茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应工艺条件的研究

刘 彤，张 龙*，曹 阳，郭 妤，唐 婷

(1.贵州大学 化学与化工学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学明德学院，贵州 贵阳 550025)

茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应工艺条件的研究

刘 彤1，张 龙1*，曹 阳1，郭 妤1，唐 婷2

(1.贵州大学 化学与化工学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学明德学院，贵州 贵阳 550025)

采用三因素三水平的正交实验方案对茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应影响因素的进行了研究，找到最佳的工艺参数以指导生产实践。结果表明，H2O2溶液浓度为20%、反应温度为40℃、反应时间3h，此时茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量为0.755g左右。

茶皂素乙酸酯；碳碳双键；氧化反应；工艺条件

茶皂素，又称茶皂苷、茶皂甙，是山茶科植物(如茶、山茶、油茶)中含有的一类结构相似的五环三萜类皂苷的混合物，主要存在于茶籽中，在根、茎、叶、花中也有分布[1]。市售茶皂素主要是从油茶籽经榨油后的茶粕中提取所得[2]。研究表明茶皂素是一种天然非离子型表面活性剂，具有十分广泛的应用前景，可应用于轻工、化工、农药等领域，并对土壤重金属有很好的吸附效果[3-4]。这是因为各种研究表明，重金属吸附剂分子结构中，如含有较多羰基，其对于重金属的吸附效应会有很大增加，而茶皂素分子中含有一个碳碳双键，可通过适当的反应将其破坏，生成两个羰基，从而提高其对重金属镉的吸附效果[5]。本文以贵州黎平地区茶皂素为原料，研究了茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应工艺条件，以找到最佳的工艺参数以指导生产实践。

1 实验研究

1.1 反应原理

本实验反应分两步进行，第一步，将茶皂素与乙酸酐在碘(I2)催化的条件下进行反应得到茶皂素乙酸酯，其最佳用量为茶皂素：乙酸酐：碘=1:203:0.13(摩尔比)，反应温度为60℃，反应时间为25h。具体反应见反应式(1)；第二步，将所得的茶皂素乙酸酯与过氧化氢(H2O2)和碳酸钠(Na2CO3)反应，得到相关产物，具体反应见反应式(2)。

1.2 实验材料

茶皂素：分析纯，取至贵州黎平县油茶科技有限公司；乙酸酐：分析纯，重庆川东化工(集团)有限公司；碘：分析纯，天津市光复科技发展有限公司；盐酸：分析纯，天津市光复科技发展有限公司；碳酸钠：分析纯，重庆川江化学试剂厂；过氧化氢：分析纯，重庆川东化工(集团)有限公司。

1.3 实验仪器

数显恒温水浴锅，HH-4，上海浦东物理光学仪器厂；电动搅拌器，85-2(A)，金坛市中大仪器厂；磁力搅拌电热套，98-Ⅱ-B，天津市泰斯特仪器有限公司；德国Heidolph旋转蒸发仪，LR 4000&400，德国Heidolph；电子天平，ESJ120-4B，沈阳龙腾电子有限公司；酸度计，PHS-3C，上海大普仪器有限公司。

1.4 实验方案

精确称取茶皂素乙酸酯5g，溶于30mLCHCl3，在不同温度下，与不同浓度的H2O2溶液20mL反应不同时间，加入pH值为8的碳酸钠溶液20mL，室温反应1h，油水分离，收集水层，HCl调节pH值至6.5，蒸干。依次用苯、无水乙醇洗涤固体，再用乙酸乙酯浸泡固体半小时，固液分离，收集固体，称量固体质量。

本实验采用三因素三水平的正交实验方案，使用L9(33)表设计实验，设计方案如表1[6]所示，通过实验数据分析这些工艺参数对茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的影响，从而确定较优的工艺条件。

表1 正交实验设计表

2 结果与讨论

2.1 正交实验结果对茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的分析

正交试验结果对茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量水平均值K值和极差R值如表2所示。

表2 茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量正交试验结果分析

由表2可以看出茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量的水平均值K值中K21=0.51，比K11和K31都大，说明因子A取A2水平最好。同理K12=0.54，K33=0.49，说明B1、C3的水平最好，因此各工艺参数对固体产物质量的较优水平是A2B1C3，即工艺参数中A2的固体产物质量平均值为0.51 g，B1的固体产物质量平均值为0.54g，C3的固体产物质量平均值为0.49 g，把这三个因素的最好水平综合起来，即可得到最佳工艺条件为：H2O2溶液浓度为20%、反应温度为40℃、反应时间3h。 同时根据表2实验结果的极差分析可以看出R2﹥R1﹥R3，说明各工艺参数对茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量的影响由大到小的顺序为B﹥A﹥C，即反应温度影响最大，H2O2浓度的影响次之，反应时间影响最小。

2.2 最优工艺条件验证

根据上述最优工艺条件，进行了5次重复试验，结果如表3所示。

从表3可以看出，当H2O2溶液浓度为20%、反应温度为40℃、反应时间3h，此时茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量为0.755 g左右，反应效果良好。

表3 茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量最优工艺条件验证试验结果

3 结论

(1)通过正交试验分别对影响茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的主要因素H2O2浓度、反应温度、反应时间进行考察，得出了影响茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应因素的主次顺序即反应温度、H2O2浓度、反应时间。

(2)通过正交试验发现茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应固体产物质量最佳工艺条件为H2O2溶液浓度为20%、反应温度为40℃、反应时间3h，此时茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应的固体产物质量为0.755g左右。

[1] Hong K J, Tokunaga S, Kajiuchi T. Evaluation of remediation process with plant-derived Biosurfactant for recovery of heavy metals from contaminated soils[J].Chemosphere,2012,49: 379-387.

[2] Tokunaga S. Extraction of heavy metals from MSW incinerator fly ash usingsaponins[J].Chemosphere, 2010,41:345-352.

[3] 蒋煜峰,展惠英,张德懿,等.皂角苷络合洗脱污灌土壤中重金属的研究[J].环境科学学报,2014,26(8):1315-1319.

[4] 可 欣,李培军,尹 炜,等.利用皂素溶液淋洗修复重金属污染土壤[J].辽宁工程技术大学学报,2006,25(5):769-772.

[5] 张中文,李光德,周楠楠，等.茶皂素对污染土壤中重金属的修复作用[J].水土保持学报,2013,22(6):67-70.

[6] 李云雁,胡传荣.实验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社，2008:79-114.

(本文文献格式：刘 彤，张 龙，曹 阳，等.茶皂素乙酸酯碳碳双键氧化反应工艺条件的研究[J].山东化工，2017，46(14)：6-7,10.)

Research on the Oxidation Reaction of Tea - saponinAcetate Carbon Carbon Double Bond

LiuTong1,ZhangLong*1,CaoYang1,GuoYu1,TangTing2

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering , Guizhou University, Guiyang 550025, China ；2.Minde College of Guizhou University, Guiyang 550025, China )

Three factors and three levels of orthogonal experiment were used to study the influencing factors of carbonyl carbon double bond oxidation of tea saponin acetate, and the optimum process parameters were found to guide the production practice. The results showed that the concentration of H2O2solution was 20%, the reaction temperature was 40 ℃, the reaction time was 3h, and the solid product of the oxidation reaction of tea saponin acetate carbon carbon double bond was about 0.755g.

tea saponin acetate; carbon and carbon double bond; oxidation reaction; process conditions

2017-05-05

贵州省国际科技合作计划项目(黔科国合GH字[2013]1034号)；贵州省科技合作计划项目(黔科合LH字[2015]7681号)；贵阳市科学技术计划工业攻关项目(筑科合同[2012101]2-21号)

刘 彤 (1979—),贵州都匀人，副教授，硕士研究生，主要从事有机化学试验教学和研究；通讯作者简介：张龙(1976—),讲师，硕士研究生，主要从事有机化学试验教学和研究。

S789

A

1008-021X(2017)14-0006-02