CN104030889B - 一种制备正龙脑的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备正龙脑的方法，包括如下步骤：将粗龙脑溶解在有机溶剂中，在催化剂作用下与无水草酸反应，过滤除去未反应完全的无水草酸和催化剂，水洗除去催化剂及草酸，剩余有机溶液蒸馏回收溶剂，剩余物经水蒸气蒸馏除去三环烯、莰烯及部分未反应的龙脑，得到含有部分草酸异龙脑酯的草酸龙脑酯中间产品，然后将草酸龙脑酯中间产品进行皂化得到高含量的正龙脑产品。本发明采用常规加热，反应速度快、条件温和，操作简便，产物易分离，产品收率高。

Description

一种制备正龙脑的方法
技术领域
本发明涉及一种由粗合成冰片(粗龙脑)或合成冰片制备正龙脑的方法。
背景技术
松节油是松树分泌出来的松脂经水汽蒸馏得到的一种具有独特香气的天然精油，我国具有丰富的松节油资源，年产量居世界第一位。松节油主要成分是α-蒎烯和β-蒎烯，在马尾松松节油中还含有少量长叶烯和石竹烯，因此，松节油可提供C10或C15分子骨架，并同时提供多元环及桥环、环外或环内双键等活泼结构，其化学反应活性非常高，是难得的天然化工合成原料，在合成香料及其他功能性物质方面具有十分重要的意义[赵振东，刘先章.松节油的精细化学利用(I)—松节油及精细化学利用基础[J].林产化工通讯，2001，35(1):42-47]。在我国，松节油主要被用于生产合成樟脑、合成冰片、合成松油醇等医药或香料中间体的生产。
龙脑，也叫冰片、片脑、龙脑香、脑子、冰片脑、梅花脑、老梅片、梅片、羯布罗香、桔片。天然冰片(右旋龙脑)一般为龙脑香科植物龙脑香树或者某些樟科植物新鲜枝、叶、树干经提取加工制成的晶体。艾片(左旋龙脑)为菊科植物艾纳香树叶经提取加工制成的结晶。中医认为龙脑味辛、苦、微寒，归心、脾、肺经，具有开窍醒神，清热止痛等功效。常用于热病神昏、惊厥、中风痰厥、气郁暴厥、中恶昏迷、目赤、口疮、咽喉肿痛、耳道流脓。龙脑亦被用于化妆品行业，是名贵香精的定香剂和原料。还可以用于坚果和调味等实用香精。此外龙脑还有去腐防腐，趋避虫类等功效。在饮料行业还能作为清凉添加剂。
鉴于龙脑如此之珍贵，用途之广泛，虽然江西吉安、湖南新晃、广东梅州等地相继发现富含天然右旋龙脑的樟树，天然提取龙脑的产量有所提高，但是由于天然龙脑资源非常有限，其价格昂贵，远远无法满足人类日益增加的需要。加上人类保护自然资源的呼声日益高涨，研制高正龙脑含量的合成冰片产品显得非常重要。
长期以来，各国科学工作者和工程技术人才都进行了研究，但是经得起考验的工业化生产冰片的方法主要有偏钛酸合成法和硼酐-醋酐合成法，都是经过重排(酯化)加成和皂化共两步完成。当前，合成冰片过程中存在异龙脑含量较高，由于异龙脑在药理上副作用相对较大，故提高龙脑含量、降低异龙脑含量以取代天然冰片成为一个极具经济价值的研究。
目前，关于有效率分离龙脑与异龙脑，制备正龙脑含量较高合成冰片的主要研究进展如下：
唐松柏[CN 98104561.8]公开了三种高纯合成龙脑及其从粗品中得来的经济制法。该法的主要特点是利用龙脑和异龙脑的酸催化脱水性能差异，在硫酸作用下将异龙脑脱水成为莰烯，而龙脑则保留下来，然后进行一系列物理分离过程使莰烯与龙脑分开，从而获得龙脑产品。龙脑的回收率约90％，但是产品中龙脑的含量或纯度没有公开，也没有相应的实验例。
朱宝璋等[CN 200910193533、CN 200910193493、CN 200910193534]公开了一种利用超临界CO2流体萃取精制冰片的方法，主要是通过调整萃取和分离柱中CO2流体的分离压力和温度可以得到比较纯的正龙脑产品，萃取和分离时间为60～300min，原料粗龙脑中的正龙脑(含量≤45％)提取率60％～98％，所得产品符合中国药典对合成冰片中正龙脑含量≥55％的要求，正龙脑含量实际不低于57％。但是，实际上，该法属于替代工业上合成冰片的汽油重结晶提纯过程的方法。该法不仅设备要求高，且分离效果不理想，实际上产品中的正龙脑含量仅达到了要点要求，并没有获得纯度更高的合成冰片产品。
卢文清[CN 201310249414.3]公开了一种利用自然界中分离出的微生物制备龙脑的方法，即通过生物培养的方式从α-蒎烯获得了乙酸正龙脑酯含量为66％～75％的产品，再水解皂化获得了正龙脑含量为66％～75％的合成冰片。刘幽燕等[CN 201010165725.8]公开了一种从自然界筛选分离获得的微生物菌种，在有机溶剂-缓冲盐体系下进行具有一定选择性的乙酸龙脑酯水解反应，经分离精制后可以得到正龙脑含量为75％以上的龙脑产品。这两种方法还处于研究阶段，且规模非常小，一时还难以得到应用。
李世新[李世新,顾树春,陈传鹤.合成正龙脑的研制[J].林产化学与工业,1984,4(4):10-19]采用氯乙酸代替草酸合成龙脑，就得到含酯量50％以上，96％为龙脑的产品；陈慧宗[陈慧宗,刘显亮,徐景士,等./TiO2固体超强酸催化合成冰片的研究[J].江西师范大学学报(自然科学版),2002,26(4)：363-365.]采用氯乙酸与蒎烯在90～110℃反应7h，催化剂用量为1％时，产率达到46％，龙脑含量在97％以上。陈慧宗等[陈慧宗,刘永根,杨义文,等.CLY纳米催化剂催化α-蒎烯合成龙脑[J].精细化工,2005,22(4):277-279.]采用自制CLY纳米催化剂，催化α-蒎烯与草酸进行了合成冰片的研究，得到产率为46.0％，m(正龙脑)∶m(异龙脑)＝70.5∶7.3的产品。黎群[黎群,黄淑云.固体强酸催化合成冰片的研究[J].林产化学与工业,1996,16(2):45-48.]采用自制的Wp固体酸催化剂，得到产率大于40％，龙脑含量大于90％的产品。这些方法中，需要使用腐蚀性很强的氯乙酸、较难以大规模应用的固体超强酸/TiO2或Wp、CLY纳米催化剂等原辅材料，工业化应用的可能性比较小。
发明内容
本发明针对以往技术中存在的反应复杂，产率低的主要缺陷，提供一种制备正龙脑的方法，具有高效率、低成本的特点。
发明的技术方案为：一种制备正龙脑的方法，包括如下步骤：将粗龙脑溶解在有机溶剂中，在催化剂作用下与无水草酸反应，过滤除去未反应完全的无水草酸和催化剂，水洗除去催化剂及草酸，剩余有机溶液蒸馏回收溶剂，剩余物经水蒸气蒸馏除去三环烯、莰烯及部分未反应的龙脑，得到含有部分草酸异龙脑酯的草酸龙脑酯中间产品，然后将草酸龙脑酯中间产品进行皂化得到高含量的正龙脑产品。
反应原料粗龙脑为合成粗冰片或合成冰片，其中龙脑与异龙脑的质量比为任意比例。
反应温度为35～120℃。
反应时间为1～100h。
反所述的有机溶剂为芳香烃、链状烷烃、支链烷烃、汽油中的任一种或者任意二种或多种的混合物。
有机溶剂的使用量为原料质量的0.1～6倍。
所述的催化剂为硼酐、焦硼酸、偏硼酸中的任一种或者任意比例组成的混合物，或是硫酸钛、偏钛酸中的一种。
反应中催化剂与粗龙脑物质的量之比为0.01～9∶100。
反应中原料粗龙脑总物质的量与无水草酸的物质的量之比为100∶0.1～30。
有益效果：
1、该法反应条件温和，采用常规加热方法，反应温度为35～120℃，反应速度快。
2、中间产物与原料性质差异大，分离效率高，易于提纯。可以由正龙脑含量在50％的合成冰片制得正龙脑含量至少为91.6％的正龙脑产品。操作简便，产物易分离。
3、后处理简单，产品收率高、纯度高。
4、有机溶剂等可以重复反复使用，降低了成本。
5、该法中使用的均为合成冰片厂正在使用的无水草酸和催化剂，简便易得且成本低廉。
附图说明：
图1为实施例1中制备得到的正龙脑产品的GC分析图谱。图中，各组分色谱峰(编号)的保留时间和对应组分名称及其峰面积百分数分别为：(1#)4.6min，三环烯，0.1％；(2#)5.2min，莰烯，1.6％；(3#)12.0min，异龙脑，8.1％；(4#)12.5min，龙脑，88.1％wt。
具体实施方式：
本发明采用的技术路线：
一种制备正龙脑的方法，主要采用现有合成冰片生产中使用的硼酐催化剂、偏钛酸催化剂和无水草酸为主要反应试剂，以生产过程中的粗合成冰片中间产品为主要原料，利用龙脑和异龙脑与草酸反应形成草酸酯的速率差异使分离龙脑和异龙脑，从而制得含量较高的正龙脑产品。制备过程中辅以水蒸气蒸馏除去少量的莰烯、三环烯及龙脑和异龙脑，并以皂化方法和适当精制的方法。即可得到高含量的正龙脑产品。该方法反应条件温和、操作简单，得到的正龙脑产品纯度较高。
本发明所述的制备正龙脑的方法，包括如下步骤：将合成的粗龙脑溶解在有机溶剂中，然后静置一定时间，去除下层水分及泥土等杂质。加入硼酐、焦硼酸、偏硼酸或者偏钛酸催化剂，在一定温度下与一定量的无水草酸反应一段时间，反应完后过滤除去未反应完全的无水草酸和催化剂，水洗3～5次进一步除去催化剂及草酸。有机溶液蒸馏回收溶剂后，用水蒸气蒸馏除去三环烯、莰烯及少量龙脑和异龙脑，得到草酸龙脑酯和草酸异龙脑酯。得到的草酸龙脑酯与草酸异龙脑酯经过皂化得到高含量的龙脑产品。本反应可以用芳香烃、(支)链状烷烃、汽油等有机溶剂作为反应介质。本发明采用常规加热，反应速度快、条件温和，操作简便，产物易分离，产品收率高。
分析检验方法及条件：
产品的组成及含量通过GC归一化方法分析和测定。主要分析条件为：仪器：Shimadsu GC2014，Rtx-5型石英毛细管色谱柱，30m×ID0.25mm×0.25μm，FID检测器，70℃(保持2min)→115℃(3℃/min)→180℃(5℃/min)→250℃(2℃/min)→270℃(10℃/min)。
实施例1
在250mL的四口圆底烧瓶中，加入10.0g粗冰片(市售商品冰片，含正龙脑60.6％wt)，加入1.0g硼酐催化剂和2.5g偏钛酸催化剂，15.0g无水草酸，以30.0g正己烷为溶剂，搅拌并冷凝回流，温度维持在54～56℃，反应时间24h，反应结束后，除去溶剂和莰烯、三环烯，剩余液体皂化得粗产品精制后得到3.1g正龙脑产品，含量为88.1％(正龙脑∶异龙脑＝88.1∶8.1)，正龙脑提取率为45.1％。
实施例2
在250mL的四口圆底烧瓶中，加入5.0g粗冰片(含正龙脑54.2％wt)，加入1.0g硼酐催化剂，5.5g无水草酸，以65.7g正己烷为溶剂，搅拌并冷凝回流，温度维持在54～56℃，反应时间35h，反应结束后，除去溶剂和莰烯、三环烯，剩余液体皂化得粗产品精制后得到2.1g正龙脑产品，含量为71.8％(正龙脑∶异龙脑＝71.8∶12.3)，正龙脑提取率为55.6％。
实施例3
将2.5g粗龙脑(湖南松本林业科技股份有限公司，含正龙脑53.8％)溶于30.0g石油醚中，在0.5g硼酐催化剂和0.5g偏钛酸催化剂作用下与5.0g无水草酸反应35h后，其余条件同实施例1，得到1.2g正龙脑，含量78.2％(正龙脑∶异龙脑＝78.2∶13.3)，正龙脑提取率为69.8％。
实施例4
将5.0g粗龙脑(含正龙脑53.8％)溶于90.0g环己烷中，在1.0g偏钛酸催化剂作用下与5.3g无水草酸反应35h后，其余条件同实施例1，得到1.6g正龙脑，含量为80.6％(正龙脑∶异龙脑＝80.6∶15.4)，正龙脑提取率为47.9％。
实施例5
用偏硼酸作为催化剂，其它条件及操作同实施例2，得高含量正龙脑产品。
实施例6
用焦硼酸作为催化剂，其它条件及操作同实施例2，得高含量正龙脑产品。
实施例7
用甲苯作为反应介质，于85℃反应，其它条件及操作同实施例4，得高含量正龙脑产品。

Claims (9)

1.一种制备正龙脑的方法，其特征在于，包括如下步骤：将粗龙脑溶解在有机溶剂中，在催化剂作用下与无水草酸反应，过滤除去未反应完全的无水草酸和催化剂，水洗除去催化剂及草酸，剩余有机溶液蒸馏回收溶剂，剩余物经水蒸气蒸馏除去三环烯、莰烯及部分未反应的龙脑，得到含有部分草酸异龙脑酯的草酸龙脑酯中间产品，然后将草酸龙脑酯中间产品进行皂化得到高含量的正龙脑产品。
2.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，反应原料粗龙脑为合成冰片，其中龙脑与异龙脑的质量比为任意比例。
3.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，反应温度为35～120 ℃。
4.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，反应时间为1～100 h。
5.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为芳香烃、链状烷烃、汽油中的任一种或者任意二种或多种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，有机溶剂的使用量为原料质量的0.1～6倍。
7.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，所述的催化剂为硼酐、焦硼酸、偏硼酸中的任一种或者任意比例组成的混合物，或是硫酸钛、偏钛酸中的一种。
8.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，反应中催化剂与粗龙脑物质的量之比为0.01～9∶100。
9.如权利要求1所述的一种制备正龙脑的方法，其特征在于，反应中原料粗龙脑总物质的量与无水草酸的物质的量之比为100∶0.1～30。
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