L-2-氨基丙醇的绿色合成新工艺研究

叶增芳 严间浪 李 滔 严新焕 许响生

（1.浙江工业大学精细化工研究所，浙江 杭州 310014；2.上虞市众昌化工有限公司，浙江 上虞 312369）

L-2-氨基丙醇的英文名为L-2-amino-1-propanol，CAS登录号为2749-11-3，它被应用于医药、农药和饲料添加剂等领域，特别是合成左旋氧氟沙星的关键中间体［1］。左旋氧氟沙星由于疗效确切，价格合理，其用量在逐年增长，也带动L-2-氨基丙醇的需求量同步增长。

目前国内外报道的L-2-氨基丙醇合成方法主要有：①L-2-丙氨酸经氯化亚砜-乙醇酯化，生成L-2-丙氨酸乙酯，再用硼氢化钾还原成L-2-氨基丙醇［2］，该方法因硼氢化钾价格昂贵导致生产成本过高，并产生大量的SO2和HCl的酸性气体；②羟基丙酮经氨化、氢化还原和化学拆分后得到L-2-氨基丙醇。但原料羟基丙酮制备复杂，价格昂贵；③硝基乙烷与甲醛反应生成硝基丙醇，再经氢化还原和化学拆分后得到目标产物。但硝基乙烷需要进口，价格高［3］；④L-2-丙氨酸催化加氢还原一步法制备L-2-氨基丙醇［4］，该方法步骤少，三废少，成本低，是典型的绿色化学技术，但使用高温高压，易发生消旋、氨基脱除和聚合等副反应。

本文以催化加氢法作为研究重点，制备高活性、高选择性的纳米催化剂，从而降低反应压力和温度，提高收率，降低能耗，减少或抑制L-2-氨基丙醇消旋副反应的发生等，为工业化生产作准备。

1 实验部分

1.1 主要药品及仪器

L-丙氨酸（工业品），氢气（工业品），活性炭（杭州木材厂），磷酸（分析纯），硫酸（分析纯），Ru2（dba）3（化学纯），碳酸丙二醇酯（分析纯）。钛合金高压反应釜，气相色谱仪（GC-14B），透射电镜（Tecnai G2 F30 S-Twin，工作电压130kV）。

1.2 催化工艺路线

1.3 操作步骤

1.3.1 催化剂的制备

（1）活性炭预处理

原料活性炭经过硝酸处理，再研磨至150目左右后备用。

（2）Ru纳米颗粒及组合型Ru/C催化剂的制备

将计量的Ru2（dba）3加入到100mL溶有碳酸丙二醇酯（Propylene carbonate）的水溶液中，获得的棕色溶液置于500mL的电动磁力搅拌釜中，用氢气置换釜内空气6次并通入氢气至2.0MPa。在室温下开动搅拌进行反应，2h后停止搅拌并取出，获得含有一定粒径的Ru纳米颗粒的棕褐色溶液。再向该溶液中加入一定量活性炭，磁力搅拌过夜。过滤分离该混合液，得到澄清的滤液，表明活性炭完全吸附了溶液中Ru纳米颗粒。分别用去离子水、丙酮洗数次，真空干燥后得到组合型Ru/C催化剂。

1.3.2 催化剂的表征

采用透射电镜（TEM）表征催化剂表面分布形态和颗粒大小。用毛细管吸附少量含有Ru纳米颗粒的溶液后，滴加在超薄碳膜上。干燥后进行TEM观察。

1.3.3 催化加氢还原L-2-丙氨酸

检查高压反应釜气密性，正常情况下开启高压反应釜冷却系统和搅拌，开夹套电加热。当内温升至80℃后关蒸汽，内温会继续升至90℃，于100℃左右进行加氢反应。观察反应吸氢速度，间歇补氢，保持氢气压力在规定范围。反应至基本不吸氢时可视为反应结束。反应毕，高压反应釜盘管通水冷却，冷至内温40℃以下。

将高压反应釜内液体放入抽滤瓶中过滤：滤液为含L-2-氨基丙醇的水溶液；滤饼为催化剂，可套用于下批反应，经高真空精馏后最终得到产品L-2-氨基丙醇。

2 结果与讨论

2.1 催化剂的表征结果

图1a为溶于碳酸丙二醇酯中的Ru纳米颗粒的TEM照片；图3b为被吸附到活性碳上Ru纳米颗粒负载在活性炭上的TEM照片。a、b两幅照片对比显示，Ru纳米颗粒在负载到活性炭上后，仍然保持了均匀分散的特点，而且也没有出现纳米颗粒的团聚现象。

图1 Rua以及Ru/C催化剂b纳米颗粒的TEM照片

根据TEM表征结果及分析知道：负载前、后的Ru纳米颗粒尺寸基本在3～6nm。而且纳米颗粒粒径分布是相一致，表明用活性炭直接吸附Ru纳米颗粒制备得到负载型催化剂的前后粒径基本上保持不变。

2.2 反应时间对L-2-氨基丙醇收率的影响

在5.5MPa及100℃下，考察反应时间对L-2-氨基丙醇收率和纯度的影响，见表1。

表1 5.5MPa氢气压力下反应时间对反应收率的影响

从表1可知，在5.5MPa氢气压力，100℃条件下，随着反应时间延长，吸氢量增加，12h后吸氢量增幅无显著变化，产品摩尔收率达到85％。

2.3 反应压力对L-2-氨基丙醇收率的影响

在12h及100℃下，考察反应压力对L-2-氨基丙醇收率和纯度的影响，见表2。

表2 100℃催化加氢反应压力对反应收率的影响

从表2可知，在100℃及固定反应时间条件下，随着反应压力升高，吸氢量增加，当反应压力达到5.5MPa以上后吸氢量无显著变化，产品摩尔收率达到84％左右。

2.4 催化剂套用对L-2-氨基丙醇收率的影响

固定反应温度在100℃，反应时间在12h，反应压力在5.5MPa时，考察催化剂的套用次数，见表3和图2。

表3 催化剂套用次数对L-2-氨基丙醇收率的影响

图2 催化剂套用次数对L-2-氨基丙醇收率影响

从表3和图2看出，催化剂套用10次时，活性基本没有改变。

2.5 催化加氢工艺与化学还原工艺的比较

表4为催化加氢最优条件下与酯化-KBH4工艺条件的比较，从中可见，催化加氢工艺不论在生产周期，收率还是产品纯度方面都优于酯化-KBH4工艺。

表4 100℃、6.0MPa氢气压力下催化工艺与酯化-KBH4工艺比较

3 结论

L-2-丙氨酸催化加氢一步法制备L-2-氨基丙醇，反应步骤简单，生产周期短，生产成本低；反应中用水作溶剂，催化剂回收套用，三废排放大大减少；反应中物耗及能耗大大降低；用催化反应替代了当量反应，是原子经济性反应，经济效益高，可实现工业化。

［1］王伟强，顾海宁，李小玲.2-氨基丙醇的合成研究［J］.浙江化工，2010，41（1）：15-17.

［2］陆宏国，朱宏林，周春红，等.（S）-（+）-2-氨基丙醇合成工艺研究［J］.中国新药杂志，2000，9（1）：33.

［3］王菊仙，郭强，郭慧元.2-氨基丙醇的制备［J］.中国医药工业杂志，2007，38（8）：551，566.

［4］严间浪，陈超明.一种以α-氨基酸为原料制备α-氨基醇的方法及所用催化剂的制备方法：CN，100528347［P］.2008-07-07.