CN110918121A - 一种强力霉素生产用氢化催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种强力霉素生产用氢化催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强力霉素生产用氢化催化剂及其制备方法和应用，属于化合物制备以及氢化工业催化剂使用技术领域。该催化剂由PdCl2和聚苯乙烯负载物组成，聚苯乙烯负载物以聚苯乙烯为载体进行末端修饰，以直链烷烃三氮唑为链接基团，以含氮配体为修饰基团A；该催化剂制备方法简单，在生产强力霉素过程中，最终强力霉素的收率和纯度都得到优化，并且可以回收再利用，催化效果稳定。

Description

一种强力霉素生产用氢化催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于化合物制备以及氢化工业催化剂使用技术领域，具体涉及一种强力霉素生产用氢化催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
强力霉素，又称盐酸多西环素或盐酸脱氧土霉素，主要用作抗生素类药，用于治疗固紫染色阳性球菌和阴性杆菌的感染，也可用于斑疹伤寒、恙虫病等立克次体的感染，对阿米巴痢疾及非典型性肺炎也有效。目前强力霉素的生产工艺均是以土霉素为原料，经氯代、脱水、氢化、转化精制而得。强力霉素生产工艺中，氢化反应过程是整条工艺路线中最为重要的一步，是对产品质量与产量影响最大的环节。目前使用Pd/C作为氢化催化剂，喹啉吡啶多胺类等含氮化合物为配体的传统工艺，选择性差，配体难以回收，负载物活性炭孔径分布域较广，对于反应的转化率存在一定影响，偶尔会出现堵料析料现象。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种强力霉素生产用氢化催化剂，有着更加明确的孔径大小和分布，减少物料及催化剂在载体上出现不均匀分布的现象，在自吸式反应釜中表现出更好的气液分布状态，有利于氢化反应的正向进行。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，通过改变链接基团的长度和不同的含氮配体对空间构型更有选择性，减少异构化反应的发生。本发明要解决的技术问题还有一个是提供一种强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用，强力霉素收率和纯度都得到优化，并对催化剂进行回收后再利用。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种强力霉素生产用氢化催化剂，由PdCl2和聚苯乙烯负载物组成；所述聚苯乙烯负载物以聚苯乙烯为载体进行末端修饰，以直链烷烃三氮唑为链接基团，以含氮配体为修饰基团A；所述聚苯乙烯的聚合度n＝500～1500，链接烷烃的碳链长度m＝0～4，聚苯乙烯负载物结构式如下所示：
Figure BDA0002281211080000011
所述强力霉素生产用氢化催化剂，所述修饰基团A为喹啉或binap。
上述强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，将所述聚苯乙烯负载物在乙醇中搅拌，加入含有氯化钯的盐酸溶液，控温搅拌反应；反应结束后降温，得到强力霉素生产用氢化催化剂PdCl2·(Cat.)，Cat.为上述聚苯乙烯配体。
所述强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，所述反应温度为45～75min，所述反应时间为20～30℃，降温到10～20℃。
所述强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，所述聚苯乙烯负载物与乙醇的质量比为1∶15～1∶25，所述乙醇的浓度为40％～45％，所述聚苯乙烯负载物与氯化钯的质量比为1∶0.01～1∶0.05。
所述强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，所述反应温度为60min，所述反应时间为25℃；所述聚苯乙烯负载物与乙醇的质量比为1∶20，所述乙醇的浓度为42％，所述聚苯乙烯负载物与氯化钯的质量比为1∶0.02。
上述强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用。
所述强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用，向所述强力霉素生产用氢化催化剂中加入11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐，通入氢气进行控温反应，反应结束后过滤反应液得到滤饼和产物强力霉素；所述反应温度为10～20℃，反应时间为7～8.2h；所述聚苯乙烯负载物与11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐的质量比为1∶8～1∶10。
所述强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用，所述滤饼用乙醇和水洗涤，然后用硫脲的盐酸水溶液冲洗，收取洗涤液，洗涤液用阳离子交换树脂吸附回收硫脲后用盐酸洗脱，可得PdCl2的盐酸溶液和洗脱的聚苯乙烯负载物；硫脲的浓度为0.2～0.4mol/L，所述盐酸的浓度为0.15～0.25mol/L，盐酸洗脱液与负载物的用量比为1.1～2.25mL∶1g，洗脱温度25～30℃。
所述强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用，包括以下步骤：
(1)催化剂制备：将聚苯乙烯负载物在乙醇中搅拌，加入含有氯化钯的盐酸溶液，控温搅拌反应；搅拌结束降温，待用；所述反应温度为45～75min，所述反应时间为20～30℃，降温到10～20℃；所述负载物与乙醇的质量比为1∶15～1∶25，所述乙醇的浓度为40％～45％，所述负载物与氯化钯的盐酸溶液的质量比为1∶0.01～1∶0.05；
(2)氢化反应：向步骤(1)中的氢化催化剂中加入11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐，通氢气进行控温反应，反应结束后过滤反应液得到滤饼和产物强力霉素；所述反应温度为10～20℃，反应时间为7～8.2h；所述聚苯乙烯负载物与11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐的质量比为1∶8～1∶10；
(3)回收工艺：所述滤饼用乙醇和水洗涤，然后用硫脲的盐酸水溶液冲洗，收取洗涤液，洗涤液用阳离子交换树脂吸附回收硫脲后用盐酸洗脱，可得PdCl2的盐酸溶液和洗脱的负载物，然后进入步骤(4)；硫脲的浓度为0.2～0.4mol/L，所述盐酸的浓度为0.15～0.25mol/L，盐酸洗脱液与负载物的用量比为1.1～2.25mL∶1g，洗脱温度25～30℃；
(4)再利用工艺：先将步骤(3)洗脱的负载物经过氨水浸泡，再用水和乙醇冲洗处理后，再和步骤(3)得到的PdCl2的盐酸溶液一起重复进行步骤(1)～(3)。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明以聚苯乙烯负载物作为载体，与活性炭相比有着更加明确的孔径大小和分布，减少物料及催化剂在载体上出现不均匀分布的现象，在自吸式反应釜中表现出更好的气液分布状态，有利于氢化反应的正向进行。
(2)本发明钯-聚苯乙烯配体通过改变链接基团的长度和不同的含氮配体对空间构型更有选择性的，减少异构化反应的发生。
(3)本发明催化剂与钯碳催化剂使用相比，配体更易回收，尤其在使用一些昂贵配体的时候有着更高的经济利益。
(4)本发明钯回收不通过传统的高温焚化-王水萃取工艺，使用硫脲盐酸溶液萃取，阳离子交换树脂吸附洗脱得到氯化钯盐酸溶液，不产生氮氧化合物，萃取剂硫脲循环使用。排放的酸液也更少。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
将R1-N3(R1为聚苯乙烯)与R2-CH≡CH(R2为配体binap)在无水THF(四氢呋喃)溶剂中以氯化亚铜为催化剂搅拌至反应完毕后，滤干用酒精洗涤后待用。
将1kg聚苯乙烯负载物(n＝500，m＝1，修饰基团为binap)在20kg42％乙醇中搅拌，加入含0.02kg氯化钯的盐酸溶液搅拌，搅拌1h，搅拌温度25℃，冷却至10℃后，加入9kg 11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐，通氢气反应7h，反应完毕后过滤，分离钯-聚苯乙烯负载物催化剂和反应液。
与同条件下使用Pd/C作为催化剂的结果相比，强力霉素相对含量提高6.7％，6-表强力霉素相对含量降低42.7％，强力霉素收率提高2.1％。
实施例2
将1kg聚苯乙烯负载物(n＝500，m＝3，修饰基团为喹啉，制备方法同实施例1，R2为配体喹啉)在20kg 42％乙醇中搅拌，加入含0.02kg氯化钯的盐酸溶液搅拌，搅拌1h，搅拌温度25℃，冷却至10℃后，加入9kg 11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐，通氢气反应8h，反应完毕后过滤，分离钯-聚苯乙烯负载物催化剂和反应液。
与同条件下使用Pd/C作为催化剂的结果相比，强力霉素相对含量提高6.1％，6-表强力霉素相对含量降低35.3％，强力霉素收率提高2.0％。
实施例3
将1kg实施例2得到的聚苯乙烯负载物(n＝500，m＝3，修饰基团为喹啉)滤饼置入内径15cm的色谱柱，用200mL乙醇和200mL纯化水冲洗，然后用1.7L 0.3mol/L硫脲、0.2mol/L盐酸水溶液冲洗，收取洗涤液，洗涤液用阳离子交换树脂吸附回收硫脲后用盐酸洗脱，可得PdCl2的盐酸溶液；钯回收率99.1％；回收后的硫脲可以循环用于下一轮催化剂回收工艺中。经过洗脱的聚苯乙烯负载物用氨水浸泡，冲洗后分别用水和乙醇冲洗备用。
实施例4
将1kg实施例3中回收的聚苯乙烯负载物(n＝500，m＝3，修饰基团为喹啉)在20kg42％乙醇中搅拌，加含0.02kg氯化钯的盐酸溶液搅拌，搅拌1h，搅拌温度25℃，冷却至10℃后，加入9kg 11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐，通氢气反应8.2h，反应完毕后过滤，分离钯-聚苯乙烯配体催化剂和反应液。
与实施例2的结果相比，强力霉素相对含量降低1.1％，6-表强力霉素相对含量提高1.6％，反应时间延长12min，强力霉素收率降低0.1％。

Claims (10)

1.一种强力霉素生产用氢化催化剂，其特征在于，由PdCl2和聚苯乙烯负载物组成；所述聚苯乙烯负载物以聚苯乙烯为载体进行末端修饰，以直链烷烃三氮唑为链接基团，以含氮配体为修饰基团A；所述聚苯乙烯的聚合度n＝500～1500，链接基团的碳链长度m＝0～4，聚苯乙烯负载物结构式如下所示：
Figure FDA0002281211070000011
2.根据权利要求1所述强力霉素生产用氢化催化剂，其特征在于，所述修饰基团A为喹啉或binap。
3.权利要求1或2所述的强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，其特征在于，将所述聚苯乙烯负载物在乙醇中搅拌，加入含有氯化钯的盐酸溶液，控温搅拌反应；反应结束后降温，得到强力霉素生产用氢化催化剂。
4.根据权利要求3所述的强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，其特征在于，所述反应温度为45～75min，反应时间为20～30℃，降温到10～20℃。
5.根据权利要求3所述的强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯负载物与乙醇的质量比为1∶15～1∶25，所述乙醇的浓度为40％～45％，所述聚苯乙烯负载物与氯化钯的质量比为1∶0.01～1∶0.05。
6.根据权利要求3所述的强力霉素生产用氢化催化剂的制备方法，其特征在于，所述反应温度为60min，所述反应时间为25℃；聚苯乙烯负载物与乙醇的质量比为1∶20，乙醇的浓度为42％，聚苯乙烯负载物与氯化钯的质量比为1∶0.02。
7.权利要求1或2所述的强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用。
8.根据权利要求7所述强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用，其特征在于，向所述强力霉素生产用氢化催化剂中加入11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐，通入氢气进行控温反应，反应结束后过滤反应液得到滤饼和产物强力霉素；所述反应温度为10～20℃，反应时间为7～8.2h；所述聚苯乙烯负载物与11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐的质量比为1∶8～1∶10。
9.根据权利要求7所述强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用，其特征在于，所述滤饼用乙醇和水洗涤，然后用硫脲的盐酸水溶液冲洗，收取洗涤液，洗涤液用阳离子交换树脂吸附回收硫脲后用盐酸洗脱，可得PdCl2的盐酸溶液和洗脱的聚苯乙烯负载物；硫脲的浓度为0.2～0.4mol/L，所述盐酸的浓度为0.15～0.25mol/L，盐酸洗脱液与聚苯乙烯负载物的用量比为1.1～2.25mL∶1g，洗脱温度25～30℃。
10.根据权利要求7所述强力霉素生产用氢化催化剂在生产强力霉素中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)催化剂制备：将所述聚苯乙烯负载物在乙醇中搅拌，加入含有氯化钯的盐酸溶液，控温搅拌反应；搅拌结束降温，待用；所述反应温度为45～75min，所述反应时间为20～30℃，降温到10～20℃；所述聚苯乙烯负载物与乙醇的质量比为1∶15～1∶25，所述乙醇的浓度为40％～45％，所述聚苯乙烯负载物与氯化钯的盐酸溶液的质量比为1∶0.01～1∶0.05；
(2)氢化反应：向步骤(1)中的氢化催化剂中加入11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐，通氢气进行控温反应，反应结束后过滤反应液得到滤饼和产物强力霉素；所述反应温度为10～20℃，反应时间为7～8.2h；所述聚苯乙烯负载物与11α-氯代美他环素对甲苯磺酸盐的质量比为1∶8～1∶10；
(3)回收工艺：所述滤饼用乙醇和水洗涤，然后用硫脲的盐酸水溶液冲洗，收取洗涤液，洗涤液用阳离子交换树脂吸附回收硫脲后用盐酸洗脱，可得PdCl2的盐酸溶液和洗脱的聚苯乙烯负载物，然后进入步骤(4)；硫脲的浓度为0.2～0.4mol/L，所述盐酸的浓度为0.15～0.25mol/L，盐酸洗脱液与聚苯乙烯负载物的用量比为1.1～2.25mL∶1g，洗脱温度25～30℃；
(4)再利用工艺：先将步骤(3)洗脱的聚苯乙烯负载物经过氨水浸泡，再用水和乙醇冲洗处理后，再和步骤(3)得到的PdCl2的盐酸溶液一起重复步骤(1)～(3)。
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