硼酸催化合成L-(+)-酒石酸二卞酯

计海峰，王卫东，刘保雷，王国胜

(1.吉林化工学院石油化工学院，吉林吉林132022;2.沈阳化工大学化学工程学院，辽宁沈阳110142)

L-(+)-酒石酸(化学名称为右旋-2，3-二羟基琥珀酸)，也称为天然有机酸，是酒石酸4种异构体中最为重要的一种，广泛分布于自然界，特别是葡萄和罗望子果中［1］.因此，研究者多采用以L-(+)-酒石酸为手性底物合成手性酯类化合物.L-酒石酸酯是一种拆分对映体的重要手性试剂，在手性选择体的合成、对映体的立体选择性萃取、手性助剂不对称合成及高效液相色谱流动相添加剂等方面中的应用研究日益增多.Heldin等报道了手性酒石酸酯类化合物的选择性在萃取分离方面的研究.在手性萃取过程中，L-(+)-酒石酸酯与手性对映体形成两种非对映体复合物，这两种非对映体复合物具有不同的化学和物理特性［2］.周春山、唐课文等利用Vladimir等报道的手性酯类合成方法合成了一系列L-(+)-酒石酸酯类化合物，并利用L-(+)-酒石酸酯为手性选择剂分别萃取了普萘洛尔、扁桃体酸、氧氟沙星等多种药物［3-6］.王国胜等报道了硼酸催化合成L-(+)-酒石酸二乙酯，把硼酸作为催化剂应用在手性酯类合成的领域［7］.本文以 L-(+)-酒石酸为手性底物，硼酸为催化剂，分别考察溶剂用量、催化剂用量、酸醇摩尔比、反应时间等因素，寻求最佳的工艺条件，合成L-(+)-酒石酸二卞酯.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

WZZ-3型自动型旋光仪(上海精密科学仪器有限公司);Bio-Rad FTS135型红外光谱仪(KBr压片)(美国Bio-Rad公司).

L-(+)-酒石酸，天津博迪化工股份公司;苯甲醇，天津科密欧化学试剂有限公司;硼酸，天津南开大学化学试剂厂;甲苯，天津市大茂化学试剂厂.试剂均为分析纯.

1.2 实验方法

称取L-(+)-酒石酸 30 g(0.1 mol)，按一定摩尔比加入苯甲醇和溶剂甲苯，以及催化剂硼酸，混合均匀后放入250 mL三口烧瓶中.反应过程中始终保持回流，使蒸汽全部冷凝回流入分水器中并在其中分层(分水器内甲苯在上层，水在下层)，反应至体系无水带出时停止.

将酯化反应合成产物冷却后，过滤除去催化剂，用10%NaHCO3溶液洗涤有机相至偏碱性，再加氯化钠饱和溶液洗涤一次，静置，分去下层水相，用蒸馏水洗涤一次，静置;分去下层水相，上层有机相用无水硫酸钠干燥，滤出硫酸钠，得到的有机相为粗酯相.将粗酯相先进行常压蒸馏，去除甲苯和过量的苯甲醇，然后进行减压蒸馏，在真空度0.098 MPa，温度110～115℃条件下收集主要成分，产品称重.

1.3 分析

对实验的产品进行红外光谱表征以及比旋光度的测定.

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果与讨论

2.1.1 酸醇摩尔比对收率的影响

由图1可知，在醇过量的情况下，随着酸醇摩尔比不断增大，反应的收率先升高再下降，可知酸醇摩尔比对反应存在着一定的影响.影响的主要原因:随着苯甲醇量的增加，促进酯化反应正向进行，提高L-(+)-酒石酸的酯化率，在比例为1 2.8时达到最大值;而当再增加比例时，苯甲醇过量使体系反应温度过高，反应不好控制，易发生副反应，造成收率降低.因此，酸醇摩尔比为12.8时为最佳.

图1 酸醇摩尔比对反应的影响

2.1.2 溶剂用量对收率的影响

对吸收率的影响见图2.

图2 溶剂用量对反应的影响

从图2中我们可以看到，带水剂用量对收率影响较大，因为带水剂能带走生成的水，促使酯化反应正向进行，随着带水剂量的增加，单位时间内可带出水量增加.但过量的带水剂会稀释反应物的浓度，同时，苯甲醇溶于甲苯，带水的同时也将苯甲醇带出，这样也降低反应物的浓度，降低了反应速度.

2.1.3 反应时间对收率的影响

由图3可知，反应时间对收率的影响很大，酯化反应出水时间集中在一定阶段.随着时间的增加，出水量增多，酯化率提高，但是反应进行到一定时间后，反应达到平衡，出水量不在增加.如果再延长反应时间，酯化率变化不大，但是会影响到收率.因此，控制反应时间在4 h.

图3 反应时间对反应的影响

2.1.4 催化剂用量对收率的影响

由图4可知，催化剂对反应的影响比较明显，反应时间为4 h时，在催化剂较少的时候，得到的收率较低，而在逐渐增大催化剂用量后，反应的收率逐渐增大，在硼酸的量为0.75 g时达到最大.催化剂过量反而延长反应时间，副反应增加，其酯化率也有所下降.

图4 催化剂用量对反应的影响

2.1.5 催化剂的重复利用

考察催化剂循环利用可回收性，及重复试验的收率:

图5 催化剂重复次数对收率的影响

由图5可以看出:该催化剂的重复性较好，在重复回收利用6次后，硼酸的损失量不大，收率只减少了2%左右;适当补充硼酸，催化效率较高，具有可观的经济价值.

2.2 L-(+)-酒石酸二苄酯分析结果

对所得产品L-(+)-酒石酸二苄酯进行比旋光度测定的结果［α］(比旋光度)+5.325;配制溶液质量浓度为4.5 g/L;液柱长度为10 dm.

对所得产品L-(+)-酒石酸二苄酯，经真空干燥后，KBr压片法制样测得红外光谱，红外谱图及分析见附录表1.

表1 L-(+)-酒石酸二苄酯结构鉴定IR谱图分析

3 494 cm－1处吸收峰，为酸-OH伸缩振动峰;2 988 cm－1处的吸收峰为饱和C—H的伸缩振动;1 747 cm－1为酯中C=O的伸缩振动，1 212 cm－1为酯中C—O的伸缩振动强吸收峰，说明有酯键存在;1 470、1 446、1 374 和 659 cm－1为苯环骨架的特征谱带;可知合成L-酒石酸二苄酯.

3 结 论

以硼酸作为催化剂合成L-(+)-酒石酸二苄酯，取得了良好的效果.验证了硼酸可以作为催化剂合成L-(+)-酒石酸酯类化合物，并得到最优化条件为:硼酸用量为0.75 g、反应时间为4 h、甲苯用量40 mL、酸醇摩尔比为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］ 陈国斌，唐课文，陈铁华，等.L-酒石酸正已酯的合成［J］.合成化学，2004，12(3):207-209.

［4］ 唐课文，周春山.L-酒石酸酯立体选择性萃取分离扁桃酸对映体［J］.应用化学，2003，20(11):1108.

［5］ 唐课文，周春山.疏水性L-酒石酸酯立体选择性萃取分离氯噻酮对映体［J］.分析化学，2004，32(1):63-66.

［6］ 唐课文，周春山.疏水性L-酒石酸酯萃取分离氧氟沙星对映体［J］.化工学报，2003，54(12):1729-1732.

［7］ 王国胜.硼酸催化合成L-(+)-酒石酸二乙酯［J］.现代工，2007，27(3):237-239.