CN104138765A - 一种固体碱催化剂及制备以及在制备愈创木酚甘油醚中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合固体碱催化剂，主要由质量份配比如下的组分制成：载体：γ-Al₂O₃100份，负载组分：粘结剂0.5～5份，含镁化合物1～25份，含钙化合物1～25份，聚丙烯酰胺0.5～5份，无机碱0.1～2份；粘结剂为下列之一：甘油、淀粉、甲基纤维素、聚丙烯醇、铝溶胶、水玻璃；含镁化合物为下列之一：MgO、Mg(OH)₂、Mg(CO₃)₂、Mg(OAc)₂、MgCl₂；含钙化合物为下列之一：CaO、Ca(OH)₂、Ca(CO₃)₂、CaCl₂；无机碱为下列之一：NaOH、KOH、Na₂CO₃、K₂CO₃。所得催化剂用于愈创木酚甘油醚的制备，操作简便环保，能耗少，收率高。

Description

一种固体碱催化剂及制备以及在制备 愈创木酚甘油醚中的 应用

技术领域

本发明涉及一种固体碱催化剂及其制备，以及利用该固体碱催化剂制备愈创木酚甘油醚的方法。

背景技术

固体碱催化剂因为反应条件温和，反应速率快，副反应少，可回收再利用等优点受到科研工作者的逐渐重视。固体碱种类各异，发展迅速。固体碱的分类为有机固体碱、有机无机复合固体碱、无机固体碱三种。目前，在工业生产中有较多的重要反应是由无机固体碱催化的，无机固体碱主要包括：金属氧化物固体碱，水滑石类固体碱，负载型固体碱。金属氧化物固体碱主要包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物和过渡金属氧化物。金属氧化物的碱性强度和催化效果如何，主要受金属原子序数、前驱体的种类以及焙烧温度的影响。金属氧化物固体碱的碱性位通常来自于氧化物表面吸附水分子后产生的羟基和带负电的晶格氧。金属氧化物的碱性随着原子序数的提高而增加，但催化活性和催化剂表面积却随着原子序数的增加而减小。高温焙烧则有利于提高催化剂的碱性强度，有助于活性中心的形成，但过高的温度也可能导致催化剂烧结，碱性位的丢失。对于碱土金属氧化物来讲，碱性强弱顺序为碳酸盐>氢氧化物>醋酸盐。因此，可以通过改变制备条件或者选择不同的前驱体来获得催化性能更佳的催化剂。氧化钙、氧化镁和氧化铝具有成本低，碱性强的优点，近年来受到人们的关注。而且复合金属氧化物也表现出了很好的催化活性。

愈创木酚甘油醚(化学名：3-邻甲氧苯氧基-1,2-丙二醇)具有祛痰、镇咳、解痉等作用。在日常生活中作为非处方药被广泛使用。同时，它也是一种有生物活性的医药中间体，用于β-受体阻滞剂的合成。近些年来，研究发现该药品也可用于降低血小板粘性、松弛肌肉以及兽用麻醉剂等，因此，开发研究愈创木酚甘油醚的合成工艺具有广阔的应用前景。

目前已报道的合成愈创木酚甘油醚的方法有四种。

方法一：由环氧氯丙烷和愈创木酚（邻甲氧基苯酚）在碱性条件下缩合，然后酸催化水解得目标产物，或者将环氧氯丙烷水解成氯代甘油后和愈创木酚在碱性条件下缩合得目标产物。该方法的缺点是所用的原料环氧氯丙烷主要来自不可再生资源石油裂解。

方法二：由缩水甘油和愈创木酚在三乙胺或吡啶的催化下反应，该方法的缺点是催化剂在产品中的残留难以除去，对环境和人体的伤害较大。

方法三：是不对称合成法，由α-卤代丙烯和愈创木酚在碳酸钾催化下生成中间产物愈创木酚烯丙基醚，然后愈创木酚烯丙基醚在K₃Fe(CN)₆、K₂CO₃、(DHQD)₂-PHAL、t-BuOH/H₂O、OsO₄的条件下水解成目标产物。该方法的缺点是催化剂和溶剂昂贵，后处理繁琐。

方法四：由对甲苯磺酸异丙叉甘油酯和愈创木酚在N,N-二甲基甲酰胺为溶剂、氢氧化钠为碱性催化剂的条件下发生O-烷基化反应生成中间产物愈创木酚异丙叉甘油醚，中间产物愈创木酚异丙叉甘油醚再在酸性条件下水解得目标产物。该方法所用的原料对甲苯磺酸异丙叉甘油酯由异丙叉甘油和对甲苯磺酰氯反应而来，步骤繁多，且溶剂DMF的沸点高，除去所耗能耗大，少量残留对环境和人体都有不良影响。

可以说上述合成愈创木酚甘油醚的方法，或是原料成本高，或是对环境有污染，或是步骤繁多，或是后处理复杂，为其制备提出了新的亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用机械混合法制备的再生简单、活性高复合固体碱催化剂及其制备和应用，利用该复合固体碱催化剂制备愈创木酚甘油醚操作简便，能耗少。

本发明的技术方案：本发明所述复合固体碱催化剂，主要由质量份配比如下的组分制成：

载体：

γ-Al₂O₃ 100份

负载组分：

粘结剂 0.5～5份

含镁化合物 1～25份

含钙化合物 1～25份

聚丙烯酰胺 0.5～5份

无机碱 0.1～2份；

所述粘结剂为下列之一：甘油、淀粉、甲基纤维素、聚丙烯醇、铝溶胶、水玻璃；

所述含镁化合物为下列之一：MgO、Mg(OH)₂、Mg(CO₃)₂、Mg(OAc)₂、MgCl₂；

所述含钙化合物为下列之一：CaO、Ca(OH)₂、Ca(CO₃)₂、CaCl₂；

所述无机碱为下列之一：NaOH、KOH、Na₂CO₃、K₂CO₃。

优选地，该复合固体碱催化剂主要由质量份配比如下的组分制成：

载体：

γ-Al₂O₃ 100份

负载组分：

铝溶胶 2份

Mg(OAc)₂ 10份

Ca(OH)₂ 15份

聚丙烯酰胺 3份

无机碱 1份。

前述复合固体碱催化剂的制备方法如下：取γ-Al₂O₃，添加配方量的粘结剂、含钙化合物、含镁化合物和无机碱，混合研磨1～5小时，再添加配方量的聚丙烯酰胺，混合研磨1～5小时后加水，将物料挤压成型，于红外灯下烘干1～5小时，然后于50～200℃干燥1～10小时，最后于300～600℃焙烧1～6小时，冷却、干燥，得所述复合固体碱催化剂。

前述复合固体碱催化剂作为催化剂制备愈创木酚甘油醚，具体应用是在溶剂中以邻苯二酚和烯丙基卤化物为原料，在复合固体碱催化剂催化下反应，制得结构如式(II)所示的中间产物，不经分离依次加入卤代甲烷和高锰酸钾水溶液得到结构如式(I)所示的目标产物愈创木酚甘油醚；

所述溶剂选自下列之一：四氢呋喃、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二氧六环,优选为乙腈、丙酮和二氧六环。

进一步地，所述烯丙基卤化物为氯化物、溴化物或碘化物，优选为溴化物；卤代甲烷为氯化物、溴化物或碘化物，优选为溴化物。

进一步地，所述溶剂质量用量为邻苯二酚质量用量的5～10倍。

进一步地，所述复合固体碱催化剂投料量为投入的邻苯二酚用量的1～10%（质量）。

进一步地，所述反应过程中的反应温度为20～100℃。

进一步地，所述各反应步骤的反应均以薄层层析跟踪至反应结束。

铝溶胶的化学分子式为a(Al₂O₃·nH₂O)·bH_x·cH₂O，其中：Al₂O₃·nH₂O为水合氧化铝，H_x为胶溶剂，系数：b＜a、c、n。

聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）简称PAM，俗称絮凝剂或凝聚剂，分子量在400~1800万之间，产品外观为白色或略带黄色粉末，液态为无色粘稠胶体状，易溶于水，温度超过120℃时易分解。聚丙烯酰胺可以分为以下几种类型：阴离子型 、阳离子型、非离子型、复合离子型。胶体产品为无色透明、无毒、无腐蚀。粉剂为白色粒状。两者均能溶于水，但几乎不溶于有机溶剂。不同品种、不同分子量的产品有不同的性质。本发明主要采用阳离子聚丙烯酰胺，分子量800万～1000万。

本发明愈创木酚甘油醚合成方法的有益效果主要体现在：

（1）为愈创木酚甘油醚的制备提供了一条新的合成路线。

（2）本发明原料易得，且利用本发明所述采用机械混合法制备的再生简单、活性高的复合固体碱作催化剂，操作简便环保，能耗少，收率高，适合工业化生产。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

取100g γ-Al₂O₃（温州精晶氧化铝有限公司），添加2g铝溶胶（江阴市夏港化工厂）作为粘结剂,添加15g Mg(OAc)₂，混合研磨1小时，添加10g Ca(OH)₂，添加1g NaOH，加入3g聚丙烯酰胺（河南罗山中原聚合物有限公司，分子量800万～1000万）作为助挤剂，继续混合研磨2小时，加入20 g的水，用挤条机挤压成Ø1.6毫米条状。产品于红外灯下烘干5小时，放入烘箱中100℃干燥10小时，最后置于马弗炉中500℃焙烧4小时, 得复合固体碱催化剂，冷却后置于干燥器中备用。

实施例2

取100g γ-Al₂O₃为载体，添加3g甘油作为粘结剂，添加15g MgO，混合研磨1小时，添加10g Ca(OH)₂，添加1g KOH，加入5g聚丙烯酰胺（河南罗山中原聚合物有限公司，分子量800万～1000万）作为助挤剂，继续混合研磨2小时，加入适量的水，用挤条机挤压成Ø1.6毫米条状。产品于红外灯下烘干1小时，放入烘箱中120℃干燥8小时，最后置于马弗炉中550℃焙烧4小时，得所述复合固体碱催化剂，冷却后置于干燥器中备用。

实施例3

取100g γ-Al₂O₃，添加3g淀粉作为粘结剂，添加10g Mg(CO₃)₂，混合研磨0.5小时，添加10g Ca(OH)₂，添加0.5g Na₂CO₃，加入2g聚丙烯酰胺（河南罗山中原聚合物有限公司，分子量800万～1000万）作为助挤剂，继续混合研磨2小时，加入适量的水，用挤条机挤压成Ø1.6毫米条状。产品红外灯下烘干5小时，放入烘箱中100℃干燥6小时，最后置于马弗炉中500℃焙烧3小时，得所复合述固体碱催化剂，冷却后置于干燥器中备用。

实施例4

在50 mL三口烧瓶中加入邻苯二酚110 mg（1 mmol），烯丙基氯76 mg（1 mmol），复合固体碱催化剂（实施例1制得）11 mg，乙腈550 mg，在50℃搅拌反应，薄层层析跟踪反应结束后，再加入氯甲烷51 mg（1 mmol）,继续反应，薄层层析跟踪反应结束后，再加入70%（质量）高锰酸钾水溶液225mg(1 mmol), 继续反应，薄层层析跟踪反应结束后，过滤除去固体，减压浓缩除去溶剂，剩余物用甲苯重结晶得愈创木酚甘油醚154 mg，产率78 %。

实施例5

在50 mL三口烧瓶中加入邻苯二酚110 mg（1 mmol），烯丙基溴76 mg（1 mmol），复合固体碱催化剂（实施例1制得）1.1 mg，丙酮550 mg，在20℃搅拌反应，薄层层析跟踪反应结束后，再加入溴甲烷95 mg（1 mmol）,继续反应，薄层层析跟踪反应结束后，再加入70%（质量）高锰酸钾水溶液225mg(1 mmol), 继续反应，薄层层析跟踪反应结束后，过滤除去固体，减压浓缩除去溶剂，剩余物用甲苯重结晶得愈创木酚甘油醚156 mg，产率79 %。

实施例6

在50 mL三口烧瓶中加入邻苯二酚110 mg（1 mmol），烯丙基溴121 mg（1 mmol），复合固体碱催化剂（实施例1制得）5 mg，二氧六环1100 mg，在100℃搅拌反应，薄层层析跟踪反应结束后，再加入氯甲烷51 mg（1 mmol）,继续反应，薄层层析跟踪反应结束后，再加入70%（质量）高锰酸钾水溶液225mg(1 mmol), 继续反应，薄层层析跟踪反应结束后，过滤除去固体，减压浓缩除去溶剂，剩余物用甲苯重结晶得愈创木酚甘油醚158 mg，产率80 %。

Claims (10)

1.一种复合固体碱催化剂，其特征在于该复合固体碱催化剂主要由质量份配比如下的组分制成：

载体：

γ-Al₂O₃ 100份

负载组分：

粘结剂 0.5～5份

含镁化合物 1～25份

含钙化合物 1～25份

聚丙烯酰胺 0.5～5份

无机碱 0.1～2份；

所述粘结剂为下列之一：甘油、淀粉、甲基纤维素、聚丙烯醇、铝溶胶、水玻璃；

所述含镁化合物为下列之一：MgO、Mg(OH)₂、Mg(CO₃)₂、Mg(OAc)₂、MgCl₂；

所述含钙化合物为下列之一：CaO、Ca(OH)₂、Ca(CO₃)₂、CaCl₂；

所述无机碱为下列之一：NaOH、KOH、Na₂CO₃、K₂CO₃。

2.根据权利要求1所述的复合固体碱催化剂，其特征在于该复合固体碱催化剂主要由质量份配比如下的组分制成：

载体：

γ-Al₂O₃ 100份

负载组分：

铝溶胶 2份

Mg(OAc)₂ 10份

Ca(OH)₂ 15份

聚丙烯酰胺 3份

无机碱 1份。

3.如权利要求1或2所述的复合固体碱催化剂的制备方法,其特征在于该如下：取γ-Al₂O₃，添加配方量的粘结剂、含钙化合物、含镁化合物和无机碱，混合研磨1～5小时，再添加配方量的聚丙烯酰胺，混合研磨1～5小时后加水，将物料挤压成型，于红外灯下烘干1～5小时，然后于50～200℃干燥1～10小时，最后于300～600℃焙烧1～6小时，冷却、干燥，得所述复合固体碱催化剂。

4.如权利要求1至3任一项所述的复合固体碱催化剂作为催化剂在制备愈创木酚甘油醚中的应用，其特征在于：该应用是在溶剂中以邻苯二酚和烯丙基卤化物为原料，在复合固体碱催化剂催化下反应，制得结构如式(II)所示的中间产物，不经分离依次加入卤代甲烷和高锰酸钾水溶液得到结构如式(I)所示的目标产物愈创木酚甘油醚；

所述溶剂选自下列之一：四氢呋喃、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二氧六环。

5.根据权利要求4所述的应用，所述烯丙基卤化物为氯化物、溴化物或碘化物；卤代甲烷为氯化物、溴化物或碘化物。

6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于：所述烯丙基卤化物为溴化物；卤代甲烷为溴化物。

7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述溶剂质量用量为邻苯二酚质量用量的5～10倍。

8.根据权利要求4所述的应用,其特征在于：所述复合固体碱催化剂投料量为投入的邻苯二酚用量的1～10%（质量）。

9.根据权利要求4所述的应用,其特征在于：所述反应过程中的反应温度为20～100℃。

10.根据权利要求4所述的应用,其特征在于：所述各反应步骤的反应均以薄层层析跟踪至反应结束。