80-71-7 / 甲基環戊烯醇酮的制備和應用

背景及概述

甲基環戊烯醇酮是一種重要的原料，目前國內生產甲基環戊烯醇酮的生產量達到2000噸以上。甲基環戊烯醇酮天然存在于木焦油中，具有咖啡似的焦糖香味，外觀是白色結晶體，作為香精中常用的香原料，廣泛用于食品、日化、煙草香精的調配中。因此對該類產品的含量香氣均有較高的要求。目前國內市場上該產品的制備方法主要有兩種。一種方法是以甲基呋喃、甲醛、二甲胺為原料經過邁克爾加成，再進行重排、水解的方法。該方法是目前生產的主流工藝。另一種是以己二酸為原料，經過酯化、環化、甲基化、水解脫羧的方法。該方法的生產周期較長，且生產過程中產生大量酸性廢水，環保壓力較大，不符合當前綠色化工的要求，所以該方法正在逐步被淘汰。但是不管使用哪種方法，最終的提純都是采用結晶的方法。目前結晶工業生產都采用間歇結晶，存在周期長、能耗高、生產效率低等問題。因此尋求一種簡單方便、可連續操作的結晶生產工藝，降低生產成本，減少三廢排放成為甲基環戊烯醇酮結晶生產過程中亟待解決的技術問題。

制備

1）草酸二乙酯法

Strunz等［5］通過混合草酸二乙酯與戊二酸二甲酯，在甲醇鈉的催化下加熱回流反應，然后再與戊二酸二甲酯混合加熱反應，最后用碘化鉀進行加成反應，通過用42%磷酸溶液脫羧后得到MCP，產品總得率為80%。此方法采用一鍋法反應，操作簡便，但反應時間極長，并且利用碘甲烷作為反應物，成本較高，不利于工業化生產。利用草酸二乙酯、丙酸乙酯、丙烯酸乙酯、無水乙醚、N，N-二甲基二甲酰胺、濃鹽酸、金屬鈉、磷酸、乙酸乙酯、無水乙醇等合成MCP，產品總得率為51.09%。在乙醇鈉的催化下，丙酸乙酯與草酸二乙酯在60℃的無水條件下反應，得到的Claisen縮合反應產物2-甲基-3-羰基-丁二酸二乙酯再與丙烯酸乙酯在80℃的條件下反應，最后以50%磷酸為催化劑，在90～100℃下水解反應，可制得甲基環戊烯醇酮。該工藝雖避免了使用昂貴的碘甲烷，但反應時間依然較長，而且反應涉及金屬鈉的使用，提高了生產的危險性。

2）2，5-己二酮法

利用2，5-己二酮與1%w/v的NaOH溶液反應能獲得3-甲基-2-環戊烯-1-酮，但反應物轉化率并不理想，反應結束后仍檢測出20%的2，5-己二酮。后來改良了該方法，利用0.076%w/vNaOH溶液在高溫條件下反應制備的3-甲基-2-環戊烯-1-酮。通過利用H2O2在堿性條件下氧化并用酸水解3-甲基-2-環戊烯-1-酮制備出甲基環戊烯醇酮。該工藝涉及高溫和氧化反應，提高了生產的危險性，且原料成本不低，不適宜工業化生產。

3）2-甲基呋喃法

以甲醛水溶液、二甲胺水溶液與2-甲基呋喃在弱酸性(pH4-5)的條件下加熱，得到Mannich反應產物N，N-二甲基-5-甲基糠胺。然后通過用稀鹽酸催化N，N-二甲基-5-甲基糠胺在98～100℃的條件下反應開環重排，再調節pH至12～13在70～80℃的條件下反應得到1-二甲基氨基-2，5己二酮。最后經水解、重結晶可制得甲基環戊烯醇酮。該工藝原料廉價易得，操作簡便，在國內目前已有工業化生產。但原料毒性較大，反應過程產生大量刺激性氣體，而且產生的污水量大，如何處理生產過程對環境造成的污染，是該工藝的難題。

4）己二酸二甲酯法

先利用己二酸與甲醇或乙醇制備己二酸二酯，己二酸二酯經過Dieckmann縮合反應得到環戊-2-酮酸酯。在堿性條件下，與甲基化試劑進行反應，得到2-甲基環戊-2-酮酸酯。最后經過氧氯化，并在酸性條件下水解、脫羧后制得甲基環戊烯醇酮。該工藝原料廉價易得，已有工業化生產。但生產過程中需要通入氯氣進行氯化反應，對溫度與整個反應體系的含水量的控制要求較高：溫度過高，會產生副反應，降低產品得率；溫度過低，反應不完全，回收溶劑時會有大量的氯氣逃逸，需要消耗大量的水與堿液吸收并中和廢氣，極大地增加廢氣回收成本和污水的排放。

5）異戊二烯法

以異戊二烯為原料制備MCP的工藝。該工藝利用三甲基芐基氯化銨催化異戊二烯與氯仿反應合成1，1-二氯-2-甲基-2-乙烯基環丙烷。1，1-二氯-2-甲基-2-乙烯基環丙烷通過9次高溫裂解后迅速冷卻重排得到1-甲基-4，4-二氯環戊-1-烯，再在酸性條件下水解成3-甲基-2-環戊烯-1-酮。最后通過氧化水解3-甲基-2-環戊烯-1-酮可制得甲基環戊烯醇酮。該工藝步驟繁多，操作復雜且難度大，涉及高溫裂解與快速冷卻，耗費能源極大，不利于工業化生產。

6）2-乙氧基乙醛法

以2-乙氧基乙醛為原料，在堿性條件下利用噻唑鎓鹽催化與丁烯酮反應，得到1-乙氧基-2，5-二己酮，再通過分子內縮合得到2-乙氧基-3-甲基環戊-2-烯酮，最后經酸性水解可制得甲基環戊烯醇酮。該工藝需要使用溶劑萃取和鹽水洗滌，生產成本較高，而且產生廢鹽水廢酸較多，如何處理污水和回收的溶劑是該工藝的難題。

7）2-甲基環戊酮法

利用2-甲基環戊酮與亞硝酸異丙酯在酸性條件下反應，2-甲基環戊酮亞硝化得到3-甲基-1，2-環戊酮單肟。3-甲基-1，2-環戊酮單肟在酸性條件下水解，可制得甲基環戊烯醇酮。該工藝所使用的原料廉價易得，反應條件溫和，工藝操作簡單且產量較高，工業化前景良好，但水解反應產生的廢酸廢水廢鹽較多，如何解決環保問題是該工藝的難點。

應用

甲基環戊烯醇酮是一種良好的增香劑和低熱甜味劑，已被廣泛用于食品、飲料行業中。我國《食品添加劑衛生標準》(GB2760-2011)規定甲基環戊烯醇酮為允許使用的食用香料，執行標準為《食品添加劑甲基環戊烯醇酮》(QB/T2641-2004)。因此研究甲基環戊烯醇酮的合成方法具有重要意義。

主要參考資料

[1] CN201810524480.X結晶法純化甲基環戊烯醇酮的生產工藝

[2] 甲基環戊烯醇酮合成的研究進展

[3] CN201611092100.7一種1-羥基-2，5-己二酮制甲基環戊烯醇酮的方法