硼氢化氧化法制苹果酸

硼氢化氧化法制L-苹果酸

一、背景与意义 苹果酸有L 一苹果酸、D －苹果酸和DL-苹果酸3种异构体。天然存在的苹果酸都是L 型的，几乎存在于一切果实中，以仁果类中最多。苹果酸为无色针状结晶，或白色晶体粉末，无臭，带有刺激性爽快酸味，熔点127-130℃，易溶于水，55．59/100mL(20℃) ，溶于乙醇，不溶于乙醚。有吸湿性，1%(质量) 水溶液的pH 值2．4。

L －苹果酸：密度1.595，熔点100℃，分解点140℃，比旋光度-2.3°（8.5克/100毫升水），易溶于水、甲醇、丙酮、二恶烷，不溶于苯。等量的左旋体和右旋体混合得外消旋体。密度

1.601；熔点131-132℃，分解点150℃；溶于水、甲醇、乙醇、二恶烷、丙酮，不溶于苯。 最常见的是左旋体，L －苹果酸，存在于不成熟的的山楂、苹果和葡萄果实的浆汁中。也可由延胡索酸经生物发酵制得。它是人体内部循环的重要中间产物，易被人体吸收，因此作为性能优异的食品添加剂和功能性食品广泛应用于食品、化妆品、医疗和保健品等领域。外消旋体可由延胡索酸或马来酸在催化剂作用下于高温高压条件和水蒸气作用制得。 L —苹果酸是人体必需的一种有机酸，也是一种低热量的理想食品添加剂. 当50%L－苹果酸与20%柠檬酸共用时，可呈现强烈的天然果实风味。可用于药物制剂、片剂、糖浆中，，还可以配入氨基酸溶液中，能明显提高氨基酸的吸收率；L －苹果酸可以用于治疗肝病、贫血、免疫力低下、尿毒症、高血压、肝衰竭等多种疾病，并能减轻抗癌药物对正常细胞的毒害作用；还可用于制备和合成驱虫剂、抗牙垢剂等。

L —苹果酸锌用于牙膏中作为抗菌斑斑剂和抗牙结石剂，合成香料配方等。可以温和的去除多余的角质，加强肌肤代谢。苹果萃取液还能有效减淡皱纹及紧致肌肤, 唤醒疲倦肌肤让暗淡的肌肤变得均匀明亮的效果，因此在日化行业中应用也比较广泛。

L —苹果酸为机体三羧循环的重要中间产物，并且机体内只有L —苹果酸脱氢酶，所以从结构和实际生理环境来看都必须利用L —苹果酸。这也是一些西方发达国家青睐L —苹果酸的原因，如美国已明确规定在婴幼儿食品、饮料、药品中不能使用DL —苹果酸而必须使用L —苹果酸。

L —苹果酸为天然果汁之重要成份，与柠檬酸相比具有酸度大(酸味比柠檬酸强20%)，但味道柔和(具有较高的缓冲指数) ，具特殊香味，不损害口腔与牙齿，代谢上有利于氨基酸吸收，不积累脂肪，是新一代的食品酸味剂，被生物界和营养界誉为“最理想的食品酸味剂。”，2013年以来在老年及儿童食品中正取代柠檬酸。

二、国内外研究状况

现在工业上的L-苹果酸采用发酵法制备, 采用富马酸、碳酸钙、硫酸和固定化酶为原料, 经过中和、促酶、转化等反应, 再经过离子交换、真空浓缩和结晶分离得到 L -苹果酸 在20 世纪初, 经研究发现某些酵母及曲霉等代谢可产生L- 苹果酸。由此人们开始了用微生物法直接转化制取 L- 苹果酸, 由于成本较 DL -苹果酸高, 产量非常小未能实现工业化生产。

在20世纪80 年代， 世界苹果酸的生产开始获得较大的发展。1977 年， 美国Allied

公司生产能力约 7000t/a,1980 年美国Alberta 气体化公司在改用正丁烷法生产顺酐， 并建成1.4万t /a 的苹果酸生产装置。目前年产达

2.5 万t 。日本扶桑化学公司的生产能力为1. 2 万t /a

，主要提供出口。此外，日本田边、武田、川崎化学、理研化学、大日本触媒公司等也生产苹果酸。 我国在

20 世纪 80 年代开始生产L 一苹果酸， 最初仅在上海、 广州等地有少量试剂级及生化级产品。1985年10月河北黄哗县津福化工厂建成100 t /a 的车间。1 987年以来又研制新载体制备固定化细胞连续化生产该种酸并已将其转让给有关工厂使用， 产品达到出C1标准。20 世纪90 年代食品酸味剂的需求量大大增加，拉动了国内L 一 苹果酸的快速发展。现在我国年产 500 t 以上的厂家有上海染化七厂、南京药械厂、江苏六合第一化工厂、常州曙光化工厂等。国内最大的生产厂家为深圳南头新元实业有限公司南国生化厂，年产量达 2 000 t。另外，唐山滦化集团年产量300 t，有消息称其正在进行年产1000t L一苹果酸的技术改造项目。

三、实验具体打算

第一步：用马来酸酐的四氢呋喃溶液与硼烷反应，进行马来酸酐的双键加成反应。然后在碱性条件下被过氧化氢氧化。

第二步：反应后的加成产物用酸性条件下进行酯基的水解，生成苹果酸，但可能是D-苹果酸和L-苹果酸组成的外消旋体。

第三步：将得到的苹果酸与有机胺反应，然后利用熔点不同的特点进行拆分。

四、实验具体安排

①：利用两周左右进行第一步的反应。

②：利用两周左右进行第二步

③：利用两周左右进行第三步

五、表征

用旋光仪测定苹果酸的比旋光度；x 射线测定结晶情况

六、重点与难点

①：第一步中进行氧化时，溶液中未完全反应的硼烷的处理； ②：氧化时与溶剂可能的副反应；

③：进行第二步反应时对第一步反应的产物的处理； ④：第二步中两种手性分子的控制；

⑤：与有机胺反应后的两种氨基酸的分离。