毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.富马酸概述

富马酸（fumaric acid），又名反丁烯二酸、延胡索酸，最早从延胡索中发现。富马酸分子式为C₄H₄O₄，分子量为116.07，结构如图1所示，与顺丁烯二酸互为几何异构体。常温常压下，富马酸为白色结晶状粉末，有水果酸味，密度1.625 kg/m³，熔点286 ℃，290 ℃会发生分解^[1]，加热至300 ℃易失水生成顺酐。富马酸在水中的解离常数如下：PK₁=3.02，PK₂=4.38，PK_I=3.70^[2]。

图1. 富马酸分子结构

富马酸是一种重要的化工原料，广泛应用于食品、化工、医药、涂料、树脂等领域：工业级的富马酸可生产不饱和聚酯树脂，这类树脂耐化学腐蚀性、耐热性较好；纯度为99%的食品级富马酸是一种口味纯正的酸味剂，可用作饮料、酒类、糕点以及腌菜等的酸味剂，并起着食品防腐剂、抗氧化剂和pH调节剂的作用^[3]；其与碳酸钠反应制备的富马酸钠是一种食品添加剂的风味增强剂^[4]；药用富马酸可制成解毒药二巯基丁二酸钠等；而饲料级富马酸及其酸类能提高饲料中有机物质的吸收率和生物学利用率，减少机体能量消耗，所以还具有促进增重等作用^[5]。

富马酸作为一种四碳平台化合物，可进一步合成多种高价值衍生物。在天冬氨酸酶的催化下，富马酸可与氨水发生氨化反应生成天冬氨酸，在高温高压下富马酸可发生水合反应生成DL-苹果酸。富马酸和醇类在硫酸催化剂的作用下进行酯化反应可生成富马酸酯。而富马酸钠与硫酸亚铁的置换产物富马酸亚铁已广泛应用于医学上治疗人体的小红血球贫血病，其他应用于医，药领域的富马酸衍生物还有富马酸奎地平，富马酸酮替芬，富马酸氯马斯汀片等 ^[6-9]。

2. 发酵法生产富马酸的必然性与局限性

目前市面上所售富马酸多为化学法合成，主要有顺酐异构法和糠醛氧化法两种。糠醛氧化法是以糠醛为原料在五氧化钒的作用下发生开环反应得到富马酸，关共凑等以糠醛为原料，氯酸钾为氧化剂，在105℃搅拌回流4 h，富马酸的产率达82%^[10]。顺酐异构法是以石油基的顺酐为原料，经冷却、切换、冷凝、洗涤后变成质量浓度为25%左右的马来酸水溶液，在化学催化剂（如溴氧化剂等）的作用下发生异构生成富马酸，利用富马酸在水中的溶解度小于马来酸的特性，经冷却、漂洗、烘干，得到富马酸纯品 ^[11]。该工艺是目前工业上生产富马酸的主流技术。苏秋芳等以顺酐为原料，以KBr为催化剂，在H₂SO₄存在的条件下，回流反应60 min，富马酸的产率大于93%^[12]。

随着化石资源的不断消耗，化学法合成富马酸所面临的最大的问题是原料的短缺、生产成本的提高，再加上反应条件苛刻、催化毒性大、环境污染严重，化学法制备富马酸受到严峻的挑战。微生物发酵法生产富马酸由于原料可再生，过程温和，环境污染小而越来越受到人们的关注。