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聚乙二醇400催化合成橙花醚的研究

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-09-24 09:00:00  属于:产品技术
文章摘要:研究了利用多种相转移催化剂在不同条件下合成橙花醚。结果表明:采用聚乙二醇400(PEG400)为催化剂,当β-萘酚:溴乙烷:催化剂=1:1.2:0.07(摩尔比)、温度为76℃、反应7h时,产率可高达98.1%。
橙花醚是一种合成香料,其化学名称为β-萘乙醚。通常为白色晶体,熔点37℃,沸点282℃,折光率为1.5795。极淡时有甜橙花及葡萄气息,留香很长[2],可用于香皂的茉莉、橙花、古龙型,又可作为增甜和花香剂,用于化妆品中作香料,还可以作玫瑰香、柠檬香等香料的定香剂。

目前,合成橙花醚常用的有两种方法,即硫酸脱水法和威廉逊法。这两种合成方法都有操作烦琐、产率比较低(约58%)等缺点。本实验则采用相转移催化法,借助相转移催化剂聚乙二醇400等(用Q+X-表示)的作用,使有机相中的底物(C2H5Br)与另一相(通常为水相)中的试剂(β-萘酚钠)发生反应,得到产物橙花醚:
 

 
这种反应方法具有产率高,反应条件温和操作方便,环境污染少等优点。所以,不仅适用于实验室合成,而且可广泛用于工业化生产。
1 实验
1.1 仪器与试剂
红外光谱由ZR-Model-260-50型仪器测定,KBr涂片。试剂除氢氧化钠为分析纯外,其余均是化学纯试剂。
1.2 橙花醚的合成
在装有电动搅拌器、回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中,加入氢氧化钠6克(0.15mol),水30ml,β-萘酚14.4克(0.1mol),催化剂适量,溴乙烷适量,加热搅拌,在适当温度下回流一定时间。冷却后把物料转移到分液漏斗,分出有机相,水相用苯提取两次(10ml×2)。合并有机相,依次用10%的NaOH溶液和水洗涤。分出有机相,蒸去有机溶剂(减压蒸馏),收集260~262℃(水泵抽真空)的馏分,冷却后得白色固体产品。产品用红外光谱仪测定其吸收曲线,并测定熔点、沸点和折光率。
2  结果及讨论
2.1催化剂的筛选
本实验所用的催化剂在1631、1831、PEG600及PEG400中进行筛选。筛选方法:在相同的反应条件(反应温度76℃、反应进行5h、反应底物β-萘酚与溴乙烷之比为1:1.3)下,各催化剂用量为0.006mol,按前述操作步骤分别进行反应。结果如表1。
根据表1中数据可知,PEG-400的催化效果最好,因此,选择PEG-400作为本实验的催化剂。
2.2 正交试验
本实验在确定PEG400为催化剂的条件下,以对反应产率有影响的反应温度、催化剂用量(β-萘酚:催化剂)、反应时间、底物摩尔比(β-萘酚:溴乙烷),四个因素为研究对象,因素水平见表2。
实验结果及分析计算见表3。
由表3数据优化所得反应条件是:反应温度76℃,最佳催化剂用量1:0.07(β-萘酚:PEG400),反应时间7h,最佳底物摩尔比为1:1.2(β-萘酚:溴乙烷)。
根据正交实验所得最佳反应条件,按前述反应步骤进行验证实验,橙花醚产率为98.1%。
2.4 三相相转移催化合成橙花醚
由于PEG-400是液相,反应后难分离,不利于催化剂的回收,故本试验试用2%交联度三丁基苄胺树脂作催化剂,代替PEG400。根据正交试验所确定的最优条件,按前述实验步骤进行实验,反应结束后,将物料进行过滤,滤渣用苯进行洗涤,以减少产品的损失,同时回收催化剂(滤渣)。滤液转移到分液漏斗,分出有机相,水相用苯提取两次(10ml×2),合并有机相,依次用10%NaOH溶液和水洗涤,蒸去有机溶剂(减压蒸馏),收集260~262℃(水泵抽真空)的馏分,产率91.2%。
2.5 讨论
2.5.1 反应温度对产率的影响
从表3可知,反应温度对产率影响最大,温度升高,产率也随之提高,但由于回流液的影响,温度最高只能到达76℃,故76℃是合成橙花醚的最佳温度。
2.5.2 不同催化剂对产率的影响
从表1可知,1631、1831、PEG600、PEG400等催化剂中,PEG400的催化效能最好,且当β-萘酚:PEG400=1:0.07(摩尔比)时,可以得到最高的产率。
2.5.3 反应时间对产率的影响
正交实验表明,反应时间对橙花醚的合成产率有一定程度的影响,时间过长或过短都不利于产率的提高,最佳反应时间为7h。
2.5.4 底物摩尔比对产率的影响
当β-萘酚:溴乙烷=1:1.2(摩尔比)时,产率最高。
3 结论
(1)经正交实验得最佳的反应条件是:反应温度为76℃,β-萘酚:溴乙烷:PEG-400=1:1.2:0.07(摩尔比),反应时间为7h,在最佳反应条件下,橙花醚合成反应的产率为98.1%。
(2)用三相相转移催化法合成橙花醚,催化剂用2%交联度三丁基苄胺树脂,产率可以达到91.2%。该法的最大优点是:产物分离简便,催化剂可回收重用。


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