以對甲基苯酚為原料製備洋茉莉醛的方法
2023-12-01 13:57:26 3
專利名稱：以對甲基苯酚為原料製備洋茉莉醛的方法
技術領域：
本發明涉及一種以對甲基苯酚為原料製備洋茉莉醛的方法，屬於精細化工領域。
背景技術：
洋茉莉醛(Heliotropine)又名胡椒醛，化學名稱3，4-二氧亞甲基苯甲醛(3，4-methylenedioxy benzaldehyde)，是一種非常重要的合成香料，同時在電鍍工業以光亮劑廣泛應用，也是醫藥工業中合成左旋-3，4-二羥基苯丙氨酸和合成生物鹼的原料。
目前洋茉莉醛的主要生產方法是以黃樟油素為原料，經過異構化和氧化得到洋茉莉醛。而黃樟油素必須從黃樟樹的樹幹和根提取，這就對寶貴得森林資源造成極大的破壞，也使該路線易受原料供應的限制，且應用輔料多、生產成本高，特別是使用了大量的鹼液，環境汙染重。黃超、周鴻勳在洋茉莉醛電合成機理探討《陝西化工》，1996，(4)35-39以及劉躍龍、章磊、張兵等在間接電氧化異黃樟油素合成洋茉莉醛《精細化工》，2004，(9)684-685、692中均報導了以異黃樟油素為原料的電化學合成法。此方法雖然產率較高，但產率不穩定，產物難以控制，需對電極反應過程進行控制，難以實現工業化生產；同時此路線仍以黃樟油素為原料，不能緩解原料來源受到的限制以及不能解決異構化一步帶來的汙染。曹秀格、倪棠棣、張保格在洋茉莉醛的合成《精細石油化工》，1999，(2)23-25中報導了以鄰苯二酚為原料的合成生產路線，此方法經亞甲基化、縮合、氧化脫羧三步反應合成洋茉莉醛。雖然隨著鄰苯二酚、乙醛酸等基本原料的發展，原料成本有所下降，但三步反應中，前兩步反應均不好控制，容易出現結塊現象；且第一步反應收率較低，不足50％，所以總收率較低。因此，開發新的工業合成洋茉莉醛工藝路線對保護生態環境和促進合成香料工業的發展都具有重大意義。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種以對甲基苯酚為原料合成洋茉莉醛的新方法，其特點是採用對甲基苯酚為原料，經酯化、轉位、氧化、閉環、氯化、水解得到目標產物洋茉莉醛。
本發明的目的由以下技術實施實現，其中所述原料份數除特殊說明外，均為重量份數。
以對甲基苯酚為原料合成洋茉莉醛的方法1.將對甲基苯酚100～500份、乙酸酐400～2000份、98％H2SO40.5～2份加入帶有攪拌器、溫度計、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫在回流狀況下反應1～2小時，對體系進行蒸餾，除去未反應的乙酸酐和反應生成的乙酸為副產物，得到目標產物乙酸酯120～650份；2.將上述產物120～650份與AlCl3150～750份混合，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫至90～110℃反應2～4小時，再升溫至160～170℃反應2～4小時，將混合液冷卻至90～110℃，加酸調節體系pH值為5～7，向體系中分兩次加入甲苯150～750份萃取反應液，合併甲苯相，減壓下回收甲苯，得到目標產物對甲基鄰羥基苯乙酮120～600份；3.將上述對甲基鄰羥基苯乙酮120～600份與30％H2O2100～500份混合，溶解於二氧雜環己烷500～2500份和水500～2500份的混合液中，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，在攪拌下，於溫度0～10℃時向體系中緩慢滴加30％NaOH溶液120～600份，保持0溫度～10℃反應2～4小時，向體系中通入N2，繼續保持反應3～5小時，再向體系中補加入40％NaOH溶液165～825份，升溫至80～100℃反應2～4小時，用酸調節pH為5～7。向體系中分別兩次加入乙醚150～750份萃取反應液，合併乙醚相，回收乙醚，可得到3，4-二羥基甲苯90～450份；4.將3，4-二羥基甲苯90～450份與固體NaOH70～350份一起溶解於水150～750份中配製成混合液。將二甲亞碸500～2500份與二氯甲烷150～750份混合加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，攪拌加熱。當溫度在90～100℃滴加前面配製好的水溶液，滴加過程持續3～5小時，在回流狀態下反應2～4小時，向體系中加入水250～1200份，蒸餾可得目標產物甲基胡椒環與水的共沸物，經分相後處理獲得目標產物甲基胡椒環90～450份，純度98％以上；5.將甲基胡椒環90～450份加入自循環氯化反應器當中，加入催化劑1～5份，升溫至120～160℃，使體系出現回流，在80～200瓦紫外線燈照射下緩緩通入氯氣120～600份，維持體系在微回流狀態下進行自循環氯化反應，每隔20分鐘自反應器的排液口取樣經氣相色譜控制分析，當甲基胡椒環的轉化率≥99％，即為氯化反應終點。通入氮氣除去體系中殘留的氯化氫，反應物料供下步使用；6.將上步得到的物料加入帶有攪拌器、溫度計、加料滴管和回流冷凝器的四口瓶中，加入烏洛託品2～10份。開動攪拌器，對物料加熱，升至100～150℃，向反應系統內滴加水140～700份，回流反應，取樣經氣相色譜控制，氯苄胡椒環的轉化率≥99％，即為水解反應終點。然後，將物料傾入水350～1750份中，用甲苯400～2000份萃取，減壓蒸餾甲苯相，收集10mmHg下131～135℃的餾分，用乙醇250～1250份結晶，得近白色晶體洋茉莉醛80～400份，熔點35～37℃，純度99％。後處理的同時，得到胡椒酸產品5～25份，純度95％。
氯化反應的催化劑為過氧化苯甲醯、過氧化間氯苯甲醯、偶氮二異丁腈等中的任一種，優選為過氧化苯甲醯。
其反應原理如下1、將對甲基苯酚與乙酸酐在硫酸催化條件下進行酯化反應，生成乙酸酯，酯化反應收率可達到90％以上。
2、將乙酸酯在AlCl3催化下轉位可得對甲基鄰羥基苯乙酮，此反應收率同樣可達到90％以上。
3、將對甲基鄰羥基苯乙酮在pH值為8～9下與雙氧水進行拜耳-維力格氧化反應成酯，再水解成酚。其中使用適量的NaOH是為了生成酚鈉鹽而保護反應物中的羥基，此步反應收率可達到95％左右。
4、將3，4-二羥基甲苯與二氯甲烷在鹼性條件下進行閉環反應得到目標產物甲基胡椒環，此反應收率在90％以上。
5、將甲基胡椒環在自循環氯化反應器當中在催化劑和光照條件下與適量的氯氣反應，生成二氯化苄，二氯化苄的含量可達到85％以上。
6、將二氯化苄在催化劑作用下水解生成目標產物洋茉莉醛，此反應收率可達90％以上。
反應結束後的粗產物經萃取、蒸餾、結晶可得到純度99％以上的洋茉莉醛，產品收率按照對甲基苯酚計可達50％以上。
本發明具有如下優點1、選用的起始原料對甲基苯酚價格低廉，成本低。
2、雖然製備路線較長，但每步反應收率都較高。從原料到產物收率可達50％以上。
3、從石油化工產品出發製備洋茉莉醛，不受黃樟樹植物資源的限制，有利於保護生態環境。
圖1為自循環氯化反應器；1進料口；2紫外燈管玻璃套管；3紫外燈管；4回流冷凝器；5去HCl尾氣接收裝置；6溫度計；7排液口；8Cl2入口；9Cl2分布器；10加熱套管。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體描述，有必要指出的是本實施例只適用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發明的內容對本發明作一些非本質的改進和調整。
實施例1將對甲基苯酚108g(1mole)、乙酸酐408g(4mole)、98％H2SO40.5g加入帶有攪拌器、溫度計、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫在回流狀況下反應1小時。蒸餾得到目標產物138g(0.92mole)，收率92％。
將上步得到的產物138g(0.92mole)與AlCl3160g(1.2mole)混合，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫至90℃反應2小時，然後升溫至160℃反應2小時。反應完畢後，將混合液冷卻至90℃，用酸調節體系pH值為5.2。向體系中分兩次加入200ml甲苯萃取反應液，合併甲苯相，回收甲苯，得目標產物126.4g(0.837mole)，收率91％。
將上步得到的產物126.4g(0.837mole)與30％H2O2106.7g(0.941mole)混合，溶解於二氧雜環己烷500g和水500g的混合液中，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，在0～10℃條件下，向體系中緩慢滴加30％NaOH溶液126g。滴加完畢後，保持0～10℃反應2小時。後向體系中通入N2，保持此溫度繼續反應3小時。反應結束後，向體系中加入40％NaOH溶液170g，升溫至80～100℃反應2小時。用酸調節體系pH為5.2。向體系中分別兩次加入乙醚200ml萃取反應液，合併乙醚相，回收乙醚，蒸餾得到3，4-二羥基甲苯97.6g(0.787mole)，收率94％。
將3，4-二羥基甲苯97.6g(0.787mole)與NaOH72g(1.8mole)一起溶解於H2O150g中，配製成混合液。將二甲亞碸500g與二氯甲烷150g混合加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，攪拌加熱。當體系在90～100℃回流狀態下時，滴加前面配製好的水溶液，滴加過程持續3小時。在回流狀態下反應2小時，後向體系中加入H2O250g，蒸餾可得目標產物甲基胡椒環與水的共沸物，分出目標產物甲基胡椒環，可得97.92g(0.72mole)，收率92％。
將甲基胡椒環97.92g(0.72mole)加入自循環氯化反應器當中，再加入過氧化苯甲醯1g，加熱至140℃使體系處於回流狀態。打開紫外燈管，在80瓦紫外燈光照射下向體系中緩緩通入氯氣120g(1.69mole)，調節加熱套管功率使體系保持在回流狀態反應2小時後，經氣相色譜分析，甲基胡椒環轉化率為70％；3小時後，甲基胡椒環轉化率為88％；4.5小時後，甲基胡椒環的轉化率為99％，即到達氯化反應終點。通入氮氣，打開氯化氫尾氣接受裝置，除去體系中的氯化氫。尾氣吸收裝置共增重54.76g。得到體系反應物149g，其中目標產物二氯取代86.34％，副產物一氯取代8.85％，三氯取代4.81％。
將得到的物料加入帶有攪拌器、溫度計、加料滴管和回流冷凝器的四口瓶中，加入烏洛託品2g。加熱體系至120～140℃使體系回流，向反應體系中緩慢滴加H2O 144g，繼續回流反應。反應5小時後，降溫至80℃，將反應液傾倒入350ml水中。用甲苯400ml分3次萃取反應液(200ml、100ml、100ml)，合併甲苯相，減壓蒸餾，收集10mmHg下131～135℃的餾分，經乙醇250g溶解結晶，得到白色晶體洋茉莉醛81.36g，含量99.17％，熔點37℃。
由原料對甲基苯酚為基礎，整個過程到目標產物摩爾收率為54.24％，質量收率為75.33％。
實施例2將對甲基苯酚216g(2.0mole)、乙酸酐816g(8mole)、98％H2SO41g加入帶有攪拌器、溫度計、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫在回流狀況下反應1.5小時。未反應的乙酸酐和反應生成的乙酸可為副產物。蒸餾得到目標產物279.6g(1.864mole)，收率93％。
將上步得到的產物279.6g(1.864mole)與AlCl3320g(2.4mole)混合，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫至100℃反應2小時，然後升溫至165℃反應3小時。反應完畢後，將混合液冷卻至100℃，加入稀酸調節體系pH值為5.6℃向體系中分兩次加入甲苯400ml萃取反應液，合併甲苯相，回收甲苯，得目標產物256.8g(1.7mole)，收率91.2％。
將上步得到的產物256.8g(1.7mole)與30％H2O22164g(1.904mole)混合，溶解於1000g二氧雜環己烷和1000g水的混合液中，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，在0～10℃條件下，向體系中緩慢滴加30％NaOH溶液252g。滴加完畢後，保持0～10℃反應3小時。後向體系中通入N2，保持此溫度繼續反應4時。反應結束後，向體系中加入40％NaOH溶液340g，升溫至95℃反應3小時。用稀酸調節體系pH為5.6。向體系中分別兩次加入400ml乙醚萃取反應液，合併乙醚相，回收乙醚，蒸餾得到3，4-二羥基甲苯200.4g(1.612mole)，收率95％。
將3，4-二羥基甲苯200.4g(1.612mole)與NaOHl44g(3.6mole)一起溶解於H2O 300g中，配製成混合液。將二甲亞碸1000g與二氯甲烷300g混合加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，攪拌加熱。當體系在90～100℃回流狀態下時，滴加前面配製好的水溶液，滴加過程持續3小時。在回流狀態下反應3小時，後向體系中加入H2O 500g，蒸餾可得目標產物甲基胡椒環與水的共沸物，分出得到甲基胡椒環202g(1.484mole)，收率92.1％。
將甲基胡椒環202g(1.484mole)加入自循環氯化反應器當中，再加入偶氮二異丁腈lg，加熱至150℃使體系處於回流狀態。打開紫外燈管，在150瓦紫外燈光照射下向體系中緩緩通入氯氣250g，調節加熱套管功率使體系保持在回流狀態。反應2小時後，經氣相色譜分析，甲基胡椒環轉化率為63％；3小時後，甲基胡椒環轉化率為80％；6小時後，甲基胡椒環的轉化率為99％，即到達氯化反應終點。通入氮氣，打開氯化氫尾氣接受裝置，除去體系中的氯化氫氣體。尾氣吸收裝置共增重120g。得到體系反應物310.8g，其中目標產物二氯取代87.28％，副產物一氯取代8.42％，三氯取代4.30％。
將得到的物料加入帶有攪拌器、溫度計、加料滴管和回流冷凝器的四口瓶中，加入烏洛託品2g。加熱體系至130～150℃使體系回流，向反應體系中緩慢滴加H2O 350g，繼續回流反應。反應5小時後，降溫至80～90℃，將反應液傾倒入250ml水中。用甲苯900ml分3次萃取反應液(350ml、300ml、250ml)，合併甲苯相，減壓蒸餾，收集10mmHg下131～135℃的餾分，粗品經乙醇600g溶解結晶，得到目標產物洋茉莉醛172g(1.148mole)，含量99.25％，熔點37℃。
由原料對甲基苯酚為基礎，整個過程到目標產物摩爾收率為57.4％，質量收率為79.63％。
實施例3將對甲基苯酚486g(4.5mole)、乙酸酐1836g(18mole)、98％H2SO42g加入帶有攪拌器、溫度計、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫在回流狀況下反應2小時。蒸餾得到目標產物619.5g(4.13mole)，收率91.7％。
將上步得到的產物619.5g(4.13mole)與AlCl3720g(5.4mole)混合，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫至110℃反應4小時，然後升溫至170℃反應4小時。反應完畢後，將混合液冷卻至100℃，用酸調節體系pH值為5.8。向體系中分兩次加入1000ml甲苯萃取反應液，合併甲苯相，回收甲苯，得目標產物569.4g(3.771mole)，收率91.3％。
將上步得到的產物569.4g(3.771mole)與30％H2O2480g(4.235mole)混合，溶解於二氧雜環己烷2500g和水2500g的混合液中，加入裝有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，在0～10℃條件下，向體系中緩慢滴加30％NaOH溶液567g。滴加完畢後，保持0～10℃反應4小時。後向體系中通入N2，保持此溫度繼續反應5小時。反應結束後，向體系中加入40％NaOH溶液765g，升溫至100℃反應4小時。用酸調節體系pH為5.8。向體系中分別兩次加入乙醚750ml萃取反應液，合併乙醚相，回收乙醚，蒸餾得到3，4-二羥基甲苯445.2g(3.590mole)，收率95.2％。
將3，4-二羥基甲苯445.2g(3.590mole)與NaOH 324g(8.1mole)一起溶解於H2O 675g中，配製成混合液。將二甲亞碸2500g與二氯甲烷750g混合加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，攪拌加熱。當體系在90～100℃回流狀態下時，滴加前面配製好的水溶液，滴加過程持續3小時。在回流狀態下反應4小時，後向體系中加入H2O1125g，蒸餾可得目標產物甲基胡椒環與水的共沸物，分出目標產物甲基胡椒環，可得450g(3.309mole)，收率92.1％。
將甲基胡椒環450g(3.309mole)加入自循環氯化反應器當中，再加入過氧化苯甲醯2g，加熱至160℃使體系處於回流狀態。打開紫外燈管，在80瓦紫外燈光照射下向體系中緩緩通入氯氣550g(7.75mole)，調節加熱套管功率使體系保持在回流狀態反應2小時後，經氣相色譜分析，甲基胡椒環轉化率為58％；3小時後，甲基胡椒環轉化率為72％；6時後，甲基胡椒環的轉化率為99％，即到達氯化反應終點。通入氮氣，打開氯化氫尾氣接受裝置，除去體系中的氯化氫。尾氣吸收裝置共增重245g。得到體系反應物671g，其中目標產物二氯取代86.11％，副產物一氯取代9.03％，三氯取代4.86％。
將得到的物料加入帶有攪拌器、溫度計、加料滴管和回流冷凝器的四口瓶中，加入烏洛託品5g。加熱體系至130～150℃使體系回流，向反應體系中緩慢滴加H2O 680g，繼續回流反應。反應5小時後，降溫至90℃，將反應液傾倒入1500ml水中。用甲苯2000ml分3次萃取反應液(800ml、6001、600ml)，合併甲苯相，減壓蒸餾，收集10mmHg下131～135℃的餾分，粗品經乙醇1200g溶解結晶，得到白色晶體洋茉莉醛372.6g，含量99.3％，熔點37℃。
由原料對甲基苯酚為基礎，整個過程到目標產物摩爾收率為55.2％，質量收率為76.67％。
權利要求
1.以對甲基苯酚為原料製備洋茉莉醛的方法，其特徵在於該方法的原料按重量份計，包括以下步驟(1)將對甲基苯酚100～500份、乙酸酐400～2000份、98％H2SO40.5～2份加入帶有攪拌器、溫度計、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫在回流狀況下反應1～2小時，對體系進行蒸餾，除去未反應的乙酸酐和反應生成的乙酸為副產物，得到目標產物乙酸酯120～650份；(2)將上述產物120～650份與AlCl3150～750份混合，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，升溫至90～110℃反應2～4小時，再升溫至160～170℃反應2～4小時，將混合液冷卻至90～110℃，加酸調節體系pH值為5～7，向體系中分兩次加入甲苯150～750份萃取反應液，合併甲苯相，減壓下回收甲苯，得到目標產物對甲基鄰羥基苯乙酮120～600份；(3)將上述對甲基鄰羥基苯乙酮120～600份與30％H2O2100～500份混合，溶解於二氧雜環己烷500～2500份和水500～2500份的混合液中，加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，在攪拌下，於溫度0～10℃時向體系中緩慢滴加30％NaOH溶液120～600份，保持0溫度～10℃反應2～4小時，向體系中通入N2，繼續保持反應3～5小時，再向體系中補加入40％NaOH溶液165～825份，升溫至80～100℃反應2～4小時，用酸調節pH為5～7。向體系中分別兩次加入乙醚150～750份萃取反應液，合併乙醚相，回收乙醚，可得到3，4-二羥基甲苯90～450份；(4)將3，4-二羥基甲苯90～450份與固體NaOH70～350份一起溶解於水150～750份中配製成混合液。將二甲亞碸500～2500份與二氯甲烷150～750份混合加入帶有攪拌器、溫度計、加料器、回流冷凝器的四口反應瓶中，攪拌加熱。當溫度在90～100℃滴加前面配製好的水溶液，滴加過程持續3～5小時，在回流狀態下反應2～4小時，向體系中加入水250～1200份，蒸餾可得目標產物甲基胡椒環與水的共沸物，經分相後處理獲得目標產物甲基胡椒環90～450份，純度98％以上；(5)將甲基胡椒環90～450份加入自循環氯化反應器當中，加入催化劑1～5份，升溫至120～160℃，使體系出現回流，在紫外線燈照射下緩緩通入氯氣120～600份，維持體系在微回流狀態下進行自循環氯化反應，每隔20分鐘自反應器的排液口取樣經氣相色譜控制分析，當甲基胡椒環的轉化率≥99％，即為氯化反應終點。通入氮氣除去體系中殘留的氯化氫，反應物料供下步使用；(6)將上步得到的物料加入帶有攪拌器、溫度計、加料滴管和回流冷凝器的四口瓶中，加入烏洛託品2～10份。開動攪拌器，對物料加熱，升至100～150℃，向反應系統內滴加水140～700份，回流反應，取樣經氣相色譜控制，氯苄胡椒環的轉化率≥99％，即為水解反應終點。然後，將物料傾入水350～1750份中，用甲苯400～2000份萃取，減壓蒸餾甲苯相，收集10mmHg下131～135℃的餾分，用乙醇250～1250份結晶，得近白色晶體洋茉莉醛80～400份，熔點35～37℃，純度99％。後處理的同時，得到胡椒酸產品5～25份，純度95％；反應原理如下
2.如權利要求1所述以對甲基苯酚為原料製備洋茉莉醛的方法，其特徵在於氯化反應的催化劑為過氧化苯甲醯、過氧化間氯苯甲醯、偶氮二異丁腈等中的任一種。
3.如權利要求1所述以對甲基苯酚為原料製備洋茉莉醛的方法，其特徵在於氯化反應的催化劑為過氧化苯甲醯。
4.如權利要求1所述以對甲基苯酚為原料製備洋茉莉醛的方法，其特徵在於紫外線燈的功率為80～200瓦。
全文摘要
一種以對甲基苯酚為原料，經酯化、轉位、氧化、閉環、氯化、水解得到洋茉莉醛。雖然製備的路線較長，但每步反應的收率都較高，從原料到產物的總收率可達50％以上。對甲基苯酚來源於石油化工產品，價格低廉，不受黃樟樹植物資源的限制，有利於保護生態環境。
文檔編號C07D317/00GK1785994SQ20051002228
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月14日 優先權日2005年12月14日
發明者蔣文偉, 李晶晶, 賴崇偉, 羅芩, 楊琴 申請人:四川大學