新型负载型催化剂加氢还原制备氨基乳清酸

田 华

(兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060)

双嘧达莫是1960年德国贝林公司开发的血管扩张药，以商品名潘生丁上市销售。它具有改善心肌供血、抑制血小板聚集和粘附、调血脂、防止血栓形成和加速冠脉侧枝循环等作用，近年来还发现更多药用价值，具有很好的临床应用前景。在双嘧达莫合成过程中硝基乳清酸生成氨基乳清酸的还原工序一直是关键工序之一。

常用的将硝基还原成氨基的方法有氧化还原法和催化加氢法两种，氧化还原法常用的还原剂有连二亚硫酸钠Na2S2O4(俗称保险粉)、Fe粉、Zn粉等，催化加氢常用的催化剂有Pd/C、Raney Ni等。若使用保险粉还原，虽然在低温碱性条件下，即可达到硝基还原成氨基的目的，但是产生亚硫酸钠和硫酸钠等酸性物质污染环境，且保险粉遇水反应，极不稳定，生产操作危险性很大；若使用Fe粉还原，工艺简单安全、技术成熟，但会产生大量有毒污泥和废水废酸污染环境；催化加氢法被誉为绿色经济的过程，使用到的催化剂Raney Ni效率高、价格便宜，但易失活，且在制备过程中存在大量碱洗废液无法利用等缺点，因而应用越来越少；贵金属Pd催化剂成本较高，应用受到局限[1-3]。

本实验使用负载型镍基加氢催化剂KT-02，甲醇为反应介质，将自制的硝基乳清酸加氢还原成氨基乳清酸，分别考察了催化剂用量、加氢压力、反应温度等对加氢反应的影响，同时测定了催化剂的套用次数。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

高压反应釜(0.5L)及反应釜控制仪，威海自控反应釜有限公司；FT-IR红外光谱仪(Nicolet iS5)，赛默飞世尔科技公司；高效液相色谱仪(1260)，安捷伦科技有限公司；旋转蒸发仪。

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

1.2 实验操作

首先将乳清酸加入混酸中，直接硝化制备得到硝基乳清酸[4]。

将准确质量的硝基乳清酸溶解在100mL甲醇中，再称取一定量的KT-02催化剂，将硝基乳清酸的甲醇溶液与催化剂一同在0.5L高压反应釜中进行反应，关闭进料口，封闭反应釜。通入氮气1.0MPa，检测反应釜的密闭性，确定无漏气。先后用氮气和氢气置换釜内气体，将反应混合物缓慢加热到设定温度，缓慢通入氢气至设定压力，持续反应。在反应过程中观察压力表变化，每隔20～30min补充一次氢气，当釜内氢气压力不再变化时(约2h)反应结束。当釜内温度冷却至50℃以下时缓缓排出气体，放出料液，过滤、洗涤、旋转蒸发、干燥后得到产物进行称量及分析检测[5-6]。

2 结果与讨论

2.1 催化剂用量对催化反应的影响

催化剂的用量直接影响催化反应的速度，优化催化剂用量可节约成本，对试验实现产业化具有重要的指导意义。本实验固定制备得到的硝基乳清酸5g，甲醇100mL，反应温度80℃，氢气压力1.0MPa，搅拌转速900～1000r/min，反应时间为5h，考察加入不同比例的催化剂对该加氢反应的影响，测定结果列在表1中。

从表中可以看出，当催化剂加至5%时，产物的收率可达到95%以上，随着催化剂用量的增加，氨基乳清酸的收率无明显增加，因此，选定催化剂用量为反应物的5%。

表1 催化剂用量对催化加氢反应的影响

表1(续)

2.2 反应压力对催化反应的影响

对于体积减小的反应，升高氢气压力有利于增大氢气在反应溶剂中的溶解度，从而加大在催化剂上的吸附量，有效促进反应的发生。反应条件为5g硝基乳清酸，甲醇100 mL，5%催化剂，温度80℃，搅拌转速900～1000r/min，反应5h，考察了氢气压力对反应的影响。通过计算产物收率得，当氢气压力为1.0 MPa时，收率可达到96%以上，继续增加压力，变化幅度不大，因此确定最优压力为1.0 MPa。

2.3 反应温度对催化反应的影响

确定反应条件为5g硝基乳清酸，甲醇100 mL，5%催化剂，氢气压力1 MPa，搅拌转速900～1000r/min，确定温度为70～110℃变化区间，反应5h，测定产物的收率。由表3可见，温度在90℃以上时，收率基本达到95%，因此本试验的反应温度选定为95℃。

表3 反应温度对样品产率及纯度的影响

2.4 催化剂的套用次数试验

对于催化反应，若催化剂可多次循环利用，将极大程度的降低试验成本，这为工艺过程的产业化提供了必要条件。本试验采取不处理和不额外添加催化剂的方法重复进行催化加氢试验，其他条件全部选用最优条件，得到如表4所示的结果。

结果显示当催化剂重复使用第7次时，收率降至95%以下，当重复使用至10次时收率降至90%以下。可根据样品收率的实际需求进行催化剂的重复使用次数选择，本试验以90%为标准，KT-02的套用次数为10次。

表4 催化剂套用试验

2.5 分析与检验

2.5.1 红外光谱(官能团)

将产品和购买到的氨基乳清酸采用KBr压片法进行傅里叶变换红外光谱分析，得到下列谱图。

根据红外光谱吸收特征峰分析，3488.15cm-1和3393.60cm-1处为-NH2的反对称和对称伸缩振动峰，3152.40cm-1附近的峰为-COOH伸缩振动峰，证明氨基已成功连接，与数据库中的标准物质的红外光谱图对照，特征峰峰型及出峰位置基本一致，由此可证明制备得到的产物为氨基乳清酸。

2.5.2 液相色谱

将样品溶于甲醇中，通过液相色谱进行分析，测得产物中所含的乳清酸、硝基乳清酸及氨基乳清酸的质量分数，可得到收率及催化剂套用次数。

图1 氨基乳清酸的红外光谱(上侧为产品的图谱，下侧为标准物质图谱)

3 结论

本实验以乳清酸为反应物，用一定比例的浓硫酸和浓硝酸构成的混酸直接硝化反应物得到硝基乳清酸，考察了混酸的摩尔比、反应温度、反应时间等条件对硝化作用的影响。项目从高产、高纯度、安全、绿色化工等角度考虑选择转化方法，并优化条件，最终确定了理想的工艺路线。硝基乳清酸的产率可达到80%以上，纯度达90%以上。