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1、西北师范大学 硕士学位论文 有机卤化锌试剂合成二氢茉莉酮酸甲酯的研究 姓名：冯惠娟 申请学位级别：硕士 专业：有机化学 指导教师：胡雨来 2009-06 摘 要 II 摘 要 摘 要 本论文共分为两章： 第一章 二氢茉莉酮酸甲酯的合成进展 二氢茉莉酮酸甲酯是一种重要的合成香料,其香气独特优异,性质稳定。 许多 的合成方法已经被广泛应用，本章对其合成方法的研究进行了综述。 第二章 有机卤化锌试剂合成二氢茉莉酮酸甲酯的研究 本章通过比较和分析文献报道中二氢茉莉酮酸甲酯的合成方法， 在我们小组 对有机锌试剂研究的基础上，设计了一条简单易行的合成路线：以环戊酮和正戊 醛为原料，经过缩合反应、异构化反应
2、，有机锌与 2-戊基环戊烯酮的 1,4-Michael 加成反应，在 RuCl3.xH2O 和 NaIO4作用下的氧化反应，以及酸的酯化反应来合 成二氢茉莉酮酸甲酯。 其中重要的步骤是有机锌与 2-戊基环戊烯酮的 1,4-Michael 加成反应，并对其反应条件进行了优化。 关键词关键词：二氢茉莉酮酸甲酯；合成；2-戊基环戊烯酮；有机锌试剂；缩合反应； 异构化反应；1,4-Michael 加成反应；氧化反应；酯化反应 Abstract III Abstract The thesis mainly consists of the following two chapters. Chapter O
3、ne: the Preparation of methyl dihydroepijasmonate are reviewed in details Methyl dihydroepijasmonate is an important kind of synthetic perfume compound for it s unique pure scent, stability. Many synthetic methods have been developed. This chapter reviewed its synthetic methods in details. Chapter t
4、wo: Synthesis of Methyl Dihydroepijasmonate with Organozinc Halides Based on literature and the research work in our group on organozinc halides, an effective synthetic route for synthesis of methyl dihydroepijasmonate was developed. Methyl dihydroepijasmonate was synthesized from cyclopentanone and
5、 valeraldehyde via 5 steps: condensation reaction, isomerization reaction, 1, 4-Michael reaction, oxidation of C=C bond by RuCl3.xH2O and NaIO4, and esterification reaction. The key step is 1, 4-Michael reaction of organozinc reagent with 2-pentyl-2 cyclopentanone. At the same time, the reaction con
6、dition was optimized. Key words: methyl dihydroepijasmonate; synthesis; 2 - pentyl-2 cyclopentanone; organozinc reagent; condensation reaction; isomerization reaction; 1,4-Michael reaction; oxidation reaction; esterification reaction. 西北师范大学硕士学位论文 I 独创性声明 独创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独 立进行研究所取得的成
7、果。学位论文中凡引用他人已发表或未发表 的成果、数据、观点，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的 内容外， 不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明 确的说明并表示了谢意。 签名： 日期： 关于学位论文使用授权的声明 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权 归属西北师范大学。本人完全了解西北师范大学有关保存、使用学 位论文的规定，同意学校保存或国家有关部门或机构送交论文的纸 质版和电子版，允许论文被查阅或借阅；本人授权西北师范大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进
8、行检索，可以采 用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该论文直接相关的学位论文或成果时，第一署名单位仍 是西北师范大学。 (保密的论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 西北师范大学硕士学位论文 - 1 - 第一章第一章 二氢茉莉酮酸甲酯的合成进展二氢茉莉酮酸甲酯的合成进展 引言引言 自古以来, 茉莉花香就同玫瑰花香并列， 为花香代表, 是人们最喜爱花香之 一。 而茉莉精油是调香行业中不可缺少的原料，茉莉香型产品在日用化工、医 药、食品、轻工等行业中的应用日益倍增，社会需求量愈来愈大。而天然茉莉精 油产量有限，人们着手仿制能产生茉莉香气的化合
9、物来替代 【1】。目前研究较多 的是顺式茉莉酮 1 和顺式茉莉酮甲酸酯 2。 O CH2 CH3 C H C C2H5 H O CH2 CH2COOCH3 CHCH2C2H5 1 2 Scheme 1 60年代化合物1和2检测确定以后,化学家们一直将其作为目标进行大量合成 研究； 但由于在环戊酮侧链上有顺式双键存在， 使合成困难增大， 产品价格昂贵, 从而使其应用受到了很大限制 【2】。因此，人们把目标转向合成较易的环戊酮侧 链键双键被饱和的化合物。而二氢茉莉酮酸甲酯是最好的替代品种，被称为天堂 酮，其商品名为：Hedlione，是一种无色透明液体,沸点bp：300，微溶于水及 醇类物质；其化
10、学名称为：3-氧化- 2-戊基-环戊基乙酸甲酯。二氢茉莉酮酸甲酯 的分子式为：C13H22O3，结构式（如图Scheme 2）所示： O COOCH3 3 Scheme 2 二氢茉莉酮酸甲酯具有浓郁的甜花香略带水果和茉莉花样香气、 新鲜柔和的 柠檬样果香韵味。因其香气轻盈飘逸、透发浓郁、留香持久、调香效果好,已被 广泛应用于各种香型的香水、日用洗涤用品等花香型香精的调配中,也是一些著 名香水的主体香原料,且其使用范围与使用比例还在不断增加。 通常市售的二氢茉莉酮酸甲酯都是通过化学合成得到， 但直到20世纪七十年 第一章 二氢茉莉酮酸甲酯的合成进展 - 2 - 代,Nao shima等 【3】人
11、通过研究发现市售的二氢茉莉酮酸甲酯是由四种异构体组 成的混合物(Scheme 3) ,且四个异构体的香气特征与香气强度各不相同。 后来,经 过香料化学家的详细研究后发现 【4】,如图Scheme3中所示,其中(-)-trans-(1R，2R) 构型的异构体4a阈值浓度为240 109,香气比较强,但是它的香气为茉莉花香中带 有泥土味,香气品质较差；( + )- trans -(1S，2S)构型的异构体4b阈值浓度为15360 109 ,香气最弱；(-)-cis-(1S , 2R)构型的异构体4d的阈值浓度为12500 109,香气 也较弱；( + )-cis-(1R ,2S)构型的异构体4c阈
12、值浓度为15 109 ,香气最强且为纯 正的茉莉花香,是四种异构体中香气最佳的一种,因此后来该异构体4c被科学家 称之为天堂酮( Hedione)。从上述不同异构体的香气阈值浓度可以清楚地看到， ( + )-cis-(1R , 2S)构型的异构体4c香气强度是(-)-trans-(1R , 2R)构型异构体4a的 70多倍,更是其它二个构型的1000倍左右。由于二氢茉莉酮酸甲酯中四个异构体 的香气品质与强度差别十分明显,显然提高顺式结构的比例对改善二氢茉莉酮酸 甲酯产物的香气十分重要,为此科学家已对此进行了不少研究和努力,近期的合 成方法主要集中在不对称合成上 【5】。 O O O O CO2
13、CH3 (-)-trans-(1R,2R) 4a H3CO2C CO2CH3 H3CO2C (+)-trans-(1S,2S) 4b (-)-cis-(1S,2R) 4d (+)-cis-(1R,2S) 4c Scheme 3 商品二氢茉莉酮酸甲酯中含有的四种异构体的结构式 目前,顺式-二氢茉莉酮酸甲酯的生产厂家都在国外,分别是美国的IFF公司、 瑞士的FIRM公司和日本的ZEON公司。国内目前还没有厂家生产,因此有必要对 其生产方法进行总结,早日实现该产品的国产化 【6】。 二氢茉莉酮甲酸酯已有十几 种合成路线, 据资料文献报道, 我们总结出以下几种合成方法： 西北师范大学硕士学位论文 -
14、3 - 1. 二氢茉莉酮酸甲酯的合成方法 1.1 以 二氢茉莉酮酸甲酯的合成方法 1.1 以 2-戊基戊基-2-环戊烯酮为中间体合成二氢茉莉酮酸甲酯的路线 环戊烯酮为中间体合成二氢茉莉酮酸甲酯的路线 1.1.1 以环戊酮为原料合成二氢茉莉酮酸甲酯 以环戊酮为原料合成二氢茉莉酮酸甲酯 早在1962年,Wilson, Richard A. 【79】 等人以环戊酮为原料,先在碱性条件下与 正戊醛进行缩合反应得到醇类化合物6，接着经脱水后,得到环外双键的烯酮7， 环外双键的烯酮7异构化后生成关键中间体2-戊基-2-环戊烯酮8， 它是合成茉莉酮 类化合物的重要中间体，如图Scheme 4所示： O C4
15、H9CHO O C4H9 OH O C4H9 H+ O C5H11 CH3ONa/CH3OH CH2(CO2CH3)2 O C5H11 CH(COOCH3)2 200/H2O O C5H11 CH2CO2CH3 5 6 7 8 9 3 Scheme 4 此中间体8与丙二酸二乙酯进行Michael加成得到化合物9，该化合物经脱羧 反应得到二氢茉莉酮酸甲酯。 在合成2-戊基-2-环戊烯酮中间体的方法中,得到中间体后的路线都相同了 【5】。 此方法因其原料易得,条件温和,一直到现在还在使用,只是工艺上有些优化 而已。 在1999年，白本通、刘丽等人以正戊醛和环戊酮为原料，在酸性催化剂（二 甲胺盐酸盐
16、溶于等量醋酸混合物）催化下进行缩合，直接得到2-戊基环戊烯酮， 收率达78%。2-戊基环戊烯酮再与丙二酸二甲酯缩合，脱羧得到二氢茉莉酮酸甲 酯。三步反应总收率达到59% 【10】。采用酸催化缩合反应，使反应过程减至三步， 其过程如下： 第一章 二氢茉莉酮酸甲酯的合成进展 - 4 - O H O HCl,C4H9OH 催化剂 O OCH3 OCH3 O O Na,CH3OH O OCH3 OCH3 O O H2O 加热 O OCH3 O 3 8 78% 85% 89.1% 5 10 11 Scheme 5 1.1.2 以环戊二烯为原料合成二氢茉莉酮酸甲酯 以环戊二烯为原料合成二氢茉莉酮酸甲酯 1983年荣国斌等人11以环戊二烯为原料,首先经过了1-溴代正戊烷的取代, 然后经氧化、加成、水解及酯化等反应过程,可得总产率为10 %20 %的二氢茉 莉酮酸甲酯。此方法原料易得,路线较短,是一条不错的合成路线。 C5H11Br KOH P
