香兰素

CAS号:121-33-5
英文名:Vanillin
中文名:香兰素
CBNumber:CB8262475
分子式:C8H8O3
分子量:152.15
MOL File:121-33-5.mol

熔点 :81-83 °C(lit.)
沸点 :170 °C15 mm Hg(lit.)
密度 :1.06
蒸气密度 :5.3 (vs air)
蒸气压 :>0.01 mm Hg ( 25 °C)
折射率 :1.4850 (estimate)
FEMA :3107 | VANILLIN
闪点 :147 °C
储存条件 :2-8°C
溶解度 :methanol: 0.1 g/mL, clear
酸度系数(pKa) :pKa 7.396±0.004(H2O I = 0.00 t = 25.0±1.0) (Reliable)
形态 :Crystalline Powder
颜色 :White to pale yellow
PH值 :4.3 (10g/l, H2O, 20℃)
气味 (Odor) :at 100.00 %. vanilla
香型 :vanilla
水溶解性 :10 g/L (25 ºC)
敏感性 :Air & Light Sensitive
Merck :14,9932
JECFA Number :889
BRN :472792
稳定性 :Stable. May discolour on exposure to light. Moisture-sensitive. Incompatible with strong oxidizing agents, perchloric acid.
LogP :1.17 at 25℃
CAS 数据库 :121-33-5(CAS DataBase Reference)
NIST化学物质信息 :Benzaldehyde, 4-hydroxy-3-methoxy-(121-33-5)
EPA化学物质信息 :Vanillin (121-33-5)

危险品标志 :Xi
危险类别码 :22-36/37/38-36
安全说明 :26
WGK Germany :1
RTECS号 :YW5775000
自燃温度 :>400 °C
TSCA :Yes
海关编码 :29124100
毒害物质数据 :121-33-5(Hazardous Substances Data)
毒性 :LD50 orally in rats, guinea pigs: 1580, 1400 mg/kg (Jenner)

概述香兰素是人类所合成的第一种香精，由德国的M·哈尔曼博士与G·泰曼博士于1874年合成成功的。通常分为甲基香兰素和乙基香兰素。
（1）甲基香兰素：白色或微黄色结晶，具有香荚兰香气及浓郁的奶香，为香料工业中最大的品种，是人们普遍喜爱的奶油香草香精的主要成份。其用途十分广泛，如在食品、日化、烟草工业中作为香原料、矫味剂或定香剂，其中饮料、糖果、糕点、饼干、面包和炒货等食品用量居多。目前还没有相关报道说香兰素对人体有害。
（2）乙基香兰素：白色至微黄色针状结晶或结晶性粉末，类似香荚兰豆香气，香气较甲基香兰素更浓。属广谱型香料，是当今世界上最重要的合成香料之一，是食品添加剂行业中不可缺少的重要原料，其香气是香兰素的3-4倍，具有浓郁的香荚兰豆香气，且留香持久。广泛用于食品、巧克力、冰淇淋、饮料以及日用化妆品中起增香和定香作用。另外乙基香兰素还可做饲料的添加剂、电镀行业的增亮剂,制药行业的中间体。
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重要香料香兰素俗称香草粉，香草醛，云尼拿粉、香草精、香荚兰素，从芸香科植物香荚兰豆中提取的一种重要香料，是合成香料中产量最大的品种之一，是调配巧克力、冰淇淋、口香糖、糕点及烟草香精的重要原料。天然存在于香荚兰豆荚，以及丁香油、橡苔油、秘鲁香脂、吐鲁香脂和安息香脂中。
香兰素具有强烈而又独特的香荚兰豆香气，香气稳定，在较高温度下不易挥发。易受光的影响，在空气中逐渐氧化，遇碱或碱性物质易变色。水溶液与三氯化铁反应生成蓝紫色溶液。可用于许多日化香精配方中，但主要用于食用香精中。尤其是在糖果、巧克力、饮料、冰淇淋、酒类中应用广泛，在烟用香精中也很有用途。IFRA没有限制规定。但因易导致变色，在白色加香产品中使用时应注意。
香兰素也是一种重要的食用香料，作粉底香料，几乎用于所有香型，大量用于食品工业，作为食品香精广泛用于面包、奶油、冰淇淋、白兰地酒等，在糕点、饼干中的添加量为0.01～0.04%，糖果中为0.02～0.08%。它是烘焙食品使用最多的香料之一，可用于巧克力、饼干、蛋糕、布丁和冰淇淋中。使用前先用温水溶解，效果更佳。最高使用量焙烤食品为220mg/kg，巧克力为970mg/kg。作为定香剂、协调剂和变调剂而广泛应用于化妆品香精中。也是饮料和食品的重要增香剂。还用于制造医药L-多巴(L-dopa)、甲基多巴等。也可用作镍、铬金属电镀光亮剂。

香精香料使用香兰素参考质量标准
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理化性质香兰素具有强烈而又独特的香荚兰豆香气，天然存在于香荚兰豆荚，以及丁香油、橡苔油、秘鲁香脂、吐鲁香脂和安息香脂中。由亚硫酸盐针叶树木浆红液或木质素磺酸盐在碱性条件下，经高压氧化水解后析出者为白色至浅黄色结晶性粉末或针状晶体。从石油醚中析出者也可生成四方晶系晶体。有芳香气。微甜。在空气中逐渐被氧化。遇光分解。遇碱变色。相对分子质量152.15。相对密度 1.056。熔点因晶型而异，四方晶系为81～83℃、针状晶体为77～79℃，沸点285℃(在二氧化碳气中)、170℃(2.00×103Pa)、162℃(1.33× 103Pa)、146℃(0.533×103Pa)。升华而不分解。闪点162℃。微溶于冷水，溶于热水，易溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、氯仿、二硫化碳、冰醋酸、吡啶和挥发性油。水溶液与三氯化铁反应生成蓝紫色溶液。大鼠经口LD501580mg/kg、大鼠经皮LD501500mg/kg。
工业生产方法是丁香酚在氢氧化钾存在下生成异丁香酚，然后再与乙酸酐反应生成异丁香酚乙酸酯，再经氧化和水解反应制取。是调配巧克力、冰淇淋、口香糖、糕点及烟草香精的重要原料。亦可作化妆品香料的协调剂和定香剂。也是制药工业原料。
近年来在香兰素的商品中出现了一种新时尚。以丁香油或丁香罗勒油提取出的丁香酚为原料，经异构化和氧化所得到的香兰素，由于可被视作为天然的等同品，故被称为天然级香兰素而进入香料市场，其售价约为合成品的5倍。
作用与用途 1. 食用香料：香兰素是食用调香剂，具有香荚兰豆香气及浓欲的奶香，是食品添加剂行业中不可缺少的重要原料，广泛运用在各种需要增加奶香气息的调香食品中，如蛋糕、冷饮、巧克力、糖果、饼干、方便面、面包以及烟草、调香酒类、牙膏、肥皂、香水化妆品、冰淇淋、饮料以及日用化妆品中起增香和定香作用。还可用于香皂、牙膏、香水、橡胶、塑料、医药品。符合FCCIV标准。
2. 国内香兰素主要用于食品添加剂，近几年在医药领域的应用不断拓宽，已成为香兰素应用最有潜力的领域。目前国内香兰素消费：食品工业占55%，医药中间体占30%，饲料调味刘占10%，化妆品等占5%。国外香兰素的应用领域很广，大量用于生产医药中间体，也用于植物生长促进剂、杀菌剂、润滑油消泡剂、电镀光亮剂、印制线路板生产导电剂等。
浓馥香兰素浓馥香兰素有强烈而又持久的丁香和香荚兰香气，其香气强度为香兰素的16～25倍。浓馥香兰素早在20世纪20年代即研制成功。最初的合成路线是用黄樟油素为原料的，将其与氢氧化钾的醇溶液进行热压反应使之开环，再用乙基硫酸钠使环上羟基乙基化，最后在乙醇溶液里用硫酸水解便得到浓馥香兰素。但由于该法产品的香气纯度不够，故实际很少应用。
在20世纪50年代开发了自丁香酚制取浓馥香兰素的合成路线(美国专利2663741)，才得以实现工业生产。
20世纪60年代前苏联的香料化学家研制成功了由更为价廉易得的邻苯二酚为原料的合成路线。
先用烯丙基氯将邻苯二酚进行单烷基化，产率为75%；接着进行重排反应，产率35%～38%；再用乙基硫酸钠进行单乙基化，产率82%；最后用氢氧化钾异构化便获得浓馥香兰素，产率84%，粗产品重结晶后熔点85.5～86℃。

浓馥香兰素可用于糖果、饮料、冰淇淋等食品香精配方中，其FEMA编号2922。也可用于化妆品及香皂等日化香精配方中。它不仅可作为香料使用，还可作为增效剂和抗氧化剂使用。
前苏联的调香师对浓馥香兰素的香气性能持有不同的观点。他们将其加入到巧克力和其他食品香精中，发现该制品没有香兰素香气，因此认为它在食品香精中不能作为香兰素的代用品。但当用于香皂的加香试验时，发现带有它的皂样具有强烈的丁香和香荚兰香气，此外还与香兰素及异丁香酚不同的是，浓馥香兰素对碱、光、氧化作用很稳定，皂样经存放不变色。由此认为浓馥香兰素宜用于日化香精配方中，尤宜用于幻想型香精中。
工业生产香兰素方法工业生产香兰素已有100多年的历史，人们研究了许多合成制取的途径和方法，但应用于大规模工业生产的主要有以下三种方法。
A.木质素路线
以造纸工业的亚硫酸纸浆废液中所含的木质素磺酸盐为原料，经碱性高温高压水解，然后脱水再进行氧化制得。加拿大和美国主要采用该法生产香兰素。

B.愈创木酚-甲醛路线
愈创木酚是合成香兰素的最重要的原料，以愈创木酚、甲醛、对亚硝基二甲基苯胺为原料的合成路线，又称为亚硝基法。前苏联和中国等国家主要采用该法。

C.愈创木酚-乙醛酸路线
以愈创木酚和乙醛酸为原料，经缩合、氧化、脱羧制成香兰素。

该法主要由法国Rhone-Poulenc公司研究开发成功，并在大规模地生产。所使用的乙醛酸可由马来酸二甲酯经臭氧分解制得(德国专利3224795)。
由于该合成路线原料来源方便，反应步骤少，成本比较低，三废污染也少，故被认为是目前最为合适的方法。
含量分析方法一用紫外吸收分光光度法分析(参见GT-29)。
标准溶液的制备准确称取药用参比标准香兰素约100mg，放入一250ml容量瓶中，用甲醇定容，混合。取该溶液2.0ml，放入一100ml容量瓶中，用甲醇定容后混匀。
试样液的制备准确称取试样约100mg，制备方法与上述标准溶液的制备相同。
操作取上述各溶液分别放入一1cm石英池中，在最大吸收波长约308nm处测定吸光度。按下式计算试样中香兰素(C8H8O3)的含量(X)(mg)：
X=12.5c(Au/As)
式中 c——标准溶液中香兰素的浓度，μg/ml；
Au——试样液的吸光度；
As——标准溶液的吸光度。
方法二按气相色谱法(GT-10-4)中用非极性柱方法测定。
毒性 LD50 orally in rats, guinea pigs: 1580, 1400 mg/kg (Jenner)
使用限量 FEMA(mg/kg)：软饮料63；冷饮95；糖果200；焙烤食品220；布丁类120；胶姆糖270；巧克力970；裱花层150；人造奶油0.20；糖浆330～20000。
按FAO/WHO规定：用于方便食品的罐头婴儿食品和谷类食品的最高允许用量为70mg/kg(1992)。
食品添加剂最大允许使用量最大允许残留量标准
▼
▲
添加剂中文名称
允许使用该种添加剂的食品中文名称
添加剂功能
最大允许使用量（g/kg）
最大允许残留量（g/kg）
香兰素
婴幼儿谷类食品（婴幼儿配方谷粉除外）
食品用香料
7mg /100g（100g以即食食品计，生产企业应按照冲调比例折算成谷类食品中的使用量）
香兰素
较大婴儿和幼儿配方食品
食品用香料
5mg／100ml（100ml以即食食品计，生产企业应按照冲调比例折算成配方食品中的使用量）
香兰素
食品
食品用香料
用于配制香精的各香料成分不得超过在GB 2760中的最大允许使用量和最大允许残留量
行业发展状况我国是世界香兰素出口大国，2002年国内需求量2350吨，占产量的30％，其余70％用于出口。而1988年仅出口273吨，1993年为1700吨，2002年为4653吨。1993～2002年，我国香兰素出口量年均增长率为12％，在北美、欧洲、东南亚等地市场享有良好信誉。
2012年全球香兰素需求总量在17500吨左右，其中发达国家的需求处于平衡状态，而发展中国家对香兰素的需求量在明显增加，使得香兰素的总需求量仍处于增长期。其中我国的实际需求总量目前已达到3000吨左右，目前人均使用量仍稍低于全球人均使用量。
国内主要供应商嘉兴市中华化工有限责任公司是当今全球最大的香兰素专业制造商，2014年公司年产甲基香兰素10000吨、乙基香兰素2000吨，其中80%以上产品用于出口。
国外主要有法国罗地亚公司、挪威鲍利甚公司、日本宇部兴产3家香兰素生产商。其中，法国罗地亚是全球最知名的香兰素生产企业，年产能力为8000吨，装置分布在法国、美国。
目前除挪威鲍利格公司采用木质素法生产香兰素外，国内与国际公司均采用愈创木酚-乙醛酸法生产香兰素。
化学性质白色针状结晶。有芳香气味。溶于125倍的水、20倍的乙二醇及2倍的95%乙醇，溶于氯仿。
用途用作食用香精、日化香精、医药中间体
用途是获取粉香、豆香的好香料。常作粉底香用。可广用于几乎所有香型，如紫罗兰、草兰、葵花、东方香型中。能和洋茉莉醛、异丁香酚苄醚、香豆素、麝香等合用兼作是定香、修饰剂与和合剂，也可用于掩盖不良气息。在食用、烟用香精中应用也较广，而且用量也较大。在香荚兰豆型、奶油、巧克力、太妃香型中都是必用香料。
用途香兰素是我国规定允许使用的食用香料，可作定香剂，是配制香草型香精的主要原料。也可直接用于饼干、糕点、糖果、饮料等食品的加香。用量按正常生产需要，一般在巧克力中970mg/kg；口香糖中270mg/kg；糕点、饼干中220mg/kg；糖果中200mg/kg；调味品中150mg/kg~冷饮中95mg/kg。
用途重要的合成香料，广泛用于日用化用品，作食用、烟用和酒用得法精。在食品工业中用量大，用于配制香草、巧克力、奶油等型香精，用量可达25-30%，直接于饼干、糕点，用量0.1-0.4%，冷饮0.01-0.3%，糖果0.2-0.8%，尤其是含乳制品。用于分析化学，检验蛋白质氮杂茚、间苯三酚及单宁酸。在制药工业，用于生产降压药甲基多巴、儿茶酚类药物多巴，以及白内停、敌菌净等。
用途检验蛋白质、氮杂茚、间苯三酚、丹宁酸、铁离子, 从苯甲酸中测定氯、调味香料，有机微量分析测定甲氧基的标准。
用途用于检验蛋白质、氮杂茚、间苯三酚、丹宁酸、铁离子；从苯甲酸中测氯；用作有机微量分析测定甲氧基的标准
用途分析试剂。
用途 GB 2760 1996规定为允许使用的食用香料。广泛用于配制香草、巧克力、奶油等型香精，用量可达25%～30%，或直接用于饼干、糕点，用量0.1%～0.4%，冷饮0.01%～0.3%，糖果0.2%～0.8%，尤其是含乳制品。
用途用作有机分析标准试剂
生产方法由香荚兰豆提取而得。
由邻氨基苯甲醚经重氮水解成愈创木酚，在亚硝基二甲基苯胺和催化剂存在下，与甲醛缩合，或在氢氧化钾催化下与三氯甲烷反应而成，再经萃取分离、真空蒸馏和结晶提纯而得。亦可用木浆废液、丁香酚、愈创木酚、黄樟素等制成。
生产方法将N，N-二甲基苯胺用盐酸酸化成盐，用亚硝酸钠硝化掉得对亚硝基-N，N-二甲苯胺盐酸盐。将其与愈创木酚、甲醛在41-43℃缩合。然后用苯萃取。第一次蒸馏，用苯重结晶，再进行第二次蒸馏，用水重结晶。50℃干燥得成品。亚硫酸纸浆废液中，含有桦柏醇结构单位的木质素磺酸盐，在碱性条件下氧化，然后水解可得到香草醛。原料消耗（kg/t）愈创木酚（98%） 1460亚硝酸钠 640N，N-二甲基苯胺（98%） 974盐酸（30%） 6000甲醛（99%） 320
生产方法以木质素为原料
可以利用造纸厂的亚硫酸制浆废液中所含的木质素制备香兰素。一般废液中含固形物10%～12%，其中40%～50%为木质素磺酸钙。先将废液浓缩至含固形物40%～50%，加入木质素量的25%的NaOH，并加热至160～175℃(约1.1～1.2MPa)，通空气氧化2h，转化率一般可达木质素的8%～11%。氧化物用苯萃取出香兰素，并用水蒸气蒸馏的方法回收苯；在氧化物中加入亚硫酸氢钠生成亚硫酸氢盐，然后与杂质分开，再用硫酸分解得香兰素粗品，最后经减压蒸馏和重结晶得成品。
以愈创木酚为原料
三氯乙醛法愈创木酚与三氯乙醛在纯碱或碳酸钾的存在下，加热至27℃缩合生成3-甲氧基-4-羟基苯基三氯甲基甲醇，未反应的愈创木酚用水蒸气蒸馏除去。在苛性钠存在下，用硝基苯作氧化剂，加热至150℃氧化裂解得香兰素；也可用Cu-CuO-CoCl2作催化剂，在100℃下空气氧化，反应后用苯萃取香兰素，经减压蒸馏和重结晶提纯得成品。
乙醛酸法在乙醛酸溶液中依次加入愈创木酚、氢氧化钠溶液和碳酸钠，并在30～33℃下缩合生成3-甲氧基-4-羟基苯基羟乙酸。用溶剂萃取出未反应的愈创木酚后，加入氢氧化钠溶液，在问硝基苯磺酸和氢氧化钙存在下，加热至100℃进行氧化裂解得香兰素。氧化产物经中和后用二氯乙烷萃取香兰素，粗品经减压蒸馏和重结晶提纯得成品。亚硝基法将30%的盐酸166kg和水200kg加入反应釜，冷却至l0℃后，在2h内滴加二甲基苯胺61.5kg，温度不超过25%，之后继续搅拌20min。冷却至6℃后滴加75kg亚硝酸钠配成的25%的水溶液,温度控制在7~10℃下继续搅拌1h。滤出对亚硝基二甲基苯胺盐酸盐，再加入一定量的乙醇和浓盐酸，以稀释固体，得对亚硝基二甲基苯胺。
愈创木酚与对亚硝基二甲基苯胺缩合：将乌洛托品26kg溶于34kg水中，再加入126kg愈创木酚和63kg乙醇的混合液，贮于高位槽备用。将上述所得的对亚硝基二甲基苯胺盐酸盐和乙醇的混合物550kg加入反应釜，加热至28℃后加入金属盐类催化剂，然后加热到35～36℃时滴加愈创木酚混合液(3～3.5h)，温度保持在40～43℃，滴加完后继续搅拌反应1h。然后加入100kg 40℃的水稀释，并搅拌15min，缩合液内香兰素的含量应在11%以上。
以苯为溶剂，在转盘式液一液萃取塔中连续逆流萃取上述缩合液。苯萃取液内含有大量的盐酸，先用水洗涤，再用碱中和至Ph=4；用升膜式蒸发器蒸馏回收苯，然后用水蒸气冲蒸1h以除去残余的苯；再减压蒸去水分，最后在120～150℃(666.6Pa)下快速蒸出香兰素粗品，凝固点70℃左右。将粗品溶解在70℃的甲苯中，过滤后冷却至18～20℃，吸滤并用少量甲苯洗涤得香兰素。接着进行第二次减压蒸馏，收集130～140℃(266.6～399.9Pa)的馏分并将其溶解在60~70℃的稀乙醇中，慢慢冷却至16～18℃使其结晶(1h)。用离心机甩滤，并用少许稀乙醇洗涤。最后在50～60℃下，热气流烘干12h得成品。按愈创木酚计，收率可达65%以上。
对羟基苯甲醛法
以对羟基苯甲醛为原料，经单溴化、甲氧基化反应制备香兰素。在250mL烧瓶中加入16g(0.131mo1)对羟基苯甲醛和90mL溶剂，溶解后滴人 6.8mL(0.131mo1)液溴，加热至40～45℃反应6h。减压抽溶剂，残留物加水煮沸，趁热过滤，滤液冷却结晶、过滤、烘干得白色结晶3-溴-4-羟基-苯甲醛，熔点123～124℃，收率90%。
在250mL烧瓶中加入12g(0.0597mo1)上述产品、45mL(0.230mo1)28.24%的甲醇钠溶液、35mLDMF及0.2gCuCl，在115℃下反应1.5h。然后抽溶剂，残留物用18%盐酸酸化至Ph=4～5，再用热苯萃取3次，分去水层，苯层减压蒸馏去苯，得咖啡色液体。将其溶于热稀酒精溶液，冷却析出白色结晶，过滤、干燥得产品香兰素8.3g，熔点81～82℃，纯度99.5%，收率91.1%。