制备龙涎酮香料的方法与流程

本发明涉及香料制备领域。更具体地，本发明涉及一种龙涎酮香料(isoesuper)的改进制备工艺。特别地，本发明提供一种以固体酸催化环化步骤合成龙涎酮的方法。

背景技术：

龙涎酮是无色至浅黄色的液体。作为世界上年产吨位最大的香料单体之一，其广泛应用于香水、香皂、化妆品和洗涤剂等配方之中。isoesuper是国际香料和香精公司(iff)的龙涎酮商品名。市售的龙涎酮是异构体化合物的混合物，主要成分的结构如下式所示，差异主要是双键的不同分布(虚线表示可能存在的双键之处)。

因此，龙涎酮是包含以下各式化合物的异构体混合物

在公开的报道中，比如us3911018、us3929677、us616018、us737506、cn106045834、cn103058842、cn103265419等，龙涎酮都是采用三步合成法制备(参见以下反应路线i)：第一步，在酸或碱的催化下缩合丁酮和乙醛得到3-甲基-3-戊烯-2-酮(3m3p)；第二步，月桂烯和3m3p发生diels-alder反应生成环化酮(isoprecyclemone，简称isopre)；第三步，isopre环化酮在酸催化下发生环化生成龙涎酮(isoe)。

反应路线i

在如上列举的报道中，龙涎酮合成的第三步，即环化步骤，一般都是采用磷酸、硫酸、盐酸、三氟化硼或三氟化硼乙醚络合物等无机酸作为催化剂，在加热的条件下在间歇釜里分批进行。因此，在工业上不可避免需要进行碱中和和水洗分液等操作，产生大量废水，不仅造成环境压力，还会增加操作成本。

技术实现要素：

针对现有龙涎酮环化步骤产生大量废酸的不利特点，本发明采用固体酸作为催化剂和固定床反应器，通过isopre的环化来生产龙涎酮香料，从而为工业上提供一种条件容易控制、操作成本节省和消除废水的工艺。

更具体地，本发明提供一种制备龙涎酮香料的方法，所述方法包括：

将式(i)的环化酮中间体

在固体酸催化剂的存在下进行环化反应，得到包含以下各式化合物的异构体混合物的龙涎酮香料

本发明的式(i)的环化酮可以通过任何化学/生物学合成路线合成或从其天然来源中提取/分离。在本发明的一个优选实施方案中，式(i)的环化酮是由月桂烯和3-甲基-3-戊烯-2-酮(3m3p)发生diels-alder反应生成，和/或3-甲基-3-戊烯-2-酮(3m3p)是由丁酮和乙醛在酸或碱的催化下缩合而成。以上由月桂烯和3-甲基-3-戊烯-2-酮(3m3p)发生diels-alder反应生成式(i)的环化酮的反应和由丁酮和乙醛在酸或碱的催化下缩合生产3-甲基-3-戊烯-2-酮(3m3p)的反应是本领域技术人员公知的，并且可以参见例如us3911018、us3929677、us616018、us737506、cn106045834、cn103058842、cn103265419等。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明的方法中所用的固体酸催化剂选自由以下组成的组：固体磷酸、固体磺酸树脂或它们的组合。优选地，所述固体磷酸/磺酸类型树脂催化剂选自由以下组成的组：系列(美国杜邦公司)(全氟磺酸型树脂)、系列(美国陶氏)(磺酸型树脂)、系列(美国陶氏)、系列(漂莱特公司)、d72和nkc系列催化剂(南开大学)、dzh树脂(辽宁丹东明珠)、spac-1固体磷酸催化剂(spa催化剂，辽宁海泰)、或它们的任意组合。

在本发明的一个优选实施方案中，所述固体酸催化剂为(强酸型[h])固体聚苯乙烯磺酸树脂或全氟化的阳离子交换树脂。

对于本发明的方法中的固体酸催化剂的用量没有特别限制，但是优选固体酸催化剂的用量小于所述式(i)的环化酮中间体的摩尔量的100％，优选小于环化酮中间体的摩尔量的90％、80％、70％、60％或50％，优选小于所述环化酮中间体的摩尔量的40％、30％、20％或10％，更优选是所述环化酮中间体的摩尔量的0.1至20％，最优选0.5至5％。

本发明的方法中的环化反应可以在含有溶剂或不含有溶剂的反应体系中进行。所述溶剂优选有机溶剂，优选所述有机溶剂选自由以下组成的组：甲苯、乙苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、液体石蜡或它们的组合。

在本发明的一个优选实施方案中，所述环化反应是在固定床反应器中连续进行，所述固定床反应器中填充有所述固体酸催化剂和任选的其他填充物质(如在固定床反应器两端的石英砂)。

在本发明的方法的环化反应中，所述固定床反应器的温度被控制在60至190℃(如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃和190℃)，优选在80至150℃范围内。所述固体酸催化剂在反应之前可以被预热。

除了上述环化反应步骤，本发明的方法还可以包括将反应产物(龙涎酮粗品)进行精馏的步骤。

在本发明的一个优选实施方案中，在本发明的方法中式(i)的环化酮的转化率大于90％，优选大于95％。

转化率＝(已转化原料的摩尔当量/总原料的摩尔当量)x100％。

在本发明的一个具体实施方案中，将固体磷酸或固体磺酸树脂填充到固定床反应器，连续地用泵将isopre环化酮通入预热的固体酸填充层，然后收集冷却的反应混合物，经精馏得到香气和颜色合格产品(参见图1)。

如图1所示，在固定床管式反应器中填充固体酸催化剂和石英砂，加热到一定温度，将isopre环化酮按照一定的流速泵入，经过管式反应器和催化剂接触后，得到反应粗品，精馏后得到香气和颜色合格的龙涎酮产品。

固定床是一种填充固体催化剂的管式反应器，其适用于两相体系(气-固或液-固体系)和三相体系(气-液-固)。为了达到优化的反应速率、收率和传热效率，固定床的管式反应器一般需要有合适的长度、直径、催化剂床层高度和催化剂颗粒大小。

一般地，固定床管式反应器管径范围在10-3000毫米之间，长度范围在90-20000毫米之间，体积范围在8x10^-6-100立方米(s.t.sie和r.krishna,reviewsinchemicalengineering,1998,14(3):203-252)。

一般地，液体物料的停留时间(保留时间)在1-250分钟，优选地，10-150分钟。

保留时间＝固体床催化剂堆积体积/物料流速

一般地，固体磺酸催化剂的平均颗粒直径0.1-1.5毫米，优选地，0.2-1.2毫米。

一般地，固体磷酸条状成型催化剂的尺寸大小是6毫米x(1-15)毫米。

本发明由于采取固体酸催化连续反应，具有以下优点：代替了无机酸，如硫酸、磷酸等，消除了废水的产生；同时，固体酸填充的固定床反应器保证了工艺的稳定性、易操作性和操作效率；反应粗品的颜色较浅，精馏后得到无色液体，比液体酸催化反应产物颜色质量更优。

附图说明

图1是本发明采用的固定床反应器的示意图；和

图2是实施例1中产物的gc色谱图。

具体实施方式

下文将参考实施例详细描述本发明，所述实施例仅是意图举例说明本发明，而不是意图限制本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求具体限定。

实施例1

如图1所示，固定床的管式反应器(天津市鹏翔科技发展有限公司，微/积反应催化剂评价装置)长56厘米，内径1.5厘米，从下向上依次填充25克石英砂、15克美国陶氏amberlyst35磺酸树脂和60克石英砂的拌匀混合物、17克石英砂。将催化剂填充层升温至110℃后，将isopre(即式(i)的环化酮中间体)(商购自国际香料和香精公司(iff))以1.5ml/min的速度泵入，流出的浅黄色液体冷却至室温后收集，原料转化率大于97％。进一步精馏(115-120℃/1.0mmhg)后得到无色液体，符合香气和颜色质量要求。产物的gc色谱如图2所示(agilent7890a，hp-5柱)，产物的气相质谱结果符合预期(m⁺＝234,144(100)；gc-ms,agilent7890a,5975c检测器，hp-5柱)，证实得到了包含三种异构体混合物的龙涎酮香料。

实施例2

同实施例1采用相同的管式反应器和相同的催化剂填充，将催化剂填充层升温至90℃后，将isopre以0.5ml/min以及甲苯0.1ml/min的速度同时泵入，流出的浅黄色液体冷却至室温后收集，原料转化率大于97％。进一步精馏后得到无色液体，符合香气和颜色质量要求。

实施例3

同实施例1采用相同的管式反应器，从下向上依次填充25克石英砂，15克辽宁丹东dzh磺酸树脂和60克石英砂的拌匀混合物，17克石英砂。将催化剂填充层升温至110℃后将isopre以0.5ml/min的速度泵入，流出的浅黄色液体冷却至室温后收集，原料转化率大于97％。进一步精馏后得到无色液体，符合香气和颜色质量要求。

实施例4

同实施例1采用相同的管式反应器，从下向上依次填充40克石英砂，15克美国陶氏amberlyst36磺酸树脂和30克石英砂的拌匀混合物，32克石英砂。升温将催化剂填充层加入至100℃后将isopre以0.5ml/min的速度泵入，流出的浅黄色液体冷却至室温后收集，原料转化率大于97％。进一步精馏后得到无色液体，符合香气和颜色质量要求。

实施例5

同实施例1采用相同的管式反应器，从下向上依次填充25克石英砂，15克20目-40目固体磷酸spac-1(辽宁海泰)和60克石英砂的拌匀混合物，17克石英砂。升温将催化剂填充层加入至100℃后将isopre以0.5ml/min的速度泵入，流出的浅黄色液体冷却至室温后收集，原料转化率大于97％。进一步精馏后得到无色液体，符合香气和颜色质量要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。