CN104262141A - 一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,该方法采用双阳离子型磺酸基功能化离子液体为催化剂,以萜烯醇和羧酸酐为原料,经酰化反应生成萜烯酯,在设定的反应条件下萜烯醇的转化率和萜烯酯的选择性均高达90%以上。与现有技术相比,本发明最大的特点在于反应结束后离子液体催化剂可自动沉淀析出,经简单过滤即可实现离子液体的循环使用,催化剂回收套用十分方便;同时本发明还具有催化剂用量少、反应选择性高、产物收率高、绿色化程度高等多个优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成合成萜烯酯的方法,尤其涉及一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法。
背景技术
萜类化合物是一类广泛存在于植物体内的天然来源碳氢化合物,其分子式为异戊二烯单位的倍数的烃类及其含氧衍生物,广泛应用于香料香精和医药行业。然而,研究发现,很多香精油中主要存在的是松油醇、芳樟醇、香叶醇、冰片、香茅醇、橙花醇、香芹醇、二氢月桂烯醇等萜烯醇类,其相应的萜烯酯含量却较低。相比于萜烯醇,萜烯酯的香气更加幽雅、扩散力强、留香持久、经济附加值大,因而市场需要量巨大,前景十分看好。
如其他醇类一样,萜烯醇可以通过与羧酸酐发生酰化反应而便利地转化为相应的萜烯羧酸酯。反应通常在催化剂的存在下进行,根据催化剂的不同可分为酸催化法和碱催化法。常用的酸性催化剂主要有硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、固体酸、强酸性树脂等,然而该方法存在着许多缺点。例如,使用硫酸等无机液体酸催化剂,脱水、异构化等副反应多,中和、水洗等后处理工序繁琐,设备腐蚀严重,产生大量废酸水,造成环境污染。碱性催化剂一般采用碳酸盐、无水乙酸钠、甲氨基吡啶、高沸点胺等等,其催化作用机理是,萜烯醇与羧酸酐反应生成萜烯酯和羧酸,胺等碱性催化剂与羧酸发生中和反应,消耗掉乙酸以促进酰化反应朝正向进行,同时避免酸催化引起的副反应。如中国专利 CN101573323A公开了一种制备萜烯酯的方法,其采用的碱性催化剂是三正己基胺、三正辛基胺等高沸点胺。此方法存在的最大问题是高沸点胺催化剂不断地被乙酸消耗,产生乙酸三烷基铵盐等废弃物,催化剂难于重复利用,副产物乙酸也无法资源化利用,因而难以大规模应用。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术的不足,提出一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,其特点是采用双阳离子型磺酸基功能化离子液体为催化剂,以萜烯醇和羧酸酐为原料,经酰化反应生成萜烯酯。
为实现上述发明目的,本发明的技术方案是:一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,包括以下步骤:将一定摩尔计量比的萜烯醇和羧酸酐的反应混合物及离子液体催化剂投入酰化反应釜进行酰化反应,酰化反应完毕后,得到的萜烯酯混合物出料冷却静置,离子液体催化剂逐渐从料液中沉淀析出,均相反应体系转变为固液两相,经简单过滤即可实现离子液体催化剂的回收循环套用,液相混合物经进一步减压蒸馏得到产品萜烯酯。
上述离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,所述萜烯醇选自二氢月桂烯醇、月桂烯醇、香叶醇、香茅醇、芳樟醇、香芹醇、二氢香芹醇、橙花醇、冰片中的一种。
上述离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,所述羧酸酐选自乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐中的一种。
上述离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,所述反应原料萜烯醇与羧酸酐的摩尔比为1:1~3,优选为1:1.5~2;离子液体催化剂的用量为反应原料总质量的0.1~2.0%,优选为0.5~1.0%。
上述离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,所述酰化反应温度为30~90 °C,优选为40~70 °C;反应时间为0.5~4 h,优选为0.5~2 h。
上述离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,所述催化剂采用双阳离子型磺酸基功能化离子液体,其具有反应后自动沉淀析出功能,其具有如下的结构:
上述式中n=3或4,上述式中阴离子[B]选自氯离子、硝酸根、硫酸氢根、磷酸二氢根、四氟硼酸根、六氟磷酸根中的一种。
双阳离子型磺酸基功能化离子液体催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将一定质量的四甲基乙二胺和溶剂乙醇置于反应釜内,升温至80 °C,在搅拌情况下缓慢滴加1,3-丙基磺酸内酯(或1,4-丁基磺酸内酯),滴加完毕后,保温反应6~12 h;反应结束后分离脱去溶剂和过量反应物,真空干燥得到白色固体内盐;
(2)按1:2的摩尔计量比,将上述白色固体内盐分别与盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、四氟硼酸、六氟磷酸在60 °C下搅拌反应6~8 h,反应过程结束后分离脱去水,真空干燥后即得双阳离子型磺酸基功能化离子液体。
由于采用了上述技术方案,本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
本发明采用双阳离子型磺酸基功能化离子液体作为催化剂,与无机液体酸、强酸性树脂、固体酸等传统酸催化剂相比,大幅提高了萜烯酯的收率,萜烯醇的转化率最高可达98%,相应萜烯酯的选择性均在90%以上,并避免了环境污染和设备腐蚀等问题,生产成本大幅降低;其次,与碱催化法相比,本发明方法所需的离子液体催化剂成本低廉、制备方法简单,且反应结束后离子液体催化剂可从反应料液中自动沉淀析出,经简单过滤即可实现离子液体催化剂的循环使用,催化剂的回收套用十分简便,避免了胺催化剂回收困难和副产物乙酸消耗浪费等问题。综上所述,本发明方法是一种高效合成萜烯酯的新方法,绿色化程度极高,具有广阔的工业化应用前景。
附图说明
附图是本发明说明书和实施例的流程示意图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明,本领域的技术人员将会识别出在本发明的精神和权利要求范围内的很多变型。
实施例1:乙酸香叶酯的合成
首先合成N,N'-二丙基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵四氟硼酸盐([Ps2TMEDA][BF4]2)离子液体催化剂。在反应器中,加入25.52 g(0.22 mol)的四甲基乙二胺和50 mL乙醇,搅拌下缓慢滴加53.68 g(0.44 mol)的1,3-丙基磺酸内酯,80 °C下反应12 h,反应结束后分离脱去溶剂乙醇和过量反应物,真空干燥得到白色固体内盐,产率为96%。称取上述白色固体内盐14.4 g(0.04 mol)于反应器中,准确量取6.888 g(0.08 mol)四氟硼酸,加适量蒸馏水稀释后,搅拌下缓慢滴入,60 °C下反应6 h,反应过程结束后分离脱去水,真空干燥后得到离子液体催化剂,产率为92%。
在反应器中,加入20.4 g(0.2 mol)的乙酸酐和0.179 g离子液体催化剂[Ps2TMEDA][BF4]2,搅拌下缓慢滴加15.4 g(0.1 mol)香叶醇,40 °C下反应0.5 h,反应完毕后冷却静置,均相反应体系转变为固液两相,离子液体催化剂沉淀析出,过滤回收备用。液相混合物经进一步减压蒸馏得到乙酸香叶酯,香叶醇的转化率为98%,乙酸香叶酯的选择性为96%。
回收备用的离子液体催化剂[Ps2TMEDA][BF4]2,依次进行五次循环使用实验,香叶醇的转化率仍达到95%~98%,乙酸香叶酯的选择性为95%~96%。
实施例2:乙酸芳樟酯的合成
选用N,N'-二丁基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵四氟硼酸盐([Bs2TMEDA][BF4]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为92%。在反应器中,加入20.4 g(0.2 mol)的乙酸酐和0.179 g离子液体催化剂[Bs2TMEDA][BF4]2,搅拌下缓慢滴加15.4g(0.1 mol)芳樟醇,60°C下反应0.5 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到乙酸芳樟酯,芳樟醇的转化率为96%,乙酸芳樟酯的选择性为92%。
实施例3:乙酸二氢月桂烯酯的合成
选用N,N'-二丙基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵六氟磷酸盐([Ps2TMEDA][PF6]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为92%。在反应器中,加入10.2 g(0.1 mol)的乙酸酐和0.194 g的离子液体催化剂[Ps2TMEDA][PF6]2,搅拌下缓慢滴加15.6 g(0.1 mol)二氢月桂烯醇,70°C下反应1 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到乙酸二氢月桂烯酯,二氢月桂烯醇的转化率为97%,乙酸二氢月桂烯酯的选择性为95%。
实施例4:乙酸香茅酯的合成
选用N,N'-二丙基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵硝酸盐([Ps2TMEDA][NO3]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为93%。在反应器中,加入20.4 g(0.2 mol)的乙酸酐和0.18 g的离子液体催化剂[Ps2TMEDA][NO3]2,搅拌下缓慢滴加15.6 g(0.1 mol)香茅醇,50°C下反应1 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到乙酸香茅酯,香茅醇的转化率为98%,乙酸香茅酯的选择性为96%。
实施例5:乙酸橙花酯的合成
选用N,N'-二丙基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵氯盐([Ps2TMEDA][Cl]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为92%。在反应器中,加入20.4 g(0.2 mol)的乙酸酐和0.268 g的离子液体催化剂[Ps2TMEDA][Cl]2,搅拌下缓慢滴加15.4 g(0.1 mol)橙花醇,40°C下反应1.5 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到乙酸橙花酯,橙花醇的转化率为97%,乙酸橙花酯的选择性为95%。
实施例6:乙酸香芹酯的合成
选用N,N'-二丁基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵磷酸二氢盐([Bs2TMEDA][H2PO4]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为90%。在反应器中,加入10.2 g(0.1 mol)的乙酸酐和0.128 g的离子液体催化剂[Bs2TMEDA][H2PO4]2,搅拌下缓慢滴加15.2 g(0.1 mol)香芹醇,50°C下反应1 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到乙酸香芹酯,香芹醇的转化率为96%,乙酸香芹酯的选择性为94%。
实施例7:乙酸冰片酯的合成
选用N,N'-二丁基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵六氟磷酸盐([Bs2TMEDA][PF6]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为92%。在反应器中,加入20.4 g(0.2 mol)的乙酸酐和0.18 g的离子液体催化剂[Bs2TMEDA][PF6]2,搅拌下缓慢滴加15.4 g(0.1 mol)冰片,70°C下反应0.5 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到乙酸冰片酯,冰片的转化率为93%,乙酸冰片酯的选择性为94%。
实施例8:丙酸香叶酯的合成
选用N,N'-二丙基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵四氟硼酸盐([Ps2TMEDA][BF4]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为92%。在反应器中,加入26.0 g(0.2 mol)丙酸酐和0.311 g的离子液体催化剂[Ps2TMEDA][BF4]2,搅拌下缓慢滴加15.4 g(0.1 mol)香叶醇,60°C下反应0.5 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到丙酸香叶酯,香叶醇的转化率为98%,丙酸香叶酯的选择性为97%。
实施例9:丙酸二氢月桂烯酯的合成
选用N,N'-二丁基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵磷酸二氢盐([Bs2TMEDA][H2PO4]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为90%。在反应器中,加入19.5 g(0.15 mol)丙酸酐和0.176 g的离子液体催化剂[Bs2TMEDA][H2PO4]2,搅拌下缓慢滴加15.6 g(0.1 mol)二氢月桂烯醇,70°C下反应0.5 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到丙酸二氢月桂烯酯,二氢月桂烯醇的转化率为97%,丙酸二氢月桂烯酯的选择性为96%。
实施例10:丙酸芳樟酯的合成
选用N,N'-二丙基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵六氟磷酸盐([Ps2TMEDA][PF6]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为92%。在反应器中,加入26 g(0.2 mol)丙酸酐和0.311 g的离子液体催化剂[Ps2TMEDA][PF6]2,搅拌下缓慢滴加15.4 g(0.1 mol)芳樟醇,50°C下反应1 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到丙酸芳樟酯,芳樟醇的转化率为96%,丙酸芳樟酯的选择性为93%。
实施例11:丁酸香叶酯的合成
选用N,N'-二丁基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵磷酸二氢盐([Bs2TMEDA][H2PO4]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为90%。在反应器中,加入31.6 g(0.2 mol)丁酸酐和0.353 g的离子液体催化剂[Bs2TMEDA][H2PO4]2,搅拌下缓慢滴加15.4 g(0.1 mol)香叶醇,40°C下反应1 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到丁酸香叶酯,香叶醇的转化率为96%,丁酸香叶酯的选择性为94%。
实施例12:丁酸二氢月桂烯酯的合成
选用N,N'-二丁基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵硫酸氢盐([Bs2TMEDA][HSO4]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为90%。在反应器中,加入31.6 g(0.2 mol)丁酸酐和0.236 g的离子液体催化剂[Bs2TMEDA][HSO4]2,搅拌下缓慢滴加15.6 g(0.1 mol)二氢月桂烯醇,60°C下反应0.5 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到丁酸二氢月桂烯酯,二氢月桂烯醇的转化率为95%,丁酸二氢月桂烯酯的选择性为95%。
实施例13:丁酸芳樟酯的合成
选用N,N'-二丁基磺酸基-N,N,N',N'-四甲基乙二铵四氟硼酸盐([Bs2TMEDA][BF4]2)离子液体为催化剂,其合成与实施例1类似,产率为92%。在反应器中,加入47.4 g(0.3 mol)丙酸酐和0.314 g的离子液体催化剂[Bs2TMEDA][BF4]2,搅拌下缓慢滴加15.4 g(0.1 mol)芳樟醇,60°C下反应2 h,操作步骤与实施例1类似,最终得到丁酸芳樟酯,芳樟醇的转化率为97%,丁酸芳樟酯的选择性为95%。
实施例仅用作说明。下述权利要求限定本发明。
Claims (7)
1.一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,包括采用双阳离子型磺酸基功能化离子液体为催化剂,以萜烯醇和羧酸酐为原料,经酰化反应生成萜烯酯;反应完毕后冷却静置,离子液体催化剂逐渐从反应体系中沉淀析出,均相反应体系转变为固液两相,经简单过滤即可实现离子液体催化剂的回收循环套用,液相混合物经进一步减压蒸馏得到产品萜烯酯。
2.根据权利要求1所述的一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,其特征是:所述萜烯醇选自二氢月桂烯醇、月桂烯醇、香叶醇、香茅醇、芳樟醇、香芹醇、二氢香芹醇、橙花醇、冰片中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,其特征是:所述羧酸酐选自乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐中的一种。
4.根据权力要求1所述的一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,其特征是:所用原料萜烯醇与羧酸酐的摩尔比为1:1~3,优选为1:1.5~2;离子液体催化剂的用量为反应原料总质量的0.1~2.0%,优选为0.5~1.0%。
5.根据权利要求1所述的一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,其特征是:酰化反应温度为30~90 °C,优选为40~70 °C。
6.根据权利要求1所述的一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,其特征是:酰化反应时间为0.5~4 h,优选为0.5~2 h。
7.根据权利要求1所述的一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法,其特征是:所使用的双阳离子型磺酸基功能化离子液体催化剂具有反应后自动沉淀析出功能,其具有如下的结构:
上述式中n=3或4,上述式中阴离子[B]选自氯离子、硝酸根、硫酸氢根、磷酸二氢根、四氟硼酸根、六氟磷酸根中的一种。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150107 |