香料中間體9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮的制備

皮少鋒 胡 鐵，2 王 燁 高海麗 孫漢洲 黎繼烈

PI Shao－feng 1 HU Tie 1，2 WANG Ye 1 GAO Hai－Li 1 SUN Han－zhou 1 LI Ji－lie 1

（1.經(jīng)濟林培育與保護省部共建教育部重點實驗室（中南林業(yè)科技大學），湖南 長沙 410004；2.廣州航海學院，廣東 廣州 410208）

（1.Key Laboratory of Cultivation and Protection for Non－Wood Forest Trees （Central South University of Forestry and Technology），Ministry of Education，Changsha，Hunan 410004，China；2.Guangzhou Maritime Institute，Guangzhou，Guangdong 510725，China）

鳶尾酮（5－甲基－紫羅蘭酮）是從葛蒲科植物鶯尾中提取的鶯尾油的特征香氣成分，為無色或淡黃色透明液體，具有柔和的甜香，香氣清新純正，是紫羅蘭酮系列香料中最名貴的一種，常用作高級化妝品香精香料［1］。鳶尾酮在食品行業(yè)中用作高檔食品的增香劑，是GB 2760—2011規(guī)定允許使用的食用香料，主要用以配制樹莓、草莓等型香精，還可作為精細化工原料合成某些藥物和其它香料等。因為鳶尾酮在天然植物中含量極微［2］，提取利率低，價格昂貴，目前國際上采用合成法制備鳶尾酮的僅有瑞士和日本少數(shù)國家，年產(chǎn)量較低［3］，遠遠不能滿足市場需求。Miyashita等［4］以香茅醛為起始原料經(jīng)氧化、酯化、甲基化、水解、脫氯化氫、還原、氧化等多步驟合成鳶尾酮，此路線中多步反應(yīng)條件苛刻，較難實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。Beatrice等［5］和 Torii等［6］以檸檬醛為原料，采用格氏試劑法制備鳶尾酮，但這一制備路線操作條件苛刻、路線繁瑣、鳶尾酮收率低，難以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。劉曉庚等［7］以檸檬醛與丙酮在堿存在下制備假性紫羅蘭酮，然后甲基化定位制備假鳶尾酮，再環(huán)化制備鳶尾酮，總收率47.9%，此法反應(yīng)步驟少，但收率稍低，收率低的關(guān)鍵原因是假鳶尾酮得率偏低。可見要提高制備過程中鳶尾酮的收率，關(guān)鍵是要解決中間體的甲基化定位準確性的難題。中國山蒼子油資源豐富，以山蒼子油中的檸檬醛為原料合成鳶尾酮雖然難度大，但這是一條最簡捷的工藝路線。

本研究的目的產(chǎn)物9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮是利用檸檬醛路線制備鳶尾酮的過程中關(guān)鍵的中間體之一。本研究擬以檸檬醛為原料，通過檸檬醛→假性紫羅蘭酮→9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮→鳶尾酮的工藝路線，探討關(guān)鍵中間體9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮的合成反應(yīng)機理和主要影響因素，旨在找到一種活性高、選擇性好的甲基化定位劑和較為溫和的工藝條件，以提高9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率，為后序環(huán)化制取質(zhì)量好和收率高的鳶尾酮創(chuàng)造有利條件。

1 材料與方法

1.1 材料

假紫羅蘭酮：在1 000 m L的四口燒瓶中，加入520 m L丙酮、NaOH 5.4 g和滴加200 m L檸檬醛?？刂品磻?yīng)溫度45℃，反應(yīng)4 h（GC跟蹤檢測），反應(yīng)完全后，反應(yīng)液用36%的冰醋酸溶液中和至p H＝6～7，回收丙酮，有機層用60 m L飽和食鹽水洗滌后減壓蒸餾，收集沸點為110～120℃（760 Pa）的餾分，得到假紫羅蘭酮樣品，收率90.6%，純度為98%（GC，峰面積歸一化法）。

鋅銅偶：本實驗室自制。將6 g醋酸銅與80 m L冰醋酸放入500 m L裝有電動攪拌器的燒杯中，加熱溶解，攪拌并慢慢加入65 g已活化鋅粉，攪拌5 min，靜置沉淀，除去上層清液。沉淀物依次用冰醋酸（80 m L）、乙醚（120 m L×4）洗滌，真空干燥得含銅5%鋅銅偶試劑。

檸檬醛：97%，湖南湘農(nóng)山香油脂香料有限責任公司；

丙酮、二碘甲烷、鋅粉、二氯甲烷、乙醚、氫氧化鈉、醋酸銅、氯化銨、冰醋酸、無水硫酸鈉：均為國產(chǎn)分析純試劑。

1.2 儀器

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC—MS）：HP7890－HP 5975C型，美國安捷倫科技有限公司；

核磁共振波譜儀：Bruker Avance DRX 500型，德國布魯克公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮的制備 在N2保護下，于500 m L的四口燒瓶中，按試驗設(shè)定比例加入鋅銅偶、乙醚和二氯甲烷混合溶劑，控制反應(yīng)液溫度，滴加假紫羅蘭酮 （0.25 mol）和二碘甲烷的混合物 （25 min滴完），反應(yīng)一定時間后 （GC跟蹤檢測原料消耗完畢），加入飽和氯化銨溶液，充分洗滌后過濾，分出有機層，減壓蒸餾，收集9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮的組分，得到9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮樣品。

1.3.2 單因素試驗 依次進行溶劑比、物料摩爾比反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間的單因素試驗，分析各因素對9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率的影響，并篩選較優(yōu)參數(shù)。

1.3.3 正交試驗 在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取溶劑比、物料摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間進行正交試驗，優(yōu)化環(huán)化合成9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮的工藝參數(shù)。

1.3.4 樣品定量定性檢測 采用GC—MS檢測，定量數(shù)據(jù)用峰面積歸一化法計算。測式條件：HP－5石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm），程序升溫：柱初始溫度70℃，保持2 min，升溫速率3℃／min，升溫至180℃，升溫速率改為10℃／min，升溫至250℃，保持5 min，載氣為氮氣，流速25 m L／min，分流比50∶1，氣化室溫度為250℃（FID）。定性測式條件：質(zhì)譜EI源70 e V，倍增器電壓1 500 V，掃描范圍33～500 m／z，全掃描方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮環(huán)化反應(yīng)機理初步探討

假紫羅蘭酮（1）甲基化定位制備9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮（2），再環(huán)化制備鳶尾酮（3，4，5）的反應(yīng)過程（圖1）：

圖1 鳶尾酮的合成路線Figure 1 Synthesis route of Irone

假紫羅蘭酮甲基化定位制備9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮是鋅卡賓與雙鍵形成三元環(huán)的環(huán)亞甲基反應(yīng)。假紫羅蘭酮分子中含有3個碳碳雙鍵，9，10位為孤立的碳碳雙鍵，3，4位與5，6位為共軛的2個碳碳雙鍵。孤立雙鍵受2個甲基的給電子影響，電子云密度加大；而2個共軛雙鍵受羰基的共軛和誘導效應(yīng)影響，雙鍵上的電子向羰基偏移，電子云密度降低。有文獻［8，9］報道，鋅卡賓優(yōu)先與電子云密度較大的雙鍵反應(yīng)，因此，在反應(yīng)過程中，鋅卡賓優(yōu)先與9，10位的碳碳雙鍵反應(yīng)。由于鋅卡賓有較高的反應(yīng)活性，當反應(yīng)溫度較高時，也能與5，6位的碳碳雙鍵反應(yīng)，所以，反應(yīng)溫度對甲基化定位選擇性有較大的影響。

2.2 溶劑比對收率的影響

醚類溶劑是路易斯堿，可與鋅銅偶配位有利于鋅卡賓形成，二氯甲烷的配位能力較低，但對鋅卡賓溶解能力大，有利于鋅卡賓的穩(wěn)定［10］。所以，鋅卡賓反應(yīng)常用二氯甲烷和乙醚混合溶劑為反應(yīng)溶劑，有利于鋅卡賓中間體的形成和穩(wěn)定，增加反應(yīng)收率。按1.3.1制備方法，改變?nèi)軇┍?，考察不同溶劑比?，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率的影響，結(jié)果見圖2。當溶劑比V二氯甲烷∶V乙醚＞6∶1時，9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率較低，GC檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有部分原料未反應(yīng)，說明當乙醚用量少時，有部分鋅卡賓沒有穩(wěn)定下來，分解后發(fā)生了副反應(yīng)，導致鋅卡賓利用率下降，反應(yīng)不完全。當溶劑比為3∶1時，9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率更低，GC檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有更多的原料未反應(yīng)，說明當乙醚用量多時，由于混合溶劑對鋅卡賓的溶解能力下降，有更多的鋅卡賓沒有穩(wěn)定下來，導致反應(yīng)更不完全。當溶劑比為4∶1時，9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率最高，GC檢測原料已經(jīng)轉(zhuǎn)化完全，因此適宜的二氯甲烷和乙醚溶劑比為4∶1～6∶1。

表2 正交試驗組合及結(jié)果Table 2 Combinations and the results of orthogonal experiment

由表2可知，以反應(yīng)收率為指標進行分析，假紫羅蘭酮制備9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮的影響因素主次順序為物料比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、溶劑比，最佳反應(yīng)參數(shù)組合A2B3C2D2，即反應(yīng)溫度35℃、反應(yīng)時間6 h、物料比物料摩爾比n假紫羅蘭酮∶n鋅銅偶∶n二碘甲烷＝1∶3.0∶3.0，溶劑比V二氯甲烷∶V乙醚＝4∶1。

按正交試驗所得的最佳反應(yīng)條件進行驗證實驗，重復5次，制備9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率為74.2%，從檸檬醛合成鳶尾酮三步反應(yīng)的總收率為60.6%（以檸檬醛計）［11，12］，與劉曉庚等［7］試驗的鳶 尾酮 總收率 47.9%比較，有較大提高。

3 結(jié)論

假紫羅蘭酮經(jīng)過鋅卡賓環(huán)甲基化制備9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮的工藝優(yōu)化試驗表明，在35℃溫度下，混合溶劑中V二氯甲烷∶V乙醚＝4∶1，物料摩爾比n假紫羅蘭酮∶n鋅銅偶∶n二碘甲烷＝1∶3∶3，反應(yīng)6 h，9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮收率為74.2%。

利用中國優(yōu)勢資源植物山蒼子油中的檸檬醛為原料，制備中間體假紫羅蘭酮、9，10－環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮后，再經(jīng)催化環(huán)化制得高級香料鳶尾酮，鳶尾酮收率較高，具有潛在的產(chǎn)業(yè)化價值。

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11 胡鐵，王燁，皮少鋒，等.檸檬醛合成紫羅蘭酮的工藝優(yōu)化［J］.食品與機械，2014，30（1）：224～227，247.

12 王燁.由山蒼子油合成三種香料的工藝研究［D］.長沙：中南林業(yè)科技大學，2013.