一种由柠檬醛不对称催化氢化制备手性香茅醛的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种化工技术领域手性香茅醛的制备方法，具体是一种由柠檬醛 不对称铑催化氢化合成手性香茅醛的合成方法，属于香精香料领域。
【背景技术】
[0002] 香茅醛是一种重要的香料成分，也是许多香精香料的前体，如可用来合成羟基香 茅醛和薄荷醇等其他香料。特别是合成薄荷醇中最重要的中间体。同时还广泛用于饮料、糖 果、食品等的加香和配制。因此，对于香茅醛，特别是手性香茅醛的需求量不断地增加。由 此，其合成方法也因此一直受到科研人员和各公司的重视。目前合成手性香茅醛的专利有 少数几篇，其合成方法主要分为酶催化、小分子催化、双催化剂催化、金属催化等。其中，酶 催化和小分子催化方法，效率和产量都非常有限，不利于大规模工业生产；双催化剂催化操 作复杂，收率和对映选择性都需要进一步提高。
[0003] 通过对柠檬醛金属催化氢化合成手性香茅醛具有很大的研究价值和经济价值，其 主要有以下几种合成方法：
[0004] EP0000315描述了一种通过由铑和手性膦组成的催化剂配合物存在下，氢化香叶 醛或橙花醛而制备光学活性香茅醛的方法。
[0005] J. Mol. Cat. 1982, 16, 51-59 和 Helv. Chim. Acta 2001，84, 230-242 中作者分别采 用了羰基铑和手性双膦配体的配合物氢化a，β -不饱和醛，并应用于氢化香叶醛或橙花醛 制备光学活性的香矛酸，转化率、对映选择性都有待提尚。
[0006] 中国公开专利CN101039894A、CN101675020A和CN101932543A等报道使用羰基铑 和手性膦的配合物均相催化氢化橙花醛制备光学活性的香茅醛，催化剂先经过CO与氏混 合气预制，反应在混有少量CO的H 2中进行。
[0007] 上述这些金属催化方法大都需要通过有毒的CO气体的作用，来控制反应的选择 性，或需要预先制备羰基铑和手性膦的配合物作为催化剂，工艺较为繁琐，稳定性较差，催 化剂用量较高，成本较高，所以较难进行工业化应用。
[0008] 本发明通过简单地加入添加剂的方法，在安全清洁的氢气以及温和的条件下，使 用简单易得的手性铑配合物作为催化剂，将香叶醛或橙花醛转化为香茅醛。该方法具有工 艺简单、对映选择性和产率高以及催化剂用量低等突出优点，具有明显的工业化应用优势。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种由柠檬醛不对称催化氢化制备手性香茅醛的方法。该制 备方法通过采用手性铑配合物进行催化加氢，同时加入添加剂，对化学选择性合成香茅醛 进行改进，进一步控制其立体选择性，实现了不对称催化氢化高效地制备手性香茅醛。
[0010] 为了实现以上发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0011] -种由柠檬醛不对称催化氢化制备手性香茅醛的方法：在手性铑配合物催化剂和 添加剂的作用下，对柠檬醛进行不对称氢化，制备R或S手性香茅醛。
[0012] 本发明的不对称铑催化氢化柠檬醛的反应方法，反应过程可以用下述反应式表 示：
[0014] 上述反应式中，（1)表示柠檬醛，（2)表示手性香茅醛。其中，Additive表示添加 剂，Solvent表示溶剂。
[0015] 本发明中，所述手性铑配合物是由具有阴离子和辅助配体的铑盐与手性配体配位 而成；所述催化剂的使用方式是所述具有阴离子和辅助配体的铑盐与手性配体直接原位配 位后使用，或者直接使用所述手性铑配合物；优选的催化剂的使用方式是所述具有阴离子 和辅助配体的铑盐与手性配体直接原位配位后使用，原位配位时铑与手性配体L*的摩尔 比为1 :1~1. 2,优选为1 :1~1. 1。
[0016] 本发明中，所述手性铑配合物的结构式为[Rh(L*) (L)]X，具有阴离子和辅助配体 的铑盐结构式为[Rh (L)2]X或[RhX (L)]2，其中，L*为手性配体，L为辅助配体，X为阴离子。
[0017] 本发明中，所述不对称氢化反应可以在有溶剂的条件下进行，也可以在无溶剂条 件下进行，在氢气氛围下进行所述不对称氢化反应；所述不对称氢化反应在有溶剂条件下 进行时先将E式和/或Z式柠檬醛溶解于溶剂中。
[0018] 本发明中，所述柠檬醛的纯度为99. 0~99. 9wt%，所述柠檬醛中E构型与Z构型 的比例是1:99~99:1。
[0019] 本发明所述溶剂为非烷烃极性溶剂、非极性溶剂或者质子性溶剂中的一种或两种 或多种；其中，所述的非烷烃极性溶剂优选为二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、DMF、丙酮或乙腈； 非极性溶剂优选为甲苯、乙醚或四氢呋喃；所述的质子性溶剂优选为甲醇、乙醇、异丙醇或 三氟乙醇；本发明所述溶剂更优选为甲苯、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、乙醚、四氢呋喃、甲 醇、乙醇、异丙醇和三氟乙醇中的一种或两种或多种。
[0020] 本发明中，所述柠檬醛的质量浓度是0. 5~IOOwt%，优选为30~IOOwt%，基于 柠檬醛与所述溶剂的总质量。
[0021 ] 本发明中，所述手性铑配合物中的阴离子X是Cl、BF4、SbF6、CF 3COO或PF 6，优选 为BF4、SbF6或PF 6，进一步优选为BF4或SbF 6。
[0022] 本发明中，所述手性铑配合物中的辅助配体L为双烯配体，优选为1，5-环辛二稀 (COD)或 2, 5-降冰片二烯（NBD)。
[0023] 本发明中，所述手性铑配合物中的手性配体L*是手性双膦或膦氮配体，所述手性 配体选自Ll~L17中的任意一种配体，其中，配体Ll~L6的构型可以是R或者S，Ll~ L17的结构式如下所示：
[0024]
[0025] 作为优选的方案，本发明中所述手性配体为LI~L4、L7~L 11、L12或 L15,更优选为LU L3、L8、Lll、L14或L15,进一步优选为LU L8或Lll，Ar分别代表 a: C6H5, b: 4-CH30C6H4, c: 4-CF3C6H4或 d: 3, 5-di-tBu-4-Me0C 6H2。
[0026] 本发明中，所述手性铑配合物与柠檬醛的摩尔比为1:100~100000,优选为 1:1000 ~50000,更优选为 1:10000 ~50000。
[0027] 本发明中，所述不对称氢化反应时在催化剂和添加剂的同时作用下进行的，添加 剂分子上的孤对电子与催化剂分子中的空轨道以S键形式作用而发生络合，使催化剂在 与底物配位性质发生改变，使得催化剂优先与底物的碳碳双键进行配位，而不与碳氧双键 配位，从而在碳碳双键上进行不对称氢化反应。
[0028] 本发明中，所述添加剂为碘化物、溴化物和氯化物中的一种或两种或多种，所述碘 化物为碘化钠、碘化钾、碘化铵、碘化钙、碘化锌、碘化锂、四丁基碘化铵、苯基三乙基碘化 铵、（二茂铁基甲基）三甲基碘化铵、乙基三正丙基碘化铵、四正辛基碘化铵、（丙基碳酰基 硫乙基）三甲基碘化铵、四己基碘化铵、四正庚基碘化铵和3-(三氟甲基）苯基三甲基碘化 铵；所述溴化物为溴化铵、苯基三乙基溴化铵、（二茂铁基甲基）三甲基溴化铵、乙基三正 丙基溴化铵、四正辛基溴化铵、（丙基碳酰基硫乙基）三甲基溴化铵、四己基溴化铵、四正庚 基溴化铵和3_(三氟甲基）苯基三甲基溴化铵；所述氯化物为氯化铵、苯基三乙基氯化铵、 (二茂铁基甲基）三甲基氯化铵、乙基三正丙基氯化铵、四正辛基氯化铵、（丙基碳酰基硫乙 基）三甲基氯化铵、四己基氯化铵、四正庚基氯化铵或3_(三氟甲基）苯基三甲基氯化铵； 所述添加剂优选为碘化钠、碘化钾、四丁基碘化铵、苯基三乙基碘化铵、（二茂铁基甲基）三 甲基碘化铵、四己基碘化铵、四正辛基溴化铵、四己基溴化铵、苯基三乙基氯化铵和四己基 氯化铵中的一种或两种或多种；更优选为碘化钠、碘化钾、四丁基碘化铵、四正辛基溴化铵、 四己基溴化铵、四己基氯化铵和苯基三乙基氯化铵中的一种或两种或多种；进一步优选为 碘化钠、四丁基碘化铵、四正辛基溴化铵和苯基三乙基氯化铵中的一种或两种或多种。
[0029] 本发明中，所述添加剂与底物柠檬醛的摩尔比为1:1~20,优选为1:5~10。
[0030] 本发明中，所述不对称氢化的氢气氛压力（表压）为1~80bar，优选为10~ 45bar，更优选为20~35bar。氢气的体积纯度为99. 9~99. 999v%。
[0031] 本发明中，所述不对称氢化的反应温度为_80°C~80°C，优选为0°C~60°C，更优 选为15°C~35°C ;反应时间为1~72小时，优选为5~36小时，更优选为10~24小时。
[0032] 本发明中，不对称氢化柠檬醛制备的手性香茅醛的光学纯度可达到72%~98%， 产品收率可达到71%~99%。
[0033] 本发明的有益效果在于：
[0034] 1、本发明所述不对称氢化反应时在催化剂和添加剂的同时作用下进行的，添加剂 与催化剂络合，使催化剂在与底物配位性质发生改变，使得催化剂优先与底物的碳碳双键 进行配位，而不与碳氧双键配位，从而在碳碳双键上进行不对称氢化反应。
[0035] 2、本发明以柠檬醛为底物，加入一定添加剂，经手性铑配合物进行不对称催化氢 化，从而得到手性香茅醛。产品收率高达99%，对映选择性选择性高达98%。
[0036] 3、本发明原料易得，操作简便，条件温和；所用添加剂价廉简单，成本较低；产物 易于分离，收率高，对映选择性高，易于工业化大规模生产。
[0037] 说明书附图
[0038] 图1为R-香茅醛产品的气相色谱图；
[0039] 图2为S-香茅醛产品的气相色谱图；
【具体实施方式】 [0040] 实施例
[0041] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0042] 在下面的实施例中，以下实施例中配位制备好后使用的手性铑配合物表示为 [Rh(L*) (L)]X，也可以通过具有阴离子和辅助配体的铑盐[Rh(L)2]X或[他乂0^)]2与手性配 体L*原位配位合成。
[0043] 气相色谱仪：Agi Ient7890,色谱柱 SupelcoP -DEX?225,进样 口温度：220 °C ;分流 比50:1 ;升温程序：初始温度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，检测器温度：300°C ;
[0044] 如附图1和附图2所示，其中，保留时间25. Imin色谱峰是R-香茅醛；保留时间 24. 6min的色谱峰是S-香茅醛。
[0045] 本发明中，所用的铑盐和手性配体等如无特殊说明，均通过试剂公司购买。如配 体：双（1，5-环辛二烯）四氟硼酸铑[Rh(COD) 2BF4,采购自百灵威科技，纯度为98wt%。
[0046] 实施例一
[0047] 手性香茅醛的制备
[0048] 在一个IOmL反应管中，加入膦配体R-Lla(3.5mg，0.005mmol)与双（1,5-环辛二 烯）四氟硼酸铑[Rh (COD) 2]BF4 (2. lmg，0. 005mmol)，体系通过真空线，用氮气置换3次，加入 新蒸的脱气甲苯（2mL)，溶液在室温下搅拌1小时，减压抽去溶剂得棕色固体，真空抽2小时 后，加入2mL甲醇溶剂，将此溶液加入装有E式柠檬醛（76. lmg，0. 50mmol，E/Z = 99/1，手性 铑配合物[Rh(R-Lla) (COD)]BF4与柠檬醛的摩尔比为1/100)和碘化钠（7. 5mg，0. 05mmol) 的小瓶中，装入高压釜，经6次氢气置换后，使初始氢气压力为20bar，15°C搅拌反应24小 时。冷却，小心放出气体，打开高压釜，取出小瓶，抽干溶剂，NMR检测转化率，气相色谱 (色谱柱f3-DEX?225)检测对映异构体过量值，柱层析得到产物。产率为95%，S-对映 体过量值为 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] 实施例二