CN109776281B

CN109776281B - 一种乙基异丁香酚的合成方法

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Publication number: CN109776281B
Application number: CN201910182875.0A
Authority: CN
Inventors: 朱凯; 云亮; 毛萍
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Shanghai Yunwei Biotechnology Co ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-10-13
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: CN109776281A

Abstract

本发明公开了一种乙基异丁香酚的合成方法，属于精细有机化学品合成技术领域。本方法以丁香酚和DEC为原料，DEC通过分步和滴加的加料方式，在固体碱和相转移催化剂催化下，通过反应精馏技术一步法合成乙基异丁香酚。本发明采用相对环保的化学试剂DEC替代目前使用的高毒性、高腐蚀性的硫酸二乙酯作为乙基化试剂，并通过分步和滴加的加入方式，选择固体碱和相转移催化剂催化体系，一步法合成了乙基异丁香酚，改变目前需通过丁香酚的异构化和乙基化两步反应的合成过程，DEC一次性的加料方式。这是一条相对绿色的合成路线，并且合成路线短，反应时间短，产品得率高，节能、降耗，有很好的工业化应用前景。

Description

一种乙基异丁香酚的合成方法

技术领域

本发明属于精细有机化学品合成技术领域，具体涉及一种乙基异丁香酚的合成方法。

背景技术

乙基异丁香酚(Ethyl isoeugenol)，化学名称为2-甲氧基-4-(1-丙烯基)苯乙醚，分子式为 C₁₂O₁₆O₂，结构式为：

乙基异丁香酚，具有清甜的带花香的辛香气息，有丁香花和香石竹样的香调，香气温暖、平和而持久，可用于调味品、香草、香蕉等香精中，同时也是合成浓馥香兰素的重要中间产物。乙基异丁香酚在自然界中尚未发现其存在，乙基异丁香酚产品都是采用合成的方法制备。

目前由丁香酚为主要原料合成乙基异丁香酚的方法，主要经历酚羟基的乙基化和双键的异构化两步化学反应过程，丁香酚异构化主要是采用无机强碱液为催化剂，需要在减压条件下，高温下长时间反应，存在着副反应多、能耗高、物耗高、碱液污染、后处理困难等问题；酚羟基的乙基化反应通常是以硫酸二乙酯为乙基化试剂，硫酸二乙酯试剂毒性很大，并且反应会产生硫酸，腐蚀性强，会给环境带来严重的污染。酚羟基的乙基化反应通常采用气相连续流动合成工艺或液相间歇式合成工艺，气相连续流动合成工艺具有产品收率和选择性高，适合连续化生产等特点，但是该法一般都需要很高的反应温度(250～300℃)，将反应物和产物气化能量消耗大，高温下还可能产生苯环上甲基取代等副反应，碳酸二乙酯(DEC)在高温条件下也会分解，并会使催化剂失活；液相间歇式合成工艺，原料一次性投入，固定式的反应，由于DEC作为乙基化试剂其反应活性远不如硫酸二乙酯活泼，所以反应通常需要较高的温度，较长的时间，而DEC的沸点只有126～128℃，常压时反应温度升不上去，所以通常需要采用压力釜带压反应，而加压反应对设备及操作要求高，存在安全的问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种乙基异丁香酚的合成方法。本发明利用DEC替代传统的硫酸二乙酯，并通过分步和滴加的加料方式，选择适宜的催化体系和反应精馏技术，在比较缓和的条件下，一步法合成乙基异丁香酚，解决以上存在的问题，从而提供一种合成简单、环境相对友好、反应时间短、产品得率高，节能、降耗的乙基异丁香酚的制备方法。

技术方案：为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种乙基异丁香酚的合成方法，所述方法是以丁香酚和DEC为原料，在固体碱和相转移催化剂催化作用下，同时发生丁香酚上酚羟基的乙基化反应和双键的异构化，通过反应精馏一步法合成乙基异丁香酚，同时产生副产物甲醇和CO₂。所述的反应催化体系包含固体碱催化剂和相转移催化剂，固体碱催化剂均有利于酚羟基的乙基化和双键的异构，而固体碱+相转移催化剂则主要有利于双键的异构，可以降低异构化温度，提高反应速度；所述的DEC通过分步和滴加的加入方式，从而提高反应效果，缩短反应时间；所述的反应工艺采用的是反应精馏技术，在反应的同时，通过精馏柱，不断蒸馏出反应生成的乙醇和CO₂，使反应朝着合成有利于乙基异丁香酚的方向进行，提高反应速度。

反应式如下：

具体包括如下步骤：

(1)将丁香酚和部分DEC加入到装有磁力搅拌、精馏柱、冷凝器及温度计的反应器中，然后加入固体碱和相转移催化剂，充入氮气，加热、搅拌；

(2)升温至设定温度后，缓慢滴加剩余DEC，进行反应精馏，滴加结束后，继续保温反应；所述设定温度为150～200℃，保温反应时间为1～5h；DEC的滴加反应时间为2h。

(3)反应结束后，冷却反应物，用稀盐酸调至中性，用蒸馏水洗涤，静置、分液，水相用甲苯萃取后与有机相合并；

(4)将合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的DEC，并循环使用，最终进行减压精馏制备得到乙基异丁香酚产品。

乙基化反应机理是，酚羟基首先与碱性催化剂作用形成活性氧负离子，氧负离子再进攻 DEC上的乙基碳，发生亲核取代反应生成相应的酚乙醚。反应式如下：

聚乙二醇(PEG)相转移催化机理是，PEG是链状结构，可折叠成不同大小的空穴，由于PEG链节可以折叠成螺旋状并自由滑动的链，因而它能与不同大小的金属离子络合而进行相转移催化反应，PEG在液-液相中反应效果虽不佳，但对钠、钾等金属盐所参与的反应有良好的催化作用。如下式所示：

所以在PEG相转移作用下，靠近苯环的碳原子在碱性的催化下，形成碳负离子，OH^-的介入导致质子脱去，同时烯键发生异构，形成热力学更稳定的烯丙结构，此时端键上的碳负离子因得到一个质子而形成丁香酚乙醚的异构结构。

优选地，所述丁香酚与DEC的摩尔配比为1∶(1～6)；所述DEC分两次加入，步骤(1)中加入量为DEC总量的1/4，步骤(2)中DEC滴加量为总量的3/4。因为DEC沸点较低，如果DEC一次性加入，反应温度升不上去，导致反应速度很慢，并且一次性加入还会导致 DEC副反应增加，DEC消耗增加。

优选地，所述反应工艺采用的是反应精馏技术，在反应的同时，不断蒸馏出反应生成的乙醇和CO₂。

优选地，所述丁香酚与DEC的摩尔配比为1∶(3～4)。DEC量增加会有利于丁香酚的转化，但是DEC的量过多效果会不再明显，并且还会增加DEC的消耗及回收的负担。

优选地，所述相转移催化剂为PEG-400，固体碱催化剂为KOH、NaOH、K₂CO₃、 KOH/γ-Al₂O₃、K₂CO₃/γ-Al₂O₃中的一种或多种的混合物。其中K₂CO₃和KOH有比较好的催化效果，最佳的催化剂为K₂CO₃。

优选地，所述固体碱用量为丁香酚质量的15％～25％，相转移催化剂用量为丁香酚质量的 12％～22％。

优选地，所述固体碱用量为丁香酚质量的18％～22％，相转移催化剂用量为丁香酚质量的 16％～19％。

优选地，所述反应精馏温度为160～180℃；保温反应时间为4～5h。

优选地，丁香酚来源于天然的丁香油或丁香罗勒油，丁香酚含量为80％-100％。

有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：

(1)本发明用DEC替代高毒性，高腐蚀性的硫酸二乙酯为甲基化试剂，原料相对绿色、环保，是一条相对清洁的合成路线。

(2)本发明选择固体碱和相转移催化剂催化体系，DEC通过分步和滴加的加入方式，采用反应精馏技术，直接由丁香酚和DEC通过一步法合成了乙基异丁香酚，简化了反应工艺过程，并且在适中的温度下反应，节能、降耗，是一种简便、高效的合成方法，有很好的工业化应用前景。

(3)本发明采用固体碱+相转移催化剂有利于双键的异构，可以降低异构化温度，提高反应速度。

(4)本发明反应工艺采用的是反应精馏技术，在反应的同时，通过精馏柱，不断蒸馏出反应生成的乙醇和CO₂，使反应朝着合成有利于乙基异丁香酚的方向进行，提高反应速度。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1

将含量为97％的丁香酚50.8g(0.3mol)和DEC 35.4g(0.3mol)加入到装有磁力搅拌、精馏柱、冷凝器及温度计的反应器中，然后加入K₂CO₃ 10.2g和PEG-400 9.1g，将DEC106.3g(0.9 mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，升温至170℃后，开始缓慢滴加DEC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接收，DEC 2h内滴加完成，然后保温反应2h，反应结束；冷却反应物，用稀盐酸调至中性，静置分去下层废液，有机相用等体积蒸馏水洗2次，合并水相，用30mL的甲苯萃取2次，甲苯萃取液并入有机相；将合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的DEC，循环使用，再进行减压精馏得到乙基异丁香酚产品56.3g，气相色谱分析乙基异丁香酚含量为98.9％，乙基异丁香酚得率为96.5％，丁香酚的转化率为98.5％。

实施例2

将含量为97％的丁香酚50.8g(0.3mol)和DEC 35.4g(0.3mol)加入到装有磁力搅拌、精馏柱、冷凝器及温度计的反应器中，然后加入KOH 10.2g和PEG-400 9.1g，将DEC106.3g(0.9 mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，升温至170℃后，开始缓慢滴加DEC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接收，DEC 2h内滴加完成，然后保温反应2h，反应结束；冷却反应物，用稀盐酸调至中性，静置分去下层废液，有机相用等体积蒸馏水洗2次，合并水相，用30mL的甲苯萃取2次，甲苯萃取液并入有机相；将合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的DEC，循环使用，再进行减压精馏得到乙基异丁香酚产品56.2g，气相色谱分析乙基异丁香酚含量为97.8％，乙基异丁香酚得率为95.3％，丁香酚的转化率为99.1％。

实施例3

将含量为97％的丁香酚50.8g(0.3mol)和DEC 35.4g(0.3mol)加入到装有磁力搅拌、精馏柱、冷凝器及温度计的反应器中，然后加入NaOH 10.2g和PEG-400 9.1g，将DEC106.3g(0.9 mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，升温至170℃后，开始缓慢滴加DEC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接收，DEC 2h内滴加完成，然后保温反应2h，反应结束；冷却反应物，用稀盐酸调至中性，静置分去下层废液，有机相用等体积蒸馏水洗2次，合并水相，用30mL的甲苯萃取2次，甲苯萃取液并入有机相；将合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的DEC，循环使用，再进行减压精馏得到乙基异丁香酚产品54.4g，气相色谱分析乙基异丁香酚含量为96.2％，乙基异丁香酚得率为90.8％，丁香酚的转化率为97.5％。

实施例4

将含量为97％的丁香酚50.8g(0.3mol)和DEC 35.4g(0.3mol)加入到装有磁力搅拌、精馏柱、冷凝器及温度计的反应器中，然后加入KF/γ-Al₂O₃ 10.2g和PEG-400 9.1g，将DEC 106.3 g(0.9mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，升温至170℃后，开始缓慢滴加DEC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接收，DEC 2h内滴加完成，然后保温反应2h，反应结束；冷却反应物，用稀盐酸调至中性，静置分去下层废液，有机相用等体积蒸馏水洗2次，合并水相，用30mL的甲苯萃取2次，甲苯萃取液并入有机相；将合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的DEC，循环使用，再进行减压精馏得到乙基异丁香酚产品49.1g，气相色谱分析乙基异丁香酚含量为95％，乙基异丁香酚得率为80.9％，丁香酚的转化率为95.8％。

Claims

1.一种乙基异丁香酚的合成方法，其特征在于，以丁香酚和DEC为原料，DEC通过分步和滴加的加料方式，在固体碱和相转移催化剂催化下，同时发生丁香酚上酚羟基的乙基化反应和双键的异构化，通过反应精馏技术一步法合成乙基异丁香酚，包括如下步骤：

（1）将含量为97%的丁香酚50.8 g和DEC 35.4 g加入到反应器中，然后加入固体碱10.2g和PEG-400 9.1 g，充入氮气，加热、搅拌；所述固体碱为K₂CO₃或KOH；

（2）升温至170 ℃后，滴加剩余DEC 106.3g，进行反应精馏，在反应的同时，不断蒸馏出反应生成的乙醇和CO₂；滴加2 h内滴加完成后，继续保温反应2h；

（3）反应结束后，冷却反应物，用稀盐酸调至中性，用蒸馏水洗涤，静置、分液，水相用甲苯萃取后与有机相合并；

（4）将合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的DEC，并循环使用，最终进行减压精馏制备得到乙基异丁香酚产品。