วานิลลินบริสุทธิ์ สามารถแบ่งออกเป็นวานิลลินธรรมชาติและวานิลลินสังเคราะห์ตามวิธีการผลิต วานิลลินธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากเมล็ดวานิลลาและสังเคราะห์ด้วยเทคโนโลยีชีวภาพโดยใช้วัตถุดิบจากธรรมชาติ เมื่อเทียบกับวานิลลินสังเคราะห์ ราคาของวานิลลินธรรมชาติคือ 50-200 เท่าของวานิลลินสังเคราะห์ ดังนั้นวานิลลินธรรมชาติจึงใช้ในโอกาสพิเศษเพียงเล็กน้อยเท่านั้น การใช้วานิลลินจริงส่วนใหญ่เป็นวานิลลินสังเคราะห์
กระบวนการกึ่งสังเคราะห์โดยใช้สารสกัดจากธรรมชาติเป็นวัตถุดิบ:
ในช่วงแรกของการผลิตวานิลลิน การสกัด coniferin, eugenol และ safrole จากวัตถุดิบธรรมชาติส่วนใหญ่ดำเนินการโดยวิธีกึ่งสังเคราะห์ ด้วยการลดวัตถุดิบจากธรรมชาติ การผลิตลิกนินในเหล้าเหลือทิ้งจากการทำกระดาษจึงถูกครอบงำด้วยวิธีออกซิเดชั่น
(1) วิธียูจินอล
ภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง ยูจีนอลจะถูกไอโซเมอไรซ์เพื่อผลิตโซเดียมไอโซยูจีนอล จากนั้นโซเดียมไอโซยูจีนอลจะถูกออกซิไดซ์เป็นโซเดียมวานิลลินโดยสารออกซิแดนท์ จากนั้นวานิลลินจะได้มาจากการทำให้เป็นกรด สารออกซิเดชันอาจเป็นโซเดียมเปอร์ออกไซด์ โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ออกซิเจน โพแทสเซียมเฟอร์เรต เป็นต้น กระบวนการออกซิเดชันสามารถแบ่งออกเป็นออกซิเดชันทางตรงและทางอ้อม
วิธีการออกซิเดชั่นทางอ้อมคือการทำปฏิกิริยากับอะซิติกแอนไฮไดรด์เพื่อสร้าง isoeugenol acetate จากโซเดียม isoeugenol isomerization ของ eugenol แล้วไฮโดรไลซ์ให้เป็นวานิลลินในตัวกลางที่เป็นกรดหลังจากออกซิเดชั่น
นอกจากนี้ยังใช้วิธีอิโซยูจีนอลด้วยไฟฟ้า วานิลลินที่ได้จากวิธีนี้มีกลิ่นหอมบริสุทธิ์แต่มีราคาสูง
(2) การใช้ลิกโนซัลโฟเนตเป็นวัตถุดิบ
ในปี 1938 บริษัทบางแห่งในสหรัฐอเมริกาเริ่มใช้ลิกนินเพื่อผลิตวานิลลิน ประมาณร้อยละ 50 (สารที่เป็นของแข็ง) ของกากสุราจากการปรุงอาหารซัลไฟต์ที่ปล่อยออกมาจากโรงงานกระดาษที่ใช้ซัลไฟต์ในการผลิตเยื่อกระดาษคือลิกโนซัลโฟเนต
กระบวนการผลิตวานิลลินจากกากสุราซัลไฟต์ประกอบด้วยความเข้มข้น การทำให้เป็นกลาง การออกซิเดชั่น การทำให้เป็นกรด การสกัด การกลั่น และขั้นตอนอื่นๆ เทคโนโลยีนี้ถูกใช้มากว่าครึ่งศตวรรษ และกระบวนการนี้กำลังได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นด้วย ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาออกซิเดชันของอัลคาไล-ไนโตรเบนซีนจะเปลี่ยนเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาในอากาศ และความเข้มข้นของของเหลวป้อนอาหารจะถูกแทนที่ด้วยวิธีดั้งเดิมของความเข้มข้นของความร้อนโดยกระบวนการอัลตราฟิลเตรชันแบบใหม่ กระบวนการหลังการบำบัดในการสกัดวานิลลินจากสารละลายออกซิเดชันยังได้แทนที่กระบวนการสกัดด้วยกรดที่ค่อนข้างล้าหลังด้วยกระบวนการขั้นสูง เช่น การสกัดด้วยด่าง การสกัดด้วยการแลกเปลี่ยนไอออน และการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์
ในปี 2014 มีโรงงานกระดาษเพียงไม่กี่แห่งในประเทศและต่างประเทศที่ใช้ลิกโนซัลโฟเนตเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์วานิลลินเพื่อบำบัดของเหลวเหลือทิ้งจากการผลิตกระดาษ กระบวนการผลิตของวิธีลิกนินเป็นมลภาวะอย่างมาก คุณภาพของผลิตภัณฑ์ต่ำ และมีปริมาณไอออนของโลหะหนักวานิลลินสูง ซึ่งไม่สามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยาโดยทั่วไปได้ ส่วนใหญ่หยุดการผลิตและหลายประเทศยกเลิกเส้นทางกระบวนการนี้
(3) 4-เมทิลกัวเอคอล
4-methylguaiacol exists in the light component of pine tar, a by-product of forest chemicals, and its scientific name is p-methyl-o-methoxyphenol. Its production method is to dissolve 4-methylguaiacol in solvent and directly oxidize to obtain vanillin. The raw material comes from nature, and the product has pure fragrance. This process has only one reaction step, the reaction conversion rate can reach 96%, the process route is short, the total yield is>ร้อยละ 75 การบำบัดหลังการบำบัดเป็นเรื่องง่าย ของเสียสามอย่างที่เกิดขึ้นน้อยมาก และผลิตภัณฑ์ 1 ตันก่อให้เกิดน้ำเสียประมาณ 3 ตัน และความสามารถในการบำบัดมีขนาดเล็ก ในปี 2014 มีเพียงบริษัทเดียวในจีนที่นำเส้นทางกระบวนการผลิตนี้มาใช้ในการผลิต ข้อเสียของวิธีนี้คือมีแหล่งวัตถุดิบน้อย
การสังเคราะห์ Guaiacol ทั้งหมด
ชื่อทางเคมีของ guaiacol คือ o-methoxyphenol การสังเคราะห์วานิลลินจาก guaiacol ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองกระบวนการ: กระบวนการไนตริฟิเคชัน (กระบวนการ ONCB) และกระบวนการกรดไกลออกซีลิก ก่อนปี 2548 บริษัทผลิตวานิลลินดั้งเดิมหลายแห่งในจีนใช้ฟอร์มัลดีไฮด์และกัวเอคอลควบแน่น และ p-nitroso-N, N-dimethylaniline oxidation เพื่อผลิตวานิลลิน ต่อมาด้วยการประยุกต์ใช้และการส่งเสริมเทคโนโลยีกระบวนการกรดไกลออกซีลิก กระบวนการสังเคราะห์กรดไกวเอคอล - ไกลออกซีลิก ส่วนใหญ่จะใช้ในการขยายและการก่อสร้างโครงการวานิลลินใหม่
(1) กระบวนการไนตริฟิเคชัน
กระบวนการทำปฏิกิริยาของวิธีกัวเอคอล-ไนโตรโซคือการควบแน่นของกัวเอคอล ฟอร์มาลดีไฮด์ หรือเฮกซาเมทิลีนเตตระมีนให้เป็นวานิลลิน จากนั้นจะถูกออกซิไดซ์ด้วย p-nitroso-N, N-dimethylaniline และไฮโดรไลซ์เพื่อผลิตวานิลลิน
กระบวนการ guaiacol - nitrosation มีข้อเสียมากมาย เช่น วัตถุดิบหลายชนิด การไหลของกระบวนการที่ยาวนาน กระบวนการแยกที่ซับซ้อน ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาต่ำ และผลผลิตรวมของผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมต่ำ (ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ขึ้นอยู่กับ guaiacol) การใช้กระบวนการนี้ทำให้เกิดน้ำเสียประมาณ 20 ตัน (ประกอบด้วยฟีนอล แอลกอฮอล์ อะโรมาติกเอมีน และไนไตรต์) สำหรับวานิลลินแต่ละตันที่ผลิตขึ้น ซึ่งยากต่อการบำบัดทางชีวเคมี และ 1-2 ตันของขยะมูลฝอยตกค้าง . ในต่างประเทศ มันถูกกำจัดออกไปเนื่องจากปัญหาร้ายแรงของ "ของเสียสามอย่าง" แต่ก็ยังคงเป็นวิธีการผลิตหลักที่ใช้ในประเทศจีนก่อนปี 2548 ต่อมา เนื่องจากการกัดกร่อนของอุปกรณ์และการปรับปรุงข้อกำหนดการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม ในประเทศ ผู้ผลิตที่มีขนาดการผลิตขนาดใหญ่ได้ละทิ้งกระบวนการ guaiacol - nitrosation และหันไปใช้กระบวนการ guaiacol - glyoxylic acid
(2) วิธีกรดไกลออกซีลิก
การใช้กรดไกลออกซีลิกและกัวเอคอล (หรือเอทิลไซลอล) เป็นวัตถุดิบ 3-เมทอกซี-4-กรดไฮดรอกซีแมนเดลิกถูกเตรียมโดยปฏิกิริยาการควบแน่น 3-เมทอกซี-4-กรดไฮดรอกซีแมนเดลิกถูกออกซิไดซ์และดีคาร์บอกซิเลตเป็น 3-เมทอกซี-4-ไฮดรอกซีเบนซาลดีไฮด์ภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นจึงเตรียมวานิลลินหลังจากการแยก การทำให้บริสุทธิ์ และทำให้แห้ง สมการปฏิกิริยาจะแสดงในรูปขวา
กระบวนการสังเคราะห์วานิลลินจากกัวเอคอลและกรดไกลออกซีลิกทำให้เกิดของเสียน้อยกว่า 3 ชนิด สะดวกสำหรับการบำบัดหลังการบำบัด และผลผลิตสูงถึง 70 เปอร์เซ็นต์ เป็นวิธีที่ใช้บ่อยที่สุดในและต่างประเทศ ผลผลิตวานิลลินจากต่างประเทศมากกว่า 70 เปอร์เซ็นต์ผลิตด้วยวิธีนี้
ก่อนปี 2548 มีองค์กรในประเทศเพียงไม่กี่แห่งที่ใช้วิธีกรดไกลออกซีลิกเพื่อผลิตวานิลลินในระดับนำร่อง ส่วนใหญ่เป็นเพราะราคาของกรดไกลออกซีลิกที่ผลิตในจีนค่อนข้างสูง และปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญบางประการ เช่น ความคงตัวของออกซิเดชัน การนำน้ำเสียกลับมาใช้ใหม่ (ประมาณ 20 ตัน ของน้ำเสียจากวานิลลิน 1 ตัน) และผลผลิตต่ำยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างดี หลังจากปี 2549 กิจการบางแห่งจะค่อย ๆ เปลี่ยนกระบวนการผลิตเป็นวิธีไกลออกซีลิกแอซิด
สถาบันออกแบบแห่งหนึ่งได้ทำการวิจัยระยะยาวเกี่ยวกับกระบวนการใหม่ของวิธีกรดไกลออกซีลิก และเสนอให้ทำปฏิกิริยาควบแน่นภายใต้สภาวะที่เป็นกรด ตัวเร่งปฏิกิริยา Cuprous ออกไซด์ด้วยไฟฟ้าได้รับการพัฒนาเพื่อให้ปริมาณออกซิเดชันและการควบแน่นและตัวเร่งปฏิกิริยา Cuprous ออกไซด์สามารถรีไซเคิลได้ ใช้เทคโนโลยีการกลั่นระดับโมเลกุลแทนการกลั่นสุญญากาศเพื่อปรับปรุงผลผลิต ด้วยการผลิตกรดไกลออกซีลิกดิบจำนวนมากในประเทศจีน ราคาของกรดไกลออกซีลิกจึงลดลง และต้นทุนการผลิตของกระบวนการใหม่ของวานิลลินก็ลดลงอย่างมากเช่นกัน
ภายในปี 2014 ทั้งกระบวนการไนโตรโซและกระบวนการกรดไกลออกซีลิกสำหรับการสังเคราะห์วานิลลินในจีนได้เริ่มดำเนินการแล้ว และ "ของเสียสามอย่าง" ที่เกิดจากกระบวนการไนโตรโซนั้นค่อนข้างร้ายแรงและกำลังจะยุติลง วิธีกรดไกลออกซีลิกได้กลายเป็นวิธีการผลิตหลักของการสังเคราะห์วานิลลิน มีรายงานว่าวานิลลินสามารถเตรียมได้โดยวิธีโบรโมไฮดรอกซีเบนซาลดีไฮด์เมทอกซีเลชัน วิธีเคมีไฟฟ้า o-ethoxyphenol และวิธีจุลินทรีย์ แต่ไม่มีรายงานการผลิตทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
การวิจัยกระบวนการสังเคราะห์อื่นๆ
(1) ใช้คาทอลเป็นวัตถุดิบ
วานิลลินสามารถเตรียมได้จาก catechol เป็นวัตถุดิบ, polyethylene glycol และ tertiary amine เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟส, ผ่านปฏิกิริยา methylation และ Reimer-Tiemann ภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง
การใช้ catechol เป็นวัสดุในการทำปฏิกิริยา guaiacol ถูกเตรียมโดยปฏิกิริยา methoxy (ethoxy) และจากนั้น vanillin (หรือ ethyl vanillin) ถูกเตรียมโดยการควบแน่นด้วยกรด glyoxylic และ oxidative decarboxylation วิธีนี้ยังสามารถมองเห็นได้เช่นเดียวกับวิธีกัวเอคอล - ไกลออกซีลิกแอซิดที่เคลื่อนไปข้างหน้าไปยังวัสดุตั้งต้น
(2) วิธี P-ไฮดรอกซีเบนซาลดีไฮด์
สถาบันวิจัยในประเทศบางแห่งได้ทำการวิจัยอย่างเต็มที่เกี่ยวกับกฎหมายนี้ 3-โบรโม-4-ไฮดรอกซีเบนซาลดีไฮด์เกิดจากโบรมีนของไฮดรอกซีเบนซาลดีไฮด์ จากนั้นจึงผลิตวานิลลินภายใต้การกระทำของโซเดียมแอลกอฮอล์ ซึ่งให้ผลเกือบ 90 เปอร์เซ็นต์ เมื่อพิจารณาถึงอันตรายจากการกัดกร่อนของโบรมีนและต้นทุนของกระบวนการแล้ว กระบวนการนี้ไม่มีความสำคัญในทางปฏิบัติที่จะนำไปใช้ในการผลิตภายในปี 2014
(3) วิธี P-cresol
โดยทั่วไปมีสองวิธีในการสังเคราะห์วานิลลินด้วยวิธี p-cresol หนึ่งคือการใช้ p-cresol เป็นวัตถุดิบ ผ่านสามขั้นตอนของออกซิเดชัน โมโนโบรมิเนชัน และเมทอกซิเลชัน วิธีนี้เป็นส่วนเสริมของวิธี p-hydroxybenzaldehyde การดำเนินการของเส้นทางนี้ทำได้ง่าย ผลผลิตของขั้นตอนแรกคือ 91 เปอร์เซ็นต์ และขั้นตอนต่อไปสามารถสังเคราะห์ได้โดยตรงโดยไม่ต้องแยกออก และผลผลิตทั้งหมดจะสูงถึง 85 เปอร์เซ็นต์
กระบวนการโบรมีนเดี่ยวของกระบวนการนี้ก่อให้เกิดก๊าซ HBr และโบรมีนของวัตถุดิบจะสึกกร่อนอย่างรุนแรง หากไม่สามารถรีไซเคิลได้ จะก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรง มีรายงานว่าการใช้ H2O2/HBr ที่ไม่ใช่โบรมีนเป็นสารโบรมีนสำหรับโบรมีน จะได้ 3-โบรโม-4-ไฮดรอกซีเบนซาลดีไฮด์ที่ให้ผลตอบแทนสูง ในขณะเดียวกัน ก็เอาชนะข้อเสียของการใช้โบรมีนโดยตรง เช่น อันตรายสูงและความผันผวนสูง การดำเนินการตามกระบวนการที่เรียบง่าย และมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ สมการปฏิกิริยาจะแสดงในรูปขวา
อีกวิธีหนึ่งคือการทำให้คลอรีนครีซอลทำปฏิกิริยากับโซเดียมเมทอกไซด์ และออกซิไดซ์เป็นวานิลลินในที่สุด ผลตอบแทนของเส้นทางนี้ไม่สูงเท่ากับเส้นทางก่อนหน้า