CN111018666B - 改进的制备橙花醇香叶醇的方法和用于该方法的催化体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以柠檬醛为原料，经选择性加氢制备橙花醇和香叶醇的方法及用于该方法的催化体系，所述方法包括：起始化合物柠檬醛在均相催化剂和助剂的催化作用下发生选择性氢化反应制备橙花醇和香叶醇。根据本发明的方法和催化体系，显著降低了反应过程中副产物香茅醇和橙花醇异构体I‑III，具有较好的工业化前景。

Description

改进的制备橙花醇香叶醇的方法和用于该方法的催化体系
技术领域
本发明涉及一种以柠檬醛为原料，经选择性加氢制备橙花醇和香叶醇的方法及用于该方法的催化体系。
背景技术
橙花醇(化学名称为顺式-3，7-二甲基-辛二烯-1-醇)和香叶醇(化学名称为反式-3,7-二甲基-辛二烯-1-醇)是两种名贵的香料。它们与香茅醇和2-苯基乙醇一起属于所谓的玫瑰醇，是玫瑰油的主要成分，是制造玫瑰香气的重要芳香化学品。橙花醇通常具有特别的重要性，因为它可以提供清新和绿色的香调，而香叶醇的香味更圆润，更有果味。
柠檬醛的催化氢化产生各自的不饱和醇(见下式)，其中选择性氢化制备橙花醇和香叶醇的反应过程中往往因选择性不足导致生成较多的不需要的副产物，比如由过度氢化产物香茅醇或烯烃异构化产生的橙花醇异构体I-III。专利1422693A公开了制备橙花醇香叶醇的技术，其中过度氢化产物香茅醇的含量最高能够达到4.3wt％，烯烃异构化产生的橙花醇异构体I-III的含量最高能够达到2.5wt％，因此现有技术的方法很难避免以上副产物的产生。
Figure GDA0003795312610000021
此外，值得注意的是，过度加氢产物香茅醇和橙花醇异构体I-III的沸点介于橙花醇和香叶醇之间，并且更接近橙花醇的沸点，利用精馏技术无法将香茅醇、橙花醇异构体I-III与橙花醇进行完全分离而获得高纯度橙花醇(＞98wt％)。因此只能以明显低于高纯度橙花醇价格的方式将富橙花醇混合物直接外售，或者利用精馏进行浓缩以尽可能的提高橙花醇含量后再进行外售，再或者作为原料用以制备其他产品，其中前两种方式均大大降低了工艺路线的利润，是不得己而进行的商业活动。
我们在详细研究中发现，柠檬醛在被氢化过程中还会发生异构化反应，生成柠檬醛异构体I-III，生成的柠檬醛异构体I-III进一步选择性氢化得到橙花醇异构体I-III和香茅醇，因此，如何抑制柠檬醛在加氢过程中的异构化成为解决现有技术难题的关键之一。
Figure GDA0003795312610000022
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术反应过程中很难避免过度加氢产物香茅醇和橙花醇异构体I-III的产生，进而导致后期的分离困难的技术难题，开发了一种改进的制备技术，使用均匀溶解的催化剂和助剂对起始化合物柠檬醛进行选择性氢化反应，显著降低了反应过程中副产物香茅醇和橙花醇异构体I-III，具有较好的工业化前景。
根据本发明，提供一种改进的制备橙花醇香叶醇的方法，所述方法包括：起始化合物柠檬醛在均相催化剂和助剂的催化作用下发生选择性氢化反应制备橙花醇和香叶醇；
所述催化剂为过渡金属均相催化剂，所述的过渡金属选自周期表(IUPAC)VIII、IB、IIB族金属中的任意一种或多种，优选锌和铱构成催化剂的双活性中心。
进一步地，本发明中所述催化剂选自可溶于反应混合物的过渡金属卤化物、过渡金属羰基化配合物、过渡金属乙酰丙酮化配合物、过渡金属甲氧基化配合物、过渡金属乙酰基化配合物、过渡金属与脂肪族羧酸或芳香族羧酸配位的配合物中的任意一种或多种，优选过渡金属羰基化配合物和/或过渡金属乙酰丙酮化配合物，更优选乙酰丙酮二羰基铱和乙酰丙酮锌。
进一步地，以底物柠檬醛的摩尔量计算，催化剂的用量为0.0002-2％。
在优选实施方案中，以底物柠檬醛的摩尔量计算，所述催化剂中乙酰丙酮二羰基铱的用量为0.0001％～1％，优选0.001％～0.1％。
以底物柠檬醛的摩尔量计算，所述催化剂中乙酰丙酮锌的用量为0.00001％～1％，优选0.0001％～0.01％。
本发明中，所述助剂选自式(I)结构的物质：
Figure GDA0003795312610000041
其中，基团R1为芳香基团，选自C6-C10芳基例如苯基、对甲基苯基和C7-C12芳烷基例如苄基，优选R1为苯基。
R2可以选自C1-C6烷基，例如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2，2-二甲基丙基；优选R2为甲基。
所述助剂可使用例如2-氧代-4-苯丁基-3-烯酸甲酯、2-氧代-4-苯丁基-3-烯酸乙酯、2-氧代-4-(对甲基)苯丁基-3-烯酸甲酯。
助剂与催化剂用量的摩尔比为(0.01-1)：1，优选(0.02-0.1)：1。
本发明中，双金属构成的催化活性中心具有更强的极化电场，对底物端位共轭的C＝O的氢化更有针对性，而避免共轭C＝C的氢化。此外，反应体系中添加的助剂(I)显著影响了底物端位共轭C＝C周围的电场环境，抑制了C＝C的邻位迁移，进一步降低了柠檬醛异构体的产生。在双金属催化活性中心和助剂(I)的共同作用下，副产物香茅醇和橙花醇异构体I-III的含量得到显著降低，主产物的选择性进一步提高。
本发明中，所述催化剂和助剂添加方式为：在无氧无水氛围下，将催化剂、助剂以及原料转移至反应设备中，后搅拌至混合液清澈透明。
本发明中，所述选择性氢化的反应温度为60～150℃，优选70～100℃，反应压力0.1～10MPa(G)，优选1～5MPa(G)，反应时间2～30h，优选5～20h。
根据本发明的第二个方面，提供了一种柠檬醛选择性加氢制备橙花醇和香叶醇的催化体系，其包括：
过渡金属均相催化剂和助剂，所述的过渡金属选自周期表(IUPAC)VIII、IB、IIB族金属中的任意一种或多种，优选锌和铱构成催化剂的双活性中心。
进一步地，过渡金属均相催化剂选自可溶于反应混合物的过渡金属卤化物、过渡金属羰基化配合物、过渡金属乙酰丙酮化配合物、过渡金属甲氧基化配合物、过渡金属乙酰基化配合物、过渡金属与脂肪族羧酸或芳香族羧酸配位的配合物中的任意一种或多种，优选过渡金属羰基化配合物和/或过渡金属乙酰丙酮化配合物，更优选乙酰丙酮二羰基铱和乙酰丙酮锌。
进一步地，所述助剂选自式(I)结构的物质：
Figure GDA0003795312610000051
其中，基团R1为芳香基团，选自C6-C10芳基例如苯基、对甲基苯基和C7-C12芳烷基例如苄基，优选R1为苯基。
R2可以选自C1-C6烷基，例如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2，2-二甲基丙基；优选R2为甲基。
所述助剂可使用例如2-氧代-4-苯丁基-3-烯酸甲酯、2-氧代-4-苯丁基-3-烯酸乙酯、2-氧代-4-(对甲基)苯丁基-3-烯酸甲酯。
进一步地，助剂与催化剂用量的摩尔比为(0.01-1)：1，优选(0.02-0.1)：1。
根据本发明的方法和催化体系，选择性氢化的反应的转化率不低于90％，目标产物橙花醇香叶醇选择性98％以上，其中香茅醇的选择性不高于0.5％，橙花醇异构体I-III的选择性不高于1％。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，而不是以任何方式限制它：
分析方法：
气相色谱仪：Agilent7890，色谱柱wax(转化率、选择性测定)，进样口温度：300℃；分流比50：1；载气流量:52.8ml/min；升温程序：150℃下保持10min，以10℃/min的速率升至260℃，保持5min，检测器温度：280℃。
使用药品：
柠檬醛99wt％，湖北巨龙堂医药化工有限公司；
乙酰丙酮二羰基铱97wt％，阿拉丁试剂有限公司；
乙酰丙酮锌98wt％，阿拉丁试剂有限公司；
2-氧代-4-苯基丁-3-烯酸甲酯98％，阿拉丁试剂有限公司。
实施例1
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入1.166克乙酰丙酮二羰基铱、0.001克乙酰丙酮锌、12.653毫克2-氧代-4-苯基丁-3-烯酸甲酯以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至95℃时充入氢气至3MPa，并维持10h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
实施例2
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入0.583克乙酰丙酮二羰基铱、0.006克乙酰丙酮锌、12.818毫克2-氧代-4-苯基丁-3-烯酸甲酯以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至90℃时充入氢气至1MPa，并维持15h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
实施例3
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入0.117克乙酰丙酮二羰基铱、0.009克乙酰丙酮锌、4.171毫克2-氧代-4-苯基丁-3-烯酸甲酯以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至85℃时充入氢气至2MPa，并维持5h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
实施例4
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入0.070克乙酰丙酮二羰基铱、0.044克乙酰丙酮锌、5.562毫克2-氧代-4-苯基丁-3-烯酸甲酯以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至70℃时充入氢气至4MPa，并维持9h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
实施例5
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入0.012克乙酰丙酮二羰基铱、0.088克乙酰丙酮锌、6.952毫克2-氧代-4-苯基丁-3-烯酸甲酯以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至100℃时充入氢气至5MPa，并维持20h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
对比例1
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入0.117克乙酰丙酮二羰基铱以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至85℃时充入氢气至2MPa，并维持5h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
对比例2
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入0.009克乙酰丙酮锌以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至85℃时充入氢气至2MPa，并维持5h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
对比例3
在无氧无水氛围下，1L加氢釜中先后加入0.117克乙酰丙酮二羰基铱、0.009克乙酰丙酮锌以及500克柠檬醛。密封压力釜，使用氮气、氢气各置换3次，开始加热、搅拌，温度升至85℃时充入氢气至2MPa，并维持5h至反应结束。反应结果经GC分析，结果见表1。
表1反应结果
Figure GDA0003795312610000091

Claims (22)

1.一种改进的制备橙花醇和香叶醇的方法，所述方法包括：起始化合物柠檬醛在均相催化剂和助剂的催化作用下发生选择性氢化反应制备橙花醇和香叶醇；
所述催化剂为过渡金属均相催化剂，锌和铱构成催化剂的双活性中心，所述助剂选自式(I)结构的物质：
Figure FDA0003795312600000011
其中，基团R1为芳香基团；
R2选自C1-C6烷基。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂选自可溶于反应混合物的过渡金属卤化物、过渡金属羰基化配合物、过渡金属乙酰丙酮化配合物、过渡金属甲氧基化配合物、过渡金属乙酰基化配合物、过渡金属与脂肪族羧酸或芳香族羧酸配位的配合物中的任意一种或多种。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述催化剂为过渡金属羰基化配合物和/或过渡金属乙酰丙酮化配合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述催化剂为乙酰丙酮二羰基铱和乙酰丙酮锌。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，以底物柠檬醛的摩尔量计算，催化剂的用量为0.0002-2％。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，以底物柠檬醛的摩尔量计算，所述催化剂中乙酰丙酮二羰基铱的用量为0.0001％～1％；所述催化剂中乙酰丙酮锌的用量为0.00001％～1％。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，以底物柠檬醛的摩尔量计算，所述催化剂中乙酰丙酮二羰基铱的用量为0.001％～0.1％；所述催化剂中乙酰丙酮锌的用量为0.0001％～0.01％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，基团R1选自C6-C10芳基和C7-C12芳烷基；
R2选自甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2，2-二甲基丙基。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，基团R1为苯基；R2为甲基。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中助剂与催化剂用量的摩尔比为(0.01-1)：1。
11.根据权利要求10所述的方法，其中助剂与催化剂用量的摩尔比为(0.02-0.1)：1。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述催化剂和助剂添加方式为：在无氧无水氛围下，将催化剂、助剂以及原料转移至反应设备中，后搅拌至混合液清澈透明。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述选择性氢化的反应温度为60～150℃，反应压力为0.1～10MPa(G)，反应时间为2～30h。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述选择性氢化的反应温度为70～100℃，反应压力为1～5MPa(G)，反应时间为5～20h。
15.一种柠檬醛选择性加氢制备橙花醇和香叶醇的催化体系，其包括：
过渡金属均相催化剂和助剂，锌和铱构成催化剂的双活性中心；
所述助剂选自式(I)结构的物质：
Figure FDA0003795312600000031
其中，基团R1为芳香基团；
R2选自C1-C6烷基。
16.根据权利要求15所述的催化体系，其中，过渡金属均相催化剂选自可溶于反应混合物的过渡金属卤化物、过渡金属羰基化配合物、过渡金属乙酰丙酮化配合物、过渡金属甲氧基化配合物、过渡金属乙酰基化配合物、过渡金属与脂肪族羧酸或芳香族羧酸配位的配合物中的任意一种或多种。
17.根据权利要求16所述的催化体系，其中，过渡金属均相催化剂为过渡金属羰基化配合物和/或过渡金属乙酰丙酮化配合物。
18.根据权利要求17所述的催化体系，其中，过渡金属均相催化剂为乙酰丙酮二羰基铱和乙酰丙酮锌。
19.根据权利要求15所述的催化体系，其中R1选自C6-C10芳基和C7-C12芳烷基；
R2选自甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2，2-二甲基丙基。
20.根据权利要求19所述的催化体系，其中，R1为苯基；R2为甲基。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的催化体系，其中，助剂与催化剂用量的摩尔比为(0.01-1)：1。
22.根据权利要求21所述的催化体系，其中，助剂与催化剂用量的摩尔比为(0.02-0.1)：1。
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