氨基磺酸催化合成尿囊素

2012-04-01刘丽秀何爱江李相彪

化工技术与开发 2012年11期

关键词：反应时间收率尿素

刘丽秀，何爱江，李相彪

（宜宾职业技术学院，四川宜宾 644003）

尿囊素是在哺乳动物的尿囊液中发现的，是一种高附加值的精细化工产品，广泛应用于医药、日化、农业、轻工业及生物工程等领域。尿囊素的合成一般采用无机酸催化合成，常用的强酸如硫酸、硝酸等对设备具有较强腐蚀性，同时产生的废酸会对环境造成污染。

本文以有机酸氨基磺酸为催化剂，以尿素乙醛酸直接缩合法合成尿囊素，以正交实验考察尿囊素合成的影响因素，确定最优合成条件。

1 实验仪器及材料

1.1 原料

尿素、乙醛酸和氨基磺酸为分析纯，外购。

1.2 实验仪器

自制磁力搅拌恒温水浴（±0.5℃），Nicolet380 FT-IR红外光谱仪。

1.3 实验设计

1.3.1 实验步骤

按比例称取尿素、乙醛酸和氨基磺酸，加入三口烧瓶中，加入一定量水。开启磁力搅拌装置和冷凝装置；升温至一定温度，恒温一定时间结束反应。将粗产品冷却过滤，过滤后进行重结晶2次，干燥后称量。

1.3.2 实验设计

尿囊素合成中，反应温度、尿素与乙醛酸的摩尔比、催化剂用量和反应时间各因素对尿囊素收率有影响，为了能清晰地表示出尿囊素收率与各因素之间的关系，选择以上4个参数设计L25（56）正交实验表（如表 1）。

表1 L25（56）正交实验表

1.4 红外光谱测定

将产品采用KBr压片法，然后用Nicolet 380 FT-IR外光谱仪测定该产品的红外光谱。

2 结果与讨论

2.1 产品红外分析

对产品用KBr压片，经红外光谱仪检测，得到如图1所示红外谱图。利用红外分析软件OMNIC 8.0对所得红外图谱与标准样品图谱进行对比，相似度为96.72%，能够确定所合成产品即为尿囊素。

图1 合成产品与标准样品的红外图谱对比

2.2 正交实验各因素影响的分析

正交实验所得的数据如表1所示，采用分析软件SPSS 18.0对正交实验结果进行分析，分析的结果见表2。

表2 主体间效应的检验（因变量∶收率/%）

从表2可得校正模型p值（Sig.）小于0.05，模型具有统计学意义。其中催化剂用量和反应温度影响显著，而配比和反应时间影响不显著，各因素的主次排列顺序是：催化剂用量＞反应温度＞原料配比＞反应时间。

2.3 反应温度对收率的影响

温度上升时，化学反应速率就会加快；70℃之前，随着温度升高，反应速度加快，产品收率增加；温度进一步升高，由于尿囊素不稳定，长时间在较高温水溶液中易分解，本实验中亦观察到80℃反应液最后颜色变深，呈褐色，故最佳反应温度选定在70℃进行。

图2 反应温度对尿囊素收率的影响

2.4 原料配比对收率的影响

由乙醛酸尿素缩合反应式可知，尿素与乙醛酸的摩尔比理论上为2∶1，但由于缩合反应为可逆反应，为使平衡向有利于产物生成的方向进行，通常采用使某一反应物过量的方法以促进反应的进行。

尿素乙醛酸二者物质的量之比越大，产率越高，但尿素过量太多，产率反而下降。这可能是由于尿素量太大，使反应液中乙醛酸的浓度降低，降低反应速度，从而导致转化率及产品降低；另外，若尿素用量过多，导致部分尿素结晶混入尿囊素中，影响产品纯度会增加后处理的难度，故确定适宜的原料配比（n尿素∶ n乙醛酸）为3.5∶1。