硼酸催化合成L-(+)-酒石酸二卞酯

計(jì)海峰，王衛(wèi)東，劉保雷，王國(guó)勝

(1.吉林化工學(xué)院石油化工學(xué)院，吉林吉林132022;2.沈陽(yáng)化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110142)

L-(+)-酒石酸(化學(xué)名稱為右旋-2，3-二羥基琥珀酸)，也稱為天然有機(jī)酸，是酒石酸4種異構(gòu)體中最為重要的一種，廣泛分布于自然界，特別是葡萄和羅望子果中［1］.因此，研究者多采用以L-(+)-酒石酸為手性底物合成手性酯類化合物.L-酒石酸酯是一種拆分對(duì)映體的重要手性試劑，在手性選擇體的合成、對(duì)映體的立體選擇性萃取、手性助劑不對(duì)稱合成及高效液相色譜流動(dòng)相添加劑等方面中的應(yīng)用研究日益增多.Heldin等報(bào)道了手性酒石酸酯類化合物的選擇性在萃取分離方面的研究.在手性萃取過(guò)程中，L-(+)-酒石酸酯與手性對(duì)映體形成兩種非對(duì)映體復(fù)合物，這兩種非對(duì)映體復(fù)合物具有不同的化學(xué)和物理特性［2］.周春山、唐課文等利用Vladimir等報(bào)道的手性酯類合成方法合成了一系列L-(+)-酒石酸酯類化合物，并利用L-(+)-酒石酸酯為手性選擇劑分別萃取了普萘洛爾、扁桃體酸、氧氟沙星等多種藥物［3-6］.王國(guó)勝等報(bào)道了硼酸催化合成L-(+)-酒石酸二乙酯，把硼酸作為催化劑應(yīng)用在手性酯類合成的領(lǐng)域［7］.本文以 L-(+)-酒石酸為手性底物，硼酸為催化劑，分別考察溶劑用量、催化劑用量、酸醇摩爾比、反應(yīng)時(shí)間等因素，尋求最佳的工藝條件，合成L-(+)-酒石酸二卞酯.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WZZ-3型自動(dòng)型旋光儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司);Bio-Rad FTS135型紅外光譜儀(KBr壓片)(美國(guó)Bio-Rad公司).

L-(+)-酒石酸，天津博迪化工股份公司;苯甲醇，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;硼酸，天津南開(kāi)大學(xué)化學(xué)試劑廠;甲苯，天津市大茂化學(xué)試劑廠.試劑均為分析純.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取L-(+)-酒石酸 30 g(0.1 mol)，按一定摩爾比加入苯甲醇和溶劑甲苯，以及催化劑硼酸，混合均勻后放入250 mL三口燒瓶中.反應(yīng)過(guò)程中始終保持回流，使蒸汽全部冷凝回流入分水器中并在其中分層(分水器內(nèi)甲苯在上層，水在下層)，反應(yīng)至體系無(wú)水帶出時(shí)停止.

將酯化反應(yīng)合成產(chǎn)物冷卻后，過(guò)濾除去催化劑，用10%NaHCO3溶液洗滌有機(jī)相至偏堿性，再加氯化鈉飽和溶液洗滌一次，靜置，分去下層水相，用蒸餾水洗滌一次，靜置;分去下層水相，上層有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥，濾出硫酸鈉，得到的有機(jī)相為粗酯相.將粗酯相先進(jìn)行常壓蒸餾，去除甲苯和過(guò)量的苯甲醇，然后進(jìn)行減壓蒸餾，在真空度0.098 MPa，溫度110～115℃條件下收集主要成分，產(chǎn)品稱重.

1.3 分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品進(jìn)行紅外光譜表征以及比旋光度的測(cè)定.

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1.1 酸醇摩爾比對(duì)收率的影響

由圖1可知，在醇過(guò)量的情況下，隨著酸醇摩爾比不斷增大，反應(yīng)的收率先升高再下降，可知酸醇摩爾比對(duì)反應(yīng)存在著一定的影響.影響的主要原因:隨著苯甲醇量的增加，促進(jìn)酯化反應(yīng)正向進(jìn)行，提高L-(+)-酒石酸的酯化率，在比例為1 2.8時(shí)達(dá)到最大值;而當(dāng)再增加比例時(shí)，苯甲醇過(guò)量使體系反應(yīng)溫度過(guò)高，反應(yīng)不好控制，易發(fā)生副反應(yīng)，造成收率降低.因此，酸醇摩爾比為12.8時(shí)為最佳.

圖1 酸醇摩爾比對(duì)反應(yīng)的影響

2.1.2 溶劑用量對(duì)收率的影響

對(duì)吸收率的影響見(jiàn)圖2.

圖2 溶劑用量對(duì)反應(yīng)的影響

從圖2中我們可以看到，帶水劑用量對(duì)收率影響較大，因?yàn)閹畡┠軒ё呱傻乃?，促使酯化反?yīng)正向進(jìn)行，隨著帶水劑量的增加，單位時(shí)間內(nèi)可帶出水量增加.但過(guò)量的帶水劑會(huì)稀釋反應(yīng)物的濃度，同時(shí)，苯甲醇溶于甲苯，帶水的同時(shí)也將苯甲醇帶出，這樣也降低反應(yīng)物的濃度，降低了反應(yīng)速度.

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

由圖3可知，反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響很大，酯化反應(yīng)出水時(shí)間集中在一定階段.隨著時(shí)間的增加，出水量增多，酯化率提高，但是反應(yīng)進(jìn)行到一定時(shí)間后，反應(yīng)達(dá)到平衡，出水量不在增加.如果再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，酯化率變化不大，但是會(huì)影響到收率.因此，控制反應(yīng)時(shí)間在4 h.

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

2.1.4 催化劑用量對(duì)收率的影響

由圖4可知，催化劑對(duì)反應(yīng)的影響比較明顯，反應(yīng)時(shí)間為4 h時(shí)，在催化劑較少的時(shí)候，得到的收率較低，而在逐漸增大催化劑用量后，反應(yīng)的收率逐漸增大，在硼酸的量為0.75 g時(shí)達(dá)到最大.催化劑過(guò)量反而延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，副反應(yīng)增加，其酯化率也有所下降.

圖4 催化劑用量對(duì)反應(yīng)的影響

2.1.5 催化劑的重復(fù)利用

考察催化劑循環(huán)利用可回收性，及重復(fù)試驗(yàn)的收率:

圖5 催化劑重復(fù)次數(shù)對(duì)收率的影響

由圖5可以看出:該催化劑的重復(fù)性較好，在重復(fù)回收利用6次后，硼酸的損失量不大，收率只減少了2%左右;適當(dāng)補(bǔ)充硼酸，催化效率較高，具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值.

2.2 L-(+)-酒石酸二芐酯分析結(jié)果

對(duì)所得產(chǎn)品L-(+)-酒石酸二芐酯進(jìn)行比旋光度測(cè)定的結(jié)果［α］(比旋光度)+5.325;配制溶液質(zhì)量濃度為4.5 g/L;液柱長(zhǎng)度為10 dm.

對(duì)所得產(chǎn)品L-(+)-酒石酸二芐酯，經(jīng)真空干燥后，KBr壓片法制樣測(cè)得紅外光譜，紅外譜圖及分析見(jiàn)附錄表1.

表1 L-(+)-酒石酸二芐酯結(jié)構(gòu)鑒定IR譜圖分析

3 494 cm－1處吸收峰，為酸-OH伸縮振動(dòng)峰;2 988 cm－1處的吸收峰為飽和C—H的伸縮振動(dòng);1 747 cm－1為酯中C=O的伸縮振動(dòng)，1 212 cm－1為酯中C—O的伸縮振動(dòng)強(qiáng)吸收峰，說(shuō)明有酯鍵存在;1 470、1 446、1 374 和 659 cm－1為苯環(huán)骨架的特征譜帶;可知合成L-酒石酸二芐酯.

3 結(jié) 論

以硼酸作為催化劑合成L-(+)-酒石酸二芐酯，取得了良好的效果.驗(yàn)證了硼酸可以作為催化劑合成L-(+)-酒石酸酯類化合物，并得到最優(yōu)化條件為:硼酸用量為0.75 g、反應(yīng)時(shí)間為4 h、甲苯用量40 mL、酸醇摩爾比為1 2.8.

［1］ SUN Z H，ZHENG P，DAI XT et al.Production of L-(+)-tartaric acid by immobilized nocardia tartaricans-SW13-57［J］.Chinese Journal of Biotechnology，1995，11(4):372-376.

［2］ Heldin E，Lindner K J，Pettersson C，et al.Tartaric Acid Derivatives as Chiral Selectors in Liquid Chromatography［J］.Chromatographia，1991，32(9/10):407-416.

［3］ 陳國(guó)斌，唐課文，陳鐵華，等.L-酒石酸正已酯的合成［J］.合成化學(xué)，2004，12(3):207-209.

［4］ 唐課文，周春山.L-酒石酸酯立體選擇性萃取分離扁桃酸對(duì)映體［J］.應(yīng)用化學(xué)，2003，20(11):1108.

［5］ 唐課文，周春山.疏水性L-酒石酸酯立體選擇性萃取分離氯噻酮對(duì)映體［J］.分析化學(xué)，2004，32(1):63-66.

［6］ 唐課文，周春山.疏水性L-酒石酸酯萃取分離氧氟沙星對(duì)映體［J］.化工學(xué)報(bào)，2003，54(12):1729-1732.

［7］ 王國(guó)勝.硼酸催化合成L-(+)-酒石酸二乙酯［J］.現(xiàn)代工，2007，27(3):237-239.