不仅在 工业生产方面，而且在生命科学、材料科学、环境科学研究方面也是必不可少的手段和 工具。 1 6 1 薄层色谱法简介 薄层色谱法用于简单混合物中化合物的分离是一种理想的工具啪蚓。它无需特殊的 仪器设备，具有用样量少、简便、经济、可同时进行多个样品分析以及可同时进行定性、 定量分析的优点。因此它是一种公认的、应用广泛的通用分析方法。 薄层色谱法最早开始于1 8 8 9 年，当时荷兰的生物学家b e y c r 硫k 使一滴盐酸和硫酸 的混合液在明胶薄层上扩散，盐酸比硫酸扩散得快，它在硫酸圆环之外形成一个圆环， 他分别用硝酸银溶液和氯化钡溶液使盐酸和硫酸显色。1 9 4 0 年l a p p 和e m l i 发表了不含 粘合剂的薄层层析法，之后常有用薄层层析法分离提纯的报道。我国国内从五十年代初 开始发展柱层析法，1 9 6 0 年后开始开展薄层层析法。1 9 7 0 年后用肉眼观察比较斑点的 面积，用手工测面积仪测量斑点面积定量和洗脱法定量。约在1 9 7 0 年以后国内引进了 薄层扫描仪。约在1 9 7 8 年前后，国内开始出版薄层层析法的专著。目前薄层层析法和 薄层扫描定量工作已经在全国各地广泛开展。 所有的层析系统都由互不相溶的两相组成，固定相和流动相。利用混合物中各组分 的物理化学性质的差异( 如吸附力、分子形状大小、分子极性，分子亲和力，分配系数 6 广西大掌硕士掌位论文翻- j 七果油制备1 5 一羟| 0 十五烷酸甲旨及其环十五内旨的研究 等) 使各组分以不同程度分布在两相中，它们以不同的速度流动，最终彼此分开。 1 6 2 柱层析法简介 用吸附柱色谱对混合物的分离与薄层色谱的原理一样也是基于混合物组分在固定 相和流动相之间分配平衡的差异而实现的。作用方式和吸附强度主要是取决于吸附剂的 性质，被吸附物质的化学成分和流动相的成分。 经典吸附柱层析法是分离纯化的一种重要方法。主要是用合适的吸附剂作为填料填 充在柱子中，将待分离的样品转入柱中，然后用洗脱剂进行洗脱以达到分离提纯的目的。 由于其操作简易、设备简单、处理量较大等优点，柱层析法广泛应用于工业生产中的分 离提纯3 1 3 射。 1 7 主要研究内容 以蒜头果油为原料进行1 5 一羟基十五烷酸甲酯和环十五内酯合成研究，由于蒜头果 油的脂肪酸组成复杂，分离困难，从反应物中分离1 5 一羟基十五烷酸甲酯很少有文献报 道。已报道的文献中，利用固体酸催化碳链较短的羧酸与醇的酯化反应，酯化率较高。 而利用固体酸催化长链羟基脂肪酸甲酯合成大环内酯的研究少有报道，在固体酸催化合 成环十五内酯的研究中，寻找合成环十五内酯的最佳固体酸催化剂是关键。本文针对蒜 头果油固体酸催化合成环十五内酯存在的诸多问题，重点开展如下研究： ( 1 ) 1 5 一羟基十五烷酸甲酯的制备及纯化研究。为了考察1 5 一羟基十五烷酸甲酯固 体酸催化关环原因，有必要对反应物进行分离纯化。 ( 2 ) 采用多种固体酸( 沸石分子筛、强酸性阳离子树脂等) 分别催化1 5 一羟基十五 烷酸甲酯合成环十五内酯，探讨不同种类的固体酸对环化反应的影响，然后确定最佳工 艺参数，找出最佳的固体酸催化剂。 ( 3 ) 在最佳固体酸酸催化剂条件下，考察不同含量的1 5 一羟基十五烷酸甲酯合成环 十五内酯的影响。 7 广西大掌硕士掌位论文蒜头果油制鲁1 5 一羟基叶- 二巨烷酸甲酯及其环十五内酯的句 宅 2 1 合成路线的设计 第二章实验设计及相关原理 蒜头果油是植物油脂，具有长碳链甘油酯的特点。其典型分子结构如图2 - 1 所示： ab 年h 幻o c ( c h 2 ) l c h = 长h ( c h 2 ) 7 c h 3 c ho p c ( c h 2 ) m c 印h ( c h 2 ) 7 c h 3 c h 利o c ( c h 2 ) n c h 丰h ( c h 2 ) 7 c h 3 ib t 图2 1 蒜头果油分子结构 f i g 2 lt h em o l e c u l 盯s t 九l c t u o f m a l m i ao l e i f e 豫c h m l e to i l l ，m ，n 7 ，其中带双键的脂肪酸也可是碳链1 7 的饱和脂肪酸。 实际存在的蒜头果油中是以混合脂肪酸甘油酯的形式存在： 当l ( 或m ，n ) = 1 3 时，其对应的水解产物为二十四一1 5 一碳烯酸； 当l ( 或m ，n ) = 1 1 时，其对应的水解产物为二十二一1 3 一碳烯酸； 当l ( 或m ，n ) = 7 时，其对应的水解产物为十八一9 一碳烯酸。 酯类物质经过皂化反应，酸化得到羧酸，对双键进行切断后，可以形成羟基、醛基和羧 基等嘲1 。由图2 1 可知，蒜头果油分子结构为带有双键的脂肪酸甘油酯。所以，蒜头果油制 备1 5 一羟基十五烷酸甲酯有两种路径。一是先经过皂化反应在龃处断裂得到碳烯酸，然后经 过臭氧化一还原反应在b b 处断裂得到羟基烷酸，再与甲醇反应得到；二是先经过臭氧化一还 原反应在b b ，处断裂得到羟基烷酸甘油酯，然后与甲醇进行酯交换i 缸处的甘油酯变成甲酯。 由于蒜头果油的脂肪酸成分复杂，所得到的1 5 一羟基十五烷酸甲酯为混合物，研究其纯化， 对深入研究关环反应很有意义。最后，1 5 一羟基十五烷酸甲酯在固体酸催化下合成环十五内 酯。 2 1 11 5 一羟基十五烷酸甲酯的合成 路线一( 二十四碳一1 5 一烯酸臭氧化还原法) ：蒜头果油经过皂化、酸化及溶剂结晶 制得二十四碳一1 5 一烯酸，再经臭氧化一还原反应、酸化得到1 5 一羟基十五烷酸，然后与甲 醇进行酯化反应得到1 5 一羟基十五烷酸甲酯。反应方程式如下所示： ( 1 ) 二十四碳一1 5 一烯酸的制备 富含二十四碳一1 5 一烯酸甘油酯的蒜头果油经过皂化、酸化及溶剂结晶可制到= 十 8 四碳1 5 烯酸。 车h 2 0 0 c r l9 h 2 0 h g h o o c r 2+ n a o h - r x c o o n a + 车h o h c h 2 0 0 c r 3 c h 2 0 h r x c o o n a + h 广k c o o h r x ，r l ，r 2 ，r 3 为碳链1 5 2 5 的烯烃基。 ( 2 ) 二十四碳一1 5 一烯酸发生臭氧化反应 吼榔一c 岬勤心o o n 与吼：，鼹m ( 3 ) 臭氧化中间体发生还原反应 i f i i i i 明3 弋州啦h 3 咖h ( 4 ) 1 5 一羟基十五烷酸进行甲酯化反应 k b h 4 ，n a o h h o ( c h 2 ) 1 4 c o o h h 3 u 4 h 0 ( c h 2 ) 1 4 c o o h + m e o h 二= - h o ( c h 2 ) 1 4 c o o c h 3 路线二( 蒜头果油直接臭氧化还原法) ：蒜头果油经过臭氧化一还原反应、酸化得到 羟基烷酸甘油酯，然后与甲醇进行酯交换反应得到1 5 一羟基十五烷酸甲酯。反应方程式 如下所示： ( 1 ) 蒜头果油发生臭氧化反应 c h 2 0 0 c r l e h o o c r 2 旦 c h 2 0 0 c r 3 其中，r l ，r 2 ，r 3 为碳链1 5 2 5 的烯烃基，l ，m ，n 7 ，当l ( 或m ，n ) = 1 3 时， 其对应的脂肪酸为二十四碳一1 5 一烯酸。 ( 2 ) 臭氧化中间体发生还原反应 9 广西大掌硕士掌位论文确e 头果油制鲁1 5 一羟基十五烧酸甲酯及其环十五内酯的研究 c h 2 0 0 c ( c h 2 ) l c h 2 0 h j 害等i七h o o c ( c h 2 ) m c h 2 0 h 0 h ，h + 、 一一 其中，l ，m ，n 7 ，当l ( 或m ，n ) = 1 3 时，其产物对应的脂肪酸为1 5 一羟基十五 烷酸。 ( 3 ) 酯交换过程 f h 2 0 0 c ( c h 2 ) l c h 2 0 hc h 2 0 h 芦o o c ( c h 2 ) m c h 2 0 h+ c h 3 0 h 堕翌h o c h 2 ( c h 2 ) x c o o c h 3 + e h o h c h 2 0 0 c ( c h 2 ) n c h 2 0 h 占h ，o h 当x = 1 3 时，对应的目标产物为1 5 一羟基十五烷酸甲酯。 2 1 2 固体酸催化合成环十五内酯原理 1 5 一羟基十五烷酸甲酯关环脱去一分子甲醇生成内酯。在酸性条件下，内酯和1 5 一 羟基十五烷酸甲酯形成一种平衡。在1 5 一羟基十五烷酸甲酯进行酯交换生成内酯的过程 中，不仅分子内发生酯交换生成内酯，而且分子间也发生线性聚合反应生产二聚体、三 聚体等多聚体酯类化合物。因此，选择合适的固体酸催化剂，是反应向生成内酯的方向 进行的关键。由于1 5 一羟基十五烷酸甲酯是有机物，常温下为固体，所以需要有机溶剂 进行溶解分散。 在酸性催化剂存在下进行的酯化反应属于加成消除历程，固体酸催化1 5 一羟基十五 烷酸甲酯合成环十五内酯的反应为双分子反应历程，机理如下所示： o厂o h + h o 一( c h 2 ) 1 4 一些一o c h 3 + 旷= ih o 一( c h 2 ) 1 4 一寺l =h o 一( c h 2 ) 1 4 一苎一o c h 3 + 旷= lh o 一心h 2 几4 一t l 1 o c h 3 j h 1 0 c h l 0 h + c h 3 0 h h h 田+ f r o q c 一 +irph 厂西大掌司配b 学位截瞄窝e 头果油制备1 5 一羟基十五烷酸甲酯及其环十五内酯的研究 伊o h = o g = o + 矿 i o 决定1 5 一羟基十五烷酸甲酯进行反应的关键在于第一步碳正离子的形成，进攻碳正 离子的可能是自己羟基的氧，最后生成目标产物环十五内酯，也可能是其它羟基的氧， 从而导致产物复杂，副反应多。其中主要的是线性聚合，酸强度不同，聚合度不同，反 应如下所示： oo h o ( c h 2 ) 1 4 县o c h 3+ h o ( c h 2 ) 1 4 c o o c h 3 ：= h o ( c h 2 ) 1 厂毯o ( c h 2 ) 1 4 c o o c h 3 + c h l o 膏 f ； h o ( c h 2 ) l 厂c o ( c h 2 ) 1 4 c o o c h 3 + h o ( c h 2 ) 1 4 c o o c h 3 ；= = h 【q c h 2 ) 1 4 c o 】3 0 c h 3 + c h 3 0 h + h o ( c h 2 ) 1 4 c o o c h 3 一= = = h 【o ( c h 2 ) 1 4 c o 】n o c h 3 + c h 3 0 h 2 21 5 一羟基十五烷酸甲酯的纯化原理 由于蒜头果油为脂肪酸甘油酯，脂肪酸主要为二十四碳1 5 烯酸，二十二碳1 3 烯 酸和十八碳9 烯酸，所以，经过一系列化学反应制得的1 5 羟基十五烷酸甲酯粗品里面 主要含有1 5 羟基十五烷酸甲酯，1 3 一羟基十三烷酸甲酯，9 羟基九烷酸甲酯，壬醇和二 十四碳1 5 烯酸甲酯等。有些物质性质相近，采用蒸馏和重结晶等传统的分离方法很难 得到纯的1 5 羟基十五烷酸甲酯，为了得到纯的1 5 羟基十五烷酸甲酯，采用薄层色谱与 柱层析相结合的方法对其进行纯化研究。本实验以硅胶作为固定相进行了实验。 2 2 1 薄层色谱原理部分 薄层层析法( t l l i nl a y e rc h r o m a t o 鲈叩h y ，简称t l c ) ，是一种薄层吸附色谱，分离效 果好，样品用量少，灵敏度高，分析速度快。它利用混合物中各组分( 或称成分) 的物 理和化学性质的差别，使各组分以不同程度分布在两个不相混溶的相( 煅) 中，其中 一个相为固定的，称为固定相( 蚴i o n a d rp l 粥e ) ，另一个相则流过这固定相，称为流动 相( m o b i l ep h a ) ，由于各组分以不同速度移动，因而达到分离。 在硅胶g 的薄层层析法中，硅胶g 是固定相，展开剂是流动相，硅胶g 对样品中 各组分的吸附力有大有小，展开剂流过硅胶g 薄层上各组分时，吸附的较牢的组分较难 被展开剂解吸( d e s o r b e d ，即从吸附剂上进入流动相中) ，吸附的较弱的组分较易被展开 剂解吸。因此各组分在展开过程中，在吸附剂上反复进行着多次吸附和解吸过程。吸附 时组分留在固定相上，解吸时，组分进入流动相吸附的较弱组分移动速度就较大些 广西大学硕士学位论文期e 头果油制畚1 5 一羟基十五烧酸甲酯及其环十五内酯的研究 吸附的较牢的组分移动速度就较小些，这样，各组分的移动速度就产生了差别，这种差 别本来并不大，但是经过多次重复( 一块长1 0 1 5 c m 的薄板可重复几百次) 的结果，使 微小的差别积累起来成为大的差别，从而提高了分离效果，达到了分离目的。 在薄层层析法中使用的薄层板一般多采用湿法铺层，湿法是把吸附剂加水或其他溶 液( 或溶剂) 先调匀成糊状物后铺板，有些吸着剂中还要另外加入少量粘合剂，以增加 制成薄板的牢固性。湿法铺成的薄层，优点是比较牢固，点样时点样管不会损坏薄层和 不会粘着吸着剂，展开和显色时吸着剂粉末不会损失或被吹散，层析完毕后的薄层板便 于保存；它还可以用颗粒很细小的吸着剂铺层，铺成的薄层厚度比干法铺成的薄些，一 般的厚度是0 2 5 i i l i i l ；又因湿法铺成的薄层，其吸着剂颗粒之间的空隙较小，毛细作用 较小，展开后组分斑点集中，所以分离度较好。 薄层层析法中组分移动情况通常以比移值r f 来表示，不同组分具有不同的比移值， 同一组分在相同的条件下分析时具有特定的比移值，比移值成为物质种类的外在表现， 因此比移值是分析确认物质的一个重要参数。展开剂极性参数直接关系着组分的比移 值。溶剂极性参数6 越大，比移值r f 越大。为了便于观察显色效果，应尽量使所要分析 的主要组分的r f 在0 3 一o 8 之间。 薄层色谱法与其它色谱法相比，具有一些自己的优点：( 1 ) 简便易行，容易掌握。 ( 2 ) 薄层板使用一次后即可弃去，只要样品中的杂质不影响测定的进行，就不必考虑杂 质的污染问题，对样品的净化要求低。( 3 ) 在一块薄层板上可以同时展开多个样品，所 以样品分析时间短，并且样品展开后，薄层上很多组分的斑点中可以只选择其中所需测 定的一个或几个斑点进一步精密分析测定。而在气相或液相色谱中，则必须等一个样 品中所有组分均流经色谱柱分离和鉴定后，才能进第二个样品进行分析。( 4 ) 为使复杂 的样品充分分离，可更换不同的展开剂，直到能够将所有成分有效分离，然后进行鉴定。 ( 5 ) 展开后的薄层可以用不同的扫描条件反复扫描比较，只要所测的斑点在稳定存放期 内，可以随时测定。( 6 ) 薄层色谱可选用各种不同的显色剂显色，有助于定性鉴别。 2 2 2 柱层析原理部分 柱层析法是提纯有机化合物的一种重要方法，虽然原理与薄层色谱法相同，但其具 有分离效果好，处理量大的优点，为了得到1 5 一羟基十五烷酸甲酯纯品，采用柱层析法 对1 5 一羟基十五烷酸甲酯粗品进行纯化。 柱层析法是一种高灵敏度、高效的分离技术，在层析柱内装有层析剂，它是分离中 的固定相或分离介质，由基质和表面活性官能团组成。基质是化学惰性物质，它不会与 目的产物或杂质结合，吸附柱层析和离子交换柱层析常被采用。对活性官能团而言它则 会有选择的与目的产物或杂质产生或强或弱的结合性。当移动相中的溶质通过固定相 时，各溶质成分与活性基团的吸附力和解吸力不同，因此它们在柱内的移动速度产生差 异，因此将目的产物分离出来。 1 2 稠融b 果油制备1 5 一羟基十五烷酸甲酯及其环十五内酯的研究 3 1 实验仪器与药品 3 1 1 实验仪器 第三章仪器药品及实验 y c y g c o o l 0 型臭氧发生机( 湖南长沙远超臭氧设备有限公司) d f 1 0 1 b 集热式恒温加热磁力搅拌器( 巩义市予华仪器有限责任公司) z d 2 6 7 型永磁直流电动机( 北京京伟电器有限公司) d w 二l 型无级恒速