二氧化锰晶型对吡哆醇氧化反应的稳定性研究

2012-01-14 04:12施湘君陈巧巧
浙江化工 2012年10期
关键词:二氧化锰晶型转化率

施湘君 陈巧巧

(浙江工业大学 药学院,绿色制药技术与装备教育部重点实验室,浙江 杭州 310014)

吡哆醛是合成5'-磷酸吡哆醛的重要药物中间体,它是维生素B6族中的一种化合物,为人体内某些辅酶的组成成分,参与多种代谢反应,尤其和氨基酸的代谢有密切联系。不过最新的研究表明,吡哆醛等维生素B6族化合物均要先经过一系列生化反应转变为其主要活性形式5'-磷酸吡哆醛,才能和体内酶发生作用[1]。而5'-磷酸吡哆醛作为一个辅酶,能与体内100多个不同的酶作用,共同影响体内细胞的生化反应和新陈代谢。它是维持人体免疫系统正常必不可少的物质,是动物淀粉磷酸酯化的辅酶。除此之外,5'-磷酸吡哆醛作为一个辅酶,还可辅助大脑细胞内神经胺的合成,加速受损大脑的恢复,辅助神经系统中神经纤维的髓鞘形成,辅助细胞叶酸代谢等。

据文献报道,吡哆醛可由维生素B6族中的另外两个化合物吡哆醇或吡多胺为原料制备得到,目前以吡哆醇为起始原料经氧化反应路线研究较多,技术较成熟[2-3]。此氧化反应中大多使用烯丙位或苄位选择性氧化剂MnO2[4],价格低廉且易得,故此路线有良好的工业化应用价值。

本文在现有文献基础上开展研究,实验中发现吡哆醇的氧化转化率不稳定。反应中若保持其他反应条件不变,发现不同市售的MnO2对反应影响较大。MnO2的晶型主要分为α,β,γ等晶型[5-6]。笔者通过大量实验研究发现,MnO2的晶型不同,对吡哆醇的氧化反应转化率影响也不同。在此基础上,通过X射线衍射(XRD)表征,发现目前市售的二氧化锰中,较优的晶型为γα-MnO2(混合)。由于氧化产物吡哆醛不稳定,当氧化反应结束后,即用芳香胺保护醛基生成Schiff碱,可方便储存并供后续反应使用。本文以盐酸吡哆醇为原料,经MnO2氧化反应后得吡哆醛水溶液,加入对甲基苯胺制得相对应的Schiff碱(对甲苯胺基吡哆醛),总收率达82%。合成路线如下:

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

Varian-400MHz核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂,TMS为内标)。Mastersizer 2000激光粒度仪。

PANalytical(帕纳科)公司生产的X'Pert PRO型X射线衍射仪(XRD)分析。X射线源为Cu靶Kα射线(λ=0.154056nm),电压40kV,电流40mA。

所用试剂均为市售分析纯,用前未经纯化处理。

1.2 合成部分

1.2.1 盐酸吡哆醛(2)的合成

称取原料盐酸吡哆醇10g(49.3mmol)于500mL三口瓶中,加入水100mL,搅拌至溶清。缓慢升温至50℃,一次性加入MnO24.2g(49.3mmol),每隔一段时间取样,经HPLC检测至反应达到平衡(液相条件:色谱柱为XDB-G8 250×4.6mm、5μm。流动相为甲醇:buffer=15:85;buffer:0.04%戊烷磺酸钠用冰醋酸调pH至3;检测波长为284nm。),过滤除去二氧化锰,所得溶液可用于下步反应;1H NMR(DMSO-d6)d:2.62(s,3H,CH3),5.08(dd,J1=16Hz,J2=12Hz,2H,CH2),6.63(d,J1=0.4Hz,1H,CH),8.27(s,1H,CHO)。

1.2.2 对甲苯胺基吡哆醛(3)的合成

氮气保护下,将步骤1所得溶液加入500mL三口瓶中,反应温度保持在20℃~30℃下,开启搅拌,对甲基苯胺6.3g(59mmol)分批加入三口瓶中,在加对甲基苯胺过程中,不断有淡黄色固体析出,对甲基苯胺加完后,继续搅拌30min,用布氏漏斗过滤除去反应液,所得滤饼用5mL纯净水洗涤,减压下将纯净水抽除,所得滤饼50℃真空烘干,得橙黄色固体10.3g,两步反应总收率为82%;1H NMR((DMSO-d6)d:2.35(s,3H,CH3),2.42(s,3H,CH3),4.76(s,2H,CH2),4.23(q,J=7.2Hz,2H,OCH2),5.43(s,1H,OH),7.10(d,J=12.0Hz,1H,CH),7.35(d,J=44Hz,4H,CH),7.97(s,1H,CH),9.15(s,1H,CH),14.03(s,1H,OH)。

2 结果与讨论

MnO2根据其生产方式可分为电解MnO2(EMD)和化学MnO2(CMD)。前者主要用于制造干电池,后者常在化学反应中作为催化剂使用[7-10]。本文共采购6个样品作为研究对象,其中一个为EMD(湖南青冲锰业有限公司);5个为CMD,供应商分别是:阿拉丁试剂,上海美兴化工股份有限公司,汕头市西陇化工厂有限公司,上海强顺化学试剂有限公司,天津博迪化工股份有限公司,样品XRD谱图见图1和图2。

图1 样品的X射线衍射对比图Fig.1 X-ray diffraction of samples

图2 样品B的XRD谱图Fig.2 X-ray diffraction of sample B

分析以上XRD谱图,分别归属其衍射峰,与MnO2标准卡片对照,可以确认D,E,F为纯γ-MnO2(与标准卡片JCPDS 14-0644相一致),B为纯β-MnO2(与标准卡片JCPDS 24-0725相一致),A和C样品中主要含γ-MnO2,但都混有α-MnO2(标准卡片JCPDS 44-0141),在2θ为12.78、18.11、28.84等附近处出现了α-MnO2的衍射特征峰。以目前的检测手段,尚无法确定MnO2混合晶型中每种组分的含量,但观察A、C两组XRD谱图中α-MnO2的衍射特征峰相对峰强,C样品中的相对峰强明显高于A样品。由此可知C样品中α-MnO2的相对含量大于A样品。由于纯α-MnO2没有市售样品,笔者暂无纯α-MnO2的氧化反应研究。

图3 反应时间对原料转化率的影响Fig.3 Effect of time on the conversion of starting material

B样品为β-MnO2,观察图3发现其氧化反应速率小于其他晶型MnO2的反应速率,且反应48h后,转化率提高甚少,其平衡之后的转化率远低于其他晶型MnO2的反应转化率。D,E,F为γ-MnO2,反应平衡后转化率基本一致,转化率大于B,小于A、C。A和C样品为γα-MnO2(混合),其反应转化率明显高于其他纯晶型MnO2;但C平衡后的转化率大于A,说明随着α-MnO2相对含量的提高,反应转化率同时提高。故可得出结论,不同晶型MnO2,其催化氧化吡哆醇的优先顺序为γα-MnO2(混合)>γ-MnO2>β-MnO2。

D,E,F三个样品均为γ-MnO2,但观察图3,F组反应转化率在10h内明显低于D,E两组。重复上述实验,发现所得数据仍与上图保持一致。分析其三组MnO2样品粒径,粒度分析结果见表1。

表1 样品平均粒径Table 1 Average particle size of the samples

根据表1可得,由湖南青冲锰业有限公司生产的电解MnO2(样品F),其表面积平均粒径D[3,2]和体积平均粒径D[4,3]均小于样品D、E,即比表面积都大于样品D、E,但氧化反应速率却不及样品CMD,由此可见EMD不适合用于化学反应中的催化氧化反应。

3 结论

本文运用X射线衍射(XRD)和激光粒度仪等技术手段的表征,HPLC的跟踪反应,深入剖析了不同市售MnO2在实际催化氧化中转化率或收率不稳定的根本原因。在对吡哆醇的氧化反应中,较优的MnO2晶型为γα-MnO2(混合)。此发现不仅有效的提高了生产效率,在降低生产成本的同时,减少了不必要的环境污染,使之更有利于工业化大生产。

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