以离子液体为介质萃取分离甾醇类物质的研究

摘要

结构相似化合物的分离始终是化工领域的巨大挑战。甾醇类天然活性物质具有重要的生理功能，因此，实现它们的分离提纯具有很大的应用价值。胆固醇和24-去氢胆固醇，维生素D3和速甾醇T3是分子量中等而且结构极为相近的两组天然活性物质，它们分子结构中唯一的区别是双键的位置或侧链中双键的个数。这类物质的分离通常采用色谱方法，但具有溶剂消耗量大、成本高的缺点。近年来，以离子液体为介质的液-液萃取以其经济高效的优点得到了越来越广泛的关注。本文首先研究了甾醇类天然活性物质的溶解平衡，并在此基础上研究胆固醇和24-去氢胆固醇，维生素D3和速甾醇T3两组物质在以有机溶剂、离子液体或有机溶剂-离子液体二元混合溶剂为萃取剂时的液-液分配行为，并用COSMO-RS预测它们的溶解度以及萃取过程中的分配系数和选择性系数。
　　溶解度是物质的重要性质之一，也与物质的分离、提纯等环节息息相关。液-液萃取平衡的建立首先也是个溶解的过程。本文搜集了胆固醇和24-去氢胆固醇在有机溶剂中的溶解度，测定了248.2K到273.2K温度下，维生素D3在甲醇、乙腈、乙酸乙酯、乙醇、丙酮和正丙醇6中常规溶剂中的溶解度，并在文献数据和实验数据的基础上用COSMO-RS计算胆固醇、24-去氢胆固醇和维生素D3在有机溶剂和离子液体中的溶解度，预测所得结果与实验值趋势基本相符，可用于溶剂的筛选。
　　本文研究了胆固醇和24-去氢胆固醇，维生素D3和速甾醇T3两组物质在有机溶剂和离子液体中的萃取行为。对于胆固醇和24-去氢胆固醇，离子液体[bmim][SCN]对两者的选择性最大，达到2.45，而在[bmim][OAc]中，胆固醇达到最大的分配系数5.935，这在普通溶剂中很难实现。对于维生素D3和速甾醇T3，有机溶剂萃取剂中分离效果最好的环丁砜仅能达到1.44的选择性系数，而具有不饱和键的离子液体因能和维生素D3和速甾醇T3中不同位置的双键产生不同的π-π相互作用，从而得到较高的选择性。其中[bmpr][NTf2]对两者的选择性在各溶剂中最大，达到1.77。除此之外，实验还考察了原料液初始浓度，离子液体阴离子大小，阳离子上取代烷基长度、功能性基团等对萃取分配系数和选择性系数的影响，深入研究这两个体系的萃取作用机理。离子液体-有机溶剂二元混合溶剂能发挥离子液体和有机溶剂各自的优势，同时保证较高的选择性和合适的分配系数。
　　同时，本文用COSMO-RS预测正己烷-离子液体两相体系中胆固醇和24-去氢胆固醇的萃取平衡。预测所得的分配系数与实验值趋势相符，选择性系数与实验值接近，为离子液体的设计和筛选提供必要的理论依据。除此之外，本文通过模拟的方法计算多级分馏萃取所得产物的纯度和回收率，验证萃取分离的实际可行性，以及基于离子液体的萃取剂的优势。

目录

声明

致谢

摘要

符号清单

绪论

第1章 文献综述

1．1 甾醇类物质简介

1．1．1 甾醇类物质

1．1．2 胆固醇和24-去氡胆固醇

1．1．3 维生素D3和速甾醇T3

1．2 甾醇类物质的分离纯化技术

1．2．1 常见分离纯化方法

1．2．2 胆固醇和24-去氢胆固醇的分离纯化

1．2．3 维生素D3和速甾醇T3的分离纯化

1．3 离子液体简介

1．3．1 离子液体的定义

1．3．2 离子液体的分类

1．3．3 离子液体的性质

1．3．4 离子液体的应用

1．4 离子液体在液-液萃取中的应用

1．4．1 芳烃和烷烃的分离

1．4．2 有机物的提取

1．4．3 天然同系物的分离

1．5 本文的研究思路和研究内容

第2章 甾醇类物质的溶解度研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料和试剂

2．2．2 实验装置

2．2．3 实验方法

2．2．4 分析方法

2．2．5 可靠性检验

2．3 实验结果及讨论

2．3．1 溶解度测定结果

2．3．2 溶解度模型关联

2．4 COSMO-RS预测甾醇类物质溶解度

2．4．1 COSMO-RS简介

2．4．2 计算理论

2．4．3 结构优化

2．4．4 COSMO-RS计算细节

2．4．5 溶解度预测结果

2．5 小结

第3章 离子液体萃取分离胆固醇和24-去氢胆固醇

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料和试剂

3．2．2 实验方法

3．2．3 分析方法

3．3 实验结果及讨论

3．3．1 以离子液体为萃取剂

3．3．2 以有机溶剂-离子液体二元混合溶剂为萃取剂

3．4 COSMO-RS预测萃取行为

3．4．1 计算细节

3．4．2 可靠性检验

3．4．3 离子液体筛选

3．5 小结

第4章 离子液体萃取分离维生素D3和速甾醇T3

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料和试剂

4．2．2 实验方法

4．2．3 分析方法

4．3 实验结果及讨论

4．3．1 以有机溶剂为萃取剂

4．3．2 以离子液体为萃取剂

4．3．3 以二元混合溶剂作为萃取剂

4．4 多级分馏萃取模拟

4．5 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

作者简介及攻读硕士学位期间论文发表情况