（化学工程专业论文）食品添加剂乙基麦芽酚绿色合成工艺研究.pdf

摘要 食品添加剂乙基麦芽酚绿色合成工艺研究 摘要 乙基麦芽酚广泛用于食品、香烟、药物、饮料、牙膏、化妆品等 多种日用化工行业，是一种重要的精细化工产品和有机合成中间体。 文献报导乙基麦芽酚的合成工艺路线比较多，主要有：( 1 ) 曲酸法；( 2 ) 焦袂糠酸法；( 3 ) 糠醇法；( 4 ) 糠醛法；( 5 ) 电解氧化法；( 6 ) 有机闭环法。 目前工业上主要采用糠醛法一“一锅法 合成乙基麦芽酚，合成过 程中使用的氯气污染环境、腐蚀设备，不符合可持续发展的要求。 有机电合成是一种新兴的高新绿色合成技术，从工艺本身消除了 污染，保护了环境，副产物少，能耗低，工艺简单，反应易控制，有 很大的发展前景，近年来成为绿色化学合成研究的热点，同时也取得 了不少的进展，显示出了很强的竞争力和较好的工业前景。 本文分三部分，在第一部分中主要介绍了国内外乙基麦芽酚的发 展状况及合成研究进展，在此基础上提出电解氧化法合成乙基麦芽酚 前体，再经酸化、氧化、水解合成乙基麦芽酚的绿色合成工艺路线。 同时介绍了绿色化学合成和有机电合成的发展和应用现状。第二部分 介绍了乙基麦芽酚的合成步骤，实验中所使用的设备仪器及实验原料 和试剂。第三部分讨论了电解、酸化、氧化、水解过程中各种影响因 素对乙基麦芽酚收率的影响。得到最佳的工艺参数为：通电量 2 n 2 5 f m o l ，电流密度7 5 m a c m 2 ，n a b r 作电解质，室温下酸化， 乙醇作回流溶剂，氧化时间3 h ，水解时间3 4 h ，水解温度1 0 0 。 t 北京化工大学硕上论文 利用傅里叶红外光谱仪( f t - i r ) 分析鉴定乙基麦芽酚合成中间体结构， 红外吸收数据与文献一致。采用可见分光光度法测定乙基麦芽酚的收 率，最高可达6 3 4 4 。 关键词：乙基麦芽酚，绿色合成，有机电化学合成，仅呋喃丙醇， 2 - 乙基- 6 - 羟基一2 h 一吡喃酮 3 】 i i a b s t r a c t s t u d yo nt h eg r e e ns y n t h e s i s0 ff 0 0 d a d d i t i v ee t h y l m a l r r o l a b s t r a c t e t h y l m a l t o li sa ni m p o r t a n tf i n ec h e m i c a li n t e r m e d i a t ea n dp r o d u c t w h i c hi sw i d e l yu s e da si n g r e d i e n ti nf o o d ，c i g a r e t t e s ，d r u g ，b e v e r a g e s ， t o o t h p a s t ea n dc o s m e t i c s t h ec o n v e n t i o n a lp r e p a r a t i o no fe t h y l m a l t o l m a i n l yi n c l u d e ：( 1 ) k o j i ca c i d ，( 2 ) p y r o m e c o n i ca c i d ，( 3 ) f u r f u r a la l c o h o l ， ( 4 ) f u r f u r y l ，( 5 ) e l e c t r o l y s i sa n d ( 6 ) a c e t o n e a n dp r o p i o n i ca l d e h y d e t h e c h l o r i n ew a su s e da so x i d a t i o nr e a g e n ti nt h ef u r f u r y lp r o c e s s ( o n ep o t p r o c e s s ) ，w h i c hh a de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sa n dc o r r o s i o nt oe q u i p m e n t t h i ss y n t h e s i sp r o c e s sd i dn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t e l e c t r o c h e m i c a ls y n t h e s i so fe t h y l m a l t o li so n eo fi m p o r t a n tg r e e n s y n t h e s i sr o u t e s ，w h i c ha r ee a s yt oc o n t r o l ，c l e a n ，l i r l eb y p r o d u c ta n d e n v i r o n m e n tf r i e n d l yt e c h n o l o g yt ot h ec h e m i c a li n d u s t r y i na d d i t i o n ， e l e c t r o s y n t h e s i s ，w h i c hs t u d i e st h es y n t h e s i so fo r g a n i cc o m o u n dw i t h e l e c t r o c h e m i c a lt e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d s ，u s e se l e c t r o na sr e a g e n tt o r e p l a c et h ec o n v e n t i o n a lr e d o xa g e n tt oc a r r yo u tt h es y n t h e s i so fo r g a n i c c o m p o u n d i tt r i e st oa v o i dp o l l u t i o nf r o mt h eb e g i n n i n g s o ，i tc o u l db e p r o p i t i o u st op r o d u c ei ti ni n d u s t r y i i i 北京化工大学硕士论文 t h ep a p e ri sd i v i d e di n t ot h r e em a i np a r t s i nt h ef i r s tp a r tw e i n t r o d u c e dt h es y n t h e s i sp r o c e s sa n dd e v e l o p m e n to fe t h y l m a l t o l ，a n d p r o m o t e dt h ep r e p a r a t i o no fe t h y l m a l t o lf r o ml - ( 2 - f u r y l ) 一p r o p a n o lb y e l e c t r o l y s i s ，a c i dh y d r o l y s i s ，o x i d a t i o na n dh y d r o l y s i s t h ed e v e l o p m e n t a n da p p l i c a t i o no fg r e e nc h e m i c a ls y n t h e s i sa n de l e c t r o c h e m i c a ls y n t h e s i s w a sd i s c u s s e di nt h i sp a r t i nt h es e c o n dp a r tw ei n t r o d u c e dt h es y n t h e s i s p r o c e s so fe t h y l m a l t o l ，e x p e r i m e n t a la p p a r a t u s ，m a t e r i a l sa n dr e a g e n t s u s e di nt h ee x p e r i m e n t i nt h et h i r dp a r tw ed i s c u s s e dt h ee f f e c to f e l e c t r o l y s i s ，a c i dh y d r o l y s i s ，o x i d a t i o na n dh y d r o l y s i so nt h ey i e l do f e t h y l m a l t 0 1 t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r eq u a n t i t yo fe l e c t r i c i t yo f 2 2 5 f m o l ，c u r r e n td e n s i t yo f7 5 m a c m ，e l e c t r o l y t eo fn a b r , a c i d h y d r o l y s i sw a sc a r r i e d o u tr o o mt e m p e r a t u r ea n de t h a n o lf o rr e f l u x s o l v e n t ，o x i d a t i o no f3 h ，h y d r o l y z et i m eo f3 , 一4 h ，h y d r o l y z et e m p e r a t u r e o f10 0 t h ec h e m i c a ls t r u c t u r e so ft h ei n t e r m e d i a t e sw e r ec h a r a c t e r i z e d b ym e a no ff t - i rt h ed a t aw e r eb a s i c a l l yc o n s i s t e n tw i t ht h el i t e r a t u r e t h ev i s i b l e s p e c t r o p h o t o m e t r i c m e t h o dw a su s e df o rq u a n t i t a t i v e d e t e r m i n a t i o no fe t h y l m a l t o l ，t h ey i e l dw a s6 3 4 4 k e y w o r d s ：e t h y l m a l t o l ，g r e e ns y n t h e s i s ，e l e c t r o o r g a n i cs y n t h e s i s ， 2 一( 0 【- h y d r o x y p r o p y l ) 一f u r a n ，2 - e t h y l 一3 一h y d r o x y - 4 h p y r a n 。 4 o n e i v 符号说明 符号说明 吸光度 最大吸光度 标准溶液浓度，m g m l - 1 法拉第常数，9 6 4 8 4 6xl0 4c m 0 1 - 4 电流强度，a 电流密度，m a c l i 产 生成的产物质量，g 产物的摩尔质量，g - m o l - 1 理论电量，f - m o l - 1 实际电量，f m o l - 1 反应温度， 反应时间，h 波长，n m 最大吸收波长，n m 收率， 电极反应转移电子数 么c f ， m m 9 岛r f 2 r y z 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 兰圣竭 一 日期：塑! 全：签：三 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论 文的规定，即：研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单 位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公 布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名： 墨圣鱼虽 日期：童! ! 仝墨：墨 聊签名：盈隧 导师签名： 地坠经 日期： 2o o9 6 第一章绪论 第一章绪论 1 1 乙基麦芽酚发展概述 1 1 1 乙基麦芽酚的物理和化学性质 乙基麦芽酚e t h y l m a l t o l ，化学名称为2 - 乙基一3 一羟基- 4 h 一吡喃酮一 4 】( 2 - e t h y l - 3 一 h y d r o x y 4 h p y r a n 一4 一o n e ) ，分子式为c 7 h 8 0 3 ，分子量1 4 0 1 4 。化学结构式： o h c h 2 c h 3 乙基麦芽酚c a sn o ：4 9 4 0 1 1 8 ，白色针状或白色结晶粉末，熔点8 9 9 3 ， 易溶于热水、乙醇、丙二醇和氯仿。具有持久的焦糖和水果香气，稀溶液具有甜 的果香味。迄今为止，未曾发现乙基麦芽酚存在于天然物质中，它必须通过化学 合成的方法得到【l j 。 麦芽酚m a l t o l ，化学名称为2 甲基3 羟基4 h 吡喃酮 4 】( 2 一e t h y l 3 吣x y - 4 h - p y m 一4 o n e ) ，分子式为c 6 h 6 0 3 ，分子量1 2 6 1 l 。化学结构式： o h c h 3 麦芽酚c a sn o ：1 1 8 7 1 8 ，白色针状晶体或白色的结晶粉末，熔点1 6 2 - - - 1 6 4 ，能溶于热水、乙醇和氯仿。具有蜜饯的水果香气，其稀溶液具有轻微的草莓 芬芳。麦芽酚天然存在于蕨类植物的叶子、落叶松的树皮、烤制的菊苣、日本桂 树叶、木油、木焦油、可可、大豆、草莓、大麦、辣椒、咖啡及大麦芽中，另外 从小麦、大豆等的水解液以及麦芽、淀粉、木材、纤维等的热分解产物中也能得 到麦芽酚【z j 。 乙基麦芽酚及其同系物麦芽酚属于吡喃类香料，是具有平面状烯醇酮结构的 环状化合物。乙基麦芽酚和麦芽酚的2 位取代基分别是乙基和甲基，分子结构的 微小变化使得乙基麦芽酚的香气更浓、挥发性更强，增香效果比麦芽酚显著。1 9 7 0 年，世界卫生组织及联合国粮农组织，确认乙基麦芽酚为食品添加剂。我国食 品添加剂使用卫生标准) ) g b 2 7 6 0 8 1 也确认其可作为食品合成香料使用。据报导， 乙基麦芽酚的增香效果是麦芽酚的6 倍左右，一份乙基麦芽酚可替代2 4 份香豆 北京化工大学硕士论文 素使用【3 1 。麦芽酚和乙基麦芽酚的水溶液呈酸性，遇三氯化铁呈紫色【4 1 。 1 1 2 乙基麦芽酚的应用 乙基麦芽酚是一种重要的日用精细化工产品。应用十分广泛，可用于食品添 加剂、护肤药物，及其它应用【5 1 。 ( 1 ) 食品添加剂 乙基麦芽酚是一种安全无毒、用途广、效果好、用量少的理想食品添 加剂，对食品的香味改善和增强具有显著效果，对甜食起着增甜作用，且 能延长食品储存期 6 1 。麦芽酚、乙基麦芽酚可用于饮料、乳类食品、甜食、烘 饼类食品、朱古力、番茄类食品、酒等的增香、增甜。饮料中加入麦芽酚或乙基 麦芽酚后，能增强其本身香味的特质及浓郁感，引出橙、菠萝、樱桃、蔗糖和草 莓等的真正果味；用于葡萄汁，能增强其天然葡萄香味；能掩盖糖精食后产生的 苦涩感。香兰、巧克力、草莓等冰淇淋加麦芽酚或乙基麦芽酚能增进芳香感，使 冰淇淋更丰润香滑。据报导，在甜食品中添加5 p p m 的乙基麦芽酚，即可少用 5 - 1 5 的糖而不减低甜味；若不减少糖的用量，添加乙基麦芽酚后，则可使食品 的甜味更强【丌。 ( 2 ) 护肤药物 用乙基麦芽酚配制的护肤霜，能抑制黑色素的生长。近年来，发现乙基麦芽 酚对抑制人体中的过氧化物，抗衰老有一定的治疗作用。动物实验表明：麦芽酚 可强烈的抑制由乙醇引起的小鼠肝内脂类的过氧化反应，从而延缓细胞整合性的 降低、减轻脂类过氧化物灭活酶的作用，起到延寿的功效。由于乙基麦芽酚很容 易和大多数金属离子形成无毒副作用的配合物，进一步扩宽了在医学领域中的应 用【& l o 】。例如对糖尿病、肥胖症、高血压、癌症、贫血、控制金属离子在体内的 堆积，辅助某些同位素对病症进行放射性诊断和治疗。 ( 3 ) 其它应用 乙基麦芽酚加入饲料中作增肥剂。乙基麦芽酚可用做小型电机的电刷与换向 器间的润滑剂f l l 】。乙基麦芽酚可以提高种子的发芽率。乙基麦芽酚可作为吸烟抑 制剂用于戒烟【1 2 1 。乙基麦芽酚能使感光胶片涂布均匀，防止产生斑点和条纹【1 3 1 。 1 1 3 国内外市场和生产情况 1 8 6 1 年英国化学家j s t e n l a o u s e 【1 4 】从落叶松皮中首先分离得到麦芽酚，其化 学结构在1 9 0 5 年首先由p e r a t o n e r 和t a m b u r e l l o t l 5 】提出。1 9 4 7 年以前，麦芽酚主 2 第一章绪论 要由松针、落叶松树皮、多种有机原料的破坏蒸馏及链霉素的碱解制得。1 9 1 2 年，p e r a t o n e r 合成了袂糠酸与焦袂糠酸。1 9 4 7 年，s p i e l m a n 和f r e i f e l d e r 】用吡 啶和甲醛使焦袂糠酸发生反应得到曼尼希碱，再以钯作催化剂对其进行加氢反 应，首次实现了麦芽酚的化学合成。随后，关于麦芽酚、乙基麦芽酚的制备、检 测、代谢、应用等方面的研究工作一直未间断。一些国际上著名的大公司都生产 麦芽酚和乙基麦芽酚，如美国辉瑞( p f i z e r ) 公司、日本大冢化学药品株式会社等。 1 9 4 2 年，美国道化学公司即以p a l a t o n e 商标生产麦芽酚，用作水果增香剂；1 9 6 2 年，菲泽公司又以v e l t o l 及p l u s v e l t o l 商品名生产麦芽酚及乙基麦芽酚，用作多 种食品的增香剂；瑞士菲尔曼尼希公司则以c o r p sp r a l i n e 为商品名生产麦芽酚， 用作食品增香剂。国外许多科研人员对麦芽酚和乙基麦芽酚的合成工艺进行了研 究，出现了很多新的合成方法和改善生产工艺的文献报导，使得麦芽酚的合成方 法和生产工艺不断完善。 我国麦芽酚的合成研究始于2 0 世纪7 0 年代后期，研究、生产状况如下： 1 9 7 7 年，广州市轻工业研究所曾进行过用木薯粉发酵曲酸，再由曲酸合成 乙基麦芽酚的研究，并于1 9 7 8 年进行了技术鉴定。 北京日用化工一厂曾于1 9 7 9 年建立一发酵法生产线。生产能力为1 0 0 0 k g a 。 轻工部上海香料所与北京日用化学研究所合作，于1 9 7 8 年进行糠醇法合成 研究，于1 9 8 1 年完成实验室工作，1 9 8 5 年完成中试。 辽宁省化工研究院于1 9 8 2 年3 月开始糠醛法合成乙基麦芽酚的研究，同年 1 1 月通过了大连市科委主持的小试鉴定。1 9 8 4 - 1 9 8 6 年进行了中试研究，于1 9 8 6 年9 月通过了省级中试鉴定，并制定了乙基麦芽酚的辽宁省企业标准，同年将乙 基麦芽酚技术转让给山东省青岛市平度精细化工厂，建立了一套3 f f a 的生产装 置。 安徽省化工研究所1 9 8 3 年开始小试，1 9 8 4 年通过了合肥市科委的技术鉴定。 1 9 8 6 年进行了中试，建立了安徽省企业标准。1 9 8 9 年5 月2 0 日在江苏省连云港 市召开了“乙基麦芽酚国家标准工作会议，制定了乙基麦芽酚的国家标准【1 7 l 。 1 9 9 1 年3 月通过了由安徽省科委主持的乙基麦芽酚产品鉴定【1 8 1 。 陕西省化工研究所1 9 8 2 年开始小试，1 9 8 4 年1 1 月通过省级鉴定，1 9 8 7 年 通过了由陕西省科委、石化厅、标准局主持的中试鉴定【1 9 】。 我国乙基麦芽酚的合成虽然起步较晚，但其进展速度是很快的，产品质量 已达到了国际水平，生产能力已达每年2 0 0 0 多吨。不但改变了过去依赖进口的 局面，而且已有产品进入国际市场，8 个骨干厂的生产量为1 5 0 0 吨，出口1 2 0 0 吨【2 0 】。随着国内外市场需求的不断增大，生产规模的扩大，麦芽酚及乙基麦芽酚 已经成为重要的食品添加剂。在乙基麦芽酚的开发应用上，仍有许多工作要做， 3 北京化工大学硕上论文 以进一步扩大其使用范围，促进乙基麦芽酚的合成进展，增加经济效益和社会效 益。 1 2 乙基麦芽酚和麦芽酚的合成概述 乙基麦芽酚和麦芽酚的合成路线较多，按照反应起始物和反应进程的不同， 乙基麦芽酚和麦芽酚的合成大致可分为以下几种方法：曲酸法( 半合成法) 、焦袂 糠酸法、糠醇法、糠醛法( 全合成法) 、电解氧化法、有机闭环法等。 1 2 1 曲酸法( 半合成法) 先将淀粉糖化、灭菌、发酵，再经过过滤、结晶、分离等处理后，制得曲酸。 用甲醇作溶剂，在碱性条件下，使曲酸与氯化苄加热回流，进行醚化反应，生成 曲酸苄醚，以保护曲酸的羟基。在酸性条件下，用活性二氧化锰使曲酸苄醚氧化， 生成考闷酸苄醚，以使羟甲基氧化为羧基。或者以钯或铬作催化剂，经过空气氧 化制成考闷酸苄醚。以二苯醚为溶剂，使考闷酸在其沸点( 2 5 9 ) 下发生脱羧反 应，生成焦袂糠酸，并随二苯醚蒸出，冷却后即析出焦袂糠酸。在碱性条件下， 使焦袂糠酸与乙醛缩合，在环上引入一个羟乙基团。将羟乙基化反应液酸化至 p h 为5 ，然后加入锌粉，再滴加盐酸进行还原反应，即得乙基麦芽酚1 2 1 j 。合成 路线如下： o h o p c c h 3 c h o - - - - - = n a o h 或者 c h 2 c l c h ld c 2 0 hn a o hc h 3 0 h 飞少 o o o h z a i - 嘲c h 3 浓h c i 4 m n 0 2 h 2 0 h h c i o 叼 - o o h h h 2 c h 3 h 第一章绪论 h o c h 2 o o hp d c 【o 】h o o c o o o hz n c h ( o h ) c h 3浓h c l o h p h 2 0 - - - - 2 2 5 15 0 0 c o o o h c h 2 c t t 3 o h 1 9 6 5 年，美国和日本都提出此法。1 9 6 9 年美国p f i z e r 公司以曲酸为原料实 现了乙基麦芽酚的工业化生产。大约l o 年后，我国北京日用化学一厂、广州轻 工研究所曾采用此法生产麦芽酚和乙基麦芽酚。但此法生产乙基麦芽酚的工艺路 线冗长，收率低，成本高，产品不易提纯及三废多等原因未能实现工业化生产【l i 】。 1 2 2 焦袂糠酸法 1 9 7 2 年，k k a w a s e 2 2 1 等人将焦袂糠酸、醋酸溶液在温度为9 0 c ，1 2 h 内 滴加到二乙酰基过氧化物的乙醚溶液中，然后将次混合物在2 h 内加热到1 1 0 ， 可在焦袂糠酸的2 位上，直接烷化制得乙基麦芽酚( 见下) 。 o o h 二乙酰基过氧化物 o o h c h 2 c h 3 曲酸法的中间产物焦袂糠酸在哌啶，甲醛的乙醇溶液中反应，然后在p d c 催化下氢解得到乙基麦芽酚；焦袂糠酸在碱性条件下的乙醛溶液中反应，最后用 盈在酸性条件下还原制备乙基麦芽酚f 2 3 1 。1 9 6 7 年k e i c h i r o ，h a y a s h i 等人利用袂 糠酸为原料，经焦袂糠酸制备乙基麦芽酚【2 4 】。 李明【2 5 】等人以糠醇为原料，在有机醋酸钠存在下，用氯气氧化扩环后水解法 制备了焦袂康酸，研究了回流温度、回流时间、反应体系、水解液p h 值和萃取 剂等因素对产率的影响，得出其合成优化条件为：氯化反应介质体积比 v ( m c o h ) ：v ( h 2 0 ) = 1 5 ：1 ，回流温度8 0 ，回流时间1 5h ，将水解液的p h 值调到 2 5 ，用c h 2 c h 作为萃取剂，产率可达6 4 9 。同比在没有醋酸钠存在下反应，产 率仅为2 5 4 。 5 北京化工大学硕士论文 2 c 1 2 5 - 5 0 c m e o h h 2 0 n a a c 。卜l o c 味。h o l i i 1 j o o h 沙靖全【2 6 】等人也利用该方法制备焦袂糠酸，研究了有机碱的存在、无机盐的 存在、反应温度和时间、反应介质类型及p h 值等因素对反应的影响，以产率为 目标，用正交实验法提出了最佳工艺条件。 1 2 3 糠醇法 周建纯、朱庆安【2 刀以糠醇为原料，在氯气作用下发生氧化，再水解生成焦袂 糠酸，焦袂糠酸与乙醛在碱催化剂下进行缩合反应得到2 羟乙基麦芽酚，然后在 z n 粉和盐酸作用下进行还原反应得到乙基麦芽酚，收率为1 1 8 8 。本法设备简 单，反应条件温和，容易操作，但收率较低。合成路线见下： c 删备 c h 3 c h o ， n a o h1 7 0 c c l o 皿 o h z n h c 1 c h ( o h ) c h 3 6 0 - 6 5 0 c o o o h o h c h 2 c h 3 1 9 7 6 年，美国p f i z e r 公司和日本大壕化学药品株式会社采用这一合成路线， 生产能力有所发展，我国广东肇庆香料厂也以此法进行生产。 1 9 7 8 年，p f i z e r 公司的t m b r e i m 趾【2 8 1 等提出了乙基糠醇为原料、卤素为氧 化剂“一锅法 ( o n ep o tp r o c e s s ) 合成乙基麦芽酚，使乙基麦芽酚的合成路线大大 缩短，见下。 6 第一章绪论 舛鹄 c l o c o hc 2 叫一 一睾 o h c 2 h 5 19 7 9 年，p f i z e r 公司的p a u ld w e e k s 2 9 】等人又详细报导了以糠醇为原料合成 乙基麦芽酚及其同系物的工艺过程。麦芽酚的收率达到7 7 4 ，乙基麦芽酚的收 率达到6 7 。 譬r 旦c 即 o c h 3 0 o h o r h + h 2 0 r 呻 h o c h 3 0 o r o r 糠醇经历两步氧化和一步重排，中间体经重排，生成稳定性较强的半缩醛， 水解后得到乙基麦芽酚。 1 2 4 糠醛法( 全合成法) 以糠醛为原料，先与格氏试剂反应得到洳呋喃烷醇。向装有搅拌器、温度计、 滴液漏斗及通气管的四口瓶中加入甲醇和水( 体积比为2 ：3 ) ，冷却至一5 以下， 由滴液漏斗逐滴加入甲醇和a 呋喃烷醇的混合液。同时开始向瓶中通氯气，反应 始终维持在1 0 以下进行。反应完毕后，蒸去反应混合物中的甲醇，在9 0 - - 9 5 下加热回流3 h ，趁热过滤，冷却。滤液用5 0 n a o h 溶液调节p h 值至2 2 ， 置于5 下冷却0 5 h ，过滤后得到第一批产物，合并两次的粗产物，经无水乙醇 结晶得到白色芳香性针状结晶麦芽酚或乙基麦芽酚【3 0 】。合成路线见下： 7 一 忙 一 旦凇 铲一hm m b p墨吣 北京化工大学硕上论文 c 1 2 h 2 0 - m e o h 了r。 o h c l c 1 2 h 2 0 - m e o hh o o o h 3 + o r o h r o r 糠醛与格氏试剂反应制得值一呋哺烷醇，在0 c 下向a 呋喃烷醇含水乙酸溶液 中加入次氯酸叔丁酯( c h 3 ) 3 c o c l ，随后加热到2 5 可得到一氯取代的中间产物和 二氯取代的副产品。氯取代物脱水形成了二缩聚物中间体，即6 ，6 氧二( 4 。氯2 甲基一3 ，6 2 h 3 吡喃酮) 。一氯取代物和二缩聚物在酸性条件下加热到9 0 ，可以 得到麦芽酚和乙基麦芽酚，产率分别为7 5 并1 1 6 5 3 。合成路线见下： c n o t - b u o c l2 5 0 c - - - - - - - - - - - - - - - - - - - h 2 0 - c h 3 c o o h h o 9 芋嚣等舯 o h 十h ，o 9 0 0 c r 1 | - h 2 0 o h r o r 李天锡【3 2 】采用“一锅法 工艺无须对加成、重排、水解等反应中间体进行分 离，简化合成路线，合成乙基麦芽酚的收率达到5 1 。 辽宁省化工研究所用糠醛法全合成的乙基麦芽酚质量完全达到了国外同类 产品的标准。产品经化工部安全评价中心( 沈阳化工研究院) 进行毒理研究后，认 为该法生产的乙基麦芽酚“作为食品添加剂是安全的 【3 3 】。 张胜洪【蚓报导了以糠基丙醇为原料，采用糠醛法合成乙基麦芽酚的小试实 验。实验结果表明糠基丙醇纯度对乙基麦芽酚收率具有重要意义，糠基丙醇纯度 可取为9 5 9 6 ，至少不应低于9 4 以保证收率。提纯工艺中增加减压分馏单元， 8 + o a 器一 第一章绪论 可大大减少重结晶操作次数，减少物料损耗，并降低溶剂对操作人员健康的不利 影响。乙基麦芽酚的小试收率可达5 9 4 6 3 6 。 陕西省化工研究所用改进工艺制备格氏试剂和乙基糠醇，乙基糠醇的平均收 率可达9 1 8 。用所得乙基糠醇制备的乙基麦芽酚收率在3 5 , - 4 5 之间时，改进 工艺可使乙基麦芽酚成本每吨降低四万元左右【3 5 1 。 李士雨【3 6 剖析了乙基麦芽酚精制技术的缺陷，认为使用性能优异的新型溶液 结晶技术与设备或开发升华结晶技术可望进一步提高产品质量和收率。 安徽省化工研究所于1 9 8 5 年推出了以糠醛和溴乙烷为原料合成乙基麦芽酚 的新技术，并在连云港实现了工业化生产。1 9 8 7 年又推出了用呋喃甲醛、卤代 烷和镁为主要原料合成麦芽酚，1 9 8 8 年初与有关厂家进行工业化试验，最终建 成3 吨年的生产装置，该路线先进合理，生产成本低、三废少，而且容易处理， 具有良好的工业化前景。糠基乙醇的平均产率约为8 3 ，麦芽酚的产率为3 3 以上【3 7 1 。 1 2 - 5 电解氧化法 1 9 7 6 年，s i g e r ut o f i i 【3 8 】等人报导了以糠醇为原料利用电化学合成麦芽酚和乙 基麦芽酚的简便方法，合成路线如下： 譬r e l e c t r o c h e m i c a l o x i d a t i o n 6 6 m e o 1 5 h 2 0 2 n a 2 c 0 35 1 0 0 c 8 8 m e o o h a c i d ，c h ( o m c ) 3 r 9 0 一m 田 o o h 2 s 0 4d i o x a n e r e f l u x9 1 r o h r o r 糠醇先经电化学氧化1 ，4 _ 二甲氧基吨呋喃烷醇，在酸性( 高氯酸) 条件下开环， 接着加入硫酸镁和原甲酸甲酯得到缩醛产物，再向含有缩醛物的乙醚和 5 n a 2 c 0 3 的两相溶液中加入1 5 h 2 0 2 并在5 1 0 条件下反应，最后在二氧杂 环己烷和h 2 s 0 4 存在下回流得到乙基麦芽酚，收率可达4 7 5 6 。 1 9 7 6 年，t a t s u y as h o n o 3 9 j 等人以糠醛为原料，先与格氏试剂反应后得到乙 基糠醇，再经电解、酸化、氧化、水解合成乙基麦芽酚。 9 北京化工大学硕士论文 p c h 。 舯取三 r m g b r ( c h 3 c h 2 ) 2 0 c h ( o c 2 h 5 ) 3 s n c l 4 ，、 0 2 c 如。晖r 卫 屿。q 三瓷地。 o h o i b i i u x - r o h r 糠醛与格氏试剂反应制得0 【呋喃烷醇，用f e 作阳极与甲醇发生加成反应， 生成l ，4 二甲氧基0 【呋喃烷醇，在酸性水溶液条件下开环，无水氯化锡与原甲酸 乙酯发生醚化反应，分离出中间产物。在碱性条件下，其甲醇溶液与3 0 h 2 0 2 在一2 0 下反应1 小时，生成的环氧化物与d o w e x 5 0 离子交换树脂在水中回流 5 0 小时，得到麦芽酚和乙基麦芽酚的产率分别为7 3 、3 3 4 。 1 9 8 1 年，日本大冢化学药品株式会社开辟了此条生产路线，并建立了生产装 置，已连续生产多年，效果良好。 19 8 3 年，p a u ld w e e k s 4 0 等人以糠醛为原料，先与格氏试剂作用得到乙基 糠醇，经电解氧化或卤素氧化得到1 ，4 二烷氧基吨一呋喃醇，在酸性条件下氧化扩 环生成2 烷氧基6 烷基2 h 吡喃酮一【3 】，碱性条件下与双氧水作用得到2 烷基 _ 4 ，5 环氧6 烷氧基4 h 吡喃酮一 3 】，最后在酸性条件下水解得到麦芽酚和乙基麦 芽酚。 c m 避等碑h o b a s e h 2 0 r h 2 0 2 r o o r o h r 此法合成路线短、工艺条件温和、设备简单、产品易提纯，容易实现工业化。 目前工业上常用这种合成方法。尽管合成乙基麦芽酚的工艺流程比较成熟，但也 存在一些问题，如水解反应易聚合成块、产率较低。反应过程中很难了解反应的 进度，从而造成资源的浪费。使用氯气会对环境造成污染以及对设备腐蚀严重。 因此，探索更好的工艺路线成为科研工作者的主要任务。 1 9 9 8 年，王庆飞【4 l j 等人采用电化学合成了乙基麦芽酚的中间体。获得了泓 乙基呋喃甲醇电解氧化制备此中间体的最佳工艺条件：温度一5 5 ，溴化铵浓 度0 0 8 - - 4 ) 1 m o l l 1 ，电流密度2 0 a d m 2 ，电解电量1 0 0 ，底物起始浓度为 1 0 hc o f 一如 一c 舌_ 阱 第一章绪论 1 3 5 m o i l - 1 ，重复八次实验结果稳定可靠，平均收率均在8 0 。 1 9 9 8 年，y o s h i h i r om a t s u m u r a 4 2 1 等人采用溴化钠电解质合成2 ，5 二甲氧基 - 2 - ( 1 羟烷基) - 2 ，5 一二羟基呋喃，再通过对苯磺酸酸化得到乙基麦芽酚中间体。 1 2 6 有机闭环法 此法是以不同的直链有机化合物为原料，在不同的反应条件下反应制得乙基 麦芽酚。1 9 8 3 年，任伯伟【4 3 】等人以丙酮和草酸- k , 酯为原料经六步合成乙基麦 芽酚。合成路线如下： n a o c 2 h 5 u l i 罕 h 5 c 2 0 2 卜c i lc n - - c 0 2 c 2 h 5 oo 2 兰脚2 c b r 2 c c - - c o 2 h 5 h 5 c 2 0 正 h 5 c 2 0 2 c _ i 2 c 2 c h 0 2 c o h c u ， c 0 2 h o o h 5 o h c 2 h 5 1 9 8 6 年，苏国强【删等人利用丙酮、丙醛为原料经六步合成乙基麦芽酚。合 成路线如下： c h 3 c o c h 3 + c h 2 c h 2 c h o 堕生 o c o o c 2 h 5 竺q q 竺! 生 h 5 c 2 0 2 氧化剂 i 乙醇h o o h 5 c o h 惰性气体 0 2 h 3 0 0 6 0 0 0 c o c 2 a 5 o h c 2 h 5 如瞰鬟 北京化工大学硕士论文 有机闭环法合成原料易得，但合成路线较长、工艺条件苛刻、收率低。因此， 国内外尚未见工业化的报导。 1 3 相关反应方法概述 1 3 1 乙基麦芽酚中间体合成概述 半缩醛6 一羟基- 2 - 烷基- 2 h 一吡哺酮一 3 】是合成麦芽酚和乙基麦芽酚的一种重要 中间体，还广泛应用于合成纤维。 r 翌 中间体6 羟基一2 乙基一2 h 一吡喃酮 3 】的合成方法也有很多。 p i a n c a t e l l i 4 5 】等人报导了室温条件下5 一甲基2 呋喃基仲醇在氯代铬酸吡啶 盐( p c c ) 的二氯甲烷( c h 2 c 1 2 ) 悬浮液中氧化扩环生成半缩醛6 羟基甲基2 乙基 凡 吞 奠h c r 0 3 c 1 - 2 h 吡喃酮一 3 】，最高收率可达9 0 以上。氯代铬酸吡啶盐u( p c c ) 【4 6 】 和氯化铵三氧化铬c r 0 3 瞰c 1 ( a c c ) 是具有高选择性的氧化剂，能将醇氧化成相 应的醛和酮【4 似8 1 。 但是，呋喃的2 位上没有甲基取代基即起始反应物为a 呋喃丙醇，在 p c c 的c h 2 c 1 2 溶液中反应不能得到相应的半缩醛6 羟基2 烷基2 h 吡喃酮 【3 】【4 9 1 。因此，合成乙基麦芽酚的起始反应物为a 呋喃丙醇时，不能用p c c 氧化 来得到中间体6 羟基2 烷基2 h 吡喃酮 3 】。 c 地i c hr 面p c c r = c h 3 ( c h 2 ) 4 c h 2 ，c h 2 = c h c h 2 ，c h 3 j o o sw 批饥【删等人以硅钛i ( t s 1 ) 为催化剂，双氧水氧化呋喃醇得到6 羟基 一2 - 甲基2 h 吡喃酮一【3 】，转化率为9 3 ，选择性为8 0 。此法可用来合成中间体 昏羟基- 2 一甲基2 h 吡喃酮- 3 】，再经氧化水解得到乙基麦芽酚。虽然合成中使用 的双氧水是一种环境污染小、价廉易得的氧化剂，但是催化剂t s 1 【5 1 】制备条件 1 2 第一章绪论 苛刻，造价高。 叫3 一t s - i h 2 0 2 阮嘭飓卜哟 ! 4 3 郭海滨和g e o r g e 5 刁等人用n 溴代丁二酰亚胺( n b s ) 作氧化剂，四氢呋喃 ( h - i f ) 和水作溶剂，将0 【呋喃乙醇不对称合成半缩醛6 羟基2 甲基2 h 吡喃酮 - 【3 】，收率可达9 1 。 c a 3 n b s ， t h f h 2 0h o h 3 g e r o g i a d i s t 5 3 1 等人将呋喃醇的衍生物用n b s t h f 处理得到2 h 吡喃酮【3 】类 物质。 r 2 塑璺竺三 t h f h 2 0 h o a n t o n i om a s s a t 5 4 等人以5 甲基2 呋喃基仲醇为原料，双氧水作氧化剂，对 甲苯磺酸( p t s a ) 作催化剂，1 ，2 二甲氧基乙烷( d m e ) 作溶剂室温下合成6 甲基过 氧氢基一2 一烷基一2 h 一吡喃酮【3 】，收率为6 4 。 c h 3 o h 3 0 h 2 0 2 d m e ，p t s a t r o s t s s l 等人以a 呋喃烷醇为原料，在单过氧化邻苯二甲酸( 和原甲酸三 乙酯作用下得到6 一乙氧基6 h 毗喃酮 3 】。 1 3 北京化工大学硕十论文 r o = o h r _ h ，r = c 2 h 5 - - - - - - c h ( o c 2 h 5 ) 3t h f r o a n t o n e l l ad em i c o 【5 6 】等人用二氯代碘代苯p m ( o a c ) 2 ( i b d a ) 在p h - - 7 的乙腈 - 水溶液( 1 ：1 ) 中氧化5 烷基一a 一呋喃烷醇得到6 羟基烷基2 二烷基2 h 吡喃酮【3 】， 但是a 一呋喃烷醇( 1 b ) 在此条件下反应活性低，合成6 羟基2 二烷基2 h 吡喃酮 【3 】( 2 ”的收率较低。 r 1 o h a ：r = c h 3b ：r = h i b d ap h = 7 - - - i c h 3 c n h 2 0h 2 m a s a t ok u s a k a b e 5 7 - 5 9 】等人用叔丁基过氧化氢t - b u o o h ( t b h p ) 氧化2 一羟甲 基呋喃得到2 h - 吡喃酮 3 类物质，选择性达到9 5 以i - - _ 。 r t b h p o h r - - n - c 5 h 11 - - ，- v o ( a c a c ) 2 h o t s e - l o kh o 【删等人在室温条件下用叔丁基过氧化氢( t b h p ) 作催化剂，在乙酰 丙酮氧钒( v o ( a e a c h ) 存在下将q 呋喃烷醇氧化扩环得到6 羟基2 烷基2 h 吡喃 酮 3 】，反应机理如下： 1 4 第一章绪论 r o h - i - o h + r h o o h + r = h ，4 5 ；r = m e ，6 5 ；r = n p