一种高纯度羊毛脂胆固醇制备方法的研究

刘建刚,王子强

(杭州下沙生物科技有限公司,浙江杭州310018)

一种高纯度羊毛脂胆固醇制备方法的研究

刘建刚,王子强*

(杭州下沙生物科技有限公司,浙江杭州310018)

研究了以95%以上纯度的羊毛脂胆固醇为原料,通过熔融结晶提纯的方法得到高纯度羊毛脂胆固醇,包括熔融结晶、发汗和溶解结晶三个步骤。本次研究考察了该工艺各步骤的纯化条件,并对各步纯化条件进行了筛选和优化。结果表明,粗品只需经过一次熔融结晶、发汗、溶解结晶就可得到含量99%以上纯度的高纯度羊毛脂胆固醇,总收率达到60%以上。该方法与现有高纯度羊毛脂胆固醇生产方法相比,工艺简单、毒性低、产品纯度及收率均较高,具有工业化生产前景。

高纯度羊毛脂胆固醇;熔融结晶;发汗;溶解结晶

已有许多文献报道过高纯度胆固醇的制备方法[2-6]。K A Asankozhoyev等人报道了溴化法分离纯化胆固醇的方法[2],利用胆固醇溴化物与24-去氢胆固醇溴化物性质的不同进行分离提纯,得到纯的胆固醇溴化物,然后用锌还原得到高纯度的胆固醇,但在生产过程中溴化物稳定性差,并且污染问题严重,不适合工业化生产。在其它已报道的制备方法中,也存在着工业生产成本高,胆固醇与杂质无法完全分离,胆固醇纯度不高或者收率较低等问题。针对传统工艺中存在的诸多缺点,本研究小组在参考上述制备方法的基础上设计了如下工艺:以95%胆固醇为原料,经过熔融结晶、发汗和溶解结晶三个步骤得到含量大于99%高纯度的胆固醇。本工艺解决了原先合成中存在的诸多问题,工艺简单,产品纯度高,具有工业化生产前景。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

WRS-1B熔点测定仪(温度计未校正);Agilent 1100液相色谱仪;Varian NMR-400 MHz型核磁共振仪,CDCl3为溶剂,四甲基硅烷(TMS)作内标;DZF-6050真空干燥箱。

95%胆固醇为自己生产,溶剂均为分析纯。

1.2 实验

1.2.1 熔融结晶

将20.0 g纯度为95.5%的NF级胆固醇放入熔融结晶器,用高纯度氮气置换熔融结晶器内的空气。然后将熔融结晶器内温度升高到150℃～152℃,将粗品羊毛脂胆固醇全部熔化。然后将熔融结晶器以每小时1℃～3℃的温度缓慢降温,至结晶器内温度130℃～131℃左右时停止降温,静止结晶2 h以上,然后通过熔融结晶器底部过滤板排出液体,得到熔融结晶后的粗品胆固醇,熔点:148℃～149℃,含量:98%。

1.2.2 发汗和溶解结晶

熔融结晶的粗品胆固醇还需经过发汗和溶解结晶来做进一步的提纯。将熔融结晶器温度升高到140℃～141℃使其发汗,保温1 h,然后将发汗液通过晶体内部间隙排除,最后将熔融结晶器温度降低至60℃～70℃,加入100 mL乙醇溶解,溶解液转移至烧瓶中在15℃进行结晶,经过滤、干燥得到12.2 g含量99.6%的高纯度羊毛脂胆固醇,产品收率为61.0%,熔点149.8℃～150℃。

2 结果与讨论

2.1 熔融结晶条件优化

影响熔融结晶主要因素有熔融结晶釜中剩余空气,加热温度以及冷却温度,下面分别对其进行讨论。

2.1.1 空气对熔融结晶的影响

由于熔融结晶时,熔融结晶釜中温度较高,因此釜中剩余空气可能会引起胆固醇的氧化,因此考虑用惰性气体将剩余空气排出。每组反应均投料20 g,除对照组外,其余组别均在不同的惰性气体氛围下进行。

熔融结晶器内温度升高到155℃,将粗品羊毛脂胆固醇全部熔化。然后将熔融结晶器以每小时1℃～3℃的温度缓慢降温,至结晶器内温度134℃～135℃左右时停止降温,静置结晶2 h以上,然后通过熔融结晶器底部过滤板排出液体。将熔融结晶器温度升高到140℃～141℃使其发汗,保温1 h,然后将发汗液通过晶体内部间隙排除,最后将熔融结晶器温度降低至60℃～70℃,加入100mL乙醇溶解,溶解液转移至烧瓶中在15℃进行结晶,经过滤、干燥得到高纯度羊毛脂胆固醇,并测定产品收率和纯度。结果见表1。

表1 空气对于熔融结晶的影响Tab 1 Effect ofair onmelt crystallization

实验结果表明,当有空气存在时,由于温度较高,胆固醇会被熔融结晶釜中的残留空气氧化。而其它实验组结果表明:惰性气体氛围下,胆固醇不会被氧化,且惰性气体的种类对于产品收率和纯度影响不大。从成本角度考虑,以N2作为惰性保护气体。

2.1.2 加热温度对熔融结晶的影响

温度是影响熔融结晶的重要因素。考察了不同加热温度对于熔融结晶的影响,每组反应事先均用氮气置换空气,其它实验条件同2.1.1,结果见表2。

表2 加热温度对熔融结晶的影响Tab2 Effect ofheating temperature on melt crystallization

实验结果表明,当加热温度较低时,粗品羊毛脂胆固醇可能未融化完全,产品中夹带着微量杂质,影响产品纯度。而当加热温度超过150℃～152℃时,产品收率和含量基本不再发生变化。

2.1.3 冷却温度对熔融结晶的影响

在确定了较佳加热温度后,以此加热温度作为熔融结晶的温度,考察了不同冷却温度对于熔融结晶的影响,其它实验条件同2.1.1。结果见表3。

表3 冷却温度对熔融结晶的影响Tab3 Effect of cooling temperature onmelt crystallization

实验结果表明,当冷却温度低于127℃～128℃时,虽然收率较高,但由于杂质在结晶过程中也有部分析出,所以会影响产品纯度。而当温度高于130℃～131℃时,产品的收率和纯度基本不受影响。

综上所述,较佳的熔融结晶条件为20.0 g纯度为95.5%的NF级胆固醇于150℃～152℃融化完全,然后将结晶器内温度降至130℃～131℃,静止结晶。然后通过熔融结晶器底部过滤板排出液体,得到熔融结晶后的粗品胆固醇,再经过发汗和溶剂结晶得到的产品重量12.2 g,收率为61.2%,含量为99.6%。

2.2 发汗以及溶剂结晶条件选择

2.2.1 发汗温度的选择

发汗加热温度对最后产品的收率与纯度有重要影响。试验了不同发汗温度对于产品收率与纯度的影响。其它实验条件同1.2.1和1.2.2。实验结果见表4。

表4 发汗温度的选择Tab4 Selection of sweating temperature

实验结果表明,当发汗温度小于140℃～141℃时,虽然收率较高,但产品中杂质含量较高;而当温度高于140℃～141℃时,产品含量基本保持不变,但收率会逐渐降低,因此140℃～141℃是较佳发汗温度。

2.2.2 结晶溶剂的选择

溶剂结晶中有机溶剂的选择对最后产品的收率与纯度有重要影响。试验了不同有机溶剂对于产品收率与纯度的影响。溶剂的用量均为沸点下,固体刚好溶解完全时的用量。其它实验条件同1.2.1和1.2.2。实验结果见表4。

表5 结晶溶剂的选择Tab5 Selection of crystallization solvent

实验结果表明:甲苯对于胆固醇具有较好的溶解度,冷却后不能析晶。而三种醇类溶剂中,从产品的纯度与收率考虑,乙醇是较佳的结晶溶剂。

2.2.3 冷却结晶温度的选择

结晶冷却温度会影响重结晶的收率以及最后的产品纯度,选取乙醇作为重结晶溶剂,考察了不同的冷却温度下胆固醇的收率和纯度。其它实验条件同1.2.1和1.2.2。结果见表6。

表6 冷却温度的选择Tab6 Selection of cooling temperature

实验结果表明,当冷却温度低于15℃时,会有部分杂质析出,影响产品纯度;而当温度高于15℃时,产品纯度不再提高,收率降低,因此15℃是较佳的冷却温度。

综上所述,较佳的发汗和溶剂结晶条件为:加热到140℃～141℃使熔融结晶粗品发汗,汗液流出后,加入100 mL乙醇溶解,冷去至15℃结晶,得到高纯度胆固醇,收率61%,含量99.6%。

3 结论

设计了以95%胆固醇为原料,经过熔融结晶、发汗和溶解结晶三个步骤得到了含量大于99%高纯度的胆固醇的方法,收率达到61%。

该方法生产周期短,毒性低且所得产品的收率和纯度均理想,具有工业化生产前景。

[1]谭仁祥.甾体化学[M].北京:化学工业出版社,2009.

[2]Asankozhoyev K A,Gy S,Bogoslovsky N A,et al.Com-position of wool fat and its isolation of cholesterol[J]. Khimiko-Farmatsevtichekii Zhunal,1992,26(1):73-76.

[3]薛家禄,马志军.一种羊毛脂胆固醇提纯方法[P]:CN, 102690312A.2012-09-26.

[4]曹亮.一种高纯度羊毛脂胆固醇的生产方法[P]:CN, 103102380A.2013-05-15.

[5]李专成.羊毛脂提取胆固醇的研究与工业开发[J].化学工程与装备,2008,(11):16-22.

[6]马志军,薛家禄,薛雯,等.液晶用羊毛脂胆固醇制备影响因素研究[J].河南科学,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-

刘建刚(1974-),男,河南固始县人,博士研究生,高级工程师,从事精细化工研究。

*通讯作者:王子强,E-mail:wangzi-qiang@163.com。