摘要：传统的氨基丙二酸合成复杂耗时，因此，本文采用高纯度试剂和关键仪器，研究聚焦于高效合成氨基丙二酸。通过优化Ni/SiO2催化剂的制备和加氢反应条件，在定制的反应装置中实现了高纯度AMA的合成，并通过HPLC验证产物纯度。研究结果显示，当Ni/SiO2催化剂中镍质量分数为30%、反应温度为100℃、压力为1.8 MPa时，2-NMA加氢合成AMA的效率最优，获得高于99%的转化率和选择性。催化剂最佳用量为2-NMA质量的5%。产物结构通过谱图分析得到验证，证实了AMA的成功合成。
关键词：氨基丙二酸,2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚,加氢工艺
0引言
在当今医药化学领域，氨基丙二酸（AMA）作为一种重要的中间体，广泛应用于多种药物的合成，尤其是在抗肿瘤和抗病毒药物的开发中发挥着关键作用[1]。然而，尽管AMA的应用价值已被广泛认可，但其合成路线仍面临诸多挑战。传统的合成方法通常涉及多步反应，不仅操作复杂、产率低，而且产生的副产物多，导致分离纯化过程繁琐且成本高昂[2]。此外，传统方法中使用的溶剂和催化剂往往对环境存在潜在的危害，这与当前绿色化学和可持续发展的理念相悖[3]。因此，研究提出将2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚作为起始原料合成AMA的路线。研究的创新点在于选择了Ni/SiO2作为催化剂，结合对反应条件的细致调控，利用加氢工艺这一绿色化学方法，不仅有望显著提高AMA的合成效率和目标产物的纯度，而且能够有效减少对环境的不利影响。期望能够为AMA的工业生产提供一种更为经济、安全、环保的解决方案，推动相关药物合成技术的发展。
1材料与方法
1.1主要材料与仪器
研究使用的主要试剂：无水乙醇、异丙醇、六水合硝酸镍、正硅酸乙酯，均为分析纯；2-硝基-4-乙酰氨基苯甲醚，99%；氢气、氨气、氩气，99.99%；氨水，优级纯；雷尼镍催化剂；去离子水。
研究使用的主要仪器为型号DF-101S的集热式恒温加热磁力搅拌器；R-1001VN旋转蒸发仪；Nexus 470傅里叶变换红外光谱；GSH-0.5L高压反应釜。
1.2 Ni/SiO2催化剂的制作方法
Ni/SiO2催化剂合成步骤：配比混合TEOS、乙醇与水，制备成基础溶液A[4]。同时，将硝酸镍六水合物溶解于水中，并经超声波处理确保其彻底溶解，形成溶液B[5]。在不断搅拌溶液A的过程中，氨水被加入以催化TEOS的水解作用，随后，溶液B被缓慢注入。混合后，在70℃下搅拌2 h以转化成溶胶，然后在室温下冷却并老化3 h，形成凝胶状。该凝胶在120℃下烘干12 h，之后研磨并通过80目（0.18 mm）筛子筛选。筛选后的颗粒被放入磁舟中，在马弗炉内逐步加热至550℃,保持2 h。在还原步骤中，将含有10%~30%氢气的氮气环境通入，以5℃/min的速率加热至350℃,再以同样的速率升至550℃,并保持3 h。还原过程结束后，材料在室温下自然冷却，并用氮气和氧气的混合气体进行钝化处理30 min，最终制得Ni/SiO2催化剂。
1.3催化剂表征方法及性能研究
在进行催化剂特性分析时，首先通过200℃真空处理样品以清除杂质，随后在液氮温度下进行氮气吸附实验，利用BET和BJH模型计算比表面积和孔径分布。接着，使用Ultima Iv型X射线衍射仪在3 kW功率下扫描10。~80。，确定催化剂晶体结构。样品表面特性通过TESCAN MIRA IMS扫描电子显微镜和Xplore能量色散光谱仪在不同电压下进行观察，样品需先固定于导电胶上并喷金处理。微观结构通过JEOL 2100F透射电子显微镜在200 kV加速电压下分析。NH3-TPD实验在PCA-1200化学吸附仪上进行，样品在200℃预处理后，用氦、氩、氮作为载气，经过吸附和吹扫步骤，程序升温至700℃并监测脱附信号。H2-TPR测试同样在PCA-1200仪器上执行，样品在Ar气氛中加热至100℃清除杂质，N2吹扫后，通入含氢混合气体，逐步升至750℃进行分析。加氢反应装置如图1所示。
为进行高压合成实验，首先向封闭的反应釜中投入25 g 2-硝基-4-甲基苯胺（2-NMA）和90 mL甲醇作为溶剂，添加1.25 g催化剂。在确保釜内密封后，通过氮气进行3次气体置换，维持设定的压力15min，检查釜的密封性能。确认无气体泄漏后，将压力调至1.8 MPa，开始搅拌并加热至规定温度。若观察到压力降至1.5 MPa，需重新注入氢气至1.8 MPa，直至反应不再吸收氢气且压力稳定，表明反应已结束。完成后，釜冷却至室温，放掉剩余氢气，过滤分离催化剂和产物。最后，利用HPLC对产物样品进行纯度检测。
2结果与分析
实验初期，准备Ni/SiO2催化剂，调整镍含量和粒径以优化2-NMA加氢反应效率。设定适中的反应温度和氢气压力，以促进反应并避免副反应。反应后，通过核磁共振氢谱图和红外光谱分析验证产物结构，确保目标化合物AMA的合成。结果显示，Ni/SiO2催化剂中，镍的粒径和含量对2-NMA加氢反应的催化性能至关重要。较小的镍粒径能增加催化剂的活性表面积，提高催化效率。但是，20%镍负载的催化剂活性位点较少，XRD图谱显示弱衍射峰，表明其催化活性不足。镍颗粒尺寸对氢吸附和反应速率有显著影响，过小颗粒可能导致氢过度吸附，抑制反应。2-NMA分子的强给电子基团要求高活性催化剂以促进反应。镍含量（质量分数，下同）为30%时，催化剂性能最佳，颗粒尺寸和分散性适宜，酸性中心数量利于硝基吸附和活化。当镍含量增至40%，催化剂比表面积减少，颗粒聚集，催化活性降低。因此，30%镍负载量为最佳，确保2-NMA高转化率和AMA高选择性。雷尼镍催化剂虽活性高，但要达到相同效果需更多催化剂和时间。在加氢反应中，温度选择对反应成败极为关键，过低会减缓反应，过高则可能诱发副反应。催化剂和溶剂影响反应物的溶解度，从而作用于温度设定。此外，适当的氢气压力能提升氢气的传递效率，加快原料转化。图2为不同温度和压力加氢反应的影响。
如图2-1所示，在86℃时，反应活性不足，导致转化率不高；当温度升至100℃,反应效率和选择性达到最佳平衡；但温度继续上升至110℃以上时，副反应增多，目标产物的选择性下降。因此，100℃被认为是该反应的理想温度。如图2-2所示，氢气压力的提升带来了转化率和选择性的增加，这是由于氢在溶剂中的溶解度随压力增大而提高，加强了氢在催化剂活性位点的吸附，促进了反应的进行。然而，当压力超过1.8 MPa，选择性并未有显著提升，反而在压力超过2.1 MPa时，AMA的选择性有所下降，因此，1.8 MPa被认为是该反应的理想压力水平。
实验通过改变催化剂与2-NMA质量比为1%、3%、5%、7%和10%的几个等级，对加氢反应进行了探究。同时，将温度设定为100℃,压力设置为1.8 MPa，每个等级的反应完成后，分析了2-NMA的转化情况和AMA的形成效率。结果显示，1%的催化剂用量导致较长的反应时间和较低的2-NMA转化率及AMA选择性，这是因为催化剂浓度不足限制了反应速率。随着催化剂用量增加至5%，反应时间减少，2-NMA转化率和AMA选择性达到最高，由于活性位点增多，促进了原料的有效转化。催化剂用量超过5%后，A-MA选择性下降，可能是由于副反应增多或活性位点堵塞。因此，5%的催化剂用量对于2-NMA是最佳选择，既保证了高转化率，又维持了高选择性。
在实验的最后阶段，AMA被溶解于DMSO-d6中，获得核磁共振氢谱图。通过分析谱图，氢原子的化学位移与AMA的特征相符，从而验证了该化合物即为目标产物AMA。经过90℃干燥处理12 h的AMA样品，通过Nexus 470傅里叶变换红外光谱仪进行分析，采用溴化钾压片法获取红外光谱数据。光谱结果中的峰值与AMA的典型红外吸收特征相匹配。
3结论
本文研究致力于高效率合成AMA，使用高纯试剂和仪器，包括加热搅拌器和红外光谱仪，通过改进Ni/SiO2催化剂和反应条件，在特制装置中合成了高纯度AMA。研究结果显示，Ni/SiO2催化剂中镍质量分数优化至30%时，2-NMA加氢反应效率最高，实现超过99%的转化率和选择性。确定100℃和1.8 MPa为最佳反应温度和压力，促进了原料转化并最小化副反应。催化剂用量为2-NMA质量的5%时反应性能最佳。通过核磁共振和红外光谱分析确认了AMA的成功合成，验证了目标产物的结构。这些发现为高效合成AMA提供了重要指导。未来还需要考虑其他潜在的影响因素，以全面评估不同方案的优劣。
参考文献
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[3]靳葆杰，王婧，朱小宁，等.等离子体处理的V掺杂镍铁基电催化剂用于高效析氢[J].太阳能学报，2024，45（3）：305-309.
[4]张超超，郑秀慧.温度对丙烷选择氧化催化剂Mo-V-Te-Ox催化性能的影响分析[J].山西化工，2024，44（2）：107-109.
[5]余强，施晓秋，刘晓曦.制备条件对Ni/Al2O3催化剂的颗粒度和镍晶还原性的影响[J].石油化工，2023，52（12）：1649-1654.
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