CN115215753A - 一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法及其专用设备 - Google Patents

一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法及其专用设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法及其专用设备，属于药物制备领域。该方法包括以下步骤：将农林废弃物与酸a和提取剂混合，反应得到产物A；将产物A与氢源a和保护剂混合，反应得到产物B；将产物B与还原剂混合，反应得到产物C；向产物C中添加亲核接枝试剂，进行亲核接枝反应，得到产物D；将产物D进行水解加氢，得到多巴胺或多巴胺衍生物。本发明利用农林废弃物为主要原料，将其制备成多巴胺及其衍生物，不仅实现了农林废弃物的高附加值利用，而且制得的多巴胺及其衍生物的产率较高，为农林废弃物高值化利用开辟了新的思路。

Description

一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法及其专用 设备
技术领域
本发明属于药物制备领域，具体地说，涉及一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法及其专用设备。
背景技术
多巴胺(DA，或3-羟酪胺，3、4-二羟苯乙胺)是内源性含氮有机化合物，为酪氨酸(芳香族氨基酸)在代谢过程中经二羟苯丙氨酸所产生的中间产物。又名儿茶酚乙胺或羟酪胺，是儿茶酚胺类的一种，分子式为C8H11NO2。多巴胺除了作为去甲肾上腺素的前身外，还是维持锥体外系神经功能的重要神经介质。除此之外，它还是一种有效的抗休克和强心利尿药，被广泛应用于临床。
农林废弃物是秸秆、稻壳、柴薪等农业生产中产生的生物质废弃物，年产量超过数百亿吨，在当前人们环保意识逐渐加强的背景下，就地焚烧的方式已经逐步被淘汰，如何便捷、高附加值的利用这些生物质资源逐渐成为促进农业发展和农民增收的重要途径。以秸秆为例，虽然已经开发出了秸秆生产生物乙醇、沼气、饲料等工艺，以及秸秆培养食用菌等技术，但由于产品附加值较低，因此利用状况并不理想，且受到农林废弃物的运输成本高、集中困难等问题的影响而难以大规模利用。因此，需要开发一种能够将农林废弃物制备成高附加值产品的技术。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，本发明的另一目的在于提供该方法的专用设备。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，包括以下步骤：
S1，将农林废弃物与酸a和提取剂混合，在50～120℃、0.1～1MPa下反应1～72h，得到产物A；
S2，将产物A与氢源a和保护剂混合，在60～500℃、0.1～10MPa下反应1～24h，得到产物B，所述的保护剂用于在反应时保护醛基，并且将醛基还原成羟基；
S3，将产物B与还原剂混合，在80～300℃、0.1～1MPa下反应1～24h，得到产物C，所述的还原剂用于脱去保护醛基的官能团；
S4，向产物C中添加亲核接枝试剂，在80～500℃、0.1～1MPa条件下进行亲核接枝反应，得到产物D；
S5，将产物D进行水解加氢，得到多巴胺或多巴胺衍生物。
进一步地，所述的农林废弃物为秸秆、稻糠、稻壳、果壳、木屑、木头、甘蔗渣、食用菌基质中的一种或两种以上。
进一步地，所述的酸a为盐酸或硫酸，所述的提取剂为水、甲醇、乙醇、丙三醇、丙酮、己烷或苯。
进一步地，所述的氢源a为甲酸、乙酸、草酸、盐酸、硫酸、三氟甲磺酸、固体磷酸、磷酸铌、磷酸锆、三氧化铝、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化二铁、氧化锆、氧化硼、沸石、高岭土、硫化铬、硫化锌中的一种或两种以上，所述的保护剂为醇、硫醇、盐酸羟胺或亚硫酸铵。
进一步地，所述的还原剂为酸b和/或还原催化剂，所述的酸b为盐酸或硫酸，所述的还原催化剂为钌、锌、铜、铂、钯、镍的单质、氧化物、盐或合金。
进一步地，所述的亲核接枝试剂为亲核试剂和/或接枝催化剂，所述的亲核试剂的结构式为R-X、R-X2、R-X3中的一种或两种以上，所述的R基团为-H、-(CH2)nCH3、-(CH2)nCH2X、-(CH2)nCHX2、-(CH2)nCX3、-CH＝CH2、-CH＝CHR、-CH＝CR2、-RCH＝CH2、-RCH＝CHR、-RCH＝CR2、-CH＝CHX、-CH＝CX2、-RCH＝CHX、-RCH＝CX2、-C≡CH、-C≡CR、-C≡CX、-C6H5、-C6H4X、-C6H3X2、-C6H2X3、-C6HX4、-C6X5、-NH2、-NHR、-NR2、中的一种或两种以上，其中0≤n≤10，且n为整数，所述的X基团为-H、-OH、-SH、-CN、-I、-Br、-Cl、-F、-MgBr、-MgCl、-MgI、-MgF、-COCl、HSO3 -中的一种或两种以上；所述的接枝催化剂为铱、铑、钌、锌、铁、铜、钴的单质、氧化物、盐或合金。
进一步地，S5中，水解加氢的方法为：向产物D中加入氢源b和/或水解催化剂，在100～500℃、1～10MPa条件下进行反应，得到多巴胺或多巴胺衍生物。
更进一步地，所述的氢源b为水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸、乙酸、草酸中的一种或两种以上，所述的水解催化剂为铌、铜、铁、锆的单质、氧化物、盐或合金。
进一步地，在S2～S5中，反应过程中充入保护气再进行反应。
一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的专用设备，包括依次设置的农林废弃物提取系统、酸解系统、还原系统、接枝系统和水解系统；
所述的农林废弃物提取系统为：农林废弃物从第一提取器中的一个进料口进入反应系统，酸a储存罐和提取剂储存罐的出料口与第一提取器中的两个进料口相连，第一提取器的出料口与第一过滤器的进料口相连，第一过滤器的出料口与第二提取器的进料口相连，冷却水储存罐的出料口与第二提取器的第二进料口相连，第二提取器的出料口与第二过滤器的进料口相连；
所述的酸解系统为：农林废弃物提取系统与酸解系统通过酸解器中的一个进料口与第二过滤器的出料口相连，氢源a储存罐和保护剂储存罐的出料口与酸解器中的两个进料口相连，酸解器的出料口与第三过滤器的进料口相连，第三过滤器的出料口与第一精馏器的进料口相连；
所述的还原系统为：酸解系统与还原系统通过第一精馏器的出料口与还原反应器的进料口相连，酸b储存罐和溶剂储存罐的出料口与还原反应器中的两个进料口相连，还原反应器的出料口与第四过滤器的进料口相连，第四过滤器的出料口与第二精馏器的进料口相连；
所述的接枝系统为：还原系统与接枝系统通过第二精馏器的出料口与接枝反应器中的一个进料口相连，亲核试剂储存罐的出料口与接枝反应器中的一个进料口相连，接枝反应器的出料口与第五过滤器的进料口相连，第五过滤器的出料口与第三精馏器的进料口相连；
所述的水解系统为：接枝系统与水解系统通过第三精馏器的出料口与水解反应器中的一个进料口相连，氢源b储存罐的出料口与水解反应器中的一个进料口相连，水解反应器的出料口与第六过滤器的进料口相连，第六过滤器的出料口与第四精馏器的进料口相连，第四精馏器的出料口与产物储罐的进料口相连。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：合成多巴胺时一般采用香兰素、左旋多巴等价格高昂的前体生产，难以规模化生产，本发明利用农林废弃物为主要原料，将其制备成多巴胺及其衍生物，不仅实现了农林废弃物的高附加值利用，而且制得的多巴胺及其衍生物的纯度和产率均较高，为农林废弃物高值化利用开辟了新的思路。
附图说明
图1为制备多巴胺示意图；
图2为本发明中产物B的结构示意图；
图3为本发明的专用设备的示意图；
图中，1-1第一提取器；1-2酸a储存罐；1-3提取剂储存罐；1-4第一过滤器；1-5第二提取器；1-6第二过滤器；1-7冷却水储存罐；2-1酸解器；2-2氢源a储存罐；2-3保护剂储存罐；2-4第三过滤器；2-5第一精馏器；3-1还原反应器；3-2酸b储存罐；3-3溶剂储存罐；3-4第四过滤器；3-5第二精馏器；4-1接枝反应器；4-2亲核试剂储存罐；4-3第五过滤器；4-4第三精馏器；5-1水解反应器；5-2氢源b储存罐；5-3第六过滤器；5-4第四精馏器；5-5产物储罐。
具体实施方式
一种利用农林废弃物制备多巴胺(如图1)及其衍生物的方法，具体为：
S1，将农林废弃物与酸a和提取剂混合，在50～120℃、0.1～1MPa下反应1～72h，得到产物A；
S2，将产物A与氢源a和保护剂混合，在60～500℃、0.1～10MPa下反应1～24h，得到产物B，产物B结构如图2所示，保护剂用于在反应时保护醛基；
S3，将产物B与还原剂混合，在80～300℃、0.1～1MPa下反应1～24h，得到产物C，还原剂用于脱去保护醛基的官能团；
其中，还原剂为酸b和/或还原催化剂，酸b的作用是在脱掉O的时候提供H，一般如果还原催化剂是Ni的话就可以不用酸b，因为Ni的还原性强，可以借助溶剂中的H。
S4，向产物C中添加亲核接枝试剂，在80～500℃、0.1～1MPa条件下进行亲核接枝反应，得到产物D；
S5，将产物D进行水解加氢，得到多巴胺或多巴胺衍生物。
如图3所示的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的专用设备，包括农林废弃物提取系统、酸解系统、还原系统、接枝系统和水解系统。
农林废弃物提取系统包括：农林废弃物从第一提取器1-1中的一个进料口进入反应系统，酸a储存罐1-2和提取剂储存罐1-3的出料口与第一提取器1-1中的两个进料口相连，第一提取器1-1的出料口与第一过滤器1-4的进料口相连，第一过滤器1-4的出料口与第二提取器1-5的进料口相连，冷却水储存罐1-7的出料口与第二提取器1-5的第二进料口相连，第二提取器1-5的出料口与第二过滤器1-6的进料口相连。
酸解系统包括：农林废弃物提取系统与酸解系统通过酸解器2-1中的一个进料口与第二过滤器1-6的出料口相连，氢源a储存罐2-2和保护剂储存罐2-3的出料口与酸解器2-1中的两个进料口相连，酸解器2-1的出料口与第三过滤器2-4的进料口相连，第三过滤器2-4的出料口与第一精馏器2-5的进料口相连。
还原系统包括：酸解系统与还原系统通过第一精馏器2-5的出料口与还原反应器3-1的进料口相连，酸b储存罐3-2和溶剂储存罐3-3的出料口与还原反应器3-1中的两个进料口相连，还原反应器3-1的出料口与第四过滤器3-4的进料口相连，第四过滤器3-4的出料口与第二精馏器3-5的进料口相连。
接枝系统包括：还原系统与接枝系统通过第二精馏器3-5的出料口与接枝反应器4-1中的一个进料口相连，亲核试剂储存罐4-2的出料口与接枝反应器4-1中的一个进料口相连，接枝反应器4-1的出料口与第五过滤器4-3的进料口相连，第五过滤器4-3的出料口与第三精馏器4-4的进料口相连。
水解系统包括：接枝系统与水解系统通过第三精馏器4-4的出料口与水解反应器5-1中的一个进料口相连，氢源b储存罐5-2的出料口与水解反应器5-1中的一个进料口相连，水解反应器5-1的出料口与第六过滤器5-3的进料口相连，第六过滤器5-3的出料口与第四精馏器5-4的进料口相连，第四精馏器5-4的出料口与产物储罐5-5的进料口相连。
其中，还原反应器3-1、接枝反应器4-1、水解反应器5-1为固定床反应器，其目的是提高催化剂与反应物的接触面积，降低催化剂的消耗量和损失量，同时还可有效提高产物的选择性和底物的转化率。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
各实施例均采用上述专用设备进行多巴胺及其衍生物的制备，所得产物得率的计算方式为Y产物＝m产物/m农林废弃物×100％。
多巴胺的含量采用核磁测定方法。
实施例1
取50g木屑，加入37wt％盐酸28mL和甲醇400mL，在70℃、常压条件下反应72h，将反应液过滤，精馏以去除甲醇，加入冰的去离子水，将析出的沉淀干燥，即得到产物A；
向产物A中加入70wt％硫酸12mL和乙二醇6mL，在150℃、充入初始压力1MPa氮气(作为保护气)的条件下酸解反应2h，将反应液过滤，精馏以提取产物B 3.31g，乙二醇用于在反应时保护醛基；
向产物B中加入6wt％硫酸和Ru/C还原催化剂0.1g，在120℃、充入初始压力0.1MPa氮气(作为保护气)的条件下反应1h，将反应液过滤，精馏以提取产物C 2.99g；
将产物C溶于对二甲苯溶剂中，加入Ru/羟基磷灰石接枝催化剂0.1g以及初始压力0.2MPa的氨气(作为亲核试剂)，并通入初始压力为0.8MPa的氮气以调节压力(其目的是减少产物气化，提高产率)，在200℃条件下反应8h，将反应液过滤，精馏以提取产物D 0.62g；
向产物D中加入水10mL和CuO/Al2O3水解催化剂0.1g，在300℃、初始压力2MPa氮气的条件下反应2h，将反应液过滤，精馏即可得到多巴胺0.57g，测得多巴胺的纯度为99.7％，多巴胺产率为1.137wt％。
实施例2
取50g秸秆，加入70wt％硫酸30mL、乙醇500mL，在78℃、常压条件下反应48h，将反应液过滤，精馏以去除乙醇，加入冰的去离子水，将析出的沉淀干燥即可得到产物A；
向产物A中加入70wt％硫酸12mL、乙二醇6mL，在150℃、初始压力1MPa氮气的条件下反应2h，将反应液过滤，精馏以提取产物B 4.46g；
向产物B中加入6wt％硫酸和Ru/C还原催化剂0.1g，在120℃、初始压力0.1MPa氮气的条件下反应1h，将反应液过滤，精馏以提取产物C 3.97g；
将产物C溶于对二甲苯溶剂中，加入Ru/羟基磷灰石接枝催化剂0.1g以及初始压力0.2MPa的氨气，并通入初始压力0.8MPa的氮气以调节压力，在200℃条件下反应8h，将反应液过滤，精馏以提取产物D 3.66g；
向产物D中加入水10mL、Fe2O3/SiO2水解催化剂0.1g，在300℃、初始压力2MPa氮气的条件下反应2h，将反应液过滤，精馏即可得到多巴胺3.42g，测得多巴胺的纯度为99.9％，多巴胺产率为6.833wt％。
实施例3
取50g木屑，加入37wt％盐酸28mL、甲醇400mL，在70℃、常压条件下反应72h，将反应液过滤，精馏以去除甲醇，加入冰的去离子水，将析出的沉淀干燥即可得到产物A；
取5g产物A加入三氟甲磺酸1mL、乙二硫醇6mL，在120℃、常压的条件下反应3h，将反应液过滤，精馏以提取产物B 2.45g；
向产物B中加入12wt％硫酸和Ru/C3N4还原催化剂0.1g，在120℃、初始压力0.1MPa氮气的条件下反应1h，将反应液过滤，精馏以提取产物C 2.23g；
将产物C溶于对二甲苯溶剂中，CH2＝CH2亲核试剂2mL、Ru/CeO2接枝催化剂0.1g，在200℃条件下反应8h，将反应液过滤，精馏以提取产物D1.81g；
向产物D中加入水10mL、Nb2O5水解催化剂0.1g，在300℃、初始压力2MPa氮气的条件下反应2h，将反应液过滤，精馏即可得到多巴胺衍生物4-正丁基邻苯二酚1.62g，测得4-正丁基邻苯二酚的纯度为99.5％，4-正丁基邻苯二酚产率为3.224wt％。
实施例4
取50g木屑，加入37wt％盐酸28mL、甲醇400mL，在70℃、常压条件下反应72h，将反应液过滤，精馏以去除甲醇，加入冰的去离子水，将析出的沉淀干燥即可得到产物A；
向产物A中加入70wt％硫酸12mL、乙二醇6mL，在150℃、初始压力1MPa氮气的条件下反应2h，将反应液过滤，精馏以提取产物B 2.86g；
向产物B中加入6wt％硫酸和Ru/C还原催化剂0.1g，在120℃、初始压力0.1MPa氮气的条件下反应1h，将反应液过滤，精馏以提取产物C 2.46g；
将产物C溶于对二甲苯溶剂中，加入Ru/羟基磷灰石接枝催化剂0.1g、CH3MgBr，在140℃条件下反应2h，将反应液过滤，精馏以提取产物D1.51g；
向产物D中加入乙二醇6mL、CuO水解催化剂0.1g，在300℃、初始压力2MPa氮气的条件下反应2h，将反应液过滤，精馏即可得到多巴胺衍生物4-丙基邻苯二酚1.23g，测得4-丙基邻苯二酚的纯度为99.5％，4-丙基邻苯二酚产率为2.448wt％。

Claims (10)

1.一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将农林废弃物与酸a和提取剂混合，在50～120℃、0.1～1MPa下反应1～72h，得到产物A；
S2，将产物A与氢源a和保护剂混合，在60～500℃、0.1～10MPa下反应1～24h，得到产物B，所述的保护剂用于在反应时保护醛基；
S3，将产物B与还原剂混合，在80～300℃、0.1～1MPa下反应1～24h，得到产物C，所述的还原剂用于脱去保护醛基的官能团，并且将醛基还原成羟基；
S4，向产物C中添加亲核接枝试剂，在80～500℃、0.1～1MPa条件下进行亲核接枝反应，得到产物D；
S5，将产物D进行水解加氢，得到多巴胺或多巴胺衍生物。
2.根据权利要求1所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，所述的农林废弃物为秸秆、稻糠、稻壳、果壳、木屑、木头、甘蔗渣、食用菌基质中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，所述的酸a为盐酸或硫酸，所述的提取剂为水、甲醇、乙醇、丙三醇、丙酮、己烷或苯。
4.根据权利要求1所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，所述的氢源a为甲酸、乙酸、草酸、盐酸、硫酸、三氟甲磺酸、固体磷酸、磷酸铌、磷酸锆、三氧化铝、二氧化钛、五氧化二铌、三氧化二铁、氧化锆、氧化硼、沸石、高岭土、硫化铬、硫化锌中的一种或两种以上，所述的保护剂为醇、硫醇、盐酸羟胺或亚硫酸铵。
5.根据权利要求1所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，所述的还原剂为酸b和/或还原催化剂，所述的酸b为盐酸或硫酸，所述的还原催化剂为钌、锌、铜、铂、钯、镍的单质、氧化物、盐或合金。
6.根据权利要求1所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，所述的亲核接枝试剂为亲核试剂和/或接枝催化剂，所述的亲核试剂的结构式为R-X、R-X2、R-X3中的一种或两种以上，所述的R基团为-H、-(CH2)nCH3、-(CH2)nCH2X、-(CH2)nCHX2、-(CH2)nCX3、-CH＝CH2、-CH＝CHR、-CH＝CR2、-RCH＝CH2、-RCH＝CHR、-RCH＝CR2、-CH＝CHX、-CH＝CX2、-RCH＝CHX、-RCH＝CX2、-C≡CH、-C≡CR、-C≡CX、-C6H5、-C6H4X、-C6H3X2、-C6H2X3、-C6HX4、-C6X5、-NH2、-NHR、-NR2中的一种或两种以上，其中0≤n≤10，且n为整数，所述的X基团为-H、-OH、-SH、-CN、-I、-Br、-Cl、-F、-MgBr、-MgCl、-MgI、-MgF、-COCl、HSO3 -中的一种或两种以上；所述的接枝催化剂为铱、铑、钌、锌、铁、铜、钴的单质、氧化物、盐或合金。
7.根据权利要求1所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，S5中，水解加氢的方法为：向产物D中加入氢源b和/或水解催化剂，在100～500℃、1～10MPa条件下进行反应，得到多巴胺或多巴胺衍生物。
8.根据权利要求7所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，所述的氢源b为水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸、乙酸、草酸中的一种或两种以上，所述的水解催化剂为铌、铜、铁、锆的单质、氧化物、盐或合金。
9.根据权利要求1所述的利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的方法，其特征在于，在S2～S5中，反应过程中充入保护气再进行反应。
10.一种利用农林废弃物制备多巴胺及其衍生物的专用设备，其特征在于，包括依次设置的农林废弃物提取系统、酸解系统、还原系统、接枝系统和水解系统；
所述的农林废弃物提取系统为：农林废弃物从第一提取器中的一个进料口进入反应系统，酸a储存罐和提取剂储存罐的出料口与第一提取器中的两个进料口相连，第一提取器的出料口与第一过滤器的进料口相连，第一过滤器的出料口与第二提取器的进料口相连，冷却水储存罐的出料口与第二提取器的第二进料口相连，第二提取器的出料口与第二过滤器的进料口相连；
所述的酸解系统为：农林废弃物提取系统与酸解系统通过酸解器中的一个进料口与第二过滤器的出料口相连，氢源a储存罐和保护剂储存罐的出料口与酸解器中的两个进料口相连，酸解器的出料口与第三过滤器的进料口相连，第三过滤器的出料口与第一精馏器的进料口相连；
所述的还原系统为：酸解系统与还原系统通过第一精馏器的出料口与还原反应器的进料口相连，酸b储存罐和溶剂储存罐的出料口与还原反应器中的两个进料口相连，还原反应器的出料口与第四过滤器的进料口相连，第四过滤器的出料口与第二精馏器的进料口相连；
所述的接枝系统为：还原系统与接枝系统通过第二精馏器的出料口与接枝反应器中的一个进料口相连，亲核试剂储存罐的出料口与接枝反应器中的一个进料口相连，接枝反应器的出料口与第五过滤器的进料口相连，第五过滤器的出料口与第三精馏器的进料口相连；
所述的水解系统为：接枝系统与水解系统通过第三精馏器的出料口与水解反应器中的一个进料口相连，氢源b储存罐的出料口与水解反应器中的一个进料口相连，水解反应器的出料口与第六过滤器的进料口相连，第六过滤器的出料口与第四精馏器的进料口相连，第四精馏器的出料口与产物储罐的进料口相连。
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