（应用化学专业论文）二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究.pdf

硕士论文二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究 摘要 二氢茉莉酮酸甲酯是人工合成的类茉莉酮类化合物，本论文以正戊醛和环戊酮为基 本原料，经缩合反应、异构化反应、m i c h a e l 加成反应和选择性脱羧反应制备二氢茉莉 酮酸甲酯，反应的总收率为5 0 9 。 以正戊醛与环戊酮为原料，研究了不同类型催化剂对缩合反应特性的影响。在 y a 1 2 0 3 催化作用下，以间二甲苯为溶剂，反应温度为1 4 0 。c ，反应时间为5h ，缩合产 物2 亚戊基环戊酮得率为8 8 2 。 以2 亚戊基环戊酮为原料，经异构化得到2 戊基环戊烯酮，得率可达8 3 6 。在催 化剂作用下，应用正戊醛与环戊酮为基本原料，将缩合反应与异构化反应合为一步。能 直接得到同样高产率的2 戊基环戊烯酮。 控制反应温度为5 ，无水甲醇用量为2 戊基环戊烯酮的2 6 1 ，钠用量为2 戊基 环戊烯酮质量的2 4 ，反应时间1 h ，由2 - 戊基环戊烯酮合成了3 ( 3 氧2 戊基) 环戊基丙 二酸二甲酯，产率能达到8 3 5 。尝试了用三甲氨磷为催化剂，无溶剂的m i c h a e l 加成。 在2 0 0 反应温度下，3 ( 3 一氧一2 戊基) 环戊基丙二酸二甲酯先发生水解，再进行选择 性脱羧，以8 2 6 的产率获得目标化合物二氢茉莉酮酸甲酯。 关键词：环戊酮，2 戊基环戊烯酮，二氢茉莉酮酸甲酯，7 a 1 2 0 3 ，催化缩合，合成 硕士论文 a b s t r a c t m e t h y ld i h y d r o j a s m o n a t ei ss y n t h e t i ck e t o n eb e l o n gt ot h et y p eo f j a s m i n e ，w h i c hc o u l d b es y n t h e s i z e di nt o t a ly i e l do f5 0 9 b yak e yi n t e r m e d i a t e2 - p e n t y l i d e n ec y c l o p e n t a n o n e f r o mac o n d e n s a t i o no fc y c l o p e n t a n o n ea n d 聆一v a l e r a l d e h y d e ，f o l l o w e db yi s o m e r i z a t i o n ， m i c h a e la d d i t i o na n das e l e c t i v ed e c a r b o x y l a t i o n t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o n d e n s a t i o nb e t w e e nc y c l o p e n t a n o n ea n d 甩一v a l e r a l d e h y d ei n d i f f e r e n tc a t a l y t i cs y s t e m sw e r es t u d i e d t h e2 - p e n t y l i d e n ec y c l o p e n t a n o n e ，ac o n d e n s a t i o n i n t e r m e d i a t e ，w a so b t a i n e di nay i e l do f8 8 2 b yu s i n g - a 1 2 0 3a sc a t a l y s ta n dm - x y l e n ea s s o l v e n ta t14 0 a n dr e a c t i o nt i m eo f5 h w i n l2 - p e n t y l i d e n e c y c l o p e n t a n o n ea s ap r e c u r s o r , 2 - p e n t y lc y c l o p e n t e n o n ew a s s y n t h e s i z e di n8 3 6 y i e l d i tw a sa l s of o u n dt h a tt h ec o m p o u n dc o u l db ed i r e c t l yf o r m e di n o n ep o tb ye m p l o y i n gc y c l o p e n t a n o n ea n d 拧- v a l e r a l d e h y d ea sr a wm a t e r i a l si nt h ep r e s e n c e o fc a t a l y s t f o l l o w e db ym i c h a e la d d i t i o n ，8 3 5 y i e l do f3 ( 3 o x o - 2 - p e n t y l ) c y c l o p e n t y ld i m e t h y l m a l o n a t ew a so b t a i n e d u s i n gs o d i u ma l c o h o l a t ec a t a l y s ta t 一5 c 2 6 1 w to fm e t h y la l c o h o l t o2 - p e n t y lc y c l o p e n t e n o n e ，2 4 w to fn a t r i u mt o2 - p e n t y lc y c l o p e n t e n o n e ，r e a c t i o nt i m eo f lh s i m i l a r l y , at r i m e t h y l a m i n op h o s p h o r u sc a t a l y s tw a s a p p l i e dt ot h es o l v e n t - f r e em i c h a e l a d d i t i o n f i n a l l y , m e t h y ld i h y d r o j a s m o n a t ew a ss y n t h e s i z e dt h r o u g ht h eh y d r o l y z a t i o na n d s e l e c t i v ed e c a r b o x y l a t i o no f3 ( 3 o x o - 2 - p e n t y l ) c y c l o p e n t y ld i m e t h y lm a l o n a t e ，u pt oay i e l d o f8 2 6 k e y w o r d s ：c y c l o p e n t a n o n e ，2 - p e n t y lc y c l o p e n t e n o n e ，m e t h y ld i h y d r o j a s m o n a t e ，y - a 1 2 0 3 ， i i c a t a l y t i cc o n d e n s a t i o n , s y n t h e s i s 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名： 芈午_年6 月步 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 硕士论文 二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究 1 引言 1 1 选题的背景及意义 二氢茉莉酮酸甲酯是配制茉莉特征香气【1 】的主要化合物之一，在配制化妆品香精、 食品香精及烟酒香精中，是不可缺少的。其分子式为c 1 3 h 2 2 0 3 ，其结构式如下： 二氢茉莉酮酸甲酯是茉莉酮类 2 1 化合物，它的合成方法较为方便【3 】，价格较低廉， 适合大量生产，是现代香料工业中十分重要的一种香料 4 1 。自六十年代e d e m o l e l 5 1 等人 在茉莉花精油中分离得到茉莉酮酸甲酯并加氢得n - 氢茉莉酮酸甲酯以来，二氢茉莉酮 酸甲酯已成为年耗量最大和最成功的人工合成香料之一。二氢茉莉酮酸甲酯为无色至淡 黄色液体【6 】，具有优雅柔和的茉莉花香韵和留香，又带有清新兰惠雅香，和舒适的柠檬 样果香气息，整个香气轻盈飘逸，挥发缓慢平缓，留香持久，调香效果好，不溶于水， 溶于乙醇等有机溶剂中【7 1 。它可以不经配制直接作为合成香料用来调配人造茉莉油，在 香型香精中还可以作为食品香精的增效剂。此香料不仅香气清新幽雅，而且用于调香不 会引起变色，作为茉莉系列的主香剂，在香精配方中的用量高达2 0 ，也可以用于其它 花香型香精的协调剂【8 】。 二氢茉莉酮酸甲酯作为合成香料的重要有机化学品不仅被用于调香，而且被用于作 食品香料。它的香型好，留香时间长。近年来有不少单位研究，但由于种种原因一直未 能实现工业化。二氢茉莉酮酸甲酯在国外虽已商品化，但它的生产工艺还不十分理想， 还在不断改进，同时由于它的需求量与日俱增，要求不断缩短工艺线路和降低成本，因 而促使人们不断去寻找新的，更经济的方法。所以，自四十年代以来，许多有机化学合 成家和香料化学家对其进行了大量的研究，取得相当大的成功，专利、文献报道大量涌 现。目前全世界合成香料年产量已接近3 0 万吨，年销售额超过2 0 亿美元，一直以5 左右的年递增率增长，显示了蓬勃的生机和强大的活；匀t 9 j ，故研究更为简便的二氢茉莉 酮酸甲酯的合成工艺确实具有重要的现实意义。 1 2 二氢茉莉酮酸甲酯合成研究进展 1 引言硕士论文 综合国内外文献的报道，在二氢茉莉酮酸甲酯的合成过程中，2 戊基环戊烯酮为关 键的中间体产物，根据二氢茉莉酮酸甲酯的合成反应过程中有无2 戊基环戊烯酮这种中 间体产物的生成，对于二氢茉莉酮酸甲酯的合成可以分为以下两大类路线： 1 2 1 以合成2 戊基环戊烯酮为关键中间体的合成路线 1 9 6 2 年，w i l s o n 掣1 0 j 以环戊酮为原料，首先，环戊酮在碱性条件下与正戊醛进 行羟醛缩合反应，得到p 羟基碳基化合物，再经脱水后，得到2 亚戊基环戊酮，2 亚戊 基环戊酮再经过异构化后生成关键中间体2 戊基环戊烯酮，它是合成二氢茉莉酮酸甲酯 的重要中间体，此中间体与丙二酸二甲酯进行m i c h a e l 加成得到化合物3 ( 3 氧2 戊基) 环戊基丙二酸二甲酯，该化合物再经脱羧反应得到二氢茉莉酮酸甲酯。此方法因其原料 易得，条件温和，一直到现在还在使用。 c 4 h 9 c h o h 2 0 c 5 h 1 1 m e o n a m e o h c h 2 ( c o o m e ) 2 c 4 h 9 c o o m e m e ) 2 荣国斌等在1 9 8 3 年以环戊二烯为原料，在k o h p e g 存在的条件下，被1 溴代 正戊烷取代，生成正戊基环戊二烯，然后经氧化、加成、水解，最后经过酯化等反应过 程，得到目标产物二氢茉莉酮酸甲酯。其总产率为1 0 2 0 ，此种方法的优点是原料 易得，路线较短。 2 硕士论文二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究 c 5 h 1 i b r k o h 伊e g b r 2 m e o h c h 2 ( c o o e t ) 2 n a o m e o h ，h 3 0 + h 3 + o r a v i d 和i k a n 以环戊酮衍生物为起始原料，经过七步反应，得到产物。环戊酮衍生 物a - 乙氧羰基环戊酮经1 溴正戊烷的取代、脱羧等反应，得到重要中间体2 戊基环戊 烯酮，2 戊基环戊烯酮再经m i c h a e l 加成、脱羧、以得到产物二氢茉莉酸甲酯 皿剐c 5 h 1 1 ) 【1 2 】，整个反应总产率为1 1 2 。 c o o e t c s h x 1 11 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - i k e l i d 匝 b n - - 二= 二- - - - i 卜 l i b r l i 2 c 0 3 o h c l h o a c m e c o o c m e c c h 2 s i s i d o 1 3 1 等在1 9 6 9 年直接以2 戊基环戊烯酮为原料制备二氢茉莉酮酸甲酯。2 戊基 环戊烯酮与重氮乙酸甲酯作用，生成了两种化合物，这两种化合物经还原都可以得到二 3 1 引言硕士论文 氢茉莉酮酸甲酯。但此反应的缺点是用到重氮类化合物，生产时比较危险，污染较大且 成本较高。 + n 2 c h c 0 2 m e t s u j i 等1 4 1 以钯做催化剂，丁二烯与乙酰乙酸乙酯为原料，丁二烯与乙酰乙酸乙酯 相互作用得到链状乙酰乙酸乙酯类化合物，该化合物再经选择性加氢、脱酰、水解、酰 氯化、环化等反应过程，得到重要中间体2 戊基环戊烯酮，2 戊基环戊烯酮再经过加成 和脱羧反应，最后得到产物二氢茉莉酮酸甲酯。 c h 3 c o c h 2 c 0 2 e t r u c l 2 ( p p h 3 ) 3n a o e t o h - s o c l 2 - - - - - - - - - - 一 a i c l 3 c 5 h 1 1a c 0 2 & m e 1 9 8 0 年y a l i l l 黜等以环戊酮衍生物a - z , 氧羰基环戊酮为原料，在k e l i d m f 存在 的条件下，被1 溴代正戊烷取代，取代产物在氯化钠和二甲基亚砜的水溶液中脱羧，再 用s 0 2 c h 的四氯化碳溶液使脱羧产物中被烷基取代了的碳原子氯代，所得产物在2 ，4 ，6 三甲基吡啶溶剂中回流，得到中间体2 戊基环戊烯酮。2 戊基环戊烯酮再通过m i c h a e l 加成、脱羧、甲酯化反应，得到最终产物二氢茉莉酮酸甲酯。 4 硕士论文二氢荣莉酮酸甲酯的合成工艺研究 c s h l l x k e l i d m 匝 2 ，4 ，6 - 三甲基吡啶 s 0 2 c 1 2 c c l 4 m i n a m i i t l 6 】等以呋喃甲醇为原料，经异构，还原，脱水等反应，得到中间体2 戊基 环戊烯酮，2 戊基环戊烯酮再经与丙二酸二甲酯进行m i c h a e l 力1 成、脱羧、甲酯化，得 到最终产物二氢茉莉酮酸甲酯。 1 2 2 不经过2 戊基环戊烯酮关键中间体的合成路线 刘铸晋1 7 1 等以庚醛为原料，与顺丁烯二酸二乙酯进行加成，得到庚酰基丁二酸二乙 酯，接着经脱羧、环化得到中间体2 戊基1 ，3 环戊二酮。2 戊基1 ，3 环戊二酮再与重氮 甲烷作用得到2 戊基3 甲氧基环戊2 烯酮，2 戊基3 甲氧基环戊2 烯酮与丙二酸二乙 酯反应得到2 戊基3 甲氧基乙酸甲酯，再经还原得到产物二氢茉莉酮酸甲酯，总得率 3 0 。 c h c o o e t c 6 h 1 3 c h o + 0 c h c o o e t n a o e t o rn a h c h 2 ( c o o m e ) 2 b z 2 0 2h 3 8 0 3 - - - - - - - - - - - - - c 6 h 1 3 c o c h 2 c 0 2 e t - c 0 2 h 2 n 2 m e ) 2 h 2 0 c 0 2 h 2 ，p d c 1 引言硕士论文 1 9 8 6 年，孙诗澄【1 8 】等以环戊烯酮为原料，原料与c h 2 ( c o o e t ) 2 进行加成反应，接 着经脱羧、甲酯化，得到重要中间体3 乙酸甲酯环戊酮，3 乙酸甲酯环戊酮再与正戊醛 缩合，经脱水及还原得到二氢茉莉酮酸甲酯。本法在缩合反应中，同时得到两种异构体， 因为这两种异构体不易分离，故这两种异构体经后面的反应过程后得到的也是两种产 物。虽然二氢茉莉酮酸甲酯的另外一种异构体也具有茉莉香气，但其香气另有特点，因 此二氢茉莉酮酸甲酯的产率及品质都受到了影响。 c h 2 ( c o o e t ) 2 a - c 4 h 9 c h o h 2 0 h 2 p d h 2 0 ，- c 0 2 m e o h h + c o o e t ) 2 o o m e + + c o o m e o o m e 周景尧【1 9 】以丁二酸和庚酰氯为起始原料，在无水三氯化铝作用下进行付克反应， 得到中间体2 戊基1 ，3 环戊二酮，2 戊基1 ，3 环戊二酮在酸催化下同甲醇进行醚化反 应，得到中间体2 戊基3 甲氧基2 一环戊烯酮，再将2 戊基3 甲氧基2 环戊烯酮在碱性 条件下和丙二酸甲酯进行m i c h a e l 加成反应，得至l j ( 2 戊基3 氧代1 环戊烯) 基乙酸甲 酯。最后再将( 2 戊基3 氧代1 环戊烯- ) 基乙酸甲酯经催化氢化反应，即得最终产品二 氢茉莉酮酸甲酯，总收率为2 6 2 ，其反应式如下： 6 l a i c l 3 - - - - - - - - - - - c h 3 n 0 2 5 h l l m e o h h + ( c ) k i t a 2 川等以环戊烯酮为原料，经过三步反应得到二氢茉莉酮酸甲酯，最终产率 硕士论文 二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究 为3 5 ，但由于较难制备该反应中第一步用到的试剂，大量生产有难度。 + m o o m e u 1 1 c r 0 3 9 - b b n c h 2 n 2 f 吗i 鲫帆等1 2 2 佣环戊二烯为原料，首先与醛类反应，再经过d i e l s a l d e r 反应，还原 反应，水解反应，b a e y e r - v i l l i g e r 反应，j o n e s 反应等，最后得到产物二氢茉莉酮酸甲酯， 此反应路线较长。 综上所述，在二氢茉莉酮酸甲酯的合成中，催化缩合和m i c h a e l 加成是主要的反应 步骤，在催化缩合中常用的催化剂根据其所具有的酸碱活性中心，可以分为酸性催化剂、 碱性催化剂、酸碱催化剂。根据催化剂的状态又可划分为液相催化剂，固相催化剂以 及多相催化剂【矧。在酸性催化剂作用下，羰基氧原子上质子化，增强了羰基的诱导作用， 7 l 引言硕士论文 促进a 氢解离生成烯醇。在碱性催化剂作用下，酮的a 碳原子失去氢原子形成碳负离 子共振杂化物，达到平衡后生成烯醇盐。烯醇盐紧接着与另一分子醛或酮的羰基进行亲 核加成，形成新的碳碳单键，得到d 羟基醛或酮。由于a 氢原子比较活泼，含有a 氢 原子的p 羟基醛或酮容易失去一分子水形成具有更加稳定共轭双键结构的a ，p 不饱和 醛或酮【2 4 j 。 常用的酸性催化剂有硫酸、磺酸及各种l e w i s 酸等。在酸性催化剂的阳离子中心， ( b r o n s t e d 中心和l e w i s 中心) ，醛羰基活化形成烯醇正碳离子从而发生反应。 常用到的碱性催化剂，包括碱性化合物( 碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物、 碳酸氢盐、碳酸盐和羧酸盐) 、有机胺类化合物以及阴离子交换树脂等【2 5 】。实际工业应 用中，羟醛缩合反应所选用的碱性催化剂可以是弱碱( 如碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠) ， 也可以是强碱( 如氢氧化钠、氢氧化钙、氢化钠等) 。前者一般用于活性较大的醛之间 的缩合反应，产物多为d 羟基化合物；后者则用于活性较小、空间位阻大的醛或酮之间 的缩合，且反应多在非质子极性溶剂中进行。 酸碱催化剂即同时具有酸性一碱性活性中心，如一些二元氧化物或者水滑石等。适 用于气相羟醛缩合反应，也可用于液相羟醛缩合反应。 碱性或酸性催化剂对羟醛缩合反应都具有一定的催化效果，传统的工业应用中，碱 性催化剂使用更为广泛【2 陀丌。而碱性催化剂中以固态的阳离子交换树脂代替传统的液体 碱类催化剂，减轻了对反应器的腐蚀，有利于产物的分离【2 睨9 】。同时具有酸碱活性中心 的两性催化剂【3 3 】对于羟醛缩合反应表现出良好的选择性和催化活性。本论文应用了具 有酸碱活性中心的两性催化剂y - a 1 2 0 3 。 脱羟基化过程以酸作催化剂，甲苯为共沸剂，把水带走。草酸、盐酸、氢溴酸、硫 酸可作酸催化剂，浓度以2 一5 比较好，酸浓度大，副反应也大，酸度太小脱羟基化 不完全【5 1 。一般在缩合反应后将反应混合物冷至室温，用乙酸中和至中性，分出油层， 水洗后加酸催化剂，置于装有分水器的回流装置中，升温回流至水被脱尽，然后再分离 得产物【3 6 l 。本论文将对脱羟基化过程的条件进行研究。 而对于m i c h a e l 加成反应的条件及催化剂，有人用微波【3 7 】促进m i c h a e l 加成反应。 微波在促进m i c h a e l 加成反应中的应用，有很多成功的实例【3 8 】，从中可观察到微波反应 的发展前景。 另一类固体碱催化剂是固定在中孔分子筛m c m 4 1 3 9 1 表面的有机碱，是将1 ，5 ，7 三氮杂环【4 ，4 ，o 】葵5 烯( t b d ) 固定在分子筛上i 删，可用于催化m i c h a e l 加成。 另外目前探讨较多的是无溶剂的m i c h a e l 加成，无任何溶剂因避免了大量毒害性和 挥发性有机化合物( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d ，v o c ) 的使用，不仅减少了污染，简化了反 应操作和后处理过程，缩短了反应时间，降低了生产成本，而且往往具有收率高、选择 性强等优点，此类有机反应已成为实现“绿色化学”的一个重要途径【4 3 1 。 8 硕士论文二氢荣莉酮酸甲酯的合成工艺研究 而且无溶剂条件下【4 5 】使用各种催化效率高，廉价易得的碱性、酸性催化剂，甚至 无任何催化剂，可以有效地避免缩合、重排、聚合等副反应的发生，对于产率和产物质 量都会有较大的提高，对于生产和研究有一定的指导意义 4 6 1 。 随着绿色化学的发展【4 7 1 ，基本有机反应的实施也应该满足和接近绿色化学的条件和 要求，绿色化学使用化学方法消灭或减少对人体和环境有害的原料、化学产品和废物， 其目标是不使用，不生产一切有害物质1 4 引。绿色化学的核心内容是采用“原子经济”反应， 即避免仅用经济性衡量工艺是否可行的传统做法，改用新的标准( 选择性和原子经济性) 去评估化学工艺过程，这便要求尽可能地节约那些不可再生的原料、资源，最大限度减 少废物排放。通常体现在提高原料的转化率、原料的回收利用、溶剂的回收利用上例。 本课题将就绿色合成方法进行初步探讨。 1 3 本论文的主要研究内容和任务 本课题将在课题组前人所作研究的基础上，探讨不同的实验条件，对工艺进行进一 步优化。以正戊醛和环戊酮为基本起始原料通过缩合、异构化反应、m i c h a e l 加成、脱 羧反应得到产物。 ( 1 ) 正戊醛和环戊酮为原料，通过使用不同类型的催化剂，研究缩合反应选择特性。 探讨反应条件，为工业应用奠定基础。 ( 2 ) 探索合适的催化剂，温度等反应条件，以正戊醛和环戊酮为原料，缩合反应与 异构化反应合为一步进行，直接得到2 戊基环戊烯酮中间体化合物。 ( 3 ) 经m i c h a e l 加成反应和脱羧反应得到目标产物二氢茉莉酮酸甲酯，探讨影响反 应的因素，确定影响目标产物得率和纯度的因素，寻求较优的反应条件和工艺技术参数。 ( 4 ) 探讨无溶剂的绿色合成方法，减少对环境的污染，以求符合“环境经济特性”的 要求。 改进合成工艺，优化反应条件，提高反应的选择性，减少副反应的发生，提高目标 产物的收率，为工业应用奠定基础。成为本课题的主要任务。 9 2 实验部分 硕士论文 2 实验部分 2 1 实验试剂及仪器 实验试剂： 正戊醛，环戊酮为工业纯 氢氧化钠，) - a 1 2 0 3 ，二甲胺溶液，对甲苯磺酸，浓硫酸，相转移催化剂( 聚7 , - - 醇6 0 0 等) ，正丁醇，氢溴酸，二甲胺盐酸盐，三甲氨磷，丙二酸二甲酯，钠，甲醇，二甲苯， 甲苯，氯化钠，碳酸钠，碳酸氢钠，冰醋酸，无水n a 2 s 0 4 等为化学纯。 主要仪器： g c l1 0 2 气相色谱仪( f i d 检测器) ； z f l 三用紫外分析仪； b r u k e rt e n s o r 2 7 型红外光谱仪； d r x 3 0 0 h z 核磁共振仪； 气质联用分析仪； 2 22 亚戊基环戊酮的合成 2 - 亚戊基环戊酮为无色或淡黄色液体，沸点9 8 1 0 0 。c 3 m m h g ，不溶于水，易 溶于乙醇、甲苯等有机溶剂。 以正戊醛和环戊酮为原料，分别以n a o h ， = a 1 2 0 3 ，m g o 等为催化剂，通过缩合反 应制备2 亚戊基环戊酮，其反应方程式如下： + o 以正戊醛和环戊酮为原料，合成2 一亚戊基环戊酮的反应为缩合反应，根据其反应特 性，尝试了新的实验方法，并对传统工艺进行了优化。 2 2 1 y 舢2 0 3 催化合成2 亚戊基环戊酮 在带有温度计和回流管的5 0 m l 三1 2 1 烧瓶中，加入1 0 7 5 9 ( 1 2 5 m m 0 1 ) 正戊醛和3 1 5 9 ( 3 7 5 m m 0 1 ) 环戊酮，3 0 m l 间二甲苯，再加入0 4 2 3 9 催化剂7 a 1 2 0 3 。将三口烧瓶置于油 浴中加热，控制反应温度恒为1 4 0 ( 2 ，同时搅拌回流。用g c 对有机层进行跟踪分析， 反应结束后用5 n a 2 c 0 3 水溶液洗涤溶液至中性，再用3 0 m l 饱和氯化钠溶液干燥。分 l o 硕士论文二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究 出有机相，并抽滤除去固体催化剂，将滤液倒入常压蒸馏装置蒸出二甲苯，再用减压精 馏法蒸出产物。在1 5 m m n g ( 2 k e a ) 下减压精馏，收集1 4 3 1 4 7 c 馏分。取样，用气相色 谱( g c l l 0 2 气相色谱仪：s e 3 0 毛细管色谱柱( o 3 2 m m x 3 0 m x 0 5 “m ) ，进样口温度2 3 0 c ， 分流比4 2 1 ，柱温1 7 0 ，f i d 检测器，温度2 3 0 c ，氮气载气流量6 7 5 m l m i n ) 与标准 物质比较进行定性分析，以正癸烷做内标进行定量分析。g c 分析其纯度为9 8 1 ，得 率为8 8 2 。i r ( k b r ，c m 吐) ：2 9 5 6 5 2 ( 双键- h ) ，2 8 6 8 3 2 ( c h 3 ) ，2 8 6 7 9 8 ( 一c i - 1 2 一) ， 1 7 2 0 3 6 ( c = o ) ，1 6 4 7 6 2 ( c = c ) 。1 h - n m r ( c d c l 3 ) ：8 0 8 6 8 ( t ，3 h ，c h 3 ) ，8 1 2 8 9 - - 1 4 6 0 ( m ，4 h ， 2 c h 2 ) ，8 1 8 9 2 - 1 9 6 8 ( m ，2 h ，c h 2 ) ，6 2 1 0 2 1 7 2 0 ，2 h ，c h e ) ，8 2 2 8 9 2 3 3 9 ( m ，2 h ，c h 2 ) ， 8 2 5 4 6 - 2 5 9 8 ( l2 h ，c h 2 ) ，8 6 5 3 3 0 ，1 h ，一c = c - h ) 。 2 2 2 氢氧化钠催化合成2 亚戊基环戊酮 将1 5 m l 浓度为1 的氢氧化钠水溶液，及o 6 9 的相转移催化剂聚乙二醇6 0 0 加入 到四口烧瓶中，用分析天平称出1 0 1 9 的环戊酮与8 6 9 的正戊醛，将这两种原料先进行 混合均匀，后用恒压漏斗滴加混合物到体系中，同时搅拌，滴加完毕后继续保温搅拌， 滴加过程与保温过程体系温度恒为3 0 。用g c 对有机层进行跟踪分析。保温完毕用 3 6 乙酸调节体系酸碱度至中性，然后将溶液倒入分液漏斗中静置，分出油层和水层， 水层弃去，将油层加入减压蒸馏装置的釜中，先用减压蒸馏提取原料，再向体系中加入 一定量的脱水催化剂，进行负压下的升温脱水。 对脱水后的体系依次用两次5 0 m l 的饱和氯化钠溶液，2 次3 0 m l 的5 的碳酸钠溶 液，2 次5 0 m l 的饱和氯化钠溶液洗涤，对洗涤后的有机相用减压蒸馏法蒸出产物，在 1 5 m m n g ( 2 r d a ) 下减压精馏，收集1 4 3 1 4 7 馏分。g c 分析其纯度为9 8 3 ，得率为 8 7 8 。 2 32 戊基环戊烯酮的合成 2 戊基环戊烯酮为无色或淡黄色液体，密度0 9 2 1 9 m l ，不溶于水，易溶于乙醇等有 机溶剂。本文以2 亚戊基戊酮为原料，通过异构化反应制得2 戊基环戊烯酮，反应式如 下： 异构化 - - - - - - - - - - - - - - - i 2 实验部分硕士论文 2 3 1 以2 亚戊基戊酮为原料的合成方法 在具有搅拌器、温度计和球形冷凝器的反应瓶中加入1 5 2 92 亚戊基环戊酮及4 0 m l 氢溴酸浓度为5 的正丁醇溶液，加热及搅拌的条件下于11 0 * c 回流4 h ，反应完成后冷 却至室温，依次用饱和n a c i 溶液和1 0 的n a h c 0 3 溶液洗涤，无水n a 2 s 0 4 干燥后， 蒸去溶剂，减压精馏，在1 5 m m h g ( 2 k p a ) 下，收集l1 3 c 11 7 。c 下的馏分，g c 分析纯度 为9 7 2 ，得率为8 3 6 。i r ( k b r ，c m 1 ) ：2 9 5 2 8 8 ( x 2 键一h ) ，1 6 3 3 6 7 ( c = c ) ，2 8 5 1 6 8 ( - c h 2 - ) ， 1 7 0 4 3 4 ( 五元环酮) ，2 9 1 9 5 6 ( 。c h 3 ) 。 2 3 2 以正戊醛与环戊酮为原料直接合成法 以二甲胺盐酸盐乙酸为催化剂 在滴液漏斗q a 力n , k 1 0 1 9 的环戊酮与8 6 9 的正戊醛，在- - - i ：2 烧瓶中加入二甲胺盐酸盐 溶入等量乙酸的混合物作为催化剂，再加入o 6 9 的相转移催化剂聚乙二醇6 0 0 ，在加热 回流的条件下，开始滴加环戊酮和正戊醛的混合物，待反应完成后，g c 跟踪反应结束。 用3 6 7 , 酸调节体系酸碱度至p h = 5 6 ，静止分层，水层用甲苯萃取，将萃取液与有机相 合并，转入另一带有分水器的烧瓶中，加入0 2 9 的脱水催化剂和甲苯，再加入异构化反 应的溶剂和催化剂，反应完毕后分出水层，油层用饱和n a c l 溶液和5 n a h c 0 3 溶液洗涤， 无水n a 2 s 0 4 干燥。常压蒸去溶剂，在1 5 m m h g ( 2 k p a ) 下，减压精馏，收11 3 c 11 7 c 下的 馏分，其收率为7 9 8 。 以碱为催化剂 在三口烧瓶中加入1 5 m l 浓度为1 的氢氧化钠水溶液，再加入0 6 9 的相转移催化剂聚 乙二醇6 0 0 ，在滴液漏斗中加入8 6 9 的正戊醛和1 0 1 9 的环戊酮，在搅拌条件下，滴加正 戊醛与环戊酮的混合物，滴加完毕后保持体系温度为3 0 c ，g c 跟踪反应结束。用3 6 乙酸调节体系酸碱度至p h = 5 6 ，静止分层，将有机层转入另一带有分水器的烧瓶中，加 入一定量的催化剂和甲苯，加入正丁醇溶液与氢溴酸作为异构化反应的溶剂和催化剂， 反应完成后，分出水层，油层经饱和n a c i ，5 n a h c 0 3 洗涤，无水n a 2 s 0 4 干燥后蒸去溶 剂，再减压蒸馏，在1 5 m m h g ( 2 k p a ) 下，收集1 1 3 c 1 1 7 。c 下的馏分，g c 分析纯度为9 5 6 ， 得率为8 4 6 。 2 43 ( 3 氧2 戊基) 环戊基丙二酸二甲酯的合成 以醇钠为催化剂，2 - 戊基环戊烯酮与丙二酸二甲酯进行m i c h a e l 力l l 成反应生成3 ( 3 一氧 2 戊基) 环戊基丙二酸二甲酯，其反应方程式如下： 1 2 硕士论文二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究 c h 2 ( c o o m e ) 2 - _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ 一r - - m e o n a 2 4 1 醇钠催化合成法 在室温及氮气条件下，在装有滴液漏斗和回流冷凝管( 含有氯化钙干燥管) 的烧瓶中 加入5 0 m l 无水甲醇和0 4 9 钠片。待钠溶解完全后，在搅拌条件下加a 1 3 2 9 丙二酸二甲酯 ( o 1 m 0 1 ) ，然后将反应物冷却至5 以下，开始滴加2 戊基环戊烯酮，并在此温度下 继续搅拌1h 。然后在上述反应液中再加入乙酸，终止反应，继续搅拌使温度逐渐升至室 温。反应完成后，有机层用饱和食盐水溶液洗涤，无7 k n a 2 s 0 4 干燥后，先回收溶剂，再 减压精馏得产物，g c 检测含量为9 2 9 ，得率为8 3 5 。 2 4 2 无溶剂的m i c h a e l 加成法 我们选用三甲氨磷作为催化剂，在无溶剂的条件下，2 戊基环戊烯酮与丙二酸二甲 酯进行m i e h a e l j j l a 成反应生成3 ( 3 氧- 2 戊基) 环戊基丙二酸二甲酯，其反应方程式如下： c h 2 ( c o o m e ) 2 - - - - - - - - - - - - ( m e 2 n ) 3 p o 在烧瓶 力1 1 3 k 1 3 2 9 丙二酸二甲酯，再加入1 6 3 9 的三甲氨磷，氮气保护，控制反应 温度为0 ，用滴液漏斗滴加1 5 2 醇戊基环戊烯酮，搅拌反应l h ，反应完成后，将溶液 过滤、滤液进行减压精馏，得到产物，g c 检测含量为8 2 6 ，得率为7 8 6 。 2 5 二氢茉莉酮酸甲酯的合成 二氢茉莉酮酸甲酯又名2 戊基环戊酮3 乙酸甲酯。分子式c 1 3 h 2 2 0 3 ，式量：2 2 6 3 1 。 为浅黄色油状液体，具有水果，茉莉花，甘桔，木香香气和味道【5 0 1 ，是应用较为广泛的 一种合成香料。沸点1 0 9 1 1 2 ( 2 2 6 6 p a , 相对密度为1 0 0 2 ( 2 3 5 ) 折射率n d 2 4 为 1 4 5 7 - 1 4 5 8 ，几乎不溶于水，溶于乙醇等有机溶剂。 2 实验部分 硕士论文 3 ( 3 一氧一2 一戊基) 环戊基丙二酸二甲酯在加热的条件下，先发生水解，再进行选择性脱 羧，得n - - 氢茉莉酮酸甲酯，其反应方程式如下： e 2 5 1 二氢茉莉酮酸甲酯的合成方法 在具有搅拌器、滴液漏斗、温度计及回流冷凝器管的四1 2 1 瓶中加入1 4 2 93 ( 3 氧2 戊基) 环戊基丙二酸二甲酯，氮气保护，并逐渐升高温度至2 0 0 ，在此温度下经1 5h 滴加完水。在此反应过程中放出二氧化碳和甲醇，后者可以回收再用。水滴完再反应 o 5 h ，冷却反应混合物，再经提取、分离及减压精馏等操作，在1 5 m m h g ( 2 k p a ) 下，收 集沸程为2 6 5 2 7 1 下的馏分。g c 检测含量9 7 6 得率8 2 6 。i r ( k b r ，c m d ) ：c h 3 ： d 嬲2 9 5 6 0 2 c m ，us2 8 7 2 1 6 c m ，- c h 2 - ：d 笛2 9 31 8 2 c m 1 ，oc = 0 17 5 6c m 1 17 3 2c m l ， 1 7 3 9 0 4c m l ( 五元环酮) ，o c - o - c 1 4 6 0 1 5c m 一1 0 0 5 9 5c m 。 1 4 硕士论文 二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺研究 3 实验结果与讨论 3 12 亚戊基环戊酮的合成 3 1 1 反应原理讨论 碱催化下的反应原理t 首先是在碱性条件下，环戊酮失去一个a 氢原子，形成一个负离子( 碳负离子和烯 醇负离子的共振杂化体) ，该碳负离子活性很强，很快去进攻醛中羰基发生亲核加成反应， 形成新的碳碳单键，得到加成的烷氧负离子，该烷氧负离子与水作用夺取氢，生成p 一羟 基羰基化合物，由于a 氢原子比较活泼，含有a 氢原子的p 羟基羰基化合物在酸的催化 作用下，失去一分子水形成具有更加稳定共轭双键结构的2 亚戊基环戊酮5 m 2 1 。其反应 过程如下： o o 6 一 一h 2 0 o 酸催化下的反应原理； 环戊酮与正戊醛在酸性条件下反应，经过缩合反应，脱水反应得到2 - 亚戊基环戊酮。 首先是环戊酮在酸催化下由酮式转化为烯醇式，然后烯醇与质子化的正戊醛发生亲 核加成反应，生成质子化的p 羟基羰基化合物，然后再经质子转移，在酸的催化作用下， 脱水生成2 亚戊基环戊酮。其反应过程如下： 1 5 3 实验结果与讨论 硕士论文 o + h o h 2 0 ，- 旷 h + o - - _ - - _ 一 _ - _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - i 旷转移 + o h 3 1 2 不同催化剂对反应的影响 选取1 0 7 5 9 ( 1 2 5 m m 0 1 ) i e 戊醛和3 1 5 9 ( 3 7 5 m m 0 1 ) 环戊酮，3 0 m l 间二甲苯，控制反 应温度恒为1 4 0 。c ，同时搅拌回流。考虑不同的催化剂对反应的影响，实验结果见表 3 1 1 。 表3 1 1 不同催化剂对反应的影响 由上表我们可以看出，这三种催化剂对正戊醛和环戊酮的缩合反应都能起到较好的 催化效果，a 1 2 0 3 一s i 0 2 是种强酸，正戊醛能有效被a 1 2 0 3 一s i 0 2 活化形成碳正离子，正 戊醛和环戊酮的缩合反应可以被a 1 2 0 3 - s 1 0 2 催化，m g o 是种强固体碱，也具有较好的 催化效果，但m g o 极易与空气中c 0 2 反应而影响其催化性能，而y a 1 2 0 3 是种酸碱双 功能催化剂，具有中等强度的酸碱中心对，可以同时影响正戊醛与环戊酮的酸碱基团， 在这种新的反应机理中，由于酸碱的共同作用，正戊醛的羰基质子化，与此同时环戊酮 被邻近的碱中心活化，使得厂a 1 2 0 3 具有更好的催化效果，而且从上表我们可以看出， 以上的三种催化剂相比之下，催化效果最好的还是y 枷2 0 3 。故我们选择y a 1 2 0 3 作为 1 6 _ i )一。 h ho i a 硕士论文二氢荣莉酮酸甲酯的合成工艺研究 催化剂。 分别选取无机碱，有机碱，质子酸，l e w i s 酸这几种不同类型的催化剂对正戊醛 与环戊酮的缩合反应进行催化，观察不同类型催化剂对反应特性的影响，实验结果见表 3 1 2 表3 1 2 不同催化剂对反应的影响 注1 1 0 1 9 环戊酮，8 6 9 正戊醛，1 5 m l 浓度为l 的氢氧化钠与氢氧化钾溶液，3 0 ，反应5 h ， 0 2 9 草酸，负压脱水4 h 。拄2l o 1 9 环戊酮，8 6 9 正戊醛，0 3 9 甲醇钠，6 0 。c ，反应5 h ， 0 2 9 草酸，3 0 m l 甲苯脱水6 h 。1 0 1 9 环戊酮，8 6 9 正戊醛，6 m l 二甲胺溶液，6 0 反应 6 h ，0 2 9 草酸，3 0 m l 甲苯脱水8 h 。注3 1 0 1 9 环戊酮，8 6 9 正戊醛，0 5 9a i c l 3 ，回流温 度，反应1 0 t l 。1 0 1 9 环戊酮，8 6 9 正戊醛，0 5 9c u 2 + 皂土，回流温度，反应1 0 h 。汪4 21 0 1 9 环戊酮，8 6 9 正戊醛，o 1 9 浓硫酸，回流温度，反应1 2 h 。1 0 1 9 环戊酮，8 6 9 正戊醛， 0 2 9 对甲苯磺酸，回流温度，反应1 2 h 由上表我们可以看出：使用不同类型的催化剂对反应得率的影响较大。 无机碱催化剂催化效果较好，无机碱催化时，是由环戊酮或正戊醛脱去伍氢形成的 碳负离子作为亲核试剂进攻另一分子的羰基化合物。碳负离子的稳定性对反应的难易有 着很大的影响。环戊酮与正戊醛在碱性条件下都易形成碳负离子，其上的负电荷因氧原 子的分散而稳定存在，故较易发生交叉缩合，生成2 亚戊基环戊酮。所以无机碱催化体 系中2 亚戊基环戊酮的得率较高。 有机碱催化效果不太好，可能是在有机体系中，在极性小的条件下，不利于a 氢的 离去，不利于碳负离子( 或者烯醇负离子) 的形成，从而不利于烷氧负离子夺取氢，生成 p 羟基羰基化合物，影响产物的得率，以甲醇钠做碱催化剂，2 亚戊基环戊酮得率不太 理想，而以二甲胺做催化剂时，主产物的得率为7 6 3 。这是由于二甲胺的碱性较弱， 使得环戊酮与正戊醛的羰基活性与其氢的活性区别较大，得率得以进一步提高，但同 时由于碱性的减弱，反应速率减慢，反应时间延长。 1 7 3 实验结果与讨论硕士论文 浓硫酸、对甲苯磺酸分别是具有代表性的无