劉建剛,王子強

(杭州下沙生物科技有限公司,浙江杭州310018)

一種高純度羊毛脂膽固醇制備方法的研究

劉建剛,王子強*

(杭州下沙生物科技有限公司,浙江杭州310018)

研究了以95%以上純度的羊毛脂膽固醇為原料,通過熔融結(jié)晶提純的方法得到高純度羊毛脂膽固醇,包括熔融結(jié)晶、發(fā)汗和溶解結(jié)晶三個步驟。本次研究考察了該工藝各步驟的純化條件,并對各步純化條件進行了篩選和優(yōu)化。結(jié)果表明,粗品只需經(jīng)過一次熔融結(jié)晶、發(fā)汗、溶解結(jié)晶就可得到含量99%以上純度的高純度羊毛脂膽固醇,總收率達到60%以上。該方法與現(xiàn)有高純度羊毛脂膽固醇生產(chǎn)方法相比,工藝簡單、毒性低、產(chǎn)品純度及收率均較高,具有工業(yè)化生產(chǎn)前景。

高純度羊毛脂膽固醇;熔融結(jié)晶;發(fā)汗;溶解結(jié)晶

已有許多文獻報道過高純度膽固醇的制備方法[2-6]。K A Asankozhoyev等人報道了溴化法分離純化膽固醇的方法[2],利用膽固醇溴化物與24-去氫膽固醇溴化物性質(zhì)的不同進行分離提純,得到純的膽固醇溴化物,然后用鋅還原得到高純度的膽固醇,但在生產(chǎn)過程中溴化物穩(wěn)定性差,并且污染問題嚴重,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。在其它已報道的制備方法中,也存在著工業(yè)生產(chǎn)成本高,膽固醇與雜質(zhì)無法完全分離,膽固醇純度不高或者收率較低等問題。針對傳統(tǒng)工藝中存在的諸多缺點,本研究小組在參考上述制備方法的基礎(chǔ)上設(shè)計了如下工藝:以95%膽固醇為原料,經(jīng)過熔融結(jié)晶、發(fā)汗和溶解結(jié)晶三個步驟得到含量大于99%高純度的膽固醇。本工藝解決了原先合成中存在的諸多問題,工藝簡單,產(chǎn)品純度高,具有工業(yè)化生產(chǎn)前景。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WRS-1B熔點測定儀(溫度計未校正);Agilent 1100液相色譜儀;Varian NMR-400 MHz型核磁共振儀,CDCl3為溶劑,四甲基硅烷(TMS)作內(nèi)標;DZF-6050真空干燥箱。

95%膽固醇為自己生產(chǎn),溶劑均為分析純。

1.2 實驗

1.2.1 熔融結(jié)晶

將20.0 g純度為95.5%的NF級膽固醇放入熔融結(jié)晶器,用高純度氮氣置換熔融結(jié)晶器內(nèi)的空氣。然后將熔融結(jié)晶器內(nèi)溫度升高到150℃～152℃,將粗品羊毛脂膽固醇全部熔化。然后將熔融結(jié)晶器以每小時1℃～3℃的溫度緩慢降溫,至結(jié)晶器內(nèi)溫度130℃～131℃左右時停止降溫,靜止結(jié)晶2 h以上,然后通過熔融結(jié)晶器底部過濾板排出液體,得到熔融結(jié)晶后的粗品膽固醇,熔點:148℃～149℃,含量:98%。

1.2.2 發(fā)汗和溶解結(jié)晶

熔融結(jié)晶的粗品膽固醇還需經(jīng)過發(fā)汗和溶解結(jié)晶來做進一步的提純。將熔融結(jié)晶器溫度升高到140℃～141℃使其發(fā)汗,保溫1 h,然后將發(fā)汗液通過晶體內(nèi)部間隙排除,最后將熔融結(jié)晶器溫度降低至60℃～70℃,加入100 mL乙醇溶解,溶解液轉(zhuǎn)移至燒瓶中在15℃進行結(jié)晶,經(jīng)過濾、干燥得到12.2 g含量99.6%的高純度羊毛脂膽固醇,產(chǎn)品收率為61.0%,熔點149.8℃～150℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔融結(jié)晶條件優(yōu)化

影響熔融結(jié)晶主要因素有熔融結(jié)晶釜中剩余空氣,加熱溫度以及冷卻溫度,下面分別對其進行討論。

2.1.1 空氣對熔融結(jié)晶的影響

由于熔融結(jié)晶時,熔融結(jié)晶釜中溫度較高,因此釜中剩余空氣可能會引起膽固醇的氧化,因此考慮用惰性氣體將剩余空氣排出。每組反應(yīng)均投料20 g,除對照組外,其余組別均在不同的惰性氣體氛圍下進行。

熔融結(jié)晶器內(nèi)溫度升高到155℃,將粗品羊毛脂膽固醇全部熔化。然后將熔融結(jié)晶器以每小時1℃～3℃的溫度緩慢降溫,至結(jié)晶器內(nèi)溫度134℃～135℃左右時停止降溫,靜置結(jié)晶2 h以上,然后通過熔融結(jié)晶器底部過濾板排出液體。將熔融結(jié)晶器溫度升高到140℃～141℃使其發(fā)汗,保溫1 h,然后將發(fā)汗液通過晶體內(nèi)部間隙排除,最后將熔融結(jié)晶器溫度降低至60℃～70℃,加入100mL乙醇溶解,溶解液轉(zhuǎn)移至燒瓶中在15℃進行結(jié)晶,經(jīng)過濾、干燥得到高純度羊毛脂膽固醇,并測定產(chǎn)品收率和純度。結(jié)果見表1。

表1 空氣對于熔融結(jié)晶的影響Tab 1 Effect ofair onmelt crystallization

實驗結(jié)果表明,當有空氣存在時,由于溫度較高,膽固醇會被熔融結(jié)晶釜中的殘留空氣氧化。而其它實驗組結(jié)果表明:惰性氣體氛圍下,膽固醇不會被氧化,且惰性氣體的種類對于產(chǎn)品收率和純度影響不大。從成本角度考慮,以N2作為惰性保護氣體。

2.1.2 加熱溫度對熔融結(jié)晶的影響

溫度是影響熔融結(jié)晶的重要因素?？疾炝瞬煌訜釡囟葘τ谌廴诮Y(jié)晶的影響,每組反應(yīng)事先均用氮氣置換空氣,其它實驗條件同2.1.1,結(jié)果見表2。

表2 加熱溫度對熔融結(jié)晶的影響Tab2 Effect ofheating temperature on melt crystallization

實驗結(jié)果表明,當加熱溫度較低時,粗品羊毛脂膽固醇可能未融化完全,產(chǎn)品中夾帶著微量雜質(zhì),影響產(chǎn)品純度。而當加熱溫度超過150℃～152℃時,產(chǎn)品收率和含量基本不再發(fā)生變化。

2.1.3 冷卻溫度對熔融結(jié)晶的影響

在確定了較佳加熱溫度后,以此加熱溫度作為熔融結(jié)晶的溫度,考察了不同冷卻溫度對于熔融結(jié)晶的影響,其它實驗條件同2.1.1。結(jié)果見表3。

表3 冷卻溫度對熔融結(jié)晶的影響Tab3 Effect of cooling temperature onmelt crystallization

實驗結(jié)果表明,當冷卻溫度低于127℃～128℃時,雖然收率較高,但由于雜質(zhì)在結(jié)晶過程中也有部分析出,所以會影響產(chǎn)品純度。而當溫度高于130℃～131℃時,產(chǎn)品的收率和純度基本不受影響。

綜上所述,較佳的熔融結(jié)晶條件為20.0 g純度為95.5%的NF級膽固醇于150℃～152℃融化完全,然后將結(jié)晶器內(nèi)溫度降至130℃～131℃,靜止結(jié)晶。然后通過熔融結(jié)晶器底部過濾板排出液體,得到熔融結(jié)晶后的粗品膽固醇,再經(jīng)過發(fā)汗和溶劑結(jié)晶得到的產(chǎn)品重量12.2 g,收率為61.2%,含量為99.6%。

2.2 發(fā)汗以及溶劑結(jié)晶條件選擇

2.2.1 發(fā)汗溫度的選擇

發(fā)汗加熱溫度對最后產(chǎn)品的收率與純度有重要影響。試驗了不同發(fā)汗溫度對于產(chǎn)品收率與純度的影響。其它實驗條件同1.2.1和1.2.2。實驗結(jié)果見表4。

表4 發(fā)汗溫度的選擇Tab4 Selection of sweating temperature

實驗結(jié)果表明,當發(fā)汗溫度小于140℃～141℃時,雖然收率較高,但產(chǎn)品中雜質(zhì)含量較高;而當溫度高于140℃～141℃時,產(chǎn)品含量基本保持不變,但收率會逐漸降低,因此140℃～141℃是較佳發(fā)汗溫度。

2.2.2 結(jié)晶溶劑的選擇

溶劑結(jié)晶中有機溶劑的選擇對最后產(chǎn)品的收率與純度有重要影響。試驗了不同有機溶劑對于產(chǎn)品收率與純度的影響。溶劑的用量均為沸點下,固體剛好溶解完全時的用量。其它實驗條件同1.2.1和1.2.2。實驗結(jié)果見表4。

表5 結(jié)晶溶劑的選擇Tab5 Selection of crystallization solvent

實驗結(jié)果表明:甲苯對于膽固醇具有較好的溶解度,冷卻后不能析晶。而三種醇類溶劑中,從產(chǎn)品的純度與收率考慮,乙醇是較佳的結(jié)晶溶劑。

2.2.3 冷卻結(jié)晶溫度的選擇

結(jié)晶冷卻溫度會影響重結(jié)晶的收率以及最后的產(chǎn)品純度,選取乙醇作為重結(jié)晶溶劑,考察了不同的冷卻溫度下膽固醇的收率和純度。其它實驗條件同1.2.1和1.2.2。結(jié)果見表6。

表6 冷卻溫度的選擇Tab6 Selection of cooling temperature

實驗結(jié)果表明,當冷卻溫度低于15℃時,會有部分雜質(zhì)析出,影響產(chǎn)品純度;而當溫度高于15℃時,產(chǎn)品純度不再提高,收率降低,因此15℃是較佳的冷卻溫度。

綜上所述,較佳的發(fā)汗和溶劑結(jié)晶條件為:加熱到140℃～141℃使熔融結(jié)晶粗品發(fā)汗,汗液流出后,加入100 mL乙醇溶解,冷去至15℃結(jié)晶,得到高純度膽固醇,收率61%,含量99.6%。

3 結(jié)論

設(shè)計了以95%膽固醇為原料,經(jīng)過熔融結(jié)晶、發(fā)汗和溶解結(jié)晶三個步驟得到了含量大于99%高純度的膽固醇的方法,收率達到61%。

該方法生產(chǎn)周期短,毒性低且所得產(chǎn)品的收率和純度均理想,具有工業(yè)化生產(chǎn)前景。

[1]譚仁祥.甾體化學[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009.

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[3]薛家祿,馬志軍.一種羊毛脂膽固醇提純方法[P]:CN, 102690312A.2012-09-26.

[4]曹亮.一種高純度羊毛脂膽固醇的生產(chǎn)方法[P]:CN, 103102380A.2013-05-15.

[5]李專成.羊毛脂提取膽固醇的研究與工業(yè)開發(fā)[J].化學工程與裝備,2008,(11):16-22.

[6]馬志軍,薛家祿,薛雯,等.液晶用羊毛脂膽固醇制備影響因素研究[J].河南科學,2015,33(1):27-31.

Study on the Preparation M ethod of High Purity Cholesterol

LIU Jian-gang，WANG Zi-qiang
（Hangzhou Xiasha Biochemical Tech.Co.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310018,China)

A process for preparation of high purity cholesterol was reported.Lanolin cholesterol(more than 95%purity)as raw material,bymelt crystallization purificationmethods,includingmelt crystallization, sweating and dissolution crystallization three steps finally to get high purity cholesterol(more than 99%).The purification conditions of every step was discussed and optim ized.The result shows that high purity cholesterolwas prepared by the purification sequence ofmelt crystallization,sweating and dissolution crystallization with yield of 60%.Themethod has the advantages of simple process,low toxicity,and high yield and purity of the product,which has the prospect of industrial production.

high purity cholesterol;melt crystallization;sweating;dissolution crystallization

1006-4184(2015)9-0024-04

2015-0-

劉建剛(1974-),男,河南固始縣人,博士研究生,高級工程師,從事精細化工研究。

*通訊作者:王子強,E-mail:wangzi-qiang@163.com。