一种甜菊醇甙元的制备方法技术

本发明专利技术通过将甜菊叶粗提物粉末依次酸催化水解、硅基化、环氧化和还原，获得极性差别大的C19位羧基保护的甜菊醇衍生物和甜菊醇的异甜菊醇，使得两者能够采用简单易操作的方式分离，得到化学纯的C19位羧基保护的甜菊醇衍生物，所述甜菊醇衍生物脱保护后得到甜菊醇，所述衍生物还能够将C19和C13位的活性区分开，便于后续对不同反应位点进行不同官能团的操作。

Preparation of stevioside aglycones

By acid-catalyzed hydrolysis, silicification, epoxidation and reduction of Stevia leaf crude extract powder in turn, steviol derivatives and steviol isosteviol protected by C19 carboxyl group with large polarity difference can be obtained, which can be separated by simple and easy operation, and steviol protected by C19 carboxyl group with chemical purity can be obtained. Derivatives, the steviol derivatives are unprotected to obtain steviol, the derivatives can also distinguish the C19 and C13 sites of activity, facilitate the subsequent operation of different functional groups on different reaction sites.

【技术实现步骤摘要】
一种甜菊醇甙元的制备方法
本专利技术属于有机合成领域，更具体的，涉及一种甜菊醇衍生物的制备方法。
技术介绍
甜菊糖是从甜叶菊(SteviarebaudianaBertoni)的叶片中提取的贝壳杉烷型二萜双糖链糖苷混合物，其甜度为蔗糖的150-300倍，为强力甜味剂。甜菊糖的生产在我国已有二十多年的历史，经过二十多年的发展，我国已成为世界上最大的甜菊糖生产国和出口国，但总体而言我国甜菊糖产业发展水平还较低，主要以甜叶菊的大面积种植和甜菊糖粗提物的出口为主，不具备深加工的能力，产品附加值低。而我国出口到美国、日本及东南亚的甜菊糖粗产品经过精制后产品附加值获得大幅度提升。造成我国甜菊糖产业发展滞后的根本原因是针对制约甜菊糖产业发展的因素开展的基础性研究少且研究前瞻性差。目前制约甜菊糖产业发展的不利因素主要包括甜菊糖甜味剂后涩味的口感、甜菊糖的质量控制问题及甜叶菊的大面积种植压缩粮食生产耕地潜在威胁国家粮食安全三大问题。解决甜菊糖类甜味剂口感不理想的根本途径是新型甜菊糖甜味剂的研发。到目前为止，甜菊糖甜味剂的发展已历三代。最早一代为在甜菊叶中含量第二丰富的莱鲍迪甙A(RebaudiosideA，简称RebA)。由于其在甜菊叶中含量丰富(占粗提物的22-28％)，虽然因后涩味明显而口感不够理想，但目前作为甜味剂仍在使用。进一步研究发现，含量较低的莱鲍迪甙D(RebaudiosideD，简称RebD)(0.3-0.8％)作为甜味剂无论从起甜速度还是口感较RebA均有大幅度提升。因其在甜菊叶中的含量低且作为食品添加剂的应用前景好，RebD具有‘甜菊糖中黄金’的美誉。若作为第二代甜菊糖苷类甜味剂的RebD因其0.3-0.8％的总含量而勉强可以通过分离提取而大量获得并应用于食品工业，那么作为第三代甜味剂的莱鲍迪甙M(RebaudiosideM，简称RebM)通过分离提取而直接大量获得将变得更加困难，因其在粗提物中的含量仅有0.06％；但因其口感与蔗糖无异且甜度为蔗糖的250倍而目前被认为是最为理想的甜菊糖类甜味剂。目前获取RebD和M的途径主要为从自然资源即甜菊叶粗提物中直接提取，但同样的手段在获取含量更低的甜菊糖苷显然无能为力，即使是含量较高的RebD因提取成本升高而使其价格为RebA的5倍。为提高含量低但应用前景好的甜菊糖苷的获取效率，降低成本目前主要研究的策略有三种：其一是改良甜叶菊种子以提高所需甜菊糖的含量，其二是酶促合成，第三是化学合成。种子改良是一个长期的过程，而酶促合成又难以大量生产，因此只有化学合成是解决含量低甜菊糖苷大量获取的唯一可靠途径。为实现甜菊糖苷的化学合成，首先需要获得甜菊糖苷的甙元部分，即甜菊醇，其结构如式I所示。目前，甜菊醇提取方法大致有三种：酶水解法、微生物发酵法和化学水解法。酶水解法，可以使用不同的酶实现C13位和C19位同时或分别进行水解，酶水解法虽然效率高、专一性强，但是购买和筛选合成的水解酶需要较高的经济和时间成本，不利于控制产物的提取成本。微生物水解法，此方法水解产生甜菊醇的效率一般极低，因为甜菊醇被作为碳源被水解掉。同时，用于水解的微生物菌株也很难筛选，代价高昂，不利于成本控制。化学水解法，包括氧化-碱化水解法、酸催化水解法和碱催化水解法，氧化-碱化水解法，主要是利用高碘酸钠或四醋酸铅，进行氧化，再经10％KOH碱化。这个方法虽然不会产生Wayner-Meerwein异甜菊醇，但是使用氧化试剂市售价格高昂，不利于成本控制，同时，氧化过程需要大量的溶剂，不利于扩大生产规模。碱催化水解法，主要是针对C19位的酯型糖苷键，通过KOH水解的方法，打断C19位糖苷键，产物以盐的形式存在，调整溶液PH偏酸性，甜菊糖析出。该方法只能拿到半水解产物，C13位糖苷键无法打断，无法得到甜菊醇的正常产物。酸催化法，主要是利用HCl或H2SO4的酸性将C13和C19位的糖苷键打断，酸水解方法操作简单、价格低廉和生产效率高，是制备甜菊醇较理想的方法。但是酸性条件下，甜菊醇不稳定，容易发生Wayner-Meerwein反应，得到异甜菊醇和双键异构化产物等副产物，所得到的副产物和目标产物极难分离纯化，给甜菊醇的分离造成了困难。江南大学胡学一等人(胡学一.盐酸或氨基磺酸催化水解斯替夫苷制备甜菊醇[J].精细化工,2014,31(4):539-544)通过盐酸催化水解甜菊糖苷，得到较高产率的甜菊醇，但是该工作仅给出HPLC的产率，并未分离确认水解的副产物。我们重复该工作，发现酸催化得到的产物并不仅仅是甜菊醇I和异甜菊醇I’，还包含了双键异构化的产物I”，异甜菊醇I’可以通过柱层析分离，但是甜菊醇I和双键异构化的产物I”极性相近，尝试多种展开剂，在TLC板上都无法分离，因此极难分离纯化，无法获得化学纯的甜菊醇，对后续甜菊糖苷的合成引入杂质，影响反应的进行。因此，如何获得高纯度的甜菊醇这一对甜菊产业的发展至关重要的问题仍然有待解决。我们创造性的设计了一系列化学反应，通过官能团转化，获得极性差别大的C19位羧基保护的甜菊醇衍生物C和双键异构化环氧产物B，有效简化了反应的产物，同时使得目标产物和副产物易于分离，通过常规脱保护方法，获得化学纯的甜菊醇。为通过化学合成解决含量低甜菊糖苷的大量获取的打下坚实的基础。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：通过化学方法区分甜菊叶粗提物粉末的酸催化水解产物中的甜菊醇衍生物和其他副产物，获得高纯度的甜菊醇及其衍生物。为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：一种甜菊醇甙元的制备方法，包括以下步骤：(1)甜菊叶粗提物粉末的酸水解：将甜菊叶粗提物粉末溶解于水中，加入盐酸水溶液，回流反应，反应结束后，将反应液冷却后过滤，滤渣重结晶后得到甙元混合物；所述甙元混合物甙元混合物中包括甜菊醇I、异甜菊醇I’和双键异构化产物I”，其中异甜菊醇I’可以较容易分离，可以在此步骤分离，也可以在(4)步反应结束后一次性分离，(2)甙元混合物的19位羧基保护：将步骤(1)中得到的甙元混合物溶于第一有机溶剂中，在碱的作用下和试剂RX反应得到19位羧基保护的甙元混合物；所述19位羧基保护的甙元混合物包括19位羧基保护的甜菊醇Pg-I、19位羧基保护的异甜菊醇Pg-I’和19位羧基保护的双键异构化产物Pg-I”，其中19位羧基保护的甜菊醇Pg-I’不参与后续反应，可以分离除去，也可以留待(4)步反应结束后一次性分离，(3)环氧化反应：将步骤(2)中得到的19位羧基保护的甙元混合物溶于第二有机溶剂中，加入环氧化试剂进行环氧化反应得到白色固体；所述白色固体包括19位羧基保护的异甜菊醇’、环氧化甜菊醇衍生物A和双键异构化环氧产物B；(4)还原反应：将步骤(3)中得到的白色固体溶于第三有机溶剂中，加入锌粉、乙酸钠、碘化钠、冰醋酸和硫酸铜进行反应，得到19位羧基保护的异甜菊醇’、甜菊醇衍生物C和双键异构化环氧产物B的混合物；(5)产物分离：分离步骤(4)中得到的混合物，分别得到19位羧基保护的异甜菊醇Pg-I’、甜菊醇衍生物C和双键异构化环氧产物B；其中，R为叔丁基二苯基硅基(TBDPS)或甲基萘基(Nap)，X选自Cl或Br。步骤(1)中，所述甜菊叶粗提物粉末和水的质量体积比为1：1.5～2.5g/mL，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)甜菊叶粗提物粉末的酸水解：将甜菊叶粗提物粉末溶解于水中，加入盐酸水溶液，回流反应，反应结束后，将反应液冷却后过滤，滤渣重结晶后得到甙元混合物；(2)甙元混合物的19位羧基保护：将步骤(1)中得到的甙元混合物溶于第一有机溶剂中，在碱的作用下和试剂RX反应得到19位羧基保护的甙元混合物；(3)环氧化反应：将步骤(2)中得到的19位羧基保护的甙元混合物溶于第二有机溶剂中，加入环氧化试剂进行环氧化反应得到白色固体；(4)还原反应：将步骤(3)中得到的白色固体溶于第三有机溶剂中，加入锌粉、乙酸钠、碘化钠、冰醋酸和硫酸铜进行反应，得到甜菊醇衍生物C和双键异构化环氧产物B的混合物；(5)产物分离：分离步骤(4)中得到的混合物，分别得到甜菊醇衍生物C和双键异构化环氧产物B；其中，R为叔丁基二苯基硅基或甲基萘基，X选自Cl或Br。

【技术特征摘要】
1.一种甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)甜菊叶粗提物粉末的酸水解：将甜菊叶粗提物粉末溶解于水中，加入盐酸水溶液，回流反应，反应结束后，将反应液冷却后过滤，滤渣重结晶后得到甙元混合物；(2)甙元混合物的19位羧基保护：将步骤(1)中得到的甙元混合物溶于第一有机溶剂中，在碱的作用下和试剂RX反应得到19位羧基保护的甙元混合物；(3)环氧化反应：将步骤(2)中得到的19位羧基保护的甙元混合物溶于第二有机溶剂中，加入环氧化试剂进行环氧化反应得到白色固体；(4)还原反应：将步骤(3)中得到的白色固体溶于第三有机溶剂中，加入锌粉、乙酸钠、碘化钠、冰醋酸和硫酸铜进行反应，得到甜菊醇衍生物C和双键异构化环氧产物B的混合物；(5)产物分离：分离步骤(4)中得到的混合物，分别得到甜菊醇衍生物C和双键异构化环氧产物B；其中，R为叔丁基二苯基硅基或甲基萘基，X选自Cl或Br。2.根据权利要求1所述甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述甜菊叶粗提物粉末和水的质量体积比为1：1.5～2.5g/mL，所述盐酸水溶液的浓度为10-12moL/L，所述甜菊叶粗提物粉末和盐酸水溶液的投料比为100：0.625～0.833g/mL；所述回流反应的温度为94-96℃，所述回流反应的时间为26-28小时，所述重结晶的溶剂为甲醇。3.根据权利要求1所述甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷或吡啶中的一种或多种；所述甙元混合物和第一有机溶剂的质量体积比为0.2～0.24g/mL；所述碱选自咪唑、三乙胺、碳酸钾中的任意一种或多种；所述甙元混合物、碱和试剂RX的的摩尔比为1:1.2:1.2～1:4:4。4.根据权利要求1所述甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二有机溶剂为二氯甲烷或1,2-二氯乙烷中的一种或两种，所述步骤(2)中得到的羧基保护的甙元混合物在第二有机溶剂中的浓度为0.2～0.3mol/L；所述环氧化试剂选自间氯过氧苯甲酸、30％双氧水、过氧化钠或Oxone，所述步骤(2)中得到的19位羧基保护的甙元混合物和环氧化试剂的摩尔比为1：1.5～1：2。5.根据权利要求1所述甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述第三有机溶剂选自1,4-二氧六环、甲醇、乙醇或乙醚中的一种或多种，所述步骤(3)中得到的白色固体在第三有机溶剂中的质量体积比为0.1～0.2g/mL，所述锌粉、乙酸钠、碘化钠、冰醋酸、硫酸铜和步骤(3)中得到的白色固体的摩尔比为5.7：1.04：1.7：10：0.1：1～6.7：2.04：2.7：20：0.2：1。6.根据权利要求5所述甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，所述第三有机溶剂为1,4-二氧六环和甲醇的混合溶剂。7.根据权利要求6所述甜菊醇甙元的制备方法，其特征在于，所述1,4-二氧六环和甲醇的体积比为1:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建松，乔治，刘慧，廖进喜，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36