[发明专利]一种18O-晶体乙醛酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，尤其是涉及一种¹⁸O-晶体乙醛酸的制备方法。

背景技术

自然界中氧(O)元素有¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O三种稳定性同位素，质量数分别是16、17、18，天然丰度分别为99.76％、0.036％、0.204％。¹⁸O作为一种稳定性同位素，主要应用是利用同位素示踪技术，应用于生物体代谢、药物合成步骤控制、环境科学和水文地质学、化学链特性和化学反应机理、核医学诊断等方面的研究。重氧水(H₂¹⁸O)分子量20.0，其化学性质与普通水完全相同，是较为常见的易保存的含¹⁸O的物质。

乙醛酸(HOCCOOH)又称水合乙醛酸，氧代乙酸，是最简单的醛酸。乙醛酸的分子中既有羧基又有醛基，其化学性质非常活泼，是一种重要的化工原料和有机合成中间体，也广泛应用于香料、香精、医药、农药等行业。晶体型乙醛酸根据带结晶水不同有三种形式：不带结晶水乙醛酸(HOCCOOH)，是单斜结晶体，熔点98℃；带半个结晶水乙醛酸(HOCCOOH·1/2H₂O)，是无色柱状结晶，熔点为70～75℃；带一个结晶水乙醛酸(HOCCOOH·H₂O)，熔点50～52℃。晶体型乙醛酸都有令人讨厌的味道，是一种强腐蚀性酸，易潮解，暴露在空气中可形成浆状。

由于乙醛酸的特殊性质，¹⁸O标记的乙醛酸晶体可以用于医药、生物、化学等方面的研究，具有较广阔的前景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单、易操作、能耗少、产品纯度高、¹⁸O损失少的丰度范围为1％～99％、纯度为70％～99.9％的¹⁸O-晶体乙醛酸的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种¹⁸O-晶体乙醛酸的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将普通晶体乙醛酸加入氢氧化钠重氧水溶液中重结晶，得到纯化后的晶体乙醛酸；

(2)将纯化后的晶体乙醛酸与重氧水放入反应釜内进行氧同位素的交换反应，反应釜内填充保护气，反应温度控制在20～80℃，为加快反应，可以辅以搅拌，反应时间为0.5～3天，晶体乙醛酸与重氧水的摩尔比例控制在1：5～1:100，得到¹⁸O-乙醛酸重氧水溶液；氧同位素交换反应化学方程式为：C₂H₂¹⁶O₃+H₂¹⁸O→C₂H₂¹⁸O₃+H₂¹⁶O；

(3)反应结束后，减压蒸馏浓缩结晶，得到¹⁸O-晶体乙醛酸，同时回收蒸发的重氧水；

(4)重复进行步骤(2)与步骤(3)得到更高丰度¹⁸O-晶体乙醛酸。

步骤(4)制得的¹⁸O-晶体乙醛酸丰度为1％～99％，优选为50％～99％，纯度为70％～99.9％。

步骤(4)制得的¹⁸O-晶体乙醛酸以一水乙醛酸、无水乙醛酸或半结晶水乙醛酸的形态存在。

步骤(1)中所述的普通晶体乙醛酸中¹⁸O为天然丰度(0.204％)，纯度为70％～99.9％，以一水乙醛酸、无水乙醛酸或半结晶水乙醛酸的形态存在。

步骤(1)中进行重结晶的方法具体为：

(a)将普通晶体乙醛酸、少量氢氧化钠重氧水溶液放入反应釜中反应，反应釜填充保护气，温度控制在15～40℃，反应时间在10～60分钟，晶体乙醛酸与氢氧化钠摩尔比例为1000：(1～10)，氢氧化钠重氧水溶液摩尔浓度为1～5mol/L；

(b)反应后抽真空减压蒸馏浓缩，温度范围在45～55℃，压力真空度在20-95KPa，待液体浓缩到原溶液体积的15％-60％时迅速将温度降低至5至-5℃，然后保温结晶1-3小时，固液分离后，取固态物放入有保护气填充的干燥箱内干燥，获得纯化后的晶体乙醛酸。步骤(1)中涉及的主要反应是乙二醛与氢氧化钠水溶液的歧化反应、盐酸与氢氧化钠的中和反应等。