2-乙酰基吡嗪的合成工艺优化研究

陈 祥，卫 洁，宋成斌，张广军，臧传近，闫培良

(滕州市悟通香料有限责任公司,山东 滕州277521)

2-乙酰基吡嗪带有爆米花和烘烤样的味道。其安全使用性为FEMA3126,所以在烘烤食品、花生、芝麻、肉类、烟草中均有使用。1-辛烯3-醇是一种无色至微黄色结晶，具有爆玉米香味，它存在于天然植物中,是香料行业中一种有价值的合成香料。用于食用香精和烟用香精。

2-乙酰基吡嗪的合成工艺比较成熟，合成2-乙酰基吡嗪的主要合成方法有：(1)通过Grignard试剂的反应制备甲基氯化镁; (2)通过与2-氰基吡嗪缩合制备2-乙酰基吡嗪。一般工业生产中采用通过卤代烷的格式试剂和2-氰基吡嗪加成得到2-乙酰基吡嗪，但该方法大多使用大量的乙醚，反应安全不高且条件复杂，同时工业废水对治理环境造成很大压力,随着时代的进步和发展，对有害化学物质造成水的使用价值降低或丧失使环境恶化的工业合成方案已不可取，通过公司内发明的醇类产品废水处理系统装置解决了2-乙酰基吡嗪生产过程中产生的废水对环境造成的污染，有一定的现实意义。

本论文以甲基叔丁基醚作为乙醚的替代溶剂，解决了生产过程中易爆炸的问题，同时后处理中通过公司内发明的醇类产品废水处理系统装置解决了2-乙酰基吡嗪生产过程中产生的废水对环境造成的污染，收集到的蒸馏水用于下一批产品的水解，以减少污水处理的压力，同时溶剂的回收利用，节省溶剂用量，提高了收率。

1 实验部分

1.1 格式试剂的合成

安装带有搅拌装置1000mL三口瓶，添加滴加漏斗(反应之前反应体系应充分严格的干燥)，底部将加热套作为加热装置。先将无水的甲基叔丁基醚200mL和镁粒13.7g(镁粒的纯度为99.5%)加入1000mL反应瓶中。搅拌升温至50℃有微小回流，停搅拌，向反应瓶中通入35g的氯甲烷，维持反应温度在50～55℃,通毕然后继续搅拌，当冷凝器的底端出现明显的回流现象时，说明反应已经启动。

1.2 2-乙酰基吡嗪的合成

直到冷凝器底端回流平稳时，再将2-氰基吡嗪的甲基叔丁基醚的溶液加入反应液中，以回流的大小来控制滴加速度,反应温度在50～55℃。反应完毕继续反应1h(66g 2-氰基吡嗪+50mL无水甲基叔丁基醚)。

1.3 后处理

调节温度在20℃左右滴加水200g。水解温度小于20℃,然后用30%的盐酸水溶液调整pH值在5以下，使用甲基叔丁基醚当萃取溶剂。有机相混合蒸馏收集馏分，脱出甲基叔丁基醚后得棕红色粗品,然后固体粗品重结晶得到白色结晶2-乙酰基吡嗪,同时收集到的甲基叔丁基醚进入下一批的萃取用，水相使用公司内发明的醇类产品废水处理系统装置进行处理，收集蒸馏水进行下次水解用。

2 结果和讨论

2-乙酰基吡嗪合成的关键在于实验格式试剂的制备及格式试剂与2-氰基吡嗪缩合反应合成2-乙酰基吡嗪。格式试剂的制备优化原料选取为氯甲烷、镁粒、甲基叔丁基醚，优化反应温度条件选取50～55℃。格式试剂与2-氰基吡嗪缩合反应合成2-乙酰基吡嗪进行优化滴加顺序是将2-氰基吡嗪滴加入格式试剂中，反应温度应在50～55℃滴加进行缩合反应。对后处理方案优化在于使用公司内发明的醇类产品废水处理系统装置进行处理解决了2-乙酰基吡嗪生产过程中产生的废水对环境造成的污染。

2.1 格式试剂制备影响因素主要有卤代烷、镁及制备温度

2.1.1 格式试剂原料卤代烷：氯代烷,溴代烷和碘代烷

实验从制备格氏试剂原料的反应活性来讲碘代烷好于溴代烷好于氯代烷，但格式试剂甲基碘化镁、甲基溴化镁、甲基氯化镁三者反应活性反而是甲基氯化镁好于甲基溴化镁好于甲基碘化镁。

从格氏试剂和2-氰基吡嗪的缩合反应考虑选取甲基氯化镁，进而格氏试剂合成原料选取氯甲烷参与反应。

2.1.2 格式试剂原料：镁

纯度的高低及镁粒还是镁屑对于合成格式试剂及格式试剂的稳定影响很大。

实验证明纯度99%大于95%且镁粒优于镁屑。

2.1.3 格式试剂制备温度

制备温度越高，从反应活性来说，越有利于格氏试剂的合成，但从安全性上来说，制备温度越低，安全性越高,通过实验对比选取反应温度在50～55℃之间工业生产中格式试剂制备大部分使用乙醚,但乙醚沸点低，爆炸极限在1.9%～48%，而甲基叔丁基醚爆炸极限在1.5%～8.5%，爆炸极限范围越宽，则发生爆炸的危险性越大，实验中选取甲基叔丁基醚代替乙醚制备格式试剂更具有优良性。

选取甲基叔丁基醚作为格式试剂的制取原料。

2.2 缩合制备2-乙酰基吡嗪影响因素

格式试剂与2-氰基吡嗪缩合制备2-乙酰基吡嗪影响因素主要有：滴加温度、滴加控制时间及正反滴顺序。

(1)经过大量实验数据对比，在一定温度范围内滴加温度越高，反应速度越快，但副反应也多，滴加控制时间越慢反应越充分，通过对比滴加控制时间在2h，滴加温度在50～55℃。

(2)同样经过大量实验数据对比发现将2-氰基吡嗪滴加入格式试剂中，反应更加充分，产率最高,反之同等条件下将格式试剂滴加入2-氰基吡嗪中产率有所降低。

2.3 后处理

对于2-乙酰基吡嗪的后处理反应通过使用公司内发明的醇类产品废水处理系统装置既处理解决了2-乙酰基吡嗪生产过程中产生的废水量大且难处理的窘境,又具有时代性、创新性。

3 结论

通过对2-乙酰基吡嗪反应工艺的优化，得出了适应工业生产的合成工艺路线：格氏反应原料选取为氯甲烷、镁粒、甲基叔丁基醚，反应温度条件选取55℃。缩合反应滴加顺序是将2-氰基吡嗪滴加入格式试剂中，反应温度在55℃。改良后处理装置等使工艺路线更适合大规模生产。

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