茶螺烷的合成方法改進

劉長輝，丁雙超，張 哲

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茶螺烷的合成方法改進

劉長輝1*，丁雙超2，張 哲1

(1. 湖南城市學院材料與化學工程學院黑茶金花湖南省重點實驗室，湖南 益陽 413000；2. 湖南省桃江縣第四中學，湖南 桃江 413000)

本文以α-紫羅蘭酮為原料，經間氯過氧苯甲酸環氧化、甲醇鈉開環、連二亞硫酸鈉還原碳碳雙鍵，硼氫化鈉還原羰基及脫水等5步反應合成了茶螺烷，產物結構經IR、1H-NMR和MS確證﹒通過改進生產工藝，總收率可達59.4%﹒

茶螺烷；α-紫羅蘭酮；連二亞硫酸鈉；4,5-環氧-α-紫羅蘭酮；二氫-β-紫羅蘭酮

茶螺烷(Theaspirane)是桂花精油、覆盆子及紅茶等天然植物的成分，具有獨特的紅茶香氣，兼具果香、木香等特征，廣泛用于香精、卷煙及茶飲料[1,2]﹒目前，采用經濟、高效的方法合成茶螺烷引起關注[3-9]，其全合成路線主要有：(1)2,6,6-三甲基環己-2-烯酮經炔二醇中間體等4步反應合成茶螺烷，總收率64%[7]，但原料昂貴，炔二醇不易得到，而且有2步反應需高壓加氫還原，設備要求高[3]﹒(2)以β-紫羅蘭酮為原料，經環氧化、酸性開環、選擇性加氫還原、羰基還原及脫水等5步反應得到茶螺烷，總收率35%[8]﹒原料易得，但總收率偏低且高壓加氫反應對設備要求高[3]﹒(3)Young課題組[9]以β-紫羅蘭酮為原料，經Ph3SnH選擇性還原、異丁基過氧化氫物/CrO3環氧化、CeCl3-NaBH4還原得到3-羥基二氫-β-紫羅蘭醇，再經脫水關環制得茶螺烷﹒然而，Ph3SnH的價格昂貴且鉻試劑污染環境﹒(3)劉長輝等[6]對文獻方法[9]進行改進，以鹽酸替代硫酸進行環氧開環，改用超聲輻射加氫還原，用亞硫酸氫鈉替代硫酸進行脫水關環，具有原料易得及操作簡單等優勢，且總收率高達57.8%，見圖1﹒

圖1 鹽酸替代硫酸環氧開環制備法

本文對茶螺烷的Young合成工藝進行改進，以α-紫羅蘭酮為原料，經間氯過氧苯甲酸環氧化、甲醇鈉開環、連二亞硫酸鈉選擇性還原碳碳雙鍵，硼氫化鈉還原羰基得4-羥基-7,8-二氫--紫羅蘭酮中間體，再經脫水關環制得茶螺烷，其合成路線見圖2﹒

圖2 Young合成工藝改進法

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

Inova-400 MHz型核磁共振譜儀(TMS內標，CDCl3溶劑，美國Vanian公司)；QP-2010型氣相色譜-質譜聯用儀(日本島津公司)；QP-2010型氣相色譜儀(日本島津公司)；Avatar-360-FT型傅里葉紅外光譜儀(KBr壓片，美國Nicolet公司)﹒α-紫羅蘭酮(GC含量95%，工業品)；間氯過氧苯甲酸(85%，工業品)；其它試劑均為分析純，不經純化直接使用﹒

1.2 合成

1.2.1 4,5-環氧-α-紫羅蘭酮的合成

將20.2 g(100 mmol)?α-紫羅蘭酮與150 mL二氯甲烷加入250 mL三口燒瓶中﹒冰浴冷至5℃以下，攪拌下分批添加21.2 g(105 mmol)間氯過氧苯甲酸，確保反應溫度不超過10 ℃﹒每次添加后繼續攪拌5 min﹒添加完畢，于10 ℃以下繼續反應1 h，薄層色譜(TLC)控制反應進程﹒反應完畢，反應液依次用飽和食鹽水、飽和碳酸鈉溶液和水洗滌，無水氯化鈣干燥，除溶劑，硅膠柱層析分離(洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯，/，4︰1)，得淺黃色油狀液體4,5-環氧-α-紫羅蘭酮19.8 g，產率為95%﹒

1.2.2 4-羥基-β-紫羅蘭酮的合成

取10.4 g(50 mmol)4,5-環氧-α-紫羅蘭酮于50 mL甲醇中，加入含4.9 g甲醇鈉(55 mmol)的甲醇溶液50 mL，回流3 h，TLC控制反應進程﹒反應完畢，冷卻至室溫，冰醋酸調節pH值為6～7﹒除甲醇后，加入蒸餾水100 mL，乙酸乙酯萃取(100 mL×2)﹒合并有機層，無水硫酸鎂干燥，除溶劑，得紅色黏稠狀油狀液體4-羥基--紫羅蘭酮9.2 g，產率為88.9%﹒

1.2.3 4-羥基-7,8-二氫-β-紫羅蘭酮的制備

取2.08 g(10 mmol)4-羥基--紫羅蘭酮溶于35 mL的1,4-二氧六環﹒加入含5.5 g碳酸氫鈉的溶液35 mL及2.5 g(14.36 mmol)連二亞硫酸鈉，于50 ℃下劇烈攪拌約1 h，并在1 h內分三次添加2.5 g(14.36 mmol)連二亞硫酸固體，TLC控制反應進程﹒反應完畢，冷至室溫，加0 ℃水至溶液變澄清，無水乙醚(25 mL×3)萃取，無水硫酸鈉干燥，濃縮，硅膠柱層析分離(洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯，/，4︰1)，得淡黃色油狀液體4-羥基-7,8-二氫--紫羅蘭酮1.70 g，產率為82%﹒MS: m/z 192(M+-H2O, 17);1H-NMR(CD3Cl), δ: 0.90(s, 6H), 1.01(s, 3H), 1.81(s, 3H), 1.12~1.85(m, 4H), 2.02(s, 1H); 2.13(s, 3H), 2.22~2.81(m, 4H), 3.96(t,=4.4 Hz, 1H); IR(KBr) ν/cm-1: 1 652，與文獻[10]相符﹒

1.2.4 4-羥基-7,8-二氫-β-紫羅蘭醇的制備

在50 mL三口燒瓶中加入20 mL無水乙醇及1.05 g(5.0 mmol)4-羥基--紫羅蘭酮，于室溫下攪拌30 min后冷至0 ℃左右﹒加入0.29 g(7.5 mmol)硼氫化鈉，TLC跟蹤反應﹒反應完畢，加入50 mL飽和食鹽水，乙酸乙酯(20 mL×3)萃取，無水硫酸鈉干燥，濃縮，硅膠柱層析分離(洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯，/，4︰1)，得淡黃色油狀液體4-羥基-7,8-二氫--紫羅蘭醇0.94 g，產率為90.5%﹒MS: m/z 194(M+-H2O, 5);1H-NMR(CDCl3, TMS), δ: 0.97, 1.05(s, 6H), 1.24(3H, d,=6 Hz), 1.70(s, 3H), 3.85(d,=6 Hz, 1H), 3.92(t,=4.5, 1H)；IR(KBr) ν/cm-1: 3 645，與文獻值[11]相符﹒

1.2.5 茶螺烷的合成

在50 mL三口燒瓶中加入0.53 g(2.5 mmol)4-羥基-7,8-二氫--紫羅蘭醇，7.5 mL氯仿及1.4 g強酸性離子交換樹脂Amberlyst-15，并在-20 ℃下于氮氣中反應1 h﹒升至室溫，飽和碳酸鉀溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，除溶劑，硅膠柱層析分離(洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯，/，3︰1)，得無色液體茶螺烷0.46 g，產率94.8%﹒MS: m/z(%), 194(M+, 1);1H-NMR(CDCl3, TMS), δ: 0.85, 0.98(s, 6H), 1.25(s, 3H), 1.65(s, 3H), 4.15(m, 1H), 5.23(m, 1H); IR(KBr), ν/cm-1: 1 480, 1 455, 1 375, 1 360, 1 285, 1 195，與文獻值[12]相符﹒

2 結果與討論

2.1 4-羥基-β-紫羅蘭酮的合成

文獻[13]采用逐滴滴加間氯過氧苯甲酸的二氯甲烷溶液進行β-紫羅蘭酮的環氧化﹒實驗中發現，間氯過氧苯甲酸難溶于二氯甲烷，導致β-紫羅蘭酮的轉化率偏低且副反應較多﹒本文采用分批加入間氯過氧苯甲酸的方法并控制反應溫度在10 ℃以下，有利于反應產率的提高﹒

2.2 4-羥基-7,8-二氫-β-紫羅蘭酮的合成

以甲醇為溶劑，甲醇鈉催化開環脫水得到化合物4-羥基-β-紫羅蘭酮﹒實驗中發現，甲醇鈉的用量影響反應速率，但對產率的影響不大﹒

2.3 4-羥基-7,8-二氫-β-紫羅蘭醇的合成

文獻[9]報道Ph3SnH選擇性還原碳碳雙鍵，但反應物價格昂貴﹒本文以連二亞硫酸鈉作還原劑，50 ℃下反應1 h，產率可達92%，反應時間短、收率高、后處理方便、環境友好﹒

2.4 茶螺烷的合成

一般的環化脫水采用對甲苯磺酸或濃硫酸作催化劑，反應時間長，后處理繁瑣﹒本文參考文獻[9]方法采用強酸性離子交換樹脂催化脫水合成茶螺烷，具有環境友好、后處理簡單、收率高等優勢﹒

本文以α-紫羅蘭酮為原料，經5步反應成功合成了茶螺烷，原料易得、條件溫和、易于控制、選擇性好、工藝簡單、操作方便，具有較大開發價值，但產品分離純化效率還有待進一步提高﹒

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(責任編校：龔倫峰)

An Improvement on the Synthesis of Theasiprane

LIU Changhui1*, DING Shuangchao2, ZHANG Zhe1

(1. College of Materials and Chemical Engineering, Huan Provincial Key Lab of Dark Tea and Jin-hua, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China; 2. The Fourth Highschool of Taojiang, Taojiang, Hunan 413000, China)

In this paper, theasiprane was synthesized from α-ionone via epoxidation by metachloroperbenzoic acid, ring opening by sodium methoxide, reduction of carbon-carbon double bond by sodium dithionite, reduction of carboxide by sodium borohydride, and intramolecular cyclodehydration with an overall yield of approximate 59.4%. The structures were characterized by IR,1H-NMR and MS.

theasiprane; α-ionone; sodium dithionite; 4,5-epoxy-α-ionone; dihydro-β-ionone

O622.4

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.04.0016

1672–7304(2017)04–0071–03

2017-07-07

國家自然科學基金項目(21675042)；湖南省教育廳優秀青年項目(15B043)；黑茶金花湖南省重點實驗室開放基金項目(HC6120)

劉長輝(1976- )，男，湖南衡陽人，副教授，博士，主要從事化學分析與生物傳感研究﹒E-mail: changzi915@126.com