《武汉工程大学学报》 2013年06期
16-19
出版日期：2013-06-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
β亚甲基苯乙醇的合成工艺
0引言β亚甲基苯乙醇（βmethylene phenethyl alcohol），为一种透明的无色液体，具有柔和的玫瑰香味，现多作为一种新型的香料，也可作为合成其它香料的原料\[1\]，是精细化工方面一种重要的中间体.现有的β亚甲基苯乙醇的合成方法主要有三种，方法一：通过格氏试剂的方法，该方法中的格氏试剂较难制备\[2\].方法二：利用Heck反应，用卤代苯和烯丙醇发生偶合反应制备，反应中使用了贵金属钯为催化剂，回收使用不易\[3\].方法三：用甲基苯乙烯为原料，经氯代、酯化和皂化反应制得，该路线较长，收率偏低\[45\].本实验参考相关文献\[67\]，以苯乙醛为原料，经亚甲基化和氢转移还原两步合成了β亚甲基苯乙醇，并探讨了投料比、催化剂的用量和反应温度等条件对收率的影响.在最佳反应条件下，以苯乙醛计，产物β亚甲基苯乙醇的收率可达86%.同时用1H NMR对产物进行了表征.合成的路线如下：1实验部分1.1仪器及试剂DF101S集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限公司生产；2XZ型双级旋片式真空泵，巩义市予华仪器有限公司生产；二乙胺、丙酸、四氢吡咯、吡啶、二甲胺盐酸盐、苯乙醛、甲醛水溶液、异丙醇铝、异丙醇、乙酸乙酯，均为国药集团化学试剂有限公司生产.1.2α亚甲基苯乙醛的合成在N2保护下，在500 mL的三口烧瓶中，加入240 mL的异丙醇，搅拌下加入1.8 g阻聚剂和60 g（0.5 mol）苯乙醛，搅拌均匀，滴加8.1 g（0.1 mol）二甲胺盐酸盐溶于48 g 质量分数37%的甲醛水溶液（0.6 mol）的混合溶液，控制滴加的速率，使内温不超过50 ℃，滴加完毕后50 ℃保温反应，TLC跟踪反应至苯乙醛反应完全.反应液常温减压蒸出过量的甲醛，50 ℃减压蒸出溶剂和生成的水，并用异丙醇（20 mL）带两次水，得一浅黄色粘稠物，即为α亚甲基苯乙醛粗品，不经纯化，直接用于氢转移还原反应.1.3β亚甲基苯乙醇的合成往上述粘稠物中加入120 g（2 mol）异丙醇，升温搅拌溶清，补加适量阻聚剂后，再加入10.2 g（0.05 mol）异丙醇铝，升温至60～65 ℃反应，TLC跟踪反应至醛反应完全.反应液减压蒸出生成的丙酮和过量的异丙醇后，搅拌下趁热将反应液倾倒入300 mL的蒸馏水中，用300 mL的乙酸乙酯分三次萃取，合并有机相，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸出乙酸乙酯，得一淡黄色透明的油状物57.5 g，即为β亚甲基苯乙醇，总收率86%，纯度98.5%（HPLC）.2结果与讨论2.1亚甲基化反应催化剂的选择根据文献\[6\]，本研究对亚甲基化反应的催化剂做了初步筛选，其催化机理可认为\[8\]：在碱催化下，苯乙醛在醛基的α位生成碳负离子，再与甲醛中的羰基碳原子发生亲核加成反应生成2羟甲基苯乙醛；后者在酸催化下，受热脱水，生成α亚甲基苯乙醛.以甲醛和苯乙醛摩尔比1.2∶1，反应温度为50 ℃，催化剂和苯乙醛摩尔比0.2∶1，考察不同的催化剂催化反应的时间和亚甲基化收率，结果见表1.由表可知，不同的催化剂对反应时间和亚甲基化收率有较为显著的影响，其中二甲胺盐酸盐催化时反应时间最短，收率最高.表1催化剂对亚甲基化反应收率的影响Table 1Effect of catalyst on yield of product催化剂反应时间/h收率*/%1二甲胺盐酸盐16912二乙胺盐酸盐19903二乙胺丙酸盐20874四氢吡咯丙酸盐29785吡啶盐酸盐48**56注：*为柱色谱得到收率，下同；**为80 ℃时反应48 h，TLC显示未反应完.第6期奚强，等：β亚甲基苯乙醇的合成工艺武汉工程大学学报第35卷2.2亚甲基化的反应温度对反应时间和亚甲基化收率的影响以甲醛和苯乙醛摩尔比1.2∶1，催化剂和苯乙醛摩尔比0.2∶1，考察了不同的反应温度对反应时间和亚甲基化收率的影响，结果见图1.图1亚甲基化反应温度对反应时间和亚甲基化收率的影响Fig.1The effect of temperature on reaction timeand yield of product由图1可知，随着反应温度的升高，反应速率变大，反应时间逐渐变短；在温度60 ℃之前，温度的升高对收率影响不大；但是继续升高反应温度，收率则出现较大的下降，从柱色谱的结果分析，可能是温度较高时导致α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 ℃左右为佳.2.3甲醛和苯乙醛的摩尔比对亚甲基化收率的影响在50 ℃，催化剂和苯乙醛摩尔比0.2∶1，考察了原料甲醛和苯乙醛的摩尔比对收率的影响，结果如图2所示.由图可知，随着甲醛和苯乙醛摩尔比的增大，反应的收率有一定程度的提高，当摩尔比高于1.2后，收率变化不明显.考虑到过多的甲醛对后处理造成的麻烦，最后确定原料的摩尔比为1.2∶1.图2甲醛和苯乙醛的摩尔比对亚甲基化收率的影响Fig.2Effect of proportion on yield of product2.4氢转移还原的反应温度对反应时间和还原收率的影响根据文献\[7\]，在异丙醇铝和α亚甲基苯乙醛摩尔比为0.1∶1的条件下，对异丙醇和异丙醇铝催化的氢转移还原反应的温度对反应时间和还原收率的影响进行了初步研究，其结果见图3所示.随着还原反应温度的升高，反应速率逐渐增加，但从70 ℃增加至反应液回流温度，反应时间没有明显的变短.另一方面，在65 ℃过后，温度的提高，还原收率却略有下降.考虑到中间产物α亚甲基苯乙醛易聚合，本实验最终将还原的温度控制在60～65 ℃.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.3The effect of temperature on reaction timeand yield of product2.5异丙醇铝和α亚甲基苯乙醛的摩尔比对还原收率的影响在温度60～65 ℃，考察了还原反应异丙醇铝和α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，随着催化剂和底物摩尔比的提高，还原收率有一个最大值，即在摩尔比0.1～0.12之间，收率最高可达92%.在较低的催化剂量的条件下，反应的时间有所延长，TLC显示聚合物的量有所增多，导致收率变低；另一方面，在较高的催化剂量的条件下，还原的反应速率很快，但是还原反应结束后，水处理的过程中会产生大量的铝盐，直接影响了产物的分离和纯化，间接的导致收率明显的下降.综合考虑，本实验确定最佳的摩尔比为0.1.图4异丙醇铝和α亚甲基苯乙醛摩尔比对还原收率的影响Fig.4Effect of proportion on yield of product2.6产物β亚甲基苯乙醇的表征产物的1H NMR（CDCl3，TMS，300 MHz）图谱如图5所示：δ1.80（s,1H）为羟基活泼氢；δ4.55（s,2H）为与羟基相连的亚甲基的氢；δ5.36～5.48（d,2H）为端烯的两个氢；δ7.08～7.47（m,5H）为苯环上的氢的多重峰.与原料苯乙醛的核磁相比较，产物的核磁中出现了δ5.36～5.48端烯氢的峰，并且原料中醛基氢的峰消失.由图谱可知，制备的产物即为目标产物β亚甲基苯乙醇.图5β亚甲基苯乙醇的1HNMR图谱Fig.51H NMR spectra of βmethylenephenethyl alcohol3结语本实验以苯乙醛为原料，经亚甲基化和氢转移还原两步合成了β亚甲基苯乙醇.并确定了最佳反应条件：亚甲基化反应的苯乙醛∶甲醛∶二甲胺盐酸盐摩尔比为1∶1.2∶0.2，其反应温度50 ℃；氢转移还原的中间产物∶异丙醇铝摩尔比为1∶0.1，反应温度60～65 ℃.以苯乙醛计，产物β亚甲基苯乙醇的总收率可达86%，该合成方法，工艺简单，产物易于分离和纯化，收率高，具有一定的工业化价值.致谢本研究得到了武汉同道兴建材科技股份有限公司的卢洪宇工程师和武汉大学王庆利博士的帮助，在此一并表示感谢.