冰片合成酯液中主要化合物的合成、表征及气相色谱分析方法研究

发布时间：2017-08-04 05:30

  本文关键词：冰片合成酯液中主要化合物的合成、表征及气相色谱分析方法研究

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【摘要】：冰片,又称龙脑,是重要的香料及医药中间体,工业上合成冰片主要是以蒎烯为原料,与草酸在催化剂作用下发生重排-加成反应,生成草酸冰片酯,然后经皂化反应水解、水蒸气蒸馏和重结晶制得。目前对合成冰片的研究主要是以改变催化剂为方向研究冰片中正龙脑含量的变化,而忽略了对原有工艺的研究。为了改善原有工艺,实现对原有工艺的质量监控,从根本上找出影响正龙脑含量的原因,对草酸冰片酯的研究必不可少。因此,本研究设计合成了冰片酯液中几个主要的酯类化合物,对其结构进行了表征,并以合成的草酸酯为对照物质,建立了冰片酯液中主要酯类化合物的气相色谱定性、定量分析方法,具体研究内容如下:研究了间接酯化法合成草酸二葑醇酯的工艺。以葑醇和草酰氯为原料,确定了最佳工艺条件:草酰氯与葑醇的物质的量之比为0.6∶1,反应温度为55℃,反应时间10 h,最佳条件下目标产物收率为93.9%,重结晶后纯度可达99.9%,并采用GC-MS、FT-IR、1H NMR、13C NMR等手段对草酸二葑醇酯进行了结构表征。探索出了直接酯化法合成草酸二葑醇酯的较佳催化剂,并对酯化工艺进行了研究。以葑醇和草酸为原料,对比了浓H2SO4、偏钛酸、阳离子交换树脂E105、NKC-9及D-72的催化效果,确定采用阳离子交换树脂NKC-9作为较佳催化剂,当催化剂用量为葑醇质量的50%,反应温度为55℃,反应时间为96 h,草酸与葑醇的物质的量之比为4∶1时,葑醇转化率92.1%,草酸二葑醇酯的选择性及收率分别为93.5%和86.1%,催化剂重复使用7次,转化率仍有87.2%,选择性及收率为89.4%和78.0%。研究了间接酯化法合成的不同光学活性的草酸龙脑酯,并对草酸龙脑酯的手性异构体进行了谱学性质的对比研究。分别以左旋龙脑(艾片)、右旋龙脑(冰片)、艾片及冰片组成的外消旋龙脑为原料,与草酰氯反应合成了3种光学活性的草酸龙脑酯,经无水乙醇重结晶后GC纯度99.9%,通过手性液相色谱方法分析证明合成的消旋龙脑酯中同时含有内消旋体和外消旋体。利用二维核磁共振技术1H-1H COSY、HSQC及HMBC对左旋的草酸龙脑酯的碳原子及氢原子进行归属,并采用GC-MS、FT-IR、1H NMR、13C NMR等对比研究了所合成的左旋、右旋及消旋的草酸龙脑酯的谱学性质,还进一步对比了合成的消旋龙脑酯与人工混合而成的外消旋体的谱学特征。结果表明:左旋、右旋及外消旋的草酸龙脑酯虽然旋光性不同,但其谱学性质没有明显的差别,而由外消旋龙脑与草酰氯合成得到的消旋产物中含的内消旋体,其分子两侧的碳氢原子却表现出比较明显的化学环境及谱学性质差异。以自制的草酸二葑醇酯、二龙脑酯及3种交叉酯为对照物质,研究了冰片酯液中主要化合物的气相色谱定性分析方法,并且建立了草酸二葑醇酯及草酸二龙脑酯的气相色谱定量(外标法)分析方法。研究结果表明:对照物质在醇类溶剂中不稳定而在正己烷等惰性溶剂中很稳定,在较佳色谱条件下,测定出冰片酯液的主要化合物成分为:草酸二龙脑酯、草酸二异龙脑酯、草酸二葑醇酯、草酸龙脑异龙脑酯、草酸龙脑葑醇酯、草酸异龙脑葑醇酯等。草酸二葑醇酯和草酸二龙脑酯分别在质量浓度为1-25 g/L、5-25 g/L范围内具有良好的线性关系(r0.99),所选进样浓度范围内平均加标回收率分别为103.2%、106.9%,相对标准偏差分别为1.72%、0.76%,且仪器具有较高的精密度。气相色谱方法具有较好的重复性,溶液稳定性良好,能够达到定量测定的目的。依据同分异构体具有近似的响应因子的原理,分别利用草酸二葑醇酯和草酸二龙脑酯的外标曲线,测定了冰片酯液样品中的6种主要酯类化合物的质量分数及总酯质量分数,并与气相色谱面积归一化法测定结果进行了对比分析。结果表明:6种冰片酯总量测定结果表现为葑标测定值面积归一化法测定值龙标测定值,不同方法测得的6种组分的质量分数虽有一定差异,但都处于气相色谱法的合理误差范围内,在合成冰片酯化过程分析时可根据实际情况进行选择,一般情况下,使用峰面积归一化法检测基本可以满足工业生产过程控制的要求。
【关键词】：草酸二葑醇酯 NKC-9 草酸二龙脑酯 手性异构体 气相色谱分析
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 第一章 绪论17-30
• 1.1 引言17-19
• 1.1.1 研究背景17-18
• 1.1.2 研究目的和意义18-19
• 1.1.3 项目来源与经费支持19
• 1.2 国内外研究现状与评述19-27
• 1.2.1 冰片酯液中主要酯类化合物的研究现状19-20
• 1.2.2 酯化方法的研究20-21
• 1.2.3 合成冰片酯化工艺催化剂的研究21-24
• 1.2.4 强酸性阳离子交换树脂在酯化工艺中的研究24-26
• 1.2.5 气相色谱方法在分析冰片含量中的应用研究26-27
• 1.3 研究目标和主要研究内容27-28
• 1.3.1 研究目标27
• 1.3.2 主要研究内容27-28
• 1.4 研究技术路线28
• 1.5 实验整体安排28-29
• 1.6 本论文的创新点29-30
• 第二章 草酸二葑醇酯的合成及其表征30-39
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-32
• 2.2.1 试剂与仪器31
• 2.2.2 实验步骤31-32
• 2.2.3 特性测定及分析方法32
• 2.3 结果与讨论32-38
• 2.3.1 不同反应条件对草酸二葑醇酯收率的影响32-34
• 2.3.2 产物性质及结构表征34-38
• 2.4 小结38-39
• 第三章 阳离子交换树脂催化合成草酸二葑醇酯39-46
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 试剂与仪器39-40
• 3.2.2 实验步骤40
• 3.2.3 GC分析方法40-41
• 3.3 结果与讨论41-44
• 3.3.1 反应条件对葑醇转化率、草酸二葑醇酯的选择性及收率的影响41-44
• 3.3.2 产品鉴定44
• 3.4 小结44-46
• 第四章 草酸龙脑酯手性异构体合成及谱学性质对比研究46-59
• 4.1 引言46-47
• 4.2 实验部分47-49
• 4.2.1 试剂与仪器47
• 4.2.2 合成路线47-48
• 4.2.3 实验步骤48
• 4.2.4 特性测定及分析方法48-49
• 4.3 目标化合物的性质差异及谱学性质对比49-58
• 4.3.1 比旋光度及熔点差异对比49
• 4.3.2 元素分析49-50
• 4.3.3 气相色谱-质谱分析及差异对比50-51
• 4.3.4 红外谱图分析及差异对比51-52
• 4.3.5 二维核磁分析52-54
• 4.3.6 氢谱分析及差异对比54-55
• 4.3.7 碳谱分析及差异对比55-57
• 4.3.8 合成消旋体的手性液相色谱分析57-58
• 4.4 小结58-59
• 第五章 冰片酯液中主要化合物的气相色谱分析方法研究59-66
• 5.1 引言59
• 5.2 实验部分59-61
• 5.2.1 试剂及仪器59-60
• 5.2.2 标准溶液的配制60
• 5.2.3 样品溶液的制备60-61
• 5.2.4 气相色谱条件61
• 5.3 结果与讨论61-65
• 5.3.1 溶剂的选择61-62
• 5.3.2 冰片酯液中主要酯类化合物的定性分析62-63
• 5.3.3 冰片酯液中葑酯及龙酯的定量分析63-64
• 5.3.4 实际样品分析64-65
• 5.4 小结65-66
• 第六章 气相色谱分析方法的初步应用66-72
• 6.1 引言66
• 6.2 实验部分66-67
• 6.2.1 试剂与仪器66-67
• 6.2.2 冰片酯液分析样品的配制67
• 6.2.3 冰片酯液中主要化合物的气相色谱法分析67
• 6.2.4 气相色谱条件67
• 6.3 结果与讨论67-71
• 6.3.1 冰片酯液的气相色谱分析67-68
• 6.3.2 冰片酯液中6种酯类化合物的计算68-70
• 6.3.3 气相色谱外标法与面积归一化法对比研究70-71
• 6.4 小结71-72
• 第七章 结论与展望72-75
• 7.1 结论72-73
• 7.2 讨论73-74
• 7.3 展望74-75
• 参考文献75-84
• 在读期间的学术研究84-85
• 致谢85

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本文编号：617961