用氯代芳磺酸型树脂催化水解斯替夫苷制备异甜菊醇

摘要

用氯代芳磺酸型树脂催化水解斯替夫苷制备异甜菊醇，属于有机化合物的有机合成技术领域。本发明用氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂填充床连续催化水解斯替夫苷制备异甜菊醇，采用分步降温循环的方式及时移除产物并加快反应。本发明提供的方法具有产率高、操作简单、环境友好、催化剂稳定性能好等优点。所用强氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂在重复使用10次后，仍保持97％的催化活性。异甜菊醇的产率可达95％以上，经过简单重结晶后纯度可达98％以上。

说明书

【技术领域】

本发明属于有机化合物的化学合成技术领域，更具体地，本发明涉及用氯代芳磺酸型树脂填充床连续催化水解斯替夫苷，采用分步降温循环的方式及时移除产物从而加快反应来制备异甜菊醇的方法。 

【背景技术】

斯替夫苷(St)来源于甜菊提取物，高纯斯替夫苷是甜菊提取物精制莱苞迪苷A(RA)的副产品。甜叶菊提取物除了含有大量斯替夫苷(40％-80％，各公司产品不同)，还含有莱苞迪苷A(RA)和莱苞迪苷C(RC)。异甜菊醇具有抗高血压、降血糖、抑制肿瘤等活性，还具有抗炎、保护心肌、胰岛素增敏等作用。异甜菊醇的制备主要有酸催化[1-2]和酶催化水解斯替夫苷两种途径[3]。酶催化水解对酶的选择要求较高，且成本较高；无机酸催化水解产物一般为甜菊醇和异甜菊醇的混合物[1]，且容易造成污染环境和腐蚀设备。 

普通的酸型离子交换大孔树脂和无机酸催化的结果是相同的，因此需要筛选出酸性、极性和分子排阻与本发明涉及反应的原料、中间体和产物所需要求非常一致的树脂。需要足够的酸强度将反应往深度进行，需要适中的分子排阻特性让树脂的孔径接纳原料和中间体分子而大于产物分子弱化其物理包容，需要恰当的极性使原料和中间体在树脂上的保留时间大于产品的。这些也是普通酸催化不能达到的。 

本发明经过大量筛选包括自行合成，最终所用的氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂是以弱极性溶剂为致孔剂合成的苯乙烯-二乙烯苯共聚体为骨架，经氯化、磺化制得的C102大孔阳离子交换树脂，该树脂原用于在绝热反应器中作为壬烯与苯酚的烷基化反应催化剂[4]。苯环上氯取代使得树脂的酸性和极性更强，由于原料和水解产物的极性和分子大小的差异，强极性有利于斯替夫苷和水解中间产物的保留，而该树脂独特的孔径及孔径窄分布也有助于捕获斯替夫苷、RA和RC以及中间体甜菊醇，并释放水解产物异甜菊醇。采用填充床式反应装置可以 连续地将斯替夫苷催化水解成异甜菊醇，利用原料和水解产物的溶解度差异，采用分步降温循环的方式有利于及时移除产物并加快反应。 

氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化斯替夫苷水解的反应方程式示意如下： 

式一  氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化斯替夫苷水解的反应示意 

本发明使用的氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化水解斯替夫苷制备异甜菊醇，该方法具有后处理简单、无环境污染、无设备腐蚀等优点，且产物产率高；催化剂在重复使用10次后，催化效率只下降3％。异甜菊醇的产率可达95％以上，经过用水简单重结晶后纯度可达98％以上。 

【发明内容】

[要解决的技术问题] 

本发明的目的是提供一种用氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化水解斯替夫苷制备异甜菊醇的方法，以斯替夫苷为原料，简单、高产率地制备异甜菊醇。 

[技术方案] 

本发明是通过下述技术方案实现的。 

本发明涉及一种用斯替夫苷制备异甜菊醇的方法。 

本发明使用按文献【4】方法所制备的氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂为催化剂，在本发明提供的使用条件下，它具有很高的催化活性，对甜叶菊提取物中的RA和RC也具有同样水解活性。该树脂强极性和酸性以及其适中的孔径及其窄分布也有助于捕获斯替夫苷、RA和RC以及中间体甜菊醇，并释放水解产物异甜菊醇。采用填充床式反应装置可以连续地将斯替夫苷催化水解成异甜菊醇，采用分步降温循环的方式有利于及时移除产物并加快反应。产品的LC-MS和NMR谱图见说明书附图，产品的分析方法如下。 

用高压液相外标曲线法定量分析斯替夫苷的转化率(St conversion)和异甜 菊醇的产率(Isosteviol yield)。 

$>\mathrm{St}\mathrm{conversion}(\%)=\frac{C_0-C_t}{C_0}\times 100\%$>      式2 

     式3 

其中，C₀-反应前反应体系中斯替夫苷的浓度(g/L)，Ct-t时刻反应体系中斯替夫苷的浓度(g/L)，Cisos-根据峰面积-浓度标准曲线得到的样品中异甜菊醇浓度(g/L)，V-配制的异甜菊醇样品溶液体积(L)，m₀、m₁、m-分别表示异甜菊醇理论总产量、实际样品产量和HPLC分析所溶解的样品质量(g)。 

该制备方法的步骤如下： 

将一定浓度的斯替夫苷溶液在设定反应温度(80-95℃)下预热0.5小时；然后将此预热溶液以恒定的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱预先用斯替夫苷溶液的同种溶剂在设定温度下平衡预热0.5小时，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在上述设定温度，所述斯替夫苷溶液的体积是所述填充柱的体积的10-15倍；流出液随后进入低温储罐中，产物异甜菊醇迅速从流出液中析出，流出液在上述设定温度下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应3小时后用高压液相分析上述储罐中流出液中斯替夫苷的含量，直至斯替夫苷的含量不再下降时，开始收集并合并析出的粗异甜菊醇，流出液可用于下一轮反应的溶剂；反应时间在6-10小时左右。所得到的粗异甜菊醇用45℃热水洗涤3次后，再经过两次重结晶后纯度可达到98％以上。 

根据本发明的一种优选实施方式，所述斯替夫苷来源于甜菊提取物，其纯度在70％-100％以内，优选95％以上；斯替夫苷为白色或微黄色粉末，其甜度约为蔗糖的200倍，略带后涩味。本发明使用的斯替夫苷是目前在市场上广泛销售的产品，例如湖北大仝生物化工科技有限公司、上海西宝生物科技有限公司、宁波亿诺化学品有限公司销售的产品。甜叶菊提取物带有明显的苦涩味、甜味刺激缓慢，除了含有大量斯替夫苷(40％-80％，各公司产品不同)，还含有莱苞迪苷A(RA)和莱苞迪苷C(RC)。甜叶菊提取物具有降压降糖等药用价值，对人体没有任何不良的影响。本发明使用的甜叶菊提取物是目前在市场上广泛销售的产品，例如陕西康威生物工程有限公司、湖南大自然制药有限公司、珠海甜菊糖科技发展有限公司。 

由于斯替夫苷的纯度对其溶解度影响非常大，使用纯度低于70％的斯替夫苷时，本领域科技人员可根据所用斯替夫苷原料的溶解度，经过有限次实验而优化其他反应条件。本发明述及的方法对RA和RC均有效，但未对其他甜菊苷衍生物进行过实验。经过优化后，所用斯替夫苷的纯度不会影响产品的产率。 

根据本发明的另一种优选实施方式，所述斯替夫苷的起始浓度为10-150g/L，优选100g/L。 

根据本发明的另一种优选实施方式，所述斯替夫苷溶液，其溶剂为水或DMF质量浓度不高于10％的DMF水溶液；斯替夫苷浓度高于80g/L且纯度高于90％时，优选5％-10％的DMF水溶液；斯替夫苷浓度低于80g/L且纯度不高于90％时，优选水。本领域技术人员可以自行调节至原料完全溶解，在此前提下，仅仅会影响反应时间，对斯替夫苷转化率和异甜菊醇产率均不产生明显影响。 

根据本发明的另一种优选实施方式，所述设定反应温度为80-95℃，优选90℃。 

根据本发明的另一种优选实施方式，当树脂的交换容量为4.6mmol/g时，所述预热后的斯替夫苷溶液的过柱体积为催化剂填充柱的10-15倍，优选10倍。树脂的交换容量更高时，可以选择更高的过柱体积。 

根据本发明的另一种优选实施方式，所述预热后的斯替夫苷溶液以2-6mL/h的速度通过所述的催化剂填充柱，设定的反应温度越高、溶液过柱体积越低，流速可以越高；本领域科技人员可以根据所用原料、所设定的反应温度和溶液过柱体积以及生产强度和时间调度，经过有限次实验在此范围内自行优化。 

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的低温储罐的温度为0-25℃，推荐根据反应液的溶剂和斯替夫苷浓度而变更设置；当反应液的溶剂为水时，低温储罐的温度优选10-25℃；当反应液的溶剂为DMF水溶液时，储罐温度优选低于10℃，DMF浓度越高，低温储罐的温度设置越低；本领域科技人员可以根据所用斯替夫苷原料的溶解度，经过有限次实验而优化低温储罐的温度设置。储罐中预先储有一定量如0.1倍催化剂柱体积的溶剂时，会有利于产物析出；但是如果预先不加次溶剂，也不会产生较大影响。 

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的粗异甜菊醇所用的重结晶溶剂是水，结晶温度为10-25℃，优选20℃。 

在本发明的方法中，所述的氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂是采用文献【4】 所述步骤制备得到的，其交换容量不低于4.6mmol/g；如果由于非技术原因使用者不能制备出交换容量不低于4.6mmol/g的树脂，本领域科技人员可以自行换算并减小反应液过柱体积，或者仍然按照本发明提供的程序，不会产生明显影响，只是反应时间可能会略长。优选交换容量大的树脂。 

[有益效果] 

本专利提供了一种用氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化水解斯替夫苷制备异甜菊醇的有效方法。所用树脂强极性和酸性以及其适中的孔径及其孔径窄分布有助于捕获斯替夫苷、RA和RC以及中间体甜菊醇，并释放水解产物异甜菊醇。采用填充床式反应装置可以连续地将斯替夫苷催化水解成异甜菊醇，采用分步降温循环的方式有利于及时移除产物并加快反应。在反应过程中能够高效的催化水解斯替夫苷制备异甜菊醇。所用强氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂在重复使用10次后，仍保持97％的催化活性。异甜菊醇的产率可达95％以上，经过简单重结晶后纯度可达98％以上。

图1是本发明专利产物异甜菊醇的总离子流图。

图2是本发明专利产物异甜菊醇的质谱图. 

图3是本发明专利产物异甜菊醇的¹³CNMR图。

【具体实施方式】

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。鉴于重复使用催化剂的情况在10次以内基本相同，只在最后的实施例中说明。 

实施例一： 

将540mL浓度为100g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为95％，含RA4.0％，RC0.2％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为5％的DMF水溶液)在90℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以5mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱的体积为50mL，树脂交换容量为4.7mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在90℃。流出液随后进入温度为5℃的储罐中，储罐中放有5mL5％的DMF水溶液，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在90℃下预热0.5小时后再以5mL/h的流速循环打入催化剂柱中，3小时后开始每半小时用高压液相外标法分析并计算 上述储罐中流出液中斯替夫苷的含量，直至斯替夫苷的含量不再下降时，开始收集并合并析出的粗异甜菊醇，反应时间为7h。按外标法计算，异甜菊醇产率96％。流出液用于下一轮反应的溶剂。用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为98.5％，结晶温度为15℃。 

实施例二： 

将500mL浓度为150g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为80％，含RA15％，RC2％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为水)在80℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以2mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱的体积为50mL，树脂交换容量为4.96mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在80℃；流出液随后进入温度为25℃的储罐中，储罐中放有5mL水，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在80℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应10h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。按外标法计算，异甜菊醇产率96％。流出液用于下一轮反应的溶剂；所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为98.5％，结晶温度为25℃。 

实施例三： 

将700mL浓度为50g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为98％，含RA1.5％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为10％的DMF水溶液)在95℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以2mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱体积为50mL，树脂交换容量为4.96mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在95℃；流出液随后进入温度为0℃的储罐中，储罐中放有5mL10％的DMF水溶液，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在95℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应6h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。流出液用于下一轮反应的溶剂；异甜菊醇产率98％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为98.5％，结晶温度为10℃。 

实施例四： 

将750mL浓度为10g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为92％，含RA6.5％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为10％的DMF水溶液)在85℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以6mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱体积为50mL，树脂交换容量为4.6mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在85℃；流出液随后进入温度为0℃的储罐中，储罐中放有5mL10％的DMF水溶液，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在85℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应6.5h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。异甜菊醇产率98.1％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为99.5％，结晶温度为10℃。 

实施例五： 

将650mL浓度为70g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为85％，含RA13.5％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为水)在85℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以4mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱体积为50mL，树脂交换容量为4.6mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在85℃；流出液随后进入温度为20℃的储罐中，储罐中放有5mL水，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在85℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应6h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。异甜菊醇产率98.4％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为99.1％，结晶温度为20℃。 

实施例六： 

将550mL浓度为90g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为90％，含RA7.5％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为5％DMF水溶液)在90℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以4mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱的体积为50mL，树脂交换容量为 4.63mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在90℃；流出液随后进入温度为8℃的储罐中，储罐中放有5mL5％的DMF水溶液，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在90℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应8h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。异甜菊醇产率95.4％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为98.7％，结晶温度为10℃。 

实施例七： 

将550mL浓度为90g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为90％，含RA7.5％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为7％DMF水溶液)在90℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以4mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱的体积为50mL，树脂交换容量为4.63mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在90℃；流出液随后进入温度为8℃的储罐中，储罐中放有5mL7％的DMF水溶液，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在90℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应8h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。异甜菊醇产率95.4％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为98.7％，结晶温度为15℃。 

实施例八： 

将600mL浓度为30g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为72％，含RA20.5％，RC4.1％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为水)在85℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以6mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱体积为50mL，树脂交换容量为4.7mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在85℃；流出液随后进入温度为20℃的储罐中，储罐中放有5mL水，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在85℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应8h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异 甜菊醇3次。异甜菊醇产率97.4％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为99.4％，结晶温度为25℃。 

实施例九： 

将700mL浓度为10g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为99％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为10％DMF水溶液)在95℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以6mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱体积为50mL，树脂交换容量为4.65mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在95℃；流出液随后进入温度为0℃的储罐中，储罐中放有5mL10％的DMF水溶液，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在95℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应7h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。异甜菊醇产率96.3％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为98.7％，结晶温度为23℃。 

实施例十： 

将500mL浓度为100g/L的斯替夫苷溶液(斯替夫苷纯度为90％，含RA8.5％，RC0.5％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物，溶剂为5％DMF水溶液)在90℃下预热0.5小时；然后将此预热溶液以5mL/h的流速通过装有氯代芳磺酸型离子交换大孔树脂催化剂的填充柱，填充柱体积为50mL，树脂交换容量为4.8mmol/g，填充柱夹套用外循环水加热以便将其反应温度控制在90℃；流出液随后进入温度为5℃的储罐中，储罐中放有5mL5％的DMF水溶液，产物异甜菊醇在低温储罐中析出，流出液在90℃下预热0.5小时后再循环打入催化剂柱中，反应10h后流出液中斯替夫苷的含量不再下降，收集并合并析出的粗异甜菊醇，用45℃的热水洗涤粗异甜菊醇3次。异甜菊醇产率95.7％，所得到的粗异甜菊醇经过两次用水重结晶后纯度为98.8％，结晶温度为25℃。 

将上述反应后的流出液500mL溶解50g斯替夫苷(斯替夫苷纯度为90％， 含RA8.5％，RC0.5％，其它均为有甜菊糖苷特征紫外吸收的化合物)，所得溶液按照以上步骤重复进行；如此共进行十次，结晶温度恒定在20℃，第二次起的异甜菊醇产率和异甜菊醇重结晶后纯度分别为：98.1％，98.7％；97.4％，98.2％；97.1％，98.6％；97.1％，99.1％；96.9％，98.3％；97.1％，98.5％；96.4％，98.4％；96.0％，98.9％；95.6％，98.0％。