三氯蔗糖是什么及其制备方法
发布时间：2022-04-27 11:10:54 编辑作者：网友
图片：三氯蔗糖结构式
随着生活水平的提高，肥胖和糖尿病开始逐渐成为很多人的困扰，戒糖，低碳的理念深入人心，饮料和各种食物中开始在配料中用甜味剂来替代糖，三氯蔗糖就是其中最常见的一种。正如很多著名的化学品的发现一样，三氯蔗糖（TGS）的发现，也是一个妙不可言“实验事故”，在一次研究将蔗糖改造成杀虫剂的实验中，研究人员尝试将蔗糖的三个氢氧基团替换成三个氯原子，之后让自己的印度学生测试的时候，由于误会，学生把test理解成了taste，真的尝了一下，发现非常甜。
这就是三氯蔗糖，俗称蔗糖素，它的甜度是蔗糖的600倍，白砂糖的400-700倍左右，据化源网资料，三氯蔗糖是白色至近白色结晶性粉末，实际无臭，不吸湿，易溶于水，甲醇和乙醇中。由于采用了氯原子替代了氢氧基团，不是碳水化合物，不会被人体吸收，由于它的性质十分稳定，可以无损地通过人体代谢排出体外，不会给人体提供任何能量，可以用于无糖饮料中，给糖尿病人和其他戒糖人士带来福音。
作为一种甜味剂，在允许使用之前，需要进行严格的安全评估。过去20年，有超过100多项关于三氯蔗糖的安全性研究，涉及毒性、致癌性、生殖健康、肾脏健康、大脑健康和血液健康、儿童健康和营养等。研究表明，一般人群（含儿童、怀孕或哺乳妇女）将三氯蔗糖作为食品成分使用是安全的。因此，我国于1997年就允许三氯蔗糖在食品工业中使用，美国则是在1998年批准，并在1999年进一步扩大了使用范围，2004年，欧盟也批准了三氯蔗糖。
当然，最近也有一些研究表明，三氯蔗糖在使用不当或者过量使用的情况下，还是有一定危险的，据化源网资料，三氯蔗糖诱导暴露于2,000（p≤0.01）和16,000 ppm（p≤0.01）的雄性小鼠中所有造血系统肿瘤的发生率显着增加，具有显着的剂量相关关系（p≤0.01）。在显微镜下，用30％至16,000ppm的三氯蔗糖处理的雄性小鼠中的大多数瘤形成是涉及肺，肝，脾，淋巴结和骨髓的白血病，其具有弥漫性血管渗透和邻近组织的广泛浸润[1]。但是也有人指出这个研究存在缺陷，研究对象是老鼠而非人，其次用量过高，而且使用的三氯蔗糖中含有麦芽糖糊精和葡萄糖，实际造成实验结果的原因很可能是这些物质。
另外就是由于在烘培普遍会采用高温，而三氯蔗糖在高温中可能会发生热降解，生成有潜在毒性的化合物氯丙醇（参考化源网数据，可知氯丙醇燃烧或者受热时会分解生成有毒的气体），因此谨慎起见，不宜过多使用三氯蔗糖。
日常研究或者科学研究，可以尝试在化源商城寻找品牌产品，也可以自制，这里介绍三种制备方法，仅供参考：
1. 单脂法：这是目前研究最活跃的合成方法，不同的反应物和分离分法，效果不一
(1) 蔗糖与酰化剂反应，生成蔗糖-6-酯，常用的酰化剂有原乙酸三甲酯，乙酸酐，安息香酸酯和丙酐（都对氯化剂稳定且易溶于水，参见化源网），不同酰化剂，所需反应条件不一样，乙酸酐-吡啶体系需要将反应温度控制在零下20度左右，且需要较长的反应时间，但是蔗糖-6-酯的收率高达40%；原乙酸三甲酯在强酸催化剂（对甲苯磺酸或吡啶盐酸）作用下，反应条件则比较温和，反应先生成蔗糖-4，6-原乙酸酯，酸性条件下水解生成蔗糖-6乙酸酯和蔗糖-4-乙酸酯的混合物，加入足量的碱，跟蔗糖-4-乙酸酯反应生成蔗糖-6-乙酸酯，真空下脱去溶剂
(2) 氯化，氯化剂与蔗糖-6-乙酸酯反应后生成4，1’，6’-三氯蔗糖-6-酯，光气氯化效果最好，但是因为光气剧毒，不合适生产操作，氯化亚砜是比较好的选择，除了所需产品外，只会生成部分氯化氢和硫化氢，容易提纯，没有副作用，收率也不错。实际生产中，为了提高反应速率和选择性，经常会和二甲基甲酰胺及少量吡啶配合使用
(3) 除去溶剂，加入氢氧化钠，提升溶液的PH值至11，控制反应温度在15-35度，反应半小时至2小时左右，反应结束后，加入盐酸，中和至PH值为7，之后通过萃取和结晶进行三氯蔗糖的提纯。
2. 化学合成法：
(1) 以蔗糖为原料，首先将蔗糖的6,1’和6’三个伯碳位上的烃基三苯甲基化乙酰化，使得蔗糖分子的八个烃基全部发生反应，
(2) 脱去三苯甲基基团形成五乙酰基蔗糖
(3) 迁移4位上的乙酰基至6位，并进行氯化
(4) 脱乙酰基得三氯蔗糖
3. 化学酶--合成法（主要采用了6位的基团保护法）
(1) 葡萄糖发酵生成葡萄糖-6-乙酸
(2) 层析分离提纯
(3) 和蔗糖一起在酶的作用下生成蔗糖-6-乙酸
(4) 氯化后得到三氯蔗糖-6-乙酸
(5) 脱去乙酰基后得到三氯蔗糖
参考文献：[1]. M S, et al. Sucralose administered in feed, beginning prenatally through lifespan, induces hematopoietic neoplasias in male swiss mice. Int J Occup Environ Health. 2016 Jan;22(1):7-17.
这就是三氯蔗糖，俗称蔗糖素，它的甜度是蔗糖的600倍，白砂糖的400-700倍左右，据化源网资料，三氯蔗糖是白色至近白色结晶性粉末，实际无臭，不吸湿，易溶于水，甲醇和乙醇中。由于采用了氯原子替代了氢氧基团，不是碳水化合物，不会被人体吸收，由于它的性质十分稳定，可以无损地通过人体代谢排出体外，不会给人体提供任何能量，可以用于无糖饮料中，给糖尿病人和其他戒糖人士带来福音。
作为一种甜味剂，在允许使用之前，需要进行严格的安全评估。过去20年，有超过100多项关于三氯蔗糖的安全性研究，涉及毒性、致癌性、生殖健康、肾脏健康、大脑健康和血液健康、儿童健康和营养等。研究表明，一般人群（含儿童、怀孕或哺乳妇女）将三氯蔗糖作为食品成分使用是安全的。因此，我国于1997年就允许三氯蔗糖在食品工业中使用，美国则是在1998年批准，并在1999年进一步扩大了使用范围，2004年，欧盟也批准了三氯蔗糖。
当然，最近也有一些研究表明，三氯蔗糖在使用不当或者过量使用的情况下，还是有一定危险的，据化源网资料，三氯蔗糖诱导暴露于2,000（p≤0.01）和16,000 ppm（p≤0.01）的雄性小鼠中所有造血系统肿瘤的发生率显着增加，具有显着的剂量相关关系（p≤0.01）。在显微镜下，用30％至16,000ppm的三氯蔗糖处理的雄性小鼠中的大多数瘤形成是涉及肺，肝，脾，淋巴结和骨髓的白血病，其具有弥漫性血管渗透和邻近组织的广泛浸润[1]。但是也有人指出这个研究存在缺陷，研究对象是老鼠而非人，其次用量过高，而且使用的三氯蔗糖中含有麦芽糖糊精和葡萄糖，实际造成实验结果的原因很可能是这些物质。
另外就是由于在烘培普遍会采用高温，而三氯蔗糖在高温中可能会发生热降解，生成有潜在毒性的化合物氯丙醇（参考化源网数据，可知氯丙醇燃烧或者受热时会分解生成有毒的气体），因此谨慎起见，不宜过多使用三氯蔗糖。
日常研究或者科学研究，可以尝试在化源商城寻找品牌产品，也可以自制，这里介绍三种制备方法，仅供参考：
1. 单脂法：这是目前研究最活跃的合成方法，不同的反应物和分离分法，效果不一
(1) 蔗糖与酰化剂反应，生成蔗糖-6-酯，常用的酰化剂有原乙酸三甲酯，乙酸酐，安息香酸酯和丙酐（都对氯化剂稳定且易溶于水，参见化源网），不同酰化剂，所需反应条件不一样，乙酸酐-吡啶体系需要将反应温度控制在零下20度左右，且需要较长的反应时间，但是蔗糖-6-酯的收率高达40%；原乙酸三甲酯在强酸催化剂（对甲苯磺酸或吡啶盐酸）作用下，反应条件则比较温和，反应先生成蔗糖-4，6-原乙酸酯，酸性条件下水解生成蔗糖-6乙酸酯和蔗糖-4-乙酸酯的混合物，加入足量的碱，跟蔗糖-4-乙酸酯反应生成蔗糖-6-乙酸酯，真空下脱去溶剂
(2) 氯化，氯化剂与蔗糖-6-乙酸酯反应后生成4，1’，6’-三氯蔗糖-6-酯，光气氯化效果最好，但是因为光气剧毒，不合适生产操作，氯化亚砜是比较好的选择，除了所需产品外，只会生成部分氯化氢和硫化氢，容易提纯，没有副作用，收率也不错。实际生产中，为了提高反应速率和选择性，经常会和二甲基甲酰胺及少量吡啶配合使用
(3) 除去溶剂，加入氢氧化钠，提升溶液的PH值至11，控制反应温度在15-35度，反应半小时至2小时左右，反应结束后，加入盐酸，中和至PH值为7，之后通过萃取和结晶进行三氯蔗糖的提纯。
2. 化学合成法：
(1) 以蔗糖为原料，首先将蔗糖的6,1’和6’三个伯碳位上的烃基三苯甲基化乙酰化，使得蔗糖分子的八个烃基全部发生反应，
(2) 脱去三苯甲基基团形成五乙酰基蔗糖
(3) 迁移4位上的乙酰基至6位，并进行氯化
(4) 脱乙酰基得三氯蔗糖
3. 化学酶--合成法（主要采用了6位的基团保护法）
(1) 葡萄糖发酵生成葡萄糖-6-乙酸
(2) 层析分离提纯
(3) 和蔗糖一起在酶的作用下生成蔗糖-6-乙酸
(4) 氯化后得到三氯蔗糖-6-乙酸
(5) 脱去乙酰基后得到三氯蔗糖
参考文献：[1]. M S, et al. Sucralose administered in feed, beginning prenatally through lifespan, induces hematopoietic neoplasias in male swiss mice. Int J Occup Environ Health. 2016 Jan;22(1):7-17.
相关化合物：三氯蔗糖
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