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[键入文字]哈尔滨理工大学学年设计题目：香兰素的合成进展院、系：姓名：指导教师：系主任：尚岩2014年6月17日哈尔滨理工大学学年设计I摘要香兰素被称为香草醛，化学名为3一甲氧基一4一经基苯甲醛。在自然界有广泛存在，特别是在香荚兰豆中含量可达1.5一3.0%。香兰素具有奶油香气，广泛用作定香剂，应用于化妆品、香皂、糕点、糖果、烘烤食品等行业。同时香兰素也是重要的医药中间体，香兰素是合成联苯双酯、特拉唑嗪、3,4,5一三甲氧基肉桂酸异丙胺的中间体。香兰素在电镀行业中也有广泛应用。目前，香兰素市场需求量稳步增长,全球每年的需求量超过1600t，世界年产量10000t以上，我国香兰素年出口量在2000t以上。我国香兰素生产能力较高，但规模、技术和产品质量均低于国际先进水平。国内香兰素的生产产量远远满足不了工业需求。因此，进行香兰素的合成研究具有重要意义。本文对香兰素的合成方法进行了概述，并介绍了我国香兰素技术改进、新工艺开发和相关技术开发的情况，最后提出了香兰素发展方向。关键词香兰素；合成；生产哈尔滨理工大学学年设计目录摘要...............................................................................................I前言...............................................................................................1第1章国内现有技术及技术比较...................................................21.1国内技术...............................................................................21.1.1化学合成法生产香兰素...........................................21.1.2植物提取法生产香兰素...........................................51.1.3微生物法生产香兰素...............................................51.2香兰素制备方法的优缺点比较..........................................5第2章香兰素新工艺开发情况.......................................................72.1乙醛酸法生产香兰素...........................................................72.1.1乙醛酸法生产工艺....................................................72.1.2乙醛酸法存在的问题...............................................72.2对羟基苯甲醛法生产香兰素..............................................82.3对甲酚法生产香兰素..........................................................82.4微生物转化法......................................................................9第3章香兰素生产技术发展趋势.................................................10总结.................................................................................................11参考文献...........................................................................................12哈尔滨理工大学学年设计1前言香兰素是世界上产量最大的合成香料，作为香料添加剂，以其添加量少和独有的芳香而备受国际香料界的青睐。香兰素还是一种重要的有机化工原料，作为一种有机合成中间体，通过一系列化学反应制备各类医药、农药以及各种有机合成中间体。在化学分析方面，香兰素可用来检验蛋白质氮杂茚及间苯三酚的存在。在农业上，香兰素成腙后可用作农作物的除草剂，还可作为甘蔗的催熟剂。在日用化工方面，可用作电镀光亮剂。随着香兰素应用领域的不断拓展，其需求量正以每年10%的速度增长，仅美国每年进口量就超过4000t，香兰素在市场上已成为紧俏的精细化学品[1]。目前合成香兰素的方法有三种，即：(1)从香子兰花荚中提取的天然香兰素；(2)用化学合成法（如愈创木酚法、木质素法、黄樟素法、丁香酚法、对羟基苯甲醛法、4-甲基愈创木酚法、对甲酚法等）生产的香兰素。(3)用微生物法生产的香兰素。天然香兰素主要是从天然香荚兰中提取，但是香荚兰种植区域有限，产量受气候影响大，劳动强度大，得到的天然香兰素价格极其昂贵,每公斤售价高达4000美元，约为合成香兰素的300倍[2]。化学法合成的香兰素，供大于求，市场价格较低，每公斤不到15美元,这种香兰素不仅香型单一，而且合成过程中污染严重而无法被人们接受。目前最具潜力的生物合成法具有原料天然且廉价易得，生产过程清洁无污染，快速高效等优点，利用生物技术手段生产天然香兰素已成为一种值得推广的新渠道[3]。但是如何达到工业化生产所需要的高产量，并使下游的产物分离纯化过程简单化和经济化，实现更高的经济效益，仍是天然香兰素价格居高不下的主要限制因素，这也是现阶段科学研究领域的瓶颈，亟待突破性的创新研究。哈尔滨理工大学学年设计2第1章国内现有技术及技术比较1.1国内技术1.1.1化学合成法生产香兰素据统计，现今市场上绝大部分的香兰素产品是利用化学合成法生产的，供大于求。其原料主要是木质素和愈创木酚[4]。1.1.1.1丁香酚路线19世纪末，Reimer和TieTnann开始用此法合成香兰素。现在最常用的方法是在碱存在下，将丁香酚异构化为异丁香酚钠，然后用氧化剂将异丁香醛钠氧化成香兰素钠盐，再中和结晶后可以得到香兰素，如图1-1：图1-1这一合成路线采用天然丁香酚为原料，原料价格高，相对成本较高，用这一方法生产的香兰素其同位素测试结果与天然香兰素相近，但其销售价格比用愈创木酚为原料生产的香兰素高几倍。因此目前还是有少量香兰素通过此法生产。1.1.1.24一甲基愈创木酚路线用此法生产香兰素时所用的原料是天然4一甲基愈创木酚，因此原料成本相对较高。但用此法生产的香兰素天然度与天然香兰素相似，也作为天然香兰素销售。其具体的生产方法如下，如图1-2：哈尔滨理工大学学年设计3图1-24一甲基愈创木醛、氢氧化钠、甲醇及催化剂等加入釜内后，用氧气氧化，中和后回收甲醇，冷却得初品香兰素，精制后可得成品香兰素。1.1.1.3木质素法1938年美国Salvo公司开始用此方法生产香兰素，此法以亚硫酸纸桨废液中所含的木质素磺酸盐为原料，在碱性条件下氧化，然后水解得到香兰素。其反应方程式如下，如图1-3：图1-3此法生产的香兰素质量相对较差，应用领域有所限制。同时只有纸厂与纸厂合作才可能有造纸废液可用，所以采用此法生产香兰素的厂家减少。国内除少量造纸厂用此法生产香兰素外，没有其它厂家应用。从总体上分析，用此路线生产的香兰素比例在下降。1.1.1.4愈创木酚二甲基苯胺法这一方法生产香兰素已有90多年，我国在上世纪五十年代从前苏联引进这一生产工艺,我国目前基本都用此法生产香兰素。反应方程式如下，如图1-4：在具体生产中，先将N,N一二甲基苯胺用盐酸酸化成盐，然后用亚硝酸钠亚硝化,得亚硝化物；再将亚硝基化合物与邻甲氧基苯酚、甲醛缩合制得粗品；粗品经过萃取、浓缩,二次蒸馏、二次结晶、干燥得到成品。随着哈尔滨理工大学学年设计4生产工艺的不断改进，反应的收率已提高到60%以上。同时，副产对N,N一二甲胺基苯胺盐酸盐可用来生产敌克松农药，对降低香兰素的生产成本有利。但此法生产香兰素三废产生量也较大，而且废水中氨氮含量高难以生化处理。由于三废原因，国外基本已无厂家用此法来生产香兰素,但国内厂家基本都用此法生产香兰素，随着国家对环境保护要求日益提高，国内香兰素生产企业也将放弃这一生产方法。图1-41.1.1.5愈创木酚乙醛酸法从20世纪80年代开始，国外多数生产厂家已用愈创木酚乙醛酸生产方法代替愈创木酚二甲基苯胺法生产香兰素。此法与愈创木酚二甲苯胺法相比，生产成本相近，但产生的废水有所下降且易于生化处理。此法用愈创木酚在碱性条件下与乙醛酸缩合生成3一甲氧基一4一羟基扁桃酸，缩合反应液在回收未反应的愈创木酚后，经催化氧化生成相应的酮酸化物，酮酸化物在酸性条件下脱羧生成香兰素。其反应方程式如下，如图1-5：图1-5哈尔滨理工大学学年设计51.1.2植物提取法生产香兰素香兰素以游离态和葡萄糖苷的形式广泛存在于自然界植物中，尤其在香荚兰豆中，含量约为20g/kg。世界香荚兰产地目前主要集中在马达加斯加、印度尼西亚、科摩罗、留旺尼、乌干达、墨西哥和塔希提等岛屿国或地区[5]。香荚兰的深加工产品主要是香荚兰浸剂,方法是先将香荚兰切碎放入浸提器中,用95%的乙醇在50ºC−60ºC条件下浸提，过滤后即可。这种方法成本高、费时,且溶剂会残留。采用超临界溶剂萃取技术[6]、无毒、无溶剂残留、在加工过程中也不接触空气，因此香兰素不会发生水解、氧化和酯化等反应,收率也较高。1.1.3微生物法生产香兰素采用微生物发酵方法，在含有机磷酸盐的介质中，加入阿魏酸或阿魏酸钠，放入固定培养的放线菌，通过生物转化成香兰素。微生物法合成香兰素将是天然产品的最佳替代品，在不降低产品等级的同时大幅度降低成本，是非常有产业前景的项目。现在国内已有这方面的研究，主要有：（1）清华大学深圳研究生院生命科学学部研发的微生物法技术，据报道称，该技术采用易于培养和控制并生物安全的菌种，利用价格低廉的底物，发酵过程简单并可控，转化效率比较高，产物易于提取纯化。采用基因重组的大肠杆菌，利用葡萄糖为碳源，并将其直接转化为香兰素。（2）江南大学研发的微生物法技术，据报道该技术生产工艺流程为：①实验室筛选得到微生物菌株——通过三级深层通气发酵培养得到微生物酶——分次流加阿魏酸水溶液——再通过酶转化作用得到香草酸溶液——过滤除去菌体——滤液用溶剂萃取——萃取液回收溶剂后结晶得到香草酸；②实验室筛选得到微生物菌株——通过三级深层通气发酵培养得到微生物酶——分次流加香草酸水溶液——再通过酶转化作用得到香兰素溶液——过滤除去菌体——滤液用溶剂萃取——萃取液回收溶剂后结晶得到香兰素粗品——通过重结晶精制得到香兰素精品。1.2香兰素制备方法的优缺点比较天然香兰素符合人们日益增强的环保意识，但价高量少，因此大量采用化学方法合成，不过这种化学产品最多只是天然等同品，等级较低。用哈尔滨理工大学学年设计6化学合成法生产香兰素中用丁香酚与4一甲基愈创木酚路线可以生产天然级香兰素,由于用天然原料作反应原料，成本自然较高，且受原料来源的限制，大规模生产香兰素是不太现实的。木质素法是利用造纸的废水生产香兰素，有利于环境治利，生产成本也不高,应该有一定的优势;但由于这一路线生产的香兰素由于其质量原因，产品的销售会有困难；另外，这一路线是利用造纸废水生产香兰素，其原料来源也有限制，所以其生产规模要进一步扩大有困难。愈创木酚二甲苯胺法的生产工艺成熟，已使用近百年，虽然这一工艺与其它工艺相比较为复杂，但工程设计简单，生产成本也较低，目前还是有一定优势，且这一工艺在部分工艺还有进一步改进的可能；但这一路线产生的废水难治理，从环境保护