（应用化学专业论文）呋喃酮的绿色合成工艺.pdf

摘要 2 ，5 一二甲基一4 一羟基3 ( 2 h ) ，呋喃酮( f u r a n o n e ) 是焉途投广的天然安全香瓣， 广泛成用于食品、饮料、烟草、保健品等行业，如今对呋哺酮需求最日益增多。 呋喃醐在中国的香精香料行舭中具有不可替代的地位，因此开发低成本的呋喃酮 合成工艺，显得尤为必要。本文查阅了大量的文献资料，对呋嘀酮的合成工艺进 行了羧遴。 本文的工作是在课题组前期工作的基础上蕊开，借助了气相色谱、气质联用 技术、核磁、红外等设备，对呋喃酮的合成工艺进行了较为深入的研究。用气相 色谱以环己醇为内标，对反应过程中的丙酮醛、3 。4 一二羟基2 ，5 己二酮、呋喃 酮黪含瀑遴孬了反应蹑路，确定了最佳反应条传：蠢酮醛在2 0 下反应2 。5 h r ， 生成二酮的中闽体，毅率为4 6 0 9 ，苏式与器式鲍魄铡为2 2 ：l ；二酮中闻体在 7 0 下，p h 为6 4 7 下反成3 3 1 l r 下可以得到峡喃酮，环化收率为6 7 9 4 。总收 率达到2 3 ，比原来工艺条件1 3 的收率有照蒋提高。此外，对二酮环化的萃 取过程滋行了改进，用乙酸乙酯与石油醚的混合溶剂替代了乙醚，瓣决了工业生 、 产中乙澄掰造藏夔安全貔簿。握爨了一静遥过先纂取嚣蒸壤熬分凌方法对乙酸乙 酯与石油醚的混合溶剂进行分离的方法，并用n r t l 方程预测了萃取结果，计算 值与实验值吻合良好，并对该工艺过程进行了初步的绿色工艺设训“。 关键邋：苏式；蠢式；二戮：姨淹酮；： 艺设锶+ ；n r t l 方程 浙江大学颁一j = 学位论文 a b s t r a c t 2 ，5 - d i m e t h y l - 4 h y d r o x y 一3 ( 2 h ) 一f u r a n o n ei san a t u r a l l ys a f ef l a v o r i th a sb e e n w i d e l yu s e di nf o o d ，d r i n k ，t o b a c c o ，h e a l t hc a r ee t c n o w a d a y st h ed e m a n do f f u r a n o n ei si n c r e a s i n g i ti so fg r e a ti m p o r t a n c et od e v e l o pal o w - c o s tp r o c e s sf o rt h e p r e p a r a t i o no ff u r a n o n ed u et oi t ss i g n i f i c a n tp o s i t i o ni nc h i n e s ef l a v o ri n d u s t r y a c c o r d i n g t ol i t e r a t u r e s ，s o m ei m p r o v e m e n t sa r em a d ei nt h i sp a p e r t h i sp a p e ri sb a s e do nt h ep r e v i o u sw o r ko fo u rr e s e a r c hg r o u p w i t ht h ea i do f g c ，g c m s ，n m r ，i re t c ，as y s t e m i cs t u d yi sm a d eo nt h ep r e p a r a t i o no ff u r a n o n e ai n t e m a ls t a n d a r dm e t h o dw a se s t a b l i s h e dt o a n a l y s em e t h y l g l y o x a ，d i o n ea n d f u r a n o n es i m u l t a n e o u s l l yb yg ci nt h er e a c t i o np r o c e s s t h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n sa r e o b t a i n e da sf o l l o w s ：a ) a t2 0 c ，m e t h y l g l y o x a lc a l lb ec o n v e r t e di n t od i o n ew i t ha y i e l do f4 6 0 9 a f t e r2 5h o u r s ；t h er a t i oo ft h r e od i o n et oe r y t h r od i o n ei s2 2t ol ；b ) a t7 0 。c ，u n d e rp h 6 4 7 ，d i o n e ，t h ei n t e r m e d i a t e ，c a nb ec o n v e r t e di n t of u r a n o n ew i t h ay i e l do f6 7 9 4 a f t e r3 3h o u r s t o t a ly i e l do fc a r lr e a c hu pt o2 3 i ti sad e c e n ti m p r o v e m e n tc o m p a r e dw i t ha y i e l do f1 3 r e p o r t e di np r e v i o u sl i t e r a t u r e s m e a n w h i l e ，am i x t u r eo fe t h y l a c e t a t e p e t r o l e u me t h e ri su s e dt or e p l a c ee t h y le t h e ri nt h ee x t r a c t i o np r o c e s so f f u r a n o n e t h eu n d e r l y i n gd a n g e ro fu s i n ge t h y le t h e ri se l i m i n a t e d f u r t h e r m o r e ，a p r o c e s si sp r o p o s e dt h a te t h y la c e t a t ei sf i r s t l ye x t r a c t e db yw a t e rf r o mt h em i x t u r eo f p e t r o l e u me t h e ra n de t h y la c e t a t e ，a n dt h e ne t h y la c e t a t ei sd i s t i l l e df r o mt h em i x t u r e o fe t h y la c e t a t ea n dw a t e r l a s tb u tn o tl e a s t , n r t le q u a t i o ni su s e dt oc a l c u l a t et h e t e r n a r yl i q u i d l i q u i de q u i l i b r i u m i ti sf o u n dt h a tt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ei nf a i r a g r e e m e n tw i t l lt h es i m u l a t i o nr e s u l t s ag r e e nd e s i g ni sa l s om a d ef o rt h ew h o l e p r o c e s s “ k e y w o r d s ：t h r e o ；e r y t h r o ；3 ，4 - d y h y d r o x y h e x a n e - 2 ，5 - d i o n e ；f n r a n o e l ；p r o c e s sd e s i g n ； n r t le q u a t i o n ； 浙江大学顺二i ：学位论文 第一章前言 随着全国经济的快速发展，食品工业、饮料工业、烟草： 业、日用化学工业、 医药工业等发展很快，促使“朝阳”产业的香料香精工业不断发展。据预测全球对 香料的需求年增长率为5 4 ( 国内香料的增长率估计更高一些) ，2 0 0 4 年度达到 1 8 0 多亿美元，目前香料香精销售额在世界精细化工大行业中仅次于医药行业， 居第二位。 自从1 9 6 5 年r o d i n 等萃取菠萝汁首次分离并鉴定出呋喃酮以来，引起了合 成者极大的兴趣，更博得香料家们的青睐。与传统的合成香料相比，呋喃类香料 具有数量多分布广，香势强闽值低，香气好特征性强，用量少价值高等特点。 本项目产品呋哺酮是目前香料行业中单个品种利润较好、风险较小的优良品 种之一。2 0 0 4 年国内呋喃酮使用量大约4 0 6 0 吨( 9 0 进口) ，使用单位主要 分布在沿海发达地区，典型的如广州百花香料公司、澳华达国际香料( 广州) 公 司、广州美益香料有限公司、上海孔雀香精公司、上海爱普食品工业公司、上海 高仕香精公司、杭州西湖香精公司、杭州绿晶香料公司、杭州杭曼香精公司、昆 山曼氏香精公司等。出口约5 0 吨，+ 主要通过厦门嘉盟进出口公司、上海劳森公 司、阿诺舒华( 荷兰) 公司等出口。 目前呋喃酮的主要国外生产商为瑞士f i r m e n n i c h ( 芬美意) 公司( 售价为 1 2 0 0 1 5 0 0 元千克) ；国内只有大连金菊香料厂生产，采用从乳酸乙酯出发，先 生成q 一甲基一缩二乙醇酸二乙酯，再与草酸二乙酯缩合闭环，并经皂化、酸化和 甲基化，共5 步反应制得目标产物呋喃酮的工艺路线，目前年产约7 0 吨左右， 售价为7 2 0 9 0 0 元千克。近年来随着食品、饮料及烟草工业的发展，呋喃酮的需 求急剧增加，而且随着应用研究的开展，其用量有逐年上升的趋势，但国内的生 产厂家还很少，远不能满足市场需求。因而，积极开发合成呋喃酮的生产工艺， 具有十分熏要的意义。 第1 页 浙江大学颂l 学位论文 第二章呋喃酮合成综述 2 1 香料工业发展概况 2 2 1 发展历史 中国不但使用香料历史悠久，也是进行香料贸易最早的国家之一。中国古代 香料贸易交往，与陆上贸易丝绸之路相应，构成了泉州海上贸易香料之路。樟脑、 乳香、麝香等经由日本、埃及输入欧洲。 早在8 1 0 世纪，人们已经知道用蒸馏法分离香料。在1 3 世纪人们第1 次从 精油罩分离出萜类化合物。到1 5 世纪，香料的使用成为许多国家统治阶级奢华 的象征。到1 9 世纪丌始，伴随着合成化学的崛起，新兴的合成香料工业开起逐 渐地发展起来。时至今日，各种加香产品更是成为人们日用生活用品中不可或缺 的必需品。 随着现代分析技术蓬勃发展，气相色谱g c 、高效液相色谱h p l c 、质谱m s 、 核磁共振( h - n m r 、c n m r ) 、红外分光光度法i r 和紫外分光光度法在结构分 析中的应用，人们对天然香料化合物和食品成分的研究加快了，并发现了不少有 价值的新型香料化合物。1 9 6 7 年以前已知天然香料中所含化学成分只有7 5 0 种 左右，而到1 9 7 7 年已达3 0 0 0 种，l o 年中增加了近4 倍。 t a l b l e2 1 检出或鉴定的食品化学成分概况 名称成分数 名称 成分数名称成分数 大米 1 7 0 花生 2 6 0 苹果2 5 0 小麦3 6杏仁7 5 葡萄 2 8 0 大麦 6 5茶叶3 0 5草莓2 1 4 大豆3 2可可3 8 0 菠萝 1 2 0 米饭 1 9 6 咖啡一 5 8 0 香蕉2 3 0 面包1 9 0啤酒3 4 0桃7 0 牛肉 2 4 0酱油 1 3 0 甜瓜 8 0 鸡蛋 1 1 5 食醋 9 0木瓜1 0 6 第2 页 浙江大学颅十学位论文 2 2 2 国内发展概况 目前世界上香料品种约6 0 0 0 种，年销售额1 0 0 多亿美元；中国生产的香料 约1 0 0 0 种，我国现有香料香精生产企业近6 0 0 家，其中9 0 以上是小型企业， 年销售额在亿元以上的企业仅有近1 0 家。据统计，国内2 0 0 0 年香精香料出口额 为1 5 9 3 0 亿元，全年国内使用香精1 5 1 0 万吨，香料9 3 8 3 9 吨，香精年销售额为 7 2 8 6 亿元，香料约7 5 0 7 亿元，其各类加香产品年销售额高达7 0 0 0 亿元。 目前中国已能生产1 0 0 多种天然香料和4 0 0 余种合成香料。 2 2 3 国外发展概况 近2 0 年来，国外香料工业发展比较迅速。世界上香料工业发达的国家主要 有美国、英国、瑞士、荷兰、法固、德国和日本。 美国香精香料公司有1 2 0 多家，最大的公司是国际香精香料公司( 1 n r a n d a n f l a v o r sa n df r a g r a n c e sl n c ，简称i f f l ，它在3 8 个国家和地区设有工厂、实验室 和办公处，年销售额达1 4 6 亿美元( 其中包括己被i f f 收购的b b a 部分销售额 o 亿美元) 。美国是以松节油为原料合成萜类香料最发达的国家，香精香料年销 售额为6 亿美元。主要香料企业是布希一波克邛可兰公司( b u s hb o a k e a l l e n ，简称 b b a ) ，在五大洲、2 4 个国家设有办事机构，主要研究中心设在英国和美国。在 伦敦、巴黎、克劳卓( 德国) 、美国新泽西、新加坡、东京、马德拉斯和墨尔本有 调香中心，有消息报道，在2 0 0 0 年第四季度b b a 被i f f 兼并。 瑞士最大的香精香料企业有2 家，其中奇华顿公司( c i v a u d e n ) 仅次于美国i f f 公司，名列世界第二，最近在美国新泽西州的橄榄山建成一家专供日化香精制造 与销售的工厂，总面积达8 2 0 0 0 平方尺，投资达5 5 0 0 万美元。据经济分析家最 近估计，新近重组的奇华顿公司市值达4 0 亿美元，将成为世界上最大的香料公 司一i f f 的主要竞争对手。瑞士的另一家芬美意公司( f i r m e n i c h ) 已连续十个年头 销售增长，到2 0 0 0 年6 月底，年销售额达到近1 亿瑞士法郎，在1 2 个月的统计 周期内增长率达到2 2 ，芬美意现已开展其电子商务( s a l e s c o m ) 。这是一种首创 的、用于合成香料的电子贸易，它将提供一种动态的和有效的程序布置系统以及 方便的在线( o n l i n e ) 产品和样品管理形式，这个网络现己为许多客户服务，它 第3 页 浙江大学坝：卜学位论文 还将扩展更多的功能。 法国哈门一莱默尔公舌 ( h a a r m a nr e i m e r ，简称h r ) 已经有1 2 0 年的历史，德 威龙( d r a g o e o ) 也是世界十大香料公司之一。法国香精香料年销售总额约占世界总 额的1 0 左右。法国是天然香料生产最发达的国家，主要集中在法国东部地中 海岸的山区城市格拉斯( g r a s s e l ，该地区有2 0 多家天然香料企业，著名的有 r r o b e r t e t 公司，v m a h ef i l s 公司、l a u t i e vf i l s 公司和c h a r a b o t 公司。 日本有香精香料企业1 0 0 多家，最大的企业是高砂香料公司，创建于1 9 2 0 年，公司本部在东京，分支机构和销售网点遍布五大洲。高砂公司2 0 0 0 年的总 营业额为9 1 亿欧元，赢利1 4 亿欧元，估计到2 0 0 3 年该集团的营业额可达到 3 0 亿欧元，另外，长谷川香料株式会社也是世界十大香料公司之一。日本公司 以生产合成香料为主，天然香料仅占1 ，每年需要从国外进口大量的天然香料。 奎斯特( q u e s t ) 是由原来的荷兰n a a r d e n 公司与美国的p p f 公司合并而成。食 品香精和香料的研究与生产中心位于荷兰纳尔登，日化香精的研究中心设于美国 肯特阿什福。其年销售额也要占世界总额的1 0 左右。 2 2 项目意义及可行性 2 2 1 社会意义 2 ，5 一二甲基一4 一羟基一3 ( 2 h ) 一呋喃酮( f u r a n o n e ) 该化合物是广泛存在于天然产 物中的香料化合物，如菠萝”1 、橙桔 2 1 、草莓3 1 以及牛肉汤、新烤面包、炒杏仁、 炒榛子、爆玉米花、咖啡、木材、烟等，具有清香的菠萝、草莓香味，是美国实 用香料制造协会( f e m an o | 3 1 7 4 4 1 ) 平n g k n n 事会( c o en o 5 3 6 ) 共同认可的安全 实用香料。呋喃酮可用于菠萝，草莓，牛肉及咖啡等实用香精的调配，具有显著 的增香、柔和及清新作用，也可用于膨化食品、烘烤食品、保健食品和饮料等；用 于烟草香精中具有明显除辣味，掩盖杂气，改善味道及增强烟香作用；呋喃酮在 医学上还可以用来预防和治疗白内障。正因为呋哺酮在食品、饮料、烟草、罐头、 保健药品等工业中的广泛应用，业界冠以香料之王的美誉。 中国的香料香精行业生产和发展，同全国经济的发展是吻合的，是同食品工 业、饮料工业、烟草工、峨f i 用化学工业、医药工业、农业和环保等配套行业的 第4 页 浙江大学硕士学位论文 发展相适应的，工农业日新月异的变化，促使中国的香料香精： 业不断发展。随 着中国加入w t o ，各行各业国际化程度不断提高。作为朝阳产业的香料香精工 业也步例外，目前国际著名的香料香精生产企业已基本在中国领土上建厂落户。 国际大型香料公司来华投资建厂的有：美国国际香料公司( i f f ) ；瑞士的奇华顿 公司和芬美意香料公司；英国奎斯特公司；德国德威龙和哈门及雷默公司：r 本 高砂香料株式会社和长谷川i 香料株式会社：法国曼氏香精香料公司等。累计投资 金额约达8 亿多美元。因此，我国的香料香精工业已形成国内市场国际化局面， 直接面对着激烈的国际竞争。 我国的企业，特别是作为国产香料香精产业的中间力量的中小企业，必须要 有几个拳头产品才能在激烈的竞争中站住脚跟。但对大多数中国企业来说，并不 具备走“天然香料收集一分析一合成一安全分析产业化”的实力。因此，利用新 技术和国内丰富的资源包括人力资本，有选择、有重点地发展有前途的合成香料， 全方面降低生产成本，是适合目前中国国情的。可喜的是，目前我国通过技术改 造后生产的合成香料，有些品种已经在世界上占有很重要的地位，如：香兰素、 香豆素、洋茉莉醛、b 苯乙醇、酯类等。作为香料之王的呋喃酮，世界上主要是 瑞士芬美意公司( f i r m e n i c hc o 1 生产，我国大连金菊虽已投产，但因其采用乳酸 乙酯经5 步反应制得呋喃酮，其原料成本高，香味品质也不近人意，难与芬美意 的丙酮醛路线竞争。其产量也不能满足国内市场需求，进口高质量的呋喃酮价格 明显偏高，达2 7 0 0 元公斤。因此开发低成本的呋喃酮合成工艺，显得尤为必要。 2 2 2 经济意义 目前工业级的呋哺酮市场价格为7 5 万元吨，若能将新技术成本价做到3 5 万p , e ，项目实施后每吨利润可净达4 0 万元。若建成3 0 吨年生产装置( 1 0 吨 年的三条工艺生产线) ，生产后可创利1 2 0 0 万元，从而可见该项目经济效益显著。 据预测全球对香料的需求年增长率为5 4 ，2 0 0 4 年度则达到1 8 4 亿美元。 这主要源于世界上的发展中国家和地区，如拉丁美洲和亚洲( 不包括日本) 对香 料需求的强劲增长。目前香料香精销售额在世界精细化工大行业中仅次于医药行 业，居第二位。 本项目产品呋哺酮是目前中国香料行业中单个品种产值最高、利润最好、风 笫5 页 浙江大学顺：| 学位论文 险最小的优良品种之一。目前我国呋喃酮香料年消耗量5 1 0 吨，市场容量估计 可达3 0 吨年。而且随着研究应用的不断开发，其用量有逐年上升的趋势，具有 广阔的市场前景。 国内只有大连金菊香料厂生产，采用工艺从乳酸乙酯出发，先生成c 【一甲基 缩二乙醇酸二己酯，然后该化合物与草酸二乙酯缩合闭环，再经皂化、酸化和甲基 化，共5 步反应制得目标产物呋喃酮。 2 2 3 必要性 1 ) 有专家评论我国的香精香料行业总体水平至少与国际先进水平相差2 0 年。 但是中国历来是香料种植、生产和消费大国，先进技术在全球经济一体化的过程 中将会通过经济杠杆作用流人中国而使我国香精香料行业在短时间内接近或同 步于国际先进水平，而且中国这块有着特殊的历史文化和经济发展背景的土地是 其他外来势力难以同化的，她能迅速学习别人的东西并完善自己。呋喃酮项目的 实施正是秉承着这样的目的，吸收学习国外先进的合成工艺，加以强有力的技术 改进。项目实施后，不仅可提高呋喃酮类香料的合成工艺水平，加快香料优秀品 种的国产化，带动我国民族香料香精行业的发展，而且可大大增强我国合成香料 产品在国际市场的竞争力。 2 ) 由于该技术采用绿色溶剂一水为反应介质，从根源上讲减少了安全隐患 和由于有机溶剂挥发而产生的污染源，实现了清洁生产的目的；符合“绿色化学” 的规则，具有收率高、成本低、质量优等特点。 3 ) 如果该项目的能够开发成功，不仅具有较好的社会效益，并且经济效益 也较为显著，项目实旌后可为企业、国家创造较为丰厚的利润和利税。 2 3 呋喃酮的文献综述 呋喃酮( f u 啪o n e ) 又名菠萝呋喃酮 ( s t r a w b e r r yf u r a n o n e ) ，化学名为 ( 2 5 一d i m e t h y l - 4 一h y d r o x y - 3 ( 2 h ) 一f u r a n o n e ( p i n e a p p l ef u r a n o n e ) 或草莓呋哺酮 2 , 5 - 二甲基- 4 一羟基一3 ( 2 h ) 一呋喃酮 d m h f ) 5 1 。 第6 页 浙江大学坝十学位论文 n 。丌 h 3 c 八o 入c h 。 呋哺酮分子量为1 2 8 1 3 ，是一无色或白色固体，熔点为7 8 8 0 。c ，溶于水、 乙醇和油类，它天然存在于草莓、葡萄、菠萝、橙橘、芒果、烤杏仁、咖啡加热 牛肉汤及葡萄酒、白兰地酒中7 1 ( 呋哺酮在水果中的含量见表4 1 ) 。 t a l b l e2 2 呋喃酮在水果中含量( m g k g 水果) 嘲 f r u i td m h fd m h f g l u e o s i d e m e s i f u r a n s t r a w b e r r y ( e v e i s a n t a ) 2 0 94 3 7 9 5 w i l ds t r a w b e r r y 1 6 71 0 91 2 1 w i l dr a s p b e r r i e so 1n d t r a r e t i eb r a m b l e n dn d18 a l p h o n s om a n g o 2n dn d p i n e a p p l e ( f r o mi v o r yc o a s t ) 7 4 t a d0 2 p i n e a p p l e ( f r o mc o s t ar i c a ) 0 7 0 4n d t o m a t o ( e v a c e ) 0 7 n d n d t o m a t o ( v a r 6 2 0 3 ) n dt rn d ! ! 翌! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 1 21 ：! ：i ：!鲤! ! 注：t r = t r a c en d = n o td e t e c t e d 其结构与麦芽酚( m a ! t 0 1 ) ( i i ) ，甲基环戊烯醇酮( c y c l o t o n e ) ( i i i ) 类似，为 一类具有平面状烯醇酮结构，其中烯醇式羟基与领位羰基能通过氢键形成一个五 元环状化合物( i v ) ，结构中共同的部分是一二酮体的烯醇结构，并认为这种 结构是表现上述气味的必要条件9 1 ，系糖类物质加热过程中碱催化下发生非酶褐 变反应( m a i l l a r d 反应) 的降解产物一，具有典型的培烤焦糖香味。 o 。泠吼 h 、o o ( i i ) ( i i i )( i v ) 呋喃酮有三种同分异构体5 1 ( 一) 、( 二) 、( 三) ，且易被空气氧化成为聚合 体( 四) 。 第7 页 m 浙江大学硕= | = 学位论文 n h 3 ( 四) 呋喃酮具有浓郁的水果香味及果酱味，其香味特征类似麦芽酚，但焦气重于 麦芽酚，香味阈值极低( o 0 4 p p b 6 1 ) ，香味强度为麦芽酚的1 2 5 倍，乙基麦芽酚 的2 5 倍，微量添加就具有明显的增香修饰效果，而且香味持久( 这主要是五元 环为上有一强活性的共轭双键) ，是甜味香料的重要原料和优良的增香剂，为美 国食用香料制造者协会( f e m a ) 和欧洲理事会( c o e ) 共同认可的安全食用香 料。呋喃酮易被空气氧化，商品一般充氮或以丙二醇稀释贮存，其香味在弱酸介 质中尤为浓厚。它被广泛用于各种类型的食品及饮料，诸如面包、饼干、糖果、 巧克力、肉制品、奶制品、软饮料、葡萄酒、香烟、口香糖等食用香精的调配， 具有明显的增香、柔和及清新作用；用于牙膏及香烟中有明显的除辣味、掩盖杂 气、改善味道及增强烟香之功效；在医学上还可以用来预防和治疗白内障。因为 在食品、，饮料、烟草、饲料及保健药品等工业中的广泛应用，呋喃酮被冠以“香 料之王”的美称。 天然存在的呋哺酮是糖类物质在加热过程中发生m a i l l a r d 反应后所生成的产 物。天然存在的呋喃酮主要有四种形式o ”h ”j ：【l 】f r e ed m h f ( 单体呋喃酮) ， 2 2 ，5 - d i m e t h y l - 4 一m e t h o x y 一2 h f u r a n 一3 一o n e ( 甲氧基呋哺酮) ， 3 】2 ，5 - d i m e t h y l 一4 一 h y d r o x y 一2 h f u r a n 一3 一o n eg l u c o s i d e ( 葡萄糖苷呋喃酮) ， 4 2 ，5 - d i m e t h y l 4 - h y d r o x y - 2 h f u r a n - 3 一o n em a l o n y l g l u c o s i d e ( 丙二酰葡萄糖苷呋喃哥种。并且其中单体呋喃酮 1 】并不稳定，容易氧化受热变质1 ”j 。在通常情况下，呋喃酮商品需要通氮气密 封包装，f i r m e n i c h 公司研制了微胶囊化技术将呋哺酮产品进行微胶囊化处理 以延长其保存的寿命。 笫8 页 浙江人学硕= i 一学位论文 2 5 - d i m e t h y l 一4 一h y d r o x y 一2 h f u r a n 一3 o n e 2 ，5 - d i m e t h y l 一4 一m e t h o x y 一2 h f u r a n 一3 一o n e h 3 c c h 2 0 r r 2 h ：2 5 - d i m e t h y l 一4 - h y d r o x y - 2 h - f u r a n 一3 一o r l eg l u c o s i d e r ：h 。几儿c 。，：，础m 。，1 - 4 - h y d r o x y - 2 h - f u r a 。y h 豳。 呋哺酮由r o d i n 和w i l l h a l m t 2 0 l 于1 9 6 5 年分别从菠萝和草莓中提取出来。 后来，人们从草莓川中又发现了葡萄糖苷呋喃酮。从那以后，人们都认为葡萄糖 苷呋喃酮在水果当中是呋呋喃酮单体存在的前体。此外，人们还在凤梨 2 2 】和马铃 薯f 23 1 ，随后人们又对呋喃酮前体在风梨和草莓中的含量进行了定量伫4 【2 5 1 ，详见表、 4 1 。从那以后，该物质的分离和提取研究方兴未艾，世界上许多研究工作者从 其它物质中如牛肉汤和葡萄酒中也鉴定或提取分离出呋喃酮。但是呋哺酮天然存 在的含量很低，单靠从植物中提取很难满足商品化需求，而且直接从植物中提取 在成本上也不可行，于是人们着手于呋喃酮化学合成方法及工艺的研究。经过学 术界和工业界的不懈努力，上个世纪7 0 年代，f i r m e n i c h 公司以丙酮醛为原料两 步法实现了呋喃酮的工业化生产2 6 1 。1 2 ”，将其大规模商业化，并注册商标f u r a n e o l 。 后来国际上所多象b a s f 、a l d r i c h 及o x f o r do r g a n i c s 等公司皆以商品出售呋喃 酮。 在我国，呋哺系列食品香料还处于起步阶段，呋哺酮作为呋喃系列香料的代 表，在国内也具有广阔的市场。因而，积极开发合成呋喃酮的生产工艺，具有十 分重要的经济意义。 第9 负 浙江大学t * o - 3 ：学位论文 2 3 1以糖类为原料的合成路线 自3 0 年前意外地从鼠李糖得到羟基呋喃酮以来，由脱氧糖方便地获得羟基 呋喃酮己成为人们努力的方向之一。不少研究者将酶法和化学法相结台来制取这 一化合物，取得了相当的成功。加之，我国是产糖的大国，糖类化合物本身就是 天然化合物，这种从天然到天然产品的思路一直都颇受学者们的关注。若能从糖 类化合物制备呋哺酮对于我们这样一个产糖大国来说也有非常极积的意思，因 此，现将查到的一些由糖类化合物制备呋哺酮的一些较为有意思的路线综述如 下： ( 1 ) h o d g e 2 8 1 将l 鼠李糖在有机仲胺( 如二丁胺、六氢吡啶) 、醋酸和乙醇介 质中8 0 。c 下反应2 4 小时，产物经树脂色谱分离和重结晶可获得收率为7 0 8 0 的呋喃酮。 h h 2 0 h n r r h o a c e t o h 8 0 一h 2 0 ，f u r a n e o l 一鼠李糖的原料来源有限且价格较为昂贵，因而该路线在对于呋喃酮的制备 而言并没有太大的实际意义，但是为后来由糖类制备呋喃酮提供了很好的借鉴。 ( 2 ) w o n g 2 9 1 等将d 一果糖一1 ，6 一二磷酸酯在两种酶的作用下与0 【羟基醛，如 d 一乳醛作用得到6 脱氧果糖1 磷酸酯，继而在酸性条件下水解为6 一脱氧果糖， 再经哌啶醋酸盐处理得到呋喃酮。 笫1 0 页 浙江大学预= l 学位论文 v 洲 i h o p a k d o k a s e t t p 厂n h h o a c _ 8 0 ，2 0 h o p h h h + - o p 该法的不足之处是0 【羟基醛的浓度较难控制，因为它的性质太活泼，极容 易发生自生聚合生成二聚产物，因而为该方法的应用受到限制。 ( 3 ) m e g u r o p 删等以葡萄糖为原料，与丙酮及氯化锌混合后用磷酸水溶液处理 得到l ，2 ，5 ，6 二0 异丙叉一a d 一呋喃型葡萄糖，后者在d m f 中用甲磺酰氯于9 0 c 处理6 h ，得到6 - 脱氧6 一氯一1 ，2 ：3 ，5 二0 异丙叉一n d 葡萄糖，后者用强酸性阳离 子交换树脂a m b e r l y s t l 5 处理，得到6 一脱氧一d 一吡喃型葡萄糖，最后经哌啶醋酸 盐回流8 小时得到呋哺酮。 m e s o c l 7 81 h o h k o h , n i h , e t o h 9 8 1 k p ah 8 5 1 5 h h 每h 颤h 日o h ，d 。掣嚣。q 8 r 八。人 此外，d e c n o p 等在氨基酸的存在下，于磷酸二氢钠及氢氧化钠的水溶液 笫1 1 页 游艇大学壤士学位论文 中加热6 脱氧己糖( 如鼠李糖) ，得3 8 的羟基呋喃酮；p r a n c o i s 等p 2 1 娃j 价廉易 得的甲基a 。d 一毗哺葡萄糖苷得到羟基呋哺酮。 糖类物质来源广泛，价格较廉，有一定利用价值，但同时由于反应过程中也 产生其毽唳糍蓉辩产物，嚣戴具骞产晶翡分离、摄缝较懑难蕊缺点。冒终在蒯爱 穗类合成呋喃黼方面已有长足避步，丽国内尚少觅稠关报道。 2 3 2以羧酸及羧酸酯衍生物为原料的合成路线 ( i ) b r i g g s l 3 3 1 等将( 2 r ，3 r ) 酒石酸( 用丙酮保护邻二羟基) 经醣化及胺解 可得到酰胺中间体，再与格式试剂c h 3 m g c l 反应生成= 酮，进一步水解环化可 褥到总收率为1 8 5 的呋赜醺。 c 。o o h h o h 一hm e o h ，m e 2 c o h ohfcooh m e o c h h h h c h 3 m g c l c o n ( c h 3 ) 2 1 1 1 ： d m h f e 0 m e 反应中二嗯烷( 2 ) 也可以通过二酰胺( 1 ) 用苯磺酰筑处理，所得二腈谶行格氏 反应得到d m h f ，用这条路线( 共六步) 制得的产物，总收率9 3 。该法得率 太羝，骞慧遴一步疆究。 ( 2 ) 乙酰乙酸乙酯与一溴代丙酰氯在金属钠存在下反应，先环化与水解，再 以h 2 0 z 在稀碱中氧化生成环氧化物，最后用酸水解可得到收率为4 6 的姨喃酮。 第| 2 页 浙江大学砸二i ：学位论文 c 犷噼驰 o h d m h f 该合成过程中使用金属钠，而且使用旺一溴代丙酰氯应绝对无水，工业化生产 时会存在一些安全方面的隐患。 ( 3 ) 以乳酸乙酯为原料 a 乳酸乙酯( 用二氢吡喃保护羟基) 在碱性介质中与丙酮缩合，再经溴代、 乙酰化及酸水解可制得呋喃酮【”j ，总收率为4 0 o r 心c 丫c o o r 旺墼m e o n a 邺a 吖 。 | | | oo c h 3b l c h 3 h 2 0 _ q + f u r a n o n e a c o n a b m a t s u i 3 6 1 等利用乳酸乙酯甘p 一溴代丙酸乙酯在强碱性条件下发生烷氧基化 反应( 收率8 2 ) ，再在金属钠存在下在甲苯溶剂中偶联，最后催化氰化可得到 总收率为4 2 的呋喃酮。 h 3 c c 0 2 e t c h a c h b r c 0 2 e t ( f 0 2 日f 0 2 日n a ，s 吲 占h n a h ，t h f , , 。m e 人。人m e 霄 m e 3 里! ：里! ! 旦垒! 蔓，d m h f m e 0 h 第1 3 页 浙江大学顺十学位论文 我国大连金菊香料厂有合成呋喃酮和天然呋哺酮两种产品开始小批量供应 市场，采用的即上述合成路线。 c c o h e n 3 7 1 等用乳酸乙酯与溴乙酸乙酯在碱性条件下反应生成0 【甲基二甘酸 二乙酯，再与草酸二乙酯缩合，然后用卤甲烷进行甲基化，最后水解脱羧制得总 收率为5 5 6 0 的呋喃酮。 h 3 c 、 邺丫2 e t b r c h 2 v v 2 c oe t 7 一2 日( c 0 2 e t ) 2 b hm e o n a 。c o e t m e o n a n a c h 3 b r 0 2 e t 2 ) h + ：q 旦。d m h f 2 1 h + d h u b e r 4 0 , 4 3 1 等用乳酸乙酯与丁烯腈在强碱条件下反应生成环酮腈中问体， 再以k h s 0 3 氧化，然后用碱性离子交换树脂d o w e x 2 脱氢氰酸得到5 0 的呋喃 酮。 h 3 c v c 。2 e t 0 h c h 3 c h = c h c n - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - n a h ，t h f ，6 0 ch 鲁d m h f 以乳酸乙酯为原料的合成路线具有原料廉价易得和收率较高的优点，但所涉 及的烷基化及缩合反应条件苛刻。 2 3 3 以呋喃衍生物为原料的合成路线 a 、2 ，5 - 二甲基呋哺在甲醇中溴化生成2 ，5 一二甲氧基一2 ，5 一二氢呋喃，再以 k c l 0 3 ，o s 0 4 氧化开环，得到纯赤式3 ，4 - 二羟基2 ，5 己二酮，再在饱和n a h c 0 3 中环化可得到收率为5 2 的呋哺酮 4 2 1 。 浙江大学顺士学位论文 邺b h 3 c c h f 鼍3 。c 一4 - 气。，、c 。h m 3 e 警 n a h c 0 。 d m h f 但由于2 ，5 一二甲基呋喃来源少且价格昂贵，o s 0 4 为剧毒的金属氧化物( 只 需吸入少量就能致死) ，工业控制困难，故限制了其工业应用。 b 、2 ，5 - 二甲基一二氢一3 ( 2 h ) 一呋哺酮与乙醛脱水缩合得到烯酮中间体( 收 率7 0 ) ：后者经臭氧氧化，还原及水解得到收率约为4 0 的呋喃酮【4 3 1 。 c h ，c h o c h 3 一h h n a 2 s 0 4 1 5 c 2 3 4 以不饱和二醇衍生物为原料的合成路线 d m h f a 、3 - 己烯一2 ，5 二醇经h 2 0 2 - n a 2 w 0 4 w 0 3 催化氧化，可环化生成2 ，5 一二 甲基一3 ，4 一二羟基一四氢呋喃( 收率7 8 8 5 ) ，再进一步氧化可得到呋喃酮【矧， 总收率为3 0 3 5 。 第l s 页 浙江大学i - i z 学位论文 h 2 0 2 - - n a 2 w 0 4h + w 0 3 o b i 2 0 3 m e h o a c 该路线较短，产率高，但原料不易获得，催化剂的价格较贵，操作条件要求 也高，应用受到限制。 b 、3 一己炔2 ，5 一二醇在低温( 一2 0 一3 0 ) 下经臭氧氧化后用三苯基磷 还原，再在酸性条件下闭环得到收率为7 5 的呋喃酮【4 5 】。该方法不仅原料难得， 而且需要低温臭氧化。后l u c i a n o 4 6 1 等提高了臭氧氧化温度，但收率降低为 5 8 f 3 。 c ih - - c 兰c i - - c h m ? 占hb h p h 3 p m e oo h 瓦0 3 7 _ c e o 0 h e h 0 + ： -d m h f 2 3 5 以醛酮衍生物为原料的合成路线 a 、3 ，4 己二酮在乙醚二氧六环溶剂中溴化生成中间体2 ，5 一二溴一3 ，4 己二 酮，再经回流水解闭环可得到总收率为4 6 的呋喃酮f 4 7 】。 o o b r 2h 3 c e t h e r d i o x a n e c h 3 + d m h f 呲i 洲 一 c l洲i 洲 墨) 浙江大学顾十学位论文 该法操作方便，合成路线较短，但在很大程度上受到原料来源的限制。 b 、以丙酮醛为原料 由锌粉提供还原电子，丙酮醛在乙酸水溶液中体系中经过p i n a c o l 偶联反应， 得到3 ，4 一二羟基一2 ，5 - 己二酮，后者经n a 2 h p 0 4 调节水溶液p h 值可环化制得 的呋喃酮。【2 6 】 叱c vc h o a c ( a q 邺o) o h 3n a 2 h p 0 4 d m h f 此合成路线短，产率中等，反应条件温和，操作简便，原子经济性高，绿色 环保。 另外，也有文献报道丙酮醛在含有甲醇和乙酸钠的水溶液中通过电解偶联生 成苏式和赤式3 ，4 一二羟基2 ，5 - 己二酮，两者比例为6 9 3 1 ，收率4 7 【2 7 l 。 2 3 6 以对二甲苯为原料的生化合成路线 n e w m a n 等人于2 0 0 4 年4 8 1 以大众化工原料八碳一对二甲苯为起始原料，通过 利用生物酶为催化剂再辅助以化学合成法，制备得到了呋哺酮产品。第一步将对 二甲苯在酶( e c o l ij m l 0 9 ) 催化作用下，将苯环上的一个双键选择性氧化为邻 二羟基中间体，然后再在臭氧氧化并还原后可得到苏式3 ，4 二羟基一2 ，5 一己二 酮，再在两相条件下环化得到呋喃酮。 浙江大学硕士学位论文 ec o l ij m l 0 9 i 卜 2 4 本章小节 + o h ( 1 ) 0 3 m e o h ( 2 ) n a 2 s 2 0 n a h c 0 3 o h 8 4 9 2 n - b u o a c ，w a t e r p h o s p h a t e - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 5 。c 5 h r 3 9 - 4 0 呋哺酮是自然界中存在的构成食物普遍香气的物质，具有宜人的焦糖香味和 强烈的增香作用，是美国食用香料制造者协会和欧洲理事会共同认可的安全香 料。 综上所述，羟基呋喃酮的合成方法多种多样，其中某些方法路线较长，总产 率偏低，如以酒石酸为原料的方法和以葡萄糖为原料的某些方法，有的方法所 用原料得来不易，但其中不乏较好的方法，诸如由2 ，5 一二甲基呋喃为起始原 料先氧化生成二酮中问体再环化生成呋喃