多元醇脂肪酸酯结构分析-单硬脂酸甘油酯

 (一)定性试验

1.丙烯酸试验

参照硫酸化油定性试验中的丙烯酸试验。

2.红外吸收光谱法

表面活性剂的IR光谱集，从SadderResearch Laboratories得到。还有Hummell的光谱和解说书内容丰富，便于了解。测谱时，防止可能有不纯物的混入是很重要的。原因是由于不纯物的存在，甘油脂肪酸酯的原有的光谱被干扰。因此，测谱前，希望精制以使不含甘油酯以外的物质，但是，事实上，不知道试样是甘油酯的场合是较多的。因此，通过测谱得到试样的大致的管能团的情报，如果是混合物的话，再用薄层色谱(TLC)，液体色谱。或者萃取操作等分离，进行精制以后，再测谱，可得到明确的谱。

甘油硬脂酸酯的光谱(图1)各吸收带归属如下：3333 cm^-1 (VOH)，2940 cm^-1 (V_asCH)，2860 cm^-1 (V_sCH)，1730 cm^-1 (v c=o),1175 cm^-1 (vc-o-c)，ll00 cm^-1 (δ0H)，1050 cm^-1 (δ伯OH)，720 cm^-1 (CH₂横向)，在油酸和其他饱和酸酯的场合，在3030 cm^-1 (VcH)处产生肩形峰，另外，对于反式次亚乙烯增加1660 cm^-1 (V c=c)和720 cm^-1 (δCH面外)的吸收，特别在720 cm^-1的吸收带比饱和脂肪酸酯宽阔。

图1单硬脂酸甘油酯的红外吸收光谱

单酯羟基的3333 cm^-1吸收带很强，二酯很小，三酯则全部消失。

3.NMR光谱法

NMR光谱法对于单独的每个分子中的管能团也有许多情报可提供，所以一般对于构造大体明确的试样再用来加以详细的研究。

试样必须全部充分干燥，必须除去未反应物、副产物、不纯物等精制的甘油酯试样溶于四氯化碳中，将约0.4ml试样加入外径为0.5cm的NMR光谱测定用玻璃管中测谱，这种场合，在0.4m1中希望包含数+毫克的试样，加入l％～2％四甲基硅烷作内标物，光谱中的化学位移以δ值或者r值(r=10.0-δ)表示，而最近以δ值表示的多。图2为甘油的单脂肪酸酯的NMR光谱。

图2 单油酸甘油酯的核磁共振吸收光谱

δ=0.9(油酸基的末端甲基质子)；δ=1.3(羟基的质子和与双键不邻接的亚甲基质子)；δ=2.O(邻接双键的二个亚甲基质子)；δ=2.3(位于羧基口位的质子)；

δ=3.5(甘油基的3位置的2个质子)；δ=3.7(甘油基的2位置的质子)；

δ=4.1(甘油基的l位置的2个质子)；δ=5.3(双键的质子)

 (二)结构分析

由IR光谱仅能进行甘油脂肪酸酯的确认，酯化度的推定也有某种可能。再联合NMR光谱，则烷基链等详细结构也可以明确。但是，仅这些，不能完全知道单一、二.、三脂肪酸酯的比例和脂肪酸组成。在这种场合，一般应利用气相色谱，在这里，除将试样直接注入气相色谱仪中以外，还有进’行预先三甲基硅醚法、乙酰化、烯丙酯化等处理的分析方法。甘油的定性检定和脂肪酸组成的确定是将皂化后脂肪酸制备成甲酯，用直接酯交换法甲酯化，同时将得到的甘油直接或者习惯上进行三甲硅醚化、乙酰化等处理后分别作气相色谱分析，还有习惯上用氢化铝锂进行还原分解，将生成的甘油和高级醇经三甲基硅醚化后也作气相色谱分析，用液体色谱也能分离单一、二、三酯，另外，测定皂化价，羟价，摩尔质量也可能分析出来，由碘价测定也能知道亲油基不饱和程度。

1.气相色谱分析

(1)直接法  由于甘油酯缺乏挥发性，所以进行一般试样分析的场合，降低液相浓度，缩短层析柱的长度等办法是必要的。但是单脂肪酸酯和二脂肪酸酯由于极性强，即使直接注入气相色谱仪，分离也差，本方法是专门用于三脂肪酸酯(三甘酯)的方法。层析柱长0.5m，外径3.2mm。担体ChromosorbW250180ttm(60～80目)，固定液硅酮SE.30。涂布量2.25％。层析温度200→320℃程序升温，载气(N₂)流速  l50ml／min。

作为固定液也可用和SE-30相同的硅酮系QF-1和JXR。

(2)三甲基硅醚化甘油的单脂肪酸酯和二脂肪酸酯不仅是挥发性差，而且由于分子中残留着羟基而呈极性强，直接作气相色谱分析是困难的。将试样三甲基硅醚化转换成挥发性物质以后，进行气相色谱的方法，由于操作比较简单，而经常被采用。

取(1mg以上)试样于15ml带玻璃塞的沉淀管中，加入lml吡啶，再加入0.2ml六甲基硅胺和0.1ml三甲基氯硅烷，振荡15～30s混合后，放置5min，加入己烷和水各5ml，振荡混合，己烷层转入别的容器中，再加入5ml己烷于水层中。重复同样的操作两次以上，合并己烷层，加入无水硫酸钠除去水分后，吹入氮气，蒸发除去己烷，得至三甲基硅醚化物，在下列条件下进行气相色谱分析：①层析柱为φ6.4mm×lm的铜管，固定液为聚二乙二醇琥珀酸酯(DEGS)，担体为ChromosorbW，涂布量20％，层析温度215℃。②用涂布l5％阿皮松L的30m的毛细管(内径0.76mm，外径1.58mm)从180℃到240℃进行程序升温分析，对于鉴定器来说，最近也有用氢火焰离子化鉴定器的(FID)。

用在不锈钢管(φ3.2mm×lm)中，填充涂布了30g／kgJXR的担体的层析柱也能分析(图3)。用在同样的管中填充涂布50g／kg硅酮SE-52的层析柱也是分析实例。

图3 单甘酯和二甘酯三甲基硅醚化物的气相色谱

1一单油酸酯；2一单硬脂肪酸酯；3一二棕榈酸醑；4一棕榈酸油酸酸；5一棕榈酸硬脂酸酯；6一二油酸酯；7一二硬脂酸酯

(3)乙酰化法  将试样和等容量的乙酰氯一起回流45min乙酰化后，减压除去乙酰氯，将得到的乙酰化物注入气相色谱仪。

对于乙酰化的方法，最近有专门利用吡啶和醋酸酐的方法。即将lOmg试样溶解于0.5ml吡啶和0.5ml醋酸酐中，回流1h，冷却后用乙醚萃取，将萃取液经多次洗涤、洗净后，用无水硫酸钠脱水，蒸馏除去溶剂，得到乙酰化物。

(4)皂化后进行甲酯化的方法  取1.5～2g试样于200ml皂化烧瓶中，加入25ml KOH乙醇溶液[c(KOH)=0.5mol／L]，在烧瓶上安装冷凝管(长lm，外径0.6～0.8cm)，一边时常摇混内容物，一边调节加热温度以使回流的乙醇蒸汽不达到冷凝管上端，让沸腾1h，浓缩内容物后，用盐酸溶液[c(HCl)=6mol／L]使呈酸性，在80℃加热1h，冷却后用50ml乙醚萃取3～5次，将萃取物用30ml水洗至甲基橙指示剂不呈酸性止，用无水硫酸钠脱水，过滤后，让乙醚蒸发，取残留物于酯化烧瓶中，加入30ml硫酸一甲醇溶液(加lml浓硫酸于100ml甲醇中)溶解，在烧瓶上安装冷凝管加热，让沸腾lh后，冷却。加入100ml水，用石油醚萃取两次，将全部萃取液用30ml水反复洗涤，直到洗净液对甲基橙不呈酸性止，石油醚溶液用无水硫酸钠脱水后，蒸馏除去石油醚，将得到的脂肪酸甲酯注入气相色谱仪，用2m长的300g／kgDEGS层析柱，在180℃分析，另一方面，乙醚萃取后的残留的水溶液用KOH溶液[c(KOH)=0.1mol／L]中和后，在水浴上温和地加热，进行浓缩，然后立即冷却，用5～20ml异丙醇萃取，浓缩萃取物，进行气相色谱分析，层析柱使用长lm的300g／kgCarbowax20M，层析温度200℃。

对于将脂肪酸甲酯化的方法，一般采用将脂肪酸和甲醇在酸性催化剂的存在下进行回流的方法。酸性催化剂除本法使用的硫酸外，也用盐酸，对甲苯磺酸等，另外，三氟化硼时常被用作催化剂，其他使用重氮甲烷甲酯化适用也很广。重氮甲烷法的特征是在常温下能迅速甲酯化。

另外，由水层得到的甘油经三甲基硅醚化后，也可作气相色谱分析。

(5)用酯交换反应直接甲酯化的方法

在1.8～2g试样中加入10倍量的盐酸无水甲醇溶液(3％，体积)，一边通入N₂气，一边温和地回流5h，浓缩内容物后，用50ml乙醚和50ml水，数次萃取，水洗，萃取液用无水硫酸钠脱水，低温下蒸留除去醚，作气相色谱分析。水层加入KOH溶液[c(KOH)=0.1mol／L]中和后浓缩，用5～20ml异丙醇萃取。萃取液浓缩后进行气相色谱分析。

Stoffel等将少量(1～10mg)试样溶解在0.5ml盐酸甲醇溶液(5％)和0.5ml苯中，然后进行甲酯化。

在酯交换法中，除此以外，还有用三氟化硼，甲醇钠，甲醇钾，2，2-二甲氧基丙烷的方法。

(6)用氢化铝锂分解法  取约lOOmg试样于lOOml茄形瓶中，溶解在20ml无水乙醚中，将200mg氢化铝锂溶解在30ml无水乙醚中，取上层澄清液，每次少量地加入试样溶液中后，回流30min。冷却后，加入数滴水和少量稀盐酸，再加入水并移入分液漏斗中，水层和醚层分离，将各层分别减压浓缩，浓缩物分别溶解于数ml无水吡啶中，取lml放在带塞的小试管中，加入0.2ml六甲基二硅胺和0.1ml三甲基氯硅烷，激烈振荡混合物30s静置5min后，加入3ml氯仿溶解，用数ml水数次洗涤，除去吡啶后，蒸馏除去氯仿，稀释残留物，作气相色谱分析。

层析柱为长1.5m，内径0.3cm的不锈钢柱。担体为l75～150μm(80～100目)的Gas ChromQ。固定液为硅酮SE-30。涂布量l5g／kg，层析温度100→250℃，升温速率为4℃／min。

2.液体色谱分析

在单脂肪酸酯、二脂肪酸酯、三肪酸酯的混合物的场合，利用填充硅胶的层析柱能够达到各自分离，而所用冲洗剂依次为：①苯；②苯一乙醚(90：10)；③乙醚。苯冲洗三脂肪酸酯，苯-乙醚冲洗二脂肪酸酯，乙醚冲洗单脂肪酸酯。

3.总单硬脂酸甘油酯含量的测定

单甘酯有两种结构即α-单酯和β-单酯，它们之间存在转位平衡

β-单酯较不稳定，一般占总单酯的3％～10％，新制成的产品可达l2％～l3％。由于两种单酯具有完全相同的使用效果，因此评价产品质量以总单酯为标准。非催化高碘酸氧化法只能测定α-单酯。有用高氯酸作催化剂，使β-单酯与α-单酯达到转位平衡，然后使催化剂失活后再用高碘酸氧化α-单酯，所得结果再乘以平衡系数。

催化高碘酸氧化法本法采用转位同时氧化，即β-单酯在高氯酸催化下，不断向α-单酯转位，并被高碘酸氧化。产物碘酸及过量高碘酸都用碘化钾还原成碘，然后用硫代硫酸钠标准溶液滴定。

①试剂高碘酸一冰醋酸溶液将2.7g高碘酸用约300ml冰醋酸加热溶解，再用冰醋酸稀释至l000ml，摇匀，放置l天后待用。

高氯酸溶液，56％。

碘化钾溶液，200g/L。

硫代硫酸钠标准溶液，c(Na₂S₂0₃)=0.1mol／L。氯仿。淀粉指示液，l0g/L。

②测定  精确称取0.07g样品(准确至0.0002g)，溶于25ml氯仿中，加入0.07ml高氯酸溶液(56％)，用移液管移取25ml高碘酸一冰醋酸溶液，摇匀，静置35min。加入10ml碘化钾溶液(200g／L)，于暗处静置5min后加入50ml水，用硫代硫酸钠标准溶液[c(Na₂S₂0₃)=0.1mol／L]滴定近终点时加入lml淀粉指示液(10g/L)，继续滴定至蓝色消失为终点。

在相同条件下做空白试验。

总单甘酯含量的质量分数X按式(6—7)计算

(6.7)

式中  V₀——空白试验消耗硫代硫酸钠的体积，ml；

V——试验滴定消耗硫代硫酸钠的体积，ml；

c——硫代硫酸钠标准溶液的实际浓度，mol／L；

M——单甘酯的毫摩尔质量，g／mmol；

m——试样的质量，g。