[发明专利]一种以水为氧源电化学合成丁香醛的方法

说明书

丁香醛是一种重要的医药中间体和人工食用香料，其经济价值较高，市场需求量巨大。针对以往生产方法的不足，本专利创造性地提出一种电化学合成方法，即以水（H₂O）为绿色氧源、电子为清洁氧化剂、2,6‑二甲氧基‑4‑甲基苯酚为原料以及表面担栽Pt纳米颗粒的钛网为电极，通过在自主设计的单室密封电解池中进行室温常压恒流电解，便可直接在阳极高收率和高选择性地获得目标产物丁香醛，同时在阴极因质子被还原而能收集到高纯度的氢气。因此，本法实现了电能高效转化为化学能和水中氢氧元素完全利用。

技术领域

本发明涉及一种丁香醛的新型电化学制备方法，属于有机电合成技术领域。

背景技术

丁香醛即3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲醛，英文名Syringaldehyde或3,5-dimethoxy-4-hydroxybenzaldehyde，分子式C₉H₁₀O₄，分子量182.17，CAS号134-96-3，熔点110-113℃，室温下为白色或浅黄白色固体，微溶于冷水，可溶于甲醇、乙醇、氯仿、DMSO等有机溶剂。它属于黄酮类多酚化合物，散发出浓郁的豆香、奶香气息，具有抗氧化、抗高血糖以及抗炎活性，并能有效抑制COX-2(即诱导型环氧化酶)活性。其经济价值较高，每公斤售价约1272￥(纯度98％，)，市场需求量巨大，已经广泛应用于农药化学、香料、医药、生物基高分子材料以及有机合成工业等众多领域。例如，作为关键中间体，合成抗菌磺胺增效剂三甲氧苄胺嘧啶、天然产物Tenuifoliside B以及活血化瘀药盐酸益母草碱；作为大品种人造食用香精，用于大宗生产食品、饮品等。

迄今，文献报道了为数不多的丁香醛的化学合成方法，常见的起始原料如图1所示。例如，Ji等(Green Chem.2014,16,1248.)采用有机铜盐Cu(OAc)₂为催化剂、常压空气为最终氧化剂、强极性乙二醇为溶剂，在50℃下反应12h，通过对位羟基导向的远程苄位C_sp3-H键氧化官能团化反应(又称氧合反应，即氧原子转移氧化反应)，便可将原料2,6-二甲氧基-4-甲基苯酚定量、高选择性地转化为丁香醛。该研究组(Res.Chem.Intermed.2015,41,8651.；CN200810036967.X)亦采用对羟基苯甲醛经二溴代反应得到的3,5-二溴-4-羟基苯甲醛作为原料，CuCl为催化剂、HCOOMe为助催化剂、MeONa为亲核试剂、低沸点MeOH为溶剂，在耐高压反应釜中115℃反应2.0h，通过Ullmann型反应(双甲氧基化)即可高收率制得丁香醛。类似的，Zhou等(Food Chem.2014,158,41.)采用5-溴香兰素为原料，CuCl为催化剂、MeONa为亲核试剂、高沸点DMF为溶剂，在三口圆底烧瓶中100℃常压反应3.0h，通过Ullmann型反应(单甲氧基化)即可高收率制得丁香醛。早在2011年，中国专利(CN102146025B)曾公布了一种利用生物质资源-木质素氧化降解单一制备丁香醛的方法。

以自制2,6-二甲氧基-4-甲基苯酚(CAS：6638-05-7)作为原料的丁香醛合成工艺不会向环境排放任何有毒且腐蚀性强的含卤废物，原子经济性高，符合绿色化学理念；同时反应条件温和，不涉及高压/高温，无需特殊反应设备，因此成为一条具有极大研究价值的工艺路线。作为原料的2,6-二甲氧基-4-甲基苯酚属于商业大宗化工产品，市售廉价易得，可以方便地由工业级对甲酚(约115￥/Kg，纯度98％，)经氧化溴化(超低溴耗，不涉及高毒性的溴单质，溴原子经济性接近100％)和Ullmann型甲氧基化(此取代反应产生的溴负离子可以回收后投入上步溴化反应中，实现溴离子循环套用)两步十分成熟的单元反应连续、大批量制备(图2，Green Chem.2014,16,2807.)；并且其熔点为37-42℃，室温下容易长期储存而不会变质。虽然该法原料到产品的升值空间巨大，但是需要科学理性地选用氧化剂和氧源，以期更加高效、可持续地实现2,6-二甲氧基-4-甲基苯酚苄位C_sp3-H键氧化官能团化反应。