用乙酸甲酯替代丙二酸二甲酯合成二氫茉莉酮酸甲酯新工藝

黃珍麗，李廣學(xué)，房永亮，施建林，林偉，王安順

（安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽淮南232001）

用乙酸甲酯替代丙二酸二甲酯合成二氫茉莉酮酸甲酯新工藝

黃珍麗，李廣學(xué)，房永亮，施建林，林偉，王安順

（安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽淮南232001）

以環(huán)戊酮和正戊醛為原料，經(jīng)縮合和異構(gòu)化反應(yīng)合成2-戊基環(huán)戊烯酮，再與乙酸甲酯在堿性試劑作用下進(jìn)行Michael加成，合成二氫茉莉酮酸甲酯。產(chǎn)物經(jīng)過核磁共振氫譜、紅外等方法進(jìn)行表征和定性、定量測定，結(jié)果表明，所合成產(chǎn)物是二氫茉莉酮酸甲酯。在所選擇的合理的反應(yīng)條件下，產(chǎn)率為42%。

二氫茉莉酮酸甲酯；環(huán)戊酮；正戊醛；乙酸甲酯

茉莉花香類化合物已被研究了數(shù)十載，隨著人們對這類化合物需求的與日俱增，其工業(yè)化進(jìn)度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。二氫茉莉酮酸甲酯（Methyl Dihydro Jasmonate，MDJ）屬于茉莉酮類化合物,是人工合成的重要茉莉香料之一，至今還沒有發(fā)現(xiàn)它存在于天然香料中的相關(guān)報(bào)道[1]。由于價(jià)格相對低廉，應(yīng)用范圍較廣，因此它是現(xiàn)代香料行業(yè)中重要的一種香料品種[2]。

MDJ的外觀為無色或淡黃色透明液體，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，具有揮發(fā)緩慢，香氣停留時(shí)間長，用于調(diào)香不會(huì)引起變色等優(yōu)點(diǎn)。不僅在化妝品中應(yīng)用，還在食品香精中作增效劑，還可用于其它花香型香精的協(xié)調(diào)劑[3]。

由于工藝路線和原料成本的瓶頸，MDJ在國內(nèi)還未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，近幾年來國內(nèi)出現(xiàn)了不少的研究，效果也不是十分明顯，因而尋求該目標(biāo)化合物較為簡便的合成工藝具有現(xiàn)實(shí)的重要意義。本工藝仍沿用中間體內(nèi)酮為原料，但是用原料成本較低的乙酸甲酯替代丙二酸二甲酯，從溫度、堿性試劑用量、滴加方式和順序等因素考慮，選擇出一組較優(yōu)的工藝參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

乙酸甲酯，阿拉丁試劑；2-戊基環(huán)戊烯酮（內(nèi)酮），安耐吉化學(xué)試劑；二異丙基氨基鋰（LDA），阿拉丁試劑；干冰（上海振信）。

氣質(zhì)聯(lián)用分析儀（日本shimadzu公司）；ZFl三用紫外分析儀（日本島津公司）；Bruker Tensor 27型紅外光譜儀（美國Analect公司）；核磁共振氫譜儀（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

LDA是一種非常有名的大位阻強(qiáng)堿，選擇性較強(qiáng)，僅與質(zhì)子作用，親核性較差，對乙酸甲酯進(jìn)行拔氫脫質(zhì)子化，形成碳負(fù)離子，與內(nèi)酮加成，發(fā)生酯的烷基化反應(yīng)[4]，其反應(yīng)式如下：

在裝有攪拌器、溫度計(jì)、滴液漏斗的三口燒瓶中通入N2保護(hù)，用干冰降溫到-78℃保溫，開始加入一定量的醋酸甲酯，在攪拌下加入一定量的LDA，攪拌至溶解后將溫度調(diào)到-5℃再向滴液漏斗中加入一定量的內(nèi)酮，并調(diào)節(jié)合理的滴加速度，滴加完畢后再攪拌反應(yīng)2h，終止反應(yīng)，加稀HCl調(diào)節(jié)pH（6～7），用飽和食鹽水洗靜置分層，洗滌2～3次，收集上層有機(jī)相，常壓蒸餾除去溶劑和水，后減壓精餾，收集在105℃、2Pa下的餾分，用核磁氫譜和GC-MS分析產(chǎn)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對Michael加成反應(yīng)的影響

本實(shí)驗(yàn)取內(nèi)酮0.34mol，醋酸甲酯0.34mol，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 溫度對Michael加成反應(yīng)的影響Fig.1 Effe ct of temperature on the Michael addition reaction

由圖1可知，當(dāng)溫度達(dá)到-5℃時(shí)，MDJ收率達(dá)到最大值，繼續(xù)增加反應(yīng)溫度收率反而降低，這是因?yàn)镸ichael加成反應(yīng)過程是一個(gè)放熱反應(yīng)，在較低溫度下就可進(jìn)行，雖然溫度過高有利于提高反應(yīng)速度，但原料長時(shí)間處于較高溫度下會(huì)引起體系副反應(yīng)增加，導(dǎo)致MDJ收率降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定最佳反應(yīng)溫度為-5℃。

2.2 堿酯物質(zhì)的量比對Michael加成反應(yīng)的影響

“其一是要有風(fēng)趣，其二是有常識(shí)，常識(shí)分開來說，不外人情與物理，前者可以說是健全的道德，后者是正確的智識(shí)，合起來就可成為智慧，比常識(shí)似稍適切亦未可知。風(fēng)趣今且不談，對于常識(shí)的要求是這兩點(diǎn)：其一，道德是是人道、或?yàn)槿说乃枷?。其二，知識(shí)上是唯理的思想?！薄?〕

本實(shí)驗(yàn)取內(nèi)酮0.20mol，醋酸甲酯0.25mol，反應(yīng)時(shí)間為2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，在一定范圍內(nèi)增加LDA的用量，能夠顯著提高M(jìn)DJ收率。但當(dāng)堿酯比過大時(shí)，收率反而下降，主要是由于堿過量會(huì)導(dǎo)致原料內(nèi)酮和部分酯的自身縮合副反應(yīng)。因此，合理的堿加入量非常重要。有研究表明，在堿與酯同等摩爾量的情況下，能夠很好地將活潑亞甲基轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际浇Y(jié)構(gòu)，得到的收率較高，產(chǎn)品純度較好[5]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堿酯物質(zhì)的量比為1∶5（LDA/酯）時(shí)，MDJ收率最高。

圖2 堿酯物質(zhì)的量比對Michael加成反應(yīng)的影響Fig.2 Effect of mole ratio of alkali to ester on the Michael addition reaction

2.3 滴加方式對產(chǎn)物收率的影響

不同的加料方式對反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不同的影響，合理的改變底物的加料方式有利于提高產(chǎn)物的收率和降低副產(chǎn)物的產(chǎn)生[6]?？紤]到原料內(nèi)酮和乙酸甲酯在堿性條件下容易發(fā)生自身縮合反應(yīng)，從而影響收率。本實(shí)驗(yàn)對滴加方式進(jìn)行研究，取內(nèi)酮0.20mol，醋酸甲酯0.25mol，LDA取5mL攪拌反應(yīng)2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 滴加方式對產(chǎn)物收率的影響Tab.1 Effect of dropping way on the yield

從表1可知，采用先乙酸甲酯然后滴加LDA，最后滴加內(nèi)酮的方式得到的產(chǎn)物收率最高。這是因?yàn)閮?nèi)酮和乙酸甲酯在堿性條件下容易發(fā)生自身縮合反應(yīng)，選擇性就會(huì)降低，從而影響收率。

2.4 超聲輔助對Michael加成的影響

表2 超聲輔助對Michael加成的影響Tab.2 Effe ct of ultrasonic-assisted on the Michael addition reaction

由表2可知，超聲輔助對Michael加成反應(yīng)具有一定的促進(jìn)作用，這是因?yàn)槌暡ㄝ椛淙芤簳r(shí)可以產(chǎn)生機(jī)械作用，如促進(jìn)傳質(zhì)、傳熱、分散和乳化等作用，因而可以大大促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行[7]。

2.5 對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行核磁氫譜、紅外分析

圖3 二氫茉莉酮酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)樣品（左圖）與目標(biāo)產(chǎn)物（右圖）的1H NMR圖譜Fig.31H NMR of MDJ standard sample（light）and target product（right）

由圖3可知，從取代烷烴化合物（RY）的化學(xué)位移表得出化學(xué)位移在3.7位置的是-COOCH3，與目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行分析對比，是酯基的基團(tuán)[8]，表明乙酸甲酯加成到內(nèi)酮上，得到目標(biāo)產(chǎn)物。從特征峰的面積比較，得出產(chǎn)物的得率為42%。

圖4 二氫茉莉酮酸甲酯的紅外譜圖Fig.4 IR spectra for MDJ

由圖4可知，MDJ的特征吸收峰為：C-O，1184cm-1；五元環(huán)酮，1750cm-1；雙鍵上的-H，3000cm-1。從圖中的吸收峰位置和峰形可以判定產(chǎn)物為二氫茉莉酮酸甲酯。

3 結(jié)論

以2-戊基環(huán)戊烯酮和乙酸甲酯為基本原料，在LDA作用下對乙酸甲酯脫a-氫、Michael加成得到二氫茉莉酮酸甲酯，分別從溫度、堿性試劑用量、滴加方式和順序等因素，探討不同的實(shí)驗(yàn)條件對反應(yīng)的影響，得出如下結(jié)論：

（1）Michael加成反應(yīng)的溫度為-5℃，反應(yīng)時(shí)間取2h收率較高。

（2）實(shí)驗(yàn)的最佳催化劑用量比為1∶5（LDA/酯）。

（3）先滴加乙酸甲酯，然后滴加LDA，最后滴加內(nèi)酮的滴加方式得到的效果最好，產(chǎn)物收率也最高。

采用超聲輔助的條件對Michael加成反應(yīng)具有一定的促進(jìn)作用，反應(yīng)在很溫和的條件下進(jìn)行，具有產(chǎn)物較易分離，產(chǎn)率高等特點(diǎn)。

[1]范有成.香料及其應(yīng)用（第一版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 1990.

[2]許紹東，陳海明，付建龍.茉莉家族化學(xué)品的研究[J].沈陽化工，1997，26（3）：51-55.

[3]賀建偉，鄭福平，孫寶國.順式-二氫茉莉酮酸甲酯的合成進(jìn)展[R].北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，2009（5）：14.

[4]楊光富.有機(jī)合成[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2010：11，35-47.

[5]Masanori Yoshida a，b，*，Yuki Nagasawa c，Ami Kubara b. Mechanistic study of asymmetric Michael addition of malonates to enones catalyzed by a primary amino acid lithium salt.2013.

[6]黃致喜，徐曉瑾.茉莉香料化學(xué)[M].上海：愛普香料公司，2004：6.

[7]紀(jì)順俊，史達(dá)清.現(xiàn)代有機(jī)合成新技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：179-202.

[8]孟令芝，龔淑玲，何永炳.有機(jī)波譜分析[M].湖北：武漢大學(xué)出版社，2011：7.□

Synthesis Process of Dihydro Jasmono Acid Methyl Ester to Relace Malonic Acid with Methyl Acetate

HUANG Zhen-li，LI Guang-xue，F(xiàn)ANG Yong-liang，SHI Jian-lin，LIN Wei，WANG An-shun
（College of Chemical Engineering，Anhui University ofScience and Technology，Huainan 232001，China）

With cyclopentanone and valeraldehyde as rawmaterial，by condensation and isomerization reaction ofsynthesis of 2-pentyl cyclopentenone，again with methyl acetate under the effect of alkaline reagents for Michael addition，synthetic methyl dihydrojasmonate.Products through the1HNMR，IR and other methods of characterization and qualitative，quantitative determination，the results showthat the synthesized product is methyl dihydrojasmonate，at select proper reaction conditions，the production rate of42%.

methyl dihydrojasmonate；cyclopentanone；valeraldehyde；methyl acetate

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.01.009

TQ655

A

1008-553X（2016）01-0038-04

2015-10-23

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201510361230）

黃珍麗（1991-），女，在讀碩士研究生，研究方向：有機(jī)合成及香料化工產(chǎn)品，13155450635，hzl_jenny@163.com。