CN102030625A - 一种香兰素合成的方法 - Google Patents

Abstract

一种香兰素合成的方法，采用压力反应釜进行物料热预处理，然后将物料注入环管式淤浆反应器中进行香兰素合成的氧化反应，以4-甲基-2-甲氧基苯酚为原料、乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚为溶剂、氧气为氧化剂，通过间歇通入氧气的方式使合成香兰素的氧化反应进行；原料4-甲基-2-甲氧基苯酚的转化率达到99％以上，香兰素选择性达到93％以上、分离收率82％左右。通过在环管式淤浆反应器中进行的氧化试验表明，在该反应器中能够顺利地进行4-甲基-2-甲氧基苯酚在较温和条件下的氧化反应合成香兰素，避免了利用甲醇做反应溶剂的传统釜式氧化技术工艺合成香兰素容易发生爆炸的危险，工艺环保、效率高。

Description

一种香兰素合成的方法

技术领域

本发明涉及香兰素的合成，特别是以4-甲基-2-甲氧基苯酚为原料通过氧化合成香兰素的适合于工业生产的安全工艺技术。

背景技术

合成香兰素的方法主要有丁香酚法、愈创木酚法、黄樟油法和木质素法。这些方法使用的原料难以获得、价格高，而且合成路线复杂。虽然目前已成功开发了乙醛酸法生产香兰素，但合成工艺排放含酚废水量很大，容易造成严重的环境污染问题。1997年12月17日公开的中国专利CN1167750A报道了由中国科学院大连化学物理研究所研发成功的一步氧化法合成香兰素的工艺：以天然4-甲基-2-甲氧基苯酚为原料，以氯化钴和氯化铜为催化剂，甲醇为溶剂，空气-氧气为氧化剂，在500毫升压力釜中于90℃/3.3大气压下搅拌反应10小时，以72％收率得到香兰素产品。此工艺的缺点是：反应温度过高/时间过长导致目标产物严重的深度氧化、产品收率较低；反应压力不好控制，难以避开甲醇-氧气宽的爆炸极限，因而爆炸隐患大。2000年8月30日公开的中国专利CN 1264695A利用类似工艺，在2立方米压力釜中以氧化钴和氧化铜为催化剂，先将物料加热至比反应温度低10℃左右，补氧维持0-0.03MPa的低压，然后缓慢升温至反应温度53℃反应10小时，后处理后即得香兰素产品。后一方法由于反应条件较前者温和、氧气压力低，减少了副反应发生，从而能提高香兰素的收率。因为同样使用甲醇作为反应溶剂的釜式氧化工艺技术，不能避免甲醇-氧气极宽的爆炸极限，因此此工艺同样存在着严重的爆炸隐患。

在此，我们以提高工艺效率和安全性为出发点，提供一种高效安全的香兰素生产工艺技术方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应条件较温和、效率高，特别是安全性好的香兰素生产方法。本发明保留了中国专利CN 1167750A和CN 1264695A的基本反应工艺，但原料为利用化学方法合成的非天然的4-甲基-2-甲氧基苯酚。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种香兰素合成的方法，采用压力反应釜进行物料热预处理，然后注入环管式淤浆反应器中进行香兰素合成的氧化反应，以4-甲基-2-甲氧基苯酚为原料、乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚为溶剂、氧气为氧化剂，通过间歇通入氧气的方式使合成香兰素的氧化反应进行；此工艺方法避免了使用低沸点醇如甲醇作反应溶剂的传统釜式氧化工艺技术因为甲醇与氧气的爆炸极限范围宽而容易发生爆炸的危险。

具体操作过程如下，

1)采用压力反应釜进行物料热预处理：先将原料4-甲基-2-甲氧基苯酚、溶剂乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚、缩水剂氢氧化钠或氢氧化钾、催化剂六水合二氯化钴、助催化剂四水合醋酸锰混合，在空气气氛中于100-130℃(以120℃最佳)预加热搅拌10-30分钟，在原位形成催化活性物种；

其中，原料∶溶剂质量比＝1∶2.5-6，原料∶缩水剂摩尔比＝1∶2-6，料∶催化剂六水合二氯化钴摩尔比＝1∶0.001-0.010，原料∶助催化剂四水合醋酸锰摩尔比＝1∶0.00001-0.0001；

2)将上述预处理后的物料降温至60-80℃后注入环管式淤浆反应器中通入氧气开始氧化反应(通入氧气时起始的反应温度为60-80℃，以70℃最佳)；反应压力为0.2-0.8Mpa(即控制通入氧气的压力为0.2-0.8MPa，以0.3-0.5MPa最佳)、反应温度为60-85℃(以75-80℃最佳)，反应4-6小时(一般5小时左右反应结束)；

3)氧化反应结束后，从环管式淤浆反应器中导出物料，进行香兰素的分离纯化。

步骤1)中，所述原料∶溶剂质量比＝1∶3；原料∶缩水剂摩尔比＝1∶2.7，原料∶催化剂六水合二氯化钴摩尔比＝1∶0.005，原料∶助催化剂四水合醋酸锰摩尔比＝1∶0.00004最佳。

步骤3)中香兰素的分离纯化过程为，后处理时先分离出香兰素钠盐，然后酸化此钠盐、重结晶而得到香兰素粗产品，减压精馏得香兰素产品；

具体为：氧化反应结束后，将环管式淤浆反应器中物料降温至40-60℃，导出物料，减压蒸馏回收溶剂，将得到的残留物料用90-100℃热水重结晶得到香兰素钠盐；

将此香兰素钠盐溶于水后用浓盐酸酸化至pH值为3-4，有固体析出，加热至85-100℃使产生的固体完全溶解、过滤除渣，滤液冷至室温，然后在0-10℃重结晶得到香兰素粗产品，减压精馏得香兰素产品。

为降低生产成本，溶剂乙二醇单甲醚和乙二醇单乙醚通过减压蒸馏(75-80℃/15mmHg)回收使用。

本发明具有以下优点：

(1)可使用较甲醇沸点高、与氧气爆炸极限范围窄的乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚为氧化反应溶剂，可以避免使用低沸点醇如甲醇作反应溶剂时因为甲醇与氧气的爆炸极限范围宽而容易发生爆炸的危险。

(2)设计使用工业中常用的环管式淤浆反应器，能将反应物料填满反应器空间，从而能避免使用传统釜式反应器(有至少三分之一的空间不能被反应物料填满，溶剂甲醇蒸汽与氧气在此混合容易形成组成在爆炸极限内的混合物)容易发生爆炸的缺点，同时避免目标产物香兰素的深度氧化。

(3)反应物料先在反应温度之上预热，有利于活性催化物种的生成而加快氧化反应速度，导致较短的反应时间能减少目标产物的深度氧化，所以氧化反应的效率较传统釜式工艺技术方法显著提高。

(4)后处理时先分离出香兰素钠盐，大大减少了中和缩水剂氢氧化钠碱所需要的盐酸用量，过程变得较环保。

(5)通过酸化香兰素钠盐得到香兰素粗产品，比直接酸化含大量缩水剂氢氧化钠的反应混合物获得香兰素粗产品的工艺效率高，香兰素粗产品的品质也大大提高，因而有利于香兰素产品的进一步精制。

(6)香兰素产品的收率高。

附图说明

图1为环管式淤浆反应器示意图，图中1为环管式反应器，2缓冲罐，3热水泵，4反应循环泵，5氧气混合器，6原料进口，7热水进口，8氧气进口，9放料阀。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的工艺技术方法给予进一步说明，但本发明的内容并不仅限于此，本发明的技术方法也可以用于以天然4-甲基-2-甲氧基苯酚为原料的香兰素合成。

按本发明工艺技术生产香兰素的环管式淤浆反应器示意图如图1所示，图中1为环管式反应器(其为环状排列的反应管路)，其一端设有进料口，另一端设有出料口，在环管式反应器的上部设有缓冲罐2，环管式反应器采用热水加热，热水由热水泵3及其外接的热水进口提供，在进料口处依次设置有反应循环泵4和氧气混合器5，反应循环泵4外设置有原料进口，氧气混合器5外设有氧气进口，在出料口设置有放料阀9。按本发明工艺技术生产香兰素的化学反应式如下：

使用环管式淤浆反应器，反应规模由反应器中环管的数目和体积而确定。

具体地说，利用本发明工艺技术生产香兰素的方法为：先将反应混合物料在预混釜中在空气气氛下于120℃加热搅拌10-15分钟，降温至70℃左右，将由此得到的物料导入并填满环管式淤浆反应器，利用反应循环泵使物料在反应器的环管中循环流动；控制物料温度70℃时，通入氧气开始氧化反应，通入氧气的压力控制在0.3-0.5MPa范围内，通过控制氧气的间歇通入使氧化反应在75-80℃进行，反应时间5小时左右。反应结束后降温放料，物料经减压蒸馏回收反应溶剂乙二醇单甲醚，将得到的残留物用90-100℃热水溶解、过滤，滤液冷至室温，然后在0-10℃重结晶得到香兰素钠盐。将此香兰素钠盐溶于水，用浓盐酸酸化至pH值为4，有固体析出；加热至85-100℃使生成的固体完全溶解，过滤；滤液冷至室温，然后在0-10℃左右重结晶得到香兰素粗产品，减压精馏得香兰素产品。

实施例1

往300升压力反应釜中加入氢氧化钠12千克、乙二醇单甲醚50千克，人工化学合成的4-甲基-2-甲氧基苯酚15千克，搅拌(·转速130转/分)10分钟后加入催化剂六水合二氯化钴135克，助催化剂四水合醋酸锰0.7克，封釜，升温使混合物料在120℃搅拌10-15分钟。停止加热，待温度降至70℃左右时将反应物料导入环管式淤浆反应器中。

将反应物料的温度控制在70℃，通入氧气开始氧化反应，反应器内压力控制在0.3-0.5MPa。间歇通入氧气使反应物料温度维持在75-80℃。当反应几乎不再吸收氧气时(约5小时反应结束)，取反应液样5毫升用6N盐酸酸化至pH值为4，再用3毫升二氯甲烷抽提后高效液相色谱分析，原料含量＜0.5％，香兰素选择性93％。降温至50℃左右趁热放料，减压蒸馏收集70-80℃/15mmHg馏分乙二醇单甲醚43千克(含量大于99％)，可以重复使用；加入10千克水后继续减压蒸馏得到含水乙二醇单甲醚约10千克(含量约60％)。将得到的残留物料用15千克90-100℃热水溶解、过滤，滤液冷至室温，然后在10℃左右重结晶得到香兰素钠盐。将此香兰素钠盐溶于25千克水中，搅拌下用37％浓盐酸酸化至pH值为3-4，有固体析出；加热至85-100℃使产生的固体完全溶解、过滤，滤液冷至室温，然后在10℃左右重结晶、过滤、干燥得到香兰素粗产品14.7千克(液相色谱纯度＞94％)，减压精馏140℃/2mmHg得香兰素产品13.5千克(收率82％)。

实施例2

用回收的乙二醇单甲醚做溶剂，重复实施例1操作，香兰素产品收率81％。

实施例3

用乙二醇单乙醚做溶剂，重复实施例1操作，香兰素产品收率85％。

实施例4

用氢氧化钾代替氢氧化钠做缩水剂，重复实施例1操作，香兰素产品收率81％。

Claims (5)

1.一种香兰素合成的方法，其特征在于：采用压力反应釜进行物料热预处理，然后将物料注入环管式淤浆反应器中进行香兰素合成的氧化反应，以4-甲基-2-甲氧基苯酚为原料、乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚为溶剂、氧气为氧化剂，通过间歇通入氧气的方式使合成香兰素的氧化反应进行；此工艺方法避免了使用低沸点醇如甲醇作反应溶剂的传统釜式氧化技术工艺因为甲醇与氧气的爆炸极限范围宽而容易发生爆炸的危险。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：具体操作过程如下，

1)采用压力反应釜进行物料热预处理：先将原料4-甲基-2-甲氧基苯酚、溶剂乙二醇单甲醚或乙二醇单乙醚、缩水剂氢氧化钠或氢氧化钾、催化剂六水合二氯化钴、助催化剂四水合醋酸锰混合，在空气气氛中于100-130℃预加热搅拌10-30分钟，在原位形成催化活性物种；

其中，原料∶溶剂质量比＝1∶2.5-6，原料∶缩水剂摩尔比＝1∶2-6，原料∶催化剂六水合二氯化钴摩尔比＝1∶0.001-0.010，原料∶助催化剂四水合醋酸锰摩尔比＝1∶0.00001-0.0001；

2)将上述预处理后的物料降温至60-80℃后注入环管式淤浆反应器中通入氧气开始氧化反应；反应压力为0.2-0.8MPa、反应温度为60-85℃，反应4-6小时；

3)氧化反应结束后，从环管式淤浆反应器中导出物料，进行香兰素的分离纯化。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述原料∶溶剂质量比＝1∶3；原料∶缩水剂摩尔比＝1∶2.7，原料∶催化剂六水合二氯化钴摩尔比＝1∶0.005，原料∶助催化剂四水合醋酸锰摩尔比＝1∶0.00004。

4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2)中将上述预处理后的物料降温至70℃后注入环管式淤浆反应器中通入氧气开始氧化反应；反应压力为0.3-0.5MPa、反应温度为70-85℃，反应5小时。

5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3)中香兰素的分离纯化过程为，

氧化反应结束后，将环管式淤浆反应器中的物料降温至40-60℃，导出物料，减压蒸馏回收溶剂，将得到的残留物料用90-100℃热水重结晶得到香兰素钠盐；

将此香兰素钠盐溶于水后用浓盐酸酸化至pH值为3-4，有固体析出，加热至85-100℃使产生的固体完全溶解、过滤除渣，滤液冷至室温，然后在0-10℃重结晶得到香兰素粗产品，减压精馏得香兰素产品。