皮少锋 胡 铁，2 王 烨 高海丽 孙汉洲 黎继烈

PI Shao－feng 1 HU Tie 1，2 WANG Ye 1 GAO Hai－Li 1 SUN Han－zhou 1 LI Ji－lie 1

（1.经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室（中南林业科技大学），湖南 长沙 410004；2.广州航海学院，广东 广州 410208）

（1.Key Laboratory of Cultivation and Protection for Non－Wood Forest Trees （Central South University of Forestry and Technology），Ministry of Education，Changsha，Hunan 410004，China；2.Guangzhou Maritime Institute，Guangzhou，Guangdong 510725，China）

鸢尾酮（5－甲基－紫罗兰酮）是从葛蒲科植物莺尾中提取的莺尾油的特征香气成分，为无色或淡黄色透明液体，具有柔和的甜香，香气清新纯正，是紫罗兰酮系列香料中最名贵的一种，常用作高级化妆品香精香料［1］。鸢尾酮在食品行业中用作高档食品的增香剂，是GB 2760—2011规定允许使用的食用香料，主要用以配制树莓、草莓等型香精，还可作为精细化工原料合成某些药物和其它香料等。因为鸢尾酮在天然植物中含量极微［2］，提取利率低，价格昂贵，目前国际上采用合成法制备鸢尾酮的仅有瑞士和日本少数国家，年产量较低［3］，远远不能满足市场需求。Miyashita等［4］以香茅醛为起始原料经氧化、酯化、甲基化、水解、脱氯化氢、还原、氧化等多步骤合成鸢尾酮，此路线中多步反应条件苛刻，较难实现产业化。Beatrice等［5］和 Torii等［6］以柠檬醛为原料，采用格氏试剂法制备鸢尾酮，但这一制备路线操作条件苛刻、路线繁琐、鸢尾酮收率低，难以实现工业生产。刘晓庚等［7］以柠檬醛与丙酮在碱存在下制备假性紫罗兰酮，然后甲基化定位制备假鸢尾酮，再环化制备鸢尾酮，总收率47.9%，此法反应步骤少，但收率稍低，收率低的关键原因是假鸢尾酮得率偏低。可见要提高制备过程中鸢尾酮的收率，关键是要解决中间体的甲基化定位准确性的难题。中国山苍子油资源丰富，以山苍子油中的柠檬醛为原料合成鸢尾酮虽然难度大，但这是一条最简捷的工艺路线。

本研究的目的产物9，10－环亚甲基假紫罗兰酮是利用柠檬醛路线制备鸢尾酮的过程中关键的中间体之一。本研究拟以柠檬醛为原料，通过柠檬醛→假性紫罗兰酮→9，10－环亚甲基假紫罗兰酮→鸢尾酮的工艺路线，探讨关键中间体9，10－环亚甲基假紫罗兰酮的合成反应机理和主要影响因素，旨在找到一种活性高、选择性好的甲基化定位剂和较为温和的工艺条件，以提高9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率，为后序环化制取质量好和收率高的鸢尾酮创造有利条件。

1 材料与方法

1.1 材料

假紫罗兰酮：在1 000 m L的四口烧瓶中，加入520 m L丙酮、NaOH 5.4 g和滴加200 m L柠檬醛。控制反应温度45℃，反应4 h（GC跟踪检测），反应完全后，反应液用36%的冰醋酸溶液中和至p H＝6～7，回收丙酮，有机层用60 m L饱和食盐水洗涤后减压蒸馏，收集沸点为110～120℃（760 Pa）的馏分，得到假紫罗兰酮样品，收率90.6%，纯度为98%（GC，峰面积归一化法）。

锌铜偶：本实验室自制。将6 g醋酸铜与80 m L冰醋酸放入500 m L装有电动搅拌器的烧杯中，加热溶解，搅拌并慢慢加入65 g已活化锌粉，搅拌5 min，静置沉淀，除去上层清液。沉淀物依次用冰醋酸（80 m L）、乙醚（120 m L×4）洗涤，真空干燥得含铜5%锌铜偶试剂。

柠檬醛：97%，湖南湘农山香油脂香料有限责任公司；

丙酮、二碘甲烷、锌粉、二氯甲烷、乙醚、氢氧化钠、醋酸铜、氯化铵、冰醋酸、无水硫酸钠：均为国产分析纯试剂。

1.2 仪器

气相色谱—质谱联用仪（GC—MS）：HP7890－HP 5975C型，美国安捷伦科技有限公司；

核磁共振波谱仪：Bruker Avance DRX 500型，德国布鲁克公司。

1.3 试验方法

1.3.1 9，10－环亚甲基假紫罗兰酮的制备 在N2保护下，于500 m L的四口烧瓶中，按试验设定比例加入锌铜偶、乙醚和二氯甲烷混合溶剂，控制反应液温度，滴加假紫罗兰酮 （0.25 mol）和二碘甲烷的混合物 （25 min滴完），反应一定时间后 （GC跟踪检测原料消耗完毕），加入饱和氯化铵溶液，充分洗涤后过滤，分出有机层，减压蒸馏，收集9，10－环亚甲基假紫罗兰酮的组分，得到9，10－环亚甲基假紫罗兰酮样品。

1.3.2 单因素试验 依次进行溶剂比、物料摩尔比反应温度、反应时间的单因素试验，分析各因素对9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率的影响，并筛选较优参数。

1.3.3 正交试验 在单因素试验结果的基础上，选取溶剂比、物料摩尔比、反应温度、反应时间进行正交试验，优化环化合成9，10－环亚甲基假紫罗兰酮的工艺参数。

1.3.4 样品定量定性检测 采用GC—MS检测，定量数据用峰面积归一化法计算。测式条件：HP－5石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm），程序升温：柱初始温度70℃，保持2 min，升温速率3℃／min，升温至180℃，升温速率改为10℃／min，升温至250℃，保持5 min，载气为氮气，流速25 m L／min，分流比50∶1，气化室温度为250℃（FID）。定性测式条件：质谱EI源70 e V，倍增器电压1 500 V，扫描范围33～500 m／z，全扫描方式。

2 结果与分析

2.1 9，10－环亚甲基假紫罗兰酮环化反应机理初步探讨

假紫罗兰酮（1）甲基化定位制备9，10－环亚甲基假紫罗兰酮（2），再环化制备鸢尾酮（3，4，5）的反应过程（图1）：

图1 鸢尾酮的合成路线Figure 1 Synthesis route of Irone

假紫罗兰酮甲基化定位制备9，10－环亚甲基假紫罗兰酮是锌卡宾与双键形成三元环的环亚甲基反应。假紫罗兰酮分子中含有3个碳碳双键，9，10位为孤立的碳碳双键，3，4位与5，6位为共轭的2个碳碳双键。孤立双键受2个甲基的给电子影响，电子云密度加大；而2个共轭双键受羰基的共轭和诱导效应影响，双键上的电子向羰基偏移，电子云密度降低。有文献［8，9］报道，锌卡宾优先与电子云密度较大的双键反应，因此，在反应过程中，锌卡宾优先与9，10位的碳碳双键反应。由于锌卡宾有较高的反应活性，当反应温度较高时，也能与5，6位的碳碳双键反应，所以，反应温度对甲基化定位选择性有较大的影响。

2.2 溶剂比对收率的影响

醚类溶剂是路易斯碱，可与锌铜偶配位有利于锌卡宾形成，二氯甲烷的配位能力较低，但对锌卡宾溶解能力大，有利于锌卡宾的稳定［10］。所以，锌卡宾反应常用二氯甲烷和乙醚混合溶剂为反应溶剂，有利于锌卡宾中间体的形成和稳定，增加反应收率。按1.3.1制备方法，改变溶剂比，考察不同溶剂比对9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率的影响，结果见图2。当溶剂比V二氯甲烷∶V乙醚＞6∶1时，9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率较低，GC检测结果发现，有部分原料未反应，说明当乙醚用量少时，有部分锌卡宾没有稳定下来，分解后发生了副反应，导致锌卡宾利用率下降，反应不完全。当溶剂比为3∶1时，9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率更低，GC检测结果发现，有更多的原料未反应，说明当乙醚用量多时，由于混合溶剂对锌卡宾的溶解能力下降，有更多的锌卡宾没有稳定下来，导致反应更不完全。当溶剂比为4∶1时，9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率最高，GC检测原料已经转化完全，因此适宜的二氯甲烷和乙醚溶剂比为4∶1～6∶1。

表2 正交试验组合及结果Table 2 Combinations and the results of orthogonal experiment

由表2可知，以反应收率为指标进行分析，假紫罗兰酮制备9，10－环亚甲基假紫罗兰酮的影响因素主次顺序为物料比、反应温度、反应时间、溶剂比，最佳反应参数组合A2B3C2D2，即反应温度35℃、反应时间6 h、物料比物料摩尔比n假紫罗兰酮∶n锌铜偶∶n二碘甲烷＝1∶3.0∶3.0，溶剂比V二氯甲烷∶V乙醚＝4∶1。

按正交试验所得的最佳反应条件进行验证实验，重复5次，制备9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率为74.2%，从柠檬醛合成鸢尾酮三步反应的总收率为60.6%（以柠檬醛计）［11，12］，与刘晓庚等［7］试验的鸢 尾酮 总收率 47.9%比较，有较大提高。

3 结论

假紫罗兰酮经过锌卡宾环甲基化制备9，10－环亚甲基假紫罗兰酮的工艺优化试验表明，在35℃温度下，混合溶剂中V二氯甲烷∶V乙醚＝4∶1，物料摩尔比n假紫罗兰酮∶n锌铜偶∶n二碘甲烷＝1∶3∶3，反应6 h，9，10－环亚甲基假紫罗兰酮收率为74.2%。

利用中国优势资源植物山苍子油中的柠檬醛为原料，制备中间体假紫罗兰酮、9，10－环亚甲基假紫罗兰酮后，再经催化环化制得高级香料鸢尾酮，鸢尾酮收率较高，具有潜在的产业化价值。

1 Brennan E，Fuganti C，Serra S.From commercial.From commercial racemic fragrances to odour active enantiopure compounds：the ten isomers of irone［J］.Comptes Rendus Chimie，2003，6（5）：529～546.

2 Krick W，Marner F－J，Jaenicke L.On the stereochemistry of natural irones，dihydroirones，and their precursors［J］Helv.Chim.Acta，1984，67（7）：318～324.

3 Marner F－J，Runge T，Konig W A.Separation of enantiomeric irones by gas－liquid chromatography on modified cyclodextrins［J］.Helv.Chim.Acta，1990，73（8）：2 165～2 170.

4 Miyashita M，Makino N，Singh M，et al.Synthesis of the natural enantiomers of irone，from （＋）－citronellal［J］.J.Chem.Soc.Perk in Trans，1982（1）：1 303～1 309.

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11 胡铁，王烨，皮少锋，等.柠檬醛合成紫罗兰酮的工艺优化［J］.食品与机械，2014，30（1）：224～227，247.

12 王烨.由山苍子油合成三种香料的工艺研究［D］.长沙：中南林业科技大学，2013.