乙醛酸

乙醛酸的合成及

在医药中的应用

1合成方法

乙醛酸的合成基本分为2大类，化学合成和电化学合成，其中实现工业化生产的为化学合成中的乙二醛硝酸氧化法、顺酐臭氧氧化法和电化学合成中的草酸电解还原法。

1．1化学合成法

1．1．1 乙二醛硝酸氧化法

乙二醛硝酸氧化法反应条件温和，工艺简单成熟，设备投资少，为目前国内外大部分厂家所采用，但是该法废酸分离困难，产物纯度低，质量较差。硝酸腐蚀设备，浓度高时易出现暴沸，未反应完成的硝酸使乙醛酸缓慢氧化分解，反应生成的一氧化氮气体污染环境，未转化的乙二醛干扰乙醛酸的缩合反应，限制了其应用范围。河北宏源化工有限公司的王银华等针对上述不足对工艺条件进行了改进，开发出独特的复合催化剂A，提高了乙二醛氧化反应的选择性和乙醛酸的收率。同时将原有的低压氧化改为常压空气和硝酸联合氧化，这样既解决了操作的安全性问题，又降低了氧化氮的污染。过程为：向25 ～30 乙二醛水溶液中加入催化剂A，通入空气，40~60℃条件下，慢慢滴加硝酸，控制乙二醛转化率98 以上，将反应液蒸发、冷却至0℃、结晶、离心分离副产品草酸，即得4O 乙醛酸水溶液。乙二醛硝酸氧化法虽然只有一步氧化反应过程，但对氧化工艺条件和过程控制要求很高，催化剂的选择至关重要。天津职业大学生物与环境工程学院的李建生和天津化工研究设计院精细化工研究所的宋海燕采用不同的催化剂、通过硝酸氧化乙二醛生产乙醛酸，探讨了催化剂作用机理，并研究了各种催化剂对乙醛酸产率的影响。情况如下：

(1)亚硝酸钠作催化剂

目前工业生产乙醛酸工艺中一般采用亚硝酸钠作催化剂，催0．1 ～0．2 。在实验室装置上用亚硝酸钠作催化剂进行对照实验，乙醛酸产率73．9 。亚硝酸钠的作用是与反应液中硝酸反应产生亚硝酸(HNO )，真正的催化剂是HNOz。实验中如果不加入任何催化剂，硝酸氧化乙二醛的氧化反应在40～45℃不能引发。通入空气、高温和提高反应液中硝酸浓度等手段虽然能使氧化反应随机引发，但随机引发的氧化反应处于难以控制状态，常导致跑料，反应产物中乙醛酸含量很低，主要生成草酸和二氧化碳。对于硝酸氧化乙二醛生产乙醛酸反应，亚硝酸起至关重要的作用。HNO 作为氧原子的给予体，自身被还原为NO，在溶液中NO又被硝酸或氧气氧化再生生成HNO 。

(2)无机酸作辅助催化剂

无机酸溶液中NO溶解度增加，有助于HNO 生成和浓度提高，理论上可作为辅助催化剂加快硝酸氧化反应速度和提高产率。分别用盐酸、硝酸和硫酸等对硝酸氧化乙二醛生产

乙醛酸过程进行实验研究。实验结果证明，在硝酸氧化乙二醛生产乙醛酸过程中，用无机酸作辅助催化剂能够提高乙醛酸产率7．3 ～10．7 ，其作用强度顺序为HCl>HNO。>H SO 。氧化反应完成后可以用电渗析方法分离除去多余的无机酸辅助催化剂，该方法具有工业化应用价值。对于对羟基苯海因等产品生产，多余的无机酸辅助催化剂不必分离可以直接进行后续反应。无机酸作辅助催化剂能够提高乙醛酸产率，是因为氧化反应产生的NO在无机酸中溶解度较大。NO在溶液中既可以被氧气氧化产生HNO ，又可以被硝酸氧化产生HNO ，从而提高了溶液中HNO 浓度，加快了主反应速度，副反应相对减弱。在HC1溶液中HNO 转化为溶解度更高的NOC1分子作为氧原子的给予体，所以其作用强度最大。在H SO 溶液中HNO 浓度最低，所以其作用强度最小。

(3)固体酸作辅助催化剂

固体酸能够催化空气氧化NO生成HNO ，从理论上推测，可用作辅助催化剂来提高氧化选择性。分别用五氧化二钒(V Os)和二氧化铈(CeO )等固体酸对硝酸氧化乙二醛生产乙醛酸过

程进行研究。实验结果证明，在硝酸氧化乙二醛生产乙醛酸过程中，五氧化二钒可提高乙醛酸产率5．3 ，由于其易溶于反应液，分离回收比较麻烦。二氧化铈可提高乙醛酸产率6．3 ，由于其不溶于反应液，反应完成后可过滤分离，适合工业化应用。固体酸作辅助催化剂可以大大提高氧化选择性，认为可能的反应机理是它催化气相和液相中NO与硝酸和氧气反应生成HNOz，从而提高了反应液中亚硝酸HNO 浓度，加快了主反应速度。

(4)NO络合金属盐作催化剂

一些金属盐具有络合NO的作用，能够增大NO在溶液中的溶解度并有利于HNO 生

成，从理论上推测，可用作辅助催化剂从而提高氧化选择性。分别用硫酸亚铁(Fe(SO )z)，硝酸铜(Cu(NO。) )和硝酸镁(Mg(NO。) )等金属盐作为辅助催化剂对硝酸氧化乙二醛生

产乙醛酸过程进行研究。实验结果证明，对硝酸氧化乙二醛生产乙醛酸过程用金属盐作辅助催化剂，能够提高氧化选择性1．3 ～4．3 ，其作用强度顺序为Cu(NO3)2>Fe(SO )2>Mg(NO3)2。金属盐作辅助催化剂能够提高选择性的可能机理是：它们能够与NO络合形成不稳定金属盐，从而一定程度上增加了NO在溶液中的溶解度，有利于生成较高浓度HNO 氧给予体。作用强度顺序是由络合物稳定性决定的，铜离子形成络合物稳定性最强，镁离子形成络合物稳定性最弱。由于氧化反应后期生成大量草酸，金属离子转化为草酸盐沉淀出来，络合物被破坏，乙醛酸产率提高幅度不大，有待进一步研究改进。(5)结论

综合结果显示，用亚硝酸钠作催化剂时乙醛酸产率为73．9 ；无机酸辅助催化剂能够大大提高NO溶解度，从而提高了溶液中HNO 浓度，盐酸存在下乙醛酸产率为84.6 ；固体酸辅助催化剂能够加快NO氧化，提高HNO 浓度，二氧化铈存在下乙醛酸产率8o．2 ；络合金属盐作辅助催化剂能够一定程度上增加了N0在溶液中的溶解度，有利于生成较高浓度HNO ，硝酸铜存在下乙醛酸产率为78．2 。

1．1．2臭氧氧化法

(1)顺酐臭氧氧化法

顺酐臭氧氧化法是将顺丁烯二酸酐溶于甲醇或甲酸中，通入氧气稀释臭氧，在1O℃以下进行臭氧氧化反应。用催化加氢或锌粉还原的方法来分解臭氧化物，分离加氢催化剂或锌渣，水解，蒸出过量溶剂，得到乙醛酸成品。奥地利Linz公司于2o世纪9o年代建成万t级顺酐臭氧氧化法生产乙醛酸装置，该法收率在9O 9／6以上，副产物为二氧化碳和少量的草酸。

(2)马来酸水溶液直接臭氧氧化法

顺丁烯二酸酐遇水易潮解生成马来酸。1903年Harries首次用马来酸水溶液直接通臭氧氧化合成了乙醛酸，在该反应中马来酸的利用率只有5O 。Harries没有测定反应中被吸收的臭氧量，无法计算反应是否进行完全所以产率很低，而且产品只能以苯腙的形式得到。1966年，Black等将质量分数约为4O 的马来酸水溶液在15～25℃下通人体积分数为4 的O。／O 进行臭氧化至反应完全，然后在5O℃下减压蒸馏除去反应生成的甲酸和大部分溶剂水，然后将残液在2O℃下进行结晶，得到乙醛酸的一水合物。通过测定醛含量并进行元素分析，得知乙醛酸产率接近5O (以lmo马来酸理论上生成2mol乙醛酸计算)，产品纯

度在97 以上。该路线产品质量好，收率高达93％，马来酸的转化率100％，但反应条件太苛刻，需要一4O～一45℃的低温和高压反应釜，副产物甲酸腐蚀设备，投资过大，电消耗高，另外臭氧的发生和处理问题不便。

(3)有机溶剂中臭氧氧化一试剂还原法

1964年，Thompson等将马来酸丁酯在一40。C下臭氧化后，在低温下用次磷酸酯快速还

1 8原，得到乙醛酸丁酯，产率为78 。1966年，Pappas等以甲醇为溶剂，在一50。C下将马来酸臭氧化，再在2℃下用二甲硫醚还原，乙醛酸的收率为91 (由2，4一二硝基苯肼测定)。此外他们还尝试以马来酸二乙酯和马来酸二甲酯为原料，得到相应的乙醛酸酯，水