CN113233983A - 由酸性深共融溶剂催化合成乙酸芳樟酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由酸性深共融溶剂催化合成乙酸芳樟酯的方法，采用芳樟醇为原料，乙酸酐为酰化剂，在催化剂存在下通过酯化反应合成乙酸芳樟酯的方法，催化剂为具有以下结构的一种酸性深共融溶剂，其中氯化胆碱为氢受体，有机酸为氢供体。本发明的优点在于所使用催化剂制备方法简便、绿色环保且具有较高的活性，催化剂用量较少。温度较低时催化剂为透明粘稠液体，反应结束后通过水洗将催化剂从产物中分离出来，再将水洗液减压蒸馏回收催化剂。回收后的催化剂再次投入反应，循环4次后仍能保持较好的催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及用于以芳樟醇和乙酸酐为原料，通过酯化反应制备乙酸芳樟酯的方法。
背景技术
乙酸芳樟酯是一种具有极高利用价值的香料，在现代日用化学品香料配置过程中有着极高的地位，年需求量较大。现有技术中乙酸芳樟酯主要是通过芳樟醇或脱氢芳樟醇与合适的酰化剂发生酯化反应来制备，酰化剂有乙酸酐、乙酰氯、乙烯酮等。芳樟醇可通过人工提取或通过石油裂解制乙烯副产物的碳五馏分制备而来，且反应只需要进行一步，相对于脱氢芳樟醇来说不需要后续选择性加氢，乙酸酐是一种酰化能力强且成本较为低廉的酰化剂，因此由芳樟醇和乙酸酐制备乙酸芳樟酯的方法是较为优异的。
目前，芳樟醇与乙酸酐反应所用到的催化剂有很多。例如一些酸性催化剂，最开始人们采用磷酸等一些无机酸作催化剂，这种催化剂极易造成副反应的发生，导致乙酸芳樟酯收率较低；后又采用对甲基苯磺酸等一些有机酸作催化剂，收率得到了很大的提高，但难以回收利用，对设备腐蚀性较大；再后来人们合成了一些酸性离子液体作为催化剂，解决了回收问题的同时也提高了乙酸芳樟酯的产率，但制备过程较为复杂且成本较高。除此之外还有一些碱性催化剂，例如4-二甲氨基吡啶，其具有极强的催化作用，对转化率和产率都有了极大的提高，但价格昂贵，无法分离回收，影响产品质量；甲基化改性三聚氰胺作为催化剂解决了分离问题，同时用量较少，也保证了产率，但其制备较为复杂且反应所需温度较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种以芳樟醇和乙酸酐为原料，通过催化剂存在下的酯化反应制备乙酸芳樟酯的方法，所需解决的问题是所采用的催化剂具有较高的活性，价格低廉且能够回收重复利用，其催化反应时所需反应温度、原料配比较为合理，对环境友好无污染。
以下是本发明解决上述问题的技术方案：
一种采用芳樟醇为原料，乙酸酐为酰化剂，两者在催化剂存在下通过酯化反应制备合成乙酸芳樟酯的方法，反应在常压下进行，反应温度为30～50℃，原料投料物质的量比为芳樟醇:乙酸酐＝1:(1～1.6)，反应时间为30～90min，催化剂用量为反应物总量的1～3％。催化剂为由氯化胆碱和有机酸构成的酸性深共融溶剂，
其中氯化胆碱为氢受体，有机酸为氢供体；所述的催化剂中，氢受体氯化胆碱和氢供体有机酸通过氢键连接；氯化胆碱与有机酸的物质的量比为1:0.5～4。酸性深共融溶剂可通过以下方法来制备：在搅拌条件下，氯化胆碱与有机酸在70～80℃条件下搅拌至固体粉末变为透明均一液体；或将氯化胆碱与有机酸充分研磨至固体粉末变为透明均一液体。如本发明先以氯化胆碱为氢受体，对甲基苯磺酸为氢供体合成了催化剂，两者物质的量比为1:2，反应温度为75℃，转速为5～10r/s，应用于乙酸芳樟酯的合成反应当中，对反应工艺条件进行了优化，得到了以上的结果，随后在较优反应工艺条件下，将以三氯乙酸、氯乙酸为氢供体所合成得两种催化剂应用于反应当中，同样对反应起到了促进作用。实际上可以作为氢供体的有机酸不仅仅局限于以上几种，大多数有机酸，例如草酸、柠檬酸、丙酸等均可和氯化胆碱形成氢键，可以通过傅里叶红外光谱测定特征峰的峰位置、峰强度，观察出氢键形成情况。
上述原料投料比最好为芳樟醇和乙酸酐的物质的量比为1:1～1.3，反应时间为30～60min。
较现有技术来说，原料投料物质的量比较小，实际反应中乙酸酐的量可以适当增大，这样有利于正方向反应，但没有太大必要，在适当温度、时间下，芳樟醇和乙酸酐的物质的量比为1:1.3时已经反应的较为充分，增加乙酸酐的量反而会加剧副反应。
本发明的优点在于：所使用催化剂活性较高，酯化反应速率大大提高，同时所需反应温度较低，反应时间较短。催化剂本身是由较为低廉的原料通过简单混合而成，其制备方法简便、绿色环保且具有优越的性能，催化剂使用量较少。温度较低时催化剂为透明粘稠液体，反应结束后可通过水洗将催化剂从产物中分离出来，再将水洗液减压蒸馏回收催化剂，不影响产品品质，环境友好无污染。回收后的催化剂再次投入反应，循环4次后仍能保持较好的催化活性。
附图说明
图1为实施例4所用催化剂ChCl/2PTSA、ChCl、PTSA红外光谱图。
图2为实施例4所用催化剂ChCl/2PTSA、ChCl、PTSA红外光谱局部放大图。
具体实施方式
下面将通过实例对本发明进行进一步描述，主要包括催化剂的制备及一些乙酸芳樟酯合成过程中的反应条件。在实例中转化率、选择性及收率的计算方法如下：
收率＝转化率×选择性
实施例1～9
(1)催化剂的制备：
向250mL圆底烧瓶中分别加入氯化胆碱(ChCl)和对甲基苯磺酸(PTSA)，两者物质的量比为1:2，放入磁石，盖好瓶塞，在瓶口处裹上一层保鲜膜，防止水分进入。将圆底烧瓶置于恒温磁力搅拌器上，在5～10r/s的转速下搅拌升温至75℃左右，稳定大约3个小时，固体粉末变为透明均一液体即可。随后将其倒出冷却至室温后即得到催化剂成品(ChCl/2PTSA)。
实施例4催化剂通过Spectrum two型红外光谱仪测定特征峰的峰位置、峰强度来判断氢键形成情况。如图1为ChCl/2PTSA、ChCl、PTSA红外光谱图，图2(左)为波数1600～2000cm-1局部放大图，对甲基苯磺酸中H3O+相关峰在形成深共融溶剂后消失了，这表明与氢受体形成了新的氢键作用。图2(右)为波数3000～3800cm-1局部放大图，观察出氯化胆碱中羟基峰从3254.35cm-1移动到了3391.39cm-1，发生了红移，同时峰强度减小，这表明羟基与氢受体之间形成了氢键；对甲基苯磺酸中缔合羟基峰(3407.78cm-1)减弱，同时峰带变宽，说明对甲基苯磺酸中原有羟基缔合发生改变，形成了新的氢键作用。
(2)乙酸芳樟酯的制备：
将设想量的芳樟醇和催化剂依次加入到100mL三口烧瓶中，随后置于恒温磁力搅拌器上，均匀滴加设想量的乙酸酐，在设想温度下以5～10r/s的转速搅拌反应一段时间。冷却至室温后进行水洗，对油相进行减压蒸馏得到粗产品，对水洗液进行减压蒸馏回收催化剂。
实施例10～13
将上述实施例4反应后的催化剂回收，补齐损失量，在同实施例4相同酯化反应条件和操作流程下循环了4次，实施例10～13分别为第1～4次的循环过程结果。
实施例1～13的具体投料比、反应温度、反应时间、催化剂用量及反应结果见下表1。
表1实施例1～13反应工艺条件及反应结果
实施例14～15
(1)催化剂的制备：
向研钵中先后加入氯化胆碱及三氯乙酸，两者物质的量比为1:2，充分研磨至固体粉末变为透明均一液体即可。以氯乙酸为氢供体制备催化剂方法同上。
(2)乙酸芳樟酯的制备：
在同施实例4相同酯化反应条件和操作流程下分别以氯化胆碱/三氯乙酸(氯化胆碱与三氯乙酸的物质的量比为1:2)、氯化胆碱/氯乙酸(氯化胆碱与氯乙酸的物质的量比为1:2)两种深共融溶剂为催化剂进行酯化反应。反应结果见下表2。
表2实施例14～15反应结果
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种由酸性深共融溶剂催化合成乙酸芳樟酯的方法，其特征在于，采用芳樟醇为原料，乙酸酐为酰化剂，在催化剂存在下通过酯化反应合成乙酸芳樟酯，反应在常压条件下进行，反应温度为30～50℃，原料投料物质的量比为芳樟醇:乙酸酐＝1:1～1.6，反应时间为30～90min，催化剂用量为反应物总质量的1～3％，所述的催化剂是具有以下结构的酸性深共融溶剂：
其中氯化胆碱为氢受体，有机酸为氢供体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂中，氢受体氯化胆碱和氢供体有机酸通过氢键连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化胆碱与有机酸的物质的量比为1:0.5～4。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在搅拌条件下，氯化胆碱与有机酸在70～80℃条件下反应至固体粉末变为透明均一液体；或将氯化胆碱与有机酸研磨至固体粉末变为透明均一液体。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂中，所述有机酸为对甲基苯磺酸、三氯乙酸、氯乙酸、草酸、柠檬酸或丙酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应结束后通过水洗将催化剂从产物中分离出来，再将水洗液减压蒸馏回收催化剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制芳樟醇和乙酸酐的物质的量比为1:1～1.3，控制反应时间为30～60min。
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| CN104262141A (zh) * | 2014-09-29 | 2015-01-07 | 江西师范大学 | 一种离子液体高效催化合成萜烯酯的方法 |
| CN106928055A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-07-07 | 南阳理工学院 | 一种采用胆碱类低共熔溶剂催化合成阿司匹林的方法 |
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2021
- 2021-05-08 CN CN202110501937.7A patent/CN113233983A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN115433301A (zh) * | 2022-10-12 | 2022-12-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种乙烯-乙烯醇共聚物及其制备方法和应用 |
| CN115433301B (zh) * | 2022-10-12 | 2024-02-02 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种乙烯-乙烯醇共聚物及其制备方法和应用 |
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