第50卷第2期2021年2月
当代化工
Contemporary Chemical Industry
V〇1.50, No.2
February, 2021
乙二胺四乙酸二酐的合成影响因素探究
及HPLC检测方法的建立
武强，王源升
(海军丨：程大学基础部.武汉4300B)
摘要：采用H T A和乙酸酐反应合成乙二胺四乙酸二酐（EDTAI))的制备方法，使用三乙胺作为新型化学催化剂和反应溶剂，探究了EUTAU的关键合成影响因素，最终确认该合成方法丨：艺简单、安全低毒且化 学反应收率高；同时建、了快速准确定KDTAD纯度的高效液相谱（HPLC )检测方法，为进一步指导制
reaction研究备 与加I:，成型各类吸附材料，根据需求调控材料结构与性能提供了研究基础。
关键词：乙二胺四乙酸二酐；苯甲醇；合成；HPLCif法
中图分类号：0622.5 文献标识码：A文章编号：1671-0460(2021) 02-0281-06
Synthesis and Characterization of Ethylenediaminetetraacetic Dianhydride
WU Qiang, WANG Yucm-sheng
(Naval University of Engineering Department of Basic Courses, Wuhan 430033, China)
Abstract: Using the preparation method of ethylenediaminetetraacetic dianhydride(EDTAD) through EDTA ethylenediamine tetraacetic acid and acetic anhydride reaction, with triethylamine as a new type of chemical solvent and catalyst, the key influence factors of EDTAD synthesis were explored, it was finally confirmed that the synthesis process was simple, safe and low toxic and had high chemical reaction yield. A fast and accurate HPLC method for determination of EDTAD purity was established. The research foundation can provide the basis for adjusting the structure and properties of materials according to the demand.
Key words: Ethylenediaminetetraacetic dianhydride; Benzyl alcohol; Synthesis; HPLC method
乙二胺四乙酸(EDTA )为多氨基多羧基化合物，市售多为其钠盐，即乙二胺四乙酸二钠，它是常用 的金属螯合剂，也可用作类表面活性剂、防腐剂、抗氧剂等：F:I)TA具有4个羧基，直接进行反应难 以得到单取代或双取代衍生物乙二胺四乙酸二酐 (EDTAD)由EDTA分子内脱水制备所得m，也是 多氨基多羧基类双功能金属螯合剂的代表|21，在有 机合成、材料改性、分析化学、表面活性剂和药物 合成等|M|方面有重要应用范天锋18等利用马来酸 酐接枝改性制备了复合材料，其技术性能尤为突出 利用乙二胺四乙酸二酐与醇类、胺类等物质反应可 获得高产率的单取代或双取代EDTA衍生物EDTA 系列螯合剂在纺织、印染、造纸、日化、化学分析 等方面应用广泛"1141。
目前EDTA仅有相应的检测闰标其通用的理化分析法对纯度测定的精度冇限且耗时较长，其下 游K D T A L)的含量检测相应的标准未建立也未见相关 文献报道，给相关科研T.作人员带来诸多不便。胡 裕迪％1等仅建立了 EDTA-2N a的HPLC谱分析方 法；罗彦凤1171等采用红外光谱法定性表征了 ED TA 盐，但EDTAD的纯度定量7/法未见文献报道：本研究采用三乙胺作为新型催化剂和反应溶 剂，EDTA和乙酸酐反应合成化合物乙二胺四乙酸 二酐（EDTAD )的实验方法，旨在优化开发一种绿 合成路线，同时建立一种快速准确定量EDTAI〕的HPLC纯度方法。该表征方法既突破EDTAD遇 水易分解[18]的难点，也要解决紫外光谱不能直接吸 收响应的问题通过在进样前衍生处理EDTAD使 H PLC方法能够吸收其光谱且稳定准确的被定量
该EDTAD衍生方法不仅能快速准确定量其纯度而 且符合方法学验证的要求
1实验部分
1.1试剂与仪器
试剂：乙二胺四乙酸、乙酸酐、=乙胺、乙酸 乙酯、乙酸钾、DMAP、吡啶、苯甲醇、磷酸、溴 化钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；40% 四丁基氢氧化铵水溶液，分析纯，1：海麦克林生化 科技有限公司；甲醇，默克谱纯；超纯水，自制3仪器：IRAffinity-l s傅立叶变换红外光谱仪，
基金项目：国防R研项目.硬船螵埯桨及影响区厍位智能修复材料与方法机理研究（项目编号：6140004040101 )、收稿日期：2020-11-17
作者简介：武强(1981-)，男，甘肃#白银市人，博+研究生，研究方向：高分子材料E-m ail:364911948qq
日i 京都岛津制作所株式会社;UPR -II -10T 超纯水
仪，成都超纯科技有限公司；DF -101S 集热式恒温 加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限公司；A V
300型核磁共振仪；Agilentl  260 Infinity  II 尚效液相
谱仪，安捷伦科技有限公司，d a d 检测器；
CAPCELL  PAK  C 18 ( 4.6 m m  x  150 mm , 5 [im  )谱 柱
，
OSAKA  SODA 公司；优普超纯水仪，成都优普 仪器设备有限公司；SHZ-D  (III )循环水式多用真 空泵，河南省予华仪器有限公司；玻璃仪器，天津 玻璃仪器公司。
1.2乙二胺四乙酸二酐（EDTAD  )的合成
准确称取 EDTA  85 g  ( 0.29 mol )置于 250 m L  三口烧瓶中，加入124 g  ( 1.2 mol )乙酸酐
，
12 g
(0.12 mol )三乙胺。加热搅拌至溶液呈浅黄，282
采用 CAPCELL  PAK  C 18 ( 4.6 x  150 mm ，5 pm  ) 谱柱，以1.51 mg 'ml /1四丁基氢氧化铵水溶液 (PH =2.8 )和甲醇（45 : 55 )为流动相，流速 1.3mL .min '
柱温40
检测波长212nm ，进样
量10 piL ，运行时间15 min 。1.3.3专属性试验
精确称取EDTAD 供试品16 mg 于50 mL 容量 瓶中，按1.3.1中方法衍生反应后进行不同条件的降 解试验。碱破坏：力卩0_lmol -L -,NaOH 溶液l .OmL ， 摇匀，
10 mill 后用酸中和；酸破坏：加0.1 m ol_L  1 HC 1
溶液1.0 mL ，摇匀，2 h 后用碱中和。分别用谱甲 醇稀释至刻度，按  1.3.2项中的谱条件进样，用
DAD 检测器紫外扫描。1.3.4线性和稳定性试验
2C 21年2月
当代 ft  工
60丈回流反应2 h ，反应液冷却至室温。抽滤得到 固体粗产物，分别用乙酸酐淋洗除去有杂质，再 用乙酸乙酯洗涤除去有机溶剂，洗涤至固体产物为 白，将所得固体产物在60丈干燥得白结晶粉 末 73 g ，即为 EDTAD ，收率 98.33% ( EDTAD  理论 生成 74.24 g , 1H  NM R (DM SO , 500 M H z ) * 3.68(
s , 8H ); 2.65(s , 4H)C  13C  N M R  (CDCh ,125 M H z ) 5： 166.51, 53, 51.94。H R  M S  (实测值），m /z : 256.069 5 ( 256.070 1 )。
合成路线如图I 所示：
o h h 6 N -x  00
=(r -1 >=〇+ I
^-N
OH HO
八八一
x  OH
图1
EDTAD 合成反应方程式
Fig.l EDTAD synthesis reaction equation
分别准确称取EDTAD 对照品和供试品，配制 成80%、100%、120%的质量浓度溶液，按1.3.2项 中的谱条件进样检测，记录峰面积。
取上述100%质量浓度的溶液，每隔2 h 进样测 定峰面积，分别进样3次，计算各时间点EDTAD  衍生物检测结果与0 h 测定结果的偏差。1.3.5检测限和定量限
按1.3.2项中的谱条件进样检测。将EDTAD  一定质量浓度的溶液逐步稀释至信噪比为5W V =3 1.3.6精密度和回收率
分别准确称取EDTAD 供试品6份，按1.3.1项
方法配制成100%质量浓度溶液，按1.3.2项中的
谱条件进样检测，每份供试品进样2次，计算6次 进样结果峰面积/质量浓度的RSD 。
2结果与讨论
1.3测试方法
1.3.1样品处理
分别精确称取16 mg  E D T A D 对照品和供试品 于50 mL 容量瓶中，分别移取0.02 mL 三乙胺和 0.4 mL 苯甲醇于容量瓶中，55 t 超声5 h 后，用甲 醇溶解稀释至刻度，摇勻。E D T A D 质量浓度为
0.321^说-丨，将此质量浓度作为100%溶液。
反应方程式如图2:
〇
十 〇U
H  ^
图2苯甲醇衍生EDTAD 反应方程式
Fig.2 EDTAD reaction equation derived from benzyl alcohol
1.3.2谱条件与系统适应性
2.1化学合成反应
2.1.1反应温度对合成EDTAD 产率的影响
固定EDTA  ：乙酸酐：三乙胺=1 : 4 : 0.4不 变，按照上述方法进行操作。反应温度调整为50、 60、70、80、90丈，得到实验数据如图3所示。
图3
反应温度影响图
Fig.3
Reaction temperature effect diagram
1:2
1:4
1:6
1:8
1:10
1:12
E D TA 和乙酸酐的比例
图4缚水剂用量影响图
Fig.4 Influence diagram of water binding agent dosage 由实验结果可知，EDTA  ：乙酸酐=1 : 1时，
EDTAD 的收率最低，说明乙酸酐的量不足，缚水效 果差，导致产率大幅度下降。EDTA  ：乙酸酐=1 : 4 时，EDTAI )的收率最高，缚水反应效果最平衡。 2.1.3催化剂用量影响
固定反应温度为60 1、EDTA  ：乙酸酐=1 : 4 不变，EDTA  ：三乙胺分别为1 : 0.2、1 : 0.4、1 : 0.6、1 : 0.8、1 : 1.6。催化剂用量影响如图5所示。
催化剂类型
图7不同催化剂影响图
Fig.7 Influence diagram of different catalysts
由实验结果可知，用三乙胺催化收率最高，用
时间/h
图6反应温度影响图
Fig.6 Reaction time impact diagram
由实验结果可知，随着反应时间的延长，收率 有先增大后减小的趋势，说明副产物随反应时间延 长而增加。
2.1.5不同催化剂影响
i 古丨定反应温度为60 t 、EDTA  ：乙酸酐：催化 剂=1 : 4 : 0.4，分别选择无催化剂、吡啶、三乙胺、 乙酸钾、DMAP 作为催化条件。不同催化剂影响如 图7所示。
5〇
I _____|_____I  I _____|_____|_____|_____
0 1:0^ 1:0.4 1:0.6 1:0.8 1:1.0 1:1.2 1:1.4 1:1.6 1:1.8
EDTA 和三乙胺的比例
图5催化剂用量影响图
Fig.5 Influence diagram of catalyst dosage
由实验结果可知，EDTA  ：三乙胺=1 : 0.4时，
收率最高，EDTA  ：三乙胺=1 : 1.6时，收率最低， 说明加入过量的缚酸剂使溶液碱性过强，会破坏产 物结构，导致收率大幅度下降。2.1.4反应时间影响
固定反应温度为60 t 、EDTA  ：乙酸酐：三乙 胺=1 : 4 : 0.4，反应时间分别为1、2、3、4、5 h 。 反应时间影响如图6所示。
由实验结果可知，随着温度升高，EDTAD 的收 率逐渐下降,60 t 的收率最高，为98.33%，而90 T ： 时收率已经降低到59.43%。说明温度过高不利于反 应的进行，可能原因是高温导致产物降解，生成更 多的副产物。2.1.2缚水剂用量影响
固定反应温度60丈、EDTA  ：三乙胺=1 : 0.4 不变，EDTA  ：乙酸酐分别为1 : 1、1 : 2、1 : 4、1 : 6、1 : 10_缚水剂用量影响如图4所示。
第50卷第2期______________武强，等：乙二胺四乙酸二酐的合成影响因素探究及H P L C 柃测方法的肆古
283
吡啶催化也可以得到较高的收率，无催化剂反应收 率最低三乙胺和吡啶的催化能力接近，但吡啶对 于环境的污染和对健康的影响很大，有致癌性，而三乙胺无致癌性，对环境更友好，催化作用更强，是一种优于吡啶的催化剂。乙酸钾和丨)MAP的毒性 更低，但催化能力也较弱。
综上所述，根据各单因素最佳条件综合做正交 试验条件验证得出生成EDTAD最佳化学合成反应 条件为K D T A ：乙酸酐：三乙胺=1 : 4 : 0.4，反应 温度为60丈，反应时间2 hD
2.2苯甲醇衍生EDTAD表征
2.2.1系统适应性
EDTAD衍生物的相对保留时间约为5 min，理 论塔板数为2 801，与相邻峰分离度为4.67。
2.2.2专属性
按1.3.2项中的谱条件进样，用DAD检测器 紫外扫描，得到检测谱图，具体见图8至图11
如图谱显示，产生的降解物质与主峰的分离度均大 于1.5，能够完全分离，表明该方法的专属性较强；
根据DAD检测器紫外扫描的光谱图可知主峰为单 一纯度峰，且主成分与主要降解产物在检测波长 212 nm处均有吸收，说明在该选定谱条件下可以 定量出样品和相关杂质.具体数据见表1至表4
284________________________________________当代
3 000 - 1
> 2000
£
$
I000 -
0------^----------------------
0    2    4    6 8 10
，/min
谱峰：1—苯甲醇
图8苯甲醇衍生E D T A D空白谱图
Fig.8 Blank chromatogram of EDTAD derived from benzyl
alcohol
表1苯甲醇衍生E D T A D空白谱图参数Table 1Blank chromatographic parameters of EDTAD
derived from benzyl alcohol
化合物塔板数/(rrm，分离度Rs不对称因子A
苯甲醇125 -    1.04化 工___________________________________2021年2月
谱峰：1一苯甲醇；2—衍生物；3—杂质。
图9苯甲醇衍生E D T A D正常条件谱图
Fig.9 Normal condition chromatogram of benzene-methanol
derived EDTAD
表2苯甲醇衍生E D T A D正常条件谱图参数Table 2 Normal condition chromatographic parameters of EDTAD derived from benzyl alcohol
化合物塔板数/(irm ')分离度R.s不对称因子心苯甲醇133  2.190.92
衍生物  2 790  4.100.80
杂质890/  1.22
谱峰：I一杂质1; 2—笨屮醇；3—杂质2; 4—衍生物
图10苯甲醇衍生E D T A D酸降解谱图Fig. 10 degradation chromatogram of benzennol-derived
EDTAD acid
表3苯甲醇衍生EDTAD酸降解谱图参数Tabic 3 Chromatographic parameters of degradation of EDTAD acid derived from benzyl alcohol 化合物塔板数/(n_m_l)分离度不对称因子As：
杂质1  2 392-  1.65
苯甲醇142  1.97  1.07
杂质27 739  2.080.96
衍生物  4 980  6.78
0.98
第50卷第2期武强，等：乙二胺四乙酸二酐的合成影响因素探究及H P L C检測方法的建立285
5 500
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谱峰：I一杂®1; 2—杂质2; 3—苯甲醇；4一衍生物：方法配制成100%质量浓度溶液，按1.3.2项中的 谱条件进样检测，每份供试品进样2次，计算6次 进样结果峰面积/质量浓度的RSD ( «=6 )为0.83%, 表明该方法精密度符合规定。
分别准确称取EDTAD供试品，配制成质量浓 度为80%、1()0%、120%质量浓度的溶液，按1.3.2项中的谱条件各进样3次检测.按1.3.4项线性公 式计算回收率，测得回收率分别为|〇〇.50%、99.03%、98.67%；各自回收率的RSD分别为0.26%、0.22%、0.50%，偏差均小于2%，符合方法学要求。具体结果见表5:
图11苯甲醇衍生E D T A D碱降解谱图
Fig.ll EDTAD alkali degradation chromatogram derived
from benzyl alcohol
表4苯甲醇衍生E D T A D碱降解谱图参数
Table 4 Parameters of EDTAD alkali degradation of benzyl
alcohol
化合物塔板数/(rrnT1)分离度沿不对称因子/Is
杂质1713-  1.16
杂质2  3 098  1.490.91
苯甲醇1371  3.12  1.14
衍生物  4 33211.250.75
2.2.3线性和稳定性
分别准确称取EDTAD对照品和供试品，配制 成80%、100%、120%的质量浓度溶液，按1.3.2项 中的
谱条件进样检测，记录峰面积以溶液质量浓度为横坐标，以峰面积/质量浓度为纵坐标，进行 线性回归，得线性方程：
y=2\l28.r-702.01 ；(1)
#=0.999 4。（2 )
由线形结果可得，EDTAD在80%~ 120%质量浓 度范围内具有良好的线性关系，相关系数符合方法 学要求。
取上述100%质量浓度的溶液，每隔2 h进样测 定峰面积，分别进样3次，各时间点EDTAD衍生 物检测结果与〇h测定结果的偏差均<2.0%，表明 该溶液在10 h内基本稳定，符合标准规定：
2.2.4检测限和定量限
按1.3.2项中的谱条件进样检测。将EDTAI)一定质量浓度的溶液逐步稀释至信噪比为S/N=3，测得检测限为3.25 ng.mL—1；当信噪比为S/N=10, 测得定量限为3.69明_mL M；检测限和定量限所得 结果符合方法学要求。
2.2.5精密度和回收率
分别准确称取EDTAI)供试品6份，按1.3.1项
表5苯甲醇衍生E D T A D回收率测定结果Table 5 Determination results of EDTAD recovery rate
derived from benzyl alcohol
加入量测得量回收率平均值RSD
/(m g m L1)峰面积质量浓度/(mg. m L1}/%/%/%
4 668.030.247 1100.71
0.245 44661.160.246 8100.58100.500.26
4 640.820.24
5 9100.20
6 188.260.31
7 198.79
0.321 0  6 216.720.318499.2099.030.22
6 210.680.318 199.11
7 861.570.394 199.03
0.398 27 857.320.393 998.9898.720.50
7 785.930.390 698.15
使用有机试剂衍生样品的处理方法，通过带有 发团的苯甲醇和EDTAD衍生反应后，其衍生物再 用DAD检测器中紫外光谱扫描确定在212 nm波长 处有最大吸收，既解决了 EDTAD遇水不稳定问题，也利用苯环在特定波长下紫外光易吸收被检测定 量，其优点在于：衍生过程中采用苯甲醇和三乙胺，二者的毒性均较小且化学反应安全易实现；单次 HPLC检测时间仅需要15 min且无须后处理运行：该 方法存在的不足在于：前期衍生反应时间较长，衍 生物在流动相溶液中随时间延长而逐渐不稳定。
采用苯甲醇衍生EDTAD样品的衍生物在H PLC 方法中使用面积归一法准确定量结果且简洁易操 作。建立的该HPLC检测方法准确定量EDTAD有 较好的专属性，其不同条件生成的降解产物均可以 与主成分充分分离；方法精密度和准确度均符合方 法学要求，该HPLC方法检测定量KDTAD纯度基 本符合研究的预期目标。
对衍生反应时间较长的问题有待进一步研究，通过控制反应条件缩短反应时间或选用更高分离效 果的谱柱来实现：

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