（有机化学专业论文）桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究.pdf

摘要 桃金娘烯醛( m y r t e n a l ) 是一种香料，具有广泛的用途，而且是 一种重要的精细化工中间体，可以进一步合成一系列更有价值的香料 如甜味剂紫苏葶。本文采用2 ，l o 环氧蒎烷液相重排制取桃金娘烯醇， 再通过进一步选择性氧化合成桃金娘烯醛。该方法反应条件温和、原 料价廉易得、产率好，具有一定的工业应用价值。我们对此做出了一 些研究，获得了一些有意义的结果： l 、前期实验研究表明：以强极性的硝基甲烷为溶剂，硝酸铵作 催化剂2 ，1 0 环氧蒎烷液相重排反应的主要产物有紫苏醇和桃金娘烯 醇，其中以紫苏醇为主。在此基础上，选用弱极性( 非极性) 溶剂作 为介质，考察了反应温度、反应时间、溶剂用量、催化剂的结构等反 应条件对重排反应的影响。结果表明：以硝酸铵作催化剂，在弱极性 溶剂中，2 ，1 0 环氧蒎烷液相重排可定向生成桃金娘烯醇。以硝酸铵 为催化剂，在l ，l ，2 一三氯乙烷溶剂中，优化条件下，桃金娘烯醇的产 率为6 5 6 9 ，2 ，1 0 环氧蒎烷的转化率为8 4 0 7 。 2 、研究了催化剂中阴离子对催化性能的影响，考察了不同的铵盐 如醋酸铵、硝酸铵、氯化铵作催化剂，对2 ，1 0 环氧蒎烷液相重排反应 的影响。发现醋酸铵，氯化铵等作催化剂也有较好的活性和选择性。 如用氯化铵作催化剂，反应1 6h ，2 ，1 0 环氧蒎烷的转化率达8 2 9 4 ， 桃金娘烯醇的选择性为6 5 1 3 。 3 、在桃金娘烯醇选择性氧化反应中，本文研究了不同的氧化剂， 如活性m n 0 2 、c r 0 3 s i 0 2 、c r 0 3 1 , - a 1 2 0 3 ( a ) 和c r 0 3 一一a 1 2 0 3 ( b ) 对 选择性氧化桃金娘烯醇合成桃金娘烯醛的反应的影响，结果表明：活 性m n 0 2 能选择性氧化桃金娘烯醇合成桃金娘烯醛，以乙酸乙酯为溶 剂，反应温度为溶剂的回流温度，氧化剂和桃金娘烯醇的质量比为 4 ：l ，搅拌反应2 4h ，桃金娘烯醇的转化率为8 6 8 0 ，桃金娘烯 醛的产率为7 7 0 7 ；本文用研磨法制备c r 0 3 s i 0 2 、c r 0 3 t - a 1 2 0 3 ( a ) 和c r 0 3 y - a 1 2 0 3 ( b ) ，研究了负载型氧化剂选择性氧化桃金娘烯醇合成 桃金娘烯醛的反应规律，考察了负载型氧化剂的用量、溶剂和反应条 件对桃金娘烯醛产率的影响。发现极性较强的溶剂更有利于氧化反应 的进行。实验表明：负载型氧化剂活性顺序s i 0 2 1 , - a 1 2 0 3 c o ) 3 - a 1 2 0 3 ( a ) ；以二氯甲烷作溶剂，c r 0 3 s i 0 2 载体氧化剂的负载量为 2 m m o l g ，氧化剂和桃金娘烯醇的摩尔比为2 5 ：l ，室温搅拌反应 8h ，桃金娘烯醇的转化率达到9 4 3 3 ，桃金娘烯醛的产率为 8 2 0 6 。 关键词：2 ，1 0 环氧蒎烷，液相重排，催化，桃金娘烯醇，选择性氧 化，桃金娘烯醛 n a b s t r a c t m y r t e n a li sau s e f u lf r a g r a n c ea n ，dw i d e l yu s e di nm a n ya s p e c t s m o r e o v e r , a sa ni m p o r t a n to r g a n i ci n t e r m e d i a t e ，m y r t e n a lc a nb eu s e dt o p r o d u c eas e r i e so fm o r ev a l u a b l ef r a g r a n c e sa n ds w e e t e n e r ss u c ha s p e r i l l a r t i n e i nt h i sw o r k , m y r t e n a lw a ss y n t h e s i z e db yt h es e l e c t i v e o x i d a t i o no fm y r t e n o lo b t a i n e db yt h er e a r r a n g e m e n to f 2 ，10 一e p o x y p i n a n e t h i sm e t h o dh a sa d v a n t a g e so fm o d e r a t er e a c t i o n c o n d i t i o n ，e a s i l y o b t a i n e dt h er a wm a t e r i a la n da f f o r d e dt h eg o o dy i e l d t h e r e f o r e ，t h e r e a r r a n g e m e n tr e a c t i o no f2 ，10 - e p o x y p i n a n ea n ds e l e c t i v eo x i d a t i o no f m y r t e n o la r ei n v e s t i g a t e di nt h i sd i s s e r t a t i o na n dt h em a i ns i g n i f i c a n t r e s u l t sa r eo b t a i n e da sf o l l o w s ： 1 t h ei s o m e r i z a t i o no f 2 ，10 一e p o x y p i n a n ea n dt h ep r o d u c td i s t r i b u t i o n s h a v eb e e ns t u d i e di nt h ep a s ty e a r s i tw a sd i s c o v e r e dt h a tl i q u i dp h a s e i s o m e r i z a t i o no f2 ，lo e p o x y p i n a n em a i n l yp r o d u c e dp e r i l l aa l c o h o l c a t a l y z e db ya m m o n i u mn i t r a t ei ns t r o n g l yp o l a rp r o t o n i cs o l v e n tm e n 0 2 o nt h eb a s i so ft h e s ew o r k s ，e f f e c t s o fr e a c t i o nc o n d i t i o n so n i s o m e r i z a t i o na r ei n v e s t i g a t e di nw e a kp o l a r 甜n o n - p o l a rs o l v e n t s ，i ti s d i s c o v e r e dt h a tt h ei s o m e r i z a t i o no f2 ，10 一e p o x y p j n a n ep r o d u c e dm a i n l y m y r t e n o lc a t a l y z e db yn h 4 n 0 3 m y r t e n o lc a nb eo b t a i n e dw i t h6 5 6 9 o fy i e l da n d8 4 0 7 o fc o n v e r s i o ni nc h c l 2 c h 2 c 1u n d e rt h eo p t i m i z e d i i i c o n d i t i o n s 2 t h ei n f l u e n c e so ft h ed i f f e r e n ta n i o n si nt h ea m m o n i u ms a l tc a t a l y s t s o nt h ei s o m e r i z a t i o nr e a c t i o nw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sw o r k t h e e x p e r i m e n t e dr e s u l t s i n d i c a t e t h a tn i - h c ia n dc h 3 c o 哪4h a v e r e l a t i v e l yg o o da c t i v i t ya n dh i g hs e l e c t i v i t yt om y r t e n 0 1 t h ec o n v e r s i o n o f2 ，1 0 - e p o x y p i n a n ec o u l db er e a c h e du pt o8 2 9 4 a n d6 5 1 3 o f s e l e c t i v i t yt om y r t e n o la f t e r16hw h e nn h 4 c 1 w a su s e da sc a t a l y s t 3 s e l e c t i v eo x i d a t i o no fm y r t e n o lt om y r t e n a lw a ss t u d i e di nt h e p r e s e n c eo f a c t i v em n 0 2 ，t h es u p p o r t e dc r o f f s i 0 2 ，c r 0 3 i ，- a 1 2 0 3 ( a ) a n d c r 0 3 件a 1 2 0 3 ( 协t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em y r t e n a lc a nb eo b t a i n e dw i t h t h ec o n v e m i o no f8 6 8 0 a n dt h ey i e l do f7 7 0 7 1 ，级o x i d a t i o no f p e r r l l y la l c o h o lb ya c t i v a t e dm n 0 2i nt h ee t h y l a c e t a t eu n d e rs o l v e n t r e f l u xt e m p e r a t u r ef o r2 4ha n dt h em a s sr a t i oo fo x i d a n tt om y r t e n o li s 4 ：1 m o r e o v e r ，t h es u p p o r t e do x i d a n t sc r 0 3 s i 0 2 ，c r 0 3 1 - a 1 2 0 3 ( a ) a n d c r 0 3 l r - a 1 2 0 3 ( b ) w e r ep r e p a r e db yd r ym i x i n gm e t h o da n dt h er e a c t i o n r e g u l a t i o n s o f s y n t h e s i z i n gm y r t e n a lt h r o u g hs u p p o r t e d o x i d a n t s s e l e c t i v e l yo x i d i z i n gm y r t e n o lw e r es t u d i e d t h ee f f e c t so f t h ea m o u n to f s u p p o r t e do x i d a n t ，s o l v e n ta n dr e a c t i o nc o n d i t i o n so ny i e l do fm y r t e n a l a r ee x a m i n e d i tw a sf o u n dt h a tt h ep o l a rs o l v e n tw a gf a v o r a b l ef o rt h e o x i d a t i o no fm y r t e n 0 1 t h er e s u l t ss h o wt h a ta c t i v i t yo r d e ro fs u p p o r t e d o x i d a n t si ss i 0 2 7 - a 1 2 0 3 ( b ) 7 - a 1 2 0 3 ( a ) ，a n dt h ec o n v e m i o no f m y r t e n o lr e a c h e du pt o9 4 3 3 w i t h8 2 0 6 o fy i e l dt om y r t e n a li n i v d i c h l o r o m e t h a n e ，t h er a t i oo f2 5 ：1 f o ro x i d a n tt om y r t e n o la n dt h e l o a d i n ga m o u n t o f c r 0 3 s i 0 2 ( 2 m m o l g ) a tr o o mt e m p e r a t u r ef o r8h k e yw o r d s ：2 ，10 一e p o x y p i n a n e , l i q u i d - p h a s er e a r r a n g e m e n t , c a t a l y s i s ， m y r t e n o l ，s e l e c t i v eo x i d a t i o n ，m y r t e n a l v 学位论文原创性声明和版权使用授权书 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论 文不合任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：匿矜捌朴2 0 。只年y - 月埸日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“丹) 作者签名：压硷科杠日期：目年y 月硇日 导师签名： 妥乡刍艮和 日期：弘噼r 月学日 6 7 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 1 1 前言 第一章文献综述 松节油是世界上产量最大、价格最便宣的天然精油。我国有丰富 的松节油资源，以资源丰富的松节油为原料发展我国精细化学品工业， 有着非常重要的意义【1 1 。松节油主要是由单萜烯类化合物组成的混合 物，主要成分为仿蒎烯，肛蒎烯，以及少量的莰烯，柠檬烯，异松油 烯等。由于国产松节油大多数属于马尾松脂松节油，主要以仿蒎烯为 主，其中的肛蒎烯含量较低( 5 1 0 ) 。虽然在松节油中p 蒎烯 的含量比仿蒎烯少，但从化学结构上看，肛蒎烯有一个环外双键， 可被多种氧化剂氧化，进而可以合成多种有用的化合物，因此在合成 香料中同样占有很重要的地位。近年来发现云南思茅地区部分松节油 中肛蒎烯含量高达3 0 左右2 1 ，而且我国南方在2 0 世纪7 0 年代期 间大面积引种的美国湿地松已陆续开始采脂，所得的湿地松的松节油 富含肛蒎烯( 约3 4 呦网，加上近年来弘蒎烯和卢蒎烯精密分馏研究 和生产技术的成功与成熟，为萜类香料的研发和工业生产提供了丰富 的原料，也为卢蒎烯的精细化学利用创造了有利的条件。 2 ，l o 环氧蒎烷是肛蒎烯环氧反应的产物，i f f 香料公司的商品 名为“迷迭香醚( r o s e m a r e l ) 是具有清凉香气的无色透明液体，本身 就是一种很好的香料，广泛用于配制各种香精，它更重要的作用是用 做合成香料的中间体，如合成更有价值的桃金娘烯醇、紫苏醇，紫苏 硕士学位论文 醛和水芹醛等一系列香料化合物 4 - 7 。 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化研究是松节油深度开发合 成一系列精细化学品的另一条重要的途径。以松节油的主要成分肛蒎 烯的环氧化物2 ，l o 环氧蒎烷为原料，以硝酸铵作催化剂，当选用极性 较强的硝基甲烷做溶剂时，2 ，1 0 环氧蒎烷液相重排反应主要产物是紫 苏醇弘埘，紫苏醇( p e r i l l y la l c o h 0 1 ) ( c 1 0 h 1 6 0 ) 是一种单环单萜烯醇，与 香叶醇共存于姜草油中，紫苏醇在肿瘤( 如脑瘤、肝癌、乳腺癌，卵 巢肿瘤等) 方面的治疗都有独特的疗效【“d 4 j ：当选用弱极性或非极性 的溶剂作介质时，2 ，1 0 环氧蒎烷液相重排反应的主要产物是桃金娘烯 醇n 5 1 ，桃金娘烯醇( m y r t e n 0 1 ) ( 6 ，6 二甲基二环【3 1 1 】庚2 烯2 乙 醇x c l 0 h 1 6 0 ) 是一种双环单萜烯醇，不仅可作为一种单体香料，在薰 衣草型、柑橘型等香精中是良好的和合剂和修饰剂【1 6 1 。而且还可以作 为一种重要的有机合成中间体，用来合成一系列更有价值的香料化合 物。 桃金娘烯醇选择性氧化合成桃金娘烯醛为典型的醇选择性氧化反 应。氧化反应是有机合成和工业生产中的一类重要反应，可以用的氧 化剂种类繁多，其中六价铬衍生物是氧化有机化合物最常用的试剂之 一1 7 1 ，特别对醇类化合物选择性氧化为羰基化合物的反应，铬试剂发 挥了巨大的威力。早期的c r ( v t ) 氧化剂是没有配体的，如n a 2 c r 2 0 7 、 k z c r 2 0 7 和c r 0 2 c 1 2 等。此类氧化剂氧化性强，但选择性较差，在c r ( v 1 ) 作用下，伯醇易氧化成羧酸而不能得到相应的醛。后来，j o n e s 试剂的 出现，为醇类经过选择性氧化制取相应的羰基化合物提供了一种新的 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 手段。从此，大批以c r ( ) 的衍生物为代表的选择性氧化剂相继研制 成功并已应用。本文主要考察了活性m n 0 2 和负载型c r ( ) 氧化剂， 如c r 0 3 s i 0 2 、c r 0 3 丫- a 1 2 0 3 ( b ) 和c r 0 3 # - a 1 2 0 3 ( a ) 对桃金娘烯醇选择 性氧化合成桃金娘烯醛反应的影响。 1 2 桃金娘烯醇的来源，应用和合成 1 2 1 桃金娘烯醇的来源和应用 桃金娘烯醇( m y r t e n 0 1 ) ( 6 , 6 - 二甲基一二环【3 1 1 】庚一2 一烯- 2 一乙醇) ( c i o h l 6 0 ) ，是一种双环单萜烯醇，在自然界以左旋和右旋体存在，如 香桃木( m y r t u se o m m u n i s ) 的叶和花精油中含有其右旋体的乙酸酯； 在西班牙香桃木油中含有左旋醇。另外，在花桧油，大叶达尔文 ( d a r w i n i ag r a n d i f l o r a ) 油，西班牙蓝桉油等中存在。 左旋体沸点2 2 2 - 2 2 4 c ，d 1 5 0 9 7 6 3 ，r i d l 4 9 6 6 ，【a i d + 4 9 7 口； 右旋体沸点2 2 1 2 2 2 1 2 ，d 1 5 0 9 8 5 0 ，r i d l 4 9 3 8 ， a 0 - 4 6 。： 桃金娘烯醇呈无色液体，具有檀木香，略带清凉薄荷香气，香气 柔和，可作食用香料，用于可口可乐饮料，也可用于薰衣草型，柑橘 型等香精中，是优良的和合剂，修饰剂。其乙酸酯有愉快而清新的草 香，可与迷迭香、香紫苏、薰衣草等精油很好和合。以桃金娘烯醇为主 要成分的标准桃金娘油，有着突出的净化功能，温和不刺激，杀菌效 果明显，具有良好的收敛效果，经常被添加于皮肤保养产品中 4 1 。 1 2 2 桃金娘烯醇的合成 3 硕士学位论文 _ i m m 天然桃金娘烯醇存在于缬草等植物的精油中，经简单的蒸馏提取 就可获得，但含量极低，随着对其研究的深入，其潜在价值逐步被开 发，已经成为众多商家关注的对象。为解决天然提取物来源上的限制， 研究通过最为简洁高效的有机合成途径来得到桃金娘烯醇，成为一个 热点。从文献上看，化学合成桃金娘烯醇的方法主要有： ( 1 ) 萨蒎烯的氧化法。以乙醇做溶剂，采用二氧化硒将弘蒎烯氧 化合成桃金娘烯醇。合成路线如图1 1 所示： 命告命c h 2 0 h i 图l - l 弘蒎烯合成桃金娘烯醇 ( 2 ) 肛蒎烯氧化法。也有利用其他氧化剂如乙酸汞、过苯甲酸叔丁 酯一溴化亚铜氧化而得；m e n i n i 18 】进行了分子氧或过氧化氢氧化肛蒎 烯的最新研究。用掺有c o 或m n 的磁铁矿( f e 3 x m x 0 4 ，m _ m n 、c o ， x - - 0 - 4 ) 7 5 ) 作非均相催化剂，在无溶剂条件下，卢蒎烯可被氧化为桃 金娘烯醇。r o b l e s 等【1 9 - 2 0 改用c o c l 2 作催化剂，进行了相似的研究，也 得到了同样的结果；另外，可以将卢蒎烯先环氧化，再在l i n e t 2 或 异丙醇铝存在下的异构化也可以得到桃金娘烯醇【2 1 捌 ( 合成路线如图l - 2 所示) ；卢蒎烯的单重态氧光氧化也可合成桃金娘烯 过氧酸氧化 异丙醇铝 图l - 2 卢蒎烯合成桃金娘烯醇 醇。s c h e n c k l 2 3 1 曾报道用亚甲蓝作为光敏化剂，在异戊醇中将卢蒎烯 进行光敏氧化，然后再用异丙醇铝还原，可以得到桃金娘烯醇。合成 4 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 路线如图1 - 3 所示： hv ，亚甲蓝 c h 。o o h 由竺 图1 - 3p 蒎烯光敏氧化合成桃金娘烯醇 ( 3 ) 2 ，1 0 环氧蒎烷重排法。2 ，1 0 环氧蒎烷重排制取紫苏醇是迄今为 止发现的制取紫苏醇的最有效的方法，也是制取桃金娘烯醇最简单的 途径。2 ，1 0 环氧蒎烷的重排既可以在液相中进行也可以在气相中进 行所用的催化剂主要有硝酸铵、各种沸石分子筛与三氯甲烷或甲酸 的混合物等，重排生成紫苏醇，桃金娘烯醇等，产物中各组分的相对 含量与催化剂以及反应条件有关。b l u t h e 等 2 4 1 最先利用2 ，1o 环氧蒎 烷制取了紫苏醇，催化剂是硫酸汞，首先生产二醇，在酸性条件下脱 去一分子水生成紫苏醇等。许多化学工作者还对各种酸型沸石分子筛 催化2 ，l o 环氧蒎烷重排制取目标产物做过许多的研究。野村正入和藤 原义人用多种合成沸石分子筛作催化剂，在气相和液相状态下对环氧 蒎烷的催化异构反应进行过详细而系统的研究，高选择性的得到了香 芹醇，紫苏醇，桃金娘烯醇等。 d e l a y 刀是最早采用具有弱b r 6 n s t e d 酸性的n h 4 n 0 3 做催化剂 的。程芝【2 5 1 等发现硝酸铵作催化剂催化2 ，l o 环氧蒎烷重排反应，溶 剂的影响非常大；在非质子极性溶剂d m s o 中直接开环重排，可得 到5 0 以上的紫苏醇，2 ，1 0 环氧蒎烷转化率达9 9 ；而以1 ，2 一 二氯乙烷作溶剂，桃金娘烯醇和紫苏醇的总量8 5 ，桃金娘烯醇含 量有5 1 6 0 。李谦和，詹小雄等研究了在硝酸铵催化体系中；溶剂 5 硕士学位论文 性质及溶剂用量对2 ，1 0 环氧蒎烷重排产物分布的影响幽。结果表 明：负载t , a 王4 n o d s i 0 2 催化时，紫苏醇的选择性最好，用强极性的 硝基甲烷作溶剂时，反应主要生成紫苏醇，采用合适的混合溶剂时， 紫苏醇的选择性为8 1 2 0 ，而用c h c l 3 和c c l 2 c u ：c 1 作溶剂时， 主要产物是桃金娘烯醇。 以环氧蒎烷为原料液相重排合成桃金娘烯醇，该合成路线步骤短， 原材料价廉易得，操作简单，反应条件温和，收率高。是合成桃金娘 烯醇最有效的途径。我国有非常丰富的卢蒎烯资源，而且能很方便地 从卢蒎烯经环氧化制取2 ，1 0 环氧蒎烷，这也为卢蒎烯的综合利用提 供了一条有效的途径。 1 3 桃金娘烯醛的来源，应用和合成 1 3 1 桃金娘烯醛的来源和应用 桃金娘烯醛( m y r t e n a l ) ( 6 , 6 - 二甲基一2 - 甲酰基一二环 3 1 1 】2 一庚烯) ( c l o h 。4 0 ) 是一种天然香料，存在于桉树油、叶油、枯茗子、胡椒和薄 荷中具有凉香、青香、薄荷香，并带有辛香和木香香韵，不仅可以 用于调配薄荷、浆果、甜瓜、白柠檬等食用香精，口腔卫生用品和烟 草制品。而且它也是一种重要的有机合成中间体，如以桃金娘烯醛为 原料可以合成桃金娘烯酰胺类杀虫剂【2 7 1 。合成路线如图1 4 所示： 6 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 由骂由堡由 亘江占_ 根据野村正人教授的研究结果，有些单萜酸巯基酯类化合物对卫生害 虫如食酪螨等，杀灭活性较好，其活性高于市售的d e t a ( n ，n - - - 乙 基间甲基苯甲酰胺) 或d d v p 【o - ( 2 , 2 - 二氯乙烯基) o ，o 一二甲基磷酸 酯】有活性的单萜酸主要有桃金娘烯酸、弘龙脑烯酸和对孟二烯酸 等。其主要采用单萜酰氯与硫醇类反应合成。桃金娘烯酰氯合成桃金 娘烯酸巯基酯反应式如图1 5 所示： 由+ 船h 骂由 殷彩霞等【2 8 1 用桃金娘烯醇、桃金娘烯醛等对纵坑切梢小蠹进行生 物活性测定，结果表明它们对纵坑切梢小蠹均有一定聚集作用。 1 3 2 桃金娘烯醛的合成 最初制取桃金娘烯醛的是采用提取法，用适当的溶剂从天然物中 分离并提取自然存在的桃金娘烯醛。但由于其天然含量甚低、分离不 易因而成本很高。所以化学合成法显得尤为重要。其主要来源是以仿 蒎烯和卢蒎烯为原料经氧化制备。 7 硕士学位论文 1 3 2 1 以弘蒎烯为原料的氧化法 国产松节油大多数属于马尾松脂松节油，主要成分是仿蒎烯，含 量在6 5 以上，以仿蒎烯为原料合成桃金娘烯醛，具有原料来源丰 富且价廉易得的优点，主要合成方法有以下几种： ( 1 ) s e 0 2 氧化法。s e 0 2 氧化弘蒎烯生产桃金娘烯醛的产率较低， 据文献介绍的最高的也只有4 5 。林青，李小芳等人【2 9 1 通过活化处理 的s e 0 2 ，以无水乙醇为溶剂，在最佳反应条件下桃金娘烯醛的收率从 4 5 提高到6 1 ，产品纯度达到9 6 硒的回收率达到7 0 。其合 成路线如图1 - 6 所示： + s e 0 2 乙醇 图1 6 弘蒎烯氧化合成桃金娘烯醛 朱卫国等人【3 0 l 直接采用松节油为原料，以v 2 0 5 为催化剂，通过 s e 0 2 选择性氧化其中的弘蒎烯来合成桃金娘烯醛，产率达7 7 5 。 以乙醇为溶剂，s e 0 2 为氧化剂，先将弘蒎烯氧化成桃金娘烯醇，再进 一一步选择性氧化合成桃金娘烯醛。其合成路线如图1 7 所示： 图1 7 弘蒎烯为原料合成桃金娘烯醛 ( 2 ) 光敏氧化法。魏彦虎，张宝文【3 1 1 等人运用e s ri 刍旋捕获技术研 8 oh 由 1 j -p h 旦 占2 - 享o 一眉 e 一7 一告 由 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 究2 ，1 0 一二氰基葸c a ) 敏化卢蒎烯，萨蒎烯的光氧化反应。萨蒎烯 光氧化的产物桃金娘烯醛的产率有6 0 。根据他们以前的实验结果， 弘蒎烯在乙腈溶剂中的d c a 敏化光氧化结果如图1 - 8 所示： 由晋抄：由c h o + 出口吼 e 鹏产物2 0 非烯产物8 0 图1 8 弘蒎烯的d c a 敏化光氧化 ( 3 ) 采用用电化学方法。杨明媚，李凝【3 2 1 等采用电化学方法将弘蒎 烯氧化成桃金娘烯醛，阳极材料为c c r 2 0 3 ，乙醇为溶剂，n a b f 4 为 支持电解质，在最佳工艺条件下，产物的收率达6 1 。电化学方法的 主要优点是对环境无污染。 1 3 2 2 以卢蒎烯为原料的氧化法 以前，国产马尾松脂松节油中的卢蒎烯含量较低，因此，限制了 对卢蒎烯为原料合成萜类香料的研究，近年来云南思茅地区的部分松 节油中肛蒎烯的含量高达3 0 左右，而且我国南方大面积引种的富 含卢蒎烯( 约3 4 ) 的美国湿地松已陆续开始采脂，加上近年来仿 蒎烯和卢蒎烯精密分馏研究和生产技术的成功与成熟，现在我国已经 拥有相当规模的肛蒎烯生产能力和产量，为开发以肛派烯为原料的 后续精细化学品提供了有利条件。以肛派烯为原料合成桃金娘烯醛的 主要方法大致有以下几种： 一是采用四醋酸铅将卢蒎烯氧化成桃金娘烯醋酸酯，再经皂化， 9 硕士学位论文 氧化而得桃金娘烯醛。此反应条件温和，但副产物较多，四醋酸铅有 剧毒，且用量大，产物分离比较困难，因此不适合工业生产。 二是光敏氧化法。欧阳玉祝等人【3 3 1 研究了肛派烯光敏催化氧化不 经还原制备桃金娘烯醛的新方法。该反应在以高压钠灯为光源的自制 光化学反应器中进行，并考察了反应条件对p 蒎烯的转化率和桃金娘 烯醛选择性的影响。气相色谱分析结果表明，吡啶一乙酐复合催化时， 于3 2 c 反应4h ，卢蒎烯转化率可达9 3 4 0 ，桃金娘烯醛的选择性 可达8 5 7 0 。 三是卢蒎烯经环氧化制取2 ，10 - 环氧蒎烷，2 ，lo 环氧蒎烷液相重 排合成桃金娘烯醇，桃金娘烯醇选择性氧化合成桃金娘烯醛。合成线 路如1 - 9 所示： m e c 0 3 h $ 去蔷i 占 图1 - 9 桃金娘烯醛的合成路线 1 4 肛不饱和醇选择性氧化研究进程 氧化反应是有机合成研究和工业生产中的一类重要的反应 3 4 , 3 5 】。 对醇的氧化研究已经有上百年的历史，但关于选择性氧化这个领域的 研究却仅有三四十年的历史。醇分子中由于受羟基的影响，使得与羟 基相连的碳上的氢比较活泼，因此，可以被多种氧化剂所氧化。根据 醇的结构不同、氧化剂种类不同、反应条件的不同，其氧化程度和氧 1 0 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 化产物也各不相同。 ， 氧化反应可分为催化氧化和化学氧化。催化氧化是指用氧气或空 气在催化剂存在下对有机化合物进行氧化反应。有机化合物都能在不 同的温度下被氧气或空气氧化，但是氧化速度缓慢，通常产物比较复 杂，采用适当的催化剂进行催化氧化，不仅可以加快反应速度，而且 也可以提高反应的选择性。工业上所采用的氧化催化剂有镍、铂、钯、 铜，银等金属，铬、钒、铝等金属的氧化物以及钴、铁、锰等金属的 盐类。在实验室中催化氧化所采用的催化剂一般有镍、铂、钯、铜等 金属盐和它们的配合物 3 6 1 ，所氧化的对象集中在醇、醛、烯，胺等少 数几种有机化合物。从而，对催化氧化的研究上，在催化剂和被催化 的对象上，还有广阔的研究空间，是一种很有发展前途的氧化方法。 化学氧化是指利用空气或氧气以外的氧化剂使得有机化合物进行氧化 作用，所用到的氧化剂可以分为二类，一是通用型氧化剂，如k m n 0 4 、 k 2 c r 2 0 7 、n a 2 c r 2 0 7 等。此类氧化剂氧化力强，但缺乏选择性；另一类 是专用型氧化剂，如活性m n 0 2 、c r ( v i ) 载体氧化试剂、s e 0 2 、d m s o 等0 7 1 。它们可以选择性氧化某些基团，而对其他基团不起作用或作用 不大1 刀。 。 卢不饱和醇含有二个官能团，一个是羟基，另一个是双键。桃 金娘烯醇和紫苏醇都属于卢不饱和醇。卢不饱和醇选择性氧化 为肛不饱和羰基化合物的方法有很多种，可以用选择型氧化剂进行 化学氧化法，也可以用催化氧化法。 1 4 1 载体类c r ( v i ) 氧化剂选择氧化i t , 卢不饱和醇 硕士学位论文 六价铬( c r ) 衍生物是一类常用的选择性氧化剂，它包括铬酸系 ( 如j 0 鹏s 试剂【3 8 1 、b e c k m a n 试剂嗍，铬酸醋酸溶液【4 川) 、重铬酸盐系( 如 重铬酸吡啶盐【4 ，重铬酸锌【4 2 1 等) 、铬酐系【4 3 j 。在有机化合物氧化反应 中；特别是对醇类化合物选择性氧化为羰基化合物的反应中，铬氧化剂 显示出巨大的威力。近几十年来，相继研发出c o l l i n s 试剂、p c c 试 剂、p d c 试剂和p f c 试剂等，它们对醇类的氧化表现出较好的活性 和选择性，但都存在氧化剂制备步骤复杂、氧化剂用量较大、产物分 离繁琐以及对环境污染严重等问题。限制了它们在工业上的广泛应用。 以n h 4 c i 为配体而形成的n i - h c l c r 0 3 ( 简称a c c ) 梢9 1 具有制备简 单、性质稳定、用量少、产物易分离、选择性好，配体最廉价等优点。 不管是在d l v i f 中，还是在干反应条件下均能将烯丙醇或苄醇氧化成 相应的醛和酮，并能获得较高的产率，而非肛不饱和醇则不被氧化 p t l 。二十世纪七十年代，负载在有机或无机高分子材料上的c r ( ) 氧 化剂是新发展起来的一类新型氧化剂，这类氧化剂的特点是：制备简 单、反应条件温和、氧化产率较高、选择性好( 伯醇不会被氧化成羧 酸) 、产物易于分离，无机载体价廉易得等，因而受到人们的广泛关 注。 在醇类选择性氧化合成酮醛类化合物反应中，负载型氧化试剂的 研究和开发不失为一种简便经济的方法。本实验工作研究了用研磨法 制备的c r o s s i 0 2 ，c r 0 3 & - a 1 2 0 3 ( b ) 和c r 0 3 t a 1 2 0 s ( a ) 负载型氧化试剂 在桃金娘烯醇液相选择性合成桃金娘烯醛中的应用，并探索了载体氧 化剂的负载量、氧化剂用量、反应温度等对选择性氧化反应的影响， 1 2 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 获得了较好的结果。 1 4 2 二氧化锰选择氧化卢不饱和醇 m n 0 2 是一种氧化性比较温和的选择性氧化剂，能够将不饱和醇高 产率的选择氧化为不饱和醛酮。这种氧化方法具有反应简单、选择性 高，产物容易分离等优点因而在有机合成和工业生产中受到广泛的 应用。王小梅等【4 9 】研究了活性m n 0 2 液相选择氧化紫苏醇合成紫苏醛 的反应，并获得了较好的结果 本论文以三种不同来源的m n 0 2 作氧化剂，以乙酸乙酯作溶剂， 考察了氧化剂的用量、反应时间和反应温度等对氧化反应的影响。 1 4 3 其他选择性氧化剂氧化卢不饱和醇 工业上用镍、铂、银等过渡金属作催化剂，进行催化氧化用来合 成大量的醛酮类有机化合物。近年来，在实验室催化氧化反应研究中， 以金属类作催化剂的研究也较为广泛，采用的催化剂有钌、钯，铂和 铜盐等。 自从s h a r p l e s s 等f 5 0 l 把r u 的配合物应用于液态醇的氧化后，由于 r u 的配合物在醇的氧化反应中表现出的优异的选择催化性能而受到 广泛的关注，成为迄今为止研究报告最多的一类醇氧化催化剂。以 r u c l 3 、r u c l 2 ( p p h 3 ) 3 、r u 0 2 等作催化剂来氧化活性较高的烯丙基醇类， 在温和的条件下有不错的效果聊1 ，而i s h i i 掣5 2 1 发j 琵t r u c l 2 ( p p h 3 ) 3 h y d r o q u i n o n e 0 2 体系，该体系以三氟甲苯为溶剂，辅以少量k 2 c 0 3 ，能 硕士学位论文 将脂肪伯醇、苄醇及烯丙醇类选择氧化成相应的醛。除了r u c l 2 ( p p h 3 ) 3 外，其他的钌化物也有较好的催化活性比如o p r 4 n ) r u o d1 1 p a p 、 r u 3 0 ( 0 2 c r ) 6 ( r = c h 3 o rc 2 h 5 ；1 1 = 0 ，+ 1 ) 等。 金属钯具有非凡的催化活性，用于催化醇类的氧化也有许多报道。 通常把一种钯盐，如p d c l 2 或p d ( o a t ) 2 与一种碱组成催化体系。 p e t e r s o n 等【5 3 1 报道了p d ( o a t ) 2 与n a h c 0 3 组合，以二甲亚砜 ( d m s o ) 作溶剂，可以有效地催化苄醇及烯丙醇类的选择性氧化。 k a n e d a 等 m , 5 51 报道了钯金属簇化合物，如p d 4 p h e n 2 ( c o ) ( o a c ) 4 及 p d 5 6 lp h e n r , o ( o a e ) l 即，它们可以选择性催化氧化烯丙基伯醇至卢不 饱和醛。 除了r u 、p d 等贵金属催化剂以外，一些普通金属如c u 的化合物 也可以催化醇类的选择性氧化反应采用铜胺络合物和c u 配合体系 催化醇的氧化的报道很多，j t l ：l c ui i ( s a l e n ) 2 * 1 5 6 1 、c ai i ( b p y ) 2 2 + | 5 7 1 、 c u c i t e m p p 0 2 体系、c u c i t p a p 0 2 体系、均能在温和条件下催化烯 丙醇类选择性氧化成相应的醛酮。 使用一种亲电性分子，如n ，n 二环己基碳二亚胺( d c c ) ，光气， 三氧化硫吡啶络合物，草酰氯等，形成活化二甲亚砜体系，可以将醇 氧化至相应的醛酮，并具有一定的选择性【5 3 铡 o p p e n a u e r 催化氧化也是文献报道较多的一种氧化方法，所用的 催化剂有异丙醇铝和叔丁醇铝等，所用的氧化剂一般是丙酮，虽然丙 酮沸点低，反应速度缓慢，然而价格便宜，因此可以用大量的丙酮来 改变反应的方向，而且它与苯同时使用可以提高反应能达到的温度。 1 4 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 o p p e n a u e r 催化氧化的主要特征是它只对醇羟基起作用，对其他基团 都不反应，产物选择性较高，是一类具有较好的开发和应用价值的氧 化方法嗍。 本论文以活性m n c h 、c r 0 3 s i 0 2 ，c r o a 1 2 0 3 ( b ) 和 c r 0 3 v - a 1 2 0 3 ( a ) 载体试剂作氧化剂选择性氧化桃金娘烯醇，探索了氧 化反应的条件，试验取得了一些探索性的结果。 硕士学位论文 第二章n h 4 n 0 3 催化2 9 10 环氧蒎烷液相重排 合成桃金娘烯醇的研究 2 1 前言 2 ，1 0 环氧蒎烷液相重排反应是合成桃金娘烯醇最简便的方法。桃 金娘烯醇是一种双环单萜烯醇，用途广泛。在化学香料领域桃金娘烯 醇可以进一步合成桃金娘烯醛，异构化合成紫苏醇等单体香料；在医 学上桃金娘烯醇可以用于急、慢性鼻炎及鼻窦炎，急、慢性气管炎和 支气管炎和鼻功能手术的术后治疗、支气管扩张、慢性阻塞性；在农 业上桃金娘烯醇也可用做杀虫剂。 本工作研究了在酸催化剂存在下，于弱极性溶剂中，2 ，1 0 环氧蒎 烷的液相重排反应。影响2 ，1 0 环氧蒎烷的液相开环重排的因素有很 多，主要有反应温度、反应时间、溶剂和催化剂的性质及其用量等。 本章主要考察了催化剂的性质、溶剂的性质、溶剂的用量、反应温度 和反应时间对产物分布的影响。研究了2 ，1 0 环氧蒎烷的液相重排反应 的产物分布规律，并在优化条件下进行了放大试验，并采用不同的分 离方法( 如水蒸气蒸馏、减压蒸馏和化学方法) 分离提纯桃金娘烯醇。 2 2 实验部分 2 2 1 原料和仪器 1 6 桃金娘烯醇的催化合成及其选择性氧化反应研究 反应试剂： 2 ，1 0 一环氧蒎烷( 工业品) ，g c 分析其纯度( m 0 1 ) 为6 3 0 6 ，含紫 苏醇1 0 8 6 ，桃金娘烯醇1 4 6 5 ； 二氯甲烷：天津市博迪化工有限公司，分析纯； 氯仿：长沙精细精细化工厂，分析纯； l ，l ，1 - 三氯乙烷：天津市博迪化工有限公司，分析纯； l ，l ，2 三氯乙烷：中国上海试剂采购供应站，化学纯； 丙酮：湖南师大化学实业公司，分析纯； 硝酸铵；负载型硝酸铵( n h 4 n o j s i 0 2 ) 催化剂采用研磨法制得，硝 酸铵负载量为2 0 ( 质量分数) 。 r e 3 0 0 0 旋转蒸发仪，s h z d ( i i i ) 循环水式真空泵，d f 一1 0 1 b 集热式恒温加热电磁搅拌器、g c 9 2 0 型气相色谱仪，a l 2 0 4 电 子天平，精确度0 0 0 0 1g ，s a t u m2 1 0 0t 气相色谱质谱联用仪( 美国 v a r i a n 公司) 。 2 2 2 反应操作 2 2 2 1 催化剂的处理 首先将颗粒状的固态催化剂用研钵研碎，置于马福炉中，于3 8 3k 温度下烘2 3h ，使之变成白色粉末状固体，干燥器中冷却，储存 备用。 2 2 2 2 2 ，1 0 环氧蒎烷液相重排合成桃金娘烯醇 在装有温度计、回流冷凝管、滴液漏斗和磁力搅拌子的- - - n 反应 1 7 硕士学位论文 瓶中，依次加入准确计量的催化剂和1 5m l1 ，l ，2 三氯乙烷，搅拌下 加热至给定温度，慢慢滴加3 0 4g ( 2 0m m 0 1 ) 2 ，1 0 环氧蒎烷，恒温搅 拌反应，定时取样进行跟踪分析。反应完毕后，抽滤分离出固相催化 剂，将滤液减压蒸馏。 2 2 2 3 水蒸气蒸馏除去反应聚合物 向减压蒸