新型負載型催化劑加氫還原制備氨基乳清酸

田 華

(蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060)

雙嘧達莫是1960年德國貝林公司開發的血管擴張藥，以商品名潘生丁上市銷售。它具有改善心肌供血、抑制血小板聚集和粘附、調血脂、防止血栓形成和加速冠脈側枝循環等作用，近年來還發現更多藥用價值，具有很好的臨床應用前景。在雙嘧達莫合成過程中硝基乳清酸生成氨基乳清酸的還原工序一直是關鍵工序之一。

常用的將硝基還原成氨基的方法有氧化還原法和催化加氫法兩種，氧化還原法常用的還原劑有連二亞硫酸鈉Na2S2O4(俗稱保險粉)、Fe粉、Zn粉等，催化加氫常用的催化劑有Pd/C、Raney Ni等。若使用保險粉還原，雖然在低溫堿性條件下，即可達到硝基還原成氨基的目的，但是產生亞硫酸鈉和硫酸鈉等酸性物質污染環境，且保險粉遇水反應，極不穩定，生產操作危險性很大；若使用Fe粉還原，工藝簡單安全、技術成熟，但會產生大量有毒污泥和廢水廢酸污染環境；催化加氫法被譽為綠色經濟的過程，使用到的催化劑Raney Ni效率高、價格便宜，但易失活，且在制備過程中存在大量堿洗廢液無法利用等缺點，因而應用越來越少；貴金屬Pd催化劑成本較高，應用受到局限[1-3]。

本實驗使用負載型鎳基加氫催化劑KT-02，甲醇為反應介質，將自制的硝基乳清酸加氫還原成氨基乳清酸，分別考察了催化劑用量、加氫壓力、反應溫度等對加氫反應的影響，同時測定了催化劑的套用次數。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

高壓反應釜(0.5L)及反應釜控制儀，威海自控反應釜有限公司；FT-IR紅外光譜儀(Nicolet iS5)，賽默飛世爾科技公司；高效液相色譜儀(1260)，安捷倫科技有限公司；旋轉蒸發儀。

99%乳清酸，99%氨基乳清酸，KT-02催化劑，65%硝酸，98%硫酸，乙酸乙酯，甲醇。

1.2 實驗操作

首先將乳清酸加入混酸中，直接硝化制備得到硝基乳清酸[4]。

將準確質量的硝基乳清酸溶解在100mL甲醇中，再稱取一定量的KT-02催化劑，將硝基乳清酸的甲醇溶液與催化劑一同在0.5L高壓反應釜中進行反應，關閉進料口，封閉反應釜。通入氮氣1.0MPa，檢測反應釜的密閉性，確定無漏氣。先后用氮氣和氫氣置換釜內氣體，將反應混合物緩慢加熱到設定溫度，緩慢通入氫氣至設定壓力，持續反應。在反應過程中觀察壓力表變化，每隔20～30min補充一次氫氣，當釜內氫氣壓力不再變化時(約2h)反應結束。當釜內溫度冷卻至50℃以下時緩緩排出氣體，放出料液，過濾、洗滌、旋轉蒸發、干燥后得到產物進行稱量及分析檢測[5-6]。

2 結果與討論

2.1 催化劑用量對催化反應的影響

催化劑的用量直接影響催化反應的速度，優化催化劑用量可節約成本，對試驗實現產業化具有重要的指導意義。本實驗固定制備得到的硝基乳清酸5g，甲醇100mL，反應溫度80℃，氫氣壓力1.0MPa，攪拌轉速900～1000r/min，反應時間為5h，考察加入不同比例的催化劑對該加氫反應的影響，測定結果列在表1中。

從表中可以看出，當催化劑加至5%時，產物的收率可達到95%以上，隨著催化劑用量的增加，氨基乳清酸的收率無明顯增加，因此，選定催化劑用量為反應物的5%。

表1 催化劑用量對催化加氫反應的影響

表1(續)

2.2 反應壓力對催化反應的影響

對于體積減小的反應，升高氫氣壓力有利于增大氫氣在反應溶劑中的溶解度，從而加大在催化劑上的吸附量，有效促進反應的發生。反應條件為5g硝基乳清酸，甲醇100 mL，5%催化劑，溫度80℃，攪拌轉速900～1000r/min，反應5h，考察了氫氣壓力對反應的影響。通過計算產物收率得，當氫氣壓力為1.0 MPa時，收率可達到96%以上，繼續增加壓力，變化幅度不大，因此確定最優壓力為1.0 MPa。

2.3 反應溫度對催化反應的影響

確定反應條件為5g硝基乳清酸，甲醇100 mL，5%催化劑，氫氣壓力1 MPa，攪拌轉速900～1000r/min，確定溫度為70～110℃變化區間，反應5h，測定產物的收率。由表3可見，溫度在90℃以上時，收率基本達到95%，因此本試驗的反應溫度選定為95℃。

表3 反應溫度對樣品產率及純度的影響

2.4 催化劑的套用次數試驗

對于催化反應，若催化劑可多次循環利用，將極大程度的降低試驗成本，這為工藝過程的產業化提供了必要條件。本試驗采取不處理和不額外添加催化劑的方法重復進行催化加氫試驗，其他條件全部選用最優條件，得到如表4所示的結果。

結果顯示當催化劑重復使用第7次時，收率降至95%以下，當重復使用至10次時收率降至90%以下。可根據樣品收率的實際需求進行催化劑的重復使用次數選擇，本試驗以90%為標準，KT-02的套用次數為10次。

表4 催化劑套用試驗

2.5 分析與檢驗

2.5.1 紅外光譜(官能團)

將產品和購買到的氨基乳清酸采用KBr壓片法進行傅里葉變換紅外光譜分析，得到下列譜圖。

根據紅外光譜吸收特征峰分析，3488.15cm-1和3393.60cm-1處為-NH2的反對稱和對稱伸縮振動峰，3152.40cm-1附近的峰為-COOH伸縮振動峰，證明氨基已成功連接，與數據庫中的標準物質的紅外光譜圖對照，特征峰峰型及出峰位置基本一致，由此可證明制備得到的產物為氨基乳清酸。

2.5.2 液相色譜

將樣品溶于甲醇中，通過液相色譜進行分析，測得產物中所含的乳清酸、硝基乳清酸及氨基乳清酸的質量分數，可得到收率及催化劑套用次數。

圖1 氨基乳清酸的紅外光譜(上側為產品的圖譜，下側為標準物質圖譜)

3 結論

本實驗以乳清酸為反應物，用一定比例的濃硫酸和濃硝酸構成的混酸直接硝化反應物得到硝基乳清酸，考察了混酸的摩爾比、反應溫度、反應時間等條件對硝化作用的影響。項目從高產、高純度、安全、綠色化工等角度考慮選擇轉化方法，并優化條件，最終確定了理想的工藝路線。硝基乳清酸的產率可達到80%以上，純度達90%以上。