乳清酸是维生素B13,化学名为1,2,3,6-四氢-2,6-二氧代-4-嘧啶羧酸,是一种营养药,在保肝、抗肿瘤、抗病毒、促进细胞代谢等方面具有重要的作用;乳清酸还是嘧啶类化合物的前体,在药物合成上有很重要的应用;近几年也有学者发现乳清酸可以抗衰老,增加细胞的代谢能力,所以乳清酸还用在化妆品和饮品领域。所以乳清酸是一种应用前景广阔产品,研究其工艺优化具有重要的实际意义。本文以马来酸酐、尿素和溴素为主要原料,经缩合、溴化环合、消除酸化和精制等四步操作合成了乳清酸。通过工艺研究得到了合成乳清酸的适宜的工艺条件。第一步缩合反应中,以马来酸酐和尿素为原料,以冰乙酸为溶剂合成了马来酰脲。通过分析合成马来酰脲的反应机理,开发了质子酸催化的方法。优化后的合成马来酰脲的反应条件为:催化剂对甲苯磺酸用量为马来酸酐的0.25%(wt),摩尔比n(马来酸酐):n(尿素)为1.0:1.3,反应时间为4 h,反应温度为45℃,在此条件下套用溶剂冰乙酸,马来酰脲的平均收率为95.7%,纯度为99.8%,乙酸的消耗量降低了41.0%。第二步溴化环合以马来酰脲和溴素为原料,经过溴化和环合反应得到溴化物。本文通过加入氢氧化钠使得反应溶液为均相。优化的合成溴化物的适宜条件为:摩尔比n(马来酰脲):n(溴素):n(氢氧化钠)为1.0:1.1:1.1,依次加入马来酰脲47.9 g(0.3 mol),蒸馏水80.0 g和氢氧化钠13.2 g;0℃快速加入溴素,每0.5 h升1℃,14℃反应4h,之后每0.5h升1℃升温至18℃,18℃保温1h,总反应时间为14 h,在此条件下溴化物的收率提高至91.8%,纯度提高至97.2%。第三步消除酸化以溴化物、氢氧化钠和盐酸为原料,经消除酸化反应得到粗品乳清酸。优化后的反应条件为:摩尔比为n(溴化物):n(氢氧化钠)=1.0:4.6,依次加入蒸馏水68.3 g,30%氢氧化钠78.0 g,调氢氧化钠浓度为16.0%,分5批加入30.0 g溴化物,迅速升温至80℃,反应1.5 h,之后降温至25℃,加入98.3 g 30%盐酸,反应1h,得到粗乳清酸,收率为88.1%,纯度为97.6%。本文尝试了将溴化环合和消除酸化两步操作合二为一的“一锅法”工艺。“一锅法”的操作为马来酰脲的投料量为22.5 g,溴化环合与上述优化后的方法相同;消除酸化过程中,用98.4 g 30%氢氧化钠和40.0g蒸馏水配制16.8%的氢氧化钠溶液,于18℃分批加入溴化反应液,搅拌15 min后快速升温至80℃,反应1.5 h,降温至25℃,加95.8 g 30%的盐酸酸化,反应1 h,抽滤得到乳清酸粗品。“一锅法”的乳清酸粗品收率为93.5%,纯度为96.9%。收率较分步法提高了12.6%,而且废水量降低了23.4%,纯度上无明显差别。第四步采用碱溶酸析法法对粗品乳清酸进行精制。优化后的操作条件为:摩尔比n(乳清酸):n(氨水):n(30%盐酸)为1.0:2.5:2.8,依次加入粗品乳清酸10.0 g(0.06 mol),蒸馏水110.0 g,升温至80℃后加入25%氨水,1.5 g活性炭,100℃搅拌45 min后趁热抽滤,滤液迅速升温至100℃,加入30%盐酸酸化,慢慢降温析出乳清酸晶体,抽滤干燥得到产品。优化后的收率达到90.1%,纯度99.9%,废水量降低了30.3%。优化后整体反应收率提高至69.7%。采用“一锅法”工艺路线的收率提高至80.6%。