專利名稱：甲殼素酸水解反應(yīng)制備d-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的制備方法。尤其涉及一種利用超聲波強(qiáng)化甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法。
背景技術(shù)：
D-氨基葡萄糖鹽酸鹽是甲殼素經(jīng)鹽酸水解后的產(chǎn)物。分子式是C6H13NO5 · HC1，分 子量是215. 63。D-氨基葡萄糖鹽酸鹽在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域有廣泛的用途，是抗癌新藥氯脲 霉素的主要的原料，是治療關(guān)節(jié)炎等基礎(chǔ)醫(yī)藥的中間體。近20多年來主要出口美國、日本。 近幾年來國內(nèi)的需求量每年以5 %的速度攀升。2007年國內(nèi)的出口量已達(dá)到25000噸左右。傳統(tǒng)的生產(chǎn)D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法是，工業(yè)鹽酸(31% )水解甲殼素時間 3h-5h，溫度95°C-110°C，鹽酸的耗用量是甲殼素重量的5-6倍?；钚蕴坑昧渴羌讱に刂亓?的0.15-0. 25倍。得率為50%-55% (甲殼素的灰分< 10%，水分< 10%，甲殼素均按原 樣進(jìn)料(未經(jīng)粉碎)。中國發(fā)明專利(公開號為101125892)公開了氨基葡萄糖鹽酸鹽生產(chǎn)方法，生產(chǎn) 過程中調(diào)整了鹽酸與甲殼素的比例，控制在5 1，溫度控制在85°C 88°C，時間控制在3 小時，無須冷卻結(jié)晶，直接在反應(yīng)容器中同時加入活性炭脫色，省去了粗品結(jié)晶的分離和水 溶解，節(jié)省時間和用水。中國發(fā)明專利(公開號為101314609)公開了一種D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的 生產(chǎn)方法，包括如下步驟(1)在反應(yīng)蒸餾裝置中加入甲殼素、無機(jī)酸和低碳醇，升溫至 85-110°C，進(jìn)行反應(yīng)，頂部得到蒸餾液和底部得到殘留液；(2)將所述殘留液過濾除渣，濾 液降溫析出固體，固液分離得到粗D-氨基葡萄糖鹽酸鹽和一次母液；(3)將粗D-氨基葡萄 糖鹽酸鹽溶于熱水，加入活性炭，回流，過濾，濾液蒸發(fā)析出固體，將所述固體溶解于乙醇， 攪拌，冷卻靜止，冷卻過程中析出晶體，過濾，干燥后得到D-氨基葡萄糖鹽酸鹽。上述的反應(yīng)由于反應(yīng)的溫度較高，反應(yīng)的時間長，氨基葡萄糖在反應(yīng)過程中容易 碳化。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的制備方法中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種甲殼素酸 水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，該方法降低了反應(yīng)的溫度，縮短了反應(yīng)時間， 可以有效地降低碳化率。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，該方法包括甲殼素粉碎、甲 殼素與鹽酸的酸水解反應(yīng)和D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的提取步驟，其中甲殼素與鹽酸的酸水 解反應(yīng)在超聲波反應(yīng)釜中進(jìn)行，所述的反應(yīng)溫度為60°C 80°C。優(yōu)選的反應(yīng)溫度為65°C 70 "C。上述的技術(shù)方案中，粉末甲殼素進(jìn)行超聲波的“聲空化”作用(在聲場作用下，鹽酸中產(chǎn)生空泡振動、生長和崩潰閉合的動力學(xué)過程)，空泡崩潰閉合時產(chǎn)生的局部高溫、高 壓和發(fā)光沖擊波、微射流等能夠強(qiáng)化傳質(zhì)(鹽酸)是甲殼素表面保持高的活性。超聲波在 媒質(zhì)中(鹽酸)傳播時引起的媒質(zhì)質(zhì)元的振動，使位移速度加快，分子碰撞速度加快，同時 對質(zhì)點(diǎn)施加較大的沖擊力，導(dǎo)致甲殼素高分子糖苷鍵鏈斷裂，迅速形成單糖。同時，超聲波 通過媒質(zhì)(鹽酸)時，由于產(chǎn)生強(qiáng)烈的分子碰撞，導(dǎo)致甲殼素分子中的乙?；杆俜蛛x，甲 殼素分子中的氨基迅速結(jié)合鹽酸分子，形成氨基葡萄糖鹽酸鹽。氨基具有較強(qiáng)的活性，氨基 迅速結(jié)合鹽酸分子后受到保護(hù)，穩(wěn)定性較好。超聲波在媒質(zhì)中(鹽酸)被吸收，使部分聲能 轉(zhuǎn)化為瞬間熱能有利于酸水解反應(yīng)進(jìn)行。由于較低的溫度和較短的時間，使氨基葡萄糖鹽酸鹽不易炭化。有效防止氨基葡 萄糖鹽酸鹽的復(fù)分解反應(yīng)。使氨基葡萄糖鹽酸鹽的得率保持在85%以上。局部靠近理論得 率(理論得率92% )(甲殼素的灰分< 10%，水分< 10% )。作為優(yōu)選，上述的超聲波反應(yīng)釜的超聲波頻率為20kHz 200kHz，聲強(qiáng)為0. 5W lW/cm2，功率密度為 10kw/m3 30kw/m3。作為優(yōu)選，上述的超聲波反應(yīng)釜通過梯度強(qiáng)化酸水解反應(yīng)。作為再優(yōu)選，梯度強(qiáng)化 酸水解反應(yīng)，超聲波的頻率依次為20 30kHz、40 60kHz、80kHz以上，聲強(qiáng)依次為0. 5 0. 6w/cm2、0. 7 0. 8w/cm2、0. 9 lw/cm2，功率密度 8 12kw/m3、18 23kw/m3、25 30kw/作為優(yōu)選，上述的甲殼素粉碎步驟中，粉碎的粒度小于等于20目，將粉末過60目 振動篩，除去細(xì)砂，取大于60目的粉末甲殼素加入反應(yīng)釜中與鹽酸反應(yīng)。作為再優(yōu)選，在搪 瓷反應(yīng)釜中將粒度小于60目的細(xì)砂甲殼素和細(xì)砂溶解在鹽酸中，攪拌，抽濾，將細(xì)砂去除， 濾液返回反應(yīng)釜中。甲殼素粉碎的主要功能減少細(xì)砂在水解反應(yīng)中強(qiáng)烈摩擦，破壞搪瓷反 應(yīng)釜中的釉面，可以延長反應(yīng)釜的使用壽命6倍以上(細(xì)砂約占甲殼素重量的-3%)0作為優(yōu)選，上述的甲殼素與鹽酸的酸水解反應(yīng)步驟中，鹽酸采用濃度為25% 37%鹽酸，鹽酸的重量是甲殼素的3 5倍。作為優(yōu)選，上述的D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的提取步驟包括固液分離、脫色、濃縮、結(jié) 晶和干燥步驟。作為再優(yōu)選，上述的固液分離后沉淀物投入脫色釜中，加入活性炭和去離 子水，保持溫度85°C 90°C，控制轉(zhuǎn)速50 80r/min，反應(yīng)時間0. 2 lh，后抽濾；在脫色 釜中再加入去離子水，重復(fù)一次，將活性炭去除，合并2次抽濾液，進(jìn)入濃縮釜中；濃縮釜中 保持溫度為< 80°C，真空度-0. 09 -0. 095Mpa ；將飽和濃縮液冷卻至0°C，將結(jié)晶濾出，用 100%乙醇清洗，離心至干，抽濾液加95%乙醇重結(jié)晶，離心至干，得粗品；將洗滌后的白色 粗品用70%飽和乙醇溶液重結(jié)晶，離心后用100%洗滌，得精品；將精品真空烘干得成品。本發(fā)明由于采用以上述的技術(shù)方案，同原有技術(shù)比較，本發(fā)明的特點(diǎn)是1、得率提高，回流介質(zhì)仍采用原有技術(shù)中使用的工業(yè)鹽酸，用較低的溫度，有效地 降低碳化率，使D-氨基葡萄糖鹽酸鹽得率增至80% _85%，比原有技術(shù)的50% -55%，提高 30%。2、節(jié)能減排每生產(chǎn)1噸的D-氨基葡萄糖鹽酸鹽，原有技術(shù)中所耗用鹽酸(31% ) 需要9-10噸，本發(fā)明中所耗用鹽酸(31%)只需4-4. 5噸，節(jié)約鹽酸用量5噸。3、成本降低本發(fā)明在工藝上縮短酸水解時間三分之二以上。原有技術(shù)酸水解時間 需要3h 5h，溫度95°C 110°C。本發(fā)明酸水解時間只要0. 75h lh。溫度65°C 70°C，降低了蒸汽耗量75%以上，人工費(fèi)用相應(yīng)下降。本發(fā)明的應(yīng)用，減少了各類原材料的耗用， 同時延長了水解釜的使用壽命達(dá)6倍以上。(原有技術(shù)中要使用的水解釜、濃縮釜，由于蝦、 蟹甲殼素中所含的沙囊中的沙和海沙，造成反應(yīng)釜的劇烈磨損，致使1 2個月就要復(fù)搪。) 使用本發(fā)明的技術(shù)生產(chǎn)D-氨基葡萄糖鹽酸鹽，生產(chǎn)成本總體下降50%以上，生產(chǎn)能力增加一倍以上。4、改善生產(chǎn)環(huán)境本發(fā)明可采用自動化作業(yè)，鹽酸及氯化氫氣體均在密閉的容器中 進(jìn)行，在生產(chǎn)車間中氯化氫氣體減少95%以上，廠房設(shè)備得到保護(hù)，員工的健康得到保障。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法的工藝流程 進(jìn)行詳細(xì)的說明。(一)粉碎將甲殼素(水分彡10%，灰分彡10% )粉碎，粒度彡20目(<2 850 μ m)過振動篩 (篩孔60目)粒度<60目(<2 250 μ m)的甲殼素粉末和細(xì)砂另行集中處理，將粒度> 60 目的甲殼素粉末(占總量的95%以上)，按原料投入反應(yīng)釜中。甲殼素粉末和細(xì)砂的混合物集中處理方法在搪瓷反應(yīng)釜中將甲殼素和細(xì)砂溶解在2倍量濃度31 %的鹽酸中，慢速攪拌，轉(zhuǎn) 速30r/min 35r/min，在密閉抽濾桶中抽濾溫度是60V 70°C，將細(xì)砂去除，濾液返回水 解釜中水解。甲殼素粉碎的主要功能減少細(xì)砂在水解反應(yīng)中強(qiáng)烈摩擦，破壞搪瓷反應(yīng)釜中的釉面，可以延長反應(yīng)釜的 使用壽命6倍以上(細(xì)砂約占甲殼素重量的-3%)0采用粉末甲殼素投料，使在水解反應(yīng)中快速溶解，減少水解時間(縮短0. 5h-lh) 降低碳化率。( 二 )水解將工業(yè)鹽酸(濃度31% )加入裝有超聲波裝置的耐酸搪瓷反應(yīng)釜中，鹽酸用量是 甲殼素重量的3. 5倍。在反應(yīng)釜中先將31%濃度的鹽酸預(yù)熱至65°C，將粉末甲殼素用真空或螺旋輸送 器送入反應(yīng)釜中，同時，開啟超聲波系統(tǒng)，控制超聲波的功率密度lOkw/m3聲強(qiáng)0. 6w/cm2，頻 率20khz，加料時間控制在< 0.5h。使甲殼素在短時間內(nèi)全部溶解在熱的鹽酸中，攪拌轉(zhuǎn) 速控制在50 60r/min，全部溶解后調(diào)整超聲波頻率為40khz，功率密度和聲強(qiáng)20Kw/m3、 0. 75w/cm2，控制時間在0. 3 0. 4h，溫度控制65°C 70°C，攪拌轉(zhuǎn)速60 70r/min (主要 打斷甲殼素高分子中的糖苷鍵)，繼續(xù)調(diào)整頻率至80khz，功率密度和聲強(qiáng)30KW/m3、lW/cm2， 溫度保持65°C 70°C，控制時間0. 3 0. 4h，轉(zhuǎn)速70 80r/min，(主要脫去甲殼素分子 中的乙?；?。超聲波總加工時間控制在1. 2h 1. 5h。(三)固液分離水解后，將水解液冷卻至30°C以下，放料，進(jìn)密閉抽離桶中繼續(xù)冷卻沉淀，溫度控 制在0°C左右，時間在lh，抽濾，將固體物料和液體物料B，分置處理。
在密閉抽離桶中將固體物料加入3倍量的90°C去離子水，繼續(xù)抽離將抽濾液進(jìn)入 脫色反應(yīng)釜中，濾渣返回水解釜中，水解。(四)脫色在脫色反應(yīng)釜中，加入粉末活性炭，加入量為甲殼素總量的5 %，溫度控制在 90°C，時間控制在0. 5 lh，攪拌轉(zhuǎn)速60 70r/min。將料液進(jìn)入密閉抽濾桶中抽濾，固體物料返回脫色釜中，繼續(xù)加1. 5 2倍量的去 離子水，重復(fù)一次，進(jìn)入抽離桶中，2次濾液合并進(jìn)入濃縮釜，活性炭渣棄去。(五)濃縮在濃縮釜中控制溫度彡70°C，真空度-0. 09 -0. 095Mpa，濃縮至有晶體析出。(六)結(jié)晶將飽和濃縮液冷卻至0°C左右，將結(jié)晶濾出，母液用95%。乙醇結(jié)晶，二次晶體合并 成粗品，用100%乙醇清洗，離心至干。(七)重結(jié)晶將洗滌后的白色粗品用70%飽和乙醇溶液重結(jié)晶，離心后用100%乙醇洗滌，得
梓口
不閆m o(八)干燥在旋轉(zhuǎn)真空干燥器中進(jìn)行干燥，控制溫度< 50°C，真空度-0. 09 0. 095Mpa,旋轉(zhuǎn) 速度5 6r/min，時間控制10 12h得成品。(九)B液處理將(三)中液體物料B進(jìn)入濃縮釜中，控制溫度75-80°C，真空度0.09 0.095Mpa 餾出鹽酸(18 20% )和少量乙酸，占總量的80 85%，該混合酸可用于制甲克素用酸。(十)濃醬回用將濃縮后濃醬，返回水解釜重新水解。
權(quán)利要求
甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，該方法包括甲殼素粉碎、甲殼素與鹽酸的酸水解反應(yīng)和D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的提取步驟，其特征在于甲殼素與鹽酸的酸水解反應(yīng)在超聲波反應(yīng)釜中進(jìn)行，所述的反應(yīng)溫度為60℃～80℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，其特征 在于反應(yīng)溫度為65°C 70°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，其 特征在于超聲波反應(yīng)釜的超聲波頻率為20kHz 200kHz，聲強(qiáng)為0. 5W lW/cm2，功率密 度為 10kw/m3 30kw/m3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，其特征 在于超聲波反應(yīng)釜通過梯度強(qiáng)化酸水解反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，其特 征在于梯度強(qiáng)化酸水解反應(yīng)，超聲波的頻率依次為20 30kHz、40 60kHz、80kHz以上， 聲強(qiáng)依次為 0. 5 0. 6w/cm2、0. 7 0. 8w/cm2、0. 9 lw/cm2，功率密度 8 12kw/m3、18 23kw/m3、25 30kw/w3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法， 其特征在于甲殼素粉碎步驟中，粉碎的粒度小于等于20目，將粉末過60目振動篩，除去細(xì) 砂，取大于60目的粉末甲殼素加入反應(yīng)釜中與鹽酸反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，鹽酸 中，攪拌，抽濾，將細(xì)砂去除，濾液返回反應(yīng)釜中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，其 特征在于甲殼素與鹽酸的酸水解反應(yīng)步驟中，鹽酸采用濃度為25% 37 %鹽酸，鹽酸的 重量是甲殼素的3 5倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，其 特征在于D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的提取步驟包括固液分離、脫色、濃縮、結(jié)晶和干燥步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，其特 征在于固液分離后沉淀物投入脫色釜中，加入活性炭和去離子水，保持溫度85°C 90°C， 控制轉(zhuǎn)速50 80r/min，反應(yīng)時間0. 2 lh，后抽濾；在脫色釜中再加入去離子水，重復(fù) 一次，將活性炭去除，合并2次抽濾液，進(jìn)入濃縮釜中；濃縮釜中保持溫度為<80°C，真空 度-0. 09 -0. 095Mpa ；將飽和濃縮液冷卻至0°C，將結(jié)晶濾出，用100%乙醇清洗，離心至 干，抽濾液加95%乙醇重結(jié)晶，離心至干，得粗品；將洗滌后的白色粗品用70%飽和乙醇溶 液重結(jié)晶，離心后用100%洗滌，得精品；將精品真空烘干得成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的制備方法。尤其涉及一種利用超聲波強(qiáng)化甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法。甲殼素酸水解反應(yīng)制備D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的方法，該方法包括甲殼素粉碎、甲殼素與鹽酸的酸水解反應(yīng)和D-氨基葡萄糖鹽酸鹽的提取步驟，其中甲殼素與鹽酸的酸水解反應(yīng)在超聲波反應(yīng)釜中進(jìn)行，所述的反應(yīng)溫度為60℃～80℃。優(yōu)選的反應(yīng)溫度為65℃～70℃。本發(fā)明采用較低的溫度，有效地降低碳化率，使得率增至80％-85％，比原有技術(shù)的50％-55％，提高30％。
文檔編號B01J19/10GK101805379SQ20091009584
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者林大昌 申請人:林大昌