3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇的合成研究

邵戴妮¹；夏燕华²；廖先智¹；张锦超³；吴方丽³；郑海清¹；黄云云¹

1. 浙江绍兴文理学院化学系，绍兴 312000

2. 浙江医药股份有限公司维生素厂，绍兴 312000

3. 浙江建业化工股份有限公司，建德 311611

摘要：以α-环柠檬醛为原料，先经缩醛反应，再采用NHPI与乙酰丙酮亚钴为催化剂活化分子氧氧化制备得到3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇，两步收率67.2%。

关键词：α-环柠檬醛；乙酰丙酮亚钴；3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇；分子氧氧化

Study on the synthesis of 3-oxo-α-cylocitral-dimethylacetal

Daini Shao¹; Yanhua Xia²; Xianzhi Liao¹; Jinchao Zhang³; Fangli Wu³; Haiqing Zheng¹; Yunyun Huang¹

1 Department of Chemistry,Shaoxing College of Arts and Sciences, Shaoxing 312000

2 Zhejiang Medicine Co., Ltd. Vitamin Factory , Shaoxing 312000

3 Zhejiang Jianye-chem Co.Ltd. Jiande 311611

Abstract: α-cyclociral can be converted to its corresponding methylal via methylalization. Then 3-oxo-α-cylocitral-dimethylacetal could be synthesized from the methylal via oxidation with molecular oxygen catalyzed by NHPI and Co(AcAc)₂. The overall yield is 67.2%.

Key words: α-cyclociral; Co(AcAc)₂; 3-oxo-α-cylocitral-dimethylacetal; Molecular oxidation

前言

3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇作为医药化工中间体有良好的应用前景，其分子结构独特，可作为合成类胡萝卜素类化合物的重要中间体^[1-2]。3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇主要是以α-环柠檬醛缩二甲醇为原料经氧化制备得到，收率都不理想，氧化体系主要有氧气/氯化铑、叔丁基铬酸和过氧叔丁醇/乙酰丙酮铜^[1]。其中氯化铑较为昂贵，叔丁基铬酸污染大，过氧叔丁醇用量较大，都很难实现工业化。近年来，分子氧化法由于选择性好，氧化剂环保且易得，反应容易控制等优点受到追捧^[3-5]。因此本文以α-环柠檬醛为原料，先经缩醛反应，再采用NHPI与乙酰丙酮亚钴为催化剂活化分子氧氧化制备得到3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇。其合成路线如下：

1 仪器与试剂

试剂：α-环柠檬醛由浙江医药有限股份有限公司维生素厂提供，其他试剂均为市售分析纯。

仪器：核磁共振仪，AVANCE DMX ⅡⅠ400M（TMS内标，Bruker 公司）；气相色谱，科晓GC1690。

2 实验部分

2.1 α-环柠檬缩二甲醇的制备

将50gα-环柠檬醛、55g甲醇、60g原甲酸三甲酯、5.5g对甲苯磺酸混合于250ml的四口瓶中，机械搅拌回流反应，取样气相色谱检测，约12小时反应结束。将反应液降温后，直接减压蒸出反应液中的甲醇及未反应完的原甲酸三甲酯，再用二氯乙烷稀释残留液，再用碳酸氢钠水溶液洗涤至弱碱性，硫酸钠干燥，回收溶剂，再收集110-115℃/10mmgh馏分得到无水透明液体59.8g为α-环柠檬缩二甲醇，气相含量98.4%，收率为90.3%。产物结构分析：¹HNMR(δ, ppm, 400MHz, CDCl₃): 0.967, 1.120(s, 6H, -C(CH₃)₂), 1.567-1.660(m, 2H, -CH*₂-C(CH₃)₂）, 1.822(s, 3H, =C-CH₃), 1.863(d, J=2.8, 1H, -CH*-CH(OCH₃)₂ ), 2.000- 2.026(m, 2H, =CH-CH*₂-), 3.392, 3.426(s, 6H, -2OCH*₃ ), 4.301(d, J=2.8, 1H, -CH*-(OCH₃)₂), 5.519(t, J=3.2, 1H, =CH*-CH2-); ¹³CNMR (δ, ppm, 100MHz, CDCl₃) ：22.92, 25.08, 27.46, 28.03, 31.31, 32.07, 51.72, 55.06, 56.41, 77.19, 108.32, 123.06, 132.03.

2.2 3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇的制备

依次将59.8gα-环柠檬醛缩二甲醇、0.8g乙酰丙酮亚钴、9.6gNHPI加入到装有机械搅拌的250ml的四口瓶中，70℃水浴保温，机械搅拌并通入氧气反应，取样气相色谱检测，约16h反应结束，反应转化率98.8%，选择性94.6%。将反应液降温，柱色谱分离用洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯(体积比)=10：1洗脱，得3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇48.3g，气相含量97.1%，收率为74.4%，总产率为67.2%。同时回收8.7gNHPI。产物结构分析: ¹HNMR(δ, ppm, 400MHz, CDCl₃): 1.030, 1.113(s, 6H, -C(CH₃)₂), 2.263(dd, J₁=17.2, J₂=246.4, -CH₂CO-), 2.082(s, 3H, =C-CH₃), 2.219 (d, J=2.8, 1H, -CH*-CH(OCH₃)₂), 3.415, 3.442(s, 6H, 2OCH₃), 4.496(d, J=3.2, 1H, -CH*(OCH₃)₂), 5.966(s,1H,-CO-CH=C); ¹³CNMR (δ, ppm, 100MHz, CDCl₃)：26.067 ,27.53, 29.44, 34.95, 47.56, 53.50, 55.89, 56.50, 77.25, 106.79, 127.51, 159.86.

3 结果与讨论

3.1 α-环柠檬缩二甲醇的制备是缩醛反应，要酸催化，且反应可逆。本文中加入原甲酸三甲酯与生成的水及时发生反应，使反应顺利完全正向进行，从而使反应收率大为提高；后处理需将反应液中和至弱碱性防止产物水解破坏。

3.2 分子氧氧化法最为环保廉价，因而是最有前途和最为推崇的方法，分子氧氧化法的关键在于选择合适催化剂活化分子氧，提高反应转化率和选择性。本文在3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇的制备时，采用NHPI与乙酰丙酮亚钴为催化剂活化分子氧氧化α-环柠檬醛缩二甲醇，反应转化率98.8%，选择性94.6%。经柱色谱分离收率达74.4%。同时还以90.6%的回收率回收反应催化剂NHPI。

4 结论

本文以α-环柠檬醛为原料先经缩醛反应，再采用NHPI与乙酰丙酮亚钴为催化剂活化分子氧氧化制备得到3-氧代-α-环柠檬醛缩二甲醇，两步总收率67.2%。并对各步反应进行了研究，其制备工艺具有环保、操作简单、反应条件温和、反应收率高、原料价廉易得等优点。

参考文献:

[1]Schaefer U, Jaedicke H, Paust J. 3-Hydroxy-alpha-cyclocitral and its acetals, and the preparation and the use of these compounds[D], DE3301718, 1984-07-26.

[2]Schaefer U, Jaedicke H, Paust J. Racemic and optically active 3-hydroxy-alpha-cyclocitral, its acetals and optically active 3-oxo-alpha-cyclocitral acetals, and their preparation [D], US4594456, 1986-06-10.

[3] 谭新良, 黎艳玲, 陈雄, 等. N-羟基-邻苯二甲酰亚胺催化分子氧氧化合成4-氧代-β紫罗兰酮[J]. 香料香精化妆品, 2010,6(3): 1-5.

[4] 张延路, 赵文军, 范晓芸, 等. 有机铁配合物／NHPI催化氧化环己烷[J]. 工业催化, 2009,17(4): 45-49

[5] 梁舰, 李建章, 周波, 等. N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)用于有机氧化反应的研究进展[J]. 化学研究与应用, 2004,16(5): 597-600.

作者简介：邵戴妮，女，1991.03，在读本科生

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