葡萄糖酸锌的合成路线摘 要 : 介绍了合成葡萄糖酸锌的各种方法 ,并对其方法的可行性进行了述评 .合成葡萄糖酸锌的方法 ,常见的有复分解法、空气催化氧化法、离子交换树脂法、发酵法、电解法等 .通过比较 ,可用于工业化生产的较好方法是采用成对电解法 ,该方法具有流程短、费用低、污染少、产品纯度高的优点 .关键词 :葡萄糖酸锌 ;合成 ;述评 ;葡萄糖酸钙 ;硫酸锌 ;葡萄糖酸内酯；氧化锌；酸法合成前言锌是人体必需的微量元素之一 ,它具有多种生物作用 ,参与核酸和蛋白质的合成 ,能增强人体免疫力 ,促进儿童生长发育人体缺锌会造成生长停滞 ,自发性味觉减退和创伤愈合不良等严重问题 ,从而发生各种各样的疾病过去常用硫酸锌作锌添加剂 ,但该药对人体胃肠道有刺激作用 ,且吸收率低 ,而葡萄糖酸锌作补锌药 ,则具有见效快 ,吸收率高 ,副作用小 ,使用方便等优点 ,是目前首选的补锌药物和营养强化剂 ,特别是作为儿童食品、糖果、乳制品的添加剂应用日益广泛〔 1,2〕对葡萄糖酸锌合成的研究已作了大量的工作，其合成途径可归纳如下.1 以葡萄糖酸钙为原料的合成法1.1 复分解法将硫酸锌溶于近沸的水中 ,在恒温不断搅拌下 ,分次加入葡萄糖酸钙 ,待反应完成后 ,滤去沉淀 ,滤液浓缩结晶 ,得到粗品 ,经溶解重结晶后得产品 [3,4], 其制备反应为 :Ca(C6H11O7)2+ZnSO4=CaSO4 ↓ +Zn(C6H11O7)2该法合成工艺简单 ,但由于 CaSO4 微溶于水 ,残留于产品中的 SO42-不易除去产品质量不高 .李祚宏 [5] 等用醇重结晶提纯 ,可较大地提高葡萄糖酸锌产品的质量 .解从霞 [6] 以葡萄糖酸钙为起始原料 ,用浓硫酸酸化脱钙 ,所得到的葡萄糖酸用氢氧化钡和草酸为沉淀剂进行纯化 ,纯化后的溶液经适当浓缩用氧化锌中和 ,加入少量的葡萄糖酸锌晶种和少许无水乙醇促进葡萄糖酸锌结晶 ,再经干燥得最终产品 ,该工艺合成的葡萄糖酸锌质量达到日本同类产品标准 ,产率为 96 %.该法通过加入沉淀剂除去了产品中杂质 ,提高了产品质量 ,但操作相对复杂且合成周期较长 .1.2 离子交换树脂法据报道 [7～ 9],等摩尔葡萄糖酸钙与硫酸在 90℃反应 ,制得葡萄糖酸 ,趁热滤去硫酸钙 ,再经离子交换树脂后与氧化锌或氢氧化锌反应 [10], 生成葡萄糖酸锌产率在 85 %以上 .若在产品浓缩过程中 ,加入 95 %乙醇作为结晶促进剂 ,产率将提高达 91.2 %[11], 此法较上述方法产品质量高 ,但合成路线较长 ,且有副产物生成 .杜有功等 [12] 改进了上述工艺 ,先用盐酸及氯化锌溶液处理 732 型强酸性阳离子交换树脂 ,使之转化成锌型树脂 ,然后让葡萄糖酸钙溶液经过锌型树脂 ,直接得到葡萄糖酸锌 .此法省去了葡萄糖酸与锌物质的反应过程 .因而实验操作更简便 .采用离子交换树脂法制葡萄糖酸锌 ,所得产品质量好 ,但由于通过离子交换树脂 ,溶液体积较大 ,浓缩结晶过程周期较长且费时 .2 以葡萄糖酸 -δ -内酯为原料的合成法 [13,14]葡萄糖酸 -δ -内酯在热水中水解生成葡萄糖酸 ,分批加入氢氧化锌至 pH 达 7.0,待反应完成后减压浓缩即得葡萄糖酸锌 ,反应方程式如下 :1 / 4.此法条件温和 ,工艺简单 ,无副产物 ,收率可达 95%以上 ,但由于原料价格较高 ,经济效益不好 .3 以葡萄糖为原料的合成法3.1 空气催化氧化法在催化剂 Pd(Pt)C 存在下 ,葡萄糖经空气氧化成葡萄糖酸 ,分次加入理论量的氢氧化钠生成葡萄糖酸钠 , 瑞经过离子交换树脂 ,得葡萄糖酸 ,进一步与氧化锌作用得到葡萄糖酸锌 ,经浓缩,结晶、重结晶后 ,即得产品 .该法氧化反应时间长达 15h,方能使转化中的葡萄糖下降到 5 %以下 [15], 本法的技术关键是制备高活性的催化剂 ,并有效地回收贵金属 ,以使生产成本降低 ,其合成方程式为 [16]:贺兴武 [17] 改进了上述工艺 ,在氧化过程中 ,直接加入廉价的石灰乳 ,只需 3 h 便可使葡萄糖酸钙收率达 95%以上 ,生成的葡萄糖酸钙经复分解法转化成酸 ,再与氧化锌反应 ,可生产出符合美国药典质量的葡萄糖酸锌 .这种工艺大大缩短了催化氧化所需时间 ,降低了生产成本 ,是目前催化氧化法中较先进的合成工艺 .3.2 发酵法以葡萄糖为原料 ,用黑菌使葡萄糖氧化变为葡萄糖酸 ,由于黑霉菌最适宜 pH 为 5～ 6[18],而葡萄糖酸为酸性物质 ,发酵过程中只要有少量葡萄糖酸产生 ,即可使 pH 值明显下降 ,以致抑制霉菌正常生长 ,从而降低产量 .故生产中不得不用加入碳酸钙而使之转变为葡萄糖酸钙来提高产量 ,随后用复分解法使葡萄糖酸钙转变为葡萄糖酸 ,进一步制得葡萄糖酸锌 .此法发酵保温时间长达 36～48 h[19], 生产工艺复杂 ,反应条件苛刻 ,生产成本较高 ,经剂效益不好 .3.3 电解氧化法以石墨为阴极 ,锌板为阳极 ,NaBr 为支持电解质 ,在 40℃条件下 ,电化学氧化葡萄糖 24h,可得到 75 %葡萄糖酸 ,进一步与锌物质作用制得葡萄糖酸锌 ,由于此法电化学氧化时间长 ,且有一极是浪费的 ,故耗能大 ,生产成本高 .成对电解葡萄糖是电解氧化葡萄糖的新工艺 ,其电解反应为 [20]:可分为以下两种 :(1) 无隔膜电解槽电解 [21]电解装置和电解质与上相同 ,于 55℃下电解 ,将所得电解液冷却,乙醇洗涤后得细颗粒葡萄糖酸钠 ,过滤 ,滤液经阴、阳离子交换树脂后 ,低温浓缩结晶得山梨醇.所得葡萄糖酸钠经树脂提纯后与 ZnO 反应 ,浓缩结晶得葡萄糖酸锌 ,其有效电耗为 57 .5 %此法由于需要分离 ,并采用了离子交换树脂 ,因此 ,合成周期较长 ,能耗也较大 .(2) 阴、阳离子两性膜电解槽电解含葡萄糖、溴化锌的溶液在阳极室进行电氧化 ,含葡萄糖、硫酸钠的溶液在阴极室进行电还原 .阳极室中的恒电位电氧化产物直接与锌物质反应 ,制服取葡萄糖酸锌溶液 ,减压蒸发 ,浓缩结晶得葡萄糖酸锌 .在阴极室中 ,用阴极面积控制阴极电流密度 ,电解还原产物为山梨醇 .阴、阳两极电流效率大于 90 %[22]2 / 4.据郭子成等人 [23] 报道 ,电解 3 h 后 ,以成对电解液的阳极液为原料 ,加入锌物质 (碳酸盐、氢氧化物、氧化物 ),在合适的条件下 ,得到葡萄糖酸锌的反应液 ,然后用更换溶剂的方法 , 直接获得葡萄糖酸锌的产品 ,其收率可高达 90 %以上 .此法合成路线短 ,操作简便 ,投资费低 ,且可同时制得两种产品 ,能耗低 ,产品纯度高 .4 结束语由于我国葡萄糖酸钙的生产工艺均采用葡萄糖发酵法 ,工艺要求高 ,而葡萄糖酸与内酯也存在生产方法的问题 [24], 故以葡萄糖酸钙和葡萄糖酸 -δ -内酯这原料的合成法 ,成本高 ,经济效益不显著 .葡萄糖原料易得 ,价格便宜 ,从合成路线看 ,发酵法和空气催化氧化法 ,都是先转变成葡萄糖酸盐 (如钙盐、钠盐 )后 ,再经复分解法制得葡萄糖酸 ,进而与锌物质反应合成葡萄酸的 .因此 ,工艺复杂、合成周期长、且有三废排放问题 ,而采用两性膜电解槽的成对电解法生产葡萄糖酸锌 , 可在电解过程中直接制葡萄糖酸锌 ,且可同时制得两种产品 ,与其他方法相比 ,此法有原料易得、能耗少、工艺流程短、几乎无三废排放等优点 .目前成对电解葡萄糖的研究在不断深入 [25,26], 随着工艺条件的日趋完善 ,采用成对电解法生产葡萄糖酸锌是较适宜的。
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