戊二酸單薄荷酯合成工藝的研究

陳 瑨，霍萃萌，代本才，侯大年，馬 偉，趙永德

(河南省科學院化學研究所，河南鄭州 450002)

0 引言

薄荷醇是人們最為熟悉的一種清涼劑，具有清涼、新鮮的感覺，而且價格便宜，因此在食品、醫(yī)藥、日化、煙草等行業(yè)得到了廣泛的應用。但其缺點也有很多:薄荷的味道十分明顯，揮發(fā)性強，瞬時作用強烈，并帶有苦味和刺激性氣味;用量低時清涼效果不明顯;幾乎不溶于水且不耐高溫，在一些需經(jīng)高溫處理的食品、香煙中使用就受到了限制。為了克服這些缺點，人們不斷對薄荷醇的分子結(jié)構(gòu)進行修飾而得多種新型涼味劑，應用于不同的環(huán)境中［1］，特別是薄荷醇酯類的開發(fā)研究較多［2-6］。戊二酸單薄荷酯就是一種新型的清涼劑，單體本身幾乎無香氣，在口腔內(nèi)能產(chǎn)生清新持久的涼味，在皮膚上能產(chǎn)生清涼的感覺，無刺激性，可以用于食品、煙草及其它日化產(chǎn)品中。雖然國外對其有一些介紹［7-9］，但是目前國內(nèi)還沒有對其合成方法的文獻報道。戊二酸單薄荷酯的CAS號為220621-22-7，F(xiàn)EMA號為4006，已通過了美國FDA認證，在我國也被批準可以作為食品添加劑使用［10］。

戊二酸單薄荷酯是一種羧酸酯類化合物，其合成方法有以下幾種:羧酸與醇直接酯化，酯醇解，酰氯醇解，酸酐醇解及酰胺解等。本文以戊二酸酐和薄荷醇為原料，以DMAP為催化劑，直接反應合成戊二酸單薄荷酯，并對反應條件進行了篩選和優(yōu)化。

圖1 戊二酸單薄荷酯的合成

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

所用試劑均為化學純。

儀器:RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠);GC-6890A氣相色譜儀，F(xiàn)ID檢測器;FTS-60紅外光譜儀(Bio-Red);Thermo MSQ Plus電噴霧質(zhì)譜儀。

1.2 戊二酸單薄荷酯的合成方法

向100 mL三口燒瓶中加入薄荷醇7.81 g(0.05 mol)，戊二酸酐8.56 g(0.075 mol)、催化劑 0.61 g(薄荷醇的10%，物質(zhì)的量分數(shù))及溶劑30 mL。磁力攪拌，油浴加熱至所需溫度，反應10 h。反應結(jié)束后，抽濾除去沉淀物，濾液用10%Na2CO3溶液及飽和食鹽水洗滌2次，有機層用無水Na2SO4干燥，脫溶得到淡黃色黏稠液體戊二酸單薄荷酯粗產(chǎn)品，反應收率用氣相色譜儀進行檢測。產(chǎn)品經(jīng)IR和MS分析，確認為目標產(chǎn)物。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應物物質(zhì)的量比對反應的影響

選用薄荷醇為 0.05 mol，DMAP 0.61 g，氯仿 30 mL，溫度50℃，反應時間10 h，反應物物質(zhì)的量比對反應的影響見圖2。

圖2 戊二酸酐和薄荷醇物質(zhì)的量比對收率的影響

由圖2可見，反應收率隨著戊二酸酐與薄荷醇物質(zhì)的量比的增大而增大，當超過1.5∶1時，再增加戊二酸酐的用量，收率反而下降。因此，選擇戊二酸酐和薄荷醇的比例為1.5∶1合適。

2.2 催化劑對反應的影響

選用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，氯仿30 mL，溫度50℃，反應時間10 h，選擇不同的催化劑對反應的影響見表1。

表1 不同催化劑對收率的影響

從表1可以看出，戊二酸酐與薄荷醇在沒有催化劑存在下也能發(fā)生反應，只是收率很低，我們選擇了幾種堿做催化劑。使用催化劑之后，反應收率都有較為明顯地提高，其中以DMAP的效果最好。DMAP是一種酰化催化劑，尤其對高位阻、低反應活性的底物有較好的催化效果，且用量少，操作簡便。因此，我們選擇DMAP作為反應的催化劑。

2.3 溶劑對反應的影響

選用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，DMAP 0.61 g，溫度50 ℃，反應時間10 h，不同溶劑對反應的影響見表2。

表2 溶劑對收率的影響

根據(jù)反應物戊二酸酐、薄荷醇及催化劑的溶解性，我們選擇了二氯乙烷、氯仿及甲苯三種反應溶劑，從表2可以看出，幾種溶劑的效果差不多，相比之下甲苯做溶劑的收率要高些。

2.4 反應溫度對反應的影響

選用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，DMAP 0.61 g，甲苯30 mL，反應時間 10 h，反應溫度對反應的影響見圖3。

圖3 反應溫度對產(chǎn)率的影響

由圖3可以看出，隨著反應溫度的升高，收率不斷上升，綜合考慮，我們選擇了溶劑甲苯的回流溫度為110℃，此時反應收率最高。

2.5 反應時間對反應的影響

選用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，DMAP 0.61 g，甲苯30 mL，溫度110 ℃，反應時間對反應的影響見圖4。

圖4 反應時間對產(chǎn)率的影響

由圖4可以看出，隨著反應時間的增加，反應收率也隨之升高，當反應時間為10 h，收率達到最大，再增加反應時間，收率趨于穩(wěn)定。綜合考慮我們選擇了反應時間10 h。

2.6 催化劑用量對反應的影響

選用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，甲苯30 mL，回流反應10 h，催化劑DMAP的用量對反應的影響見圖5。

圖5 催化劑用量對產(chǎn)率的影響

由圖5可以看出，催化劑DMAP用量對反應收率的影響較大，當催化劑用量為薄荷醇的10%(物質(zhì)的量分數(shù))時，反應收率最大，之后再增加催化劑用量，反應收率沒有太大變化，從經(jīng)濟方面考慮，選擇催化劑用量為10%(物質(zhì)的量分數(shù))。

3 結(jié)論

戊二酸酐和薄荷醇在催化劑DMAP的作用下，以甲苯為溶劑，直接反應生成戊二酸單薄荷酯，最佳反應條件為:戊二酸酐和薄荷醇的物質(zhì)的量比為1.5∶1，110℃回流反應10 h，催化劑用量為10%(物質(zhì)的量分數(shù))，收率可以達到80%以上。

［1］吳奇林，李慶廷，肖友檢.涼味劑的研究進展［J］.香精香料化妝品，2008(6):33-39.

［2］Jarboe C H.Smoking tobacco product and method of making the same:US，3111127［P］.1963-11-19.

［3］劉善宇，李浩亮，李書芳，等.微波輻射法合成單琥珀酸薄荷酯［J］.煙草科技，2012(6):48-51.

［4］Mold J D，Kallianos A G，Shelbume F A.Carbonate esters of flavorants:US，3419543［P］.1968-12-31.

［5］童志杰，鄭正春.L-乳酸薄荷酯的合成［J］.精細化工中間體，2008(3):45-46.

［6］任建新，穆曉麗，羅 嘉，等.硅酸薄荷酯的合成研究［J］.精細化工中間體，2010，40(1):37-39.

［7］Mane J M，Ponge J L.Coolant compositions:US，5725865［P］.1998-10-10.

［8］Grainger B T，Kleinhenz R J，Christensen G W.Oral sensory perception-affecting compositions containing dimethyl sulfoxide，complexes thereof and salts thereof:US，6365215［P］.2002-04-02.

［9］Dewis M L，Huber M E，Cossette M V.Menthyl half acid ester derivatives，processes for preparing same，and uses thereof for their cooling/refreshing effect in consumable materials:US，6884906［P］.2005-04-26.

［10］Erman M B，Snow J W，Lebedev M Y.Process for making monomenthyl esters:US，7247743［P］.2007-07-24.