[发明专利]一种简便实用的2-壬烯-γ-内酯的制备方法

说明书

本发明涉及一种简便实用的2-壬烯-γ-内酯的制备方法。

2-壬烯-γ-内酯天然存在于多种食物和植物提取物的挥发性成分中，如牛肉/蔬菜汤、葵花籽油、面条、西瓜、土豆片、猪油、蘑菇、炸薯条、报春花、烤烟叶等，具有椰子香和甜香。该化合物在2005年通过了美国FEMA(Flavour and Extract Manufacturers’Association)组织的安全评价，公布在第22批食用香料安全列表中，FEMA号为4188。α，β-不饱和γ-内酯是许多具有生物活性的天然产物的结构单元，有很多文献报道了其合成方法，近年来一些具有代表性的合成方法如下。以丙烯酸为原料制得3-对甲苯磺酰基丙烯酸，在丁基锂的作用下与醛反应，然后在碱的作用下进行消除反应得到4-烷基取代的α，β-不饱和γ-内酯；以丙烯醛为原料制得3-对甲苯磺酰基丙醛缩二甲醇，在丁基锂的作用下与醛反应，然后经过氧化、消除反应得到产物；4-烷基取代的2，3-二氢呋喃经过单线态氧氧化也可转化为4-烷基取代的α，β-不饱和γ-内酯；丙烯酸的取代烯丙醇酯在RuCl₂的催化作用下进行烯烃置换反应可得到4-烷基取代的α，β-不饱和γ-内酯；(E)-3-烷烯酸和含硒的亲电试剂作用，经过一锅煮的加成和消除两步反应，可得到4-烷基取代的α，β-不饱和γ-内酯。这些方法都存在不同程度的缺陷，如路线长、反应原料不易获得、试剂昂贵、产率低等等，因此操作简便、高产率和低成本的2-壬烯-γ-内酯的制备方法仍有待进一步的探索。

本发明的目的是提供一种简便实用的2-壬烯-γ-内酯的制备方法。其特征是以(E)-3-壬烯酸为起始原料，用双氧水进行氧化，同时发生关环反应得到3-羟基-γ-壬内酯的中间体，然后通过甲磺酸酯进行消除反应得到目标产物。第一步反应是(E)-3-壬烯酸在甲酸溶液中用双氧水氧化，得到3-羟基-γ-壬内酯的中间体，产率85.6％；第二步反应是在二氯甲烷的溶液中3-羟基-γ-壬内酯与甲磺酰氯反应，形成的甲磺酸酯进行消除反应，得到2-壬烯-γ-内酯，产率88.0％。本发明的制备方法中使用环境友好的绿色氧化剂双氧水进行氧化，具有原料易得、操作简便和产率高的优点。反应式如下：

本发明涉及一种结构如式(I)所示的2-壬烯-γ-内酯的制备方法：

其主要过程是：向四口烧瓶内，加入甲酸、30％的双氧水，搅拌，滴加2-壬烯酸，控制滴加速度使体系温度维持在一定范围。滴加完毕后反应一定时间，然后减压蒸馏得到中间体3-羟基-γ-壬内酯；得到的3-羟基-γ-壬内酯在二氯甲烷溶液中与甲磺酰氯反应，形成的甲磺酯在三乙胺作用下发生消除，即得2-壬烯-γ-内酯，产率88.0％。

本发明方法中制备的2-壬烯-γ-内酯以及重要的中间体的结构都通过核磁共振或质谱进行了确认。分析结果附在实施例后。

具体实施方式

(1)3-羟基-γ-壬内酯的制备

向装有温度计、磁力搅拌子、恒压滴液漏斗的250mL四口烧瓶内，加入88％的甲酸100mL(2.28mol)、30％的双氧水35mL(0.35mol)，搅拌10min，滴加2-壬烯酸25.5g(0.16mol)，控制滴加速度，使体系温度维持在20℃～40℃，约40min滴加完毕。然后在40℃恒温反应，反应5h结束。反应混合物用冰浴冷却，滴加35％的NaOH溶液中和至pH 9。用乙醚萃取(80mL×3)，合并有机相，用饱和食盐水洗涤(50mL×3)，无水硫酸镁干燥。旋蒸除去乙醚，残余物减压蒸馏，收集114℃-118℃/0.5KPa的馏分，得到3-羟基-γ-壬内酯23.55g，产率为85.6％。¹HNMR(CDCl₃)δ0.89(t，J＝6.9Hz，3H，Me)，1.33-1.86(m，8H，H-C(1′)～C(4′))，2.53(dd，J＝18.0，3.7Hz，1H，H-C(2))，2.76(dd，J＝18.0，6.6Hz，1H，H-C(2))，4.34(m，1H，H-C(3))，4.45(m，1H，H-C(4))。¹³CNMR(CDCl₃)δ13.8(C(5′))，22.3(C(4′))，24.7(C(2′))，31.3((C(3′))，32.8(C(1′))，37.5(C(2))，71.2(C(3))，88.4(C(4))，176.4(C(1))。

(2)2-壬烯-γ-内酯的制备

向装有温度计、磁力搅拌子和恒压滴液漏斗的250mL四口烧瓶内，加入3-羟基-γ-壬内酯24g(0.14mol)、二氯甲烷100mL和三乙胺44mL(0.315mol)，搅拌，在0℃下滴加甲磺酰氯16mL(0.21mol)，控制滴加速度，使体系温度在0℃～5℃内，约1h滴加完毕，升温至25℃反应。反应结束后冷却，用饱和食盐水洗涤(50mL×3)，无水硫酸镁干燥。旋蒸除去二氯甲烷，将剩余物减压蒸馏，收集104℃-106℃/0.4kPa的馏分，得产品19g，产率88.0％。¹HNMR(CDCl₃)δ0.89(t，J＝6.9Hz，3H，Me)，1.31-1.33(m，4H，H-C(3′)～C(4′))，1.46(m，2H，H-C(2′))，1.65-1.77(m，2H，H-C(1′))，5.03(m，1H，H-C(4))，6.11(dd，J＝5.7，1.5Hz，1H，H-C(2))，7.45(d，J＝5.7，2.0Hz，1H，H-C(3))。¹³CNMR(CDCl₃)δ13.5(C(5′))，22.0(C(4′))，24.2(C(2′))，31.0((C(3′))，32.7(C(1′))，83.1(C(4))，120.9(C(2))，156.2(C(3))，172.9(C(1))(cf.Ref.17).GC/MS(EI)m/z 154(4，M⁺)，125(72)，84(100)，83(19)，55(15)。