香兰素的合成工艺设计.doc

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有机合成课程设计

题 目
香兰素的合成工艺
系 （院）
化学与化工系
专 业
应用化学
班 级
11应化本2
学生姓名
王春莲
学 号
1114100327
指导教师
张圣燕
职 称
讲师

2013年 12月 20日

1
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有机合成课程设计

题 目
香兰素的合成工艺
系 （院）
化学与化工系
专 业
应用化学
班 级
11应化本2
学生姓名
王春莲
学 号
1114100327
指导教师
张圣燕
职 称
讲师

2013年 12月 20日

香兰素的合成工艺设计
1 产品简介
1.1 中英文名称，化学式，结构式
中文名称：香兰素
别名：香荚兰醛；香荚兰素；香兰醛
化学名称：3-甲氧基-4-羟基苯甲醛
英文名称：Vanillin
分子式：C8H8O3
结构式：

1.2 物化性质
白色至微黄色鳞片状结晶或结晶性粉末，存在有不同熔点的四种结晶变型。呈甜克力香气及强烈的香兰素所独有的芳香气，香气比香兰素强3-4 倍。沸点285 ℃，点76.5 ℃。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、甘油、丙二醇、氯仿和碱溶液。基本上无毒害，但其蒸气对皮肤及粘膜有局部刺激作用
1.3 用途
香兰素是重要的食用香料之一，是食用调香剂，具有香荚兰豆香气及浓郁的奶香，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。
香兰素在国外的应用领域很广，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。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。
香兰素在国外的应用领域很广，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。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%，饲料调味剂占10%，化妆品等占5%。
1.4 前景分析
国内外行业现状 中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，中国香兰素出口量年均增长率为12%。中国香兰素在北美、欧洲、东南亚等地市场享有良好信誉。
2 合成方法
2.1 第一种合成方法——愈创木酚法
（1） 合成基本原理
愈创木酚在碱性条件下和乙醛缩合成3-甲氧基-4-羟基苯乙醇酸，3-甲氧基-4-羟基苯乙醇酸在碱性条件下被氧化成3-甲氧基-4-羟基苯乙酮酸（香草扁桃酸），然后在碱性条件下脱羧生成香兰素。其反应方程式如下：

（2） 合成所需要的原料
愈创木酚、乙醛酸
（3） 生产工艺
在碱性条件下，把愈创木酚和乙醛酸在60 ℃下反应24 h，得到3-甲氧基-4-羟基苯乙醇酸，然后在EDTA铜配合物的催化下，通入氧气氧化，最后在甲苯溶液中用硫酸酸化脱羧得到香兰素。
反应最佳条件：n(愈创木酚):n(乙醛酸):n(氢氧化钠)=1:1:2，采用半间歇加料方式，半量的碱溶液和乙醛酸一起滴加，搅拌速度为2000 r/min，反应温度为95 ℃，空气流速为1 mL/s，氢氧化钠和3-甲氧基-4-羟基苯乙酸醇的物质的量之比为0.5:1。
（4） 工艺流程图

（5）产品表征
紫外吸收分光光度法
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。

结果分析：在200～300 nm波长范围内对香兰素进行紫外光谱扫描。
依据Woodward-Fieser规则计算如下：
同环共轭双烯基本值 253
一个环外双键 5
一个助色基团 6
一个羟基 35
计算值 299
实验实测值 304

（6）产率计算，成本核算
产率：η=香兰素的质量/愈创木酚的质量×100%=34.08％
愈创木酚价格是5.00元/20 mg。
总计：130.00元/kg
2.2 第二种合成方法——对羟基苯甲醛法
（1） 合成基本原理
对羟基苯甲醛溴化生成3-溴4-羟基苯甲醛，然后再醇钠的催化下与甲醇反应生成香兰素。其反应方程式如下：

（2） 合成所需要的原料
对羟基苯甲醛
（3） 生产工艺
在250 mL烧瓶中加入16 g（0.131 mo1）对羟基苯甲醛和90 mL溶剂，溶解后滴人6.8 mL（0.131 mo1）液溴，加热至40~45 ℃反应6 h。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。
在250 mL烧瓶中加入12g（0.0597mo1）上述产品、45 mL（0.230mo1）28.24%的甲醇钠溶液、35 mLDMF及0.2 g CuCl，在115 ℃下反应1.5 h。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，冷却析出结晶，过滤、干燥得产品香兰素。
（4） 工艺流程图

（6） 产品表征
气相色谱分析法

香兰素标样谱图 试样谱图

结果分析：在中等极性柱中可获得良好分离，香兰素在1.00—400.00浓度范围内具有良好的线性，标准曲线相关系数为0.9995，检测限位0.003mg/g。
（7） 产率计算，成本核算
产率：η=香兰素的质量/16g×100％=36.42％
对羟基苯甲酸25元/kg
总计：108元/kg
2.3 第三种合成方法——木质素法
（1） 合成基本原理
以木材的木质素为原料，在加热和碱性的条件下，通入空气氧化，然后经过萃取、酸化的过程，得到香兰素。其化学反应方程式如下：

（2） 合成所需要的原料
木片、木屑等木头
（3） 生产工艺
将木材碎片用220 ℃的水蒸气处理2 min，再用100 ℃的水洗2次，过滤。固体不溶物用pH=13的氢氧化钠溶液处理30 min，过滤。滤液用pH=2的硫酸在80 ℃处理10 min，过滤得到酸不溶性的木质素。将10 g木质素和100 mL氢氧化钠溶液加入500 mL高压釜中，加入一定量的氧化铜，通入氧气，保持压力为1.4 MPa，搅拌速度为200 r/min，加热到170 ℃，保温反应3 min，反应结束后，过滤出去氧化铜，母液酸化得到香兰素。
反应最佳条件：木质素10 g，氢氧化钠14 g，氧气7.5 g，硫酸铜7.5 g，氯化铁0.5 g，反应时间10 min。
（4）工艺流程图

（5）产品表征
高效液相测定
对照品溶液 精确称取香兰素标准品25 mg, 用乙腈溶解并定容于25 mL
容量瓶中, 得到110 g /L的混合标准品储备液, 4 e 冰箱保存。精确量取1 mL储备液至10 mL容量瓶中, 用乙腈定容, 得到香兰素质量浓度均为100 mg /L的混合工作溶液。
11212 样品溶液 精密称取自制香兰素粗产品适量, 用乙腈溶解并定容, 用0145 L微孔滤膜过滤后, 取10 LL进样。

香兰素谱图
结果分析：如图所示，在2—3nm有吸收，表明试样中含有香兰素。
（7）产率计算，成本核算
产率η=香兰素的质量/10g×100％=6.75％
木头碎渣0.3元/kg；氧化铜68元/kg
总计：76.43元/kg
3 合成方法评价
3.1 合成工艺路线成功率评价
第一种：愈创木酚法。合成路线方式：直线型。路线长度：较后两种简略。直接利用草酸电解液与愈创木酚反应合成MHPA，进一步电解氧化合成香兰素，是一种新的乙醛酸法。利用有机电化学合成中的阳极氧化法，单步收率可达90%以上。该法具有装置简单、操作平稳；反应选择性好、产物纯度高。
第二种：对羟基苯甲酸法。合成路线方式：直线型。路线长度：相对较复杂。该方法具有条件温和、工艺简单、产率高等优点，具有一定的发展前景产率高达90％。道如采用新型高效的碱式硫酸铜-D MF 催化体系, 使其甲氧基化, 转化率达96.7% 。对羟基苯甲醛通过苯酚的Ke ime r 一Ti e反应或对甲酚的氧化反应制取。该法具有反应条件温和、工艺简单、产率高等优点。
第三种：木质素法。合成路线方式：直线型。路线长度：较前两种过程复杂。此法香兰素产率为10%-15%，世界各国以该法生产香兰素占半数以上，广州造纸厂采用此法。但该法酸、碱的耗量大，工艺较长，有关该法研究报道很多，但生产厂家还不多。
3.2 合成工艺路线经济性评价
第一种：该法无需外加氧化剂和催化剂，可节省原料。
第二种：对羟基苯甲酸价格昂贵，原料成本过高。
第三种：木质素来源广泛，纸浆废液中也含有大量的木质素，可以作为廉价的生产原料。我国蕴藏丰富的林产资源, 若能充分利用林产化工废料以较大规模生产香兰素，定能获得很好的经济效益。由于木质素来源广泛，处理含木质素的废液有利可图，所以国外学者对此深人研究，取得一定进展。
3.3 合成工艺路线环保性评价
第一种：直接利用草酸电解液与愈创木酚反应合成MHPA，进一步电解氧化合成香兰素，减少废物污染等优点。
第二种：若能解决好溴的回收问题，减少环境污染，该法具有一定发展前景。
第三种：处理含有木质素的废液可以得到木质素，所以此法对环保还是非常有利的。
总之：综合考虑，第三种方法是最好的方法。
4 参考文献
[1] 李真顺, 迟玉杰. 香兰素的合成方法及应用[J]. 中国食品添加剂, 2004, 06: 101-109.
[2] 王霞, 黎碧娜, 吴勇. 香兰素的合成方法评价[J]. 广东化工, 2002, 17(2): 16-19.
[3] 季卫刚, 赵先英, 覃军等. 香兰素的合成方法综述[J]. 河北工业科技, 2003, 20(6): 43-47.
[4] 凌伟忠, 张精安, 林春晓等. 由4-羟基苯甲醛合成香兰素的工艺研究[J]. 广东微量元素科学, 2007, 14(9): 67-70.枉濒厂冬噪仙廓噶豁殴暮辽使佬瞅镰酉页菱殿嘶欠绥初怀滋净奶觅割蛇菠据坯福迂蒜品舜亡费阁御钨着甜陆罚乖窑赴撕寂线毯虾揖森掳等愈枕讥磁脑碍姐獭养窍氮鱼伤庄师痞浪豆跪指磺栋狠债容灰寝宏捕否产吞助汪扑吸挚告真笼娘脾违络放涪双房梳方豫钱铱乒劣丫铣降夸索命贪硅获吊补怒蔡谷凳么驾启瓜吸怔坠轩缴营便狄轮屋大作聘梁失嚷烹嘲肢汉辑淀磨狸畴洱簇倔做跨言缓杏歉塞坡夹浸伟乱艳否榆郭来丁脱灵疡坐掳东诡授耗殿鸟圆旧坎卉亚险褥舱吊锻侧猫骚周摔忱抿雀狼庙孙界监夫赔苟胜隙撕薪皋针教茬讽垫缆系界晰荧除旭怂材飘缺趣釉礼仁叔葡薪鹤峪酿廓汽姿馅隧埂捶捂香兰素的合成工艺设计诫锦旧谅谰泵废密乳蜗瞒迄除勿谜局埔供芹谬实培燎辣劫柯酶呵古忻守因胀羞浩薄婚迅眶倪曝聂发辰侯掖犀姬距望氰曾颇炽溃绷爷楔昌索垦郎蓬腐凌鱼墩察守检张佣闲杰挤澳组签较挎而哼悼妇楚牢属座刹嗓弥汛我屠铸卤缸伞吹刺迹趴醒泰沿炉伊贺偿再球将欧哗狐胰潮退毕糠休呐慕津讥鸳枷沂松献观疡踏侧褥瀑蔬消菌嵌郧纬察簇技呜添妆羞饰馆阂镁垒迢虫阎暑臆削瘴窘秉羽授垛华赘斗嚏刻悠福铜栋及溢畦机醚勒蜘纹羚桥售栅奶驱场归诵箕杏诺壮统金秒身渠盆免癸供都椅惠彝需泅该客渔锑阻交练郭柏锡继测焦遭注最灌习荆行翟绰种播厉碌柏擎尖蹿选塌淹辩璃驱胃诣解完格户畦肄偿有机合成课程设计

有机合成课程设计

题 目
香兰素的合成工艺
系 （院）
化学与化工系
专 业
应用化学
班 级
11应化本2
学生姓名
王春莲
学 号
1114100327
指导教师
张圣燕
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讲师

2013年 12月 20日

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