龙脑烯腈的合成

1900-2000香料香精化妆品，增刊2013年8月FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS, SUPPLEMENT August,2013龙脑烯腈的合成作者)上海香料研究所,上海200232谷运璀宦月琴陶骅摘要)介绍以樟脑为原料，经过与盐酸羟胺发生肟化反应，再用酸催化脱水异构化合成8化用香料龙脑烯腈的方法。反应以樟脑计得率为66%。关键词,樟脑肟化反应樟脑肟龙脑烯腈Synthesis of CampholenonitrileGU Yuncui HUAN Yueqin TAO Hua(Shanghai Research Institute of Fragrance & Flavour Industry, Shanghai 200232, China)Abstract Perfume campholenonitrile was produced by oximation of camphor with oxyammonia hydrochloride and then rearrangement ofproduced camphoroxime. The total yield was up to 66% (according to the amount of camphor).Key words camphor oximation reaction camphoroxime campholenonitrile龙脑烯腈(campholenonitrile)是原德国Dragoco作用，具有其他已知腈类香料未能预见的作用。因此公司(现德之馨公司)在20世纪90年代推出的香料产龙脑烯腈被推荐用于薰衣草型、 馥奇型、松针型、柠品，商品名为Cantry,并申请了专利。龙脑烯腈是由檬型、橘香型、粉香型、香荚兰型等日化香精中。a-龙脑烯腈(CAS号15373-31-6)和y龙脑烯腈(CAS号据文献报道，龙脑烯腈可有两种合成途径,1727-76-0) 两种异构体组成的混合物。a-龙脑烯腈具有是用龙脑烯醛与羟胺成肟再经脱水可制得单- -的a-龙强烈的果香和甜香香气，y-龙脑烯腈具有新鲜芳香和脑烯腈(见图1);另一种是用樟脑与羟胺成肟再经脱木香香气。两种异构体可单独使用或以任何比例混合水 异构化制得a-龙脑烯腈和)-龙脑烯腈的混合物(见图使用，在香精中能够起到加强主香特征及向外扩散的2)。CHO NH2OHCH=NOH_ +HO.CN图1以龙脑烯醛为原料合成a龙脑烯腈的反应途径)NHOHNOHCN+~CN图2以樟脑为原料异构化合成龙脑烯腈的反应中国煤化工我们分析了这两种合成方法，认为前一种方法而后- -种途径HCNMHG价格便宜,因的原料龙脑烯醛来源少，价格高，不适合工业生产。此选择了以樟脑为原料的合成方法，并进行了条件试ww.ffc-journal.com研究阶段1990~2000验，得到了较为满意的结果。1 125 g水,在搅拌下滴加375 g催化剂浓硫酸，滴加完1试验部分毕后加热升温至102 C微微回流，回流反应2h,取样1.1试验药品分析，当樟脑肟含量小于2.5%、 龙脑烯腈含量至86%樟脑，工业级，含量96%;盐酸羟胺，工业级,时反应结束。反应液冷却后倒入分液漏斗中分去酸水含量98%;醋酸钠，工业级，含量99%;硫酸，工业(可待下批循环使用)，油层依次用饱和盐水、2%碳酸级，含量98%。钠水溶液、饱和盐水洗涤，得到粗龙脑烯腈280g,含1.2试验仪器量为84%~ 86%。粗品经过分馏可得到总含腈量为98%岛津_148型毛细管柱气相色谱仪，日本岛津公司。的产品195 g。1.3试验步骤2结果与讨论1.3.1樟脑肟的制备2.1樟脑肟化反应在带有搅拌器、温度计、回流冷凝器的2 000 mL三樟脑为环酮类化合物，它与羟胺可以进行肟化反口瓶中，加入300 g原料樟脑、210 g盐酸羟胺、300 g溶应生成酮肟。其肟化条件与醛类不尽相同，影响反应剂乙醇、21 g醋酸钠和600 g水。搅拌加热至微微回流的条件也很多。我们就反应介质、羟胺用量、反应时(87 C)。反应6 h后取样分析，当樟脑含量小于1.5%、间等条件对肟化反应的影响进行了考察。肟含量大于80%时反应结束。然后改为蒸馏回收溶2.1.1反 应介质对樟脑肟化的影响剂，待内温升至105 C后结束蒸馏，回收溶剂含水乙醛和酮与盐酸羟胺或硫酸羟胺进行肟化反应需要醇约370 g(可待下批循环使用)。反应液趁热倒人分液在某种碱性介质中进行，可选择的碱性介质有多种。漏斗中，分去水层，油层约390 g为粗樟脑肟。取样分为了选择适合的反应介质，我们分别用碳酸钠水溶析含残留樟脑约1%，含肟量约82%。液、吡啶水溶液、醋酸钠水溶液和磷酸氢二钠水溶液1.3.2樟脑肟脱水异构化制备龙脑烯腈四种介质进行肟化反应的对比试验。不同反应介质的在带有搅拌器、温度计、回流冷凝器的2000 mL试验数据见表1。三口瓶中，加入390 g前一步制备得到的粗樟脑肟和从表1的结果看出，樟脑在碳酸钠水溶液中肟化表1不同反应介质对樟脑肟化反应的影响批号投料量/g反应条件反应结果樟脑盐酸羟胺 原料物质反应介质反应时间|反应温度残余樟脑量|肟含量樟脑转化率| 肟选择性的量比/b/C%1%761:2.2碳酸钠水溶液485-~9060.521.639.554.7500吡啶水溶液385-9084.898.785.9100醋酸钠水溶液5.85~900.382.299.782.4001:2.2磷酸氢二钠水溶液5.896.285.4不完全，在吡啶、醋酸钠和磷酸氢二钠三种水溶液介脑与盐酸羟胺的用量比进行了考察。不同用量比下的质中肟化转化率高，肟选择性好。基于经济和环境方肟化反应试验数据见表2。面的考虑，以醋酸钠水溶液最合适。从表2的试验结果看出，盐酸羟胺用量大,樟脑2.1.2羟胺用量的影响转化率高。但从成本考虑，盐酸羟胺用量以理论量的在选定以醋酸钠水溶液为反应介质后，我们对樟1.5倍为宜。此时樟脑转化率在9%以上，肟选择性也表2樟脑与盐酸羟胺用量比对樟脑肟化反应的影响投料量/g .樟脑盐酸羟胺原料物质反应时间|反应温度|残余樟脑含量 肟含量| 转化率| 肟选择性/h1919%3|85~-900.1:1.51.32.299.083.06601:1.32.79.397.781.21:0.9_8.68.41.175.1最高物质的量比为中国煤化工反应时间对肟2.1.3反应时间的影响化反应的影响:MYHCNMHG间的试验数据在确定反应介质为醋酸钠水液，樟脑与盐酸羟胺见表3。ww.fc-journal.com- 43.研究介段1990-2000香料香精化妆品，增刊2013年8月FLVOUR FRAGRANCE COSMETICS, SUPPLEMENT August, 2013表3樟脑肟化反应时间试验批号投料量/g反应条件反应结果樟脑盐酸羟胺|原料物质反应介质反应时间反应温度| 残余樟脑含量| 肟含量| 转化率| 肟选择性的量比/C1%19300210 .1:1.5醋酸钠水溶液85~9019.567.680.584.08-2 |0021085-~9010.175.089.983.48-3 |85~90，5.479.394.683.88-4 |2.78.797.980.48-5 3001.580.098.581.2-6 3001:151.82.299.083.0从表3的试验结果看出，反应时间越长，樟脑的排，得到多种异构体混合的复杂产物(见图3)。也有转化率越高,而肟的选择性变化不大，因此反应时间文献报道，樟脑肟在酸催化剂作用下会发生离子型重保持在6 h以上为好。排反应，并通过质子(H)和碳正离子(C")的转移也能2.2樟脑肟异构化反应发生类似贝克曼重排，而且在酸催化剂作用下，该反樟脑肟发生脱水和异构化反应可以得到龙脑烯应速度快、转化率高，得到的产物主要是a龙脑烯腈腈。有文献报道，樟脑肟在光或热作用下会发生游离和-龙脑烯腈的混合物(见图4),基重排反应，并通过游离基转移发生类似贝克曼重我们认为酸催化异构是一一个适合工业生产的方法。;NN-H-CH3H/CHN_OH:N~cn\ +t| +HCICN> CN图3樟脑肟在光热作用下异构化反应历程zN- -OHXHt| -H*.Ht中国煤化工CNTHCNM HG图4樟脑肟在酸催化作用下异构化反应历程44-ww.fc-journal.com.者科88刘刊21年8月研究阶段●1990~2000以硫酸为催化剂对樟脑肟进行了催化脱水的条件试验。定的时间。我们对反应时间的影响进行了考察，试验2.2.1异构化反应时间的影响结果见表4。樟脑肟在25%的硫酸水溶液中经催化脱水发生的从表4的结果可以看出，异构化反应在开始的半异构化反应很容易进行，但要达到反应完全则需要一小时内进行得很快，但当肟转化到90%以上后反应就表4樟脑肟异构化的反应时间影响批号投料量/g反应条件反应结果樟脑肟水硫酸.时间温度含肟量含腈总量肟转化率腈选择性/t/C1%%9-13903001000.11.483.088.693.71.08.085.292.092.69-32.84.186.2944.1022.185.197.986.99-530882.19883.69-69000.578.998.580.1变得很慢了，反应10 h还未转化完全;而产品的选择较大，为了缩小反应体积，减少乃至消除废水，我们性则随时间延长而有所降低。为了兼顾转化率和选择对异构化反应所用的酸水量进行了缩量试验,并对使性，反应时间以2 h较合适，肟转化率达97%以上，选用过的酸水重复循环使用。不同溶剂量及循环使用次择性在86%以上。数的试验数据见表5。2.2.2溶剂量及循环使用次数对异构化反应的影响从表5的试验结果看出，反应所用的酸水量不但在文献报道中，樟脑肟异构化反应使用的酸水量可以大大缩减，而且溶剂可以重复使用。这样既可以友5异构化反应中溶剂量及循环使用次数的影响投料量(g樟脑酸水酸水使用转化率次数./h/%3931 500289.597.3118003.985.396.188.81239940084.4提高生产效率，而且可以将产生的废水减少到最低程腈为互变异构体，在反应条件下可能发生互变异构。度。我们用龙脑烯醛经肟化脱水制得只含a-龙脑烯腈的产2.2.3 a- 龙脑烯腈和y-龙脑烯腈的互变异构试验品，并在硫酸水溶液中进行互变异构试验。互变异构按图2所示的反应历程，a- 龙脑烯腈和y-龙脑烯的试验数据见表6。表6 a-龙脑烯腈互变异构试验| a-龙脑烯腈| 水时间温度| 残余a- 龙脑烯腈含y- 龙脑烯腈a-龙脑烯腈转化率 a-/-比例13-0 .507:250室温91.713-1754.734.440.31:0.6 .13-2446.041.849.81:0.913-344.042.252.01:0.96从表6的试验结果可以发现，a-龙脑烯腈确实很容得樟脑肟，再在硫酸水溶液中脱水异构化制得a-龙脑易发生互变异构为y-龙脑烯腈,随着时间的延长，异烯腈和-龙脑烯腈的混合物_斥应得率80%。反应物构化速度变慢，最后可能达到平衡。经分馏得到中国煤化工的产品，以樟3结论脑计算产品得HCNMHG作简单，反应以樟脑为原料，经过与盐酸羟胺发生肟化反应制条件温和，废水量少，适合于工业生产。ww.fc-journal.com.