氨基磺酸催化合成尿囊素

刘丽秀，何爱江，李相彪

（宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644003）

尿囊素是在哺乳动物的尿囊液中发现的，是一种高附加值的精细化工产品，广泛应用于医药、日化、农业、轻工业及生物工程等领域。尿囊素的合成一般采用无机酸催化合成，常用的强酸如硫酸、硝酸等对设备具有较强腐蚀性，同时产生的废酸会对环境造成污染。

本文以有机酸氨基磺酸为催化剂，以尿素乙醛酸直接缩合法合成尿囊素，以正交实验考察尿囊素合成的影响因素，确定最优合成条件。

1 实验仪器及材料

1.1 原料

尿素、乙醛酸和氨基磺酸为分析纯，外购。

1.2 实验仪器

自制磁力搅拌恒温水浴（±0.5℃），Nicolet380 FT-IR红外光谱仪。

1.3 实验设计

1.3.1 实验步骤

按比例称取尿素、乙醛酸和氨基磺酸，加入三口烧瓶中，加入一定量水。开启磁力搅拌装置和冷凝装置；升温至一定温度，恒温一定时间结束反应。将粗产品冷却过滤，过滤后进行重结晶2次，干燥后称量。

1.3.2 实验设计

尿囊素合成中，反应温度、尿素与乙醛酸的摩尔比、催化剂用量和反应时间各因素对尿囊素收率有影响，为了能清晰地表示出尿囊素收率与各因素之间的关系，选择以上4个参数设计L25（56）正交实验表（如表 1）。

表1 L25（56）正交实验表

1.4 红外光谱测定

将产品采用KBr压片法，然后用Nicolet 380 FT-IR外光谱仪测定该产品的红外光谱。

2 结果与讨论

2.1 产品红外分析

对产品用KBr压片，经红外光谱仪检测，得到如图1所示红外谱图。利用红外分析软件OMNIC 8.0对所得红外图谱与标准样品图谱进行对比，相似度为96.72%，能够确定所合成产品即为尿囊素。

图1 合成产品与标准样品的红外图谱对比

2.2 正交实验各因素影响的分析

正交实验所得的数据如表1所示，采用分析软件SPSS 18.0对正交实验结果进行分析，分析的结果见表2。

表2 主体间效应的检验（因变量∶收率/%）

从表2可得校正模型p值（Sig.）小于0.05，模型具有统计学意义。其中催化剂用量和反应温度影响显著，而配比和反应时间影响不显著，各因素的主次排列顺序是：催化剂用量＞反应温度＞原料配比＞反应时间。

2.3 反应温度对收率的影响

温度上升时，化学反应速率就会加快；70℃之前，随着温度升高，反应速度加快，产品收率增加；温度进一步升高，由于尿囊素不稳定，长时间在较高温水溶液中易分解，本实验中亦观察到80℃反应液最后颜色变深，呈褐色，故最佳反应温度选定在70℃进行。

图2 反应温度对尿囊素收率的影响

2.4 原料配比对收率的影响

由乙醛酸尿素缩合反应式可知，尿素与乙醛酸的摩尔比理论上为2∶1，但由于缩合反应为可逆反应，为使平衡向有利于产物生成的方向进行，通常采用使某一反应物过量的方法以促进反应的进行。

尿素乙醛酸二者物质的量之比越大，产率越高，但尿素过量太多，产率反而下降。这可能是由于尿素量太大，使反应液中乙醛酸的浓度降低，降低反应速度，从而导致转化率及产品降低；另外，若尿素用量过多，导致部分尿素结晶混入尿囊素中，影响产品纯度会增加后处理的难度，故确定适宜的原料配比（n尿素∶ n乙醛酸）为3.5∶1。

图3 原料配比对尿囊素收率的影响

2.5 催化剂用量对收率的影响

缩合反应速率受催化剂的影响较大，催化剂用量少，反应速度慢，时间长。由图4可见，随着催化剂用量的增加，反应速率加快，尿囊素产率上升。当催化剂用量为4.0g时，可获得较高产品收率，继续增加催化剂的量，尿囊素收率基本保持不变。所以选择4.0g为适宜的催化剂用量。

图4 催化剂用量对尿囊素收率影响

2.6 反应时间对收率的影响

从化学平衡角度出发，延长反应时间，有利于乙醛酸转化为尿囊素。由图5可见，随着反应时间增加，产品收率增加；但反应时间达到6h后，产品收率增加幅度不明显。主要是随着转化率提高，乙醛酸的浓度逐渐降低，反应推动力（乙醛酸浓度与理论平衡浓度之差）减小，增加反应时间对收率提高影响不大。

图5 反应时间对尿囊素收率影响

2.7 最优条件验证

从前面的分析可知，最优的反应条件应该是：反应温度为 70℃，原料配比（n尿素∶ n乙醛酸）为 3.5∶1，催化剂用量为4g，反应时间为6h。在此最优条件下，实验所得尿囊素产品的收率为51.73%。

3 结论

由正交实验数据分析各反应因素对尿囊素收率的影响趋势和程度，其影响主次排顺序是：催化剂用量＞反应温度＞原料配比＞反应时间。在最优条件下合成尿囊素的收率为51.73%。

[1] 刘爱文，陈忻，吴佩仪，等.尿囊素合成的初步研究[J].广东化工，2002（2）：26-28.

[2] 裴蕾，刘福胜.尿囊素的合成工艺[J].青岛科技大学学报（自然科学版），2008，29（2）：106-109.

[3] 谢如胜.尿囊素的合成新法研究[J].海峡药学，2010（8）：243-245.

[4] 苏鹏.尿囊素的合成技术[J].科技情报开发与经济，2005，15（23）：158-164.

[5] 崔小明.尿囊素制备及应用[J].四川化工，1996 （4）：48-50.

[6] 马宗魁，郑伟.尿囊素在日化产品中的应用[J].牙膏工业，2009，29（8）：29-30.

[7] 崔晓明.尿囊素的生产应用及市场前景[J].化工之友，1998（3）：30-31.

[8] 陈怀钊.尿囊素合成工艺进展[J].医药中间体及其化工原料，2004（4）：28-30.

[9] 张洪流.尿囊素合成工艺研究[J].淮南工业学院学报，2001，21（1）：68-70.

[10] 吴英棉，丁颖.尿囊素合成实验研究[J].石家庄职业技术学院学报，2003，15（2）：3-5.