甘油磷酸酯的合成工艺研究

郭宏超， 左志芳， 罗志臣

(扬州工业职业技术学院化学工程学院，江苏 扬州 225127)

引 言

甘油磷酸酯(C3H9O6P)是由甘油和磷酸进行酯化生成，其反应生成的甘油磷酸钙可作为一种食品、药品、牙膏的添加剂，有利于人体吸收，促进骨骼、牙齿的钙化，起到有效的抗菌防龋以及补钙的作用，且有助补充大脑活力，在一些补钙牙膏及婴幼儿食品中被广泛应用，有着较大的市场应用前景[1]。另一下游产品甘油磷酸钠可作为医疗中磷补充剂，用于磷缺乏病人。因此甘油磷酸酯的合成及其纯度影响着下游产品的品质。目前，有关合成甘油磷酸酯的文献不多。王晶[2]等人利用缩丙酮保护技术，合成出较高纯度的α-甘油磷酸。郭峰[3]在相转移催化剂的作用下，由环氧氯丙烷和苄醇反应制取1,3-二苄醇-2-丙醇，再与五氧化二磷缩合后经氢化脱苄获得了较高纯度的β-甘油磷酸[4]。这些方法都可以制备高纯度的甘油磷酸酯，但反应过程较为复杂，合成路线长，反应收率受到一定限制，且整个工艺的生产成本较高。本文拟采用甘油和磷酸作为反应物[5-7]，调整反应的相关参数，获得较高纯度的甘油磷酸酯，反应路线简单，反应条件易于控制，以期符合甘油磷酸酯的工业化生产。

1 实验部分

1.1 实验仪器

DF-1型集热式磁力加热搅拌器，上海江星仪器有限公司；101系列数显鼓风干燥箱，上海圣科仪器设备有限公司。

1.2 试剂

甘油，上海化学试剂有限公司，分析纯；磷酸，天津欧博凯化工有限公司，分析纯；环己烷，天津市津东天正精细化学试剂厂，分析纯；氢氧化钠，上海琳帝化工有限公司，分析纯。

1.3 实验方法

将一定比例的甘油、磷酸和带水剂环己烷加入带有回流分水装置的四口烧瓶中，加入磁力搅拌子，安装温度计。置于磁力加热搅拌器油浴内。开动搅拌、加热至回流。至分水器中水层不再增加时，停止反应，冷却后，取出一定量产品用0.1 mol/L的NaOH标准溶液滴定,方法参照文献[4]进行，计算甘油磷酸酯的含量。

2 结果与讨论

2.1 甘油与磷酸摩尔比对甘油磷酸酯收率的影响

考虑到磷酸有三个氢离子，均可和甘油发生酯化，若磷酸用量比甘油少，则有可能生成多个氢离子参加酯化反应，故实验中甘油用量选用不少于磷酸的用量。98%的浓磷酸20 g(0.2 mol，11 mL)，环己烷20 mL，70 ℃下反应5 h等条件不变，改变甘油的用量，以考察不同配比下甘油磷酸酯的生成情况。结果见表1。

表1 磷酸与甘油摩尔比对酯化反应的影响

经实验发现，当磷酸与甘油的摩尔比在1∶5时，产率已经和摩尔比为1∶6的产率较为接近，考虑反应的经济性及后续分离问题，决定采用磷酸与甘油的摩尔比1∶5。

2.2 反应温度的影响

取浓磷酸20 g(0.2 mol，11 mL)，甘油(1 mol，19 mL)于不同温度下进行酯化反应，其他条件同2.1，以观察反应温度对酯化反应的影响。结果见表2。

表2 不同反应温度对酯化反应的影响

经实验发现，反应温度为70 ℃时，甘油磷酸酯的收率最高，这可能是由于温度低，反应生成的水不能及时带出，使反应进行不完全。温度过高，增加了磷酸的氧化性，使副反应增多。故适宜的反应温度取70 ℃。

2.3 反应时间的影响

取浓磷酸20 g，(0.2 mol，11 mL)，甘油(1 mol，19 mL)于70 ℃下进行反应，其他条件同2.1.2。改变反应时间，以考察不同反应时间对产品收率的影响。结果见表3。

表3 反应时间对产品收率的影响

由表3可以看出，随着反应时间的延长，甘油磷酸酯的收率明显提高。但超过5 h后，产率提高不明显。故选取最佳的反应时间为5 h。

2.4 环己烷用量对产品收率的影响

取浓磷酸20 g(0.2 mol，11 mL)，甘油(1 mol，19 mL)于70 ℃下进行反应5 h等条件不变，改变环己烷的用量，以考察环己烷用量对产品收率的影响。结果见表4。

表4 环己烷用量对甘油磷酸酯收率的影响

由表4可知，环己烷加入量少，不能及时将生成的水带出，影响反应的进行。如果加入量过多，会使反应温度降低，也会降低反应速度。所以，选择环己烷用量20 mL为合适。

3 结论

1) 磷酸甘油酯的最佳合成工艺条件为：浓磷酸20 g，(0.2 mol，11 mL)，n(H3PO4)∶n(C3H8O3)=1∶5，环己烷20 mL，70 ℃下反应5 h。该条件下，甘油磷酸酯的收率可达90%。

2) 该合成方法简单，操作易于控制，适于工业生产选用。