CN113861146A - 一种天然δ-癸内酯的合成工艺 - Google Patents

一种天然δ-癸内酯的合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天然δ‑癸内酯的合成工艺,属于食品添加剂技术领域,本发明中以糠醛和正戊醇为原料,经氯化、格式偶联、Piancatelli重排、加氢、氧化得到天然δ‑癸内酯。本发明一种天然δ‑癸内酯的合成工艺中制备的δ‑癸内酯纯度可达98%以上、同位素质谱C14检测天然度95%以上,解决了δ‑癸内酯合成路线复杂,收率较低的问题;本发明实验方法简便易行,反应条件温和,实验条件易于实现,易于控制,且具有原料易得、来源丰富、产率较高、所使用的催化剂可重复使用等特点。

Description

一种天然δ-癸内酯的合成工艺
技术领域
本发明属于食品添加剂技术领域,具体地,涉及一种天然δ-癸内酯的合成工艺。
背景技术
天然δ-癸内酯是重要的有机化合物和中间体,丁位内酯系列化合物是具有奶香、椰子香、果香等香型的重要食品香料,广泛应用于糖果、软饮料、冰淇淋、烘烤食品。人造奶油、糕点、饲料等产品中。其中以丁位癸内酯和丁位十二内酯最为重要。GB2760规定为允许使用的食品用香料。用于杏仁、樱桃、黄油、奶油等食用香精,也用于烟草香精。
关于δ-内酯的合成方法,综合起来主要有以下两种方法:一是用环己二酮与溴代正己烷反应,再氧化开环、还原和环合而得δ-癸内酯,此法合成过程较繁琐,产率较低;二是用戊二酸二乙酯进行Dieckmann缩合,再用无水K2CO3在丙酮中与溴代正庚烷反应,经脱酸、氧化得δ-癸内酯,此法成本合理,但步骤较长,收率不高。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题,本发明提供一种天然δ-癸内酯的合成工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种天然δ-癸内酯的合成工艺,包括如下步骤:
第一步、向反应釜内加入正戊醇和质量分数32%的盐酸溶液,开启搅拌,升温至85-90℃,保温反应2h;继续升温至94-98℃,保温反应20h,反应过程以回流比3/5采出粗品;反应结束,进行后处理,得到中间体1;其中,正戊醇和盐酸溶液的质量比为800:1035;本步骤为正戊醇和质量分数32%的盐酸溶液反应,精馏后制得中间体1;
后处理过程如下:釜底粗品分层,其中油相为戊醇与戊醚的混合物,水相为稀盐酸,向粗品中加入5%碳酸氢钠溶液,调节pH值为7-8;分层,油相加入浓硫酸,浓硫酸的添加量为粗品质量的9%,室温搅拌1h,分层,油相用水洗涤两次;再用5%碳酸氢钠溶液调节pH值为7-8,分层,升温回流除水1h,得到中间体1;
反应过程如下所示:
Figure BDA0003328769330000021
第二步、在氮气保护条件下,向釜内加入镁屑、四氢呋喃和溴戊烷,维持温度20-30℃,搅拌10min,得到格式试剂,维持反应釜60-80℃,向格式试剂中滴加中间体1,2h滴加结束,维持温度继续反应1h后,降温至20-30℃,然后滴加糠醛,2h滴加结束,维持温度继续反应1h;反应结束后,进行后处理,得到中间体2;其中,镁屑、四氢呋喃、溴戊烷、中间体1和糠醛的用量质量比为57:50:5:120:100;本步骤为反应得到格式试剂再与糠醛发生加成反应得到中间体2;
后处理过程如下:将反应液在常压下升温回收四氢呋喃,回收结束,将反应液降温至20-30℃;用质量分数6.4%的稀盐酸调节pH值为2-4,滴加过程中维持温度≤30℃,分层,油相用质量分数2%氢氧化钠水溶液碱洗3次;升温负压回收甲苯,至釜温100℃,得到中间体2;
反应过程如下所示:
Figure BDA0003328769330000022
第三步、向高压反应釜中加入中间体2和去离子水,用盐酸溶液调节pH值为6,在氮气保护条件下,开启搅拌,升温至150℃,控制釜内压力为0.5MPa,保持温度不变,反应10h,反应结束,降温,进行后处理,得到中间体3;其中,中间体2和去离子水的质量比为2:13;中间体2发生Piancatelli重排得到中间体3;
后处理过程如下所示:反应液加入甲苯稀释,从反应釜中抽出,分液除去水相,升温回收甲苯,釜温40℃,开始采出甲苯,釜温升至105℃左右,无甲苯采出回收结束。升温闪蒸,釜温110℃左右开始采出,釜温达到140℃闪蒸结束,得到中间体3;
反应过程如下所示:
Figure BDA0003328769330000031
第四步、向加氢釜内加入中间体3、催化剂和甲苯,分别用氮气置换五次、氢气置换三次,维持釜温30℃、釜压1.0MPa,持续通氢反应约20h,釜内压力无下降时,取样GC监控,反应结束后,氮气置换,过滤催化剂,得到中间体4的甲苯溶液;其中,中间体3、催化剂和甲苯的用量质量比为300:15:900;中间体3经过催化加氢得到中间体4;
向釜内加入中间体4的甲苯溶液与对甲苯磺酸,釜内温度上升至85℃开始回流;持续分水至釜温达到118℃,无水分出取样GC监控,反应完全,降温。向所得反应液中加入5%碳酸氢钠溶液搅拌,调节pH值为8,分层得到中间体5的甲苯溶液;其中,中间体4的甲苯溶液和对甲苯磺酸的用量比为1200:1.5;中间体4在对甲苯磺酸作用下回流脱水得到中间体5;
向加氢釜内加入中间体5的甲苯溶液和催化剂,分别用氮气置换五次、氢气置换三次,维持釜压1.0MPa,釜温50℃,持续通氢反应14h,釜内压力无下降时,取样GC监控;反应结束后,氮气置换,过滤催化剂,得到中间体6的甲苯溶液;进行后处理,得到中间体6;其中,中间体5的甲苯溶液和催化剂的用量质量比为1200:15;中间体5经过催化加氢,得到中间体6;催化剂为钯碳;
后处理过程如下:将中间体6的甲苯溶液负压脱除去甲苯得到中间体6粗品;精分釜内加入中间体6粗品,精分;以回流比1/5收集粗品重量9%左右的前馏分,此前馏分可留待下一批套用;以回流比3/5收集主馏分,收集中间体6;
反应过程如下所示:
Figure BDA0003328769330000041
第五步、向釜内加入中间体6、醋酸钠;缓慢滴加过氧乙酸,3-4h滴加结束,滴加完后在20-30℃条件下反应4h,GC监测反应完全,进行后处理,得到天然δ-癸内酯;其中,中间体6、醋酸钠和过氧乙酸的用量质量比为5:1:10;中间体6与过氧乙酸发生拜耳-维立格氧化重排得到天然δ-癸内酯。
后处理过程如下:将反应液使用去离子水洗涤三次,除去大部分酸性溶液后,倒入三口烧瓶中,开启水环真空泵负压下升温脱去残留的酸性溶液,釜温约45℃,开始采出,釜温升至105℃左右,无采出回收结束;釜中剩余为天然δ-癸内酯粗品;精分釜内加入天然δ-癸内酯粗品,升温精分;以回流比2/5收集前馏分,此前馏分可留待下一批套用;以回流比3/5收集主馏分,收集主馏分过程中顶温始终维持在110℃。
反应过程如下所示:
Figure BDA0003328769330000051
本发明的有益效果:
本发明以糠醛和正戊醇为原料,经氯化、格式偶联、Piancatelli重排、加氢、氧化得到天然δ-癸内酯,制备的δ-癸内酯纯度可达98%以上、收率高,解决了δ-癸内酯合成路线复杂,收率较低的问题;本发明实验方法简便易行,反应条件温和,实验条件易于实现,易于控制,且具有原料易得、来源丰富、产率较高、所使用的催化剂可重复使用等特点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
建带有恒温磁力搅拌器、精馏装置、尾气吸收装置的2000mL合成精分一体装置,向反应釜内加入800g正戊醇和1035g质量分数32%的盐酸溶液,开启搅拌,升温至85℃,保温反应2h;继续升温至94℃,保温反应20h,反应过程以回流比3/5采出粗品;反应结束,进行后处理,得到中间体1;重350g,GC含量99.56%。
后处理过程如下:釜底粗品分层,其中油相为戊醇与戊醚的混合物,水相为稀盐酸,向粗品中加入5%碳酸氢钠溶液,调节pH值为7;分层,油相加入浓硫酸,浓硫酸的添加量为粗品质量的9%,室温搅拌1h,分层,油相用水洗涤两次;再用5%碳酸氢钠溶液调节pH值为7,分层,升温回流除水1h,得到中间体1。
实施例2
建带有恒温磁力搅拌器、精馏装置、尾气吸收装置的2000mL合成精分一体装置,向反应釜内加入800g正戊醇和1035g质量分数32%的盐酸溶液,开启搅拌,升温至90℃,保温反应2h;继续升温至98℃,保温反应20h,反应过程以回流比3/5采出粗品;反应结束,进行后处理,得到中间体1;重352g,GC含量99.55%。
后处理过程如下:釜底粗品分层,其中油相为戊醇与戊醚的混合物,水相为稀盐酸,向粗品中加入5%碳酸氢钠溶液,调节pH值为8;分层,油相加入浓硫酸,浓硫酸的添加量为粗品质量的9%,室温搅拌1h,分层,油相用水洗涤两次;再用5%碳酸氢钠溶液调节pH值为8,分层,升温回流除水1h,得到中间体1。
实施例3
搭建带有恒温磁力搅拌器、球形冷凝管、滴加装置的1000mL合成反应釜,在氮气保护条件下,向釜内加入57g镁屑、50g四氢呋喃和5g溴戊烷,维持温度20℃,搅拌10min,得到格式试剂,维持反应釜60℃,向格式试剂中滴加120g中间体1,2h滴加结束,维持温度继续反应1h后,降温至20℃,然后滴加100g糠醛,2h滴加结束,维持温度继续反应1h;反应结束后,进行后处理,得到中间体2;重170g,GC含量为88.33%。
后处理过程如下:将反应液在常压下升温回收1/3的四氢呋喃,回收结束,将反应液降温至20℃;用质量分数6.4%的稀盐酸调节pH值为2,滴加过程中维持温度≤30℃,分层,油相用质量分数2%氢氧化钠水溶液碱洗3次;升温负压回收甲苯,至釜温100℃,得到中间体2。
实施例4
搭建带有恒温磁力搅拌器、球形冷凝管、滴加装置的1000mL合成反应釜,在氮气保护条件下,向釜内加入57g镁屑、50g四氢呋喃和5g溴戊烷,维持温度30℃,搅拌10min,得到格式试剂,维持反应釜80℃,向格式试剂中滴加120g中间体1,2h滴加结束,维持温度继续反应1h后,降温至30℃,然后滴加100g糠醛,2h滴加结束,维持温度继续反应1h;反应结束后,进行后处理,得到中间体2;重172g,GC含量为88.25%。
后处理过程如下:将反应液在常压下升温回收1/3的四氢呋喃,回收结束,将反应液降温至30℃;用质量分数6.4%的稀盐酸调节pH值为4,滴加过程中维持温度≤30℃,分层,油相用质量分数2%氢氧化钠水溶液碱洗3次;升温负压回收甲苯,至釜温100℃,得到中间体2。
实施例5
向2L高压反应釜中加入100g中间体2和650g去离子水,用盐酸溶液调节pH值为6,在氮气保护条件下,开启搅拌,升温至150℃,控制釜内压力为0.5MPa,保持温度不变,反应10h,反应结束,降温,进行后处理,得到中间体3;重65g,GC含量为86.83%。
后处理过程如下所示:反应液加入甲苯稀释,从反应釜中抽出,分液除去水相,升温回收甲苯,釜温40℃,开始采出甲苯,釜温升至105℃左右,无甲苯采出回收结束。将水环真空泵更换为油泵,开启油泵升温闪蒸,釜温110℃左右开始采出,釜温达到140℃闪蒸结束,得到中间体3。
实施例6
向2L加氢釜内加入300g中间体3、15g催化剂和900g甲苯,分别用氮气置换五次、氢气置换三次,维持釜温30℃、釜压1.0MPa,持续通氢反应约20h,釜内压力无下降时,取样GC监控,反应结束后,氮气置换,过滤催化剂,得到中间体4的甲苯溶液;
搭建带有恒温磁力搅拌器、球形冷凝管、分水器的2000mL回流分水反应釜,向釜内加入1200g中间体4的甲苯溶液与1.5g对甲苯磺酸,釜内温度上升至85℃开始回流;持续分水至釜温达到118℃,无水分出取样GC监控,反应完全,降温。向所得反应液中加入5%碳酸氢钠溶液搅拌,调节pH值为8,分层得到中间体5的甲苯溶液;
向2L加氢釜内加入1200g中间体5的甲苯溶液和催化剂,分别用氮气置换五次、氢气置换三次,维持釜压1.0MPa,釜温50℃,持续通氢反应14h,釜内压力无下降时,取样GC监控;反应结束后,氮气置换,过滤催化剂,得到中间体6的甲苯溶液;进行后处理,得到中间体6;重230g,GC含量97%。
后处理过程如下:将中间体6的甲苯溶液负压脱除去甲苯得到中间体6粗品;精分釜内加入中间体6粗品,开启油泵、加热套,升温精分;以回流比1/5收集粗品重量9%左右的前馏分,中间体6含量<95%,此前馏分留待下一批套用;以回流比3/5收集主馏分,收集中间体6。
其中,催化剂为钯碳。
实施例7
搭建带有恒温磁力搅拌器、滴加装置的1000mL合成反应釜,向釜内加入200g中间体6、40g醋酸钠;400g缓慢滴加过氧乙酸,约3h滴加结束,滴加完后在20℃条件下反应4h,GC监测反应完全,进行后处理,得到天然δ-癸内酯;重150g,GC含量98.5%;同位素质谱C14检测天然度大于95%。
后处理过程如下:将反应液使用去离子水洗涤三次,除去大部分酸性溶液后,倒入三口烧瓶中,开启水环真空泵负压下升温脱去残留的酸性溶液,釜温约45℃,开始采出,釜温升至105℃左右,无采出回收结束;釜中剩余为天然δ-癸内酯粗品;精分釜内加入天然δ-癸内酯粗品,开启油泵、加热套,升温精分;以回流比2/5收集前馏分,天然δ-癸内酯含量<98.0%,此前馏分留待下一批套用;以回流比3/5收集主馏分,天然δ-癸内酯含量>98.0%,收集主馏分过程中顶温始终维持在110℃。
实施例8
搭建带有恒温磁力搅拌器、滴加装置的1000mL合成反应釜,向釜内加入200g中间体6、40g醋酸钠;缓慢滴加400g过氧乙酸,约4h滴加结束,滴加完后在30℃条件下反应4h,GC监测反应完全,进行后处理,得到天然δ-癸内酯;重151g,GC含量98.4%;同位素质谱C14检测天然度大于95%。
后处理过程如下:将反应液使用去离子水洗涤三次,除去大部分酸性溶液后,倒入三口烧瓶中,开启水环真空泵负压下升温脱去残留的酸性溶液,釜温约45℃,开始采出,釜温升至105℃左右,无采出回收结束;釜中剩余为天然δ-癸内酯粗品;精分釜内加入天然δ-癸内酯粗品,开启油泵、加热套,升温精分;以回流比2/5收集前馏分,天然δ-癸内酯含量<98.0%,此前馏分留待下一批套用;以回流比3/5收集主馏分,天然δ-癸内酯含量>98.0%,收集主馏分过程中顶温始终维持在110℃。
在说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,以糠醛和正戊醇为原料,经氯化、格式偶联、Piancatelli重排、加氢、氧化得到天然δ-癸内酯;氯化步骤如下:
向反应釜内加入正戊醇和质量分数32%的盐酸溶液,开启搅拌,升温至85-90℃,保温反应2h;继续升温至94-98℃,保温反应20h,反应过程以回流比3/5采出粗品;反应结束,进行后处理,得到中间体1;正戊醇和盐酸溶液的质量比为800:1035。
2.根据权利要求1所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,格式偶联步骤如下:
在氮气保护条件下,向釜内加入镁屑、四氢呋喃和溴戊烷,维持温度20-30℃,搅拌10min,得到格式试剂,维持反应釜60-80℃,向格式试剂中滴加中间体1,维持温度继续反应1h后,降温至20-30℃,然后滴加糠醛,维持温度继续反应1h;反应结束后,进行后处理,得到中间体2。
3.根据权利要求2所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,Piancatelli重排步骤如下:
向高压反应釜中加入中间体2和去离子水,调节pH值,在氮气保护条件下,开启搅拌,升温至150℃,控制釜内压力为0.5MPa,保持温度不变,反应10h,反应结束,降温,进行后处理,得到中间体3。
4.根据权利要求3所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,加氢步骤如下:
向加氢釜内加入中间体3、催化剂和甲苯,分别用氮气置换五次、氢气置换三次,维持釜温30℃、釜压1.0MPa,持续通氢反应,反应结束后,氮气置换,过滤催化剂,得到中间体4的甲苯溶液;其中,中间体3、催化剂和甲苯的用量质量比为300:15:900;
向釜内加入中间体4的甲苯溶液与对甲苯磺酸,釜内温度上升至85℃开始回流;持续分水至釜温达到118℃,反应完全,降温,向所得反应液中加入5%碳酸氢钠溶液搅拌,调节pH值为8,分层得到中间体5的甲苯溶液;其中,中间体4的甲苯溶液和对甲苯磺酸的用量比为1200:1.5;
向加氢釜内加入中间体5的甲苯溶液和催化剂,分别用氮气置换五次、氢气置换三次,维持釜压1.0MPa,釜温50℃,持续通氢反应14h,反应结束后,氮气置换,过滤催化剂,得到中间体6的甲苯溶液;进行后处理,得到中间体6;其中,中间体5的甲苯溶液和催化剂的用量质量比为1200:15。
5.根据权利要求4所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,氧化步骤如下:
向釜内加入中间体6、醋酸钠;缓慢滴加过氧乙酸,滴加完后在20-30℃条件下反应4h,进行后处理,得到天然δ-癸内酯。
6.根据权利要求2所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,镁屑、四氢呋喃、溴戊烷、中间体1和糠醛的用量质量比为57:50:5:120:100。
7.根据权利要求3所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,中间体2和去离子水的质量比为2:13;pH值调节为6。
8.根据权利要求4所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,催化剂为钯碳。
9.根据权利要求5所述的一种天然δ-癸内酯的合成工艺,其特征在于,中间体6、醋酸钠和过氧乙酸的用量质量比为5:1:10。
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