對烷-3，8-二醇的合成與應用研究進展

何麗芝，趙振東，畢良武，王 鵬

中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所生物質化學利用國家工程實驗室，國家林業(yè)局林產(chǎn)化學工程重點開放性實驗室，南京210042

圖1 對烷-3，8-二醇Fig.1 p-Menthane-3，8-diol(PMD)

3.1 以香茅醛為原料合成

Howard E［6］在1953年首次以香茅醛為原料合成了對烷-3，8-二醇(反應方程式見圖2)。此路線中，(+)-香茅醛和硫酸的水溶液(5%～9%)在室溫下反應27 h，最后得到順反異構比為2∶1～5∶2的對烷-3，8-二醇。

圖2 香茅醛在硫酸作用下合成對烷-3，8-二醇Fig.2 PMD form citronellal treated by sulfuric acid aqueous

Clark等［7］更深層次地研究了香茅醛經(jīng)酸催化環(huán)化合成對烷-3，8-二醇的過程中的反應速率以及立體化學過程，他們發(fā)現(xiàn)了一組不能與對烷-3，8-二醇分離的環(huán)狀縮醛副產(chǎn)物(結構見圖3)。

圖3 反應副產(chǎn)物Fig.3 By-products

Yoshifumi Yuasa［8］通過低溫重結晶解決了這個問題。他們用正庚烷提取反應混合物，然后冷卻此有機相至-50℃保持20 h沉淀對烷-3，8-二醇，最后產(chǎn)率為80%，純度為99%。

2003年，Vaněk等［9］以香茅醛為原料通過生物化學方法合成對烷-3，8-二醇。Solanum aviculare細胞可以把香茅醛轉化成幾種醇的混合物(具體見圖4)。經(jīng)過14 d的生物反應，經(jīng)分離鑒定，產(chǎn)物分布為:香茅醇(23%)，異蒲勒醇(15%)，順反混合的對烷-3，8-二醇(順式39%，反式17%)以及未反應的香茅醛(6%)［9］，并且兩種不同構型的香茅醛都生成了對應構型的對烷-3，8-二醇。

3.2 以2-丁烯醛(巴豆醛)為原料合成

圖4 香茅醛的生物轉化Fig.4 Biotransformation of citronellal

圖5 以巴豆醛為原料合成對烷-3，8-二醇Fig.5 p-Menthane-3，8-diol synthesis from crotonaldehyde(C: catalyst;S:solvent;R:reactant;rt:room temperature)

Shojiro Maki等人［11］用電化學的方法以薄荷醇為原料合成對烷-3，8-二醇，產(chǎn)率為35%。此反應條件如下:80%MeCN水溶液(20 mL)，此水溶液含有底物(0.3 mmol)，Tl(TFA)3(0.06 mmol)，血卟啉(0.06 mmol)以及LiClO4(1.8 mmol)，反應時連續(xù)通入氧氣，反應在以鉑片分別作為陰極和陽極的無分隔式電池中完成，反應方程式見圖6。

圖6 以薄荷醇為原料通過電化學方法合成對烷-3，8-二醇Fig.6 Electrochemical way to transfer menthol to p-menthane-3，8-diol

Atta-ur-Rahman等［12］用Cephalosporium aphidi-cola以生物方法由(1R，2S，5R)-(-)-薄荷醇合成對烷-3，8-二醇(見圖7)，此反應耗時12 d，得到對烷-3，8-二醇以及其他5種代謝物，如10-乙酰氧基薄荷醇、4R-羥基薄荷醇、3R-羥基薄荷醇、10-羥基薄荷醇，產(chǎn)率僅有4.8%。

圖7 以薄荷醇為原料生物化學法合成對烷-3，8-二醇Fig.7 Biochemical way to transfer menthol to p-menthane-3，8-diol

Yoshinori Asakawa等人［13］從反應管路的上部通入干燥的臭氧氧化薄荷醇，此方法對烷-3，8-二醇產(chǎn)率為14.5%。此種方法路線簡單，但具有爆炸危險性。也可以通過其他的氧化方式氧化，如TPP［14］等，但是此種方法操作成本高，原料來源有限，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

4 PMD的應用

4.1 可作為驅蟲劑

PMD可作為驅蟲劑可應用于蚊子，鼻涕蟲，千足蟲等［16-17］，作用時間較長，可能是因為PMD的低揮發(fā)性［1］。并且順式對烷-3，8-二醇比反式對烷-3，8-二醇的驅蟲效果更好［18］。對烷-3，8-二醇作為驅蟲劑有兩種使用形式:可以直接涂在皮膚上或者噴灑在衣服上，對身體和環(huán)境基本無害。PMD被叫做“驅蚊靈”［19］，國內(nèi)以桉樹為原料生產(chǎn)的含對烷-3，8-二醇主成分“驅蚊靈”對按蚊的驅避效果可與現(xiàn)在普遍使用的有潛在毒性的避蚊胺媲美［20，21］。

4.2 可作為涼味劑

4.3 可作為藥物或者化妝品

4.4 可作為涂料

5 結語

1 Barasa SS，et al.Repellent activities of stereoisomers of pmenthane-3，8-diols against Anopheles gambiae(Diptera: Culicidae).J Med Entomol，39(2002)，pp.736-741.

2 Sikinami Y，et al.Controlled release insect pest repellent.US 5017377.

3 Nishimura H，et al.Isolation of isopulegol hydrate.Agric Biol Chem，1982，46:319-320.

4 Tian YH(田玉紅)，et al.Extraction and determination of volatile construction in leaves of Eucalyptus citriodora.Chin J Chromatogr(色譜)，2005，23:651-654.

5 Curtis CF，et al.Appropriate Technology in Vector Control: CRC Press，Boca Raton，F(xiàn)lorida，1990，75-92.

6 Zimmerman HE，English J Jr.Stereoisomerism of isopulegol hydrates and some analogous 1，3-diols.J Am Chem Soc，1953，75:2367.

7 Clark BC Jr，et al.Rate enhancement in the cyclization of citronellal.J Org Chem，1984，49:4557-4559.

8 Yuasa Y，et al.A practical and efficient synthesis of p-menthane-3，8-diols.Org Proc Res Dev，2000，4(3):159-161.

9 Vaněk T，et al.Biotransformation of citronellal by Solanum aviculare suspension cultures:preparation of p-menthane-3， 8-diols and determination of their absolute configurations.J Nat Prod，2003，66:1239-1241.

10 Hong BC，et al.Enantioselective organocatalytic［3+3］cycloaddition of α，β-unsaturated aldehydes and application to the asymmetric synthesis of(-)-isopulegol hydrate and(-)-cubebaol.Org Lett，2006，8:2217-2220.

11 Maki S，et al.Selective oxidation of terminal isopropyl groups to tertiary alcohols by electrochemical methodology.Tetrahedron Lett，1997，38:7067-7070.

12 Atta-ur-Rahman，et al.Fungal transformation of(1R，2S，5R)-(-)-menthol by Cephalosporium aphidicola.J Nat Prod，1998，61:1340-1342.

13 Asakawa Y，et al.Preparation of biologically active substances and animal and microbial metabolites from menthols，cineoles and kauranes.Phytochemistry，1988，27:3861-3869.

14 Lusiak D，Antoni S.Method for manufacturing 3，8-p-menthandiol.PL 163209，1994-2-28.

15 Strickman D.PMD(p-Menthàne-3，8-diol)and Quwenling.Insect Repellents:Principles，Methods，and Uses:2007，(20):347-351.

16 Nishimura H，et al.Allelopathic substances，(±)-p-Menthane-3，8-diols isolated from Eucalyptus citriodora.Agric Biol Chem.，1982，46:319.

17 Nishimura H，et al.Repellent for Injurious Organism.JP60199804，1985-10-09.

18 Lett BD，Kraus HS.PCT Int.Appl.Insect Repellent.WO9202136，1992-02-20.

19 Moore SJ，et al.Plant-based insect repellents.In:M.Debboun，S.Frances and D.Strickman，Editors，Insect Repellents:Principles，Methods，and Uses，CRC Press，Boca Raton，2007，3-29.

20 Scott P.Carroll，Jenella Loye.PMD，a registered botanical mosquito repellent with deet-like efficacy.J Am Mosq Control Assoc，2006，22:507-514.

21 Lin XY(林翔云).Plant oil’s repellent for creatures.Chin J Hyg Insect＆Equip(中華衛(wèi)生殺蟲藥械).2009，15:430-431.

22 Shiroyama K，et al.Cool feeling composition，US6328982，2001-12-11.

23 Leffingwell JC.Cool without menthol＆cooler than menthol and cooling compounds as insect repellents，Reprinted from Handbook of cosmetic science and technology，3rd ed.，Andre'O.Barel，Marc Paye，Howard I.Maibach，Eds.，Informa Healthcare(Pub.)，New York，2009.

24 Douglas Clark P.(保羅·道格拉斯·克拉克).The antivirus composition containing p-menthane-3，8-diol(含有3，8-松油二醇的抗病毒組合物).CN 200580015067.1，2007-05-02.

25 Hattori R，F(xiàn)ukuma T.Hair growth stimulants.US 6194468，2001-2-27.

26 Johansson R.Mathias.(喬納森R·馬泰爾斯).The composition of innocuity coatings，its method of application and usage in against bioadhesives(無毒涂料組合物、其使用方法和被保護不附著生物附著物的物品).CN01813653.2，2003-9-24.