环氧香紫苏醇的合成方法 【技术领域】
本发明涉及一种环氧化合物的合成方法，具体是一种环氧香紫苏醇的合成方法。
背景技术
环氧香紫苏醇是一种由香紫苏醇[化学名称为8α，13-二羟基-15，16-二脱氢赖伯当]合成香料降龙涎醚[化学名称为1，2，3a，4，5，5a，6，7，8，9，9a，9b-十氢-3a，6，6，9a-四甲基萘并[2，1-b]呋喃，商品名Ambrox，Ambroxan，Amberoxide等]和香紫苏内酯[化学名称为1，2，3a，4，5，5a，6，7，8，9，9a，9b-十二氢-3a，6，6，9a-四甲基萘并[2，1-b]呋喃-2(1H)-酮]的重要中间体。环氧香紫苏醇也是制备香紫苏四醇[化学名称为8α，13，14，15-四羟基赖伯当]的重要原料。
以往报道的方法中，环氧香紫苏醇是用有机过氧酸作为氧化剂对香紫苏醇进行环氧化反应合成的。德国专利(DE4 124 726)公开的合成方法是用间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)在有机溶剂如二氯甲烷中和乙酸钠存在下对香紫苏醇进行环氧化反应。J.Moulines等人提出的合成方法是用过氧乙酸在乙酸乙酯中和乙酸钠存在下进行环氧化反应(反应8天)合成(J.Moulines，A.-M.Lamidy，D.V.Breuil，Synth.Commun.(合成通讯)，2001，31，749)。过酸是进行烯烃环氧化反应的传统氧化剂，其优点是反应简单、收率一般较高。但过酸做氧化剂的明显缺点是成本昂贵、原子利用率很低，而且反应时间比较长。另外，许多过氧酸稳定性差，在运输、储存和使用过程中易于分解，有时还会发生爆炸，安全性差。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于克服上述环氧香紫苏醇制备方法的缺点，提供一种简便、清洁、高效、安全、产品成本低的环氧香紫苏醇的合成方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：以香紫苏醇为原料，以过氧化氢溶液为氧化剂，用含过渡金属元素特别是VB族或VIB族过渡金属元素地水溶性和/或在有机溶剂中可溶的化合物作为活化过氧化氢的催化剂，在水-有机溶剂均相体系或水-有机溶剂两相体系中，在水-有机溶剂两相体系中还包括一种相转移催化剂，使香紫苏醇环氧化为环氧香紫苏醇，然后采用常规方法如蒸馏、萃取和重结晶进行分离和提纯，得环氧香紫苏醇。其反应方程式如下：
香紫苏醇 环氧香紫苏醇
本发明中所用的过氧化氢溶液的重量百分比浓度是1～90％，一般是商业惯用的重量百分比浓度是10～60％，优选的重量百分比浓度是15～50％。
本发明中过氧化氢摩尔用量是原料香紫苏醇的1～10倍，优选的是1.1～2.2倍。
本发明中活化过氧化氢的催化剂优选的是钒、钼或者钨的同多酸或杂多酸及其水溶性和/或在有机溶剂中可溶的盐，或者它们的过氧化物。催化剂的加入量以催化剂中活性金属原子如W的摩尔数/香紫苏醇的摩尔数计为香紫苏醇的0.1～10％，优选的是1～5％。
反应的介质可以为由水和能够与水无限可溶、对过氧化氢惰性的有机溶剂构成的水-有机溶剂均相体系，也可以是由水和在水中的溶解度较低或者在水中难溶的、对过氧化氢惰性的有机溶剂构成的水-有机溶剂两相体系。反应体系中的水来自过氧化氢溶液自身所带的水，一般不需要额外加入。选择有机溶剂的一个前提是反应底物即香紫苏醇和产物均能够很好地被溶解。
上述的水-有机溶剂均相体系中的有机溶剂包括低级的脂肪族叔醇，低级的脂肪族羧酸酰胺，低级醚、环醚、多醚或环状多醚，低级的脂肪腈，低级的硝基烷烃，或者它们中的两种或多种溶剂的混合物。优选的有机溶剂为叔丁醇、二氧六环、乙腈、四氢呋喃、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，或者它们中的两种或多种溶剂的混合物。
上述的水-有机溶剂两相体系中的有机溶剂包括多卤代烷烃、卤代芳烃，烷烃、环烷烃、芳烃或烷基芳烃，C6-18的脂肪醇，C1-18的脂肪醇与C1-18的脂肪酸或芳香酸构成的酯，C8-18的脂肪醚、芳香醚或混合醚，或者它们中的两种或多种溶剂的混合物。优选的有机溶剂为二氯甲烷、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，或者它们中的两种或多种溶剂的混合物。
在水-有机溶剂两相体系中进行环氧化反应时，反应体系中还包括至少一种式1或者式2所示结构的季铵盐或者季鏻盐作为相转移催化剂：
式1 式2
式中X＝N或P；Y＝I，Cl，Br，HSO4，OH，BF4，CN等；R1、R2、R3、R4分别为H或者C1-C18的烷基、芳基、芳烷基，它们可以相同，也可以不同。相转移催化剂的加入量为活化过氧化氢的催化剂中负离子荷电数目的0.1～3.0倍。
在均相体系中进行反应时，也加入相转移催化剂。
反应体系中相转移催化剂和催化剂也可以作为双功能催化剂预先制成。例如，将氯化十六烷基吡啶与十二磷钨酸钠按化学计量进行复分解反应，制成十六烷基磷钨酸吡啶盐(简称CWP)。这种预先制成的双功能催化剂与分别加入相转移催化剂和催化剂的效果相同。
本发明的反应体系中的pH值为0.1～6.5，优选的是1.0～4.0。调节pH值的酸性物质一般为有机酸、无机酸或它们的酸性盐，碱性物质一般为碱金属氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、氨以及有机胺。优选的有机酸是包括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、羟基酸、卤代酸等。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、邻苯二甲酸、甲基磺酸、三氟甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、水杨酸、邻氨基苯甲酸、2-吡啶甲酸、烟酸、草酸、酒石酸、柠檬酸、氯乙酸、三氟乙酸。优选的无机酸包括盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氨基磺酸。优选的酸性盐指二元酸或多元酸与一价阳离子如碱金属离子、铵离子及其有机衍生物等形成的盐，或者有机胺的酸盐。
本发明的反应体系中，反应温度为40～120℃，优选的是50～100℃。
本发明的反应体系中，反应时间为1～50小时，优选的为8～24小时。
本发明与现有的环氧香紫苏醇的合成方法相比，采用过氧化氢水溶液作为氧化剂价廉、清洁，克服了由香紫苏醇合成环氧香紫苏醇的现行生产方法中采用过氧酸作为氧化剂原子利用度低、成本高、后处理复杂等缺点，具有简便、清洁、高效、安全、产品成本低等优点。采用本发明方法合成的环氧香紫苏醇经1HNMR、IR、MS谱等鉴定，证实所得到的产物与环氧香紫苏醇的结构符合。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但这些实施例并不是对本发明的限制。
实施例1
30.8g香紫苏醇溶于90mL 1，2-二氯乙烷，并加入1.5g 12-磷钨酸、0.72g氯化十六烷基吡啶和35mL 30％过氧化氢水溶液，调节pH≈2.0，在70℃下激烈搅拌反应12小时。所得反应混合物按常规方法分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体30.4g，收率93.8％。熔点131～132℃。
实施例2
30.8g香紫苏醇溶于60mL氯仿，并加入0.41g二水合钨酸钠，0.72g磷酸二氢钠，0.36g氯化十六烷基吡啶和90mL 10％过氧化氢溶液，调节pH≈1.5，在70℃激烈搅拌反应24小时。所得反应混合物按常规方法分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体28.4g，收率87.8％。熔点130～132℃。
实施例3
30.8g香紫苏醇溶于60mL乙酸乙酯，并加入2.0g十六烷基磷钨酸吡啶盐和21mL 50％过氧化氢水溶液，在70℃下激烈搅拌反应8小时。所得反应混合物按常规方法分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体30.2g，收率93.2％。熔点130～132℃。
实施例4
30.8g香紫苏醇溶于60mL氯仿，并加入0.96g钼酸铵，2.84g磷酸二氢钠，0.72g氯化十六烷基吡啶和20mL 70％过氧化氢溶液，调节pH≈2.5，室温下搅拌30分钟，升温至70℃，搅拌反应24小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体31.1g，收率95.9％。熔点130～132℃。
实施例5
30.8g香紫苏醇溶于60mL乙酸，并加入0.41g二水合钨酸钠，0.72g磷酸二氢钠，0.36g氯化十六烷基吡啶和90mL 30％过氧化氢溶液，在室温下激烈搅拌反应2小时。所得反应混合物按常规方法分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体31.0g，收率95.8％。熔点130～132℃。
实施例6
30.8g香紫苏醇溶于60mL二氯甲烷，2g Na12{WZn[Mn(H2O)]2ZnW9O34}，0.36g氯化十六烷基吡啶和15mL 30％过氧化氢水溶液中，在室温下，激烈搅拌反应48小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体29.1g，收率89.8％。熔点130～132℃。
实施例7
30.8g香紫苏醇，2.0g Na12{WZn[Mn(H2O)]2ZnW9O34}，1.0g三辛基甲基硫酸氢铵，60mL 1，2-二氯乙烷，80mL 30％过氧化氢水溶液中，在加热70℃下，激烈搅拌反应24小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体32.0g，收率接近定量。熔点130～132℃。
实施例8
30.8g香紫苏醇，2.0g Na12{WZn[Zn(H2O)]2ZnW9O34}，0.20g氯化苄基三乙基铵，50mL乙酸乙酯，15mL 30％过氧化氢水溶液中，在加热70℃下，激烈搅拌反应24小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体32.0g，收率接近定量。熔点131～132℃。
实施例9
0.33g二水合钨酸钠，0.75g磷酸二氢钠，0.15g溴化四丁基铵和35mL 30％过氧化氢溶液，室温下搅拌30分钟。然后加入30.8g香紫苏醇溶于60mL正丁醚的溶液，调节pH≈4.0，在加热70℃下，搅拌反应24小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体26.6g，收率82.1％。熔点131～132℃。
实施例10
0.41g二水合钨酸钠，0.72g磷酸二氢钠，0.30g溴化十六烷基三甲基铵和35mL的30％过氧化氢溶液，室温下搅拌30分钟。然后加入30.8g香紫苏醇溶于60mL甲苯的溶液，调节pH≈4.5，回流搅拌反应24小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体23.0g，收率71.0％。熔点131～132℃。
实施例11
3.08g香紫苏醇溶于15mL叔丁醇中，并加入0.15g 12-磷钨酸，6mL 30％过氧化氢溶液和5滴三乙胺，调节pH≈3.5，室温下搅拌30分钟，70℃时搅拌8小时，气相色谱检测几乎无原料香紫苏醇。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体2.40g，收率76.2％。熔点131～132℃。
实施例12
3.08g香紫苏醇溶于15mL叔丁醇中，并加入0.041g二水合钨酸钠，0.072g磷酸二氢钠和6mL 30％过氧化氢溶液，调节pH≈3.0，室温下搅拌30分钟，70℃时搅拌8小时，气相色谱检测几乎无原料香紫苏醇。经分离、提纯，得香环氧香紫苏醇白色固体2.75g，收率84.9％。熔点131～132℃。
实施例13
3.08g香紫苏醇溶于15mL乙腈中，并加入0.03g钨酸，6mL 30％过氧化氢溶液，约5滴三乙胺，调节pH≈3.5，室温下搅拌30分钟，70℃时搅拌8小时，气相色谱检测几乎无原料香紫苏醇。经分离、提纯，得香环氧香紫苏醇白色固体2.68g，收率82.7％。熔点131～132℃。
实施例14
3.08g香紫苏醇溶于15mL二氧六环中，并加入0.024g二水合钼酸钠，0.072g草酸和6mL 30％过氧化氢溶液，室温下搅拌30分钟，70℃时搅拌8小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体2.53g，收率78.1％。熔点131～132℃。
实施例15
3.08g香紫苏醇溶于10mL乙二醇二甲醚中，并加入0.015g磷钼酸和6mL 30％过氧化氢溶液，室温下搅拌30分钟，120℃时搅拌1小时，气相色谱检测几乎无原料香紫苏醇。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体2.56g，收率79％。熔点131～132℃。
实施例16
3.08g香紫苏醇溶于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，并加入0.15g硅钨酸和6mL30％过氧化氢溶液，室温下搅拌30分钟，调节pH≈3.5，70℃时搅拌8小时，气相色谱检测几乎无原料香紫苏醇。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体3.15g，收率接近定量。熔点131～132℃。
实施例17
3.08g香紫苏醇溶于10mL乙二醇二乙醚中，并加入0.15g硅钨酸和6mL 30％过氧化氢溶液，调节pH≈3.5，室温下搅拌30分钟，70℃时搅拌8小时，气相色谱检测几乎无原料香紫苏醇。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体2.69g，收率83％。熔点131～132℃。
实施例18
30.8g香紫苏醇溶于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％过氧化氢溶液，室温下搅拌30分钟，升温至60℃，搅拌反应24小时。经分离、提纯，得环氧香紫苏醇白色固体28.9g，收率89.2％。熔点130～132℃。
在以上的实施例中，水-有机溶剂均相体系中的有机溶剂、水-有机溶剂两相体系中的有机溶剂、催化剂、相转移催化剂中的化合物以及用量，可在本发明的范围内任意选取，合成环氧香紫苏醇，所给出另外一种或多种具体的环氧香紫苏醇的合成方法，均在本发明的保护范围内。
为了验证本发明所合成产物的结构，发明人采用本发明实施例1、2制备的环氧香紫苏醇进行了结构鉴定，鉴定结果如下：
元素分析C16H28O2(计算值)：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)：max 3416，2926，2860，1463，1381，1137，920，866cm-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)。