VC棕櫚酸酯的合成及工藝研究

楊波

摘要：文章以直接酯化法制備VC棕櫚酸酯，采用L-抗壞血酸和棕櫚酸為原料在濃硫酸的催化下反應(yīng)，觀察反應(yīng)溫度、棕櫚酸與Vc勺摩爾比、攪拌時(shí)間、硫酸加入量對(duì)產(chǎn)率的影響，利用正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化工藝條件，最終得到較適宜的工藝條件為：反應(yīng)溫度為30℃，n棕櫚酸：nvc=1.2：1，攪拌時(shí)間為3h，硫酸加入量為35mL，通過(guò)產(chǎn)品外觀、熔點(diǎn)及紅外光譜對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表征。

關(guān)鍵詞：VC棕櫚酸酯；合成；直接酯化法

VC棕櫚酸酯因其特有的功能，已經(jīng)廣泛被添加在油脂或食品中用做脂溶性抗氧劑及營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑[1]。全世界現(xiàn)在每年對(duì)于VC棕櫚酸酯的需求大約為5000 t，但VC棕櫚酸酯的高成本阻礙了它在各個(gè)行業(yè)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。工業(yè)化生產(chǎn)中大部分采用的是濃硫酸直接酯化合成VC棕櫚酸酯，但其分離困難、產(chǎn)品純度低、成本昂貴等問(wèn)題嚴(yán)重影響生產(chǎn)[2]，使得經(jīng)濟(jì)效益不高。因此，拓展VC棕櫚酸酯市場(chǎng)的有效途徑是解決目前制備VC棕櫚酸酯存在的這些問(wèn)題[3-6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)以濃硫酸催化L-抗壞血酸和十六酸合成L-抗壞血酸棕櫚酸酯。首先確定L-抗壞血酸的量，再調(diào)節(jié)十六酸的量，使得L-抗壞血酸與十六酸的摩爾比介于1：1～1：1.4。在三口燒瓶里加入加入硫酸和十六酸溶解后，再加入VC，攪拌加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束靜置18 h，用冰水浴冷卻結(jié)晶。

1.2產(chǎn)品表征

1.2.1顏色

VC棕櫚酸酯的外觀：淡黃色固體。

1.2.2熔點(diǎn)

熔點(diǎn)測(cè)定也就是我們所謂的測(cè)量晶體的熔點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)選用的是熔點(diǎn)顯微儀來(lái)測(cè)定L-抗壞血酸棕櫚酸酯的熔點(diǎn)。物料比不同的情況下合成產(chǎn)物的測(cè)定數(shù)據(jù)如表l所示。

通過(guò)表1可以看出，第3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值比較接近，其熔點(diǎn)為107.1～111.5℃與理論值107～117℃比較接近，純度較好。

1.2.3紅外光譜

VC棕櫚酸酯的紅外光譜如圖1所示。

圖譜分析：2920 cm-1和2852 cm-1為甲基和亞甲基特征吸收峰；1700cm-1為羧酸酯的羰基伸縮吸收峰；在1230cm-1為醚鍵特征吸收峰。

1.3實(shí)驗(yàn)的方案

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，以棕櫚酸與VC的摩爾比、攪拌時(shí)間、反應(yīng)溫度和硫酸加入量為實(shí)驗(yàn)因素，每個(gè)因素取5個(gè)水平。本實(shí)驗(yàn)采用正交L25（54）表安排4因素5水平實(shí)驗(yàn)，控制其他反應(yīng)條件不變，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)方案。

2 結(jié)果與討論

2.1反應(yīng)物料比的影響

酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以不同的物配比對(duì)反應(yīng)的產(chǎn)率有一定的影響。在反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)一種反應(yīng)物過(guò)量時(shí)，另一種反應(yīng)物就會(huì)盡可能地反應(yīng)完全，使反應(yīng)能夠向著正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而提高產(chǎn)率。另外，此法還能有效降低反應(yīng)成本，通常我們選擇過(guò)量的反應(yīng)物是反應(yīng)物中較為廉價(jià)的一種或幾種，由于L-抗壞血酸比棕櫚酸價(jià)格高，所以先確定L-抗壞血酸的量，再對(duì)棕櫚酸的量進(jìn)行調(diào)整，使得L-抗壞血酸盡可能地參與到反應(yīng)中，這樣就降低了整體反應(yīng)的成本。產(chǎn)率如表2所示。

由表2可知，反應(yīng)產(chǎn)率隨棕櫚酸用量增大而增大，但并不是無(wú)限制增大，當(dāng)反應(yīng)物料配比1.2：1時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最大。這是由于棕櫚酸的加入量較大時(shí)，VC易被硫酸氧化，不僅增加了反應(yīng)成本，而且產(chǎn)率降低。

2.2攪拌時(shí)間的影響

合成VC棕櫚酸酯的反應(yīng)是可逆放熱的過(guò)程，為了使反應(yīng)物能夠充分混合，提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，減少副產(chǎn)物的生成，應(yīng)選擇適宜的攪拌時(shí)間。產(chǎn)率如表3所示。

由表3可知，攪拌3h最為合適，產(chǎn)率達(dá)到最高。2～3 h產(chǎn)率升高，說(shuō)明攪拌使VC與棕櫚酸充分溶解在硫酸中，使反應(yīng)進(jìn)行的更加完全。3～6 h產(chǎn)率下降，這是由于VC的化學(xué)性質(zhì)較活潑，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)加快VC的氧化，生成副反應(yīng)；另外，也會(huì)使未反應(yīng)的棕櫚酸全部溶解，使得反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。

2.3反應(yīng)溫度的影響

直接酯化法合成VC棕櫚酸酯的反應(yīng)是可逆的雙分子反應(yīng)，因此需要吸收熱量提高該反應(yīng)的反應(yīng)速率。當(dāng)溫度升高時(shí)，可逆吸熱反應(yīng)的反應(yīng)速率會(huì)增加。產(chǎn)率如表4所示。

由表4可知，溫度從10℃上升到30℃，產(chǎn)率升高很快，30℃時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最高，溫度從30℃上升到50℃時(shí)，產(chǎn)率急劇下降。這是由于溫度不僅對(duì)反應(yīng)速度有很大的影響，而且對(duì)副反應(yīng)的影響也很大，溫度升得過(guò)高會(huì)使反應(yīng)物分解或造成副反應(yīng)的發(fā)生。

2.4硫酸加入量的影響

濃硫酸在較低的溫度條件下，也能起到較好的催化作用，又能同時(shí)將VC和棕櫚酸進(jìn)行溶解，并且具有較強(qiáng)的吸水性。產(chǎn)率如表5所示。

由表5可知，硫酸加入量從20mL增至35mL，反應(yīng)產(chǎn)率是不斷升高的，在35mL的時(shí)候，產(chǎn)率達(dá)到最大值；之后反應(yīng)產(chǎn)率在降低。這是由于硫酸在反應(yīng)體系中同時(shí)作為催化劑和溶劑，硫酸過(guò)少時(shí)，不能充分溶解反應(yīng)物，反應(yīng)進(jìn)行不完全；硫酸過(guò)量時(shí)，硫酸具有強(qiáng)的氧化性，VC易被氧化，就會(huì)有副產(chǎn)物產(chǎn)生，同時(shí)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。

3結(jié)語(yǔ)

（1）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理來(lái)分析，從極差來(lái)看因素C（反應(yīng)溫度）極差最大，然后是因素A（棕櫚酸和VC的摩爾比），然后是因素B（攪拌時(shí)間），最后是因素D（硫酸加入量）。因此，我們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率影響較大。

（2）因素A列中的均值3較大，因素B列中均值2較大，因素C列中均值3較大，因素D列中均值4較大。所以，A3、B2、C3、D4是各因素中影響較大的水平，即棕櫚酸與VC的摩爾比為1.2：1、攪拌時(shí)間為3h、反應(yīng)溫度為30℃、硫酸加入量為35 mL時(shí)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率影響最大。

（3）從測(cè)到的熔點(diǎn)范圍在107.1～111.5℃與理論范圍107～117℃很相近，可以看出，實(shí)驗(yàn)做出的產(chǎn)品VC棕櫚酸酯的純度還可以；但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)來(lái)看，產(chǎn)品產(chǎn)率只有30%左右，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率不是很高，說(shuō)明這個(gè)工藝還存在著一些缺陷，有很大的完善空間。

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