許偉翔 馬 磊

（浙江工業(yè)大學(xué)工業(yè)催化研究所，浙江 杭州 310014）

L-氨基丙醇是合成第三代喹諾酮類(lèi)抗菌藥左旋氧氟沙星的一種重要中間體，后者具有抗菌譜廣、抗菌作用強(qiáng)、毒副反應(yīng)小、與其他抗生素?zé)o交叉耐藥性等優(yōu)點(diǎn)［1］。同時(shí)L-氨基丙醇作為一種手性修飾物在外消旋體拆分中有廣泛的應(yīng)用，因而其具有巨大的市場(chǎng)需求。

一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于L-氨基丙醇合成方法的研究主要可分為兩大類(lèi)，一種是手性拆分方法，其主要過(guò)程是制備出DL-氨基丙醇，再通過(guò)手性拆分獲得L-氨基丙醇，但是由于手性拆分的工業(yè)化難度較高，因此工業(yè)生產(chǎn)普遍采用第二種方法，即將相應(yīng)光學(xué)活性的丙氨酸或其衍生物進(jìn)行還原。工業(yè)生產(chǎn)使用還原劑主要有KBH4、LiBH4、NaBH4或LiAlH4等，但是此類(lèi)還原劑價(jià)格昂貴，危險(xiǎn)性高，后處理過(guò)程復(fù)雜，環(huán)境污染大，具有很大的局限性［2］。而通過(guò)催化加氫，將L-丙氨酸直接加氫制備L-氨基丙醇很好的避免了以上的缺點(diǎn)，是一種對(duì)環(huán)境友好的綠色化學(xué)合成方法。本文主要通過(guò)對(duì)L-丙氨酸催化加氫制備L-氨基丙醇反應(yīng)條件及催化劑的優(yōu)化，提高產(chǎn)物收率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 催化劑制備

1.1.1 活性炭預(yù)處理

將10g活性炭加入到70mL不同濃度的硝酸溶液中于93℃回流8h，過(guò)濾后用去離子水洗至中性，110℃下真空干燥。

1.1.2 催化劑制備

本實(shí)驗(yàn)采用加氫活性較高的Ru/C催化劑［3］，Ru負(fù)載量為5％。將Ru/Cl3配置成一定濃度的鹽酸水溶液，稱(chēng)取一定比例的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的活性炭和去離子加入三口燒瓶中，將三口燒瓶放于恒溫油浴鍋內(nèi)恒溫后，按照所需催化劑負(fù)載量比例緩慢滴加預(yù)先配置好的Ru溶液并恒溫?cái)嚢?h。向三口燒瓶中逐滴加入一定濃度的NaOH水溶液直至堿性，繼續(xù)攪拌30min后過(guò)濾、去離子水洗滌至中性，放入烘箱烘干。將烘干的催化劑經(jīng)水合肼還原、洗滌、干燥，即制得所需催化劑。

1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 合成路線

L-丙氨酸催化加氫制備L-氨基丙醇的合成路線如圖1。

圖1 合成路線

該反應(yīng)需要在一定溫度和壓強(qiáng)下進(jìn)行，同時(shí)Frank T等［4］已經(jīng)證明在酸性條件下，L-丙氨酸羧酸解離受到抑制，從而更有利于反應(yīng)，所以pH值對(duì)反應(yīng)也有一定影響。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

反應(yīng)在高壓反應(yīng)釜（溫州中偉磁傳密封儀器廠）中進(jìn)行，將反應(yīng)物溶液和催化劑放入反應(yīng)釜中，保持一定的反應(yīng)溫度和壓力，反應(yīng)一定時(shí)間后將產(chǎn)物取出過(guò)濾，濾液用安捷倫1100 series高效液相色譜分析，液相柱：C18（Hedera ODS-2：4.6mm×250mm，5μm），樣品經(jīng)過(guò)柱前衍生預(yù)處理，使用內(nèi)標(biāo)法來(lái)標(biāo)定。

2 結(jié)果討論

2.1 不同反應(yīng)條件下對(duì)L-氨基丙醇收率影響

在相同的L-丙氨酸和催化劑用量的條件下，考察溫度、H2壓強(qiáng)以及反應(yīng)溶液pH值對(duì)轉(zhuǎn)化率以及選擇性的影響。結(jié)果如表1～表3所示。

從表1可以發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率以及選擇性有巨大影響。反應(yīng)溫度越高，L-丙氨酸的轉(zhuǎn)化率越高。但L-氨基丙醇的選擇性呈現(xiàn)先增大后減小的變化，反應(yīng)溫度為100℃時(shí)L-氨基丙醇的選擇性最高。與此同時(shí)，L-氨基丙醇的光學(xué)純度則隨反應(yīng)溫度的提高逐漸下降。

表1 反應(yīng)溫度的影響

從表2可以發(fā)現(xiàn)，H2壓強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)化率和選擇性也有一定的影響。隨著H2壓強(qiáng)的降低，L-丙氨酸的轉(zhuǎn)化率和L-氨基丙醇的選擇性均呈現(xiàn)先增大后減小的變化，H2壓強(qiáng)為7MPa時(shí)L-丙氨酸的轉(zhuǎn)化率最高，H2壓強(qiáng)為6MPa時(shí)L-氨基丙醇的選擇性最高。但H2壓強(qiáng)變化對(duì)L-氨基丙醇光學(xué)純度的影響不大。

表2 H2壓強(qiáng)的影響

從表3可以發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溶液初始pH值對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性都有很大影響。隨著反應(yīng)溶液初始pH值增大，L-丙氨酸的轉(zhuǎn)化率和L-氨基丙醇的選擇性均呈現(xiàn)先增大后減小的變化，較低的溶液pH值很好地抑制了L-丙氨酸原料羧基的解離，pH值為1.90時(shí)L-丙氨酸的轉(zhuǎn)化率和L-氨基丙醇的選擇性都達(dá)到最高。但溶液pH值變化對(duì)L-氨基丙醇光學(xué)純度的影響不大。

表3 反應(yīng)溶液初始pH值的影響

綜合以上數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)溫度、H2壓強(qiáng)以及溶液pH值是影響L-丙氨酸的轉(zhuǎn)化率、L-氨基丙醇的選擇性和光學(xué)純度的主要因素。為了獲得高光學(xué)純度的L-氨基丙醇，反應(yīng)溫度100℃、H2壓強(qiáng)7MPa、初始溶液pH值2為比較理想的反應(yīng)條件。

2.2 活性炭預(yù)處理對(duì)催化劑性能的影響

本研究采用活性炭負(fù)載Ru催化劑。活性炭載體的性能同時(shí)取決于它的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)。使用硝酸對(duì)商業(yè)活性炭進(jìn)行預(yù)處理可以去除活性炭中的雜質(zhì)，并形成新的有效的表面基團(tuán)，從而更有利于貴金屬的分散，提高催化劑性能［5］。

本研究使用不同濃度硝酸對(duì)活性炭載體進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)2.5％、5％、10％和20％濃度硝酸預(yù)處理的活性炭載體分別標(biāo)記為C（2.5％）、C（5％）、C（10％），原始催化劑標(biāo)記為C（untreated）。以上經(jīng)硝酸預(yù)處理的活性炭載體進(jìn)一步制備成負(fù)載Ru催化劑。催化劑性能評(píng)價(jià)如表4所示。從表4中可以發(fā)現(xiàn)，隨著硝酸濃度的增大，L-丙氨酸的轉(zhuǎn)化率和L-氨基丙醇的選擇性均呈現(xiàn)先增大后減小的變化，經(jīng)過(guò)5％硝酸預(yù)處理的活性炭載體制得的催化劑催化效果最好。這說(shuō)明載體活性炭經(jīng)硝酸預(yù)處理可以改變活性炭的表面物理-化學(xué)，從而提高L-丙氨酸催化加氫制備L-氨基丙醇反應(yīng)的催化性能。

表4 硝酸預(yù)處理活性炭的影響

3 結(jié)論

L-丙氨酸加氫制備L-氨基丙醇的反應(yīng)中，反應(yīng)條件的優(yōu)化對(duì)于反應(yīng)結(jié)果有著很大的影響，而通過(guò)對(duì)于催化劑本身的優(yōu)化也能提高目標(biāo)產(chǎn)物收率。作為一個(gè)環(huán)境友好型的催化加氫反應(yīng)，L-丙氨酸加氫制備L-氨基丙醇為L(zhǎng)-氨基丙醇的工業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化提供了一條新的途徑。

［1］顏廷旭，楊玲，王宇.喹諾酮類(lèi)藥物的發(fā)展與應(yīng)用［J］.中國(guó)實(shí)用醫(yī)藥.2010，5（24）：137.

［2］高小放，蔡旺峰，張旭斌，等.還原法合成α-氨基丙醇及主要應(yīng)用［J］.化學(xué)工業(yè)與工程，2009，26（1）：72-78.

［3］Jere F，Jackson J，Miller D.Kinetics of the aqueous phase hydrogenation of L-Alanine to L-Alaninol［J］.Ind.Eng.Chem.Res，2004，43：3297-3303.

［4］Frank T Jere，Dennis J Miller，James E Jackson.Stereoretentive C-H Bond Activation in the Aqueous Phase Catalytic Hydrogenation of Amino Acids to Amino Alcohols［J］.Organic Letters，2003，5（4）：527-530.

［5］鄭超，王榕，榮成，等.活性炭表面改性對(duì)釕基氨合成催化劑的影響［J］.工業(yè)催化，2005，13（10）：31-35.