CN110747241B - 2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精细化工技术领域，涉及2,2,4‑三甲基‑1,2‑二氢化喹啉的制备方法。以酵母为生物催化剂，在特定的生物转化体系中，加入异丁醛或4‑甲基‑2,3‑戊二酮，在0‑50℃下，培养10‑1000分钟，离心除去菌体，得到发酵液；在发酵液中加入溶剂萃取，之后再加入苯胺，加热至反应温度，反应一定时间后，蒸馏脱除溶剂，得到2,2,4‑三甲基‑1,2‑二氢化喹啉。本发明不使用强酸做催化剂，无需液碱中和、分水的过程，即不产生废水，使用生物转化的方式，酵母可重复使用，同时替代原料丙酮在反应过程中易挥发的问题，降低反应温度，缩短反应时间，形成绿色环保的合成工艺。

Description

2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的制备方法
技术领域
本发明涉及一种防老剂TMQ单体2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的制备方法，是一种对环境友好的，以生物催化的方式进行的，且成本相对廉价的，高产率的合成2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的酶-化学方法，属生物催化的有机合成技术领域。
背景技术
2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉是防老剂TMQ的单体，主要用来进一步聚合得到2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的二、三、四聚合体（防老剂TMQ），又名防老剂RD，防老剂TMQ是一种酮胺类防老剂，为淡黄色至墟泊色颗粒或薄片，主要用作橡胶防老剂，国内年需求量达10万吨，是国内外市场上需求量最大的橡胶防老剂产品之一，
 2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的合成其原料主要是苯胺和丙酮，其在酸催化剂作用下发生缩合反应，直接得到含2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的反应液，经液碱中和、蒸馏等得到纯度较高的2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉。
CN102010369公开了一种连续制备2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的方法，该方法将苯胺和丙酮以连续进入装有固体酸催化剂的反应塔，含有TMQ的反应物溢流采出，该方法操作简便，废水量小，但存在固体酸催化剂寿命短，三废处理成本高，难以工业化生产的问题。CN105348189A公开了一种连续制备防老剂RD单体2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的方法。将苯胺加入反应器中，升温至80~160℃，苯胺、丙酮、酸催化剂按照分子比为1~10：5~100：1的比例连续通入反应器中，维持反应器温度80~160℃，含有2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的缩合反应液连续地从反应器上部的出料口采出。该方法同样使用酸催化剂，特别是盐酸，设备腐蚀大，三废处理成本高。
目前国内外相关2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的合成方法在均未涉及对反应过程中间物的改良，均是以对苯胺和丙酮为原料的。由于该合成反应中2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的生成依赖于两个分子的丙酮缩合后所得关键中间产物4-甲基-3-戊烯-2-酮的生成，4-甲基-3-戊烯-2-酮跟苯胺的反应速度又非常慢，因而上述合成方法均无法彻底消除合成反应温度高 (120-160℃)、反应时间长、低沸点反应原料丙酮因太易挥发而转化率不高、丙酮消耗大，长时间的高温导致许多难以预料和解释的副反应的伴生，难以分离，得到的2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉纯度不高，同时进一步得到2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体经蒸馏分离后的TMQ成品，含量在40-70%之间，同时亦造成大量废水废渣需处理等缺点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，在与苯胺缩合的反应中，合成关键的前体，提供一种解决替代原料丙酮在反应过程中易挥发的问题，降低反应温度，缩短反应时间，且不再使用强酸做催化剂，形成绿色环保的合成工艺，实现2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的环境友好型生产。通过避免副反应，使苯胺的转化率得到大幅提高，以此来降低产物的生产成本。作为一个顺带的结果，本发明的另一个目标是提供一种使反应产物中的苯胺的含量降至1%wt.以下，使反应产物不经精馏便可达到97%以上的含量标准，作为产品直接出售或用于合成高含量防老剂TMQ的工艺。
本发明提供一种2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的制备方法。该制备方法通过以下方式来实现：
以酵母为生物催化剂，在特定的生物转化体系中，加入异丁醛或4-甲基-2,3-戊二酮，在0-50℃下，培养10-1000分钟，离心除去菌体，得到发酵液；在发酵液中加入溶剂萃取，之后再加入苯胺，加热至反应温度，反应一定时间后，蒸馏脱除溶剂，得到2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉。
所述的生物转化系指在一定的温度、压力下，利用酵母中所特有的酶系，催化异丁醛或4-甲基-2,3-戊二酮发生化学变化生成反应产物的过程。
所述的酵母，系指面包酵母、啤酒酵母等酵母品种。所述的生物转化体系指由水、还原糖类和磷酸盐连同酵母一起构成的混合物。
所述的水系指pH调节为某一定值的自来水或去离子水，其pH值在2-12范围之内。
所述的还原糖类，系指葡萄糖、麦芽糖等酵母可以利用的各种碳源。
所述的磷酸盐类，系指磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾等各种磷酸盐类。
进一步地，所述的离心，其操作条件为0-50℃下，1000-20000rpm的转速下离心10-600min。
所用溶剂可以是甲苯、二甲苯、二氯甲烷、环丁砜等有机溶剂。
所述的反应温度为20-200℃，所述的反应时间为0.1-20小时。
低于30℃的温度再加上较长的反应时间，与温度较高，时间较短的方法相比可以给出更高的产率。本发明中形成2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的合成达到基本完成的较佳时间段为大约1 到6小时。2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉合成反应完成后，对反应混合物进行冷却，物理分离。
有益效果：本发明不使用强酸做催化剂，无需液碱中和、分水的过程，即不产生废水，使用生物转化的方式，酵母可重复使用，同时替代原料丙酮在反应过程中易挥发的问题，降低反应温度，缩短反应时间，形成绿色环保的合成工艺。
通过避免副反应，使苯胺的转化率得到大幅提高，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉中苯胺的含量降至1%wt.以下，使反应产物不经精馏便可达到97%以上的含量，作为产品直接出售或用于合成高含量防老剂TMQ的工艺，生产成本大幅降低。
实施方式
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
 200g蔗糖，25g磷酸氢二钠和8g市售面包酵母被添加到2000g自来水中构成混合物，随后在不断搅拌的条件下，在30℃下培养40min，待面包酵母进入旺盛生长期后，将114g4-甲基-2,3-戊二酮液体添加到混合物中，30℃下继续培养100min后，离心(8℃，10000rpm，35min)除去菌体，加入500g甲苯，萃取分液，去除水相，甲苯层油相加入93g苯胺，添加少量沸石，升高温度至120℃下反应4小时，蒸馏脱除溶剂，得到含量为98.5%的2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉174g。
实施例2
 200g蔗糖，25g磷酸氢二钠和8g市售啤酒酵母被添加到2000g自来水中构成混合物，随后在不断搅拌的条件下，在30℃下培养40min，待啤酒酵母进入旺盛生长期后，将72g异丁醛添加到混合物中，3℃下继续培养100min后，离心(3℃，10000rpm，35min)除去菌体，加入500g甲苯，萃取分液，去除水相，甲苯层油相加入94g苯胺，添加少量沸石，升高温度至110℃下反应6小时，蒸馏脱除溶剂，得到含量为98.5%的2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉173g。
实施例3
 主要操作条件同实施例1，但改变还原糖为麦芽糖，测得苯胺转化率为100.0%，得到含量为98.0%的2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉175g。
实施例4-13
 采用实施例1的实验方法。在其他条件不变的情况下，通过改变糖、酵母溶剂的种类和反应时的不同的反应温度和反应时间等条件，考察反应的产品含量和苯胺转化率等，其结果如下表所示：
。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，如改变生物体系的转化条件和苯胺等反应物料比例等等等。凡在本发明的精神和原则之内，等所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉的制备方法，其特征是：以酵母为生物催化剂，在生物转化体系中，加入异丁醛或4-甲基-2,3-戊二酮，在30-50℃下，培养10-1000分钟，离心除去菌体，得到发酵液；在发酵液中加入溶剂萃取，萃取后的油相再加入苯胺，在20-200℃温度下反应0.1-20小时；蒸馏脱除溶剂，得到2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉；所述的酵母选自面包酵母、啤酒酵母品种；所述的生物转化体系利用酵母中所特有的酶系，催化异丁醛或4-甲基-2,3-戊二酮发生化学变化生成反应产物的过程；所述的生物转化体系是由水、还原糖类和磷酸盐类连同酵母一起构成的混合物；所述的溶剂选自甲苯、二甲苯、二氯甲烷、环丁砜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的还原糖类是指葡萄糖、麦芽糖。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的磷酸盐类是指磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的离心，其操作条件为0-50℃下，1000-20000rpm的转速下离心10-600min。
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