6-异丙基-9-甲基-1,4-二氧螺环[4,5]癸烷-2-甲醇的制备

背景及概述[1.2]

6-异丙基-9-甲基-1,4-二氧螺环[4,5]癸烷-2-甲醇，中文别名薄荷酮甘油缩酮，英文名称：6-ISOPROPYL-9-METHYL-1,4-DIOXASPIRO[4.5]DECANE-2-METHANOL，CAS登记号63187-91-7，分子式为C13H24O3，分子量为228.33。薄荷酮甘油缩酮是一种具有很弱的薄荷气味，较低的刺激性，较持久的清凉作用的物质。薄荷酮甘油缩酮在质量分数为10％时几乎没有香气，在浓度为5-10mg/kg时在口腔内可感觉到逐渐增强的凉味感觉，同时咽喉也能快速感觉到凉感，并伴随稍有刺激和灼烧感。薄荷酮有多种的旋光异构体，以Ｌ-薄荷酮合成的薄荷酮甘油缩酮为主，因为其他构型产物会有不愉悦气味，而 Ｌ-薄荷酮甘油缩酮的气味与清凉效果、应用最广泛。薄荷酮甘油缩酮可用做糖果、化妆品、口腔卫生用品、香水、食品和香烟等的香料，在医药上用做局部麻醉和防腐剂。薄荷酮甘油缩酮由薄荷酮和甘油为原料制得，本文综述了薄荷酮、甘油和薄荷酮甘油缩酮的合成技术进展。

薄荷酮甘油缩酮的合成机理

薄荷酮甘油缩酮是在酸催化下，由薄荷酮的羰基与甘油的羟基缩合生成半缩酮，生成的半缩酮不稳定，会直接与甘油未参与反应的羟基缩合生成薄荷酮甘油缩酮与一分子水，该过程是可逆反应，因此及时移除反应体系的水能够显著提高反应效率。薄荷酮甘油缩酮合成路线见图１。

图 １　 薄荷酮甘油缩酮（6-异丙基-9-甲基-1,4-二氧螺环[4,5]癸烷-2-甲醇）合成路线

此外，薄荷酮还会与薄荷酮甘油缩酮上的羟基缩合，形成聚合物。该反应为热力学主导，温度增高，聚合物含量显著增多，为薄荷酮甘油缩酮合成副反应产物。

制备

薄荷酮的合成技术进展

薄荷酮的来源有提取法和合成法两种，提取法是从薄荷等植物中，经真空蒸馏、结晶等过程获得；合成法主要采用氧化法，以薄荷醇为原料，经氧化反应而得，也可通过薄荷醇异构化得到。氧化法合成薄荷酮的技术。以铬酸作为氧化剂，在６５～７０℃ ，快速搅拌条件下， ｎ （薄荷醇） ∶ ｎ（铬酸） ＝１∶１ ，氧化反应时间为 ４０～５０ｍｉｎ 时，薄荷酮的收率达到 ８５％ 左右。该技术氧化效果好、操作简单，产品收率较高，但存在铬污染的问题。合成过程中产生的大量含铬废液，需用还原沉淀法处理，并将沉淀物转化为重铬酸钾，再回收利用。也可以次氯酸钠水溶液、３０％双氧水等作为氧化剂避免了铬污染的产生

甘油的合成技术进展

甘油的工业化生产方法分为以天然油脂为原料的方法和以丙烯为原料的合成法。以天然油脂为原料生产甘油称为天然甘油，以丙烯为原料合成的甘油被称为合成甘油。

1天然甘油的合成技术

以天然油脂为原料生产甘油的方法有水解法和酯交换法2种。天然油脂在碱性条件下水解，得到的反应产物为甘油和脂肪酸钠 （又称为皂），该反应又称皂化反应；天然油脂直接水解，得到的产物是脂肪酸和甘油。天然油脂与低碳链醇进行酯交换反应，可得到脂肪酸低碳醇酯和甘油。

2合成甘油的合成技术

合成甘油是以丙烯为原料，可通过氯化法或氧化法生产。丙烯氯化法生产甘油是先将丙烯进行高温氯化，得到氯丙烯，氯丙烯再引入羟基得到二氯丙醇，二氯丙醇皂化得到环氧氯丙烷，环氧氯丙烷最后水解可得到甘油。

薄荷酮甘油缩酮的合成技术进展

薄荷酮甘油缩酮的合成主要是利用薄荷酮与甘油在酸催化进行缩酮反应得到。以三氯化铝为催化剂，甘油与薄荷酮为原料，合成薄荷酮甘油缩酮。以环己烷作带水剂，优化催化剂加入量为反应物总物料质量的0.6%，反应时间３ｈ，薄荷酮转化率提高至82.7％ 。

讨论

投料比的选择

由于甘油成本较低，本实验采用甘油稍过量。实验固定薄荷酮为0.1 mol，催化剂用量为反应物总投料质量的0.6%，反应时间为3h，考察反应物原料的配比对缩合反应中薄荷酮转化率的影响。薄荷酮转化率随着甘油量的增大而增加。当薄荷酮与甘油的物质的量比为1：2.0时，转化率。再增加甘油的量，转化率反而有所减小，因此选择 ｎ （薄荷酮）∶ｎ（甘油）＝1：2.0为投料比。

催化剂三氯化铝用量对反应的影响

固定薄荷酮用量为0.1 mol，甘油用量为0.2 mol，反应时间3h，加入不同用量的催化剂三氯化铝（此处催化剂用量为反应物总投料的质量百分比），考察催化剂使用量对转化率的影响随着催化剂用量的增加，转化率增加。当催化剂用量为反应物总投料质量的0.6%时，转化率随催化剂加入量增加而增加的速率减慢，变化不明显。考虑到成本等因素，选择催化剂用量为反应物总投料质量的0.6%为用量。

反应时间对反应的影响

固定薄荷酮用量为0.1 mol，甘油用量为0.2 mol，加入用量为反应物总投料质量0.6%的催化剂，考察反应时间对转化率的影响。在催化剂用量相同的情况下，反应转化率随反应时间延长而增加，反应至３ｈ时已无明显分水现象，薄荷酮转化率增加变得非常缓慢，副反应增多，故选择３ｈ为反应时间。

结语

薄荷酮甘油缩酮广泛用于食品、化妆品、烟草等行业。由于薄荷酮甘油缩酮具有持续长久的清凉效果却没有薄荷难闻的气味，随着时间的延长清凉效果日益增加。目前合成路线较为单一，原子效率偏低。应加大力度研究和开发新的合成工艺路线。

参考文献

[1]张玥．甘油类缩醛（酮）的催化合成［Ｄ］．无锡，江南大学， ２００８．

[2]张浴沂，曾平，魏盼中，等．薄荷酮甘油缩酮的合成工艺研究［Ｊ］．精细与专用化学品， 2018，26（10）：41－44．