一种胡椒醛的制备方法与流程

本发明涉及一种胡椒醛的制备方法，属于化学合成。

背景技术：

0、技术背景

1、胡椒醛(如下式所示)是一种重要的化工原料，广泛用于化妆品、医药、农药的合成及金属电镀。胡椒醛的传统制备方法为：以植物提取的黄樟油素为原料，经异构化，氧化反应制得。该传统制备方法受到天然黄樟油素资源限制、制备工艺冗长、成本高、环境污染严重，不适宜大规模工业化生产，产品不能满足市场需求。化学合成制备胡椒醛比天然物原料制备有更多优势，已成为研究热点。

2、

3、分子式：c8h6o3分子量：150.13

4、据文献报道，化学合成胡椒醛有多种合成路径，大多以胡椒环为原料合成，简述如下。

5、方法一：氯甲基化再氧化水解合成。

6、由胡椒环经氯甲基反应，制得胡椒基氯苄在叔丁醇中与2-硝基丙烷的钾盐反应制得。化学反应式为：

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8、该法收率仅有50％左右，收率偏低，成本高。

9、方法二：sommelet反应合成。

10、以胡椒环经盐、水解而得胡椒醛。化学反应式为：

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12、此路线需要试剂三聚甲醛、六亚甲基四胺，三聚甲醛在氧化剂存在下，高温释放蒸气与空气形成爆炸性混合物，引发燃烧爆炸；六亚甲基四胺易燃，具腐蚀性，可致人体灼伤，接触可引起皮炎，属危险试剂，不利于安全生产。

13、方法三：vilsmeiar甲酰化合成。

14、该法是以胡椒环为原料，在三氯氧磷或光气作缩合剂，胡椒环与n-甲基甲酰替苯胺反应制得胡椒醛。化学反应式为：

15、

16、此法收率较高，约为85～95％，但该法n-甲基甲酰胺替苯胺，来源困难，回收需甲酸。三氯氧磷或光气容易造成环境污染，应用困难，工业化实现困难。

17、方法四：氯乙醛法合成。

18、将三氯乙醛在alcl3作用下缩合，生成三氯甲基苄醇，再经水解脱羧得胡椒醛。化学反应式为：

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20、该法用到的无水三氯乙醛不易得到，其反应过程与乙醛酸法比较，相近，但氧化在碱性条件下，硫酸氧化效果不如乙醛酸法。

21、方法五：乙醛酸法合成。

22、以胡椒环、50％乙醛酸为原料合成胡椒醛。化学反应式为：

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24、采用乙醛酸法制备胡椒醛的专利报道主要有：

25、cn1400972公开了一种胡椒醛的制备方法，是由下列三个连续步骤构成：(a)在强酸存在下，使1，2-甲二氧基苯与乙醛酸进行反应而生成3，4-甲二氧基苦杏仁酸的加成反应步骤；(b)然后，在反应液中添加有机溶剂，接着用碱中和反应液，萃取3，4-甲二氧基苦杏仁酸到有机溶剂层中，并将有机溶剂层与水层进行分离的萃取步骤；(c)接着，去除水层并将有机溶剂层浓缩后，在浓缩液中添加硝酸，使3，4-甲二氧基苦杏仁酸与硝酸进行反应而生成胡椒醛的氧化反应步骤。

26、cn101324316a公开了以三个步骤制备胡椒醛的方法，包括：

27、第一步，以98％硫酸作催化剂，胡椒环与硫酸质量比为：1：0.21～0.22，经反应、分离、纯化制备3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸。

28、第二步，将3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸和质量分数为3.1％硝酸溶液加热4～6min，进行氧化反应，得胡椒醛油状物。

29、第三步，将得到的油状物用二氯甲烷溶解，水洗，碳酸氢钠水洗至中性，干燥，浓缩，减压蒸馏，得产物胡椒醛。

30、本发明特别需要说明的是：

31、相较于前述的五种合成方法，都存在不足，其中乙醛酸法具有工艺简单、原料易得优点，该法已有两个公开专利，两个专利公开文本均采用单一强酸硫酸为催化剂制备3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体，采用单一硝酸作氧化剂制备胡椒醛。无论是cn1400972不分步骤的类似一锅法，或是cn101324316a的三个步骤法都存在两个难以克服的缺陷。

32、缺陷一：使用单一浓硫酸。该酸是一种粘稠的强氧化性强酸，具有脱水性，稀硫酸基本不具有催化性。实验表明，浓硫酸虽具有良好的催化活性，但容易导致反应体系粘稠而结块，使反应不完全，严重时会导致搅拌停止，反应不能进行，导致反应不平稳、收率低，品质得不到保障。此外，浓硫酸与50％乙醛酸混合时会大量放热，上述两个专利均不采用预冷降温，而直接控温反应，必然导致反应过程温度过高，难以在有效的低温反应时间内控温，使反应粘稠、结块，效率降低。

33、缺陷二：使用单一硝酸。该酸是一种强氧化酸，其氧化能力与其浓度高低直接相关。专利cn101324316a使用低浓度硝酸(3.1％)可让氧化反应相对温和，但4～6min的氧化时间过短，因氧化性不足会导致氧化不彻底，收率降低。若提高硝酸浓度虽可以促使氧化反应更彻底，但又会存在反应剧烈，造成副产物过多，产物与杂质难以分离，从而影响品质，降低收率。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于发挥乙醛酸法原料易得、工艺简捷的优点，同时克服现有专利单一使用硫酸催化制备3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体，单一使用硝酸氧化制备胡椒醛的缺陷，提供了一种反应温和平稳、反应物不易粘稠结块、副产物少、产物和杂质易分离，高品质、高收率产物3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体、胡椒醛的制备方法。

2、本发明涉及以胡椒环、50％乙醛酸为原料，详细工艺为以98％硫酸-99％甲磺酸-50％乙醛酸混合，预冷至-10～0℃，滴加胡椒环，在0～5℃催化反应2～4h，10～30℃反应17～19h，经洗涤、过滤、干燥，制得3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体。再在硫酸-层析硅胶-5％硝酸体系中以75～85℃氧化脱羧，后经75～85℃热水洗涤至中性，用4～6倍量乙酸乙酯萃取，减压浓缩，5～8倍量50～75％乙醇结晶过滤得粗品，粗品再用3～5倍量95％乙醇-10～0℃重结晶，过滤、干燥，制得高纯胡椒醛。

3、本发明的技术方案为：

4、一种胡椒醛的制备方法，该方法包括以下步骤：

5、步骤1，以乙醛酸-硫酸-甲磺酸混合，预先冷却却至一定温度；

6、步骤2，滴加胡椒环，以硫酸-甲磺酸作为催化剂，在控温条件下反应；

7、步骤3，经洗涤、干燥制得3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体；

8、步骤4，再以硫酸-层析硅胶-硝酸氧化体系，对3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体进行氧化脱羧，经乙酸乙酯萃取、浓缩、乙醇结晶、重结晶纯化，制得高纯胡椒醛。

9、优选的，所述胡椒环：50％质量浓度乙醛酸：98％质量浓度硫酸：99％质量浓度甲磺酸的质量配比为1：1.57～1.77：1.37～1.57：0.05～0.07。

10、优选的，在步骤1中，反应前将50％质量浓度乙醛酸、98％质量浓度硫酸、99％质量浓度甲磺酸按比例混合后，预先冷却至-10～0℃。

11、优选的，在步骤2中，滴加胡椒环，过程中控制反应温度为0～5℃；滴毕，反应2～4h后转入10～30℃再反应17～19h。

12、优选的，在步骤3中，自来水洗涤3～5次，使ph至中性、阴干，得3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体。

13、优选的，在步骤4中：

14、所述3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸：98％质量浓度硫酸、层析硅胶、5％质量浓度硝酸的物料配比的质量：质量：质量：体积比＝1：0.1～0.3：0.1～0.3：5～8；

15、氧化脱羧过程防止暴沸的控制温度为75～85℃；

16、反应结束后，先将上层稀酸水液倾出，再将下层胡椒醛与层析硅胶的混合油状物用75～85℃热水洗涤3次；

17、以3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸计，以4～6倍量的乙酸乙酯分3次萃取洗涤过的混合油状物，得到含胡椒醛的乙酸乙酯萃取液；

18、将所述乙酸乙酯萃取液经减压浓缩，除去溶剂，得红色油状物，用5～8倍量的50～75％质量浓度乙醇溶解，于-10～0℃下结晶1次，所得粗品用3～5倍量的95％质量浓度乙醇再溶解，于-10～0℃下重结晶1次得高纯胡椒醛。

19、本发明催化体系的特征是，在制备3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体时，采用硫酸-甲磺酸混酸催化体系。该混酸比单一强酸催化具有以下三个方面优势：

20、首先，甲磺酸是一种水溶性非氧化具有类似硫酸催化功能，酸性比硫酸较弱的有机酸，采用硫酸-甲磺酸可有效协调，降低硫酸的催化活性，让反应更平稳可控；

21、第二，该混酸催化体系还可减少与乙醛酸混合过程中的放热量，缩短反应预冷时间，再通过混酸后预冷至-10～0℃，滴加胡椒环，确保后续反应温度得到有效控制；

22、第三，通过控制0～5℃反应温度，该混酸催化体系反应更平和，反应过程不出现粘稠，避免反应物结块，确保反应完全，同时，甲磺酸在反应结束后可通过水洗除，对环境友好，整个反应有利于提高收率、降低成本。

23、本发明氧化体系的特征是，采用硫酸-层析硅胶-硝酸氧化体系。该氧化体系比单一硝酸氧化剂具有如下两方面优势：

24、其一是这个氧化脱羧体系，有一个优化组合的质量配比、工艺条件，可让3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸的氧化反应变得更平稳且彻底，提高反应效率；

25、其二是层析硅胶的吸附作用有助于副产物的吸附，与胡椒醛易于分离，得到纯度较高、收率稳定的产品胡椒醛。

26、本发明的反应方程式为：

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28、本发明胡椒环：50％乙醛酸：硫酸：甲磺酸质量配比为1：1.57～1.77：1.37～1.57：0.05～0.07。优选50％乙醛酸：98％工业硫酸：99％工业甲磺酸的质量配比为1：1.57：1.37：0.07。

29、本发明为避免反应过高温度，造成3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸中间体结块，影响品质、收率，混酸预冷温度-10～0℃，滴加胡椒环，保持0～5℃反应2～4h后，10～30℃继续反应17～19h。优选硫酸、50％乙醛酸、甲磺酸混合后，进行预冷，温度控制在0℃，滴加胡椒环，保持0℃反应2h后，20℃继续反应17h。

30、本发明将3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸氧化为胡椒醛，采用硫酸-层析硅胶-5％硝酸三者组成氧化脱羧体系。

31、其体系为3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸：93％～98％硫酸：层析硅胶：5％硝酸m：m：m：v＝1：0.1～0.3：0.1～0.3：5～8。优选3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸：98％硫酸：层析硅胶：5％硝酸m：m：m：v＝1：0.1：0.1：5。

32、用本发明将3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸在氧化脱羧体系下控制氧化温度75～85℃进行氧化脱羧。优选控制温度80℃。

33、本发明在氧化脱羧反应完成后，先倾出上层稀酸液，下层含有胡椒醛的硅胶油状物，用75～85℃热水洗涤3次，除去未反应完的3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸。优选85℃热水洗涤3次。

34、本发明在洗涤后用4～6倍量反应原料体积的乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，减压蒸弃溶剂，得胡椒醛红色油状物。优选5倍乙酸乙酯萃取3次。

35、本发明将所得的胡椒醛红色油状物用5～8倍量50～75％乙醇于-10～0℃结晶，过滤，滤饼置于常温干燥，将干燥品用3～5倍量95％乙醇于-10～0℃重结晶，过滤，常温干燥，得纯度＞98％、以3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸计收率＞90％的胡椒醛。

36、优选8倍量75％乙醇于-5℃结晶，过滤，滤饼置于常温干燥，将干燥品用5倍量95％乙醇于-5℃重结晶，过滤，常温干燥得胡椒醛。

37、本发明特点：

38、采用硫酸-甲磺酸混酸催化制备3,4-亚甲二氧基苯乙醇酸，具有反应温和、反应物不易粘稠结块等优势；采用硫酸-层析硅胶-硝酸氧化体系制备胡椒醛，具有副产物少、杂质易分离等优点。本发明的方法具有反应温和，工艺可控，副产物少，易分离、纯化，反应平稳，总收率高等优势，可大幅降低生产成本，适合规模化工业生产。