刘新新，王 敏

（富海研发有限公司，山东 东营 257400）

柠檬醛（citral）是一种非常重要的精细化学中间品，具有正反异构体——香叶醛（反式）和橙花醛（顺式）两种结构[1]，天然柠檬醛存在于很多植物中，其中柠檬草、丁香罗勒、山苍子等植物中含量尤其丰富，精油中柠檬醛含量占60%以上，工业上可以从天然精油中提取而得。但天然柠檬醛有一定的挥发性，在日常环境中易发生化学变化，不能被广泛应用，因此，采用化学合成方式制备柠檬醛具有重要意义。合成柠檬醛的方法主要有两条路线：（1）以甲基庚烯酮、乙炔为原料合成脱氢芳樟醇再经重排后制得；（2）以异丁烯为原料合成异戊烯醇、异戊烯醛，再进行醛醇缩合重排制得。

目前，全球只有3 家柠檬醛生产商，分别是德国巴斯夫集团（BASF），新和成控股集团有限公司（NHU）和日本可乐丽株式会社（Kuraray）。2018 年，全球柠檬醛总产能约为5.3 万 t·a-1,产量约为 4.1 万 t。随着巴斯夫与马来西亚国家石油公司（Petronas）合资在马来西亚新建的4 万t·a-1柠檬醛装置逐渐释放产

能，国内万华化学计划新建的4 万t·a-1柠檬醛及下游衍生物项目上马，全球柠檬醛供应将趋于过剩。

工业中，接近2 万t 柠檬醛用作合成β-紫罗兰酮，进而用于合成维生素A。同时，紫罗兰酮也是市场用量极大的香料品种之一，在香料领域紫罗兰酮年消耗量超过3000t。因此，掌握紫罗兰酮系列衍生物的合成方法，并以此开发新型香精香料对柠檬醛生产企业尤为关键，将对有效消化新增产能起到积极作用。

1 紫罗兰酮类香料

1.1 假性紫罗兰酮

假性紫罗兰酮是合成紫罗兰酮的必需中间体，应用比较广泛。企业一般合成假性紫罗兰酮后继续用来合成紫罗兰酮或其他酮类衍生物，假性产品流通量较小，国外也少有产品进行直接销售。

目前，工业上生产假性紫罗兰酮的一般方法是用柠檬醛与丙酮在NaOH 水溶液中发生醇醛缩合反应生成。

顾胜华等[2]采用浸渍法制备了KNO3/Al2O3固体碱催化剂，在催化合成假性紫罗兰酮的缩合反应中表现出良好的活性，当活性组分KNO3的负载质量分数为25%、浸渍时间为6h、焙烧温度为600℃时，所制备的催化剂催化合成假性紫罗兰酮产率可达87.5%。

近年来，微波辐照法在化学反应中常有应用，高频率的微波能够给予分子足够的反应能，从而有效的促进反应进行，进而缩短反应时间。赵扬等[3]在微波条件下进行了固体碱合成假性紫罗兰酮的探索，探索出合成假性紫罗兰酮的适宜工艺条件：0.1mol柠檬醛，使用NaOH/KOH 混合催化剂，摩尔比为1∶1，催化剂用量为1∶8，微波功率设置在400W，反应温度设定为50℃。在上述条件下反应2h，假性紫罗兰酮产物收率可达93.4%。微波辐射法也有一定的缺点，即微波发射器的功率大，不能长时间保持开启状态，必须使用一段时间后对其进行关机降温，只能间歇生产，工业上不适用于放大生产，无法满足大规模工业应用的需求。

1.2 α-紫罗兰酮

紫罗兰酮是香料行业极其重要的调香原料之一，又名香堇酮。由于双键位置不同使之有α、β、γ 3种同分异构体，天然提取物多是α 体和β 体的混合物，γ 体相对少见。其中α-紫罗兰酮香气柔和淳厚，接近紫罗兰酮花香，给人以温和嗅感，市场售价相对较高。

胡铁等[4]以柠檬醛为原料，经过假性紫罗兰酮这一中间体合成紫罗兰酮。合成假性紫罗兰酮的适宜工艺条件为反应温度40～45℃，NaOH 用量3.0（wt）%，丙酮∶柠檬醛摩尔比6∶1，反应 4h，假性紫罗兰酮的反应收率90.6%；合成紫罗兰酮的适宜工艺条件为反应温度50℃，假性紫罗兰酮∶85% H3PO4摩尔比1∶3，反应2h，紫罗兰酮收率达到89.8%，其中α 体质量分数为81.4%，β 体质量分数为15.6%；从柠檬醛合成α-紫罗兰酮收率为73.1%。

梁达文[5]用柠檬醛合成假性紫罗兰酮，假性产品不经分馏提纯，直接进入下一步环化，使用较高浓度H3PO4在苯中反应1.5h，α-紫罗兰酮的收率可达87.87%，从柠檬醛合成α-紫罗兰酮的收率经核算为81.54%。

丁健桦[6]同样采用微波技术促进反应, 使用制备和后处理简单且环保的固体催化剂, 合成了α-紫罗兰酮。

1.3 β-紫罗兰酮

β-紫罗兰酮在室温下具有特殊的紫罗兰花香，是十分重要的精细化学中间体，一般用来合成维生素A，是紫罗兰酮系列产品中使用量最大的一种。近年来研究人员也发现它在药理学、药物学上的特殊应用，例如β-紫罗兰酮可明显地抑制雌激素阳性（ER+）人乳腺癌 MCF-7 细胞的增殖，并诱导该细胞产生凋亡[7]。

β-紫罗兰酮天然存在于树毒、紫罗兰等多种植物中，工业中也可由柠檬醛与丙酮在金属或碱土金属水溶液中缩合，再使用酸催化剂环化制得。

万华化学[8]以改性酸性功能化离子液体作为催化剂，将假性紫罗兰酮环化成β-紫罗兰酮。采用改性酸性功能化离子液体作为催化剂，实现了高反应转化率和β-紫罗兰酮收率，反应转化率达到99%以上，β-紫罗兰酮收率达到94%；并且催化剂分离套用多次后仍保持较高的转化率和收率，反应转化率仍然在99%以上，反应收率仍维持90%以上。

上海应用技术大学[9]的专利CN109970535A 使用发烟硫酸作为环合剂，并加入石油醚、甲醇作为溶剂，使环合过程中的β-紫罗兰酮选择性明显增加，含量达到97%以上。

超重力反应器具有强化混合的优势,贺晓勤[10]在搅拌釜和超重力反应器中进行了假性紫罗兰酮在浓硫酸环境中催化合成β-紫罗兰酮的探索研究，与机械搅拌的釜式反应器相比，超重力实验采用的循环工艺能够降低有机溶剂用量，提高目标产物收率，并且处理量大，β-紫罗兰酮收率能够达到93%以上。

1.4 甲基紫罗兰酮

甲基紫罗兰酮是一种具有独特香气的香料，其香气盛甜，既有紫罗兰的香气，又有莺尾幽雅的甜香，还带有金合欢的气息，因此在香料调配方面用途广泛。

甲基紫罗兰酮是一种无色至淡黄色液体，由6种同分异构体组成:α-异甲基紫罗兰酮,α-正甲基紫罗兰酮,β-异甲基紫罗兰酮、β-正甲基紫罗兰酮、γ-异甲基紫罗兰酮、γ-正甲基紫罗兰酮; 其中以α-异甲基紫罗兰酮香气最为优雅、柔和。

经过市场检验，流通最广泛的甲基紫罗兰酮是α-构型混合物，即α-正甲基紫罗兰酮和α-异甲基紫罗兰酮，多以混合物进行出售，其他构型在市场流通上并不多见。

甲基紫罗兰酮与紫罗兰酮构型类似，多了一个甲基。采用类似的合成路线，使用甲基乙基酮与柠檬醛反应，即可得到假性甲基紫罗兰酮的异构体，然后再关环重排即可生成正（异）甲基紫罗兰酮[11]。

山东新和成药业有限公司[12]的专利CN108017 525A 中一锅法高效地合成了α-异甲基紫罗兰酮，获得的成品中α-异甲基紫罗兰酮的选择性达到95.0%以上。

黄喜根[13]以TiO2/SO2-4固载强酸做催化剂，实验研究了以假性异甲基紫罗兰酮合成甲基紫罗兰酮的方法。在的投料比下，反应温度控制在15-25℃，反应时间为1.5h。该优化条件下，反应收率为92%～93%，其中α体质量分数为77%左右。

2 其它酮类衍生物

2.1 鸢尾酮

鸢尾酮（irones）为鸢尾精油香气的主要成分，是一种无色或淡黄色的油状液体。因具有柔和、持久、淳厚的木香或紫罗兰香气，鸢尾酮被公认为是紫罗兰酮系列香料中最高档、最名贵的一种，它可广泛用于食品、烟草、香皂、化妆品、衣物、书画和纸张等产品中，添加痕量即可芳香四溢。虽合成路线有多种，但研究表明，用柠檬醛合成鸢尾酮虽难度很大，但路线却相对简单、经济性较强。

胡铁[14]研究了以9,10-环亚甲基假紫罗兰酮为原料，经关环反应合成鸢尾酮的工艺，关环反应的收率达到90.1%，产品中α-鸢尾酮的含量达到60.2%。

2.2 木材酮

木材酮（timberone）具有在香料工业中非常受欢迎的树木/唬拍香味。Werner BF 等[15]发明了木材酮的制备方法。

图1 木材酮合成路线Fig.1 Synthesis route of timberone

2.3 甲位二氢突厥酮

甲位二氢突厥酮香气独特，备受调香师及用户喜爱。生活中，部分名贵的烟草中添加痕量该类物质，便使得香烟香味更加清香柔和，沁人心脾。

Elisabetta Azzari[16]使用（Me3Si）2CuLi.LiCN 为试剂，成功合成出了甲位二氢突厥酮，总收率为22%。具体路径如下:

图2 甲位二氢突厥酮合成路线Fig.2 Synthesis route of α-Dihydroturkinone

2.4 β-大马烯酮

β-大马烯酮，又名β-突厥烯酮，是大马士革玫瑰（Rosa damascena）精油香气的重要成分，具有清甜的玫瑰花香、干草香气、草莓和苹果等水果香韵等香气特征。

任天鹭[17]在课题组工作的基础上，使用5L 反应釜单次合成了300g β-大马烯酮产品，并使用减压蒸馏提纯装置对产物进行分离纯化，最终得到纯度达到94%的β-大马烯酮产品，收率高于80%。

图3 β-大马烯酮合成路线Fig.3 Synthesis route of β-Damascenone

3 结语

柠檬醛作为一种重要的维生素及香料中间体，有着广泛的应用，但近年来国际化工巨头对柠檬醛大规模的新建及扩建加剧了柠檬醛的市场销售压力，因此，向下游延伸产业链对柠檬醛生产企业保持行业竞争力十分重要。紫罗兰酮系列产品虽合成路线相对成熟，但如何在传统的路线上进行改进，提高目标产品（特别是流通量大的香料产品）收率，仍需加大研究力度。同时，由于柠檬醛特殊的化学结构，同步开展以柠檬醛为原料合成其它新型香料产品的研究，同样值得人们关注，有助于进一步丰富调香师的选择，满足人们对不同香气产品的需求。