一種由檸檬醛不對稱催化氫化制備手性香茅醛的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種化工技術(shù)領(lǐng)域手性香茅醛的制備方法，具體是一種由檸檬醛 不對稱銠催化氫化合成手性香茅醛的合成方法，屬于香精香料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 香茅醛是一種重要的香料成分，也是許多香精香料的前體，如可用來合成羥基香 茅醛和薄荷醇等其他香料。特別是合成薄荷醇中最重要的中間體。同時還廣泛用于飲料、糖 果、食品等的加香和配制。因此，對于香茅醛，特別是手性香茅醛的需求量不斷地增加。由 此，其合成方法也因此一直受到科研人員和各公司的重視。目前合成手性香茅醛的專利有 少數(shù)幾篇，其合成方法主要分為酶催化、小分子催化、雙催化劑催化、金屬催化等。其中，酶 催化和小分子催化方法，效率和產(chǎn)量都非常有限，不利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；雙催化劑催化操 作復(fù)雜，收率和對映選擇性都需要進(jìn)一步提高。
[0003] 通過對檸檬醛金屬催化氫化合成手性香茅醛具有很大的研究價值和經(jīng)濟(jì)價值，其 主要有以下幾種合成方法：
[0004] EP0000315描述了一種通過由銠和手性膦組成的催化劑配合物存在下，氫化香葉 醛或橙花醛而制備光學(xué)活性香茅醛的方法。
[0005] J. Mol. Cat. 1982, 16, 51-59 和 Helv. Chim. Acta 2001，84, 230-242 中作者分別采 用了羰基銠和手性雙膦配體的配合物氫化a，β -不飽和醛，并應(yīng)用于氫化香葉醛或橙花醛 制備光學(xué)活性的香矛酸，轉(zhuǎn)化率、對映選擇性都有待提尚。
[0006] 中國公開專利CN101039894A、CN101675020A和CN101932543A等報道使用羰基銠 和手性膦的配合物均相催化氫化橙花醛制備光學(xué)活性的香茅醛，催化劑先經(jīng)過CO與氏混 合氣預(yù)制，反應(yīng)在混有少量CO的H 2中進(jìn)行。
[0007] 上述這些金屬催化方法大都需要通過有毒的CO氣體的作用，來控制反應(yīng)的選擇 性，或需要預(yù)先制備羰基銠和手性膦的配合物作為催化劑，工藝較為繁瑣，穩(wěn)定性較差，催 化劑用量較高，成本較高，所以較難進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明通過簡單地加入添加劑的方法，在安全清潔的氫氣以及溫和的條件下，使 用簡單易得的手性銠配合物作為催化劑，將香葉醛或橙花醛轉(zhuǎn)化為香茅醛。該方法具有工 藝簡單、對映選擇性和產(chǎn)率高以及催化劑用量低等突出優(yōu)點，具有明顯的工業(yè)化應(yīng)用優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種由檸檬醛不對稱催化氫化制備手性香茅醛的方法。該制 備方法通過采用手性銠配合物進(jìn)行催化加氫，同時加入添加劑，對化學(xué)選擇性合成香茅醛 進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步控制其立體選擇性，實現(xiàn)了不對稱催化氫化高效地制備手性香茅醛。
[0010] 為了實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0011] -種由檸檬醛不對稱催化氫化制備手性香茅醛的方法：在手性銠配合物催化劑和 添加劑的作用下，對檸檬醛進(jìn)行不對稱氫化，制備R或S手性香茅醛。
[0012] 本發(fā)明的不對稱銠催化氫化檸檬醛的反應(yīng)方法，反應(yīng)過程可以用下述反應(yīng)式表 示：
[0014] 上述反應(yīng)式中，（1)表示檸檬醛，（2)表示手性香茅醛。其中，Additive表示添加 劑，Solvent表示溶劑。
[0015] 本發(fā)明中，所述手性銠配合物是由具有陰離子和輔助配體的銠鹽與手性配體配位 而成；所述催化劑的使用方式是所述具有陰離子和輔助配體的銠鹽與手性配體直接原位配 位后使用，或者直接使用所述手性銠配合物；優(yōu)選的催化劑的使用方式是所述具有陰離子 和輔助配體的銠鹽與手性配體直接原位配位后使用，原位配位時銠與手性配體L*的摩爾 比為1 :1~1. 2,優(yōu)選為1 :1~1. 1。
[0016] 本發(fā)明中，所述手性銠配合物的結(jié)構(gòu)式為[Rh(L*) (L)]X，具有陰離子和輔助配體 的銠鹽結(jié)構(gòu)式為[Rh (L)2]X或[RhX (L)]2，其中，L*為手性配體，L為輔助配體，X為陰離子。
[0017] 本發(fā)明中，所述不對稱氫化反應(yīng)可以在有溶劑的條件下進(jìn)行，也可以在無溶劑條 件下進(jìn)行，在氫氣氛圍下進(jìn)行所述不對稱氫化反應(yīng)；所述不對稱氫化反應(yīng)在有溶劑條件下 進(jìn)行時先將E式和/或Z式檸檬醛溶解于溶劑中。
[0018] 本發(fā)明中，所述檸檬醛的純度為99. 0~99. 9wt%，所述檸檬醛中E構(gòu)型與Z構(gòu)型 的比例是1:99~99:1。
[0019] 本發(fā)明所述溶劑為非烷烴極性溶劑、非極性溶劑或者質(zhì)子性溶劑中的一種或兩種 或多種；其中，所述的非烷烴極性溶劑優(yōu)選為二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、DMF、丙酮或乙腈； 非極性溶劑優(yōu)選為甲苯、乙醚或四氫呋喃；所述的質(zhì)子性溶劑優(yōu)選為甲醇、乙醇、異丙醇或 三氟乙醇；本發(fā)明所述溶劑更優(yōu)選為甲苯、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、乙醚、四氫呋喃、甲 醇、乙醇、異丙醇和三氟乙醇中的一種或兩種或多種。
[0020] 本發(fā)明中，所述檸檬醛的質(zhì)量濃度是0. 5~IOOwt%，優(yōu)選為30~IOOwt%，基于 檸檬醛與所述溶劑的總質(zhì)量。
[0021 ] 本發(fā)明中，所述手性銠配合物中的陰離子X是Cl、BF4、SbF6、CF 3COO或PF 6，優(yōu)選 為BF4、SbF6或PF 6，進(jìn)一步優(yōu)選為BF4或SbF 6。
[0022] 本發(fā)明中，所述手性銠配合物中的輔助配體L為雙烯配體，優(yōu)選為1，5-環(huán)辛二稀 (COD)或 2, 5-降冰片二烯（NBD)。
[0023] 本發(fā)明中，所述手性銠配合物中的手性配體L*是手性雙膦或膦氮配體，所述手性 配體選自Ll~L17中的任意一種配體，其中，配體Ll~L6的構(gòu)型可以是R或者S，Ll~ L17的結(jié)構(gòu)式如下所示：
[0024]
[0025] 作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明中所述手性配體為LI~L4、L7~L 11、L12或 L15,更優(yōu)選為LU L3、L8、Lll、L14或L15,進(jìn)一步優(yōu)選為LU L8或Lll，Ar分別代表 a: C6H5, b: 4-CH30C6H4, c: 4-CF3C6H4或 d: 3, 5-di-tBu-4-Me0C 6H2。
[0026] 本發(fā)明中，所述手性銠配合物與檸檬醛的摩爾比為1:100~100000,優(yōu)選為 1:1000 ~50000,更優(yōu)選為 1:10000 ~50000。
[0027] 本發(fā)明中，所述不對稱氫化反應(yīng)時在催化劑和添加劑的同時作用下進(jìn)行的，添加 劑分子上的孤對電子與催化劑分子中的空軌道以S鍵形式作用而發(fā)生絡(luò)合，使催化劑在 與底物配位性質(zhì)發(fā)生改變，使得催化劑優(yōu)先與底物的碳碳雙鍵進(jìn)行配位，而不與碳氧雙鍵 配位，從而在碳碳雙鍵上進(jìn)行不對稱氫化反應(yīng)。
[0028] 本發(fā)明中，所述添加劑為碘化物、溴化物和氯化物中的一種或兩種或多種，所述碘 化物為碘化鈉、碘化鉀、碘化銨、碘化鈣、碘化鋅、碘化鋰、四丁基碘化銨、苯基三乙基碘化 銨、（二茂鐵基甲基）三甲基碘化銨、乙基三正丙基碘化銨、四正辛基碘化銨、（丙基碳?；?硫乙基）三甲基碘化銨、四己基碘化銨、四正庚基碘化銨和3-(三氟甲基）苯基三甲基碘化 銨；所述溴化物為溴化銨、苯基三乙基溴化銨、（二茂鐵基甲基）三甲基溴化銨、乙基三正 丙基溴化銨、四正辛基溴化銨、（丙基碳?；蛞一┤谆寤@、四己基溴化銨、四正庚 基溴化銨和3_(三氟甲基）苯基三甲基溴化銨；所述氯化物為氯化銨、苯基三乙基氯化銨、 (二茂鐵基甲基）三甲基氯化銨、乙基三正丙基氯化銨、四正辛基氯化銨、（丙基碳酰基硫乙 基）三甲基氯化銨、四己基氯化銨、四正庚基氯化銨或3_(三氟甲基）苯基三甲基氯化銨； 所述添加劑優(yōu)選為碘化鈉、碘化鉀、四丁基碘化銨、苯基三乙基碘化銨、（二茂鐵基甲基）三 甲基碘化銨、四己基碘化銨、四正辛基溴化銨、四己基溴化銨、苯基三乙基氯化銨和四己基 氯化銨中的一種或兩種或多種；更優(yōu)選為碘化鈉、碘化鉀、四丁基碘化銨、四正辛基溴化銨、 四己基溴化銨、四己基氯化銨和苯基三乙基氯化銨中的一種或兩種或多種；進(jìn)一步優(yōu)選為 碘化鈉、四丁基碘化銨、四正辛基溴化銨和苯基三乙基氯化銨中的一種或兩種或多種。
[0029] 本發(fā)明中，所述添加劑與底物檸檬醛的摩爾比為1:1~20,優(yōu)選為1:5~10。
[0030] 本發(fā)明中，所述不對稱氫化的氫氣氛壓力（表壓）為1~80bar，優(yōu)選為10~ 45bar，更優(yōu)選為20~35bar。氫氣的體積純度為99. 9~99. 999v%。
[0031] 本發(fā)明中，所述不對稱氫化的反應(yīng)溫度為_80°C~80°C，優(yōu)選為0°C~60°C，更優(yōu) 選為15°C~35°C ;反應(yīng)時間為1~72小時，優(yōu)選為5~36小時，更優(yōu)選為10~24小時。
[0032] 本發(fā)明中，不對稱氫化檸檬醛制備的手性香茅醛的光學(xué)純度可達(dá)到72%~98%， 產(chǎn)品收率可達(dá)到71%~99%。
[0033] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0034] 1、本發(fā)明所述不對稱氫化反應(yīng)時在催化劑和添加劑的同時作用下進(jìn)行的，添加劑 與催化劑絡(luò)合，使催化劑在與底物配位性質(zhì)發(fā)生改變，使得催化劑優(yōu)先與底物的碳碳雙鍵 進(jìn)行配位，而不與碳氧雙鍵配位，從而在碳碳雙鍵上進(jìn)行不對稱氫化反應(yīng)。
[0035] 2、本發(fā)明以檸檬醛為底物，加入一定添加劑，經(jīng)手性銠配合物進(jìn)行不對稱催化氫 化，從而得到手性香茅醛。產(chǎn)品收率高達(dá)99%，對映選擇性選擇性高達(dá)98%。
[0036] 3、本發(fā)明原料易得，操作簡便，條件溫和；所用添加劑價廉簡單，成本較低；產(chǎn)物 易于分離，收率高，對映選擇性高，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0037] 說明書附圖
[0038] 圖1為R-香茅醛產(chǎn)品的氣相色譜圖；
[0039] 圖2為S-香茅醛產(chǎn)品的氣相色譜圖；
【具體實施方式】 [0040] 實施例
[0041] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施 例。
[0042] 在下面的實施例中，以下實施例中配位制備好后使用的手性銠配合物表示為 [Rh(L*) (L)]X，也可以通過具有陰離子和輔助配體的銠鹽[Rh(L)2]X或[他乂0^)]2與手性配 體L*原位配位合成。
[0043] 氣相色譜儀：Agi Ient7890,色譜柱 SupelcoP -DEX?225,進(jìn)樣 口溫度：220 °C ;分流 比50:1 ;升溫程序：初始溫度100°C ;以5°C /min的速率升至120°C，保持Omin ;以20°C / min的速率升至200°C，保持7min，檢測器溫度：300°C ;
[0044] 如附圖1和附圖2所示，其中，保留時間25. Imin色譜峰是R-香茅醛；保留時間 24. 6min的色譜峰是S-香茅醛。
[0045] 本發(fā)明中，所用的銠鹽和手性配體等如無特殊說明，均通過試劑公司購買。如配 體：雙（1，5-環(huán)辛二烯）四氟硼酸銠[Rh(COD) 2BF4,采購自百靈威科技，純度為98wt%。
[0046] 實施例一
[0047] 手性香茅醛的制備
[0048] 在一個IOmL反應(yīng)管中，加入膦配體R-Lla(3.5mg，0.005mmol)與雙（1,5-環(huán)辛二 烯）四氟硼酸銠[Rh (COD) 2]BF4 (2. lmg，0. 005mmol)，體系通過真空線，用氮?dú)庵脫Q3次，加入 新蒸的脫氣甲苯（2mL)，溶液在室溫下攪拌1小時，減壓抽去溶劑得棕色固體，真空抽2小時 后，加入2mL甲醇溶劑，將此溶液加入裝有E式檸檬醛（76. lmg，0. 50mmol，E/Z = 99/1，手性 銠配合物[Rh(R-Lla) (COD)]BF4與檸檬醛的摩爾比為1/100)和碘化鈉（7. 5mg，0. 05mmol) 的小瓶中，裝入高壓釜，經(jīng)6次氫氣置換后，使初始?xì)錃鈮毫?0bar，15°C攪拌反應(yīng)24小 時。冷卻，小心放出氣體，打開高壓釜，取出小瓶，抽干溶劑，NMR檢測轉(zhuǎn)化率，氣相色譜 (色譜柱f3-DEX?225)檢測對映異構(gòu)體過量值，柱層析得到產(chǎn)物。產(chǎn)率為95%，S-對映 體過量值為 96 %。1H NMR(O)Cl3, 400MHz) : δ 〇· 95(d, J = 6. 6Hz, 3H), 1. 30-1. 39(m, 2H，） ,I. 68 (s, 3H), I. 99 (s, 3H), I. 98-2. 08 (m, 3H), 2. 24 (dd, J = 7. 8, 2. 6Hz, 1H), 2. 37 (dd, J = 5. 4, I. 6Hz, 1H)，5. 05 (t, J = 7. 0Hz, 1H)，9. 77 (s, 1H)。
[0049] 實施例二