摘要：工业上假性紫罗兰酮的合成多为间歇式，选择性较低，利用振荡连续流反应器，考察振荡频率、停留时间、反应温度、氢氧化钠用量、丙酮与柠檬醛摩尔比等因素对合成假性紫罗兰酮的影响。结果表明：当振荡频率300 r/min，停留时间1.5 h，反应温度35℃,氢氧化钠用量(质量分数)为1%，丙酮与柠檬醛摩尔比为14∶1时，假性紫罗兰酮的转化率达到了98%，选择性达到了94%。该反应器可以实现假性紫罗兰酮的连续反应。
关键词：假性紫罗兰酮,柠檬醛,振荡反应器,合成工艺,化学品
0引言
假性紫罗兰酮(C13H20O),化学名6,10-二甲基-3,5,9-十一烷三烯酮，是一种重要的医药中间体，广泛应用于维生素A、维生素E及一些高附加值香精香料的合成[1-7]。近年来，由于我国医药行业及香精香料的迅速发展对其需求量日益增加[8]，且其上下游产品种类丰富，应用前景十分广阔。常用的制备方法是以柠檬醛和丙酮在碱性催化剂的作用下，经Aldol反应羟醛缩合生成假性紫罗兰酮[9]，相关的合成条件国内外均已做过相当多的探索[1-2,4-7,9-14]，合成工艺成熟。工业上多采用间歇式反应器进行生产，存在反应时间长[3,10]、碱性过强易使原料自聚[10,12]、收率较低[5]、操作复杂且无法有效连续化生产等[4]。
相比传统间歇式反应器，连续流反应器具有传质、传热效率高，传质速度快，热交换高效等特点[15-17]，可以精准控制反应条件如温度、时间等，可以快速有效混合的同时提高转化率，避免副反应发生；自动化、智能化的操作，减少了人员在原料称量、装置搭建、投料卸料及装置清洗等步骤上的时间消耗，可以不间断生产；有更高的时空产率，可以连续进出料，使反应物不受批量的限制，提高目标产物选择性；本质安全性，反应器中停留的化学品量很少且反应过程易于控制，提高反应安全性[16-17]。
为此，设计了一个管式反应器，将设计好的反应器固定于摇床内，摇床控制温度并进行振荡，再将配好的物料通过计量泵打入进行反应。在此基础上，探索了相关条件变化对反应的影响，并得出了合成的最佳工艺条件。实验表明，假性紫罗兰酮的合成连续化是可实现的，对其进行工业化连续生产具有重要的借鉴意义。
1实验部分
1.1原料与试剂
柠檬醛(含量≥97%)，浙江医药股份有限公司昌海生物分公司；丙酮(AR)，湖州双林化学科技有限公司；氢氧化钠(AR)，国药集团化学试剂有限公司；冰醋酸(AR)，国药集团化学试剂有限公司。
1.2主要仪器
气相色谱仪：Agilent 7820A型，美国安捷伦科技有限公司；气相色谱-质谱联用仪：Agilent 5977A型，美国安捷伦科技有限公司；数显恒温振荡器：SHA-B型，常州中捷实验仪器制造有限公司；计量泵：PPS-100B型，杭州精进科技有限公司。
1.3实验方法
将NaOH溶解到纯化水中(标为溶液1)，再将混合均匀的丙酮/柠檬醛溶液(标为溶液2)，分别泵入振荡管式连续流反应器。反应器内径10 mm，长度1 m，内置振动子，在振荡床的作用下，振动子发生相对运动，对流体进行搅拌混合。在反应器出口取样，收集产物后立刻加入适量20%醋酸溶液中和NaOH终止反应，用分液漏斗将油相与水相分离，先旋蒸减压回收丙酮，再用饱和食盐水洗涤后减压蒸馏，收集110～120℃(560 Pa)馏分，摇床控制温度并进行振荡，得到假性紫罗兰酮样品，产物用溶剂稀释后进行GC分析。
实验流程如图1所示。在没有特别说明的情况下，振荡频率为300 r/min、停留时间为1.5 h、反应温度为35℃、催化剂浓度(NaOH/油)为1.0%、丙酮与柠檬醛摩尔比为14∶1。
1.4样品检测
采用气相色谱检测，测试条件：DB-5石英毛细管柱(30 m×320μm×1μm)。程序升温：柱初始温度120℃,保持15 min，升温速率20℃/min，升温至280℃,载气为氮气，流速20 m/min，分流比为100∶1，气化室温度300℃(FID)。数据用峰面积归一化法进行计算。
2结果与分析
2.1摇床振荡速度对合成假性紫罗兰酮的影响
按1.3的方法合成假性紫罗兰酮，考察摇床振荡速度对假性紫罗兰酮收率的影响，结果如图2所示。可以看出摇床的振荡速度对反应的转化率和选择性影响较小，但在小于100 r/min时，由于振荡速度不高导致料液混合不够充分，反应转化率和选择性明显较低；在100～300 r/min范围内，随着震荡速度增加物料混合程度增加，使得反应的转化率慢慢变大；在大于300 r/min时，震荡速度的增加使反应物料混合程度增大的同时也有少部分料液在反应器里返混，使得副反应发生，杂质增多，转化率和选择性略有下降。故适宜的振荡速度选择在300 r/min。
2.2反应停留时间对合成假性紫罗兰酮的影响
按1.3的方法合成假性紫罗兰酮，继续考察反应停留时间对合成假性紫罗兰酮影响，结果如图3所示。由于所设计的反应器体积一定，转化率一开始随着停留时间的增大而增大，在停留时间为1.5 h左右时有最高的选择性；当停留时间继续增大，反应料液未能及时从反应器排出，导致过度反应，副反应增加，转化率开始下降。停留时间过短则反应不完全，转化率较低；过长则杂质开始变多。所以适宜的反应停留时间在1.5 h。
2.3反应温度对合成假性紫罗兰酮的影响
按1.3的方法合成假性紫罗兰酮，确定了摇床振荡速度和反应停留时间后，继续考察反应温度对合成假性紫罗兰酮影响，结果如图4所示。从图中可以看到，反应温度对反应有显著的影响。当反应温度低于35℃时，转化率和选择性随着温度的上升而攀升，这个阶段杂质比较少但是转化不完全，随着反应温度的升高，物料中分子扩散效应增大的同时使得转化率和选择性升高。而当温度高于35℃时，转化率和选择性开始下降，温度的升高使反应速度加快的同时导致柠檬醛自身缩合或过度反应，副反应加剧，杂质明显增多。因此适宜的反应温度在35℃。
2.4氢氧化钠用量对合成假性紫罗兰酮的影响
按1.3的方法合成假性紫罗兰酮，确定了摇床震荡速度、停留时间及反应温度后，再探究NaOH用量对合成假性紫罗兰酮的影响，按加入碱、柠檬醛和丙酮总量计算碱的用量，结果如图5所示。可以看到，NaOH作为催化剂对反应有着比较明显的影响，随着碱量的增加，产物的转化率和选择性呈现先上升后下降的趋势。当碱的用量在0.5%～1.0%时，反应的转化率和选择性随着碱量的增加而上升，但此时反应尚不完全，接收料液中有原料残余；当碱的用量大于1.0%时，转化率和选择性随着碱量的增大而慢慢降低。碱浓度过低，反应发生的程度不够；而碱浓度的过大会导致柠檬醛自缩合、丙酮自缩合及柠檬醛和产物自缩合等副反应增加，使转化率和选择性呈下降趋势。故按加入碱、柠檬醛和丙酮总量计算碱的用量，适宜的碱用量在1.0%左右。
2.5物料摩尔配比对合成假性紫罗兰酮的影响
按1.3的方法合成假性紫罗兰酮，确定各因素最佳条件后，最后考察物料摩尔配比(n丙酮∶n柠檬醛)对合成假性紫罗兰酮的影响，结果如图6所示。可以看到，丙酮与柠檬醛摩尔比对合成假性紫罗兰酮有明显的影响，当丙酮与柠檬醛摩尔比＜14时，假紫转化率和选择性较低，两者随着丙酮与柠檬醛摩尔比的增大而线性增大；而当丙酮与柠檬醛摩尔比＞14时，假紫的转化率和选择性开始呈下降趋势。物料摩尔比的合理增大，使选择性提高，在摩尔比为14的时候转化率达到了98%，选择性能达到94%，物料摩尔比持续增大容易导致柠檬醛浓度降低，反应速度下降，自身过度反应得到二柠檬醛烯基酮等副产物，且丙也会更容易自缩合。故适宜的丙酮与柠檬醛摩尔比为14∶1。
3结语
以柠檬醛和丙酮为原料，通过摇床和新式反应器的结合，在碱催化下合成假性紫罗兰酮。本文探究了摇床振荡速度的快慢、反应停留时间的长短、反应温度的高低、氢氧化钠用量多少、丙酮和柠檬醛的物料摩尔比大小等因素对合成假性紫罗兰酮试验的影响，获得了新式反应器下合成假性紫罗兰酮的适宜工艺条件，假性紫罗兰酮的转化率达到了98%，选择性达到了94%。
从结果来看，本实验有效解决了假性紫罗兰酮的连续合成问题，使反应温度大大降低，碱使用量大为减少，为其工业生产的连续化提供了一种新的思路和方向。
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