β-亞甲基苯乙醇的合成工藝

奚 強，馮薇偉，胡 楊，余利民，陳 建

(1.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

0 引 言

β-亞甲基苯乙醇(β-methylene phenethyl alcohol)，為一種透明的無色液體，具有柔和的玫瑰香味，現(xiàn)多作為一種新型的香料，也可作為合成其它香料的原料[1]，是精細化工方面一種重要的中間體.

現(xiàn)有的β-亞甲基苯乙醇的合成方法主要有三種，方法一：通過格氏試劑的方法，該方法中的格氏試劑較難制備[2].方法二：利用Heck反應(yīng)，用鹵代苯和烯丙醇發(fā)生偶合反應(yīng)制備，反應(yīng)中使用了貴金屬鈀為催化劑，回收使用不易[3].方法三：用甲基苯乙烯為原料，經(jīng)氯代、酯化和皂化反應(yīng)制得，該路線較長，收率偏低[4-5].

本實驗參考相關(guān)文獻[6-7]，以苯乙醛為原料，經(jīng)亞甲基化和氫轉(zhuǎn)移還原兩步合成了β-亞甲基苯乙醇，并探討了投料比、催化劑的用量和反應(yīng)溫度等條件對收率的影響.在最佳反應(yīng)條件下，以苯乙醛計，產(chǎn)物β-亞甲基苯乙醇的收率可達86%.同時用1H NMR對產(chǎn)物進行了表征.合成的路線如下：

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限公司生產(chǎn)；2XZ型雙級旋片式真空泵，鞏義市予華儀器有限公司生產(chǎn)；二乙胺、丙酸、四氫吡咯、吡啶、二甲胺鹽酸鹽、苯乙醛、甲醛水溶液、異丙醇鋁、異丙醇、乙酸乙酯，均為國藥集團化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn).

1.2 α-亞甲基苯乙醛的合成

在N2保護下，在500 mL的三口燒瓶中，加入240 mL的異丙醇，攪拌下加入1.8 g阻聚劑和60 g(0.5 mol)苯乙醛，攪拌均勻，滴加8.1 g(0.1 mol)二甲胺鹽酸鹽溶于48 g 質(zhì)量分數(shù)37%的甲醛水溶液(0.6 mol)的混合溶液，控制滴加的速率，使內(nèi)溫不超過50 ℃，滴加完畢后50 ℃保溫反應(yīng)，TLC跟蹤反應(yīng)至苯乙醛反應(yīng)完全.反應(yīng)液常溫減壓蒸出過量的甲醛，50 ℃減壓蒸出溶劑和生成的水，并用異丙醇(20 mL)帶兩次水，得一淺黃色粘稠物，即為α-亞甲基苯乙醛粗品，不經(jīng)純化，直接用于氫轉(zhuǎn)移還原反應(yīng).

1.3 β-亞甲基苯乙醇的合成

往上述粘稠物中加入120 g(2 mol)異丙醇，升溫攪拌溶清，補加適量阻聚劑后，再加入10.2 g(0.05 mol)異丙醇鋁，升溫至60～65 ℃反應(yīng)，TLC跟蹤反應(yīng)至醛反應(yīng)完全.反應(yīng)液減壓蒸出生成的丙酮和過量的異丙醇后，攪拌下趁熱將反應(yīng)液傾倒入300 mL的蒸餾水中，用300 mL的乙酸乙酯分三次萃取，合并有機相，水洗，無水硫酸鈉干燥，過濾，濾液減壓蒸出乙酸乙酯，得一淡黃色透明的油狀物57.5 g，即為β-亞甲基苯乙醇，總收率86%，純度98.5%(HPLC).

2 結(jié)果與討論

2.1 亞甲基化反應(yīng)催化劑的選擇

根據(jù)文獻[6]，本研究對亞甲基化反應(yīng)的催化劑做了初步篩選，其催化機理可認為[8]：在堿催化下，苯乙醛在醛基的α位生成碳負離子，再與甲醛中的羰基碳原子發(fā)生親核加成反應(yīng)生成2-羥甲基苯乙醛；后者在酸催化下，受熱脫水，生成α-亞甲基苯乙醛.

以甲醛和苯乙醛摩爾比1.2∶1，反應(yīng)溫度為50 ℃，催化劑和苯乙醛摩爾比0.2∶1，考察不同的催化劑催化反應(yīng)的時間和亞甲基化收率，結(jié)果見表1.由表可知，不同的催化劑對反應(yīng)時間和亞甲基化收率有較為顯著的影響，其中二甲胺鹽酸鹽催化時反應(yīng)時間最短，收率最高.

表1 催化劑對亞甲基化反應(yīng)收率的影響Table 1 Effect of catalyst on yield of product

注：*為柱色譜得到收率，下同；**為80 ℃時反應(yīng)48 h，TLC顯示未反應(yīng)完.

2.2 亞甲基化的反應(yīng)溫度對反應(yīng)時間和亞甲基化收率的影響

以甲醛和苯乙醛摩爾比1.2∶1，催化劑和苯乙醛摩爾比0.2∶1，考察了不同的反應(yīng)溫度對反應(yīng)時間和亞甲基化收率的影響，結(jié)果見圖1.

圖1 亞甲基化反應(yīng)溫度對反應(yīng)時間和亞甲基化收率的影響Fig.1 The effect of temperature on reaction time and yield of product

由圖1可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)速率變大，反應(yīng)時間逐漸變短；在溫度60 ℃之前，溫度的升高對收率影響不大；但是繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，收率則出現(xiàn)較大的下降，從柱色譜的結(jié)果分析，可能是溫度較高時導(dǎo)致α-亞甲基苯乙醛的聚合過度.由此可見，此處亞甲基化反應(yīng)的溫度在50 ℃左右為佳.

2.3 甲醛和苯乙醛的摩爾比對亞甲基化收率的影響

在50 ℃，催化劑和苯乙醛摩爾比0.2∶1，考察了原料甲醛和苯乙醛的摩爾比對收率的影響，結(jié)果如圖2所示.由圖可知，隨著甲醛和苯乙醛摩爾比的增大，反應(yīng)的收率有一定程度的提高，當摩爾比高于1.2后，收率變化不明顯.考慮到過多的甲醛對后處理造成的麻煩，最后確定原料的摩爾比為1.2∶1.

圖2 甲醛和苯乙醛的摩爾比對亞甲基化收率的影響Fig.2 Effect of proportion on yield of product

2.4 氫轉(zhuǎn)移還原的反應(yīng)溫度對反應(yīng)時間和還原收率的影響

根據(jù)文獻[7]，在異丙醇鋁和α-亞甲基苯乙醛摩爾比為0.1∶1的條件下，對異丙醇和異丙醇鋁催化的氫轉(zhuǎn)移還原反應(yīng)的溫度對反應(yīng)時間和還原收率的影響進行了初步研究，其結(jié)果見圖3所示.隨著還原反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)速率逐漸增加，但從70 ℃增加至反應(yīng)液回流溫度，反應(yīng)時間沒有明顯的變短.另一方面，在65 ℃過后，溫度的提高，還原收率卻略有下降.考慮到中間產(chǎn)物α-亞甲基苯乙醛易聚合，本實驗最終將還原的溫度控制在60～65 ℃.

圖3 氫轉(zhuǎn)移還原的反應(yīng)溫度對反應(yīng)時間和還原收率的影響Fig.3 The effect of temperature on reaction time and yield of product

2.5 異丙醇鋁和α-亞甲基苯乙醛的摩爾比對還原收率的影響

在溫度60～65 ℃，考察了還原反應(yīng)異丙醇鋁和α-亞甲基苯乙醛的摩爾比對還原收率的影響，結(jié)果如圖4所示. 由圖4可知，隨著催化劑和底物摩爾比的提高，還原收率有一個最大值，即在摩爾比0.1～0.12之間，收率最高可達92%.在較低的催化劑量的條件下，反應(yīng)的時間有所延長，TLC顯示聚合物的量有所增多，導(dǎo)致收率變低；另一方面，在較高的催化劑量的條件下，還原的反應(yīng)速率很快，但是還原反應(yīng)結(jié)束后，水處理的過程中會產(chǎn)生大量的鋁鹽，直接影響了產(chǎn)物的分離和純化，間接的導(dǎo)致收率明顯的下降.綜合考慮，本實驗確定最佳的摩爾比為0.1.

圖4 異丙醇鋁和α-亞甲基苯乙醛摩爾比對還原收率的影響Fig.4 Effect of proportion on yield of product

2.6 產(chǎn)物β-亞甲基苯乙醇的表征

產(chǎn)物的1H NMR(CDCl3，TMS，300 MHz)圖譜如圖5所示：δ1.80(s,1H)為羥基活潑氫；δ4.55(s,2H)為與羥基相連的亞甲基的氫；δ5.36～5.48(d,2H)為端烯的兩個氫；δ7.08～7.47(m,5H)為苯環(huán)上的氫的多重峰.與原料苯乙醛的核磁相比較，產(chǎn)物的核磁中出現(xiàn)了δ5.36～5.48端烯氫的峰，并且原料中醛基氫的峰消失.由圖譜可知，制備的產(chǎn)物即為目標產(chǎn)物β-亞甲基苯乙醇.

圖5 β-亞甲基苯乙醇的1HNMR圖譜Fig.5 1H NMR spectra of β-methylene phenethyl alcohol

3 結(jié) 語

本實驗以苯乙醛為原料，經(jīng)亞甲基化和氫轉(zhuǎn)移還原兩步合成了β-亞甲基苯乙醇.并確定了最佳反應(yīng)條件：亞甲基化反應(yīng)的苯乙醛∶甲醛∶二甲胺鹽酸鹽摩爾比為1∶1.2∶0.2，其反應(yīng)溫度50 ℃；氫轉(zhuǎn)移還原的中間產(chǎn)物∶異丙醇鋁摩爾比為1∶0.1，反應(yīng)溫度60～65 ℃.以苯乙醛計，產(chǎn)物β-亞甲基苯乙醇的總收率可達86%，該合成方法，工藝簡單，產(chǎn)物易于分離和純化，收率高，具有一定的工業(yè)化價值.

致謝

本研究得到了武漢同道興建材科技股份有限公司的盧洪宇工程師和武漢大學(xué)王慶利博士的幫助，在此一并表示感謝.

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