柠檬腈的合成

柠檬醛。

(反式柠檬醛):相对密度(d洲4)0.8888，折射率(n飞)l.4891，沸点
117一118oC(2666pa);柠檬醛p(顺式柠檬醛):相对密度0.8898，折射率(n20o)1.4591，
沸点118~119℃;柠檬醛在碱性和强酸性中不稳定闭。

柠檬醛天然存在于柠檬草油、柠檬油、白柠檬油、柑桔油、山苍子油、马鞭草油、
丁香罗勒油中，在柠檬草油(~80%)，丁香罗勒油(~65%)、山苍子油(一80%)
中含量最多，尤其是山苍子油为提取柠檬醛的主要原料l’7，K91。

山苍子别名山鸡椒(Litsea Cubeba)、山胡椒、木姜子等，是山区一种具有较高经济价值的野生植物，其果皮、树
皮、叶子均含有芳香油，经水蒸气蒸馏可得精油—山苍子油，得率达2~8%，我国为山苍子
油的主要生产国，长江以南各省区均产，年产量约为200御屯[7I卜12〕;由山苍子油用
分馏法或亚硫酸氢钠法分离可得柠檬醛门，而且用相转移催化技术改进传统工艺，可得高
纯度的柠檬醛，提取收率也从原来的不及75%提高到90%左右[’3]。

柠檬醛制备柠檬肟
从醛到肟的形成反应，酸或碱都能起催化作用，碱催化可以促使加成物脱水[al]，但由于
柠檬醛在碱性和强酸中不稳定门，制备柠檬肟在弱碱性的N球03水溶液中效果最好网;柠
檬醛与NH刃H.HCI在Na厂O藉液中生成柠檬肟的反应如下:
在碱性条件下，形成肟的机理为
1. 柠檬肟(CH3CO)2O脱水制备柠檬腈.
1.1主要试剂及仪器
柠檬肟(自制，含量95.1%)，(CH3CO)2O(AR)
1.2 实验操作
在100ml的三口烧瓶中加入13.5 g 95.1%的柠檬肟(0.077mol)，装上电动搅拌器，加入(CH3CO)2O，在50~60℃的温度下搅拌1.0h，再将反应温度升到所选定的范围搅拌脱水;反应完毕后冷却，将反应混合物转入蒸馏烧瓶中，蒸馏回收反应生成的CH3COOH及未反应的(CH3CO)2O，
进一步真空减压蒸馏，收集82~84℃/266.66Pa馏分，计算产率，并测定折射率。

1.3 反应方程式:
由于(CH厂O)p为良好的乙酸化试剂，月亏酷的形成比较容易，因而肟酷的消去反应为控制步骤;目前，对于乙酸酷的消去反应，比较一致的看法是热裂消去反应。

因此，我们认为乙酸柠檬肟酷的消去反应机理论为:
因为顺式醛肟(羟基与烃基在C=N的同侧)不稳定，比较容易变成反式醛肟(羟基与烃基在C=N的异侧)，因此，不论是顺式还是反式柠檬肟的(CH3CO)2O脱水均按此机理进行。

由此可以推测，提高反应的温度，将有利于消去反应，从而有利于柠檬肟转化为柠檬腈的产率。

1.4 最佳脱水条件的研究
1.4.1(CH3CO)2O的用量对柠檬腈产率的影响
我们在88一90℃的温度下进行实验，反应体系搅拌3.0h，实验结果如下表，(注明:表中反应物配比为柠檬肟与乙配的摩尔比)
上表明：(CH3CO)2O过量，有利于提高柠檬肟的转化率，但当柠檬肟与(CH3CO)2O的摩尔比超过1:2.0时，这种作用就不明显，因此，两者的摩尔比选l:2.0为宜。

1.4.2脱水温度对柠檬腈产率的影响
我们选择柠檬肟与(CH3CO)2O的摩尔比为l:2.0，在不同的温度范围内搅拌脱水2.0h，实验结果如
表
表明，反应温度太低，脱水速度太慢，脱水不完全;温度过高，因发生副反应，柠檬腈产率反而下降，因而，脱水温度选择在108~110℃之间为宜。

1.4.3反应时间对柠檬腈产率的影响
我们取柠檬肟与(CH3CO2O的摩尔比为l:2.0，在108~110℃下进行实验，实验结果如表
结果表明，在108~110℃温度下，反应2.5h，脱水就比较完全，因此，反应时间选择2.5h为宜。

综合以上实验结果可知，使用(CH3C0)2O作脱水剂，柠檬肟脱水制备柠檬腈的最佳反应条件为:柠檬肟:(CH3CO)2O=l:2.0(摩尔比)，反应温度108~110℃，反应时间2.5h，
1.5 小结
使用(CH3CO)2O作脱水剂，从柠檬肟制备柠檬腈，中间产物肟酷的消去是热裂消去反应，控制反应的温度是合成的关键;提高温度有利于加快消去反应的速度，提高柠檬肟到柠檬腈的转化率，但温度过高，因为发生副反应，转化率反而降低，我们通过实验改进了前人的工作，确定了最佳脱水条件，使柠檬肟到柠檬腈的转化率达92.7%，两种主要异构体含量94.5%，结果令人满意。

然而脱水过程需要消耗大量的(CH3CO)2O，合成成本较高;
2 相转移催化剂作用下柠檬肟碱催化脱水合成柠檬腈
2.1主要试剂与仪器
K2CO3(AR)，NaOH (AR)，KOH (AR)，四丁基溴化铵(TBAB)(AR)，十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)(AR)，聚乙二醇--400(PEG一400)(CP)，聚乙二醇一600(PEG一600)(CP)。

2.2实验操作
在10oml的三口烧瓶中加入13.5995.1%的柠檬肟(o.O77mol)和50ml甲苯，装上电动搅拌器、分水器及温度计，加入固体碱和相转移催化剂，油浴加热升温，反应体系在110一112℃温度下搅拌脱水;反应结束后冷却，用稀CH3COOH溶液中和至中性，转到分液漏斗中分出水层，油层用2*60ml 水洗涤两次，再用无水MgSO4干燥;减压蒸馏回收溶剂，转入分馏烧瓶，真空减压蒸馏，收集82~84℃/266.66Pa馏分，计算产率，并测定折射率(n =1.4738一1.4740)
2.3柠檬肟存碱的催化作用下，脱水生成柠檬腈的反应为:
脱水反应一般在非水溶剂中进行，碱为固体碱，因此，反应为固—液两相反应，比较难进行，要加快脱水速度，可以采取两种办法，第一种方法是提高脱水温度，但如果温度过高，除加快柠檬肟的脱水速度之外，还会使己生成的柠檬腈发生如下的副反应:
因此，脱水反应有一个适宜的温度范围，考虑到使用甲苯作溶剂及带水剂，因此，脱水温度取110~112℃之间为宜。

2.4小结
柠檬肟在甲苯中的碱催化脱水为液一固两相反应，由于PTC能将碱转移到有机相中，从而大大加快了脱水的速度，提高了转化生成柠檬腈的产率;使用KOH-TBAB，通过正交实验设计法确定的最佳脱水条件，可使柠檬腈的产率达到91.0%，两种主要异构体的总含量达96.0%;本方法操作简便，KOH及TBAB用量少，甲苯可以反复利用，柠檬腈产率高，有良好的应用前景。

3. 柠檬肟载体碱催化脱水合成柠檬腈。

3.1 主要试剂
KOH(AR)，中性Al2O3:(层析用，100~200目)，柠檬肟(自制，95.1%)
3.2系列载体碱KHO/Al2O3的制备
在500ml的茄形烧瓶中加入15.59KOH(0.276mol)和22.59中性Al2O3(0.22Imol)，再加入100ml 水使KOH溶解，在75~80℃的水浴上用旋转蒸发仪旋转1.5h，后减压除去水份，所得的固体在90~95℃温度下真空干燥1.0h，即得摩尔比为1:0.8的载体碱KOH/Al2O3，研碎千燥备用。

同法可制备1:1.2和1:1.6的KOH/Al2O3
3.3实验操作
在100ml的三口烧瓶中加入13.5995.1%的柠檬肟(0.O77mol)和50ml甲苯，装上电动搅拌器和分水器，加入载体碱KOH/Al2O3，装上温度计，油浴加热升温，反应体系在110~110℃下加热脱水。

待反应完毕后，过滤，用15ml*2甲苯洗涤载体，回收载体;合并甲苯层，并用稀cH3cOOH中和至中性，用15ml*2水洗涤两次，甲苯层用无水MgSO4干燥，减压回收甲苯，再真空减压蒸馏，收集84~86℃/266.66Pa馏分，计算产率，并测定折射率。

(nZoo= 1.4738一1.4740)。

3.4 柠檬肟用载体碱KOH，/Al2O3催化脱水合成柠檬腈的反应为:
上述反应虽然仍属液一固两相反应，但用KOH与活性Al2O3制成载体碱KOH/Al2O3后，情况与单独使用KOH作催化剂有很大的不同，因为活性Al2O3具有很大的比表面积和良好的吸附性能，在载体碱KOH/Al2O3中，KOH大面积均匀分散在Al2O3表面上;另外，Al2O3表面存在孔隙，其大小适宜于反应物分子的大小，可吸附反应物分子，这样极大地增加了碱KOH对底物活化分子的有效作用，因此，可以大大加快脱水速度，提高脱水转化率。

3.5优点用正交实验设计法确定最佳脱水条件: 1:1.2KHO/Al2O3(摩尔比)的用量为20% (KOH 对柠檬肪的摩尔百分比)，反应温度110~112℃，反应时间3.0h。

此条件下，柠檬肟到柠檬腈的平均转化率达9
4.1%(两种主要异构体的含量达94.6%)。

本方法KOH/Al2O3用量少，载体Al2O3、甲苯可以反复利用且活性经本保持不变，转化率高，具有非常良好的工业应用前景。