CN101781281A

CN101781281A - 一种旋光香兰素缩醛香料的合成方法

Info

Publication number: CN101781281A
Application number: CN 201010121702
Authority: CN
Inventors: 冯乙巳; 张博; 杨春燕; 王珏玉; 许华建
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: CN101781281B

Abstract

一种旋光香兰素缩醛香料的合成方法，以甲基香兰素或乙基香兰素和L-酒石酸酯为原料，包括缩醛化反应、分离和重结晶，其特点是所述的缩醛化反应是在甲基叔丁基醚和石油醚的混合溶剂中于强酸性阳离子交换树脂存在条件下回流反应2～3小时，甲基叔丁基醚和石油醚的体积比为1∶1～3，强酸性交换树脂的加入量为原料甲基香兰素或乙基质量的1～3％。本方法提高了产品旋光纯度，使产品质量稳定，香气品质佳。

Description

一种旋光香兰素缩醛香料的合成方法

一、技术领域

本发明涉及精细化学品的制备方法，确切地说是旋光香兰素缩醛香料化合物的合成方法。

二、技术背景

香兰素及乙基香兰素是世界上产量最大的两个香料品种，每年的消耗量均在10000吨以上。由于香兰素和乙基香兰素具有浓烈的香子兰特征香气及甜味感，深受人们的喜爱，使用面非常广泛。但香兰素及乙基香兰素，不管是合成的还是天然的自身均有难以克服的缺点，即稳定性差，使用上稍有不当就会失去发香能力，使被加香物产生令人厌恶的气味。在香烟的使用过程中常常会压香，造成滞留。为了克服这些弱点，1993年之后，欧美的香料市场上出现了以旋光甲基香兰素及旋光乙基香兰素来取代香兰素和乙基香兰素的做法。旋光香兰素及旋光乙基香兰素属绿色香料，具有天然的特征。它是通过手性合成而得到的一种香兰素复合体，从而使旋光甲基香兰素及旋光乙基香兰素具有旋光性，增大甲基香兰素(或乙基香兰素)的生物活性(即香气强度)，同时也使香兰素稳定性增强。在5-50000ppm，甚至到10％的范围内使用都不会出现失去香气及令人不快的感觉，而且使原香兰素的香子兰香气及甜味感更为突出。

旋光甲基香兰素和旋光乙基香兰素简介：

甲基香兰素和乙基香兰素是属于二羧基烷氧基二噁烷衍生物香料，这类化合物具有如下分子通式：

R₁与R₂是相对独立的-CO₂R₃，R₃是-H或者小的烷基基团，R₁与R₂必须至少有一个是烷基。Z可以是烷烃或烯烃。

其中旋光乙基香兰素英文名称为(4R，5R)-2-(3-ethoxy-4-hydroxy-phenyl)-4，5-dicarboethoxy-1，3-dioxolane，中文名称为(4R，5R)-2-(3-乙氧基-4-羟基-苯基)-4，5-二乙氧酰基-1，3-二氧环戊烷，熔点：78-80℃，旋光：-38(1％甲醇溶液)；结构式如下：

(4R，5R)-2-(3-ethoxy-4-hydroxy-phenyl)-4，5-dicarboethoxy-1，3-dioxolane旋光甲基香兰素，(4R，5R)-2-(3-Methoxy-4-hydroxy-phenyl)-4，5-dicarbomethoxy-l，3-dioxolane，中文名称为(4R，5R)-2-(3-甲氧基-4-羟基-苯基)-4，5-二乙氧酰基-1，3-二氧环戊烷，熔点：62-64℃，旋光：[α]D²⁰-41.7(1.5％甲醇溶液)；结构式如下：

(4R，5R)-2-(3-Methoxy-4-hydroxy-phenyl)-4，5-dicarbomethoxy-1，3-dioxolane

旋光香兰素的合成是采用甲基香兰素或乙基香兰素与L-酒石酸二乙酯进行缩醛化反应生成具有环结构的缩醛。从反应原理和过程看比较简单，但是如何研究出方便工业化实际应用的技术，关键需要解决如下难题：

①由于旋光香兰素是使香兰素中醛基转化为相应的酒石酸二酯缩醛，但是酒石酸二酯体积相对较大，空间阻碍大，直接进行缩醛化反应产品收率低，在生产中不但要回收一部分未反应的原料，而且生成的杂质多，工艺操作复杂，三废污染多。

②原料甲基香兰素和乙基香兰素是含有醛基、酚羟基的化合物，在酸催化和一定反应温度回流时，容易发生氧化、聚合反应，生成各种芳香化合物杂质。虽然通过不同提纯方法能够使产物含量达到99％以上，但是微量杂质会对最终香料产品的香气品质产生较大影响；同时多步结晶提纯使产品香气变弱，产品收率降低，成本增加。

③通常报道的反应催化剂为各种路易斯酸。在反应条件下路易斯酸不但能够催化醛基缩醛化反应，还能使原料L-酒石酸二乙酯外消旋化，降低产品旋光纯度，影响产品质量，特别是香气品质。

④除了上述杂质对香气影响外，酚类化合物氧化产物都有一定的颜色，使最终产品颜色加深。而用活性碳脱色在很多情况下会大大降低香料产品香气强度，限制活性碳脱色方法的使用。如何得到符合色度要求的产品也是工业生产中技术难题。

⑤缩醛化反应最常用的溶剂使苯、甲苯和二甲苯等芳香烃溶剂，其价格便宜，脱水效果好。但是在作为烟用和食品香料的旋光香兰素工业生产过程中，总会残留芳烃溶剂。近年来，随着国外对食品添加剂技术标注的不断提高，生产过程中不使用芳香烃溶剂成为基本要求之一。因此，在工业生产中溶剂选择也是应解决的关键问题之一。

三、发明内容

本发明旨在克服以上缺陷，提供一种高旋光活性，香气品质佳的缩醛香兰素香料，所要解决的技术问题遴选合适的合成旋光香兰素缩醛香料的方法。

本发明所称的旋光香兰素缩醛香料是通过以下化学反应得到的香料：

式中R1、R2同为甲基(-CH₃)或乙基(-C₂H₅)，或者至少一个为-CH₃或乙基-C₂H₅，另一个为H，在以下的叙述中统称L-酒石酸酯。

本合成方法以甲基香兰素或乙基香兰素(下简称香兰素)和L-酒石酸酯为原料，包括缩醛化反应、分离和重结晶，与现有技术的区别是所述的缩醛化反应是在甲基叔丁基醚和石油醚的混合溶剂中于强酸性阳离子交换树脂存在条件下回流反应2～3小时，反应结束后分离并用混合溶剂洗涤树脂得到反应混合液，首先蒸馏回收溶剂，然后减压蒸馏回收L-酒石酸酯，得到油状物，冷冻结晶得到黄色固体粗产品，粗品用上述混合溶剂重结晶得到白色或淡黄色纯品。

香兰素与L-酒石酸酯的摩尔比≥2，强酸性阳离子交换树脂加入量为香兰素质量的1～3％，甲基叔丁基醚与石油醚的体积比为1∶1～3。

所述的强酸性阳离子交换树脂选自牌号001×8、002×7或005×7强酸性阳离子交换树脂或者D061或D072大孔强酸性阳离子交换树脂。

醇醛缩合反应是一脱水过程，及时移走水份有利反应向正方向进行，为此使用无水硫酸钠外循环脱水，即在回流过程中回流液流经无水硫酸钠。

本方法合成的香料纯度≥99％，以香兰素计收率≥60％，

实验表明本合成方法适用于制备其他香兰素缩醛香料，如香兰素丙二醇缩醛香料、香兰素乙二醇缩醛香料等。

此外本合成方法还有以下有效效果：

1、本合成方法以强酸性阳离子交换树脂作为缩合催化剂，克服了在酸催化和一定反应温度回流时，容易发生氧化、聚合反应，生成各种芳香化合物杂质，进而会对最终香料产品的香气品质产生较大影响的缺陷，使产品香气纯正、稳定持久。

2、本合成方法以强酸性阳离子交换树脂作为缩合催化剂，避免了使原料L-酒石酸(二)乙酯外消旋化，从而提高了产品旋光纯度，使产品质量稳定，香气品质佳。

3、本合成方法不会产生酚类氧化物，避免了用活性碳脱色而导致的香料产品香气强度降低的缺陷，这不仅使得产品香气强度高，而且工艺步骤减少了，从而降低了成本。

4、本合成方法以甲基叔丁基醚和石油醚的混合溶剂为反应溶剂，避免了使用芳香烃溶剂，使得产品符合食品添加剂标准。

四、具体实施方式

现以L-酒石酸二乙酯为例，非限定实施例叙述如下：

实例1：旋光乙基香兰素的制备

向100L搪瓷反应釜中加入20kg乙基香兰素和0.2kg 001×8强酸性阳离子交换树脂，50L甲基叔丁基醚∶石油醚＝1∶1(体积比)的混合溶剂，加热回流溶解乙基香兰素至反应混合液为无色透明，使釜温上升至70℃。滴加50kg L-酒石酸二乙酯，加热回流反应，利用外循环无水硫酸钠工艺脱去反应生成的水。30分钟内滴加完L-酒石酸二乙酯。回流反应2.5小时后，取样气相色谱检测乙基香兰素反应转化。气相色谱内标法确定原料反应85％以上，停止反应。蒸馏回收部分溶剂后，减压蒸馏回收未反应的L-酒石酸二乙酯，得到油状产物，冷冻12小时后结晶棕黄色物质，抽滤得黄色固体粗产品34.9kg。

粗产品用甲基叔丁基醚和石油醚混合溶剂进行2～3次重结晶，即得符合质量要求乙基香兰素产品。结晶过程中溶剂的比例根据粗产品结晶次数进行调整。得到白色或淡黄色固体产品25.6kg。

产品分析和检测：1HNMR(300MHz，CDCl₃，δ)：1.29(m，9H)，4.09(q，2H)，4.21(q，4H)，5.36(s，3H)，5.79(s，1H)，6.77(d，2H)，6.97(s，1H)ppm在3501cm^-1处有强吸收峰，为苯环上-OH吸收峰；1602cm^-1处有吸收峰，为苯环吸收峰，2988cm^-1，2940cm^-1处有强吸收峰且在1370cm^-1，1421cm^-1处附近有变形振动，为甲基、亚甲基的特征峰。1779cm^-1处有第一强吸收峰，为酯基吸收峰。9202cm^-1处，1164cm^-1处有吸收峰，为二氧环戊烷基吸收峰。旋光度-41.7(C＝1.5甲醇)；熔点：79.0℃；以上结构确认为旋光乙基香兰素。气相色谱检测含量99.1％。

实例2：旋光甲基香兰素的制备。

向100L搪瓷反应釜中加入20kg甲基香兰素和0.2kgD061强酸性阳离子交换树脂，50L甲基叔丁基醚∶石油醚＝1∶2(体积比)的混合溶剂，加热回流溶解乙基香兰素至反应混合液为无色透明，使釜温上升至70℃。滴加54kg L-酒石酸二乙酯，加热回流反应，利用外循环无水硫酸钠工艺脱去反应生成的水。30分钟内滴加完L-酒石酸二乙酯。回流反应2.5小时后，取样气相色谱检测乙基香兰素反应转化。气相色谱内标法确定原料反应85％以上，停止反应。蒸馏回收部分溶剂后，减压蒸馏回收未反应的L-酒石酸二乙酯，得到油状产物，冷冻12小时后结晶棕黄色物质，抽滤得黄色固体粗产品36.7kg。

粗产品用甲基叔丁基醚和石油醚混合溶剂进行2～3次重结晶，即得符合质量要求乙基香兰素产品。结晶过程中溶剂的比例根据粗产品结晶次数进行调整。得到白色或淡黄色固体产品27.7kg。

产品分析和检测：1HNMR(300MHz，CDCl₃，δ)：3.83(t，3H)，4.21(q，4H)，5.36(s，3H)，5.79(s，1H)，6.77(d，2H)，6.97(s，1H)ppm；在3501cm^-1处有强吸收峰，为苯环上-OH吸收峰；1602cm^-1处有吸收峰，为苯环吸收峰，2988cm^-1，2940cm^-1处有强吸收峰且在1370cm^-1，1421cm^-1处附近有变形振动，为甲基、亚甲基的特征峰。1779cm^-1处有第一强吸收峰，为酯基吸收峰。9202cm^-1处，1164cm^-1处有吸收峰，为二氧环戊烷基吸收峰。旋光度-41.7(C＝1.5甲醇)；熔点：62.5℃；以上结构确认为旋光甲基香兰素。气相色谱检测含量99.2％。

Claims

1.一种旋光香兰素缩醛香料的合成方法，以甲基香兰素或乙基香兰素和L-酒石酸酯为原料，包括缩醛化反应、分离和重结晶，其特征在于：所述的缩醛化反应是在甲基叔丁基醚和石油醚的混合溶剂中于强酸性阳离子交换树脂存在条件下回流反应2～3小时，甲基叔丁基醚和石油醚的体积比为1∶1～3，强酸性交换树脂的加入量为原料甲基香兰素或乙基质量的1～3％。

2.根据权利要求1所述的旋光香兰素缩醛香料的合成方法，其特征在于：在回流过程中回流液流经无水硫酸钠。

3.根据权利要求1所述的旋光香兰素缩醛香料的合成方法，其特征在于：所述的强酸性阳离子交换树脂选自001×8、002×7或005×7强酸性阳离子交换树脂或者D061或D072大孔强酸性阳离子交换树脂。