胡椒酸钾的分成工艺研究

第33卷第3期《新疆师范大学学报》(自然科学版)Vol 33. No2014年9月Journal of Xinjiang Normal UniversitySep.2014(Natural Sciences Edition)胡椒酸钾的分成工艺研究吐尔孙拜克·叶尔达,纳森巴特(伊犁师范学院化学与生物科学学院,新疆伊宁8350000摘要:胡椒酸钾是制备胡椒酸己二胺的重要合成中间体,确定工艺可行、成本合理、收率相对较高的胡椒酸钾合成方法对制备胡椒酸己二胺有着重要的意义关键词:胡椒酸钾;合成;正交中图分类号:0175,1文献标识码:A文章编号:10089659(2014)03003306胡椒酸是一种重要的精细化工原料,也是合成许多具有生物活性化合物的重要中间体。自然界中含胡椒基的化合物很多具有生物活性,如胡椒碱、胡椒酸酯、胡椒丁醚等。近来的研究表明,胡椒碱及其衍生物的有机化合物或胡椒酸酯化合物都有生物活性,胡椒碱具有降血脂作用口。关于胡椒酸己二酰胺的合成方法,文献报道不多,吴勇等以胡椒酸酯原料合成了胡椒酰胺,文章以胡椒碱原料一步反应得到胡椒酸已二酰胺的中间体胡椒酸钾,该合成方法温和,是一条绿色环保的合成方法,反应路线如下KOH实验部分1.1仪器和试剂反应釜S212-5L型、上海标和仪器有限公司;恒温水油浴锅GYY-5型、上海标和仪器有限公司;低温冷却循环泵DLSD-5/30型、精密鼓风干燥箱BAO-35A型、上海市施都凯仪器设备有限公司;循环水式多用真空泵SHB-I型、精密增力电动搅拌器J-1型、北京光明医疗仪器厂、数字熔点仪WRS-1B型、上海精密科学仪器有限公司;红外分光光度计 IRRrestige-2型、日本制造、三用紫外分析仪YLN-11型、北京亚力恩科学器材公司。元素分析及红外光谱由本校分析测试中心测试,HNMR;13CNMR由北京BRUKER公司测试中心测试。试剂:胡椒碱、西安瑞林生物科技有限公司;氢氧化钾、天津市科盟化工工贸有限公司、乙醇(95%)、天津市福晨化学试剂有限公司;无水乙醇、天津市福晨化学试剂有限公;乙酸乙酯、天津市福晨化学试剂有限公司;正己烷、天津市福晨化学试剂有限公司、稀盐酸、乌鲁木齐市迪城化工有限公司。1.2实验过程胡椒酸已二胺合成反应过程中用的催化剂KOH为强碱,反应中用量较多,因此,在其它条件恒定时减少KOH用量,看是否影响实验结果,在其它条件不变时分别减少KOH用量到原来的1/10,和1/2时,钾盐中国煤化工[收稿日期]2014-03-14[基金项目]新疆维吾尔自治区国家科技合作计划项目资助(201217152)CNMHG[作者简介]吐尔孙拜克·叶尔达(1962—),男(蒙古族),新疆伊犁人,副教授,主要从事天然产物化学方面研究34新疆师范大学学报(自然科学版)2014年产率如表1所示。表1KOH的用量对产率的影响序号胡椒碱(g)乙醇用量(mL)KOH用量(g)反应时间(h)反应温度(℃)钾盐产量(g)钾盐产率(%)0.76485.05abc1117,80.8858880.53159.130.1770.065胡椒碱99%,(西安瑞林生物科技有限公司),乙醇为95%乙醇,KOH为优级纯为了在减少KOH的情况下,提高产率,延长了反应时间。首先将反应物以c的比例(即KOH的用量为原来的1/10)进行反应,直到反应48个小时。产率仅为41.98%,并且反应产物中有淡黄色的、不溶于水的杂质。以b的比例(即KOH的用量为原来的1/2)重新进行延长时间的反应,在反应进行期间做同步TLC分析。结果显示,反应10小时后TLC现象基本一致。虽如此,反应13小时产率仅为74.09%。因此,做正交实验时,应该放弃KOH用量为原来用量的1/2。结果表明减少KOH用量会显著降低反应产率,因此不可采取,只能考虑尽量回收催化剂。2正交实验工艺条件筛选涉及的因素(直接影响评价指标的因子)和水平(每个因素所取值的个数)较多。根据多、快、好、省原则,选择恰当的实验方法,使之能减少试验次数,提高效率,节约时间和经费,而且能得到准确的结论和最佳工艺条件。目前最常用的筛选方法有三种,即全面实验法(又称单因素筛选)、正交试验法、均匀设计。其中全面实验法的试验次数较多,试验次数N=rqs次(s为因素个数,q为水平个数,r为实验重复次数)。如有3个因素,每个因素有4个水平,实验次数最少34=81。这样多的实验次数,需要消耗大量的人力、物力、财力及时间,所以因素较多的实验一般不采取此方法。均匀设计法只考虑试验点在试验范围内充分“均匀分散”而忽略“整齐可比”性。它为多因素、多水平的实验提供了一种试验次数比较少的涉及方法。试验次数N=rq三因素四水平的试验,仅作4次实验即可。正交实验法是根据组合理论,按一定规律构造正交表用来安排多因素试验的方法。正交实验所需作的实验次数,较全面试验少得多采用正交实验法应首先根据试验本身需筛选的因素、水平,选择好正交表头和相对应的正交实验表4]在多次制备胡椒酸的实验过程中,发现影响产率的主要因素为;乙醇用量、KOH用量和反应时间。如表2所示为制备胡椒酸L(34)因素水平表和表头设计。表2正交试验的因素水平表水平A:乙醇用量(mL)B:KOH用量(g)C:反应时间(h)12311.23.5422.410以参加反应的胡椒碱2.000g为基础,乙醇为95%乙醇,KOH为优级纯,其中各因素的三水平都围绕着前人确定的最佳条件所设计。表3正交试验L(34)设计表及结果因素评价指标试验号A:乙醇用量(mL)B:KOH用量(g)C:反应时间(h钾盐产率(%)中国煤化工123CNMHG86.72第3期吐尔孙拜克·叶尔达等胡椒酸钾的分成工艺研究35因素评价指标试验号A:乙醇用量(mL)B:KOH用量(g)C:反应时间(h)钾盐产率(%)84.94378.38正交试验误差分析6上述9组实验的平均产率H=79.90k1=A1+A1+A1",k2=A2+A2+A2",k3=A3+A3+A3K1=k1/3,K2=k2/3,K3=k3/3误差总值Q=∑(Y;-p)2=1475.0离差平方和QA,QB,Qc为Q=3×∑(K:-p)2,(i=1,2,3)随机误差因子E的离差平方和QE为:QE=Q=Q1QA-QB-Q各因子的均方离差S2=Q自由度R=K-KFA=SA /SE, FB=SB/SE, Fc=Sc /s表4误差分析表因子A因子B因子C因子Ek202.22253.1767,4184.395.43424.59718,17216.03116.26212.30359.09108.0258.133.65影响程度不显著不显著不显著F0.0(2,2)=99.00;F0.05(2,2)=19.00;F01(2,2)=9.00以钾盐产率为考察指标,由表4均方离差S值大小显示,随机误差误差对整个实验过程的影响很小,9组实验产率不同是由于因子水平不中国煤化x,即随机可信的由表4数据可以看出每个因素不同水平对结果影响强弱顺序为CNMHGC3。F值大小显示,FA=3.65,FB=6.18,Fc=1.86,均小于Fa1(2,2)=9.00,即在研究范围内各因子对钾新疆师范大学学报(自然科学版)014年盐产率影响都不显著。这可能与选择范围小有关系。为了直观的考察各因子对反应的影响程度,以产率为纵坐标,每个因素水平为横坐标绘制因素水平产率的曲线图,结果如图1所示从上述以钾盐产率为评价指标的数据分析和附图中直观图可以初步确定反应最佳条件为A1B3C1。但是实验现象证明乙醇用量较少、KOH用量较多时,KOH不能完全溶解于乙醇中,开始反应后反应液颜色深,粘稠不易搅拌,反应产物色泽暗淡,有不溶于水的杂质。再根据产率选择乙醇和KOH的合理用量,即A2B2C1,再重新与A2B2C2比较,以产率为评价指标,确定A2B2C2为最佳条件。因为该反应条件未包括在正交设计表的9次试验中,故对其进行了验证试验。表5验证试验结果表因素胡椒酸钾试验号A(mL)C(h)产率(%)平均值(%)91.1215.692.0391.6833.3491.89通过验证实验可以发现,三次实验钾盐的产率均较高,且三次产率波动较小。该制备条件稳定、可行因此确定的最佳工艺条件是适宜的,即参加反应的胡椒碱为2.0g时,所用乙醇15.6mL,KOH为3.54g,反应时间为8h。表6胡椒酸的中试合成结果表次数1(20130327)2(20130401)3(20130427)平均值各项胡椒碱量KOH量1362g95%乙醇量6000mL6000mL4400mL钾盐实际值405g钾盐理论值663471g钾盐产率87.9%85.9872%3胡椒酸钾的分析IR图谱:苯的骨架震动(1600cm1,1580cm-1,1500cm-1),芳环C-H对称面弯曲振动(30002800cm1),C-O-C-O伸缩振动(1275-1150cm-1),=C-H伸缩振动(900-690cm-1),C=O伸缩振动(1700-1600cm-1),C=C伸缩振动(芳环)(1650-1450cm-1),C-O位于1400-1200cm-1,其中OH面外特征吸收性较强。中国煤化工CNMHG图1胡椒酸钾的IR图谱3C-NMR(DMSO):175.9(羰基),125.3(C2),141.6(C3),126.6(C4),137.6(C5),130.9(C6),105.7(C7),147.4(C8),第3期吐尔孙拜克·叶尔达等胡椒酸钾的分成工艺研究37147.3(C9),108.5(C10),122.5(C11),101.2(-O-C-0-)211o30c0180160140120100Ppm图2胡椒酸钾的1CNMR图谱H-NMR(J/HZ)(DMSO): 6.00(d, J=15.2, 1H, CH-CH-CH-CH'),7.30(dd, ]=8.4:6.8,1H, CH-CH-CHCH),6.95(1H,CH=CH-CH=CH),6.89(1H,CH=CH一CH=CH),7.20(1H,Ar-7),6.96(1H,Ar-10),6.93(1H,Ar-11),5,98(2H,-O-CH2-O-)7期曲o ppm图3胡椒酸钾1INMR图谱小结:通过三批中试合成,对产品的结构确证与小试验结构确证一样,产率差别不大,实验现象基本吻合。因此采用的合成工艺可行、稳定、产率较高、安全。O K10图4胡椒酸钾的结构式4结论通过三批中试合成,对产品的结构确证与小试验结构确证一样,实验现象基本吻合。因此采用的合成方法可行、稳定、安全。合成产率较低,主要原因是抽滤,清洗,硏磨过程操作欠周到,一些产品被浪费。本研究使用中试放大方法来合成胡椒酸钾,在实验中温度,浓度,PH值,抽滤羊键因出,选择适当的温度,浓度,PH值。三次合成出来的胡椒酸颜色有差别,第一次做出来中国煤化工颜色,第二第三次合成出来的较接近标准颜色淡黄色,但也有一点颜色差别,主CNMH没有达到干净,里面有不容的杂质,影响产品颜色。在操作技术方面:在做实验时一定要细心,重结晶后的晶体应在干燥新疆师范大学学报(自然科学版)2014年后测定其熔点,熔点不合格应再一次进行重结晶,以免影响实验结果。参考文献1]刘昌孝实用药物动力学[M].中国医药科技出版社,2003:36-39[2]谢华,马越明,王天明,叶福媛.桃和承气汤单味大黄中大黄酸在家兔体内的药代动力学[J].中药药理与临床,2005:21(2).[3]朱长虹,付管铭,左明达利洛司酮实验药代动力研究[]同济医科大学学报,194:23(1):56[4]蔡葵花,郑文晖,血浆的辛伐他汀分析方法及药代动力学研究[].分析化学研究报告,1999,27(11),1254-1257.[5]刘英PLC中溶解溶剂对峰形与含量测定的影响[].中国药品标准,2005,6(3)[6]黄必义,邓立东RP一 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YEERDA, Nasenbate(Resources and Ecological Research Institute, College of Chemistry Biological SciencesYili normal University, Yining, Xinjiang, 835000, China)Abstract Piperic acid potassium is an important synthetic intermediates for the preparation of pipericacid hexamethylene diamine, plays an important role in determining method for synthesis of PotassiumPicrate feasible in technology, reasonable cost, relatively high yield preparation of piperic acid hexamethylene diamineKey words: Potassium picrate; Synthesis; Orthogonal中国煤化工CNMHG