CN103588737B - 一种2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯顺反异构体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及结构式如所下所示的2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯顺反异构体的制备方法:
Description
本发明涉及一种2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯顺反异构体的制备方法。
2-甲基-3-四氢呋喃硫醇(FEMA号3787)天然存在于各种肉类食品中,具有浓郁的肉香和烤肉香,是各种肉类香精配方中最常用的香料之一。目前市场上的该产品均为顺反异构体的混合物,有研究报道表明2-甲基-3-四氢呋喃硫醇的顺反异构体表现出明显不同的香气特征,trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇具有强的肉香和烤香,而cis-异构体香气弱,表现出更强的硫化物气味和霉味。2-甲基-3-四氢呋喃硫醇的乙酸酯是一个较新的肉香味香料化合物,2011年才通过美国FEMA(FlavourandExtractManufacturers’Association)组织的安全评价,公布在GRAS(GenerallyRecognizedasSafe)列表25中,FEMA号为4686,其顺反异构体混合物具有硫化物的气味和烤肉香,而其顺反立体异构体的香气特征还未见文献报道。
文献报道的2-甲基-3-四氢呋喃硫醇及其乙酸酯顺反异构体的制备方法如下。以3-戊炔-1-醇为起始原料,通过Lindlar催化剂催化加氢还原得到(Z)-3-戊烯-1-醇;与单质碘反应,并在碱性条件下关环得到cis-2-甲基-3-碘四氢呋喃;与硫代醋酸钾通过SN2亲核取代反应,得到trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯,水解后得到trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇。3-戊炔-1-醇通过氢化铝锂还原得到(E)-3-戊烯-1-醇;与单质碘反应,并在碱性条件下关环得到trans-2-甲基-3-碘四氢呋喃;与硫代醋酸钾通过SN2亲核取代反应,得到cis-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯,水解后得到cis-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇。该方法的主要缺陷是起始原料3-戊炔-1-醇不易获得,成本高,且碘的使用对设备腐蚀严重,工业化生产可行性低。
本发明的目的是提供一种2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯顺反异构体的制备方法。其特征是以丙醛和丙二酸为起始原料,通过Knoevenagel缩合得到(E)-3-戊烯酸,用氢化铝锂还原反应得到(E)-3-戊烯醇,然后与甲磺酰氯反应将羟基转化为甲磺酸酯。(E)-3-戊烯醇甲磺酸酯经过环氧化反应和关环反应得到trans-2-甲基-3-羟基四氢呋喃,将羟基转化为甲磺酸酯后,与硫代醋酸反应得到cis-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯;(E)-3-戊烯醇甲磺酸酯经过高锰酸钾氧化得到cis-2-甲基-3-羟基四氢呋喃,将羟基转化为甲磺酸酯后,与硫代醋酸反应得到trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯。本发明的制备方法具有原料价廉易得、反应条件温和、操作简便的优点,具有良好的工业化应用前景。反应式如下:
本发明涉及结构式如所下所示的2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯顺反异构体的制备方法:
其主要过程是:丙醛和丙二酸在二甲苯中回流反应,得到(E)-3-戊烯酸,产率30%;(E)-3-戊烯酸在四氢呋喃溶液中用氢化锂铝还原,得到(E)-3-戊烯-1-醇,产率87%;(E)-3-戊烯-1-醇与甲磺酰氯反应,得到(E)-3-戊烯-1-醇甲磺酸酯,产率93%;(E)-3-戊烯-1-醇甲磺酸酯用双氧水、甲酸氧化,然后在碱性条件下关环得到trans-2-甲基-3-羟基四氢呋喃,产率85%;trans-2-甲基-3-羟基四氢呋喃与甲磺酰氯反应,得到trans-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯,产率89%;trans-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯与硫代醋酸反应,得到cis-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯,产率81%;(E)-3-戊烯-1-醇甲磺酸酯用高锰酸钾氧化,得到cis-2-甲基-3-羟基四氢呋喃,产率83%;cis-2-甲基-3-羟基四氢呋喃与甲磺酰氯反应,得到cis-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯,产率90%;cis-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯与硫代醋酸反应,得到trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯,产率85%。
本发明方法中制备的2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯顺反异构体以及重要的中间体的结构都通过核磁共振进行了确认。分析结果附在实施例后。
具体实施方式
(1)(E)-3-戊烯酸的制备
在装有温度计、机械搅拌器、恒压滴液漏斗及油水分离器的500mL四口烧瓶内,加入丙二酸156g(1.5mol)、二甲苯150mL和哌啶0.5mL(0.005mol),加热使温度升至40℃,滴加正丙醛36.3mL(0.5mol),60min左右滴加完毕,然后升温使反应混合物回流。当油水分离器中水不再增加时,停止反应。冷却后将反应混合物过滤,除去剩余的丙二酸,将滤液移至减压蒸馏装置中进行蒸馏,回收二甲苯,然后收集60~65℃/0.4kPa的馏分,得(E)-3-戊烯酸15g,产率为30%。1HNMR(CDCl3)δ1.68(3H,d,J=6.0Hz,Me(5)),3.05(2H,d,J=5.7Hz,H-C(2)),5.54(2H,m,H-C(3)andC(4)),10-12(1H,br,-COOH)。13CNMR(CDCl3)δ17.9(Me),37.8(C(2)),121.9(C(4)),130.0(C(3)),179.0(C(1))。
(2)(E)-3-戊烯-1-醇的制备
在N2保护下,向装有温度计、磁力搅拌子和恒压滴液漏斗的250mL四口烧瓶内,加入四氢铝锂3.8g(0.1mol)、无水四氢呋喃50mL,在0℃低温浴槽中搅拌10min,在此温度下滴加(E)-3-戊烯酸10g(0.1mol)的30mL无水四氢呋喃溶液,40min左右滴加完毕。然后升温至回流反应2h。反应混合物冷却后,在0℃下向反应溶液中滴加15mL水,搅拌,滴加35%的氢氧化钠溶液10mL,搅拌反应30min。反应混合物过滤,用四氢呋喃反复洗涤滤饼5-6次。滤液用无水硫酸镁干燥。过滤,旋蒸除去溶剂,将剩余物减压蒸馏,收集35~40℃/0.4kPa的馏分得(E)-3-戊烯-1-醇7.5g。产率为87%。1HNMR(CDCl3)δ1.65(3H,d,J=6.3Hz,Me(5)),2.22(2H,m,H-C(2)),3.59(2H,t,J=6.3Hz,H-C(1)),5.38(1H,m,H-C(4)),5.57(1H,m,H-C(3))。13CNMR(CDCl3)δ18.0(Me),35.9(C(2)),62.0(C(1)),127.2(C(4)),128.1(C(3))。
(3)(E)-3-戊烯-1-醇甲磺酸酯的制备
向装有温度计、搅拌器,恒压滴液漏斗的四口烧瓶内,加入3-戊烯-1-醇5g(0.058mol),二氯甲烷40mL,三乙胺16.2mL(0.116mol),开动搅拌,0℃下滴加甲磺酰氯5.8mL(0.0754mol),控制滴加速度,使体系温度维持在0℃~5℃内,约1h滴加完毕,升温至25℃,反应12h。反应结束后冷却,加20mL水。用二氯甲烷萃取(50mL×3),合并有机相,用20%的硫酸溶液洗涤(30mL),再用饱和碳酸氢钠溶液洗涤(40mL),最后用饱和食盐水洗涤(50mL),无水硫酸镁干燥。过滤,旋蒸除去二氯甲烷,将剩余产品减压蒸馏,收集100-105℃/0.3kPa-0.4kPa的馏分,得(E)-3-戊烯-1-醇甲磺酸酯8.8g,产率约为93%。1HNMR(CDCl3)δ1.64(3H,d,J=6.3Hz,Me(C(5))),2.39(2H,q,J=6.9Hz,H-C(2)),2.96(3H,s,Me(mesyl)),4.17(2H,t,J=6.9Hz,H-C(1)),5.36(1H,m,H-C(4)),5.57(1H,m,H-C(3))。13CNMR(CDCl3)δ17.5(Me(C(5)),31.9(C(2)),36.8(Me(mesyl)),69.4(C(1)),124.5(C(4)),128.7(C(3))。
(4)trans-2-甲基-3-羟基四氢呋喃的制备
向装有温度计、搅拌子和恒压滴液漏斗的250mL四口烧瓶内加入88%的甲酸50mL(1.14mol)和30%的双氧水35mL(0.35mol),搅拌10min,然后滴加(E)-3-戊烯-1-醇甲磺酸酯7.5g(0.046mol),控制滴加速度,使体系温度维持在40~45℃,约40min滴加完毕。然后在40℃恒温反应,6h后反应结束。冷却,旋蒸除去甲酸,冰浴下滴加35%的NaOH中和,调节pH至9左右,用乙醚萃取(50mL×3),合并有机相,用饱和食盐水洗涤(50mL),无水硫酸镁干燥。旋蒸除去乙醚,将剩余物减压蒸馏,收集36~38℃/0.1kPa的馏分,得trans-2-甲基-3-羟基四氢呋喃4.0g,产率为85%。1HNMR(CDCl3)δ1.76(3H,d,J=6.3Hz,Me),1.84(1H,m,H-C(4)),2.16(1H,m,H-C(4)),2.23(1H,br,-OH),3.82(1H,m,H-C(3)),3.87-4.01(3H,m,H-C(2)andC(5))。13CNMR(CDCl3)δ18.8(Me),34.3(C(4)),66.0(C(5)),76.7(C(3)),81.7(C(2))。
(5)trans-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯的制备
向装有温度计、搅拌器的四口烧瓶内,加入trans-2-甲基-3-羟基四氢呋喃3.2g(0.031mol),二氯甲烷40mL,三乙胺9mL(0.062mol),开动搅拌,0℃下用注射器向溶液中滴加甲磺酰氯3.2mL(0.04mol),控制滴加速度,使体系温度维持在0℃~5℃内,约30mim滴加完毕,升温至25℃,反应12h。反应结束后冷却,加20mL水。用二氯甲烷萃取(50mL×3),合并有机相,用20%的硫酸溶液洗涤(30mL),再用饱和碳酸氢钠溶液洗涤(40mL),最后用饱和食盐水洗涤(50mL),无水硫酸镁干燥。过滤,旋蒸除去二氯甲烷,将剩余产品减压蒸馏,收集80℃-85℃/0.3kPa的馏分,得到无色的trans-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯液体5.0g,产率为89%。1HNMR(CDCl3)δ1.26(3H,d,J=6.6Hz,Me-C(2)),2.18(1H,m,H-C(3)),2.24(1H,m,H-C(3)),3.04(3H,s,Me(mesyl)),3.89(1H,td,J=9.3,6.6Hz,H-C(5)),4.01(1H,td,J=8.4,3.3Hz,H-C(5)),4.12(1H,m,H-C(2)),4.82(1H,m,H-C(3))。13CNMR(CDCl3)δ18.5(Me-C(2)),32.5(C(4)),38.4(Me(mesyl)),66.3(C(5)),79.7(C(2)),85.1(C(3))。
(6)cis-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯的制备
氮气保护下,向装有温度计、搅拌器,恒压滴液漏斗的四口烧瓶内,加入无水乙腈20mL,无水碳酸钾0.6g(4mmol),硫代醋酸钾0.2mL(2.8mmol),18-冠醚0.02g(0.07mmol),室温搅拌15min。然后向溶液中加入trans-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯0.36g(2mmol),室温下搅拌。滴加完毕,升温至回流反应。反应25h结束。冷却,过滤,滤液用20mL5%的稀盐酸洗涤,再用饱和碳酸氢钠溶液洗涤(30mL×2),用饱和食盐水洗涤(30mL),无水硫酸镁干燥。过滤,旋蒸除去乙腈,将剩余产品柱层析分离提纯,得到cis-2-甲基四氢呋喃-3-硫醇乙酸酯0.26g,产率约为81%。1HNMR(CDCl3)δ1.19(3H,d,J=6.3Hz,Me),1.93(1H,m,H-C(4)),2.48(1H,m,H-C(4)),2.34(3H,s,Me(Ac)),3.75(1H,td,J=8.4,6.3Hz,H-C(5)),3.90(1H,td,J=8.4,6.3Hz,H-C(5)),4.13(1H,m,H-C(2)),4.05(1H,m,H-C(3))。13CNMR(CDCl3)δ16.8(Me),30.6(Me(Ac)),33.5(C(4)),46.3(C(3)),65.9(C(5)),76.5(C(2)),195.4(C=O)。
(7)cis-2-甲基-3-羟基四氢呋喃的制备
向装有温度计、搅拌子的三口烧瓶内加入丙酮50mL、(E)-3-戊烯-1-醇甲磺酸酯3.3g(20mmol),然后加入高锰酸钾4g(25mmol)的丙酮/水(70mL,2.5∶1)。0℃搅拌反应3h。然后加入亚硫酸氢钠的40%的水溶液(45mL)。反应混合物通过硅藻土过滤,滤液旋转蒸发除去丙酮。然后用二氯甲烷萃取(60mL×3),合并有机相,用饱和食盐水洗涤(30mL×2),无水硫酸镁干燥。过滤后旋蒸除去溶剂,将剩余产品通过柱层析分离(硅胶,洗脱剂V(石油醚)/V(乙酸乙酯)=6/1),得到cis-2-甲基-3-羟基四氢呋喃1.7g,产率约为83%。1HNMR(CDCl3)δ1.27(3H,d,J=6.3Hz,Me),1.93(1H,m,H-C(4)),2.22(1H,m,H-C(4)),3.73(2H,m,H-C(3)andC(5)),4.03(1H,dd,J=15.9,8.1Hz,H-C(5)),4.17(1H,m,H-C(2))。13CNMR(CDCl3)δ13.7(Me),35.4(C(4)),65.5(C(5)),72.8(C(3)),78.6(C(2))。
(8)cis-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯的制备
向装有温度计、搅拌器的四口烧瓶内,加入cis-2-甲基-3-羟基四氢呋喃2.6g(0.025mol),二氯甲烷40mL,三乙胺7.3mL(0.05mol),开动搅拌,0℃下用注射器向溶液中滴加甲磺酰氯2.0mL(0.03mol),控制滴加速度,使体系温度维持在0℃~5℃内,约20mim滴加完毕,升温至25℃,反应12h。反应结束后冷却,加20mL水。用二氯甲烷萃取(50mL×3),合并有机相,用20%的硫酸溶液洗涤(30mL),再用饱和碳酸氢钠溶液洗涤(40mL),最后用饱和食盐水洗涤(50mL),无水硫酸镁干燥。过滤,旋蒸除去二氯甲烷,将剩余产品减压蒸馏,收集80℃-85℃/0.3kPa的馏分,得到无色的cis-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯液体4.0g,产率为90%。1HNMR(CDCl3)δ1.33(3H,d,J=6.6Hz,Me-C(2)),2.34(2H,m,H-C(4)),3.05(3H,s,Me(mesyl)),3.80(1H,td,J=8.4,5.4Hz,H-C(5)),4.08(1H,q,J=8.1Hz,H-C(5)),3.95(1H,qd,J=6.3,3.6Hz,H-C(2)),5.13(1H,ddd,J=5.4,3.6,2.1Hz,H-C(3))。13CNMR(CDCl3)δ14.4(Me-C(2)),34.0(C(4)),38.5(Me(mesyl)),65.8(C(5)),77.2(C(2)),81.9(C(3))。
(9)trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯的制备
氮气保护下,向装有温度计、搅拌器,恒压滴液漏斗的四口烧瓶内,加入无水乙腈20mL,无水碳酸钾0.6g(4mmol),硫代醋酸钾0.2mL(2.8mmol),18-冠醚0.02g(0.07mmol),室温搅拌15min。然后向溶液中加入cis-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯0.36g(2mmol),室温下搅拌。滴加完毕,升温至回流反应。反应25h结束。冷却,过滤,滤液用20mL5%的稀盐酸洗涤,再用饱和碳酸氢钠溶液洗涤(30mL×2),用饱和食盐水洗涤(30mL),无水硫酸镁干燥。过滤,旋蒸除去乙腈,将剩余产品柱层析分离提纯,得到trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯0.27g,产率约为85%。1HNMR(CDCl3)δ1.28(3H,d,J=6.0Hz,Me-C(2)),1.85(1H,m,H-C(4)),2.49(1H,m,H-C(4)),2.34(3H,s,Me(Ac)),3.52(1H,td,J=8.7,7.2Hz,H-C(5)),3.96(1H,td,J=8.7,5.7Hz,H-C(5)),3.71-3.88(2H,m,H-C(2)andC(3))。13CNMR(CDCl3)δ19.2(Me),30.6(Me(Ac)),33.2(C(4)),46.6(C(3)),66.7(C(5)),79.9(C(2)),195.3(C=O)。
Claims (1)
1.一种2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯顺反异构体的制备方法,其特征是以丙醛和丙二酸为起始原料,通过Knoevenagel缩合得到(E)-3-戊烯酸,用氢化铝锂还原反应得到(E)-3-戊烯醇,然后与甲磺酰氯反应,转化为(E)-3-戊烯醇甲磺酸酯,经过双氧水和甲酸进行环氧化反应,并在氢氧化钠作用下关环得到trans-2-甲基-3-羟基四氢呋喃,与甲磺酰氯反应,转化为trans-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯,与硫代醋酸反应得到cis-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯,(E)-3-戊烯醇甲磺酸酯经过高锰酸钾氧化得到cis-2-甲基-3-羟基四氢呋喃,与甲磺酰氯反应,转化为cis-2-甲基-3-四氢呋喃基甲磺酸酯,与硫代醋酸反应得到trans-2-甲基-3-四氢呋喃硫醇乙酸酯,反应式如下,
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