專利名稱：一種單薄荷酯的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于二羧酸單薄荷酯的制備方法。
背景技術(shù)：
薄荷醇是傳統(tǒng)的清涼劑，能賦予產(chǎn)品清涼、新鮮的感覺，在食品、醫(yī)藥、日化、煙草 及香料等行業(yè)應(yīng)用廣泛，但其揮發(fā)性強(qiáng)，高溫不穩(wěn)定，留香時間短，低用量時清涼效果不明 顯，難溶于水及對眼睛有較強(qiáng)刺激性等限制了其在產(chǎn)品中的應(yīng)用范圍。二羧酸單薄荷酯 是薄荷醇與環(huán)狀酸酐或二羧酸發(fā)生單酯化反應(yīng)的產(chǎn)物，具有清鮮、長效、純正薄荷涼味、 無苦味及幾乎無氣息的優(yōu)良特性，是一類具有廣泛應(yīng)用前景的新型清涼劑，具有代表性 的二羧酸單薄荷酯包括琥珀酸單薄荷酯(monomethyl succinate，匪S)、戊二酸單薄荷酯 (monomenthylglutarate，MMG)、己二酸單薄荷酉旨(monomenthyl adipate, MMA)禾口庚二酸單 薄荷酯(monomenthyl pimelate, MMP)等。其具有如下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 上述化合物作為香料、清涼劑及生理冷卻劑在美國專利US5725865，US6884906， US2005/0004214，中國專利 CN101282707 以及 Smith 等人在食品技術(shù)(Food Tech, 2001, 55 53)中進(jìn)行了論述。雖然單薄荷酯在工業(yè)上具有重要的用途，但對其合成研究的文獻(xiàn)卻比較少。單薄 荷酯可由薄荷醇與二羧酸或環(huán)狀酸酐來制取，反應(yīng)中除主要生成單薄荷酯外，還會生成雙 薄荷酯
單薄荷酯n = 2 MMS; n = 3 MMG; n = 4 MMA; n = 5 MMP
Rule等人(J. Chem. Soc, 1928，1347-1361)先利用二羧酸與過量亞硫酰氯生成二
酰氯后與過量薄荷醇反應(yīng)生成二酯，再經(jīng)部分水解得單薄荷酯，該方法冗長且水解選擇性 差，收率低，缺乏實(shí)用性。
美國專利US3111127利用薄荷醇和琥珀酸在未加催化劑的條件下于回流的氯仿 中反應(yīng)，或使用強(qiáng)酸性的對甲苯磺酸在甲苯中回流反應(yīng)制備MMS。酯化反應(yīng)通常在催化劑的 作用下進(jìn)行，若沒有催化劑則反應(yīng)十分緩慢，甚至難以進(jìn)行。而強(qiáng)酸性的對甲苯磺酸在回流 下催化酯化反應(yīng)的同時，也極易使薄荷醇的仲醇脫水成烯，因此，薄荷酯的合成中應(yīng)避免使 用強(qiáng)酸作催化劑。
美國專利US7247743使用堿性催化劑堿金屬或堿土金屬鹽、氧化物、氫氧化物或 其混合物優(yōu)先在無溶劑的條件下反應(yīng)制備單薄荷酯(MMS，MMG，MMA)。與使用強(qiáng)酸催化相比， 該方法確有一定的優(yōu)勢。但由于在無溶劑條件下進(jìn)行，而所用的堿性催化劑均為離子型化 合物，其在反應(yīng)體系中溶解性差，反應(yīng)液過于粘稠，攪拌不順暢，若在其設(shè)定的較高反應(yīng)溫 度區(qū)間(150-200°C )下反應(yīng)，量大時必然造成局部過熱，從而造成薄荷醇的熱脫水。雖然反 應(yīng)優(yōu)選在無溶劑中進(jìn)行，但并未提供如何進(jìn)行后處理以及是否在后處理過程中使用溶劑的 fn息ο陳磊等人(中國調(diào)味品，2008，347 :72_74)使用4- 二甲基胺基吡啶(DMAP)在氯 仿中50°C下反應(yīng)12小時制備MMS，但沒有提供單薄荷酯的選擇性及產(chǎn)率信息。氯仿是易揮 發(fā)、高毒性、較昂貴的工業(yè)試劑，對于用于食品、醫(yī)藥、日化、煙草行業(yè)的單薄荷酯而言，應(yīng)避 免使用此類高毒性溶劑。綜上所述，需要一種高效、具有實(shí)用價值的二羧酸單薄荷酯的合成方法，具體而 言，應(yīng)避免使用強(qiáng)酸性的催化劑和過高的反應(yīng)溫度，在盡量使用低毒、無毒溶劑的條件下縮 短反應(yīng)時間，防止薄荷醇熱消除，抑制雙薄荷酯的產(chǎn)生，提高單薄荷酯的產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服目前技術(shù)存在的不足，提供一種單薄荷酯的合成方法，并能 夠有效地提高單薄荷酯的收率，降低生產(chǎn)成本，使其具有工業(yè)化應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的通過以下方式實(shí)現(xiàn)將飽合環(huán)狀酸酐、薄荷醇、催化劑及溶劑加入到反應(yīng)容器中，攪拌，60°C -140°C加 熱進(jìn)行反應(yīng)，從反應(yīng)混合物中收集單薄荷酯；其中，飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾比為1. 5-1 ；催化劑為有機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸或兩者的混合物，催化劑與薄荷醇的摩爾比為 0. 1% -120% ；反應(yīng)溶劑為沸點(diǎn)>60°C的烴類化合物。反應(yīng)溶劑體積以將所加反應(yīng)物及催化劑完 全溶解為宜。所述的薄荷醇為單一立體構(gòu)型或多種立體構(gòu)型的混合物。所述的飽合環(huán)狀酸酐選自琥珀酸酐或戊二酸酐或己二酸酐或庚二酸酐中的一種 或兩種。所述的沸點(diǎn)彡60°C烴類溶劑為石油醚、正己烷、環(huán)己烷、苯、甲苯和二甲苯中的一 種，或其混合物。 所述的有機(jī)堿為三乙胺或三正丙胺或吡啶或4- 二甲基胺基吡啶或1，8- 二氮雜雙 環(huán)[5，4，0]-7_十一烯或三芐胺中的一種，或其混合物，無機(jī)路易斯酸為三氯化鐵或三氯化 鋁或氯化鋅或氯化銅或三溴化鐵或溴化鋅中的一種，或其混合物。
優(yōu)選地，所述的飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾比為1. 2-1，有機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸 與薄荷醇的摩爾比為_70%。本發(fā)明所使用的原料薄荷醇為單一立體構(gòu)型或多種立體構(gòu)型的混合物，可通過商 業(yè)購買獲得。由于薄荷醇分子中存在三個手性中心，具有8種可能的立體異構(gòu)體，包括左旋 薄荷醇(L-薄荷醇)，右旋薄荷醇(D-薄荷醇)或DL-薄荷醇(即L-薄荷醇和D-薄荷醇的 外消旋混合物)等，它們的呈香性各不相同，L"薄荷醇具有薄荷香氣并有清涼作用，DL-薄 荷醇也有清涼作用，其他的異構(gòu)體無清涼作用。為提供具有優(yōu)良清涼性能的單薄荷酯，如下 結(jié)構(gòu)的L-薄荷醇是特別優(yōu)選的 本發(fā)明使用飽合環(huán)狀酸酐。優(yōu)選使用包含2-5個亞甲基或亞甲基被一個或多個 甲基、乙基及苯基取代的飽合環(huán)狀酸酐。一般地，包括琥珀酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、庚二 酸酐、甲基琥珀酸酐、乙基琥珀酸酐、2-苯基戊二酸酐、3-甲基己二酸酐、3-乙基己二酸酐， 3-甲基庚二酸酐、3-乙基庚二酸酐等，以及它們的混合物。本發(fā)明特別優(yōu)選琥珀酸酐、戊二 酸酐、己二酸酐和庚二酸酐。雖然原料飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾配比可以在較大范圍內(nèi)變化，但本發(fā)明并 不建議使用大大過量的酸酐來提高單薄荷酯的比例，因?yàn)檫^量的酸酐在后處理過程中無法 回收再利用，從而增加原料成本，降低方法的實(shí)用性。本方法中適宜的酸酐與薄荷醇的摩爾 比在1. 5-1之間，更優(yōu)選酸酐與薄荷醇的摩爾比在1. 2-1的范圍內(nèi)。本發(fā)明合成方法是在特定的有機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸或其混合物作催化劑的條件 下進(jìn)行的。這些有機(jī)堿催化劑包括三乙胺、三正丙胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、1，8_ 二氮 雜雙環(huán)[5，4，0]-7_十一烯(DBU)及三芐胺等。無機(jī)路易斯酸包括三氯化鐵、三氯化鋁、氯 化鋅、氯化銅、三溴化鐵及溴化鋅等。使用時，可以單獨(dú)使用上述中的一種或多種，也可使用 有機(jī)堿和無機(jī)路易斯酸的混合物，優(yōu)選單獨(dú)或混合使用三乙胺、三正丙胺、吡啶、4-二甲基 胺基吡啶、三氯化鐵、三氯化鋁及氯化鋅。催化劑的用量受多種因素，如飽和環(huán)狀酸酐的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)溶劑、反應(yīng) 時間及催化劑本身的催化性能等的影響，其用量可以在較寬的范圍內(nèi)選擇，按一般催化 量即可。優(yōu)選地，催化劑用量大約是薄荷醇物質(zhì)的量的0. -120%，更優(yōu)選的范圍是 1% -70%。本方法選擇在具有較高沸點(diǎn)的烴類溶劑中進(jìn)行。溶劑包括石油醚(沸點(diǎn)> 60°C )、 正己烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、二甲苯或其混合物。優(yōu)選使用正己烷、環(huán)己烷、苯、甲苯或其混合 物，溶劑體積以將所加反應(yīng)物及催化劑完全溶解為宜。所用溶劑經(jīng)回收、干燥后可重復(fù)使用。本方法可在任何適宜的溫度下進(jìn)行，考慮到加快反應(yīng)速度及防止過高溫度造成的 薄荷醇熱脫水，優(yōu)先選擇在60°C -140°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
本發(fā)明采用常規(guī)方法進(jìn)行后處理，即在反應(yīng)完成后，減壓蒸出大部分溶劑后冷卻 至室溫，加入一定量的質(zhì)量百分比濃度為5% -10%的稀鹽酸或稀硫酸或稀醋酸，將其酸化 至pH 1，用石油醚或乙酸乙酯等萃取，有機(jī)相經(jīng)飽合食鹽水洗滌，干燥后脫溶劑，以殘余 物質(zhì)量3-10倍的石油醚、乙酸乙酯、丙酮、甲醇或其混合物經(jīng)多次重結(jié)晶后可得純凈的單 薄荷酯結(jié)晶體。本發(fā)明提供了單薄荷酯的高選擇性、高收率合成方法。由于反應(yīng)可使用不同構(gòu)型 的薄荷醇或其混合物為原料，合成的單薄荷酯的烷氧基部分可能具有8種不同的構(gòu)型。特 別優(yōu)選的單薄荷酯源于L-薄荷醇與琥珀酸酐、戊二酸 酐、己二酸酐及庚二酸酐的反應(yīng)，它 們具有如下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本發(fā)明利用有機(jī)堿或路易斯酸作催化劑，選用低毒或無毒的烴類溶劑，在較低的 反應(yīng)溫度下有效提高了反應(yīng)速度，縮短了反應(yīng)時間，提高了單薄荷酯的收率，典型的反應(yīng)時 間為3-16小時，單薄荷酯的收率在60% -97%之間。單薄荷酯是新型的清涼劑，合成的單薄荷酯可單獨(dú)或聯(lián)合用于眾多的領(lǐng)域中，包 括口腔護(hù)理、化妝品、食品、煙草或香料等。以下通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，實(shí)施例包括但不限制本發(fā)明保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例中的英文DMAP、^S、MMG、MMA、MMP分別為4_ 二甲基胺基吡啶、琥珀酸單薄 荷酯、戊二酸單薄荷酯、己二酸單薄荷酯及庚二酸單薄荷酯的英文縮寫，其英文對應(yīng)的化學(xué) 名稱是唯一的。單薄荷酯合成的一般方法將L-薄荷醇(0. 1摩爾)、飽合環(huán)狀酸酐、催化劑及一定體積的溶劑加入到反應(yīng)容 器中，攪拌，在設(shè)定溫度和反應(yīng)時間下反應(yīng)，反應(yīng)完成后，減壓蒸出大部分溶劑后冷卻至室 溫，加入一定量的質(zhì)量百分比濃度為5% -10%的稀鹽酸或稀硫酸或稀醋酸酸化至pH ^ 1， 加入適量的石油醚或乙酸乙酯萃取三次，合并有機(jī)相，用飽合食鹽水洗滌二次，經(jīng)無水硫酸 鈉干燥后脫溶劑，再加入一定量的石油醚、乙酸乙酯、丙酮、甲醇或其混合物經(jīng)2-4次重結(jié) 晶后可得到純凈的單薄荷酯產(chǎn)品(純度>98%)。酸酐與L-薄荷醇配比、催化劑種類及用 量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間及產(chǎn)品收率已在下表中列出。
權(quán)利要求
一種單薄荷酯的合成方法，其特征是將飽合環(huán)狀酸酐、薄荷醇、催化劑及溶劑加入到反應(yīng)容器中，攪拌，60℃-140℃加熱進(jìn)行反應(yīng)，從反應(yīng)混合物中分離單薄荷酯；其中，飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾比為1.5-1；催化劑為有機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸或兩者的混合物，催化劑與薄荷醇的摩爾比為0.1％-120％；反應(yīng)溶劑為沸點(diǎn)≥60℃的烴類化合物或其混合物。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是薄荷醇為單一立體構(gòu)型或多種立體構(gòu)型的混 合物。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是飽合環(huán)狀酸酐選自琥珀酸酐或戊二酸酐或己 二酸酐或庚二酸酐中的一種或兩種。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是沸點(diǎn)>60°C烴類溶劑為石油醚或正己 烷或環(huán)己烷或苯或甲苯或二甲苯中的一種，或其混合物。
5.按照權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是有機(jī)堿為三乙胺或三正丙胺或吡啶或 4_二甲基胺基吡啶或1，8-二氮雜雙環(huán)[5，4，0]-7_十一烯或三芐胺中的一種，或其混合物； 無機(jī)路易斯酸為三氯化鐵或三氯化鋁或氯化鋅或氯化銅或三溴化鐵或溴化鋅中的一種，或 其混合物。
6.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是有機(jī)堿為三乙胺或三正丙胺或吡啶或4-二甲 基胺基吡啶或1，8-二氮雜雙環(huán)[5，4，0]-7_十一烯或三芐胺中的一種，或其混合物；無機(jī)路 易斯酸為三氯化鐵或三氯化鋁或氯化鋅或氯化銅或三溴化鐵或溴化鋅中的一種，或其混合 物。
7.按照權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾比為 1. 2-1，有機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸或兩者的混合物與薄荷醇的摩爾比為-70%。
8.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾比為1.2-1，有 機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸或兩者的混合物與薄荷醇的摩爾比為_70%。
9.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征是飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾比為1.2-1，有 機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸或兩者的混合物與薄荷醇的摩爾比為_70%。
10.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征是飽合環(huán)狀酸酐與薄荷醇的摩爾比為1.2-1， 有機(jī)堿或無機(jī)路易斯酸或兩者的混合物與薄荷醇的摩爾比為_70%。
全文摘要
一種單薄荷酯的合成方法，屬于二羧酸單薄荷酯的制備方法。本發(fā)明以薄荷醇和飽合環(huán)狀酸酐為原料，利用某些有機(jī)堿、無機(jī)路易斯酸或其混合物作催化劑，以具有較高沸點(diǎn)的烴類化合物或其混合物作反應(yīng)溶劑，加熱制備單薄荷酯，該方法反應(yīng)時間短，生產(chǎn)成本低，收率高。
文檔編號C07C69/46GK101857545SQ201010188888
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者付正啟, 木曉云, 朱洪友, 溫曉江, 雷澤 申請人:昆明云大醫(yī)藥開發(fā)有限公司