对甲酚法生产香兰素小试工艺改进

杨兴锴，周艳青，伍家卫，陈淑芬， 唐蓉萍，吕维华，尚秀丽

（兰州石化职业技术学院石油化学工程系，甘肃 兰州 730060）

对甲酚法生产香兰素小试工艺改进

杨兴锴，周艳青，伍家卫，陈淑芬， 唐蓉萍，吕维华，尚秀丽

（兰州石化职业技术学院石油化学工程系，甘肃 兰州 730060）

以对甲苯酚为原料，经氧化、溴化、烷氧化反应合成香兰素，所有中间产品及香兰素经核磁共振氢谱1HNMR确定为目标化合物。对烷氧化反应进行了工艺改进，首先以CuO作为催化剂，具有催化效果好，操作简单方便等优点，提高了产品收率。其次以低沸点甲醇作溶剂，只加入催化量的DMF，甲醇作溶剂，价格较低，容易回收利用。在常压回流条件下进行反应，反应条件更加温和，更适合于工业生产。

对甲酚；CuO；香兰素

香兰素广泛存在于干香荚兰豆中，其含量约为20g·kg-1。由于世界天然香荚兰豆的年平均产量仅为2000～2400t，因此仅从植物中提取香兰素难以满足市场需求，所以，多种化学合成香兰素的方法应运而生。目前香兰素的生产以愈创木酚（邻甲氧基苯酚）为原料的合成方法为主，国内大部分厂家用此法生产，但此法的缺点是工艺路线长，综合回收利用配套设备多。

对甲酚是一种易得的化工原料，由对甲酚出发，经氧化、单溴化、甲氧基化生产香兰素的工艺路线得到越来越多的关注，这一课题在我国研究比较深入，虽然尚未投入大规模应用，但很快会有进展。结合本课题组参与的兰州长兴石油化工厂甲酚生产装置工艺改进项目，我们进行了对甲酚法生产香兰素工艺改进小试实验研究［1］。反应过程原理如下：

1 试剂和仪器设备

1.1 化学试剂

对甲苯酚（工业级，99%），溴（工业级），DMF（分析纯），甲醇（分析纯），甲醇钠（93%），盐酸（37%），氧化铜（98%）。

1.2 仪器设备

WRS-3熔点仪，DF101S集热式恒温磁力搅拌器，SHZ-D（Ⅲ）循环水多用真空泵，DZF-6020型真空干燥箱，ZHT型自动恒温电热套，常压蒸馏装置一套，Mercury plus-300 Varian 型核磁共振仪。

2 反应步骤

2.1 对羟基苯甲醛的合成［2］

在装有搅拌、回流冷凝管和进气导管的1L四口烧瓶中， 加入对甲酚54.0g （0.5mol）、甲醇540mL、固体氢氧化钠60.0g （1.5mol）、催化剂CoCl20.3g（0.0023 mol）和CuCl21.4g（0.01mol）。反应混合物搅拌升温回流， 通入氧气反应， 调节通氧速度使冷凝管导气管出口处有间歇气泡溢出。在65～67℃快速搅拌下反应， 用TLC跟踪至对甲酚斑点完全消失后（约12～14h）， 停止通气。蒸馏回收甲醇，加水250mL，再蒸出部分含水甲醇，将反应液冷至室温，抽滤，得对羟基苯甲醛酚钠盐固体。该固体转入烧杯，加入水200mL和锌粉0.5g，搅拌，用浓盐酸酸化至pH=5，有沉淀析出，加热至90℃，使其溶解，再加入粉状活性炭1.0g，保温30min。热滤，水洗，干燥，得淡黄色针状对羟基苯甲醛晶体，收率81.3%，mp 114～116℃（文献值为115～117℃）。

2.2 3-溴-4-羟基苯甲醛的合成［3］

在四颈烧瓶中，加入对羟基苯甲醛12.2g （0.1mol）和200mL甲醇。另取50mL甲醇溶液向其中加入6mL（0.12mol）溴素，在室温条件下缓慢滴加，约在1h内滴完，在室温下继续搅拌4h。

反应完毕蒸出溶剂，将剩余产物用水重结晶，分出油层后，将滤液冷却，并减压抽滤，烘干得白色结晶物3-溴-4-羟基苯甲醛，收率92.5%。熔点123～124℃（文献值为124℃）。

2.3 3-甲氧基-4-羟基苯甲醛的合成

在三口烧瓶中加入3-溴-4-羟基苯甲醛20.1g （0.1mol）和甲醇钠10.8g（0.12mol），加入甲醇90～100mL，DMF 5～10mL，CuO催化剂0.5g，常压加热回流条件下反应，TLC跟踪反应10h后，3-溴-4-羟基苯甲醛反应完毕，蒸馏回收溶剂。剩余物加适量的水和粉状活性炭，加热至90℃保温30min，热滤。滤液冷却至室温，用浓盐酸酸化至pH=5.0，析出沉淀，过滤、水洗、干燥，得淡黄色甲基香兰素晶体。收率86.3%，熔点76～78℃（文献值77℃）。

3 结果与讨论

3.1 烷氧化反应催化剂的改进

3-溴-4-羟基苯甲醛的甲氧基化反应，铜盐为其常用催化剂［4-6］，但未见以CuO为催化剂的报道。以DMF为溶剂进行催化剂的筛选，结果见表1。

从表1的实验数据可知，Cu2Cl2和CuCl2作为催化剂时，香兰素产品的收率均较低，CuCO3·Cu（OH）2、 Cu（OH）2、CuO这3种含氧铜化合物作催化剂时，产品收率均大幅提高，CuO作催化剂时收率最高。

表1 不同催化剂对反应的影响

3.2 不同溶剂对反应的影响

对于该反应，以往文献多用DMF为溶剂。DMF价格昂贵，沸点高，不易回收。为此我们进行了一组溶剂优化实验，结果如表2所示。

表2 不同溶剂配比对反应的影响

从表2结果可以看出，当无DMF存在时，反应不能发生，这说明DMF在该反应中与氧化铜一起构成了反应催化体系。完全以DMF为催化剂可以得到稍高的产品收率，但从经济效益及溶剂回收等方面综合考虑，认为用甲醇代替DMF作反应溶剂，同时，DMF的体积含量是5%时，即可取得较理想的产品收率。

3.3 甲醇钠用量对反应的影响

甲醇钠的用量在反应过程中应该保持一定过量的水平，否则原料3-溴-4-羟基苯甲醛无法完全反应。本文选取3-溴-4-羟基苯甲醛与甲醇钠的配比分别为1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0进行实验。实验以CuO为催化剂，在溶剂配比为甲醇∶DMF=95∶5条件下进行反应，结果如表3所示。

表3 甲醇钠用量对香兰素产品收率的影响

从表3的实验结果可知，3-溴-4-羟基苯甲醛与甲醇钠的配比分别为1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0时，随着甲醇钠用量增加，香兰素产品收率增加，但继续增加甲醇钠用量至1∶2.5、1∶3.0，产品收率几乎不变，因此，实验确定3-溴-4-羟基苯甲醛与甲醇钠的最佳配比为1∶2.0。

3.4 温度（压力）对反应的影响

本实验在常压下进行，所以反应温度为溶剂的常压沸点温度，反应时间为10h。以往文献报道一般都在加压高温条件下进行反应［7-8］，虽然反应时间较短，但增加实验操作危险性。本实验由于条件温和，操作简单，易于实现工业化。

4 结语

以对甲苯酚为原料，经氧化、溴化、烷氧化反应合成香兰素，打通了工艺生产过程，所有中间产品及香兰素经核磁共振氢谱1HNMR确定为目标化合物。其中氧化反应和溴化反应参考文献报道方法合成，本实验主要研究了烷氧化反应，从催化剂、溶剂的筛选、物料配比、操作条件的优化等方面进行了详细研究。总之，对甲酚法合成香兰素工艺路线可行，具有原料来源丰富、工艺生产过程简单、操作条件温和等优点，这一工艺路线有较大的战略意义和开发前景。

［1］ 周艳青，索陇宁，伍家卫，陈淑芬，杨兴锴，唐蓉萍.对甲酚合成香兰素研究进展［J］.化工技术与开发，2014（4）：42.

［2］ 冀亚飞，魏贤勇.从对甲酚合成香兰素［J］.煤炭转化，1998（3）：85.

［3］ 苏醒，祝钧，张颂培.3-溴-4-羟基苯甲醛合成工艺改进［J］.化学试剂，2009，31（10）：841.

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［5］ 王筠松，卢冠忠，何炜.一种用于合成邻乙氧基苯酚的催化剂及制备方法［J］.中国医药工业杂志，1990，27（2）：81.

［6］ 钟平，尹承烈.3，4，5-三甲氧基苯甲醛的合成［J］.北京师范大学学报：自然科学版，1994，30（1）：115.

［7］ 唐忠涛，陈朗秋，成昌梅.铜配合物催化合成香兰素［J］.化学试剂，2012，34（12）：1065.

［8］ 韩伟.香兰素合成新工艺—溴化法［J］.日用化学品，2001（12）：53.

Improvement of Production Process of Vanillin by p-Cresol Method

YANG Xing-kai， ZHOU Yan-qing， WU Jia-wei， CHEN Shu-fen， TANG Rong-ping， LYU Wei-hua， SHANG Xiu-li
（Department of Petroleum Chemical Engineering， Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology， Lanzhou 730060， China）

p-Cresol as raw materials， vanillin was synthesized by oxidation reaction， bromination reaction and alkane oxidation reaction.All intermediate products and vanillin were identified as target compounds by nuclear magnetic resonance hydrogen1HNMR.The process improvement of the alkane oxidation reaction was carried out.Applied CuO as catalyst， the yield of the product was improved， the catalytic effect was good， the operation was simple and convenient.Next， applied low boiling point of methanol as a solvent， DMF was catalytic amount， so the prices was low and easy to recycle.Under the atmospheric reflux conditions， the reaction conditions were more moderate and suitable for industrial production.

p-cresol； CuO； vanillin

TQ 655

A

1671-9905（2016）09-0025-03

兰州石化职业技术学院项目（K07-3）

杨兴锴（1966-），男，汉族，副教授，主要研究方向为石油炼制与石油化工方向教学与研究

周艳青（1978-），女，汉族，副教授，主要研究方向为精细有机合成。E-mail：zhouyanqing2005@126.com

2016-07-11