CN109836321A

CN109836321A - 制备阿弗曼酮香料的方法

Info

Publication number: CN109836321A
Application number: CN201711227868.5A
Authority: CN
Inventors: 徐尚杰; 方茂海
Original assignee: International Flavors and Fragrances Inc
Current assignee: International Flavors and Fragrances Inc
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本发明公开了一种阿弗曼酮香料的绿色制备方法。所述方法包括在非均相脱氢催化剂的作用下，将脂环醇前体直接脱氢生成阿弗曼酮香料。

Description

制备阿弗曼酮香料的方法

技术领域

本发明涉及香料制备领域。更具体地，本发明涉及一种阿弗曼酮(Herbac)香料的绿色制备工艺。

背景技术

阿弗曼酮(Herbac是国际香料和香精公司(IFF，NY，USA)的商品名)是一种无色液体香料，其香气特征具有强烈的木香、草香、雪松叶香、樟脑香、泥土气息、桉树香、湿气和薄荷味。

阿弗曼酮是由不同化学物质组成的混合物，其中两种主要成分的结构如以下合成路线中I和II所示。根据文献报道(J.Org.Chem.,1972,37(6),pp 920–922；US3847975；Tetrahedron,1973,29,1559-1564和GB1254198)，阿弗曼酮是由脂环醇前体制备的，而脂环醇前体是以5,7-二甲基-1,6-庚二烯为起始物合成得到。特别地，该合成路线中脂环醇前体氧化生成阿弗曼酮的步骤需要使用重铬酸(或其盐)作为氧化剂。重铬酸是公认的极毒物质，对环境有显著的破坏作用。尤其是，该氧化工艺需要使用至少等化学当量的重铬酸盐消耗，使得工业上的应用必须付出高昂成本用于废物处理。

阿弗曼酮的合成路线

因此，开发一种取代重铬酸的绿色氧化工艺来合成阿弗曼酮变得十分重要，其吸引力在于不仅有利于保护环境，还可以降低生产成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高效、低成本和易于工业放大的氧化合成阿弗曼酮的绿色工艺。

更具体地，本发明提供一种制备阿弗曼酮香料的方法，所述方法包括：

将式(a)和/或式(b)的脂环醇前体

在脱氢催化剂的存在下进行非均相催化反应，得到包含式(I)的化合物和/或式(II)的化合物的阿弗曼酮香料

本发明的式(a)和/或式(b)的脂环醇前体可以通过任何化学/生物学合成路线合成或从其天然来源中提取/分离。在本发明的一个优选实施方案中，所述式(a)和/或式(b)的脂环醇前体是以3,7-二甲基-1,6-庚二烯为起始物化学合成得到。从3,7-二甲基-1,6-庚二烯为起始物化学合成得到式(a)和/或式(b)的脂环醇前体的方法和步骤是本领域技术人员公知的，并且可以例如参见J.Org.Chem.,1972,37(6),pp 920–922；US3847975；Tetrahedron,1973,29,1559-1564和GB1254198。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明的方法中所用的脱氢催化剂为含铜催化剂。优选地，所述含铜催化剂不包括重铬酸(或其盐)。更优选地，所述含铜催化剂选自由以下组成的组：铜铬催化剂(Cu₂Cr₂O₅或Cu-Cr₂O₃)，铜锌催化剂(Cu-ZnO)，铜镁催化剂(Cu-MgO)，铜锆催化剂(Cu-ZrO₂)，铜铈催化剂(Cu-CeO₂)，铜铝催化剂(Cu-Al₂O₃)，铜硅催化剂(Cu-SiO₂)，铜锌铝催化剂(Cu-ZnO-Al₂O₃)，铜锌硅催化剂(Cu-ZnO-SiO₂)，铜锌锆催化剂(Cu-ZnO-ZrO₂)或它们的组合。

对于本发明的方法中的脱氢催化剂的用量没有特别限制，但是优选脱氢催化剂的用量小于所述脂环醇前体的摩尔量的100％，更优选小于所述脂环醇前体的摩尔量的90％、80％、70％、60％或50％。当脱氢催化剂为含铜催化剂时，所用含铜催化剂的用量(摩尔量)小于所述脂环醇前体的摩尔量的50％，优选小于所述脂环醇前体的摩尔量的40％、30％、20％或10％，更优选是所述脂环醇前体的摩尔量的0.1至20％，最优选0.5至5％。与此对比，现有的使用重铬酸(或其盐)作为氧化剂的氧化工艺需要使用至少等化学当量(至少100％摩尔当量)的重铬酸(或其盐)。

本发明的方法中的非均相催化反应可以在含水或不含水的反应体系中进行。本发明的非均相催化反应可以在存在或不存在额外溶剂(优选在无溶剂条件)下进行。该非均相催化反应可以在所述脂环醇前体和所述脱氢催化剂(以及任选地，矿物油，优选石蜡油)的混合物中进行。在本发明的一个优选实施方案中，通过将所述脂环醇前体滴加到(任选地在矿物油中的)所述脱氢催化剂中来进行所述催化反应。

取决于反应规模，所述反应可以在间歇式或连续式反应器中进行。所述连续式反应器包括连续反应器。在一个优选实施方案中，所述连续反应器是单一连续搅拌釜式反应器(CSTR)或多级串联CSTR，也可以是包括微反应器的连续流体反应器，也可以是填充床反应器。关于连续式反应器的更多细节，可参见CN104311406A。

本发明的方法中的非均相催化反应优选在惰性条件下(例如，在氮气下)进行，反应温度优选在150至280℃(优选180至230℃)之间。

除了上述催化反应步骤，本发明的方法还可以包括将反应产物进行(优选减压)蒸馏和精馏的步骤；和/或回收所述脱氢催化剂的步骤。该回收的脱氢催化剂可以重复使用(至少1次、2次、3次、4次或5次)而不显著降低其催化活性。

在本发明的一个优选实施方案中，通过本发明的方法得到的阿弗曼酮香料反应产物的摩尔收率大于90％，优选大于95％。

在已公开的报道中，阿弗曼酮是通过重铬酸氧化脂环醇中间体实现的，同时还需要加入醋酸和水。从工业应用的角度来看，消耗大量高毒性的重铬酸会增加操作的困难和废物处理的成本。而且，该方法还会导致反应釜的生产容量的牺牲，降低反应釜的生产效率。与现有的重铬酸氧化法相比，本发明的方法在非均相脱氢催化剂的作用下，将脂环醇前体直接脱氢生成阿弗曼酮香料，不仅环保，而且收率更高，降低了生产成本(无需溶剂、不产生废水)，生产工艺更高效和易于工业放大，并且根据本发明方法合成的阿弗曼酮香气质量与重铬酸氧化法产品相当或更优。

附图说明

图1是通过本发明的方法获得的产物与市售重铬酸盐氧化法产物的GC图谱对比(Agilent 7890A,HP-5柱,FID检测器)，其中I和II分别代表本申请中的式(I)和式(II)的阿弗曼酮香料。

具体实施方式

下文将参考实施例详细描述本发明，所述实施例仅是意图举例说明本发明，而不是意图限制本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求具体限定。

实施例1

在氮气保护下，向安装有冷凝管、机械搅拌和滴液漏斗的一升三口圆底烧瓶中加入铜铬催化剂(Cu₂Cr₂O₅)粉末(6.0克，BASF CORPORATION，CAMPUS DRIVE FLORHAM PARK,NJ07932USA，型号：Cu O2O2P)和石蜡油(primol，20克)。在机械搅拌下，升温至210℃。通过滴液漏斗经一个小时滴加脂环醇中间体300克(脂环醇中间体是式(a)化合物和式(b)化合物的混合物，购自国际香料香精公司，CP alcohol)。滴加完毕后，维持反应回流温度直至原料经GC检测转化至<2％(GC％)。降温至室温后，在油泵真空下减压精馏蒸出粗品溶液(70至85℃,1mmHg)。进一步使用精馏柱减压精馏得到285克无色液体(理论塔板15-20个，70至85℃,1mmHg，摩尔收率96％)。和市售重铬酸盐氧化法产物(购自国际香料香精公司)相比，GC结果一致(见图1)。GC-MS结果显示式(I)的M＝154.1和式(I)的M＝154.2(分子量＝154.14)，证实获得了所需阿弗曼酮香料产物。

蒸馏残留液和催化剂重新用于反应，套用5次后反应活性没有观察到降低，实验结果如下表，显示反应的时间和产物收率(经GC验证)基本稳定。

表1. 5次重复使用催化剂的实验结果

实验	反应时间(小时)	减压蒸馏粗品(克)
			1	6	295
2	6.5	290
			3	7	296
4	6	297
			5	7	295

实施例2

在氮气保护下，向安装有冷凝管、机械搅拌和滴液漏斗的一升三口圆底烧瓶中加入铜锌铝催化剂(Cu-ZnO-Al₂O₃)粉末(5.0克，上海迅凯新材料科技有限公司,型号：负载铜Cu-1000T)和石蜡油(primol，50克)。在机械搅拌下，升温至210℃。通过滴液漏斗经一个小时滴加脂环醇中间体250克(购自国际香料香精公司，CP alcohol)。滴加完毕后，维持反应回流温度直至原料经GC检测转化至<2％(GC％，约10小时)。降温至室温后，在油泵真空下减压精馏蒸出粗品溶液后进一步用使用精馏柱减压精馏得到240克无色液体(摩尔收率93％)。产物经过GC-MS分析，证实获得了所需阿弗曼酮香料产物。

实施例3

在氮气保护下，向安装有冷凝管、机械搅拌和滴液漏斗的一升三口圆底烧瓶中加入铜锌催化剂(CuO-ZnO-助剂)研磨粉末(8.0克，辽宁海泰科技发展有限公司,型号：CHDH-1)和石蜡油(primol，50克)。在机械搅拌下，升温至210℃。通过滴液漏斗经一个小时滴加脂环醇中间体300克(购自国际香料香精公司，CP alcohol)。滴加完毕后，维持反应回流温度直至原料经GC检测转化至<2％(GC％，约8小时)。降温至室温后，在油泵真空下减压精馏蒸出粗品溶液后进一步用使用精馏柱减压精馏得到279克(摩尔收率93％)。产物经过GC-MS分析，证实获得了所需阿弗曼酮香料产物。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种制备阿弗曼酮香料的方法，所述方法包括：

将式(a)和/或式(b)的脂环醇前体

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述式(a)和/或式(b)的脂环醇前体是以3,7-二甲基-1,6-庚二烯为起始物合成得到。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述脱氢催化剂为含铜催化剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述含铜催化剂选自由以下组成的组：铜铬催化剂(Cu₂Cr₂O₅或Cu-Cr₂O₃)，铜锌催化剂(Cu-ZnO)，铜镁催化剂(Cu-MgO)，铜锆催化剂(Cu-ZrO₂)，铜铈催化剂(Cu-CeO₂)，铜铝催化剂(Cu-Al₂O₃)，铜硅催化剂(Cu-SiO₂)，铜锌铝催化剂(Cu-ZnO-Al₂O₃)，铜锌硅催化剂(Cu-ZnO-SiO₂)，铜锌锆催化剂(Cu-ZnO-ZrO₂)或它们的组合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述非均相催化反应在含水或不含水的反应体系中进行。

6.根据权利要求1至4所述的方法，其中所用含铜催化剂的用量小于所述脂环醇前体的摩尔量的50％，优选0.1至20％，最优选0.5至5％。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述非均相催化反应在惰性条件下(例如，在氮气下)在150至280℃(优选180至230℃)下进行。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法还包括将反应产物进行蒸馏和精馏的步骤。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中反应产物的摩尔收率大于90％，优选大于95％。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述反应在间歇式或连续式反应器中进行。