CN117222614A - 雪松烯二醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备顺式雪松烯二醇的方法,包括在包含水和至少一种另一质子溶剂或由水和至少一种另一质子溶剂组成的溶剂中提供α‑雪松烯,添加高锰酸钾和碱,以及可选地从所述反应混合物中去除该另一质子溶剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备顺式雪松烯二醇的方法,包括在包含水和至少一种另一质子溶剂或由水和至少一种另一质子溶剂组成的溶剂中提供α-雪松烯,添加高锰酸钾和碱,以及可选地从所述反应混合物中去除该另一质子溶剂。
背景技术
雪松烯二醇是生产高品质香水的重要原料。由于顺式雪松烯二醇作为一种缩丙酮化合物具有突出的气味特性,因此它尤其令人感兴趣。顺式雪松烯二醇的生产通常由雪松烯通过两步工艺进行。首先,将雪松烯氧化为雪松烯环氧化物,然后将该环氧化物开环,产生二醇。然而,当环氧化物开环时,也会形成副产物(雪松烷-9-酮、反式雪松烯二醇)。
Semmler和Hoffmann发表了用高锰酸钾氧化雪松烯生成雪松烯二醇(F.W.Semmler,A.Hoffmann,《德国化学学报(Chem.Ber.)》1907,40,3521)。将雪松烯溶解在丙酮水溶液中,并逐渐加入细粉状高锰酸钾。用乙醚萃取,然后蒸馏乙醚进行纯化。然而,基于所用的雪松烯的产率仅为12-15%,因此所述方法不适合经济合成。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在没有中间步骤的情况下由雪松烯直接制备顺式雪松烯二醇的方法,其中实现了允许进行经济应用的产率。
上述目的通过一种用于制备顺式雪松烯二醇的方法来解决,所述方法包括以下步骤:
i)在包含水和至少一种另一质子溶剂或由水和至少一种另一质子溶剂组成的溶剂中提供α-雪松烯,所述质子溶剂优选选自由仲醇和叔醇组成的组,更优选选自由叔丁醇和异丙醇组成的组,
ii)向步骤i)的溶液中添加高锰酸钾和碱,以及可选地
iii)从步骤ii)的反应混合物中去除另一质子溶剂。
令人惊奇地发现,使用包含水和至少一种另一质子溶剂或由水和至少一种另一质子溶剂组成的混合物,以及将高锰酸钾与碱一起添加,可以显著提高顺式雪松烯二醇的产率。因此,在高达100g规模下可以实现超过80%并且甚至90%的产率。这也可以在150kg规模上重现。根据本发明的反应在方案1中示出。
方案1:用高锰酸钾和碱氧化α-雪松烯以生成顺式雪松烯二醇。
碱的存在防止了不期望的雪松烷-9-酮的形成。雪松烯二醇在酸性条件下比在碱性条件下明显更不稳定(见方案2)。
方案2:雪松烯二醇重排为雪松烷-9-酮。
此外,碱有利于二醇的形成,因为它加速了锰-雪松烯二醇络合物中锰的裂解,如方案3所示,因此不会发生二醇的进一步氧化(Wiberg和Saegebarth,《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.),1957,79,11,2822-2824)。
雪松烯二醇-MnO4络合物
方案3:从雪松烯二醇-MnO4络合物中裂解锰。
在本发明中,质子溶剂是指具有氢可以作为质子从中分裂出来的官能团的任何溶剂。由于水可以离解成H+和OH-,因此它也构成质子溶剂。另一质子溶剂包括伯醇、仲醇和叔醇以及羧酸。另一方面,烷烃类、醚类、酯类、酮类和醛类不代表本发明意义上的质子溶剂。
在本发明中,碱是指在水溶液中形成氢氧根离子的化合物。适用于步骤ii)中的碱如下文所述。
仲醇和叔醇,特别是叔丁醇和异丙醇的优势已得到证实。仲醇和叔醇能很好地溶解雪松烯,当添加高锰酸钾水溶液时不会发生相分离。这些溶剂在反应条件下很大程度上也是惰性的,因此它们不会被高锰酸钾氧化,从而无需更大量的氧化剂。这对于诸如叔丁醇的叔醇尤其如此,但对于异丙醇来说程度有限,因为异丙醇有可能氧化为丙酮。然而,异丙醇仍然与水完全混溶,因此还是可以获得良好的产率。上述溶剂也可以通过蒸馏轻易去除,因为它们比水更易挥发。
在优选的实施方式中,上述方法另外还包括以下步骤:iv)从步骤iii)的反应混合物中萃取所生成的顺式雪松烯二醇,以及v)从步骤iv)中去除萃取剂以及获得顺式雪松烯二醇。
所生成的顺式雪松烯二醇可通过萃取获得。在这种情况下,重要的是,在步骤iii)中,尽可能完全地去除另一质子溶剂,使得它在随后的萃取过程中不干扰相分离。合适的萃取溶剂描述如下。
进一步优选的是如上所述的方法,其中,在步骤i)中,α-雪松烯具有至少70%的纯度,优选至少80%,更优选至少90%的纯度,和/或其中,在步骤ⅰ)之前将α-雪松烯蒸馏。
在步骤i)中,例如可使用柏木油,该柏木油中含有约70%的α-雪松烯。如果在步骤i)之前蒸馏例如柏木油形式的α-雪松烯,则可获得大于90%的纯度。如果使用纯度较低的α-雪松烯,则需要更多的高锰酸钾和碱,并且必须在较低的温度下进行投料。
在上述方法的另一个优选实施方式中,在步骤i)中,以α-雪松烯与另一质子溶剂的重量比为1:5至1:10的比例来提供α-雪松烯,优选α-雪松烯与另一质子溶剂的重量比为1:6至1:9,特别优选α-雪松烯与另一质子溶剂的重量比为1:7至1:8,和/或在步骤i)中,以α-雪松烯与水的重量比为1:1至1:6的比例来提供α-雪松烯,优选α-雪松烯与水的重量比为1:2至1:5,特别优选α-雪松烯与水的重量比为1:3至1:4。
该实施方式表明,如果另一质子溶剂的用量相对于α-雪松烯更少,则转化不完全,因为雪松烯会出油并且分离。如果水的用量相对于雪松烯更少,则会发生完全转化,但产率较低。如果保持指定的重量比,则转化完全并且产率良好。
如上所述的方法也是优选的,在该方法中,步骤ii)中的添加进行30分钟至10小时,优选3小时至7小时,更优选4小时至6小时。
在根据本发明的方法中,仅在几个小时后就可以实现良好的转化率和良好的产率。然而,如果投料速度更快,则最终产物的GC纯度(根据气相色谱法的纯度)会降低。3小时至4小时的投料时间获得了良好的结果。然而,根据本发明的方法中的投料也可以在长于10小时,例如15小时或20小时内的时间内进行。
在上述方法的另一个优选实施方式中,碱是无机碱,优选选自碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物以及碱金属碳酸盐和碱土金属碳酸盐的组,特别优选选自NaOH、KOH、K2CO3和CaCO3。
如上所述的方法也是进一步优选的,其中,在步骤ii)中,相对于步骤i)中提供的α-雪松烯,高锰酸钾的添加量为0.8当量至5当量,优选的量为1当量至3当量,特别优选的量为1.2当量至1.5当量,和/或其中,相对于步骤i)中提供的α-雪松烯,碱的添加量为0.5当量至3当量,优选的量为1当量至1.5当量,特别优选的量为1.2当量至1.3当量。
通过保持上述指出的试剂的摩尔比,即高锰酸钾和碱与所用α-雪松烯的摩尔比,获得了特别良好的产率。
在上述方法的另一个优选实施方式中,在步骤ii)中,将包含高锰酸钾、碱和水的混合物或由其组成的混合物添加到步骤i)的溶液中,优选在添加过程中连续搅拌该混合物和/或使气体通过该混合物。
以水溶液而不是以固体形式添加高锰酸钾的优点是高锰酸钾的浓度不会局部增加太多。此外,当添加已经溶解的高锰酸钾时,局部增加的浓度也比以固体形式添加高锰酸钾时分解得更快。局部增加的浓度可能促进副反应,从而产生更多高度氧化的产物。
优选地,在步骤ii)中添加到步骤i)的溶液的混合物中的水的存在量为高锰酸钾与水的重量比为1:5至1:20,优选高锰酸钾与水的重量比为1:10至1:15,更优选高锰酸钾与水的重量比为1:12至1:14。
由于混合物处于高锰酸钾的溶解度极限,因此在添加过程中不断搅拌混合物或使气体(例如氮气)通过混合物是有利的。搅拌或气泡使混合物处于动态,并且使高锰酸钾保持在溶液中。
在上述方法的一个实施方式中,在步骤i)中,在5℃至40℃,优选15℃至30℃,更优选18℃至22℃的温度范围内在溶剂中提供α-雪松烯,和/或在步骤ii)中,在10℃至40℃,优选15℃至30℃,更优选20℃至24℃的温度范围内添加高锰酸钾和碱。
根据本发明的方法可在相对较广的温度范围内进行,特别是也可以在室温左右的温度下进行,从而不需要加热或冷却。如果在更高的温度下进行投料,则最终产物的GC纯度会降低。在较低温度(约10℃)下投料也会产生作用,但不会改善反应结果。
根据上述方法的另一个优选实施方式,通过蒸馏去除步骤iii)中另一质子溶剂。
如上所述,为了通过萃取纯化产物,重要的是尽可能完全地去除步骤iii)中的另一质子溶剂,使得相分离不受干扰。通过蒸馏去除可获得特别良好的结果。如果叔丁醇用作另一质子溶剂,则优选将它作为含有10%至30%的水的共沸物蒸馏掉,特别优选作为含有15%至25%的水的共沸物蒸馏掉。
蒸馏后,在添加萃取剂之前,将蒸馏残留物冷却至约40℃是有利的。这确保了当混合物在以下步骤中酸化时,雪松烯二醇不会再次被部分破坏(形成雪松烷-9-酮)。硫酸的投放,特别是亚硫酸氢钠溶液的投放也有轻微放热的作用。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中,步骤iv)中使用的萃取剂是非质子萃取剂,优选选自由醚类和酯类组成的组,特别优选选自由乙酸乙酯和甲基叔丁基醚组成的组。
在本发明中,非质子溶剂是指不具有氢可以作为质子从中分裂出来的官能团的溶剂。例如,非质子溶剂是脂肪族或芳香族烷烃或烯烃、酯类、醚类、酮类或醛类。特别地,雪松烯二醇在乙酸乙酯中的溶解度非常好,从而获得较高的时空产率。
优选地,在上述步骤iv)中描述的方法中,萃取剂以步骤i)中提供的α-雪松烯与萃取剂的重量比为1:2至1:20的比例使用,优选步骤i)中提供的α-雪松烯与萃取剂的重量比为1:5至1:12,特别优选步骤i)中提供的α-雪松烯与萃取剂的重量比为1:8至1:9.5。
为了完全萃取产物,需要一定量的萃取剂。萃取剂也可以分两份或更多份添加,并且萃取剂在其间进行相分离,以增加该方法的时空产率。
作为提高萃取效率的进一步措施,可添加硫酸。然而,如果温度过高(>40℃),则会形成略多的雪松烷-9-酮副产物。此外,还可以添加亚硫酸氢钠溶液充当还原剂,并且将混合物中所含的所有锰还原为易溶于水的二价锰。在这种氧化还原反应会消耗质子,因此它在酸性环境中优先进行。在这个过程中,亚硫酸盐被氧化成硫酸盐。在投料结束时,可以通过伴热系统将温度提高到约50℃至55℃。这产生两个透明相,并且在升高的温度下形成更好的相分离。在这个阶段,一些雪松烯二醇可能已经沉淀,可以通过进一步添加萃取剂或提高温度将其带回溶液中。然后可以分离水相,并用另一部分萃取剂重复萃取。通过添加纯碱和水,可以从有机相中去除或中和最后残留的硫酸。为了提高雪松烯二醇的储存稳定性,雪松烯二醇中不应残留酸。此外,仍然可以用氯化钠/水进行洗涤,以确保没有酸残留物残留在雪松烯二醇中,并且确保生成的雪松烯二醇溶液是近似中性的。氯化钠使各相能够更好/更快地分离,并且成为废水的有机化合物也更少。在冷却过程中,产物可能已经在萃取剂相中部分沉淀。通过去除萃取剂,获得GC纯度超过90%的顺式雪松烯二醇,产率超过70%,优选超过80%,特别优选超过90%。
本发明还涉及包含水和至少一种其他质子溶剂,优选选自由仲醇和叔醇组成的组,更优选选自由叔丁醇和异丙醇组成的组,或由其组成的混合物作为溶剂在用高锰酸钾氧化α-雪松烯中的用途,优选在如上所述的方法中的用途。
通过使用包含水和至少一种另一质子溶剂或由其组成的混合物,可决定性地提高顺式雪松烯二醇的产率。这使得首次有可能通过用高锰酸钾氧化一步获得顺式雪松烯二醇,其产率允许经济应用。
根据原料,在根据本发明的方法中可形成顺式雪松烯二醇的两种异构体(式(I)和式(II)的化合物,见下文)。在这种情况下,两种异构体各自以特征量存在,其中化合物(I)明显占主导地位。举例来说,形成一种混合物,在该混合物中,基于混合物的总重量,式(I)化合物以70wt%至99wt%,特别优选85wt%至95wt%的量存在,和/或基于混合物的总重量,式(II)化合物以0.1wt%至2wt%,特别优选0.3wt%至1.5wt%的量存在。
具体实施方式
在下文中,本发明通过实施例进一步表征,其中这些实施例不应被理解为限制性的。
实施例1:顺式雪松烯二醇的制备
1)将α-雪松烯(1.00g,1.07mL,4.89mmol)溶解在tBuOH(10mL)和H2O(5mL)的混合物中。
2)将无色溶液冷却至0℃,并在0℃下缓慢添加KMnO4(1.12g,7.09mmol)和NaOH(0.254g,6.36mmol)在H2O(15mL)中的混合物(在45分钟的期间内)。反应温度保持在10℃以下。添加后,将反应混合物在0℃下搅拌25分钟。
3)在α-雪松烯完全转化后(通过DC(薄层色谱法)监测反应),通过硅藻土过滤器过滤反应混合物(高=1.5cm,直径=5cm)。用EtOAc(30mL)洗涤硅藻土过滤器。
4)滤液用NaCl饱和,并用EtOAc(3×20mL)萃取。有机相用10%的Na2S2O3溶液(1×20mL)洗涤,经Na2SO4干燥,蒸发挥发性组分,得到白色固体形式的顺式雪松烯二醇(893mg,3.75mmol,77%)。比移值(Rf)(SiO2,CH:EtOAc,3:1)=0.18。
实施例2:顺式雪松烯二醇的制备
1)将雪松烯(纯度为约93%,100g,0.46mmol,1.0当量)置于叔丁醇(720g)和水(360g)中,并调温至20℃。
2)在约5小时内,将高锰酸钾(98g,0.62mol,1.35当量)、水(1320g)和NaOH(22.4g,0.56mol,1.22当量)的混合物在20-24℃的内部温度下均匀分配(轻微放热反应)。将氮气连续地通过混合物和/或持续搅拌。形成带有沉淀物的棕色混合物。
3)将叔丁醇作为含有约20%的水的共沸物在140mbar下蒸馏掉。伴热设定为80℃。获得总共约910g的馏出物。获得的叔丁醇可再次用于该反应。
4)然后冷却至40℃,并添加乙酸乙酯(700g)。
5)在40℃下添加硫酸(40%,200g)。
6)在约40℃下,添加亚硫酸氢钠溶液(40%,215g),在投料结束时,伴热已升至55℃。形成两个透明相,并且沉淀出一些雪松烯二醇。
7)分离水相(约2300g)。
8)添加乙酸乙酯(700g)、纯碱(40g)和水(360g)。这再次溶解了沉淀的雪松烯二醇。
9)将其调温至约55℃并充分混合。
10)分离水相。
11)添加氯化钠(30g)和水(270g)。
12)将其再次调温至55℃并充分混合。
13)分离水相。
随后产物在乙酸乙酯中沉淀;雪松烯二醇在冷却时部分沉淀。去除溶剂得到约102g的式(I)的雪松烯二醇(根据GC,纯度为约93%,约0.40mmol,约87%产率)。根据GC,其中包含的其他物质有:雪松烯(<1%)、雪松烷-9-酮(<1%)、雪松烯醇(约1%)和式(II)的异构体(<1%)。
Claims (13)
1.一种用于制备顺式雪松烯二醇的方法,包括以下步骤:
i)在包含水和至少一种另一质子溶剂或由水和至少一种另一质子溶剂组成的溶剂中提供α-雪松烯,所述质子溶剂优选选自由仲醇和叔醇组成的组,更优选选自由叔丁醇和异丙醇组成的组,
ii)向步骤i)的所述溶液中添加高锰酸钾和碱,以及可选地
iii)从步骤ii)的所述反应混合物中去除所述另一质子溶剂。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法还包括以下步骤:
iv)从步骤iii)的所述反应混合物中萃取所述形成的顺式雪松烯二醇,以及
v)去除步骤iv)中的所述萃取剂以及获得顺式雪松烯二醇。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,在步骤i)中,所述α-雪松烯具有至少70%的纯度,优选至少80%,特别优选至少90%,和/或其中,在步骤ⅰ)之前将所述α-雪松烯蒸馏。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在步骤i)中,以α-雪松烯与所述另一质子溶剂的重量比为1:5至1:10的比例来提供所述α-雪松烯,优选α-雪松烯与所述另一质子溶剂的重量比为1:6至1:9,特别优选α-雪松烯与所述另一质子溶剂的重量比为1:7至1:8,和/或其中,在步骤i)中,以α-雪松烯与水的重量比为1:1至1:6的比例来提供所述α-雪松烯,优选α-雪松烯与水的重量比为1:2至1:5,特别优选α-雪松烯与水的重量比为1:3至1:4。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,步骤ii)中的所述添加进行30分钟至10小时,优选3小时至7小时,更优选4小时至6小时。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述碱是无机碱,优选选自碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物以及碱金属碳酸盐和碱土金属碳酸盐的组,特别优选选自NaOH、KOH、K2CO3和CaCO3。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在步骤ii)中,相对于步骤i)中提供的所述α-雪松烯,所述高锰酸钾的添加量为0.8当量至5当量,优选的量为1当量至3当量,特别优选的量为1.2当量至1.5当量,和/或其中,相对于步骤i)中提供的所述α-雪松烯,所述碱的添加量为0.5当量至3当量,优选的量为1当量至1.5当量,特别优选的量为1.2当量至1.3当量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中在步骤ii)中,将包含高锰酸钾、碱和水的混合物或由其组成的混合物添加到步骤i)的所述溶液中,优选在所述添加过程中连续搅拌所述混合物和/或使气体通过所述混合物。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,在步骤ii)中添加到步骤i)的所述溶液中的所述混合物中的水的存在量为高锰酸钾与水的重量比为1:5至1:20,优选高锰酸钾与水的重量比为1:10至1:15,更优选高锰酸钾与水的重量比为1:12至1:14。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在步骤i)中,在5℃至40℃,优选15℃至30℃,更优选18℃至22℃的温度范围内在所述溶剂中提供所述α-雪松烯,和/或在步骤ii)中,在10℃至40℃,优选15℃至30℃,更优选20℃至24℃的温度范围内添加高锰酸钾和所述碱。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,通过蒸馏去除步骤iii)中的所述另一质子溶剂。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的方法,其中,使用非质子萃取剂作为步骤iv)中的萃取剂,其优选选自由醚类和酯类组成的组,更优选选自由乙酸乙酯和甲基叔丁基醚组成的组。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的方法,其中,在步骤iv)中,所述萃取剂以步骤i)中提供的所述α-雪松烯与所述萃取剂的重量比为1:2至1:20的比例使用,优选步骤i)中提供的所述α-雪松烯与所述萃取剂的重量比为1:5至1:12,特别优选步骤i)中提供的所述α-雪松烯与所述萃取剂的重量比为1:8至1:9.5。
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