CN116375562A - 一种莰烯水合制异龙脑的精制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，将直接水合后含有异龙脑的反应液先经过蒸发结晶、过滤和干燥脱除莰烯、异丙醇和水后得到异龙脑粗品，再用混合溶剂溶解异龙脑粗品，接着冷却重结晶、过滤和干燥得到合格异龙脑产品。

Description

一种莰烯水合制异龙脑的精制方法
技术领域
本发明涉及香料纯化技术领域，具体涉及一种莰烯直接水合制异龙脑的结晶纯化的方法。
背景技术
异龙脑又称异茨醇，外观为白色半透明的晶体，有着特殊的气味，是冰片的同分异构体，分子式C10H18O，分子量154.25，熔点208-214℃。异龙脑是合成樟脑以及合成龙脑的中间体，在香料和医药等领域有着广泛的应用。
异龙脑的制备方法主要有以下两点：第一种是莰烯和醋酸酯化反应合成乙酸异龙脑酯，然后水解得到异龙脑；第二种是在酸性催化剂存在的条件下莰烯直接水合制备异龙脑。第一种间接法较成熟，但反应过程中，步骤较多，过程复杂，且在后续的水解过程中会产生大量的废水以及盐。第二种直接水合法简化了反应步骤，节省了原料，过程更简单，但转化率和选择性相对较低。因此选择合适的反应器、水合溶剂和催化剂是提高该反应效率的关键。
中国专利CN101973851A公开了一种以合成分子筛为催化剂合成异龙脑的方法，采用固定床反应器，在反应温度120-180℃下反应，莰烯的转化率80%-90%,异龙脑的选择性73.3%-86.4%，该方法未使用溶剂，环境上较为友好，降低了下游工段的分离难度，但是反应温度较高，选择性较低。
中国专利ZL90104209.9公开了一种以干氢型大孔强酸性阳离子交换树脂为催化剂莰烯直接水合制异龙脑的方法，采用连续反应分离循环反应器，以二丙酮醇和丙酮为溶剂，在反应温度89℃下，反应50 h后，莰烯的转化率95.2%，异龙脑产率73%，水合莰烯为16.9%；反应80 h后，莰烯的转化率98.1%，异龙脑产率85.1%，水合莰烯为8.8%。该法工艺简单，莰烯转化率和异龙脑收率高，反应后的异龙脑纯度不高，分离难度大。
因此反应物莰烯与水通过采用分离循环装置进行水和反应，以异丙醇为助溶剂，直接水合法得到粗异龙脑反应液，由于水合得到异龙脑粗品中主要含有的水合莰烯、小茴香醇等杂质，这些杂质是异龙脑的同分异构体，物理化学性质接近，所以如何有效地去除杂质，是莰烯直接水合法制异龙脑能否工业化的关键。
对于精细化学品的分离提纯而言，精馏是一种常见的分离手段，然而异龙脑的熔点高、沸点高，且易升华，所以无法使用精馏技术。结晶是固体从熔融物、溶液或蒸汽中析出的过程，在医药行业应用广泛。相比较与其他分离技术，结晶有着无法代替的优点纯度高、选择性高、能耗低等。CN202011195165.0公开了一种采用乙醇溶剂进行天然龙脑重结晶提纯法，该方法主要缺点是所需冷却的结晶温度低（-10℃~-30℃），能耗高。CN201110099748.8公开了采用丙酮溶剂对冰片两次重结晶，实现冰片的提纯。虽然异龙脑、小茴香醇和水合莰烯属于同分异构体，但它们在不同的溶剂中的溶解速率、溶解度不一样。因此，采用溶剂结晶的方法可以实现异龙脑和杂质的分离，达到提纯的目的。
发明内容
以异丙醇为助溶剂、莰烯直接水合制异龙脑具有流程简单、收率高的特点，但是异龙脑粗品中小茴香醇和水合莰烯等同分异构体杂质分离提纯难。本发明的目的是提供一种水合法制异龙脑的精制方法，该方法是以直接水合得到的含有异龙脑粗品的反应液作为原料，先通过蒸发结晶、过滤和干燥脱除莰烯、异丙醇和水后得到异龙脑粗品，再采用溶剂重结晶法，经过结晶纯化步骤，脱除同分异构体杂质制得高纯度的异龙脑。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，包括以下步骤：
（1）蒸发结晶
将直接水合后含有异龙脑的反应液进行蒸发，回收水合法所需要的助溶剂异丙醇、水以及未反应的莰烯，得到异龙脑结晶浆料。
其中，进行蒸发结晶时，蒸发温度在85-95℃、压力为常压；原料直接水合后含有异龙脑的反应液中，扣除助溶剂异丙醇和水外，异龙脑含量70~80wt%，莰烯1~8wt%，水合莰烯5~13wt%，小茴香醇5~12wt%。
（2）过滤
将步骤（1）蒸发结晶后粗异龙脑结晶浆液冷却至室温，降温速率在0.5-1.5℃/min，冷却后快速过滤。
（3）干燥
将步骤（2）得到的滤饼采用真空干燥脱除残余溶剂(主要是水合反应所需的助溶剂和水)，得到异龙脑粗品。
其中，干燥温度50~70℃、操作压力5~10kPa，干燥2-5h；
（4）溶剂重结晶
采用混合溶剂，将异龙脑粗品加热溶解；然后按一定的降温速率冷却结晶，形成结晶浆料；
其中，混合溶剂为正己烷和乙酸乙酯的混合溶剂，其中，正己烷和乙酸乙酯的质量比为1.5~3：1，混合溶剂和异龙脑粗品按质量比约为0.6~1：1加入，开始升温溶解；溶解温度60-70℃。根据溶液的颜色情况，也可适当加入活性炭进行吸附脱色；溶液冷却降温速率0.5~0.8℃/min，溶液冷却至15~20℃时，养晶2~3 h；
（5）过滤
将步骤（4）重结晶后的浆料，快速抽滤。
（6）干燥
步骤（5）得到的滤饼真空干燥脱除残余的重结晶溶剂，得到异龙脑产品。
其中，干燥温度50~70℃、操作压力5~10kPa，干燥3-5h。
本发明的优点在于：
1.利用莰烯、水、异丙醇会形成三元共沸的特点，通过蒸发将原料中的莰烯脱除。常压操作下，蒸发温度85-95℃，采出异丙醇，而水和异龙脑留在蒸发釜。由于异龙脑在水中溶解度低，异龙脑会结晶析出，形成固液，通过过滤实现固液分离，避免了水的蒸发，节省能耗。
异龙脑采用混合溶剂重结晶的方法提纯。通过不同溶剂的复配来调控溶剂极性，确保水合莰烯和小茴香醇在混合溶剂低温（15~20℃）可溶的同时，降低异龙脑在混合溶剂的溶解度，解决了在单一溶剂异龙脑重结晶收率低的问题。本发明的异龙脑单程收率高于60%。其中异龙脑在15℃下不同复配比例溶剂的溶解度如下表1所示。
表1 异龙脑在15℃下不同复配比例溶剂的溶解度
Figure SMS_1
3.重结晶使用的混合溶剂沸点低，气化潜热小，易于实现溶剂的回收套用，分离能耗低。
4.重结晶所需的温度范围适宜（65-15℃），结晶条件温和，避免低温操作，分离能耗低。
本发明的异龙脑精制方法，将直接水合得到的反应液经过蒸发结晶后得到含量约85wt%的粗异龙脑，选用混合溶剂对异龙脑粗品进行精制，操作简单、易于工业化。精制后产品外观和纯度（高于95wt%）达到甚至超过间接法合成异龙脑的产品品质，有效解决了莰烯直接水合中存在的杂质难提纯的问题。
附图说明
图1为实施例2蒸发结晶后异龙脑粗品的气相色谱图；
图2为实施例2精制后异龙脑产品的气相色谱图；
图3为实施例2精制异龙脑(片状)的扫描电镜图。
具体实施方式
以下通过实例，进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。
实施例1
取1000g的莰烯水合反应液，其组成异丙醇500g，水217g，异龙脑221g，莰烯14g，水合莰烯28g，小茴香醇20g。以此反应液为原料蒸发结晶，蒸出650g溶液，塔釜温度在90℃停止蒸发，此时塔釜形成结晶浆料，降温速率1.5℃/min降温至25℃，快速抽滤。滤饼真空干燥，干燥温度50℃、真空压力8kPa，干燥5h，此时得粗异龙脑产品250g，异龙脑粗品纯度85.51%，其中水合杂质8%，小茴香醇5.5%左右，莰烯以及其它杂质1%左右。
在结晶釜中加入粗异龙脑250g，正己烷与乙酸乙酯混合溶剂250g，混合溶剂中正己烷与乙酸乙酯的质量比在2.5：1，在65℃下溶解，然后以1℃/min的降温速率冷却至20℃，结晶熟化时间2h。结晶浆料快速过滤，滤饼通过真空干燥，干燥温度50℃、真空压力8kPa，干燥5h，得异龙脑产品151.25g。异龙脑的收率61.5%。产品颜色为白色，为片状，经色谱分析检测，纯度95.61%，其中水合莰烯含量3%以下，小茴香醇1%以下。
实施例2
取1000g的莰烯水合反应液，其组成异丙醇500g，水217g，异龙脑221g，莰烯14g，水合莰烯28g，小茴香醇20g。以此反应液为原料蒸发结晶，蒸出655g溶液，塔釜温度在92℃停止加热，此时塔釜形成结晶浆料，降温速率1.2℃/min降温至25℃，快速过滤。滤饼采用真空干燥，干燥温度55℃、真空压力8kPa，干燥4.5h，此时得粗异龙脑产品约252g，异龙脑粗品纯度 84.70%，其中水合杂质9%以下，小茴香醇6%左右，莰烯以及其它杂质1%左右。具体含量如下表2所示。
在结晶釜中加入粗异龙脑252g，正己烷与乙酸乙酯的混合溶剂198g，混合溶剂中正己烷与乙酸乙酯的质量比在2.8：1，在65℃下溶解，溶液以0.8℃/min冷却至17℃，结晶熟化时间2h。结晶浆料快速过滤，所得滤饼采用真空干燥，干燥温度50℃、真空压力8kPa，干燥5h，最终得到异龙脑产品154.7g，异龙脑的收率62.4%。产品颜色为白色，为片状，经色谱分析检测，纯度95.19%，其中水合莰烯含量4%以下，小茴香醇1%以下。具体含量如下表3所示。
表2 蒸发结晶后异龙脑粗品组成含量（不计溶剂丙二醇单甲醚（溶剂））
Figure SMS_2
表3 精制后异龙脑产品组成含量（不计溶剂丙二醇单甲醚（溶剂））
Figure SMS_3
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）蒸发结晶
将直接水合后含有异龙脑的反应液进行蒸发，回收水合法所需的助溶剂异丙醇、水以及未反应的莰烯，得到粗异龙脑结晶浆液；
（2）过滤
将步骤（1）蒸发结晶后粗异龙脑结晶浆液冷却至室温，而后快速过滤；
（3）干燥
将步骤（2）得到的滤饼真空干燥脱除残余溶剂和水，得到异龙脑粗品；
（4）溶剂重结晶
采用混合溶剂，将异龙脑粗品加热溶解；然后按一定的降温速率冷却结晶，形成结晶浆料；
（5）过滤
将步骤（4）重结晶后的浆料，快速过滤；
（6）干燥
将步骤（5）得到的滤饼真空干燥脱除残余的重结晶溶剂，得到异龙脑产品。
2.根据权利要求1所述一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于：在步骤（1）中进行蒸发结晶时，蒸发温度在85℃-95℃、压力常压。
3.根据权利要求1所述一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于：步骤（2）蒸发后形成的结晶浆料冷却至室温，冷却过程的降温速率为0.5-1.5℃/min。
4.根据权利要求1所述一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于：步骤（3）中干燥温度50~70℃、真空条件5~10KPa，干燥时间2-5h。
5.根据权利要求1所述一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于：步骤（4）中，所用的混合溶剂为正己烷和乙酸乙酯的混合溶剂，其中，正己烷和乙酸乙酯的质量比为1.5~3：1；混合溶剂与异龙脑粗品的质量比为0.6-1：1，溶解温度为60-70℃。
6.根据权利要求1所述一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于：步骤（4）中，溶液冷却的降温速率为0.5~0.8℃/min，溶液冷却至15~20℃，养晶2~3 h。
7.根据权利要求1所述一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于：在步骤（6）干燥温度50~70℃、真空条件5~10KPa，干燥时间3-5h。
8.根据权利要求1所述一种莰烯水合制异龙脑的精制方法，其特征在于：原料直接水合后含有异龙脑的反应液中，扣除助溶剂异丙醇和水外，异龙脑含量70~80wt%，莰烯1~8wt%，水合莰烯5~13wt%，小茴香醇5~12wt%。
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