脱氢二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺

前言

脱氢二氢茉莉酮酸甲酯是合成高顺-二氢茉莉酮酸甲酯的重要中间体, 经过选择性的加氢就可以得到高顺-二氢茉莉酮酸甲酯。脱氢二氢茉莉酮酸甲酯以普通的二氢茉莉酮酸甲酯为原料, 通过脱氢获得含有双键的脱氢二氢茉莉酮酸甲酯。

当前, 合成脱氢二氢茉莉酮酸甲酯主要工艺为:将普通的二氢茉莉酮酸甲酯通过烯醇花反应、卤化反应、脱卤素反应后就可得到中间体。不过, 此工艺存在着一些不足之处, 如:工艺本身较复杂, 对设备的腐蚀性太大, 环境污染大, 且收率偏低。本工艺以NBS (N-溴代丁二酰亚胺) 代替液溴卤化脱卤素反应一步到位, 使整个工艺相对简单, 同时此工艺对设备的腐蚀性较小, 环保安全, 收率得到了大幅度的提高[1]。

一、实验

1. 实验仪器和试剂

实验仪器:水浴锅、温度计套管、温度计 (100℃、200℃、300℃各一支) 、四口瓶、冷凝管、恒压漏斗、分液漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、分水器、量筒、40cm精馏塔、水环泵、机械泵、气相色谱仪等

实验试剂:氯仿、普通的二氢茉莉酮酸甲酯、NBS、30%的甲醇钠溶液、0.5%的H3PO4溶液、H2O等

2. 实验原理和和合成工艺

(1) 合成工艺

向装有温度计, 冷凝管的1L的三口瓶中依次加入266g (1mol) 的普通的二氢茉莉酮酸甲酯, 204.7g (1.15mol) NBS (N-溴代丁二酰亚胺) , 氯仿250ml, 开始搅拌并用水浴锅加热至回流, 回流温度为65℃。回流40分钟左右, 反应体系中开始产生大量的HBr, 再继续反应5分钟后, 开始滴加100g, 30%的甲醇钠溶液, 滴加时间为10分钟, 保温反应30分钟, 将反应体系降到室温, 再加入15g, 30%的甲醇钠溶液, 加热至80℃, 保温反应20分钟, 收集部分溶剂, 降温冷却2小时, 过滤[2]。

二、结果和讨论

NBS和二氢茉莉酮酸甲酯的反应是一个复杂的化学反应, 通过卤化反应、脱卤素反应、再次卤素反应后的得到产品。在反应过程中受到一系列因素的影响, 如:溶剂、溶剂的投料量、NBS和二氢茉莉酮酸甲酯的投料比、滴加不同碱性化学试剂、甲醇钠滴加的时间点、甲醇钠的滴加速度、催化剂等, 通过大量的实验和分析工作, 我们得到了最佳的反应条件。而且在其他条件为最佳的条件下, 我们做了大量的单因素实验, 下面是一些实验的结果以及对结果的相应讨论。

1. 不同溶剂对反应的影响

通过以上图表可以看出, 用氯仿做溶剂反应是最好的, 其次是乙腈, 其余的都比较差。前三种为非极性溶剂, 且沸点偏高, 反应转化率不好, 同时副反应也较多。乙腈的反应虽然相对前三种效果不错, 但是其和水的互溶度太大, 洗涤的时候不容易萃取产物。以氯仿为溶剂反应是最好的, 同时也比较容易进行后处理。所以综上所述, 氯仿是最好的溶剂[3]。

2. 氯仿和二氢茉莉酮酸甲酯的投料比对反应转化率的影响投料比单位:ml

通过以上图表可以看出, 在不同投料比 (>1:1) 对反应的影响是很小, 同时最终产品的收率相差也比较小。因此考虑到成本问题, 选择以1.25:1的投料比为最佳[4]。

3. NBS和二氢茉莉酮酸甲酯的投料比对反应转化率的影响投料比单位:mol

通过以上图表可以得出, 在投料比在1:1的条件下, 二氢茉莉酮酸甲酯并不是完全转化成产物脱氢二氢茉莉酮酸甲酯, 当投料比增大时, 反应的转化率也在升高, 而转化的幅度越来越小。NBS和二氢茉莉酮酸甲酯的价格都是比较昂贵的, 因此在满足转化率的条件下, 应该尽量控制NBS的投料量。从图表可以看出以1.15:1.的投料比最为合适[5]。

4. 滴加不同有机碱性试剂对反应的影响

通过图表可以得出, 滴加30%甲醇钠的对反应的效果是最好的。其余四种试剂杂峰含量明显偏高, 副反应多, 同时转化率和产品的收率也相对较低。此外:三乙胺和吡啶由于其碱性相对比较弱, 使得产品中含有较多未脱落的溴, 影响了后续加氢反应的速率和选择性;滴加二乙胺和乙二胺除了含有较多未脱落的溴外, 还与产品发生洛合反应, 使得后续加氢反应基本不进行。滴加30%甲醇钠得到的产品后续加氢的速率和选择性都较好[6,7]。

5. 甲醇钠滴加的时间点对反应的影响

从以上图表可以看出到, 反应到45分钟左右的时候开始滴加30%的甲醇钠溶液反应效果最好。二氢茉莉酮酸甲酯和NBS首先是进行卤化反应, 到一定阶段后反应是是卤化和脱卤素反应同时进行, 使得体系的酸性逐步变强。二氢茉莉酮酸甲酯含有羰基和羧基等基团, 在强酸性条件下, 既能发生聚合反应形成高聚物, 也能进行氧化脱羧反应。甲醇钠在这里起到了中和HBr的作用, 减弱整个体系的酸性。滴加早了, 阻断了反应的进行, 滴加迟了, 使副反应增加。通过大量的实验得到在反应到45分钟左右开始滴加效果最好[8]。

6. 催化剂 (过氧化苯甲酰) 对反应速率的影响

从此图中我们可以得出, 催化剂对反应速率的影响比较小。脱氢二氢茉莉酮酸甲酯的合成工艺主要分为卤化反应和脱卤素反应, 其中卤化反应是关键。卤化反应也称连锁反应或链反应, 在一定能源的引发下首先产生自由基, 这是一步慢步骤, 是反应速率的控制步骤。而一旦产生自由基, 反应就能连续不断的进行下去。一般在光或热以及引发剂 (过氧化苯甲酰) 中容易产生自由基, 不过考虑到本工艺卤化的位置是叔基位, 是一个很活泼的位置, 只需要加热就能产生自由基。所以本实验不需要加催化剂[9,10]。

结论

通过以上的实验结果和分析, 我们得出了合成脱氢二氢茉莉酮酸甲酯的最佳工艺路线:

1.最佳的反应溶剂是氯仿, 溶剂和物料的投料比1.25:1相对较为合适;二氢茉莉酮酸甲酯和NBS不是1:1的完全反应, NBS投料加大, 二氢茉莉酮酸甲酯的转化率增大。当投料比为1:1.15时, 在保证转化率的同时, 成本相对较小;中和HBr的最佳试剂是30%的甲醇钠, 当反应进行到45分钟开始滴加效果最好, 滴加的速率为10g/min。

2.通过以上反应得出, 催化剂 (过氧化苯甲酰) 对反应的影响较小, 反应过程中不建议添加催化剂。

摘要：高顺式一二氢茉莉酮酸甲酯作为香料其性能远优于普通二氢茉莉酮酸甲酯, 是各大型香精香料公司的招牌产品之一。脱氢二氢茉莉酮酸甲酯是合成高顺-二氢茉莉酮酸甲酯的中间体。以普通二氢茉莉酮酸甲酯为初始原料, IV一溴代丁二酰亚胺作为溴代试剂, 三乙胺为脱溴试剂, 制得脱氢二氢茉莉酮酸甲酯

关键词：合成香料,高顺式二氢茉莉酮酸甲酯,脱氢二氢茉莉酮酸甲酯