葉醇的制備.docx

葉醇的制備Leaf Alcohol Preparation作者：Eliska Leitmannova and Libor Cerveny 翻譯: 胡林弟譯自：美國調香師雜志 2008年8月版 第33-8期順-3-己烯-1-醇和反-3-己烯-1-醇都叫做葉醇 。它們的香氣就像剛剛割下來的青草。調香師對他們的香氣描述更為專業(yè)：順-3-己烯醇具有強烈、刺激的青草香氣。微量的葉醇可以為配方帶來清新的頭香。它可以添加于那些高檔的日化香精中，如鈴蘭和紫丁香。另外，葉醇也經常與香葉、格蓬、橡苔、薰衣草、薄荷等精油配合使用。反-2-己烯-1-醇具有強烈的清香果香，并伴有輕微的焦香果香底韻。 它的香氣經常被形容為菊花葉或葡萄葉樣的香氣。在食用香精配方中，它經常被微量添加于果類香型中，如草莓等。葉醇的香氣性質是由它存在的雙鍵以及其空間立體結構所決定。順-3-己烯-1-醇具有令人非常愉快的香氣，而它的反式異構體則有一種油膩的感觸，不能被用于香精配方。反-2-己烯-1-醇缺乏典型 的”青香”，但更具果香。葉醇的制備葉醇制備的難點在于它的空間立體結構。反應需要好多步，而產率非常低。最常用的技術包括己炔-1-醇的制備和選擇加氫或局部的還原反應。如果加氫 ，用毒化后的鈀作催化劑，則能得到順式的產物。還原過程如用金屬鈉并以液氨作為溶劑的反應則生成反式異構體。(圖-1-). 剩余的己炔醇可以用汞鹽全部除去。炔中間體的三鍵加氫反應還可用鋅粉(用1,2-二溴甲烷純乙醇溶液活化) 來實現其空間立體結構合成的選擇性! 與催化加氫相比，反應時間短，方法簡單是這個反應的最大優(yōu)點。另一種從炔烴到順式烯烴的選擇氫化反應是基于硅氫化作用，即固化于硅膠體上的乙酸和鈀催化劑，或不互溶的鈀和亞水楊基乙二胺混合物。順-3-己烯-1-醇的制備.葉醇制備的第一步是用1-丁炔和金屬鈉在液氨中的反應，形成氰化鈉。然后與環(huán)氧乙烷反應，通過水解生成了順-3-己炔-1-醇。最后一步是不完全加氫反應。 反應中用到林德拉催化劑，將三鍵加成雙鍵。這種催化劑中的鈀需用鉛來作部分毒化。而碳酸鈣(或氧化鋁)是用來作為載體。不完全氫化反應需要用高壓條件下進行(10MPa)。反應介質為水和氫氧化物或堿金屬的鹽。通常反應后能得到純度為98.2%的順-3-己烯-1-醇。還有一種二步法是用1,3-戊二烯和甲醛作為起始原料。 第一步反應為Diels-Alders雙烯共軛加成反應。第一步反應為在加壓容器中將戊二烯和甲醛的對苯二酚溶液進行加溫(240 C)， 反應生成2-甲基-5,6-二氫-2H-吡喃(得率為51.5%)。 第二步反應是用金屬鋰的乙胺溶液(-78 C)將吡喃開環(huán)，也可以用其它溶解性的金屬(如鈣的乙二胺溶液)。這種開環(huán)反應可以選擇性 地打斷C-O鍵，得到想要的順-3-己烯-1-醇構型，得率為60%。通過對4-(1-丙烯基)-1-二氧雜環(huán)乙烷的加氫和乙酰化，可以制備得到順式和反式的3-己烯-1-醇混合物。而4-(1-丙烯基)-1-二氧雜環(huán)乙烷是用1,3-戊二烯/Catex Ku-2和甲醛在酸性介質中(硫酸)進行普林斯反應(PRINS)制得。溫度25 C，壓力2MPa，得率49.8%。然后對反應物進行加氫反應(100 C，以雷尼鎳為催化劑)，制得4-(1-丙基)-1-二氧雜環(huán)乙烷。再與酸酐反應，得到1,5-二乙酰氧基-3-丙基-2-氧雜戊烷(66%)。在硫酸和真空條件下，可以得到順式和反式的3-己烯-1-醇的乙酸酯。經過氫氧化鉀溶液中的水解反應得到如下產物：反-3-己烯-1-醇66.5%， 順-3-己烯-1-醇22.1%， 反/順-2-己烯-1-醇11.4%。另一個可能的制備方法是用乙烯基氧雜環(huán)丁烷，并用金屬有機化物來開環(huán)：2-乙烯基氧雜環(huán)丁烷用甲基溴化鎂的5%碘化銅四氫呋喃溶液開環(huán)，得到的反應物得率為72%(反:順=73:27)。 用烷基銅和烷基溴能形成反式異構體，若用甲基鋰和戊基鋰則能生成順式異構體。四乙基鋁和乙炔也能用來制備順-3-己烯-1-醇。反應需在氮氣中進行(191MPa, 35 C)，生成產物為二乙基-1-丁烯基鋁。若用不同的溶劑(苯/苯-四氫呋喃/1,4-環(huán)氧乙烷)能得到不同的產率(27%/53%/43%)。從苯甲醚制備順-3-己烯-1-醇，需要經過伯奇還原反應(birch reduction)， 氧化開環(huán)反應和硼氫化鈉(NaBH4)參與的還原反應(圖-4)。反應的第一步是將苯甲醚還原成1-甲氧基-1,4-環(huán)己二烯。用臭氧選擇性氧化可將雙鍵打斷生成6-氧雜-順式-己烯酸甲酯，然后進行醛基還原反應，生成了6-羥基-順式-己烯酸甲酯。再轉化成對甲基磺酸酯， 緊接著用用鋁氫化鋰選擇性還原成順-3-己烯-1-醇。圖1, 從炔烴來制備葉醇圖2, 從戊二烯制備順-3-己烯-1-醇圖3, 從三烷基鋁制備順-3-己烯-1-醇圖4, 從苯甲醚制備順-3-己烯-1-醇反-2-己烯-1-醇的制備反-2-己烯-1-醇也可以從2-己炔-1-醇的三鍵還原加氫反應中制得。順式或反式的-2-己烯-1-醇制備可以從反-2-己烯-1-醛的選擇性加氫路線走。通常用的選擇加氫催化劑為雙(環(huán)戊二烯基)氯化鋯或雙(環(huán)戊二烯基)氯化鉿。這種，不飽合醛加氫至醇的催化方法也稱作梅爾魏因-龐多夫-韋爾萊反應(meerwein-Ponndorf-Verly)。選擇加氫方法還可以用2-丙醇和氧化鋯來實現。如用立體選擇性反應來制備反-2-己烯-1-醇的話，可以選用PhSLi以及1-硝基-1-戊烯的四氫呋喃溶液反應。當反應的碳負離子產物生成后，再添加甲醛，生成反式-3-苯硫基-2-硝基己醇。然后再一步進行徹底的消去反應，得到了最終產物反-2-己烯-1-醇。(圖5)圖5, 從硝酸鹽制備反-2-己烯-1-醇從山梨酸及其涎生物制備葉醇如果從反，反-2，4-己二酸為起始原料制備葉醇，有它極大的優(yōu)勢。因為原料在市場上很好獲取，而且反應步驟很短。有二條路線可以從山梨酸甲酯來制備香料級的葉醇。第一條路線是將羧基基團的先進行還原反應，然后再對二個不飽合雙鍵進行催化加氫。 第二條路線是先進行催化加氫，而后再對己烯酸進行還原反應。(圖6)用多相催化劑進行選擇加氫.最早的時候用貴金屬對山梨酸進行加氫只能得到它的飽合產物己酸。后繼用高選擇性的催化劑 ，可以加氫得到2-己烯酸(用鐳-鎳和鈀作催化劑)。而最好的催化劑是鈀/硫酸鋇(生成2-己烯酸的選擇性為89.6%)。如果 拿山梨酸與它的鈉鹽進行比較，我們 會發(fā)現山梨酸的加氫得率更高，而它的鈉鹽選擇性更加好。用雷尼鎳作催化劑，選擇加氫的產率為83%。用鉑作催化劑(亞當斯催化劑, Adams catalyst)，只能得到產物己酸。也有其它報道說可以用活性碳為載體的商業(yè)化的金屬催化劑山來催化梨酸甲酯。如用鉑,銠、釕作為催化劑，只能得到反-2-己烯酸甲酯(27-29%)和反-3-己烯酸甲酯(4-9%)。用鈀可以得到最好的效果79%的反-2-己烯酸甲酯和反-4-己烯酸甲酯。所有的論文都提到如上觀點。 當所有的山梨酸甲酯被完全反應到底后，不飽合鍵被全部加成完畢，形成最后的己酸。但有可能除己酸外，還生成部分反-2-己烯酸。這是因為2位的雙鍵 ，由于更接近羧基，相比4位的雙鍵而不易被加氫。如果用銠和鈀黑作為催化劑，加氫的程度是可以被控制的。相對于多相催化劑，使用均相催化劑(RhCl2(PPh3)3)會得到不同結果。它能生成2-己烯酸和3-己烯酸。在催化過程中鈀黑表現出來的選擇性最高， 而銠的化合物的選擇性最低。如果用銠黑，那么反應將直接向己酸甲酯進行。銠的化合物可以選擇加成2,5-及4,5位的氫，生成2-己烯酸甲酯和3-己烯酸甲酯的混合物。鈀的化合物可選擇加成4,5-位的氫,生成2-己烯酸甲酯。由于這些催化劑的存在， 2,3-位的氫由于與羥基官能團相連，所以不會被加上氫。圖6, 用催化劑催化還原山梨酸及基涎生物, 實箭頭=還原; 虛箭頭=氫化圖7, 用CoIII(CN)5H3-催化加氫二烯化合物用均相催化劑選擇加氫K3Co(CN)5是用于山梨酸加氫的相均催化劑。山梨酸被選擇加氫成了反-3-己烯酸。后繼的研究用色譜進一步精確分析出了加氫產物比例:82%反-2-己烯酸和反-4-己烯酸(用水做溶劑)。如果用甲醇做為溶劑， 那么催化劑會變成更加有選擇性:95%的反-2-己烯酸。如用經過活化的CoIII(CN)5H3-(圖7)作催化劑，那么產物將會被重排：反-2-己烯酸和反-4-己烯酸。相轉移催化劑也進行過研究。山梨酸甲酯加氫過程中有二相:水-二氫甲烷，加氫后所得的產物為反-2-己烯酸甲酯和反-3-己烯酸甲酯， 比例為=65:35。如果在二相體系中如果存在芐基三乙基氯化氨，那么產物中反-3-己烯酸甲酯的比例會達到75%。相同的結果也由Alpher和lee得出。他們用的相催化劑是乙位環(huán)狀糊精(-cyclodextrine)來催化加氫山梨酸鉀。有堿性條件下用銠類催化劑(室溫,0.3MPa, 魏金森催化劑Wilkinsons Catalyst)對山梨酸進行催化加氫. RhCl(PPh3)3只能成己酸，甚至在非常低的轉化率的情況下。化合物RhCl(PPh3)2(Ph2POOCH2CH=CMe2)(從魏金森催化劑配體交換中析出)催化加氫山梨酸到終點后，最后得到52%的反-4-己烯酸和48%的己酸.后續(xù)的催化劑更具活性。另一個銠的催化劑是H2Rh(Ph2N3(PPh3)2，用二甲基亞砜做溶劑，產物為反-2-己烯酸，伴有少量反-3-己烯酸。 如果溫度超過50度，不飽合的山梨酸會完全被加氫成己酸。海因(Heinen)曾經制備過一個水溶性的釕化合物RuCl2P(CH2CH2OH3)2。它能在水-乙酸乙酯二相的體系中進行選擇性加氫，產物為82%的反-4-己烯酸.化合物Cr(CO)3,Cr(CO)6,Cr(芳烴)(CO)3等催化劑可將山梨酸甲酯加氫成為順-3-己烯酸甲酯.(圖8). 催化劑的活性由于配體的不同而不同。不過選擇性卻和配體沒 什么關系。3-甲氧基苯甲酸甲酯的芳烴配體活性最佳，對順-3-己烯酸甲酯的選擇性為91.8-98.8%。也有報道說可以不用芳烴配體， Cr(環(huán)庚三烯)(CO)3的活性比Cr(芳烴)(CO)3更高。研究證明，氫被選擇性加到2,5-位的原子上，而1,2-位和其它位上不會被加成。 據上結果所得，反應機理開始明了起來。芳烴上的受電子基團能加速加氫反應。相反的，供電子基團會降低催化劑的活性. 如果用多環(huán)芳烴的話，結果也會不同。如萘,蒽, 菲等。到現在為止 ，發(fā)現的最具活性的配體是Cr(萘)(CO)3。它能在30度和0.1MPa的條件下進行選擇性催化氫化。據最近文獻報道，具有相類似活性的另一鉻化合物也被合成出來, Cr(C6H6)(CH2=CHCOOCH3)。不過用鉻的羰基化合物有很多缺點。最嚴重的問題是它被毒化后 的低活性無法對山梨酸進行催加氫。海因發(fā)現了另一水溶性釕化合物， RuCl(CO)CpP(CH2CH2CH2OH)3 (Cp=戊基甲基環(huán)戊二烯基)，它能在水-庚烷二相里催化山梨酸至順-3-己烯酸的選擇性為66%(總轉化率是68%), 副產物是己酸。在相同報道中提到的另一化合物是RuCp(MeCN3)Tf (Tf=三氟甲烷磺酸). 整個催化過程中乙腈配體的脫離， 轉換過程與鉻類配體比較相似(圖9)。這類催化體系的選擇率是67%。由于除了乙腈外，沒有其它配體，它的高選擇主要依靠其陽離子基團RuCp. Mashima和Fagan兩位學者也證實了催化劑對雙烯加氫成順式構型的有效性。當催化劑與山梨酸形成具有大鍵的化合物后，有二個氫原子先被加成，山梨酸的2,5-位與催化劑形成了一個復合物， 后又經過配體轉型，使用氫原子的上位變得非常容易。在最后的催化步驟中，順式-3-己烯酸脫離了催化劑，使釕又變回了的離子狀態(tài)。它能與山梨酸再次結合并進行下一次催化。有個非常有效的樣板催化劑被合成出來RuCp(4-MeCH=CHCH=CHCOOH)+X- (X=T, B3,5-(CF3)2C6H34)它能在二相的系統(tǒng)里，在溫和的反應條下，將催化山梨酸至順-3-和山梨醇(2,4-己二烯-1-醇)， 或將山梨醇(2,4-己二烯-1-醇)直接氫化成葉醇。 我們得到的結果顯示： “赤裸”的RuCp+離子，比早前的化合物更為有活性。今天，對均相催化劑RuCp(雙烯化合物)催化加氫山梨酸和它的涎生物己被深入研究。而雙烯部分正是被選擇性加氫的部位，用這個催化劑來做均相的加氫重整，可將山梨酸直接加成到需要的順-3-己烯酸。如果進一步加成，為生成空間結構更加穩(wěn)定的其它己烯酸異構體或者加成己酸。山梨醇可被加成至葉醇，順-3-己烯醇或被異構成不飽合醛，但不會有再產生其它異構產物。對山梨酸在二相體系中的加氫的研究則更為深入。而山梨醇在一個二相的體系(乙二醇-甲基叔丁基醚MTBE)中的加氫成葉醇具有非常高的選擇性(98%)，這是由于起始原料不會產生異構化現象。山梨醇和山梨酸的氫化重整也能發(fā)生在多相體系中，催化劑的固載化有二個途徑：硅類物質的氫鍵和陰離子粘土的離子交換. 如果用通過氫鍵方式來固載化的催化劑， 它對山梨酸和山梨醇的氫化選擇性與在均相體系中極類似, 且催化劑無法重復套用. 如果用通過陰離子高嶺石交換方式加氫催化的話, 加氫至順-3-己烯酸選擇性非常高(99-100%的轉化率)。