文獻綜述
作為近十年發展起來的高檔新型香料,縮酮(醛)類化合物香氣類型多,留香持久,有些香料酷似價格昂貴的天然檀香。目前國內已商品化的縮酮(醛)類香料有乙縮醛、庚醛二甲縮醛、苯乙醛二甲縮醛等十餘種,它們在各種食品、飲料加工中的套用日趨廣泛,需求量呈逐年增長的趨勢;縮酮(醛)香料也可用於配製雞味、肉味、奶油等食用香精,這些新型食用香精在方便食品加工中作為高味品正在嶄露頭角。所以縮酮(醛)香料的開發套用將具有巨大的潛在市場。該類物質傳統的合成方法是用無機酸(如濃硫酸、鹽酸和磷酸)催化酮(醛)與醇合成,但該法存在副反應多、產品純度不高、設備腐蝕嚴重、後處理中含有大量的廢水、造成環境污染等缺點。隨著人們生活水平的提高,對香精和食品的質量以及環境保護提出了越來越高的要求。因此,研究和開發更好的催化劑取代無機酸非常必要。文獻報導了Lewis酸、分子篩、蒙脫土、固體酸[6,7]等催化劑對縮酮(醛)反應具有良好的催化作用。受文獻中所報導氨基磺酸(HOSO2NH2)是一種中等強度的固體酸、不揮發、不吸濕、微溶或不溶於有機溶劑,並對酯化反應具有良好的催化活性的啟示。本文首次對氨磺酸催化合成環己酮1,2-丙二醇縮酮進行了研究,得到了較理想的結果。
實驗設計方案
在一裝有溫度計、分水器和回流冷凝管的100mL三頸瓶中按一定配料加入環己酮、1,2-丙二醇、帶水劑環己烷和一定量的催化劑,加熱反應並回流分水,至幾乎無水分出時,再延長10—20 min,稍冷,反應液用飽和食鹽水洗滌,洗滌後的有機層用無水硫酸鎂乾燥後進行蒸餾,先收集前餾分,再收集170℃~178℃的餾分,即為無色透明具有果香味的液體產品,測定折光率,稱量計算產率。
主要儀器和藥品
環己酮、1,2-丙二醇、環己烷、氨基磺酸均為分析純、飽和食鹽水、無水硫酸鎂
WZS-1型阿貝折光儀(上海PE公司)、標準磨口中量有機製備儀、溫度計(200℃)、分水器、回流冷凝管、三頸瓶(100mL)
結果與討論的影響
從化學平衡的角度考慮,增大任何一種反應物的量都有利於提高環己酮轉化率,考慮到環己酮在水中的溶解度較1,2-丙二醇小,洗滌時難以除去,而且環己酮沸點產品稍低,蒸餾時難以分開,造成後處理困難,所以實驗中採用1,2-丙二醇稍過量。1,2-丙二醇過量太多,即造成1,2-丙二醇的浪費,而且還加重了後處理的負擔。實驗固定環己酮為0.2mol,催化劑用量為1 g,加入15 mL帶水劑環己烷,改變1,2-丙二醇的用量,控制回流溫度反應60min。考察不同酮醇摩爾比對產品收率的影響,結果
見表1。
表1 酮醇摩爾比對收率的影響
n(酮)/n(醇) 1∶1.3 1∶1.4 1∶1.5 1∶1.6 1∶1.7
收率/% 61.8 66.99 71.15 68.91 54.17
由表1可見,增加1,2-丙二醇的用量有利於提高產率,當酮醇摩爾比為1∶1.5時,收率達到最大,再增加1,2-丙二醇的量,則收率發反而下降。因此選擇最佳n(環己酮)∶n(1,2-丙二醇)=1∶1.5。
催化劑用量對收率的影響
在已確定的最佳n(環己酮)∶n(1,2-丙二醇)=1∶1.5,加入15 mL環己烷作帶水劑,回流反應60 min,通過改變催化劑用量考察不同催化劑用量對產品收率的影響,結果見表2。
表2 催化劑用量對收率的影響
催化劑用量/g 0.8 1 1.1 1.3 1.5
收率/% 54.17 71.15 61.85 59.41 58.65
由表2可見,在此反應條件下,催化劑用量為1g時,產品收率最高,故催化劑用量取1 g為宜。
反應時間對收率的影響
在已確定的最佳酮醇摩爾比,最佳催化劑用量條件下,控制一定的回流溫度進行不同反應時間實驗,其結果見表3。
從表3數據及反應分水情況可知,反應進行到60 min時已基本完成,再延長反應時間對產品收率基本無影響。綜合考慮能耗與收率,反應時間60min為宜。
表3 反應時間對收率的影響
反應時間/min 40 50 60 75 90
收率/% 64.74 55.13 71.15 55.45 39.7
帶水劑對收率的影響
在已確定的最佳酮醇摩爾比,最佳催化劑用量條件下,控制一定的回流溫度,反應時間60 min,改變帶水劑環己烷用量,結果見表5。
表4 帶水劑用量對收率的影響
帶水劑用量/mL 10 12 15 17 20
收率/% 57.37 60.26 71.15 57.37 55.77
由表4可見,環己烷用量對收率的影響不太明顯,在15 mL時達到縮酮收率的最大值,繼續增加,收率反而下降。故帶水劑環己烷的用量以15mL為宜。
產品的分析鑑定
按此方法製得的環己酮1,2-丙二醇縮酮為無色透明液體,有果香味,折光率在nD20為1.4518與文獻值(nD20為1.4514)基本相符。