一種光學純香茅醇的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學純香茅醇的制備方法，具體涉及橙花醛或香葉醛在具有光學 純的過渡金屬催化劑的作用下通過選擇性的不對稱氫化，制備得到光學純香茅醇，屬于不 對稱催化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 香茅醇具有新鮮的玫瑰香，是一種非常重要的香料原料，通常作為香料被調(diào)配成 各種花香型香精，具有廣泛的用途。香茅醇具有左旋和右旋兩種光學異構(gòu)體，左旋香茅醇 通常稱為玫瑰醇，主要存在于玫瑰油和天竺葵屬植物的精油中，具有玫瑰似特殊香氣，左旋 香茅醇的香氣比右旋香茅醇的幽雅，是玫瑰香型香精的主香劑，也可用于食用香精中。光學 純左旋的香茅醇相較于消旋香茅醇具有更高的經(jīng)濟價值。
[0003] 天然左旋香茅醇主要存在植物的精油中，由于分離困難，左旋香茅醛主要通過化 學合成的途徑獲取。
[0004] CN03817019. 1公開了一種將香茅醛連續(xù)氫化為香茅醇的方法；CN201110261275. 7 公開了一種利用間歇氫化法直接還原檸檬醛得到香茅醇的方法；CN200710008530. 0公開 了一種采用二氫月桂烯為原料制備香茅醇的方法，以上三篇專利所描述的方法均為通過非 手性催化劑選擇性催化氫化得到香茅醇，缺點是只能得到香茅醇左旋和右旋兩種光學異 構(gòu)體的混合物。
[0005] US20100035315中使用酶對不飽和烯烴進行不對稱還原的方法，以檸檬醛為原料 通過酶的催化作用，制備得到左旋香茅醇，基于原料的轉(zhuǎn)化率為99%，得到產(chǎn)物的ee值為 95%，但是在酶催化的反應(yīng)具有酶難以與產(chǎn)物分離提取、難以回收利用等困難，難以實現(xiàn)大 規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006] 中國公開專利CN200580040615. 6公開了一種以香葉醇為原料，使用Ru/BINAP催 化體系，通過不對稱氫化制備得到ee值為95. 2%右旋香茅醇，收率為97. 2%。由于所使用 的原料香葉醇在工業(yè)上是通過選擇性氫化檸檬醛，并通過精餾純化的方法獲得的，通過兩 步氫化反應(yīng)得到產(chǎn)品具有流程復(fù)雜、設(shè)備投資高等缺點，在成本上不具有優(yōu)勢。
[0007] 因此，需要尋找一種新的制備香茅醇的方法，實現(xiàn)高選擇性、低成本制備光學純香 茅醇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種香茅醇的制備方法，使用可大規(guī)模廉價獲得的檸檬醛的 順式異構(gòu)體橙花醛或反式異構(gòu)體香葉醛為原料，在過渡金屬化合物和膦配體組成的催化 劑，以及堿金屬鹽助催化劑的作用下，選擇性不對稱氫化制備得到左旋或右旋香茅醇。該方 法具有操作簡單、收率高、三廢少等優(yōu)點。
[0009] 為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種光學純香茅醇的制備方法：
[0011] 在過渡金屬催化劑和助催化劑的作用下，對橙花醛或香葉醛進行不對稱催化氫 化，制備得到光學純香茅醇；
[0012] 本發(fā)明中，所述光學純香茅醇（I)的結(jié)構(gòu)式分別為
(I)，所述反應(yīng)底物橙花醛（II)和香葉醛（III)的結(jié)構(gòu)式分別為
[0013] 本發(fā)明中，所述不對稱催化氫化反應(yīng)過程如下所示：
[0014]
[0015] 本發(fā)明通過不對稱氫化反應(yīng)底物橙花醛（II)或香葉醛（III)而獲得光學純香茅 醇（I)，所述橙花醛和香葉醛互為E/Z雙鍵異構(gòu)體。
[0016] 本發(fā)明中，所述的過渡金屬催化劑由過渡金屬化合物和膦配體組成。
[0017] 本發(fā)明中，所述的過渡金屬為元素周期表中的第W族的金屬，優(yōu)選為Ru、Rh、Pd、Ir 或Pt，更優(yōu)選為Rh。
[0018] 本發(fā)明中，所述過渡金屬化合物為可溶于反應(yīng)混合物的過渡金屬化合物，包括但 不限于過渡金屬鹵化物，過渡金屬碳酸鹽，過渡金屬與羰基化合物、乙酸丙酮化合物、羥基 化合物、環(huán)辛二烯、降冰片二烯、環(huán)辛烯、甲氧基化合物、乙?；衔?、脂肪族羧酸或芳香 族羧酸配位的配合物，優(yōu)選過渡金屬鹵化物、過渡金屬與羰基化合物、環(huán)辛二烯或乙?；?合物配位的配合物。
[0019] 作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明可使用的過渡金屬化合物的實例為RhCl3、Rh(0Ac)3、 Rh(cod)2BF4、[Rh(cod)Cl]2、Rh(C0)2acac、[Rh(cod)0H]2、[Rh(cod)0Me]2、Rh4(C0)12、 Rh6(C0)16、11*4(0))12或[Ir(cod)Cl]2等，其中，"acac"為乙酰丙酮配體，"cod"為環(huán)辛二稀 配體。
[0020] 本發(fā)明中，所述過渡金屬催化劑的膦配體含有1-2個磷原子，具有以下通式：
[0021]
[0022]
該配體具有2個磷原子且與過渡金屬形成螯合 物。
[0023] 其中，札、R2、私和R4相同或不同，分別獨立地表示C「C3的烷基，C4_C5的支化、未支 化的烷基或環(huán)狀烷基并可任選地含有1-2個烯屬雙鍵和/或1-4個相同或不同的選自 烷氧基、鹵素、。雜芳基取代基，或C6_C2。的支化、未支化的烷基或環(huán)狀烷基并可任選含 有1-4個烯屬雙鍵和/或1-4個相同或不同的選自C「C4烷氧基、鹵素、（VQ。雜芳基取代 基。
[0024] 作為更優(yōu)選的方案，通過舉例列出的如下化合物為本發(fā)明使用的配體：
[0026] 作為進一步優(yōu)選的方案，本發(fā)明使用的膦配體為
[0027]
(1，1 '-Bis[dimethylphospholane-1-yl]-ferrocene)或
[0028] 本發(fā)明中，所述膦配體各自可以以其兩種對映體（R，R)或（S，S)的形式使用。
[0029] 原則上，本發(fā)明中，原料E/Z雙鍵異構(gòu)體比例以及所用膦配體的對映異構(gòu)體類型 均會影響所獲得產(chǎn)物香茅醇的光學純度。
[0030] 本發(fā)明中，所述過渡金屬催化劑中，手性含膦配體與過渡金屬原子的摩爾比為 (0· 5-10) :1，優(yōu)選為（1-4) :1。
[0031] 本發(fā)明中，所述反應(yīng)底物橙花醛或香葉醛與過渡金屬催化劑中過渡金屬原子的摩 爾比為5000:1~100:1 ;優(yōu)選為1000:1~500:1。
[0032] 本發(fā)明中，在加入助催化劑的條件下進行不對稱催化氫化反應(yīng)。所述助催化劑為 堿/堿土金屬鹽，優(yōu)選為陰離子為鹵素的堿/堿土金屬鹽，包括但不限于氯化鈉、碘化鈉、氟 化鈉、溴化鈉、氯化鉀、碘化鉀、氟化鉀、溴化鉀、氯化鉀、碘化鈣、溴化鈣、氟化鈣、氯化鈣、碘 化鎂、氟化鎂、溴化鎂和氯化鎂中的一種或兩種或多種，進一步優(yōu)選為碘化鉀。
[0033] 本發(fā)明中，所述助催化劑與過渡金屬催化劑中金屬原子的摩爾比為1:10~50:1; 優(yōu)選1:1~10:1。
[0034] 本發(fā)明中，所述不對稱催化氫化可以在有溶劑條件下進行，也可以在無溶劑條件 下進行。所述溶劑為可溶解本發(fā)明所述過渡金屬催化劑和反應(yīng)底物橙花醛或香葉醛，且與 反應(yīng)產(chǎn)品不具有反應(yīng)性的溶劑；所述溶劑優(yōu)選為c5-c2。的脂肪烴、c6-c2。的芳香烴、C 。的 醇、CfCi。的酮和^-心。的醚中的一種或兩種或多種，進一步優(yōu)選為甲醇。
[0035] 本發(fā)明中，所述反應(yīng)底物的起始濃度為5~100wt%，優(yōu)選10~50wt%，基于溶劑 和反應(yīng)底物的總質(zhì)量。
[0036] 本發(fā)明中，所述不對稱催化氫化的反應(yīng)溫度為0~120°C，優(yōu)選20~80°C;反應(yīng)時 間為1~48小時，優(yōu)選10~20小時。
[0037]本發(fā)明中，所述不對稱催化氫化的反應(yīng)壓力（絕壓）為1~100巴，優(yōu)選10~50 巴。
[0038] 本發(fā)明中，所述不對稱催化氫化使用的氫氣的體積純度為99-100%。
[0039] 本發(fā)明中，所述不對稱氫化的反應(yīng)容器原則上為所有允許在本發(fā)明所述反應(yīng)條件 下，尤其是本發(fā)明所述反應(yīng)壓力和溫度下進行氫化反應(yīng)的容器，包括但不限于高壓釜、管式 反應(yīng)器和泡罩塔等。
[0040] 本發(fā)明方法可適用于實驗室小試和工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
[0041] 本發(fā)明方法成功地以高對映體過量，即大于90ee%對映體過量提供了光學純度的 橙花醇。通常而言，可獲得的最大對映體過量取決于所用底物的純度，尤其是待氫化的原料 中E/Z雙鍵異構(gòu)體比例，本發(fā)明取決于橙花醛或香葉醛的純度，本發(fā)明中反應(yīng)底物的純度 為 50-100mol%，優(yōu)選 90-100mol%。
[0042] 本發(fā)明中，橙花醛或香葉醛選擇性不對稱氫化得到光學純香茅醇的化學選擇性達 到98% -99. 9%，立體選擇性達到96% -99%，產(chǎn)品收率可達到88% -99%，原料轉(zhuǎn)化率可 達到90% -99. 9%，產(chǎn)品光學純度可達89-99ee%。
[0043] 本發(fā)明方法中，過渡金屬催化劑中的過渡金屬原子受橙花醛或香葉醛中醛基的誘 導(dǎo)作用優(yōu)先與底物的α，不飽和雙鍵配位，并由于手性膦配體的空間位阻效應(yīng)，使得催 化劑與底物結(jié)合時，形成了一個非常接近底物的手性環(huán)境，有效地控制了催化氫化過程的 立體專一性，從而得到光學純的中間體即香茅醛；隨著反應(yīng)的進行，α，β-不飽和雙鍵不 斷減少，過渡金屬催化劑進而繼續(xù)對醛基進行氫化得到光學純產(chǎn)物香茅醇。堿/堿土金屬 鹽助催化劑的陰離子部分通過與過渡金屬催化劑的相互作用形成一個更加穩(wěn)定的配體，提 高了催化劑的催化活性及穩(wěn)定性，從而使反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和催化劑的循環(huán)使用次數(shù)增加。
[0044] 本發(fā)明中，催化劑體系可與產(chǎn)物進行分離，實現(xiàn)催化劑的循環(huán)利用，所述分離可以 通過多種方式，包括但不限于蒸餾、萃取或結(jié)晶等方法，優(yōu)選蒸餾法。左旋香茅醇通過蒸餾 與催化劑體系分離的壓力（絕壓）為10_5000Pa，優(yōu)選100-1000Pa，溫度為25-150°C，優(yōu)選 50-120°C;分離后的催化劑體系可重復(fù)使用。
[0045] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0046] 1、在不對稱催化氫化體系中，同時使用過渡金屬催化劑和助催化劑，顯著提高了 反應(yīng)的化學選擇性和立體選擇性，并且助催化劑的存在提高了主催化劑的穩(wěn)定性；實現(xiàn)了 選擇性不對稱氫化以橙花醛或香葉醛為原料一步得到光學純的香茅醇。
[0047] 2、所選用的膦配體在與銠鹽的配位中，獲得了合適的二面角，該具有合適二面角 的催化劑，在與底物反應(yīng)時，其手性氛圍更加接近底物，從而更加有效地控制了產(chǎn)物的手 性；該膦配體與銠鹽配位形成的催化劑對醛基也具有催化加氫活性，從而實現(xiàn)了以橙花醛 或香葉醛為原料一步得到光學純的香茅醇。
[0048]3、產(chǎn)品的化學選擇性達到99. 9%、光學純度達到99ee%。
[0049] 4、本發(fā)明原料易得，工藝簡單、反應(yīng)條件溫和容易控制、產(chǎn)物易于分離純化，具有 工業(yè)化生產(chǎn)價值。
[0050] 附圖
[0051] 圖1為右旋香茅醇產(chǎn)品的氣相色譜圖；
[0052]圖2為左旋香茅醇產(chǎn)品的氣相色譜圖；
【具體實施方式】
[0053] 以下通過具體實施例對本發(fā)明方法做進一步說明，但本發(fā)明不限于所列出的實施 例，還應(yīng)包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)其他任何公知的改變。
[0054]氣相色譜儀：Agilent7890,色譜柱SupelcoP-DEX? 225,進樣 口溫度：220°C;分 流比50:1 ;升溫程序：初始溫度100°C;以5°C/min的速率升至120°C，保持Omin;以20°C/ min的速率升至200°C，保持7min，檢測器溫度：300°C;
[0055] 如附圖1和附圖2所示，其中，保留時間8.7min的色譜峰是右旋香茅醇；保留時間 8. 2min的色譜峰是左旋香茅醇。
[0056]澄花酸，99wt%，Aldrich ;
[0057]檸檬醛，96wt%，Aldrich ;
[0058]Rh(cod)2BF4,98wt%,Aldrich；
[0059] 1，1 ' -Bis[(2S，5S)-dimethylphospholane-l-yl]-ferrocene，97wt%，Aldrich;
[0060] 1，1 '-Bis[ (2R，5R)-dimethylphospholane-l-yl]-ferrocene，97wt%，Aldrich;
[0061]1，1 '-