(±)-茶螺烷酮的合成*

劉長(zhǎng)輝, 羅新湘, 林滿軍, 潘 峰

(湖南城市學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系,湖南 益陽(yáng) 413000)

茶螺烷酮(1)是茶葉中類(lèi)胡蘿卜素的降解產(chǎn)物，具有像樟腦的芳香氣味，主要用于保健品、化妝品、食品、飲料及卷煙中[1～3]。文獻(xiàn)[4]方法以7-羥基-7,8-二氫-β-紫羅蘭醇(4)為原料，經(jīng)硫酸氫鉀催化環(huán)化得到茶螺烷(5)，此法操作簡(jiǎn)便，收率較好，但起始原料的制備過(guò)程繁瑣[5]，需經(jīng)β-紫羅蘭酮與鹽酸羥胺肟化、碘單質(zhì)氧化、催化加氫、水解及還原5步反應(yīng)才能得到。

本文參考文獻(xiàn)[4，6～8]方法對(duì)1的合成進(jìn)行了探討。在超聲波輻射下，β-環(huán)檸檬醛(2)與丙酮加成得中間體7-羥基-7,8-二氫-β-紫羅蘭酮(3)； 3經(jīng)還原、環(huán)化、烯丙位氧化合成了(±)-1(Scheme 1)，總收率54.5 %，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR, IR, MS和元素分析表征。

Scheme 1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

INOVA-400 MHz型核磁共振譜儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；AVATAR-360-FT型傅立葉紅外光譜儀(液膜)；QP-2010型氣相色譜儀；QP-2010型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)；PE-2400型元素分析儀；KQ3200 DB型數(shù)控超聲波清洗儀(150 W)。

2(純度大于97%)按文獻(xiàn)[6]方法自制；其余所用試劑均為市售分析純。

1．2 合成

(1)3的合成

冰浴冷卻，在三頸燒瓶中加入5%NaOH溶液30 mL和丙酮30 mL(400 mmol),在超聲波(150 W)輻射下，緩慢滴加215.2 g(100 mmol)(控制反應(yīng)溫度約5 ℃,約15 min)，反應(yīng)5 min(GC監(jiān)測(cè))。濃縮后用36%乙酸調(diào)至pH 7，用乙醚(3×50 mL)萃取，合并有機(jī)層，用飽和食鹽水(2×50 mL)洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，蒸除乙醚，殘余物經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=4 ∶1]分離得淺黃色油狀液體318.9 g，收率90%;1H NMRδ: 0.98, 1.10(s, 6H, CH3), 1.30～1.60(m, 4H, CH2), 1.82(s, 3H, CH3), 2.00～2.30(m, 2H, CH2), 2.12(s, 3H, CH3), 2.25(s, 1H, OH), 2.40～2.70(m, 2H, CH2), 4.10～4.30(m, 1H, CH); IRν: 3 280～3 150, 1 710, 1 480 cm-1; Anal.calcd for C13H22O2: C 74.24, H 10.54; found C 74.15, H 10.62。

(2)4的合成

在三口燒瓶中依次加入321.0 g(100 mmol), CaCl222.2 g(200 mmol)及無(wú)水乙醇100 mL，攪拌下于室溫反應(yīng)30 min；冷卻至0 ℃，于0 ℃～5 ℃加入硼氫化鈉5.7 g(150 mmol)，反應(yīng)1 h(GC監(jiān)測(cè))。倒入飽和食鹽水(50 mL)中，用乙醚(3×20 mL)萃取，合并萃取液,用無(wú)水硫酸鈉干燥，蒸除溶劑得淡黃色透明油狀液體420.1 g，收率95.0%;1H NMRδ: 1.01,1.07(s, 6H, CH3), 1.22(d,J=6.0 Hz, 3H, CH3), 1.30～1.52(m, 4H, CH2), 1.69～1.72(m, 2H, CH2), 1.82(s, 3H, CH3), 2. 05～2.11(m, 2H, CH2), 2.20(s, 1H, OH), 3.44～3.56(m, 1H, CH), 3.94～4.02(m, 1H, CH), 4.13～4.32(m, 1H, CH); IRν: 3320～2950, 1470 cm-1; Anal.calcd for C13H24O2: C 73.54, H 11.39; found C 73.45, H 11.42。

(3)5的合成[4]

在反應(yīng)瓶中加入421.2 g(100 mmol)與KHSO4 13.6 g,攪拌下于80 ℃反應(yīng)4 h。用水(2×30 mL)洗滌，分液，水層用乙醚(2×10 mL)萃取，合并有機(jī)層，用無(wú)水硫酸鈉干燥，蒸除乙醚，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=3 ∶1)分離得無(wú)色液體516.5 g，收率85.0%;1H NMRδ: 0.85, 0.98(s, 6H, CH3), 1.25(d,J=6.0 Hz, 3H, CH3), 1.33～2.15(m, 8H, CH2), 1.65～1.75(m, 3H, CH3), 4.15～4.33(m, 1H, CH), 5.23～5.35(m, 1H, CH); IRν: 1 480, 1 455, 1 375, 1 360, 1 285, 1 195 cm-1; MSm/z(%): 194(M+, 0.5), 179(5), 139(42), 138(100), 123(34), 109(50), 96(62), 83(47), 82(61), 67(31); Anal.calcd for C13H21O: C 80.35, H 11.41; found C 80.29, H 11.49。光譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值[7]相符。

(4) 1的合成

在反應(yīng)瓶中加入5 14.6 g(75 mmol)的丙酮(50 mL)溶液，攪拌下加入N-羥基鄰苯二甲酰亞胺(NHPI) 8.15 g(50 mmol)和乙酰丙酮亞鈷(Ⅱ)[Co(acac)2] 0.143 g(0.5 mmol),加熱至50 ℃，通入氧氣(15 mL·min-1)，回流反應(yīng)6 h(TLC監(jiān)測(cè))。過(guò)濾，濾液蒸除溶劑，剩余物中加入二氯甲烷(100 mL)，于40 ℃攪拌30 min，冷卻，過(guò)濾，濾液蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=1 ∶1)分離得黃色油狀物1 15.6 g，收率75.0%;1H NMRδ: 0.92, 1.00(s, 6H, CH3), 1.31(d,J=6.0 Hz, 3H, CH3), 1.61～1.93(m, 4H, CH2), 1.99(s, 3H, CH3), 2.73～2.75(m, 2H, CH2), 4.12～4.22(m, 1H, CH), 5.75(q, 1H, CH); IRν: 1 680, 1 640, 1 475, 1 450 cm-1; MSm/z(%): 208(M+, 6), 193(5), 165(15), 153(25), 152(100), 136(12), 124(18), 111(29), 110(85), 109(20), 96(21), 87(18), 69(25); Anal.calcd for C13H20O2: C 74.96, H 9.68; found C 75.05, H 9.62。表征數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值[10]相符。

2 結(jié)果與討論

2．1 3的合成

含有α-氫的酮與α,β-不飽和醛在一定的條件下反應(yīng)可生成1,2-加成或1,4-加成產(chǎn)物，二者相互競(jìng)爭(zhēng)，高溫易消去生成α,β-不飽和羰基化合物[11]。在3的制備中，反應(yīng)溫度控制在0 ℃下緩慢滴加2并控制反應(yīng)溫度不超過(guò)5 ℃，可抑制消去產(chǎn)物β-紫羅蘭酮的生成；加料順序?qū)κ章屎彤a(chǎn)品質(zhì)量有明顯影響。將2緩慢滴加到過(guò)量的丙酮中，可有效避免2自身的氧化還原反應(yīng)。

超聲波技術(shù)是化學(xué)中最有潛力的技術(shù)之一，被認(rèn)為是綠色化學(xué)方法，幾乎涉及有機(jī)化學(xué)各個(gè)領(lǐng)域[12～15]。反應(yīng)條件同1.2(1)，考察超聲波輻射下反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)加成反應(yīng)(2→3)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，5 ℃下超聲波輻射20 min，可以較好的完成反應(yīng)。可能是在加速交替周期波動(dòng)中，液體產(chǎn)生微小的空穴，從而產(chǎn)生瞬間高溫高壓，形成足以引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的局部高能中心[16]，同時(shí)破壞了2的碳碳雙鍵，故反應(yīng)可在較低的溫度下進(jìn)行，而且以1,2-加成產(chǎn)物為主。合成3的較適宜反應(yīng)條件為：2 100 mmol，n(2) ∶n(丙酮)=1 ∶4，超聲波功率150 W，于5 ℃輻射20 min,收率90%。

Time/h圖 1 反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)合成3的影響*Figure 1 Effect of reaction temperature and time on synthesizing 3

*反應(yīng)條件同1．2

2．2 合成1的方法改進(jìn)

文獻(xiàn)[1,10,17]方法采用過(guò)氧叔丁醇-三氧化鉻氧化5的烯丙碳，1收率67%，收率較高，但鉻化合物污染環(huán)境。本文以O(shè)2作氧化劑，NHPI/ Co(acac)2催化5的烯丙碳氧化(5→1)，NHPI用量對(duì)收率的影響較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，當(dāng)NHPI用量較少時(shí)，反應(yīng)收率很低，而增大NHPI用量，收率則先升后降。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，在n(5) ∶n(NHPI)為3 ∶2時(shí)，反應(yīng)能取得較好的結(jié)果。

本方法所用氧化劑(O2)來(lái)源廣，反應(yīng)條件溫和，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)有害物質(zhì)排放，收率較高，是合成茶螺烷酮的新方法。

表 1 NHPI用量對(duì)1收率的影響*Table 1 Effect of NHPI amount on the yield of 1

*反應(yīng)條件同1．2(4)

[1] Naegeli P, Winston-Salem N C. Enhancement of the flavor of foodstuffs[P].US 4 011 425,1977.

[2] 譚長(zhǎng)明. 茶籽油護(hù)膚按摩油及其制備方法[P].CN 101 268 995,2008.

[3] 黃致喜,王慧. 萜類(lèi)香料化學(xué)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1999.

[4] Schulte-Elte K H, Gautschi F, Renold W,etal. Vitispisanes,important constituennts of vanilla aroma[J].Helv Chim Acta,1978,61(3):1125-1133.

[5] 劉金,孔寧川,陳永寬,等. 茶螺烷合成研究概況[J].云南化工,2002,29(6):27-29.

[6] 王鶯,陳學(xué)恒,崔志敏. 環(huán)檸檬醛的合成[J].化學(xué)世界,2005,10:614-617.

[7] Boulin B, Arreguy San M B, Delmond B. Nouvelles voies dccès aux theaspiranes,mégastigma-5,7,9-trién-4-one et mégastigma-5,8-dién-4-one à partir duγ-pyronèn[J].Tetrahedron,2000,56:3927-3932.

[8] 楊華武活性的增高會(huì)使聚酯材料的降解加快，進(jìn)而加快耗竭藥,唐瑞仁,黎艷玲,等. 一種氧化紫羅蘭酮合成氧代紫羅蘭酮的方法[P].CN 10 034 472.9,2007.

[9] Disselkamp R S, Hart T R, Williams A M,etal. Ultrasound-assisted hydrogenation of cinnamaldehyde[J].Ultrasonics Sonochemistry,2005,12:319-324.

[10] Kazuo I, Takenosuke T, Yasuo I,etal. Synthesis of theaspirone[J].Agr Biol Chem,1972,36(6):1033-1036.

[11] 梁世懿,成本誠(chéng). 高等有機(jī)化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1993.

[12] 祖元?jiǎng)?張瑩,陳小強(qiáng),等. 鹽酸拓?fù)涮婵档某暡ㄝ椛浜铣杉捌浔碚鱗J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào),2007,21(6):1080-1083.

[13] 孫文理,李燕萍,劉晨江,等. 超聲輻射在新型含雙雜環(huán)芳酰基硫脲合成中的應(yīng)用[J].應(yīng)用化學(xué),2009,26(8):894-898.

[14] 胡蕾,徐洪耀,嚴(yán)正權(quán),等. 超聲波合成2,7-二溴-9,9-二烷基芴[J].合成化學(xué),2008,16(6):681-683.

[15] 易兵,張守仁. 超聲波合成β-烯胺酯[J].合成化學(xué),2007,15(3):353-355.

[16] 胡文祥,王建營(yíng). 協(xié)同組合反應(yīng)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[17] Young J J, Jung L J, Cheng K M. Amberlyst-15-catalyzed intramolecular SN2 oxaspirocyclization of secondary allylic alcohols.Application to the total synthesis of spirocyclic ethers theaspirane and theaspirone[J].Tetrahedron Letters,2000,41:3415-3418.