一种高纯度覆盆子酮的合成方法与流程

1.本发明属于香料及精细化工技术领域，具体涉及一种高纯度覆盆子酮的合成方法。


背景技术：

2.覆盆子酮，化学名称为4
‑
对羟基苯基
‑2‑
丁酮(4
‑
p
‑
hydroxyphenly)
‑2‑
butanone)，是覆盆子果的主要香气成分，具有特征性甜果香气和香味。覆盆子酮是国际公认的既安全又获广泛应用的合成香料，具有幽雅果香香韵和增香增甜作用。我国最新版的食品添加剂卫生标准(gb2760
‑
2014)规定覆盆子酮为允许使用的食用香料(fema编码：2588)。覆盆子酮用来配制覆盆子、葡萄、菠萝、桃子、李子、草莓、红莓子、茉莉、栀子、晚香玉等型香精，能长久地保留香气，作为修饰剂或定香剂大量用于日用香料、食品香料、日化香精和烟用香精中。覆盆子酮具有一定的美白效果和消炎功效，广泛用于化妆品的调配。覆盆子酮的乙酸酯在农业上作为一种高效的诱虫剂(诱蝇酮)而应用。最近的研究显示，盆子酮具有α
‑
葡萄糖苷酶抑制活性及ppar
‑
α激动活性，显示其在代谢性疾病治疗领域的应用前景。因此，覆盆子酮是一种具有良好开发价值高附加值精细化学品。
3.覆盆子酮的天然品存在于覆盆子(树莓)、悬钩子等的浆果汁中，但含量极为稀少，在覆盆子汁中含量仅约0.1
‑
0.2ppm，早在18世纪就被发现，1957年才确认它就是覆盆子中的主要香味物质。因含量极低，难以单离出来，目前极力开发能大规模商业化生产覆盆子酮。覆盆子酮的化学合成方法较多，包括对羟基苯甲醛和丙酮缩合、还原法，苯酚和4
‑
羟基
‑2‑
丁酮friedel
‑
crafts烷基化反应合成法，苯酚和甲基乙烯基酮friedel
‑
crafts烷基化反应合成法，对烷氧基苯甲醛和丙酮缩合、还原、水解合成法，乙酸苯酯和甲基乙烯基酮friedel
‑
crafts烷基化反应、水解合成法等。
4.关于覆盆子酮合成方法在最近的两篇文献中有详细的论述(王冠，香料香精化妆品，2017年，no4，14
‑
20；张亨，乙醛醋酸化工，2014年，第9期，12
‑
18)，这些方法各有千秋，但是大多都存在工序较长、合成步骤多、工艺复杂或者反应时间较长，副产物多，收率低等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种高纯度覆盆子酮的合成方法，该合成方法采用两步法，先以2，6
‑
位占位保护的苯酚(2，6
‑
二叔丁基苯酚)为原料，与丁烯酮或4
‑
羟基丁酮烷基化反应可以100％定位于对位，得到的2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮，收率高；然后经过脱叔丁基过程，得到高纯度、高质量的覆盆子酮，该方法工艺简单，反应时间短，产品纯度高，成本低，适合于工业化生产。
6.本发明提供一种高纯度覆盆子酮的合成方法，采用friedel
‑
crafts烷基化反应方法，以2，6
‑
二叔丁基苯酚为原料，在酸性催化剂a催化条件下，与丁烯酮或4
‑
羟基丁酮进行烷基化反应，生成2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮，然后经过酸性催化剂b催化脱叔丁基，得
到高纯度覆盆子酮。
7.friedel
‑
crafts烷基化反应是指在酸的催化作用下，芳香烃与烷基化试剂作用，芳环上的氢被烷基所取代的反应。
8.本技术方案中，以2，6
‑
位叔丁基保护的苯酚(2，6
‑
二叔丁基苯酚)为原料，与具有亲电基团的丁烯酮或4
‑
羟基丁酮进行friedel
‑
crafts烷基化反应，可以100％的定位于对位，得到的覆盆子酮前体化合物(2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)收率高，然后再在酸性催化剂存在下，加脱除异丁烯保护剂，经过蒸馏得到高纯度的覆盆子酮，而且副产物异丁烯可以回收，用于合成2，6
‑
二叔丁基苯酚，实现循环利用。
9.进一步地，具体包括以下步骤：
10.(1)覆盆子酮前体化合物的制备：将2，6
‑
二叔丁基苯酚用非质子溶剂a溶解后加入到反应器，加入酸性催化剂a，搅拌并升温至0
‑
120℃，然后在1
‑
5h内滴加完溶解于所述非质子溶剂a的丁烯酮或4
‑
羟基丁酮，并继续反应3
‑
5h，降至室温，过滤，调节滤液ph至中性，常压回收非质子溶剂a，减压蒸馏，得覆盆子酮前体2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮；
11.(2)覆盆子酮的制备：在反应器中先加入酸性催化剂b和非质子溶剂b，混合后升温至90
‑
150℃，然后滴加溶解于非质子溶剂b的2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮，反应1.5
‑
5h，收集产生的异丁烯气体，反应完成后，降至室温，过滤出固体催化剂，调节滤液ph至中性，常压回收质子溶剂b，减压蒸馏，得覆盆子酮。
12.具体地，所述反应器应带有温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗便于温度、滴加速度和压力的控制；同时回流冷凝管上端接上导气管，以导出反应过程中产生的异丁烯气体，便于反应副产物异丁烯的回收。
13.进一步地，上述技术方案还包括(3)2，6
‑
二叔丁基苯酚的制备：将步骤(2)中反应产物异丁烯冷冻收集后与苯酚在催化剂的作用下反应，得到2，6
‑
二叔丁基苯酚。本技术方案中得到的2，6
‑
二叔丁基苯酚可以作为合成覆盘子的原料，循环利用。
14.进一步地，上述技术方案中，所述酸性催化剂a为无机酸、有机酸、酸性树脂和固体酸中的任一种。
15.进一步地，上述技术方案中，所述无机酸为硫酸、磷酸或盐酸中的任一种；所述有机酸为对甲苯磺酸、甲基磺酸、三氟甲基磺酸、十二烷基磺酸或十六烷基磺酸中的任一种；所述酸性树脂为amberlyst系列酸性树脂或全氟磺酸树脂；所述固体酸为酸性硅藻土或酸性氧化铝；优选为amberlyst系列酸性树脂
16.具体地，从环境以及安全考虑，优选催化剂为amberlyst系列酸性树脂，该树脂可以利用10次以上，每次使用时额外添加10％的新树脂。
17.具体地，使用全氟磺酸树脂时，催化剂活性高，滴加完毕后就反应完成，且重复使用可加或不加新树脂。
18.具体地，使用三氟甲基磺酸时，滴加完成即反应完成，活性高。具体地，使用酸性硅藻土时，因为器重复使用性能差，只能使用三次，且对产品收率将降低到30％左右。
19.进一步地，上述技术方案中，所述非质子溶剂a为芳烃或极性溶剂a；所述芳烃包括甲苯、二甲苯、二氧六环或四乙二醇二甲醚；所述极性溶剂a包括乙腈、n，n
‑
二甲基甲酰胺或n，n
‑
二乙基乙酰胺。具体地，为了产品提纯更为方便，优选甲苯系列芳烃作为反应溶剂。
20.进一步地，上述技术方案步骤(2)中，所述酸性催化剂b为lweis酸、无机酸、有机酸
和酸性树脂中的任一种，所述lweis酸为三氯化铝、氯化锌、四氯化锡和氯化钛中的任一种；所述无机酸为硫酸或磷酸；所述有机酸为甲基苯磺酸、甲基磺酸和三氟甲基磺酸中的任一种；所述酸性树脂为全氟磺酸树脂。
21.进一步地，上述技术方案步骤(2)中，所述非质子溶剂b为高沸点的芳烃类或极性溶剂b；所述芳烃类为甲苯、二甲苯、癸烷或十二烷中的任一种；所述极性溶剂b为二甲基亚砜、环丁砜、n，n
‑
二甲基甲酰胺或n，n
‑
二乙基甲酰胺中的任一种。本技术方案中由于被脱去的叔丁基在脱出反应时有酸的存在，对于芳烃会发生烷基化反应，所以，为回收异丁烯再利用，可优选烃类，如癸烷，十二烷等惰性溶剂。
22.进一步地，上述技术方案步骤(3)中，所述催化剂为酸性树脂。
23.相对于现有技术的有益效果：
24.1.本发明采用2，6
‑
位占位保护的苯酚2，6
‑
二叔丁基苯酚为原料，与丁烯酮烷基化反应可以100％定位于对位，得到的2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮，收率高；经过脱叔丁基过程，可以得到高收率、高纯度的覆盆子酮；
25.2.本发明所得到的反应副产物异丁烯可以回收，作为2，6
‑
二叔丁基苯酚合成原料，再利用，可节约成本；
26.3.本发明通过选择可循环利用的催化剂，进一步节约生产成本；
27.4.本发明的两步反应都是常规化工操作，工艺简单，反应时间短，产品纯度高，成本低，适合于工业化生产。
附图说明
28.图1为本发明合成覆盆子酮和异丁烯回收的流程图。
具体实施方式
29.本发明的上述各项技术特征和在下文(如实施案例)中具体描述的各项技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案，但本发明不仅仅局限于这些实施例，同样这些实施例也不以任何方式限制本发明。
30.下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例涉及的制剂若无特别说明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。
31.下面结合图示和实施例对本发明作进一步详细描述：
32.图1为本发明合成覆盆子酮和异丁烯回收的流程图，包括三步，第一步为2，6
‑
二叔丁基苯酚与丁烯酮反应生成2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮；第二步为2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮在酸性催化剂的作用下加温、分解，得到目标产品覆盆子酮和异丁烯；第三步为异丁烯与苯酚在酸性树脂催化作用下得到2，6
‑
二叔丁基苯酚，而2，6
‑
二叔丁基苯酚又可以参与反应得到目标产品，实现副产物的循环利用。
33.实施例1
34.在带有温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的500ml三口烧瓶中加入300ml甲苯，51.6g 2，6
‑
二叔丁基苯酚，将10g amberlyst15树脂加到反应瓶中，开动电磁搅拌，慢慢将反应瓶温度升到90℃，然后将溶解于50ml甲苯的17.5g丁烯酮滴加到反应瓶中(在2h内滴加完成)，滴加完成后，继续反应3h，将反应溶解混合物降到室温，用砂芯过滤漏斗过滤出
amberlyst15树脂，滤液用一滴碳酸钠饱和溶液调节ph到中性，将反应液转移到500ml单口烧瓶中，常压回收甲苯，减压下蒸馏，得到产品覆盆子酮前体化合物(化学名称：2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)65.1g，收率94.0％，纯度99％，沸点：170
‑
174℃/1
‑
2mmhg，放置后会结晶，熔点：80
‑
90℃。
35.其中，上述树脂催化剂可以利用10次以上，每次使用时额外添加1g新的树脂。
36.实施例2
37.在带有温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的250ml三口烧瓶中加入100ml甲苯，用冷浴将甲苯冷冻到0℃以下，取2g浓度为98％的硫酸，慢慢滴加到甲苯中，搅拌20min，再将12.6g 2，6
‑
二叔丁基苯酚加到反应瓶中，开动电磁搅拌，在0℃左右慢慢将溶解于50ml甲苯中的4.5g丁烯酮滴加到反应瓶中(在1h内滴加完成)，滴加完成后，继续反应3h，将反应溶解混合物降到室温，用碳酸钠饱和溶液调节ph到中性，分出水层，有机层用硫酸镁干燥，常压回收甲苯，减压下蒸馏，得到产品覆盆子酮前体化合物(2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)13.1g，收率77.3％，纯度为98％。
38.实施例3
39.在带有温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的250ml三口烧瓶中加入120ml甲苯，5g对甲苯磺酸，将反应混合物加热到80℃，搅拌10min，再将18.2g 2，6
‑
二叔丁基苯酚加到反应瓶中，开动电磁搅拌，在80℃下慢慢将溶解于40ml甲苯中的8.17g 4
‑
羟基丁酮滴加到反应瓶中(在2.5h内滴加完成)，滴加完成后，继续反应4h，将反应溶解混合物降到室温，向反应液中加入20ml水，使对甲基苯磺酸溶解到水层，分出水层，有机层用碳酸钠饱和溶液调节ph到中性，再分出水层，有机层用硫酸镁干燥，常压回收甲苯，减压下蒸馏，得到产品覆盆子酮前体化合物(2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)22.3g，收率为91.7％，纯度98％。
40.实施例4
41.在带有温度计、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的1000ml三口烧瓶中加入500ml甲苯和30g酸性硅藻土(300℃干燥)，将混合物加热到100℃，搅拌30min，再将126.2g 2，6
‑
二叔丁基苯酚加到反应瓶中，开动电磁搅拌，在100℃下慢慢将溶解于100ml甲苯中的43.4g丁烯酮滴加到反应瓶中(在5h内滴加完成)，滴加完成后，继续反应5h，将反应溶解混合物降到室温，用布氏漏斗抽滤，将催化剂硅藻土滤出，向反应液中加入少量碳酸钠饱和溶液中和到中性，再分出水层，有机层用硫酸镁干燥，常压回收甲苯，减压下蒸馏，得到产品覆盆子酮前体化合物(2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)136.8g，收率为79.1％，纯度98％。
42.其中，酸性硅藻土重复适用性能较差，只能重复使用三次就失去活性。
43.实施例5
44.在带有温度计、回流冷凝管(其中回流冷凝管上端接上导气管，以导出反应过程中产生的异丁烯气体)和恒压滴液漏斗的500ml三口烧瓶中加入200ml癸烷和50g酸性磺酸树脂(耐温150℃)，慢慢将混合溶液加热到120℃，将溶解于100ml癸烷中的56.1g覆盆子酮前体化合物(2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)，从滴液漏斗中慢慢滴加到120℃的反应液中，这时立刻有异丁烯气体放出，产生的异丁烯通过接管导入冷冻钢瓶中，钢瓶用干冰冷冻，约3h滴加完，滴加速度根据流出气体的速度控制，控制中等气体流速以保证反应出的异丁烯全部收集到钢瓶中，反应到没有气体溢出为止，约5h反应完毕，将反应液降温到室温，过滤出酸性磺酸树脂催化剂，将反应液调节ph至中和，常压回收癸烷，减压下蒸馏，得到覆盆子
酮29.6g，收率89.0％，纯度99％，熔点：83
‑
84℃，沸点：176
‑
179℃/4
‑
5mmhg。
45.实施例6
46.在带有温度计、回流冷凝管(其中回流冷凝管上端接上导气管，以导出反应过程中产生的异丁烯气体)和恒压滴液漏斗的1000ml三口烧瓶中加入400ml癸烷和80g nafion全氟磺酸树脂nr50，慢慢将混合溶液加热到100℃，将溶解于200ml癸烷中的125.6g覆盆子酮前体化合物(2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)，从滴液漏斗中慢慢滴加到100℃的反应液中，这时立刻有异丁烯气体放出，产生的异丁烯通过接管导入冷冻钢瓶中，钢瓶用干冰冷冻，以保证异丁烯全部冷凝下来，约4h滴加完，滴加速度根据流出气体的速度控制，控制中等气体流速，以保证反应出的异丁烯全部收集到钢瓶中，滴加完成后立刻没有气体溢出，将反应液降温到室温，过滤出树脂催化剂，将反应液调节ph至中和，常压回收癸烷，减压下蒸馏，得到覆盆子酮，得到67.8g，收率91.0％，纯度99％，熔点：83
‑
84℃。
47.其中，上述树脂催化剂可以重复使用多次，与其它催化剂不同的是，到第6次重复利用时，只需添加一点点新的树脂即可。
48.实施例7
49.在带有温度计、回流冷凝管(其中回流冷凝管上端接上导气管，以导出反应过程中产生的异丁烯气体)和恒压滴液漏斗的100ml三口烧瓶中加入40ml癸烷和2.0g三氟甲基磺酸，慢慢将混合溶液加热到90℃，将溶解于20ml癸烷中的12.5g覆盆子酮前体化合物(2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮)，从滴液漏斗中慢慢滴加到90℃反应液中，这时立刻有异丁烯气体放出，产生的异丁烯通过接管导入冷冻钢瓶中，钢瓶用干冰冷冻，以保证异丁烯全部冷凝下来，约1.5h滴加完，三氟甲基磺酸的反应催化活性于全氟磺酸树脂基本相当，滴加完后就反应完毕，将反应液冷却到室温，用碳酸钠饱和溶液调节ph到中性，分出水层，有机层用硫酸镁干燥，常压回收癸烷，减压下蒸馏，得到覆盆子酮6.4g，收率86.0％，纯度99％，熔点：83
‑
84℃。
50.综上所述，本发明合成方法采用两步法，实施例1
‑
4中以2，6
‑
位占位保护的苯酚2，6
‑
二叔丁基苯酚为原料，与丁烯酮烷基化反应可以100％定位于对位，得到的2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮，收率高达94％；实施例5
‑
7中，将实施例1
‑
4所得的2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苄基丙酮溶于溶剂后加到酸性催化剂，经过脱叔丁基过程，得到的覆盆子酮收率高达91％，纯度高达99％，该方法工艺简单，反应时间短，产品纯度高，反应副产物可以回收再利用，催化剂可循环使用，成本低，适合于工业化生产。
51.最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。