CN110330471A - 一种葫芦巴内酯香料的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种葫芦巴内酯香料的合成方法,涉及香料合成技术领域,本发明以草酸二乙酯为起始原料,在无水和氮气保护条件下,经格氏反应制备2‑氧代丁酸乙酯,再在碳酸钾、乙醛作用下环化所需的碳骨架后,得到葫芦巴内酯,反应溶剂和萃取剂,回收后进行套用,减少了工艺流程,确保了较高的反应产率。
Description
技术领域:
本发明涉及香料合成技术领域,具体涉及一种葫芦巴内酯香料的合成方法。
背景技术:
葫芦巴内酯又名糖内酯,化学名称4,5-二甲基-3-羟基-2(5H)-呋喃酮,CAS号:28664-35-9,熔点26~29℃,沸点81℃(6mmHg)。葫芦巴内酯外观为透明的淡黄色至浅黄色液体,天然存在于白糖、葫芦巴、弗吉尼亚烟草、米制酒、茶叶、咖啡等香气成分中,是烘烤葫芦巴籽实的关键香气成分,也是甘蔗制糖残余物中重要的香气组分,具有强烈且持久的葫芦巴香气、焦糖香气以及圆叶当归和樱桃样香气,略带焦香果味,在低浓度时呈现焦糖样香气,在高浓度时则呈现出咖喱样的香气。
葫芦巴内酯可用于食品用香料,得到了美国食用香料与提取物制造者协会的认可(FEMA编号3634),并经FDA批准可以食用。葫芦巴内酯广泛应用于饮料、糖果、发酵食品、葡萄酒、日本米酒和烘焙食品中,可用于配制咖啡、可可、草莓、焦糖等香型的食用香精,此外,还可用于烟草香精配方中,用作卷烟香精中可增加烟草的甜香,并改善抽吸口感,是一种优良的增香剂。葫芦巴内酯一般都是配制成3%、10%或14%的丙二醇溶液来使用。FEMA用量限量为:焙烤制品、肉制品、汤料、浇料、调味品、油脂、禽制品、鱼制品、甜沙司,均10.0mg/kg。同时我国食品添加剂使用标准(GB 2760)规定为暂时允许使用的食品用香料,主要用于焦糖、红糖、威士忌酒、棉花糖、奶油糖果,蔗糖,糖槭汁,蜜饯、咖啡、太妃糖等香型型香精。
在刘树文编著的《合成香料技术手册》中,葫芦巴内酯可由丙酸乙酯和草酸二乙酯为起始原料来制取。与葫芦巴内酯属于羟基呋喃酮同族的香料产品4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(呋喃酮醇)的合成方法主要采用以下合成方法:一是以乳酸乙酯及α-溴代丙酸乙酯为原料,在强碱下醚化,再用三甲基硅烷环化、催化氧化制取。二是在四氰呋喃中以NaH处理乳酸己酯,后加入巴豆腈,经氧化、醇腈裂解得到产物。三是将一缩二乙醇酸二乙甲酯在醇钠作用下与草酸二甲酯环化、氢化、还原酯,再与苯甲酰氯反应、还原制备。四是以1-丁炔-3-醇为原料,与格氏试剂反应,再与乙醛环化得到所需的碳骨架,然后在极性溶剂中先后以臭氧、三苯基膦,最后催化脱水环化制备。现有羟基呋喃酮的合成方法有些路线较长,存在着成本高,反应条件苛刻,操作复杂以及总产率低等缺点。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低成本、高产率且工艺流程相对简单的葫芦巴内酯香料的合成方法。以草酸二乙酯为起始原料,经格氏反应、环化后制备葫芦巴内酯,反应原理如下:
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
一种葫芦巴内酯香料的合成方法,包括以下步骤:
(1)先向无水四氢呋喃中加入溴乙烷,搅拌均匀,将溴乙烷溶解于四氢呋喃中,得到溴乙烷-四氢呋喃溶液备用;
(2)向带有回流装置的四口烧瓶中连续通入氮气,开启磁力搅拌器,然后依次加入无水四氢呋喃、镁粉和碘,搅拌均匀;
(3)先向四口烧瓶中加入少量步骤(1)得到的溴乙烷-四氢呋喃溶液,开启回流装置冷却水,开启冷热一体交换机,加热至40℃引发反应,然后通过蠕动泵向四口烧瓶中缓慢滴加剩余的溴乙烷-四氢呋喃溶液,滴加过程中保持回流,滴加时间控制在1~2h;
(4)滴加结束后继续保持温度搅拌回流30min,停止加热,开启冷却水冷却,冷却至常温后得到溴乙烷的格氏试剂;
(5)向三口反应烧瓶中加入无水四氢呋喃,开启搅拌器,加入草酸二乙酯,搅拌均匀,将草酸二乙酯充分溶解于四氢呋喃;
(6)向反应烧瓶内连续通入氮气,开启冷热一体交换机的冷却水,将反应烧瓶降温至-5℃,通过蠕动泵向反应烧瓶中缓慢滴加步骤(4)得到的格氏试剂,控制反应温度在-5~0℃,滴加时间控制在2h;
(7)滴加结束后继续保持温度,搅拌1h,取样进行气相色谱检测,草酸二乙酯的含量在0.5%以下时,将反应烧瓶升温至室温,向反应烧瓶内加入稀盐酸淬灭至反应液为中性,终止反应;
(8)反应液转移到分液漏斗中,静置分层2h,分出有机层,水层用乙醚进行萃取,静置分层后分出水层,合并有机层,开启旋转蒸发仪,对合并的有机层加热升温至35℃,常压回收乙醚溶液结束后再升温到65℃,常压回收四氢呋喃溶液,进行套用;
(9)将步骤(8)得到的蒸馏瓶底物,用饱和氯化钠溶液洗涤后,用无水硫酸钠干燥后,转移到旋转蒸发仪中;
(10)开启旋转蒸发仪,加热升温,开启真空,减压蒸馏收集中间品2-氧代丁酸乙酯;
(11)向三口反应烧瓶中加入无水乙醇,开启搅拌器,加入无水碳酸钾和步骤(9)得到的中间品2-氧代丁酸乙酯,搅拌均匀;
(12)开启冷热一体交换机,控制在25℃条件下,通过蠕动泵向反应烧瓶中缓慢滴加乙醛溶液,滴加时间控制在2h,滴加结束后继续搅拌1h,将反应液转移到旋转蒸发仪中;
(13)开启旋转蒸发仪,升温至79℃,常压回收乙醇进行套用,收集蒸馏瓶底物,转移到反应烧瓶中;
(14)开启磁力搅拌器,向反应烧瓶中加入稀盐酸,继续搅拌30min后加入乙醚溶液进行萃取,转移到分液漏斗中;
(15)静置分层2h,分出有机层,水层用乙醚溶液进行萃取,静置分层后分出水层,合并有机层;
(16)将步骤(14)得到的有机层用饱和氯化钠溶液洗涤,静置分层后分出水层,有机层用无水硫酸钠干燥后,转移到旋转蒸发仪中;
(17)开启旋转蒸发仪,加热到35℃,常压回收乙醚进行套用,开启真空,减压蒸馏,收集蒸馏物,得到葫芦巴内酯香料产品。
所述步骤(1)中溴乙烷与四氢呋喃的摩尔比1:0.5~1:1.5,优选1:1~1:1.1。
所述步骤(2)中镁粉与步骤(1)中溴乙烷的摩尔比为1:1~1:3,优选1:1~1:1.2;四氢呋喃与步骤(1)中溴乙烷的摩尔比5:1~15:1,优选10:1~11:1。
所述步骤(3)中溴乙烷-四氢呋喃直接反应烧瓶投入引发反应的量与滴加量的体积比为1:5~1:20,优选1:15~1:20。
所述步骤(5)中四氢呋喃与草酸二乙酯的摩尔比为2:1~5:1,优选3.0:1~3.5:1。
所述步骤(6)中溴乙烷格氏试剂与步骤(5)中草酸二乙酯的摩尔比为1:0.5~1:1.5,优选1:0.9~1:1.1。
所述步骤(8)水层用乙醚萃取2次,每次乙醚使用量与水层的体积比为0.5:1~2:1,优选0.5:1~1:1。
所述步骤(9)中有机层用饱和氯化钠溶液萃取2次,每次饱和氯化钠使用量与有机层的体积比为0.1:1~1:1,优选0.25:1~0.5:1。
所述步骤(10)中减压蒸馏收集2-氧代丁酸乙酯时的条件为:温度72~75℃,真空压力为5000Pa。
所述步骤(11)中2-氧代丁酸乙酯与无水乙醇的体积比为1:5~1:20,优选1:10~1:15。2-氧代丁酸乙酯与无水碳酸钾的摩尔比为1:1~1:2,优选1:1~1:1.2。
所述步骤(12)乙醛与步骤(11)中2-氧代丁酸乙酯的摩尔比为0.5:1~2:1,优选1:1~1.2:1。
所述步骤(14)中盐酸的加入量与步骤(11)中碳酸钾的摩尔比为1:1~2:1,优选1:1~1.2:1;乙醚与反应液的的体积比为0.1:1~1:1,优选0.25:1~0.5:1。
所述步骤(15)水层用乙醚萃取2次,每次乙醚用量与反应液的的体积比为0.1:1~1:1,优选0.25:1~0.5:1。
所述步骤(16)中有机层用饱和氯化钠溶液萃取2次,每次饱和氯化钠使用量与有机层的体积比为0.1:1~1:1,优选0.25:1~0.5:1。
所述步骤(17)中减压蒸馏收集葫芦巴内酯时的条件为:温度90~95℃,真空压力为1333Pa。
本发明的有益效果是:本发明以草酸二乙酯为起始原料,在无水和氮气保护条件下,经格氏反应制备2-氧代丁酸乙酯,再在碳酸钾、乙醛作用下环化所需的碳骨架后,得到葫芦巴内酯,反应溶剂和萃取剂,回收后进行套用,减少了工艺流程,确保了较高的反应产率。
具体实施方式:
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例
(1)在200mL烧杯中首先加入无水四氢呋喃50mL,再加入溴乙烷45mL,搅拌均匀,得到溴乙烷-四氢呋喃溶液95mL。
(2)向带有回流装置的1000mL四口烧瓶中连续通入氮气,开启磁力搅拌器,然后依次加入无水四氢呋喃500mL、镁粉17g和一小粒碘,搅拌均匀。
(3)先向四口烧瓶中加入5mL溴乙烷-四氢呋喃溶液,开启回流装置冷却水,开启冷热一体交换机,进行加热至40℃,引发反应,然后,通过蠕动泵向四口烧瓶中缓慢滴加剩余的90mL溴乙烷-四氢呋喃溶液,滴加过程中保持回流,滴加时间控制在1h。
(4)滴加结束后,继续保持温度搅拌回流30min,停止加热,开启冷却水冷却,冷却至常温后得到溴乙烷的格氏试剂。
(5)向2000mL三口反应烧瓶中加入300mL无水四氢呋喃,开启搅拌器,加入草酸二乙酯68mL,搅拌均匀,将草酸二乙酯充分溶解于四氢呋喃。
(6)向反应烧瓶内连续通入氮气,开启冷热一体交换机的冷却水,将反应烧瓶降温至-5℃,通过蠕动泵向反应烧瓶中缓慢滴加步骤(4)得到的格氏试剂,控制反应温度在0~-5℃,滴加时间控制在2h。
(7)滴加结束后,继续保持温度,搅拌1h,取样进行气相色谱检测,草酸二乙酯的含量在0.5%以下时,将反应烧瓶升温至室温,向反应烧瓶内加入10%盐酸,至反应液检测pH=7,终止反应。
(8)将反应液转移到分液漏斗中,静置分层2h,分出有机层,水层用乙醚进行萃取2次,静置分层后分出水层,合并有机层。开启旋转蒸发仪,对合并的有机层,加热升温至35℃,常压回收乙醚溶液结束后,再升温到65℃,常压回收四氢呋喃溶液,进行套用。
(9)将步骤(8)得到的蒸馏瓶底物,用30mL饱和氯化钠溶液洗涤2次后,静置分层,有机层经无水硫酸钠干燥后,转移到旋转蒸发仪中。
(10)开启旋转蒸发仪,加热升温,开启真空,温度72~75℃,真空压力为5000Pa条件下,减压蒸馏收集中间品2-氧代丁酸乙酯36g,产率55%。
(11)向1000mL三口反应烧瓶中加入无水乙醇400mL,开启搅拌器,加入无水碳酸钾42g和步骤(9)得到的中间品2-氧代丁酸乙酯36g,搅拌均匀。
(12)开启冷热一体交换机,控制在25℃条件下,通过蠕动泵向反应烧瓶中缓慢滴加乙醛溶液17.5mL,滴加时间控制在2h,滴加结束后继续搅拌1h。将反应液转移到旋转蒸发仪中。
(13)开启旋转蒸发仪,升温至79℃,常压回收乙醇溶液,进行套用。收集蒸馏瓶底物,转移到反应烧瓶中。
(14)开启磁力搅拌器,向反应烧瓶中加入10%稀盐酸120mL,继续搅拌30min后,加入65mL乙醚溶液进行萃取,转移到分液漏斗中。
(15)静置分层2h,分出有机层,水层用65mL乙醚溶液进行萃取2次,静置分层后分出水层,合并有机层。
(16)将步骤(14)得到的有机层用50mL饱和氯化钠溶液洗涤2次,静置分层后分出水层,有机层用无水硫酸钠干燥后,转移到旋转蒸发仪中。
(17)开启旋转蒸发仪,加热到35℃,常压回收乙醚,进行套用。开启真空,温度90~95℃,真空压力为1333Pa条件下减压蒸馏,收集蒸馏物,得到葫芦巴内酯香料产品25g,产率70%。
制备得到的葫芦巴内酯为无色透明液体,具有强烈的葫芦巴香气和焦糖香气,经气相色谱分析产物纯度为98.36%,检测折光指数(20℃)为1.491,相对密度(25℃)为1.049,与文献值一致。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)先向无水四氢呋喃中加入溴乙烷,搅拌均匀,将溴乙烷溶解于四氢呋喃中,得到溴乙烷-四氢呋喃溶液备用;
(2)向带有回流装置的四口烧瓶中连续通入氮气,开启磁力搅拌器,然后依次加入无水四氢呋喃、镁粉和碘,搅拌均匀;
(3)先向四口烧瓶中加入少量步骤(1)得到的溴乙烷-四氢呋喃溶液,开启回流装置冷却水,开启冷热一体交换机,加热至40℃引发反应,然后通过蠕动泵向四口烧瓶中缓慢滴加剩余的溴乙烷-四氢呋喃溶液,滴加过程中保持回流,滴加时间控制在1~2h;
(4)滴加结束后继续保持温度搅拌回流30min,停止加热,开启冷却水冷却,冷却至常温后得到溴乙烷的格氏试剂;
(5)向三口反应烧瓶中加入无水四氢呋喃,开启搅拌器,加入草酸二乙酯,搅拌均匀,将草酸二乙酯充分溶解于四氢呋喃;
(6)向反应烧瓶内连续通入氮气,开启冷热一体交换机的冷却水,将反应烧瓶降温至-5℃,通过蠕动泵向反应烧瓶中缓慢滴加步骤(4)得到的格氏试剂,控制反应温度在-5~0℃,滴加时间控制在2h;
(7)滴加结束后继续保持温度,搅拌1h,取样进行气相色谱检测,草酸二乙酯的含量在0.5%以下时,将反应烧瓶升温至室温,向反应烧瓶内加入稀盐酸淬灭至反应液为中性,终止反应;
(8)反应液转移到分液漏斗中,静置分层2h,分出有机层,水层用乙醚进行萃取,静置分层后分出水层,合并有机层,开启旋转蒸发仪,对合并的有机层加热升温至35℃,常压回收乙醚溶液结束后再升温到65℃,常压回收四氢呋喃溶液,进行套用;
(9)将步骤(8)得到的蒸馏瓶底物,用饱和氯化钠溶液洗涤后,用无水硫酸钠干燥后,转移到旋转蒸发仪中;
(10)开启旋转蒸发仪,加热升温,开启真空,减压蒸馏收集中间品2-氧代丁酸乙酯;
(11)向三口反应烧瓶中加入无水乙醇,开启搅拌器,加入无水碳酸钾和步骤(9)得到的中间品2-氧代丁酸乙酯,搅拌均匀;
(12)开启冷热一体交换机,控制在25℃条件下,通过蠕动泵向反应烧瓶中缓慢滴加乙醛溶液,滴加时间控制在2h,滴加结束后继续搅拌1h,将反应液转移到旋转蒸发仪中;
(13)开启旋转蒸发仪,升温至79℃,常压回收乙醇进行套用,收集蒸馏瓶底物,转移到反应烧瓶中;
(14)开启磁力搅拌器,向反应烧瓶中加入稀盐酸,继续搅拌30min后加入乙醚溶液进行萃取,转移到分液漏斗中;
(15)静置分层2h,分出有机层,水层用乙醚溶液进行萃取,静置分层后分出水层,合并有机层;
(16)将步骤(14)得到的有机层用饱和氯化钠溶液洗涤,静置分层后分出水层,有机层用无水硫酸钠干燥后,转移到旋转蒸发仪中;
(17)开启旋转蒸发仪,加热到35℃,常压回收乙醚进行套用,开启真空,减压蒸馏,收集蒸馏物,得到葫芦巴内酯香料产品。
2.根据权利要求1所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(1)中溴乙烷与四氢呋喃的摩尔比为1:0.5~1:1.5;步骤(2)中镁粉与步骤(1)中溴乙烷的摩尔比为1:1~1:3,四氢呋喃与步骤(1)中溴乙烷的摩尔比为5:1~15:1;步骤(3)中溴乙烷-四氢呋喃直接反应烧瓶投入引发反应的量与滴加量的体积比为1:5~1:20;步骤(5)中四氢呋喃与草酸二乙酯的摩尔比为2:1~5:1;步骤(6)中溴乙烷格氏试剂与步骤(5)中草酸二乙酯的摩尔比为1:0.5~1:1.5。
3.根据权利要求2所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(1)中溴乙烷与四氢呋喃的摩尔比优选1:1~1:1.1;步骤(2)中镁粉与步骤(1)中溴乙烷的摩尔比优选1:1~1:1.2,四氢呋喃与步骤(1)中溴乙烷的摩尔比优选10:1~11:1;步骤(3)中溴乙烷-四氢呋喃直接反应烧瓶投入引发反应的量与滴加量的体积比优选1:15~1:20;步骤(5)中四氢呋喃与草酸二乙酯的摩尔比优选3.0:1~3.5:1;步骤(6)中溴乙烷格氏试剂与步骤(5)中草酸二乙酯的摩尔比优选1:0.9~1:1.1。
4.根据权利要求1所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(8)水层用乙醚萃取2次,每次乙醚使用量与水层的体积比为0.5:1~2:1;步骤(9)中有机层用饱和氯化钠溶液萃取2次,每次饱和氯化钠使用量与有机层的体积比为0.1:1~1:1。
5.根据权利要求4所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(8)每次乙醚使用量与水层的体积比优选0.5:1~1:1;步骤(9)每次饱和氯化钠使用量与有机层的体积比优选0.25:1~0.5:1。
6.根据权利要求1所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(10)中减压蒸馏收集2-氧代丁酸乙酯时的条件为温度72~75℃,真空压力为5000Pa;步骤(17)中减压蒸馏收集葫芦巴内酯时的条件为温度90~95℃,真空压力为1333Pa。
7.根据权利要求1所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(11)中2-氧代丁酸乙酯与无水乙醇的体积比为1:5~1:20,2-氧代丁酸乙酯与无水碳酸钾的摩尔比为1:1~1:2;步骤(12)乙醛与步骤(11)中2-氧代丁酸乙酯的摩尔比为0.5:1~2:1;步骤(14)中盐酸的加入量与步骤(11)中碳酸钾的摩尔比为1:1~2:1,乙醚与反应液的的体积比为0.1:1~1:1。
8.根据权利要求7所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(11)中2-氧代丁酸乙酯与无水乙醇的体积比优选1:10~1:15,2-氧代丁酸乙酯与无水碳酸钾的摩尔比优选1:1~1:1.2;步骤(12)乙醛与步骤(11)中2-氧代丁酸乙酯的摩尔比优选1:1~1.2:1;步骤(14)中盐酸的加入量与步骤(11)中碳酸钾的摩尔比优选1:1~1.2:1,乙醚与反应液的的体积比优选0.25:1~0.5:1。
9.根据权利要求1所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(15)水层用乙醚萃取2次,每次乙醚用量与反应液的的体积比为0.1:1~1:1;步骤(16)中有机层用饱和氯化钠溶液萃取2次,每次饱和氯化钠使用量与有机层的体积比为0.1:1~1:1。
10.根据权利要求9所述的葫芦巴内酯香料的合成方法,其特征在于:所述步骤(15)每次乙醚用量与反应液的的体积比优选0.25:1~0.5:1;步骤(16)中每次饱和氯化钠使用量与有机层的体积比优选0.25:1~0.5:1。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20191015 |
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