β-亚甲基苯乙醇的合成工艺

第35卷第6期武汉工程大学学报 VoL. 35 No.62013年06月 J. Wuhan Inst. Tech.Jun.2013文章编号:1674-2869(2013)06-0016-04亚甲基苯乙醇的合成工艺奚强,冯薇伟,胡杨,余利民2,陈建2(1.武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉430742.武汉理工大学化学工程学院,湖北武汉430070摘要:针对亚甲基苯乙醇合成工艺中反应条件较苛刻、操作较复杂、产物难分离纯化和总收率偏低的问题,以苯乙醛为原料,经亚甲基化反应和均相氢转移还原反应两步合成了亚甲基苯乙醇分别考察了两步反应投料比、催化剂的用量和反应温度等条件对产物收率的影响.结果表明,亚甲基化反应在50℃,投料比为n(苯乙醛):n(甲醛):n(二甲胺盐酸盐)=11.2:0.2的条件下反应16h最佳,反应液经减压蒸出甲醛、异丙醇和水,中间产物无需进一步纯化,直接用于还原反应;氢转移还原反应于60~65℃下反应12h,投料比n(a-亚甲基苯乙醛):n(异丙醇铝)=1:0.1,反应液用乙酸乙酯和水萃取、纯化,得到亚甲基苯乙醇产物的总收率可达86%,纯度98.5%以上,其结构经核磁共振氢谱确认.该合成工艺反应条件温和、操作简单、产业化价物易于分离和纯化、收率高,具有一定的工业化价值关键词:苯乙醛;亚甲基化;氢转移还原中图分类号:TQ243.4文献标识码:aoi:10969/in.1-69203.06.000引言1实验部分亚甲基苯乙醇(-methylene phenethyl1.1仪器及试剂 alcohol),为一种透明的无色液体,具有柔和的玫DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器,巩义瑰香味,现多作为一种新型的香料,也可作为合成市予华仪器有限公司生产;2XZ型双级旋片式真其它香料的原料,是精细化工方面一种重要的空泵,巩义市予华仪器有限公司生产;二乙胺、丙中间体酸、四氢吡咯、吡啶、二甲胺盐酸盐、苯乙醛、甲醛现有的亚甲基苯乙醇的合成方法主要有三水溶液、异丙醇铝、异丙醇、乙酸乙酯,均为国药集种,方法一:通过格氏试剂的方法,该方法中的格团化学试剂有限公司生产氏试剂较难制备2.方法二:利用heck反应,用卤1.2a亚甲基苯乙醛的合成代苯和烯丙醇发生偶合反应制备,反应中使用了在N2保护下,在500mL的三口烧瓶中,加入贵金属钯为催化剂,回收使用不易3.方法三用240mL的异丙醇,搅拌下加入1.8g阻聚剂和甲基苯乙烯为原料,经氯代、酯化和皂化反应制60g(0.5mol)苯乙醛,搅拌均匀,滴加8.1g得,该路线较长,收率偏低5(0.1mol)二甲胺盐酸盐溶于48g质量分数37%本实验参考相关文献7,以苯乙醛为原料,的甲醛水溶液(0.6mol)的混合溶液,控制滴加的经亚甲基化和氢转移还原两步合成了亚甲基苯速率,使内温不超过50℃,滴加完毕后50℃保温乙醇,并探讨了投料比、催化剂的用量和反应温度反应,TLC跟踪反应至苯乙醛反应完全反应液常等条件对收率的影响在最佳反应条件下,以苯乙温减压蒸出过量的甲醛,50℃减压蒸出溶剂和生醛计,产物β亚甲基苯乙醇的收率可达86%.同时成的水,并用异丙醇(20mL)带两次水,得一浅黄用HNMR对产物进行了表征合成的路线如下:色粘稠物,即为a亚甲基苯乙醛粗品,不经纯化,H亚甲基化还原 OH直接用于氢转移还原反应 CHO-收稿日期:2013-04-03作者简介:奚强(1966-),男,湖北浠水人,教授博士,硕士研究生导师研究方向:有机合成第6期奚强等亚甲基苯乙醇的合成工艺171.3亚甲基苯乙醇的合成50110往上述粘稠物中加入120g(2mol)异丙醇,4080升温搅拌溶清,补加适量阻聚剂后,再加入10.2g30反应时间和温度的关系60(0.05mol)异丙醇铝,升温至60~65℃反应,20亚甲基化收率和温度的关系40TLC跟踪反应至醛反应完全.反应液减压蒸出生1020成的丙酮和过量的异丙醇后,搅拌下趁热将反应液倾倒入300mL的蒸馏水中,用300mL的乙酸00405060806080100反应温度/℃乙酯分三次萃取,合并有机相,水洗,无水硫酸钠图1亚甲基化反应温度对反应时间和亚甲基化干燥,过滤,滤液减压蒸出乙酸乙酯,得一淡黄色收率的影响透明的油状物57.5g,即为亚甲基苯乙醇,总收 Fig. 1 The effect of temperature on reaction time率86%,纯度98.5%(HPLC). and yield of product2结果与讨论能是温度较高时导致a亚甲基苯乙醛的聚合过度由此可见,此处亚甲基化反应的温度在50℃2.1亚甲基化反应催化剂的选择左右为佳根据文献[6],本研究对亚甲基化反应的催化2.3甲醛和苯乙醛的摩尔比对亚甲基化收率的剂做了初步筛选,其催化机理可认为8:在碱催化影响下,苯乙醛在醛基的a位生成碳负离子,再与甲醛在50℃,催化剂和苯乙醛摩尔比0.2:1,考中的羰基碳原子发生亲核加成反应生成2羟甲基察了原料甲醛和苯乙醛的摩尔比对收率的影响,苯乙醛;后者在酸催化下,受热脱水,生成a亚甲结果如图2所示由图可知,随着甲醛和苯乙醛摩基苯乙醛尔比的增大,反应的收率有一定程度的提高,当摩以甲醛和苯乙醛摩尔比1.2:1,反应温度为尔比高于1.2后,收率变化不明显.考虑到过多的50℃,催化剂和苯乙醛摩尔比0.2:1,考察不同甲醛对后处理造成的麻烦,最后确定原料的摩尔的催化剂催化反应的时间和亚甲基化收率,结果比为1.2:1.见表1.由表可知,不同的催化剂对反应时间和亚94甲基化收率有较为显著的影响,其中二甲胺盐酸92盐催化时反应时间最短,收率最高90表1催化剂对亚甲基化反应收率的影响88 Table 1 Effect of catalyst on yield of product86催化剂反应时间/h收率/%841.051.11.21.31.51.71二甲胺盐酸盐1691n(甲醛)n(苯乙醛)2二乙胺盐酸盐1990图2甲醛和苯乙醛的摩尔比对亚甲基化收率的影响3二乙胺丙酸盐2087 Fig. 2 Effect of proportion on yield of product4四氢吡咯丙酸盐29782.4氢转移还原的反应温度对反应时间和还原5吡啶盐酸盐4856收率的影响注:为柱色谱得到收率,下同;为80℃时反应根据文献[7],在异丙醇铝和a亚甲基苯乙醛48h,TLc显示未反应完摩尔比为0.1:1的条件下,对异丙醇和异丙醇铝2.2亚甲基化的反应温度对反应时间和亚甲基催化的氢转移还原反应的温度对反应时间和还原化收率的影响收率的影响进行了初步研究,其结果见图3所示以甲醛和苯乙醛摩尔比1.2:1,催化剂和苯随着还原反应温度的升高,反应速率逐渐增加,但乙醛摩尔比0.2:1,考察了不同的反应温度对反从70℃增加至反应液回流温度,反应时间没有明应时间和亚甲基化收率的影响,结果见图1.显的变短.另一方面,在65℃过后,温度的提高,由图1可知,随着反应温度的升高,反应速率还原收率却略有下降.考虑到中间产物a亚甲基变大,反应时间逐渐变短;在温度60℃之前,温度苯乙醛易聚合本实验最终将还原的温度控制在的升高对收率影响不大;但是继续升高反应温度,60~65℃.收率则出现较大的下降,从柱色谱的结果分析,可18武汉工程大学学报第35卷301008020反应时间和温度的关系60°凶←还原温度的关系10402040 Jo60657080反应温度/℃图3氢转移还原的反应温度对反应时间和还原收率的影响 Fig.3 The effect of temperature on reaction time and yield of product2.5异丙醇铝和a亚甲基苯乙醛的摩尔比对还图5亚甲基苯乙醇的HNMR图谱原收率的影响 Fig.5 1H NMR spectra of A-methylene在温度60~65℃,考察了还原反应异丙醇铝 phenethyl alcohol和a亚甲基苯乙醛的摩尔比对还原收率的影响,结果如图4所示.由图4可知,随着催化剂和底物3结语摩尔比的提高,还原收率有一个最大值,即在摩尔本实验以苯乙醛为原料,经亚甲基化和氢转比0.1~0.12之间,收率最高可达92%在较低的移还原两步合成了亚甲基苯乙醇并确定了最催化剂量的条件下,反应的时间有所延长,TLC显佳反应条件:亚甲基化反应的苯乙醛甲醛二示聚合物的量有所增多,导致收率变低;另一方甲胺盐酸盐摩尔比为1:1.2:0.2,其反应温度面,在较高的催化剂量的条件下,还原的反应速率50℃;氢转移还原的中间产物:异丙醇铝摩尔比很快,但是还原反应结束后,水处理的过程中会产为1:0.1,反应温度60~65℃.以苯乙醛计,产物生大量的铝盐,直接影响了产物的分离和纯化,间亚甲基苯乙醇的总收率可达86%,该合成方法,接的导致收率明显的下降综合考虑,本实验确定工艺简单产物易于分离和纯化,收率高,具有一最佳的摩尔比为0.1.定的工业化价值9290致谢8886本研究得到了武汉同道兴建材科技股份有限84公司的卢洪宇工程师和武汉大学王庆利博士的帮82助,在此一并表示感谢0.080.10.120.160.2n(异丙醇铝)n(a-亚甲基苯乙醛)参考文献:图4异丙醇铝和亚甲基苯乙醛尔比对还原1]郭廷翘,刘丽琴,郭雪飞.用a甲基苯乙烯合成龙葵收率的影响醇系列香料[J]精细化工2001,18(1):34-36 Fig.4 Effect of proportion on yield of produ GUO Ting-qiao, LIU Li-qin, GUO Xue-fei.2.6产物亚甲基苯乙醇的表征 Synthesis of hydratropic alcohol series flavors from产物的HNMR(CDCl3,TMS,300MHz)图 a-methylstyrene[J]. Fine Chemicals, 2001,18(1) 34谱如图5所示:1.80(s,1H)为羟基活泼氢;84.55 36. (in chinese)(s,2H)为与羟基相连的亚甲基的氢;85.36~5.48C2]ehn Douglas Enanti re decarboxylative(d,2H)为端烯的两个氢;87.08~7.47(m,5H)为 alkylations: catalyst development, substrate cope,苯环上的氢的多重峰与原料苯乙醛的核磁相比 and mechanistic studies[]. Chemistry-A European Journal,2011,17(50):14199-14223.较,产物的核磁中出现了85.36~5.48端烯氢的[3] Mo Jun, Ruan Jiwu, Liu Shi--fang,etal l Regiosele峰,并且原料中醛基氢的峰消失由图谱可知,制 ctive Heck arylation of unsaturated alcohols by备的产物即为目标产物亚甲基苯乙醇 catalysis in ionic liquid [J]. Chemistry Communi cation,2006(34):3591-3593.第6期奚强,等:亚甲基苯乙醇的合成工艺19 [4] Mark A S, Robert P B. Beta-alky-lidene phenethyl世界,2008,49(1):42-45. uses alcohols, organoleptic uses thereof processes for I and process LUO Ge, LIU Xin-wen, XU Ning, et al. 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School of Chemical Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, China; 2. Chemical Engineering Institute, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China) Abstract: To improve the yield of the B-methylene phenethyl alcohol and avoid the disadvantages including harsh conditions, hard to control the reaction process, difficult purification and low yield in the present routes, an approach to synthesize -methylene phenethyl alcohol was investigated with phenylacetaldehyde as the raw material by methylenation and hydrogen transfer reaction. The effects of molar ratio of material, amount of catalyst and reaction temperature on the yield of the product were discussed. the yield of g-methylene phenethyl alcohol reached 86% with purity of over 98. 5% when the methylenation was carried out at 50 C for 16 h and ratio of n(plenylacetaldehyde):(formaldehyde):n(organic amine salt)=1:1.2:0.2, formaldehyde, isopropanol and water were distilled from the reaction liquid by vacuum evaporation and the intermediate product was directly used without further purification; the hydrogen transfer reaction was carried out at 60-65 C for 12 with(intermediate):(aluminum isopropoxide) =1: 0. 1, the concentrate was extracted by ethyl acetate and water. The structure of the product was confirmed by 1H NMR. This process has the characteristics of mild reaction conditions, simple operation, easy to be isolated and purified, high total yield, which is feasible for industrialization. Key words: plenylacetaldehyde; methylenation: hydrogen transfer reaction本文编辑:张瑞