CN108658742B - 一种铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备铃兰醛关键中间体对叔丁基‑α‑甲基苯丙烯醛的方法，该方法包括：在设定低温下，将丙醛加入对叔丁基苯甲醛溶液中，在氢氧化钾的催化下进行反应；反应完成后，过滤，得到固体产物对叔丁基‑α‑甲基苯丙烯醛。本发明方法采用稀释丙醛、低温反应析晶、及两段缩合反应等技术，从根本上改变了对叔丁基‑α‑甲基苯丙烯醛合成工艺原料转化率低，收率低及纯度低的现状，解决了铃兰醛品质不高的难题；本发明还具有操作简单，易于控制和便于实现工业化生产的特点。

Description

一种铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的制备 方法

技术领域

本发明涉及精细化工领域，特别涉及一种铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的制备方法。

背景技术

铃兰醛是合成香料中产量最大的品种之一，常规条件下为液体，沸点279℃，具有铃兰、百合紫丁香、兔耳草等花香香味，其香气纯正，柔和幽雅，深受调香师的欢迎。铃兰醛广泛用于中、高档化妆品用香精和皂用香精中，通常用于调配铃兰、素馨兰、东方香型、花香型香精。铃兰醛在香精香料的应用中，起到不可替代的作用，对于香精的调配起到决定性的作用。铃兰醛是生产丁苯吗啉、苯锈啶等农药的主要合成原料。由于丁苯吗啉和苯锈啶的安全性，被广泛应用在农作物的保护上，在农药应用需求量将进一步增加，未来市场需求将达26000吨。

目前铃兰醛全球每年需求量为15000吨。国内外铃兰醛主要生产厂家有德国巴斯夫、英国英诺斯派，国内宿迁科思化学目前能实现3000吨/年的生产，国内企业由于国外工艺封锁、国家限制高污染、高能耗等产业的发展，致使该产品及其系列产品受限于国外。

对叔丁基-a-甲基苯丙烯醛(DHL)是生产铃兰醛的关键中间体，其收率和品质直接决定铃兰醛的收率和品质，且直接影响DHL加氢的选择性。目前合成DHL都采用对叔丁基苯甲醛(TBB)和丙醛为原料，在氢氧化钠催化下制备。现有技术中报道的方法，存在TBB的转化率低，或者DHL的选择性差、收率低的问题，增加了工业化制造成本，产生较多的副产物而污染环境。Green chem.2005，7，224-229中介绍了以离子液体作为溶剂，哌啶为催化剂合成DHL，原料TBB的转化率高达99％，然而DHL的选择性仅84％。而且，该方法由于使用昂贵的离子液体作为溶剂，使其难以实现工业化大规模生产。DHL的后处理也直接影响其加氢的效果和氢化反应的选择性，因此，如何获得高产率、高品质、及绿色环保的DHL工艺仍值得去探索。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在低温条件下，将对叔丁基苯甲醛和丙醛溶液分两段进行反应，第一段缩合催化剂为氢氧化钾，第二段缩合催化剂为乙酸钾，反应过程中DHL不断以晶体的形式析出；该工艺过程从根本上改变了DHL合成工艺原料转化率低，DHL收率低及纯度低的现状，解决了铃兰醛品质不高的难题，且反应条件和操作步骤简单，易于控制和易于实现工业化生产，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

(1)一种铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的制备方法，该方法包括：在设定低温下，将丙醛加入对叔丁基苯甲醛溶液中，在氢氧化钾的催化下进行反应；反应完成后，过滤，得到固体产物对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛。

根据本发明提供的一种铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的制备方法，具有以下有益效果：

(1)本发明将原料丙醛溶解于溶剂后，再与TBB进行缩合反应，避免产生反应热点，改善了DHL的选择性，减少了副反应的发生；

(2)本发明缩合反应采用低温(10～25℃)，使得DHL不断以晶体的形式析出，减少了DHL进一步与丙醛反应的机会，提高了DHL的选择性；

(3)本发明反应过程中采用两段缩合反应，第一段缩合催化剂为氢氧化钾，第二段缩合催化剂为乙酸钾，分段反应且控制每段反应的用料比，提高了原料TBB的转化率和DHL的选择性，降低了副反应发生的程度；

(4)采用稀释丙醛，低温反应析晶，及两段缩合反应等技术，使得原料TBB的转化率高达99.0％或以上，DHL选择性达到93.0％或以上，DHL分离收率达到93.0％或以上，所得DHL纯度高，GC纯度达到98.0％或以上；

本发明从根本上改变了DHL合成工艺原料转化率低，DHL收率低及纯度低的现状，解决了铃兰醛品质不高的难题；本发明还具有操作简单，易于控制和易于实现工业化生产的特点。

附图说明

图1为实施例1主反应阶段制备得到的DHL的气相色谱图；

图2为实施例1促反应阶段制备得到的DHL的气相色谱图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明的目的在于提供了一种制备铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛(DHL)的方法，该方法包括：在设定低温下，将丙醛加入对叔丁基苯甲醛(TBB)溶液中，在氢氧化钾的催化下进行反应；反应完成后，过滤，得到固体产物对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛。反应式见下式(I)：

以下具体描述本发明。

现今采用的工业化生产对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的方法为，以氢氧化钠为催化剂，以乙醇为溶剂，使丙醛与对叔丁基苯甲醛发生缩合反应得到。本发明人经过研究发现，该缩合反应对反应体系和反应条件是相当敏感的，通过改变反应体系溶剂选择、反应温度等，可以有效提高产物的选择性。

在本发明一种优选的实施方式中，采用甲醇或甲醇-水作为缩合反应的溶剂，并将丙醛以滴加的方式加入TBB、溶剂和氢氧化钾组成的反应体系中。

本发明人发现，以甲醇或甲醇-水作为溶剂与反应体系中物质配合，相较于乙醇，更有利获得高选择性DHL，原因可能在于甲醇或甲醇-水相较于乙醇具有更高的极性造成的。

进一步地，在采用甲醇-水作为溶剂时，反应体系中，甲醇与水的重量比(30～50)∶1，优选为(35～45)∶1。

在本发明中，氢氧化钾以固体形式加入反应体系中。虽然现有技术中有报道说明了催化剂形式为不同浓度的氢氧化钠水溶液。但本发明人经过进一步研究，发现催化剂以固体形式参与反应，相较于液体催化剂，虽然在体系中的均匀性降低，但是反而提高了产物DHL的选择性以及反应原料TBB的转化率。

在本发明一种优选的实施方式中，氢氧化钾的用量以氢氧化钾与TBB的重量比计，氢氧化钾与TBB的重量比为1∶(30～50)，优选为1∶(35～40)。

本发明人了解到，现有技术中为了使反应温和进行，避免反应过于剧烈生成较多副产物，且保证反应速度，反应温度选用介于25℃～80℃之间。但经过大量研究发现，在本发明人发现，反应在低温条件下进行，温度远低于DHL的熔点，使得在反应过程中生成的DHL不断以晶体的形式析出，这样减少了DHL进一步与丙醛反应的机会，提高了DHL的选择性。本发明中，所述设定低温为10℃～25℃，优选为15℃～20℃。

为了提高反应原料的转化率、以及反应产物DHL的选择性和收率，本发明人进一步进行了深入研究，发现采用一步法，调整反应体系和反应温度，反应收率虽然得到提高，但难以达到更高的生产要求。

本发明人进行了大量研究，将该步骤分为两个阶段进行反应，即主反应阶段和促反应阶段；主反应阶段用于完成大部分反应原料(TBB)的转化以及反应产物的生成，促反应阶段用于进一步促进反应原料的转化率，提高反应产物选择性和收率。

本发明中，为了减少反应热点，改善DHL的选择性，减少副反应的发生，主反应阶段和促反应阶段中丙醛以滴加形式加入TBB中。

进一步地，丙醛以纯丙醛或者丙醛的甲醇溶液加入TBB中，优选以丙醛的甲醇溶液加入TBB中。

在主反应阶段，在氮气保护下，控制加入的丙醛与TBB的摩尔比为(1.00～1.10)∶1，滴加过程中保持反应温度在10～25℃，滴加完后保温反应0.5～1.5h。

在一种优选的实施方式中，在主反应阶段，在氮气保护下，控制加入的丙醛与TBB的摩尔比为(1.00～1.05)∶1，滴加过程中保持反应温度在15～20℃，滴加完后保温反应0.8～1.2h。

本发明中，需要严格控制TBB与丙醛的摩尔比。TBB与丙醛生成DHL的化学计量比为1∶1，在主反应阶段以接近1∶1的用量进行反应，可有效提高TBB的转化率且提高目标产物的选择性；研究表明，当丙醛的用量超过1.10摩尔当量时，虽然利于TBB的转化，但是目标产物的选择性下降明显；而当丙醛的用量低于1.00摩尔当量时，TBB的转化率较低，有较多的TBB残留需要在促反应阶段转化，这样促反应阶段中丙醛的用量需要明显提升以促进TBB转化率，促反应阶段所起到的促进反应原料的转化率、提高目标产物的选择性的目的得到削弱，且相应降低了丙醛的利用率。

本发明中，主反应阶段中丙醛的滴加速率为90～110mol/h，优选为95～105mol/h。滴加速率对目标产物的选择性至关重要，本发明人经过大量实验发现，丙醛的滴加速率低于90mol/h时，DHL的选择性高，反应原料转化率降低；而丙醛的滴加速率高于110mol/h时，反应原料TBB的转化率较高，反应速率快，但DHL的选择性偏低。

在本发明中，主反应阶段中DHL晶体随着反应进行而逐渐析出，主反应阶段结束后，加入乙酸以中和催化剂氢氧化钾。其中，乙酸与氢氧化钾的摩尔比为1∶1。

在本发明中，将酸碱中和后的主反应体系降温至0～5℃，保温0.5～1.5h，离心，得到目标产物固体DHL。

在促反应阶段，在氮气保护下，将含原料TBB的滤液返回反应容器，控制反应温度在10～25℃，滴加丙醛，滴加完后保温反应0.5～1.5h。

在一种优选的实施方式中，在氮气保护下，将含原料TBB的滤液返回反应容器，控制反应温度在15～20℃，滴加丙醛，滴加完后保温反应0.8～1.2h。

本发明促反应阶段中，滴加的丙醛的量以丙醛的摩尔量与在主反应阶段加入的TBB的摩尔量之比计，丙醛与TBB的摩尔比为(0.15～0.25)∶1，优选为(0.15～0.20)∶1。

促反应阶段虽然不是目标产品的主要生成阶段，但主反应阶段完成后仍有约10％的TBB未参与反应，因而促反应阶段中丙醛与TBB的用量比与TBB的转化率和目标产品的选择性仍十分相关，影响原料TBB的最终转化率和目标产物的选择性和收率。研究发现，丙醛与TBB的摩尔比小于0.15∶1时，剩余TBB的转化率低；而当丙醛与TBB的摩尔比大于0.25∶1时，剩余TBB的转化率高，但目标产物的选择性低，影响总目标产物纯度，且耗费丙醛量增多，增加反应成本。

本发明中，促反应阶段中丙醛的滴加速率为10～25mol/h，优选为15～20mol/h。滴加速率对目标产物的选择性至关重要，本发明人经过大量实验发现，丙醛的滴加速率低于10mol/h时，DHL的选择性高，反应原料转化率降低，影响最终反应原料的转化率；而丙醛的滴加速率高于25mol/h时，反应原料TBB的转化率较高，反应速率加快，但DHL的选择性略低，影响总目标产物纯度。

由促反应阶段反应过程可知，在该阶段无需额外加入氢氧化钾，即可顺利完成剩余TBB的转化，原因在于：主反应阶段完成后，以乙酸与氢氧化钾等当量反应进行中和反应，生成相应的钾盐乙酸钾，研究发现，该钾盐与氢氧化钾一样具有催化效果，而如果用氢氧化钠等强碱作为主反应阶段的催化剂，中和这类强碱后获得的钠盐则不具有相应的催化功能。

在本发明中，促反应结束后，将体系降温至0～5℃，保温0.5～1.5h，离心，得到目标产物固体DHL。目标产物固体DHL的纯度极高，无需经过洗涤或重结晶等后处理方式进行进一步纯化。

通过上述方法(采用稀释丙醛、低温反应析晶、及两段缩合反应等技术)，使得原料TBB的转化率能够高达99.0％或以上，DHL选择性能够达到93.0％或以上，DHL分离收率能够达到93.0％或以上，所得DHL纯度高，GC纯度能够达到98.0％或以上。

根据本发明上述方法制备得到铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛，所述对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的收率能够达到93.0％或以上，纯度能够达到98.0％或以上。

实施例

以下通过具体实例进一步描述本发明。不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。

实施例1

氮气保护下，于干燥洁净的配料釜中加入47kg丙醛和70.5kg无水甲醇，室温搅拌混合均匀后得到117.5kg丙醛甲醇溶液，待用。

主反应阶段：

氮气保护下，于干燥洁净的缩合釜中加入110.5kg对叔丁基苯甲醛(TBB)、75kg无水甲醇和3kg氢氧化钾，开启搅拌，控制釜温在20℃，于7h内滴加99kg配制好的丙醛甲醇溶液。滴加过程中始终控制釜温在20℃，随着反应的进行，逐渐析出晶体DHL。滴加完毕，保温反应1h。

反应结束，滴加3.2kg乙酸，以中和催化剂氢氧化钾。取样，GC结果为：TBB 9.55％，DHL 88.07％，14.59min杂质1.02％，TBB转化率90.45％，DHL选择性97.37％。

降温至5℃保温1h，离心，得DHL 130.05kg(GC纯度99.57％，LOD＝14％)、以及133.5kg离心母液。DHL的GC谱图如图1所示。产物结构经1H-NMR分析确定，特征峰：醛基上的氢共振峰(10.2ppm，1H)，苯环共振峰(7.2-7.6ppm，4H)，双键上的氢共振峰(7.3ppm，1H)，与苯环相连甲基上的氢共振峰(1.3ppm，3H)，以及与双键相连的甲基氢共振峰(2.1ppm，3H)。

促反应阶段：

氮气保护下，将133.5kg离心母液返回缩合釜，控制釜温在20℃，于7h内滴加剩余的18.5kg配制好的丙醛甲醇溶液。滴加过程中始终控制釜温在20℃，随着反应的进行，逐渐析出晶体DHL。滴加完毕，保温反应1h。取样，GC结果为：1.99min杂质1.00％，2-甲基-2-戊烯醛(丙醛二缩物)2.29％，TBB 0.73％，DHL 86.78％，12.38min杂质1.51％，14.59min杂质3.55％。

降温至5℃保温1h，离心，得DHL 15.50kg(GC纯度98.69％，LOD＝17％)、以及131.7kg离心母液，DHL的GC谱图如图2所示。。TBB总转化率99.27％，DHL分离收率93.0％，因此，计算知DHL选择性高于93.68％。

实施例2

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：增加丙醛总量，使得主反应阶段丙醛与TBB的摩尔比为1.05∶1；促反应阶段丙酮与TBB的摩尔比与实施例1相同。

实施例3

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：增加丙醛总量，使得主反应阶段丙醛与TBB的摩尔比为1.10∶1；促反应阶段丙酮与TBB的摩尔比与实施例1相同。

实施例4

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：主反应阶段的反应温度为10℃。

实施例5

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：主反应阶段的反应温度为25℃。

实施例6

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：降低促反应阶段丙醛用量，使得丙醛与TBB的摩尔比为0.15∶1。

实施例7

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：降低促反应阶段丙醛用量，使得丙醛与TBB的摩尔比为0.25∶1。

实施例8

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：反应体系溶剂为CH₃OH-H₂O，用于溶解丙醛、以及缩合釜中原始溶剂均为CH₃OH和H₂O重量比45∶1的混合溶剂。

实施例9

反应条件与实施例1相同，区别仅在于：反应体系溶剂为CH₃OH-H₂O，用于溶解丙醛、以及缩合釜中原始溶剂均为CH₃OH和H₂O重量比35∶1的混合溶剂。

对比例

对比例1

与实施例1比较，区别仅在于：减少丙醛总量，使得主反应阶段丙醛与TBB的摩尔比为0.80∶1；促反应阶段丙酮与TBB的摩尔比与实施例1相同。

对比例2

与实施例1比较，区别仅在于：增加丙醛总量，使得主反应阶段丙醛与TBB的摩尔比为1.30∶1；促反应阶段丙酮与TBB的摩尔比与实施例1相同。

对比例3

与实施例1比较，区别仅在于：催化剂由氢氧化钾改为氢氧化钠。

对比例4

与实施例1比较，区别仅在于：增加催化剂用量，使得催化剂KOH与原料TBB的重量比增加至1∶20；反应结束后采用与KOH等摩尔当量的乙酸进行中和。

对比例5

与实施例1比较，区别仅在于：主反应阶段和促反应阶段温度由20℃增加至40℃。

对比例6

与实施例1比较，区别仅在于：主反应阶段和促反应阶段温度由20℃增加至60℃。

对比例7

与实施例1比较，区别仅在于：中和用无机酸由乙酸改为盐酸。

对比例8

与实施例1比较，区别仅在于：中和用无机酸由乙酸改为硝酸。

对比例9

氮气保护下，于干燥洁净的配料釜中加入47kg丙醛和70.5kg无水甲醇，室温搅拌混合均匀后得到117.5kg丙醛甲醇溶液，待用。

氮气保护下，于干燥洁净的缩合釜中加入110.5kg对叔丁基苯甲醛(TBB)、75kg无水甲醇和3kg氢氧化钾，开启搅拌，控制釜温在20℃，于7h内滴加全部配制好的丙醛甲醇溶液。滴加过程中始终控制釜温在20℃，随着反应的进行，逐渐析出晶体DHL。滴加完毕，保温反应1h。

反应结束，滴加3.2kg乙酸，以中和催化剂氢氧化钾。取样，GC检测。

降温至5℃保温1h，离心，得固体产品DHL。

对比例10

与实施例9比较，区别仅在于：催化剂由氢氧化钾改为氢氧化钠。

实施例1～9和对比例1～10的反应条件汇总见表1：

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种制备铃兰醛关键中间体对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛的方法，该方法包括：在设定低温下，将丙醛加入对叔丁基苯甲醛溶液中，在氢氧化钾的催化下进行反应，氢氧化钾以固体形式加入反应体系中，氢氧化钾与对叔丁基苯甲醛的重量比为1：（35~40）；反应完成后，过滤，得到固体产物对叔丁基-α-甲基苯丙烯醛；

采用甲醇-水作为缩合反应的溶剂，并将丙醛以滴加的方式加入对叔丁基苯甲醛、溶剂和氢氧化钾组成的反应体系中；

在采用甲醇-水作为溶剂时，反应体系中，甲醇与水的重量比为（35~45）:1，

所述反应分为两个阶段进行，即主反应阶段和促反应阶段；

在主反应阶段，在氮气保护下，控制加入的丙醛与对叔丁基苯甲醛的摩尔比为（1.00~1.05）：1，滴加过程中保持反应温度在15~20℃，滴加完后保温反应0.8~1.2h；

在促反应阶段，在氮气保护下，将含原料对叔丁基苯甲醛的滤液返回反应容器，控制反应温度在15~20℃，滴加丙醛，滴加完后保温反应0.8~1.2h；

所述设定低温为15℃~20℃；

主反应阶段结束后，加入乙酸以中和催化剂氢氧化钾；

其中，乙酸与氢氧化钾的摩尔比为1：1，

将酸碱中和后的主反应体系降温至0~5℃，保温0.5~1.5h，离心，得到目标产物固体对叔丁基-a-甲基苯丙烯醛；

在促反应阶段，滴加的丙醛的量以丙醛的摩尔量与在主反应阶段加入的对叔丁基苯甲醛的摩尔量之比计，丙醛与对叔丁基苯甲醛的摩尔比为（0.15~0.20）：1。

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