食用香料-邻氨基苯甲酸甲酯的合成.pdf

2000年6月 第17卷第2期 广西师院学报(自然科学版) Journal of Guangxi Teachers College (Natural Science Edition) Jun. 2000 Vol. 17, No. 2 文章编号: 1002- 8743(2000)02- 0054- 04 食用香料邻氨基苯甲酸甲酯的合成 叶 宗 沛 (北海市电视大学,广西北海, 536000) 摘 要:邻氨基苯甲酸甲酯是食用香料之一,工业合成在我国香料工业中占有重要地位。该文在实验上寻找多 种合成线路,进行比较。 关键词:香料;食用香料;邻氨基苯甲酸甲酯 中图分类号: TQ 45312 文献标识码:A: TM 564. 1 TM 421: 邻氨基苯甲酸甲酯(?)是食用香料之一,多作配香原料,广泛存在于天然产的香料植物中,尤以茉莉 花油1、 橙叶油2、 种植于寒冷地带的葡萄中含量较丰。随着人类对食用香料需求的增加,寻求工业合成香 料成为现代精细化工工业的主要发展方向之一。(?)的合成于十九世纪末已有报导3、 但作食用添加剂则 是二十世纪中叶才开始4。随着对其研究的深入,新的用途不断发现,如可以作抗微生物剂5、 水果防冻、 防虫害剂6等等。与此同时,发现个别的局部的某些轻微的过敏生理效应也引起人们的关注。但国际香料 协会认为,作为香料混用配香调味是允许的7。 (?)的工业合成在我国香料工业中也占有重要地位。仅1980年,出口量便达19吨,现已成为重要的 出口香料品种之一。 由于(?)具有结构简单,香型怡人,合成工艺简单,三废处理容易等优点,所以邻氨基苯甲酯在丰富人 类的日常生活方面将发挥越来越重要的作用。 实验部分 1 药品 邻苯二甲酸酐(CP) (广州化学试剂厂 ); 尿素(CP) (北京试剂厂) 对甲苯磺酸(CP) (上海试剂一厂 ); GC 82催化剂(中科院广州化学研究所) 三氟化硼(乙醚) (CP) (上海化学试剂采购供应站) 2 实验 211 邻苯二甲酰亚胺()的制备 21111 方法(一) 89 往500mL园底烧瓶中,加入50g(0. 34moL) ()和40g28%氨水(0. 66moL ), 迅速装上空气冷凝管, 加热 , ( )逐渐溶解,在80左右呈无色透明液,约30分钟后,温度升至110,大量气体冒出,透明液体 变成糊状后结块,继续加热,块状物又变为无色透明液,此时温度达300。整个过程需要时间约1. 52 小时。将透明液迅速倒到白瓷盘中,注意防止升华(在上面盖上白滤纸 ), 等冷却后,加入40mL水,捣碎研 收稿日期: 20000218 细,抽滤,用少量水洗涤,得无色片状晶体:mp. 233,文献mp. 2348,产量4649g,产率97%左右, IR KBr maxcm - 1: 3710(m), 1755 1783(S), 13151384(m), 1107(W), 905(S ); HNM R(100M H1)9CDCl3, ): 2. 18(S ) (4H), 7. 70 8. 18(m ) (1H )。 21112 方法(二) 10 在1升长颈园底烧瓶中,加入99g(0. 67moL) ( ), 20g(0. 33moL )尿素,装上空气冷疑管,先在130 135油浴中加热,固体完全熔化,体系内不断有气泡放出,并不断加剧,逐渐升高油浴温度,约20分钟达 150160,此时体系内溶物突然膨胀,达原体积3倍,待冷到室温,加80mL水,捣碎(此时空气冷凝管内 有产物升华物,一并收集 ), 抽滤,用水洗,收集产物94g,mp, 227230,文献mp. 234,产物86g8。 以上两法所得产物可用甲醇重结晶 (1 20) 得纯产物mp. 238。 212 邻氨基苯甲酸的制备(霍夫曼反应) 在装有搅拌器、 滴液漏斗的500mL园底瓶中,加入72mL 50%N aOH溶液,搅拌下加入200g冰,瓶外 用冰盐浴冷却至- 15,滴加23g(7. 4mL , 0. 145moL)溴,滴加时温度需低于10,加完溴液后,分批加入 20g(0. 14moL) ( ), 注意温度不超过0,然后将透明液冷- 5,搅拌下迅速加入20g粉状氢氧化钠,继 续搅拌反应半小时后,用水浴加热到80,反应2分钟,趁热过滤除去杂质,在滤液中加入10mL 36%亚硫 酸氢钠溶液,用冰水冷却,滴加浓盐酸至pH= 78,约需40mL。再滴加冰醋酸,直到无沉淀析出为止,约 需25mL。 过滤,冰水洗,得松散略显浅灰色晶体,mp. 120125。 用水重结晶,每克粗产物加水13g,加入 活性炭脱色,过滤。析出针状无色或浅黄色晶体,mp. 144145,产量15. 316g,产率86% ,文献 mp1451213 , IR KBr maxcm - 1: 3 850 (w ), 3562 (w), 28483125 (w), 1692 (s), 15631638 (m ); HNM R (100 M H2) (CDCl3,): 2. 09 2. 27(d ) (1H), 2. 55 2. 88(bs ) (4H), 3. 13 3. 45(m ) (2H )。 21212 方法(二) 1112 在盛有500mL次氯酸钠溶液含氯量150g? l 的容器中加入含有1克分子()的30%氢氧化钠溶液 300mL(并加入1000g冰 ), 温度逐渐从- 4升到15,反应12小时,加入亚硫酸氢钠溶液与过量的氯 反应,在20搅拌2小时,用浓盐酸中和至pH= 78,再用冰醋沉淀出(?)。后处理与方法(一)相同,产 率也相似。 55第2期 叶宗沛:食用香料邻氨基苯甲酸甲酯的合成 213 邻氨基苯甲酸甲酯(?)的制备(酯化反应) 21311 (一) 11 在装有温度计、 冷凝管和滴液漏斗的250mL三颈瓶中加入10g(0. 073moL)邻氨基苯甲酸(?)及 100mL(2. 48moL)甲醇。 待(?)全部溶解,缓慢滴加9mL (0. 166moL)浓H2SO4,不断搅拌反应,滴加完毕, 保温75,回流12小时,然后用碳酸钠饱和溶液中和硫酸及未反应完的(? ), 至pH= 89,需碳酸钠饱 和溶液300mL ,此时溶液呈白色乳浊状,并有大量黄色油状物滴沉于底部。用乙醚3100mL萃取,并用 氯化钠饱和溶液洗涤乙醚萃取液二次。用无水硫酸钠干燥,蒸出乙醚,减压蒸馏,收集90106?1 2mmHg或127?11mmHg馏份,产物(?)呈无色或淡黄色, 5g,产率 45%. 回收原料邻氨基苯甲酸:在萃取后留下的溶液中加入醋酸,调节pH= 5左右,水浴常压蒸包馏甲醇, 待沸水下蒸馏瓶中不再剧烈,沸腾时,停止加热,用冰水冷却,一部份未反应的(?)重新析出。如果先再浓 缩一下,回收率还可以有所提高。回收所得产物,该产物呈棕红色,可用水重结晶得无色针状产物mp. 144 145,回收率3040% , IR KBr maxcm - 1: 3850(m), 3562(m), 2848 3125(w), 1725 (s), 15631638 (s ); HNM R(100M H2) (CDCl3 1 ): 3. 72(s ) (3H ), 5. 84(s ) (2H), 6. 30 6. 70(m ) (2H), 6. 95 7. 25(m ) (1H ), 7. 657. 90(m ) (1H ). 21312 (二)对上述酯化反应的改进 1、 按(一)中各量取(?)、 甲醇、 硫酸,在75水浴中回流9小时,另加 2g 对甲苯磺酸,继续回流3小 时,后处理方法按(一)进行,可得产物(? )6g 左右,产率为54%. 2、 按11克分子比称取(? )10g 、 对甲苯磺酸12. 6g,加入100mL甲醇中回流1小时,这时(?)以对 甲苯磺酸盐的形式附着在烧瓶内壁上,再加6mL浓硫酸,回流11小时,经过后处理,也可得 6g 左右的 (? ), 回收率54%。 21313 (三)用GC82作催化剂进行酯化反应,回收率仅为810%左右,效果很差。 3 结果讨论 311 合成邻苯二甲酰胺的两条路线的比较: 两种方法都可得到较高的产率, 97%左右,产物都相当纯,不必经过纯化即可直接作为原料作下一步 反应;从操作步骤看,用尿素作原料(方法二)要用高温容器,用氨水的方法一也差不多,但方法一反应时间 较长,约2小时,而方法二只需半小时,但用氨水比尿素更为廉价。 总之,两条路线都相当成熟,可以进行工 业化生产。 312 由霍夫曼重排反应制备邻氨基苯甲酸时,应注意如下事项: 掌握好温度的控制。制备次溴酸钠或次氯酸钠时,反应温度不得超过10,在向次溴酸钠中加邻苯二 甲酰亚胺时,温度最高不得超过5,否则所得产物因含有不易除去的树酯状杂质而影响产物的纯度和外 观。 313 酯化反应有关问题的讨论 (1)为什么催化剂用量以克分子比计算时,必须最少是邻氨基苯甲酸的二倍? 从(?)具有的特性结构看,它可能存在以下三种分子内氢键结构: 65 广 西 师 院 学 报(自 然 科 学 版) 第17卷 这可能存在的三种六员环氢键结构的形式,无论是从空间结构,还是从电性效应来看,对酯化的进行都是 不利的,前者(a)使酯化遇到空阻障碍,后两者(b) (c)由于氨基 (- N H2)上的一对弧电子与苯环共轭使苯 环的荷密度增加,其中一部份的电荷与羧基- C- OH共轭,导致- C- OH中的C- OH键有所加强。另 外,破除氢键也要消耗一定能量。这些因素都增加了缩合失水的困难。为了克服上述不利因素,就必须加 入相对于(?)的两克分子量的含亲电子基的物质来催化酯化。据此分析可推出如下机理: (2)用浓硫酸加对甲苯磺酸作催化剂,不管这两种催化剂投加的顺序如何或量的多少,效果 差不多, 与单纯用浓硫酸作催化剂比较,产率提高8%左右,这其中的原因可能是,大的基团的引入,在与(?)成盐 后,有效地控制并破坏了分子内氢键,从而增加了反应的机率,但反过来又因出现较大的空阻,使增加的反 应机率变得有限,因此出现了产率增长不会太多的结果。 邻氨基苯甲酸(?)与对甲苯磺酸结合形成的盐很稳定,在沸腾的甲醇液中不溶,在200下也不易溶 化,将其溶于水中, PH值为2,当用碳酸钠溶液中和之,使PH值为5时,冷却会析出针状晶体,mp. 140 左右,纯化后mp. 144。 (3)其它催化剂实验结果的讨论 选作催化酯化的催化剂还有:三氟化硼(乙醚)、GS82、 偏铝酸,但结果都不理想,甚至无产物(?)。 偏铝酸作催化剂虽经长时间反应,但仍无收效,说明其酸性(亲电性)不够强,不足以起到克服氢键促进反 应的功能。以三氟化硼(乙醚)作催化剂,产率远低于文献2227% ,文献值为8185% 13, 原因是所用的 催化剂的质量有问题。 参考文献 1 a)P. 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