一种制备香兰素的方法 本发明属于制备香兰素的工艺技术领域。
香兰素是一种广谱型香料，其化学名称为3-甲氧基-4羟基苯甲醛。近年来，它在药物合成及金属涂料等工业中亦得到广泛应用。
目前，国内外生产香兰素的工艺有多种。《精细化工》1995年第四期刊登的《香兰素的合成与分离》以及《食品科学》1995年第7期刊登的《改进的Reimer-Tieman反应合成香兰素的研究》等文章对各种工艺进行了评述。概括起来，目前国内外生产香兰素的工艺主要有三种：一是愈创木酚-亚硝化法。这种方法工艺流程复杂，三废污染严重，收率低，在国外已被淘汰；二是木质素法。该法由于受木材资源的影响，呈逐步退出使用的趋势；三是愈创木酚-乙醛酸法。该法虽然可减少三废污染，但由于乙醛酸的价格较高，使得该法的成本大大高于亚硝化法。
为克服乙醛酸价格较高且需要进口的缺陷，我国开展了以对羟基苯甲醛为原料合成香兰素工艺的研究，《广西化工》1989年第二期刊登的《由对羟基苯甲醛合成香兰素》以及《化学工程师》1996年第一期刊登的《合成香兰素新工艺的研究》等文章介绍了这种工艺。由上述文章可知该工艺的主要过程为：以对羟基苯甲醛为原料溴化而得3-溴-4-羟基苯甲醛(Ⅰ)；将(Ⅰ)和甲醇钠在催化作用下进行甲氧基化而得香兰素。该工艺与亚硝化法相比较，具有反应条件缓和、工艺流程简单、三废处理容易、收率较高等特点。但由于该工艺中使用的原料对羟基苯甲醛价格较高，使得生产成本较高，从而限制了该工艺技术在工业上的应用。
本发明的目的是提供一种制备香兰素的新工艺，使用这种工艺制备香兰素，原料易得，工艺流程简单，生产成本低，且“三废”易处理，从而可减少环境污染。
本发明包括以下步骤(其中各组份地量均为重量份数)：
a、先以卤代烃为溶剂，将对甲酚1份与溴素4-5.5份在30-160℃的温度下于反应器中进行反应：
b、再在反应液中加入稀HBr溶液0-5份、水2-5份、卤代烃溶剂0-1.5份，并使反应液在105-120℃间回流2-3小时；
c、将反应液进行冷却、结晶、过滤，然后将得到的滤饼用水洗涤使其为中性，再按常规方法将其在水中溶解、结晶、过滤，得到灰白色晶体3-溴-4羟基-苯甲醛；
d、在使用铜盐作催化剂的条件下，将上述c步骤中得到的3-溴-4羟基-苯甲醛1份与甲醇钠0.8-1.1份、助催化剂0-0.1份、溶剂2-10份、助溶剂0-3份在100-125℃的温度下于反应器中进行甲氧基化反应，反应结束后按常规的方法进行处理，即得到香兰素成品。
上述步骤中，其中a步骤中所说的卤代烃溶剂的用量为0.75-1份，进行溴化反应时产生的HBr气体可用水吸收生成氢溴酸溶液：d步骤中所说的铜盐催化剂指碱式碳酸铜，其用量为0.01-0.05份，所说的助催化剂为二氧化碳气体，所说的溶剂为甲醇，所说的助溶剂为DMF；c步骤中所说的常规方法是指将滤饼倒入适量水中煮沸，然后趁热过滤，滤液经冷却、结晶及二次结晶，得到3-溴-4羟基-苯甲醛。
在上述d步骤中，可根据需要加入CnH2N+1ONa，得到不同的香兰素。例如，加入C2H5ONa，可制得乙基香兰素；加入C4H9ONa，可制得丁基香兰素；加入(CH3)2CHONa，可制得异丙基香兰素。
采用本发明工艺制备香兰素，既克服了愈创木酚-亚硝化法生产香兰素所带来的严重污染问题，又克服了用对羟基苯甲醛为原料合成香兰素生产成本高的缺点，同时工艺过程中产生的副产品还可回收利用。
1、采用本发明工艺生产香兰素可降低生产成本。本发明采用对甲酚为原料与溴素反应生产3-溴-4-羟基苯甲醛，较之现有技术(见文献4)采用对羟基苯甲醛为原料与溴素反应生产3-溴-4-羟基苯甲醛，可大大降低原料成本。按所用原料目前的市售价格计算，生产一吨3-溴-4-羟基苯甲醛可降低原料成本20189.86元(人民币)。具体的计算情况见下表：表一：采用现有技术每生产一吨3-溴-4-羟基苯甲醛主要原料成本情况表原料名称消耗数量(公斤)工业品规格工业品数量单价(元/吨)计价(元)对羟基苯甲醛69299％6995000034939.5溴素908.3699.5％912.9280007303.4副产品氢溴酸840.548％840.55000-4202.5合计38050.86表二：采用本发明每生产一吨3-溴-4-羟基苯甲醛主要原料成本情况表原料名称消耗数量(公斤)工业品规格工业品数量单价(元/吨)计价(元)对甲酚769.2399％7771300010101溴素3576.9299.5％3595800028760副产品氢溴酸420048％42005000-21000合计17861
按吨香兰素消耗3-溴-4-羟基苯甲醛1.43吨计，仅原材料一项本工艺即可降低2.88万元。
2、本发明制备香兰素的工艺其“三废”容易处理，可大大减少环境污染。目前我国现有的香兰素生产企业均采用愈创木酚-亚硝化法生产香兰素，每生产一吨香兰素的废水中含有1135公斤的对二甲氨苯胲及相当数量的亚硝酸盐、二甲苯胺、亚硝基有机化合物等多种有害物质，且这种废水不易治理，因而带来了严重的污染问题。而采用本发明制备香兰素，则较好地解决了这一问题。本发明之“三废”来源及治理的方案如下：
①废渣。采用本发明每生产一吨香兰素约产生60-70公斤滤渣，其成份主要是活性炭及其吸附的有机胶体化合物。该废渣送去锅炉燃烧即可。
②萃取分离出香兰素粗晶后的母液。采用本发明每生产一吨香兰素约产生5.2m3母液。该母液中约含有NaBr670公斤，NaCl1000公斤。母液中Br-约为100kg/m3，是提取溴素的宝贵原料(溴素厂经过氧化一吹出一吸收后得到的完成液中含Br-一般为80-100kg/m3)，可以直接进入蒸溴塔提溴。因此该母液可出售给溴素厂生产溴素，也可以直接提取溴素再利用，还可以制成溴化钠工业盐，从而使母液得到综合利用。
综上所述，本发明工艺之“三废”容易处理，经处理后可达到国家规定的排放标准，其母液还可进行回收利用，具有较好的经济效益和社会效益。
实施例1、向反应器内投入对甲酚200g，卤代苯溶剂160g，分批逐渐滴入溴素900g，同时使溴化反应温度从室温升至155℃。反应过程中产生的HBr气体可用水吸收生成氢溴酸溶液。加完溴素后继续保温3小时使其继续反应，然后向反应液中加入80℃的热水1000g并控制反应温度在105℃回流2小时，然后将反应液冷却至室温，经过保温、结晶、过滤，得到滤饼(1)和滤液(1)。将滤饼(1)用水洗涤使其为中性后加入7600g水中并加热至沸，趁热过滤，滤液冷却至室温，经结晶、过滤、重结晶，再经过滤、干燥，得到灰白色晶体3-溴-4-羟基-苯甲醛234.5g(折纯)，经按常规方法测量，其熔点为122-125℃，含量97％，收率63％。将滤液(1)加入洗涤水使其静止分层，下层为卤代苯溶剂，可回收套用，上层为稀氢溴酸溶液，可用于吸收溴化反应过程中产生的HBr气体，制成48％的氢溴酸溶液后作为产品销售。
向反应器中加入3-溴-4-羟基-苯甲醛201g，28％甲醇钠溶液675g，溶剂二甲基甲酰胺45ml，碱式碳酸铜11g，通入CO217.6g，逐渐升温，使体系在115-120℃温度下进行甲氧基化反应4小时。反应结束后，先回收溶剂甲醇360ml，再向反应器中加入水750g，活性炭10g，加热至90-95℃，充分搅拌使物料溶解，趁热过滤得到滤饼(2)和滤液(2)。将滤液(2)冷却至40℃后用盐酸调节溶液的PH=4，继续冷却至室温，经保温、结晶、过滤，得到粗品香兰素(1)及滤液(3)。将滤饼(2)用少量热水洗涤后作为废渣弃去，洗下的水可并入滤液(3)内。向滤液(3)中加入苯150ml，萃取三次，静置分层，将上层萃取液进行分离集中，蒸馏回收苯(可回收套用)后，得到粗品香兰素(2)。向粗品香兰素(2)中加入适量甲苯溶液并加热到90-100℃，使其全部溶解，然后冷却至15-20℃，析出香兰素晶体。将过滤后的香兰素晶体与粗品香兰素(1)合并溶入热稀酒精溶液中，冷却后得白色结晶，过滤后，用无离子水重结晶，再过滤，低温干燥，得精品香兰素145g(折纯)。经按规定的方法测量，所制得的产品符合GB3861-83规定的质量标准，其收率为95.4％。
实施例2、向反应器内投入对甲酚200g，卤代苯溶剂150g，分批逐渐滴入溴素800g，同时使溴化反应温度从室温升至155℃。反应过程中产生的HBr气体可用水吸收生成氢溴酸溶液。加完溴素后继续保温2小时使其继续反应，然后向反应液中加入80℃的热水500g，稀HBr溶液500g，卤代苯溶剂150g，并控制反应温度在110℃回流2小时，然后将反应液冷却至室温，经过保温、结晶、过滤，得到滤饼(1)和滤液(1)。将滤饼(1)用水洗涤使其为中性后到入7600g水中并加热至沸，趁热过滤，滤液冷却至室温，经结晶、过滤、重结晶，再经过滤、干燥，得到灰白色晶体3-溴-4-羟基-苯甲醛186g(折纯)，经按常规方法测量，其熔点为122-125℃，含量97.2％，收率50％。将滤液(1)加入洗涤水使其静止分层，下层为卤代苯溶剂，可回收套用，上层为稀氢溴酸溶液，可用于吸收溴化反应过程中产生的HBr气体，制成48％的氢溴酸溶液后作为产品销售。
向反应器中加入3-溴-4-羟基-苯甲醛201g，28％甲醇钠溶液770g，甲醇1700ml，碱式碳酸铜11g，通入CO217.6g，逐渐升温，使体系在125℃温度下进行甲氧基化反应4小时。反应结束后，先回收溶剂甲醇2000ml，再向反应器中加入水1000g，活性炭10g，加热至90-95℃，充分搅拌使物料溶解，趁热过滤得到滤饼(2)和滤液(2)。将滤液(2)冷却至40℃后用盐酸调节溶液的PH=4，继续冷却至室温，经保温、结晶、过滤，得到粗品香兰素(1)及滤液(3)。将滤饼(2)用少量热水洗涤后作为废渣弃去，洗下的水可并入滤液(3)内。向滤液(3)中加入苯150ml，萃取三次，静置分层，将上层萃取液进行分离集中，蒸馏回收苯(可回收套用)后，得到粗品香兰素(2)。向粗品香兰素(2)中加入适量甲苯溶液并加热到90-100℃，使其全部溶解，然后冷却至15-20℃，析出香兰素晶体。将过滤后的香兰素晶体与粗品香兰素(1)合并溶入热稀酒精溶液中，冷却后得白色结晶，过滤后，用无离子水重结晶，再过滤，低温干燥，得精品香兰素144g(折纯)。经按规定的方法测量，所制得的产品符合GB3861-83规定的质量标准，其收率为94.7％。
实施例3、向反应器内投入对甲酚200g，卤代苯溶剂150g，分批逐渐滴入溴素930g，同时使溴化反应温度从室温升至155℃。反应过程中产生的HBr气体可用水吸收生成氢溴酸溶液。加完溴素后继续保温1小时使其继续反应，然后向反应液中加入稀HBr溶液1000g，卤代苯溶剂300g，并控制反应温度在115℃回流3小时，然后将反应液冷却至室温，经过保温、结晶、过滤，得到滤饼(1)和滤液(1)。将滤饼(1)用水洗涤使其为中性后到入7600g水中并加热至沸，趁热过滤，滤液冷却至室温，经结晶、过滤、重结晶，再经过滤、干燥，得到灰白色晶体3-溴-4-羟基-苯甲醛260.5g(折纯)，经按常规方法测量，其熔点为122-125℃，含量96.7％，收率70％。将滤液(1)加入洗涤水使其静止分层，下层为卤代苯溶剂，可回收套用，上层为稀氢溴酸溶液，可用于吸收溴化反应过程中产生的HBr气体，制成48％的氢溴酸溶液后作为产品销售。
向反应器中加入3-溴-4-羟基-苯甲醛201g，28％甲醇钠溶液746g，DMF640ml，催化剂氯化亚铜2.0g，逐渐升温，使体系在115℃温度下进行甲氧基化反应2小时。反应结束后，先回收溶剂DMF300ml(减压条件下)，再向反应器中加入水1000g，活性炭10g，加热至90-95℃，充分搅拌使物料溶解，趁热过滤得到滤饼(2)和滤液(2)。将滤液(2)冷却至40℃后用盐酸调节溶液的PH=4，继续冷却至室温，经保温、结晶、过滤，得到粗品香兰素(1)及滤液(3)。将滤饼(2)用少量热水洗涤后作为废渣弃去，洗下的水可并入滤液(3)内。向滤液(3)中加入苯150ml，萃取三次，静置分层，将上层萃取液进行分离集中，蒸馏回收苯(可回收套用)后，得到粗品香兰素(2)。向粗品香兰素(2)中加入适量甲苯溶液并加热到90-100℃，使其全部溶解，然后冷却至15-20℃，析出香兰素晶体。将过滤后的香兰素晶体与粗品香兰素(1)合并溶入热稀酒精溶液中，冷却后得白色结晶，过滤后，用无离子水重结晶，再过滤，低温干燥，得精品香兰素130.7g(折纯)。经按规定的方法测量，所制得的产品符合GB3861-83规定的质量标准，其收率为86％。
实施例4、向反应器内投入对甲酚200g，卤代苯溶剂200g，分批逐渐滴入溴素1100g，同时使溴化反应温度从室温升至155℃。反应过程中产生的HBr气体可用水吸收生成氢溴酸溶液。加完溴素后继续保温1小时使其继续反应，然后向反应液中加入稀HBr溶液1000g及卤代苯溶剂300g，并控制反应温度在115℃回流3小时，然后将反应液冷却至室温，经过保温、结晶、过滤，得到滤饼(1)和滤液(1)。将滤饼(1)用水洗涤使其为中性后到入7600g水中并加热至沸，趁热过滤，滤液冷却至室温，经结晶、过滤、重结晶，再经过滤、干燥，得到灰白色晶体3-溴-4-羟基-苯甲醛152.0g(折纯)，经按常规方法测量，其熔点为122-125℃，含量97.1％，收率41％。将滤液(1)加入洗涤水使其静止分层，下层为卤代苯溶剂，可回收套用，上层为稀氢溴酸溶液，可用于吸收溴化反应过程中产生的HBr气体，制成48％的氢溴酸溶液后作为产品销售。
向反应器中加入3-溴-4-羟基-苯甲醛201g,28％甲醇钠溶液580g,DMF45ml，催化剂氯化亚铜10g，逐渐升温，使体系在100-110℃温度下进行甲氧基化反应4小时。反应结束后，先回收溶剂甲醇260ml，再向反应器中加入水750g，活性炭10g，加热至90-95℃，充分搅拌使物料溶解，趁热过滤得到滤饼(2)和滤液(2)。将滤液(2)冷却至40℃后用盐酸调节溶液的PH=4，继续冷却至室温，经保温、结晶、过滤，得到粗品香兰素(1)及滤液(3)。将滤饼(2)用少量热水洗涤后作为废渣弃去，洗下的水可并入滤液(3)内。向滤液(3)中加入苯150ml，萃取三次，静置分层，将上层萃取液进行分离集中，蒸馏回收苯(可回收套用)后，得到粗品香兰素(2)。向粗品香兰素(2)中加入适量甲苯溶液并加热到90-100℃，使其全部溶解，然后冷却至15-20℃，析出香兰素晶体。将过滤后的香兰素晶体与粗品香兰素(1)合并溶入热稀酒精溶液中，冷却后得白色结晶，过滤后，用无离子水重结晶，再过滤，低温干燥，得精品香兰素142.1g(折纯)。经按规定的方法测量，所制得的产品符合GB3861-83规定的质量标准，其收率为93.5％。