叶醇的制备.docx

叶醇的制备Leaf Alcohol Preparation作者：Eliska Leitmannova and Libor Cerveny 翻译: 胡林弟译自：美国调香师杂志 2008年8月版 第33-8期顺-3-己烯-1-醇和反-3-己烯-1-醇都叫做叶醇 。它们的香气就像刚刚割下来的青草。调香师对他们的香气描述更为专业：顺-3-己烯醇具有强烈、刺激的青草香气。微量的叶醇可以为配方带来清新的头香。它可以添加于那些高档的日化香精中，如铃兰和紫丁香。另外，叶醇也经常与香叶、格蓬、橡苔、薰衣草、薄荷等精油配合使用。反-2-己烯-1-醇具有强烈的清香果香，并伴有轻微的焦香果香底韵。 它的香气经常被形容为菊花叶或葡萄叶样的香气。在食用香精配方中，它经常被微量添加于果类香型中，如草莓等。叶醇的香气性质是由它存在的双键以及其空间立体结构所决定。顺-3-己烯-1-醇具有令人非常愉快的香气，而它的反式异构体则有一种油腻的感触，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。叶醇的制备叶醇制备的难点在于它的空间立体结构。反应需要好多步，而产率非常低。最常用的技术包括己炔-1-醇的制备和选择加氢或局部的还原反应。如果加氢 ，用毒化后的钯作催化剂，则能得到顺式的产物。还原过程如用金属钠并以液氨作为溶剂的反应则生成反式异构体。(图-1-). 剩余的己炔醇可以用汞盐全部除去。炔中间体的三键加氢反应还可用锌粉(用1,2-二溴甲烷纯乙醇溶液活化) 来实现其空间立体结构合成的选择性! 与催化加氢相比，反应时间短，方法简单是这个反应的最大优点。另一种从炔烃到顺式烯烃的选择氢化反应是基于硅氢化作用，即固化于硅胶体上的乙酸和钯催化剂，或不互溶的钯和亚水杨基乙二胺混合物。顺-3-己烯-1-醇的制备.叶醇制备的第一步是用1-丁炔和金属钠在液氨中的反应，形成氰化钠。然后与环氧乙烷反应，通过水解生成了顺-3-己炔-1-醇。最后一步是不完全加氢反应。 反应中用到林德拉催化剂，将三键加成双键。这种催化剂中的钯需用铅来作部分毒化。而碳酸钙(或氧化铝)是用来作为载体。不完全氢化反应需要用高压条件下进行(10MPa)。反应介质为水和氢氧化物或碱金属的盐。通常反应后能得到纯度为98.2%的顺-3-己烯-1-醇。还有一种二步法是用1,3-戊二烯和甲醛作为起始原料。 第一步反应为Diels-Alders双烯共轭加成反应。第一步反应为在加压容器中将戊二烯和甲醛的对苯二酚溶液进行加温(240 C)， 反应生成2-甲基-5,6-二氢-2H-吡喃(得率为51.5%)。 第二步反应是用金属锂的乙胺溶液(-78 C)将吡喃开环，也可以用其它溶解性的金属(如钙的乙二胺溶液)。这种开环反应可以选择性 地打断C-O键，得到想要的顺-3-己烯-1-醇构型，得率为60%。通过对4-(1-丙烯基)-1-二氧杂环乙烷的加氢和乙酰化，可以制备得到顺式和反式的3-己烯-1-醇混合物。而4-(1-丙烯基)-1-二氧杂环乙烷是用1,3-戊二烯/Catex Ku-2和甲醛在酸性介质中(硫酸)进行普林斯反应(PRINS)制得。温度25 C，压力2MPa，得率49.8%。然后对反应物进行加氢反应(100 C，以雷尼镍为催化剂)，制得4-(1-丙基)-1-二氧杂环乙烷。再与酸酐反应，得到1,5-二乙酰氧基-3-丙基-2-氧杂戊烷(66%)。在硫酸和真空条件下，可以得到顺式和反式的3-己烯-1-醇的乙酸酯。经过氢氧化钾溶液中的水解反应得到如下产物：反-3-己烯-1-醇66.5%， 顺-3-己烯-1-醇22.1%， 反/顺-2-己烯-1-醇11.4%。另一个可能的制备方法是用乙烯基氧杂环丁烷，并用金属有机化物来开环：2-乙烯基氧杂环丁烷用甲基溴化镁的5%碘化铜四氢呋喃溶液开环，得到的反应物得率为72%(反:顺=73:27)。 用烷基铜和烷基溴能形成反式异构体，若用甲基锂和戊基锂则能生成顺式异构体。四乙基铝和乙炔也能用来制备顺-3-己烯-1-醇。反应需在氮气中进行(191MPa, 35 C)，生成产物为二乙基-1-丁烯基铝。若用不同的溶剂(苯/苯-四氢呋喃/1,4-环氧乙烷)能得到不同的产率(27%/53%/43%)。从苯甲醚制备顺-3-己烯-1-醇，需要经过伯奇还原反应(birch reduction)， 氧化开环反应和硼氢化钠(NaBH4)参与的还原反应(图-4)。反应的第一步是将苯甲醚还原成1-甲氧基-1,4-环己二烯。用臭氧选择性氧化可将双键打断生成6-氧杂-顺式-己烯酸甲酯，然后进行醛基还原反应，生成了6-羟基-顺式-己烯酸甲酯。再转化成对甲基磺酸酯， 紧接着用用铝氢化锂选择性还原成顺-3-己烯-1-醇。图1, 从炔烃来制备叶醇图2, 从戊二烯制备顺-3-己烯-1-醇图3, 从三烷基铝制备顺-3-己烯-1-醇图4, 从苯甲醚制备顺-3-己烯-1-醇反-2-己烯-1-醇的制备反-2-己烯-1-醇也可以从2-己炔-1-醇的三键还原加氢反应中制得。顺式或反式的-2-己烯-1-醇制备可以从反-2-己烯-1-醛的选择性加氢路线走。通常用的选择加氢催化剂为双(环戊二烯基)氯化锆或双(环戊二烯基)氯化铪。这种，不饱合醛加氢至醇的催化方法也称作梅尔魏因-庞多夫-韦尔莱反应(meerwein-Ponndorf-Verly)。选择加氢方法还可以用2-丙醇和氧化锆来实现。如用立体选择性反应来制备反-2-己烯-1-醇的话，可以选用PhSLi以及1-硝基-1-戊烯的四氢呋喃溶液反应。当反应的碳负离子产物生成后，再添加甲醛，生成反式-3-苯硫基-2-硝基己醇。然后再一步进行彻底的消去反应，得到了最终产物反-2-己烯-1-醇。(图5)图5, 从硝酸盐制备反-2-己烯-1-醇从山梨酸及其涎生物制备叶醇如果从反，反-2，4-己二酸为起始原料制备叶醇，有它极大的优势。因为原料在市场上很好获取，而且反应步骤很短。有二条路线可以从山梨酸甲酯来制备香料级的叶醇。第一条路线是将羧基基团的先进行还原反应，然后再对二个不饱合双键进行催化加氢。 第二条路线是先进行催化加氢，而后再对己烯酸进行还原反应。(图6)用多相催化剂进行选择加氢.最早的时候用贵金属对山梨酸进行加氢只能得到它的饱合产物己酸。后继用高选择性的催化剂 ，可以加氢得到2-己烯酸(用镭-镍和钯作催化剂)。而最好的催化剂是钯/硫酸钡(生成2-己烯酸的选择性为89.6%)。如果 拿山梨酸与它的钠盐进行比较，我们 会发现山梨酸的加氢得率更高，而它的钠盐选择性更加好。用雷尼镍作催化剂，选择加氢的产率为83%。用铂作催化剂(亚当斯催化剂, Adams catalyst)，只能得到产物己酸。也有其它报道说可以用活性碳为载体的商业化的金属催化剂山来催化梨酸甲酯。如用铂,铑、钌作为催化剂，只能得到反-2-己烯酸甲酯(27-29%)和反-3-己烯酸甲酯(4-9%)。用钯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。所有的论文都提到如上观点。 当所有的山梨酸甲酯被完全反应到底后，不饱合键被全部加成完毕，形成最后的己酸。但有可能除己酸外，还生成部分反-2-己烯酸。这是因为2位的双键 ，由于更接近羧基，相比4位的双键而不易被加氢。如果用铑和钯黑作为催化剂，加氢的程度是可以被控制的。相对于多相催化剂，使用均相催化剂(RhCl2(PPh3)3)会得到不同结果。它能生成2-己烯酸和3-己烯酸。在催化过程中钯黑表现出来的选择性最高， 而铑的化合物的选择性最低。如果用铑黑，那么反应将直接向己酸甲酯进行。铑的化合物可以选择加成2,5-及4,5位的氢，生成2-己烯酸甲酯和3-己烯酸甲酯的混合物。钯的化合物可选择加成4,5-位的氢,生成2-己烯酸甲酯。由于这些催化剂的存在， 2,3-位的氢由于与羟基官能团相连，所以不会被加上氢。图6, 用催化剂催化还原山梨酸及基涎生物, 实箭头=还原; 虚箭头=氢化图7, 用CoIII(CN)5H3-催化加氢二烯化合物用均相催化剂选择加氢K3Co(CN)5是用于山梨酸加氢的相均催化剂。山梨酸被选择加氢成了反-3-己烯酸。后继的研究用色谱进一步精确分析出了加氢产物比例:82%反-2-己烯酸和反-4-己烯酸(用水做溶剂)。如果用甲醇做为溶剂， 那么催化剂会变成更加有选择性:95%的反-2-己烯酸。如用经过活化的CoIII(CN)5H3-(图7)作催化剂，那么产物将会被重排：反-2-己烯酸和反-4-己烯酸。相转移催化剂也进行过研究。山梨酸甲酯加氢过程中有二相:水-二氢甲烷，加氢后所得的产物为反-2-己烯酸甲酯和反-3-己烯酸甲酯， 比例为=65:35。如果在二相体系中如果存在苄基三乙基氯化氨，那么产物中反-3-己烯酸甲酯的比例会达到75%。相同的结果也由Alpher和lee得出。他们用的相催化剂是乙位环状糊精(-cyclodextrine)来催化加氢山梨酸钾。有碱性条件下用铑类催化剂(室温,0.3MPa, 魏金森催化剂Wilkinsons Catalyst)对山梨酸进行催化加氢. RhCl(PPh3)3只能成己酸，甚至在非常低的转化率的情况下。化合物RhCl(PPh3)2(Ph2POOCH2CH=CMe2)(从魏金森催化剂配体交换中析出)催化加氢山梨酸到终点后，最后得到52%的反-4-己烯酸和48%的己酸.后续的催化剂更具活性。另一个铑的催化剂是H2Rh(Ph2N3(PPh3)2，用二甲基亚砜做溶剂，产物为反-2-己烯酸，伴有少量反-3-己烯酸。 如果温度超过50度，不饱合的山梨酸会完全被加氢成己酸。海因(Heinen)曾经制备过一个水溶性的钌化合物RuCl2P(CH2CH2OH3)2。它能在水-乙酸乙酯二相的体系中进行选择性加氢，产物为82%的反-4-己烯酸.化合物Cr(CO)3,Cr(CO)6,Cr(芳烃)(CO)3等催化剂可将山梨酸甲酯加氢成为顺-3-己烯酸甲酯.(图8). 催化剂的活性由于配体的不同而不同。不过选择性却和配体没 什么关系。3-甲氧基苯甲酸甲酯的芳烃配体活性最佳，对顺-3-己烯酸甲酯的选择性为91.8-98.8%。也有报道说可以不用芳烃配体， Cr(环庚三烯)(CO)3的活性比Cr(芳烃)(CO)3更高。研究证明，氢被选择性加到2,5-位的原子上，而1,2-位和其它位上不会被加成。 据上结果所得，反应机理开始明了起来。芳烃上的受电子基团能加速加氢反应。相反的，供电子基团会降低催化剂的活性. 如果用多环芳烃的话，结果也会不同。如萘,蒽, 菲等。到现在为止 ，发现的最具活性的配体是Cr(萘)(CO)3。它能在30度和0.1MPa的条件下进行选择性催化氢化。据最近文献报道，具有相类似活性的另一铬化合物也被合成出来, Cr(C6H6)(CH2=CHCOOCH3)。不过用铬的羰基化合物有很多缺点。最严重的问题是它被毒化后 的低活性无法对山梨酸进行催加氢。海因发现了另一水溶性钌化合物， RuCl(CO)CpP(CH2CH2CH2OH)3 (Cp=戊基甲基环戊二烯基)，它能在水-庚烷二相里催化山梨酸至顺-3-己烯酸的选择性为66%(总转化率是68%), 副产物是己酸。在相同报道中提到的另一化合物是RuCp(MeCN3)Tf (Tf=三氟甲烷磺酸). 整个催化过程中乙腈配体的脱离， 转换过程与铬类配体比较相似(图9)。这类催化体系的选择率是67%。由于除了乙腈外，没有其它配体，它的高选择主要依靠其阳离子基团RuCp. Mashima和Fagan两位学者也证实了催化剂对双烯加氢成顺式构型的有效性。当催化剂与山梨酸形成具有大键的化合物后，有二个氢原子先被加成，山梨酸的2,5-位与催化剂形成了一个复合物， 后又经过配体转型，使用氢原子的上位变得非常容易。在最后的催化步骤中，顺式-3-己烯酸脱离了催化剂，使钌又变回了的离子状态。它能与山梨酸再次结合并进行下一次催化。有个非常有效的样板催化剂被合成出来RuCp(4-MeCH=CHCH=CHCOOH)+X- (X=T, B3,5-(CF3)2C6H34)它能在二相的系统里，在温和的反应条下，将催化山梨酸至顺-3-和山梨醇(2,4-己二烯-1-醇)， 或将山梨醇(2,4-己二烯-1-醇)直接氢化成叶醇。 我们得到的结果显示： “赤裸”的RuCp+离子，比早前的化合物更为有活性。今天，对均相催化剂RuCp(双烯化合物)催化加氢山梨酸和它的涎生物己被深入研究。而双烯部分正是被选择性加氢的部位，用这个催化剂来做均相的加氢重整，可将山梨酸直接加成到需要的顺-3-己烯酸。如果进一步加成，为生成空间结构更加稳定的其它己烯酸异构体或者加成己酸。山梨醇可被加成至叶醇，顺-3-己烯醇或被异构成不饱合醛，但不会有再产生其它异构产物。对山梨酸在二相体系中的加氢的研究则更为深入。而山梨醇在一个二相的体系(乙二醇-甲基叔丁基醚MTBE)中的加氢成叶醇具有非常高的选择性(98%)，这是由于起始原料不会产生异构化现象。山梨醇和山梨酸的氢化重整也能发生在多相体系中，催化剂的固载化有二个途径：硅类物质的氢键和阴离子粘土的离子交换. 如果用通过氢键方式来固载化的催化剂， 它对山梨酸和山梨醇的氢化选择性与在均相体系中极类似, 且催化剂无法重复套用. 如果用通过阴离子高岭石交换方式加氢催化的话, 加氢至顺-3-己烯酸选择性非常高(99-100%的转化率)。