(±)-茶螺烷酮的合成*

刘长辉, 罗新湘, 林满军, 潘 峰

(湖南城市学院 化学与环境工程系,湖南 益阳 413000)

茶螺烷酮(1)是茶叶中类胡萝卜素的降解产物，具有像樟脑的芳香气味，主要用于保健品、化妆品、食品、饮料及卷烟中[1～3]。文献[4]方法以7-羟基-7,8-二氢-β-紫罗兰醇(4)为原料，经硫酸氢钾催化环化得到茶螺烷(5)，此法操作简便，收率较好，但起始原料的制备过程繁琐[5]，需经β-紫罗兰酮与盐酸羟胺肟化、碘单质氧化、催化加氢、水解及还原5步反应才能得到。

本文参考文献[4，6～8]方法对1的合成进行了探讨。在超声波辐射下，β-环柠檬醛(2)与丙酮加成得中间体7-羟基-7,8-二氢-β-紫罗兰酮(3)； 3经还原、环化、烯丙位氧化合成了(±)-1(Scheme 1)，总收率54.5 %，其结构经1H NMR, IR, MS和元素分析表征。

Scheme 1

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

INOVA-400 MHz型核磁共振谱仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；AVATAR-360-FT型傅立叶红外光谱仪(液膜)；QP-2010型气相色谱仪；QP-2010型气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)；PE-2400型元素分析仪；KQ3200 DB型数控超声波清洗仪(150 W)。

2(纯度大于97%)按文献[6]方法自制；其余所用试剂均为市售分析纯。

1．2 合成

(1)3的合成

冰浴冷却，在三颈烧瓶中加入5%NaOH溶液30 mL和丙酮30 mL(400 mmol),在超声波(150 W)辐射下，缓慢滴加215.2 g(100 mmol)(控制反应温度约5 ℃,约15 min)，反应5 min(GC监测)。浓缩后用36%乙酸调至pH 7，用乙醚(3×50 mL)萃取，合并有机层，用饱和食盐水(2×50 mL)洗涤，无水硫酸钠干燥，蒸除乙醚，残余物经硅胶柱层析[洗脱剂：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=4 ∶1]分离得浅黄色油状液体318.9 g，收率90%;1H NMRδ: 0.98, 1.10(s, 6H, CH3), 1.30～1.60(m, 4H, CH2), 1.82(s, 3H, CH3), 2.00～2.30(m, 2H, CH2), 2.12(s, 3H, CH3), 2.25(s, 1H, OH), 2.40～2.70(m, 2H, CH2), 4.10～4.30(m, 1H, CH); IRν: 3 280～3 150, 1 710, 1 480 cm-1; Anal.calcd for C13H22O2: C 74.24, H 10.54; found C 74.15, H 10.62。

(2)4的合成

在三口烧瓶中依次加入321.0 g(100 mmol), CaCl222.2 g(200 mmol)及无水乙醇100 mL，搅拌下于室温反应30 min；冷却至0 ℃，于0 ℃～5 ℃加入硼氢化钠5.7 g(150 mmol)，反应1 h(GC监测)。倒入饱和食盐水(50 mL)中，用乙醚(3×20 mL)萃取，合并萃取液,用无水硫酸钠干燥，蒸除溶剂得淡黄色透明油状液体420.1 g，收率95.0%;1H NMRδ: 1.01,1.07(s, 6H, CH3), 1.22(d,J=6.0 Hz, 3H, CH3), 1.30～1.52(m, 4H, CH2), 1.69～1.72(m, 2H, CH2), 1.82(s, 3H, CH3), 2. 05～2.11(m, 2H, CH2), 2.20(s, 1H, OH), 3.44～3.56(m, 1H, CH), 3.94～4.02(m, 1H, CH), 4.13～4.32(m, 1H, CH); IRν: 3320～2950, 1470 cm-1; Anal.calcd for C13H24O2: C 73.54, H 11.39; found C 73.45, H 11.42。

(3)5的合成[4]

在反应瓶中加入421.2 g(100 mmol)与KHSO4 13.6 g,搅拌下于80 ℃反应4 h。用水(2×30 mL)洗涤，分液，水层用乙醚(2×10 mL)萃取，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，蒸除乙醚，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=3 ∶1)分离得无色液体516.5 g，收率85.0%;1H NMRδ: 0.85, 0.98(s, 6H, CH3), 1.25(d,J=6.0 Hz, 3H, CH3), 1.33～2.15(m, 8H, CH2), 1.65～1.75(m, 3H, CH3), 4.15～4.33(m, 1H, CH), 5.23～5.35(m, 1H, CH); IRν: 1 480, 1 455, 1 375, 1 360, 1 285, 1 195 cm-1; MSm/z(%): 194(M+, 0.5), 179(5), 139(42), 138(100), 123(34), 109(50), 96(62), 83(47), 82(61), 67(31); Anal.calcd for C13H21O: C 80.35, H 11.41; found C 80.29, H 11.49。光谱数据与文献值[7]相符。

(4) 1的合成

在反应瓶中加入5 14.6 g(75 mmol)的丙酮(50 mL)溶液，搅拌下加入N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI) 8.15 g(50 mmol)和乙酰丙酮亚钴(Ⅱ)[Co(acac)2] 0.143 g(0.5 mmol),加热至50 ℃，通入氧气(15 mL·min-1)，回流反应6 h(TLC监测)。过滤，滤液蒸除溶剂，剩余物中加入二氯甲烷(100 mL)，于40 ℃搅拌30 min，冷却，过滤，滤液蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=1 ∶1)分离得黄色油状物1 15.6 g，收率75.0%;1H NMRδ: 0.92, 1.00(s, 6H, CH3), 1.31(d,J=6.0 Hz, 3H, CH3), 1.61～1.93(m, 4H, CH2), 1.99(s, 3H, CH3), 2.73～2.75(m, 2H, CH2), 4.12～4.22(m, 1H, CH), 5.75(q, 1H, CH); IRν: 1 680, 1 640, 1 475, 1 450 cm-1; MSm/z(%): 208(M+, 6), 193(5), 165(15), 153(25), 152(100), 136(12), 124(18), 111(29), 110(85), 109(20), 96(21), 87(18), 69(25); Anal.calcd for C13H20O2: C 74.96, H 9.68; found C 75.05, H 9.62。表征数据与文献值[10]相符。

2 结果与讨论

2．1 3的合成

含有α-氢的酮与α,β-不饱和醛在一定的条件下反应可生成1,2-加成或1,4-加成产物，二者相互竞争，高温易消去生成α,β-不饱和羰基化合物[11]。在3的制备中，反应温度控制在0 ℃下缓慢滴加2并控制反应温度不超过5 ℃，可抑制消去产物β-紫罗兰酮的生成；加料顺序对收率和产品质量有明显影响。将2缓慢滴加到过量的丙酮中，可有效避免2自身的氧化还原反应。

超声波技术是化学中最有潜力的技术之一，被认为是绿色化学方法，几乎涉及有机化学各个领域[12～15]。反应条件同1.2(1)，考察超声波辐射下反应温度和时间对加成反应(2→3)的影响，结果见图1。由图1可见，5 ℃下超声波辐射20 min，可以较好的完成反应。可能是在加速交替周期波动中，液体产生微小的空穴，从而产生瞬间高温高压，形成足以引发化学反应的局部高能中心[16]，同时破坏了2的碳碳双键，故反应可在较低的温度下进行，而且以1,2-加成产物为主。合成3的较适宜反应条件为：2 100 mmol，n(2) ∶n(丙酮)=1 ∶4，超声波功率150 W，于5 ℃辐射20 min,收率90%。

Time/h图 1 反应温度和时间对合成3的影响*Figure 1 Effect of reaction temperature and time on synthesizing 3

*反应条件同1．2

2．2 合成1的方法改进

文献[1,10,17]方法采用过氧叔丁醇-三氧化铬氧化5的烯丙碳，1收率67%，收率较高，但铬化合物污染环境。本文以O2作氧化剂，NHPI/ Co(acac)2催化5的烯丙碳氧化(5→1)，NHPI用量对收率的影响较大，实验结果见表1。从表1可以看出，当NHPI用量较少时，反应收率很低，而增大NHPI用量，收率则先升后降。从经济的角度考虑，在n(5) ∶n(NHPI)为3 ∶2时，反应能取得较好的结果。

本方法所用氧化剂(O2)来源广，反应条件温和，工艺简单，无有害物质排放，收率较高，是合成茶螺烷酮的新方法。

表 1 NHPI用量对1收率的影响*Table 1 Effect of NHPI amount on the yield of 1

*反应条件同1．2(4)

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