CN113024364B - 一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法 - Google Patents

一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法，将POL‑PPh3、PdCl2、无水THF以质量比为100:5‑10:1加入密封容器中，在25‑35℃反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得POL‑PPh3@PdCl2固体催化剂；以质量比计，取POL‑PPh3@PdCl2催化剂1份、香茅醛10‑35份、水7‑20份和甲苯500‑800份，搅拌均匀，在180‑200℃下反应10‑24h，得反应液；待反应液冷却，过滤，分离固体催化剂，再将反应液分馏，收集257℃的馏出液，即为羟基香茅醛。本发明方法利用香茅醛和水在POL‑PPh3@PdCl2催化下直接一步合成羟基香茅醛，具有绿色环保、廉价、催化效率高、产率高、反应条件温和、生产效率高、工艺简单、无毒无害、无三废排放等优点，为羟基香茅醛的规模化生产打下良好的基础。

Description

一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法
技术领域
本发明涉及香精香料合成技术领域，具体是一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法。
背景技术
羟基香茅醛是一种无色，黏稠的液体，具有百合花和铃兰花的香气，被广泛应用于食品、制药、日化、香料等工业中，是最有价值的香料之一，如今世界年需求量已达数千吨。国内制备羟基香茅醛的工艺多以香茅醛为原料，其中香茅醛可从柠檬桉油、香茅等植物中提取，国家标准GB/T 22179-2008柠檬桉（精）油规定了主要组分香茅醛含量≥75%，香茅有效成分中香茅醛含量也超过了80%。
国内制备羟基香茅醛的工艺多以香茅醛作为原料，采用亚硫酸钠法生产，先将香茅醛与亚硫酸钠加成以保护醛基，然后在酸催化下水合，最后用碱或甲醛处理释出醛基而成。该方法除了繁琐、产率低的缺点外，还产生大量二氧化硫、硫化氢等恶臭的有毒气体，既污染环境，又损害工作人员身体健康，并且在生产过程中产生大量难于处理的废酸水。1991年，肖等人应用脱水剂促进香茅醛与二乙醇胺缩合生成稳定的噁唑烷衍生物，紧接着缩合物在无机酸催化下水合，然后在保护剂存在下水解，以87.7%的产率得到目标产物羟基香茅醛。该方法选用了价格低且无恶臭的二乙醇胺来保护醛基，降低了生产过程中有毒气体的产生，但反应中硫酸的大量使用仍导致酸性废水难处理，造成一定的环境污染，不符合我国对绿色可持续化学发展的战略目标。
除了利用香茅醛在双键上加水制得羟基香茅醛外，近些年，关于其他原料制备羟基香茅醛也有报道。例如：2001年，Quan等人将7-氧辛醛作为原料，与叔丁基氯二甲基硅烷和咪唑反应，选择性将醛基保护起来，然后利用MeMgCl进行脱保护，以88%的产率得到羟基香茅醛。本方法的优势是选择性保护基TBDMSCl廉价易得，对酸、碱等比较稳定，而且在温和的条件下易于除去。但反应中用到大量的硅烷试剂、镁试剂，不适合工业化生产。2017年，方等人以二氢月桂烯为原料，在固体酸催化下，先生成羟基二氢月桂烯，然后进一步与双氧水发生环氧化反应生产2,6-二甲基-7,8-环氧-2-辛醇，最后在固体酸催化剂催化下发生重排，得到羟基香茅醛，与其他方法相比，该方法路线短，使用的是固体酸催化剂，可降低三废的产生。然而使用的原料二氢月桂烯不容易制备，价格比香茅醛高。
可见，现有合成羟基香茅醛的方法，都会产生有毒气体以及含酸废水，污染环境，影响人们的生活环境，因此，开发一种绿色环保、廉价的羟基香茅醛的合成方法显得尤为重要。
发明内容
本发明针对羟基香茅醛合成存在的问题，提供一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法。本发明方法利用香茅醛和水在POL-PPh3@PdCl2催化下直接一步合成羟基香茅醛，具有绿色环保、廉价、催化效率高、产率高、反应条件温和、生产效率高、工艺简单、无毒无害、无三废排放等优点，为羟基香茅醛的规模化生产打下良好的基础。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法，包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将POL-PPh3、PdCl2、无水THF以质量比为100:5-10:1加入密封容器中加入密封容器中，在25-35℃反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得POL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：以质量比计，取POL-PPh3@PdCl2催化剂1份、香茅醛10-35份、水7-20份和甲苯500-800份，搅拌均匀，在180-200℃下反应10-24h，得反应液；
（3）分馏产物：待反应液冷却，过滤分离回收固体催化剂，再将反应液分馏，收集257℃的馏出液，即为羟基香茅醛。
本发明利用香茅醛和水合成羟基香茅醛的反应机理如下：
作为本发明方案的进一步优化：所述POL-PPh3的制备方法：将1.0g 3V-PPh3溶于10ml THF，然后加入25mg偶氮二异丁腈，混合均匀后转移至反应釜，100℃反应24小时，真空挥发溶剂，得到白色粉末状POL-PPh3。
作为本发明方案的进一步优化：所述3V-PPh3的制备过程如下：将22mmol的PPh3溶于30mlTHF，在0℃下将其缓慢滴入预先制备好的4-乙烯基溴化镁格式试剂，滴加完成后，将反应体系在室温下继续反应2小时，用饱和的NH4Cl溶液猝灭反应，过量的乙酸乙酯萃取，饱和食盐水洗有机相，无水硫酸镁干燥，最后用硅胶柱提纯产品，得到白色3V-PPh3固体。
作为本发明方案的进一步优化：步骤（1）催化剂制备是在填充有惰性气体的密封容器下进行反应。
作为本发明方案的进一步优化：步骤（3）分离的固体催化剂能够重复利用5-10次。
作为本发明方案的进一步优化：步骤（3）分离的固体催化剂用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2-3次，常温风干，即可继续进入下一次催化合成反应。
作为本发明方案的进一步优化：步骤（2）所述合成反应是在回流反应装置中反应。
作为本发明方案的进一步优化：所述香茅醛是从柠檬桉油或香茅提取的天然香茅醛。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
本发明方法利用香茅醛和水在POL-PPh3@PdCl2催化下直接一步合成羟基香茅醛，具有绿色环保、廉价、催化效率高、产率高、反应条件温和、生产效率高、工艺简单、无毒无害、无三废排放等优点，为羟基香茅醛的规模化生产打下良好的基础。
本方法所用的催化剂POL-PPh3@PdCl2是发明人自行研究合成的催化剂，具有催化活性高、可多次循环重复使用、催化效率高、选择性高、无腐蚀、无毒、制备工艺简单、反应条件温和等优点，能够高效催化香茅醛合成对羟基香茅醛，使得羟基香茅醛的产率及生产效率明显提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明所用POL-PPh3的制备方法如下：将1.0g 3V-PPh3溶于10ml THF，然后加入25mg偶氮二异丁腈，混合均匀后转移至反应釜，100℃反应24h，真空挥发溶剂，得到白色粉末状POL-PPh3。
所述3V-PPh3的制备过程如下：将22mmol的PPh3溶于30mlTHF，在0℃下将其缓慢滴入预先制备好的4-乙烯基溴化镁格式试剂，滴加完成后，将反应体系在室温下继续反应2小时，用饱和的NH4Cl溶液猝灭反应，过量的乙酸乙酯萃取，饱和食盐水洗有机相，无水硫酸镁干燥，最后用硅胶柱提纯产品，得到白色3V-PPh3固体。
实施例1
一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法，包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将500mg POL-PPh3和25 mgPdCl2加入25mL填充氮气的密封管中，再加入5 mL 无水THF，在32℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得519mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200 mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛4.629g(30 mmol)、水2.7 g（ 100 mmol）和甲苯150mL，搅拌均匀，在200℃下反应12h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得3.725g羟基香茅醛。
本例羟基香茅醛的产率为80.47%，经过气相色谱检测，羟基香茅醛的纯度达到97%。
催化剂循环使用试验
将步骤（3）分离的固体催化剂用乙酸乙酯和乙醇各洗涤两次，常温下风干，风干后继续进入下一轮催化循环，共循环5次，羟基香茅醛的合成反应条件保持不变。催化剂循环使用1-5次，羟基香茅醛的收率分别为80.31%、80.16%、79.87%、78.24%、76.39%，催化剂循环使用5次后催化活性还保持在95.11%，可多次循环重复使用，减少生产成本。
实施例2
一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法，包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将500mg POL-PPh3和35mgPdCl2加入填充氮气的25mL密封管中，再加入5 mL 无水THF，在35℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得524mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200 mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛6.172g(40mmol)、水4.05g（150mmol）和甲苯160mL，搅拌均匀，在180℃下反应18h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得4.826g羟基香茅醛。
本例羟基香茅醛的产率为78.19%，经过气相色谱检测，羟基香茅醛的纯度达到96%。
实施例3
一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法，包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将250mg POL-PPh3和25mgPdCl2加入填充氮气的25mL密封管中，再加入2.5mL 无水THF，在30℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得264mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200 mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛4.629g(30 mmol)、水3.51g（ 130mmol）和甲苯150mL，搅拌均匀，在190℃下反应10h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得3.676g羟基香茅醛。
本例羟基香茅醛的产率为79.41%，经过气相色谱检测，羟基香茅醛的纯度达到97%。
实施例4
一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法，包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将250mg POL-PPh3和15mgPdCl2加入填充氮气的25mL密封管中，再加入2.5mL 无水THF，在28℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得261mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200 mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛6.943g(45mmol)、水4.05g（ 150mmol）和甲苯160mL，搅拌均匀，在200℃下反应15h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得5.57g羟基香茅醛。
本例羟基香茅醛的产率为80.23%，经过气相色谱检测，羟基香茅醛的纯度达到96%。
实施例5
一种羟基香茅醛的高效绿色合成方法，包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将500mg POL-PPh3和30mgPdCl2加入填充氮气的25mL密封管中，再加入5 mL 无水THF，在30℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得526mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200 mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛5.4g(35mmol)、水3.51g（ 130mmol）和甲苯150mL，搅拌均匀，在190℃下反应20h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得4.244g羟基香茅醛。
本例羟基香茅醛的产率为78.59%，经过气相色谱检测，羟基香茅醛的纯度达到97%。
本发明方法利用香茅醛和水在POL-PPh3@PdCl2催化下直接一步合成羟基香茅醛，具有绿色环保、廉价、催化效率高、产率高、反应条件温和、生产效率高、工艺简单、无毒无害、无三废排放等优点，为羟基香茅醛的规模化生产打下良好的基础。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种羟基香茅醛的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将500mg POL-PPh3和25 mgPdCl2加入25mL填充氮气的密封管中，再加入5 mL 无水THF，在32℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得519mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200 mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛4.629g、水2.7 g和甲苯150mL，搅拌均匀，在200℃下反应12h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得3.725g羟基香茅醛。
2.一种羟基香茅醛的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将250mg POL-PPh3和25mgPdCl2加入填充氮气的25mL密封管中，再加入2.5mL 无水THF，在30℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得264mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200 mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛4.629g、水3.51g和甲苯150mL，搅拌均匀，在190℃下反应10h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得3.676g羟基香茅醛。
3.一种羟基香茅醛的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）催化剂制备：将250mg POL-PPh3和15mgPdCl2加入填充氮气的25mL密封管中，再加入2.5mL 无水THF，在28℃下反应过夜，过滤，去除滤液，滤渣用乙酸乙酯和乙醇各洗涤2次，收集固体，即得261mgPOL-PPh3@PdCl2固体催化剂；
（2）催化合成反应：在500 mL圆底烧瓶中称取200mgPOL-PPh3@PdCl2,加入香茅醛6.943g、水4.05g和甲苯160mL，搅拌均匀，在200℃下反应15h，得反应液；
（3）待反应液冷却，过滤分离固体催化剂，再将反应液经过分馏塔分馏，收集257℃左右的馏出液，即得5.57g羟基香茅醛。
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