工業母液中回收N-羥基丁二酰亞胺的研究

      N-羥基丁二酰亞胺簡稱NHS或HOSU，是一種含氮雜環類化合物，在藥物領域有著**的應用。常用于制備活性酯，如芐基-N-丁二酰亞胺碳酸酯，9-芴甲?；?N-丁二酰亞胺碳酸酯等，它們用于多肽的合成可以防止氨基酸或多肽發生外消旋。但是，在多肽的合成中使用的這些活性酯在反應以后又返回到NHS而存在于水相反應廢液中含量約為1.5-3kg/100L。目前這些廢水中含有的NHS均沒有回收，每年這些大量的NHS都被浪費了，也給廢水處理增加了負擔。NHS在廢水中沒有回收的原因是因為缺少合適的回收方法，雖然NHS的用量每年在上升，但并很少有文獻報道NHS在這些多肽合成廢水中的回收方法。

     可逆絡合反應萃取分離，又稱絡合萃取法，是指溶液中待分離的物質與含有絡合劑的萃取體系通過物理過程混合在一起，然后絡合劑與待分離物質反應通過化學作用結合在一起，使其從原溶液轉移到萃取相中實現分離的目的。然后通過溫度、pH值等的變化，逆向萃取溶質回收，實現萃取劑的循環再生。但是若待分離的溶質極性較大時，其絡合萃取的機理會很復雜。絡合劑與待分離物質之間、絡合劑分子之間、絡合劑與稀釋劑之間、絡合劑與水分子之間都可能出現氫鍵的作用，這也是萃合物的組成很復雜。而且萃取分離過程中由于溶質、萃取劑、稀釋劑都是有機化合物，它們所擁有的特殊官能團會帶來誘導效應、共軛效應、空間位阻效應等都可以影響萃合物成鍵。

     絡合萃取分離適用的對象主要有下列幾個特征：

①待分離物質含有路易斯堿或路易斯酸官能團的極性有機物，如有機梭酸、有機磺酸、酚類、有機胺類、醇類等可以和絡合劑發生反應。

②分離體系為稀溶液，即一般待分離物質的濃度小于5%，此時絡合萃取可達到一個相對較高的分配系數。

③待分離物質有極強的親水性，在水中有較小活度系數，親油性差。絡合劑與溶質之間的絡合作用能給溶質提供低的有機相活度系數，使分配系數達到較高數值分配得以完成。

④待分離溶質的揮發性低不能通過蒸汽提餾分離。

     胺類萃取劑可以看作是氨的烷基取代物。烷基依次取代氨分子里的三個氫，生成三種不同的胺作為萃取劑(伯胺、仲胺、叔胺、季銨鹽)。用于萃取劑的有機胺分子量一般為250-600，分子量小于250的烷基胺易溶于水，而分子量大于600的烷基胺是固體狀態，而且通常難溶于有機溶劑，而且偶爾出現分相困難的情況。

叔胺類萃取劑有伯胺、仲胺、叔胺三種。伯胺、仲胺一般不用作萃取劑，由于伯胺仲胺中的基團-NH:或=NH具有較高的親水性，所以在水中的溶解度比等量級的叔胺大。但是含有很多支鏈的伯胺、仲胺的水溶性比較差可用作萃取劑。雖然胺類萃取劑的發展較晚，但是胺類萃取劑的選擇性好、穩定性強，能用于多種體系的萃取分離。

     考慮到NHS具有弱酸性質，而不少文獻報道了從水溶液中成功提取有機酸的研究。參考有關文獻，針對NHS水溶液的特點，本文建立了以三辛胺(TOA)為絡合劑萃取分離的方法，研究了幾種稀釋劑，考察油水兩相體積比、萃取溫度、鹽析劑等工藝條件對萃取過程的影響以及多級錯流萃取下的萃取率，討論了相應的萃取機理，根據絡合萃取過程的數學模型，對25℃下NHS在油水兩相中的萃取相平衡實驗數據進行模擬，模擬結果與實驗數據吻合，研究結果可為工業萃取分離提取NHS的裝置和操作提供理論基礎和設計數據。

     萃取實驗在帶夾套保溫的500mL燒杯和250mL分液漏斗中進行，采用超級恒溫槽(河南予華儀器)控制溫度，溫度變化范圍為士0.10℃。

     實驗中，根據研究內容配制一定濃度的含有NHS的水相和含有萃取劑TOA的有機相，通常取20mL水相和相應體積的有機相于1 00mL燒杯中，將此100mL小燒杯置于夾套保溫的500mL大燒杯中控制溫度，為保證傳熱速度，大燒杯中預先放置少量水作為水浴。在100mL小燒杯中預先置有一磁力攪拌子，用磁力攪拌器攪拌0.5hr，保證其中的水相和有機相完全混合，攪拌完畢，將小燒杯中兩相一同轉移到帶保溫夾套的250mL的分液漏斗中，靜置15min以上，等水相和有機相完全分離。分別量取兩相體積，取水相樣品5mL，并用電位滴定法滴定水相中的NHS的濃度，然后依據物料衡算的方法求得有機相中NHS的濃度。

對負載NHS的萃取相及稀釋劑(正丁醇)萃取相與空白萃取相，分別用Nicolet 6700紅外光譜儀測定它們的紅外光譜圖，根據譜圖它們各自特征峰的情況，分析三辛胺與NHS之間的作用機制。

       本章針對含低濃度NHS廢水的特點，通過對不同萃取體系的考察，選擇以三辛胺為萃取劑，正丁醇為稀釋劑的萃取體系，且三辛胺：正丁醇(v/v ) =22.5 : 77.5為**。實驗研究了相比(有機相水相體積比)、萃取溫度對NHS在油水兩相分配系數的影響。詳細分析了鹽析對NHS分配作用的機理，并測出了兩級錯流萃取為**的萃取級數。通過對不同萃取相的紅外光譜圖，研究了三辛胺與NHS締合作用機理，采用質量作用定律的方法，建立了NHS與三辛胺界面反應的絡合萃取模型，并用*小二乘法得到了模型參數。并通過25℃下不同濃度的NHS在油水兩相中的分配對此模型檢測，結果發現：分配系數的實驗值與計算值十分吻合。

N-羥基丁二酰亞胺(NHS )**應用于多肽合成工業，目前已經實現了工業化生產。中國是世界上NHS*主要的生產國，國內NHS的生產方法通常采用趙紅亮研究開發的方法。主要以硫酸羥胺和丁二酸酐為原料。

     NHS的熔點為95-98℃，NHS合成的**一步脫水反應一般控制在125-130℃之間，真空度在0.09MPa以上，當體系中不再有水產生，反應結束。體系溫度高于NHS的熔點，此時NHS呈液態，**在體系中加入正丁醇，利用50℃以上NHS全溶于正丁醇而硫酸鈉難溶于正丁醇的特性，除去反應中產生的硫酸鈉固體，此后將正丁醇-NHS溶液冷卻到100C以下，離心分離析出的NHS，得到了NHS的粗品，NHS粗品采用乙酸乙酯精制后，即可獲得商品NHS。

     但是，依據目前NHS的工業生產情況，NHS的收率約為60%左右，分析NHS生產過程，導致其收率不高主要有多方面的原因。其中之一是在離心分離粗品NHS時，大量正丁醇母液挾帶在固體濾餅中間。這部分正丁醇母液在**的洗滌階段，用乙酸乙酯進行洗滌，不但除去了NHS粗品中如丁二酸之類的雜質，也可以除掉正丁醇，以免挾帶的正丁醇在精制過程中進入乙酸乙酯循環母液而影響NHS的精制。為了保證生產NHS的質量，生產中往往采用較多的乙酸乙酯來洗滌NHS粗品。生產廠家不得不重視這些正丁醇-NHS母液的處理方式。這部分NHS-正丁醇-乙酸乙酯母液*簡單的處理方式是交由三廢處理公司進行燃燒處理，但產生的處理費用也不少。從環保與經濟角度來看，如果可以有效分離上述廢液中的NHS，同時將正丁醇與乙酸乙酯采用精餾的方式進行分離，就可以減少三廢的數量為生產廠家帶來可觀的經濟效益。