（应用化学专业论文）百里酚与松节油合成薄荷醇反应的研究.pdf

摘要 摘要 薄荷醇是世界上销量最大的香料之一，其薄荷味及清凉感被用于许多产品中。目前， l - 薄荷醇重要的来源是从天然薄荷油提取的。由于季节变化及不良耕作，有时不能稳定 的获得天然薄荷醇。松节油作为一种丰富的可再生资源，在精细化学品开发方面具有广 泛的应用，常用来合成多种香精香料或其它化学品。 本论文工作探讨了合成薄荷醇的两种不同的路径：即分别以百里酚和松节油为起始 原料合成薄荷醇。 百里酚催化加氢制备薄荷醇的方法是：使用新制的雷尼镍作催化剂，在1 5 0 ，4m p a 氢气压力条件下，百里酚催化加氢得到薄荷醇，研究结果表明百里酚可以基本完全转化 为薄荷醇。通过乙酸酐和加氢制备的薄荷醇反应得到乙酸薄荷酯，收率可达9 0 。 以松节油为原料，使用雷尼镍作催化剂，在氢气压力3m p a ，反应温度7 0 c 条件 下，松节油加氢产物蒎烷的收率可达9 0 以上。将蒎烷在4 0 0 - - 5 0 0 * ( 2 条件下热裂解制备 得n - - 氢月桂烯，裂解产物中二氢月桂烯的最高含量为4 0 1 ，收率可达4 0 左右。本 文通过设计两条路线，对二氢月桂烯到香茅醇、香茅醛的转化作了进一步详尽的研究： 一是先将二氢月桂烯转化为香茅醇，香茅醇再经催化氧化生成香茅醛。即通过硼氢化钠、 二氢月桂烯和丙二酸在四氢呋喃中的反应制备得到香茅基硼络合物，再经h 2 0 f f n a o h 水解制得香茅醇( 含量为3 0 0 ) ，最后通过2 ，2 ，6 ，6 四甲基哌啶- n 氧自由基、c u b r 2 、 n a o h 、2 , 2 联吡啶催化氧化香茅醇得到香茅醛( 含量为9 4 5 ) 。二是使用上述催化剂， 采用一锅法直接由二氢月桂烯得到香茅醛，产物中香茅醛含量为2 1 4 。该路线中香茅 醛经过环化、催化加氢反应生成异胡薄荷醇、薄荷醇，两步反应的目标产物收率可达 9 0 。 本论文通过对合成薄荷醇的两种不同的路线的探讨，初步掌握了合成薄荷醇的方 法。其研究为后续路线的更进一步优化和薄荷醇手性拆分奠定了基础。 关键词：薄荷醇；百里酚；松节油：香料；合成 a b s t r a c t m e n t h o li so n eo ft h em o s tp o p u l a rp e r f u m e si nt h ew o r l d i t sm i n tf l a v o ra n dc o o l p r o p e r t ya r ew i d e l ya p p l i e di nm a n yp r o d u c t s o v e rt h ep a s ty e a r s ，m e n t h o la l w a y sc o m e s f r o mn a t u r a lp l a n ts u c ha sm e n t h ah a p l o c a l y xa n dm e n t h ap i p e r i t a h o w e v e r , i tc a n n o tm e e t r e q u i r e m e m sf r o mi n d u s t r i a l i z a t i o n i nr e c e n ty e a r s t u r p e n t i n e ，a sa b u n d a n tr e n e w a b l e r e s o u r c e s ，i se x t e n s i v ef m ec h e m i c a l st os y n t h e s i z ep e r f u m e sa n do t h e rf i n ec h e m i c a l s i nt h i sp a p e r , o u rr e s e a r c hw o r kw a sf o c u s e do nm e t h o d st os y n t h e s i z em e n t h o l ，谢t l l t h y m o la n dt u r p e n t i n ea sr a wm a t e r i a lr e s p e c t i v e l y i nt h ef i r s tm u t e ，t h em e n t h o li sp r e p a r e df r o mt h y m o lb yc a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o n r e a c t i o n w i t hr a n e yn i c k e la sc a t a l y s t ，m e n t h o lc a nb es y n t h e s i z e dt h r o u g hh y d r o g e n a t i o n r e a c t i o n 丽t 1 1t h y m o la t15 0 i n4m p ah 2p r e s s u r e ，i nh i g hc o n v e r s i o nr a t e m e n t h y la c e t a t e w a so b t a i n e di nr e a c t i o no ft h er e s u l tc o m p o u n dw i t ha c e t i ca n h y d r i d e w i t hy i e l du pt o9 0 w i t l lr a n e yn i c k e la sc a t a l y s t , p i n a n ew a sg a i n e db yh y d r o g e n a t i o nr e a c t i o no ft u r p e n t i n e a tl5 0 i n3m p ah 2p r e s s u r e ，w i 廿1y i e l du pt o9 0 d i h y d r o - m y r c e n ew a so b t a i n e df r o m p i n a n ei ny i e l d4 0 a t4 3 0 w ea l s oh a v em u c hr e s e a r c hw o r ki np r e p a r a t i o no fc i t r o n e l l a l f r o md i h y d r o m y r c e n ei nt w ow a y si nt h i sp a p e r i no n ec a s e ，c i t r o n e l l y lb o r o nw a sg e tf r o m r e a c t i o no fd i h y d r o m y r c e n ew i t hs o d i u mb o r o h y d r i d ea n dm a l o n i ca c i di nt h fa t6 0 t h e n c i t r o n e l l o li n3 0 0 c o n t e n ti sp r e p a r e df r o mt h ec i t r o n e l l y lb o r o ni no x i d i z e da n d h y d r o l y z e dr e a c t i o nw i t l lh y d r o g e np e r o x i d ea n ds o d i u mh y d r o x i d eu n d e ra i rr e s p e c t i v e l y c i t r o n e l l a li n9 4 5 w a so b t a i n e df r o m c i t r o n e l l o l ， u n d e r t h e c o m p l e x 【c u b r 2 ( 2 ，2 - b i p y r i d i n e ) 】f r o m2 , 2 ，6 ，6 - t e t r a m e t h y l - p i p e r i d y l lo x y ，c u b r 2 ，s o d i u mh y d r o x i d e a n d2 , 2 - b i p y r i d i n e i na n o t h e rc a s e ，c i t r o n e l l a lw a sa l s op r e p a r e dw i t ho n ep o tp r o c e s sf r o m d i h y d r o - m y r c e n ei nt h ea b o v ec a t a l y s t s t h er e s u l to fg a sa n a l y s i ss h o w st h a tt h ec o n t e n to f c i t r o n e l l a li su pt o21 4 t h e n ，m e n t h o lw a sa c h i e v e df r o mc i t r o n e l l a lb yt w o - s t e pr e a c t i o n , w i t l lt h ey i e l do ft h ec o m p o u n do fe a c hs t e pi st o9 0 w i t l lt h ea b o v er e s u l ti ns y n t h s i so fm e n t h o l ，i tw i l lb ef a v o ro fo u rn e x tr e s e a c hw o r ki n r e a c t i o na n dl i p a s e c a t a l y z e dr e s o l u t i o n k e y w o r d s ：m e n t h o l ；t h y m o l ；t u r p e n t i n e ；p e r f u m e ；s y n t h e s i s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：彰苤羞日期：巧年7 月用 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 日期：0 7 年7 月乒e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 1 薄荷醇是世界上销量最大的香料之一，产量约1 2 0 0 0 吨，其中印度占近7 0 0 0 吨，中 国薄荷醇的产量大约在3 5 0 0 吨。1 薄荷醇具有轻逸清新凉气，带有甜的辛辣的刺激性气 味，并具有促渗透性和杀菌止痒等功效，这种性质在其它薄荷醇异构体中几乎不存在。 因此，1 薄荷醇与其他薄荷醇异构体相比有更高的应用价值，广泛用于香烟及口腔卫生 用品中，如牙膏、剃须膏、漱口水和口香糖等产品。在药物与保健品中也有应用，如止 咳糖锭和局部镇痛剂等。 天然薄荷油的特征香气是以1 薄荷醇为主体的。目前，1 薄荷醇最重要的天然来源是 亚洲薄荷油( 7 5 田0 ) 和欧洲薄荷油( 5 0 - - - 6 5 ) 。亚洲薄荷主要产于日本、中国大 陆、巴西及中国台湾省；欧洲薄荷主要产于美国、原苏联、保加利亚和意大利【2 】。 由于季节变化及不良耕作，有时不能稳定地获得天然薄荷醇。此外，薄荷醇的种植 量有限，也限制了天然薄荷醇的供应。 感官上，天然的和合成的薄荷醇是完全可以互换的；任何细微的差别均已通过产品 开发大大的消除。而且，合成1 薄荷醇由于其中不含有存在于天然薄荷醇的杂质，因此 具有更纯和更一致的口感和味道。 1 2 薄荷醇的结构 薄荷醇( c l o h 2 0 0 ) ，俗名薄荷脑，学名5 甲基一2 异丙基环己醇。属对孟烷族，是非常 重要的环萜醇。薄荷醇有三个手性碳原子，所以有八个立体异构体。薄荷醇中的三个取 代基甲基、羟基和异丙基。甲基、羟基和异丙基如果都处于横键时就称为薄荷醇( 也 称正薄荷醇( m e n t h 0 1 ) ，以有别于其他异构体) 。如果甲基处于竖键时，为异薄荷醇 ( i s o m e n t h 0 1 ) ；若羟基处于竖键时，为新薄荷醇( n e o m e n t h 0 1 ) ；若甲基和羟基都处于竖键 时称新异薄荷醇( n e o i s o m e n t h 0 1 ) ：而体积较大的异丙基则常处于能量较低的横键。薄荷 醇异构体的构象如图1 1 所示【3 j ： 厶薄荷醇( - m e n t h 0 1 ) ( 1r ，2 5 ，5 r ) ，一新薄荷醇( - n e o m e n t h 0 1 ) ( ir ，2 r ，5 s ) 正薄荷醇( d - m e n t h 0 1 ) ( i s 2 r ，5 s ) d 一新薄荷醇( d - n e o m e n t h o l 、 ( 1 s ，2 s ，5 r ) 江南大学硕士学位论文 , o h 声习 ，异薄荷醇( 1 - i s o m e n t h 0 1 ) ( 1r ，2 s ，5 s ) i c h 3 ，新异薄荷醇( 1 - n c o i s o m c n t h 0 1 ) c h 3 乒异薄荷醇( d - i s o m e n t h 0 1 ) ( 1s 2 r ，5 r ) d 二新异薄荷醇( d - n e o i s o m e n t h 0 1 ) ( 1s，2s，5s)(1 r 2 r ，5 r ) 图1 1 薄荷醇八种异构体结构图 f i g u r e1 - 1s t r u c t u r eo f t h ee i g h ti s o m e r s 1 3 薄荷醇的物理性质 薄荷醇的不同异构体物理性质存在较大差异1 3 1 。其不同异构体的物理性质列于表 1 1 。薄荷醇在催化剂尤其是在碱金属醇化物存在下会发生异构化反应。差相异构化或重 排反应可使薄荷醇上的竖键转化成横键或者相反，这就使得人们能将利用价值比较小的 一的异构体，如异薄荷醇、新薄荷醇和新异薄荷醇等重新转化成为利用价值高的d ，1 薄 荷醇或1 薄荷醇。 表1 1 薄荷醇各种异构体及各自消旋体的物理性质 t a b 1 - 1v a r i o u sm e n t h o li s o m e r sa n dt h e i rr e s p e c t i v ep h y s i c a lp r o p e r t i e s 2 第一章绪论 1 41 薄荷醇的制备 1 4 1 从薄荷素油中提取1 薄荷醇 天然薄荷油中含有多达8 0 以上的1 薄荷醇，从天然薄荷植物中提取1 薄荷醇传统 的提取工艺是将薄荷草经蒸气蒸馏制得薄荷原油，收油率为鲜草的0 1 5 0 2 ，根据收 获时期和品种的不同有所差异。薄荷原油的成分极为复杂，包括1 薄荷醇( 7 0 8 0 ) ， 1 薄荷酮，乙酸薄荷酯，1 辛醇，桉叶油素，莰烯等，故还需精制才能得到1 薄荷醇【5 】。 常用的方法有： 冷冻结晶法：薄荷原油经过静置除水、粗脑提取( 冻析) 、脱水、压滤、配料结晶、 烘选、风凉、筛选、包装等过程。该方法的缺点有：( 1 ) 冷冻结晶的温度最低需要4 0 ( 2 ， 冷冻时间长达6 0h ，能耗太高；( 2 ) 一个生产周期长达1 8 0 h ，生产率太低；( 3 ) 薄荷醇的 得率还不够高。 超临界c 0 2 提纯：无锡轻工大学马海乐、丁绍东采用超临界c 0 2 萃取技术对薄荷原 油中薄荷醇进行提纯，在压力9 o 9 5m p a 、温度3 5 - 4 5 条件下，1 薄荷醇纯度可达9 0 以上【5 】。提取工艺为：薄荷原油_ 静置除水一超临界c 0 2 萃取_ 粗醇提取_ 脱水_ 压滤 _ 配料结晶_ 烘选一风凉一筛选一包装。薄荷原油经加工提取后的残留物称为脱脑素 油，含有不少簿荷醇的酯类、薄荷酮和薄荷醇的立体异构体。工业上可以选择合适的还 原条件把薄荷酮和薄荷醇的酯分别在镍催化剂或铜铬催化剂存在下催化加氢或皂化而 制得1 薄荷醇。 2 0 0 1 年，b a b a l i b 在不破坏植物正常生长的条件下，利用超声波将植物细胞中的1 薄荷醇连续释放并扩散到植物的腺表皮毛状体之外，或从表皮毛状体中渗出，实现了植 物在线提取薄荷醇。实验在3 9 ，4 0 k h z 超声波1h 内提取率可达1 2 。随着提取时间的 延长，植物中1 薄荷醇的释放率也随之提耐7 1 。 1 4 2 由旋光性萜烯酮制备1 薄荷醇 化合物d - 异胡薄荷酮、1 薄荷酮和d 异薄荷酮( 1 ) 与1 薄荷醇结构相近，一直被用作 合成1 薄荷醇的起始原料。实践表明：以氧化钯、雷尼镍及活性碳上的铂为催化剂，还 原化合物( 1 ) ，正常生成新薄荷醇占优势【8 】。当有碱性化合物，如n a o h 存在时，新薄荷 醇仍然是主要产物。在钠的乙醇溶液里进行还原，可产生差向异构体，问题是如何有选 择性地生成1 薄荷醇。1 薄荷酮和d 异薄荷酮的还原具有一定的代表性：采用熔融金属 还原是高选择性地生成1 薄荷醇的方法。由碱金属还原1 薄荷酮和d 异薄荷酮，1 薄荷 醇的选择性可达9 8 6 。 薄荷酮用氢硅烷还原几乎可以定量地得到1 薄荷醇d 新薄荷醇的混合物，虽然可以 通过催化剂的合适选择以增加1 薄荷醇的产率，但d 新薄荷醇仍然是主要的还原产物【6 】。 将1 薄荷酮溶于无水乙醚，无水乙醇或置于液氨中加金属钠使之还原，即生成1 薄 荷醇与d 异薄荷醇的混合物。由碱金属还原1 薄荷酮和d 异薄荷酮，1 薄荷醇的选择性 可达9 8 6 。2 0 0 0 年，l a n g e rr i n h a r d t 9 1 等以贵金属为催化剂，在0 2 o 5m p a 、1 0 0 - - 2 0 0 条件下，利用薄荷酮的亲核加成反应，一次转化的对映体选择性将近1 0 0 。随后的研 江南大学硕士学位论文 究发现，s n 配位体催化剂【l o 】、聚合物负载l i a i h 4 催化剂【1 1 1 等对薄荷酮不对称合成1 薄荷醇，对映体选择性也将近1 0 0 e e ( 对映体过量e n a n t i o m e r i ce x c e s s ，简称e e ) 。 图1 - 2 薄荷酮制备1 薄荷醇 f i g 1 2p r e p a r a t i o no fl m e n t h o lf r o mm e n t h o n e 1 4 3 以香茅醛为原料制取i 薄荷醇 在香茅油中含有3 0 - 4 0 的d 香茅醛( 3 ) 。把d 香茅醛从香茅油中用亚硫酸氢钠加成 或碱压分馏单离出来后，经路易丝酸催化环化为异胡薄荷醇( 4 ) ，然后通过催化加氢、精 馏、冷冻、结晶，即制得1 薄荷醇( 2 ) 。反应式如下： h h 图1 - 3d 香茅醛制备1 薄荷醇 f i g 1 3p r e p a r a t i o ni - m e n t h o lf r o md - c i t r o n e l l a l 日本高砂香料公司最早以z n b r 2 为催化剂，由d 香茅醛为原料成功地合成出1 薄荷 醇，并进行了工业化生产。经过多年的研究，新开发了许多高效的环化催化剂，高砂公 司t 1 w a t a 等人使用a 1 ( 2 , 6 d i a r y l p h e n o x y ) 3 催化香茅醛转化率达到9 5 以上，1 - 异胡薄 荷醇的选择性接近1 0 0 e e 2 1 】。c m i l o n e 等人以r u z n b r 2 s i 0 2 为双功能催化剂，d 香茅 醛可一步完成异构化和氢化反应制得1 薄荷醇，最大得率可达8 5 1 2 。2 0 0 0 年，r a v a s i o n 采用双功能c s i 0 2 的催化剂，使用d 香茅醛的连续闭环反应技术，一步获得1 - 薄荷醇， 化学收率9 0 ，立体选择性8 0 e e 1 2 】。2 0 0 4 年，l o s i f f l o r i 等在i r b e t a 催化剂下，用同样 方法一步获得7 5 1 拘1 薄荷醇【1 3 l 。t r a s a r t i 等使用镍配位体的双功能催化剂，能催化由柠 檬醛一香茅醛一异胡薄荷醇一薄荷醇的一步合成，产物得率9 0 ，其中d ，1 薄荷醇占 7 0 0 o 7 5 1 4 1j 1 4 4 以煤焦油产品或百里酚为原料合成i _ 薄荷醇 利用钢铁工业中炼焦副产品间甲酚( 5 ) 原料，在傅克氏催化剂存在下与丙烯进行 缩合，生成百里香酚( 6 ) 。然后在含锰和铜的钴作用下催化加氢，把百里香酚还原生成四 4 ：；三 冶罢 ： 矸 西 i h k 。一芦当 4 0 ) 时，溶剂挥发比较快。因此，反应温度最 佳温度在3 5 - 4 0 。c 为宜。 表3 - 6 ( c u - n t e m p o 濉化氧化香茅醇合成香茅醛 t a b 3 - 6 ( c u - n - l i g a n d - t e m p o ) - c a t a l y s e do x i d a t i o no fc i t r o n e l l o lt oc i t r o n e l l a l 5 ：反应1 0 h 。 3 6 6 实验结论 以空气氧为氧化剂，以2 ，2 ，6 ，6 四甲基哌啶- n 氧自由基为主催化剂，溴化铜、2 ，2 联吡啶及氢氧化钠为助催化剂，产物中原料香茅醇基本完全转化，香茅醛的含量最高可 达9 4 5 ，且无其他副产物生成。反应的最佳条件为：以c h 3 c n h 2 0 ( 2 ：1 ) 为溶剂，反 应温度3 0 4 0 c ，2 , 2 ，6 ，6 四甲基哌啶一氮氧化物、c u b r 2 、2 , 2 联吡啶、n a o h 的用量分 别为原料香茅醇用量的：1 2 8m 0 1 、5 0 m 0 1 、5 0 m 0 1 、5 0 m 0 1 。 与以往催化剂相比，该催化剂有诸多优点： ( 1 ) 生成香茅醛的产率高、选择性好。使用其他氧化剂时通常会使香茅醇分子中所 含双键发生加成或缩合等副反应，或将产物香茅醛进一步转化为相应的酸等副产物。而 使用 c u b r 2 ( 2 ，2 - b i p y r i d i n e ) - t e m p o 催化体系时，即使延长时间或加大催化剂用量均无 其它副产物生成。 ( 2 ) 反应所有的催化剂均廉价易得、反应条件温和、操作简便，具有的经济和环境友 好的特点。 3 7 江南大学硕士学位论文 3 7 二氢月桂烯一步反应制备香茅醛 1 1 6 )1 2 9 ) 图3 3 0 二氢月桂烯合成香茅醛 f i g 3 - 3 0o x i d a t i o no f d i h y d r o - m y r c e n et oc i t r o n e l l a l 3 7 1 简介 在不改变碳原子数目的情况下，将末端烯烃转化为醛最常使用的催化剂是w a c k e r 型催化剂( m e c n ) 2 p d c l 犯u c l 2 体系【5 3 - 5 4 1 。此外，使用铬酰氯也可以将直接末端烯烃转化 为醛【4 5 】。但此类催化剂均存在反应条件苛刻，选择性差等缺点。 1 9 8 6 年，h e r b e r tc b r o w n 等人报道了另一种将烯烃氧化成醛的方法【5 5 】：即经由有 烷硼化合物中间体，将双键氧化成醛。具体步骤为：首先端烯烃与硼氢化试剂如 b h 2 c 1 s m e 2 等反应生成烷基硼，然后烷基硼在氯铬酸吡啶( p c c ) 催化条件下，以较高 产率得到相应的醛。该反应的缺点氧化烷基硼时，需要6 倍当量的p c c ，对环境造成较 大的危害。 为了避免使用铬试剂对环境造成污染，m a t t h e wh y a t e s 在1 9 9 7 报道了一种新的氧化 方法【5 6 1 ，即使用过钌酸四内胺和n 甲基吗啉n _ 氧化物催化体系( n m o t p a p ) 将烷基硼 转化成相应的醛。与p c c 相比，使用n m o t p a p 催化时，催化剂用量大大减少，且反应 迅速。但使用该催化体系的反应条件苛刻，且价格比较昂贵。 本节内容根据已得出的实验结果，利用h e r b e r tc b r o w n 等人直接氧化烷基硼制备 醛类物质的原理，使用二氢月桂烯、金属硼氢化物和丙二酸制备香茅基硼络合物，再经 t e m p o 催化体系催化氧化将其转化为香茅醛。 3 7 2 实验操作 1 1 6 ) + n a b h 4 c h 2 ( c o o h ) 2 n a 1 3 8 ) n a o h 2 , 2 。联吡啶。c u b r 2 - - l 卜一 h 2 0 2 t e m p o ，c h 3 c n 图3 3 1 二氢月桂烯氧化合成香茅醇 f i g 3 - 31o x i d a t i o nd i h y d r o m y r c e n et oc i t r o n e l l a l 1 1 9 ) o h 第三章松节油制备薄荷醇 ( 1 ) 香茅基硼络合物的制备：n 2 保护下，在装有磁力搅拌子的5 0 m l 圆底- - - e l 烧瓶中 加入硼氢化钠1 1 4 9 ( 3 0 m m 0 1 ) 、4 1 4 9 _ 二氢月桂烯( 3 0 m m 0 1 ) 和2 0 m l 无水四氢呋喃，在室 温搅拌下缓慢滴加溶有丙二酸3 1 2 9 ( 3 0 m m 0 1 ) 的2 0 m l 无水四氢呋喃溶液，滴完后继续搅 拌lh ，缓慢升温至6 0 c ，搅拌至不再放出气体( 约1 0h ) ，将反应混合物静置，得到白色 到浅黄色悬浮液。 ( 2 ) 香茅醛的制备：在上述悬浊液中加入溶剂c h 3 c n4 5m l ，搅拌下依次加入浓度 为3m 的n a o h 2 0 m l 、质量浓度3 0 的h 2 0 2 1 0 m l 、c u b r 2 0 3 3 9 ( 1 5 m m 0 1 ) 和2 ，2 联吡 啶0 2 3 9 ( 1 5 m m 0 1 ) ，最后加入2 ，2 ，6 ，6 四甲基哌啶氮氧化物f f e m p o ) o 4 7 9 ( 3 m m 0 1 ) ，t l c 跟踪反应。反应完毕，静置分层，水层用乙醚( 2 0m l x 3 ) 萃取，有机相中的t e m p o 用 碘化钠和1 0 h c l 溶液除去，去水相。余下的有机相用1 2 0 m l 饱和氯化钠溶液洗四次， 除去无机盐等杂质，再用无水硫酸镁干燥过夜。旋转蒸馏除去溶剂得无色到浅黄色溶液。 3 7 3 产物验证 ( 1 ) 由薄层色谱分析可以鉴定产物点与香茅醛标准品处于同一水平线上。初步鉴定 有香茅醛生成。 ( 2 ) 气相色谱法分析( g a sc h r o m a t o g r a p h y ) 对旋转蒸馏后得到的产品用9 7 9 0 型气相色谱仪( 弱极性毛细管柱s e 5 4 ) 进行分析。 气相分析条件：色谱柱温1 5 0 ，检测器温度2 5 0 c ，进样量0 1 r t l ，含量用面积归 一法计算。( 进样之前用无水乙醇将微量进样器清洗干净) v r a i n 图3 3 2 原料二氢月桂烯气相色谱图 f i g 3 3 2g a sc h r o m a t o g r a p h yo fd i h y d r o - m y r c e n e 4 2 t m i n 图3 3 3 香茅醛标样的气相色谱图 f i g 3 - 3 3g a sc 1 1 m n m l o g r a p h yo fc i t r o n e l l a l i - - ：- 图3 3 4 产物气相色谱图 f i g 3 3 4g a sc l - ”o m a t o g 印h yo fp r o d u c t 3 9 江南大学硕士学位论文 保留时间为1 3 m i n 附近为乙醇；原料二氢月桂烯的保留时间为2 1 6 9 m i n ( 图3 3 2 ) ； 香茅醛的保留时间为3 9 1 7 m i n ( 3 3 3 ) ，3 9 2 m i n ( 图3 3 4 ) 。各种物质色谱峰的重复性较好， 分离度达到要求。香茅醛的最高含量为2 1 4 。 3 7 4 实验结论 本结内容初步研究了由二氢月桂烯经硼氢化再氧化制备香茅醛的可行性。在n 2 保 护下，等摩尔量的二氢月桂烯与硼氢化钠、丙二酸反应制备香茅基硼络合物，然后经 t e m p o 催化体系氧化制备香茅醛，其中t e m p o 、c u b r 2 、和2 ，2 联吡啶分别为原料二 氢月桂烯摩尔用量5 0 、5 0 和1 0 0 。经气相分析得知产物中香茅醛的含量为2 1 4 。 3 8 香茅醛环化制取异胡薄荷醇 z n b r 2 h o c h 2 c 1 2 i z 9 )1 3 7 ) 图3 3 5 香茅醛合成异胡薄荷醇 f i g 3 3 5s y n t h e s i so fi s o p u l e g o lf r o mc i t r o n e l l a l 3 8 1 简介 以香茅醛为原料制备薄荷醇，经历以下三个步骤： ( 1 ) 香茅醛闭环生成异胡薄荷醇。 ( 2 ) 异胡薄荷醇催化加氢制备薄荷醇异构体混合物。 ( 3 ) 从薄荷醇异构体混合物分离精制1 薄荷醇。 香茅醛，英文名c i t r o n e l l a l ，别名3 ，7 二甲基6 辛烯醛，相对分子量1 5 4 2 4 。沸 点2 0 7 ( 2 ，密度d 2 5 0 8 5 7 ，折射率n 2 0 d1 4 5 1 。具有强列、新鲜、青柑桔样、微带木香的 香气。暴露在空气，日光下和接触碱时不稳定。香茅醛中有一个手性碳原子，具有旋光 性。从天然得到的香茅醛，依植物种类不同，或以右旋体存在，或以左旋体存在。 近年来有关香茅醛合成异胡薄荷醇的报道很多，包括多相催化剂和均相催化剂。 多相催化剂有：( 1 ) 负载过渡金属盐催化剂如z n x 2 s i 0 2 ( x 为c l ，b r ，i ，n 0 3 。) p 、 f e s 0 4 a 1 2 0 3 ；( 2 ) 氧化物催化剂s i 0 2 t i 0 2 、s i 0 2 - z r 0 2 、s i 0 2 - a 1 2 0 3 【5 8 1 ；( 3 ) 分子筛沸石 催化剂h b e t a 、h z s m 5 、h m c m 4 1 、m b e m ( m = z r 、s n 、t i 、a 1 ) 、a i m s u t 5 0 j ；( 4 ) 杂多酸催化剂如h 3 p w l 2 0 4 0 【5 9 】等。这些催化剂用于香茅醛的环化反应均有较好的效果， 且可以重复使用。但多相催化剂的缺点是重现性较差，如沸石类催化剂，相同的反应条 件下，孔道结构不同催化结果也不同。即使是同一类沸石，金属离子含量对催化剂的催 化性质也有一定的影响。这些不确定性导致此类催化剂的实际应用还有一定困难。 均相催化剂有r h ( p p h 3 ) 3 、m o ( c o ) 5 ( o t f h 、 m o ( c o ) 4 b r 2 1 2 、w ( c o ) 5 ( o t 0 2 【5 9 1 、 第三章松节油制备薄荷醇 p h c h 2 ( e t ) s n + m o ( c o ) 4 c i b r 2 、p h c h 2 ( e t ) 3 n c w ( c o ) 4 c 1 b r 2 、s e ( o t f ) 3 t 6 0 l 、三- ( 2 ，6 一二芳 基苯氧基) 铝【2 1 】等。此类催化剂一般为金属有机化合物，具有用量少，催化效率高的特 点，表现出优良的催化性质。但使用此类催化剂时一般要求比较苛刻的反应条件，且价 格也比较昂贵。 本课题选用溴化锌作催化剂【6 1 1 ，对以往的方法进行一些改进，使用毒性较小，分离 容易的二氯甲烷作溶剂合成异胡薄荷醇，并对反应条件进行的探讨。 3 8 2 实验步骤 将l o o m l 的装有磁力搅拌子的三颈烧瓶放进冰水浴中，保持温度为0 5 ，氮气保 护下加入香茅醛6 0 9 ，二氯甲烷( 经无水硫酸镁干燥) 2 0 m l 。5 m i n 后分批加入一定量 溴化锌催化剂，6 0 m i n 左右停止反应。反应结束后，加入8 氢氧化钠溶液，直到油层 呈中性或弱碱性。过滤，除去固体。将滤液倒入分液漏斗中静置，分出油层和水层。水 层用无水乙醚萃取。将油层和萃取液混合，用饱和氯化钠溶液洗涤，除去水层。产品用 无水硫酸镁干燥过夜。过滤，旋转蒸馏除去溶剂，得到无色或浅黄色具有淡清香的液体。 3 8 3 产物分析 ( 1 ) 气相色谱法分析( g a sc h r o m a t o g r a p h y ) 对旋转蒸馏后得到的产品用9 7 9 0 型气相色谱仪( 弱极性毛细管柱s e 5 4 ) 进行分析。 气相分析条件：色谱柱温1 5 0 c ，检测器温度2 6 0 ，进样量0 1 l a l ，含量用面积归 一法计算。( 进样之前用无水乙醇将微量进样器清洗干净) 保留时间1 2 m i n 为乙醇。香茅醛的保留时间为4 8 0 3 m i n ( 图3 - 3 6 ) ，保留时间5 1 9 4 m i n 是异胡薄荷醇( 图3 - 3 7 ) 。从图中可以推断，反应物已基本转化完全。产物中异胡 薄荷醇最高含量为9 0 9 。 t ，m h 图3 3 6 原料香茅醛的气相色谱图 f i g 3 3 6g a sc h r o 嘲h y o fc i t r o n e l l a l ( 2 ) 红外光谱法( i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ) v m l n 图3 3 7 产物气相色谱图 f i g 3 - 3 7g a sc h r o m a t o g r a p h yo fp r o d u c t 旋转蒸馏后得到的产品进行红外图谱分析( 图3 - 3 9 ) 。 红外数据：3 4 2 0 3 6c m 、3 0 7 3 0 8c m l 、2 9 4 9 9 1c m 、2 9 2 3 6 3c m 一、2 8 6 9 7 1c m 。1 、 1 6 4 5 3 5c m 1 、1 4 5 5 5 6c m 。l 、1 3 7 5 1 5c m l 、1 0 5 1 6 6c m 。l 、1 0 2 7 4 8c m l 、8 8 7 2 8c r n l 。 图谱分析：3 0 0 0 3 5 0 0c m 1 波数范围有宽峰，为羟基缔合峰。3 0 7 3 0 8c m 1 处为= c h 4 1 江南大学硕士学位论文 的伸缩振动吸收峰，1 6 4 5 3 5c m 1 处为c = c 的伸缩振动吸收峰。2 9 4 9 9 1 c m 1 和2 9 2 3 6 3 c m 1 波数处有强吸收峰，为甲基吸收峰。1 4 5 5 5 6c m l 和1 3 7 5 1 5c m 。1 处为甲基的碳氢弯 曲振动吸收峰。而在1 7 0 0c m 1 处附近没有强吸收峰，可判定香茅醛已反应完全。产物 与异胡薄荷醇标准红外谱图( 图3 - 3 8 ) 相比基本吻合，可以判定产物即为异胡薄荷醇。 零 i q 丝 e 厅 c e i - - - 图3 3 8 异胡薄荷醇的标准红外光谱图 f i g 3 - 3 8s t a n d a r di n f r a r e ds p e c t r o s c o p yo fi s o p u l e g o l wa v enumber ( c m - 1 ) 图3 3 9 异胡薄荷醇红外图谱图 f i g , 3 - 3 9i n f r a r e ds p e c t r o s c o p yo f i s o p u l e g o l 4 2 第三章松节油制各薄荷醇 3 8 4 反应机理 e e z n 2 _ 0 h + z h 2 + o h 图3 - 4 0 香茅醛关环反应过程 f i g 3 4 0c i t r o n e l l a lc y c l i z a t i o nr e a c t i o np r o c e s s 以溴化锌为催化剂，香茅醛关环反应的机理过程可能是：由于香茅醛羰基的氧原子 电负性大且具有孤对电子，容易与缺电子的z n 2 + 进行结合，形成正碳离子。羰基的碳正 离子对碳碳双键产生诱导效应，使甲基上的氢原子的正电性增强，进而形成两个六圆环 的过渡态结构。最后，虚键断裂，分子内关环形成产物异胡薄荷醇。 3 8 5 反应条件探讨 为了确定最佳反应条件，对香茅醛合成异胡薄荷醇的反应温度、时间及催化剂用量 进行了探讨，见表3 7 。 表3 7 香茅醛合成异胡薄荷醇 t a b l e3 - 7s y n t h e s i so f i s o p u l e g o lf r o mc i t r o n e l l a l 从表中数据可以得出如下结论： ( 1 ) 反应温度对产率的影响：反应在冰浴( 肚5 ) 中进行时，产物中异胡薄荷醇含 量最高达9 0 9 。随着反应温度的升高，产率逐渐下降。可能原因是反应物中存在双键， 而体系处于酸性环境中，升高温度加速了双键的聚合等副反应。 ( 2 ) 反应时间对产率的影响：在反应的时间较短时，随着反应时间的增加，反应的 产率上升，达到6 0 m i n 后产率达最大值，随着时间延长，产率反而下降。原因可能是： 4 3 江南大学硕士学位论文 产物中的醇羟基在酸性条件下发生了醚化或缩合等副反应。 ( 3 ) 催化剂用量对产率的影响：在催化剂用量较少时，产率较低。增加催化剂用量， 产率逐渐上升，达到6 0 9 后继续增加催化剂用量，对反应结果影响不大。故催化剂溴化 锌适宜用量为6 0 9 。 3 8 6 实验小结 在以溴化锌作催化剂，二氯甲烷作溶剂的条件下，香茅醛6 9 ，二氯甲烷用量为2 0m l 时，反应温度在0 5 ，反应时间为6 0 m i n ，香茅醛：溴化锌( 摩尔比) 为1 ：0 7 时反应 条件较佳。产物中异胡薄荷醇的含量可达9 0 9 。 由理论可以推断，由于反应体系存在双键，在酸性环境中，当温度过高时，会使双 键质子化，进而发生聚合反应。所以反应宜在低温下进行。另外，随着时间的延长，即 使在低温条件下，也会发生一定程度的聚合。故反应停止后，应立即即加碱处理以破坏 酸性环境，减少副反应的发生。 3 9 异胡薄荷醇催化加氢生成薄荷醇 o h o h ( 3 8 ) ( 3 6 ) 图3 - 4 l 香茅醛合成异胡薄荷醇 f i g 3 - 4 ls y n t h e s i so f m e n t h o lf r o mi s o p u l e g o l 香茅醛环化产物异胡薄荷醇的催化加氢，可采用的催化剂有雷尼镍、雷尼钻、炭载 钯或铂等。当反应在温和的条件下进行时，反应物的手性中心旋光性可保留。本文采用 自制的雷尼镍为催化剂将异胡薄荷醇转化为薄荷醇。 3 9 1 实验步骤 具体加氢操作参见百里酚合成薄荷醇实验部分。 异胡薄荷醇加氢反应条件：称取5 0 9 异胡薄荷醇，加入乙酸乙酯1 5 0 m l 和新制备 的雷尼镍催化剂约2 5 9 ( 铝镍合金5 9 ) ，设定转速3 0 0 r m i n ，氢气压力1m p a ，9 0 c 温度 下进行反应约4 小时。取出反应混合物、滤去催化剂，将滤液旋转蒸馏处理后得无色具 有强烈清凉效果的液体。 3 9 2 产物验证 ( 1 ) 气相色谱法分析( g a sc h r o m a t o g r a p h y ) 对旋转蒸馏后得到的产品用9 7 9 0 型气相色谱仪( 弱极性毛细管柱s e 5 4 ) 进行分析。 气相分析条件：色谱柱温1 2 0 ( 2 ，检测器温度2 6 0 c ，进样量0 1 此，转化率用面积 第三章松节油制备薄荷醇 归一法计算。 保留时间1 3r a i n 附近为乙醇溶剂峰，原料异胡薄荷醇的保留时间为5 1 2 m i n ( 图 3 - 4 2 ) ，产物薄荷醇的保留时间为5 4 7 8m i n ( 图3 - 4 3 ) 。从图中可以推断，反应物已基本 转化完全。异胡薄荷醇含量达到9 1 3 。 图3 4 2 原料异胡薄荷醇的气相色谱图 f i g 3 - 4 2c h r o m a t o g r a p h yo fi s o p u l e g o l ( 2 ) 红外光谱法( i n f r a r e ds p e c