專利名稱：一種冰片的綠色合成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冰片的合成方法，更具體地說(shuō)涉及一種用綠色催化的方法 合成冰片的工藝。
背景技術(shù)：
冰片又稱龍腦，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥及香料工業(yè)，它存在著正冰片和異冰片 兩個(gè)差向異構(gòu)體，其中正冰片的藥用及經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)高于異冰片。冰片具有 開(kāi)竅醒神、精熱止痛、抗菌消炎、抗生育等作用。
近年來(lái)，由于醫(yī)藥及香料工業(yè)的發(fā)展，對(duì)冰片的需求與日倶增，單靠 從天然植物精油中提取的冰片已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們的需求，而合成冰片原 料易得，價(jià)格低廉，可大批量生產(chǎn)，因此用合成冰片代替天然冰片是發(fā)展 的必然趨勢(shì)。然而目前國(guó)內(nèi)以硼酸酐為催化劑合成冰片的生產(chǎn)工藝明顯存 在許多缺點(diǎn)，例如反應(yīng)劇烈放熱，難以控制，生產(chǎn)過(guò)程有沖料和爆炸危險(xiǎn)， 產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量差，催化劑分離回收困難等缺點(diǎn)。因此提高合成冰片的 產(chǎn)率和粗產(chǎn)品中正冰片的含量以及合成工藝的安全性是亟待解決的問(wèn)題， 其中催化劑的選擇是關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用綠色催化的方法生產(chǎn)冰片 的工藝。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案將a-蒎烯與無(wú)水草酸、 催化劑硫酸鋯加入反應(yīng)瓶中，在攪拌下加熱至40'C 15(TC進(jìn)行酯化反應(yīng)， 反應(yīng)1 10小時(shí)后過(guò)濾回收催化劑，濾液除去輕油，得到草酸二冰片酯， 再加入氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊蒸餾邊收集產(chǎn)物，晾 干后所得產(chǎn)物為冰片。
上述技術(shù)方案的反應(yīng)式如下H2C204
蓽酸二冰片酯
dibornyl oxalate
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根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，所述的a-蒎烯與無(wú)水草酸的摩爾比為
l : o.i i，優(yōu)選i : 0.4。
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，所述的催化劑硫酸鋯的投料質(zhì)量?jī)?yōu)選為a-蒎烯質(zhì)量的l 50°/。，最佳為6%
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，攪拌加熱的溫度優(yōu)選為60 10(TC。
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，濾液除去輕油所采用的方法為水蒸汽蒸餾， 收集產(chǎn)物時(shí)所述的蒸餾是指用水蒸汽蒸餾。
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，皂化反應(yīng)時(shí)加入的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶 液的濃度優(yōu)選為20 40%。
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，所述的催化劑硫酸鋯在首次使用前需對(duì)原料 四水硫酸鋯進(jìn)行處理，所述的處理是指將四水硫酸鋯于650 750'C焙燒 0.5 1.5小時(shí)后粉碎，再于650 75(TC焙燒1 3小時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，所述的過(guò)濾回收后的催化劑硫酸鋯于650 750。C焙燒0.5 1小時(shí)后粉碎，再于650 750。C焙燒1 1.5小時(shí)，即可重 復(fù)使用。
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，所述的過(guò)濾回收的失活的催化劑硫酸鋯可進(jìn) 行活化再生，所述的活化再生是指將硫酸鋯于550 65(TC焙燒1 2小時(shí) 后粉碎，用硫酸銨溶液或稀硫酸溶液浸泡1 2小時(shí)，過(guò)濾，干燥，粉碎， 再于550 650'C焙燒2 4小時(shí)。
通過(guò)上述技術(shù)方案所得到的反應(yīng)產(chǎn)物是白色晶體，有類似樟腦氣味， 可直接進(jìn)行稱量，根據(jù)得到的質(zhì)量，再根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算。產(chǎn)品質(zhì)量
#審—冰片的分子量(154) 廣竿—~^草酸的質(zhì)量 " 無(wú)水草酸的分子量(卯)X
產(chǎn)品可通過(guò)氣相色譜儀進(jìn)行含量測(cè)定，可在氣相色譜儀中分別打進(jìn)正 冰片和異冰片標(biāo)準(zhǔn)樣品，根據(jù)它們的出峰時(shí)間確定產(chǎn)物中的正、異冰片的 出峰時(shí)間，進(jìn)而確定它們的含量。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明所使用的催化劑處理方便，原料易得、制備簡(jiǎn)便，只需 將原料進(jìn)行焙燒、粉碎兩步處理即可使用。
(2) 本發(fā)明所使用的催化劑只需通過(guò)過(guò)濾就可與產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)分離，不 腐蝕設(shè)備，不污染環(huán)境，是一種新型環(huán)境友好的綠色催化方法，而且催化 劑可以重復(fù)使用，并可活化再生。
(3) 本發(fā)明所使用的方法催化活性強(qiáng)，反應(yīng)選擇性較好，催化劑一 次使用，粗產(chǎn)率可達(dá)55%左右，產(chǎn)品中正冰片含量在55-60°/。左右，異冰 片含量在25-30%之間，比目前市場(chǎng)上經(jīng)提純后的冰片(50-60°/。正冰片， 30-40%異冰片)質(zhì)量更好，催化劑二次使用，產(chǎn)率雖有所下降，但正冰片 含量驟升，可達(dá)68-83%之間，在市場(chǎng)上價(jià)格更貴，足以抵消產(chǎn)率下降帶 來(lái)的損失，且產(chǎn)品進(jìn)一步提純后正冰片含量還可進(jìn)一步上升。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實(shí)施例1
1) 催化劑的制備四水硫酸鋯于700'C焙燒1小時(shí)后粉碎，再于700°C 焙燒2小時(shí)。
2) 冰片的制備將20克a -蒎烯、5.1克無(wú)水草酸及1.2克催化劑， 加入反應(yīng)瓶中，在磁力攪拌下采用程序升溫(65。Cl小時(shí)，75XM 小時(shí)，卯-ci小時(shí))的方式加熱進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)后過(guò)濾回收 催化劑，將濾液用水蒸汽蒸餾除去輕油，得到草酸二冰片酯，再
6加入33%的氫氧化鈉水溶液(4.5克氫氧化鈉，9克水混合而成)， 進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊水蒸汽蒸餾邊收集冰片，最后可得冰片9 10 克，經(jīng)HPLC測(cè)定，其中正冰片含量為55 60%，異冰片含量為 25 30%。 實(shí)施例2
1) 催化劑的制備將實(shí)施例l.中回收后的催化劑，于700。C焙燒0.5 小時(shí)后粉碎，再于700'C焙燒1小時(shí)。
2) 冰片的制備將20克a -蒎烯、5.1克無(wú)水草酸及1.2克催化劑， 加入反應(yīng)瓶中，在磁力攪拌下采用程序升溫(65-Cl水時(shí)，75'C4
小時(shí)，卯。C1小時(shí))的方式加熱進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)-后過(guò)濾回收
催化劑，將濾液用水蒸汽蒸餾除去輕油，得到草酸二冰片酯，再 加入33%的氫氧化鈉水溶液(4.5克氫氧化鈉，9克水混合而成)， 進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊水蒸汽蒸餾邊收集冰片，最后可得冰片6.0 7.0 克，經(jīng)HPLC測(cè)定，其中正冰片含量為68 83%，異冰片含量13 18%。
實(shí)施例3
1) 催化劑的制備同實(shí)施例l步驟l);
2) 冰片的制備2公斤ci -蒎烯、0.51公斤無(wú)水草酸及0.12公斤催化 劑，加入反應(yīng)器中，在磁力攪拌下采用程序升溫(65°C1小時(shí)， 75。C4小時(shí)，卯。C1小時(shí))的方式加熱進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)后過(guò)濾 回收催化劑，將濾液用水蒸汽蒸餾除去輕油，得到草酸二冰片酯， 再加入33%的氫氧化鈉水溶液(0.45公斤氫氧化鈉，0.9公斤水混 合而成)，進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊水蒸汽蒸餾邊收集冰片，最后可得 冰片0.9 1.0公斤。經(jīng)HPLC測(cè)定，其中正冰片含量為55 60%， 異冰片含量為25 30%。
實(shí)施例4
3) 催化劑的制備同實(shí)施例l步驟l);
4) 冰片的制備2噸a-蒎烯、0.51噸無(wú)水草酸及0.12噸催化劑，加入反應(yīng)器中，在磁力攪拌下采用程序升溫(65°C1小時(shí)，75TM小 時(shí)，卯。C1小時(shí))的方式加熱進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)后過(guò)濾回收催 化劑，將濾液用水蒸汽蒸餾除去輕油，得到草酸二冰片酯，再加 入33%的氫氧化鈉水溶液(0.45噸氫氧化鈉,0.9噸水混合而成)， 進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊水蒸汽蒸餾邊收集冰片，最后可得冰片0.9 1.0 噸。經(jīng)HPLC測(cè)定，其中正冰片含量為55 60%，異冰片含量為 25 30%。
實(shí)施例5
1) 催化劑的制備同實(shí)施例1歩驟1);
2) 冰片的制備40克a-蒎烯、5.1克無(wú)水草酸及1.2克催化劑，加 入反應(yīng)器中，在磁力攪拌下采用程序升溫(40°C1小時(shí)，8(TC5小 時(shí)，15CTC0.5小時(shí))的方式加熱進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)后過(guò)濾回收 催化劑，將濾液用水蒸汽蒸餾除去輕油，得到草酸二冰片酯，再 加入25%的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊水蒸汽蒸餾邊收集 冰片，最后可得冰片10 12克。
O 催化劑的制備同實(shí)施例l歩驟l);
2) 冰片的制備lO克c:-蒎烯、5.1克無(wú)水草酸及2克催化劑，加 入反應(yīng)器中，在磁力攪拌下采用程序升溫(60°C1小時(shí)，75°C4 小時(shí)，IO(TCI小時(shí))的方式加熱進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)后過(guò)濾問(wèn) 收催化劑，將濾液用水蒸汽蒸餾除去輕油，得到草酸二冰片酯， 再加入35%的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊水蒸汽蒸餾邊 收集冰片，最后可得冰片3 5克。
權(quán)利要求
1.一種冰片的綠色合成工藝，包括以下步驟α-蒎烯與無(wú)水草酸、催化劑硫酸鋯加入反應(yīng)瓶中，在攪拌下加熱至40℃～150℃進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)1～10小時(shí)后過(guò)濾回收催化劑，濾液除去輕油，得到草酸二冰片酯，再加入氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊蒸餾邊收集產(chǎn)物冰片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，所述的a-旅烯與無(wú)水 草酸的摩爾比為1 : 0.1 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成工藝，其特征在于，所述的a-旅烯與無(wú)水 草酸的摩爾比為1 : 0.4。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，所述的催化劑硫酸鋯 的投料質(zhì)量為a-蒎烯質(zhì)量的1 50%，優(yōu)選6%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，攪拌加熱的溫度為60 100°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，濾液除去輕油所采用 的方法為水蒸汽蒸餾，收集產(chǎn)物時(shí)所述的蒸餾是指用水蒸汽蒸餾。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，皂化反應(yīng)時(shí)加入的氫 氧化鈉或氫氧化鉀水溶液的濃度為20 40%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，所述的催化劑硫酸鋯 首次使用前需對(duì)催化劑原料四水硫酸酸鋯進(jìn)行處理，所述的處理是指 將四水硫酸鋯于650 75(TC焙燒0.5 1.5小時(shí)后粉碎，再于650 75(TC焙燒1.5 2.5小時(shí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，所述的過(guò)濾回收后的 催化劑硫酸鋯于650 750。C焙燒0.5 1小時(shí)后粉碎，再于650 750°C 焙燒1 1.5小時(shí)，即可重復(fù)使用。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成工藝，其特征在于，所述的過(guò)濾回收后的 失活的催化劑硫酸鋯可進(jìn)行活化再生,所述的活化再生技術(shù)是指將過(guò)濾 問(wèn)收后的催化劑硫酸鋯于550 65(TC焙燒1 2小時(shí)，粉碎，用lmol/L 硫酸銨溶液或lmol/L稀硫酸溶液浸泡1 12小時(shí)，過(guò)濾，干燥，粉碎， 再于550 65(TC焙燒2 4小時(shí)即可活化再生，活化再生后的催化劑即可使用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種冰片的綠色合成工藝，將α-蒎烯與無(wú)水草酸、催化劑硫酸鋯加入反應(yīng)瓶中，在攪拌下加熱至40℃～150℃進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)1～10小時(shí)后過(guò)濾回收催化劑，濾液除去輕油，得到草酸二冰片酯，再加入氫氧化鈉水溶液進(jìn)行皂化反應(yīng)，邊蒸餾邊收集產(chǎn)物，所得產(chǎn)物為冰片。該方法反應(yīng)平穩(wěn)，操作安全，催化劑原料易得，制備簡(jiǎn)便，只需將原料進(jìn)行焙燒、粉碎兩步處理即可使用，催化劑只需通過(guò)過(guò)濾就可與產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)分離，不腐蝕設(shè)備，不污染環(huán)境，而且催化劑可以重復(fù)使用，并可活化再生，催化活性強(qiáng)，反應(yīng)選擇性較好。
文檔編號(hào)C07C27/02GK101318880SQ20081004088
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者楊義文 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院