L－苹果酸与醇的酯化反应研究

马庆国，赵晓红，丁子萌，周雨彤，闫迎洁，王瑞虹

(太原工业学院化学与化工系，山西太原 030008)

苹果酸二乙酯是合成某些药品不可或缺的中间体，如减肥产品的左旋肉碱［1］、氨普那韦［2］等药品。以苹果酸二乙酯为原料合成出的医药产品阿托伐他汀，其治疗功效比传统的美伐他汀、辛伐他汀、氟伐他汀等他汀类药物的功效要好，在全球市场需求量大，并有持续的发展前途。

目前苹果酸二乙酯的主要通过将苹果酸中的羧基酰氯化后再与乙醇脱氯化氢成酯反应［3］。虽然酰化后苹果酸酯化反应的活性增大，但是酰化反应所用的氯化亚砜特别容易水解并容易发生爆炸。传统酯化反应所用的催化剂有无机酸［4－6］、金属氧化物［7－8］、分子筛［9］、金属氯化物［10］等。本研究分别选取不同种类的催化剂，比较了不同种类催化剂催化苹果酸和乙醇的酯化反应。

1 实验部分

向25 mL三口烧瓶中依次加入4.6 g无水乙醇，1.34 g L－苹果酸，磁力搅拌条件下加入0.1g MoO3，缓慢升温至回流温度反应一定时间。反应结束后离心分离MoO3并用乙醇洗涤，将乙醇洗涤液与离心管上层清液合并于25mL单口烧瓶中。通过旋转蒸发仪蒸出乙醇得到酯化产物，对酯化产物的组成通过气相色谱－质谱联用仪分析。

2 结果与讨论

2.1 催化剂种类对L－苹果酸酯化反应的影响

由表1的实验数据可知，以浓硫酸作催化剂与其它催化剂相比，苹果酸的转化率及苹果酸二乙酯产率均最高，通过气相色谱－质联用检测发现，产物除了有苹果酸二乙酯，还有顺丁烯二酸二乙酯、丁二酸二乙酯、反丁烯二酸二乙酯、2－乙氧基丁二酸二乙酯及苹果酸的聚合物等副产物。其它催化剂的催化活性虽然都弱于浓硫酸，但是选择性较好，反应副产物主要是苹果酸的聚合产物，分子结构中的醇羟基不会受到影响。其次是氯化镍、氯化钴的催化活性，考虑到生产过程中氯化镍、氯化钴的腐蚀性较强，选择氧化钼为催化剂，研究反应条件对其催化活性的影响。

表1 催化剂种类对酯化反应的影响a

2.2 催化剂用量的影响

从表2可以看出，三氧化钼用量由0.05 g增大到0.40 g时，苹果酸的转化率及苹果酸二乙酯产率随着三氧化钼用量的增加而增加，当三氧化钼用量大于0.25 g时，继续增加三氧化钼的用量对苹果酸的转化率及苹果酸二乙酯产率影响减弱。因此在此反应条件下以三氧化钼用量为0.25 g为较佳的催化剂用量。

表2 三氧化钼用量对酯化反应的影响a

2.3 无水乙醇用量的影响

表3 乙醇用量对酯化反应的影响a

由表3实验数据可知，随着无水乙醇用量的增加，即随着无水乙醇与苹果酸物质的量之比的增加，苹果酸二乙酯产率先增加后减小，当乙醇用量为4.6 g时，苹果酸二乙酯产率最高。继续增加无水乙醇的用量，苹果酸二乙酯的产率开始下降。这是因为当无水乙醇用量小于4.6 g时，随着无水乙醇用量的增加了其与L－苹果酸的碰撞机率，反应速率加快，苹果酸二乙酯产率增加，当无水乙醇用量大于4.6 g时，在催化剂的用量不改变的条件下，降低了催化剂与反应物分子的接触面积，因此使得反应速率下降。因此在催化剂用量为0.25 g，反应物L－苹果酸1.34 g时，无水乙醇的较佳用量为4.6 g。

2.4 甲苯及其用量对L－苹果酸酯化反应的影响

表4 溶剂种类对酯化反应的影响a

由表4的实验数据可知，当加入溶剂甲苯后，苹果酸的转化率及苹果酸二乙酯的产率均得到提高，这是因为甲苯的沸点较高，提高了回流温度，即提高了反应的温度使得反应速率加快。但是随之甲苯用量的增加反应速率会下降，这可能是因为随着甲苯用量的增加，降低了L－苹果酸与无水乙醇的碰撞机率，从而降低了反应速率使得L－苹果酸转化率及苹果酸二乙酯产率下降。因此当反应物L－苹果酸为1.34 g，无水乙醇为4.6 g，三氧化钼用量为0.25 g时，甲苯的较佳用量为5 mL。

3 结论

(1)通过气相色谱－质谱分析发现:以浓硫酸作催化剂催化苹果酸和乙醇的酯化反应时，催化活性较高但是副产物的种类多而且含量高。三氧化钼的催化活性相对较低但是反应的选择性较高，而且易于从反应产物中分离。

(2)L － 苹果酸1.34 g、无水乙醇 4.6 g，氧化钼 0.25 g，溶剂甲苯用量为5 mL，回流反应，苹果酸二乙酯的产率达38.5%。