本发明属于凉味剂技术领域，特别是涉及一种以左旋薄荷醇为原料制备薄荷酰胺的方法。
背景技术：
薄荷醇为薄荷和欧薄荷精油中的主要成分，天然存在的薄荷醇由于含有3个手型中心，因此具有8种异构体，其中由于左旋薄荷醇具备清凉效果，在食品、医药、日化、烟草等行业得到了广泛的使用。但是，由于左旋薄荷醇的香气有明显的苦味、凉味作用弱且作用时间短、挥发性强、不耐高温、微溶于水等缺点，使得左旋薄荷醇的应用受到了极大的限制。为了克服左旋薄荷醇的这些缺点，通过对左旋薄荷醇的分子结构进行修饰而得到的各种新型凉味剂应运而生。例如：乙酸薄荷酯、乳酸薄荷酯、薄荷酮甘油缩酮、薄荷氧基丙二醇、n-乙基薄荷基甲酰胺等。
n-乙基薄荷基甲酰胺(后简称薄荷酰胺)是一种具有生理性凉爽作用的新型、高效清凉剂。薄荷酰胺作为纯粹清凉剂，其无香气气息，不带涩味，清凉效果持久且肤感温和，凉爽程度是左旋薄荷醇的五倍，与其他凉味剂能很好地配合，同时具有增香效果。可用于口香糖、饮料、牙膏、糖果、药品和香烟、过滤嘴等烟草用品中。
目前，薄荷酰胺的工业化合成工艺路线有以下两种：
第一条合成路线如下：
以左旋薄荷醇为原料，以卢卡斯试剂或二氯亚砜为氯化剂得到薄荷基氯，薄荷基氯与氰化钠反应，得到氰基薄荷，再与硫酸二乙酯反应，直接制备薄荷酰胺。本方法合成工艺路线简单，但是本方法的致命缺点是生产中需要使用剧毒物氰化钠为原料，为保证操作人员的人身安全，操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程，对投料过程以及反应后处理过程进行严格控制，生产管理复杂，安全风险大；
第二条合成路线如下：
以左旋薄荷醇为原料，以卢卡斯试剂为氯化剂得到薄荷基氯，然后经格氏反应得到薄荷基甲酸，薄荷基甲酸再依次经二氯亚砜酰氯化反应、酰胺化反应得到薄荷酰胺。该方法反应机理明确，合成工艺条件成熟，但是在第一步氯代反应中需要投入大量的氯化锌和盐酸，不仅生产成本高，且氯代反应结束后，直接将下层的氯化锌酸水当作废水进行处理，还进一步增加了污水处理的成本，降低了经济效益。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种以左旋薄荷醇为原料制备薄荷酰胺的方法，以解决现有的薄荷酰胺的工业化合成工艺路线安全风险大、生产成本高的技术问题。
本发明的制备方法如下：
该制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：左旋薄荷醇与zncl2/hcl饱和溶液进行氯代反应，反应结束后，将上层油状物进行后处理得到氯代薄荷烷，收集下层废弃酸水并进行减压蒸馏，除去酸水中的h2o和hcl,回收zncl2，减压蒸馏完毕，向回收得到的zncl2中加入试剂浓hcl，重新配制成zncl2/hcl饱和溶液，投入左旋薄荷醇再次进行氯代反应，如此循环往复，实现氯代反应中废弃酸水的多次套用，反应得到的氯代薄荷烷则作为下一步反应的原料使用；
步骤(2)：将镁屑、引发剂、催化剂加入反应釜中，并向反应釜中加入干燥的thf进行引发，然后将步骤(1)得到的氯代薄荷烷溶于无水溶剂中，低温缓慢滴加至反应釜中进行格氏反应生成氯代薄荷烷镁，氯代薄荷烷镁在低温条件下与co2反应并经酸化反应生成薄荷甲酸；
步骤(3)：将步骤(2)得到的薄荷甲酸与socl2进行酰氯化反应得到薄荷酰氯；
步骤(4)：将步骤(3)得到的薄荷酰氯与乙胺进行酰胺化反应得到薄荷酰胺。
优选的，所述步骤(1)中左旋薄荷醇与zncl2/hcl饱和溶液进行氯代反应时，首先将浓hcl注入反应釜中，将反应釜内温度降至10-15℃，分批缓慢加入zncl2，zncl2加料过程中反应釜内温度控制在25-30℃，zncl2加料完毕，分批缓慢加入左旋薄荷醇，左旋薄荷醇加料完毕，对反应釜进行加热，将反应温度控制在35℃左右，反应时间为12-15h。
优选的，所述步骤(1)中回收废弃酸水中的zncl2时，减压蒸馏的温度控制在80-130℃，真空度为-0.08～-0.096mpa,减压蒸馏的时间为10-31h。
优选的，所述步骤(2)中的无水溶剂为甲苯，引发剂为i2，催化剂为溴乙烷。
优选的，所述步骤(3)中薄荷甲酸与socl2的摩尔比为1:1.1-1:1.3，反应温度为50-60℃，反应时间为5-12h。
优选的，所述步骤(4)中将30％的氢氧化钠水溶液与乙胺水溶液注入反应釜中并冷却至-10～-5℃，将步骤(3)制得的薄荷酰氯溶于甲苯中并缓慢滴加至上述反应溶液中，反应温度维持在23-30℃，反应时间为7-9h，反应结束，将反应液经酸化、萃取、干燥、蒸馏得到粗产品，将粗产品进行重结晶、干燥后得到终产品。
优选的，所述步骤(1)中将废弃酸水进行减压蒸馏回收zncl2时，zncl2回收利用8-9次时，重新配制成zncl2/hcl饱和溶液再次进行氯代反应时，需补加待进行氯代反应的左旋薄荷醇重量百分比3％-8％的zncl2。
优选的，zncl2回收利用8-9次时，重新配制成zncl2/hcl饱和溶液再次进行氯代反应时，需补加待进行氯代反应的左旋薄荷醇重量百分比5％-6％的zncl2。
本发明的有益效果：该工艺路线成熟，操作管理简单，安全风险小。在由左旋薄荷醇制备氯代薄荷烷的过程中，收集下层废弃酸水并进行减压蒸馏，除去酸水中的h2o和hcl,回收zncl2，加入浓hcl重新配制成zncl2/hcl饱和溶液，投入左旋薄荷醇再次进行氯代反应，如此循环往复，实现氯代反应中废弃酸水的多次套用，且废弃酸水的多次套用不会引入新的杂质，对反应收率不会产生影响，zncl2连续进行回收利用8-9次，重新配制zncl2/hcl饱和溶液再次进行氯代反应时，才需补加待进行氯代反应的左旋薄荷醇重量百分比3％-8％的zncl2，大大降低了zncl2的用量，节省了生产成本，且降低了废水处理的成本，增加了经济效益。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供一种以左旋薄荷醇为原料制备薄荷酰胺的方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：左旋薄荷醇与zncl2/hcl饱和溶液进行氯代反应，反应结束后，将上层油状物进行后处理得到氯代薄荷烷，收集下层废弃酸水并进行减压蒸馏，除去酸水中的h2o和hcl,回收zncl2，减压蒸馏完毕，向回收得到的zncl2中加入试剂浓hcl，重新配制成zncl2/hcl饱和溶液，投入左旋薄荷醇再次进行氯代反应，如此循环往复，实现氯代反应中废弃酸水的多次套用，反应得到的氯代薄荷烷则作为下一步反应的原料使用；
步骤(2)：将镁屑、引发剂、催化剂加入反应釜中，并向反应釜中加入干燥的thf进行引发，然后将步骤(1)得到的氯代薄荷烷溶于无水溶剂中，低温缓慢滴加至反应釜中进行格氏反应生成氯代薄荷烷镁，氯代薄荷烷镁在低温条件下与co2反应并经酸化反应生成薄荷甲酸；
步骤(3)：将步骤(2)得到的薄荷甲酸与socl2进行酰氯化反应得到薄荷酰氯；
步骤(4)：将步骤(3)得到的薄荷酰氯与乙胺进行酰胺化反应得到薄荷酰胺。
优选的，所述步骤(1)中左旋薄荷醇与zncl2/hcl饱和溶液进行氯代反应时，首先将浓hcl注入反应釜中，将反应釜内温度降至10-15℃，分批缓慢加入zncl2，zncl2加料过程中反应釜内温度控制在25-30℃，zncl2加料完毕，分批缓慢加入左旋薄荷醇，左旋薄荷醇加料完毕，对反应釜进行加热，将反应温度控制在35℃左右，反应时间为12-15h。
优选的，所述步骤(1)中回收废弃酸水中的zncl2时，减压蒸馏的温度控制在80-130℃，真空度为-0.08～-0.096mpa，减压蒸馏的时间为10-31h。
优选的，所述步骤(2)中的无水溶剂为甲苯,引发剂为i2,催化剂为溴乙烷。
优选的，所述步骤(3)中薄荷甲酸与socl2的摩尔比为1:1.1-1:1.3，反应温度为50-60℃，反应时间为5-12h。
优选的，所述步骤(4)中将30％的氢氧化钠水溶液与乙胺水溶液注入反应釜中并冷却至-10～-5℃，将步骤(3)制得的薄荷酰氯溶于甲苯中并缓慢滴加至上述反应溶液中，反应温度维持在23-30℃，反应时间为7-9h，反应结束，将反应液经酸化、萃取、干燥、蒸馏得到粗产品，将粗产品进行重结晶、干燥后得到终产品。
优选的，所述步骤(1)中将废弃酸水进行减压蒸馏回收zncl2时，zncl2回收利用8-9次时，重新配制成zncl2/hcl饱和溶液再次进行氯代反应时，需补加待进行氯代反应的左旋薄荷醇重量百分比3％-8％的zncl2。
优选的，zncl2回收利用8-9次时，重新配制成zncl2/hcl饱和溶液再次进行氯代反应时，需补加待进行氯代反应的左旋薄荷醇重量百分比5％-6％的zncl2。
对照组
薄荷酰胺的制备方法(废弃酸水不套用)
(1)氯代薄荷烷的制备(废弃酸水不套用)
1.检查设备管道、阀门有无泄漏，搪瓷反应釜上的搪瓷有无脱落，冷凝器是否完好，反应釜是否洁净无味，然后将反应釜烘干；
2.将与反应釜相连通的酸雾喷淋吸收系统中的喷淋吸收塔的风机与喷淋循环泵打开，并打开真空水泵，用真空水泵将反应釜内抽至真空状态，将360kg的浓盐酸用负压抽入的方式抽吸进反应釜内，开启搅拌，将反应釜内温度降低至10-15℃，打开反应釜盖，开始分批缓慢加入430kg氯化锌，约1小时加完，加料过程中温度保持25-30℃；
3.向上述反应釜中分批加入200kg左旋薄荷醇，加料完毕，停止对反应釜进行降温操作；
4.盖好反应釜盖，并将真空水泵与喷淋塔关闭，对反应釜进行加热，使反应釜内温度控制在35℃左右，反应12-15h，反应11h时进行取样分析，将粗料小样加入甲苯中进行稀释，水洗至中性后进行气相色谱分析，左旋薄荷醇的含量在0.2％以下时，反应结束；
5.停止搅拌，静置分层，将下层酸水层收集至塑料桶中，将上层油层用300kg清水水洗两次至ph呈中性，将油层均分至5个50kg的塑料桶中，每45kg粗料加入1kg无水硫酸镁，连续搅拌1h进行干燥除水，并放置过夜再次干燥24h左右；
6.将干燥后的粗料进行过滤，得产品220kg，含量86％(gc),无需纯化，粗品直接投下一步。
(2)薄荷甲酸的制备(废弃酸水不套用)
称取除去表面氧化层的镁屑25kg加入反应釜中，并加入200l无水thf、40粒引发剂i2,400g催化剂溴乙烷，进行搅拌引发，将步骤(1)得到的氯代薄荷烷粗品溶于300l无水甲苯中并缓慢滴加至反应釜中，反应釜内温度控制在10-25℃，滴加时间约1小时，滴加完毕后继续反应2-3h，反应结束，向反应混合物中直接通入co2,反应温度保持在10℃以下，连续通入co22-3小时，期间取小样进行气相色谱分析监测氯代薄荷烷的含量，反应结束后，反应液用稀盐酸酸化、萃取、干燥、蒸馏得到薄荷甲酸150kg，含量95％左右(gc)。
(3)薄荷酰氯的制备(废弃酸水不套用)
将步骤(2)中得到的薄荷甲酸置于反应釜中，控制反应釜内温度在15℃以下，并向反应釜内缓慢滴加110kg的socl2，滴加完毕升温至50-60℃，反应时间为5-12h，采用气相色谱对反应进行监测，反应结束除去过量的socl2，得到薄荷酰氯粗品125kg，无需纯化，粗品直接投下一步。
(4)薄荷酰胺的制备(废弃酸水不套用)
将80kg30％的氢氧化钠水溶液与60kg乙胺水溶液注入反应釜中并冷却至-10--5℃，将步骤(3)制得的薄荷酰氯粗品溶于150l甲苯中并缓慢滴加至上述反应溶液中，反应温度维持在23-30℃，反应时间为7-9h，反应结束，将反应液经酸化、萃取、干燥、蒸馏得到粗产品，将粗产品用丙酮进行两次重结晶、干燥后得到终产品110kg，产品纯度99％。
实施例1
薄荷酰胺的制备方法(废弃酸水套用)
(1)氯代薄荷烷的制备(废弃酸水套用)
将对照组(废弃酸水不套用)氯代反应结束后产生的废弃酸水投入带蒸馏装置的反应釜内，对反应釜加热进行减压蒸馏，减压蒸馏的温度控制在80-130℃，蒸馏过程中需严格控制蒸馏温度，若温度过高，蒸馏时间过长，氯化锌容易变质，形成碱式氯化锌，且温度越高酸水对设备造成的腐蚀就越严重。真空度为-0.08～-0.096mpa，减压蒸馏的时间为10-31h，蒸馏出废弃酸水中的废酸，回收氯化锌，蒸馏结束后，向反应釜内加入浓盐酸，重新配置成zncl2/hcl饱和溶液，投入左旋薄荷醇再次进行氯代反应。zncl2回收利用8-9次时，重新配制成zncl2/hcl饱和溶液再次进行氯代反应时，需补加待进行氯代反应的左旋薄荷醇重量百分比3％-8％的zncl2，优选的，需补加待进行氯代反应的左旋薄荷醇重量百分比5％-6％的zncl2。
该氯化反应共进行了7个批次，投料量、反应时间、反应温度、得到粗料的质量、粗料含量以及分出酸水的质量见表1所述，反应具体操作过程同对照组的步骤(1)，在此不再进行详细描述。
表1
从表1可以看出，利用废弃酸水减压蒸馏回收得到的zncl2进行氯代反应，反应时间为12h，反应温度在35～40℃之间，反应时间、反应温度、投料比都是按照对照组新料生产的指标控制，得到的粗料质量在171kg～220kg之间，粗料含量在87.64％～92.2％之间，和采用新料氯化锌进行氯代反应的结果基本一致。因此，利用废弃酸水回收得到的zncl2进行氯代反应对反应结果没有不良影响。
(2)薄荷甲酸的制备(废弃酸水套用)
该反应共进行了4个批次，后处理纯化采用蒸馏方式共进行了3个批次，投料量、得到成品质量、成品含量见表2所述，反应具体操作过程同对照组的步骤(2)，在此不再进行详细描述。
表2
从表2可以看出，废弃酸水套用制备薄荷甲酸与对照组采用新料氯化锌得到的薄荷甲酸成品质量以及成品含量基本一致。
(3)薄荷酰氯的制备(废弃酸水套用)
该反应共进行了3个批次，投料量、反应时间、反应温度以及得到的粗料质量见表3所述，反应具体操作过程同对照组的步骤(3)，在此不再进行详细描述。
表3
从表3可以看出，反应时间、反应温度、投料比都是按照对照组新料生产指标控制，得到的粗料质量与新料生产基本一致。
(4)薄荷酰胺的制备(废弃酸水套用)
该反应进行了1批，投料量、反应时间、反应温度、得到的粗料质量以及粗料含量如表4所示，反应具体操作过程同对照组的步骤(4)，在此不再进行详细描述。
表4
该反应的投料比例、反应时间、反应温度都是按照对照组新料正常生产指标控制，重结晶得到的产品质量与产品纯度与新料生产基本一致。
综上所述，本发明提供的利用废弃酸水套用制备得到的薄荷酰胺与利用新料生产得到的薄荷酰胺的产品质量以及产品纯度基本一致，不会引入过多新的杂质，对反应收率不会产生影响。
成本计算
以下成本计算是对废弃酸水套用过程中用量有变化的原料和能耗的计算，即第一步氯代反应合成氯代薄荷烷中所用的原料及能耗的计算，其余原料在酸水套用或者不套用中用量没有发生变化，对成本计算不造成影响，因此在此不再进行计算。
表5正常生产氯代薄荷烷的生产成本(酸水不套用)
表6酸水套用1次氯代薄荷烷的生产成本
表7酸水套用5次氯代薄荷烷的生产成本
由于反应产生的盐酸可回收利用，能够产生经济效益，所以表6、表7中的可回收工业盐酸的价格在进行成本计算时为负数。从表5、表6、表7可以看出：若酸水套用1次，每公斤氯代薄荷烷的生产成本可降低15.16元；若酸水套用5次，每公斤氯代薄荷烷的生产成本可降低11元。随着废弃酸水循环套用次数的增加，氯代反应中产生的杂质也会逐渐增多，反应得到的氯代薄荷烷成品的总量逐渐下降。为了在降低生产成本的同时还能够保证产品的质量及纯度，本发明所述的废弃酸水的最佳套用次数为7-10次，平均每公斤氯代薄荷烷的生产成本可降低13.08元，每年按35000kg的产量计算，一年可节约成本45780元。因此，采用本发明所述制备方法，降低了生产成本，提高了经济效益。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。