催化合成柠檬酸三甲酯及其检测分析

目前，制备聚氯乙烯软制品使用的增塑剂主要是邻苯二甲酸酯类产物，由于该类增塑剂存在潜在的致癌性，国外已经严格控制其使用，我国也将逐步淘汰该类增塑剂在食品包装材料、医疗器具以及儿童玩具等方面使用。因此，传统增塑剂的应用领域受到限制，研究开发新型、绿色增塑剂已经成为当务之急，而柠檬酸三甲酯就是一种开发利用前景广阔的新型绿色增塑剂。

柠檬酸三甲酯增塑剂具有相容性好，增塑效率高，无毒，挥发性小，耐寒性，耐光性，耐水性优良。柠檬酸三甲酯一般的合成方法是柠檬酸在以浓硫酸为催化剂的条件下与甲醉合成制备的，但是以浓硫酸为催化剂主要存在以下几点不足:首先，在酯化反应的条件下，由于浓硫酸同时具有催化，脱水和氧化作用，因此反应液中含有多种副产物，这给产物的精制和过量原料的同收带来困难;其次，反应物的后处理需要经过中和,水洗以除去浓硫酸，不但工艺复杂，而且又污染环境;第三，浓硫酸对设备有很强的腐蚀作用;第四，经过浓硫酸酯化的产物颜色较深，需要经过脱色工艺的处理。

合成方法

在装有温度计、回流冷凝管及分水器的三口烧瓶中，加入0.1mol的柠檬酸和一定量的甲醇,开动搅拌加热至柠檬酸溶解时，加入催化剂DNW型耐温强酸树脂，分水器中装有吸水剂，回流过程中产生的醇水混合物进入分水器,醇被收集后再次进入反应液中，水则被脱去。5h后结束反应，将三口瓶中反应液倒入冷水中可得白色结晶，,用水洗涤2次,常温真空干燥至恒重，得到白色结晶粉末状物即为柠檬酸三甲酯。

通过实验可知:DNW型耐温强酸树脂是制备柠檬酸三甲酯的良好催化剂，反应转化率高，在固定的反应时间内(5h)，在最佳的反应条件下(酸醇摩尔比为1:4.5~1:5，酸与催化剂的摩尔比为1:0.13)，制备柠檬酸三甲酯的转化率可达91%[1]。

检测分析

建立测定自制柠檬酸三甲酯含量及有关物质的高效液相色谱法。方法：色谱柱为Thermo Hypersil GOLD C18柱(250 mm×4.6 mm,5μm),流动相为25mmol/L磷酸二氢钠溶液(用磷酸调pH至2.5)-乙腈(90:10,V/V),流速为1.0 mL/min,检测波长为214 nm,柱温为35℃,进样量为20μL。结果，柠檬酸三甲酯质量浓度在1.3～53.2μg/mL范围内与峰面积线性关系良好(r=0.9998,n=5);检测限为13 ng,定量限为26 ng;精密度和稳定性试验的RSD均小于2.0％;平均加样回收率为99.98％,RSD为0.54％(n=9);3批自制样品中柠檬酸三甲酯的平均含量为98.71％。自制柠檬酸三甲酯经强酸、强碱、高温、氧化、强光照射破坏后,柠檬酸三甲酯峰与有关物质柠檬酸、杂质a、杂质b、杂质c的色谱峰均可实现有效分离;上述有关物质均被检出,含量分别为0.21％～0.22％,0.01％,0.06％～0.07％,0.03％～0.04％。结论，该方法专属性强、准确度高,可用于柠檬酸三甲酯的含量测定和有关物质分析[2]。

降解研究

分析柠檬酸三甲酯及其碱降解产物的降解途径,并初步对其主要杂质进行结构解析。方法：采用液相色谱-离子阱-飞行时间质谱联用(LC-IT-TOF/MS)法,色谱柱为Thermo Hypersil GOLD Dim柱(250 mm×4.6mm,5μm),流动相为乙腈-水(10∶90,V/V),流速为1.0 mL/min,检测波长为 214 nm,柱温为 35℃,进样量为20μL。电喷雾离子源(ESI);接口电压4.5kV;扫描范围,一级质谱m/z10～1500;自动多级m/z 50～1000;雾化气为氮气,流速为1.5 L/min;漂移管温度为 200℃;干燥气为氮气,流速为 10 L/min;加热模块温度为 200℃;碰撞气为氩气;检测器电压为1.52kV。结果，初步确认杂质a,b的结构分别与柠檬酸单甲酯及柠檬酸二甲酯一致,并提出柠檬酸三甲酯碱破坏降解途径。结论，所建立的方法可用于柠檬酸三甲酯碱降解产物及降解途径研究,进而可为改进柠檬酸三甲酯合成工艺及提高产品质量提供参考[3]。

参考文献

[1] 黄丽,李春莲,胡庆国. 固体酸催化合成柠檬酸三甲酯[J]. 辽宁化工,2012,41(3):232-233,236. DOI:10.3969/j.issn.1004-0935.2012.03.006.

[2] 张冬,王强,毕华,等. 高效液相色谱法测定柠檬酸三甲酯含量及有关物质[J]. 中国药业,2022,31(17):73-76. DOI:10.3969/j.issn.1006-4931.2022.17.019.

[3] 耿燕,李香荷,王月英,等. 柠檬酸三甲酯碱降解途径及其杂质结构初步解析[J]. 中国药业,2023,32(24):86-89. DOI:10.3969/j.issn.1006-4931.2023.24.020.