甜味劑紐甜合成新工藝

張金峰，沈寒晰，張存社，白燕，周魁

（陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西 西安 710054）

甜味劑紐甜合成新工藝

張金峰，沈寒晰，張存社，白燕，周魁

（陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西 西安 710054）

以3，3-二甲基丁酸、阿斯巴甜為原料,經(jīng)還原、氧化和催化氫化等步驟合成了紐甜,總收率達45.5%，產(chǎn)品的物理性質(zhì)與波譜數(shù)據(jù)與文獻一致，本合成工藝原料易得，反應(yīng)容易控制，設(shè)備要求低，有良好的工業(yè)化前景。

3，3-二甲基丁酸；甜味劑；紐甜；合成

紐甜化學(xué)名稱N-[N-（3,3-二甲基丁基）-L-a-天門冬氨酰-L-苯丙氨酸-1-甲酯，目前代表著人類為開發(fā)強力甜味劑而取得的最高水平的最新成就，甜度為蔗糖的8000倍～13000倍，甜味純正，甜味特性與蔗糖幾乎一樣，穩(wěn)定性好，無齲齒性。紐甜，簡稱NTM，是一種低熔點、無味、結(jié)晶性化合物，熔點范圍為80.9℃～83.4℃,在200℃以下不會分解。其形態(tài)多為白色結(jié)晶性粉末，結(jié)合水的量為4.5%，NTM的經(jīng)驗分子式為C20H30N2O5·H2O，分子量為 396.48[1]，結(jié)構(gòu)式見下圖 1。

圖1 紐甜結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structure of neotame

紐甜對人體健康無不良影響，起有益的調(diào)節(jié)或促進作用。已于2002年7月9日通過美國FDA食品添加物審核允許應(yīng)用在所有食品及飲料。中華人民共和國衛(wèi)生部2003年第4號公告也正式批準紐甜為新的食品添加劑品種[2]，也是唯一不限量使用的無糖甜味劑，適用各類食品生產(chǎn)，適用于老人，兒童及糖尿病患者。

紐甜的合成研究，國外報道較多，主要有1-氯-3，3-二甲基丁烷氧化得到3，3-二甲基丁醛，再由丁醛和阿斯巴甜氫化得到紐甜[3-4]。3，3-二甲基丁烯反應(yīng)得到3，3-二甲基環(huán)氧丙烷，再由環(huán)氧丙烷重排得到3，3-二甲基丁醛，最后由丁醛和阿斯巴甜氫化得到紐甜[5-7]。用二甲基亞砜將3，3-二甲基丁醇氧化得到3，3-二甲基丁醛，然后由丁醛和阿斯巴甜氫化得到紐甜，產(chǎn)生惡臭，產(chǎn)率低[8]。

國內(nèi)報道較少，主要有以異丁烯、乙烯和阿斯巴甜為原料三步合成紐甜，總收率14.5%[9]；以叔丁醇為原料分四步合成紐甜，總收率25.8%[10]。作者經(jīng)過摸索試驗，以3，3-二甲基丁酸和阿斯巴甜為原料，通過還原、氧化、催化氫化反應(yīng)制得紐甜。

1 試驗部分

1.1 主要原料與儀器

1.1.1 原料

3，3-二甲基丁酸、阿斯巴甜工業(yè)級；乙二醇二甲醚、氯化鋅、乙醚、硼氫化鉀、碘化鉀、硫代硫酸鈉、二氯甲烷、次氯酸鈉、TEMPO、甲醇等化學(xué)純；10%Pd/C催化劑。

1.1.2 儀器

高壓反應(yīng)釜GCF型（V=1L，攪拌速度：0-1000R.P.M，加熱功率1500 W)，包括自動控制箱：大連自控設(shè)備廠；ZK-82A真空干燥箱：上海市實驗儀器廠；SHZDIII型循環(huán)真空泵：鞏義市英峪予華儀器廠；ZFQ85A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海醫(yī)械專機廠；Bruker Equinox（紅外光譜儀400 Ultrashield核磁共振波譜儀：德國布魯克光譜儀器公司。

1.2 3,3-二甲基丁醇合成

向三口燒瓶中加入氯化鋅31 g和乙二醇二甲醚200 mL，攪拌，緩慢加硼氫化鉀24.3 g，保持溫度35℃。加完后繼續(xù)攪拌一段時間后，用滴液漏斗滴加3，3-二甲基丁酸36 g，滴加完后保持回流反應(yīng)4 h。反應(yīng)完用稀鹽酸水解，乙醚萃取，堿水洗滌，飽和鹽水洗滌，最后蒸餾得到3，3-二甲基丁醇21.6 g，收率68%，反應(yīng)方程式見下圖2。

1.3 3，3-二甲基丁醛合成

往三口燒瓶中添加3，3-二甲基丁醇20.4 g、二氯甲烷80 mL和催化劑TEMPO 0.5 g，攪拌，用冰鹽水冷卻至-5℃，然后滴加次氯酸鈉240 mL，保持溫度在5℃反應(yīng)1.5 h。反應(yīng)完成后分液，用碘化鉀溶液洗滌水相，合并至有機層，通過酸洗，硫代硫酸鈉洗滌，再水洗，干燥后蒸餾得到3，3-二甲基丁醛17.8 g，收率89%，反應(yīng)方程式見圖3。

圖2 3，3-二甲基丁醇還原反應(yīng)Fig.2 Reduction equation of 3,3-dimethylbutyric acid

圖3 3，3-二甲基丁醇氧化反應(yīng)Fig.3 Oxidation quation of 3,3-dimethylcarbinol

1.4 紐甜合成

在高壓反應(yīng)釜中加入阿斯巴甜30 g、甲醇400 mL,再加入1.8 g 10%Pa/C催化劑及3,3-二甲基丁醛10 g,以500 r/min速率攪拌。用N2驅(qū)趕空氣2次,再用H2驅(qū)趕N22次,最后保持0.5 MPa壓力,升溫至30℃,以1000 r/min速率攪拌,反應(yīng)8 h,反應(yīng)停止后,用N2驅(qū)趕H2,待反應(yīng)液冷卻至室溫后抽濾,用40 mL甲醇洗滌催化劑。減壓蒸餾蒸發(fā)掉大部分甲醇，加入水，繼續(xù)蒸餾，然后放置冷卻，抽濾。用甲醇和水重結(jié)晶得白色固體28.5 g,熔點80℃～85℃，收率75%，反應(yīng)方程式見圖4。

圖4 紐甜合成反應(yīng)Fig.4 Synthesis of neotame

2 結(jié)果與討論

在合成3，3-二甲基丁醇的反應(yīng)中，加入硼氫化鉀時須緩慢添加，防止反應(yīng)過快，大量放熱導(dǎo)致噴出，然后緩慢滴加3，3-二甲基丁酸后，在回流溫度下反應(yīng)，隨著反應(yīng)時間的延長，收率先升高后變化不明顯，反應(yīng)時間過短反應(yīng)不完全，收率低，當收率到一定水平后，時間延長，收率沒有明顯變化，由實驗可知，保持一定的試驗配比，在回流溫度下反應(yīng)4h可獲得較高的收率。

控制溫度在-5℃，滴加次氯酸鈉，可以生成3，3-二甲基丁醛，溫度過高，氧化過度，生成3，3-二甲基丁酸，隨著反應(yīng)時間增加，收率先提高后降低，反應(yīng)時間過長，使副反應(yīng)增加，從而使收率降低，反應(yīng)1.5 h可獲得較高的收率。

在紐甜合成反應(yīng)中，催化劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)釜壓力等因素都對反應(yīng)收率有明顯的影響，反應(yīng)收率隨催化劑用量的增大而增大，當催化劑用量增至一水平后，收率隨催化劑用量的增大而不再明顯增大；反應(yīng)溫度是影響反應(yīng)吸氫速度的重要因素，反應(yīng)收率隨溫度升高逐漸增大，而后隨溫度的升高又降低，這是因為一開始溫度升高有利于原料吸氫，催進反應(yīng)進行，而后溫度過高，導(dǎo)致副反應(yīng)速度加快，副產(chǎn)物增多，使收率降低；反應(yīng)收率隨壓力的增加而先增大后減小，通過實驗可知，在催化劑用量為1.6 g,反應(yīng)溫度30℃，反應(yīng)壓力0.5 MPa條件下，可獲得較高收率。

3 結(jié)論

以工業(yè)化生產(chǎn)的3，3-二甲基丁酸為原料，采用新的合成路線，經(jīng)過還原、氧化得到重要中間體3，3-二甲基丁醛，用3，3-二甲基丁醛和阿斯巴甜反應(yīng)得到甜味劑紐甜。此合成工藝原料易得，工藝簡單，反應(yīng)時間短，無腐蝕性物質(zhì)產(chǎn)生，合成收率高。而且工藝穩(wěn)定,合成成本低,產(chǎn)品純度好,有較好的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)前景。

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Study of the Synthesis of Neotame

ZHANG Jin-feng,SHEN Han-xi,ZHANG Cun-she,BAI Yan,ZHOU Kui
（Shaanxi Provincial Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry，Xi’an 710054，Shaanxi,China）

The Neotame was synthesized from 3,3-dimethyl butyric acid and aspartame via reduction,oxidation and catalytical hydrogenation,with a total yield of 45.5%,the physical properties and Inf rared Spect roscopy of product are identical with literature.The synthetic raw materials readily available,the reaction easier to control,equipment that require low,there is a good prospect for industrialization.

3,3-dimethylbutyric acid；sweetener；neotame；synthesis

陜西省科技攻關(guān)項目（2010k07-18）

張金峰（1979—），男（漢），工程師,碩士，主要從事精細有機合成方面的研究。

2010-08-02