铃兰醛合成工艺技术的优化

沈 杰 杨 青

(湖北省化学工业研究设计院，湖北 武汉 430073)

铃兰醛属纯人工合成单体香料，散发着铃兰、百合花香气，比兔耳草醛香气更细腻、温柔且优雅。铃兰醛香气适应性良好，能与木香类、麝香类及其他花香类香精香料协调，不会有香气分层现象产生，故而在化妆品、香皂香精中广泛应用。铃兰醛可用于铃兰花香型香精的调制，或用于紫丁香、玉兰、木香花、鸡蛋花、素心兰等类型香精中，亦是农用杀菌剂丁苯吗啉和苯锈啶合成过程中的重要中间体。

1 对叔丁基-α-甲基肉桂醛的合成

1.1 合成机理

对叔丁基苯甲醛与丙醛在碱性催化剂的作用下发生羟醛缩合反应，生成对叔丁基-α-甲基肉桂醛[1]。该反应机理为：丙醛中α-氢与碱结合后，会作为亲核试剂进攻对叔丁基苯甲醛中羟基碳原子，形成碳负离子或烯醇负离子，中间体负离子与水接触生成碱和羟醛，热水脱羟醛后生成对叔丁基-α-甲基肉桂醛。

1.2 实验方法

添加适量的甲醇溶剂与碱性催化剂于反应釜内，搅拌至完全溶解，加入对叔丁基苯甲醛，控制反应釜温度在15～24 ℃，滴加丙醛，在3.0～4.0 h内完成滴加。滴加结束后，40～50 ℃保温反应1 h，用气相色谱对反应进程展开全程跟踪，整个反应在对叔丁基苯甲醛含量稳定时停止。反应结束后自然降温，不断析出白色晶体。降温过程若无晶体析出，可添加不超过1 g的对叔丁基-α-甲基肉桂醛引发结晶，温度降至一定程度后保温一段时间，即可析出全部产品[2](结晶过程温度维持10～20 ℃，保温0.5～1.5 h)。结晶结束后，抽滤、溶剂洗涤(洗涤溶剂用量为晶体1～2倍，洗涤1～2次)，得到高纯度对叔丁基-α-甲基肉桂醛。

1.3 合成工艺优化

1.3.1 缩合反应催化剂筛选

碱性催化剂是羟醛缩合反应中的首选催化剂。选择40 g左右的丙醛、112.0 g对叔丁基苯甲醛，丙醛与对叔丁基苯甲醛摩尔比约为1∶1，考察25 ℃，不同催化剂及其用量对对叔丁基-α-甲基肉桂醛收率的影响，结果见表1。

表1 缩合反应催化剂筛选

表1数据显示，该反应可选择多种碱性催化剂，不同催化剂活性相差较大。催化剂三乙胺、吡咯烷及三乙胺盐酸盐的催化活性相对较差；无机碱拥有比有机碱更好的催化效果。无机碱中，碳酸钠催化下产物的收率不够理想，氢氧化钾与氢氧化钠催化效果差异不明显，但氢氧化钾置于醇溶剂时表现出的溶解性更好，故而该反应选择氢氧化钾为催化剂。

1.3.2 溶剂用量筛选

选择甲醇作为该实验中的溶剂，考察不同甲醇用量对反应的影响。反应温度25 ℃、32.0 g丙醛、100.0 g对叔丁基苯甲醛、对叔丁基苯甲醛质量2.0%的氢氧化钾，丙醛滴加时间设定为3.5 h，溶剂用量对产物收率的影响见表2。

表2 溶剂用量筛选

物料浓度会随着甲醇用量的减少而升高，反应初始会析出晶体，反应搅拌效果不理想，难以取得较高的对叔丁基-α-甲基肉桂醛收率。甲醇质量与对叔丁基苯甲醛质量比为1.5∶1.0时，能够大幅提升收率，但其用量继续提高时收率基本维持不变。基于此，该反应确定甲醇用量为对叔丁基苯甲醛质量的1.5倍。

1.4 最佳工艺参数

按照对叔丁基苯甲醛实际质量的2.0%～2.2%确定氢氧化钾的质量，丙醛与对叔丁基苯甲醛物质的量比为0.9∶1.0，甲醇溶剂与对叔丁基苯甲醛质量比为1.5∶1.0，反应温度20～30 ℃，丙醛滴加时间3.0～4.0 h，保温0.5～1.0 h。该条件下，能取得94.5%的对叔丁基-α-甲基肉桂醛收率和2.5%的脚料率。

2 铃兰醛合成

2.1 加氢反应过程

向高压反应釜内加入原料、溶剂及催化剂等，密闭反应釜并开始搅拌，用氮气和氢气分别进行3次置换，用氢气充至0.4 MPa。反应压力低于0.2 MPa时用氢气补充至0.4 MPa。定时取样并用气相色谱对反应程度进行监测。反应结束并冷却后，取出混合液并减压抽滤。中和滤液时选用乙酸，常压条件下蒸馏并回收甲醇，水洗蒸余液，分层。下层为水相，可进行水洗套用；上层为油相，经减压蒸馏后得到粗品铃兰醛，精馏后即可获取成品铃兰醛。

2.2 合成工艺优化

2.2.1 加氢反应催化剂筛选

加氢反应实验中的钝化剂确定为吡啶，考察钯碳(Pd/C)催化剂含量不同时的选择性，并对雷尼镍催化效果展开研究，结果见表3。

表3 加氢反应催化剂筛选

根据表3数据得知，当改变了钯碳(Pd/C)催化剂含量时，其催化效果也会有较大差异，在条件相同的情况下，催化效果最佳的是含量为2%的钯碳，其具备良好的选择性；5%钯碳催化剂不利于反应，会有副产物铃兰醇产生，基于此，该反应确定催化剂为2%钯碳。

2.2.2 溶剂用量筛选

反应温度60 ℃，反应时间2.5 h，钝化剂吡啶用量为原料质量的1.5%，2%钯碳催化剂用量为原料质量的0.6%，考察甲醇溶剂用量对反应的影响，见表4。

表4 溶剂用量筛选

由表4数据发现，甲醇用量较低时，反应不具备较好的选择性，增加甲醇用量后选择性也会增大。甲醇用量2.0～2.5倍于对叔丁基-α-甲基肉桂醛质量时，反应转化率与选择性良好，如果甲醇用量继续增加，转化率会下降，不利于收率的提高[3]。基于此，该反应确定甲醇用量为2.0～2.5倍于对叔丁基-α-甲基肉桂醛的质量。

2.3 最佳工艺参数

铃兰醛合成反应，最终确定溶剂为甲醇，催化剂为2%钯碳，钝化剂为吡啶。溶剂用量为对叔丁基-α-甲基肉桂醛质量的2.0～2.5倍，2%钯碳用量为对叔丁基-α-甲基肉桂醛质量的0.6%，吡啶用量为对叔丁基-α-甲基肉桂醛质量的1.5%，反应温度60 ℃，反应时间2.5 h，氢气压力0.4 MPa。铃兰醛选择性不低于99.0%，收率98.0%，脚料率约1.0%。

3 铃兰醛粗品纯化

添加适量乙酸至反应滤液进行中和反应，常压蒸馏回收甲醇，水洗蒸余液，分层。下层与上层液分别为水相、油相。减压蒸馏上层液后得到粗品铃兰醛，精馏时选用玻璃弹簧填料塔(40 cm)并缠绕伴热带。在三口瓶内加入待精馏的粗品，开启循环水，设置伴热电压为50 V，开始加热，通过油泵完成真空抽提，并设置真空度为20 Pa。塔顶温度达到52 ℃时，开始出馏分，持续20 min的全回流后采出，确定回流比为20，对前馏分进行采集。顶温到达95 ℃时，进行成品采出，确定回流比为2。精馏期间，如果塔顶呈现采出缓慢时，需控制釜底温度缓慢上升，维持2～3 d·s-1的采出速率。釜温到达160 ℃后维持不变，顶温呈现出降低态势且塔顶馏出停止时，降低温度，精馏停止，釜温不高于50 ℃时将真空去除。

4 结语

综上所述，铃兰醛合成工艺路线操作简单、环境友好、成本低、总体收率高且产品质量好。经实验筛选确定了缩合与加氢催化剂体系，可促进反应收率的提高。缩合催化剂可稳定套用，消除产生废盐的情况。同时优化了后处理流程，缩合反应液经结晶后取得的中间产物纯品含量不低于99.5%，整个操作流程实现大幅缩减，能耗降低，在工业化生产中极为适用。