凉味剂薄荷甘油醚的合成研究

马洪亮, 吴奇林, 李 锐, 莫东升

薄荷甘油醚是一种新型感观凉味剂,其本身几乎没有任何味道,但用于皮肤和黏膜上却能起到像薄荷脑样的凉感.因此,它在加入香精配方时不会影响香味效果,并能有效增加凉感.薄荷甘油醚已被国家批准使用在食用香精配方中[1],可用于配制口香糖、硬糖、果汁以及各种清凉饮料等食品香精中,还可用于牙膏、化妆品以及口腔护理品中,在医学上可以用于喷雾中,比如镇静剂和止痛药等[2-5].

从文献报道来看,制备薄荷甘油醚大致有以下路线:路线一[6],日本高砂香料公司以薄荷脑为原料,先用烯丙基氯进行醚化反应,生成的醚化物再进行双羟基化制得.但该方法对反应条件要求高、反应不易控制.路线二[7],利用薄荷脑与乙酸环氧丙醇酯经环化、水解反应得到产品,但此方法原料不易获得、成本较高,不利于工业生产.路线三[8],薄荷脑与苄基缩水甘油醚反应得到中间1-苄氧基-3-L-薄荷氧基-2-丙醇,然后氢解得到产品,但此方法会产生副产物,产品难以提纯,且氢解对设备要求较高,也难以工业化.

鉴于此,我们开发了一条可供参考的合成凉味剂薄荷甘油醚的路线,本方法是以薄荷脑为起始原料,先与环氧氯丙烷在三氯化铝催化作用下反应得到1-氯-3-薄荷氧基-2-丙醇,后经酯化、水解反应获得凉味剂薄荷甘油醚.该合成方法原料价廉易得,反应得率高,适合工业生产.

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

仪器:GC112A型气相色谱仪,上海精密科学仪器有限公司;5975B/6890D 型气-质联用仪,美国Agilent公司;NICOLET 380型红外光谱仪,美国热电公司.

试剂:四丁基溴化铵、环氧氯丙烷为市售分析纯试剂;薄荷脑、无水三氯化铝、甲苯、氢氧化钠、硫酸、丙酮为市售化学纯试剂.

1.2 实验原理

凉味剂薄荷甘油醚的合成路线见图1.

图1 凉味剂薄荷甘油醚的合成路线Fig.1 Synthesis route of Methyl glyceryl ether

1.3 实验方法

1.3.1 1-氯-3-薄荷氧基-2-丙醇(3)的制备

将12.5 g薄荷脑(80.0 mmol)和21 mL甲苯加入到100 mL三口瓶中,在室温下搅拌溶解,然后将0.7 g无水氯化铝(5.0 mmol)加入三口瓶中并搅拌溶解.搅拌加热至120℃,向反应物中滴加5.9 g环氧氯丙烷(64.0 mmol)和12 mL甲苯的混合溶液,滴加时间3 h.滴加结束后,在该温度下继续反应2 h,反应结束,体系降至室温.将反应物先用清水洗涤,再用10%碳酸钠溶液中和,然后回收溶剂甲苯,减压蒸馏得12.5 g 1-氯-3-薄荷氧基-2-丙醇(3)(含量98.32%),为无色透明油状液体(98℃/35 Pa～121℃/25 Pa),得率为78.6%(以环氧氯丙烷计算).

1.3.2 1-乙酰氧基-3-薄荷氧基-2-丙醇(2)的制备

在连续通入氮气情况下,向25 mL反应瓶中加入12.5 g 1-氯-3-薄荷氧基-2-丙醇,4.5 g无水醋酸钠,0.38 g(1.0 mmol)四丁基溴化铵,加热搅拌至150～155℃下反应5 h,然后将反应体系降至50℃以下,可得到1-乙酰氧基-3-薄荷氧基-2-丙醇(2)粗品.

1.3.3 目标产物薄荷甘油醚(1)的制备

在连续通入氮气情况下,将上述反应粗品与2.4 g氢氧化钠、10 mL水、10 mL甲醇混合,加热至甲醇回流反应1 h,反应完全后,继续加热回收甲醇,然后降温至50℃以下,向反应体系中加入50 mL水和10 mL甲苯,分离有机层,然后用10%盐水洗涤两次,并用无水硫酸钠干燥.干燥后首先回收溶剂甲苯,然后减压蒸馏收集112～118℃/26 Pa产品薄荷甘油醚(1)10.5 g,纯度含量99.45%,得率为90.8%(以1-氯-3-薄荷氧基-2-丙醇计算).

1.4 产品分析表征结果

色谱分析条件:进样口温度250℃;程序升温,起始温度100℃,以速度4℃/min升温至200℃;氮气作载气(纯度≥99.99%),载气流量0.6 mL/min;进样量0.3μL,分流比为70∶1.采用面积归一法定量.

柱条件:30 m×25 mm×0.25μm毛细管柱(DB-17).

质谱条件:进样口温度250℃,分流进样,分流比40∶1;载气为氦气,恒定流量1.0 mL/min;柱箱初始温度50℃,4℃/min程序升温至90℃,2℃/min程序升温至160℃,3℃/min程序升温至220℃,4℃/min程序升温至270℃,保留20 min,共97.5 min;MS参数中,离子源温度230℃,四极杆温度150℃,电子轰击电压70 eV;扫描范围33～450 amu;进样量0.1μL.

气相色谱和气质联用分析结果见图2、图3.红外光谱分析结果见图4.

图2 合成薄荷甘油醚的色谱图及分析数据Fig.2 Chromatogram and analyzing data of Methyl glyceryl ether

图3 合成薄荷甘油醚的质谱图Fig.3 Mass spectrogram of Methyl glyceryl ether

图4 合成薄荷甘油醚的红外光谱图Fig.4 Infrared spectrogram of Methyl glyceryl ether

2 结 论

以薄荷脑为起始原料,先与环氧氯丙烷在无水三氯化铝催化作用下进行反应,得到3-薄荷氧基-1-氯-2-丙醇.然后再与无水乙酸钠及相转移催化剂作用,合成1-乙酰氧基-3-薄荷氧基-2-丙醇,最后经水解反应便获得凉味剂薄荷甘油醚.3步反应总收率为71.3%.产品经色质分析证明确为目的产物.该合成路线工艺简单、原料易得、操作简便、收得率高、成本低廉,适合工业生产.产品经测试,质量符合国际通用产品标准,香气符合调香使用要求.

[1] 中华人民共和国卫生部.GB2760—2007 食品添加剂使用卫生标准[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2] Ishida M,Aida T,Matsuda H.Menthyl glyoxylates,their compositions for imparting refreshing feeling and for sensory stimulation,and use of the sensory stimulant compositions:JP,2005 343 795[P].2005--12--15.

[3] Estanislao R B,Lambino D L,Lim C,et al.Product for administration of active agents to different areas of the skin:US,2005 0 074 484[P].2005--04--07.

[4] Kiefer J,Harvey J E.Cooling compositions:US,2007 077 331[P].2007--04--05.

[5] 刘树文.合成香料技术手册[M].北京:中国轻工业出版社,2009:67.

[6] Amano Akira,Moroe Michio,Yoshida Toshio.3-Levo-Menthoxypropane-1,2-diol:US,4459 425[P].1984 07--10.

[7] 章平毅,毛海舫,沈蔚,等.凉味剂3-L-薄荷氧基丙烷-1,2-二醇的合成研究[J].化学世界,2008,49(7):415-418.

[8] Amano A,Tokoro K.(2S)-3-{(1R,2S,5R)-[5-methyl-2-(1-methylehtyl)-cyclohexyl]oxy}-1,2-propanediol,Process for producting the same,and compositons containing the same:US,5608 119[P].1997--03--04.