CN116554121A - 一种2-异丁基噻唑的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品添加剂制备领域，具体涉及一种2‑异丁基噻唑的合成方法。本发明提供了一种2‑异丁基噻唑的合成方法，将氯乙醛缩醛和甲基丁烷硫代酰胺按摩尔比为1.05‑1.15:1混合溶解在有机酸溶剂加热回流，反应结束后脱出溶剂，降温调整pH，蒸馏，蒸出混合物分层，上层无色产品抽真空，闪蒸，得到2‑异丁基噻唑。本发明将氯乙醛缩醛、甲基丁烷硫代酰胺与酸性溶剂混合，使用一锅法制备得到2‑异丁基噻唑，操作简单，三废少，收率和产品质量优异。本发明通过氯乙醛缩醛水解生成氯乙醛，无需分离，氯乙醛生成后即参与关环反应，防止了氯乙醛的分解，提高了整体收率和产品纯度，收率可达到69.5％及以上，最高收率82.7％，产品纯度可达到95％及以上。
Description
技术领域
本发明属于食品添加剂制备领域，具体涉及一种2-异丁基噻唑的合成方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着全球经济的不断发展以及消费水平的不断提高，居民对于食品及日用品品质的要求愈来愈高，香料香精行业得以快速发展。2-烷基噻唑类化合物被广泛应用于食品香料香精行业，其中2-异丁基噻唑是制备番茄香精、辣椒香精等食物香精的重要组成部分。
由于2-烷基噻唑仅在噻唑环结构的二位具有取代基，现有技术中对于2-异丁基噻唑及其他2-烷基噻唑合成方法的研究较少，主要合成方法有以下几种：第一种将2-溴噻唑与烷基硼酸或烷基硼酸酯在贵金属钯催化剂及配体条件下进行偶联反应得到目标产物；第二种将2-溴噻唑与烷基锂在极低温条件下得到噻唑锂中间体，进一步进行烷基化得到目标产物；第三种将2-烷基硫基噻唑氧化为2-烷基磺酰基噻唑，进一步使用格式试剂进行取代反应得到目标产物；第四种使用卤代乙醛和烷基硫代酰胺直接关环合成。然而第一种方法中钯催化剂价格昂贵，第二种方法中烷基锂试剂成本高昂并且反应条件苛刻，第三种方法步骤繁琐且需使用格式试剂，均存在着缺陷。通过卤代乙醛和烷基硫代酰胺直接关环合成2-烷基噻唑理论上具有反应步骤单一、副产物少的优势，但是在实际生产过程中需要使用五硫化二磷，生成的副产物五氧化二磷遇水后剧烈放热，具有爆炸的安全隐患。并且氯乙醛在空气下不稳定，需要配置为40％水溶液储存，水的存在也不利于反应向正反应方向进行，抑制了产物的生成。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种2-异丁基噻唑的合成方法。本发明将氯乙醛缩醛、甲基丁烷硫代酰胺与酸性溶剂混合，使用一锅法制备得到2-异丁基噻唑，操作简单，三废少，收率和产品质量优异。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种2-异丁基噻唑的合成方法，将氯乙醛缩醛和甲基丁烷硫代酰胺按摩尔比为1.05-1.15:1混合溶解在有机酸溶剂加热回流，反应结束后脱出溶剂，降温调整pH，蒸馏，蒸出混合物分层，上层无色产品抽真空，闪蒸，得到2-异丁基噻唑。
上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
(1)本发明使用氯乙醛缩醛、甲基丁烷硫代酰胺和酸性溶剂进行一锅法制备，酸性溶剂既可以满足氯乙醛缩醛水解为氯乙醛，又为Hantzsch反应的必要条件，仅在反应开始前添加单一酸性溶剂即可保证两步反应的同时进行，操作简单，有利于工业化大规模生产。
(2)本发明使用氯乙醛缩醛、甲基丁烷硫代酰胺和酸性溶剂进行一锅法制备，通过氯乙醛缩醛水解生成氯乙醛，无需分离，氯乙醛生成后即参与关环反应，防止了氯乙醛的分解，提高了整体收率和产品纯度，产品纯度可达到95％及以上。
(3)本发明进一步优选使用有机酸作为酸性溶剂，有机酸还可以与醇发生酯化反应，进一步促进氯乙醛的生成，从而提高反应收率，当使用乙酸和氯乙酸缩二乙醇时收率可达到82％及以上。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例1制备的2-异丁基噻唑的质谱图；
图2为实施例1制备的2-异丁基噻唑的气相色谱图。
具体实施方式
本发明的第一种典型实施方式，一种2-异丁基噻唑的合成方法，将氯乙醛缩醛和甲基丁烷硫代酰胺按摩尔比为1.05-1.15:1混合溶解在有机酸溶剂加热回流，反应结束后脱出溶剂，降温调整pH，蒸馏，蒸出混合物分层，上层无色产品抽真空，闪蒸，得到2-异丁基噻唑。
本发明合成方法的具体方程式如下：
该实施方式的一种或多种实施例中，所述氯乙醛缩醛包括氯乙醛缩二甲醇和氯乙醛二乙醇中的一种或多种。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述酸性溶剂包括盐酸、甲酸、乙酸中的一种或多种。
有机酸和氯乙醛缩醛在加热过程中，首先缩醛在酸性条件下水解，水解生成的两分子醇进一步在回流过程中和乙酸发生酯化反应，促进了缩醛水解向正反应方向发生，使缩醛水解更彻底。
该实施方式的一种或多种实施例中，加热回流时间为4.5-5.5h。
该实施方式的一种或多种实施例中，使用气相色谱监控反应至甲基丁烷硫代酰胺浓度<1％判断反应结束。
该实施方式的一种或多种实施例中，在常压下脱出溶剂，脱至内温为134-136℃。
该实施方式的一种或多种实施例中，降温至14-16℃。
该实施方式的一种或多种实施例中，调整pH为10-11。
该实施方式的一种或多种实施例中，蒸馏为常压蒸馏，蒸至内温为129-131℃。
该实施方式的一种或多种实施例中，在混合物中添加碳酸钾分层。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和乙酸550ml，搅拌下加入氯乙醛缩二乙醇(126.7g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系变为红褐色，气相监控反应，硫代酰胺0.2％，反应结束。反应结束后反应体系无需降温，常压脱溶剂，脱至内温135℃，脱出的溶剂含有乙酸、少量乙醇和乙酸乙酯的溶剂530g，停止脱溶剂。将反应体系降温至15℃，用30％液碱调pH至10-11，继续常压水蒸馏，蒸出水和产品的混合物，蒸至内温130℃。蒸出的混合物加入20g碳酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入分液漏斗中分层，下层为钾盐水溶液，上层为无色产品，再用油泵抽真空，闪蒸，得目标产物87g，收率82.7％。如图1所示，质谱证明了目标产物2-异丁基噻唑被成功合成。如图2所示，气相色谱表明2-异丁基噻唑的纯度为99.91％。
实施例2
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和乙酸350ml，搅拌下加入氯乙醛缩二乙醇(126.7g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系变为红褐色，气相监控反应，硫代酰胺0.2％，反应结束。反应结束后反应体系无需降温，常压脱溶剂，脱至内温135℃，脱出的溶剂含有乙酸、少量乙醇和乙酸乙酯的溶剂330g，停止脱溶剂。将反应体系降温至15℃，用30％液碱调pH至10-11，继续常压水蒸馏，蒸出水和产品的混合物，蒸至内温130℃。蒸出的混合物加入20g碳酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入分液漏斗中分层，下层为钾盐水溶液，上层为无色产品，再用油泵抽真空，闪蒸，得目标产物86.4g，收率82％，气相色谱检测2-异丁基噻唑纯度为99.6％。
实施例3
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和甲酸350ml，搅拌下加入氯乙醛缩二乙醇(126.7g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系变为红褐色，气相监控反应，硫代酰胺0.5％，反应结束。反应结束后反应体系无需降温，常压脱溶剂，脱至内温135℃，脱出的溶剂含有甲酸、少量乙醇和甲酸乙酯的溶剂330g，停止脱溶剂。将反应体系降温至15℃，用30％液碱调pH至10-11，继续常压水蒸馏，蒸出水和产品的混合物，蒸至内温130℃。蒸出的混合物加入20g碳酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入分液漏斗中分层，下层为钾盐水溶液，上层为无色产品，再用油泵抽真空，闪蒸，得目标产物75.9g，收率72％，气相色谱检测2-异丁基噻唑纯度为99.6％。
虽然甲酸同样能使氯乙醛缩醛发生水解，但是甲酸的沸点比乙酸低接近20℃，在同样回流的条件下，甲酸做溶剂的回流温度低，导致反应进行下降。
实施例4
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和乙酸350ml，搅拌下加入氯乙醛缩二甲醇(102.8g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系变为红褐色，气相监控反应，硫代酰胺0.2％，反应结束。反应结束后反应体系无需降温，常压脱溶剂，脱至内温135℃，脱出的溶剂含有乙酸、少量甲醇和乙酸甲酯的溶剂330g，停止脱溶剂。将反应体系降温至15℃，用30％液碱调pH至10-11，继续常压水蒸馏，蒸出水和产品的混合物，蒸至内温130℃。蒸出的混合物加入20g碳酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入分液漏斗中分层，下层为钾盐水溶液，上层为无色产品，再用油泵抽真空，闪蒸，得目标产物73g，收率69.5％，气相色谱检测2-异丁基噻唑纯度为99.6％。
实施例5
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和甲酸350ml，搅拌下加入氯乙醛缩二甲醇(102.8g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系变为红褐色，气相监控反应，硫代酰胺0.8％，反应结束。反应结束后反应体系无需降温，常压脱溶剂，脱至内温135℃，脱出的溶剂含有乙酸、少量乙醇和乙酸乙酯的溶剂330g，停止脱溶剂。将反应体系降温至15℃，用30％液碱调pH至10-11，继续常压水蒸馏，蒸出水和产品的混合物，蒸至内温130℃。蒸出的混合物加入20g碳酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入分液漏斗中分层，下层为钾盐水溶液，上层为无色产品，再用油泵抽真空，闪蒸，得目标产物55.9g，收率53％，气相色谱检测2-异丁基噻唑纯度为99.6％。
对比例1
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和15％盐酸350ml，搅拌下加入氯乙醛缩二甲醇(102.8g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系变为黑色，气相监控反应，硫代酰胺0.6％，反应结束。反应结束后反应体系无需降温，常压脱溶剂，脱至内温135℃，脱出的溶剂含有乙酸、少量乙醇和乙酸乙酯的溶剂330g，停止脱溶剂。将反应体系降温至15℃，用30％液碱调pH至10-11，继续常压水蒸馏，蒸出水和产品的混合物，蒸至内温130℃。蒸出的混合物加入20g碳酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入分液漏斗中分层，下层为钾盐水溶液，上层为无色产品，再用油泵抽真空，闪蒸，得目标产物35g，收率33.3％，气相色谱检测2-异丁基噻唑纯度为99.5％。
对比例2
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和35％盐酸350ml，搅拌下加入氯乙醛缩二乙醇(126.7g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系变为红褐色，气相监控反应，硫代酰胺0.7％，反应结束。反应结束后反应体系无需降温，常压脱溶剂，脱至内温135℃，脱出的溶剂含有乙酸、少量乙醇和乙酸乙酯的溶剂330g，停止脱溶剂。将反应体系降温至15℃，用30％液碱调pH至10-11，继续常压水蒸馏，蒸出水和产品的混合物，蒸至内温130℃。蒸出的混合物加入20g碳酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入分液漏斗中分层，下层为钾盐水溶液，上层为无色产品，再用油泵抽真空，闪蒸，得目标产物35g，收率33％，气相色谱检测2-异丁基噻唑纯度为99.5％。
对比例3
带有机械搅拌、温度计、冷凝管的1000ml四口反应瓶中加入甲基丁烷硫代酰胺(87.5g，0.75mol)和去离子水550ml，搅拌下加入氯乙醛缩二乙醇(126.7g，0.83mol)油浴加热至回流，回流反应5h，体系不发生变色，反应不进行。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种2-异丁基噻唑的合成方法，其特征在于，将氯乙醛缩醛和甲基丁烷硫代酰胺按摩尔比为1.05-1.15:1混合溶解在有机酸溶剂加热回流，反应结束后脱出溶剂，降温调整pH，蒸馏，蒸出混合物分层，上层无色产品抽真空，闪蒸，得到2-异丁基噻唑。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述氯乙醛缩醛包括氯乙醛缩二甲醇和氯乙醛二乙醇中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述有机酸溶剂包括甲酸、乙酸中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，加热回流时间为4.5-5.5h。
5.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，使用气相色谱监控反应至甲基丁烷硫代酰胺浓度<1％判断反应结束。
6.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，在常压下脱出溶剂，脱至内温为134-136℃。
7.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，降温至14-16℃。
8.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，调整pH为10-11。
9.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，蒸馏为常压蒸馏，蒸至内温为129-131℃。
10.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，在混合物中添加碳酸钾分层。
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