（化学工艺专业论文）乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究.pdf

乙基香兰素和浓馥香兰素合成 的工艺研究 摘要 合成香料是香料工业的重要组成部分。合成香料由于其质量稳定，价格波动 小，生产不受气候、环境等地域条件的限制，因而能保证稳定供应等优点，已成 为调配香精的基础原料，也是世界各大香料公司激烈竞争的重要产品。目前，在 食用香精中，香兰索系列化合物是使用量最大的品种之一，也是价值比较高的一 类品种。因此世界各国对香兰素系列化合物的研究都非常重视。 本文主要对乙基香兰素和浓馥香兰素的合成工艺路线进彳亍了研究，考察了催 化剂、反应温度、时间、物料的配比、溶剂及其他的因素对反应的影响，通过正 交实验确定了对反应的影响因素的主次和最佳反应条件，并对废液的回收和利用 进行了全面的考虑，提供了可供工业化生产参考的工艺参数。 本文对乙基香兰素的合成工艺路线进行了研究，通过先溴化再乙氧基化的方 法来合成乙基香兰素。其工艺参数优化如下：溴化时反应温度选择1 5 。c ，溶剂 选择甲醇+ 乙酸甲酯，溴化剂选择氯化溴，对羟基苯甲醛与氯化溴之比为1 ：1 1 5 ， 反应时间选择2 5 个小时，滴溴时间约半个小时。乙氧基化时温度选择在1 2 5 c ， 催化剂浓度选择为0 0 2 0 m o l i _ , d m f 浓度选择1 , 5 t o o l l , 乙醇钠浓度选择 3 5 t o o l l , 3 溴4 羟基苯甲醛与乙醇钠的摩尔比为1 ：3 0 。得到的乙基香兰素气相 色谱分析纯度大于9 9 0 ，产品收率达到8 5 2 。 本文以丁香酚为原料来合成浓馥香兰素，采取先异构化再乙基化的反应流 程，提高了反应收率。乙基异丁香酚合成的最佳工艺参数如下：异构化时氢氧化 钾过量5 0 ，异构化的最佳温度为9 5 c ；在乙基化反应中选择四丁基溴化铵为 催化剂，用过量2 0 的硫酸二乙酯作乙基化试剂，反应中选择过量2 0 的氢氧 化钾饱和溶液，乙基化反应需要2 o h ，产品精制的回流时间选择1 o h ，产品收率 可达8 5 5 ，产品纯度大于9 9 0 。 本文中脱甲基试剂选择k f a 2 0 3 , 反应完全时间2 0 h ，以甲醇3 0 + 乙酸乙酯 7 0 的混合溶剂作为重结晶溶剂。在以上最优条件下，产品的收率可以达到 9 4 6 ，纯度大于9 9 o 。本文参考了国内外很多类似物质的合成工艺，在大量 实验的基础上设计了上述合成工艺，国内未见相关文献报道。 关键词：乙基香兰素浓馥香兰素4 羟基苯甲醛丁香酚溴化乙氧基化异构 化脱甲基 t 髓s y n 田 王e s i s0 fe 删l 、後n i u l i n a n dv a n m t 0 p e a b s t ra c t s y n t h e t i cp e r f u m ei sa l li m p o r t a n tp a r to fp e r f u m ei n d u s t r y b e c a u s ei t sq u a l i t y a n dp r i c ea r es t e a d ya n di t sp r o d u c t i o ni sn o tl i m i t e dt oc l i m a t e ，e n v i r o n m e n ta n d o t h e ra r e ac o n d i t i o n s ，i th a sb e c o m eo n eb a s em a t e r i a lf o rb l e n d i n ga n da l s oa n i m p o r t a n tp r o d u c to rw h i c hm a n yb i gp e r f u m ec o m p a n i e sc o m p e t ei n t e n s i v e l ya l l o v e rt h ew o r l d a tp r e s e n t , v a n i u i nc o m p o u n dh a sb e c o m eo n eo ft h ep r o d u c t sw h i c h i su s e di nt h eb i g g e s tq u a n t i t y , b u ti t sp r i c ei sm o r eh j i g h e rt h a no t h e rp r o d u c t s om a n y c o u n t r i e sp a ym u c ha t t e n t i o nt ot h i sk i n do fp r o d u c t t h i sa r t i c l es t u d i e st h es y n t h e s i s p r o c e s so ft h ee t h y lv a n i l l i na n dt h ev a n i t r o p ea n dt e s t sr e l a t i v ef a c t o r s i n f l u e n c eo n r e a c t i o n t h ea r t i c l es t u d i e dt h es y n t h e s i sp r o c e s so fe t h y lv a n i l l i n t h i sp a p e rs y n t h e s i z e d e t h y lv a n i l l i nv i ab r o m i d i n ga n de t h o x y l a t i o n t h eo p t i m u mt e c h n i c a lp a r a m e t e r s w e r eo b t a i n e da sf o l l o w s ：b r o m a t i n gt e m p e r a t u r ei s1 5 ( 2 ，s o l v e n ti sm e t h y la r c o h o l ， b r o m a t i n ga g e n t i s b r c l ，t h em o l a rr a t i o o f4 - h y d r o x y - b e n z a l d e h y d et ob r c li s 1 ：1 1 5 ，r e a c t i o nt i m ei s 2 5h o u r s e t h o x y l a t i o nt e m p e r a t u r ei s1 2 5 c ，t h ec a t a l y s t c o n c e n t r a t i o ni so 0 2 0 m o l l , t h ec o n c e n t r a t i o no fs o d i u me t h y l a t ei s3 5 m o l i _ , t h e m o l a rr a t i oo f3 b r o m i n e - 4 h y d r o x y - b e n z a l d e h y d et os o d i u me t h y l a t ei s1 ：3 0 t h e p u r i t yo fe t h y lv a n i l l i ni so v e r9 9 o a n dt h ey i e l dc a nr e a c h8 5 2 t h et e c h n i q u ei s n o v e la n d a p p l i e d ，a p tt oi n d u s t r i a lm a n u f a c t u r e t h ea r t i c l ea l s os t u d i e dt h es y n t h e s i so fv a n i t r o p e t h i sp r o c e s sc h o s ee u g e n o la s t h eb a s em a t e r i a la n dt h er o u t ei n c l u d e si s o m e r i z a t i o na n de t h y l a t i o n t h eo p t i m u m t e c h n i c a lp a r a m e t e r sf o rs y n t h e s i z i n gv a n i t r o p ea sf o l l o w s ：w h e nt h ee u g e n o li s i s o m e r i z e dk o hi so v e rt h en o r m a lq u a n t i t ya b o u t5 0 ，i s o m e r i z a t i o nt i m ei s9 5 。c ， b u b r i st h ee t h y l a t i n gp t c , 2 0 e x c e s se t h y ls u l p h a t ei st h ee t h y l a t i n ga g e n t w ec h o s e2 0 e x c e s ss a t u r a t e dk o hs u l u t i o ai ne t h y l a t i n ga n dt h ee t h y l a t i n gt i m ei s2 0h o u r s t h ey i e l do fe t h y l i s o e u g e n o ic a l lr e a c h8 5 5 a n di t sp u r i t ye x c e e d s9 9 0 t h ed e m e t h y l a t i o na g e n ti sk f a 1 2 0 3 - t h ep r o d u c t sw e r er e c r y s t a l l i z e db ym i x e ds o l v e n t so fe t h a n o la n de t h y la c e t a t e t h ep u r i t y o fv a n l t r o p ei so v c r9 9 0 a n dt h ey i e l dc a l lr e a c h9 4 6 k e y w o r d s ：e t h y lv a n i l l i nv a n i t r o p e4 - h y d r o x y - b e n z a l d e h y d ee u g e n o lb r o m i n a t i o n e t h o x y l a t i o ni s o m e r i z a t i o nd e m e t h y l a t i o n 青岛科技大学研究生学位论文 刖吾 香料合成是香料工业的重要组成部分。合成香料由于其质量稳定，价格波 动小，生产不受气候、环境等地域条件的限制，因而能保证稳定供应等优点， 已成为调配香精的基础原料，也是世界各大香料公司激烈竞争的重要产品。近 年来国内合成香料得到了较快的发展。新产品不断涌现。据统计，1 9 9 8 年我国 香料生产已达7 0 4 4 5 吨，香料总出口额已达4 3 亿美元，其中合成香料约占一半， 在两亿美元以上，己形成了一个能生产近千种香料品种、许多品种在国际上已 占有优势的工业体系。一批传统香料( 如香兰素、香豆素、8 0 3 檀香、洋茉莉醛、 紫罗兰酮等香料品种) 在不断改进工艺，提高质量的基础上在国际上也占据了 重要地位。进入八十年代以来一批新产品( 如甲基柏木醚、麦芽酚、乙基麦芽 酚、佳乐麝香等) 的工艺研究和工业化取得了成功，这些新产品的试制成功无 疑对我国香料香糟工业做出了一定的贡献。但在目前国内外香料香精工业竞争 剧烈的严峻形势下，我们应该有目的、有步骤地组织我们的力量，不断进行新 产品的开发，同时对传统产品的工艺进行新的研究，努力在降低生产成本、简 化工艺路线、提高产率、减少三废上下功夫，在短期内赶上或缩小我国与先进 国家的差距。目前，在食用香精中，香兰素是使用量最大的品种之一，也是价 格比较贵的一个品种，因此世界各国对香兰素的研究都非常重视。乙基香兰素 作为一种广谱性高档香料品种，近年来广泛用于香精、软饮料、酒类饮料及烘 烤食品中，还可用于合成治疗心血管疾病药物l 多巴和治疗心脏病药物罂粟碱 等。以4 羟基苯甲醛为原料溴化合成乙基香兰素是近年来提出的新工艺，但由 于其反应条件苛刻，产率不高，一直以来未能得到推广。本文针对上述工艺路 线中的相关条件进行改进、优化和选择，如选用氯化溴代替溴素，用乙酸甲酯 作助溶剂等，产品收率和纯度得到了很大提高，更适合于工业化生产。浓馥香 兰素作为一种新型香料，不仅可作为香料使用，还可作为增效剂和抗氧剂使用， 乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究 公认为是香兰素的良好替代品。到目前为止，国内外有许多合成浓馥香兰素的 报道。，但都存在着反应温度高、收率低、后处理困难等问题。本文从丁香酚 出发，采取先异构化再乙基化的路线来合成浓馥香兰索。本文在参考了国内外 很多类似物质的合成工艺和大量实验的基础上设计了上述路线，国内未见相关 文献报道。该合成路线简化了反应进程，并通过对反应条件的优化使得反应在 低温下进行，提高了产品收率，可用于工业化生产。 2 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 乙基香兰素综述 1 文献综述 1 1 1 乙基番兰素的理化性质0 1 1 1 1 1 物理性质 乙基香兰素( e t h y lv a n i l l i n ) 别名乙基香兰草醛，亦称乙基香兰草素，乙基 香兰醛或乙基香茅醛，化学名称为3 乙氧基4 羟基苯甲醛 ( 3 一c t h o x y - 4 - h y d r o x y b c n z a l d c h y d e ) 。其结构式为： 乙基香兰素通常为白色或微黄色鳞片状结晶。其晶型受结晶时所用的溶剂 影响而不同，如用水，水醇或有机溶剂则呈单斜方晶。乙基香兰素微溶于水， 水溶液呈弱酸性，易溶予乙醇，乙醚，甘油，氯仿及苛性碱溶液。乙基香兰素 具有强烈的香予兰香气和甜巧克力香气，它所独有的芳香气比香兰索强3 4 倍。 它的熔点是7 7 。7 8 c ，沸点2 8 5 c 。乙基香兰素不宜长期遇光或暴露在空气中， 否则将逐渐被氧化而影响产品质量。乙基香兰素基本上无毒，u l “大鼠的半致 死量) 为1 5 9 0 - 2 0 0 0 m g k g ( 经口) ，所以其蒸汽的吸入实际上是无害的，但对皮肤 及粘膜有局部刺激。 1 1 1 2 化学性质 从乙基香兰素的结构式可见，它既是芳醚、芳醛，亦是酚类。因此必然具 备此三方面的不同的反应性能：( 1 ) 醛基反应；( 2 ) 酚羟基反应；( 3 ) 芳环上 3 乙基香兰索和浓馥香兰素合成的工艺研究 反应。同时，由于各官能团的相互制约，存在一些特殊的性能。诸如乙基香兰 素的水溶液里弱酸性；当其遇光，或长期置于空气中时，可逐渐被氧化：芳环 上的各活性官能团可发生各类反应，由此可制备类如姜油酮、香草胺、肉桂醛 衍生物等其它各种香料、香精和各种药用中间体，如合成药物l 多巴的中间体 等。由于乙基香兰素不能发生岐化反应及安息香缩合，所以与大多数其它醛类 比较，它有相对较大的稳定性。 1 1 2 乙基香兰素的应用恻 乙基香兰素为广谱型香料，是香草醛中甲氧基被乙氧基取代而生成的一种 化合物，是香兰醛的替代品，世界上香兰索由于采用老工艺路线和受原料来源 的制约，历年在国外发展缓慢，由此使香兰醛成为市场上紧俏产品。 1 1 2 1 用于食用香料 乙基香兰素香味纯正，较香兰醛香气更为优雅、爽快。我国食品卫生标准 g b 2 7 0 0 8 1 规定可用于食品的调香剂，广泛用于糖果、巧克力、调味品、软饮 料、酒类饮料、冰淇凌及烘烤食品中。其一般用量为：软饮料2 0 p p m ，酒类饮料 1 0 0 p p m ，冰淇凌等冰制食品4 7 p p m ，糖果6 7 p p m ，烘烤食品6 4 p p m ，胶冻及布丁 7 4 p p m ，巧克力2 5 7 p p m 。按f a o w h o ( 1 9 8 3 ) 规定，乙基香兰素可用于婴儿罐 头食品和婴幼儿谷类加工食品中，最高允许用量为7 0 m g k g 。乙基香兰素的使 用不应过量，在用量过多时，反而使香味不正，当与碱接触时，会失去香味a 乙基香兰索可用于加工可可粉，巧克力和各种可克制品中，其加量可酌情增减。 1 1 2 2 用于合成下游产品 乙基香兰素的分子结构中具有芳醚、醛和酚基，作为原料和重要精细化学 反应中间体，可发生醛基、酚羟基及芳环上的多种反应，可用于制各姜油酮、 香草胺、肉桂醛衍生物等多种香精香料；可以合成乙基姜油酮调香剂、药物赋 香剂；合成治疗心血管疾病药物b 多巴和治疗心脏病药物罂粟碱等。 1 1 2 3 其它应用 乙基香兰素在新型香精、烟草和食品添加剂、药物合成等方面己获得了广 4 青岛科技大学研究生学位论文 泛应用，因其香味浓郁，除用于香水、化妆品之外，还可用于合成精油、粉末 香料、涂料香料等。乙基香兰素需求量在不断增加，发展乙基香兰素的生产， 特别是对于食品香料工艺的发展，具有重要意义。 1 1 3 乙基香兰素发展概况0 1 乙基香兰索不存在于天然物中，主要由化学法合成，国外有宇部兴产、山 阳国策等纸浆公司和加拿大o n t a r i op a p e r 、美国m o n s a n t o 、法国r h o n ep o u l e n e l 、 挪威b o w e g a o r d 公司等生产乙基香兰素。世界上最大的香兰素生产公司为意大 利恩尼肯化学公司和挪威博雷艾化学公司合资的香兰素集团公司。香兰索在美 国年进口量约为四千吨。我国主要生产厂有吉化公司助剂厂等。乙基香兰素在 国内生产厂家不多，所以在国内很有发展前景。 1 1 4 乙基香兰素已有的合成方法嘞叫咖 1 1 - 4 1 以原j l 茶醛为原料 原儿茶醛与卤乙烷或硫酸二乙酯予加压下进行乙基化，得到乙基香兰素 1 1 4 2 以黄樟素为原料 ( 1 ) 黄樟素经碱处理后，双键迁移转化为异黄樟素，然后氧化为胡椒醛， 胡椒醛在氢氧化钠的醇液中反应，生成原儿茶酚，在与卤乙烷或硫酸二乙酯于 加压下进行乙基化，即得乙基香兰素： 归ch2ch=ch2 5 + o c 2 h sh 乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究 此法路线长，工艺复杂，且同时生成异乙基香兰素，产率低，故在使用上 受到限制。 ( 2 ) 将( 异) 黄樟素与氢氧化钾和乙醇在1 3 0 1 4 0 ( 2 加压下转化成酚类， 除去过量乙醇及黄樟素油后，用硝基苯与氢氧化钠水溶液氧化，并在低温下酸 化，用亚硫酸氢钠除杂后，再用乙醇烷化而得成品。 1 1 4 3 亚硝基法： 该法可概括为两条合成途径： 路线( 1 ) 该法之所以被称为“亚硝基法”，是因为生成的对亚硝基_ - n 胺是合成目标 产物乙基香兰素的主要原料。 路线( 2 ) ： 0 c 2 两条台成路线均存在有副反应， 法控制，综合利用困难，污染环境， 1 1 4 4 以乙基愈创木酚为原料 ( 1 ) 乙醛酸法： 原料消耗高，成本高，大量废料剧增，无 经济效益平平等主要弊端。 乙基愈创木酚和乙醛酸在反应温度3 0 3 5 。c 和碱性条件下进行缩合，生成中 6 伽占 岫由 青岛科技大学研究生学位论文 间产品3 乙氧基4 羟基苯羟基乙酸。再在碱性条件下，被铜离子氧化成3 乙氧 基_ 4 羟基苯基羰基乙酸，然后在酸性条件下脱羧生成乙基香兰素，产率8 5 o 。 我国吉林化学工业助剂厂使用这种方法生成产乙基香兰素，工艺简单，但乙醛 酸成本较高，纯度低( 通常为2 0 4 0 水溶液) ，影响产品质量。 ( 2 ) 甲醛法 据氧化方法的不同可分为三种方法： 乙基愈创木酚与盐酸作用生成相应的取代苄醇，再与邻苯肼磺酸反应即 得乙基香兰素： 1 5 h c i l h c h o 。 o c a h s 1 5 h c l a i 8 0 3 h 乙基愈创木酚在氢氧化钠的作用下，和甲醛反应生成相应的取代苄醇， 7 乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究 再氧化制得乙基香兰素。 乙基愈刨木酚在亚硝基n ，n - - f p 基苯胺和催化剂的存在下同乌洛托品产 生的甲醛生成一分子乙基香兰素和一分子希夫碱，然后希夫碱水解，生成另外 一分子乙基香兰素及对氨基n , n 二甲基苯胺，此法又称为乌托品法。对亚硝及 n , n 二甲基苯胺由n ，n i 二甲基苯胺亚硝化得到。 ( c h 2 ) s n 4 + 4 h c i + 6 h 2 0 6 h 2 0 + 4 n h 4 c i 2 + n a n 0 2 生 c a t 8 + 2 h 5 r 。9 州洲曲2 禽一。 。拳衫o c z 一。 l o h 青岛科技大学研究生学位论文 此法找到了使对亚硝基n ，n - z p 基苯胺的产率接近1 0 0 的最佳条件，且 开发出种实用的催化剂，使得一次蒸馏效率为7 0 。 ( 3 ) 三氯乙醛法 将乙基愈创木酚与三氯乙醛在碳酸钾溶液内进行缩合，反应生成了3 一乙氧 基4 羟基苯基三氯甲基甲醇，此中间体很快水解成3 乙氧基4 羟基苯基三羟基 甲基甲醇，再在铜离子作用下，氧化成乙基香兰素： + c h o c c l 3 旦o 【 o c 2 h s 该法产率高，污染少，但原料成本高。 ( 3 ) 二氯卡宾法 以乙基愈创木酚与氯仿为原料，在氢氧化钠存在下，生成二氯卡宾加成中 间物，水解生成乙基香兰素。 c h c b + n a o h - 卜：c c l 2 + n a c i + h 2 0 + ：c c l 2 o c 2 h 5 此法尚处于探索阶段，由于香兰素二氯卡宾法的报道较多，故对该法的研 究很活跃，但实现工业化还有很多问题需要解决。 1 1 4 5 对甲酚法 9 乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究 根据反应方法的不同，有两条路线： 一是将对甲酚氯化，得到2 氯对甲酚，然后与乙醇钠作用，最后氧化得到 乙基香兰素： 旦和 旦 鲁 ，再经溴化，醚化而制得： 此工艺反应条件苛刻，产率尚待提高。 1 1 4 6 以对羟基苯甲醛为原料 将对羟基苯甲醛溶于二甲基甲酰胺( d m f ) 内，滴加溴进行溴化反应，生 成2 溴4 羟基苯甲醛，产率在9 0 以上，然后加入乙醇钠进行取代反应，生成 乙基香兰素，总产率在8 0 以上。 此法产率高，三废污染少，反应条件温和，利于工业化生产，是9 0 年代以 1 0 怎y 一太丫 铋 2 一l意 r 飞i审 青岛科技大学研究生学位论文 来合成乙基香兰素的最新方法，应广泛推广应用。 1 1 4 7 邻苯二酚法 邻苯二酚法在苯水混合溶剂中，以聚乙二醇为相转移催化剂，加热搅拌， 缓慢滴加溴乙烷或硫酸二乙酯。滴加完毕后，维持反应温度回流1 2 小时，冷 却，用冰醋酸酸化至p h 3 4 ，分出油层，依次用5 n a h c 0 3 溶液中和，水洗涤， 再分出有机物，蒸馏，收集7 1 7 2 的馏份，产率8 7 7 。 + c 2 h 5 b r ( o r b t 2 s 0 4 ) 鲞查墨喹 p e g ，4 h c h a o h + n a o h 旦 9 5 z i 醇 h b r ( h 2 s 0 4 ) 该法产率高，污染少，但原料成本高，因而利润少。 1 1 4 8 电解合成法 由乙基愈创木酚的钠盐在n 2 的保护下，同含4 3 乙醛酸和3 6 草酸的乙 醛酸草酸电解液进行缩和反应，产物进而在碱性介质中采用无隔膜电解法电解， 阳极为高温石墨纤维布，阴极为不锈钢棒。电解时，启动搅拌器，控制电极电 势0 3 v ，电流强度0 1 2 a ，电解结束后，进行酸化、萃取和精制即得。 1 1 4 9 乙基香兰素合成方法比较 在上述各种乙基香兰素的合成方法中，黄樟素法虽然原料来源广泛，但合成 路线长，工艺复杂，同时生成难以分离的异乙基香兰素，产率低，故在使用上受到限 制。对甲酚法避免了有毒物质的使用，大大降低了三废的排放，是一条极具发展潜 力的绿色生产路线，但产率尚待提高。乙基愈创木酚甲醛法是较成熟的工艺，也 是目前我国合成乙基香兰素的主要方法，其缺点是工艺路线长，综合回收利用配 乙基香兰紊和浓馥香兰素合成的工艺研究 套设备投资多，三废问题严重，在国外早已被淘汰。乙基愈创木酚三氯乙醛法亦 存在同样的问题。乙基愈刨木酚氯仿法原料易得，反应条件温和，但有异乙基香 兰素生成，难以分离，产率不高。乙基愈创木酚乙醛酸法工艺简单，反应条件易于 控制，收率高，产品纯度高，三废污染少，国外已有较成熟的工艺，国际市场上的乙基 香兰素大部分采用此法生产。但若采用高温化学氧化时，需要加入大量的铜盐或 氧化铜作催化剂，尽管反应中生成的亚铜盐或氧化亚铜可被加入的氧化剂氧化后 循环利用，但反应终了时除去催化剂十分困难。因此，若采用有机电化学合成中的 阳极氧化法代替铜盐或氧化铜催化高温氧化法，则可解决上述问题，而且，同时具 有如下优点【1 8 l ：无须外加氧化剂和催化剂，减少了污染；反应选择性高，产物纯度高； 电解装置简单，在低电压、低电流下进行电解，耗电少，有利于工业化。但需解决电 极污染和电流效率低等问题。溴法合成乙基香兰素是9 0 年代以来合成乙基香兰 素的最新方法。但由于其反应条件苛刻，产率不高，一直以来未能得到推广。 以对羟基苯甲醛为原料溴化合成乙基香兰素是近年来提出的新工艺。如果工业 品对羟基苯甲醛的纯度不够，可以用水为溶剂进行重结晶，溶剂不燃不爆价格便 宜，而且操作方便效果良好。在用苯酚为原料制各对羟基苯甲醛时，所用溶剂除氯 仿外，还可以用二硫化碳、四氯化碳、二氯甲烷、1 ，2 = 氯乙烷等惰性溶剂，原料 易购。将反应过程中的温度控制在4 0 5 0 c ，容易实现。在制备3 - 溴一缸羟基苯甲 醛的过程中，生成的卤化氢气体用碱容易吸收，副产物溴化钠还可以回收利用a 此 外，未反应的对羟基苯甲醛还可以通过重结晶回收利用，提高原料的利用率。在整 个反应过程中，所用原料皆很常见，工艺路线中没有十分复杂的操作，较之传统的 制各乙基香兰素的方法。更容易在工业上实现。 本文中乙基香兰素的合成由对羟基苯甲醛的溴化和3 溴* 4 - 羟基苯甲醛的乙 基化两步组成，分别对两步反应中的一系列影响条件进行选择、优化，如在溴 化过程中以氯化溴代替溴素，用乙酸甲酯作助溶剂等等，提高了产品收率。 1 2 浓馥香兰素综述 1 2 青岛科技大学研究生学位论文 1 2 1 浓馥香兰素理化性质咖 1 2 1 1 物理性质 浓馥香兰素化学名称2 ，乙氧基- 5 一丙烯基苯酚，国外商品名“v a n i t r o p c ”，其 结构式为： 浓馥香兰素外观为白色片状结晶体，熔点8 5 8 7 c ( 在真空下升华) ，微溶 于水，在乙醇中溶1 0 ，在丙二醇中溶4 ，在苄醇中溶2 0 。它具有强烈而有 持久的丁香和香英兰香气，其香气强度为香兰素的1 6 2 5 倍，可用于糖果、饮 料、冰淇淋等食品香精配方，也可用于化妆品及香皂等日化香精配方中。它不 仅可作为香料使用，还可作为增效剂和抗氧剂使用。 1 2 1 2 化学性质 ( 1 ) 其结构中含有乙氧基，所以可以看作醚，醚的氧原子上有未共用电子 对，它作为一种路易斯( l e w i s ) 碱，可与浓硫酸形成铴盐： r _ o r i + i - - 1 2 s 0 4 + r 置引+ 璐m 一 此外也能和三氟化硼、三氯化铁等路易斯酸生成络合物。醚虽然很稳定，但与 氢卤酸一起加热，醚键( c - o ) 会发生断裂生成醇和卤代烃。在过量氢卤酸存在 下，醇也变成了卤代烃。 r - o r i + 腻_ r - 古r f or o h + r ) ( h x 过量l 醛，r x + 地。 乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究 ( 2 ) 其结构中含有羟基( - o h ) ，因酚羟基对苯环的影响，使酚比相应的芳 烃更容易发生亲电取代反应，如卤代、硝化、亚硝化、磺化、傅氏反应等。因 为酚和醇都含有羟基，因此在酚的c o h 键和0 h 键上可以发生类似于醇的反 应。但由于酚羟基受苯环的影响，使它们在这些反应上表现出明显的差异。大 多数的酚与f c c l 3 水溶液反应，生成蓝紫色的络离子，该反应可用于酚的鉴别。 6 0 b o h + f e c b + 【f e ( 砖o ) 6 】+ 3 h c i 蓝紫色 ( 3 ) 它的结构中还含有丙烯基，因此该物质会具有烯烃的一些性质，其中 的碳碳双键有一个s 键和一个p 键组成，其中p 键较弱，容易被打开，它是反 应中心。 1 2 2 浓馥香兰素的应用 浓馥香兰素具有强烈而又持久的丁香和香荚兰香气，其香气强度为香兰素 的1 6 2 5 倍，可用于糖果、饮料、冰淇淋等食品香精配方中，也可用于化妆品及香 皂等日化香精配方中。它不仅可作为香料使用，还可作为增效剂和抗氧剂使用。 浓馥香兰索一度被认为是香兰素的良好替代品，但前苏联的调香师对浓馥香兰素 的香气性能持有不同的观点，他们将其加入到巧克力和其它食品香精中，发现该 制品没有香兰素香气，因此认为它在食品香精中不能作为香兰素的代用品。但当 用于香皂的加香试验时，发现含有它的皂样具有强烈的丁香和香荚兰香气，此外 还与香兰素和异丁香酚不同的是，浓馥香兰素对碱、光、氧化作用很稳定，皂样 经久放不变色。由此认为浓馥香兰素宜用于日化香精配方中，尤宜用于幻想型香 精中。 1 2 3 浓馥香兰素发展概况。” 近几年来随着改革开放和国际化进程的不断推进，中国的经济得到了迅猛 发展，化工业也得到了很大的发展，日用化工发展迅速。浓馥香兰素作为一种 香料，由于其性质稳定，香气强烈而持久，用途非常广泛。但是由于其合成困 难，在国内的发展比较缓慢。随着人们生活水平的提高，大家对日用品质量的 1 4 青岛科技大学研究生学位论文 要求越来越高，这就对生产厂家提出了更高的要求，他们也很自然的将目光转 向一些优质的但合成比较困难或附加价值高的产品，浓馥香兰索就是其中之一。 目前在中国生产浓馥香兰素的厂家主要有：上海中欣香料有限公司、山东罗亚 香料及化学品有限公司、昆山市石浦年沙助剂厂等。 1 3 4 浓馥香兰素已有的合成方法嘲 1 3 4 1 黄樟油素路线 黄樟油素 叶酚钾盐 甲氧基异丁香酚乙醚 甲氧基异酱时酚乙醚 + 浓馥香兰素类异丁香酚 这是一条在二十世纪二十年代就研制成功的合成路线。 ( 1 ) 加压法 将黄樟油素和氢氧化钾的甲醇溶液在高压反应釜内于1 4 0 x 、5 - 6 大气压下 乙基香兰素和浓馥香兰素台成的工艺研究 热压反应五小时，开环、异构化，冷却后酸化可得甲氧基异丁香酚和甲氧基异 蒴酱叶酚的混合物，不予分离( 也可以分离，但手续繁复，且在分离时会造成 2 7 2 9 的损失) 。直接将混合酚用乙基硫酸钠乙基化可得甲氧基异丁香酚乙醚 和甲氧基异茴酱叶酚乙醚的混合物，所得的混合醚在乙醇溶液中浓硫酸存在下 水解可得浓馥香兰素和类异丁香酚，由于浓馥香兰素在稀醇中的溶解度很小， 放冷即有白色片状结晶析出，再经重结晶就可得精制的浓馥香兰素。 ( 2 ) 常压法 将黄樟油索在氢氧化钾醇溶液中和适量的金属钠存在下缓慢加热，同时蒸 出甲醇直至内温达1 4 0 , - 1 4 5 ( 2 回流反应六小时，酸化后就可得到甲氧基异丁香 酚和甲氧基异蒴叶酚混合的开环产物。以下操作与加压法相同。 我国的张绍周于1 9 6 0 年在化学世界上发表的一篇文献脚1 也较为详细地 介绍了这一合成路线。 在这一合成路线中，开环、异构化时，加压法可以不用金属钠，但收率低。 常压法虽然收率较高，但必须使用金属钠。同时两者都需经酸化得到混合酚， 但在酸化时会产生一定粘稠的树脂状物质，不但给后处理带来了一定的难度， 同时也影响了收率。在乙基化时采用乙基硫酸钠，反应温度较高( 1 5 0 - - 1 5 5 * ( 2 ) 。 可采用过量硫酸二乙酯并加入适量的相转移催化剂进行乙基化，反应温度较低， 收率也比使用乙基硫酸钠要高。 如果在试制时对这一路线作相应的改进，在开环、异构化时对氢氧化钾的 用量作一定的调整，不使用金属钠，而是利用在开环、异构化时必然产生一分 子水的机理采用甲醇连续带水法开环。而且开环、异构化产物不酸化，直接用 硫酸- - 7 , 酯z , 基4 9 ，会取得相当理想的效果，大大简化了这一路线中操作难点， 也为工业化生产带来了有利条件。 这一路线只要控制好甲氧基异丁香酚在开环产物中的比例，一般占混合酚 7 2 7 5 。同时对反应过程中产生的副产物类异丁香酚加以合理利用，类异丁香 酚用间硝基苯磺酸钠氧化即可制得乙基香兰素。是一条较为理想的工业化路线。 1 6 青岛科技大学研究生学位论文 目前美国公司即采用这一路线生产浓馥香兰素。 1 2 4 2 丁香酚路线 这是一条在二十世纪五十年代研制成功的合成路线。 丁香酚 乙基丁香酚浓馥香兰素 美国新泽西的s h u l t o n ，i n c 公司申请的1 9 5 3 年的一篇美国专利咖中提到，先 将丁香酚用硫酸二乙酯乙基化得到乙基丁香酚，然后将乙基丁香酚和氢氧化钾 的甲醇或乙醇溶液于热压反应釜中在1 7 0 c 的温度下皂化、异构化反应1 5 小时， 然后用过量的无机酸将反应液酸化即可得浓馥香兰素。这一反应的缺点是要在 较高压力下才能进行皂化、异构化，反应时间也较长。 在这以后美国纽约的c o l l i n s c h e m i c a lc o l i d 公司对这一路线作了相应的改 进，在常压下就可进行皂化，并于1 9 6 3 年申请了美国专利。”。将丁香酚乙基化 得到的乙基丁香酚与氢氧化钾的乙二醇溶液在常压2 1 8 c 的温度下皂化、异构化 反应4 - 1 5 小时，同时将反应体系中产生的甲醇蒸去，反应结束用无机酸酸化即 得到高收率的浓馥香兰素。这一反应的优点是避免了高压反应，也缩短了反应 时间，但是也存在着反应温度较高的缺点。 在此基础上，匈牙利的化学家s u l y o k 等于1 9 8 2 年发表的篇文献对这 一路线作了进一步的改进，将丁香酚乙基化得到的乙基丁香酚与氢氧化钾的乙 二醇溶液，同时在反应体系中加入适量的相转移催化剂四丁基碘化铵，在常压 下1 8 0 - 1 9 0 的温度下皂化、异构化反应8 小时，反应过程中不用蒸去产生的甲 醇也得到了高收率的浓馥香兰素，并于1 9 8 4 年申请了匈牙利专利洲。这一反应 降低了反应的温度，反应时间也较短，但同时也会造成二聚浓馥香兰素和二苯 乙烯的衍生物等副产物的产生，用重结晶的方法难以除去。 1 7 乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究 这一路线的缺点是必须经过酸化这一步，而在酸化时若反应条件控制得不 好会产生大量的树脂状物质，不但影响收率，甚至得不到高质量的浓馥香兰素。 如果对其后处理过程作相应的改进，不但可以避免在酸化时产生树脂状的物质， 同时能将反应过程中产生的少量副产物也去除干净，得到高质量的浓馥香兰素。 由于这一路线较黄樟油素路线更为简短，是一条更易实现工业化生产的合 成路线。目前印度和日本的香料公司就采用这一路线生产浓馥香兰素。 1 2 4 3 邻苯二酚路线 邻苯二酚邻苯二酚单烯丙基醚 3 ，4 - 二羟基x - j $ 丙基苯 2 乙基氧基5 - 烯丙基苯酚浓馥香兰系 二十世纪六十年代，前苏联的香料化学家d e v i l s k a y a 成功研制了以更为价 廉易得的邻苯二酚为原料的合成路线。在1 9 6 3 年的一篇文献”中提到，先用烯 丙基氯乙丙酮为溶剂，在碘化钠和碳酸钠存在下将邻苯二酚进行单烷基化，产 率为7 5 ；接着在2 7 0 c 的温度下进行c l a i s e n 重排，产率为3 5 3 8 ；再用乙 基硫酸钠进行单乙基化，产率为8 2 ；最后用氢氧化钾水溶液在1 8 0 - 1 8 5 c 的温 度下异构化，用4 0 的硫酸酸化后即得浓馥香兰素，熔点8 5 - 8 6 c ，产率为8 4 。 青岛科技大学研究生学位论文 这一合成路线较长，且c l a i s c n 重排这一步反应放热剧烈，不宜控制，并有 大量副产物2 ，3 - 二羟基1 烯丙基苯产生，不但与3 ，4 二羟基1 丙烯基苯较难 分离，且造成这一反应总的收率较低，为这一路线的工业化带来了一定的难度。 1 2 4 4 浓馥香兰素合成方法比较 在黄樟油素路线中需经酸化得到混合酚，但在酸化时会产生一定粘稠的树 脂状物质，不但给后处理带来了一定的难度，同时也影响了收率。如果在试制 时对这一路线作相应的改进，在开环、异构化时对氢氧化钾的用量作一定的调 整，不使用金属钠，而是利用在开环、异构化时必然产生一分子水的机理采用 甲醇连续带水法开环。而且开环、异构化产物不酸化，直接用硫酸= 乙酯乙基 化，会取得相当理想的效果，大大简化了这一路线中操作难点，也为工业化生 产带来了有利条件。 丁香酚路线是一条在二十世纪五十年代研制成功的合成路线。这一反应的 缺点是要在较高压力下才能进行皂化、异构化，反应时间也较长。由于这一路 线较黄樟油素路线更为简短，是一条更易实现工业化生产的合成路线。邻苯二 酚合成路线较长，且c l a i s c n 重排这一步反应放热剧烈，不宜控制，并有大量副 产物2 ，3 - 二羟基i 烯丙基苯产生，不但子3 ，4 - 二羟基i 丙烯基苯较难分离， 且造成这一反应总的收得率较低，为这一路线的工业化带来了一定的难度。 本文结合国外的合成方法，开发了一条相对比较简单的合成路线。丁香酚 在碱性条件下异构化，再在相转移催化剂的作用下进行乙基化，最后一步选择 性脱甲基得到终产物浓馥香兰素。该方法简化了反应进程，并通过对反应条件 的优化使得反应在低温下进行，同时提高了产率。在异丁香酚乙基化步骤中用 过量2 0 的硫酸- - 7 , 酯加适量的b u j c b r 。相转移催化剂做乙基化剂能有效的降低 反应温度，产品收率达到8 5 5 。在乙基异丁香酚脱甲基步骤中，用k f a 1 z 嘎 作脱甲基试剂，提高了反应的选择性，加速了反应的进行，产品收率为9 4 6 。 ( i t ：实验和结果讨论中的参考文献见1 4 2 1 一f 8 8 】。) 乙基香兰素和浓馥香兰素合成的工艺研究 2 实验部分 2 1 试验药品及主要仪器设备 2 1 1 试验药品如表2 1 表2 1 实验药品 t a b l e2 - 2m a i nl a b o r a t o r ym a t e r i a la n dr e a g e n t 原料 产地 对羟基苯甲醛 溴素 氯气 氧化铜 甲醇 乙醇钠 乙醇 d m 田 活性炭 盐酸 苯 丁香酚 硫酸二乙酯 乙二醇 工业( 大于9 9 ) 工业 a r a r 工业 a r a r a r a r a r a r a r a r a r 浙江刘氏化工公司 莱州盐业化工厂 亨达精细化学品公司 亨达精细化学品公司 莱州盐业化工厂 烟台三和试剂厂 默克尔精细化工公司 亨达精细化学品公司 莱州盐业化工厂 莱州盐业化工厂 亨达精细化学品公司 亨达精细化学品公司 亨达精细化学品公司 天津市泰兴试剂厂 氢氧化钾 a r 烟台三和试剂厂 青岛科技大学研究生学位论文 2 1 2 主要仪器设备如表2 2 轰2 2 主要仪器 t a b l v2 - 2m a i nl a b o r a t o r ya p p a r a t u s 仪器 生产厂家 s h j m - 1 型数显恒温搅拌电热套 d f - 1 0 1 b 集热式恒温磁力搅拌器 s h b 性循环水多用真空泵 z k - 2 8 a 型真空干燥箱 j j 1 型精密电动搅拌器 z h i 自动恒温电热套 常压蒸馏装置一套 s p 2 0 0 0 型气相色谱仪 a g f l e n t6 8 9 0 气相色谱仪 l c 1 0 a t 型液相色谱仪 不锈钢高压反应釜 上海分析仪器总厂 上海精科雷磁厂 郑州长城科工贸有限公司 上海精宏科学仪器有限公司 郑州长城科工贸有限公司 山东省鄄承福利科研仪器厂 天津大学化工实验中心 鲁南宏瑞化工仪器有限公司 美国a g i l e n t 仪器公司 日本岛津公司 大连第四仪表厂 2 2 乙基香兰素的合成研究 2 2 1 反应方程式及机理 乙基香兰索和浓馥香兰素合成的工艺研究 本文中乙基香兰素的合成反应方程式如下： 对羟基苯甲醛3 溴4 羟基苯甲醛 乙基香兰索 主要的副反应： 从对羟基苯甲醛的结构分析来看，它有羟基和醛基两个官能团，羟基( - o h ) 是邻对位定位基，醛基( c l i o ) 是问位定位基，使得对羟基苯甲醛上羟基的两 邻位异常活跃，都非常容易上溴。首先b r c l 自身内部发生s 键的极化、异裂， 释放出b r + ； & a _ + d 带正电的溴素进攻苯环的p 电子，形成如下碳正离子中间体，类似于烯烃 的亲电加成，这一步是速度决定步骤： h + 碳正离子中间体 矗- n 1 i 倒一 洲一 、早洲 竺 夸 青岛科技大学研究生学位论文 接着中间体失去质子，得到一溴化物 碳正离子中间体 副反应机理如下： 一h + d _ + 2 + + b r 一2 h + 2 c r - 2 2 2 乙基香兰素合成的工艺流程路线图 乙基香兰素的合成流程见图2 - 1 。 碳正离子中间体 2 i a 乙基香兰素和浓馥香兰索合成的工艺研究 图2 1 乙基香兰素合成工艺流程图 f i g 2 - 1p r o c e s sf l o wd i a g r a mo fe t h y lv a n i u l i n