本发明涉及一种由r-香茅醛制备l-薄荷酮的方法，属于有机化学合成领域。
背景技术：
：薄荷酮，别名孟酮，具有天然薄荷的清凉特征香气，作为天然存在的l-薄荷酮是亚洲薄荷、美洲薄荷油的主要组分之一，是芳香剂和香料化工重要的一种原料；由于其本身所具有冷却和清凉特性，从而被大量应用于香精调配和调味品中，当然其在医药上也有广泛应用。因此薄荷酮的合成一直受到人们的关注。在美国公开专利us9029605中提供了一种以异胡薄荷醇为原料，在含有膦配体的钌的均相催化剂作用下，邻二甲苯为溶剂生产薄荷酮的方法，但其反应时间超过12h，且其选择性仅能达到47.3％还大量副产薄荷醇。同时催化剂价格昂贵，不已回收，所以并不具有实用价值。美国公开专利us3124614描述了庸香草酚在钯/c催化剂存在下催化氢化合成薄荷酮的方法，得到消旋薄荷酮和异薄荷酮的混合物，也缺乏实用性。美国公开专利us3124614报道利用百里酚在pd催化剂作用下氢化可以得到薄荷酮。其原料百里酚不易得到，产量并不稳定不利于企业连续生产，同时反应条件苛刻，对设备材质要求较高，设备成本昂贵，缺乏竞争力。中国公开专利cn106061933a报道了气相中的异胡薄荷醇与经活化的氧化性铜催化剂接触制备薄荷酮的方法，该方法中铜催化剂需进行预活化，预活化方法步骤复杂，活化效果对反应收率影响较大，产品稳定性差，不适宜大规模工业生产。forti等(synthesis2001，1，52)描述了一种利用香茅醛作为原料在层状硅酸钙、硝酸铝和硝酸铁以及naoh在二氯乙烷中的溶液存在下通过环化来用于制备薄荷酮的方法，其产物混合物包含比例为69/31的薄荷酮和异薄荷酮。其产物中薄荷酮含量较低，且反应条件复杂，并不是一种适合应用于工业化制备薄荷酮的方法。中国公开专利cn106068160a描述用于转移氢化反应的钌-酚催化剂，并且该催化剂在转移氢化反应中具有优异的性能，将该催化剂用于由异胡薄荷醇制备薄荷酮，具有较高的转化率和选择性。但是，该工艺的周转数(ton)提高有限，催化剂寿命仍然较短，而且还需使用大量的酚衍生物，这对于后期处理以及环境均会产生不利影响。同时，该工艺并不能很好的解决l-薄荷酮纯度较差的问题，增加了整个工艺的复杂性。因此，需要一种制备高纯度l-薄荷酮的方法，从而解决现有制备薄荷酮工艺中存在的诸多问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种由r-香茅醛制备l-薄荷酮的方法，本发明在温和的反应条件下，在ru-cu-mof催化剂的作用下，催化r-香茅醛环化制备l-异胡薄荷醇，l-异胡薄荷醇自身氢化转移制备l-薄荷酮。由r-香茅醛直接制备l-薄荷酮避免使用更加昂贵的异胡薄荷醇作为原料制备薄荷酮，大大节约了产品成本，缩减了工艺流程，同时反应过程中避免了其他溶剂的存在，具有较高的原子经济性及良好的环境友好性。如果没有另行规定，术语“薄荷酮”是指任何可能的立体异构体，包括：其中，所述r-香茅醛结构如下：所述l-薄荷酮结构如下：d-薄荷酮结构如下：如果没有另行规定，术语“ee值”是指对映体过量，它表示一个对映体对另一个对映体的过量，此处指l-薄荷酮的气相百分含量与d-薄荷酮的差值。为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：一种由r-香茅醛制备l-薄荷酮的方法，包括以下步骤：在ru-cu-mof催化剂的作用下，r-香茅醛环化制备l-异胡薄荷醇，l-异胡薄荷醇自身氢化转移制备l-薄荷酮；所述r-香茅醛的ee值范围为95～99.99％，优选98～99.99％以上。本发明方法中，所述的ru-cu-mof催化剂中，ru的负载量为0.5～2.0wt％，cu的负载量为0.5～1.8wt％，基于催化剂的总量。本发明中，所述的ru-cu-mof催化剂是通过将钌金属前体、铜金属前体通过溶胶-凝胶法制备ru-cu-mof催化剂。以铜金属前体中铜元素的摩尔量计算，所述铜金属前体的用量与钌金属前体的用量的元素摩尔比为1～2:1。所述钌金属前体选自二氯(对甲基异丙基苯基)钌二聚体、氯化钌、溴化钌、醋酸钌、乙酰丙酮钌中的一种或多种，优选氯化钌和/或乙酰丙酮钌。所述铜金属前体选自铜盐中的一种，优选乙酰丙酮类铜盐中的一种，更优选三氟乙酰丙酮化铜和/双(六氟乙酰丙酮)合铜。作为一种优选的方法，本发明所述的ru-cu-mof催化剂的制备方法包含如下步骤：a)将一定量pva(聚乙烯醇)水溶液，在剧烈搅拌下加入到一定量的ru前体水溶液和cu前体水溶液中，在-5～0℃下搅拌1～2h。之后向上述溶液中滴加新鲜制备的nabh4水溶液，形成pva-ru-cu纳米溶胶；b)将一定量的羧酸吡啶有机配体分散于适量水中超声震荡24～48h后加入到上述pva-ru-cu纳米溶胶中，继续在冰浴中搅拌4～6h后离心分离，用去离子水洗涤3～5次，90～100℃真空干燥2～3h。将所得固体在h2气氛下190～200℃焙烧1～2h除掉pva，得到ru-cu-mof催化剂。优选地，所述pva(聚乙烯醇)水溶液浓度范围为0.08～0.12g/ml。所述ru前体水溶液浓度为0.8～1.2mmol/ml。所述cu前体水溶液浓度为0.8～1.2mmol/ml。所述nabh4水溶液浓度为10～15wt％。本发明催化剂的制备方法中，所述羧酸吡啶有机配体按照8～12g/100ml水的比例投料，优选9.5～10.5g/100ml水。本发明催化剂的制备方法中，所述pva单体与ru元素摩尔比为5～20:1，优选8～10:1。本发明催化剂的制备方法中，所述nabh4与ru元素摩尔比为2～8:1,优选5～6:1。本发明催化剂的制备方法中，所述羧酸吡啶有机配体优选3，5-二(3-羧酸苯基)吡啶，2-(4-吡啶基)对苯二甲酸，2，2’-二吡啶-5-羧酸中的一种，更优选2-(4-吡啶基)对苯二甲酸和/或3，5-二(3-羧酸苯基)吡啶。以钌金属前体中钌元素的摩尔量计算，所述羧酸吡啶有机配体与钌元素的摩尔比为10～30:1，优选15～20:1。本发明中，生成l-薄荷酮的步骤为：将ru-cu-mof催化剂加入到反应釜中，在氮气氛围下，将香茅醛输送至釜内发生环化及氢化转移反应。以钌元素的摩尔量计算，所述cuihuaji的用量为香茅醛的0.001～0.05mol％，优选0.01～0.03mol％。所述反应的温度为10～30℃，优选10～20℃；反应时间为10～24h，优选12～15h。本发明最终产物化学选择性为90％～99.5％，转化率为95％～99.9％，薄荷酮ee值可达到90～99.9％。本发明由r-香茅醛制备l-薄荷酮的方法，采用的ru-cu-mof催化剂，cu-ru金属间的电子协同作用，有助于降低反应物电子跃迁的能垒，使r-香茅醛非均相催化反应可以在更温和的条件下进行。在反应过程中由于催化剂中水极易离去，从而使铜离子更易形成活性中心，大大增强了催化剂有效利用率，从而提高了催化剂的催化性能，同时，铜盐选用乙酰丙酮类铜盐，其分子结构能够有效的抑制环化副反应的发生，提高反应选择性。吡啶羧酸类有机配体的选用，一方面起到提升催化性能的作用，另一方面其形成的空间孔道，更有利于离子交换的发生，提升了反应效率。本发明方法的积极效果在于：1)ru-cu-mof催化剂作用下，在较低的反应温度，安全的操作条件下以较高的收率由r-香茅醛高选择性的制备l-薄荷酮。2)反应过程涉及的操作安全可靠，绿色工艺，具有较高的原子经济性。3)在不引入氢气作为氢源的条件下，l-异胡薄荷醇通过分子内氢化转移生成l-薄荷酮，同时避免了高温高压的操作风险，具有较好的工艺安全性，提升了本质安全。4)采用的独特结构的ru-cu-mof催化剂，避免了ru，cu离子的团聚问题，提高了单位催化剂的利用率，在ru，cu的电子协同效应下显著降低了催化剂用量，具有较高的经济性和适用性。具体实施方式为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。一、本发明实施例所使用的主要原料说明如下：氯化钌，阿拉丁，产品编号r119430；乙酰丙酮钌，阿拉丁，产品编号r1118502；硼氢化钠，阿拉丁，产品编号s108355；聚乙烯醇，阿拉丁，聚乙烯醇1799型，产品编号p105126；三氟乙酰丙酮化铜，阿拉丁，产品编号c167277；双(六氟乙酰丙酮)合铜，阿拉丁，产品编号c115575；2-(4-吡啶基)对苯二甲酸，chemsoon，产品编号ml3804148；3，5-二(3-羧酸苯基)吡啶，chemsoon，产品编号1429436-06-5；去离子水，纯度>99.9％；r-香茅醛，武汉远成共创科技有限公司，化学纯度>99％，ee值范围为95～100％。二、实施例中反应产物测试仪器及方法：气相色谱仪：岛津gc-2010plus，色谱柱db-waxui，进样口温度：220℃，进料量0.1μl；分流比100:1；载气流量：1.0ml/min；升温程序：80℃保温5min，以2.5℃/min升温至160℃，保温是8min,检测器温度：250℃。氢气流速：40ml/min，空气流速：400ml/min，尾吹流速：30ml/min。icp-aes(电感耦合等离子体发射光谱)，optima2000dv。实施例1将19mlpva(聚乙烯醇)水溶液(0.1g/ml)，在剧烈搅拌下加入4.821ml的氯化钌水溶液(1mmol/ml)和7.231ml的三氟乙酰丙酮化铜水溶液中(1mmol/ml)，在0℃下搅拌1h。之后向上述溶液中滴加新鲜制备的10gnabh4水溶液(10wt％)，形成pva-ru-cu纳米溶胶。将20.52g2-(4-吡啶基)对苯二甲酸分散于176ml去离子水中超声震荡24h后加入到上述pva-ru-cu纳米溶胶中，继续在0℃搅拌4h后离心分离，用去离子水洗涤3次，90℃真空干燥2.5h。将所得固体在h2气氛下190℃焙烧1.5h除掉pva，得到ru-cu-mof催化剂。称量质量为23.458g。icp检测钌元素负载含量为1.662wt％，铜元素负载含量为1.567wt％。实施例2将19mlpva(聚乙烯醇)水溶液(0.1g/ml)，在剧烈搅拌下加入4.821ml的氯化钌水溶液(1mmol/ml)和9.642ml的双(六氟乙酰丙酮)合铜水溶液中(1mmol/ml)，在-2.5℃下搅拌1.5h。之后向上述溶液中滴加新鲜制备的10.94gnabh4水溶液(10wt％)，形成pva-ru-cu纳米溶胶。将23.45g2-(4-吡啶基)对苯二甲酸分散于228ml去离子水中超声震荡36h后加入到上述pva-ru-cu纳米溶胶中，继续在-2.5℃中搅拌4h后离心分离，用去离子水洗涤3次，100℃真空干燥2h。将所得固体在h2气氛下200℃焙烧1h除掉pva，得到ru-cu-mof催化剂。称量质量为27.935g。icp检测钌元素负载含量为1.395wt％，铜元素负载含量为1.75wt％。实施例3将10mlpva(聚乙烯醇)水溶液(0.1g/ml)，在剧烈搅拌下加入2.51ml的乙酰丙酮钌水溶液(1mmol/ml)和2.51ml的三氟乙酰丙酮化铜水溶液中(1mmol/ml)，在-5℃下搅拌2h。之后向上述溶液中滴加新鲜制备的4.748gnabh4水溶液(10wt％)，形成pva-ru-cu纳米溶胶。将9.157g2-(4-吡啶基)对苯二甲酸分散于96.15ml去离子水中超声震荡48h后加入到上述pva-ru-cu纳米溶胶中，继续在冰浴中搅拌4h后离心分离，用去离子水洗涤5次，95℃真空干燥2h。将所得固体在h2气氛下195℃焙烧2h除掉pva，得到ru-cu-mof催化剂。称量质量为16.54g。icp检测钌元素负载含量为1.227wt％，铜元素负载含量为0.77wt％。实施例4将8.8mlpva(聚乙烯醇)水溶液(0.1g/ml)，在剧烈搅拌下加入2.51ml的乙酰丙酮钌水溶液(1mmol/ml)和5.02ml的双(六氟乙酰丙酮)合铜水溶液中(1mmol/ml)，在0℃下搅拌1.5h。之后向上述溶液中滴加新鲜制备的5.7gnabh4水溶液(10wt％)，形成pva-ru-cu纳米溶胶。将16.03g3，5-二(3-羧酸苯基)吡啶分散于152.3ml去离子水中超声震荡36h后加入到上述pva-ru-cu纳米溶胶中，继续在冰浴中搅拌5h后离心分离，用去离子水洗涤4次，100℃真空干燥2.5h。将所得固体在h2气氛下200℃焙烧1h除掉pva，得到ru-cu-mof催化剂。称量质量为16.83g。icp检测钌元素负载含量为1.206wt％，铜元素负载含量为1.516wt％。实施例5将17mlpva(聚乙烯醇)水溶液(0.1g/ml)，在剧烈搅拌下加入4.821ml的氯化钌水溶液(1mmol/ml)和4.821ml的三氟乙酰丙酮化铜水溶液中(1mmol/ml)，在0℃下搅拌1h。之后向上述溶液中滴加新鲜制备的9.12gnabh4水溶液(10wt％)，形成pva-ru-cu纳米溶胶。将23.09g2-(4-吡啶基)对苯二甲酸分散于231ml去离子水中超声震荡36h后加入到上述pva-ru-cu纳米溶胶中，继续在冰浴中搅拌4h后离心分离，用去离子水洗涤4次，90℃真空干燥2h。将所得固体在h2气氛下190℃焙烧1.5h除掉pva，得到ru-cu-mof催化剂。称量质量为25.316g。icp检测钌元素负载含量为1.54wt％，铜元素负载含量为0.968wt％。实施例6将反应釜使用氮气冲压至0.3mpag，泄放至常压，反复三次后，将1.577g由实施例1所述方法制备的催化剂加入到反应釜中，将200gr-香茅醛加入到反应釜内，升温至20℃，并保持反应温度稳定，持续反应12h。反应最终转化率为97.518％，反应选择性为96.56％，薄荷酮ee值为96.46％。实施例7将反应釜使用氮气冲压至0.3mpag，泄放至常压，反复三次后，将2.817g由实施例2所述方法制备的催化剂加入到反应釜中，将200gr-香茅醛加入到反应釜内，调节反应温度至10℃，并保持反应温度稳定，持续反应15h。反应最终转化率为98.879％，反应选择性为97.14％，薄荷酮ee值为99.87％。实施例8将反应釜使用氮气冲压至0.3mpag，泄放至常压，反复三次后，将0.691g由实施例3所述方法制备的催化剂加入到反应釜中，将200gr-香茅醛加入到反应釜内，调节反应温度至15℃，并保持反应温度稳定，持续反应13.5h。反应最终转化率为96.839％，反应选择性为97.15％，薄荷酮ee值为98.97％。实施例9将反应釜使用氮气冲压至0.3mpag，泄放至常压，反复三次后，将2.17g由实施例4所述方法制备的催化剂加入到反应釜中，将200gr-香茅醛加入到反应釜内，调节反应温度至15℃，并保持反应温度稳定，持续反应15h。反应最终转化率为98.792％，反应选择性为96.34％，薄荷酮ee值为98.68％。实施例10将反应釜使用氮气冲压至0.3mpag，泄放至常压，反复三次后，将3.26g由实施例4所述方法制备的催化剂加入到反应釜中，将200gr-香茅醛加入到反应釜内，调节反应温度至10℃，并保持反应温度稳定，持续反应15h。反应最终转化率为99.792％，反应选择性为97.45％，薄荷酮ee值为99.86％。实施例11将反应釜使用氮气冲压至0.3mpag，泄放至常压，反复三次后，将0.553由实施例5所述方法制备的催化剂加入到反应釜中，将200gr-香茅醛加入到反应釜内，调节反应温度至10℃，并保持反应温度稳定，持续反应15h。反应最终转化率为95.402％，反应选择性为99.15％，薄荷酮ee值为99.86％。实施例12在实施例10的基础上过滤回收催化剂，套用30次。实验结果如下：组别反应转化率/％反应选择性/％ee值/％实施例12(套用1次)99.8197.4299.85实施例10套用10次99.1697.0499.87实施例10套用20次98.7796.5199.32实施例10套用30次97.9895.9899.01对比例1(cn104603095制备实施例4)在惰性条件下，将404mg的[ru(pnoct3)4(h)2]、3.6g异蒲勒醇和10ml邻-二甲苯(无水)称重放入50ml玻璃高压釜中。然后将反应混合物在130℃的油浴温度下在自生压力(0.5巴正压)下搅拌12小时。在反应以后，通过气相色谱法测定薄荷酮(异构体之和)的转化率和产率(面积％)。异蒲勒醇的转化率64.5％，其中薄荷醇(65.8％(-)-薄荷醇、34.2％(+)-异薄荷酮的异构体混合物)的选择性为46.3％。次级组分的选择性:薄荷醇30.2％，异蒲勒酮14.4％，总选择性(薄荷酮+薄荷醇+异蒲勒酮)90.9％。(通过对比例表明本发明具有较高的反应选择性和转化率)对比例2(cn102061175a实施例1)30g氯苯和5.6g过氧化二叔丁基的混合物，加热到126℃，搅拌下滴加23g香茅醛，0.5小时滴加完毕，维持126℃继续反应18小时。碘化钾一淀粉试纸检测过氧化物消耗完毕。气相色谱检测，香茅醛转化率93％，薄荷酮与异薄荷酮的混合物的选择性为82.3％。薄荷酮与异薄荷酮的比例为65.5:34.5。水环泵减压回收氯苯，油泵减压蒸馏，收集90-92℃(1.3kpa)馏分，得到无色液体18.3g，收率70.1％。(通过对比例表明本发明具有较好的操作条件，以及原子经济性)当前第1页1 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