beta-紫罗酮的合成

发布日期:2024/2/20 9:06:53

介绍

beta-紫罗酮，又被称为β‑紫罗兰酮，是紫罗兰酮的异构体之一，是一种黄色液体，主要用作皂用香料。高纯度的β‑紫罗兰酮是合成维生素A和β‑胡萝卜素的重要原料。随着维生素A和β‑胡萝卜素行业的发展，对β‑紫罗兰酮的需求日益增加。

beta-紫罗酮.png

图一 beta-紫罗酮

合成

以往合成方法的缺点

自从1924年Hibbert等首次报道使用假性紫罗兰酮在酸性条件下化合制备紫罗兰酮以来，人们对于该反应的研究一直没有停止过。假性紫罗兰酮在强酸环境下主要环合成 β‑紫罗兰酮，在弱酸条件下主要环合成α‑紫罗兰酮。目前工业上生产beta-紫罗酮使用的催化剂主要是浓硫酸，反应过程中普遍只使用单一溶剂，如既是反应溶剂又是萃取溶剂的石油醚，此时反应所需的浓硫酸与假性紫罗兰酮的质量配比高达4‑5，浓硫酸用量较大导致反应后的废酸排放量也很大，从而增加了环境污染和污水的处理难度。

假性紫罗兰酮环合制备β‑紫罗兰酮，其提高反应效果的关键在于短时间内令假性紫罗兰酮与浓硫酸充分接触。常规的单一溶剂环合反应过程，β‑紫罗兰酮收率很难达到 90％。如中国专利文献CN1129209A公开了一种采用将假性紫罗兰酮用多卤代烃类有机溶剂稀释，滴入浓硫酸，并在滴入时对反应体系进行超声辐射的beta-紫罗酮制备方法，其β‑紫罗兰酮产率在65％～85％。

中国专利文献CN101333154A公开了beta-紫罗酮的合成方法，采用微反应器，但实际上由于微反应器结构复杂，价格昂贵、使用寿命短且反应规模难于放大，使得该文献公开的方法实际上无法适应规模化的生产。

中国专利文献CN109988064A公开了一种以石油醚和甲醇为溶剂，采用浓硫酸和五氧化二磷与假性紫罗兰酮反应制备beta-紫罗酮，虽然该文献声称可以使得到的β‑紫罗兰酮高达96％～99％，但并未公开具体收率，且五氧化二磷为具强烈刺激性的原料，其大规模应用受到安全生产和环保方面的限制，采用五氧化二磷后，反应放热量大，需要采用干冰进行冷却，亦不利于放大规模生产。中国专利文献CN109970535A公开了一种以石油醚和甲醇为溶剂，采用发烟硫酸与假性紫罗兰酮反应制备beta-紫罗酮的方法，与前一文献类似，虽然该文献声称可以使得到的β‑紫罗兰酮高达96％～99％，但并未公开具体收率，且发烟硫酸为具强烈刺激性的原料，其大规模应用受到安全生产和环保方面的限制，采用发烟硫酸后，反应放热量大，需要采用干冰进行冷却，亦不利于放大规模生产。且在作为维生素A中间体时， β‑紫罗兰酮≥94％即可，盲目追求更高的含量并无实际的意义。

新合成方法

以二氯甲烷为第一溶剂，正庚烷为第二溶剂，浓硫酸与假性紫罗兰酮的质量配比为2.4，进行假性紫罗兰酮环合制备beta-紫罗酮，具体步骤为：

1)环合反应：在1L的四口烧瓶中加入175.20g二氯甲烷和250.11g正庚烷，开搅拌400转/分钟混合形成双溶剂系统，称取168.02g的浓硫酸缓慢加入双溶剂系统中，冷却至‑10℃。称取 70.01g假性紫罗兰酮移至150mL的恒压滴液漏斗中，调节滴速开始滴加，控制滴加时间为 5min，滴加期间控制反应温度保持‑10℃，滴毕后保持恒温搅拌2min，得到环合反应液；2)水解淬灭：将环合反应液转移至恒压滴液漏斗中，调节滴速滴入装有355g水的2L四口烧瓶中，开搅拌600转/分钟，控制滴加时间为8min，同时控制水解温度保持20℃，滴毕后保持恒温搅拌3min，完成水解淬灭。 3)分离：对完成水解淬灭的反应体系静置分液，分去下层酸水，使用200mL质量分数为10％的碳酸钠溶液对上层有机相进行充分中和，再分去下层碱性水溶液，得到反应液。反应液再经过脱溶剂后处理得到成品beta-紫罗酮，质量为67.49g，气相检测含量为96.89％，摩尔收率为95.85％[1]。

采用双溶剂系统进行假性紫罗兰酮环合制备beta-紫罗酮，以二氯甲烷或氯仿为第一溶剂，第一溶剂作为环化反应的反应溶剂，利用该溶剂对水的微溶特性，使环化反应更易进行，大幅减少了浓硫酸的用量。优选正庚烷、 120号溶剂汽油、石油醚为第二溶剂，第二溶剂作为反应溶剂和萃取剂，将反应生成的大部分β‑紫罗兰酮直接萃取到第二溶剂中，由于优选了第一溶剂和第二溶剂的种类和配比，结合优选的浓硫酸用量配比，意外地发现，在优选配比下，第一溶剂、第二溶剂和浓硫酸构成的反应体系，能够快速的将假性紫罗兰酮环合制备得到β‑紫罗兰酮。在优选的较低的浓硫酸用量条件(假性紫罗兰酮与催化剂浓硫酸的质量比为1:2.1～2.4)下，能有效降低副反应的发生，并促进假性紫罗兰酮高选择性地转化为β‑紫罗兰酮。同时优选的第一溶剂、第二溶剂配比还起到调节反应体系密度的作用，便于后期在分层方式分离有机相时的处理。提供的技术方案有效地降低了浓硫酸与假性紫罗兰酮的质量配比，可达到2.1～2.4，至少可降低35％的浓硫酸用量；假性紫罗兰酮的转化率达到99％以上，产品收率可达94％以上，产品纯度也能达到94％以上，且反应条件温和，有机溶剂便于回收再利用，反应过程中不产生具有刺激性的废气、废水，综合效益最佳。