陽 軍,賈娟利,方 鍵
(中國石油吉林石化公司 研究院,吉林 吉林 132021)
3-甲氧基-4-羥基-苯乙醇酸(又稱4-羥基-3-甲氧基扁桃酸,簡寫MHPA)是制備新型廣譜抗菌藥物甲氧芐胺嘧啶(TMP)[1-2]和香草醛[3-4]的重要中間體。作為乙醛酸法生產(chǎn)香草醛的中間體,MHPA的收率對香草醛的收率影響較大,MHPA收率較高時,副產(chǎn)物較少,氧化時焦油量減少,能降低香草醛的分離難度,提高香草醛分離精制的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量。
作者采用乙醛酸法合成MHPA,乙醛酸與愈創(chuàng)木酚按一定的物質(zhì)的量比在堿性條件下反應,生成MHPA鈉鹽,溶液經(jīng)酸化后得到MHPA,未反應的愈創(chuàng)木酚使用苯作為萃取劑萃取回收。其反應方程式如下。
愈創(chuàng)木酚:工業(yè)品,質(zhì)量分數(shù)98%、乙醛酸:工業(yè)品,質(zhì)量分數(shù)50%,北京化工廠;氫氧化鈉:分析純,質(zhì)量分數(shù)98%、硫酸:分析純,質(zhì)量分數(shù)98%,沈陽市試劑五廠;助劑A,自制。
低溫循環(huán)浴槽:北京德天佑科技發(fā)展有限公司;JB90-D強力電動攪拌器:常州國華電器有限公司;電子天平:賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;PHS-3C型pH計:上海精密儀器儀表有限公司;BT100L型蠕動泵:常州普瑞流體技術(shù)有限公司。
1.2.1 制備乙醛酸鈉
將500 mL三口燒瓶置于14 ℃的低溫循環(huán)浴槽中,向燒瓶中加入57 g水和13.5 g乙醛酸溶液,啟動攪拌,調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)數(shù)150~180 r/min,攪拌10 min待燒瓶內(nèi)水溫達到設定溫度時,向燒瓶中滴加8.9 g的質(zhì)量分數(shù)45% NaOH溶液,滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌15 min,然后靜置待用。
1.2.2 制備MHPA水溶液
將1 L三口燒瓶置于低溫循環(huán)浴槽中,向燒瓶中加入200 g水和9.2~10.5 g質(zhì)量分數(shù)45% NaOH溶液,啟動攪拌,調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)數(shù)80~100 r/min,攪拌10 min待燒瓶內(nèi)水溫達到設定溫度時,向燒瓶中滴加15 g愈創(chuàng)木酚,攪拌30 min后,使用蠕動泵向燒瓶中加入制備好的乙醛酸鈉水溶液,滴加時間3 h,滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌15 min,然后靜置,每4 h取樣1次,用液相色譜法檢測溶液的w(乙醛酸)、w(愈創(chuàng)木酚)和w(MHPA),當w(乙醛酸)<0.2%時,視為達到反應終點。
按照1.2.2的實驗方法,低溫循環(huán)浴槽溫度設定為20 ℃,通過調(diào)節(jié)NaOH溶液的加入量,控制反應體系的pH值,其結(jié)果見表1。
表1 不同pH值下MHPA的收率和愈創(chuàng)木酚的轉(zhuǎn)化率
表1表明隨著反應體系pH值的提高,MHPA的收率也隨之提高,特別是pH=10.2~11.0內(nèi)升高時,MHPA收率和愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率增加較明顯,但當pH>11.4后,溶液中w(MHPA)下降,w(愈創(chuàng)木酚)上升,使得MHPA的收率略有上升,但愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率開始下降,且下降速度較快。這主要是由于pH>11.4后,乙醛酸發(fā)生自身歧化反應生成乙二酸和乙醇酸[5],降低了參與反應的乙醛酸濃度,使得愈創(chuàng)木酚的轉(zhuǎn)化率下降。
控制反應體系pH=11.4,調(diào)節(jié)低溫水浴槽溫度范圍在12~30 ℃,實驗初期每4 h取樣1次分析反應進程,當反應快接近終點時2 h取樣1次,最終確定反應所需時間,反應結(jié)果見表2和圖1。
表2 不同溫度下縮合反應所需時間
t/℃圖1 不同溫度下MHPA收率和愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率的變化
從表2 和圖1可以看出,隨著反應溫度的升高,反應所需時間減少,MHPA收率和愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率也隨之下降,且當反應溫度超過22 ℃以后,反應所需時間變化不大,而MHPA收率和愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率則開始大幅下降。
在上述實驗的基礎上,選擇pH=11.4,反應溫度18 ℃為條件,進行6次實驗,其中實驗1為空白實驗,不加入助劑A,其余5個實驗中分別加入0.5,1.0,1.5,2.0,2.5 g助劑A,考察助劑A對MHPA收率和愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率的影響,結(jié)果見圖2。
m(助劑)/g圖2 不同助劑加入量下MHPA收率和愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率的變化
從圖2可以看出,隨著助劑A加入量的增加,MHPA的收率上升,愈創(chuàng)木酚的轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先升后降的趨勢,說明適量的助劑A有助于提高MHPA的收率和愈創(chuàng)木酚的轉(zhuǎn)化率。
(1) 提高反應體系的pH值和加入助劑A均能達到提高MHPA收率的效果,且愈創(chuàng)木酚的轉(zhuǎn)化率也均出現(xiàn)先升后降的趨勢,選擇pH=11.4,助劑A加入量1 g的條件能同時兼顧MHPA的收率和愈創(chuàng)木酚的轉(zhuǎn)化率。
(2) 降低反應溫度有利于提高MHPA收率和愈創(chuàng)木酚轉(zhuǎn)化率,但隨著反應溫度的降低,反應所需時間快速增加,且降低反應溫度將使能耗大量的增加,反應時間的延長也需要增加設備的投入。選擇18 ℃作為反應溫度,MHPA的收率會下降1%,但能耗和設備投入能大幅度的降低,經(jīng)濟性較好。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 翼亞飛,魏賢勇.從香蘭素合成3,4,5-三甲基苯甲醛[J].現(xiàn)代化工,1999,19(8):28-29.
[2] 唐亞楠,鄭建仙.響應面法優(yōu)化3-甲氧基-4-羥基-苯乙醇酸的合成[J].中國食品添加劑,2011(5):68-71.
[3] 鄭立穩(wěn),高永超,等.香蘭素的化學合成方法研究[J].化工時刊,2012,26(6):43-46.
[4] 李建生,張淑云.用愈創(chuàng)木酚和乙醛酸制備香蘭素的研究[J].江蘇化工,1993,21(3):13-16.
[5] 游佳勇,鄭凌云,張淑玲.乙醛酸制備香蘭素工藝條件的優(yōu)化[J].食品與生物技術(shù)學報,2005,24(4):97-99.