超聲條件下蔗糖-6-月桂酸單酯及蔗糖-6’-月桂酸單酯的合成、純化與結(jié)構(gòu)鑒定

逯與運，晏日安，馬 祥

（暨南大學食品科學與工程系，廣東廣州510632）

蔗糖脂肪酸酯是一種重要的非離子型的表面活性劑，具有優(yōu)良的增溶性、滲透性、乳化性、分散性、起泡性、防止淀粉老化及抗菌等性能，同時還具備無臭、無毒、無味、易被生物降解、無刺激性等優(yōu)良特性，被廣泛的應用于食品、藥品、化妝品、洗滌劑及紡織行業(yè)中[1-6]。蔗糖與月桂酸酯的酯化反應復雜，產(chǎn)物種類多樣，盡管單酯、二酯及多酯的混合物能應用于實際的生產(chǎn)生活中，但因單酯化度高的蔗糖脂肪酸酯的親油親水平衡值（HLB）較高，乳化性較好，另外不同位置的蔗糖脂肪酸單酯因其結(jié)構(gòu)的差異而表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，比較得知蔗糖脂肪酸單酯具有更加廣泛的用途。因此研究高效經(jīng)濟的蔗糖脂肪酸單酯的合成方法及不同單酯的分離純化具有十分重要的意義。近年來超聲產(chǎn)生的空化作用已經(jīng)應用于諸多化學合成領域，超聲波的高頻振動不僅可以促進底物蔗糖的快速溶解，而且可以使底物均勻分散在溶劑中，提高底物與催化劑的有效碰撞次數(shù)，加速反應的進行[7]?，F(xiàn)有的蔗糖脂肪酸酯的合成方法較多，提高單酯化度的方法也主要集中在催化劑的選擇、酶催化反應過程中的酶種類的選擇及反應條件的控制上，而在機械（電磁）波如微波、超聲波等作用下探究提高單酯化合成方法的研究以及對合成的單酯進一步分離純化的研究國內(nèi)外均鮮有報道[8]。本文探討了超聲波處理條件下蔗糖月桂酸單酯的合成、薄層層析法分離蔗糖月桂酸單酯同分異構(gòu)體的條件，進一步應用于硅膠柱層析分離，實現(xiàn)酯化產(chǎn)物的定量分析。采用IR、MS、1H-NMR、13C-NMR[9]等方法對兩種蔗糖單酯同分異構(gòu)體進行了結(jié)構(gòu)鑒定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蔗糖、無水碳酸鉀、無水硫酸鎂、磷鉬酸、氯仿、氯化鈉 天津市福晨化學試劑廠；乙酸乙酯、正丁醇、冰醋酸、甲醇、二甲基亞砜（DMSO）天津市富宇精細化工有限公司；柱層析硅膠（200～300目）、薄層層析板 青島海洋化工廠；月桂酸甲酯（阿拉?。┥虾＞Ъ儗崢I(yè)有限公司；以上材料 均為分析純。

SB25-12DTDN型超聲波處理機 寧波新芝生物科技有限公司；RE-52AAB型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海嘉鵬科技有限公司；SHZ-DIII型循環(huán)水式真空泵 鞏義寧于華儀器有限責任公司；DZF-6030A型真空干燥箱 上海一恒科學技術有限公司；2XZ型旋片式真空泵 上海儀器供銷公司；EL104型電子天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司；B-260型恒溫水浴鍋上海亞榮生化儀器廠；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；LC-20A型高效液相色譜儀 日本島津公司；EQUINOX-55型紅外光譜儀 布魯克光譜儀器公司；4000Q Trap質(zhì)譜儀 AB SCIEX公司；AVANCEIII型核磁共振波譜儀（500MHz）瑞士布魯克公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蔗糖酯的合成 稱取蔗糖3.42g（10mmol）溶解于10mL DMSO中，后加入1.23mL（5mmol）月桂酸甲酯及催化劑無水碳酸鉀0.10g（以蔗糖質(zhì)量的3%計），置于超聲處理器中，開始反應，2h后結(jié)束反應，抽濾除去催化劑，油浴減壓蒸出DMSO，之后加25%NaCl溶液和正丁醇（V∶V=1∶1）混合液萃取三次，用少量水洗滌分液兩次，用無水硫酸鎂除水，抽濾，旋蒸除去溶劑，殘余物用熱的乙酸乙酯溶解，熱抽濾，減壓蒸餾除去乙酸乙酯，室溫下真空干燥至恒重。

1.2.2 蔗糖月桂酸單酯的薄層層析（TLC）分離方法將購置的薄層層析板切割成20mm×120mm大小的薄板，于105℃的烘箱中活化2h，置于干燥器中備用，用0.05mm的毛細管在薄板的低端約10mm處完成點樣，展開25min，后用事先配制的10%的磷鉬酸乙醇溶液（m/v）均勻噴霧在薄層層析板上，105℃下顯色10min。

1.2.3 蔗糖單酯的柱層析分離提純方法 蔗糖酯反應原產(chǎn)物3.0g，溶于10mL氯仿-甲醇混合液中（V∶V，5∶1），上硅膠層析柱（硅膠200～300目，35mm×700mm玻璃柱）分離，用氯仿/甲醇/冰乙酸/水（V∶V∶V∶V，75∶15∶7∶3）的混合溶劑為洗脫液，恒定流速條件下洗脫，當點板出現(xiàn)斑點時開始接樣，每20～25mL收集一份，洗脫終點為與反應原產(chǎn)物薄層層析板斑點對照薄板最上端無斑點出現(xiàn)。洗出液經(jīng)TLC檢測后歸類，旋蒸除去溶劑，得到較為純凈的單體物質(zhì)。

1.2.4 蔗糖月桂酸單酯的HPLC檢測 HPLC（shimadzu LC-20A，Japan），檢測器RID（shimadzu，Japan），ECOSILC18（5μm，4.6mm×250mm）色譜柱，流動相為甲醇∶水（V∶V，88∶20），流速1mL/min，柱溫40℃，進樣量30μL。

1.2.5 蔗糖單酯的紅外光譜檢測 柱層析獲得的分離物白色蠟狀固體直接涂抹在紅外測定儀的透光鏡上測量，掃描范圍4000～500cm-1。

1.2.6 蔗糖單酯的質(zhì)譜測定條件 柱層析分離物采用色譜級甲醇溶解，溶液濃度為20mg/mL。質(zhì)譜條件：電噴霧ESI離子源，電子能量70eV，傳輸線溫度275℃，離子源溫度200℃，采用負離子模式，母粒子m/z330，激活電壓1.5V，質(zhì)量掃描范圍0～1000m/z。

1.2.7 蔗糖單酯的1H-NMR及13C-NMR測定條件 以四甲基硅為內(nèi)標、氘代二甲基亞砜（DMSO-d）為溶劑，1H-NMR和13C-NMR在30℃采用500MHz頻率分別對分離純化的單酯進行掃描。

2 結(jié)果與討論

2.1 展開劑組成對蔗糖單月桂酸酯混合物（TLC）分離效果的影響

表1 展開劑組成對蔗糖單月桂酸酯混合物（TLC）分離效果的影響Table 1 Effect of mobile phase composition on separation of lauroylsucrose mixture

因混合物中各組分在展開劑中的溶解性能及吸附劑硅膠對各組分吸附性能的差異，故各組分在層析板上的Rf值不同，因此，決定薄層層析分析效果好壞的關鍵是選擇恰當?shù)恼归_劑。實驗嘗試了多種不同的展開劑：a.氯仿/甲醇=7/1；b.氯仿/甲醇=6/1；c.氯仿/甲醇/冰乙酸=75/15/8；d.氯仿/甲醇/水=75/15/2；e.氯仿/甲醇/冰乙酸/水=75/15/5/5。五種展開劑的比例均為體積比，實驗發(fā)現(xiàn)以上各種展開劑均能分離單雙酯，但只有e能較好的分離兩種單酯，但兩單酯的Rf值相差較小，分離效果非最佳。故在此展開劑的基礎上，進一步調(diào)整各組分的比例，得到了最佳的展開劑配比：氯仿/甲醇/冰乙酸/水=75/15/7/3，在此最佳配比條件下，TLC圖譜如圖1所示，其中蔗糖單酯a為蔗糖-6-月桂酸酯，蔗糖單酯b為蔗糖-6’-月桂酸酯。

圖1 蔗糖月桂酸酯TLC圖譜結(jié)果Fig.1 TLC of lauroylsucrose

2.2 蔗糖月桂酸酯的硅膠柱層析分離

為獲得大量的兩種蔗糖月桂酸單酯，將優(yōu)化的最佳TLC分離條件應用于硅膠柱層析。柱層析分離后的蔗糖酯的情況如圖2所示。圖2表明，硅膠柱層析能將物料分離成4個組分，根據(jù)物質(zhì)在TLC板（見圖1）上所表現(xiàn)出的極性差異，可確定，c、d兩組分為目標組分。旋蒸除去溶劑后，獲得相對大量的單體物質(zhì)。

圖2 超聲波處理下合成的蔗糖月桂酸酯的硅膠柱層析Fig.2 Silica gel column chromatography of lauroylsucrose synthesis under ultrasonic condition

2.3 蔗糖月桂酸單酯同分異構(gòu)體的HPLC分析

對分離純化得到的蔗糖月桂酸單酯同分異構(gòu)體需進一步的分析鑒定。糖酯的分析方法較多，主要有TLC、氣相色譜（GC）和氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）等，但GC和GC-MS需對糖酯衍生化，過程較繁瑣；HPLC示差檢測也被用于糖酯的分析，可以很好的檢測到單組分樣品。

圖3 蔗糖月桂酸單酯同分異構(gòu)體的HPLC分析圖譜Fig.3 HPLC of lauroylsucrose isomeride

蔗糖月桂酸單酯同分異構(gòu)體的HPLC分析圖譜見圖3（a～c）。圖3（a）中表示的是兩種單酯同分異構(gòu)體混合物的HPLC譜圖，圖3（b～c）兩圖分別為兩種單酯單體的HPLC譜圖。圖3（a）圖譜中除前面的溶劑峰外只有兩個峰出現(xiàn)，保留時間分別為10.75、11.70min，十分接近，推測為蔗糖單酯的兩同分異構(gòu)體；圖3（b～c）圖譜中除前面的溶劑峰外，均只有一個單峰出現(xiàn)，且單峰的保留時間與（a）圖中的相互對應，推測為單體物質(zhì)。

2.4 蔗糖月桂酸單酯IR分析

組分c的紅外掃描圖譜如圖4（a）所示，3375.75cm-1處的強寬峰為締合-OH的伸縮振動吸收（γO-H）；2924.10cm-1及2854.27cm-1處的吸收峰為烷烴飽和CH伸縮振動的特征吸收（γc-H）；1720.83cm－1處的強吸收峰為γC=O吸收，是酯的特征吸收峰；1261.42cm-1處有酯基中C-O伸縮振動吸收峰（γc-o）；1052.81～1112.53cm-1處為-CH2OH中C-O伸縮振動的特征吸收峰（γc-o），其中1052.81cm-1和995.20cm-1處的強吸收峰為糖環(huán)特征吸收，另外930.10cm－1處的吸收峰為α-糖苷鍵的特征吸收。組分d的紅外掃描圖譜如圖4（b）所示，圖中的各個吸收峰位均與圖（a）中的譜圖基本相對應。可確定兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)相似，綜合紅外圖譜的分析，符合蔗糖單酯的結(jié)構(gòu)特征。

圖4 蔗糖月桂酸單酯同分異構(gòu)體紅外譜圖Fig.4 IR of lauroylsucrose isomeride

2.5 蔗糖月桂酸酯MS分析

將柱層析分離組分c和d進行MS分析，結(jié)果見圖5和圖6。圖5（a）中出現(xiàn)的[M-H]-、[M+Cl]-、[M+HCOO]-質(zhì)譜信號峰分別為523.8、559.8、569.9峰。所對應的M值與蔗糖月桂酸單酯的分子量524.5相符合，組分c應為蔗糖月桂酸單酯，為進一步驗證，對樣品c做二級質(zhì)譜。圖5（b）中出現(xiàn)的質(zhì)譜信號峰能證明其為單酯。圖6中的一級質(zhì)譜（a）與二級質(zhì)譜（b）均與圖5中的質(zhì)譜數(shù)據(jù)相互對應，可以確定兩種物質(zhì)為蔗糖月桂酸單酯同分異構(gòu)體。

圖5 蔗糖-6-月桂酸單酯一級與二級質(zhì)譜圖Fig.5 MS spectra of 6-O-lauroylsucrose

圖6 蔗糖-6’-月桂酸單酯一級與二級質(zhì)譜圖Fig.6 MS spectra of 6’-O-lauroylsucrose

2.6 蔗糖月桂酸酯的1H-NMR及13C-NMR分析

為進一步表征并區(qū)分兩種蔗糖月桂酸單酯的結(jié)構(gòu)，將純化后的單酯溶于氘代二甲基亞砜（DMSO-d），核磁共振儀掃描譜圖。由譜圖知兩種蔗糖月桂酸單酯的1H-NMR和13C-NMR的化學位移如下：

由NMR數(shù)據(jù)分析可知，兩物質(zhì)為蔗糖月桂酸單酯；蔗糖脂肪酸酯的13C-NMR的碳原子信號遵循如下規(guī)律[10]：與蔗糖相比，蔗糖酯的酰基碳的化學位移移向低場，與其相鄰的碳移向高場。從表2的13C-NMR數(shù)據(jù)可知，蔗糖月桂酸單酯的C-6的化學位移由60.93下降到62.64，而相鄰的C-5由73.19上升到71.99，符合文獻規(guī)律，說明該化合物為蔗糖-6-月桂酸酯。蔗糖月桂酸單酯的C-6’化學位移從63.13下降到66.07，而相鄰的C-5’由82.14上升到79.60，也符合文獻規(guī)律，說明該化合物為蔗糖-6’-月桂酸酯。

表2 蔗糖、蔗糖-6-月桂酸單酯和蔗糖-6’-月桂酸單酯的13C-NMR中的化學位移Table 2 Chemical shifts（ppm）of13C-NMR of 6-O-lauroylsucrose，6’-O-lauroylsucrose in DMSO-d

綜合以上各種分析，可確定柱層析分離組分c和d分別是蔗糖-6-月桂酸酯及蔗糖-6’-月桂酸酯。

3 結(jié)論

以無水碳酸鉀為催化劑，在超聲波處理條件下合成了高酯化度的蔗糖月桂酸單酯。采用薄層層析（TLC）和硅膠柱層析對超聲處理條件下合成的蔗糖月桂酸酯進行了分離純化。獲得了TLC和硅膠柱層析分離蔗糖月桂酸單酯的理想條件，經(jīng)IR、HPLC、MS、NMR鑒定，確定兩種分離組分分別為蔗糖-6-月桂酸酯和蔗糖-6’-月桂酸酯。

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