丙二烯磷酸选择加氢制丙烯磷酸催化剂

科研开发化工科技200515)34~38SCIENCE TECHNOLoGY IN CHEMICAL INdustry丙二烯磷酸选择加氬制丙烯磷酸催化剂苏运来赵立红裴素朋王向宇王晓红郑州大学工业催化研究所河南郑州450052)摘要膦磷霉素是一种新型的广谱抗菌药,它的合成一般包括六步反应其中由丙二烯磷酸制备丙烯磷酸是以P/C作为催化剂。笔者利用浸渍法制备了一系列活性组分质量分数不同的催化剂结果发现活性组分负载量越高催化剂的活性越好因为组分质量分数高金属在载体表面能够形成一定均匀大小的晶粒影响到活性的大小考察了不同的载体活性炭、MCM-4l、γ-Al2O3和HSM-5结果发现活性炭作为载体的催化剂性能好不同载体与活性组分形成的晶型不同,从而影响其加氢的活性渚察了钌和钯两种活性组分結结果发现钯比钌的性能好,可能是由于金属钌在载体活性炭上的分布较弥散不能形成较大的晶粒即以非晶态存在活性低。关键词潾霉素丙二烯磷酸丙烯磷酸选择加氬;l中图分类号:TQ460.32文献标识码:A文章编号:10080511(20055-003405磷霉素(-)R2S- epoxypropylphosphonic acid,工业合成大致可分为六步。其中丙二烯磷酸选择Fosfomycin , FOM是一种新型的广谱抗菌药,1969加氢制得顺式丙烯磷酸以及它的环氧化是两个关年由西班牙土壤中分离得到的新霉素菌中产生,键的反应对于加氫反应目前国内外均使用钯负中国于1972年合成成功20世纪80年代用于临载在活性炭上作为催化剂。床1它是一种扣制细菌细胞壁合成的临床常用作者根据影响催化剂催化活性的几个因素,的重要广谱抗生素2.由于它是一类独特的广谱分别考察不同的活性组分不同的载体以及活性抗生素近年来被各大中小医院普遍认识在我国组分不同含量的影响制备出一系列的催化剂用医药工业中占有重要位置已经建立的分析方法对产物进行分析。磷霉素是自成一派的抗生素,它既不是β-内催化剂的催化活性和其结构有很大的关系酰胶类又不是四环素类,既不是大环内脂类又不作者通过晶体射线衍射(ⅹRD)程序升温还原是氨基糖类而是一种全新范畴的广谱抗生素被(TPR)比表面及孔径分布(BE)等表征方法对世界誉为21世纪的保留产品。目前我国有生产所研究的催化剂进行微观结构分析以期得到催能力的厂家只有东北制药总厂和上海新亚药厂,化活性和结构之间的关系。年生产能力近百吨仅东北制药厂总厂全年生产近90t其中少部分出囗1实验部分般来讲磷霉素的合成主要分为工业合成1.1催化剂的制备法和微生物发酵法4。由于目前微生物合成法还所用载体为已做前期处理的椰壳活性炭,其不够成熟还只是处于研究阶段5所以尽管用化颗学环氧化法合成磷霉素有诸多不利之处但是工中国煤化工比表面积相差不大业上还只能用化学全合成的方法来得到磷霉素的CNMHG去。PC用盐酸加热外消旋体经化学拆分得到磷霉素6。磷霉素的溶解制成一定浓度的H2PC4溶液。在处理过的活性炭中加入蒸馏水水浴加热,边搅拌边加收稿日期2005-06-10H2PlCl4溶液调节吸附的pH值噘吸附一段时间作者简介苏运来1963-)男河南商城人郑州大学教后加入NaOH溶液调节还原前的pH值再滴加第5期苏运来簿等丙二烯磷酸选择加氢制丙烯磷酸催化剂HCHO溶液进行还原控制还原温度和还原时间。1.3.2催化剂比表面的测定结束后静置过滤并用水洗固相至中性烘干滤大多数催化剂的活性与其表面及其内部的结液要经过分光光度计分析对照标准曲线来得到构有很大的关系。利用比表面分析仪对所用的催未负载上去的贵金属的含量,进而反过来得到实化剂进行比表面及孔径分布的分析,可以为其催际的活性组分的负载量。化活性提供必要的结构解释。按照同样的制备条件(即吸附温度为313K吸催化剂的表面积和孔结构采用美国Quan附时间为6.0h吸附pH值为2.0还原剂量为理论 tanchrome nova1000c型N2物理吸附仪测定,77量的10倍还原温度为353K还原pH值为8.0还KN2吸附连续流动法N2作载气。表面积的计原时间为2.0h)分别制备了Pd的质量分数为算采用BET公式根据N2吸附的5个点数据进行0.01%,0.05%,1.00%,3.00%,5.00%,7.00%,计算亂孔分布的测定采用BJH方法根据32个点9.00%的一系列催化剂样品的编号为1#~7#。的数据由等温线的脱附分支进行计算。按照同样的制备条件活性组分Pd质量分数1.3.3催化剂的H2-TPR测定均为5%,更换不同的载体,分别为MCM-41、γ-ST-03表面孔径测定仪主机改装后作热导检A2O3和HSM15制备一系列的催化剂样品编号测SKW-110型智能程序控温仪和井式电炉控温为8#U形石英管作反应器,后接3A分子筛脱水,LM按照同样的制备条件载体仍为活性炭仅改204型自动平衡记录仪记录高纯H2,Ar作气源,变活性组分用Ru代替P制得催化剂为11。还原气为H2和Ar的混合气,K(H2):Ar)=1按照金属P和Ru的不同质量比即3:1、1:8还原气流速为50mL/min,升温速率为10K载体为活性炭。总的负载量仍为质量分mine数5.00%(相对于载体而言),制备的条件也不变(即吸附温度为313K吸附时间为6.0h吸附pH2结果与讨论值为2.0还原剂量为理论量的10倍还原温度为21Pd的负载量对催化剂的影响353K还原时pH值为8.0还原时间为2.0h)样对于按照同样的制备条件(吸附温度为313品编号为12*~14#。K吸附时间为60h吸附pH值为2.0还原剂量1*~14"样品的组成及活性数据列于表1。为理论量的10倍还原温度为353K,还原前pH1.2催化剂的评价值为8.0还原时间为2.0h)所得到的不同质量通过实际催化加氢反应来评价催化剂的活分数Pd的催化剂分别测其加氢反应的转化率性产物和反应物用红外光谱分析。加氢反应在所得结果如表1所示。恒温、固定搅拌速率和控制一定的压力条件下进表1催化剂样品的组成和反应转化率行从开始搅拌计时,按时间记录温度和压力值,样品活性号组分m(P):m(Ru)(P)载体转5化率经过固定时间后停止反应。红外检测是在反应停止后,对过滤所得的液0.01活性炭1221活性炭14.20体进行分析计算得到反应产率将产率作为活性活性炭评价参数。活性炭50.4具体的分析评价过程可以参见参考文献77.00活性炭49.20活性炭1.3催化剂的表征中国煤化工.00McM4141.341.3.1催化剂的XRD测定CNMHG.OO HZSM-5 3772对制备好的催化剂样品在未发生反应之前活性碳31.2612 Pd-Ru活性炭48.24进行催化剂的XRD表征,采用荷兰飞利浦公司活性炭PW3040/60型X-衍射仪,CuK作为射线源管压14 Pd-Ru40kV管流40mA扫描速度6°/min。不同质量分数的活性组分P所对应的ⅹRD化工科技第13卷衍射图见图1。当活性组分P的质量分数较低其R的特征峰衍射峰十分明显表明形成了较适时其特征衍射峰基本不眀显。其原因是的质合的晶粒比较而言椰壳炭是较好的载体。量分数较低不能够很好的形成一定均匀大小的晶粒故衍射强度很小形不成特征衍射峰8结合活性数据(见表1)可以看出当P的质量分数比较低时其反应转化率较低,说明金属在载体表面比较弥散不能够很好的形成一定均匀大小的晶粒影响到活性的大小。而随着活性组分P的人10°Maw 9质量分数逐步增加形成的晶粒越来越大而且较为均匀如4#~7#所对应的衍射图所示对应的30405060708090特征衍射峰非常明显其反应转化率比较高。当28/()活性组分P的质量分数在5.00%以下,随着Pd图2同一活性组分不同的载体所对应的XRD图质量分数的增加催化剂的活性提高明显而当活2.3Ru与Pd/C的对比性组分Pd的质量分数高于5.00%时,催化剂的图3所示的是11样品的XRD衍射峰。11活性基本稳定。样品为Ru/CXRD谱上几乎看不到Ru的特征衍射峰,说明金属Ru在载体活性炭上的分布较弥散没有形成较大的晶粒即以非晶态存在的金属Ru较多。而与具有相同负载量的5#样品Pd/C比较5“样品的ⅹRD衍射峰比较明显,说明在活性炭上金属Pd比Ru更易形成合适粒度的晶粒。结合活性数据(见表1)表明Pd/C比Ru/C更适合丙二烯加氬合成顺丙烯磷酸的反应。20/(°)图1不同质量分数的活性组分Pd斯所对应的XRD衍射图2.2不同载体对催化剂选择加氬的影响图2所示的是4种不同载体负载钯催化剂的-WwwwXRD衍射谱。8*~10#样品对应的载体分别是MCM-41、γ-Al2O3和HZSM-5。发现8样品的活性组分P的特征峰相对宽化而且特征峰个数减少30405060708090为3个其原因可能是活性组分与载体的相互作26/()用减弱漫渍过程中形成的晶粒较大负载的金属图3Ru/C和Pd/C的XRD衍射图分散度下降,进而影响到其加氢能力(见表1从9和10°样品的NRD衍射图上几乎分辩不出2.4PdRu比对Pd-Ru/C催化剂选择加氢的影响对于制备所得的不同P/Ru比的P-Ru/C,特征衍射峰其原因可能是活性组分与载体的相对中国煤化工1所示。互作用过强负载的金属分散度变大所形成的晶CNMHG/Ra质量比的催化剂粒太小使催化剂对反应的转化率下降。表明选P山-Ru/C的XRD衍射图。12*、13#、14#样品的活择HZSM5和y-A1O3作为载体负载P制得的催性组分m(P)mn(Ru)分别为3:1、1:1和1:3,载化剂用于该反应不太适合。而对于5样品载体体均为活性椰壳炭。对比XRD衍射图可知对于是椰壳炭泫该催化剂上表现出比较高的活性发现12样品P的质量分数最高所对应的p的特第5期苏运来簿等丙二烯磷酸选择加氢制丙烯磷酸催化剂征衍射峰比较明显对应的活性也相对较高对于P组分的还原更困难。同时可以看岀在载体活性13#样品形成的晶粒大小比较适中,P的特征衍炭表面上不同的活性组分(PHu)发生了相互作射峰和Ru的特征衍射峰(2θ大约为72度)均较用从图4的ⅹRD上也可以看出活性组分和载体明显其活性较为适中洏对于14#样品由于Pd之间也发生了相互作用。的质量分数相对较低所对应的P的特征衍射峰2.5负载对催化剂的孔径结构的影响基本上消失其对应的催化活性也最低C和Pd/C催化剂的吸附等温曲线见图6C和PdC催化剂的孔径分布见图7。由图6和图7可知未负载活性组分的活性炭和负载一定量的M队活性组分的活性炭其孔径的分布没有太大的变awww/wirmdn'l化大部分都集中在1~10m附近。但负载后的4W/43比孔容有了明显的减少,说明活性组分已经均匀的进入孔道内但对活性炭原有的孔结构没有太大的影响同时表明在各种孔道中的内表面上金3040506070809属和载体之间的相互作用较为均匀。8/()图4不同mPd):m(Ru)催化剂PdRu/C的XRD衍射图u(Pd)=5%/C图5所示的是12#~14#样品催化剂的H2-TPR400谱。由图5可以看出随着PL/Ru值的变化,IPR曲线也发生了较明显的变化当P的质量分数较多时P与Ru的质量比为3:1)如12*样品所示其还原峰的形状相对比较规则主要是Pd组分的0.00.20.40.60.8还原峰而少量Ru组分的还原峰包含在包峰的高P/Po温区当P的质量分数减少(Pd与Ru的质量比为图6C和PdC催化剂的吸附等温线1:1)如13样品其还原峰明显分裂为两个较低0.18温区的一个峰应该归属于Pd组分的还原而较高温区的一个峰应该归属于Ru组分的还原当Pd的质量分数再减少时(Pd与Ru的质量比为1:3),即0.1014#样品发现还原峰又变成了一个大包峰它显然0.06主要是Ru组分的还原峰。说明Ru组分的还原比4-△v(Pd)=5%/C····孔径/nm图7C和Pd/C催化剂的孔径分布3中国煤化工CNMHG(1)阳看活性组刀P的质量分数的增加其300400500600700800900催化活性逐步增加,当活性组分P的质量分数高于5.00%时催化剂的活性基本稳定。图5不同mPd):mRu)的催化剂PdRu/C的H2TPR(2)活性组分相同催化活性也不同不同载化工科技第13卷体时催化剂的XRD衍射谱有较大的差异说明不[3]刘惠敏磷霉素的临床应用J辽宁医学杂志,1993)同的载体与活性组分相互的作用不同。(3)Pd/C比Ru/C更适合丙二烯加氢合成顺[4]闫浩林马莉徐威,利用微生物转化法生产磷霉素的研究[J].沈阳药科大学学报995Ax1)32丙烯磷酸的反应。5]石家骥崔福绵葛猛.青霉菌立体选择性环氧化顺丙烯磷4)负载过程对活性炭原有的孔结构没有太酸产生磷霉素J].微生物学报2001(3)4大的影响表明在各种孔道中的内表面上金属和61 C I Sainz-Diaz E G alvez-Ruano, A Hernandez-Laguna et al.sym-载体之间的相互作用较为均匀。hesis, molecular structure and spectroscopical properties ofalkenylphosphonic derivatives. 1. vinyl-, propenyl-,( bro[参考文献]moalkenyl)), an( eyanoalkenyl )phosphonic Compounds[ J ]. Org[1]钟继红伍容华,等磷霉素合理使用的探讨J].华西药学[7]苏运来裴素朋王向宇等.催化合成磷霉素中间体的红外杂志199813(1)60光谱法分杌J]分析测试学报20042x5)为7[2]胡玉玲冯钰绮达世禄.离子交换色谱法分离测定磷霉素[8]钟前则庞先杰钟邦克.多晶ⅹ-射线衍射在催化研究中的的研究J.武汉大学学报(自然科学版),19994(4)03应用J].广州化工1998(4)8Catalysts for selective hydrogenation of 1 22-propadienyl-phosphonicacid to cis-1-propenyl phosphonic acidSU Yun-lai ZHAO Li-hong PEI Su-peng , WANG Xiang-yu WANG Xiao-hongInstitute of Industrial Catalysis, Zhengzhou University Zhengzhou 450052, ChinaAbstract: Phosphonomycin is a new broad antibacterial medicine Six-step reactions are included of the synthesisOne step of them is preparing from 1 2-propadienyl-phosphonic acid to cis-1-propenyl phosphonic acid on carbonsupported palladium. The catalysts were made by immersion method. The relation between the microscopicstructureand the activity was studied. The results show that the crystalline form is different as the different content of the metal and the crystalline form affects the activity of the catalyst. The catalysts that supported on different supports suchactive carbon MCM-41 ,y-Al, O3 and HZsM-5 had different activities. The reasobe that different supportshave different interactions with the metal. Compared studies indicated that higher activity it shows on Ru/C than Ru,C catalyst which is attributed to that Ru is much more disperse on the surface of the carbon than Pd and Ru can notsuitableKey words: Phosphonomycin 1 12-Propadienyl-phosphonic acid icis-1-Propenyl phosphonic acid 'Selective hydrogenation pd/C中国煤化工CNMHG