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(guó)調(diào)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(lái)的青草。調(diào)香師對(duì)他們的香氣描述更為專(zhuān)業(yè)：順-3-己烯醇具有強(qiáng)烈、刺激的青草香氣。微量的葉醇可以為配方帶來(lái)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(jīng)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(qiáng)烈的清香果香，并伴有輕微的焦香果香底韻。 它的香氣經(jīng)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(jīng)常被微量添加于果類(lèi)香型中，如草莓等。葉醇的香氣性質(zhì)是由它存在的雙鍵以及其空間立體結(jié)構(gòu)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(gòu)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(diǎn)在于它的空間立體結(jié)構(gòu)。反應(yīng)需要好多步，而產(chǎn)率非常低。最常用的技術(shù)包括己炔-1-醇的制備和選擇加氫或局部的還原反應(yīng)。如果加氫 ，用毒化后的鈀作催化劑，則能得到順式的產(chǎn)物。還原過(guò)程如用金屬鈉并以液氨作為溶劑的反應(yīng)則生成反式異構(gòu)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(yīng)還可用鋅粉(用1,2-二溴甲烷純乙醇溶液活化) 來(lái)實(shí)現(xiàn)其空間立體結(jié)構(gòu)合成的選擇性! 與催化加氫相比，反應(yīng)時(shí)間短，方法簡(jiǎn)單是這個(gè)反應(yīng)的最大優(yōu)點(diǎn)。另一種從炔烴到順式烯烴的選擇氫化反應(yīng)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(yīng)，形成氰化鈉。然后與環(huán)氧乙烷反應(yīng)，通過(guò)水解生成了順-3-己炔-1-醇。最后一步是不完全加氫反應(yīng)。 反應(yīng)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(lái)作部分毒化。而碳酸鈣(或氧化鋁)是用來(lái)作為載體。不完全氫化反應(yīng)需要用高壓條件下進(jìn)行(10MPa)。反應(yīng)介質(zhì)為水和氫氧化物或堿金屬的鹽。通常反應(yīng)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(yīng)為Diels-Alders雙烯共軛加成反應(yīng)。第一步反應(yīng)為在加壓容器中將戊二烯和甲醛的對(duì)苯二酚溶液進(jìn)行加溫(240 C)， 反應(yīng)生成2-甲基-5,6-二氫-2H-吡喃(得率為51.5%)。 第二步反應(yīng)是用金屬鋰的乙胺溶液(-78 C)將吡喃開(kāi)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(kāi)環(huán)反應(yīng)可以選擇性 地打斷C-O鍵，得到想要的順-3-己烯-1-醇構(gòu)型，得率為60%。通過(guò)對(duì)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(zhì)中(硫酸)進(jìn)行普林斯反應(yīng)(PRINS)制得。溫度25 C，壓力2MPa，得率49.8%。然后對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行加氫反應(yīng)(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(yīng)，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(jīng)過(guò)氫氧化鉀溶液中的水解反應(yīng)得到如下產(chǎn)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(gè)可能的制備方法是用乙烯基氧雜環(huán)丁烷，并用金屬有機(jī)化物來(lái)開(kāi)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(kāi)環(huán)，得到的反應(yīng)物得率為72%(反:順=73:27)。 用烷基銅和烷基溴能形成反式異構(gòu)體，若用甲基鋰和戊基鋰則能生成順式異構(gòu)體。四乙基鋁和乙炔也能用來(lái)制備順-3-己烯-1-醇。反應(yīng)需在氮?dú)庵羞M(jìn)行(191MPa, 35 C)，生成產(chǎn)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(chǎn)率(27%/53%/43%)。從苯甲醚制備順-3-己烯-1-醇，需要經(jīng)過(guò)伯奇還原反應(yīng)(birch reduction)， 氧化開(kāi)環(huán)反應(yīng)和硼氫化鈉(NaBH4)參與的還原反應(yīng)(圖-4)。反應(yīng)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(jìn)行醛基還原反應(yīng)，生成了6-羥基-順式-己烯酸甲酯。再轉(zhuǎn)化成對(duì)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(lái)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(yīng)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(chēng)作梅爾魏因-龐多夫-韋爾萊反應(yīng)(meerwein-Ponndorf-Verly)。選擇加氫方法還可以用2-丙醇和氧化鋯來(lái)實(shí)現(xiàn)。如用立體選擇性反應(yīng)來(lái)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(yīng)。當(dāng)反應(yīng)的碳負(fù)離子產(chǎn)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(jìn)行徹底的消去反應(yīng)，得到了最終產(chǎn)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(shì)。因?yàn)樵显谑袌?chǎng)上很好獲取，而且反應(yīng)步驟很短。有二條路線可以從山梨酸甲酯來(lái)制備香料級(jí)的葉醇。第一條路線是將羧基基團(tuán)的先進(jìn)行還原反應(yīng)，然后再對(duì)二個(gè)不飽合雙鍵進(jìn)行催化加氫。 第二條路線是先進(jìn)行催化加氫，而后再對(duì)己烯酸進(jìn)行還原反應(yīng)。(圖6)用多相催化劑進(jìn)行選擇加氫.最早的時(shí)候用貴金屬對(duì)山梨酸進(jìn)行加氫只能得到它的飽合產(chǎn)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(jìn)行比較，我們 會(huì)發(fā)現(xiàn)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(chǎn)率為83%。用鉑作催化劑(亞當(dāng)斯催化劑, Adams catalyst)，只能得到產(chǎn)物己酸。也有其它報(bào)道說(shuō)可以用活性碳為載體的商業(yè)化的金屬催化劑山來(lái)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(diǎn)。 當(dāng)所有的山梨酸甲酯被完全反應(yīng)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?yàn)?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(duì)于多相催化劑，使用均相催化劑(RhCl2(PPh3)3)會(huì)得到不同結(jié)果。它能生成2-己烯酸和3-己烯酸。在催化過(guò)程中鈀黑表現(xiàn)出來(lái)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(yīng)將直接向己酸甲酯進(jìn)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(tuán)相連，所以不會(huì)被加上氫。圖6, 用催化劑催化還原山梨酸及基涎生物, 實(shí)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(jìn)一步精確分析出了加氫產(chǎn)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(huì)變成更加有選擇性:95%的反-2-己烯酸。如用經(jīng)過(guò)活化的CoIII(CN)5H3-(圖7)作催化劑，那么產(chǎn)物將會(huì)被重排：反-2-己烯酸和反-4-己烯酸。相轉(zhuǎn)移催化劑也進(jìn)行過(guò)研究。山梨酸甲酯加氫過(guò)程中有二相:水-二氫甲烷，加氫后所得的產(chǎn)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(chǎn)物中反-3-己烯酸甲酯的比例會(huì)達(dá)到75%。相同的結(jié)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(lái)催化加氫山梨酸鉀。有堿性條件下用銠類(lèi)催化劑(室溫,0.3MPa, 魏金森催化劑Wilkinsons Catalyst)對(duì)山梨酸進(jìn)行催化加氫. RhCl(PPh3)3只能成己酸，甚至在非常低的轉(zhuǎn)化率的情況下?；衔颮hCl(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(diǎn)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(gè)銠的催化劑是H2Rh(Ph2N3(PPh3)2，用二甲基亞砜做溶劑，產(chǎn)物為反-2-己烯酸，伴有少量反-3-己烯酸。 如果溫度超過(guò)50度，不飽合的山梨酸會(huì)完全被加氫成己酸。海因(Heinen)曾經(jīng)制備過(guò)一個(gè)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(jìn)行選擇性加氫，產(chǎn)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(guò)選擇性卻和配體沒(méi) 什么關(guān)系。3-甲氧基苯甲酸甲酯的芳烴配體活性最佳，對(duì)順-3-己烯酸甲酯的選擇性為91.8-98.8%。也有報(bào)道說(shuō)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(huì)被加成。 據(jù)上結(jié)果所得，反應(yīng)機(jī)理開(kāi)始明了起來(lái)。芳烴上的受電子基團(tuán)能加速加氫反應(yīng)。相反的，供電子基團(tuán)會(huì)降低催化劑的活性. 如果用多環(huán)芳烴的話，結(jié)果也會(huì)不同。如萘,蒽, 菲等。到現(xiàn)在為止 ，發(fā)現(xiàn)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(jìn)行選擇性催化氫化。據(jù)最近文獻(xiàn)報(bào)道，具有相類(lèi)似活性的另一鉻化合物也被合成出來(lái), Cr(C6H6)(CH2=CHCOOCH3)。不過(guò)用鉻的羰基化合物有很多缺點(diǎn)。最嚴(yán)重的問(wèn)題是它被毒化后 的低活性無(wú)法對(duì)山梨酸進(jìn)行催加氫。海因發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)化率是68%), 副產(chǎn)物是己酸。在相同報(bào)道中提到的另一化合物是RuCp(MeCN3)Tf (Tf=三氟甲烷磺酸). 整個(gè)催化過(guò)程中乙腈配體的脫離， 轉(zhuǎn)換過(guò)程與鉻類(lèi)配體比較相似(圖9)。這類(lèi)催化體系的選擇率是67%。由于除了乙腈外，沒(méi)有其它配體，它的高選擇主要依靠其陽(yáng)離子基團(tuán)RuCp. Mashima和Fagan兩位學(xué)者也證實(shí)了催化劑對(duì)雙烯加氫成順式構(gòu)型的有效性。當(dāng)催化劑與山梨酸形成具有大鍵的化合物后，有二個(gè)氫原子先被加成，山梨酸的2,5-位與催化劑形成了一個(gè)復(fù)合物， 后又經(jīng)過(guò)配體轉(zhuǎn)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(jié)合并進(jìn)行下一次催化。有個(gè)非常有效的樣板催化劑被合成出來(lái)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(yīng)條下，將催化山梨酸至順-3-和山梨醇(2,4-己二烯-1-醇)， 或?qū)⑸嚼娲?2,4-己二烯-1-醇)直接氫化成葉醇。 我們得到的結(jié)果顯示： “赤裸”的RuCp+離子，比早前的化合物更為有活性。今天，對(duì)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(gè)催化劑來(lái)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(jìn)一步加成，為生成空間結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的其它己烯酸異構(gòu)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(gòu)成不飽合醛，但不會(huì)有再產(chǎn)生其它異構(gòu)產(chǎn)物。對(duì)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(gè)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(huì)產(chǎn)生異構(gòu)化現(xiàn)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(gè)途徑：硅類(lèi)物質(zhì)的氫鍵和陰離子粘土的離子交換. 如果用通過(guò)氫鍵方式來(lái)固載化的催化劑， 它對(duì)山梨酸和山梨醇的氫化選擇性與在均相體系中極類(lèi)似, 且催化劑無(wú)法重復(fù)套用. 如果用通過(guò)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(zhuǎn)化率)。