CN101781183B - β-紫罗兰酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种β-紫罗兰酮的制备方法，属于有机中间体的合成技术领域。包含以下步骤：在反应瓶中，加入α-环柠檬醛和丙酮，以及氢氧化钠水溶液，在氮气保护下搅拌反应，气相色谱跟踪反应进程，当反应结束后加入酸中和，常压回收丙酮后，减压精馏收集85-89℃/1mmHg馏分，得产品。本发明提供了一种全新的β-紫罗兰酮制备方法，本发明以简单易制备的工业原料α-环柠檬醛与丙酮缩合，可以直接制备β-紫罗兰酮，这改变了现有β-紫罗兰酮制备方法的传统思路；且具有操作简便，条件温和，收率高等优点，具有非常重要的工业化价值。
Description
技术领域
本发明涉及有机中间体的合成，具体地说是一种β-紫罗兰酮的制备方法。
背景技术
β-紫罗兰酮(I)是重要的有机合成中间体，作为合成维生素A和类胡萝卜素的重要中间体，也是重要的香料(化工百科全书编辑委员会.化工百科全书[M].北京：化学工业出版社，1997第一版，Vol.16：719-729)。其主要合成路线是：方法A.以柠檬醛(II)为原料，与丙酮在碱性试剂存在下，经缩合反应合成中间体假性紫罗兰酮(III)；然后在酸性条件下，经闭环反应得到β-紫罗兰酮，1893年Tiemann就是通过此法制得了β-紫罗兰酮(E.T.塞默主编，陈祖福等译，香味与香料化学[M]，科学出版社，1989年第一版，192-200)。合成反应如下式：
方法B.由α-紫罗兰酮(IV)或γ-紫罗兰酮(V)在氯化亚铜催化下经重排反应制备(吴世林，邸维龙，中国专利申请：CN：101381293，2009-03-11)，如下式：
方法C.以β-环柠檬醛(VI)为原料与丙酮缩合制备(Curley R.W.；BlustM.A.；Humphries K.A.A simple synthesis of 1，3-13C2]4-(2，6，6-trimethylcyclohexen-1-yl)buten-2-one(β-ionone)，Coll.Pharm.，Journal ofLabelled Compounds and Radiopharmaceuticals，29(12)，1331-5；1991；Zou Y.；Garayalde D.；Wang Q.；Nevado C.；Gold-catalyzed cycloisomerization of cyclopropyl alkynyl acetates：a versatile approach to5-，6-，and 7-membered carbocycles，Angewandte Chemie，InternationalEdition，47(52)，10110-10113；2008)，如下式：
上述方法都存在一个缺点：即过程繁琐，操作难度大。
发明内容
有基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种简洁的制备方法，以α-环柠檬醛(VII)为起始原料与丙酮缩合，只需一步反应即可制得目标产物β-紫罗兰酮，反应方程式如下：
申请人在研究环柠檬醛的性质时意外发现，α-环柠檬醛(IV)与丙酮进行缩合反应得到的主要产物是β-紫罗兰酮，而不是预期的α-紫罗兰酮，申请人在此基础上进行了深入研究并对机理进行了分析，其反应过程包含以下两条路线：
路线A：α-环柠檬醛(VII)先在碱催化下重排变成β-环柠檬醛(VI)，然后β-环柠檬醛和丙酮缩合得到β-紫罗兰酮，化学反应式如下：
路线B：α-环柠檬醛和丙酮缩合得到α-紫罗兰酮，然后α-紫罗兰酮再重排得到β-紫罗兰酮，化学反应式如下：
经申请人研究发现，在上述两种路线中，路线A中重排反应速度较快，缩合反应速度较慢(由于β-环柠檬醛的共轭结构使醛活性降低)；路线B中缩合反应速度较快，重排反应速度较慢，申请人用购得的α-紫罗兰酮作重排反应，在与上述α-环柠檬醛的同样重排条件下，速度慢几十倍。
本发明的主要目的是提供一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：在反应瓶中，加入α-环柠檬醛和丙酮，以及氢氧化钠水溶液，在氮气保护下搅拌反应，气相色谱跟踪反应进程，当反应结束后加入酸中和，常压回收丙酮后，减压精馏收集85-89℃/1mmHg馏分，得产品。
上述的制备方法中，α-环柠檬醛和丙酮的加入量并无特别限制，一方面，过量的丙酮可作为溶剂使用，丙酮投料量为α-环柠檬醛的5-10倍(摩尔比)，可获得较好的效果，另一方面，过量的α-环柠檬醛，包括各中间产物(β-环柠檬醛和α-紫罗兰酮)可回收套用；而且经申请人研究，在β-环柠檬醛存在的情况下，用α-环柠檬醛和β-环柠檬醛的混合物直接制备β-紫罗兰酮，亦可以获得非常好的效果，详见本发明实施例。
上述的制备方法，氢氧化钠水溶液可选择任意浓度皆可实现本反应，但考虑到浓度过高易使副产物增加，碱浓度太小则反应速度太慢；因此，可根据实际需要来调整氢氧化钠水溶液浓度，综合来看，当氢氧化钠水溶液浓度为2-8％(重量百分比)时，可以获得较好的效果，而尤其以4-6％为最佳。碱水用量则为α-环柠檬醛的5-10％倍(重量比)时较佳。
本发明的制备方法对反应温度并无太高要求，但过低的温度会导致反应缓慢，控制反应温度在30-60℃可以获得较佳的效果。
上述的制备方法，中和所用的酸可以采用工业生产中常用的酸，如硫酸、盐酸及乙酸等任意一种或几种，其目的在于破坏碱催化剂终止反应，采用酸性温和的酸如乙酸为最佳。
本发明的原理及有益效果如下：
1、本发明提供了一种全新的β-紫罗兰酮制备方法，本发明以简单易制备的工业原料α-环柠檬醛与丙酮缩合，可以直接制备β-紫罗兰酮，这改变了现有β-紫罗兰酮制备方法的传统思路；
2、本发明的制备方法，操作简便，条件温和，收率高；对原料及反应环境要求低，适合大规模工业应用。
3、各中间产物(β-环柠檬醛和α-紫罗兰酮)及未反应的原料可回收套用；而且可以用α-环柠檬醛和β-环柠檬醛的混合物直接制备β-紫罗兰酮。具有非常重要的工业化价值。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
仪器与设备：
气质联用，MS5973N-GC6890N(美国安捷伦公司)；核磁共振仪，AVANCE DMXII I 400M(TMS内标，Bruker公司)；红外光谱仪，NICOLET 360FT-IR；气相色谱：上海天美7890F。
实施例1：α-环柠檬醛(VII)的制备
将45.6g(0.3mol)柠檬醛用45ml二氯乙烷稀释加入250ml四口瓶中，水浴保温，室温搅拌下，缓慢滴入30.0g苯胺在30ml二氯乙烷中的溶液。滴加完毕，再搅拌半小时，薄层跟踪反应完毕(展开剂：乙酸乙酯∶石油醚＝1∶3)。将反应混合液用8g无水硫酸钠干燥，干燥后的柠檬醛亚胺的二氯乙烷溶液可以直接用于环化反应。500ml四口瓶中加入120ml 98％的浓硫酸和140ml二氯乙烷混合搅拌，冷浴冷却至-20～-25℃，在剧烈搅拌下，将上面制得的亚胺溶液缓慢滴人其中，温度控制在-20℃左右，约1小时加完，滴毕继续搅 拌反应20分钟。1000ml烧杯中放250g碎冰，在搅拌下，将上述环化反应液缓慢加入，加完后搅拌至粘稠物消失，然后缓慢升温至30℃左右搅拌半小时，分层，有机相水洗，无水硫酸钠干燥，回收溶剂，残留物减压蒸馏，收集53-58℃/1mmHg馏分39.6g，为无色透明液体，气相含量97.1％，收率87％。产物结构验证：
GC-MS(m/e)：152，137，123，109，94，91，81(100％)，67，55，41；IR(v/cm-1)：1717(醛)，1670，832(双键)；
1HNMR(δ，ppm，400MHz，CDCl3)：0.91(s，3H，-CH3)，0.99(s，3H，-CH3)，1.33-1.38(m，2H，-CH2)，1.59-1.60(m，3H，＝C-CH3)，1.62-1.69(m，2H，-CH* 2-CH＝)，
2.35(d，J＝8.0Hz，1H，-CH*-CHO)，5.73(t，J＝2.8Hz，1H，-CH＝)，9.47(s，1H，-CHO)；
13CNMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：22.52；23.04；26.94；27.43；31.58；31.99；63.71；125.49；127.12；202.37.
实施例2：缩合反应制备β-紫罗兰酮
在500ml四口瓶中，加α-环柠檬醛30.4g(0.2mol)和250g丙酮，再加入5％的氢氧化钠水溶液3ml，氮气保护下于35-45℃搅拌反应。约6小时后气相色谱跟踪原料基本消失，加入1ml乙酸，常压回收丙酮后油泵减压精馏收集85-89℃/1mmHg馏分，得产品29.4g(气相含量93.5％)，收率71.6％。前份10.2克，为α-环柠檬醛、β-环柠檬醛、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮的混合物(气相含量15.5％：29.5％：26.3％：29.1％)，可套用于下批反应。产物结构验证：
GC-MS(m/e)：192，177(100％)，162，149，135，121，107，91，77，43；IR(v/cm-1)：1680(羰基)，1610，980(双键)；
1HNMR(δ，ppm，400MHz，CDCl3)：1.07(s，6H，C(C*H3)2)，1.47-1.50(m，2H，-CH2-)，1.60-1.64(m，2H，-CH2-)，1.76(s，3H，R-CH2-C(C*H3)＝)，2.07(t，J＝16.4Hz，2H，R-C*H2-C(CH3)＝)，2.30(s，3H，COC*H3)，6.12(d，J＝16.4Hz，1H，R-CH＝C*HCOCH3)，7.27(d，J＝16.4Hz，1H，R-C*H＝CHCOCH3)；
13CNMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：18.89；21.74；27.17；28.79；34.06；33.56；39.73；131.59；135.93；136.03；143.18；198.75
实施例3：β-环柠檬醛(VI)的制备
将0.3gKOH用60ml甲醇稀释加入250ml三口瓶中，室温搅拌下，滴入30.4g(0.2mol)α-环柠檬醛。滴加完毕，继续搅拌约1小时，气相色谱跟踪反 应完毕，然后加入1.2克浓盐酸使反应终止。回收溶剂，残留物减压蒸馏，收集60-65℃/1mmHg馏分25.5g，为无色透明液体，气相含量98.5％，收率83.9％。产物结构验证：
GC-MS(m/e)：152，137(100％)，123，109，95，91，81，67，55，43，41；IR(v/cm-1)：1672(-CHO，醛类特征峰)，1612(双键)；
1HNMR(δ，ppm，400MHz，CDCl3)：1.19(s，6H，-CH3)，1.43-1.46(m，2H，CH2-C)，1.60-1.66(m，2H，-CH* 2-CH2-C＝)，2.10(s，3H，CH3-C＝)，2.20(t，J＝6.4Hz，2H，CH2-C＝)，10.13(s，1H，-CHO)；
13CNMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：18.57；19.29；28.30；28.37；32.98；35.68；40.50；140.57；156.14；192.19
实施例4：α-环柠檬醛(VII)和β-环柠檬醛(VI)的混合物制备β-紫罗兰酮
在500ml四口瓶中，加α-环柠檬醛15.4g，β-环柠檬醛15.0g(共0.2mol)和250g丙酮，再加入5％的氢氧化钠水溶液3ml，搅拌氮气保护下于35-45℃反应。约6小时后气相色谱跟踪原料基本消失，加入1ml乙酸，常压回收丙酮后油泵减压精馏收集85-89℃/1mmHg馏分，得产品30.4g(气相含量94.5％)，收率74.8％。前份9.4克，为α-环柠檬醛、β-环柠檬醛、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮的混合物(气相含量10.5％：29.2％：22.4％：36.1％)，可套用于下批反应。
实施例5：用回收的前份制备β-紫罗兰酮
在500ml四口瓶中，加实施例2和4中回收的前份共19.6g(0.13mol)和180g丙酮，再加入5％的氢氧化钠水溶液2ml，搅拌氮气保护下于35-45℃反应。约6小时后气相色谱跟踪原料基本消失，加入1ml乙酸，常压回收丙酮后油泵减压精馏收集85-89℃/1mmHg馏分，得产品21.6g(气相含量94.1％)，收率81.5％。前份5.6克，为α-环柠檬醛、β-环柠檬醛、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮的混合物(气相含量4.5％：17.5％：27.5％：48.1％)，可套用于下批反应。
Claims (9)
1.一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：以α-环柠檬醛与丙酮为原料，在氢氧化钠水溶液中，在氮气保护下进行缩合反应，制备β-紫罗兰酮。
2.根据权利要求1所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：在反应瓶中，加入α-环柠檬醛和丙酮，以及氢氧化钠水溶液，在氮气保护下搅拌反应，气相色谱跟踪反应进程，当反应结束后加入酸中和，常压回收丙酮后，减压精馏收集85-89℃/1mmHg馏分，得β-紫罗兰酮成品。
3.根据权利要求1所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：丙酮投料量为α-环柠檬醛按摩尔比的5-10倍。
4.根据权利要求1所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：氢氧化钠水溶液浓度为2-8％。
5.根据权利要求4所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：氢氧化钠水溶液浓度为4-6％。
6.根据权利要求1所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：氢氧化钠水溶液用量则为α-环柠檬醛按重量比的5-10％倍。
7.根据权利要求1所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：反应温度为30-60℃。
8.根据权利要求2所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：中和所用的酸选自硫酸、盐酸及乙酸的任意一种或几种。
9.根据权利要求8所述的一种β-紫罗兰酮的制备方法，其特征在于：中和所用的酸为乙酸。
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