CN114456146B - 一种合成西瓜酮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合成西瓜酮的方法。以4‑甲基邻苯二酚、1,3‑二氯丙酮为原料，在有机溶剂中反应得到西瓜酮，所述反应在催化剂的存在下进行，所述催化剂为阴离子交换树脂。所述有机溶剂的沸点为300～350℃。所述方法还包括在搅拌下进行的动态重结晶和传统静态重结晶相结合的重结晶后处理。本发明的方法为一步反应，使用的催化剂反应选择性高，产品收率和纯度高，且不影响产品的香气。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成西瓜酮的方法。
背景技术
西瓜酮，即7-甲基-3,4-二氢-2H-1,5-苯并二氧杂卓-3-酮，国外商品名为Calone/Watermelon ketone，其结构如下：
西瓜酮外观为白色粉末晶体状固体，熔点37-41℃，沸点305℃，1g西瓜酮溶于5mL的95％乙醇。西瓜酮不仅具有清新的、瓜果样的、柔甜的气息，还带有海洋的、藻类的、给人梦幻般的感觉，广泛应用于医药、食品、洗化等产品的加香。西瓜酮是高附加值精细化学品，市场需求量逐年增加，前景广阔。
目前，以4-甲基邻苯二酚和二氯丙酮为原料，制备得到西瓜酮是其合成方式之一。
张静在硕士论文《西瓜酮合成的工艺研究》中公开了：采用4-甲基邻苯二酚与1,3-二氯丙酮为原料，经过缩合成环得到第一步产物，然后再在Na2CO3提供的碱性环境下重排得到最终产物西瓜酮，该方法收率为60％，但是该方法采用分步合成，步骤繁琐，且收率较低。具体反应式如下：
中国专利CN101429188A公开了通过“一锅法”以4-甲基邻苯二酚与1,3-二氯丙酮为起始原料，再加入无机或有机碱、PEG-400、碘化钾、甲醇等合成了粗产品西瓜酮，粗产品经过纯化后得到纯品西瓜酮，该方法收率为46％，产品纯度为99.1％。该方法虽然为一步反应，但是收率更低。
中国专利CN103058984B公开了一种在“一锅法”工艺的基础上，采用无机碱溶液和4-甲基邻苯二酚反应，常压下用甲苯将水完全带出，然后加入有机胺、碘化胺和1,3-二氯丙酮相继反应，经纯化后，产率为83％，产品纯度99.3％。该方法的反应体系复杂，除催化剂外，还需要加入有机胺和碘化胺，而二者不易回收，因此存在潜在的环保风险，同时可能影响产品的香气。
中国专利CN102584781B公开了一种西瓜酮的制备纯化方法，以4-甲基邻苯二酚与1,3-二氯丙酮为原料制备西瓜酮粗品，经过成肟结晶纯化得到高纯度的西瓜酮肟，然后用氧化或还原或水解的方法脱肟得到高纯度的西瓜酮。该方法的纯化步骤繁杂，且涉及化学反应，此外该专利并未具体公开最终西瓜酮的纯度。
发明内容
针对现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种改进的合成西瓜酮的方法，该方法为一步反应，收率高，产品纯度高，且不影响产品的香气。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种合成西瓜酮的方法，所述方法以4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮为原料，在有机溶剂中反应得到所述西瓜酮，所述反应在催化剂的存在下进行，所述催化剂为阴离子交换树脂。
进一步地，所述阴离子交换树脂为大孔碱性苯乙烯系阴离子交换树脂或大孔碱性丙烯酸系阴离子交换树脂。
在本发明的一些具体实施方案中，所述阴离子交换树脂选自D201、D202、D301、D311和D211中的一种或多种的组合。
在本发明的一些具体实施方案中，所述阴离子交换树脂的粒径为10～20目。
本发明人通过研究发现，阴离子交换树脂可以作为4-甲基邻苯二酚和1,3-二氯丙酮反应合成西瓜酮的催化剂，使用该阴离子交换树脂催化剂，可以实现上述反应一步法合成，且副反应少，反应选择性高，产率高。
在本发明的一些具体实施方案中，所述有机溶剂的沸点为300～350℃。
进一步地，所述有机溶剂选自二苯甲酮、十八烷或二十烷中的一种或多种的组合。
合成西瓜酮的传统工艺采用的溶剂沸点通常较低，后处理中回收溶剂后再蒸馏纯化西瓜酮粗产品。此时，一方面受溶剂沸点限制，反应温度必须较低，导致反应时间长；另一方面，西瓜酮粗产品精馏时，受高温和脚料的影响，导致产品变质，且高温下低沸点溶剂蒸出，会导致反应液体系较浓，加剧产品损失。本发明人通过研究发现，采用沸点为300～350℃的有机溶剂作为反应溶剂，该反应溶剂的沸点高于西瓜酮产品的沸点，如此可以提高反应温度，加快反应速度；此外，在西瓜酮减压精馏的后处理过程中，由于西瓜酮产品先于高沸点有机溶剂蒸出，减压精馏体系浓度较小，可以有效降低产品的损失，进而提高产率。
在本发明的一些具体实施方案中，所述方法还包括后处理，所述后处理为减压精馏、重结晶。
进一步地，所述重结晶的溶剂为乙酸乙酯和正己烷的混合溶剂。
进一步地，所述重结晶包括先在搅拌下进行的动态重结晶，再进行静态重结晶。
在本发明的一些具体实施方案中，所述混合溶剂中乙酸乙酯和正己烷的质量比为1:1.5～4。
优选地，所述混合溶剂中乙酸乙酯和正己烷的质量比为1：2～3。
进一步优选地，所述混合溶剂中乙酸乙酯和正己烷的质量比为1：2。
在本发明的一些具体实施方案中，所述动态重结晶和所述静态重结晶的温度均为-20～0℃。
优选地，所述动态重结晶和所述静态重结晶的温度均为-10℃～0℃。
进一步优选地，所述动态重结晶和所述静态重结晶的温度均为-10℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述动态重结晶的时间为8～15h。
优选地，所述动态重结晶的时间为10～12h。
在本发明的一些具体实施方案中，所述静态重结晶的时间为8～15h。
在重结晶后处理时，通常采用静态重结晶，此时增加溶剂的使用量可以提高晶体纯度，或者增加静态重结晶的次数也可以提高晶体纯度，但静态重结晶时，晶体中容易包藏溶剂，杂质等。因此，传统的重结晶方式，会使用大量溶剂，且还需要反复精馏提纯回收，或者反复重结晶，造成工艺效率低下，影响产品纯度和收率，且成本提高。
本发明采用搅拌下进行的动态重结晶和传统的静态重结晶相结合，既提高了西瓜酮产品的纯度、收率，且使得纯化工艺简单，成本降低。
在本发明的一些具体实施方案中，所述4-甲基邻苯二酚的质量空速为0.1-2h-1。
在本发明的一些具体实施方案中，所述1,3-二氯丙酮与所述4-甲基邻苯二酚的摩尔比为0.9～1.1:1。
优选地，所述1,3-二氯丙酮与所述4-甲基邻苯二酚的摩尔比为0.95～1.05:1。
在本发明的一些具体实施方案中，所述有机溶剂与所述4-甲基邻苯二酚的质量比为0.3～1.5:1。
优选地，所述有机溶剂与所述4-甲基邻苯二酚的质量比为0.5～1.0:1。
在本发明的一些具体实施方案中，所述反应的压力为常压，所述反应的温度为105-120℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述反应在惰性气体的保护下进行。
优选地，所述惰性气体为氮气。
本发明所述的一种合成西瓜酮的方法可以采用本领域公知的工艺进行，包括但不限于间歇釜式、固定床等本领域技术人员所熟知的工艺。
在本发明的一些具体实施方案中，所述反应采用间歇釜式。
进一步地，所述方法包括以下步骤：在惰性气体的保护下，将所述4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮、有机溶剂和催化剂加入到反应釜中进行反应，得到反应液，所述反应液经后处理得到所述西瓜酮。
在本发明的另一些具体实施方案中，所述反应在装有所述催化剂的固定床反应器中连续进行。
进一步地，所述阴离子交换树脂从所述固定床反应器的底端开始装填，填充高度为固定床反应器高度的50％-70％，填充密度为0.65～0.75g/cm3。
在本发明的一些优选实施方案中，所述固定床反应器的高度为40～60cm，所述阴离子树脂的填充高度为23～27cm。
在本发明的一些具体实施方案中，所述合成西瓜酮的方法包括以下步骤：在惰性气体的保护下，将所述4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮溶于所述有机溶剂中，得到原料溶液，将所述原料溶液通入装有所述催化剂的固定床反应器中进行反应，得到反应液，所述反应液经后处理得到所述西瓜酮。
在本发明的一些优选实施方案中，所述后处理包括如下步骤：
(1)对所述反应液进行减压精馏，收集西瓜酮馏分，回收所述有机溶剂；
(2)将所述西瓜酮馏分与乙酸乙酯和正己烷的混合溶剂混合，在搅拌下进行动态重结晶得到西瓜酮晶体；
(3)将所述西瓜酮晶体溶解在乙酸乙酯和正己烷的混合溶剂中，进行静态重结晶，得到所述西瓜酮。
进一步地，所述步骤(2)中，所述西瓜酮馏分与所述混合溶剂的质量比为1:0.5～2。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述西瓜酮馏分与所述混合溶剂的质量比为1:1.2。
进一步地，所述步骤(3)中，所述西瓜酮晶体与所述混合溶剂的质量比为1:0.5～2。
进一步优选地，所述步骤(3)中，所述西瓜酮馏分与所述混合溶剂的质量比为1:1.2。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明采用阴离子交换树脂作为反应催化剂，可以实现一步反应法，且该催化剂反应选择性好，副反应少，使得反应收率高达92.4％。
本发明可以采用间歇式，也可以采用连续式合成，采用固定床反应器时可以实现连续化生产，利于提高产能，降低劳动强度。
本发明采用沸点为300-350℃的有机溶剂作为反应溶剂，可以有效降低后处理过程中产品的损失。
本发明采用动态重结晶和静态重结晶相结合的重结晶方式，可以进一步提高产品的纯度，纯度可达99.5％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
向内径为12mm，长为40cm的固定床反应器中加入20g阴离子树脂D301。阴离子树脂粒度为10～20目，从反应器底端开始装填，填充高度为25cm，填充密度为0.7g/cm3。在氮气保护下，将溶于二苯甲酮中的4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮(其中1,3-二氯丙酮与4-甲基邻苯二酚的摩尔比n二氯/n二酚为1:1，二苯甲酮与4-甲基邻苯二酚的质量比m溶剂/m二酚为0.5:1)通入固定床反应器中，常压下，在空速为1.0h-1，反应温度为110℃的条件下进行反应。收集一段时间的反应液(共通入原料4-甲基邻苯二酚124g)，减压精馏收集西瓜酮馏分，为173.3g。将173.3g收集的西瓜酮馏分转移至两口瓶中，加入200g乙酸乙酯和正己烷的混合溶剂(乙酸乙酯和正己烷的质量比为1:2)，然后置于低温槽中，设定温度为-10℃，由室温开始降温，达到-10℃后继续结晶12h，过滤，最终得白色结晶西瓜酮165.8g，纯度为99.0％，收率为92.2％。
实施例2
向内径为12mm，长为40cm的固定床反应器中加入20g阴离子树脂D301，阴离子树脂粒度为10～20目，从反应管底端开始装填，填充高度为25cm，填充密度为0.7g/cm3。在氮气保护下，将溶于二苯甲酮中的4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮(其中1,3-二氯丙酮与4-甲基邻苯二酚的摩尔比n二氯/n二酚为1:1，二苯甲酮与4-甲基邻苯二酚的质量比m溶剂/m二酚为0.5:1)通入固定床反应器中，常压下，在空速为1.0h-1，反应温度为110℃的条件下进行反应。收集一段时间的反应液(共通入原料4-甲基邻苯二酚124g)，减压精馏收集西瓜酮馏分173.3g；将西瓜酮馏分转移至两口瓶中，加入200g乙酸乙酯和正己烷混合溶剂(乙酸乙酯和正己烷的质量比为1:2)，然后置于低温槽中，放入搅拌桨搅拌均匀，转速为200rpm，设定温度-10℃，由室温开始降温，达到-10℃后继续搅拌结晶12h，经过滤后将得到的晶体再次溶解于200g乙酸乙酯和正己烷混合溶剂中(乙酸乙酯和正己烷的质量比为1:2)，然后置于低温槽中，设定温度-10℃，由室温开始降温，达到-10℃后继续结晶12h，过滤，最终得白色结晶西瓜酮165.2g，纯度为99.5％，收率为92.3％。将该催化剂进行长周期运行，经过1000h，产物西瓜酮的纯度为99.4～99.6％，收率为92.1％～92.4％，即催化剂有很好的稳定性。
实施例3-23
在实施例2的基础上，改变反应条件，不改变后处理分离方法，其纯度和收率结果如表1所示。将各催化剂进行长周期运行，经过1000h，产物西瓜酮的纯度波动±0.1％，收率波动±0.2％，即催化剂有很好的稳定性。
表1西瓜酮合成的反应条件和反应结果
实施例24
将124g 4-甲基邻苯二酚，127g 1,3-二氯丙酮，62g二苯甲酮，6.2g阴离子树脂D301加入到带有磁力搅拌和温控器的500ml高压釜中，用氮气置换3次，控制反应温度在110℃，500rpm搅拌，经气相色谱检测，反应结束后用水降至室温、压出反应液，过滤分离出催化剂，减压精馏反应液，收集西瓜酮馏分166.2g；将西瓜酮馏分转移至两口瓶中，加入200g乙酸乙酯和正己烷混合溶剂(乙酸乙酯和正己烷的质量比为1:2)，然后置于低温槽中，放入搅拌桨搅拌均匀，转速为200rpm，设定温度-10℃，由室温开始降温，达到-10℃后继续搅拌结晶12h，经过滤后将得到的晶体再次溶解于200g乙酸乙酯和正己烷混合溶剂中(乙酸乙酯和正己烷的质量比为1:2)，然后置于低温槽中，设定温度-10℃，由室温开始降温，达到-10℃后继续结晶12h，过滤，最终得白色结晶西瓜酮161.1g，纯度为99.5％，收率为90.1％。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
Claims (15)
1.一种合成西瓜酮的方法，所述方法以4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮为原料，在有机溶剂中反应得到所述西瓜酮，其特征在于：所述反应在催化剂的存在下进行，所述催化剂为阴离子交换树脂；所述阴离子交换树脂选自D201、D202、D301、D311和D211中的一种或多种的组合。
2.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述阴离子交换树脂的粒径为10～20目。
3.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述有机溶剂的沸点为300～350℃。
4.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述有机溶剂选自二苯甲酮、十八烷或二十烷中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述方法还包括重结晶，所述重结晶的溶剂为乙酸乙酯和正己烷的混合溶剂；和/或，所述方法还包括重结晶，所述重结晶包括先在搅拌下进行的动态重结晶，再进行静态重结晶。
6.根据权利要求5所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述混合溶剂中乙酸乙酯和正己烷的质量比为1:1.5～4；和/或，所述动态重结晶和所述静态重结晶的温度均为-20～0℃；和/或，所述动态重结晶的时间为8～15h。
7.根据权利要求5所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述混合溶剂中乙酸乙酯和正己烷的质量比为1：2～3；和/或，所述动态重结晶和所述静态重结晶的温度均为-10℃～0℃；和/或，所述动态重结晶的时间为10～12h。
8.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述4-甲基邻苯二酚的质量空速为0.1-2h-1；和/或，所述1,3-二氯丙酮与所述4-甲基邻苯二酚的摩尔比为0.9～1.1:1；和/或，所述有机溶剂与所述4-甲基邻苯二酚的质量比为0.3～1.5:1。
9.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述反应的压力为常压，所述反应的温度为105-120℃；和/或，所述反应在惰性气体的保护下进行。
10.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：在惰性气体的保护下，将所述4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮、有机溶剂和催化剂加入到反应釜中进行反应，得到反应液，所述反应液经后处理得到所述西瓜酮。
11.根据权利要求1所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述反应在装有所述催化剂的固定床反应器中连续进行。
12.根据权利要求11所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述阴离子交换树脂从所述固定床反应器的底端开始装填，填充高度为固定床反应器高度的50％～70％，填充密度为0.65～0.75g/cm3。
13.根据权利要求11所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：在惰性气体的保护下，将所述4-甲基邻苯二酚、1,3-二氯丙酮溶于所述有机溶剂中，得到原料溶液，将所述原料溶液通入装有所述催化剂的固定床反应器中进行反应，得到反应液，所述反应液经后处理得到所述西瓜酮。
14.根据权利要求13所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述后处理包括如下步骤：
(1)对所述反应液进行减压精馏，收集西瓜酮馏分，回收所述有机溶剂；
(2)将所述西瓜酮馏分与乙酸乙酯和正己烷的混合溶剂混合，在搅拌下进行动态重结晶得到西瓜酮晶体；
(3)将所述西瓜酮晶体溶解在乙酸乙酯和正己烷的混合溶剂中，进行静态重结晶，得到所述西瓜酮。
15.根据权利要求14所述的合成西瓜酮的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述西瓜酮馏分与所述混合溶剂的质量比为1:0.5～2；和/或，所述步骤(3)中，所述西瓜酮晶体与所述混合溶剂的质量比为1:0.5～2。
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