丙酮酸的合成研究.

1、 本科畢業(yè)論文丙酮酸的合成研究專(zhuān) 業(yè)化學(xué)工程與工藝班 級(jí)B化工061學(xué) 號(hào)0610310112學(xué)生姓名陶玉青指導(dǎo)教師孫國(guó)香完成日期2010年6月2日丙酮酸的合成研究摘 要：丙酮酸作為一種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，日益廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、日化和食品等行業(yè)。本文綜述了丙酮酸近幾年來(lái)合成工藝的發(fā)展?fàn)顩r，簡(jiǎn)單地介紹了目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)丙酮酸的各種合成工藝方法，包括酒石酸法，乳酸氧化法，電化學(xué)法等化學(xué)方法以及生物法。本文主要研究的內(nèi)容是以一氯丙酮、甲酸鈉和甲醇為原料經(jīng)酯化與醇解兩步反應(yīng)合成羥基丙酮，然后以P d-Bi/C為催化劑、空氣為氧化劑催化氧化羥基丙酮制備丙酮酸鈉，進(jìn)而制備丙酮酸。研究了反應(yīng)條件對(duì)相轉(zhuǎn)移

2、催化酯化以及醇解反應(yīng)蒸餾過(guò)程的影響。考察了在羥基丙酮制備丙酮酸鈉的反應(yīng)中反應(yīng)溫度、催化劑種類(lèi)及用量、p H值等對(duì)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率及選擇性的影響，同時(shí)還考察了反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的規(guī)律。關(guān)鍵詞：丙酮酸；一氯丙酮；羥基丙酮；制備Synthesis of pyruvateAbstract: Pyruvate as an important organic chemical products, more widely used in medicine, pesticide, cosmetic and food industries. This paper reviews the development of

3、 pyruvate synthesis in recent years the situation, a brief overview of the current domestic production of pyruvate synthesis of various methods, including tartaric acid method, lactate oxidation, electrochemical methods such as chemical and biological methods. This paper studies the content of a chl

4、orine acetone, sodium formate and methanol as raw materials by two-step esterification reaction with the hydroxyl alcohol solution of acetone, then P d-Bi/C as catalyst and air as the oxidant catalyzed oxidation of DHA preparation of pyruvate sodium pyruvate then prepared. To study the reaction cond

5、itions of phase transfer catalysis esterification, and alcoholysis reaction distillation process. Preparation of the Dihydroxyacetone investigated the reaction of pyruvate reaction temperature, catalyst type and amount, pH value on the reaction conversion and selectivity, reaction rate was also inve

6、stigated the variation with time. Key words: Pyruvate；Chloride acetone；Hydroxy acetone；Preparation 目 錄丙酮酸的合成研究 Synthesis of pyruvate 第一章 文獻(xiàn)綜述11.1丙酮酸概述11.2丙酮酸的合成方法11.2.1丙酮酸的化學(xué)合成方法11.2.2丙酮酸的生物合成方法51.3國(guó)內(nèi)外對(duì)丙酮酸的研究歷史和現(xiàn)狀71.4丙酮酸的應(yīng)用研究81.5研究目的意義與內(nèi)容111.5.1研究的目的意義111.5.2研究?jī)?nèi)容15第二章 實(shí)驗(yàn)部分162.1羥基丙酮的制備162.1.1原料和儀器162

7、.1.2操作步驟162.1.2.1相轉(zhuǎn)移催化合成甲酸丙酮酯162.1.2.2醇解反應(yīng)制備羥基丙酮162.2由羥基丙酮制丙酮酸162.2.1反應(yīng)式162.2.2試劑和儀器162.2.3催化氧化反應(yīng)16第三章 試驗(yàn)結(jié)果與討論183.1 一氯丙酮制羥基丙酮的實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)條件的影響183.1.1相轉(zhuǎn)移催化劑對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響183.1.2原料摩爾比對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響193.1.3醇解反應(yīng)討論193.2 羥基丙酮制丙酮酸的實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)條件的影響203.2.1溫度對(duì)反應(yīng)的影響203.2.2酸堿度控制20第四章 丙酮酸產(chǎn)品分析22第五章 結(jié)論與展望235.1結(jié)論235.2展望23參考文獻(xiàn)24致謝26第一章 文獻(xiàn)綜述

8、1.1丙酮酸概述1 2丙酮酸 （pyruvic acid） CH3COCOOH，原稱(chēng)焦性葡萄酸（德Brenztr-aubensure），丙酮酸又稱(chēng)2-氧代丙酸，是參于整個(gè)生物體基本代謝的中間產(chǎn)物之一。為無(wú)色至淡黃色液體，呈現(xiàn)醋酸香氣和愉快香氣，因分子中同時(shí)具有羥基官能團(tuán)且酮酸而反應(yīng)性強(qiáng)，故具有許多特殊的化學(xué)性質(zhì)。分子式：C3H4O3，分子量：88.06，CAS 號(hào)：127-17-3 。丙酮酸與許多酶反應(yīng)都有關(guān)系。在動(dòng)植物的共同呼吸源中，碳水化合物是最常用的，其反應(yīng)途徑是從形成己糖二磷酸酯經(jīng)過(guò)丙糖磷酸酯而分解為丙酮酸。在無(wú)氧分解下有各種變化形式，如肌肉產(chǎn)生乳酸，酵母菌發(fā)酵在無(wú)氧狀態(tài)下生成二氧化碳

9、和乙醇，而所有到丙酮酸的反應(yīng)途徑是完全相同的，只是最終的反應(yīng)多少有些差異。并且在有氧狀態(tài)下分解，通過(guò)三羧酸循環(huán)能把丙酮酸完全氧化?？梢哉J(rèn)為這是獲得能量最有效的途徑。丙酮酸很不穩(wěn)定 ,極易氧化 ,弱的氧化劑如 Fe2 +、 H2O2 都能將丙酮酸氧化成乙酸并放出 CO2。在自然條件下 ,丙酮酸為無(wú)色的有刺激性臭味的液體 ,沸點(diǎn)為165 (分解) ,易溶于水。丙酮酸除具有羧酸和酮的性質(zhì)外 ,還具有- 酮酸的性質(zhì) ,丙酮酸是最簡(jiǎn)單的- 酮酸 ,屬于羰基酸。1.2丙酮酸的合成方法1.2.1 丙酮酸的化學(xué)合成方法3 4 5（1）酒石酸法目前，丙酮酸的生產(chǎn)主要還是利用傳統(tǒng)的酒石酸法合成工藝，該法采用酒石酸

10、與焦硫酸鉀混合加熱，酒石酸脫水脫羧生成丙酮酸。反應(yīng)方程式如下：該工藝操作簡(jiǎn)單，但是存在著產(chǎn)率低(對(duì)酒石酸質(zhì)量產(chǎn)率為0.290.30gPg)，環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高等一系列問(wèn)題，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，因而限制了丙酮酸生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大.（2）乳酸氧化法以 Pb/ Pd,磷酸鐵鹽,Ag,釩, Fremy 鹽作催化劑 ,用乳酸或乳酸乙酯作原料 ,氧化脫氫一步法以及電化學(xué)方法生產(chǎn)丙酮酸。當(dāng) Pb Pd 為 0.4 ,pH = 8 ,反應(yīng)溫度 90 ,反應(yīng)時(shí)間 35 h ,丙酮酸收率最高可達(dá)58.2 %。當(dāng)磷酸鐵中 P/ Fe 原子比為 12 時(shí) ,反應(yīng)溫度230 ,反應(yīng)時(shí)間 24 h ,氧氣濃度 26.3 %時(shí)

11、,轉(zhuǎn)化率可達(dá)76 % ,選擇性為 66 %。當(dāng) Ag載量為 64 % ,以乳酸乙酯作原料可得到91.1 %的選擇性和 80.25 %的產(chǎn)率 ,以釩作催化劑時(shí) ,當(dāng)原料氣中乳酸乙酯 O2 N2 的物質(zhì)的量比為1 2 8 ,反應(yīng)溫度 200 , 乳酸乙酯的轉(zhuǎn)化率為97 % ,丙酮酸的選擇性為81 % ,收率為78 %。當(dāng)pH= 10 時(shí) ,用 Fremy 鹽氧化乳酸 ,反應(yīng) 65 h ,得到丙酮酸的收率為 32 % ,用 Fremy 鹽氧化丙氨酸 ,反應(yīng)24 h ,得到丙酮酸收率為 37 % ,這種方法由于反應(yīng)進(jìn)行得過(guò)于緩慢 ,反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng) ,產(chǎn)率低 ,因而失去工業(yè)價(jià)值。電化學(xué)法以乳酸為原料 ,內(nèi)含

12、Bu4NBF4 的N ,N -二甲基酰胺為電解液 ,進(jìn)行電解 ,完畢 ,減壓蒸餾 ,蒸餾后的殘余物倒入鹽酸中 ,用乙醚萃取 ,蒸掉乙醚后得到丙酮酸 ,產(chǎn)率為 60.12 %,此法酒石酸的氧化脫羧法相比 ,具有能耗低、 污染小、 產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn) ,適合工業(yè)化生產(chǎn)。（3）雙氧水催化氧化乳酸合成丙酮酸在裝有攪拌器、 直形冷凝管的三口燒瓶中加入28.8mL 乳酸(合0.4mol) ,并加入適量的硫酸亞鐵作為催化劑 ,在攪拌下逐漸滴加雙氧水 ,水浴加熱 ,保持溫度40 ,反應(yīng) 4h。待反應(yīng)結(jié)束后 ,進(jìn)行減壓蒸餾 ,蒸出未反應(yīng)的乳酸及副產(chǎn)物乙醛、 乙酸等 ,蒸餾瓶?jī)?nèi)為產(chǎn)品丙酮酸。（4）P d-Bi/C催化合

13、成丙酮酸（a）催化劑的制備 在備有冷凝器和攪拌器的三口燒瓶中加入92 g處理過(guò)的 120 目以上活性炭 B ,并加適量水浸濕 ,邊攪拌邊依次加入 PdCl2 和 Bi (NO3) 3 鹽酸水溶液4.1g (0.0231 mol ) PdCl2 和 0.9481 g(0.002 4 mol)Bi (NO3) 3 溶于70mL鹽酸水溶液(20mL濃鹽酸和50mL水溶液) ,攪拌數(shù)小時(shí) ,靜置 ,常溫下吸附至上層液為無(wú)色后 ,邊攪拌邊逐漸滴加入30 %的NaOH溶液使pH 12 ,然后加入適量的35 %的甲醛 ,在 100沸騰狀態(tài)下攪拌還原2 h ,冷卻至室溫 ,用去離水洗滌至中性 ,過(guò)濾 ,在10

14、0烘箱烘至全干備用。（b）丙酮酸的制備在裝有堿式滴定管、 pH計(jì)的 500mL的三口燒瓶中 ,加入10mL質(zhì)量數(shù)30 %丙酮醛水溶液 ,加180mL水 ,反應(yīng)器內(nèi)充滿氧氣 ,升溫至45,快速加入110g催化劑 ,開(kāi)動(dòng)可控溫磁力攪拌器 ,使反應(yīng)液劇烈攪拌。反應(yīng)過(guò)程中滴加30%的 NaOH溶液 ,維持pH 78 ,溫度45左右 ,氧氣的通入量由流量計(jì)測(cè)出 ,間隔一定時(shí)間 ,取樣進(jìn)行氣相色譜分析。（5）羥基丙酮法Kiyoura和Tadainitsu連續(xù)數(shù)次在專(zhuān)利中提出這一路線：將羥基丙酮在5%的Pd-Pb-Co3 /C存在下與空氣在45的水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)增加NaOH的用量調(diào)節(jié)pH值在8.5-9

15、.3之間，保持95min，此后，PH值可降到7.8。用次法可得到丙酮酸的鈉鹽，收率70%，但由于羥基丙酮不易得到，限制了這種路線。（6）丙酮法該法以丙酮作為原料，將丙酮和Se、Sn、或Te的氧化物（如：SeO）在室溫下混合、攪拌3h可得到70%丙酮酸。該法原料易得，而且原料價(jià)格較低，但由于反應(yīng)副產(chǎn)物較多，品種不易提純，因而大大限制了該方法的推廣。（7）丙酮醛法丙酮醛生產(chǎn)方法比較成熟，一般利用1，2-丙二醇在Ag催化劑存在下氧化脫氫制得。我們只要將丙酮醛作進(jìn)一步處理就可得到丙酮酸，將Cl3通過(guò)丙酮醛的水溶液中，在22-24下反應(yīng)10h得到濃度為82.5%的丙酮酸，選擇性87.5%。但由于成本過(guò)高

16、，這種方法尚未工業(yè)化。（8）電化學(xué)方法Vitaly D.Pokhodenko等通過(guò)電化學(xué)方法用乙酞鹵和二氧化碳合成了丙酮酸，產(chǎn)率達(dá)60%。條件是用Pt和Zn分別作為陰極和陽(yáng)極，靜電位E=1.1V(對(duì)Ag/AgCl)，電化學(xué)反應(yīng)在一個(gè)裝有DMF的氣密性池中進(jìn)行。李紅等研究了在酸性條件下，利用氧化還原電對(duì)OBr-/Br-間接電解乳酸合成丙酮酸的方法。研究發(fā)現(xiàn)酸性介質(zhì)中Br-間接電催化乳酸合成丙酮酸的機(jī)理是Br-的氧化產(chǎn)物HOBr跟乳酸發(fā)生化學(xué)氧化反應(yīng)，反應(yīng)生成的Br-在電極上重新氧化，使氧化劑HOBr得以再生。與傳統(tǒng)的以酒石酸制備丙酮酸的方法相比，電化學(xué)法具有產(chǎn)率高，能耗小等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)，

17、具有良好的發(fā)展前景。廖桂茵等研究了通過(guò)電化學(xué)方法使乙酞氯和二氧化碳作用一步法合成丙酮酸的新方法。以電位分別為-1.1V、-1.5V、-2.0V進(jìn)行恒電位電解(乙酞氯濃度為4.210-2M、陽(yáng)極為鋅、陰極為鉑)，收率相應(yīng)為60%、39.2%、29.6%。可見(jiàn)，隨著電解電位的升高，丙酮酸的產(chǎn)率逐漸下降，這是因?yàn)殡S著電解電位的升高，伴隨著乙酞氯在陰極被還原，二氧化碳也會(huì)被還原，這就阻礙了主反應(yīng)的進(jìn)行。通過(guò)恒電流法電解也能獲得產(chǎn)率很高的丙酮酸，電流大小與產(chǎn)率的關(guān)系如下(乙酞氯濃度為4.210-2M、陽(yáng)極為鋅、陰極為鉑):當(dāng)電流3.0、3.5、 4.0mA/cm2時(shí)，收率相應(yīng)為62.4%、49.2%、3

18、9.6%。可見(jiàn)，當(dāng)控制恒電流大小為i=3mA/cm2時(shí)，丙酮酸的產(chǎn)率最高，可達(dá)62.4%。保持恒電流 i=3mA/cm2，乙酞氯濃度為 4.210-2M加，陰極不變，仍采用鉑電極，陽(yáng)極分別用鋅、鎂、鋁作電極，反應(yīng)產(chǎn)率分別為62.4%、35.3%、26.8%?？芍?dāng)其它條件不變時(shí)，改用鎂、鋁作陽(yáng)極，雖然也能夠得到產(chǎn)物丙酮酸，但產(chǎn)率遠(yuǎn)較采用鋅電極時(shí)為低。 除此之外，合成丙酮酸的化學(xué)方法還有, - 二氯丙酸或, - 二溴丙酸水解 ,蒸餾甘油酸的衍生物,氧化丙酮醛的亞硫酸氫鹽衍生物,2 ,4 ,6 - 三甲苯基氧化物氧化法 ,異丁烯酸氧化法 ,三乙氧基乙腈法 ,乙酰氯法 ,多羥基醇化合物氧化法 ,異

19、戊二烯空氣氧化法等 ,但工業(yè)價(jià)值均不大。1.2.2 丙酮酸的生物合成方法6 7 8 10（1）生物技術(shù)法圖1 丙酮酸的代謝途徑Glucose:葡萄糖; PEP:磷酸烯醇式丙酮酸; Pyr :丙酮酸;Ac- etaldehyde :乙醛;Ethanol :乙醇;Acetate :乙酸鹽;Acetyl - CoA:乙酰輔酶A;Ala :丙氨酸;G in :谷氨酰胺; - KG: - 氧代戊二酸;PDC:丙酮酸脫羧酶;ADH:乙醇脫氫酶;ACS:乙酰輔酶 A合成酶;AIDH:乙醛脫氫酶;PDH:丙酮酸脫氫酶系;OAA:草酰乙酸鹽;B1 :硫胺素;NA;煙酸;Bio :生物素;Pdx :吡哆醇生物技術(shù)

20、法生產(chǎn)丙酮酸 ,由于成本低、 產(chǎn)品質(zhì)量高、 對(duì)環(huán)境友好而得到發(fā)展 ,主要有直接發(fā)酵法和酶催化法。（a）直接發(fā)酵法直接發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的影響因素有:菌種選育,營(yíng)養(yǎng)條件,維生素水平,供氧模式,葡萄糖的質(zhì)量濃度等等。通過(guò)亞硝基胍誘變 , 獲得 1 株乙酸需求型突變株,在外加乙酸的培養(yǎng)基中表現(xiàn)出高于出發(fā)株 21 %的丙酮酸生產(chǎn)能力和良好的遺傳穩(wěn)定性。檢測(cè)突變株中丙酮酸代謝相關(guān)酶的活性發(fā)現(xiàn): 丙酮酸脫羧酶活性降低了40 %; 外加乙酸與否的條件下 ,乙酰輔酶A合成酶的活性分別提高了 103.5 %和 57.4 %: 添加乙酸和突變對(duì)丙酮酸羧化酶、 丙酮酸脫氫酶系、 乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶的活性沒(méi)有顯著影

21、響。在含有乙酸的培養(yǎng)基中突變株細(xì)胞干重比出發(fā)株高21.7 %。在 7 L 罐中含有 6 g/ L 乙酸鈉的培養(yǎng)基中發(fā)酵 62 h ,丙酮酸產(chǎn)量達(dá)到 68.7 g/ L ,對(duì)葡萄糖的產(chǎn)率為0.651 g/ g。今后的研究工作應(yīng)集中在: 在保證細(xì)胞正常代謝的前提下 ,盡可能減少丙酮酸的降解或轉(zhuǎn)化 ,這是獲得丙酮酸高產(chǎn)量和高產(chǎn)率的必要條件; 加快從葡萄糖到丙酮酸的代謝速度 ,以確保獲得丙酮酸的高生產(chǎn)強(qiáng)度; T. glabata 的多種維生素營(yíng)養(yǎng)缺陷型具有大量積累丙酮酸的潛力 ,學(xué)術(shù)界對(duì)該菌株在過(guò)量合成丙酮酸的生理生化特征和如何防止產(chǎn)物進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化還應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的研究。我國(guó)生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的技術(shù)

22、研究起步較晚 但發(fā)展卻非常迅速 但要實(shí)現(xiàn)丙酮酸發(fā)酵過(guò)程高產(chǎn)量、高轉(zhuǎn)化率和高生產(chǎn)強(qiáng)度的統(tǒng)一 還要在發(fā)酵過(guò)程中采取合適的控制策略 還需要進(jìn)行深入的探索和實(shí)踐。（b）酶催化法22pH值為 7 時(shí)酶丙酮酸鹽脫羧酶 ,連同輔酶焦磷酸硫胺素可催化丙酮酸的脫羧 ,產(chǎn)生乙醛和CO2。AIST K yushu研究者發(fā)現(xiàn) ,在pH值為11下會(huì)產(chǎn)生逆向反應(yīng) ,使用上述生物催化劑 ,在 25 時(shí)乙醛與碳酸鈉 碳酸氫鹽緩沖液反應(yīng)可合成丙酮酸 ,收率為81 %。緩沖液起到 CO2 源的作用。在超臨界 CO進(jìn)行反應(yīng)可獲更高的收率。酶法合成丙酮酸由于具有反應(yīng)混合物組成簡(jiǎn)單、 高底物轉(zhuǎn)化率、 產(chǎn)品純度高、 后續(xù)分離提取費(fèi)用低廉

23、和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而成為生物技術(shù)法生產(chǎn)丙酮酸研究中的另一個(gè)熱點(diǎn)。一般來(lái)講 ,酶法生產(chǎn)所涉及到的酶都是與丙酮酸代謝有關(guān)的酶 ,如:酒石酸脫水酶、甲醛脫氫酶、過(guò)氧化酶和乙醇酸氧化酶、乳酸氧化酶、 乳酸脫氫酶等?？捎糜诿阜ㄉa(chǎn)丙酮酸的底物有乳酸、酒石酸、富馬酸、1 ,2-丙二醇等。酶法雖然具有較高的轉(zhuǎn)化率 ,但底物成本比較高、 來(lái)源較窄 ,限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。（2）休止細(xì)胞法雖然發(fā)酵法是生物技術(shù)法生產(chǎn)丙酮酸中開(kāi)展得最早的、 也是研究得最多最深入的生產(chǎn)方法。但發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的問(wèn)題是轉(zhuǎn)化率比較低 ,這是因?yàn)楸嶙鳛樘墙徒馔緩降淖罱K產(chǎn)物 ,處于代謝途徑中的關(guān)鍵代謝支點(diǎn) ,在細(xì)胞中很容易代謝為其它產(chǎn)物

24、 ,難以積累。只有切斷或弱化丙酮酸的進(jìn)一步代謝 ,才能達(dá)到使其在細(xì)胞中積累并分泌到胞外的目的。為此 ,研究者選育了一系列的高產(chǎn)率或高產(chǎn)量的研究菌株 ,其中最突出的是多重維生素營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株光滑球擬酵母。采用休止細(xì)胞法生產(chǎn)丙酮酸的主要優(yōu)點(diǎn)是可縮短發(fā)酵時(shí)間。但丙酮酸產(chǎn)量略低于直接發(fā)酵法 ,且操作繁瑣 ,容易染菌 ,因此不太可能在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。1.3 國(guó)內(nèi)外對(duì)丙酮酸的研究歷史和現(xiàn)狀2 3丙酮酸(pyruvic acid)是一種酸性較弱的有機(jī)酸，分子中同時(shí)具有羧基和羰基兩個(gè)官能團(tuán)，它除具有羧酸和酮的性質(zhì)外，還具有a-酮酸的性質(zhì)，是最簡(jiǎn)單的a-酮酸(屬羰基酸)。丙酮酸是體內(nèi)產(chǎn)生的三碳酮酸，它是糖酵

25、解途徑的最終產(chǎn)物，在細(xì)胞漿中還原成乳酸供能，或進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化生成乙酰CoA，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，被氧化成二氧化碳和水，完成葡萄糖的有氧氧化供能過(guò)程。丙酮酸還可通過(guò)乙酰CoA和三羧酸循環(huán)實(shí)現(xiàn)體內(nèi)搪、脂肪和氨基酸間的相互轉(zhuǎn)化，因此，丙酮酸在三大營(yíng)物質(zhì)的代謝聯(lián)系中起著重要的樞紐作用。丙酮酸很不穩(wěn)定，極易氧化，弱的氧化劑如Fe2+、H2O2都能將丙酮酸氧化成乙酸并放出CO2。丙酮酸及其鹽是一類(lèi)重要的有機(jī)化工中間體，在有機(jī)合成工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。丙酮酸可以用于合成多種氨基酸，如L-色氨酸、L-亮氨酸、L-半胱氨酸，還是合成維生素B6和B12、制備氫化阿托品酸及合成乙烯聚合物的重要原料。在農(nóng)業(yè)方面可用于生產(chǎn)

26、殺菌劑、除草劑，還可作為食品添加劑，應(yīng)用于食品及釀酒工業(yè)。除此之外，丙酮酸還是一種重要的生化檢測(cè)試劑，用于測(cè)定人體血液中谷-丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOP)的含量，它還是測(cè)定伯仲醇及脂肪族胺的重要試劑。丙酮酸及鹽在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛，可用于生產(chǎn)鎮(zhèn)靜劑、抗氧劑、抗病毒劑以及合成治療高血壓病的藥物。丙酮酸是一種對(duì)機(jī)體能量代謝有較大影響的物質(zhì)，是機(jī)體糖類(lèi)代謝、酷類(lèi)代謝以及碳水化合物降解的中間產(chǎn)物，也是細(xì)胞代謝過(guò)程中關(guān)鍵的具有樞紐性地位的中間物質(zhì)，聯(lián)系著HDP(Hexoe DiphosPhaty Pathway己糖二磷酸酯途徑)與TCA(Tricarboxyli cAcid Cycle三羧

27、酸循環(huán))兩大生化循環(huán)，許多代謝途徑可以通過(guò)丙酮酸這一共同的中間產(chǎn)物而聯(lián)系起來(lái)。人機(jī)體中的丙酮酸是由糖原衍生而來(lái)的。因?yàn)楸針O易透過(guò)細(xì)胞膜而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，再通過(guò)滲透作用，進(jìn)入機(jī)體細(xì)胞的能量加工廠一線粒體，同時(shí)將運(yùn)進(jìn)來(lái)的脂肪酸(主要是長(zhǎng)鏈脂肪酸)氧化燃燒，為機(jī)體代謝提供能量，機(jī)體的宏觀表現(xiàn)為脂肪減少，體重減輕。在撥基酶的作用下，丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醛和二氧化碳。人在運(yùn)動(dòng)(有氧代謝)過(guò)程中，丙酮酸還原為乳酸，而在休息時(shí)又重新氧化，在這一過(guò)程中有部分丙酮酸轉(zhuǎn)化為丙氨酸。因此可見(jiàn)，外源性的丙酮酸可以作為營(yíng)養(yǎng)劑。丙酮酸在醫(yī)藥工業(yè)中被合成治療高血壓新藥血管緊張膚抗藥、系列蛋白酶抑制劑、鎮(zhèn)靜劑、消炎鎮(zhèn)痛藥辛可芬、抗

28、結(jié)核藥異煙肼丙酮酸鈣、解熱藥2-苯基喹啉-4-羧酸、驅(qū)蟲(chóng)藥恩波吡維胺、藥物磷酸烯醇丙酮酸、4-甲唑甲酸、抗病毒劑氮雜喹喔啉以及抗癌藥物比卡魯胺等。丙酮酸在臨床上常和乳酸一同測(cè)定，并用二者的比值推測(cè)循環(huán)衰竭的嚴(yán)重程度，它還對(duì)維生素B1缺乏有一定的診斷意義。丙酮酸在心肺旁路外科手術(shù)中能發(fā)揮很強(qiáng)的心肌保護(hù)功能。丙酮酸是生產(chǎn)色氨酸、苯丙氨酸、蛋白糖和維生素B的主要原料，是生物合成L-多巴的原料(多巴用來(lái)治療帕金森綜合癥)是乙烯聚合物的起始劑，亦是制備谷物保護(hù)劑的原料。丙酮酸作為飼料和食品添加劑，具有很好的防腐保鮮功能，目前國(guó)內(nèi)少量用于飼料和果酒的保存中。國(guó)外丙酮酸生產(chǎn)主要集中在日本，只要有兩家公司從事

29、生產(chǎn)，其一是武藏野化學(xué)研究所以乳酸乙酷為原料經(jīng)氧化法生產(chǎn)，另一是東麗化學(xué)工業(yè)公司，用發(fā)酵法生產(chǎn)。兩家總生產(chǎn)能力約1000噸，其中發(fā)酵法約300噸。1977年日本武藏野化學(xué)研究所率先實(shí)現(xiàn)丙酮酸化學(xué)合成法的工業(yè)化生產(chǎn)。至1989年，日本東麗化學(xué)工業(yè)公司開(kāi)始用發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸，但產(chǎn)量較低，價(jià)格昂貴，1992年日本國(guó)國(guó)內(nèi)丙酮酸的市場(chǎng)價(jià)為4000日元公斤。因?yàn)?，丙酮酸的性質(zhì)不穩(wěn)定，且對(duì)人體副作用大，故丙酮酸的出口主要以丙酮酸鹽的形式。我國(guó)丙酮酸生產(chǎn)企業(yè)目前幾十家，據(jù)估計(jì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有丙酮酸及其鹽類(lèi)和酯類(lèi)的生產(chǎn)能力達(dá)1000噸以上。1995年，國(guó)外一些研究機(jī)構(gòu)發(fā)表了關(guān)于丙酮酸鈣在減肥保健上具有獨(dú)特療效的報(bào)道后，

30、國(guó)外(主要是美國(guó))對(duì)丙酮酸鈣的需求量大大提高。國(guó)內(nèi)一些中小型化工廠得到這一信息后，一擁而上，一時(shí)間，國(guó)內(nèi)丙酮酸(化學(xué)法)的生產(chǎn)能力大大增加。丙酮酸及其鹽的市場(chǎng)價(jià)格也由當(dāng)時(shí)的28萬(wàn)元/噸大幅度下跌。1997年丙酮酸的市場(chǎng)價(jià)格約合16萬(wàn)人民幣/噸。有許多采用化學(xué)法生產(chǎn)丙酮酸的小型化工廠因不能承受這一價(jià)格而被迫停產(chǎn)。目前，只有試劑級(jí)丙酮酸的價(jià)格還比較高，保持在3032元/100ml。1.4丙酮酸的應(yīng)用研究11 12丙酮酸及其鹽是一類(lèi)重要的有機(jī)化工中間體，在有機(jī)合成工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。丙酮酸可以用于合成多種氨基酸，如L - 色氨酸、 L -亮氨酸、 L - 半胱氨酸 ,還是合成維生素 B6 和B12、

31、 制備氫化阿托品酸及合成乙烯聚合物的重要原料。在農(nóng)業(yè)方面可用于生產(chǎn)殺菌劑、 除草劑，還可作為食品添加劑，應(yīng)用于食品及釀酒工業(yè)。除此之外，丙酮酸還是一種重要的生化檢測(cè)試劑，用于測(cè)定人體血液中谷 丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(G OP)的含量，它還是測(cè)定伯仲醇及脂肪族胺的重要試劑。丙酮酸及鹽在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛，可用于產(chǎn)鎮(zhèn)靜劑、抗氧劑、 抗病毒劑以及合成治療高物。近年來(lái)，丙酮酸鈣神奇的減肥引起人們廣泛的注意 ,國(guó)內(nèi)眾多的已開(kāi)展了大量的研究工作。a) 丙酮酸在醫(yī)藥上的應(yīng)用丙酮酸在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用丙酮酸的抗氧化作用主要通過(guò) 2種機(jī)制:作為- 酮酸的丙酮酸可以通過(guò)非酶促反應(yīng)的去碳酸基反應(yīng)抑制過(guò)氧化

32、氫;丙酮酸量的增加可以增強(qiáng)檸檬酸循環(huán)從而使檸檬酸的量增加,檸檬酸抑制磷酸果糖激酶,反應(yīng)進(jìn)入磷酸戊糖旁路產(chǎn)生還原型輔酶 。丙酮酸的衍生物丙酮酸乙酯經(jīng)動(dòng)物臨床研究發(fā)現(xiàn)其對(duì)嗜鉻細(xì)胞瘤 PC12細(xì)胞有保護(hù)作用,將來(lái)可應(yīng)用于帕金森氏病的藥物研究。丙酮酸還是一種很好的心臟疾病藥物 ,它在心臟旁路外科手術(shù)中能發(fā)揮很強(qiáng)的心肌保護(hù)功能 ,對(duì)狗術(shù)后體外循環(huán)的臨床試驗(yàn)證實(shí)丙酮酸對(duì)術(shù)后心肌功能的恢復(fù)具有保護(hù)性作用。最新研究發(fā)現(xiàn)丙酮酸明顯提高心肌收縮能力 ,其藥效較腎上腺素更為卓越,研究還發(fā)現(xiàn)丙酮酸鹽的新衍生物比丙酮酸鹽的功效還要好 ,丙酮酰 甘氨酸在心肌保護(hù)方面比丙酮酸的功效強(qiáng)50%以上。臨床實(shí)驗(yàn)已表明丙酮酸對(duì)于肥胖

33、人群有較好的療效 ,可明顯減少脂肪含量降低體重。目前含有丙酮酸鈣的減肥藥已經(jīng)風(fēng)靡全球 ,聯(lián)邦減肥朵朵粑、 風(fēng)暴減肥膠囊等產(chǎn)品已經(jīng)成為減肥藥市場(chǎng)上的新寵。丙酮酸鈣鹽還具有降低血脂和膽固醇的功效 , STANKO等給高血脂病人的高脂肪、 高膽固醇膳食中添加丙酮酸鈣鹽,服用后發(fā)現(xiàn) TC下降了4% ,LDLC下降了 5% ,而 HDLC和 TG含量都沒(méi)有變化。丙酮酸鈣還是一種非常好的鈣補(bǔ)充劑,補(bǔ)鈣的同時(shí)不會(huì)增加肝腎的負(fù)擔(dān),無(wú)副作用,與市售補(bǔ)鈣劑相比具有較大優(yōu)勢(shì)。關(guān)于丙酮酸對(duì)運(yùn)動(dòng)耐力的影響，人們也進(jìn)行了深入的研究。Bagby聲研究了一次性補(bǔ)充丙酮酸對(duì)鼠耐力運(yùn)動(dòng)能力的影響。Stanko等發(fā)現(xiàn)鼠經(jīng)長(zhǎng)期喂食丙

34、酮酸和二羥丙酮后的糖元含量增加。此后，Stanko等又研究了短期補(bǔ)充丙酮酸和二羥丙酮對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)能力的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，短期補(bǔ)充丙酮酸和二羥丙酮能提高運(yùn)動(dòng)耐力。其作用機(jī)制目前尚不明確，一種可能是補(bǔ)充丙酮酸和二羥丙酮減慢了肌糖元的利用速度，由于丙酮酸和二羥丙酮的作用，在運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)中，上肢對(duì)血糖利用增加，但運(yùn)動(dòng)中糖的氧化卻不受影響，補(bǔ)充丙酮酸和二羥丙酮增加血糖的利用，從而減少肌糖元的分解。另一種可能是，補(bǔ)充丙酮酸和二羥丙酮引起的肌糖元增加，為有氧運(yùn)動(dòng)提供了充足的糖而對(duì)有氧耐力的增加發(fā)生了積極的作用，但是，由于研究中沒(méi)有對(duì)肌糖元的利用率進(jìn)行評(píng)定，運(yùn)動(dòng)能力增加的原因不能被最終確定。在進(jìn)一步的研究中，

35、Stanko等研究了長(zhǎng)期(5周)單獨(dú)補(bǔ)充丙酮酸、肌酸或丙酮酸(60%)和肌酸(40%)聯(lián)用對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員1RM臥推，1RM深蹲上推舉、原地縱跳以及原地縱跳力量變化的峰值的影響，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)補(bǔ)充丙酮酸對(duì)最大力量和無(wú)氧功率的發(fā)展沒(méi)有效果，但丙酮酸與肌酸聯(lián)用，或單獨(dú)補(bǔ)充肌酸可明顯提高最大力量和無(wú)氧功率。此外，補(bǔ)充丙酮酸對(duì)運(yùn)動(dòng)中疲勞狀態(tài)也有所影響。Kalman等在一個(gè)持續(xù)6周，每周運(yùn)動(dòng)3d的研究中發(fā)現(xiàn)，按推薦劑量補(bǔ)充丙酮酸(6g/d)，可使無(wú)訓(xùn)練的超重男性和女性受試的運(yùn)動(dòng)情緒和疲勞感覺(jué)得到明顯改善。在丙酮酸組中，POMS(疲勞指數(shù))的減少量在第4周(4.2；P=0.004)、第6周(4.7；P=0.003)

36、后均達(dá)到顯著水平，6周后總減少量達(dá)71.2%。b) 丙酮酸在農(nóng)藥上的應(yīng)用丙酮酸乙酯在構(gòu)成雜環(huán)化合物方面性能優(yōu)越，是農(nóng)藥合成中難以替代的原料和中間體，它被廣泛應(yīng)用于殺菌劑和除草劑的合成。殺菌劑：嗅代丙酮酸乙酯是高效殺菌劑唾菌靈化學(xué)名2-（4-噻唑基）苯并咪唑的主要中間體。噻菌靈是一種高效、廣譜的內(nèi)吸性殺菌劑 ,對(duì)植物有保護(hù)和治療作用 ,還可以控制倉(cāng)儲(chǔ)水果 、蔬菜的病害 ,延長(zhǎng)保鮮期 。由丙酮酸乙酯合成的惡唑酮衍生物也是一種很好的殺菌劑，在500ppm的濃度下即可有效抑制、殺死真菌 。c) 丙酮酸在化妝品上的應(yīng)用增白劑：在化妝品中添加丙酮酸乙酯，對(duì)于增白皮膚 ,抑制表皮黑點(diǎn)（黑色素）的形成，尤其是

37、抑制表皮中酪氨酸酶的形成有獨(dú)特效果 。防腐劑、抗氧劑：由于化妝品中大多含有碳和氮化合物，又含有足夠的水分 ,因而非常適宜于細(xì)菌和微生物 的生存和繁殖，我們選用丙酮酸系列化合物作為防腐劑 、抗氧劑添加到化妝品中,能有效地阻止化妝品中易酸敗的物質(zhì)吸收氧，使其不易變質(zhì) 。除此之外，丙酮酸系列化合物還有很多用途 用作空氣清新劑，能有效清除空氣 中的氨及甲硫醇用作果酒的保鮮劑，能大大延長(zhǎng)其保鮮且口味不變。1.5 研究目的意義與內(nèi)容1.5.1 研究目的意義13 14 15 16隨著人民生活水平的不斷提高 人們對(duì)身體的重視程度越來(lái)越高 ,這就促使了藥品市場(chǎng)和保健品市場(chǎng)的空前繁榮 ,特別是年輕姑娘們對(duì)自己的身

38、材越來(lái)越重視,使得減肥品市場(chǎng)空前火爆 ,作為合成多種藥物的中間體以及作為減肥藥主要成份之一的丙酮酸系列化合物 ,對(duì)其需求的增加是必然的。而丙酮酸作為一種新型醫(yī)藥、 農(nóng)藥和日化中間體，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求增長(zhǎng)極其迅速，國(guó)際市場(chǎng)一直比較緊俏,價(jià)格居高不下,我國(guó)目前丙酮酸系列產(chǎn)品主要以出口為主。隨著人民生活水平的提高,丙酮酸系列產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求會(huì)逐漸擴(kuò)大，尤其是作為減肥藥原料發(fā)展很有前途，另外，在其他醫(yī)藥方面需求也比較強(qiáng)。下面我么就丙酮酸目前的市場(chǎng)狀況及未來(lái)的發(fā)展用以下幾個(gè)圖作比較分析。（a）中國(guó)丙酮酸市場(chǎng)發(fā)展綜述表1 中國(guó)丙酮酸市場(chǎng)產(chǎn)量分析圖2國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品供給結(jié)構(gòu)圖3國(guó)內(nèi)產(chǎn)出區(qū)域結(jié)構(gòu)表2中國(guó)丙酮

39、酸市場(chǎng)需求總量分析圖4中國(guó)丙酮酸市場(chǎng)需求區(qū)域結(jié)構(gòu)分布表3中國(guó)丙酮酸市場(chǎng)供需平衡分析（b）未來(lái)中國(guó)丙酮酸供需預(yù)測(cè)圖5產(chǎn)品主要銷(xiāo)售模式表4 中國(guó)丙酮酸產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測(cè)表5中國(guó)丙酮酸產(chǎn)品需求預(yù)測(cè)由以上幾個(gè)圖我們發(fā)現(xiàn)在未來(lái)幾年內(nèi)丙酮酸的前景非常廣闊。但隨著丙酮酸市場(chǎng)需求的不斷增加，必然要求生產(chǎn)成本的不斷降低。分析現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道，傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝控制方法很難進(jìn)一步提高丙酮酸的產(chǎn)量。必須利用新興的代謝分析手段研究生產(chǎn)菌體內(nèi)的物質(zhì)和能量代謝，深入分析丙酮酸高產(chǎn)菌株過(guò)量合成丙酮酸的代謝原理，建立相應(yīng)的代謝數(shù)學(xué)模型，以后的研究可以考慮建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從而更好的指導(dǎo)丙酮酸發(fā)酵工藝優(yōu)化，進(jìn)一步提高丙酮酸的產(chǎn)量和產(chǎn)率，

40、大大增強(qiáng)發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1.5.2 研究?jī)?nèi)容本研究主要涉及采用一氯丙酮酯化-醇解法制備羥基丙酮，進(jìn)而將羥基丙酮氧化制備丙酮酸，研究一氯丙酮酯化-醇解法制備羥基丙酮及羥基丙酮氧化制備丙酮酸的最佳反應(yīng)條件。第二章 實(shí)驗(yàn)部分2.1 羥基丙酮的制備17 18 19 3 62.1.1 原料和儀器：一氯丙酮，無(wú)水甲酸鈉（CP），無(wú)水甲醇( A R )，四乙基溴化銨( CP )，聚乙二醇2 0 0 ( C P ) 2.1.2 操作步驟 2.1.2.1 相轉(zhuǎn)移催化合成甲酸丙酮酯 在配有冷凝管、溫度計(jì)及攪拌的三口燒瓶中先后加入無(wú)水甲酸鈉一氯丙酮相轉(zhuǎn)移催化劑，攪拌并于90左右進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后

41、，加入適量的水?dāng)嚢?、靜置分層，油層即為粗酯。 2.1.2.2 醇解反應(yīng)制備羥基丙酮 將由2.1.2.1所得粗的甲酸丙酮酯和甲醇一起加入裝有蒸餾管的三口燒瓶中，同時(shí)加入催化量的燒堿； 水浴加熱回流醇解反應(yīng)蒸餾， 反應(yīng)生成的甲酸甲酯經(jīng)蒸餾管不斷蒸出冷卻， 反應(yīng)停止后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行旋蒸以分出甲醇得羥基丙酮。2.2 由羥基丙酮制丙酮酸 3 6 222.2.1 反應(yīng)式 2.2.2 試劑和儀器 氫氧化鈉，異丙醇 (A R)，阿貝折射儀2.2.3 催化氧化反應(yīng) 取一定量羥基丙酮水溶液倒人反應(yīng)容器，加人催化劑。并實(shí)時(shí)測(cè)量并控制反應(yīng)液的pH變化。通人空氣，由水浴保持反應(yīng)溫度恒定。配制一定濃度的氫氧化鈉溶液，逐

42、滴滴加到反應(yīng)液中，將反應(yīng) pH控制在8.09.5的范圍內(nèi)。待反應(yīng)速率極慢時(shí)，氫氧化鈉溶液用量大約為90，此時(shí)反應(yīng)結(jié)束，以堿消耗量計(jì)算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。過(guò)濾反應(yīng)液回收催化劑。此溶液濃縮后，在異丙醇中析出丙酮酸鈉晶體。丙酮酸鈉晶體析出后放入燒杯中加入稍過(guò)量30%的鹽酸使其反應(yīng)生成丙酮酸及NaCl即可，再用三氯甲烷進(jìn)行分液，上層三氯甲烷中就是丙酮酸，再用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸出三氯甲烷即得產(chǎn)品。 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.1一氯丙酮制羥基丙酮的實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)條件的影響3 63.1.1相轉(zhuǎn)移催化劑對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響相轉(zhuǎn)移催化劑原理：轉(zhuǎn)移催化通常是在兩個(gè)不相溶的相一般為水相和有機(jī)相間進(jìn)行的 ,但也可 以在液-固兩相之間 ,

43、或三相間進(jìn)行 。通常水相中溶有鹽等無(wú)機(jī)試劑(M+Nu)。它作為親核試劑有機(jī)相是有待與鹽反應(yīng)的有機(jī)物(RX)或溶解有待與鹽反應(yīng)的有機(jī)物的液相由含鹽的水相與含有反應(yīng)物的有機(jī)相是互不相溶的，反應(yīng)物之間難以充分地相互接觸 ，因此反應(yīng)不能發(fā)生或即使能夠發(fā)生，反應(yīng)速度也很慢。相轉(zhuǎn)移催化劑(Q+X-)的作用 ，就是催化劑先和水相中的鹽等反應(yīng)生成中間化合物(Q+Nu)，然后這種中間化合物能夠轉(zhuǎn)人有機(jī)相中和反應(yīng)物作用生成產(chǎn)物(RNu),通過(guò)相轉(zhuǎn)移催化劑對(duì)反應(yīng)機(jī)理的改變使得不相溶的兩相不再成為反應(yīng)的障礙 ，從而可以取得滿意的反應(yīng)效果。反應(yīng)過(guò)程如下所示：水相 M+X- + Q+Nu- Q+X + Q+Nu界面 有機(jī)

44、相 RX + Q+Nu Q+X + RNu如果相轉(zhuǎn)移催化劑(Q+X-)在水中溶解度很小時(shí)，相轉(zhuǎn)移催化劑溶于有機(jī)相而不進(jìn)人水相，負(fù)離子交換是在兩相界面上進(jìn)行的，對(duì)反應(yīng)仍然有很好的催化作用。相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)是目前應(yīng)用較為廣泛的有機(jī)合成方法，已用于乙酸芐酯、 水楊酸丙酮酯、2，4- 二乙酰氧基苯甲酸丙酮酯等精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品的合成。選取四乙基溴化銨、聚乙二醇作為一氯丙酮與甲酸鈉反應(yīng)的催化劑， 酯化反應(yīng)用氣相色譜儀分析結(jié)果見(jiàn)表6，表中的數(shù)據(jù)顯示本研究所采用的四乙基溴化銨和聚乙二醇都是良好的相轉(zhuǎn)移催化劑。但是，從酯化混合液的組成來(lái)看四乙基溴化銨催化作用優(yōu)于聚乙二醇，因?yàn)榍罢叱舜呋钚愿? 一氯丙酮轉(zhuǎn)化率高

45、) 以外， 更重要的是副反應(yīng)少( 產(chǎn)物中雜質(zhì)少) ， 從而有利于最終獲得純度較高的羥基丙酮。 表6 催化劑類(lèi)型對(duì)酯化反應(yīng)的影響催化劑一氯丙酮（%）甲酸丙酮酯（%）其它（%）（無(wú)催化劑）20.7670.501.74四乙基溴化銨4.2191.802.96聚乙二醇5.3585.205.54反應(yīng)條件：甲酸鈉/一氯丙酮的摩爾比1.2：1，催化劑量2g ，溫 度90 ，時(shí)問(wèn)10 h 。3.1.2 原料摩爾比對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響 圖6 酯化反應(yīng)時(shí)間與甲酸鈉、一氯丙酮摩爾比的關(guān)系圖6展示的是酯化反應(yīng)中一氯丙酮，轉(zhuǎn)化率90所需酯化反應(yīng)時(shí)間隨甲酸鈉/一氯丙酮的摩爾比的增大，呈現(xiàn)非線形單調(diào)遞減。當(dāng)用量比由1：1增至 1

46、.2:1( mol/mo1) 時(shí)，酯化反應(yīng)所需時(shí)間由750 min迅速減少至420min 減少幅度達(dá) 3 3 0 min；當(dāng)繼續(xù)增加甲酸鈉的摩爾量，酯化反應(yīng)時(shí)間的下降幅度則小的多。這種現(xiàn)象是因?yàn)槎康囊宦缺后w不能保證增加的甲酸鈉充分分散， 于是非均相反應(yīng)速度增加幅度減緩。 結(jié)合生產(chǎn)原料成本及圖6中反應(yīng)時(shí)間與摩爾比的關(guān)系曲線，確定甲酸鈉/一氯丙酮的比在 1.2 ：1 ( mol/ mol) 左右是比較合適的。 3.1.3 醇解反應(yīng)討論酯的醇解反應(yīng)過(guò)程生成易揮發(fā)的( 沸點(diǎn)低的) 酯或者醇是該反應(yīng)可進(jìn)行徹底的主要保證，酯的醇解反應(yīng)通常是在無(wú)機(jī)酸或堿催化作用下完成的。以燒堿催化甲酸丙酮酯的甲醇醇解

47、反應(yīng)，借助蒸餾管將生成的甲酸甲酯不斷分離移出。甲酸甲酯的沸點(diǎn)為32。由于隨著反應(yīng)的進(jìn)行甲酸甲酯會(huì)出現(xiàn)富集作用，所以醇解時(shí)蒸餾的反應(yīng)最低溫度為32，而甲醇的沸點(diǎn)為65，所以水浴加熱溫度不應(yīng)超過(guò)65。但要保證反應(yīng)的順利進(jìn)行，建議先不進(jìn)行蒸餾，在60溫度下反應(yīng)2小時(shí)后再進(jìn)行蒸餾操作。在甲醇：甲酸丙酮酯1.5：1時(shí)14，甲酸丙酮酯的醇解率95。3.2羥基丙酮制丙酮酸的實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)條件的影響23 24 25 263.2.1 溫度對(duì)反應(yīng)的影響 不同反應(yīng)溫度下經(jīng) 3 h反應(yīng)后羥基丙酮的轉(zhuǎn)化率如圖7所示。由圖可知，在考察的溫度范圍內(nèi)，羥基丙酮的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增加。而大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)是隨溫度的升高而增大, 即反應(yīng)速率隨溫度的升高而增大，因此在一定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)， 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率也隨之增大。在反應(yīng)進(jìn)行3h后，反應(yīng)溫度為60的羥基丙酮轉(zhuǎn)化率為95.3，而反應(yīng)溫度為30的羥基丙酮轉(zhuǎn)化率為73.1。 圖7 不同溫度下羥基丙酮的轉(zhuǎn)化率3.2.2 酸堿度控制 在整個(gè)催化氧化反應(yīng)過(guò)程中， 通過(guò)酸度計(jì)的實(shí)時(shí)測(cè)量和堿液滴加裝置使反應(yīng)液的 pH值保持在8.0-9.5之間。Michel26等的研究表明，氧化反應(yīng)在中性或者弱酸性的介質(zhì)下不易進(jìn)行，在堿性條件下有利于提高催化劑的活性，加快反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)表明，在酸性條件下，催化反應(yīng)進(jìn)行的非常緩慢。此外，由于反應(yīng)生成的丙酮酸不穩(wěn)定，