CN104628545A

CN104628545A - 一种对甲氧基苯甲醛的制备方法

Info

Publication number: CN104628545A
Application number: CN201510093077.2A
Authority: CN
Inventors: 张英伟; 苏思正; 张敏生; 曹亚林
Original assignee: BEIJING XUYANG CHEMICAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: BEIJING XUYANG CHEMICAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2035-03-02
Also published as: CN104628545B

Abstract

本发明提供了一种对甲氧基苯甲醛的制备方法，将对羟基苯甲醛溶解于有机溶剂中，在催化剂组合物的作用下，与碳酸二甲酯进行甲基化反应，所得反应液经过滤、蒸馏，得到对甲氧基苯甲醛；所述催化剂组合物包含为相转移催化剂的第一催化剂和选自碱性催化剂、酸性催化剂或生物酶催化剂的第二催化剂；所述对羟基苯甲醛：碳酸二甲酯：第一催化剂：第二催化剂的摩尔比为(0.5～1)：1.24：(0.05～0.1)：(0.2～0.75)；所述相转移催化剂为四甲基氯化铵、四甲基溴化铵或四丁基溴化铵。本发明方法的最终目标产物收率为90％以上，产物纯度99％以上，碳酸二甲酯利用率为61％，过程安全、经济、环保。

Description

一种对甲氧基苯甲醛的制备方法

技术领域

本发明涉及化学合成领域，特别涉及一种对甲氧基苯甲醛的制备方法。

背景技术

对甲氧基苯甲醛，又名大茴香醛，是一种具有持久山楂花香气的无色或淡黄色液体，是重要的合成香料，也可应用于医药、农药中间体、卟啉类光敏剂的中间体，在食品工业、日化工业占有十分重要的地位。大茴香醛传统合成方法是利用天然的大茴香脑氧化法制备，如专利CN102336639A报道的二氧化锰氧化，原料价格高，量少，种植困难，并且副产严重，三废排放多，现在很少采用；专利CN103497094A以草蒿脑异构化获得原料大茴香脑，再利用二氧化锰氧化制备对甲氧基苯甲醛，虽然在一定程度上降低了成本，但依然存在副产严重，三废排放多等问题。为了解决原料来源问题，目前工业上采用对羟基苯甲醛甲基化制备大茴香醛，如专利CN102863322A以对羟基苯甲醛为原料，以一氯甲烷气体为甲基化试剂，在一定压力情况下制备对甲氧基苯甲醛，该工艺三废处理相对简单，但一氯甲烷气体易燃易爆，毒性较大，存在安全问题，并且反应过程中存在气液传质问题；蔡军(香料香精化妆品，2005(2))、石玉香(应用化工，2001，30(2))等在碱性条件下，以硫酸二甲酯为甲基化试剂制备大茴香醛，但该方法存在甲基化试剂毒性较大，废水排放量大，副产物价值不高等缺点；徐保明等(化学世界，2011(3))综合甲基化反应的长处，以硫酸二甲酯为甲基化试剂，以无水复合钾盐为碱性试剂，采用无水溶剂法合成大茴香醛，该方法具有基本无废水产生，副产物硫酸钾价值较高等优点，但依然存在甲基化试剂毒性较大等问题。

为了解决在对甲氧基苯甲醛的工业制备过程中会造成巨大的环境污染和毒性的问题，目前已有研究者提出了更加绿色环保的合成方法。如专利CN103044222A报道了以对羟基苯甲醛为原料，采用绿色甲基化试剂碳酸二甲酯制备大茴香醛，但从其结果来看，甲基利用率仅为10％，通过原料成本核算，该方法不会产生经济效益，不适合工业化大规模生产。

因此，当前仍急需找到一种既绿色环保又具备一定的工业价值的制备对甲氧基苯甲醛的方法。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术中对甲氧基苯甲醛的合成方法产率低、不适合大规模工业生产的问题，提供了一种绿色环保、产率高、经济效益高的对甲氧基苯甲醛的制备方法。

本发明提供的技术方案为：

一种对甲氧基苯甲醛的制备方法，该方法包括：

将对羟基苯甲醛溶解于有机溶剂中，在催化剂组合物的作用下，与碳酸二甲酯进行甲基化反应，所得反应液经过滤、蒸馏，得到对甲氧基苯甲醛；

其中，所述催化剂组合物包含第一催化剂和第二催化剂，其中，所述第一催化剂为相转移催化剂，所述第二催化剂选自碱性催化剂、酸性催化剂或生物酶催化剂；

所述对羟基苯甲醛：碳酸二甲酯：第一催化剂：第二催化剂的摩尔比为(0.5～1)：1.24：(0.05～0.1)：(0.2～0.75)；

所述相转移催化剂为四甲基氯化铵、四甲基溴化铵或四丁基溴化铵；

优选地，所述第二催化剂选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、有机胺、强碱性阴离子交换树脂、双金属氧化物、粘土、分子筛、复合氧化物、负载型碱金属氧化物、浓硫酸、磺酸、强酸性阳离子交换树脂、硫酸锆、硫酸锡、氧化锆或钨酸锆。

本发明技术方案中的对甲氧基苯甲醛的合成路线为：

其中，PTC为相转移催化剂。

在本发明的技术方案中，首先，将对羟基苯甲醛置于带有搅拌器、回流装置的四口烧瓶中，加入有机溶剂和催化剂组合物。

其中，所述有机溶剂并不特别地限制，其可选用本领域常用试剂，如DMSO、二甲苯、氯苯、乙腈、吡啶、DMF等。但作为优选，在本发明的一些实施方式中，本发明人研究了反应溶剂对反应产率的影响，其结果表明，使用DMF作为本发明合成方法中的溶剂较其他有机溶剂来说，能够获得更高的产率，其原因可能为：强极性溶剂更有利于该反应的进行，另外在该反应中，DMF比DMSO等有机溶剂具有更好的溶剂化效应，更有利于反应的进行。

在本发明技术方案的甲基化反应中，本发明人使用了相转移催化剂。相转移催化剂是用于催化这样一类两相反应，其反应过程主要包括反应物从一相向另外一相的转移以及被转移物质与待转移物质发生化学反应。本发明所述的相转移催化剂包括：四甲基氯化铵、四甲基溴化铵或四丁基溴化铵。

优选地，在本发明的对甲氧基苯甲醛的制备方法中，所述相转移催化剂为四甲基氯化铵。当使用四甲基氯化铵作为相转移催化剂时，无论从反应收率，还是从产物纯度来看，都能够产生非常好的效果。进一步地，在本发明的一些实施方式中，发明人研究四甲基氯化铵的特定的加入比例，使其效果更加出色。更优选地，当n(TMAC)：n(PHB)＝0.0973时，反应收率和产物纯度达到最优。

除了上述相转移催化剂之外，本发明技术方案的合成方法中的催化剂还包括第二催化剂。所述第二催化剂主要用于提供特定的环境。

进一步地，在本发明的一些实施方式中，发明人还研究了第二催化剂的种类和用量对本发明合成方法的收率和产物纯度的影响。结果表明，当所述第二催化剂选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾，无论从反应收率，还是从产物纯度来看，都能够产生非常好的效果。更优选地，当所述第二催化剂：对羟基苯甲醛的摩尔比＝0.56:0.75时，反应收率和产物纯度达到最优。

然后，在常压、温度为60～70℃下，搅拌滴加碳酸二甲酯，升温至120～150℃，回流反应3～5小时，结束反应。

在本发明合成方法中，原料对羟基苯甲醛：碳酸二甲酯：第一催化剂：第二催化剂的摩尔比为(0.5～1)：1.24：(0.05～0.1)：(0.2～0.75)。当各种原料的摩尔比在上述范围之内时，能够获得更好的反应收率和产物纯度。

作为优选，所述对羟基苯甲醛：碳酸二甲酯：第一催化剂：第二催化剂的摩尔比为(0.7～0.8)：1.24：(0.07～1)：(0.5～0.6)。

作为优选，所述对羟基苯甲醛：碳酸二甲酯：第一催化剂：第二催化剂的摩尔比为0.75：1.24：0.073：0.56。

本发明的反应容器可使用带有搅拌器、回流装置的四口烧瓶。反应中有机溶剂的加入量可为对羟基苯甲醛摩尔量的3.65～7.30倍。

作为优选，本发明中的甲基化反应的温度为130℃，反应时间为5小时。

最后，将所得反应液过滤、蒸馏，得到对甲氧基苯甲醛。

其中，所述过滤是为了回收催化剂等不溶物质，其可使用本领域常规过滤方法及装置进行，如使用布氏漏斗进行抽滤等。

所述蒸馏为先经过常压蒸馏出溶剂和碳酸二甲酯，再经过减压蒸馏，收集条件为500Pa、140～150℃的馏分。该过程可使用本领域常规方法及装置进行，如旋转蒸发仪等。

之后，回收后的溶剂可通过精馏分离出DMF和副产物甲醇，瓶底未参与反应的相转移催化剂可利用副产物甲醇进行重结晶回收，从而实现反复循环利用。

本发明的有益效果为：

本发明采用碳酸二甲酯为甲基化原料，选择合适的催化剂并对反应物用量进行优化，提高反应的转化率、选择性以及甲基化试剂的利用率，最终目标产物收率达到90％以上，产物纯度99％以上，碳酸二甲酯甲基利用率达到61％，整个流程甲基化试剂无毒性，实现溶剂和催化剂的回收，无三废产生，属于经济、绿色的合成工艺。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种对甲氧基苯甲醛的制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明之内。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

在实施例中，所使用的各种反应原料和反应试剂购自国药集团化学试剂有限公司的分析纯产品，但并不仅限于该公司的产品。

实施例1

取对羟基苯甲醛0.05mol置于带有搅拌器、回流装置的250ml四口烧瓶中，加入20g DMF，0.005mol四甲基氯化铵，0.0375mol碳酸钾；常压60℃在搅拌情况下滴加0.124mol碳酸二甲酯，滴加完后，升温至120℃回流3h完成反应。反应完毕将反应液过滤回收碳酸钾，常压蒸馏回收溶剂，瓶底减压蒸馏收集500Pa，140～150℃馏分，得到产物对甲氧基苯甲醛。通过精馏分离出DMF和副产物甲醇，瓶底未参与反应的四甲基氯化铵利用副产物甲醇进行重结晶回收。

经分析计算得出，反应产率为88％，产品纯度为98.84％。

实施例2

取对羟基苯甲醛0.1mol置于带有搅拌器、回流装置的250ml四口烧瓶中，加入40g DMF，0.01mol四甲基氯化铵，0.075mol碳酸钾；常压60℃在搅拌情况下滴加0.124mol碳酸二甲酯，滴加完后，升温至150℃回流5h完成反应。反应完毕将反应液过滤回收碳酸钾，常压蒸馏回收溶剂，瓶底减压蒸馏收集500Pa，140～150℃馏分，即为产品对甲氧基苯甲醛。通过精馏分离出DMF和副产物甲醇，瓶底未参与反应的四甲基氯化铵利用副产物甲醇进行重结晶回收。

经分析计算得出，反应产率为84％，产品纯度为99.32％。

实施例3

取对羟基苯甲醛0.075mol置于带有搅拌器、回流装置的250ml四口烧瓶中，加入30g DMF，0.009375mol四甲基氯化铵，0.056mol碳酸钾；常压60℃在搅拌情况下滴加0.124mol碳酸二甲酯，滴加完后，升温至130℃回流5h完成反应。反应完毕将反应液过滤回收碳酸钾，常压蒸馏回收溶剂，瓶底减压蒸馏收集500Pa，140～150℃馏分，即为产品对甲氧基苯甲醛。通过精馏分离出DMF和副产物甲醇，瓶底未参与反应的四甲基氯化铵利用副产物甲醇进行重结晶回收。

经分析计算得出，反应产率为93％，产品纯度为97.46％。

实施例4

除了使用四丁基溴化铵作为相转移催化剂进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为89％，产品纯度为95.08％。

实施例5

除了使用四甲基溴化铵作为相转移催化剂进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为84％，产品纯度为99.57％。

实施例6

除了使用十六烷基三甲基溴化铵作为相转移催化剂进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为88％，产品纯度为97.02％。

实施例3-6的实验结果如表1所示。

表1 不同相转移催化剂对甲氧基苯甲醛收率及纯度的影响

其中，PTC表示相转移催化剂；PHB表示对羟基苯甲醛

由表1可以看出，分别采用四丁基溴化铵，四甲基溴化铵、四甲基氯化铵作为相转移催化剂，在等摩尔量的情况下，以四丁基溴化铵作为相转移催化剂，反应选择性较低，经检测，产物中有5％左右的对正丁氧基苯甲醛生成，说明在碱性条件下，部分相转移催化剂参与了反应；以四甲基溴化铵作为相转移催化剂，产物纯度99％以上，但反应收率仅82％左右，说明四甲基溴化铵催化活性较低；以四甲基氯化铵作为相转移催化剂，反应收率93％，产物纯度接近98％，经检测，副产为对甲氧基苯甲酸甲酯，主要原因可能是对甲氧基苯甲醛在反应过程中或在产品分离过程中部分氧化成大茴香酸，再与反应中生成的甲醇发生了酯化反应，通过进一步反应条件的优化，有望达到比较好的结果。

实施例7

除了使用DMSO作为有机溶剂代替DMF进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为89％，产品纯度为97.19％。

实施例8

除了使用二甲苯作为有机溶剂代替DMF进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为21％，产品纯度为99.34％。

实施例9

除了使用氯苯作为有机溶剂代替DMF进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为60％，产品纯度为99.88％。

实施例10

除了使用乙腈作为有机溶剂代替DMF进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为85％，产品纯度为98.92％。

实施例11

除了使用吡啶作为有机溶剂代替DMF进行合成反应以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为43％，产品纯度为99.38％。

实施例7-11和3的实验结果如表2所示。

表2 不同有机溶剂对甲氧基苯甲醛收率及纯度的影响

由表2可以看出，当使用DMF作为有机溶剂时，反应收率优于其他有机溶剂。

实施例12

除了在合成反应中使用0.0375mol碳酸钾以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为84％，产品纯度为97.61％。

实施例13

除了在合成反应中使用0.0225mol碳酸钾以外，利用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为71％，产品纯度为99.74％。

实施例3和12-13中的实验结果如表3所示。

表3 不同用量的碳酸钾对甲氧基苯甲醛收率及纯度的影响

其中，PHB表示对羟基苯甲醛

由表3可以看出，以四甲基氯化铵为相转移催化剂，n(TMAC)：n(PHB)＝0.125，对K₂CO₃用量进行优化，减少碳酸钾的用量至n(K₂CO₃)：n(PHB)＝0.3:1时，产物纯度提高到99.74％，但是收率仅71％。其中，TMAC表示四甲基氯化铵。

实施例14

除了在合成反应中使用0.0075mol四甲基氯化铵进行反应以外，用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为88％，产品纯度为98.84％。

实施例15

除了在合成反应中使用0.0072975mol四甲基氯化铵进行反应以外，用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为92％，产品纯度为99.52％。

实施例16

除了在合成反应中使用0.006375mol四甲基氯化铵进行反应以外，用与实施例3相同的方法制备对甲氧基苯甲醛。

经分析计算得出，反应产率为89％，产品纯度为98.68％。

实施例3和14-16的实验结果如表4所示。

表4 不同用量的相转移催化剂对甲氧基苯甲醛收率及纯度的影响

由表4可以看出，保持K₂CO₃用量n(K₂CO₃)：n(PHB)为实施例3中的比例不变，对四甲基氯化铵的用量进行优化，当n(TMAC)：n(PHB)＝0.0973，产物纯度99.52％，反应收率为92％。此时的产物纯度能够满足绝大多数厂家的要求。其中，TMAC表示四甲基氯化铵；PHB表示对羟基苯甲醛。

在化学反应中，溶剂在反应中的作用通常不是很大。但在本申请中，根据以上实施例公开的内容，发明人惊奇的发现，在本申请所述的甲基化反应中，溶剂对反应产物的收率有较大影响，其他反应条件也相应对该反应收率有一定影响。在此基础上，发明人得到收率、产物纯度和碳酸二甲酯利用率都较高，适用于工业化生产的对甲氧基苯甲醛的制备方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干更改或变化，这些更改和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种对甲氧基苯甲醛的制备方法，其特征在于，将对羟基苯甲醛溶解于有机溶剂中，在催化剂组合物的作用下，与碳酸二甲酯进行甲基化反应，所得反应液经过滤、蒸馏，得到对甲氧基苯甲醛；

所述对羟基苯甲醛：碳酸二甲酯：第一催化剂：第二催化剂的摩尔比为0.5～1：1.24：0.05～0.1：0.2～0.75；

所述相转移催化剂为四甲基氯化铵、四甲基溴化铵或四丁基溴化铵。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为DMSO、二甲苯、氯苯、乙腈、吡啶或DMF，优选为DMF。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相转移催化剂为四甲基氯化铵。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二催化剂选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、有机胺、强碱性阴离子交换树脂、双金属氧化物、粘土、分子筛、复合氧化物、负载型碱金属氧化物、浓硫酸、磺酸、强酸性阳离子交换树脂、硫酸锆、硫酸锡、氧化锆或钨酸锆。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二催化剂选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对羟基苯甲醛：碳酸二甲酯：第一催化剂：第二催化剂的摩尔比为(0.7～0.8)：1.24：(0.07～1)：(0.5～0.6)。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲基化反应的温度为120～150℃，优选为130℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲基化反应的时间为3～5小时，优选为5小时。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒸馏为先经过常压蒸馏出溶剂和碳酸二甲酯，再经过减压蒸馏，收集条件为500Pa、140～150℃的馏分。