專利名稱：一種功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)酸與多元醇的固體酸催化合成領(lǐng)域，具體涉及ー種功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法。
背景技術(shù)：
丁酸是腸道中存在的一種短鏈脂肪酸，為腸道上皮細(xì)胞提供能量，促進(jìn)其生長發(fā)育。近年來的研究表明，丁酸具有較強(qiáng)的殺菌作用，可影響蛋白質(zhì)合成，基因表達(dá)和細(xì)胞分化等作用。但由于丁酸常溫下為液體，易揮發(fā)，具有特殊的臭味，不利于實(shí)際生產(chǎn)使用。丁酸甘油酯屬于短鏈脂肪酸酷，在腸道脂肪酶的作用下，分解成丁酸和甘油。丁酸被腸黏膜細(xì)胞主要以非離子彌散形式吸收后，直接通過門靜脈系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟進(jìn)一歩代謝或被腸黏膜上皮細(xì)胞用作能源消耗。研究表明，丁酸甘油酯在腸道中還可調(diào)節(jié)消化道菌 群和抑制腸道炎癥，通過分解產(chǎn)生的丁酸影響白細(xì)胞黏附分子的表達(dá)而起到抗炎作用，也可以通過抑制NF-K B、阻止IL-8的分泌等減少局部炎癥，從而對(duì)腸道炎癥有較好的治療作用。丁酸甘油酯作為丁酸的前體物，使用方便，安全無毒副作用，無臭味，且具有促進(jìn)畜禽腸道健康發(fā)育，提高機(jī)體免疫能力，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，進(jìn)而提高動(dòng)物生產(chǎn)性能，被認(rèn)為是抗生素的潛在替代品。國內(nèi)外近年來已經(jīng)開展了ー些丁酸甘油酯在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用研究，主要集中在對(duì)腸道功能的改進(jìn)、取代抗生素和乳糖醇、益生素等復(fù)合的效果等幾個(gè)方面。例如，中國專利(公告號(hào)CN1513347)介紹了三丁酸甘油酯作為飼料添加劑的應(yīng)用。劉小萍等(江西畜牧獸醫(yī)雜志，2012，(2)，15-16)進(jìn)行了丁酸甘油酯在仔豬生產(chǎn)應(yīng)用中的初歩研究，結(jié)果表明，試驗(yàn)組的日均采食量和日均增重都比對(duì)照組高，料肉比低，初歩認(rèn)定飼料中使用丁酸甘油酷作用非常明顯。劉統(tǒng)等(飼料エ業(yè)，2011，32(22)，39-40)研究丁酸甘油酯對(duì)斷奶仔豬生長性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，丁酸甘油酯作可以提高斷奶仔豬的采食量和日增重，降低料肉比，提高了飼料報(bào)酬，對(duì)飼料粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和能量的表觀消化率有明顯的改善作用。另外，Cantinic F. (W02010/106488A2)公開了丁酸單甘油酯的生產(chǎn)方法及其對(duì)仔豬生長性能的影響，取得較好的效果。中國專利CN 102090517A提出了丁酸單雙甘油酯可作為ー種新型乳化劑與油脂進(jìn)行微膠囊化，以制備高脂肪含量的飼用脂肪粉。即可解決直接噴涂油脂在飼料表面，易氧化變質(zhì)的問題，又為飼料提供了丁酸前體。關(guān)于丁酸甘油酯在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用研究的國內(nèi)外進(jìn)展，請(qǐng)見丁斌鷹的專題介紹(飼料エ業(yè)，豬的營養(yǎng)與飼料，2012 年増刊，15-17)。關(guān)于丁酸甘油酯(含三丁酸甘油酷，丁酸單雙甘油酷)的合成方法，國內(nèi)外的文獻(xiàn)報(bào)道不多，W02010/106488A2介紹生產(chǎn)丁酸單甘油酯的方法是在120-180° C的加熱條件下，丁酸與甘油在無催化劑條件下直接反應(yīng)，由于無催化劑，該法反應(yīng)時(shí)間長，條件苛刻。中國專利CN102090517A介紹了在磷酸催化，四氯化碳作為帶水劑的條件下，丁酸單雙甘油酯的合成方法，但該法在反應(yīng)完成后，需用大量含堿的飽和食鹽水洗滌以除去磷酸，導(dǎo)致丁酸單雙甘油酯產(chǎn)率低，及產(chǎn)生大量的廢水，且該方法需使用到較大量的有毒物質(zhì)四氯化碳(國家在2010年已嚴(yán)格禁止使用四氯化碳)。鑒于丁酸甘油酯作為功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑有重要前景，研究丁酸甘油酯的高效、環(huán)保的緑色合成方法，以利于丁酸甘油酯在飼料エ業(yè)領(lǐng)域的廣泛推廣，尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種固體酸催化下正丁酸與甘油反應(yīng)酯化合成丁酸甘油酯(含三丁酸甘油酷，丁酸單雙甘油酷)的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法，由于反應(yīng)中使用了固體酸催化劑，在反應(yīng)完成后，僅通過簡單的過濾分出催化劑，減壓蒸出帶水劑，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物，而過濾分出的催化劑及帶水劑，又可循環(huán)使用，因此是ー種高效、環(huán)保的綠色合成方法。 本發(fā)明的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法是在固體酸催化下正丁酸與甘油反應(yīng)酯化合成丁酸甘油酯若目標(biāo)產(chǎn)物為三丁酸甘油酷，其反應(yīng)式如下
OHOOCCh2Ch2Ch3
一coohTh —卜H2CH3 +3H2°
OHOOCCh2Ch2Ch3.若主要目標(biāo)產(chǎn)物為丁酸單甘油酷，反應(yīng)式如下
OHOOCCh2Ch2Ch3 OOCCh2Ch2Ch3
\Catalyst \\
ch；ch2ch,cooh + 廣oh - Hoh+ J—oh+ h2o
OHOHOOCCh2Ch2Ch3本發(fā)明的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法，其特征在于，包括以下步驟正丁酸與甘油在以固體酸為催化劑，甲苯為帶水劑的條件下加熱回流反應(yīng)，當(dāng)分水器中的水達(dá)到理論產(chǎn)量時(shí)，停止反應(yīng)，過濾分出固體酸催化劑，濾液減壓蒸餾出帶水劑，水洗后即可得到丁酸甘油酷；所述的固體酸為磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂或碳基固體酸，其用量為正丁酸質(zhì)量的1飛％，所述的加熱回流反應(yīng)的體系溫度為11(T120°C。當(dāng)所述的正丁酸與甘油的摩爾比為3 1吋，則得到的丁酸甘油酯為三丁酸甘油酷。當(dāng)所述的正丁酸與甘油的摩爾比為I :1時(shí)，則得到的丁酸甘油酯是以丁酸單甘油酯為主的丁酸單雙甘油酯混合物。所述的碳基固體酸是將可溶性淀粉和對(duì)甲基苯磺酸加熱反應(yīng)，然后再經(jīng)碳化而獲得。本發(fā)明的過濾分出的固體酸催化劑可以循環(huán)利用，至少可以利用5次以上，帶水劑甲苯也可以循環(huán)重復(fù)利用。本發(fā)明的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法由于反應(yīng)中使用固體酸(磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂或碳基固體酸)催化劑，在反應(yīng)完成后，僅通過簡單的過濾分出催化劑，減壓蒸出帶水劑，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物，因此分離非常簡單，而過濾分出的催化劑及帶水劑，又可循環(huán)使用。因此本發(fā)明的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法是ー種高效、環(huán)保的綠色合成方法。


圖I是丁酸單甘油酯的質(zhì)譜圖；圖2是三丁酸甘油酯的質(zhì)譜圖；圖3是三丁酸甘油酯的核磁共振譜圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過下面的具體實(shí)施例進(jìn)行描述，通過具體實(shí)施例可以更好的理解本發(fā) 明，但是本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制。一、固體酸催化劑的制備I、磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂的制備將離子交換樹脂(型號(hào)001X7強(qiáng)酸性苯こ烯系離子交換樹脂)浸泡于2mol/L的鹽酸溶液中活化20小吋，濾出后用去離子水洗至中性即得磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂，用以下述實(shí)施例中的使用。2、碳基固體酸的制備在燒杯中加入50克可溶性淀粉，12克對(duì)甲基苯磺酸，250ml去離子水，在50飛0° C下攪拌I. 5h，再于200° C下恒溫碳化10h，冷卻后研磨即可得到連有磺酸基結(jié)構(gòu)的碳基固體酸，用以下述實(shí)施例中的使用。實(shí)施例I :丁酸甘油酯合成通法丁酸甘油酯的合成通法(三丁酸甘油酷、丁酸單雙甘油酯均可采用)在帶有分水器、回流冷凝管及溫度計(jì)的250ml三ロ瓶中，加入適量的甘油、正丁酸、磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂或碳基固體酸(用量為甘油質(zhì)量的4. 0%)和帶水劑甲苯(25ml)，攪拌，加熱回流以帶出生成的水，加熱回流反應(yīng)體系的溫度維持在11(T120°C之間。當(dāng)分水器中水量達(dá)到理論生成量，且保持不變時(shí)，停止加熱，終止反應(yīng)，降溫后過濾出磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂，濾液減壓蒸出帶水劑甲苯，水洗后即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。根據(jù)加入正丁酸和甘油的摩爾比，可分別得到三丁酸甘油酷、丁酸單雙甘油酷。若正丁酸和甘油的摩爾比為3 :1，則得到的產(chǎn)物為三丁酸甘油酷，若正丁酸和甘油的摩爾比為I :1，得到以丁酸單甘油酯為主的丁酸單雙甘油酯混合物。實(shí)施例2 :丁酸單甘油酯的合成在帶有分水器、回流冷凝管及溫度計(jì)的250ml三ロ瓶中，加入甘油18. 4克(200mmol)、正丁酸17. 8克(200mmol)、磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂(用量為正丁酸質(zhì)量的4. 0%)和帶水劑甲苯(25ml)，攪拌，加熱回流以帶出生成的水，加熱回流使反應(yīng)體系的溫度保持為115°C。當(dāng)分水器中水量達(dá)到約3. 6ml，且保持不變時(shí)，停止加熱，終止反應(yīng)，降溫后過濾出催化劑磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂，濾液減壓蒸出帶水劑甲苯，水洗后得到以丁酸單甘油酯為主的丁酸單雙甘油酯30. 2克，產(chǎn)率92. 7%，如圖I所示，產(chǎn)品經(jīng)GC-MS測定丁酸單甘脂的含量為81%。過濾出的催化劑磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂可加入甘油和正丁酸能進(jìn)入下ー循環(huán)反應(yīng)。實(shí)施例3 :丁酸三甘油酯的合成
在帶有分水器、回流冷凝管及溫度計(jì)的250ml三ロ瓶中，加入甘油18. 4克(200mmol)、正丁酸53. 2克(600mmol)、磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂(用量為正丁酸質(zhì)量的4. 0%)和帶水劑甲苯(25ml)，攪拌，加熱回流以帶出生成的水，加熱回流使反應(yīng)體系的溫度保持為115°C。當(dāng)分水器中水量達(dá)到約11ml，且保持不變時(shí)，停止加熱，終止反應(yīng)，降溫后過濾出催化劑磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂，濾液減壓蒸出帶水劑甲苯，水洗后得到目標(biāo)產(chǎn)物丁酸三甘油酯56. 4克，產(chǎn)率92.9%。如圖2和圖3所示，產(chǎn)品經(jīng)GC-MS測定丁酸三甘油酯的含量為73%。對(duì)比例I :丁酸單甘油酯的合成(使用磷酸為催化劑)在帶有分水器、回流冷凝管及溫度計(jì)的250ml三ロ瓶中，加入甘油18. 4克(200mmol)、正丁酸17. 8克(200mmol)、磷酸(用量為正丁酸質(zhì)量的4. 0%)和帶水劑甲苯(25ml)，攪拌，加熱回流以帶出生成的水，加熱回流使反應(yīng)體系的溫度保持為115°C。當(dāng)分水器中水量達(dá)到約3. 6ml，且保持不變時(shí)，減壓蒸出帶水劑，停止加熱，降溫后用pH為10的飽和食鹽水多次洗滌直至中性，得到以丁酸單甘油酯為主的丁酸單雙甘油酯25.0克，產(chǎn)率 77. 0%，產(chǎn)品經(jīng)GC-MS測定丁酸單甘脂的含量為74%。實(shí)施例4 :丁酸單甘油酯的合成在帶有分水器、回流冷凝管及溫度計(jì)的250ml三ロ瓶中，加入甘油18. 4克(200mmol)、正丁酸17. 8克(200mmol)、碳基固體酸(用量為正丁酸質(zhì)量的1.0%)和帶水劑甲苯(25ml)，攪拌，加熱回流以帶出生成的水，加熱回流反應(yīng)體系的溫度保持為110°C。當(dāng)分水器中水量達(dá)到約3. 6ml，且保持不變時(shí)，停止加熱，終止反應(yīng)，降溫后過濾出催化劑碳基固體酸，濾液減壓蒸出帶水劑甲苯，水洗后得到以丁酸單甘油酯為主的丁酸單雙甘油酯29. 42克，產(chǎn)率90. 3%，產(chǎn)品經(jīng)GC-MS測定丁酸單甘脂的含量為81%。過濾出催化劑碳基固體酸可加入甘油和正丁酸能進(jìn)入下ー循環(huán)反應(yīng)。實(shí)施例5 :丁酸三甘油酯的合成在帶有分水器、回流冷凝管及溫度計(jì)的250ml三ロ瓶中，加入甘油18. 4克(200mmol)、正丁酸53. 2克(600mmol)、碳基固體酸(用量為正丁酸質(zhì)量的5. 0%)和帶水劑甲苯(25ml)，攪拌，加熱回流以帶出生成的水，加熱回流反應(yīng)體系的溫度保持為120°C。當(dāng)分水器中水量達(dá)到約11ml，且保持不變時(shí)，停止加熱，終止反應(yīng)，降溫后過濾出催化劑碳基固體酸，濾液減壓蒸出帶水劑甲苯，水洗后得到目標(biāo)產(chǎn)物丁酸三甘油酯54. 47克，產(chǎn)率90. 1%，產(chǎn)品經(jīng)GC-MS測定丁酸三甘脂的含量為73%。
權(quán)利要求
1.ー種功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法，其特征在于，包括以下步驟正丁酸與甘油在以固體酸為催化劑，甲苯為帶水劑的條件下加熱回流反應(yīng)，當(dāng)分水器中的水達(dá)到理論產(chǎn)量吋，停止反應(yīng)，過濾分出固體酸催化劑，濾液減壓蒸餾出帶水劑，水洗后即可得到丁酸甘油酯；所述的固體酸為磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂或碳基固體酸，其用量為正丁酸質(zhì)量的1飛％，所述的加熱回流反應(yīng)的體系溫度為11(T120°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法，其特征在于，當(dāng)所述的正丁酸與甘油的摩爾比為3 1時(shí)，得到的丁酸甘油酯為三丁酸甘油酷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法，其特征在于，當(dāng)所述的正丁酸與甘油的摩爾比為1:1時(shí)，得到的丁酸甘油酯是以丁酸單甘油酯為主的丁酸單雙甘油酯混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法，其特征在于，所述的碳基固體酸是將可溶性淀粉和對(duì)甲基苯磺酸加熱反應(yīng)，然后再經(jīng)碳化而獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法。它是正丁酸與甘油在以固體酸為催化劑，甲苯為帶水劑的條件下加熱回流反應(yīng)，當(dāng)分水器中的水達(dá)到理論產(chǎn)量時(shí)，停止反應(yīng)，過濾分出固體酸催化劑，濾液減壓蒸餾出帶水劑，水洗后即可得到丁酸甘油酯；所述的固體酸為磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂或碳基固體酸，其用量為正丁酸質(zhì)量的1~5%，所述的加熱回流反應(yīng)的體系溫度為110~120℃。本發(fā)明的功能性動(dòng)物營養(yǎng)添加劑丁酸甘油酯的催化合成方法由于反應(yīng)中使用固體酸催化劑，在反應(yīng)完成后，僅通過簡單的過濾分出催化劑，減壓蒸出帶水劑，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物，因此分離非常簡單，而過濾分出的催化劑及帶水劑，又可循環(huán)使用。
文檔編號(hào)C07C67/08GK102850215SQ201210319188
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者黎星術(shù), 李建恒, 黃玲, 陳雨, 陳友慷 申請(qǐng)人:深圳比利美英偉營養(yǎng)飼料有限公司, 中山大學(xué)