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庚二酸的制备与应用

发布日期:2020/3/13 15:42:31

背景及概述[1]

庚二酸别名蒲桃酸,为7碳直链饱和二元酸。在动物体内是由脂肪酸的ω氧化和β氧化而产生,1884年由GanttnerFetal从蓖麻油中制取蓖麻酸(羟基化动物油酸)得到的副产物。1937年M.Müller从牛尿中分离出来,已确认是白喉菌的某些菌株的生长必需的成分。庚二酸作为一种广泛应用的化工原料和中间体,在功能高分子材料或生物医药研究中也备受人们的关注。工业上通过异戊醇还原,并用钠裂解水杨酸,结晶出庚二酸,收率为43~50%,但工艺繁多、反应时间长。现在庚二酸实验室合成的产业化还有待进一步研究。正因为庚二酸的制备比较困难,目前国内市场供不应求且价格相对较高,探索庚二酸的用途和制备方法具有较大的实用意义。开发工业上制取庚二酸工艺途径,不仅可以填补产品上的空缺,对于其衍生物的开发也具有重要作用。

制备[1]

庚二酸一般用于生化研究,也用于制备聚合物,还可作为增塑剂的原料。工业上制备及改性高分子聚合物时,庚二酸是优选的脂肪系二元酸。与从石油原料生产得到的己二酸不同,庚二酸是从天然油脂原料获得的,并且庚二酸的奇数碳结构使其聚合物和衍生物的特性得到优化。

1. 氧化环酮法

最先合成纯庚二酸的方法是用硝酸氧化环庚酮(Cycloheptanone)完成的。在70~80℃碱裂解2-氰基环己酮,收率为85%。反应方程式如图1。

2. 生化法

以正十一烷为碳源,在肉汤培养基中经双末端氧化,得到了庚二酸与壬二酸。在二元羧酸的合成中,采用微生物发酵氧化的方法使正烷烃转化为二元羧酸,产品纯度较高,污染较少而具有重要的意义。

3. 烯烃类化合物合成

庚二酸的另一种合成方法可以通过丁二烯和丙烯腈经Diels.Alder加成生成四氢苯基腈,再在523~573℃下用烧碱碱熔,经双链转移、开环和水解生成产品。日本宇都宫大学研究开发出用超临界二氧化碳与氧化剂二氧化氮由废聚烯烃制二羧酸的新方法。在不锈钢制高压釜中加入聚烯烃和二氧化氮后,导入液化二氧化碳,加热至100~150℃,在临界状态约10~15MPa下加热搅拌进行反应,可以控制二羧酸的链长。用交联法得到聚乙烯,在110℃下反应,可以得到丁二酸、戊二酸、己二酸和庚二酸。得到的混合二羧酸可酯化分馏分离。

应用[1]

1. 化工原料

庚二酸是一种非常重要的化工原料。在工业生产上二元酸的用途极为广泛,是合成润滑油、增塑剂、导热油、介电流体、纤维、共聚物、墨水、涂料用树脂、表面活性剂、杀菌剂、杀虫剂、热熔涂料和粘合剂的原料。随着羧酸碳链的增长,二元酸酯化速度明显下降,靠近羧基有支链时对酯化有减速作用。庚二酸虽然酯化速度慢,但平衡常数高因而酯化产物难水解。庚二酸是制造二酯、聚酯和聚酰胺等重要工业中间体。庚二酸、无水乙醇、甲苯和浓硫酸混和,加热至回流,蒸馏得庚二酸二乙酯。产物再和庚二酸、正丁醚、浓硫酸和95%乙醇减压收集馏份为庚二酸单乙酯。聚酯-酰胺具有优良的生物相溶性、渗透性和降解性,主要用作控制药物释放的载体以及与骨相连的软组织的缝合线。聚酯-酰胺可由乙醇酸、二(元)胺、庚二酸合成。

2. 生物医药

1,7-和取代1,7-二官能团化合物有许多重要性质和用途,具有生物活性,能促进胰岛素分泌,同时可用于功能高分子材料或精细有机合成。过去多年的研究都是以庚二酸经脱硫生物素作为载体合成生物素。庚二酸经氧化、脱硫、氮化合成生物素,庚二酸是生物素的前体物质。维生素发酵微生物其他生物素如维生素H可由棒杆菌、分枝杆菌及毛霉等许多属的微生物合成,白喉杆菌和黑曲霉可利用庚二酸合成生物素。塞曲司特(seratrodast),化学名为(±)-7-(2,4,5-三甲基-3,6-二氧代-1,4-环己二烯-1-基)苯庚酸,可抑制各种化学递质引起的血管收缩,并可抑制吸入抗原诱发的速发型和迟缓型过敏反应,改善肺功能。将庚二酸经双酯化后歧化为其单酯,经酰氯化、付克反应、还原、水解得7-羟基-7-苯基庚酸,再与三甲基氢醌缩合、氧化制得塞曲司特。庚二酸是利用枯草杆菌成生物素的前体物质,对于生物素的合成及其机理研究具有重要的意义。研究表明,在培养过程中,加入适量的庚二酸能够显著增加生物素类似物和生物素的产量。因此,研究者经常向培养基中加入适量庚二酸或利用能合成庚二酸的工程菌提供庚二酸以生产廉价的生物素产品。

3. 配体合成

用庚二酸作为柔性配体合成金属有机配合物是近年来配位化学领域的一大热点。黄亮等将三氯化铽(TbCl3·6H2O)、邻菲啉(C12H8N2)和庚二酸(C7H12O4)合成化合物,元素分析证实了配合物单元通过氢键及邻菲哕啉之间的芳环堆积效应构筑成纳米链结构并组装成三维超分子结构。还研究庚二酸配体在同一配合物的结构中均存在不同的构象,合成了3种新的庚二酸稀土配位高聚物[Nd(Hpim)(pim)(H2O)]n·2nH2O,[RE2(pim)3(H2O)]n·nH2O[RE=Er(2),RE=Ho(3)]。利用Mn(CH3CO2)2·4H20在己二酸、庚二酸和乙醇的混合溶液合成了锰系列配位体。BurkhardKonig利用庚二酸作为一种载体来增强超分子结合位点的稳定性。

4. 成核剂

规聚丙烯的晶体结构有α、β、γ、δ和拟六方态五种,其中β晶型聚丙烯在增韧及微孔纤维等方面得到成功应用。添加β晶型成核剂是目前公认的得到高含量β晶型聚丙烯的最佳方法。庚二酸类β晶型成核剂具有不着色、日晶型成核效率高、热稳定性高的优点,是一种优秀的β晶型成核剂。设计研究碳酸钙、苯甲酸钠、对苯二甲酸和脂肪二元酸庚二酸、辛二酸、壬二酸及其与碳酸钙组成的双组分成核剂对聚丙烯结晶成核效果的热稳定性。结果表明庚二酸与碳酸钙组成的双组分成核剂的成核热稳定性高,这可能是由于庚二酸与碳酸钙之间存在某种相互作用,从而使成核效果得以稳定。研究一系列复合成核剂的性质,结论表明钙盐和庚二酸复合成核剂对抗弯和抗压强度都有显著的改进。研究纳米碳酸钙成核剂、纳米碳酸钙/庚二酸复合成核剂对PP/大豆油/DBP混合体系中PP结晶、熔融性能和PP微孔膜微观结构的影响。结果表明纳米碳酸钙/庚二酸复合成核剂与单一成核剂相比有明显地促进β晶生成的作用,明显影响PP微孔膜的球晶结构和微观孔结构。

主要参考资料

[1] 庚二酸的研究进展

[2] 化合物词典