L－蘋果酸與醇的酯化反應研究

馬慶國，趙曉紅，丁子萌，周雨彤，閆迎潔，王瑞虹

(太原工業學院化學與化工系，山西太原 030008)

蘋果酸二乙酯是合成某些藥品不可或缺的中間體，如減肥產品的左旋肉堿［1］、氨普那韋［2］等藥品。以蘋果酸二乙酯為原料合成出的醫藥產品阿托伐他汀，其治療功效比傳統的美伐他汀、辛伐他汀、氟伐他汀等他汀類藥物的功效要好，在全球市場需求量大，并有持續的發展前途。

目前蘋果酸二乙酯的主要通過將蘋果酸中的羧基酰氯化后再與乙醇脫氯化氫成酯反應［3］。雖然酰化后蘋果酸酯化反應的活性增大，但是酰化反應所用的氯化亞砜特別容易水解并容易發生爆炸。傳統酯化反應所用的催化劑有無機酸［4－6］、金屬氧化物［7－8］、分子篩［9］、金屬氯化物［10］等。本研究分別選取不同種類的催化劑，比較了不同種類催化劑催化蘋果酸和乙醇的酯化反應。

1 實驗部分

向25 mL三口燒瓶中依次加入4.6 g無水乙醇，1.34 g L－蘋果酸，磁力攪拌條件下加入0.1g MoO3，緩慢升溫至回流溫度反應一定時間。反應結束后離心分離MoO3并用乙醇洗滌，將乙醇洗滌液與離心管上層清液合并于25mL單口燒瓶中。通過旋轉蒸發儀蒸出乙醇得到酯化產物，對酯化產物的組成通過氣相色譜－質譜聯用儀分析。

2 結果與討論

2.1 催化劑種類對L－蘋果酸酯化反應的影響

由表1的實驗數據可知，以濃硫酸作催化劑與其它催化劑相比，蘋果酸的轉化率及蘋果酸二乙酯產率均最高，通過氣相色譜－質聯用檢測發現，產物除了有蘋果酸二乙酯，還有順丁烯二酸二乙酯、丁二酸二乙酯、反丁烯二酸二乙酯、2－乙氧基丁二酸二乙酯及蘋果酸的聚合物等副產物。其它催化劑的催化活性雖然都弱于濃硫酸，但是選擇性較好，反應副產物主要是蘋果酸的聚合產物，分子結構中的醇羥基不會受到影響。其次是氯化鎳、氯化鈷的催化活性，考慮到生產過程中氯化鎳、氯化鈷的腐蝕性較強，選擇氧化鉬為催化劑，研究反應條件對其催化活性的影響。

表1 催化劑種類對酯化反應的影響a

2.2 催化劑用量的影響

從表2可以看出，三氧化鉬用量由0.05 g增大到0.40 g時，蘋果酸的轉化率及蘋果酸二乙酯產率隨著三氧化鉬用量的增加而增加，當三氧化鉬用量大于0.25 g時，繼續增加三氧化鉬的用量對蘋果酸的轉化率及蘋果酸二乙酯產率影響減弱。因此在此反應條件下以三氧化鉬用量為0.25 g為較佳的催化劑用量。

表2 三氧化鉬用量對酯化反應的影響a

2.3 無水乙醇用量的影響

表3 乙醇用量對酯化反應的影響a

由表3實驗數據可知，隨著無水乙醇用量的增加，即隨著無水乙醇與蘋果酸物質的量之比的增加，蘋果酸二乙酯產率先增加后減小，當乙醇用量為4.6 g時，蘋果酸二乙酯產率最高。繼續增加無水乙醇的用量，蘋果酸二乙酯的產率開始下降。這是因為當無水乙醇用量小于4.6 g時，隨著無水乙醇用量的增加了其與L－蘋果酸的碰撞機率，反應速率加快，蘋果酸二乙酯產率增加，當無水乙醇用量大于4.6 g時，在催化劑的用量不改變的條件下，降低了催化劑與反應物分子的接觸面積，因此使得反應速率下降。因此在催化劑用量為0.25 g，反應物L－蘋果酸1.34 g時，無水乙醇的較佳用量為4.6 g。

2.4 甲苯及其用量對L－蘋果酸酯化反應的影響

表4 溶劑種類對酯化反應的影響a

由表4的實驗數據可知，當加入溶劑甲苯后，蘋果酸的轉化率及蘋果酸二乙酯的產率均得到提高，這是因為甲苯的沸點較高，提高了回流溫度，即提高了反應的溫度使得反應速率加快。但是隨之甲苯用量的增加反應速率會下降，這可能是因為隨著甲苯用量的增加，降低了L－蘋果酸與無水乙醇的碰撞機率，從而降低了反應速率使得L－蘋果酸轉化率及蘋果酸二乙酯產率下降。因此當反應物L－蘋果酸為1.34 g，無水乙醇為4.6 g，三氧化鉬用量為0.25 g時，甲苯的較佳用量為5 mL。

3 結論

(1)通過氣相色譜－質譜分析發現:以濃硫酸作催化劑催化蘋果酸和乙醇的酯化反應時，催化活性較高但是副產物的種類多而且含量高。三氧化鉬的催化活性相對較低但是反應的選擇性較高，而且易于從反應產物中分離。

(2)L － 蘋果酸1.34 g、無水乙醇 4.6 g，氧化鉬 0.25 g，溶劑甲苯用量為5 mL，回流反應，蘋果酸二乙酯的產率達38.5%。