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CN1210240C - 四氢香叶醇的制备 - Google Patents

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CN1210240C CNB021553963A CN02155396A CN1210240C CN 1210240 C CN1210240 C CN 1210240C CN B021553963 A CNB021553963 A CN B021553963A CN 02155396 A CN02155396 A CN 02155396A CN 1210240 C CN1210240 C CN 1210240C
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Abstract

本发明涉及制备四氢香叶醇的方法，其中，将由里哪醇、香茅醛、香茅醇或香叶醇/橙花醇合成产生的产物混合物和蒸馏残余物直接进料到催化氢化中。

Description

四氢香叶醇的制备
本发明涉及制备四氢香叶醇的方法，其中，将由里哪醇、香茅醛、香茅醇或香叶醇/橙花醇合成产生的产物混合物和蒸馏残余物直接进料到催化氢化中。
四氢香叶醇(3，7-二甲基辛醇)是工业有机合成中的重要中间体，其本身就是香味剂或用作肥皂和洗涤剂内的添加剂。
通过氢化诸如柠檬醛、香茅醇或香茅醛或橙花醇/香叶醇之类的不饱和前体来制备四氢香叶醇已经公开很长时间。早在1912前就描述了在钯上氢化柠檬醛(Ipatjew，Chem.Ber.，45，1912，3222)。在钾-石墨载体上的金属上氢化柠檬醛记载于Savoia，Tagliavini，Trombini，Umani-Ronchi J.Org.Chem.，1981，46，5344-5348。在Ni/石墨催化剂上所得到的四氢香叶醇的产率为95％。在1993年，在Pd/C催化剂上氢化香茅醇生成四氢香叶醇的产率为93％。在均相(NiCl2(PPh3)2)催化剂上氢化3，7-二甲基辛醛记载于J.Chem.Soc.Chem.Com.1995(Iyer，Varghese(4)，465-466)，其产率为57％。
对造价昂贵并以纯净的形式存在的前体(如柠檬醛、橙花醇或香叶醇)进行氢化缺乏商业意识。例如，在橙花醇/香叶醇的制备中，因四氢香叶醇与不饱和产物的难分离性，完全氢化是不可取的。
本发明的目的是提供一种制备四氢香叶醇的经济方法，该方法通过反应或者利用在里哪醇、香茅醛、香茅醇或香叶醇/橙花醇的制备过程中得到的残余物来进行。
因此，需要能高转化率地氢化由上述部分氢化或重排、特别是由里哪醇合成产生的残余物的方法，该方法具有良好产率、选择性和催化剂寿命。
出人意料地是，已发现通过制备四氢香叶醇的方法能够实现该目的，其中，将由里哪醇、香茅醛、香茅醇或香叶醇/橙花醇合成产生的产物混合物和蒸馏残余物直接进料到催化氢化中。
适当的起始材料包括含有一种以上的通式I所示如下基本结构的化合物的所有产物混合物或蒸馏残余物，
Figure C0215539600051
其中
R1是OH、H或CH3
R2，R3是H、OH或CH3
R4是H或CH3，并且，1至4个双键可存在于分子内的任何位置。
产物混合物或蒸馏残余物优选包含一种以上的选自橙花醇、香叶醇、异橙花醇2、柠檬醛、香茅醇、3，7-二甲基辛醛、异橙花醇1、香茅醛、里哪醇(在分子式方案中从上到下，没有表示出里哪醇)的化合物。
Figure C0215539600052
例如，如果使用从里哪醇合成得到的残余物(表1)，则所用的残余物或产物混合物中里哪醇和香叶醇/橙花醇的总液相浓度小于30重量％，优选小于20重量％，特别优选小于10重量％。香茅醇和异橙花醇的总量大于50重量％，优选大于80重量％。
表1
从里哪醇合成得到的典型残余物(重量％)：
低沸点化合物     0.10
四氢里哪醇     0.00
里哪醇     6.58
香茅醇     31.99
橙花醇     0.57
柠檬酸(顺式/反式)     1.04
四氢香叶醇     0.03
异橙花醇(I+II)     54.60
其它     5.05
例如，如果使用从橙花醇/香叶醇合成得到的残余物(表2)，则可用产物(香叶醇和异橙花醇)的液相含量正好低于60％。
表2
从橙花醇/香叶醇合成得到的典型残余物(重量％)：
低沸点化合物     1
香叶醇     45
异橙花醇(I+II)     13
高沸点化合物     41
例如，如果使用从香茅醛合成得到的残余物(表3)，则可用产物的液相含量正好低于90％。
表3
从香茅醛合成得到的典型残余物(重量％)：
柠檬醛     44
香茅醛     30
香茅醇     15
高沸点化合物     11
例如，如果使用从香茅醇合成得到的残余物(表4)，则可用产物(香叶醇和异橙花醇)的液相含量是95％。
表4
从香茅醇合成得到的典型残余物(重量％)：
香叶醇     10
橙花醇     5
香茅醇     75
二甲基辛醇     5
高沸点化合物     5
适当的氢化催化剂原则上包括所有的能用于氢化烯属双键的氢化催化剂(例如，Houben Weyl，Methoden der organischen Chemie，Volume 4/1c)。
特别适当的氢化催化剂是在所有情况下以金属形式(例如，作为Ra催化剂，其氧化态为0)或以化合物(例如，氧化物)的形式含有下列作为活性成分元素的催化剂，该元素选自铜、银、金、铁、钴、镍、铼、钌、铑、钯、锇、铱、铂、铬、钼和钨，所述的化合物在工艺条件下还原成相应的金属。
催化活性成分(铜、银、金、铁、钴、镍、铼、钌、铑、钯、锇、铱、铂、铬、钼和/或钨)通常以催化剂的催化活性物质存在，其数量为0.1至80重量％，优选0.1至70重量％，特别优选0.1至60重量％，按照氧化态为0的金属计。
优选的催化剂在所有情况下以金属形式(氧化态为0)或以化合物(例如，氧化物)的形式包含作为催化活性成分的元素，该元素选自铜、银、钴、镍、钌、铑、钯、铂、铬和钼，特别选自铜、钴、镍和钯，所述的化合物在工艺条件下还原成相应的金属。
特别优选的催化剂是Co、Ni、Cu、Ru、Pd和/或Pt作为活性成分的那些。这些催化剂可用作未负载的催化剂、负载催化剂或活性金属催化剂(阮内催化剂)。
这些优选催化剂的催化活性物质还包含载体材料氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、碳和/或硅的含氧化合物，大多数情况下其总量为20至99.9重量％，优选30至99.9重量％，特别优选40至99.9重量％，按照SiO2计。
在阮内催化剂中，优选使用诸如Ra-Ni之类的催化剂。以无水形式或者以水润湿或无溶剂的形式使用搀杂有其它过渡金属的Ra-Co、Ra-Co-Ni-Fe、Ra-Ni-Co-Fe-Cr或Ra-Ni和Ra-Co。
在本发明的方法中所用的氢化催化剂可通过现有技术中所述的方法来制备，有时候也可购买。
氢化可间歇进行或者连续进行。为了处理相对大的量(＞500t/a)，连续进行氢化反应是适当的。
反应可以在悬浮床或固定床中进行。通过滴流式或液相方法可进行连续式固定床的操作。也可以考虑气相氢化。
悬浮氢化通常在液相中间歇进行。
对于所有的变化，温度的选择为20至250℃，优选30至200℃，特别优选50至180℃。
通常将压力选择为1至250巴，优选5至200巴，特别优选10至100巴。
利用本发明的方法进行的氢化可以在溶剂中进行，或者不在溶剂中进行，例如，溶剂可以是诸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇之类的醇，诸如甲苯、二甲苯、环己烷之类的脂肪烃或芳香烃，诸如THF、二恶烷、甲基叔丁基醚之类的醚。但是，优选氢化不在溶剂中进行。
此外，本发明还涉及将里哪醇、香茅醛、香茅醇或香叶醇/橙花醇合成产生的产物混合物或蒸馏残余物用于制备四氢香叶醇的用途。本发明进一步涉及将里哪醇合成得到的产物混合物或蒸馏残余物在利用阮内催化剂制备四氢香叶醇中的用途。
如下实施例将进一步说明本发明。
里哪醇合成：
在塔底，用均匀溶解的催化剂异构化香叶醇/橙花醇生成里哪醇，然后连续蒸出形成的里哪醇，在液相中维持稳定状态的里哪醇的浓度在3至8％。将香叶醇/橙花醇以与蒸出里哪醇相同的速率连续加入到液相中。高沸点化合物以及香茅醇和异橙花醇密集在液相中。例如，当达到20重量％高沸点化合物、16重量％香茅醇和24重量％异橙花醇I+II的含量时，停止加入香叶醇/橙花醇，然后将液相中残留的香叶醇/橙花醇进一步异构化并蒸出里哪醇。继续进行异构化，直到里哪醇、香叶醇/橙花醇的总液相含量是10重量％或更小。
然后将压力从135毫巴连续减小到5毫巴(仅为了举例)，将香茅醇和异橙花醇与残留的里哪醇一起蒸出。组成为：35％里哪醇、31％香茅醇、34％异橙花醇I+II。根据本发明，然后将残余物(参见实施例1至4)就地或在别处进行氢化。
实施例1：
向带有搅拌器和催化剂筐的270ml的高压釜中加入20ml的催化剂1(在γ-氧化铝上负载0.47％Pd的制备：通过用硝酸钯的水溶液饱和γ-氧化铝挤出物(挤出物的直径为4mm)来制备催化剂。调整饱和溶液内的Pd浓度，以便将挤出物饱和至其吸水能力的95％，贵金属的含量为0.47重量％，按照生成的催化剂产物的总重计。然后将饱和的挤出物在120℃干燥12小时，并在300℃焙烧6小时)。然后将反应器在10升/小时(STP)的氢气下加热至280℃，然后在40巴的氢压下加热3小时。然后在室温下向反应器中加入50ml反应物混合物1。反应在100℃在40巴的压力下进行。
分析：30m DBWAX 0.32mm 0.25μm 80℃-3℃/分钟-230℃-20分钟。
反应物混合物   产物混合物(3小时)   产物混合物(5小时)
低沸点化合物     0.00     1.43     1.52
四氢里哪醇     0.00     6.69     6.69
里哪醇     6.58     0     0
香茅醇     31.99     0     0
橙花醇     0.57     0.34     0.10
柠檬酸(顺式/反式)     1.08     0.00     0
四氢香叶醇     0.03     85.27     85.63
异橙花醇(I+II)     54.61     0.30     0.15
其它     4.60     5.94     5.95
转化率为99.6％(按照能发生氢化生成二甲基辛醇的成分计)。选择性为98.3％。
实施例2
向带有搅拌器和催化剂筐的270ml的高压釜中加入20ml催化剂2(NiO21.5％，Na2O 0.35％，CuO 7.3％，Mn3O4 2.0％和H3PO4 1.2％，在190℃还原并钝化)。在常压下在10升/小时(STP)的氢气下将反应器加热至280℃，然后在40巴的氢压下加热3小时。然后在室温下向反应器中加入50ml反应物混合物1。反应在100℃在40巴的压力下进行。
分析：30m DBWAX 0.32mm 0.25μm 80℃-3℃/分钟-230℃-20分钟
反应物混合物   产物混合物(3小时)   产物混合物(6小时)
低沸点化合物     0.10     0.70     1.10
四氢里哪醇     0.00     5.85     6.50
里哪醇     6.58     0     0.00
香茅醇     31.99     4.60     0.30
橙花醇     0.57     0.70     0.14
柠檬酸(顺式/反式)     1.04     0     0.12
四氢香叶醇     0.03     79     86.3
异橙花醇(I+II)     54.60     0     0.2
其它     5.05     8     5.40
转化率为98.9％(按照能发生氢化生成二甲基辛醇的成分计)。选择性为98.7％。
实施例3
向带有搅拌器和催化剂筐的270ml高压釜中加入20ml催化剂3(EP0963975 A1中的催化剂A)。在常压下在10升/小时(STP)的氢气下将反应器加热至280℃，然后在40巴的氢压下加热3小时。然后在室温下向反应器中加入50ml反应物混合物1。反应在180℃在40巴的压力下进行。
分析：30m DBWAX 0.32mm 0.25μm 80℃-3℃/分钟-230℃-20分钟
反应物混合物  产物混合物(2小时)    产物混合物(4小时)
低沸点化合物     0.10     4.28     7.32
四氢里哪醇     0.00     6.41     6.44
里哪醇     6.58     0.00     0.00
香茅醇     31.99     0.46     0.18
橙花醇 0.57 0.3 0.10
柠檬酸(顺式/反式)     1.04     0.22     0.09
四氢香叶醇     0.03     81.75     78.03
异橙花醇(I+II)     54.60     0.28     0.15
其它     5.05     6.3     7.69
转化率为99.4％(按照能发生氢化生成二甲基辛醇的成分计)。选择性为91.4％。
实施例4
向带有搅拌器和催化剂筐的270ml的高压釜中加入20ml催化剂(实施例3中的催化剂A)。将该反应器在常压下在10升/小时(STP)的氢气下加热至280℃，然后在40巴的氢压下加热3小时。然后在室温下向反应器中加入50ml反应物混合物1。反应在160℃在40巴的压力下进行。
分析：30m DBWAX 0.32mm 0.25μm 80℃-3℃/分钟-230℃-20分钟
反应物混合物  产物混合物(2小时)  产物混合物(4小时)
低沸点化合物     0.10     2.87     3.49
四氢里哪醇     0.00     6.30     6.24
里哪醇     6.58     0.00     0.00
香茅醇     31.99     0.08     0.08
橙花醇     0.57     0.36     0.18
柠檬酸(顺式/反式)     1.04     0.27     0.09
四氢香叶醇     0.03     82.17     80.55
异橙花醇(I+II)     54.60     0.28     0.15
其它     5.05
转化率为99.4％(按照能发生氢化生成二甲基辛醇的成分计)。选择性为95.9％。
实施例5
将0.1g ml催化剂引入50ml的玻璃高压釜中。将高压釜用5巴的氩气净化三次，然后用10巴的H2净化3次，此后引入反应物(10g)。反应条件列于表中。
条件：
  实验序列 催化剂    温度(℃)    压力(巴)  消耗的H2(巴)  反应时间(小时)
1     5％Pd/C(Heraeus；46％水；K-0293型) 85 20 8.1 2
2     5％Pd/C(如上所述) 125 20 25 2
3     10％Pd/C(Degussa；E10 N/D型) 125 20 20.5 2
    4     PtO2*H2O(Fluka)     125     20     3     2
5     Pd/C H0-50(DE 2936362) 125 20 35 3
    6     Pd/C H0-50     130     20     81.5     5
    7     Pd/C H0-50     125     60     未读出     4
实验序列   1   2   3   4   5   6   7
反应物
低沸点化合物 0.82  3.10  19.41  18.92  1.0  11.55  8.76  9.94
里哪醇 1.43  1.23  0.76  0.79  1.38  1.05  -  -
中沸点化合物 1.51  10.10  18.58  16.80  2.62  18.51  -  -
香茅醇 57.35  54.63  37.76  35.84  57.05  36.88  -  -
橙花醇 0.14  0.52  -  -  0.13  -  -  -
异橙花醇I 28.56  17.43  0,08  0.16  25,50  0.12  -  -
异橙花醇II 10.08  7.14  0.03  0.09  9.20  0.04  -  -
香叶醇 0.02  1.19  0.02  0.02  0.08  0.03  -  -
高沸点化合物 0.06  0.02  2.50  3.48  0.56  1.05  1.00  0.49
四氢香叶醇 -  4.62  20.57  23.87  1.93  30.72  90.24  89.56
所有的分析都以GC面积％表示。
进行样品895的GC/MS。鉴别出四氢香叶醇(89.56％)和四氢里哪醇(7.80％)以及低沸点化合物峰(2，6-二甲基辛烷，1.74％)。
实施例6
将680g由36％香茅醇、58％异橙花醇I+II、4％里哪醇和4％其它化合物组成的反应物混合物和6.8g的Pd/C(5％Pd)加入到2.5升高压釜中，在125℃在60巴的H2下氢化约5.5小时。过滤冷却的反应流出物以滤出催化剂，其含有92.2％四氢香叶醇和4％四氢里哪醇。
将过滤后的原馏出物在液相温度103至112℃、压力9至10毫巴、回流比25∶1至5∶1的条件下进行蒸馏。分馏得到557g含量大于99％、具有优良香味品质的四氢香叶醇(在9至10毫巴下的沸点为98℃)。初馏分和蒸馏残余物中还存在四氢香叶醇。
实施例7
将680g由38％香茅醇、56％异橙花醇I+II、5％里哪醇和3％其它化合物组成的反应物混合物和5g Ra-Ni(Degussa)引入到2.5升的高压釜中，在100℃在90巴的H2下氢化12小时。将冷却的反应流出物过滤以滤出催化剂，其含有93.2％四氢香叶醇和5％四氢里哪醇。

Claims (12)

1、一种制备四氢香叶醇的方法，其中，将由里哪醇、香茅醛、香茅醇或香叶醇/橙花醇合成生成的产物混合物和蒸馏残余物直接进料到催化氢化中。
2、根据权利要求1所要求的方法，其中，产物混合物或蒸馏残余物包含一种以上的通式(I)化合物，
Figure C021553960002C1
其中
R1是OH、H或CH3
R2，R3是H、OH或CH3
R4是H或CH3，
并且，1至4个双键可存在于分子内的任何位置。
3、根据权利要求1或2所要求的方法，其中，产物混合物或蒸馏残余物包含一种以上的选自橙花醇、香叶醇、异橙花醇2、柠檬醛、香茅醇、3，7-二甲基辛醛、异橙花醇1、香茅醛和里哪醇的化合物。
4、根据权利要求1所要求的方法，其中，使用得自里哪醇合成的蒸馏残余物或产物混合物。
5、根据权利要求4所要求的方法，其中，里哪醇和香叶醇/橙花醇的总液相含量小于30重量％。
6、根据权利要求4所要求的方法，其中，产物混合物含有香茅醇和异橙花醇的总量大于50重量％。
7、根据权利要求1所要求的方法，其中，氢化利用金属催化剂进行。
8、根据权利要求7所要求的方法，其中，金属催化剂选自周期表第VIII族的金属。
9、根据权利要求7所要求的方法，其中，金属催化剂包含Pd、Co或Ni。
10、根据权利要求7所要求的方法，其中，氢化利用阮内镍催化剂进行。
11、将里哪醇、香茅醛、香茅醇或香叶醇/橙花醇合成产生的产物混合物或蒸馏残余物用于制备四氢香叶醇的用途。
12、将里哪醇合成得到的产物混合物或蒸馏残余物在利用阮内催化剂制备四氢香叶醇中的用途。
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