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尿素络合法分离棉子油中的亚油酸



全 文 :第 2 1卷第 1期 河北农业大学学报 19 8 9年 1月
尿素络合法分离棉子油中的亚油酸
李小陆 李贵深 许万生 胡 槐 陶学郁
(河北农业大学基础部 )
摘 要
本文论述了应用尿素络合法分离脂肪酸的原理及工艺流程 , 着重报导了 棉子油进行醋
交换制备脂肪酸甲醋的实验方法 , 给出了使用不同尿素用量分离棉子油脂 肪 酸 的 结果数
据 , 并测定了从棉子油中分离得到的高纯度的亚油酸甲醋的红外光谱图 , 与标准图谱对照 ,
其主要吸收峰完全一致 。
、关键词 : 尿素 ; 络合法分离 ; 棉籽油 ; 亚油酸
1 前 言
亚油酸是重要的化工产品之一 , 在化工 、 医药 、 轻工业等方面都有广泛的 应 用 〔 ’ 〕 。
它在人体内可转变为花生四烯酸 , 对于合成磷脂 , 形成细胞结构 , 维持一切组织的正常功
能 , 以及对于合成前列腺素 , 都是必需的 。 它也能防止血清中胆固酵的增加和沉积 , 对防
治高血压和心血管病有重要的作用 。
目前 , 亚油酸大都由植物油中分离脂肪 酸得到 。 棉子油是河北省的主要植物油之一 ,
约占油脂总量的 70 %以上 。 就其脂肪酸的含量来看 , 亚油酸约古旅 % 以上 , 油酸 , 软脂酸
各占2 0%左右 , 只有少量的硬脂酸和微量的亚麻酸。 因此 , 从棉子油中或其油脚 中分离亚
油酸是可行的 , 而且大有发展前途 。
当前 , 脂肪酸的分离方法有压榨法 、 溶剂结晶法 、 表面活性剂乳化分离法 、 分馏法及
尿素络合法 〔“ , 4 , ” , 〕。 我国目前所使用的工业分离方法一般只适用于饱和酸与不饱和酸 ( 即
固体酸和液体酸 ) 的分离 , 对于不饱和脂肪酸的分离还没有较好的方法 〔“ , 。 为适应 工 业
化生产 , 我们选用尿素络合物法分离棉子油中脂肪酸 , 并得到纯度较高的亚油酸甲醋 。
2 原理及流程
尿素是具有四方晶系的充实结晶 , 不具有它种分子包入的 自由空间 。 但尿素溶解于溶
剂 , 遇有不带支链的脂肪 酸 、 醋 、 醇 、 酮等有机物时 , 尿素分子以氢键结合的方式 , 在有
机物分子的周围沿着六棱柱的棱边螺旋上升 , 形成宽大中间的六方晶系 , 选择性地包藏脂
肪酸等分子州 。
通常 , 天然油脂的饱和脂肪酸绝大多数都是偶数碳原子 , 不带有支链 。 油脂中最常见
的饱和酸是软脂酸与硬脂酸 , 其次为十二酸 、 十四酸 、 二十酸 。 天然油脂中含有很多不饱
2 18河 北 农 业 大 学 学 报 12卷
和酸 , 有一烯 、 二烯 、 三烯和多烯酸 。双键有顺一式 ( 。 is 一 f or m ) 与反一式 ( t r a n 。一 fo r m )
几何异构体 , 但其双键构型 , 基本上是顺一式 , 反一式极个别 。 如 油酸和亚油 酸 双键构
型都是顺一式的 。
C H 。 ( C H : ) ? ( C H : ) , C O O H
\ /
C 二 C
/ H H
顺一 9一十八碳烯酸 (油酸 )
H H
\ /
C H
。 ( C H : ) ` C H : 一 C = C
\ / C = C ( C H
: )
,
C O O H
/ H H
顺 , 顺一 9 , 12 一十八碳二烯酸 ( 亚油酸 )
x 一射线研究证明 , 脂肪酸分 子的碳原子中心不是成直线排列 , 而呈锯齿状 。 硬脂 酸
及油酸 (顺一式 ) 碳原子的排列见图 1 、 图 2 。
图 1 硬脂酸分子碳原 图 2 油酸分子的
子空间的排列 碳原子排列
因此 , 碳原子在空间有两种排列形式 。 业 已证明 ,
硬脂酸分子的长度为 2 2 . 5孟 , 而油酸 (顺一式 ) 的碳链
长度为 1 9 . 。足 , 较硬脂酸为短 。
在尿素包络脂肪酸时 , 它们之间存在如下的平衡 。
尿素 十 脂肪酸二之脂肪酸包络物
碳链越长平衡越向右移动 , 即越易生成包络物 , 并
且稳定性增加 。 饱和度不同的脂肪酸与尿素具有不同的
包络能力 , 饱和脂肪酸先于不饱和酸生成包络物 , 含有一
个双 键的 不饱和脂肪酸 (如油酸 )则更难生成包络物 〔“ 〕 。
因此 , 可用此法分离碳链长短不同 , 饱和程度不 同的脂
肪酸 〔6 , 7 〕。
分离脂肪酸流程 :
1 期 尿素络合法分离棉子油中的亚油酸1 2 9
棉 子 油
甲醇钠一甲醇溶液
棉子油脂肪酸甲脂
{
尿素甲醇溶液
应一卜曰岁反 液
冷却 O~ 5℃
不饱和脂肪 酸甲脂
{
_析出结晶一
}
{
吸滤
雾霹 { {…今一 !…巫 …
{
尿素络合
尿素络合物晶体
稀酸温热分解 !I V
A反 液 饱和脂肪酸甲脂
冷却 O~ 6℃
应一卜门 *
{
析出结晶 …
{吸滤

{
-旦竺 )
l

重复上述母液操作
尿素络合物晶体
{
稀酸温热分解
1
一. 禾面瘫涵蒙 }一
…画 尿素络合物晶体 重新络合分离 _一 月. . . . 目 加勺. . . . . . J~ ~ 弓尸稀酸温热分解 {稀酸温热分解丫 !. 幸
{
亚油酸甲月旨
{ {不饱和脂肪酸
酉旨交换反应方程式 :
H C
:
O C
!
}
CH O C
R
i
O
CH :H O
CH
3
O N
a
l
+ CH
3OH— 今 H COH+
R
.
c扩
\O CH
O
尹 \匕 H。 。 c扩
R

0
}
CH
。 户沪
二、 艺、 J、
Z \尹
H O
OH C
O
R
3
C
R
3
O CH
1 3 0 河 北 农 一业 大 学 学 报 1 2卷
3实验部分
3
.
1 酉旨交换反应 :
称取 0. 3 9新鲜金属钠 , 配制 2 0 m l无水甲醇钠一甲醇溶液 。
在装有搅拌器和回流冷凝器的 1 0 0 0m l四 口瓶中 , 依次加入 1 0 09棉子油 . 和新配制 的 甲
醇钠甲醇溶液 , 搅拌加热 , 回流约 30 分钟 , 使醋交换反应进行完全 。
3
.
2 尿素络合
上述反应液稍冷后 , 加 入一定量 (详见表 1 ) 的尿素和 3 0 ~ 40 Om l的 无 水 甲 醇 , 继
续搅拌加热回流 10 ~ 20 分钟 , 反应液呈均相 。 稍冷后 , 将反应液转移至 1 0 0 0 m l锥形瓶中 ,
在 O一 5 ℃下放置 3 ~ 4 小时 , 自然结晶 , 减压吸滤 , 尿素包络物晶体用冷的尿素饱和 甲
醇溶液洗涤 , 抽干 , 得尿素包络物白色晶体 。 母液需进一步络合 , 补加适量尿素 (详见表
l ) 重复上述操作 , 得第二次尿素包络物晶体 。
3
.
3 稀酸温热分解
在 1 0 0 0m l的烧怀中加入 4 0 ~ 50 0m l水和 3 m l浓盐酸 , 再加入尿 素 包 络 物 , 温 热 到
30 ~ 40 ℃ , 搅拌使尿素络合物分解 , 冷却后 , 脂肪酸甲醋若为固休可减压吸滤 , 用蒸馏 水
洗涤固体至中性 , 取出固休自然凉干 , 得饱和脂肪酸甲醋固体 A , 脂肪酸甲 醋若 为 油 状
物 , 可转移至分液漏斗中 , 分出油层 , 水层用 80 m l石油醚分两次萃取 , 合并油层 与 萃 取
液 , 水洗两次至 中性 , 用无水硫 酸钠干燥后 , 蒸出石 油醚可得不饱和脂肪酸 B 。 B可 以 重
新用尿素络合进一步分离出亚油酸甲醋 。
3

4 亚油酸甲酉旨的分 离
将尿素络合后的母液首先常压蒸出大部分 甲醇溶剂 , 然后加入 40 0~ 5 0 m l水 和 3 m l
浓盐酸 , 温热到 30 ~ 40 ℃ , 冷却后 , 转移至分液漏斗中 , 分出油层 , 水层用 80 m l石油醚分
两次萃取 , 合并油层和萃取液 , 水洗二至三次呈 中性 , 用无水硫酸钠干燥 , 常压蒸出石油
醚 , 再减压蒸馏 , 收集17 8一 1 85 ℃ / 4 m m H g馏份 , 得亚油酸甲醋淡黄色透 明 液 体 C 。 收
率达 4 0一 4 5 % (按棉子油计 ) 。
4 结果与计论
理. 1 脂肪酸尿素包络物的形成是一个平衡的过程 。 由于不同的脂肪酸形成包络物所需
尿素用量不同 , 因此 , 选择不同的尿素用量 , 可以得到不同含量的脂肪酸 。 使用不同尿素
用量及其分离结果见表 l 。
爷 所用棉子油为无毒棉子油 , 其脂肪酸组成为 : 亚油 酸 6 1 ` l % , 油 酸 10 . 7 % , 软 硬 脂 酸28 % , 十 四 碳 脂 肪酸
2 %

l期 尿素络合法分离棉子油中的亚油酸 1 31
表 l不同尿素用最及脂肪酸分离结果
1 第 一 次 尿 素 络 合 {第 二 次 尿 素 络 合
,
「— }— 了二万万丁{尿 索 { 。。 。 , 二二 , 。 / 、 1尿素络合 } 母 液 } 尿 素 } 。匕 。 . m 。 , 。 , 、 】尿素浴合 {世 欲_ _ 皿匆~ 一二翌竺二丫…且丝竺创掣奥竺1冀骂逻军州鲤卿鹦 一{ 卜些塑竺狙一- …里里 - ~ }~ 一竺竺- { 1~弩缨粤- 卜一竺`旦- ,卜竺二一{ ` ” 。 卜卿哩艺擎万二阵竺卜全竺一… 8 。 }粤臀鉴二一{- 兰二 -…止生一! 【软 、 硬脂酸 甲酮 } ” 2 · 7 } ” · ’ ” } } 软 、 嫂娟酸甲 朋 } ’ 7 · 3 } /上 } g !一了 , 一二一下二二卜一叫 {— }— } g {一万二二万苏二二了一一 {— }—… }卫 :竺竺竺望竺竺- 一 {一二一卜生兰 1 {二竺燮竺竺一卜里立一 }二巴- ~} {了馒竺兰一 {二竺一卜三一 1 …二墅丝 -一卜-竺二 -卜竺生一一斗一罕卜翼一月二二书止斗一书聋早卜一一二华华4 {,少竺翌矍- 一卜i几i竺一卜竺卫- … }粤弊婴` 卜竺生- }逻竺一} _ } 鲤丝1一一 {一些生{1 2 {竺一 } _ _ }勺理竺竺竺一一- 匕一兰生一 }一止一} l 舀一 _ _ _ _ _ _ 一 一一 . _ _ . _ _ _ _ 1 1{ ! 软 、 硬 ”盲酸甲 酮 { 8 2 · 7 { 5 · 1 5 1 1 软 、 硬脂 甲酮 1 1 曦· 3 } /2 一一了 , 二二二刃一一 }—一一 一丁二二丁万二二户一 }— }—一 { 十四碰酸甲酮 { / } 。 . 12 { { 卞四峨酸 甲阳 1 0 . 5 ( 1 . 。1 ` 】一刃几下万一 , 一一一一 1 “ 卜, 万丁万一二一一一 }— }—{ {簇粤岑一~ {里竺一…二 - - } }菩竺琴一卜竺二- {-李牛一 哄 一 / { / 一 洪 一 / }` 6 2 · 4… ! 亚油酸甲 一 。 7 . 3 蜘酸甲醋 } 、 a o . a } 。 5 . 。1 }— { / 7 0 {—一— 一一一 油酸甲醋 { ) } 5 . 7 ! ! 油酸甲醋 ! 3 6 . 7 1 1 . 5} 1 0 0 }— }—一 1 8 0 1— 一一! ! 软 . . 硬脂酸 甲醋 } 。 2 . 5 } 6 . 8 { } 软 、 硬脂酸甲酣 } 23 . 3 1 /{ { 十四碳酸甲醋 } 。 . 5 { 0 . 2 { 】十四碳酸甲酣 】 1 . 7 1 /{ g j_ _ !_ }_ _ 一 }_ 一_l } 产量 ( g ) ! 2 1 . 日 I / 一 险 ( g ) 1 2 0 . 0 1 一 4一 碘 一 / } / 一 ~ } 8 4· 9 1` 5 9 · 5一 亚油酸种胃 1伙 { 8 .7 3 { 】亚油醉 甲醋 } : 5 . , ! 。 5 ` 8{ }— { 厂 7 .一 -一— 】 一 !— !—} ! 油酸 甲一 ! 一 。 7 一 碱呱 1 2 9 ` 3 } 8。 2} 10 0 )— }— }—— 一一 O }— !—一1 { 软 、 硬指酸甲 朗 } 0 2 。 5 { 6 。 8 一 软 、 硬脂酸 甲醋 1 3 4 . 0 } /4 一 一一 一一一! { 十四谈酸脚一 O 。 5 一 。 2 { } 十四碳酸甲 酷 ! 1 _ O } /{ 一_ }_— !_ }_ l_ } _ _} } 严盆 L g ) 】 2 1。 8 一 一 险 ( g一 1 4 。 0 ! 5 2 . 2一 哄 一 / 」 / 一 一 / } 1 5 4} l 亚油酸甲 3 6 。一 9了 8 {油酸甲 自一 1 7 . 8 { 2 ` 2 {2 0 0 {— 一 {— — 一一} { 软 、 硬脂酸甲 舀胃 } 4 5 。 1 1 一5 1 } 一 {— 1! g一 1_ 【_ 1} ! 严孟 ( g一 盛 7 。 0 」 40 。 0 !一 腆 一 / } 1 5 7 . 3 }注 : ( 1 ) 上表所列各种脂肪酸甲酣含盆是利用气相色谱法测定 , 经归一化法计算的相对含盈 。( 2 ) 碘值数据按 H a n u s法测定 。( 3 ) 第二次尿素络合所用尿素量是向第一次络合后的母液中加 入的尿素鱼
1 3 2河 北 农 业 大 学 学 报1 2卷
由上表实验数据可 以初步看出:
( 1) 选择适当的尿素用量 , 只经两次尿素络合 (见条件 3 实验 ) , 既可以得到纯度
高的饱和酸甲醋 , 又可 以得到纯度达 98 %以上的亚油酸甲醋 。
( 2 ) 若以单独生产亚油酸甲醋为目的 , 适当增大尿素用量 , 经一次尿素络合 ( 见条
件 5 实验 ) , 也可以得到纯度较高的亚油酸甲醋 。
4

2 对含饱和脂肪酸较高 、 亚油酸较低的棉子油 , 经多次尿素络合也可 以得到 纯 度
较高的亚油酸甲醋 。 表 2 列出了这种棉 子油经尿素络合的分离结果 。
表 2 市售 10 0竟棉子油尿素络合情况表
一 -嗯犁鉴粤黔一一{二…二 }二…二…二}三二…二一{竺一兰酬坚共共万一一…一竺丰竺一 }里一卜竺 尸一卜型一 }里一 {一一矍别一牛粤掣弊- -卜竺生一卜竺生 1哩州~ 里子理…一些一 {旦资望 …~ 竺生- !一二竺一勘钊 , 哗兰二鉴一!一 生三卜竺上卜竺二~ {一竺二 -…些理一 }~ .全尸卜二 …止一 -甲
1一竺竺翌竺些吧竺登一 }一 11兰卜兰三卜遵竺二 {少 一 …一 ~兰二一卜立一 1一二一…三一 -一些生 -二一土卫竺哩二 竺 {士资卜二生 }卫三一卜二二一卜二一 }二一 }二二 ~…二 一 .一一一一生一邑些兰一一 卜些生卜i竺些 {一 i竺主 )全生 {一竺 } , {二旦扭卜兰一哄 但 】 / 】 1 1 / 1 7 5· 1 1 1 3 8· l 】 / 1 1 6 6· 5 { /
注 : ( 1 )脂肪酸甲醋含量及碘值测定同表 1条件 。
( 2 )每次尿素络合后 , 反应液均在 。 “ C以下冷却 , 放置时间较长 。
表 2 中第妞次尿素络合物分解物的红外光谱图与亚油酸甲醋的标准图谱进行了对照 ,
大的吸收峰完全一致 , 说明第姗次尿素络合物分解物是亚油酸甲醋 , 而且达到相当高的纯
度。 结果见图 3 、 图 4
,。护卑
输击弓
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图 3
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第 姐次尿素络合物分解物红外光谱图
口 } }川 1 「〔〔日 ! ! } } }比〔口L月:[]「 } } } } } } ! }川 ! }川 川 日 l ! 1卜牛{』日 } } 11日 [口[口 }巨比 勺区口口巨E口巨 ! ! l }- 日 ! { } ! } i 目 !划 }日乡片们川叨 飞[ 团 {}}}} }- \宜汀{’几}J议川才阶 }} }防仃川 ! } {
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翻争
图 4 亚油酸甲醋标准红外光谱图
1期 尿素络合法分离棉子油中的亚油酸 1 33
测定红外光谱图使用仪器为 :日立 26 0一 05型红外分光光度计 。
对于市售三级油酸甲醋我们进行了不饱和脂肪酸甲醋的分离试验 , 经一次尿素络合即
可达到满意结果 , 结果见表 3 。
表 3 油酸甲醋三级试剂分离结果
脂肪酸 甲醋含量% { 三级油酸 甲酷试荆 尿素络合物分解物 母 液 ’ 分 解 物
亚 油 酸 甲 酉污 「 5 0 . 9 7 。 0 10 0
油 酸 甲 酉、
{
3 8
·
3
3 8

3 7 8

8 /
饱 和 酸 甲 醋 1 0 。 8 J /
从上表数据可以看出 , 尿素络合法对于分离油酸与亚油酸颇有效 。
综上所述 , 应用尿素络合物法分离脂肪酸是一种有效的方法 , 但由于棉子 油 品 质 不
同 , 其脂肪酸含量不同 , 因此 , 要获得较好的分离效果 , 需进行大量的实验以选出最佳尿
素用量等条件。 我们认为 : 将尿素络合物法与 目前我国使用的固一液脂肪酸分离的技术结
合起来 , 更能达到满意的分离效果 。
参 考 献
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L i
n o l e n i e A e id
s o r t h e i r M
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s t e r s f r o m N
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E s t e r s f r o m G r o u n d
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〔 7 〕N . A . K 五a n . U r e a C o m P l e x e s : P r e P a r a t io n o f F a t t v A e i d s an d E s t e r s f r o m C o t t o n s e e d 0 11。
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. , 1 9 5。 ; 1 1 ( 1 ) : 9 一 一 1 2
〔 8 〕 0 。 R e d l i e h , e t a l . A d d it i o n C o m P o u n d s o f U r e a a n d o r g a n i e S u b s t a n c e s . J . A m . C h e nr . S o e . ,
1 95 0 , 7 2一 4 1 5 3 一 一 4 1 6 0
c g 〕 S y b il P . P a r k e r . M e G r a w H i l l E n e y e l o p e d ia o f C h e m i s t r y . M e G r a w H i l l I n e . , l o e s : 2 0 6 一 一
1 98
无毒棉油由农学系曲健木教授等提供 , 脂肪酸含里分析由李正平同志协助完成 , 亚油酸 甲醋红外光谱 图由 刘云本
同志完成 , 在此表示感谢 。
1 3 4 河 北 农 业 大 学 学 报 1 2卷
T h e S e p a r a ti o n o f L i n o l e i e A e i d F r o m C o t t o n s e e d
0 11 by U r e a一A d d u e t M e t h o d
L 1 X i a o li u
,
L i G u i o h e n
,
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,
H u H u a i
,
T a o X u e y u
( D e p t
。 o f B a s i e C o u r o e 。 , H e b e i A g r i . U n i v 。 , B a o d i n g , C h i n a )
A b s t r a e t
T h e p r i n e i p l e a n d p r o e e s s o f i o o l a t i n g
e o t t o n s e e d 0 11 b y u r e a a d d u e t m e t h o d W e r e
1i n o l e i e a e id ( o r e s t e r s ) f r o m
d e s e r i b e d

D i f f e r e n t q u a n t i t i一
e s o f u r e a w e r e t
e s t e d t o o b t a i n s a t i s f a e t o r y y i e l d i n h i g h p u r i t y

T h e
5 0 一 o b t a i n e d l i n o l e i e a e i d ( o r e s t e r ) 、 叮 a s i d e n t i f i e d b y I R s P e e t r u m 。
k e y w o r d s : U r e a 多 C o m p l e x i n g s e p a r a t i o n ; C o t t o n s e e d 0 11; L i n o l e i e
a e i d