CN104496778B

CN104496778B - 一种固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法

Info

Publication number: CN104496778B
Application number: CN201410759348.9A
Authority: CN
Inventors: 章晓; 朱凯; 张迁
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Shandong Jiuxin Biological Engineering Co ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: CN104496778A

Abstract

本发明公开了一种固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法，具体涉及两步反应：第一步，以甲醛和丙酮为原料，固载碱KF/A1₂O₃为催化剂催化合成丁酮醇；第二步，以丁酮醇与苯酚为原料，离子交换树脂D218为催化剂催化合成覆盆子酮。本发明特征是利用固体酸碱代替传统的NaOH、H₂SO₄等具有强腐蚀性催化剂。本发明具有得率高、生产成本低廉、反应条件温和、设备腐蚀性小、后处理简单、无“三废”污染等优点，有利于工业化生产。

Description

一种固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法

技术领域

本发明涉及有机化工技术领域，尤其涉及一种固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法。

背景技术

覆盆子酮，又名悬钩子酮，化学名为4-对羟基苯基-2-丁酮，分子量为：164.22，熔点：82～83℃，沸点：180℃/1-2mmHg，不溶于水，溶于乙醇、乙醚和挥发性油，为白色针状结晶或粒状固体，是一种具有幽雅果香的香料，可大量用于配制食用香精和日用香精，而且还用于合成医药、化妆品、染料等方面，此外在农业上它也可用作诱虫剂。覆盆子酮天然存在于覆盆子果中，然而，天然产物中的覆盆子酮含量极低(0.11-0.12mg/kg)，基本不具工业价值，商业用途的覆盆子酮均采用化学法合成得到。

覆盆子酮有许多合成方法，目前，最经济的是丁酮醇合成路线，该路线具有原料易得、成本低廉、设备简单、操作方便等优点。

传统的丁酮醇合成路线是在NaOH或阴离子交换树脂催化下先合成丁酮醇，然后，以H₂SO₄、AlCl₃等为催化剂，丁酮醇与苯酚为原料合成覆盆子酮。该工艺存在设备腐蚀、污染环境、副反应多、后处理复杂等诸多问题。

发明内容

随着环保意识的加强以及绿色化学的发展，人们越来越重视环境友好的催化工艺技术，固载酸碱代替液体催化剂的应用越来越广泛。本发明的目的在于：1，利用固载碱KF/γ-A1₂O₃代替NaOH或阴离子交换树脂为催化剂，催化合成丁酮醇；2，利用离子交换树脂D218代替H₂SO₄为催化剂，催化合成覆盆子酮。

所述固载碱KF/γ-A1₂O₃催化体系具有反应条件温和、反应时间短、设备简单、无“三废”污染、后处理简单、催化剂可重复使用等优点。所述离子交换树脂D218具有来源广泛、成本低廉、无“三废”排放、后处理简单、催化剂可重复使用等优点。所述两步反应均采用固体催化剂，解决了传统催化体系带来的一系列问题，符合低污染、低排放的环境友好型经济的发展方向。

本发明采用如下技术方案：

本发明的固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法以甲醛与丙酮为原料，固载碱KF/γ-A1₂O₃为催化剂催化合成丁酮醇；以丁酮醇与苯酚为原料，离子交换树脂D218为催化剂合成覆盆子酮。

反应通式如下：

丙酮与甲醛在催化剂KF/γ-A1₂O₃释放出的OH^-催化下，进行Aldol醛酮缩合反应。在反应釜中投入一定量的丙酮及催化剂，搅拌并加热，在一定温度下开始匀速滴加甲醛。滴完后，保温反应一段时间，结束反应。反应液冷却后，过滤分离出催化剂，烘干待用。蒸馏回收丙酮，再进行减压蒸馏得到高纯度丁酮醇。密封保存待用。

丁酮醇与苯酚在离子交换树脂功能基R-SO₃H交换出的H⁺催化下，进行付克烷基化反应。在反应釜中投入一定量的苯酚、甲苯、催化剂，搅拌并加热至一定温度，开始滴加丁酮醇，滴加结束后，保温反应一段时间，然后再升温至一定温度，继续反应一段时间，结束反应。反应液冷却后，过滤分离出离子交换树脂，树脂用温乙醇进行洗脱，烘干后重复使用；反应液直接进行减压蒸馏，分别回收甲苯、苯酚，再蒸出杂质含量＜5％的覆盆子酮粗品，最后，经结晶重结晶得到高纯度覆盆子酮产品。

本发明的固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法的具体步骤如下:

(1)将丙酮、固载碱KF/γ-A1₂O₃投入反应釜中，搅拌并加热至40～60℃，开始滴加甲醛，反应20-80min；

(2)反应结束，待反应液冷却后，过滤分离出固载碱KF/γ-A1₂O₃催化剂，烘干待用，蒸馏回收丙酮，再进行减压蒸馏得到高纯度丁酮醇；

(3)将苯酚、甲苯、离子交换树脂D218投入反应釜中，搅拌并加热至70～90℃，开始匀速滴加丁酮醇，滴完保温反应15min，继续升温至100～120℃，继续反应4～8h，结束反应；

(4)反应液冷却后，过滤分离出离子交换树脂D218催化剂，催化剂用温乙醇进行洗脱，烘干后重复使用；反应液直接进行减压蒸馏，首先回收甲苯、苯酚，再蒸出覆盆子酮粗品，再经结晶重结晶最终得到覆盆子酮产品。

步骤(1)中，优选反应温度50～55℃，开始滴加甲醛，滴完保温反应40-60min；

步骤(1)中，KF/γ-A1₂O₃用量为总投料量(丙酮、甲醛、催化剂的总质量)的2～10wt％，优选为5～8wt％。

步骤(1)中，甲醛与丙酮摩尔比为1:8～16，优选为1:10～14。

步骤(1)中，KF/γ-A1₂O₃催化剂的制备方法如下：将预处理好的γ-A1₂O₃载体放入20～40wt％的KF水溶液中，在60℃下搅拌浸渍1～2h，然后放入烘箱中于110℃烘干，磨碎后移入马弗炉中，在450～550℃下焙烧4～6h，冷却待用。

步骤(3)中，溶剂甲苯的用量为总投料量(苯酚、丁酮醇、甲苯的总质量)的10wt％。

步骤(3)中，离子交换树脂D218催化剂用量为总投料量(苯酚、丁酮醇、甲苯的总质量)的3～17wt％，优选为9～12wt％。

步骤(3)中，丁酮醇与苯酚的摩尔比为1:3～6，优选为1:4～5。

本发明的积极效果如下：

本发明所述的丁酮醇合成中，采用固体催化体系，反应结束后，直接过滤，可实现催化剂和反应物的分离，催化剂经烘干后可重复使用。

本发明所述的丁酮醇合成中，原料与催化剂一同置于反应釜中，较传统的外回流反应或离子交换柱生产工艺，具有设备投资省、操作简便等优点。

本发明所述的覆盆子酮合成中，溶剂甲苯的用量仅为总投料量的10wt％，较传统工艺40～50wt％的用量相比，大大减小了溶剂用量，从而减轻了溶剂回收的负担，节能；降低了有机危险化学品甲苯对环境的污染及对生产安全的影响。。

本发明以KF/γ-A1₂O₃催化合成丁酮醇，该工艺简化了生产设备、反应条件较温和、设备腐蚀性小、后处理简便、催化剂重复使用率高；以强酸性阳离子交换树脂D218催化合成覆盆子酮，该工艺过程设备腐蚀性小、后处理简单、催化剂重复使用率高。是一种新型高效、绿色环保的清洁生产方法。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

本发明使用的原料均为工业级，固载碱催化剂自制，D218为苯乙烯系离子交换树脂，产物定性及定量采用¹HNMR、GC进行分析，固载催化剂采用XRD、CO₂-TPD、TG-DSC进行表征，固体酸采用FTIR、NH3-TPD、TG-DSC进行表征。

实施例1

KF/γ-A1₂O₃的制备

将预处理好的载体放入30％的KF水溶液中，在60℃下搅拌浸渍2h。然后放入烘箱中于110℃烘干，磨碎后过转移到马弗炉中，在550℃下焙烧6h，冷却待用。

实施例2-4为丁酮醇的合成

实施例2

在装有热电偶、电磁搅拌的实验装置中分别加入107g的丙酮，5％的催化剂。搅拌下加热到55℃，开始滴加甲醛15g，30min内滴完。滴完保温反应10min后，过滤出催化剂，烘干待用。反应液在70℃，0.1MPa下减压蒸馏回收丙酮，得到丁酮醇粗产品，再进行精馏，丁酮醇的得率为57.5％。

实施例3

在装有热电偶、电磁搅拌的实验装置中分别加入107g的丙酮，6％催化剂，搅拌下加热到55℃，开始滴加甲醛15g，60min内滴完。滴完保温反应10min后，过滤出催化剂，烘干待用。反应液在70℃，0.1MPa下减压蒸馏回收丙酮，得到丁酮醇粗产品，再进行精馏，丁酮醇的得率为60％。

实施例4

在装有热电偶、电磁搅拌的实验装置中分别加入150g的丙酮，7％催化剂，搅拌下加热到55℃，开始滴加甲醛15g，60min内滴完。滴完保温反应10min后，过滤出催化剂，烘干待用。反应液在70℃，0.1MPa下减压蒸馏回收丙酮，得到丁酮醇粗产品，再进行精馏，丁酮醇的得率为73.4％。

实施例5-7为覆盆子酮的合成

实施例5

在装有热电偶、电磁搅拌的实验装置中分别加入95g苯酚、8.8g催化剂、9.5g甲苯，搅拌并加热至80℃，温度稳定后按5～6滴/min的滴速开始滴加丁酮醇8.8g，滴完后保温一段时间后再升温至110℃，反应4h后停止加热，结束反应。待冷却后，过滤分离出催化剂，用温乙醇进行洗脱，烘干待用。反应液直接进行减压蒸馏回收甲苯、苯酚，得覆盆子酮粗品，得率为46％。

实施例6

在装有热电偶、电磁搅拌的实验装置中分别加入95g苯酚、17.6g催化剂、9.5g甲苯，搅拌并加热至80℃，温度稳定后按5～6滴/min的滴速开始滴加丁酮醇17.6g，滴完后保温一段时间后再缓慢升温至110℃，反应4h后停止加热，结束反应。待冷却后，过滤分离出催化剂，用温乙醇进行洗脱，烘干待用。反应液直接进行减压蒸馏回收甲苯、苯酚，得覆盆子酮粗品，得率为61％。

实施例7

在装有热电偶、电磁搅拌的实验装置中分别加入95g苯酚、17.6g催化剂、9.5g甲苯，搅拌并加热至80℃，温度稳定后按5～6滴/min的滴速开始滴加丁酮醇17.6g，滴完后保温一段时间后再缓慢升温至120℃，反应6h后停止加热，结束反应。待冷却后，过滤分离出催化剂，用温乙醇进行洗脱，烘干待用。反应液直接进行减压蒸馏回收甲苯、苯酚，得覆盆子酮粗品，得率为71％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)将丙酮、固载碱KF/γ-A1₂O₃催化剂投入反应釜中，搅拌并加热至40～60℃，开始滴加甲醛，反应20-80min；(2)反应结束，待反应液冷却后，过滤分离出固载碱KF/γ-A1₂O₃催化剂，烘干待用，蒸馏回收丙酮，再进行减压蒸馏得到高纯度丁酮醇；(3)将苯酚、甲苯、离子交换树脂D218投入反应釜中，搅拌并加热至70～90℃，开始匀速滴加丁酮醇，滴完保温反应15min，继续升温至100～120℃，继续反应4～8h，结束反应；(4)反应液冷却后，过滤分离出离子交换树脂D218催化剂，催化剂用温乙醇进行洗脱，烘干后重复使用；反应液直接进行减压蒸馏，首先回收甲苯、苯酚，再蒸出覆盆子酮粗品，再经结晶重结晶最终得到覆盆子酮产品；步骤(1)中，KF/γ-A1₂O₃催化剂的制备方法如下：将预处理好的γ-A1₂O₃载体放入20～40wt％的KF水溶液中，在60℃下搅拌浸渍1～2h，然后放入烘箱中于110℃烘干，磨碎后移入马弗炉中，在450～550℃下焙烧4～6h，冷却代用。

2.如权利要求1所述的固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法，其特征在于：步骤(1)中，KF/γ-A1₂O₃用量为总投料量的2～10wt％，总投料量是指丙酮、甲醛、固载碱KF/γ-A1₂O₃催化剂的总质量。

3.如权利要求1所述的固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法，其特征在于：步骤(1)中，甲醛与丙酮摩尔比为1:8～16。

4.如权利要求1所述的固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法，其特征在于：步骤(3)中，溶剂甲苯的用量为总投料量的10wt％，总投料量是指苯酚、丁酮醇、甲苯的总质量。

5.如权利要求1所述的固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法，其特征在于：步骤(3)中，离子交换树脂D218催化剂用量为总投料量的3～17wt％，总投料量是指苯酚、丁酮醇、甲苯的总质量。

6.如权利要求1所述的固体酸碱催化合成覆盆子酮的方法，其特征在于：步骤(3)中，丁酮醇与苯酚的摩尔比为1:3～6。