4-甲基咪唑

4-甲基咪唑

4-甲基咪唑(簡稱4-MI)是一種重要的有機中間體。主要用於合成大宗胃藥西咪替丁,也可用作環氧樹脂固化劑和金屬表面防護劑等。可樂中的4-甲基咪唑是在以亞硫酸銨為原料生產焦糖色素時產生的。焦糖色素能使可樂飲料變成棕褐色。4-甲基咪唑(4-Methylimidazole)白色至類白色結晶粉末,溶於水和乙醇,有腐蝕性。4-甲基咪唑能導致動物長腫瘤,有可能給人體帶來致癌風險。

基本信息

物性數據

4-甲基咪唑4-甲基咪唑

1.性狀:黃色黏稠透明液體

2.熔點(℃):46~48

3.溶解性:易溶於水、醇及一般溶劑中,難溶於醚。

合成方法

1、由丙酮醛乙醛反應而得。

2、以亞硫酸銨為原料生產焦糖色素的過程中產生。

工業製備

國際

20世紀80年代以來,德國和日本等國已經對4-甲基咪唑合成工藝進行了大量的研究。國際上研究較多的主要是丙酮醛工藝。採用硫酸銨氨水工藝,由於反應過程酸度難以控制,導致產品純度低;丁二酸銨法成本高,後處理繁瑣;而草酸銨法由於草酸銨與反應過程中生成的草酸形成緩衝擊體系,反應系統酸度保持穩定,且草酸鹽在水中溶解度低,4-甲基咪唑草酸鹽容易從反應液中分離,故可合成高純度4-甲基咪唑。

中國

中國的4-甲基咪唑合成技術研究始於20世紀80年代末。進入20世紀90年代,上海石油化工研究院開發的合成丙酮醛生產4-甲基咪唑成套工藝技術,其成品的收率達到83.6%,純度高於98.5%。

河南省化工研究所也開發出了新合成工藝,採用1,2-丙二醇為原料,經催化氧化制丙酮酸,再經環化、萃取、蒸餾等工序精製後得到成品。此法具有原料易得、收率較高、易於實現工業化生產和經濟效益好等優點。

2001年中國科技大學開發成功了一步法合成高純度4-甲基咪唑工藝。該工藝在丙酮醛氨法生產技術的基礎上加以改進,使原料單程轉化率高達90%以上。產物中4-甲基咪唑含量為99.8%,經過簡單的結晶分離,一次即可確保滿足醫藥合成原料的質量要求,產品純度十分可靠,生產技術成熟。該生產工藝投資少,流程簡單,無污染。

檢測方法

食品中4-甲基咪唑的檢測方法

將含有焦糖色素的樣品經固相萃取柱(XTR>500mg)固相萃取,樣品過柱後,用有機溶劑洗脫,洗脫液濃縮後,用微量點樣器直接在層析材料聚醯胺薄膜上點樣,在裝有相應配比的展開劑中上行展開,蒸汽顯色後肉眼直接觀察,如果在比移值0.5~0.7之間同時觀察到比移值與標樣相同的棕色斑點,則認為該被測物中含有4-甲基咪唑。

該方法可以實現快速定性檢測樣品是天然釀造還是由人工配製,特別適合對醬油、醋、可樂等含有焦糖色素的樣品進行檢測。展開後的薄層板可長期保存以備複查,可套用薄層掃瞄器進行測定。

用途

4-甲基咪唑是合成多種藥物的重要中間體,主要用於生產西米替丁及農用化學品、環氧樹脂固化劑、金屬防蝕劑等。

世界衛生組織允許在食物中添加含有4-甲基咪唑的焦糖色素,且對於4-甲基咪唑的劑量有所界定,即每公斤不能超過200毫克。

安全性

危險代碼:C

危險等級:21/22-34

安全等級:26-36/37/39-45

聯合國編號:UN3263

開發情況

20世紀80年代以來,德國和日本等國已經對4-MI合成工藝進行了大量的研究。當時,國外研究較多的主要是丙酮醛工藝。在丙酮醛合成工藝過程中,為了提高4-甲基咪唑收率和產品質量,世界上幾大公司都非常注重對所採用的銨鹽的研究。如日本田崗化學採用草酸銨、日本三井東壓採用硫酸銨和丁二酸銨、德國BASF採用氨水合成丙酮醛。

採用硫酸銨、氨水工藝,常用甲酸、乙酸和硫酸等調節pH值,由於反應過程酸度難以控制,導致此工藝生產的產品純度低;丁二酸銨法成本高,後處理繁瑣;而草酸銨法由於草酸銨與反應過程中生成的草酸形成緩衝體系,反應系統酸度保持穩定,且草酸鹽在水中溶解度低,4-甲基咪唑草酸鹽容易從反應液中分離,故可合成高純度4-甲基咪唑。目前世界上4-甲基咪唑生產商大都採用這種工藝路線,其產品主要用於生產西咪替丁類藥物。

中國的4-甲基咪唑合成技術研究始於20世紀80年代末,清華大學、天津大學、上海石油化工研究院等科研機構都對其工藝進行了較長時間的研究,但在1994年以前,國內4-甲基咪唑需求主要依靠進口,價格高達16.8萬元/噸。

進入20世紀90年代,中國開始研究開發丙酮醛法合成4-甲基咪唑工藝,並取得了一定的進展。上海石油化工研究院開發的合成丙酮醛生產4-甲基咪唑成套工藝技術,已成功實現工業套用。其成品的收率達到83.6%。反應液經分離、鹽交換、減壓精餾等環節,純度高於98.5%。該工藝反應條件緩和,後處理過程中採用獨特的鹽交換工藝和以水取代甲醇作溶劑,較好地解決了環保問題。由於合成收率高,產品質量好,草酸銨循環套用,生產成本低,工業套用前景看好。該院與金陵石化公司聯合開發的200噸/年4-甲基咪唑生產裝置已經投入運行,產品質量達到國外同類產品標準,完全可以替代進口。1999年底,上海石油化工研究院向靖江市合成化工廠提供成套技術和催化劑,建成了300噸/年丙酮醛、150噸/年4-甲基咪唑生產裝置。

相關事件

2012年3月5日,美國消費者權益組織“公共利益科學中心”發表聲明說,新的化學分析發現,可口可樂和百事可樂等多種可樂產品所使用的焦糖色素含有較高水平4-甲基咪唑,這種物質在動物試驗中能引發癌症。可口可樂公司針對這一聲明表示,目前(2012年3月5日)沒有任何證據表明4-甲基咪唑會引發人類癌症。可口可樂中國公司也在接受中國國內媒體採訪時否認可樂中含致癌物質。

2013年7月3日美國監督機構環境健康中心(CEH)發布報告稱,百事公司未兌現其承諾,仍在使用一種可能致癌的添加劑。對此,百事回應稱,儘管監管機構均認為該化學物質安全,但公司仍計畫在2014年2月前,將這種著色劑從其飲品中去除。7月4日,百事可樂大中華區發表聲明表示,公司正採取措施降低焦糖色素中4-甲基咪唑的含量,並表示“百事公司在中國的飲料中所使用的焦糖色素符合所有地方法規要求”。

化學品分類導航

化學品指各種元素組成的純淨物和混合物,無論是天然的還是人造的,都屬於化學品。據美國化學文摘登錄,全世界已有的化學品多達700萬種,其中已做為商品上市的有10萬餘種,經常使用的有7萬多種,現在每年全世界新出現化學品有1000多種。
單質金屬燃料染料
溶劑農藥離子沉澱
化合物催化劑混合物防腐劑
化學元素 化學試劑 危險化學品

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