2,2-雙羥甲基丙酸合成的最優(yōu)條件研究

劉祥銀,龐寶才,邢書榮,戴元權,趙德杰,張小妮,李 躍,2,董 瑩

(1.青島科技大學山東化工研究院，山東 濟南 250014；2.化學工業(yè)(全國)飼料添加劑工程技術中心，山東 濟南 250014；3.山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，山東 濟南 250014)

2，2-雙羥甲基丙酸(DMPA)是由2，2-雙羥甲基丙醛(DMPAL)與過氧化物反應制得的。由于DMPAL不穩(wěn)定，易氧化，國內沒有試劑或工業(yè)品。因此，在合成DMPA過程中，首先要合成DMPAL。DMPA雖然分子量不大，但由于分子中含有兩個羥基和一個羧基，所以活性較強，用途廣泛，可以作為內乳化劑，嵌入高分子聚氨酯中制成乳液，用作皮革涂飾劑、造紙旋膠劑、原油破乳劑、粘合劑，也可以生產醇酸樹脂等。早在上世紀八十年代，作者就合成出了DMPA，填補了國內空白。

1 2，2-雙羥甲基丙醛(DHMPAL)的合成

DMPAL是由甲醛(FA)和丙醛(PA)經過羥醛縮合而得到的。反應方程式如下：

CH2O+CH3CH2CHO→CH3C(CH2OH)2CHO

1.1 操作

按照計算好的原料配比，將工業(yè)甲醛置于500mL的四口烷瓶中。裝上攪拌器、溫度計、四流冷凝器和滴液漏斗。將計量的丙醛置于滴液漏斗中，升溫至40℃，啟動攪拌，恒溫反應7～10h。將反應液置于500mL的圓底燒瓶內，減壓蒸餾，除去低沸物、水及未反應的甲醛，即得到DMPAL。

1.2 氣相色譜分析及紅外光譜分析

將反應液中的FA和PA殘留量進行色譜分析，計算出PA的轉化率。

將制得的DMPAL用紅外光譜分析，分析結果與文獻報道的DMPAL紅外光譜圖進行對比，結果一致。見圖1和圖2。

圖1 合成的DMPAL紅外光譜

圖2 文獻DMPAL紅外光譜

1.3 結果與討論

為了選擇和確定合成DMPAL的最佳工藝條件，考察了原料配比、反應溫度和反應時間對丙醛(PA)轉化率的影響。見表1～表3。

表1 FA用量對PA轉化率的影響

表2 反應時間對PA轉化率的影響

表3 反應溫度對PA轉化率的影響

從表1～表3可以看出，丙醛(PA)和甲醛(FA)縮合反應的最佳物質的量比例為1∶2.2～2.4。最佳反應時間為6～7h，最佳反應溫度為20～40℃，催化劑為0.057mol。

2 2，2-雙羥甲基丙酸(DMPA)的合成

2，2-雙羥甲基丙酸是由以上自制雙羥甲基丙醛(DMPAL)經過氧化制備的。

反應方程式如下：

CH3C(CH2OH)2CHO+H2O2→CH3C(CH2OH)2COOH+H2O

2.1 DMPA的合成操作

按照配比量，將自制的DMPAL置于500mL的四口燒瓶中，裝上攪拌器、溫度計、四流冷凝器及滴液漏斗，加入計量的蒸餾水。將計量的過氧化氫(H2O2)置于滴液漏斗，啟動攪拌，升溫40℃，勻速滴加過氧化氫。反應一段時間后，逐漸升溫至98℃，恒溫攪拌8h，反應結束后，將氧化液(反應液)減壓蒸餾，除去水和低沸物。將殘余物傾入燒杯中，冷卻后析出白色結晶，用有機溶劑洗滌，過濾，真空干燥后，即得到白色結晶物(DMPA)。

2.2 DMPA的分析

用滴空法測定DMPA的含量之外，還要測定DHMPA的熔點。共熔點范圍在179～192℃，與文獻報道一致。為了進一步確定它的結構，還要進行紅外光譜分析。將制得的DMPA用紅外光譜分析，分析結果與文獻報道的DMPA紅外光譜圖進行對比，結果一致。見圖3和圖4。

圖3 合成的DMPA紅外光譜

圖4 文獻DMPA紅外光譜

2.3 結果與討論

為了選擇和確定合成DMPA最佳條件，考察了過氧化氫的用量，反應時間、反應溫度和反應液濃度對氧化反應的影響。見表4～表7。

表4 過氧化氫用量對產品收率的影響

表5 反應時間對產品收率的影響

表6 反應溫度對產品收率的影響

*DMPAL為0.5molPA與FA縮合所得到的重量。

表7 DMPAL濃度對產品收率的影響

從表4～表7可以看出，過氧化氫用量低，氧化不全，用量過高，對DHMPA的收率影響不大，過氧化氫的最佳用量為0.25mol。反應時間對DMPA的收率有較明顯的影響。反應9.75h，反應液中的H2O2已消失。反應溫度對DMPA的收率有明顯影響。反應溫度低，其收率低，反應溫度高，H2O2分解太快，反應激烈，H2O2損失多，DMPA的收率也低。反應溫度40～95℃時，DMPA的收率最高。DMPAL的濃度對氧化反應影響不大。但是，濃度高，氧化反應比較快。

總之，反應的最佳條件為H2O2用量為0.2～0.35mol，反應時間在8～10h為宜。在反應最佳條件下，DMPA的收率達到48.81%，與文獻報道的數(shù)據(jù)基本一致。