專利名稱：環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)氧化合物的合成方法，具體是一種環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法。
背景技術(shù)：
環(huán)氧香紫蘇醇是一種由香紫蘇醇[化學名稱為8α，13-二羥基-15，16-二脫氫賴伯當]合成香料降龍涎醚[化學名稱為1，2，3a，4，5，5a，6，7，8，9，9a，9b-十氫-3a，6，6，9a-四甲基萘并[2，1-b]呋喃，商品名Ambrox，Ambroxan，Amberoxide等]和香紫蘇內(nèi)酯[化學名稱為1，2，3a，4，5，5a，6，7，8，9，9a，9b-十二氫-3a，6，6，9a-四甲基萘并[2，1-b]呋喃-2(1H)-酮]的重要中間體。環(huán)氧香紫蘇醇也是制備香紫蘇四醇[化學名稱為8α，13，14，15-四羥基賴伯當]的重要原料。
以往報道的方法中，環(huán)氧香紫蘇醇是用有機過氧酸作為氧化劑對香紫蘇醇進行環(huán)氧化反應合成的。德國專利(DE4 124 726)公開的合成方法是用間氯過氧苯甲酸(m-CPBA)在有機溶劑如二氯甲烷中和乙酸鈉存在下對香紫蘇醇進行環(huán)氧化反應。J.Moulines等人提出的合成方法是用過氧乙酸在乙酸乙酯中和乙酸鈉存在下進行環(huán)氧化反應(反應8天)合成(J.Moulines，A.-M.Lamidy，D.V.Breuil，Synth.Commun.(合成通訊)，2001，31，749)。過酸是進行烯烴環(huán)氧化反應的傳統(tǒng)氧化劑，其優(yōu)點是反應簡單、收率一般較高。但過酸做氧化劑的明顯缺點是成本昂貴、原子利用率很低，而且反應時間比較長。另外，許多過氧酸穩(wěn)定性差，在運輸、儲存和使用過程中易于分解，有時還會發(fā)生爆炸，安全性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述環(huán)氧香紫蘇醇制備方法的缺點，提供一種簡便、清潔、高效、安全、產(chǎn)品成本低的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法。
解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是以香紫蘇醇為原料，以過氧化氫溶液為氧化劑，用含過渡金屬元素特別是VB族或VIB族過渡金屬元素的水溶性和/或在有機溶劑中可溶的化合物作為活化過氧化氫的催化劑，在水-有機溶劑均相體系或水-有機溶劑兩相體系中，在水-有機溶劑兩相體系中還包括一種相轉(zhuǎn)移催化劑，使香紫蘇醇環(huán)氧化為環(huán)氧香紫蘇醇，然后采用常規(guī)方法如蒸餾、萃取和重結(jié)晶進行分離和提純，得環(huán)氧香紫蘇醇。其反應方程式如下 香紫蘇醇環(huán)氧香紫蘇醇本發(fā)明中所用的過氧化氫溶液的重量百分比濃度是1～90％，一般是商業(yè)慣用的重量百分比濃度是10～60％，優(yōu)選的重量百分比濃度是15～50％。
本發(fā)明中過氧化氫摩爾用量是原料香紫蘇醇的1～10倍，優(yōu)選的是1.1～2.2倍。
本發(fā)明中活化過氧化氫的催化劑優(yōu)選的是釩、鉬或者鎢的同多酸或雜多酸及其水溶性和/或在有機溶劑中可溶的鹽，或者它們的過氧化物。催化劑的加入量以催化劑中活性金屬原子如W的摩爾數(shù)/香紫蘇醇的摩爾數(shù)計為香紫蘇醇的0.1～10％，優(yōu)選的是1～5％。
反應的介質(zhì)可以為由水和能夠與水無限可溶、對過氧化氫惰性的有機溶劑構(gòu)成的水-有機溶劑均相體系，也可以是由水和在水中的溶解度較低或者在水中難溶的、對過氧化氫惰性的有機溶劑構(gòu)成的水-有機溶劑兩相體系。反應體系中的水來自過氧化氫溶液自身所帶的水，一般不需要額外加入。選擇有機溶劑的一個前提是反應底物即香紫蘇醇和產(chǎn)物均能夠很好地被溶解。
上述的水-有機溶劑均相體系中的有機溶劑包括低級的脂肪族叔醇，低級的脂肪族羧酸酰胺，低級醚、環(huán)醚、多醚或環(huán)狀多醚，低級的脂肪腈，低級的硝基烷烴，或者它們中的兩種或多種溶劑的混合物。優(yōu)選的有機溶劑為叔丁醇、二氧六環(huán)、乙腈、四氫呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、聚二乙二醇二甲醚、聚二乙二醇二乙醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、硝基甲烷，或者它們中的兩種或多種溶劑的混合物。
上述的水-有機溶劑兩相體系中的有機溶劑包括多鹵代烷烴、鹵代芳烴，烷烴、環(huán)烷烴、芳烴或烷基芳烴，C6-18的脂肪醇，C1-18的脂肪醇與C1-18的脂肪酸或芳香酸構(gòu)成的酯，C8-18的脂肪醚、芳香醚或混合醚，或者它們中的兩種或多種溶劑的混合物。優(yōu)選的有機溶劑為二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、氯苯、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、正丁醚、苯甲醚，或者它們中的兩種或多種溶劑的混合物。
在水-有機溶劑兩相體系中進行環(huán)氧化反應時，反應體系中還包括至少一種式1或者式2所示結(jié)構(gòu)的季銨鹽或者季鏻鹽作為相轉(zhuǎn)移催化劑 式1 式2式中X＝N或P；Y＝I，Cl，Br，HSO4，OH，BF4，CN等；R1、R2、R3、R4分別為H或者C1-C18的烷基、芳基、芳烷基，它們可以相同，也可以不同。相轉(zhuǎn)移催化劑的加入量為活化過氧化氫的催化劑中負離子荷電數(shù)目的0.1～3.0倍。
在均相體系中進行反應時，也加入相轉(zhuǎn)移催化劑。
反應體系中相轉(zhuǎn)移催化劑和催化劑也可以作為雙功能催化劑預先制成。例如，將氯化十六烷基吡啶與十二磷鎢酸鈉按化學計量進行復分解反應，制成十六烷基磷鎢酸吡啶鹽(簡稱CWP)。這種預先制成的雙功能催化劑與分別加入相轉(zhuǎn)移催化劑和催化劑的效果相同。
本發(fā)明的反應體系中的pH值為0.1～6.5，優(yōu)選的是1.0～4.0。調(diào)節(jié)pH值的酸性物質(zhì)一般為有機酸、無機酸或它們的酸性鹽，堿性物質(zhì)一般為堿金屬氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氨以及有機胺。優(yōu)選的有機酸是包括C1-18的脂肪族或芳香族的一元酸、二元酸或多元酸、氨基羧酸、羥基酸、鹵代酸等。C1-18的脂肪族或芳香族的一元磺酸、二元磺酸或多元磺酸、胺基磺酸，例如甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸、鄰苯二甲酸、甲基磺酸、三氟甲磺酸、苯磺酸、對甲苯磺酸、水楊酸、鄰氨基苯甲酸、2-吡啶甲酸、煙酸、草酸、酒石酸、檸檬酸、氯乙酸、三氟乙酸。優(yōu)選的無機酸包括鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、氨基磺酸。優(yōu)選的酸性鹽指二元酸或多元酸與一價陽離子如堿金屬離子、銨離子及其有機衍生物等形成的鹽，或者有機胺的酸鹽。
本發(fā)明的反應體系中，反應溫度為40～120℃，優(yōu)選的是50～100℃。
本發(fā)明的反應體系中，反應時間為1～50小時，優(yōu)選的為8～24小時。
本發(fā)明與現(xiàn)有的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法相比，采用過氧化氫水溶液作為氧化劑價廉、清潔，克服了由香紫蘇醇合成環(huán)氧香紫蘇醇的現(xiàn)行生產(chǎn)方法中采用過氧酸作為氧化劑原子利用度低、成本高、后處理復雜等缺點，具有簡便、清潔、高效、安全、產(chǎn)品成本低等優(yōu)點。采用本發(fā)明方法合成的環(huán)氧香紫蘇醇經(jīng)1HNMR、IR、MS譜等鑒定，證實所得到的產(chǎn)物與環(huán)氧香紫蘇醇的結(jié)構(gòu)符合。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述，但這些實施例并不是對本發(fā)明的限制。
實施例130.8g香紫蘇醇溶于90mL 1，2-二氯乙烷，并加入1.5g 12-磷鎢酸、0.72g氯化十六烷基吡啶和35mL 30％過氧化氫水溶液，調(diào)節(jié)pH≈2.0，在70℃下激烈攪拌反應12小時。所得反應混合物按常規(guī)方法分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體30.4g，收率93.8％。熔點131～132℃。
實施例230.8g香紫蘇醇溶于60mL氯仿，并加入0.41g二水合鎢酸鈉，0.72g磷酸二氫鈉，0.36g氯化十六烷基吡啶和90mL 10％過氧化氫溶液，調(diào)節(jié)pH≈1.5，在70℃激烈攪拌反應24小時。所得反應混合物按常規(guī)方法分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體28.4g，收率87.8％。熔點130～132℃。
實施例330.8g香紫蘇醇溶于60mL乙酸乙酯，并加入2.0g十六烷基磷鎢酸吡啶鹽和21mL 50％過氧化氫水溶液，在70℃下激烈攪拌反應8小時。所得反應混合物按常規(guī)方法分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體30.2g，收率93.2％。熔點130～132℃。
實施例430.8g香紫蘇醇溶于60mL氯仿，并加入0.96g鉬酸銨，2.84g磷酸二氫鈉，0.72g氯化十六烷基吡啶和20mL 70％過氧化氫溶液，調(diào)節(jié)pH≈2.5，室溫下攪拌30分鐘，升溫至70℃，攪拌反應24小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體31.1g，收率95.9％。熔點130～132℃。
實施例530.8g香紫蘇醇溶于60mL乙酸，并加入0.41g二水合鎢酸鈉，0.72g磷酸二氫鈉，0.36g氯化十六烷基吡啶和90mL 30％過氧化氫溶液，在室溫下激烈攪拌反應2小時。所得反應混合物按常規(guī)方法分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體31.0g，收率95.8％。熔點130～132℃。
實施例630.8g香紫蘇醇溶于60mL二氯甲烷，2g Na12{WZn[Mn(H2O)]2ZnW9O34}，0.36g氯化十六烷基吡啶和15mL 30％過氧化氫水溶液中，在室溫下，激烈攪拌反應48小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體29.1g，收率89.8％。熔點130～132℃。
實施例730.8g香紫蘇醇，2.0g Na12{WZn[Mn(H2O)]2ZnW9O34}，1.0g三辛基甲基硫酸氫銨，60mL 1，2-二氯乙烷，80mL 30％過氧化氫水溶液中，在加熱70℃下，激烈攪拌反應24小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體32.0g，收率接近定量。熔點130～132℃。
實施例830.8g香紫蘇醇，2.0g Na12{WZn[Zn(H2O)]2ZnW9O34}，0.20g氯化芐基三乙基銨，50mL乙酸乙酯，15mL 30％過氧化氫水溶液中，在加熱70℃下，激烈攪拌反應24小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體32.0g，收率接近定量。熔點131～132℃。
實施例90.33g二水合鎢酸鈉，0.75g磷酸二氫鈉，0.15g溴化四丁基銨和35mL 30％過氧化氫溶液，室溫下攪拌30分鐘。然后加入30.8g香紫蘇醇溶于60mL正丁醚的溶液，調(diào)節(jié)pH≈4.0，在加熱70℃下，攪拌反應24小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體26.6g，收率82.1％。熔點131～132℃。
實施例100.41g二水合鎢酸鈉，0.72g磷酸二氫鈉，0.30g溴化十六烷基三甲基銨和35mL的30％過氧化氫溶液，室溫下攪拌30分鐘。然后加入30.8g香紫蘇醇溶于60mL甲苯的溶液，調(diào)節(jié)pH≈4.5，回流攪拌反應24小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體23.0g，收率71.0％。熔點131～132℃。
實施例113.08g香紫蘇醇溶于15mL叔丁醇中，并加入0.15g 12-磷鎢酸，6mL 30％過氧化氫溶液和5滴三乙胺，調(diào)節(jié)pH≈3.5，室溫下攪拌30分鐘，70℃時攪拌8小時，氣相色譜檢測幾乎無原料香紫蘇醇。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體2.40g，收率76.2％。熔點131～132℃。
實施例123.08g香紫蘇醇溶于15mL叔丁醇中，并加入0.041g二水合鎢酸鈉，0.072g磷酸二氫鈉和6mL 30％過氧化氫溶液，調(diào)節(jié)pH≈3.0，室溫下攪拌30分鐘，70℃時攪拌8小時，氣相色譜檢測幾乎無原料香紫蘇醇。經(jīng)分離、提純，得香環(huán)氧香紫蘇醇白色固體2.75g，收率84.9％。熔點131～132℃。
實施例133.08g香紫蘇醇溶于15mL乙腈中，并加入0.03g鎢酸，6mL 30％過氧化氫溶液，約5滴三乙胺，調(diào)節(jié)pH≈3.5，室溫下攪拌30分鐘，70℃時攪拌8小時，氣相色譜檢測幾乎無原料香紫蘇醇。經(jīng)分離、提純，得香環(huán)氧香紫蘇醇白色固體2.68g，收率82.7％。熔點131～132℃。
實施例143.08g香紫蘇醇溶于15mL二氧六環(huán)中，并加入0.024g二水合鉬酸鈉，0.072g草酸和6mL 30％過氧化氫溶液，室溫下攪拌30分鐘，70℃時攪拌8小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體2.53g，收率78.1％。熔點131～132℃。
實施例153.08g香紫蘇醇溶于10mL乙二醇二甲醚中，并加入0.015g磷鉬酸和6mL 30％過氧化氫溶液，室溫下攪拌30分鐘，120℃時攪拌1小時，氣相色譜檢測幾乎無原料香紫蘇醇。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體2.56g，收率79％。熔點131～132℃。
實施例163.08g香紫蘇醇溶于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，并加入0.15g硅鎢酸和6mL30％過氧化氫溶液，室溫下攪拌30分鐘，調(diào)節(jié)pH≈3.5，70℃時攪拌8小時，氣相色譜檢測幾乎無原料香紫蘇醇。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體3.15g，收率接近定量。熔點131～132℃。
實施例173.08g香紫蘇醇溶于10mL乙二醇二乙醚中，并加入0.15g硅鎢酸和6mL 30％過氧化氫溶液，調(diào)節(jié)pH≈3.5，室溫下攪拌30分鐘，70℃時攪拌8小時，氣相色譜檢測幾乎無原料香紫蘇醇。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體2.69g，收率83％。熔點131～132℃。
實施例1830.8g香紫蘇醇溶于60mL N-甲基吡咯烷酮，并加入2.0g H5PMo10V2O40，1.44g氯化十六烷基吡啶和50mL 30％過氧化氫溶液，室溫下攪拌30分鐘，升溫至60℃，攪拌反應24小時。經(jīng)分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇白色固體28.9g，收率89.2％。熔點130～132℃。
在以上的實施例中，水-有機溶劑均相體系中的有機溶劑、水-有機溶劑兩相體系中的有機溶劑、催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑中的化合物以及用量，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)任意選取，合成環(huán)氧香紫蘇醇，所給出另外一種或多種具體的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
為了驗證本發(fā)明所合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，發(fā)明人采用本發(fā)明實施例1、2制備的環(huán)氧香紫蘇醇進行了結(jié)構(gòu)鑒定，鑒定結(jié)果如下元素分析C16H28O2(計算值)C 73.32(74.07)，H 11.18(11.11)；CIMS(m/z，％)324(M，30)，307(30)，289(100)，271(27)，245(10)，217(25)，191(33)；IR(KBr)max3416，2926，2860，1463，1381，1137，920，866cm-1；1H NMR(300MHz，CDCl3，×10-6)2.68-2.94(m，5H)，0.89-1.83(m，16H)，1.17(s，3H)，1.16(s，3H)，0.86(s，3H)，0.79(2×s，2×3H)。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于以香紫蘇醇為原料，以過氧化氫溶液為氧化劑，用含過渡金屬元素特別是VB族或VIB族過渡金屬元素的水溶性和/或在有機溶劑中可溶的化合物作為活化過氧化氫的催化劑，在水-有機溶劑均相體系或水-有機溶劑兩相體系中，在水-有機溶劑兩相體系中還包括一種相轉(zhuǎn)移催化劑，使香紫蘇醇環(huán)氧化為環(huán)氧香紫蘇醇，經(jīng)常規(guī)方法進行分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇。
2.按照權(quán)利要求1所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于所說的過氧化氫溶液的重量百分比濃度為1～90％，過氧化氫的摩爾用量為原料香紫蘇醇摩爾用量的1～10倍。
3.按照權(quán)利要求1所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于所說的催化劑是釩、鉬或者鎢的含氧酸、同多酸或雜多酸及其水溶性和/或在有機溶劑中可溶的鹽，或者它們的過氧化物；催化劑的加入量以催化劑中活性金屬原子如W的摩爾數(shù)/香紫蘇醇的摩爾數(shù)計為香紫蘇醇的0.1～10％。
4.按照權(quán)利要求1所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于其中過氧化氫溶液的重量百分比濃度為15～50％，過氧化氫用量為原料香紫蘇醇的1.1～2.2倍，催化劑的加入量以催化劑中活性金屬原子如W的摩爾數(shù)/香紫蘇醇的摩爾數(shù)計為香紫蘇醇的1～5％。
5.按照權(quán)利要求1所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于所說的水-有機溶劑均相體系中的有機溶劑包括脂肪族低級的叔醇，低級的脂肪族羧酸酰胺，低級醚、環(huán)醚、多醚或環(huán)狀多醚，低級的脂肪族腈，低級的硝基烷烴，或者它們中的兩種或多種溶劑的混合物。
6.按照權(quán)利要求1或5所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于其中水-有機溶劑均相體系中的有機溶劑為叔丁醇、二氧六環(huán)、乙腈、四氫呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇二乙醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、硝基甲烷，或它們中的兩種或多種溶劑的混合物。
7.按照權(quán)利要求1所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于所說的水-有機溶劑兩相體系中的有機溶劑包括多鹵代烷烴、鹵代芳烴，烷烴、環(huán)烷烴、芳烴或烷基芳烴，C6～18的醇，C1～18的醇與C1～18的脂肪族羧酸或芳香族羧酸構(gòu)成的酯，C8～18的脂肪醚、芳香醚或混合醚，或者它們中的兩種或多種溶劑的混合物。
8.按照權(quán)利要求1或7所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于其中水-有機溶劑兩相體系中的有機溶劑為二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、氯苯、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、正丁醚、苯甲醚，或者它們中的兩種或多種溶劑的混合物。
9.按照權(quán)利要求1所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于所說的相轉(zhuǎn)移催化劑是式1或者式2所示結(jié)構(gòu)的化合物 式1式2式中X是N或P；Y-是抗衡負離子，如I-、Cl-、Br-、HSO4-、OH-、BF4-、CN-；R1、R2、R3、R4分別為H或者C1-C18的烷基、芳基、芳烷基，它們可以相同，也可以不同；相轉(zhuǎn)移催化劑的加入量為活化過氧化氫的催化劑中負離子荷電數(shù)目的0.1～3.0倍。
10.按照權(quán)利要求1所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于反應體系的pH值為0.1～6.5，反應溫度為40～120℃，反應時間為1～50小時。
11.按照權(quán)利要求1或10所述的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，其特征在于其中反應體系的pH值為1.0～4.0，反應溫度為50～100℃，反應時間為8～24小時。
全文摘要
一種環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法，以香紫蘇醇為原料，以過氧化氫溶液為氧化劑，用含過渡金屬元素特別是VB族或VIB族過渡金屬元素的水溶性和/或在有機溶劑中可溶的化合物作為活化過氧化氫的催化劑，在水－有機溶劑均相體系或水－有機溶劑兩相體系中，在水－有機溶劑兩相體系中還包括一種相轉(zhuǎn)移催化劑，使香紫蘇醇環(huán)氧化為環(huán)氧香紫蘇醇，經(jīng)常規(guī)方法進行分離、提純，得環(huán)氧香紫蘇醇。本發(fā)明與現(xiàn)有的環(huán)氧香紫蘇醇的合成方法相比，采用過氧化氫水溶液作為氧化劑價廉、清潔，克服了由香紫蘇醇合成環(huán)氧香紫蘇醇的現(xiàn)行生產(chǎn)方法中采用過氧酸作為氧化劑原子利用度低、成本高、后處理復雜等缺點，具有簡便、清潔、高效、安全、產(chǎn)品成本低等優(yōu)點。
文檔編號C07D303/14GK1683351SQ20051004172
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者魏俊發(fā), 吳亞, 石先瑩, 張勇民 申請人:陜西師范大學