唐拾貴， 蔣云晨， 孫雁龍， 葉 飛， 郭 凱

(1． 南京工業(yè)大學(xué) a. 制藥與生物工程學(xué)院； b. 理學(xué)院，江蘇 南京 210000)

制備高分子量聚乳酸的關(guān)鍵是制備高純度丙交酯。 丙交酯的純度直接影響聚乳酸的分子量[1]。目前制備高純度丙交酯的方法主要是通過(guò)熱裂解法先制得粗丙交酯[2]，再經(jīng)兩種方法提純：方法一：多次重結(jié)晶[3]；方法二：經(jīng)真空精餾分離提純[4]。方法一收率低，成本高，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；方法二使用的真空精餾技術(shù)對(duì)設(shè)備的要求非常高，難度大。

粗丙交酯中的主要雜質(zhì)為水、未反應(yīng)完全或裂解殘余的乳酸、二聚乳酸和三聚乳酸等[5，6]。在低聚乳酸制備階段，溫度和真空度都不能過(guò)高，否則，乳酸和丙交酯因沸點(diǎn)較低會(huì)與水一同被抽離反應(yīng)體系，造成丙交酯收率大大降低。另一方面，溫度和真空度升高，會(huì)使低聚乳酸分子量過(guò)高，超過(guò)低聚乳酸裂解時(shí)的最適分子量上限，也大大降低丙交酯的收率[7]。同時(shí)，體系黏度會(huì)大幅增加，影響水分脫除，導(dǎo)致反應(yīng)不完全，如果低聚乳酸分子量過(guò)低，熱裂解產(chǎn)生的乳酸、二聚乳酸等亦增加，隨丙交酯溜出，使丙交酯純度大大降低。

Comp3a3b3c3d3e3f3gROH季戊四醇環(huán)己六醇D-山梨醇1,4-失水山梨醇木糖醇D-木糖二羥甲基聯(lián)苯

Scheme1

為了解決傳統(tǒng)制備丙交酯中存在的諸多問(wèn)題，本文對(duì)合成方法進(jìn)行了改進(jìn)：設(shè)計(jì)在制備低聚乳酸(5)過(guò)程中加入高沸點(diǎn)醇ROH(3a～3g)或高沸點(diǎn)胺N-苯基對(duì)苯二胺(4)，并在反應(yīng)器上加裝一段精餾管(圖1)。以D,L-乳酸(2)為原料，在3或4存在下，經(jīng)催化聚合反應(yīng)制得低聚乳酸(5);5經(jīng)熱裂解合成丙交酯(1, Scheme 1)。并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。

圖1 制備1的反應(yīng)裝置*Figure 1 Apparatus of the reaction for synthesizing 11： 油浴鍋； 2： 三口燒瓶； 3： 溫度計(jì)； 4： 四氟攪拌槳； 5： 電動(dòng)機(jī)； 6： 精餾柱； 7： 蒸餾頭； 8： 溫度計(jì)； 9： 冷凝管； 10： 牛角管； 11： 三頸瓶

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

Agilent Technologies 1200 Series型高效液相色譜儀[HPLC， ZORBAX Bonus-RP Analytical, 4.6 mm×250 mm, 5-micron，進(jìn)樣量25 μL(1 mg·mL-1)，柱溫35 ℃，流動(dòng)相10%乙腈，檢測(cè)波長(zhǎng)210 nm]。

2，含量≥85.0%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司;其余所用試劑均為分析純。

1.2 1的合成

在三頸瓶中加入2 101.6 g(960 mmol),一定量的醇或胺及適量催化劑，在3.0 kPa下由90 ℃升溫至160.0 ℃(2.0 h內(nèi))；在0.5 kPa下由160.0 ℃升溫至180.0 ℃，反應(yīng)5.0 h制得5； 5在0.5 kPa下由180.0 ℃逐漸升至230.0 ℃進(jìn)行裂解反應(yīng)，收集180.0 ℃～230.0 ℃餾分得無(wú)色液體1。按文獻(xiàn)[8]方法測(cè)定1的酸值，純度由HPLC測(cè)定[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 3或4對(duì)合成1的影響

2960 mmol,3或4用量1.2%(以2的質(zhì)量計(jì)算)，其余反應(yīng)條件同1.2,考察3或4對(duì)合成1的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，1,4-失水山梨醇(3d)固定羥基的效果最好；在3d存在下，以辛酸亞錫為催化劑時(shí)，1的酸值僅為0.6%，收率93．1%，純度97．5%。由此可見，該反應(yīng)最佳高沸點(diǎn)醇為3d,辛酸亞錫的催化效果好于乙酸鋅。

2．2 3d用量對(duì)合成1的影響

5的分子質(zhì)量過(guò)小，解聚生成的1較少而2較多，就會(huì)導(dǎo)致1收率較低；5分子質(zhì)量過(guò)大，超過(guò)了適宜解聚的上限，解聚時(shí)，生成的殘?jiān)^多，1的收率也不會(huì)高。通過(guò)控制3d用量可以有效地調(diào)節(jié)5的分子量大小，將5的分子量控制在適宜解聚的范圍內(nèi)。

表1 3或4對(duì)合成1的影響*Table 1 Effect of 3 or 4 on synthesizing 1

*2960 mmol,催化劑乙酸鋅1．2%(辛酸亞錫1．2%)，其余反應(yīng)條件同1.2

表2 3d用量對(duì)合成1的影響*Table 2 Effect of 3d amount on synthesizing 1

*r=n(OH) ∶n(2)，2960 mmol,辛酸亞錫1.2%，其余反應(yīng)條件同1.2

2960 mmol,以辛酸亞錫(1.2%)為催化劑，其余反應(yīng)條件同1.2，考察3d用量對(duì)合成1的影響，結(jié)果見表2。從表2可以看出，當(dāng)羥基與乳酸的摩爾比[r=n(OH) ∶n(2)]為1 ∶3時(shí)，醇的用量多，低聚反應(yīng)與解聚反應(yīng)速度都較快，生成的1酸值較低，純度很高，但收率較低。推測(cè)可能的原因?yàn)楫?dāng)醇用量較高時(shí)，平均每個(gè)羥基上5中的2單體個(gè)數(shù)約為3個(gè)，在5解聚的最后階段，解聚前連接有奇數(shù)個(gè)2單體的醇羥基會(huì)固定住一分子無(wú)法繼續(xù)解聚的2，導(dǎo)致1收率下降；r為1 ∶15時(shí)，醇的用量相對(duì)較少，1酸值較低，收率與純度均比較高，結(jié)果比較理想。較佳的r=1 ∶15。

2.3 催化劑對(duì)合成1的影響

用于乳酸低聚物解聚生成丙交酯的催化劑主要有鋅、鋯、鈦、鋁和錫的化合物。目前文獻(xiàn)報(bào)道催化活性的順序?yàn)椋哄a>鋅>鋯>鈦>鋁[10]。

2960 mmol,3d2.62 g,催化劑1.2%,其余反應(yīng)條件同1.2,考察催化劑對(duì)合成1的影響，結(jié)果見表3。由表3可以看出，辛酸亞錫和納米氧化鋅的催化效果較好。

2.4 辛酸亞錫用量對(duì)合成1的影響

2960 mmol,3d2.62 g,其余反應(yīng)條件同1.2,考察辛酸亞錫用量[w(辛酸亞錫)/%]對(duì)合成1的影響，結(jié)果見表4。由表4可知,隨著辛酸亞錫用量的增加，1的產(chǎn)率也顯著增加，當(dāng)其用量為1.2%時(shí)，1的收率達(dá)到最大值(97.5%)。

表3 催化劑種類對(duì)合成1的影響*Table 3 Effect of catalysts kind on synthesizing 1

*2960 mmol,3d2.62 g,催化劑1.2%,其余反應(yīng)條件同1.2

表4 辛酸亞錫用量對(duì)合成1的影響*Table 4 Effect of stannous octanoate amount

*2960 mmol,3d2.62 g,其余反應(yīng)條件同1.2

綜上所述，合成1的最佳反應(yīng)條件為：2960 mmol,n(OH in3d) ∶n(2)=1 ∶15,辛酸亞錫1.2%(以2質(zhì)量計(jì)算)，在3.0 kPa下由90 ℃升溫至160.0 ℃(2.0 h)；在0.5 kPa下由160 ℃升溫至180.0 ℃(0.5 h)，于180.0 ℃反應(yīng)5.0 h制得低聚乳酸；由180.0 ℃逐漸升溫至230.0 ℃進(jìn)行裂解反應(yīng)，收集180.0 ℃～230.0 ℃餾分得1，收率96.1%，純度97.5%。

3 結(jié)論

合成1的改進(jìn)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)控制低聚物分子量在最適合裂解制備丙交酯的分子量范圍內(nèi)，使得反應(yīng)體系黏度不會(huì)過(guò)高而造成反應(yīng)脫水不完全；(2)高沸點(diǎn)醇和羧基反應(yīng)，使得低聚物在裂解后殘留的片段被高沸點(diǎn)醇固定，不會(huì)隨丙交酯被蒸出一同離開反應(yīng)體系，從而大大降低酸含量(這樣亦可以制備低分子量聚乳酸，熱裂解后，殘余乳酸被固定，不會(huì)增加丙交酯雜質(zhì))；(3)加精餾管后，可以在高溫高真空下反應(yīng)，減少乳酸損失，并使乳酸脫水反應(yīng)完全，提高收率；(4)可制備高純度丙交酯，直接用于制備高分子量聚乳酸，操作簡(jiǎn)便，避免丙交酯的精制或精餾過(guò)程。

[1] 粱世飄，王海燕． 合成中間體丙交酯的制備與純化[J]．化工新材料，2005，9(9)：66-70．

[2] 于江濤，馬海紅． 丙交酯合成研究的進(jìn)展[J]．聚酯工業(yè)，2009,3(2)：4-7．

[3] 劉曉寧，魏榮卿，魏軍，等． 一種丙交酯重結(jié)晶的方法[P]．CN 1 757 643，2006．

[4] Meerdink Johannes, Soederard Anders． Purification pro cess for lactide[P]．WO 2 005 056 509，2003．

[5] 張濤，石建明，蔣守英． 丙交酯精致工藝研究進(jìn)展[J]．化工進(jìn)展，2010，2(9)：215-221．

[6] 李霞，劉晨光，賀愛華． L-丙交酯的純化研究[J]．青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，10(5)：509-512．

[7] 魏軍． 聚L-乳酸的合成研究[D]．南京：南京工業(yè)大學(xué)，2007．

[8] 劉迎，魏榮卿，劉曉寧，等． L-丙交酯中乳酸含量的分析[J]．應(yīng)用化學(xué)，2008，9(9)：1104-1106．

[9] 馮立棟，高戰(zhàn)團(tuán)，邊新超． RP-HPLC法丙交酯純度的定量測(cè)定[J]．高分子材料科學(xué)與工程，2009，11(11)：121-124．

[10] Masski Noda, Hisashi, Okuyama. Thermal catalytic depolymerization of poly(L-lactic acid) obigomer into L,L-lactide:effects of Al,Ti,Zn and Zr compounds as catalysts[J].Chem Pharm Bull,1999,47(4):467-471．