CN103951548B - 一种合成大茴香脑的中间体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机香料大茴香脑及其中间体的生产工艺，主要包括对甲氧基苯丙酮催化加氢生成1-(4-甲氧基苯基)丙醇，本发明工艺采用廉价的雷尼镍作为加氢反应的催化剂，不仅大大降低了生产成本，减少了反应时间，而且保证了产品的纯度，产品的收率达到90％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机香料的生产工艺，特别涉及一种作为有机香料的大茴香脑的新的生产工艺；属于化工技术领域。
背景技术
大茴香脑，又名茴脑，英文名为anethole，化学名为1-(4-甲氧基苯基)丙烯，有顺反式两种异构体，顺式、反式茴脑混合物的CAS号为104-46-1，反式茴脑的CAS号为4180-23-8，结构式为：
反式茴脑作为调味品应用被美国食品和药品监督管理局(FDA)和美国香料和萃取物制造者协会(FEMA)确认为“一般认为安全”(GRAS)。茴脑的工业生产主要通过精油单离、粗硫酸盐松节油(CST)分离和化学合成等途径获得。
在大茴香脑的化学合成路线中，有实用价值的路线主要有三条：
一、以对丙烯基苯酚为原料的合成路线：
以对丙烯基苯酚为原料，在碱性条件下，用硫酸二甲酯甲基化。其化学反应式为：
该路线的主要缺点是起始原料不易得。
二、以对甲氧基苯甲醛为原料的合成路线：
以对甲氧基苯甲醛与乙基格式试剂作用，将生成物加热脱水得到大茴香脑。其反应方程式为：
Anuj Sharma，Tetrahedron，62(2006)，847–851页中介绍用对甲氧基苯甲醛和乙基溴化镁制备1-(4-甲氧基苯基)丙醇，转化率78％。该路线的主要缺点是要用到格式反应，反应条件要求比较苛刻，而且反应过程中放热比较剧烈，不易控制，危险性比较大。而且原料价格较贵，反应转化率不高。
三、以苯甲醚为原料的合成路线：
以苯甲醚为原料，通过Friedel-Craft酰基化生成对甲氧基苯丙酮，加氢还原生成1-(4-甲氧基苯基)丙醇，高温脱水得到目标化合物。其反应方程式为：
该路线原料易得，第一步和第三步的收率均比较高，第二步还原步骤为关键步骤，而该步骤通过对甲氧基苯丙酮中的羰基还原成羟基来制备1-(4-甲氧基苯基)丙醇时由于羰基位于苄位，而且对位有强供电基，导致了副反应的大大增多。现有技术中采用钌负载配体的催化剂虽然能够催化还原对甲氧基苯丙酮生成1-(4-甲氧基苯基)丙醇，但转化率只有71％，而且所用的催化剂非常昂贵。另外还有用甲酸铵作为氢源还原该类似的底物，但缺点是反应需要用到大量的甲酸铵，并且产生大量的废氨气，带来环境污染。
从现有技术分析可以看出，现有的合成茴脑，尤其是反式茴脑的工艺存在诸多问题，例如原料不易获得或价格昂贵，转化率或收率不高，反应试剂或反应条件苛刻，副反应及副产物增多以及“三废”带来的环境污染。因此，目前亟需一种合成大茴香脑，尤其是其中间体1-(4-甲氧基苯基)丙醇的新方法。
发明内容
针对现在技术存在的缺陷，本发明人进行了锐意研究，结果发现：采用廉价催化剂雷尼镍可以催化对甲氧基苯丙酮加氢还原成1-(4-甲氧基苯基)丙醇，而且所用催化剂和溶剂均可回收套用，大大降低了生产成本；另外，针对现有技术生产制备的1-(4-甲氧基苯基)丙醇纯度较低，收率不高并且溶剂用量大的缺点，本发明提供了一种制备茴脑的中间体1-(4-甲氧基苯基)丙醇的新生产工艺，所制备的1-(4-甲氧基苯基)丙醇的纯度和收率均在90％以上，以之为中间体，可以合成最终产物大茴香脑，从而完成本发明。
本发明目的之一在于提供一种合成大茴香脑的中间体的制备方法，包括以下步骤：
(1)向碱性水溶液中分批加入铝-镍合金，将合金中的铝反应完全，倾去上层清液，加水洗至中性，倾去上层水层，加溶剂洗涤至水份含量小于2％，制得雷尼镍催化剂，在溶剂覆盖下保存；
(2)将对甲氧基苯丙酮溶解在醇类溶剂中，加入上述制备的雷尼镍催化剂，氮气置换后通入氢气，缓慢升温，在控制温度和压力情况下进行加氢反应，直至反应不吸氢，停止加氢反应；
(3)降温，过滤回收催化剂，任选循环使用，对滤液进行常压蒸馏回收溶剂，任选循环使用，对馏底进行减压蒸馏，得到1-(4-甲氧基苯基)丙醇。
本发明另一目的在于提供一种根据上述制备方法得到的1-(4-甲氧基苯基)丙醇，其收率在90％以上，纯度可以达到98％以上。
本发明又一目的在于提供一种大茴香脑的制备方法，其中，采用包含上述步骤(1)～(3)的方法制备其中间体1-(4-甲氧基苯基)丙醇，然后进行脱水反应，制得大茴香脑。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
根据本发明，提供一种合成大茴香脑的中间体的制备方法，该制备方法包括以下3个步骤：
步骤1、向碱性水溶液中分批加入铝-镍合金，将合金中的铝反应完全，倾去上层清液，加水洗至中性，倾去上层水层，加溶剂洗涤至水份含量小于2％，制得雷尼镍催化剂，在溶剂覆盖下保存。
根据本发明，首先合成雷尼镍催化剂，优选W-2型雷尼镍，可以采用现有制备W-2型雷尼镍制备方法进行制备，但是洗涤时必须控制洗涤水至中性，最后用溶剂进行洗涤，洗至水份含量小于2％，优选小于1.5％，更优选小于1％，这点对于后续加氢催化过程尤为重要，并用溶剂覆盖催化剂加以保存，以待使用。
根据本发明，所述碱性水溶液可以是碱金属氢氧化物水溶液，优选氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，更优选氢氧化钠水溶液。
根据本发明优选的实施方式，在搅拌下，在冷却条件下，例如在冰浴下，例如冷却至20℃，优选冷却至15℃，更优选冷却至10℃下，将铝-镍合金加入所述碱性水溶液中，优选分批小量加入。加入的速度应控制在使溶液的温度不超过25℃，例如通过冰浴控制温度。当全部加完后，停止搅拌，撤去冰浴等冷却措施，使反应液升至室温。当氢气生成速度较慢时，可在沸水浴上徐徐加热，从而避免升温太快，以防气泡过多，使反应液溢出，直到气泡再次变慢为止，此时可认为合金中的铝反应完全。
根据本发明优选的实施方式，后续处理过程主要包括，静置后倾去上清液，加水洗至中性，倾去水层，加溶剂洗涤以降低并控制水份含量达到上述要求。为此，倾去上清液后加水，并搅拌溶液，再次静置使镍粉沉下，倾去上清液，然后加入碱性水溶液，优选氢氧化钠水溶液，搅拌后放置，倾去上清液。再加入水，搅拌后放置，倾去上清液，直到洗出液呈中性。倾去上面水层清液后，用溶剂(优选醇类溶剂，更优选甲醇)洗涤，直到溶剂中水份含量优选小于1％，获得催化剂雷尼镍。然后溶剂(优选甲醇)进行液封保存，使得催化剂悬浮在液体中。
步骤2、将对甲氧基苯丙酮溶解在醇类溶剂中，加入上述制备的雷尼镍催化剂，氮气置换后通入氢气，缓慢升温，在控制温度和压力情况下进行加氢反应，直至反应不吸氢，停止加氢反应。
本发明步骤(2)中反应方程式为：
该反应采用如上制得的廉价的雷尼镍为催化剂，大大降低了反应的成本。雷尼镍与对甲氧基苯丙酮的重量比为0.001-0.5：1，优选0.01-0.3：1，更优选0.05-0.2：1。
根据本发明，所用的醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和仲丁醇等中的一种或多种，优选使用其中一种醇类溶剂。
根据本发明，通入氢气前先用氮气置换，然后通入氢气，缓慢升温，并控制氢化反应温度为40-200℃，优选60-140℃，更优选70-120℃。所述加氢反应的压力控制在0.1-10MPa，优选0.4-5.0MPa，更优选1.0-3.0MPa。所述加氢反应时间控制为1-40h，优选2-25h，更优选3-10h。直至反应不再吸氢，即停止加氢反应。
通过控制以上特定的温度、压力和时间等反应条件，保证了产品的纯度，经过反应得到色谱含量大于90％的1-(4-甲氧基苯基)丙醇粗品。
步骤3、降温，过滤回收催化剂，任选循环使用，对滤液进行常压蒸馏回收溶剂，任选循环使用，对馏底进行减压蒸馏，得到1-(4-甲氧基苯基)丙醇。
根据本发明，加氢反应停止后，降温至室温，过滤回收催化剂，并优选将回收的催化剂循环至步骤2的加氢反应中使用，对滤液进行常压蒸馏回收溶剂，并优选将回收的溶剂例如甲醇等循环至步骤2的加氢反应中使用，对馏底进行减压蒸馏，即得到目标产物1-(4-甲氧基苯基)丙醇，其纯度大于98％，收率90-96％。
根据本发明另一方面，提供一种根据上述制备方法得到的1-(4-甲氧基苯基)丙醇，其纯度大于98％，收率90-96％。
本发明的目的还在于提供一种大茴香脑的制备方法，其中，首先采用包含上述步骤(1)～(3)的方法制备其中间体1-(4-甲氧基苯基)丙醇，然后进行脱水反应，制得大茴香脑。例如1-(4-甲氧基苯基)丙醇与对甲苯磺酸和溶剂(如环己烷或甲苯)混合，在回流下进行分水，当GC检测醇含量<1％时停止反应，经水洗，脱溶后即得茴脑粗品，总含量可达94％，反式大茴香脑含量大于85％。
根据一种优选的实施方式，在步骤(1)之前，以苯甲醚和乙酸酐为原料，通过Friedel-Craft酰基化反应生成对甲氧基苯丙酮。例如，常温下向苯甲醚、1，2-二氯乙烷和无水三氯化铝的混合物中滴加乙酸酐(控制温度不超过35℃)，滴加结束后维持常温搅拌直至苯甲醚含量<0.5％。反应结束后经过脱溶、蒸馏，即制得对甲氧基苯丙酮(含量可达99.5％)。
本发明的的有益效果体现在以下诸方面的优点：
1、采用廉价的雷尼镍作为加氢反应的催化剂，不仅大大降低了生产成本；
2、通过控制W-2型雷尼镍的水份含量，尤其是用溶剂覆盖保存催化剂，保障了其较高的催化性能；
3、催化剂的制备和控制以及反应条件的控制，节省了反应时间并降低了能耗；
4、通过回收循环溶剂和催化剂，节约了成本，并减少了“三废”排放，降低了环境污染；
5、以较高收率获得较高纯度的产品1-(4-甲氧基苯基)丙醇，有利于进一步制备大茴香脑。
实施例
以下通过具体实例进一步描述本发明。不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1：雷尼镍催化剂的制备
向4L四口烧瓶中，投380g氢氧化钠溶解在1.5L水中，搅拌，冰浴下冷至10℃。搅拌下，把300g铝-镍合金分批小量加入到液碱中，加入的速度应控制在使溶液的温度不超过25℃(在冰浴下)。当全部加完后，停止搅拌，撤去冰浴，使反应液升至室温。当氢气生成速度较慢时，可在沸水浴上徐徐加热(避免升温太快，以防气泡过多，使反应液溢出)，直到气泡再次变慢为止。然后静置，让镍粉沉下，倾去上清液，加水至原体积，搅拌溶液使镍粉悬浮，再次静置使镍粉沉下，倾去上清液，，加入500mL含50g氢氧化钠的水溶液，搅拌，放置，倾去上清液。再加入500g水，搅拌，放置，倾去上清液，如此水洗重复数次，直到洗出液对石蕊试纸呈中性。倾去上清液，甲醇洗涤数次，直到甲醇中水份含量小于1％，获得W-2型雷尼镍重约150g，将该催化剂用甲醇液封，保存待用。
实施例2：1-(4-甲氧基苯基)丙醇
在1L高压釜中，加入300g对甲氧基苯丙酮，300g甲醇，加热至60℃，搅拌下使对甲氧基苯丙酮固体溶解，再加入30g实施例1制得的雷尼镍，用氮气置换三次后通入氢气，缓慢升温，控制温度在80℃，氢气压力控制在2.0MPa，加氢反应5h后反应不吸氢，停止加氢反应。
降温至室温，过滤回收催化剂，滤液气相色谱检测含量93％。常压蒸馏回收甲醇，馏底减压蒸馏得1-(4-甲氧基苯基)丙醇275g(GC含量：98.5％)，收率90.6％。
实施例3：1-(4-甲氧基苯基)丙醇
在1L高压釜中，加入300g对甲氧基苯丙酮，300g无水乙醇，加热至60℃，搅拌下使对甲氧基苯丙酮固体溶解，再加入10g实施例1制得的雷尼镍，用氮气置换三次后通入氢气，缓慢升温，控制温度在70℃，氢气压力控制在3.0MPa，加氢反应4h后反应不吸氢，停止加氢反应。
降温至室温，过滤回收催化剂，滤液气相色谱检测含量93.8％。常压蒸馏回收乙醇，馏底减压蒸馏得1-(4-甲氧基苯基)丙醇276g(GC含量：98.2％)，收率90.9％。
实施例4：1-(4-甲氧基苯基)丙醇
在1L高压釜中，加入300g对甲氧基苯丙酮，300g异丙醇，加热至40℃，搅拌下使对甲氧基苯丙酮固体溶解，再加入50g实施例1制得的雷尼镍，用氮气置换三次后通入氢气，缓慢升温，控制温度在100℃，氢气压力控制在1.0MPa，加氢反应6h后反应不吸氢，停止加氢反应。
降温至室温，过滤回收催化剂，滤液气相色谱检测含量97.5％。常压蒸馏回收异丙醇，馏底减压蒸馏得1-(4-甲氧基苯基)丙醇283g(GC含量：99.1％)，收率93.2％。
实施例5：1-(4-甲氧基苯基)丙醇
在1L高压釜中，加入300g对甲氧基苯丙酮，300g仲丁醇，加热至60℃，搅拌下使对甲氧基苯丙酮固体溶解，再加入30g实施例1制得的雷尼镍，用氮气置换三次后通入氢气，缓慢升温，控制温度在120℃，氢气压力控制在2.5MPa，加氢反应3h后反应不吸氢，停止加氢反应。
降温至室温，过滤回收催化剂，滤液气相色谱检测含量95.8％。常压蒸馏回收仲丁醇，馏底减压蒸馏得1-(4-甲氧基苯基)丙醇278g(GC含量：98.9％)，收率91.5％。
实施例6：
按照实施例2制备1-(4-甲氧基苯基)丙醇，然后进行脱水反应，投1-(4-甲氧基苯基)丙醇500g到2L四口烧瓶中，再加入10g对甲苯磺酸和500g环己烷，加分水器回流分水，GC检测醇含量<1％停止反应，水洗，脱溶后制得茴脑粗品420g(顺式大茴脑含量9.5％，反式大茴香脑含量85.5％，总含量95％)。
实施例7：
以苯甲醚和乙酸酐为原料，进行Friedel-Craft酰基化反应。投苯甲醚108g，1，2-二氯乙烷200g,无水三氯化铝133.5g到四口烧瓶中，常温下滴加乙酸酐102g,滴加过程中控制温度不超过35℃，滴加结束后维持常温搅拌直至苯甲醚含量<0.5％。反应结束后反应液盐酸淬灭，经过脱溶，蒸馏，制得对甲氧基苯丙酮160g(含量99.5％)。
然后按照实施例3制备1-(4-甲氧基苯基)丙醇，投1-(4-甲氧基苯基)丙醇500g到2L四口烧瓶中，再加入10g对甲苯磺酸和500g甲苯，加分水器回流分水，GC检测醇含量<1％停止反应，水洗，脱溶后制得茴脑粗品406g(顺式大茴脑含量8％，反式大茴香脑含量86％，总含量94％)。
以上接合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种合成大茴香脑的中间体的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌下，在冰浴冷却至15℃下，向碱性水溶液中分批加入铝-镍合金，加入的速度应控制在使溶液的温度不超过25℃，所述碱性水溶液是碱金属氢氧化物水溶液，将合金中的铝反应完全，倾去上层清液，加水洗至中性，倾去上层水层，加溶剂洗涤至水份含量小于1.5％，制得雷尼镍催化剂，所述催化剂为W-2型雷尼镍，所述溶剂为甲醇，在溶剂覆盖下保存；
(2)将对甲氧基苯丙酮溶解在醇类溶剂中，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和仲丁醇中的一种或多种，加入上述制备的雷尼镍催化剂，雷尼镍与对甲氧基苯丙酮的重量比为0.001-0.5：1，氮气置换后通入氢气，缓慢升温，在控制温度为60-140℃和压力为0.4-5.0MPa情况下进行加氢反应，控制反应时间为1-40h，直至反应不吸氢，停止加氢反应；
(3)降温，过滤回收催化剂，并循环至步骤2的加氢反应中，对滤液进行常压蒸馏回收溶剂，并循环至步骤2的加氢反应中，对馏底进行减压蒸馏，得到1-(4-甲氧基苯基)丙醇。
2.根据权利要求1述的制备方法，其特征在于，
步骤1中，所述碱性水溶液是氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤1中，在搅拌下，在冰浴冷却至10℃下，将铝-镍合金加入所述碱性水溶液中，分批小量加入，加入的速度应通过冰浴控制在使溶液的温度不超过25℃。
4.根据权利要求1至3之一所述的制备方法，其特征在于，
步骤2中，雷尼镍与对甲氧基苯丙酮的重量比为0.05-0.2：1，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和仲丁醇中的一种。
5.根据权利要求1至3之一所述的制备方法，其特征在于，
步骤2中，通入氢气前先用氮气置换，然后通入氢气，控制氢化反应温度为70-120℃，控制压力为1.0-3.0MPa，控制反应时间为3-10h。
6.一种大茴香脑的制备方法，其中，
首先根据权利要求1至5之一所述方法制备其中间体1-(4-甲氧基苯基)丙醇，然后进行脱水反应，制得大茴香脑。
7.根据权利要求6的制备方法，其中，
以苯甲醚和乙酸酐为原料，通过Friedel-Craft酰基化反应生成对甲氧基苯丙酮。
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