α-蒎烯光敏氧化异构合成紫苏醛研究

作     者：邹宾宾 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈茜文;罗卫华

授予年度：2012年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：紫苏醛 催化 光敏氧化 异构 α-蒎烯 

摘      要：桃金娘烯醛和紫苏醛作为重要的香料品种,已广泛应用于日用化工、医药、食品等行业。同时,桃金娘烯醛和紫苏醛也是合成高甜度、低热值紫苏葶香料的重要中间体。以α-蒎烯为原料合成紫苏醛是利用化学合成途径制备紫苏葶工艺路线中最难而又关键的两步反应。针对目前方法使用价格昂贵、有剧毒的二氧化硒催化氧化α-蒎烯及采用Cu-Zn催化剂对桃金娘烯醛催化异构反应需要高温高真空苛刻条件下才能实现的缺点,探寻新型的、有效的催化剂和方法,使反应沿着反应条件更加温和、更加环保的绿色化学方向发展具有重要意义。本论文以我国丰富的松节油资源中的α-蒎烯为原料,采用光敏氧化、催化异构两步反应合成紫苏醛,探讨了各反应条件对反应转化率和选择性的影响规律。同时,用GC-MS、红外光谱鉴别产品结构,对固体超强酸用Hammett指示剂法和XRD进行表征。得到以下结论：1、以α-蒎烯为原料,以卤素灯为光源,在自制光化学反应器中进行光敏催化氧化α-蒎烯合成桃金娘烯醛反应。考察了光敏催化氧化反应条件对反应转化率和选择性的影响规律。结果表明：以吡啶-醋酸酐-铜盐为催化剂,在原料浓度0.5 mol/L,催化剂浓度0.168mol/L,反应温度45℃,氧流速0.30 L/min条件下反应6 h,原料的转化率达94.89%,桃金娘烯醛的选择性可达56.46%。纯化后的桃金娘烯醛的纯度达96.71%。质谱与红外分析结果与桃金娘烯醛的标准谱图相符。2、以桃金娘烯醛为原料,以Cu/ZnO为催化剂,在裂解反应装置中进行催化桃金娘烯醛异构化合成紫苏醛反应。考察了异构化条件对反应转化率和选择性的影响规律。结果表明：以Cu/ZnO-1为催化剂,在焙烧温度300℃,反应温度350℃,进样速度2.0 mL/min,原料与催化剂的质量比4：5条件下,原料的转化率达88.79%,紫苏醛的选择性可达54.72%。纯化后的紫苏醛纯度达94.27%。质谱与红外分析结果与紫苏醛的标准谱图相符。3、以桃金娘烯醛为原料,以固体超强酸SZT为催化剂,在裂解反应装置中进行催化异构桃金娘烯醛合成紫苏醛反应。考察了异构反应条件对反应转化率和选择性的影响规律。结果表明：以固体超强酸SZT-15为催化剂,在浸渍浓度1.0mol/L,焙烧温度550℃,进样速度1.0 mL/min,反应温度400℃条件下,转化率达87.51%,选择性可达40.56%。纯化后的紫苏醛纯度达92.64%。质谱与红外分析结果与紫苏醛的标准谱图相符。4、使用Hammett指示剂法测定固体超强酸催化剂的酸度,并对其晶体结构进行XRD分析,结果表明：低温陈化制备SZT-15催化剂的酸强度H0可达-16.0比常温陈化催化剂的酸强度(H0=-12.0～-13.2)高。SZT-15固体超强酸催化剂出现了较强的锐钛矿晶相衍射峰,而常温陈化的样品为无定形态。