用于制备N-(D)-脱氧核糖醇基-3，4-二甲基苯胺的催化剂 【技术领域】
本发明涉及加氢催化剂的合成与应用，具体说是用于制备N-(D)-脱氧核糖醇基-3，4-二甲基苯胺的催化剂，它是核黄素(维生素B2)半合成工艺制备重要原料中间体N-(D)-脱氧核糖醇基-3，4-二甲基苯胺(以下简称核糖胺)的加氢催化剂，是一种快速凝固镍-铝-磷-过渡金属多元合金催化剂。
背景技术
核黄素是生命活动过程中不可缺少的维生素之一，对促进生物的生长发育有着重要的作用。N-(D)-脱氧核糖醇基-3，4-二甲基苯胺是化学法合成核黄素的重要中间体，其制备方法是D-核糖与3，4-二甲基苯胺在加氢催化剂，如Raney镍催化剂，或贵金属钯/碳催化剂(如US 4,355,158)存在下进行氢化反应，即可得到核糖胺。加氢催化剂活性的高低直接影响到核糖胺的收率和质量。
目前氢化制取核糖胺是以传统工艺制得的Raney镍作为催化剂，如中国专利CN1122833A与1194262A等，这些传统工艺存在催化剂活性低、用量大、收率低、成本高等问题；在中国专利CN 1194252A中还需大量使用硫酸钠，导致了目的产物核糖胺纯度低、质量差的缺点；而且上述专利都没有对目的产物核糖胺的纯度进行分析，所公开的仅仅是核糖胺粗品收率，尤其是CN 1194252A中公开的收率与核糖胺实际收率(或折纯收率)相差很远，大大偏高。
另外，中国专利CN 1429661A采用在常规冷凝下加入过渡金属钼改性Raney镍催化剂，在加入少量催化剂情况下，核糖胺收率和纯度都有所提高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种用于制备N-(D)-脱氧核糖醇基-3，4-二甲基苯胺的催化剂，可以克服现有技术地不足。本发明利用快速凝固技术得到的合金催化剂具有活性好、收率高，选择性佳、核糖胺质量优，催化剂用量少、生产成本低等优点。
本发明所述的催化剂是包括镍、铝、磷和少量的过渡金属元素通过快速凝固技术得到的多元合金催化剂，其中适用的过渡金属元素为第IV、VI副族或第VIII族过渡金属元素。所述的组分的质量配比是：100∶100∶1～5∶2～20。
本发明所述的催化剂的具体制备步骤是：
1)将计量配比100∶100∶1～5∶2～20(质量比)的镍、铝、磷与第IV、VI副族或第VIII族等过渡金属元素的一种或一种以上加于电弧炉中，先在300℃下抽真空至1Pa，然后向炉内充入氩气至6×104Pa，在1400～1600℃下熔炼得镍-铝-磷-过渡金属多元合金。
2)将得到的多元合金采用真空急冷法进行二次熔炼，急冷条件为铜辊线速度20～30米/秒，喷射压力0.01Mpa，喷射温度900～1100℃。
3)得到的合金按常规的方法，用28％氢氧化钠溶液展开，得到的催化剂保存于纯水中备用。
使用催化剂进行氢化反应的具体步骤是：
1)将3，4-二甲基苯胺溶于95％乙醇中，转移至高压反应釜内，再加入催化剂(催化剂的加入量为D-核糖质量的0.3～0.6倍)、D-核糖量5×10-4～1×10-2倍的硼酸和D-核糖乙醇溶液，然后用氮气置换体系，直到釜内残余空气排净为止。
2)搅拌下，通入氢气并升温，在50℃的温度下保持氢气压力4MPa，氢化反应2小时。
3)氢化反应液趁热过滤，除去催化剂(可反复使用)，加入热水，自然冷却结晶，得到鳞片状白色的核糖胺晶体，过滤，用乙醇洗涤。
4)产物在70～80℃下烘干后，称重，并用高效液相色谱分析，分别计算核糖胺的粗品收率和折纯收率。
所用的D-核糖是葡萄糖发酵液经除杂、脱色、吸附分离精制后制得(CN 00135818.9)。D-核糖采用Waters公司的高效液相色谱仪测定；核糖胺采用Varian公司的高效液相色谱(HPLC)仪测定，流动相为甲醇-水，色谱柱为C18柱。
本发明提供的用于制备N-(D)-脱氧核糖醇基-3，4-二甲基苯胺的催化剂可以克服现有技术的不足，本发明是一种行之有效的制备核糖胺的催化剂。该催化剂具有制备工艺简便，成本低，活性好，收率高，选择性强，产品质量优良等优点。
本发明的突出的实质性的特点和积极效果可从下述实施例中得以体现，但是它们并不是对本发明作任何限制。
【具体实施方式】
实施例1
按本发明提供的方法制备催化剂：
(1)将100克镍粉，100克铝粉，3克磷粉，5克铁粉加于电弧炉中，先在300℃抽真空至1Pa，然后向炉内充入氩气至6×104Pa，在1500℃下熔炼得到镍-铝-磷-铁多元合金。
(2)将得到的多元合金在高频感应炉中采用真空急冷法进行二次熔炼，得到镍-铝-磷-铁多元合金带；急冷条件：铜辊线速度20～30米/秒，氩气喷射压力0.01Mpa，喷射温度1100℃。
(3)烧瓶中加入28％NaOH溶液148ml，再将30g快速凝固镍-铝-磷-铁合金加入其中，在90℃下反应2小时，用倾泻法除去上部清夜，用水洗涤至中性，得到的催化剂A保存于纯水中待用。
按本发明提供的方法进行氢化反应制备核糖胺：
3.4g 3，4-二甲基苯胺溶于15ml 95％乙醇中，转移至高压反应釜内，再加入2.0g催化剂A(湿重，下同)，15mg硼酸，按发明人在中国专利(申请号：00135818.9)中提供方法获得的D-核糖乙醇溶液55ml(含D-核糖3.975g)，用氮气置换釜内空气后，搅拌，升温至30℃，保温30min，继续升温至50℃，在氢压4Mpa的条件下，氢化反应2小时。
反应液趁热过滤除去催化剂，加入80℃水100ml，冷却结晶，得到白色鳞片状核糖胺晶体。过滤，用乙醇洗涤。
产物用红外灯烘干，得核糖胺粗品6.3g，HPLC法纯度99.2％，核糖胺粗品收率、折纯收率分别为92.6％、91.9％(以D-核糖计，下同)。
对照例1
方法同实施例1，但改用2.0g末经改性的Raney镍催化剂，其他条件均不变，得核糖胺粗产品4.8g，HPLC法纯度99.0％，核糖胺的粗品收率、折纯收率分别为71.1％、70.4％。
实施例2～4
方法同实施例1，将过渡金属铁分别改为钛、钨或钼，质量改为2克，其他条件均不变。得到结果如表1所示：
表1快速凝固Ni-Al基合金催化剂氢化结果 催化剂 组成 核糖胺收率(％) 粗品 折纯 B Ni-Al-P-Ti 90.2 89.3 C Ni-Al-P-W 89.3 88.6 D Ni-Al-P-Mo 89.8 88.8
实施例5
方法同实施例1，催化剂A用量改为1.5g，其他条件均不变，得核糖胺粗品5.6g，HPLC法纯度99.0％，核糖胺的粗品收率、折纯收率分别为82.3％、81.5％。
实施例6
方法同实施例1，催化剂A用量为4.0g，D-核糖改用未经按发明人在CN 00135818.9中提供的方法纯化、而采用目前国内半合成核黄素生产的葡萄糖发酵液提取工艺，经活性炭脱色，树脂去除阴、阳离子，乙醇沉降后获得的7.5g/100ml浓度的D-核糖乙醇溶液53ml(含核糖3.975g)，其他条件均不变，得核糖胺粗品5.6g，HPLC法纯度98.6％，核糖胺粗品收率、折纯收率分别为82.4％、81.2％。
对照例2
方法同实施例6，但改用4.0g未经改性的Raney镍催化剂，其他条件均不变。得核糖胺粗产品4.8g，HPLC法纯度98.2％，核糖胺的粗品收率、折纯收率分别为71.1％、69.8％。
由上结果可知：
1.在催化加氢制取核糖胺时，本发明的快速凝固Ni-Al基合金催化剂的用量少，以催化剂A为例，催化剂用量少于D-核糖量，即催化剂：D-核糖＝0.5(质量比)时，核糖胺折纯收率便高达91.9％，高于传统的Raney催化剂20个百分点；即使发酵液未经进一步纯化，以此含杂质较多的D-核糖为原料，其它所有的条件均固定，采用催化剂A作为加氢反应催化剂，核糖胺折纯收率仍高于传统的Raney催化剂11个百分点。
2.本发明的快速凝固Ni-Al基合金催化剂性能明显优于现有专利报道的催化剂，比较如表2：
表2 制备N-(D)-脱氧核糖醇基-3，4-二甲基苯胺的催化剂性能比较 催化剂催化剂/D-核糖(质量比)核糖胺含量(％) 核糖胺收率(％) 备注 粗品 折纯 本发明 0.5 ＞99 92.6 91.9 按CN 00135818.9工艺净化核糖 0.375 ＞99 82.3 81.5 按CN 00135818.9工艺净化核糖 1 ＞98 82.4 81.2 传统工艺净化核糖 CN 1429661A 0.5 ＞99 88.9 88.4 按CN 00135818.9工艺净化核糖 CN 1122833A 1.7 未测 72.2 - 按CN 1122833A工艺净化核糖 CN 1194262A 1.1 未测 90.2** ～50** 按CN 1194262A工艺净化核糖
** 本发明按该专利制备核糖胺，粗品收率均在90％以上，但用HPLC测定其纯度，因，其中混有大量硫酸钠，核糖胺含量不稳定，其值仅为50～60％，故核糖胺折纯收率只有50％上下。