【doc】苯丙酮酸在Pd／C催化剂上还原胺化合成DL—苯丙氨酸

【doc】苯丙酮酸在Pd／C催化剂上还原胺化合成DL—苯丙氨酸 苯丙酮酸在Pd,C催化剂上还原胺化合成 DL—苯丙氨酸 第1s卷第l嗍 2001年1O月 精细化工 CH髓砸CAI vd.18.No.10 Oct.2001 苯丙酮酸在Pd/C催化剂上还原胺化合成DL-苯丙氨酸 吴广文,李光兴,梅付名,纪元 (华中科技大学化学系.湖北武汉430073) 摘要:以苯丙酮酸(PeA)在叫c催化剂上还原胺化台成?苯丙氨酸(Phe).实验明:在55 ?,J0MPa,苯丙酮酸初始质量浓度p(PPA)=60L,n(N弱):r,(PPA)=3.O:10,还原胺化3h, 苯丙氨酸收率在95%以上,产品纯度"(DL-Pile))96%,并通过红外光谱,核磁共振对产物结构 进行了确证. 关键词:优苯丙氪酸;苯丙酮酸;还原胺化;Pd/C催化剂 中图分类号2'I~647文献标识码:A文章编号:1003—5214(2001)J0—0579—03 苯丙氨酸(Phenylalanine,简称Phe)是人体八种 必需氨基酸之一.可用作食品营养剂,也是合成新 型保健品甜味剂阿斯巴甜(arM)的主要原料,特 别是DL-苯丙氨酸最近被证实具有提神醒脑等功 效.氨基酸类抗癌药的开发应用,使得市场对DL- 苯丙氨酸的需求量猛增,国际市场上每年需求量在 20(g)t以上. DL-苯丙氨酸在日本,荷兰等国有生产,主要采用 Steckers法,以苯乙醛和氰化钠为原料,经氨化,碱解 而得.该法生产条件要求高,成本高,严重污染环境. 我国对DL-苯丙氨酸研究开发较晚,技术路线主要为 Steckers法,且尚未见大批量生产.最近,南京化工大 学开发出海因法生产路线,具有反应时间短,氮化率 高等优点,但由于亚苄基海因制苯丙酮酸的效果对后 续胺化还原影响较大,总转化率较低l. 作者采用由苯丙酮酸在Pd,C催化剂上还原胺 化合成DL-苯丙氨酸工艺,与国内现行Steekers工艺 比较,具有流程短,反应条件温和,反应时间短,无污 染,收率高,质量稳定等特点.同目前文献报道的催 化胺化还原法比较,也具有反应条件温和,收率高, 流程短等优点.反应方程式如下: ^….邺《c一n ?一一l 1实验 1.1试剂及仪器 收穑日期:2001—02—06 实验中的试剂除Pd/C催化剂为自制外,其余均 为市售工业品,苯丙酮酸为江苏江都化肥厂工业产 品,使用前经三氯甲烷重结晶,重结晶产品经熔点, IH,H?qMR鉴定,均与文献相符. 实验中还原胺化在FC一1型高压反应釜中进 行,采用XF一4型显微熔点测定仪测定熔点,采用 Nieo~t5DXTr—IR红外光谱仪,VarianElM一360型 核磁共振仪分别测定反应产品苯丙氨酸的 IR,MR.含量分析采用Hitachi835—50型氨基 酸自动分析仪. 11.2方法 向高压釜中加入一定量的苯丙酮酸溶液,氨水 及PdlC催化剂,用氢气置换后,升压至一定压力,在 一 定温度下进行反应,中途取样检测苯丙酮酸含 量至反应基本完全为止.冷却至室温后,向反应 液中加入少量水,将反应析出的游离苯丙氨酸固体 溶解后(若溶液有色,需加活性炭脱色),抽滤,滤液 减压蒸出溶剂回收使用,所得固体用乙醇进行重结 晶后抽滤,干燥得DL-苯丙氨酸. 2结果与讨论 2.1苯丙酮酸初始质量浓度对反应的影响 因生成的苯丙氨酸易形成固体析出,降低了催 化剂活性,影响产率,故初始反应物质量浓度越低生 成苯丙氨酸收率越高,但考虑到工业化生产需要,作 者进行了不同初始反应物质量浓度配比的试验.反 应条件:向不同质量浓度的苯丙酮酸反应液中加入 氨水[n(h~ft3?0)(PPA)=3.O:1,03,Pd/C催化 精细化工FINECHEMICALS第l丑卷 剂用量为苯丙酮酸质量的8%,反应温度55?,反 应压力1.0^,反应时间均为3h,结果见表1. 由表1可知,当苯丙酮酸初始质量浓度为 (PPA)=60L,苯丙氨酸产率达94.6%;质量浓度 再高,产率明显下降.综合比较得知苯丙酮酸初始 质量浓度为P(PPA)=60L,即具有较好的工业应 用前景,同时也具有较好的经济效益. 表1苯丙酮酸初始质量浓度对Phe产率的影响 ————一50!! phe产率%95496.493292-7 90l00 9I5873 2.2氨水用量对反应的影响 氨水在反应中应保持过量,以保证生成伯胺,而 不生成仲胺.但当氨水用量过太时,反应初始物中 含水量过大,不利于亚胺的生成.反应条件:苯丙酮 酸初始质量浓度p(PPA)=60g/L,催化剂用量为苯 丙酮酸质量的8%,反应温度?,反应压力.0 MPa,反应时问3h,氨水用量以NH?H2O与PPA的 量比计,结果见图1. n(NH-H):n{PPA) 图1氨水用量与还原胺化收率的关系 由图1可知,当氨水用量达到(NH3?H2O):n (PPA)=3.0:1.0时,胺化已经较充分,用量达到3.9 :1.0时最大,超过3.9:1.0时收率降低.综合成本 考虑,氨水用量n(NH3?H2O):n(PPA)=3.0:1.0为 最佳. 2.3温度对反应的影响 在还原胺化过程中,温度越高,反应速度越快, 但当温度过高时,由于苯丙酮酸的不稳定性,容易导 致较多副产物的生成.实验表明在不同温度下,还 原胺化反应速度及收率有较大差别.反应条件:苯 丙酮酸初始浓度(PPA)=60g/L,催化剂用量为苯 丙酮酸质量的8%,反应压力1.0MPa,反应时间3 h,氨水用量n(NH3-H2O):n(PPA)=3.0:1.0,不同 温度下反应结果见图2. 球 哥 5O607077,5 f/? 图2温度与还原胺化收率的关系 由图2结果知,反应温度在55,65?,不仅反 应时间短,而且苯丙氨酸产率高.在7O?以上苯丙 氨酸产率明显降低,说明在70?以上时苯丙酮酸不 稳定,易生成副产物.重结晶结果表明,当反应温度 在55?时,所得的苯丙氨酸的纯度达到(DL—Phe) = 98%. 2.4压力对反应的影响 化学平衡表明,增大压力有利于正向反应的进 行,反应条件为苯丙酮酸初始质量浓度(PPA)=60 g/L,催化剂用量为苯丙酮酸质量的8%,氨水用量n (NFI3?HO):n(PPA):3.0:1.0,反应时间为3h,不 同反应压力下苯丙氨酸产率结果见图3. {} oo1.o2.o2.75 P/h吼 图3压力与还原胺化收率的关系 由图3可知,在较高压力下,还原胺化较充分, 在1.0MPa压力下还原胺化已经比较充分,当反应 压力超过1.0MPa后,苯丙氨酸产率没有变化,说明 还原胺化反应已基本完成. 2.5苯丙氨酸的分析鉴定 用显微镜观察所得晶体为白色单斜棱柱体,呈 针状,叶状晶体,以针状居多.由XF一4型显微熔 点仪测定熔点为271,273.c.1HNMR(CF3COOD, TMS):3.2,3.7L2H,m,CH2),4.5o,4.57(1H,m, CH),7.1,7.6(5H,m,c6).职(KBr):2952,3O66 ?..[y(N)],1586CEll[7(COO)j,698cm,, 744cm[7(),均与文献[1,4,5]相符. 经含量分析苯丙氨酸纯度为(DL.Phe)= 96.8% 第10期吴广文,等:苯丙酮酸在Pd/C催化剂上还原胺化合成苯丙氨酸 3结论[2]出99 岷 4' _朱 146 风 1. 英,等.苯丙酮酸胺化加氢制备胁苯丙 综上所述,由苯丙酮酸胺化还原合成DL-苯丙 氨酸过程中,以Pd/C催化剂的最佳反应条件为:苯 丙酮酸韧始质量浓度为p(PPA)=60L,n(N- 0):n(PPA)=3.0:1.0,反应压力1.0MPa,反应温 度55.c,还原胺化3h后,其DL-苯丙氨酸产率可达 95%以上,产品纯度(DL-Phe)>96%.该工艺具 有反应流程短,反应条件温和(低温,低压),反应时 间短,无污染,收率高,质量稳定等优点,有较好的工 业应用前景. 参考文献: [1]章思规,辛忠实用精细化学品手册[M].~tY--:科学技术文 氨酸[】].南京化工大学.1999,3(2t):52—54. [3]-1/工厶,7于lJ,y夕守才.,,7工二于='/0制造方 法[P].JP:昭60—160891. 【4]s枷RrdIIabom~rieaIn~.Thesttdt]erstandmd.ma. cm咄聊叩.帅IRgratingMonam~~&PolymersLR].DI2K IaddaPhlg104.璐^,1968 [5]sa(IdR?hl~rieah.cThes础jstandard~,eara Commel~ia]}?岫~firtgMoro:ne~&Polwoers【R]. DI7174MPhiledejpILjaPAl9104,硝.1968. 作者简介:吴广文(1963一),男,华中科技大学有机催化硕 士学位原在武汉化工学院从事精细化工产品的研究开发 工作,省级鉴定科研成果4项,其中一项获湖北省科技进步 二等奖,已发表论文多篇. SynthesisofDL-PhenylalaninefromPhenylpyruvicAcid byReductionAminationoverPd/CCatalyst WUGuang?Weft,LI(a"g?xiI,MEIFu?ming,JIYuan (ofCAer~try,皿ld=^Universityof&andTechno/ogy,Wuhan430074,) Abstra~SynthesisofDL-phenylalartine(Phe)fromphenylpymvicacid'PPA)byreductivea minationoverPd/C catalystWaSstudied.~:henthereactio~w鹤 carriedoutat55?,1.0MPa,3h,initialconcentrationofphenylp)a'uvicacid P(PPA)=60L,andmoleratioofNH3?Otophenlwruvlcacid=3.0:1.0,theyie1dofphenylalani newasgl~l[er than95%withpurityw(DL-Phe)>96%.Thestructureoftheproductwascharacterizedby mand}玎mspectra. K姆啪ms:DL-phenyialanine;phenyipyruvic撕d;reduetiveamination;Pd/Ccatalyst 2002年《石油(石油加工)》双月刊征订启事 《石油(石油加工)》是由中国科学技术协会主管,中国石油学会和中国石油化工股 份公司石油化工科学研究院? 主办的学术刊物,是我国石油,石油化工类核心期刊.本刊主要刊登有关原油的性 质与组成,石油加工和石油化工工艺,; 炼油化工催化剂,燃料和石油化学品及助剂,化学工程,反应动力学,系统工程,环保, 油品分析等方面的基础理论和应用; 研究论文及研究结果的综台述评;优先报道这些方面的最薪成果.本刊刊载的各类基金资助的项目论文达40%以上. 每期均有若干论文被CA,EiPageOne,API,《珊0,《日本科技文献速报》,《中国学术期刊文摘》,《中国石油文摘》,《中国化j 学化工文摘》,《中国科技论文统计与分折数据库》等收录. 本刊国内外公开发行,单价12元,垒年6期定价72元.国内邮发代号为啦一332,国外发行代号为BMM5,全国各地i 邮局均可订阅,漏订者可到编辑部补订.编辑部地址:北京市学院路18号;邮 (010) 编:1(1~83;电话:(010)62310752或 62327551—8282.: , i 2Oo2年《山东纺织科技》征订启事i ? 《山东纺织科技》是山东省纺织工业唯一的综合性科技期刊,邮发代号24—132,大16开本,国内外公开发行.主要刊? 登纺织,印染及相关专业的纺织新产品,新技术,新工艺,新设备的研究,学术论文,生产实践及管理经验等文章.本 刊已被《中国纺织文摘》和中国学术期刊(光盘版)和《中国万方数字化期刊群》收入.欢迎订阅.每年六期,全年定价36 元(含邮费).可向编辑部或各地邮局订阅.地址:青岛市山东路195号山东省纺织科学研究院《山东纺织科技》编辑部; 邮编:266032;电话:0532—5641981;传真:0532—5623100