离子交换树脂法提纯维生素C磷酰化反应液

离子交换树脂法提纯维生素C磷酰化反应液 离子交换树脂法提纯维生素C磷酰化反应 液 离子交换树脂法提纯维生素C磷酰化反应液 河北科技大学化学与制药工程学院,石家庄050018 杜亚威杨文玲刘红梅王荣霞刘海波 采用D301大孔弱碱阴离子交换树脂分离提纯维生素C磷酰化反应液.测定了室温下D301树脂吸附维生素c磷酸酯钠 的动力学曲线和吸附等温线,考察了溶液pH值,温度,盐酸洗脱液浓度等因素对吸附的影响.最后用D301树脂对磷酰化反 应液进行梯度洗脱,并用HPIC进行分析.结果表明:D301树脂吸附维生素C磷酸酯钠约60min达到平衡,Freundlich方程 可以较好地描述树脂对维生素C磷酸酯钠的吸附.在室温下将磷酰化反应液调节pH至1,2后上柱吸附,依次用 0.05mol/L,0.2mol/I…20mol/I的盐酸溶液洗脱,收集0.2mol/I盐酸洗脱液,用HPLC分析,结果其维生素C磷酸酯含量 大于97. 维生素C磷酸酯钠提纯维生素C离子交换树脂 StudyonthePurificationofPh0sph0rylati0nLiquidofL-AscorbicAcidbyIon-exchangeRes in DUYaweiYANGWenlingLIUHongmeiWangRongxiaLIUHaibo (CollegeofChemicalandPharmaceutica1Engineering,HebeiUniversityofScienceandTec hnology,Shiji— azhuang05OO18,China) AbstractThephosphory1ationliquidofL—ascorbicacidwaspurifiedbyD301macroporousweakbasicionexchangeresin.Ad— sorptionkineticcurveandisothermofsodiumL——ascorbate——2——phosphateonD301ion—'exchangeresinweremeasuredatroomtern—- perature,andtheeffectsofpHvalue,temperature,concentrationofhydrochloricacidwereals oinvestigated.Resultsshowed thattheequilibriumofadsorptionofsodiumLascorbate2一phosphateonD301ion,exchangeresincanbereachedin60mins.the Freundlichmodelcandescribetheadsorptionwel1.Atroomtemperature,thereactionmixtur ewasadjustedtOpH1.0withby— drochloricacid;thesolutionwasthenpassedthroughacolumnpackedwithD301ion—exchangeresin.Thecolumnwasdevel— opedwith0.02mol/I,0.2mol/Land2mol/Ihydrochloricacidsuccessively,and0.2mol/Ihydr ochloricacidelutionwascol一 1ected.HPICanalysisrevealedthatthecontentofL—ascorbic一2一phosphateinthefractionwasmorethan97. KeywordssodiumL——ascorbicacid——2—'phosphatepurifyL—'ascorbicacidion—'exchangeresin 维生素C磷酸酯钠是一种水溶性美白剂的主 要添加成分,不仅具有良好的美白效果,而且化学 性质稳定,对皮肤无刺激,这类美白剂在国内外被 广泛应用到化妆品中,并得到了大众的认可. 目前,采用化学方法合成维生素C磷酸酯钠存 在很多弊端,D.Mauro等人通过高压液相分析了磷 酰化反应产物,除维生素C磷酸酯外,反应液中还 含有未反应的维生素C,维生素C焦磷酸酯和双维 收稿日期:2007—0卜23 WWW.ffc—journa1.corn 生素C磷酸酯等副产物. CH20H CH0H =O'3Na 0 // // 差异,用不同浓度的酸洗液洗脱来达到分离提纯的 目的.本实验选用了D301大孔弱碱阴离子交换树 脂,通过静态和动态吸附与脱附实验确定了适宜的 操作条件,将磷酰化反应液进行梯度洗脱,经实验 发现D301大孔弱碱阴离子交换树脂对磷酰化反应 液分离效果较好. 1仪器与试剂 UV一2501PC型紫外一分光光度计,LC一10AD高 效液相色谱仪,SPD10AV紫外检测器,C—R6A数 字积分仪(日本岛津公司). 维生素C磷酸酯钠,北京贝丽莱生物科技有限 公司,纯度?98;D301大孔弱碱阴离子交换树脂, 南开大学化工厂;盐酸,甲醇,无水乙醇,乙腈(色谱 纯),磷酸二氢钾试剂均为分析纯,水为重蒸水. 2实验方法 2.1树脂的预处理 取D301树脂,在蒸馏水中充分浸泡,溶胀后滤 干,加3倍体积乙醇搅拌6h,用蒸馏水洗净滤干,加 4倍量的4的盐酸溶液搅拌6h,用去离子水洗至 中性,滤干;加4倍量4的氢氧化钠溶液搅拌6h, 去离子水洗至中性,滤干;最后用4倍量4的盐酸 溶液搅拌6h,水洗至中性,滤干后备用. 2.2吸附等温线的测定 称取10.0g湿树脂,分别加入相同体积不同浓 度的维生素C磷酸酯钠溶液,在室温下恒温搅拌 8h,然后取其过滤清液测定溶液中维生素C磷酸酯 钠的浓度,计算树脂在不同浓度下的平衡吸附量. 2.3树脂的静态吸附曲线 配制100mI的3.0g/I的维生素C磷酸酯钠 溶液,加入30g湿树脂,于室温下搅拌,每隔一定时 间取样测量溶液中维生素C磷酸酯钠的浓度,以吸 附时间为横坐标,吸附率为纵坐标,绘制出吸附时 间对吸附率的曲线. 2.4pH对吸附量的影响 配制3.0g/L的维生素C磷酸酯钠溶液,加入 10.0g已处理的D301树脂,用盐酸调节不同的pH. 将溶液置于25.C水浴中恒温搅拌6h,然后测量溶 液中维生素C磷酸酯钠的浓度,考察pH对树脂吸 附量的影响. 2.5温度对吸附量的影响 配制3.0g/I的维生素C磷酸酯钠溶液,加入 10.0g已处理的D301树脂,分别在不同温度的恒 温水浴中搅拌6h.测量溶液中维生素C磷酸酯钠 的浓度,考察温度对树脂吸附量的影响. 2.6树脂静态解吸 在室温下将吸附量达到饱和的D301树脂分别 加入到不同浓度的盐酸中,恒温震荡6h后,取样测 定溶液中维生素C磷酸酯钠的浓度,计算维生素C 磷酸酯钠静态解吸率. 2.7树脂动态吸附 室温下,在直径20mm,柱高200mm的玻璃吸 附柱中装添30g左右的湿树脂进行动态吸附试验, 维生素C磷酸酯钠的初始浓度为5.0g/L.流速为 1.0ml/I.每25mL为一瓶,依次收集并编号,取样 测定溶液中维生素C磷酸酯钠的浓度,绘制维生素 C磷酸酯钠的穿透曲线. 2.8树脂动态解吸 室温下,在直径20mm,柱高200mm的玻璃吸 附柱中装添30g左右的吸附了维生素C磷酸酯钠 的湿树脂,用0.2mol/I的盐酸洗脱,每25mI为 一 瓶,依次收集并编号,取样测定溶液中维生素C 磷酸酯钠的浓度,绘制动态洗脱曲线. 2.9梯度洗脱分离磷酰化反应液 合成方法参照文献进行.将磷酰化反应液于 40?减压蒸馏除去吡啶后,加入盐酸调节溶液的 pH值至1,2,然后置入直径20mm,柱高200mm 装填有3O.0g左右的湿树脂的玻璃吸附柱.先用 300mI(约4.5个柱体积)的0.05mol/I的稀盐酸 过柱,之后用600mE(约9个柱体积)的0.2mol/L 的盐酸过柱,最后用350mI(约5个柱体积) 2mol/L的盐酸洗脱.流速保持在1.0mI/min. 每隔一定时间取样,每25mI为一瓶,依次收集并 编号,用HPLC测定溶液中各物质的含量,绘制磷 酰化反应液的洗脱曲线. 3结果与讨论 3.1检测方法 采用紫外分光光度法测得维生素C磷酸酯钠 的最大吸收波长为237nm.配制0.02,0.03, 0.04,0.05,0.06mg/mI的维生素C磷酸酯钠溶 液,在237nm处测定其溶液的吸光度,以浓度(mg/ mI)为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制工作曲线.结 果表明,线性范围在0.O2,0.06mg/mL,曲线呈良 好的线性关系.回归方程为 A=0.0464+28.598C,r=0.9996. 高压液相色谱条件:色谱柱采用HypersilNH2 柱(4.6mm×150mm,5/,m)(大连依利特分析仪器 有限公司).流动相(乙腈):(0.1mol/L磷酸二 氢钾)=1:2(用磷酸调节溶液pH值至4.3左右). WWW.ffc—iOUrna1.oom一13— 流速为1.OraL/rain.检测波长为254nm. 温20.C. 柱3.3树脂的静态吸附 3.2吸附等温线 通过紫外分光光度法测定溶液中维生素C磷 酸酯钠的含量.得到树脂在不同浓度下的平衡吸 附量.其吸附等温线如图2所示.吸附量计算公 式为: Q=(C一C)V/W Q为吸附量,mg/g湿树脂; Cc】吸附前溶液中物料的浓度,mg/mI; C为吸附平衡后溶液中物料的浓度,mg/mL; 为吸附液的体积,mL; w为树脂重量,g. 啪 昌 咖{ 莲 图225?吸附等温线 对吸附平衡数据采用Freundlich和Langmuir 方程对实验数据进行线性拟合.方法如下:将Fre— undlich和Langmuir方程转化为线性方程,即lnQ =In(k+1)/nlnC币口C/Q=1/kQ+C/kQ,然 后再用最小二乘法进行线性回归.结果如表1所 示.由表1可知,Freundlich和Langmuir方程拟 和吸附等温方程都比较理想,但从相关系数来看 Freundlich方程更加适合.求吸附量Q对C的二 阶导数,可得 dQ/dC=(1/n一1)k/nC'. 上式中:k>O,n>1,则dO./dC<0.从理论 上判断此树脂的吸附等温线是优惠的吸附等温 线],即等温线的斜率随C的增加而减少,而吸附 质维生素c磷酸酯钠和树脂之间的亲和力则随着 维生素c磷酸酯钠溶液的浓度增加而降低. 表1吸附等温线回归方程 方程类型回归方程R2 FreundlichQ10.71C''.().994() LangmuirQ=1().81C/(1+(),1332C)().9865 —— 14——WWW,ffo—journal,com 由吸附动力学曲线可知,D301树脂对维生素c 磷酸酯钠的吸附过程很快,约60min达到吸附平 衡,这是由于D301是功能基为N,N一二甲基胺基的 苯乙烯系大孔型弱碱性阴离子交换树脂,其吸附过 程主要是以离子交换为主的化学吸附.平衡吸附 率为88左右. 肘阗/h 图3吸附动力学曲线 3.4pH值对吸附量影响 由图4可知,溶液的pH值对树脂的吸附量有 一 定的影响.当维生素c磷酸酯钠溶液为pH<6 时,树脂的吸附量随pH减小而增大,pH>6时,树 脂的吸附量随pH变化不明显.因此选定维生素C 磷酸酯钠的pH范围为1,2. 褂 莲 图4pit对吸附的影响 3.5温度对吸附量影响 由图5可知,随着温度的升高,树脂的吸附率逐 渐增大,但温度升高到30?后,温度对吸附率的影 响不大.可见,维生素c磷酸酯钠在树脂上的吸附 是放热反应,温度升高,其吸附性能降低.因此选 择室温下进行吸附与洗脱试验. 3.6盐酸浓度对洗脱率影响 由图6可知,盐酸浓度增加,维生素C磷酸酯 钠的洗脱率呈上升趋势,但盐酸浓度为0.3mol/L 以后,其洗脱率变化不大,考虑到增加盐酸浓度,部 分磷酰化反应的杂质也会洗脱下来,因此盐酸浓度 选择0.2mol/I. \ 横} 莲 温度/~C 图5温度对吸附量影响 盐酸浓度/mol/L 图6盐酸浓度对解吸率的影响 3.7穿透曲线 根据洗脱液体积和洗脱液中维生素C磷酸酯 钠的含量绘制出动态吸附穿透曲线(图7),由穿透 曲线可知,穿透点约为400mI,约为6个柱体积. 由穿透曲线可知,未达到穿透点前,洗脱液中维生 素C磷酸酯钠的浓度接近为零,说明树脂对维生素 C磷酸酯钠的吸附力较强,基本上没有泄漏. 3.8梯度洗脱分离磷酰化反应液 体积/mL 图7动态吸附穿透曲线 将收集到的不同浓度的盐酸洗脱液进行液相 分析,测定出洗脱液中组分的含量,绘制出磷酰化 反应液的洗脱曲线如图8所示.维生素C磷酸酯 钠的品图谱如图9所示,图10为磷酰化反应液 水解后的HPLC色谱图,可知磷酰化反应液中主要 含有未反应的原料(保留时间为2.5min),反应副产 物(保留时间为7.0min)及维生素C磷酸酯(保留时 间为13.0min).图11为0.05mol/L的盐酸洗脱液 世 图8磷酰化反应液的洗脱曲线 洗脱液体积/mL 图9维生素C磷酸酯钠色谱图 图1O磷酰化反应液色谱图 57 图110.05mol/L盐酸洗脱液色谱图 WWW.ffc—journal,com——15—— HPLC图谱,如图所示,主要含有未反应的原料 (IAA).图12为0.2mol/L的盐酸洗脱液HPIC 图谱,主要洗脱的是反应生成的维生素c磷酸酯 (AA一2一P).图13为2mol/L的盐酸洗脱液HPLC 图谱,主要洗脱的是反应的副产物his一(L—ascorby1) 2,2"-phosphate(his—AA一2,2"-P)E5:. 图120.2mol/L盐酸洗脱液色谱图 5 图132.0mo|/L盐酸洗脱液色谱图 4结论 1)维生素c磷酸酯钠在树脂上的等温吸附线 是优惠等温吸附线,可同时用Freundlich和Lang- muir方程进行拟合,且以Freundlich方程拟合效果 更好. 2)通过静态和动态吸附试验得知,在室温下将 磷酰化反应液调节pH为1,2后上柱吸附,再用 0.05mol/L,0.2mol/L,2.0mol/L的盐酸溶液洗 脱,收集0.2mol/L盐酸洗脱液,用HPLC分析其维 生素C磷酸酯含量大于97. [1] [2] E33 [43 [5] 参考文献 ()moriKazuhiro,ShikayamaSusumo,SoyaSumio.Amor, phousL-ascorbicacid—2—phosphatesodiumsaltanditsproduc— tion[P].jp:09—077784,1997—3—25. ShimboKuniaki,NagatoNobuyuki,TaguchIsamu.Process forpurifyingI.-ascorhicacid一2一phosphate[P].US:4724 262.1998—02—9. 化学工程手册编辑委员会.化学工程手册(4):吸附与离子交 换[M].北京;化学工业出版社,1992. 杜亚威,杨文玲,刘红梅.维生素C磷酸酯钠的合成进展[J]. 精细与专用化学品,201)6,12(21):4-7. 1.eeChen.SeibP.A..IiangY.T.,eta1.ChemicalSynthe, sisofSeveralPhosphoricEstersofI.-AscorbicAcid[J].Car, bohydratesRest,1978,67(1):127138. (上接第11页) 此条件做优化实验,所得改性粉体的亲油化度为 0.50,具有较好的改性效果.L. [1] [2] [3] [4] [5] 参考文献 罗付生,韩爱军,杨毅,李凤生.化妆品用聚甲基丙烯酸甲酯, 二氧化钛复合微球的制备及性能[J].日用化学工业.2O02, 32(2):40—42. ChenHuying,ChangHungyi.Homogenousprecipitationof ceriumdioxidenanoparticlesinalcohol/watermixedsolvents [J].Basicscienceandengineering,20()1,3(2):141—145. MingST.Powersynthesisofnanogradeceriumoxidevia homogenousprecipitationanditspolishingperformanceEJ]. Materialsscienceandengineering:B,2004,(26): 9132—9134. 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