蒋丽容，郎春燕，陈小平

(1．成都理工大学，四川 成都 610000 ；2．广东石油化工学院工业催化研究所，广东 茂名 525000)

氯化2-羟乙基三甲基胺或2-羟乙基-三甲基氯化胆碱又称氯化胆碱,属维生素B族(VB4)类药物，可用于治疗脂肪肝和肝硬化，同时也是一种优良饲料营养添加剂[1]。氯化胆碱的工业合成路线主要有两条：氯乙醇路线和环氧乙烷(EO)路线。氯乙醇路线[2-4]是在常温常压下进行，反应速率慢，产率较低，升高温度虽可提高产率，但反应过程易释放带鱼腥味的三甲胺，影响环境，同时产品易残留有毒副产物氯乙醇，从而影响氯化胆碱质量。相比之下，环氧乙烷路线[5-6]，虽反应条件相对苛刻，但工艺操作简单，反应活性高,反应速度快，且产物收率高，国内外大多数厂家均采用环氧乙烷法合成氯化胆碱。传统的环氧乙烷工艺采用NaOH、KOH或季铵盐作催化剂，这类碱性催化剂与反应液呈均相混合，难以分离回收，且对生产设备也易造成腐蚀。

石荣铭等[7]曾研究了以氯乙醇和三甲胺为原料，阴离子交换树脂为催化剂合成氯化胆碱的方法，但该方法目前仅限于理论研究。笔者在现有氯化胆碱生产工艺的基础上，以盐酸、三甲胺和环氧乙烷为原料，选用717强碱阴离子交换树脂为催化剂合成氯化胆碱，并在小试的基础上进行了中试，解决了产物和催化剂难分离的问题，且催化剂可重复使用。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

100 mL高压反应釜，10 MPa，中国红旗仪表公司。

EO、三甲胺水溶液(质量分数33%)、雷氏盐，国药集团化学试剂有限公司；甲醇，天津市光复精细化工研究所；201×7(717)强碱性阴离子交换树脂，广州金美时树脂化工有限公司；213强碱阴离子交换树脂，鑫光化工有限公司；D201、D213大孔阴离子交换树脂，上海汇珠树脂有限公司；浓盐酸(质量分数36%)、氢氧化钠、次甲基蓝、甲基红、分析纯；实验用水为高纯水。

1.2 实验方法

1.2.1阴离子交换树脂的活化

取一定量717强碱阴离子交换树脂于离子交换柱中，用去离子水冲洗至排水澄清，加入2倍量的去离子水浸泡20 h，使树脂充分膨胀，再用去离子水冲洗至澄清；用2倍量的4%(质量分数)HCl溶液浸泡树脂2 h后，倒去酸液，用去离子水冲洗至中性；然后用2倍量的4%(质量分数)NaOH溶液浸泡树脂2 h，倒去碱液，用去离子水冲洗至中性；如此反复两次以上。树脂过滤，将其置于40 ℃以下的真空干燥箱中20 h烘干，转入密闭塑料袋，放入干燥器备用。

1.2.2盐酸三甲胺的合成

将装有电动搅拌器、温度计、和恒压滴液漏斗的三口烧瓶置于冰水浴中，加入定量的浓盐酸，搅拌下慢慢滴加三甲胺水溶液，控制反应温度不超过30 ℃，反应完成后滴加三甲胺水溶液调节溶液pH值为3～4，得质量分数约30%的盐酸三甲胺溶液。

1.2.3氯化胆碱的合成及测定

将一定量活化树脂放入高压反应釜，依次加入一定量EO和盐酸三甲胺溶液，关闭反应釜。迅速升温至所需温度，数小时后停止反应。反应结束后，迅速冷却至室温，打开反应釜。用稀盐酸将pH值调至7左右，减压过滤去除树脂，将滤液转入50 mL单口磨口烧瓶内，减压蒸干，得氯化胆碱固体，用无水乙醇进行重结晶。将氯化胆碱固体在105 ℃烘干至恒重,称量，m.p:238～240 ℃(文献值240 ℃)。

1.3 分析方法

氯化胆碱采用红外光谱 (Nicolet6700) KBr压片法进行表征，其定量分析采用雷氏盐重量法[8]进行测定。杂质三甲胺采用ShimaDzu QP-2100Plus型气相色谱-质谱联用仪对其进行定性和定量，HP-5毛细管色谱柱(0.5 μm×30 m),柱温40 ℃，进样温度100 ℃，程序升温。

2 结果与讨论

2.1 催化剂的选择

称取一系列碱性催化剂，固定其他试验条件，考察不同碱性催化剂对EO法制备氯化胆碱的影响，结果如表1所示。

表1 不同催化剂对合成氯化胆碱的影响

从表1可以看出：在由EO和盐酸三甲胺合成氯化胆碱的过程中，不使用催化剂，反应也能进行,但转化率相对较低。以氯化胆碱自身为催化剂时，转化率有所提高，但选择性反而降低，与文献[5]报道结果一致。无机碱催化剂NaOH、KOH等在EO合成氯化胆碱的反应中，活性较高，EO的转化率和氯化胆碱的选择性分别可高达96.3%和95.5%。而以强碱阴离子交换树脂为催化剂时，转化率和选择性也有一定程度的提高，其中以717强碱阴离子交换树脂的催化活性最高，反应90 min后，转化率和选择性分别高达99.5%和98.2%。虽然以NaOH、KOH或季铵盐等无机碱作为催化剂催化氯化胆碱的合成，也能取得很好的收率，但这类催化剂对设备具有很强的腐蚀性且反应液后处理较繁琐，而强碱阴离子交换树脂催化剂只需过滤就可实现产物与催化剂分离，且能循环使用和再生。因此，采用717强碱阴离子交换树脂为催化剂完成小试和中试。

2.2 催化剂用量对收率的影响

分别量取定量EO和盐酸三甲胺溶液，控制EO和盐酸三甲胺的摩尔配比为1.1∶1，保持30 ℃反应2 h，考察催化剂用量(树脂占EO和盐酸三甲胺总质量分数)对氯化胆碱收率的影响，结果如图1所示。

图1 催化剂用量对合成氯化胆碱的影响

从图1可以看出：随着催化剂用量增加，氯化胆碱的选择性逐渐增加，催化剂用量大于5%时，氯化胆碱选择性维持在97.0%左右。同样，随着催化剂用量的增加，EO的转化率也呈现先增加后维持几乎不变的趋势。催化剂用量过低，导致反应的碱量不足，所以氯化胆碱的收率较低。催化剂用量过大，对反应液的催化作用不明显。因此，从成本角度考虑，合成氯化胆碱的最佳树脂催化剂量为5%。

2.3 EO与盐酸三甲胺的摩尔比对收率的影响

称取定量活化的树脂催化剂，加入定量盐酸三甲胺溶液，保持反应温度30 ℃，反应时间为2 h，考察EO与盐酸三甲胺的摩尔比对氯化胆碱收率的影响，结果见图2。由图2可见：EO与盐酸三甲胺的摩尔比对氯化胆碱的合成具有明显的作用。当EO与盐酸三甲胺的摩尔比低于1.1时，氯化胆碱产物的选择性和EO的转化率随着原料配比的增大而增大；而当EO与盐酸三甲胺的摩尔比高于1.1时，氯化胆碱的收率达到最大，随后几乎保持不变。由于该合成反应是等摩尔反应，同时EO为易挥发化学品，所以原料EO投料量应略高于盐酸三甲胺的量，本工艺选择最佳原料摩尔比为1.1。

图2 原料配比对合成氯化胆碱的影响

2.4 反应温度对收率的影响

保持反应时间为2 h，考察反应温度对合成氯化胆碱的影响，结果如图3所示。

图3 反应温度对合成氯化胆碱的影响

从图3可以看出：反应温度低于35 ℃时，随着反应温度的升高，氯化胆碱的选择性和环氧乙烷的转化率均不断增加。反应温度高于40 ℃时，氯化胆碱的选择性、EO的转化率均明显降低。升高温度有利于反应活性分子的快速运动，加快反应速率，但反应温度太高，降低了反应区的EO浓度，从而降低了EO的转化率和氯化胆碱的选择性。同时，温度过高会增大副反应的几率,从而影响EO的转化率和氯化胆碱的选择性，收率下降。因此合成氯化胆碱的最佳温度为35 ℃。

2.5 反应时间对收率的影响

保持EO和盐酸三甲胺的摩尔比1.1∶1，反应温度35 ℃，考察不同的反应时间对合成氯化胆碱的影响，结果见图4。由图4可看出：反应时间对氯化胆碱的合成存在显著影响。随着反应时间的增长，氯化胆碱选择性和EO的转化率先增大后减小，反应时间在60～120 min内，氯化胆碱的选择性维持在98.2%左右；反应时间为90 min时，EO的转化率有最大值。随着反应时间的增长，反应的副产物种类逐渐增加，氯化胆碱的收率降低，同时也增加能源的消耗。所以合成氯化胆碱的最佳反应时间为1.5 h。

图4 反应时间对合成氯化胆碱的影响

2.6 催化剂的重复利用

在最佳反应条件下，重复使用717强碱阴离子交换树脂催化剂进行10次试验，氯化胆碱的收率均高于93%。这表明该催化剂具有良好的耐水冲刷性和稳定性。

2.7 平行实验结果

在最佳反应条件下，进行5次平行实验，结果见表2。由表2结果看出：在最佳反应条件下，以717强碱阴离子交换树脂为催化剂催化EO与盐酸三甲胺反应合成氯化胆碱，氯化胆碱的收率均在98%以上，与文献[5]相比，收率有一定提高。

表2 平行实验结果

3 结 论

a.以717型强碱阴离子交换树脂为催化剂，采用EO与盐酸三甲胺合成氯化胆碱的最佳条件为：催化剂质量分数为5%，EO与盐酸三甲胺摩尔比为1.1∶1，反应温度为35 ℃，反应时间为1.5 h。在最佳实验条件下，氯化胆碱收率≥98%。

b.树脂催化EO合成氯化胆碱的工艺条件及后处理操作简单，反应快、收率高、成本低、环境污染小，催化剂可重复使用和再生。

参 考 文 献

[1] 徐淑倩，李跃，刘树年，等．氯化胆碱的市场前景[J]．饲料广角，2007，10：16-17．

[2] 刘春玲，周微微，杨玉波，等．复合固体碱催化合成氯化胆碱[J]．吉林师范大学学报，2010，5(2)：111-112．

[3] 朱亚伟，周斌．氯化胆碱合成新工艺[J]．化工生产与技术，2003，10(5)：15-17．

[4] 罗曼，姜丽，隋长青．PVC吸附二乙烯三胺催化剂合成氯化胆碱[J]．化学工程师，2009，160(1)：59-64．

[5] 陈瑞瑞，袁存光．氯化胆碱的绿色合成[J]．现代化工，2012，32(2):59-61．

[6] Roman A K,Valery F S,Mikhail G M.A kinetic model of the choline chloride synthesis[J].Organic Process Research & Development,1999,3(5):357-362.

[7] 石荣铭，杨定明，王兴明，等.离子交换树脂催化剂法合成氯化胆碱新工艺的研究[J].西南工学院学报，2000，15(1)：41-45.

[8] HG/T 2941-2004，饲料级氯化胆碱[S]．