CN109776282A

CN109776282A - 一种甲基异丁香酚的合成方法

Info

Publication number: CN109776282A
Application number: CN201910192663.0A
Authority: CN
Inventors: 朱凯; 张智海; 毛萍
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明公开了一种甲基异丁香酚的合成方法，包括如下步骤：(1)将丁香酚、碳酸二甲酯、催化剂加入到反应精馏釜中，常压下N₂保护，加热，并电磁搅拌；(2)升温至反应温度，滴加碳酸二甲酯，进行反应精馏，滴加结束后，保温反应；(3)将步骤(2)得到的反应物冷却，用稀盐酸调至中性，用蒸馏水洗涤，水相用甲苯萃取后与有机相合并；(4)将步骤(3)合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的碳酸二甲酯，循环使用，最终进行减压精馏制备得到甲基异丁香酚。本发明简化了反应工艺过程，并且节能、降耗，此方法有很好的工业化应用前景。

Description

一种甲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领域，特别是涉及一种甲基异丁香酚的合成方法。

背景技术

甲基异丁香酚(Isoeugenol methyl ether)，化学名称为1,2-二甲氧基-4-(1-丙烯基)苯，分子式为C₁₁O₁₄O₂，结构式为：

甲基异丁香酚为无色至淡黄色液体，溶于大多数非挥发性油，微溶于石蜡油，几乎不溶于水，不溶于甘油和丙二醇。天然存在于白千层、石荠苧、香石竹、依兰油、细辛油等60余种精油中。

甲基异丁香酚是重要的单体香料，具有清甜的带花香的辛香气息，有茶样的花香，具有香石竹样的香调，木香的底韵，香气清灵而温暖，平和而持久，留香时间强于丁香酚甲醚，广泛应用于香石竹、玫瑰、紫丁香、依兰等花香型日用香精中，也可用于焙烤食品及烟草等食用香精，还可作为多种实蝇成虫的引诱剂，另外甲基异丁香酚在医学中有明显的镇咳、祛痰、镇静、镇痛作用。

目前由丁香酚为主要原料合成甲基异丁香酚的方法，主要经历酚羟基的甲基化和双键的异构化两步化学反应过程，存在合成路线长，过程复杂，物耗高、能耗高的问题。传统的丁香酚异构化主要是采用氢氧化钾等强碱催化剂，需要在减压条件下，170～180℃高温下，反应7～8h，存在着反应时间长、得率较低、能耗高、有碱污染、后处理困难等问题；酚羟基的甲基化反应通常是以硫酸二甲酯、溴甲烷等为甲基化试剂，这些试剂毒性很大，并有很强的腐蚀性，会给环境带来严重的污染，特别是硫酸二甲酯属于有机剧毒品，在反应过程中会产生硫酸，腐蚀性强，后处理工序复杂；酚羟基的甲基化反应采用的工艺通常采用液相间歇式合成工艺，原料一次性投入，固定式的反应，由于DMC作为甲基化试剂其反应活性远不如硫酸二甲酯活泼，所以反应通常需要较高的温度，而DMC的沸点只有90℃，常压时反应温度升不上去，会造成反应效果差，产品得率低，如果要提高反应温度就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

本发明的目的是提供一种甲基异丁香酚的合成方法，利用DMC替代传统的硫酸二甲酯，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一步法合成异丁香酚，以解决以上存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种甲基异丁香酚的合成方法，包括如下步骤：

(1)将丁香酚、碳酸二甲酯(DMC)、催化剂加入到反应精馏釜中，常压下N₂保护，加热，并电磁搅拌；

(2)升温至反应温度，滴加碳酸二甲酯(DMC)，进行反应精馏，滴加结束后，保温反应；

(3)将步骤(2)得到的反应物冷却，用稀盐酸调至中性，用蒸馏水洗涤，水相用甲苯萃取后与有机相合并；

(4)将步骤(3)合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的碳酸二甲酯(DMC)，循环使用，最终进行减压精馏制备得到甲基异丁香酚。

进一步地，所述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％。

进一步地，所述催化剂为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甲基化和双键的异构，而同时加入固体碱和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。相转移催化剂为PEG-400催化剂，固体碱催化剂为KOH、KF、K₂CO₃中的一种或多种，其中K₂CO₃和KOH+K₂CO₃有比较好的催化效果，最佳的催化剂为K₂CO₃。

进一步地，所述固体碱用量为反应物质量的1～8％，相转移催化剂用量为反应物质量的2～8％。

进一步地，所述碳酸二甲酯(DMC)分两次加入，步骤(1)中加入量为其总量的1/3，步骤(2)中滴加量为其总量的2/3。DMC的沸点较低，只有90℃，如果DMC一次性加入，会导致反应精馏釜中DMC的大量蒸发，反应温度太低，反应速度慢，并且一次性加入会导致DMC副反应增加，DMC消耗增加。

进一步地，所述丁香酚与两次加入的碳酸二甲酯(DMC)总量的摩尔比为1﹕1～5。优选为1﹕3～4。DMC量增加会有利于丁香酚的转化，但是DMC的量过多会导致反应温度下降，不利于反应进行，并且还会增加DMC的消耗。

进一步地，所述步骤(2)中，反应精馏在常压下进行，温度为130～180℃，优选为160～180℃，时间为2～6小时，优选为3～4小时；滴加结束后，保温反应的时间为1小时。

进一步地，所述步骤(2)中，采用的是反应精馏技术，在反应中不断蒸馏出反应生成的乙醇，使反应朝着合成有利于甲基异丁香酚的方向进行，以提高反应速度。

本发明的原理是：

本发明以丁香酚和DMC为原料，在固体碱和相转移催化剂作用下，同时发生丁香酚上酚羟基的甲基化反应和双键的异构化一步法合成甲基异丁香酚；酚羟基的甲基化反应是碱首先与酚反应生成酚氧负离子，然后酚氧负离子进攻DMC上的甲基碳原子进行亲核取代反应；双键的异构化是靠近苯环的碳原子在碱性的作用下，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，制备得到甲基异丁香酚，还有副产物甲醇和CO₂。

反应式如下：

有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：

本发明是以丁香酚和DMC为原料，在固体碱和PEG-400催化剂作用下，同时发生丁香酚上酚羟基的甲基化反应和双键的异构化一步法合成甲基异丁香酚；

(1)本发明选择固体碱和相转移催化剂催化体系，DMC通过分步和滴加的加料方式，采用反应精馏技术，直接由丁香酚和DMC通过一步法合成了甲基异丁香酚。此方法简化了反应工艺过程，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。

(2)本发明用绿色有机化学原料DMC替代传统的硫酸二甲酯、溴甲烷、光气等有毒有害的甲基化试剂，原料绿色、环保；

(3)本发明采用反应精馏技术，在反应的同时，通过不断蒸馏出反应生成的乙醇和CO₂，使反应朝着合成有利于甲基异丁香酚的方向进行，从而保证反应所需温度，提高反应速度，提高产品的得率。

(4)本发明采用固体碱和相转移催化体系，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。

(5)本发明DMC通过分步和滴加的加料方式，从而有利于控制适宜的反应温度，提高反应速度，减少由于副反应导致的DMC消耗。

附图说明

图1为实施例制备得到的产品的质谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做更进一步的解释。

实施例1

将含量为97％的丁香酚33.9g(0.2mol)、18g DMC(0.2mol)、K₂CO₃ 5.8g和PEG-4004.8g加入到反应精馏釜中；将36g DMC(0.4mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，电热套加热，并电磁搅拌；升温至170℃后，缓慢滴加剩余的DMC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接受，DMC在3h内滴加结束，然后保温反应1h，反应完毕；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2～3次，合并水相，用20mL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DMC，并循环使用，再进行减压精馏得到甲基异丁香酚产品35.8g，气相色谱分析甲基异丁香酚纯度为97％，异丁香酚甲基醚得率为97.2％，丁香酚的转化率为98.9％。

实施例2

将含量为97％的丁香酚33.9g(0.2mol)、18g DMC(0.2mol)、KOH 5.8g和PEG-4004.8g加入到反应精馏釜中；将36g DMC(0.4mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，电热套加热，并电磁搅拌；升温至170℃后，缓慢滴加剩余的DMC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接受，DMC在3h内滴加结束，然后保温反应1h，反应完毕；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2～3次，合并水相，用20mL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DMC，并循环使用，再进行减压精馏得到甲基异丁香酚产品34.2g，气相色谱分析甲基异丁香酚纯度为96.4％，异丁香酚甲基醚得率为92.5％，丁香酚的转化率为98.5％。

实施例3

将含量为97％的丁香酚33.9g(0.2mol)、18g DMC(0.2mol)、KF 5.8g和PEG-4004.8g加入到反应精馏釜中；将36g DMC(0.4mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，电热套加热，并电磁搅拌；升温至170℃后，缓慢滴加DMC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接受，DMC在3h内滴加结束，然后保温反应1h，反应完毕；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2～3次，合并水相，用20mL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DMC，循环使用，再进行减压精馏得到甲基异丁香酚产品33g，气相色谱分析甲基异丁香酚纯度为96％，甲基异丁香酚得率为89％，丁香酚的转化率为99.1％。

实施例4

将含量为97％的丁香酚33.9g(0.2mol)、18g DMC(0.2mol)、KOH+K₂CO₃(质量比1:1)5.8g和PEG-400 4.8g加入到反应精馏釜中；将36g DMC(0.4mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，电热套加热，并电磁搅拌；升温至170℃后，缓慢滴加DMC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接受，DMC在3h内滴加结束，然后保温反应1h，反应完毕；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2～3次，合并水相，用20mL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DMC，循环使用，再进行减压精馏得到甲基异丁香酚产品35.2g，气相色谱分析甲基异丁香酚纯度为96.3％，甲基异丁香酚得率为95.2％，丁香酚的转化率为98.5％。

实施例5

将含量为97％的丁香酚84.6g(0.5mol)、45g DMC(0.5mol)、K₂CO₃ 13.2g和PEG-40011g加入到反应精馏釜中；将90.1g DMC(1mol)加入到滴液漏斗中备用；充入氮气保护，电热套加热，并电磁搅拌；升温至170℃后，缓慢滴加DMC，进行反应精馏，不断蒸馏出反应生成的乙醇，乙醇通过冷凝被接受，DMC在3h内滴加结束，然后保温反应1h，反应完毕；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2～3次，合并水相，用45mL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DMC，循环使用，再进行减压精馏得到甲基异丁香酚产品89.3g，气相色谱分析甲基异丁香酚纯度为97.3％，甲基异丁香酚得率为97.5％，丁香酚的转化率为98.9％。

图1为上述实施例得到的产品质谱图，由质谱谱图可见分子离子峰178，与C₁₁H₁₄O₂完全符合，主要碎片m/z为：178、163、147、107、91、77、51。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将丁香酚、碳酸二甲酯、催化剂加入到反应精馏釜中，常压下N₂保护，加热，并电磁搅拌；

(2)升温至反应温度，滴加碳酸二甲酯，进行反应精馏，滴加结束后，保温反应；

(4)将步骤(3)合并的有机相进行蒸馏，回收甲苯和过量的碳酸二甲酯，循环使用，最终进行减压精馏制备得到甲基异丁香酚。

2.根据权利要求1所述的甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：所述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％。

3.根据权利要求1所述的甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：所述催化剂为固体碱催化剂和相转移催化剂；其中，相转移催化剂为PEG-400催化剂，固体碱催化剂为KOH、KF、K₂CO₃中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：所述固体碱用量为反应物质量的1～8％，相转移催化剂用量为反应物质量的2～8％。

5.根据权利要求1所述的甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：所述碳酸二甲酯分两次加入，步骤(1)中加入量为其总量的1/3，步骤(2)中滴加量为其总量的2/3。

6.根据权利要求1或5所述的甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：所述丁香酚与两次加入的碳酸二甲酯总量的摩尔比为1﹕1～5。

7.根据权利要求1所述的甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：所述步骤(2)中，反应精馏在常压下进行，温度为130～180℃，时间为2～6小时；滴加结束后，保温反应的时间为1小时。

8.根据权利要求1或7所述的甲基异丁香酚的合成方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在反应中不断蒸馏出反应生成的乙醇，使反应朝着合成有利于甲基异丁香酚的方向进行。