甜味剂纽甜合成新工艺

张金峰，沈寒晰，张存社，白燕，周魁

（陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054）

甜味剂纽甜合成新工艺

张金峰，沈寒晰，张存社，白燕，周魁

（陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054）

以3，3-二甲基丁酸、阿斯巴甜为原料,经还原、氧化和催化氢化等步骤合成了纽甜,总收率达45.5%，产品的物理性质与波谱数据与文献一致，本合成工艺原料易得，反应容易控制，设备要求低，有良好的工业化前景。

3，3-二甲基丁酸；甜味剂；纽甜；合成

纽甜化学名称N-[N-（3,3-二甲基丁基）-L-a-天门冬氨酰-L-苯丙氨酸-1-甲酯，目前代表着人类为开发强力甜味剂而取得的最高水平的最新成就，甜度为蔗糖的8000倍～13000倍，甜味纯正，甜味特性与蔗糖几乎一样，稳定性好，无龋齿性。纽甜，简称NTM，是一种低熔点、无味、结晶性化合物，熔点范围为80.9℃～83.4℃,在200℃以下不会分解。其形态多为白色结晶性粉末，结合水的量为4.5%，NTM的经验分子式为C20H30N2O5·H2O，分子量为 396.48[1]，结构式见下图 1。

图1 纽甜结构式Fig.1 Structure of neotame

纽甜对人体健康无不良影响，起有益的调节或促进作用。已于2002年7月9日通过美国FDA食品添加物审核允许应用在所有食品及饮料。中华人民共和国卫生部2003年第4号公告也正式批准纽甜为新的食品添加剂品种[2]，也是唯一不限量使用的无糖甜味剂，适用各类食品生产，适用于老人，儿童及糖尿病患者。

纽甜的合成研究，国外报道较多，主要有1-氯-3，3-二甲基丁烷氧化得到3，3-二甲基丁醛，再由丁醛和阿斯巴甜氢化得到纽甜[3-4]。3，3-二甲基丁烯反应得到3，3-二甲基环氧丙烷，再由环氧丙烷重排得到3，3-二甲基丁醛，最后由丁醛和阿斯巴甜氢化得到纽甜[5-7]。用二甲基亚砜将3，3-二甲基丁醇氧化得到3，3-二甲基丁醛，然后由丁醛和阿斯巴甜氢化得到纽甜，产生恶臭，产率低[8]。

国内报道较少，主要有以异丁烯、乙烯和阿斯巴甜为原料三步合成纽甜，总收率14.5%[9]；以叔丁醇为原料分四步合成纽甜，总收率25.8%[10]。作者经过摸索试验，以3，3-二甲基丁酸和阿斯巴甜为原料，通过还原、氧化、催化氢化反应制得纽甜。

1 试验部分

1.1 主要原料与仪器

1.1.1 原料

3，3-二甲基丁酸、阿斯巴甜工业级；乙二醇二甲醚、氯化锌、乙醚、硼氢化钾、碘化钾、硫代硫酸钠、二氯甲烷、次氯酸钠、TEMPO、甲醇等化学纯；10%Pd/C催化剂。

1.1.2 仪器

高压反应釜GCF型（V=1L，搅拌速度：0-1000R.P.M，加热功率1500 W)，包括自动控制箱：大连自控设备厂；ZK-82A真空干燥箱：上海市实验仪器厂；SHZDIII型循环真空泵：巩义市英峪予华仪器厂；ZFQ85A型旋转蒸发器：上海医械专机厂；Bruker Equinox（红外光谱仪400 Ultrashield核磁共振波谱仪：德国布鲁克光谱仪器公司。

1.2 3,3-二甲基丁醇合成

向三口烧瓶中加入氯化锌31 g和乙二醇二甲醚200 mL，搅拌，缓慢加硼氢化钾24.3 g，保持温度35℃。加完后继续搅拌一段时间后，用滴液漏斗滴加3，3-二甲基丁酸36 g，滴加完后保持回流反应4 h。反应完用稀盐酸水解，乙醚萃取，碱水洗涤，饱和盐水洗涤，最后蒸馏得到3，3-二甲基丁醇21.6 g，收率68%，反应方程式见下图2。

1.3 3，3-二甲基丁醛合成

往三口烧瓶中添加3，3-二甲基丁醇20.4 g、二氯甲烷80 mL和催化剂TEMPO 0.5 g，搅拌，用冰盐水冷却至-5℃，然后滴加次氯酸钠240 mL，保持温度在5℃反应1.5 h。反应完成后分液，用碘化钾溶液洗涤水相，合并至有机层，通过酸洗，硫代硫酸钠洗涤，再水洗，干燥后蒸馏得到3，3-二甲基丁醛17.8 g，收率89%，反应方程式见图3。

图2 3，3-二甲基丁醇还原反应Fig.2 Reduction equation of 3,3-dimethylbutyric acid

图3 3，3-二甲基丁醇氧化反应Fig.3 Oxidation quation of 3,3-dimethylcarbinol

1.4 纽甜合成

在高压反应釜中加入阿斯巴甜30 g、甲醇400 mL,再加入1.8 g 10%Pa/C催化剂及3,3-二甲基丁醛10 g,以500 r/min速率搅拌。用N2驱赶空气2次,再用H2驱赶N22次,最后保持0.5 MPa压力,升温至30℃,以1000 r/min速率搅拌,反应8 h,反应停止后,用N2驱赶H2,待反应液冷却至室温后抽滤,用40 mL甲醇洗涤催化剂。减压蒸馏蒸发掉大部分甲醇，加入水，继续蒸馏，然后放置冷却，抽滤。用甲醇和水重结晶得白色固体28.5 g,熔点80℃～85℃，收率75%，反应方程式见图4。

图4 纽甜合成反应Fig.4 Synthesis of neotame

2 结果与讨论

在合成3，3-二甲基丁醇的反应中，加入硼氢化钾时须缓慢添加，防止反应过快，大量放热导致喷出，然后缓慢滴加3，3-二甲基丁酸后，在回流温度下反应，随着反应时间的延长，收率先升高后变化不明显，反应时间过短反应不完全，收率低，当收率到一定水平后，时间延长，收率没有明显变化，由实验可知，保持一定的试验配比，在回流温度下反应4h可获得较高的收率。

控制温度在-5℃，滴加次氯酸钠，可以生成3，3-二甲基丁醛，温度过高，氧化过度，生成3，3-二甲基丁酸，随着反应时间增加，收率先提高后降低，反应时间过长，使副反应增加，从而使收率降低，反应1.5 h可获得较高的收率。

在纽甜合成反应中，催化剂用量、反应温度、反应釜压力等因素都对反应收率有明显的影响，反应收率随催化剂用量的增大而增大，当催化剂用量增至一水平后，收率随催化剂用量的增大而不再明显增大；反应温度是影响反应吸氢速度的重要因素，反应收率随温度升高逐渐增大，而后随温度的升高又降低，这是因为一开始温度升高有利于原料吸氢，催进反应进行，而后温度过高，导致副反应速度加快，副产物增多，使收率降低；反应收率随压力的增加而先增大后减小，通过实验可知，在催化剂用量为1.6 g,反应温度30℃，反应压力0.5 MPa条件下，可获得较高收率。

3 结论

以工业化生产的3，3-二甲基丁酸为原料，采用新的合成路线，经过还原、氧化得到重要中间体3，3-二甲基丁醛，用3，3-二甲基丁醛和阿斯巴甜反应得到甜味剂纽甜。此合成工艺原料易得，工艺简单，反应时间短，无腐蚀性物质产生，合成收率高。而且工艺稳定,合成成本低,产品纯度好,有较好的产业化开发前景。

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Study of the Synthesis of Neotame

ZHANG Jin-feng,SHEN Han-xi,ZHANG Cun-she,BAI Yan,ZHOU Kui
（Shaanxi Provincial Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry，Xi’an 710054，Shaanxi,China）

The Neotame was synthesized from 3,3-dimethyl butyric acid and aspartame via reduction,oxidation and catalytical hydrogenation,with a total yield of 45.5%,the physical properties and Inf rared Spect roscopy of product are identical with literature.The synthetic raw materials readily available,the reaction easier to control,equipment that require low,there is a good prospect for industrialization.

3,3-dimethylbutyric acid；sweetener；neotame；synthesis

陕西省科技攻关项目（2010k07-18）

张金峰（1979—），男（汉），工程师,硕士，主要从事精细有机合成方面的研究。

2010-08-02