CN101318880A - 一种冰片的绿色合成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冰片的绿色合成工艺，将α－蒎烯与无水草酸、催化剂硫酸锆加入反应瓶中，在搅拌下加热至40℃～150℃进行酯化反应，反应1～10小时后过滤回收催化剂，滤液除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入氢氧化钠水溶液进行皂化反应，边蒸馏边收集产物，所得产物为冰片。该方法反应平稳，操作安全，催化剂原料易得，制备简便，只需将原料进行焙烧、粉碎两步处理即可使用，催化剂只需通过过滤就可与产物实现分离，不腐蚀设备，不污染环境，而且催化剂可以重复使用，并可活化再生，催化活性强，反应选择性较好。

Description

一种冰片的绿色合成工艺
技术领域
本发明涉及冰片的合成方法，更具体地说涉及一种用绿色催化的方法合成冰片的工艺。
背景技术
冰片又称龙脑，广泛应用于医药及香料工业，它存在着正冰片和异冰片两个差向异构体，其中正冰片的药用及经济价值远高于异冰片。冰片具有开窍醒神、精热止痛、抗菌消炎、抗生育等作用。
近年来，由于医药及香料工业的发展，对冰片的需求与日俱增，单靠从天然植物精油中提取的冰片已远远满足不了人们的需求，而合成冰片原料易得，价格低廉，可大批量生产，因此用合成冰片代替天然冰片是发展的必然趋势。然而目前国内以硼酸酐为催化剂合成冰片的生产工艺明显存在许多缺点，例如反应剧烈放热，难以控制，生产过程有冲料和爆炸危险，产率低，产品质量差，催化剂分离回收困难等缺点。因此提高合成冰片的产率和粗产品中正冰片的含量以及合成工艺的安全性是亟待解决的问题，其中催化剂的选择是关键。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种利用绿色催化的方法生产冰片的工艺。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：将α-蒎烯与无水草酸、催化剂硫酸锆加入反应瓶中，在搅拌下加热至40℃～150℃进行酯化反应，反应1～10小时后过滤回收催化剂，滤液除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入氢氧化钠或氢氧化钾水溶液进行皂化反应，边蒸馏边收集产物，晾干后所得产物为冰片。
上述技术方案的反应式如下：
Figure A20081004088100051
根据本发明的生产方法，所述的α-蒎烯与无水草酸的摩尔比为1∶0.1～1，优选1∶0.4。
根据本发明的生产方法，所述的催化剂硫酸锆的投料质量优选为α-蒎烯质量的1～50％，最佳为6％
根据本发明的生产方法，搅拌加热的温度优选为60～100℃。
根据本发明的生产方法，滤液除去轻油所采用的方法为水蒸汽蒸馏，收集产物时所述的蒸馏是指用水蒸汽蒸馏。
根据本发明的生产方法，皂化反应时加入的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的浓度优选为20～40％。
根据本发明的生产方法，所述的催化剂硫酸锆在首次使用前需对原料四水硫酸锆进行处理，所述的处理是指将四水硫酸锆于650～750℃焙烧0.5～1.5小时后粉碎，再于650～750℃焙烧1～3小时。
根据本发明的生产方法，所述的过滤回收后的催化剂硫酸锆于650～750℃焙烧0.5～1小时后粉碎，再于650～750℃焙烧1～1.5小时，即可重复使用。
根据本发明的生产方法，所述的过滤回收的失活的催化剂硫酸锆可进行活化再生，所述的活化再生是指将硫酸锆于550～650℃焙烧1～2小时后粉碎，用硫酸铵溶液或稀硫酸溶液浸泡1～2小时，过滤，干燥，粉碎，再于550～650℃焙烧2～4小时。
通过上述技术方案所得到的反应产物是白色晶体，有类似樟脑气味，可直接进行称量，根据得到的质量，再根据下式进行计算。
Figure A20081004088100061
产品可通过气相色谱仪进行含量测定，可在气相色谱仪中分别打进正冰片和异冰片标准样品，根据它们的出峰时间确定产物中的正、异冰片的出峰时间，进而确定它们的含量。
本发明的生产方法与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明所使用的催化剂处理方便，原料易得、制备简便，只需将原料进行焙烧、粉碎两步处理即可使用。
(2)本发明所使用的催化剂只需通过过滤就可与产物实现分离，不腐蚀设备，不污染环境，是一种新型环境友好的绿色催化方法，而且催化剂可以重复使用，并可活化再生。
(3)本发明所使用的方法催化活性强，反应选择性较好，催化剂一次使用，粗产率可达55％左右，产品中正冰片含量在55-60％左右，异冰片含量在25-30％之间，比目前市场上经提纯后的冰片(50-60％正冰片，30-40％异冰片)质量更好，催化剂二次使用，产率虽有所下降，但正冰片含量骤升，可达68-83％之间，在市场上价格更贵，足以抵消产率下降带来的损失，且产品进一步提纯后正冰片含量还可进一步上升。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
1)催化剂的制备：四水硫酸锆于700℃焙烧1小时后粉碎，再于700℃焙烧2小时。
2)冰片的制备：将20克α-蒎烯、5.1克无水草酸及1.2克催化剂，加入反应瓶中，在磁力搅拌下采用程序升温(65℃1小时，75℃4小时，90℃1小时)的方式加热进行酯化反应，反应后过滤回收催化剂，将滤液用水蒸汽蒸馏除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入33％的氢氧化钠水溶液(4.5克氢氧化钠，9克水混合而成)，进行皂化反应，边水蒸汽蒸馏边收集冰片，最后可得冰片9～10克，经HPLC测定，其中正冰片含量为55～60％，异冰片含量为25～30％。
实施例2
1)催化剂的制备：将实施例1中回收后的催化剂，于700℃焙烧0.5小时后粉碎，再于700℃焙烧1小时。
2)冰片的制备：将20克α-蒎烯、5.1克无水草酸及1.2克催化剂，加入反应瓶中，在磁力搅拌下采用程序升温(65℃1水时，75℃4小时，90℃1小时)的方式加热进行酯化反应，反应后过滤回收催化剂，将滤液用水蒸汽蒸馏除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入33％的氢氧化钠水溶液(4.5克氢氧化钠，9克水混合而成)，进行皂化反应，边水蒸汽蒸馏边收集冰片，最后可得冰片6.0～7.0克，经HPLC测定，其中正冰片含量为68～83％，异冰片含量13～18％。
实施例3
1)催化剂的制备：同实施例1步骤1)；
2)冰片的制备：2公斤α-蒎烯、0.51公斤无水草酸及0.12公斤催化剂，加入反应器中，在磁力搅拌下采用程序升温(65℃1小时，75℃4小时，90℃1小时)的方式加热进行酯化反应，反应后过滤回收催化剂，将滤液用水蒸汽蒸馏除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入33％的氢氧化钠水溶液(0.45公斤氢氧化钠，0.9公斤水混合而成)，进行皂化反应，边水蒸汽蒸馏边收集冰片，最后可得冰片0.9～1.0公斤。经HPLC测定，其中正冰片含量为55～60％，异冰片含量为25～30％。
实施例4
3)催化剂的制备：同实施例1步骤1)；
4)冰片的制备：2吨α-蒎烯、0.51吨无水草酸及0.12吨催化剂，加入反应器中，在磁力搅拌下采用程序升温(65℃1小时，75℃4小时，90℃1小时)的方式加热进行酯化反应，反应后过滤回收催化剂，将滤液用水蒸汽蒸馏除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入33％的氢氧化钠水溶液(0.45吨氢氧化钠，0.9吨水混合而成)，进行皂化反应，边水蒸汽蒸馏边收集冰片，最后可得冰片0.9～1.0吨。经HPLC测定，其中正冰片含量为55～60％，异冰片含量为25～30％。
实施例5
1)催化剂的制备：同实施例1步骤1)；
2)冰片的制备：40克α-蒎烯、5.1克无水草酸及1.2克催化剂，加入反应器中，在磁力搅拌下采用程序升温(40℃1小时，80℃5小时，150℃0.5小时)的方式加热进行酯化反应，反应后过滤回收催化剂，将滤液用水蒸汽蒸馏除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入25％的氢氧化钠水溶液进行皂化反应，边水蒸汽蒸馏边收集冰片，最后可得冰片10～12克。
实施例6
1)催化剂的制备：同实施例1步骤1)；
2)冰片的制备：10克α-蒎烯、5.1克无水草酸及2克催化剂，加入反应器中，在磁力搅拌下采用程序升温(60℃1小时，75℃4小时，100℃1小时)的方式加热进行酯化反应，反应后过滤回收催化剂，将滤液用水蒸汽蒸馏除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入35％的氢氧化钠水溶液进行皂化反应，边水蒸汽蒸馏边收集冰片，最后可得冰片3～5克。

Claims (10)

1.一种冰片的绿色合成工艺，包括以下步骤：α-蒎烯与无水草酸、催化剂硫酸锆加入反应瓶中，在搅拌下加热至40℃～150℃进行酯化反应，反应1～10小时后过滤回收催化剂，滤液除去轻油，得到草酸二冰片酯，再加入氢氧化钠或氢氧化钾水溶液进行皂化反应，边蒸馏边收集产物冰片。
2.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，所述的α-蒎烯与无水草酸的摩尔比为1∶0.1～1。
3.根据权利要求2所述的合成工艺，其特征在于，所述的α-蒎烯与无水草酸的摩尔比为1∶0.4。
4.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，所述的催化剂硫酸锆的投料质量为α-蒎烯质量的1～50％，优选6％。
5.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，搅拌加热的温度为60～100℃。
6.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，滤液除去轻油所采用的方法为水蒸汽蒸馏，收集产物时所述的蒸馏是指用水蒸汽蒸馏。
7.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，皂化反应时加入的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的浓度为20～40％。
8.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，所述的催化剂硫酸锆首次使用前需对催化剂原料四水硫酸酸锆进行处理，所述的处理是指将四水硫酸锆于650～750℃焙烧0.5～1.5小时后粉碎，再于650～750℃焙烧1.5～2.5小时。
9.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，所述的过滤回收后的催化剂硫酸锆于650～750℃焙烧0.5～1小时后粉碎，再于650～750℃焙烧1～1.5小时，即可重复使用。
10.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，所述的过滤回收后的失活的催化剂硫酸锆可进行活化再生，所述的活化再生技术是指将过滤回收后的催化剂硫酸锆于550～650℃焙烧1～2小时，粉碎，用1mol/L硫酸铵溶液或1mol/L稀硫酸溶液浸泡1～12小时，过滤，干燥，粉碎，再于550～650℃焙烧2～4小时即可活化再生，活化再生后的催化剂即可使用。
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