一种制备海风醛中间体的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备海风醛中间体的方法，在硫酸水溶液和以季铵盐类的化合物作为相转移催化剂的作用下，通过控制反应温度，向含有乙苯和多聚甲醛的反应体系中持续通入氯化氢气体，进行乙苯的氯甲基化反应，最终制备得到含量高达95％以上和收率为85～94％的乙基氯化苄，以其为中间体与异丁醛进行缩合，即可制得海风醛。
【专利说明】一种制备海风醛中间体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有机中间体的制备方法，具体而言涉及海风醛中间体的制备方法。
【背景技术】
[0002]取代苯丙醛系列的化合物具有铃兰、兔耳草香韵，清鲜空气格调，名之为海风醛，其香气飘逸、持久，为香精配方提升青气，增强青鲜花头香，具有可贵的使用价值。
[0003]海风醛可由乙基卤化苄为原料，在催化剂的作用下，同异丁醛缩合制得。由此可见，乙基卤化苄作为一种有机合成中间体对海风醛的合成显得尤为重要。
[0004]在现有技术中，海风醛的合成大多采用乙基卤化苄作为起始物，而乙基卤化苄则以乙苯、多聚甲醛为原料，在催化剂，尤其是路易斯酸的催化作用下，进行氯甲基化或溴甲基化反应制备得到。乙基卤化苄作为一种比较重要的有机合成中间体，一直以来就被人们所广泛研究。早在1898年，Grassi和Maselli就发现通过在芳烃上引进一个氯甲基可实现芳烃的氯甲基化。在1923年，Blanc发现了实现芳烃氯甲基化的简便方法，即在氯化锌存在下，通过甲醛与氯化氢气体的作用而实现芳烃的氯甲基化。近年来，芳烃卤甲基化仍有不少改进。
[0005]李宏祺等在《化学世界》1988年09期《相转移催化合成海风醛》中，采用氯化锌为催化剂，在乙苯和多聚甲醛的混合溶液中通入氯化氢气体，进行氯甲基化反应，得到的目标产物收率为65%。在本文献中，氯化锌不能循环使用，而且后处理过程中产生大量含有氯化锌的废水，对环境危害非常严重，除此之外，收率比较低、催化剂成本较高。美国专利US201200264981公开了采用氢溴酸、乙酸为溴甲基化试剂进行芳烃的亲电取代反应。在该专利中，不仅所采用的原料成本较高，而且反应后处理过程中要回收溴素，工序繁琐，“三废”产生量较大。在《Chem Cat chem》2010年第2期第392~396页中描述了采用三氯化铝、聚乙二醇等作为催化剂进行芳烃的卤甲基化反应，同样催化剂不能重复使用，而且成本较高，废水量较大，不利于工业化生产。
[0006]从现有的专利及文献技术分析可以看出，现有的乙苯氯/溴甲基化工艺中存在许多问题，例如催化剂和后处理成本较高，催化剂不能回收或者循环利用，收率低，而且反应产生的废水较多，不利于环保。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现:在硫酸水溶液和以季铵盐类化合物作为相转移催化剂的作用下，在控制反应温度的情况下，对乙苯进行氯甲基化反应，可以较高含量以及较高收率制得乙基氯化苄，以之为中间体，可以合成最终产物海风醛，从而完成本发明。
[0008]本发明目的之一在于提供一种海风醛中间体的制备方法，该方法包括以下步骤:
[0009](I)在反应釜中加入乙苯、甲醛、硫酸水溶液和季铵盐类相转移催化剂，混合后搅拌均匀，其中，所述乙苯和甲醛的摩尔比为1:1~2，所述硫酸水溶液的质量百分比浓度为30~95%，所述季铵盐类相转移催化剂的用量为乙苯的0.2~20wt% ；
[0010](2)将反应釜升温到50~115°C，在控制反应温度情况下，持续通入氯化氢气体进行氯甲基化反应，反应时间为2~20小时，然后停止通气，其中，氯化氢气体每小时的通气量使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.1~1:1 ;
[0011](3)停止通气后将反应釜冷却到10~30°C，然后进行分液，分液后的有机相用碱水或/和盐水洗涤，对洗涤后的有机相进行减压蒸馏，得到目标产物乙基氯化苄。
[0012]本发明另一目的在于提供一种根据本发明上述的制备方法得到的乙基氯化苄，其中，4-乙基氯化苄与2-乙基氯化苄的摩尔比2~3.5:1，3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化
苄重量的1%~2%。
[0013]本发明的再一目的在于提供一种海风醛的制备方法，其中，采用包含上述步骤(I)~(3)的方法制备海风醛中间体乙基氯化苄，然后在催化剂的作用下，该中间体乙基氯化苄同异丁醛进行缩合，制得海风醛。
【具体实施方式】
[0014]下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0015]根据本发明，提供一种海风醛中间体的制备方法，该制备方法包括以下3个步骤:
[0016]步骤1、在反应釜中加入乙苯、甲醛、硫酸水溶液和季铵盐类相转移催化剂，混合后搅拌均匀，其中，所述乙苯和甲醛的摩尔比1:1~2，所述硫酸水溶液的质量百分比浓度为30~95%，所述季铵盐类相转移催化剂的用量为乙苯的0.2~20wt%。
[0017]根据本发明，采用质子酸硫酸作为乙苯的氯甲基化的催化剂，有效的催化乙苯的氯甲基化反应，同时硫酸作为一种大吨位的化工产品，价格低廉，可降低生产成本。
[0018]硫酸以水溶液形式使用，硫酸水溶液的质量百分比浓度为30~95%，优选50~80%，更优选使用质量百分比浓度为75%的硫酸水溶液。硫酸水溶液的用量没有特别限定，可以以常规量使用，但一般使得硫酸与乙苯的质量比为2~6:1，优选3~5:1。由于本发明的反应体系为水溶液和有机物乙苯和甲醛组成的非均相体系，因此加入季铵盐类化合物作为相转移催化剂，既可加快反应速率，又能提高反应产率。
[0019]其中，相转移催化剂的用量为乙苯的0.2~20wt %，优选为0.5~15wt %，更优选为I~10wt%。若低于0.2wt%，则因为用量少，则不能起到很好的相转移催化效果，若用量大于20wt%，则因为用量过多，副产物增多，导致乙苯的多氯甲基化。
[0020]本发明使用的相转移催化剂为季铵盐类化合物，优选使用四烷基卤化铵，所述烷基的碳原子数可以相同，也可以不同，优选烷基碳原子数相同，为了达到更好的相转移催化作用，优选烷基碳原子数为2~12，更优选为3~8，最优选为4~6，所述卤化铵优选为氯化铵或溴化铵。
[0021]根据本发明，优选使用四丁基溴化铵或四丁基氯化铵作为相转移催化剂。
[0022]本发明采用的甲醛可以是多聚甲醛也可以是甲醛水溶液(福尔马林)，优选使用多聚甲醛。
[0023]步骤2、将反应釜升温到50~115°C，在控制反应温度情况下，持续通入氯化氢气体，反应时间为2~20小时，然后停止通气，其中，氯化氢气体每小时的通气量与乙苯的摩尔比为0.1~1:1。
[0024]根据本发明，将原料与催化剂混合后，将反应釜升温到50~115°C，优选升温至50~95°C，更优选温度为80~85°C，然后在控制反应温度情况下，优选控制温度为50~95°C，更优选控制温度为80~85°C，通入氯化氢气体进行氯甲基化反应。
[0025]本发明选择氯甲基化反应生成卤化苄，而没有采用溴甲基化试剂进行溴甲基化反应生成卤化苄，主要是为了避免后处理过程中要回收溴素的繁琐工序，使得整个工艺操作简单，有利于放大推广。
[0026]经本发明人研究发现，若氯甲基化反应温度低于50°C，由于温度低，反应速率慢，反应进行的不充分，影响最终产物的收率；若反应温度高于115°C，由于温度过高，容易发生多氯甲基化反应，生成的副产物增多，直接导致最终产物收率降低。
[0027]根据本发明，优选持续地向反应釜中通氯化氢气体，并且通氯化氢气体时保持氯化氢气体的通气速度不变，每小时的通入量优选使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.1~1:1。虽然氯化氢的通气量过大不会对反应产生不利影响，但当氯化氢的每小时通气量使得氯化氢与乙苯的摩尔比高于1:1时，不但造成浪费，而且也会发生不必要的副反应；而当氯化氢的每小时通气量使得 氯化氢与乙苯的摩尔比低于0.1:1时，则会发现反应速度明显变慢。
[0028]因此，根据本发明，每小时的通入量优选使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.2~0.5:1，更优选为0.3:1。
[0029]根据本发明，氯甲基化的反应时间为2~20小时，若反应温度低于2小时，则由于反应时间短，不利于反应的充分进行，影响反应产物的收率，若高于20小时，随着反应时间的延长，生成的副产物增多，目标产物乙基氯化苄含量下降，影响该海风醛中间体的性能。优选氯甲基化的反应时间为5~15小时，更优选为6~12小时，尤其优选为8~10小时，
然后停止通气。
[0030]步骤3、停止通气后将反应爸冷却到10~30°C,然后进行分液，分液后的有机相用碱水或/和盐水洗涤，对洗涤后的有机相进行减压蒸馏，得到目标产物乙基氯化苄。
[0031]在优选的实施方式中，反应结束后，将反应体系冷却至15~25°C，优选18~22°C，然后进行分液，可以在室温条件下进行。
[0032]根据本发明，分液后的水相任选循环使用，如果进行循环使用，则无需额外提纯，直接加入到反应体系中，而且不会影响反应效率，以及目标产物乙基氯化苄的收率和含量，因此是优选的操作方式。此外，水相循环使用还降低了生产成本，大大减少了三废的产生，有利于环保。
[0033]分液后的有机相加入作为碱水的饱和碳酸钠溶液，和/或作为盐水的饱和食盐水，从而进行充分洗涤，将洗涤后的有机相减压蒸馏，减压蒸馏时水泵真空度为-0.07~-0.1Mpa，反应釜温度为30~100°C，在70~100°C时得到乙基氯化苄的馏分。
[0034]根据本发明，经过以上步骤获得的目标产物乙基氯化苄的收率达到85~94%，并且例如通过高效液相色谱法检测，获知产物中乙基氯化苄含量高达95%以上，因而定位选择性较高，副产物含量少。综合而言，在本发明制备海风醛中间体的方法中，在一定的反应温度条件下，持续通入氯化氢气体与甲醛，尤其是多聚甲醛组成氯甲基化试剂，特别地，在一定反应温度条件下，保持氯化氢气体的通气速度不变，使得制备得到的目标产物乙基氯化节稳定可靠。
[0035]在上述制备方法中，反应温度范围介于50~115°C之间，由于反应温度可浮动范围大，因此非常有利于生产上的推广，使得生产工艺简单，易于操作，可重复性强。在优选的实施方式中，优选反应温度为80~85°C，在此温度条件下，所得到的目标产物乙基氯化苄含量高，同时收率达到最佳。
[0036]在本发明制备海风醛中间体的方法中，通入氯化氢气体与尤其是多聚甲醛作为氯甲基化试剂，与氯甲醚或是双氯甲醚作为氯甲基化试剂相比，毒性大大降低，而且储存运输方便，同时价格低廉，大幅降低生产成本。
[0037]根据本发明另一方面，提供一种根据本发明上述的制备方法得到的乙基氯化苄，其中，4-乙基氯化苄与2-乙基氯化苄的摩尔比2~3.5:1，3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化苄重量的I %~2%，此外，乙基氯化苄的收率达到85~94%，并且通过高效液相色谱法检测的乙基氯化苄含量达95 %以上。
[0038]本发明的目的还在于提供一种海风醛的制备方法，其中，首先采用包含上述步骤(I)~(3)的方法制备海风醛中间体乙基氯化苄，然后在催化剂的作用下，例如在催化碳-烷基化反应的碱性催化剂存在下，乙基氯化苄同异丁醛进行缩合，制得海风醛。
[0039]具体而言，按照上述步骤(1)~(3)的方法制备中间体乙基氯化苄后，进行以下步骤:
[0040](a)在反应釜中加入乙基氯化苄、氢氧化钠、水、季铵盐类相转移催化剂和乙苯，混合后搅拌均匀，其中，所述乙苯的用量为乙基氯化苄重量的0.2~10倍，所述氢氧化钠与乙基氯化苄的摩尔比为I~10:1，所述季铵盐类相转移催化剂的用量为乙基氯化苄的0.2~20wt % ；
[0041](b)将反应釜升温到50~130°C，在控制反应温度情况下，滴加异丁醛，滴加完毕后，在70~130°C下搅拌保温反应，其中，异丁醛的用量为使得异丁醛与乙基氯化苄的摩尔比为I~4:1 ;
[0042](c)反应结束后，将反应爸冷却，将反应体系过滤后进行分液,分液后的有机相用酸溶液或/和水洗涤，然后对有机相脱除溶剂，减压蒸馏，得到目标产物海风醛。由此获得的海风醛，收率可达到70~85%，含量达94%以上，该海风醛为混合物，其中，4-乙基-2，2- 二甲基苯丙醛的含量为60~80wt %，2-乙基-2，2- 二甲基苯丙醛的含量为15~35wt%, 3-乙基-2，2- 二甲基苯丙醛的含量为O~5wt%。
[0043]本发明的有益效果表现于以下几方面:
[0044](I)在本发明中，采用了价格低廉的硫酸水溶液、季铵盐类的相转移催化剂以及氯甲基化试剂，极大的降低了生产成本。
[0045](2)本发明没有采用溴甲基化试剂生成卤化苄，有效避免了后处理过程中要回收溴素的繁琐工序，使得整个工艺操作简单，有利于放大推广。
[0046](3)在本发明中，在硫酸水溶液和季铵盐类相转移催化剂的作用下，控制一定的反应温度，极大降低副产物的生成，定位选择性高，得到的目标产物的含量高达95%以上，收率为85~94%。
[0047](4)在本发明中，反应温度为50~115°C，在此温度之间，均可得到含量高、收率高的目标产物，温度浮动范围大，有利于生产上重复操作，生产稳定性强。[0048](5)在本发明中，克服了氯化氢气体与多聚甲醛所构成的氯甲基化试剂的反应活性低、反应时间长和产率不高的缺点，在理想的反应时间内便可得到高含量高收率的目标产物。
[0049]实施例
[0050]以下通过实施例进一步描述本发明。不过这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
[0051]实施例1
[0052]将378g乙苯、214g多聚甲醛、3552g质量百分比浓度为50%的硫酸水溶液和57.5g四丁基溴化铵加入反应釜中，混合后搅拌均匀；
[0053]然后将反应釜升温至50°C，然后持续通入氯化氢气体进行氯甲基化反应，每小时的通气量使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.3:1，通气12小时后停止通气；
[0054]将反应釜降温到20°C，然后在室温下分液，分液后的水相进行循环使用，有机相加入饱和碳酸钠溶液和饱和食盐水洗涤，对洗涤后的有机相进行减压蒸馏，在70~100°C时得到目标产物乙基氯化苄的馏分，其收率达到86%。
[0055]经GC检测，乙基氯化苄含量为96.5%，其中，4-乙基氯化苄与2_乙基氯化苄的摩尔比为2:1，3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化苄重量的1.3%。
[0056]实施例2
[0057]将378g乙苯、214g多聚甲醛、2220g质量百分比浓度为80%的硫酸水溶液和57.5g四丁基溴化铵加入反应釜中，混合后搅拌均匀；
[0058]然后将反应釜升温至115°C，然后持续通入氯化氢气体进行氯甲基化反应，每小时的通气量使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.4:1，通气5小时后停止通气；
[0059]将反应釜降温到25°C，然后在室温下分液，分液后的水相进行循环使用，有机相加入饱和碳酸钠溶液和饱和食盐水洗涤各两次，对洗涤后的有机相进行减压蒸馏，在70~IOO0C时得到目标产物乙基氯化苄的馏分，其收率达到92 %。
[0060]经GC检测，乙基氯化苄含量为96.8%，其中，4-乙基氯化苄与2_乙基氯化苄的摩尔比为2.5:1，3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化苄重量的1.5%。
[0061]实施例 3
[0062]将378g乙苯、578g37%甲醛水溶液、2220g实施例2中分液后的水相加入反应釜中，混合后揽祥均勾;
[0063]然后将反应釜升温至85°C，然后持续通入氯化氢气体进行氯甲基化反应，每小时的通气量使得使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.5:1，通气8小时后停止通气，则氯化氢通入总量为乙苯摩尔量的4倍；
[0064]将反应釜降温到30°C，然后在室温下分液，其中，有机相加入饱和碳酸钠溶液和饱和食盐水洗涤，对洗涤后的有机相进行减压蒸馏，在70~100°C时得到目标产物乙基氯化苄的馏分，其收率达到93%。
[0065]经GC检测，乙基氯化苄含量为96%，其中，4-乙基氯化苄与2_乙基氯化苄的摩尔比为3.5:1，3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化苄重量的1.8%。
[0066]实施例4
[0067]将378g乙苯、535g40%甲醛水溶液、2368g质量百分比浓度为75%的硫酸水溶液和57.5g四丁基氯化铵加入反应釜中，混合后搅拌均匀；
[0068]然后将反应釜升温至65°C，然后持续通入氯化氢气体进行氯甲基化反应，每小时的通气量使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.2:1，通气15小时后停止通气；
[0069]将反应釜降温到18°C，然后进行分液，分液后的水相进行循环使用，有机相加入饱和碳酸钠溶液洗涤2次，并加入饱和食盐水洗涤一次，对洗涤后的有机相进行减压蒸馏，在70~100°C时得到目标产物乙基氯化苄的馏分，其收率达到91%。
[0070]经GC检测，乙基氯化苄含量为97%，其中，4-乙基氯化苄与2_乙基氯化苄的摩尔比为3:1，3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化苄重量的2 %。
[0071]实施例5
[0072]以实施例4获得的乙基氯化苄作为中间体400g，乙基氯化苄含量为97%，其中，4-乙基氯化苄与2-乙基氯化苄的摩尔比为3:1，3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化苄重量的2% ；199.0g氢氧化钠、112.0g水、8g四丁基氯化铵和200g乙苯加入反应釜中，混合后搅拌均匀；
[0073]然后将反应釜升温至72°C，在控制反应温度的情况下，滴加197.5g异丁醛，滴加完毕后，在72 C保温9小时；
[0074]将反应釜降温到26°C，将反应体系过滤后在室温下分液，分液后的水相进行循环使用，有机相加入醋酸溶液、水洗涤，对洗涤后的有机相脱除溶剂，进行减压精馏，得到目标产物海风醛的馏分，其收 率为85%。
[0075]经气相色谱仪器检测，海风醛的含量为95.2%，其中，4-乙基_2，2_ 二甲基苯丙醛的含量为65 %，2-乙基-2，2- 二甲基苯丙醛的含量为28 %，3-乙基-2，2- 二甲基苯丙醛的含量为2.2%。
[0076]对比例
[0077]对比例I
[0078]重复实施例1，其中，反应温度为45°C，其他条件不变，最终得到乙基氯化苄的收率为81%。
[0079]对比例2
[0080]重复实施例2，其中，反应温度为130°C，其他条件不变，最终得到乙基氯化苄的收率为70%。
[0081]对比例3
[0082]重复实施例1，其中，不添加四丁基溴化铵，其他条件不变，最终得到乙基氯化苄的收率为5%。
[0083]以上结合【具体实施方式】和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种海风醛中间体的制备方法，该方法包括以下步骤: (1)在反应釜中加入乙苯、甲醛、硫酸水溶液和季铵盐类相转移催化剂，混合后搅拌均匀，其中，所述乙苯和甲醛的摩尔比1:1~2，所述硫酸水溶液的质量百分比浓度为30~95%，所述季铵盐类相转移催化剂的用量为乙苯的0.2~20wt% ； (2)将反应釜升温到50~115°C，在控制反应温度情况下，持续通入氯化氢气体进行氯甲基化反应，反应时间为2~20小时，然后停止通气，其中，氯化氢气体每小时的通气量使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.1~1:1 ; (3)停止通气后将反应爸冷却到10~30°C,然后进行分液,分液后的有机相用碱水或/和盐水洗涤，对洗涤后的有机相进行减压蒸馏，得到目标产物乙基氯化苄。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，硫酸水溶液的质量百分比浓度为50~80 %，优选为75 %。
3.根据权利要求1或2的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，相转移催化剂的用量为乙苯的0.5~15wt%，优选为I~IOwt %，所述相转移催化剂为四烷基卤化铵，所述烷基的碳原子数相同或不同，优选烷基碳原子数相同，所述烷基碳原子数为2~12，更优选为3~8，最优选为4~6，所述卤化铵优选为氯化铵或溴化铵，最优选使用四丁基溴化铵或四丁基氯化铵作为相转移催化剂。
4.根据权利要求1至3任一项的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述甲醛是多聚甲醛或甲醛水溶液，优选多聚甲醛。
5.根据权利要求1至4任一项的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，原料与催化剂混合后，将反应釜升温到50~95°C，优选温度为80~85°C，然后在控制反应温度情况下，通入氯化氢气体进行氯甲基化反应。
6.根据权利要求1至5任一项的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，持续地向反应釜中通氯化氢气体，并且通氯化氢气体时保持氯化氢气体的通气速度不变，每小时的通入量优选使得氯化氢与乙苯的摩尔比为0.2~0.5:1，优选为0.3:1。
7.根据权利要求1至6任一项的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，氯甲基化的反应时间为5~15小时，优选氯甲基化的反应时间为6~12小时，更优选为8~10小时，然后停止通气。
8.根据权利要求1至7任一项的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，反应结束后，将反应体系冷却至15~25°C，优选18~22°C，然后进行分液，可以在室温条件下进行，分液后的水相循环使用，分液后的有机相加入作为碱水的饱和碳酸钠溶液，和/或作为盐水的饱和食盐水，从而进行洗涤，将洗涤后的有机相减压蒸馏，减压蒸馏时控制水泵的真空度为-0.07~-0.1Mpa,反应釜温为30~100°C。
9.根据权利要求1至8任一项的制备方法得到的乙基氯化苄，其特征在于，所得4-乙基氯化苄与2-乙基氯化苄的摩尔比2~3.5:1,3-乙基氯化苄的含量为乙基氯化苄的I % ~2wt % .
10.一种海风醛的制备方法，其中，首先采用包含上述步骤(1)~(3)的方法制备海风醛中间体乙基氯化苄，然后在催化剂的作用下，例如在催化碳-烷基化反应的碱性催化剂存在下，乙基氯化苄同异丁醛进行缩合，制得海风醛。
【文档编号】C07C45/68GK103980088SQ201410202047
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】王宁宁, 陈思, 黄进, 杨东生, 张良凯 申请人:宿迁科思化学有限公司