微波法合成聚维酮碘的研究

2013-09-03吕鉴泉何晓燕曹倩雯蔡华欢刘广超徐明波

湖北师范大学学报(自然科学版) 2013年1期

吕鉴泉，何晓燕，曹倩雯，蔡华欢，刘广超，刘容，陈丹，徐明波

(湖北师范学院化学与环境工程学院，湖北黄石 435002)

聚维酮碘是聚乙烯吡咯烷酮和碘的络合物，70年代德国人Karl Herle.Ludwigshfan等发明了聚乙烯吡咯烷酮碘，并由西德BASF公司首先开发，应用临床[1]。聚维酮碘是一种广谱、高效、无刺激的消毒杀菌剂，常用于生命体、动植物及其环境的消毒，在医药、日化方面有着重要的应用价值[2]。

聚维酮碘的合成主要有固相法，液相法等两大类方法，这些方法普遍存在反应时间长和能耗高的不足[3]。特别是近几年原料市场价格和动力能源费的飞速上涨，导致生产成本逼近销售价格，生产厂家很难正常生产和经营，因此开发新的生产技术和工艺迫在眉睫。

虽然已有利用微波合成聚维酮碘的报道，但也存在原料比过大等问题[4]。本文探讨碘化钾存在下微波法合成聚维酮碘的工艺，以缩短反应的时间和降低生产成本。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

聚乙烯吡咯烷酮(PVP，上海山浦化工有限公司)，碘(药用，西陇化工股份有限公司)，其他试剂均为国产分析纯，实验用水为二次蒸馏水。微波辅助合成萃取仪(北京祥鹄科技发展有限公司)。

1.2 合成方法

液相法合成聚维酮碘：以微波功率、配料比、反应酸度、反应时间为因素，设置这些因素的各级水平，按正交设计表进行试验。分别称取一定配比的聚乙烯吡咯烷酮和碘溶于加有适量的无水乙醇的三颈烧瓶中，加入一定量的碘化钾溶液和磷酸缓冲溶液，搅拌下溶解后放入微波辅助合成萃取仪中进行反应，反应停止后回收乙醇，室温下放置1～2h后减压干燥，得到产品，按定量方法测定产品中的总碘和有效碘，有效碘作为评价指标(下同)。

固相法合成聚维酮碘：以微波功率、配料比、反应温度、反应时间为因素，设置这些因素的各级水平，按正交设计表进行试验。在三颈烧瓶中按一定的配比加入固体碘化钾、粉末状碘、聚乙烯吡咯烷酮，在避光下用磁力搅拌器搅拌均匀，放入微波辅助萃取仪合成中反应一定时间后，得到产品，测定产品中的总碘和有效碘。

1.3 定量方法

采用碘量法分别测定产品中总碘和有效碘。总碘量的测定：将产品配成一定浓度的溶液，在弱酸性条件下，直接用0.017mol/mL Na2S2O3标准液，以淀粉为指示剂滴定I2，每1mL Na2S2O3相当于127 mg I2.有效碘的含量测定：用CCl4萃取PVP-I中的络合碘，再用与测定总碘量相同的方法测定PVP-I中的有效碘。

2 结果与讨论

2.1 液相法合成

根据文献[1]，PVP与碘络合反应的最佳温度范围为70℃～90℃，实验中选定温度为80℃.为促进PVP与碘的配位，PVP应过量，酸度有利于络合物的稳定，工作中选择微波功率、配料比、反应酸度和反应时间四个因素，各因素设置为四水平，如表1所示。

表1 因素-水平设计

选用正交表L16(44)对合成聚维酮碘的条件进行筛选，试验结果如表2所示。

表2 L16 (44)正交试验结果

由表2可知，最佳的位级组合为A4B1C4D3.即微波合成聚维酮碘的最优条件是微波功率600W，PVP/I2重量比4∶1，反应时间50min，pH 6；由极差的大小分析主次顺序，微波功率和配料比是影响有效碘含量的主要因素，而反应时间和pH次之。

2.2 固相法合成

固相法选择了微波功率、配料比、反应温度、反应时间四个因素，各因素设置为三水平，如表3所示。

表3 因素-水平设计

选用正交表L9(43) 对合成聚维酮碘的条件进行筛选，试验结果如表4所示。

表4 L9 (43)正交试验结果

由表4可知，最佳位级组合为A3B1C2D2.即微波功率为500W，PVP/I2重量比为5∶1，反应时间为90min，反应温度为65℃.由极差可知，各因素对试验指标影响的主→次顺序是D>C>B>A，即温度对实验影响最大，其次是功率和物料比，而反应时间长短影响最小。

2.3 最佳条件的合成验证

根据上述正交实验的结论，分别在最佳条件下进行液相法和固相法合成聚维酮碘，三次平行实验的结果显示其有效碘含量均大于10%，符合药典的要求[3]。

传统的液相法，需要回流时间1.5h，而其有效碘含量仅为9.6%[4]；传统的固相法，反应时间需要10h，其最佳有效碘含量为11.6%[5].并且，传统的液相/固相法中PVP/I2配料比远为4～5∶1，碘的用量大致使成本高。显然，本文采用在碘化钾存在下的微波合成方法，既可以缩短反应时间，又降低了原料成本。