反式-2-甲基-2-戊烯酸的应用

发布日期:2020/10/26 11:48:35

背景及概述^[1][2]

草莓被人们视为水果中的上品，素有水果“皇后”的美称。草莓香气受到人们的青睐，具有草莓香气的食品、饮料和日化产品的消费量也不断增长，因而市场对具有草莓香调的2-甲基-2-戊烯酸的需求旺盛。2-甲基-2-戊烯酸作为合成香料家族中的重要一员，不仅具有新鲜草莓香气，且带有甜润的浆果样香气和酸味，它是配制草莓香精的主香原料。

2-甲基-2-戊烯酸既是美国食用香料与提取物制造者协会(FEMA)认可的安全食用香料，也是我国食品添加剂使用卫生标准 GB2760-1996 附录中允许使用的食用合成香料。2-甲基-2-戊烯酸为无色透明液体，可溶解于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，微溶于水，商品名称为草莓酸，化学结构简式为CH₃CH₂CH = C(CH₃)COOH。2-甲基-2-戊烯酸有顺式和反式-2-甲基-2-戊烯酸种立体异构体。

应用^[2]

2-甲基-2-戊烯酸主要在食用香精配方中使用，用于调配草莓、覆盆子、菠萝、杏仁、乳酪、热带水果等香型的食用香精，以用于饮料、糖果、饼干、烘烤食品、冰淇淋、果子冻、布丁、调味料等食品的加香。在对天然草莓香气进行认真嗅辨的基础上，认定草莓香精是由青香韵、甜香韵和酸香韵3 种香韵构成，香气浓郁，留香持久。

将研制的2-甲基-2-戊烯酸产品加入配方中，并经过配方筛选，研究得到了香气比较纯正的草莓香精配方。2-甲基-2-戊烯酸还可作为日用香料，用于配制草莓和其他新鲜水果香型的日用香精，以用于喷雾剂、香波和蜡烛等日化产品的加香。

此外，反式-2-甲基-2-戊烯酸还可用作制备培养基，如用于一种用于真核细胞中重组产生多肽的制备，所述方法包括步骤(i)在培养用培养基中培养包含编码多肽的核酸的真核细胞，其中所述培养用培养基包含选自反式-2-甲基2-戊烯酸、广谱HDAC抑制剂Quisinostat和亚型特异性HDAC抑制剂罗米地辛的化合物，和(ii)从细胞或培养用培养基回收多肽，并且由此在真核细胞中产生多肽。

制备^[2-3]

首先以丙醛为起始原料合成中间体2-甲基-2-戊烯醛，再通过空气氧化法将中间体2-甲基-2-戊烯醛氧化，得到2-甲基-2 -戊烯酸。

步骤1：合成中间体2-甲基-2-戊烯醛。以丙醛为起始原料，氢氧化钠为催化剂，进行羟醛缩合反应，合成2-甲基-2-戊烯醛。其反应机理为：氢氧化钠先与一分子丙醛的α-氢原子结合，生成碳负离子，该碳负离子作为强亲核试剂，进攻另一分子丙醛的羰基，生成氧负离子。该氧负离子从水分子中夺取质子而生成β-羟基醛，它稍受热，发生分子内脱水，生成2-甲基-2-戊烯醛。其化学反应式如式。

具体步骤为：向带有回流冷凝器、温度计、滴液漏斗和搅拌器的反应器中，加入1 000 g 丙醛和680g 苯，开动搅拌器。保持温度≤12℃，通过滴液漏斗缓慢滴加质量分数20% 的氢氧化钠水溶液80 g，加料完毕后，在温度为12~16℃条件下继续搅拌反应2 h，即结束反应。用质量分数20% 的乙酸水溶液将反应混合物中和至pH 值为7 ，再用蒸馏水洗涤3 次，先通过常压蒸馏回收苯，然后进行减压蒸馏，收集(2.39kPa)38~39℃馏分，可得到2-甲基-2-戊烯醛约650 g。

步骤2：合成2-甲基-2-戊烯酸。采用空气氧化法，以乙酸锰作为催化剂，使中间体2-甲基-2-戊烯醛发生氧化反应，生成2-甲基-2-戊烯酸。其反应机理为：空气中的氧分子先与一分子2-甲基-2-戊烯醛按游离基机理反应，生成过氧酸，该过氧酸再与另一分子2-甲基-2-戊烯醛反应，生成2-甲基-2-戊烯酸。其化学反应式如式。

具体步骤为：向带有回流冷凝器、附有砂芯片的导气管和温度计的管式反应器中，加入650 g 2-甲基-2-戊烯醛、7 g 乙酸锰。保持反应温度为3 0 ~ 4 0 ℃，以1.2L/min的流量通过导气管向管式反应器中通入空气，进行氧化反应，反应4~5 h 后，可取样分析，当反应混合物的pH 值达到1 时，结束反应。待反应混合物冷却至室温后，用质量分数10% 的氢氧化钠水溶液将反应混合物中和至pH 值为8。

然后用约300 g 苯进行萃取，分离苯层和水层，用水将苯层洗涤至pH 值为7，再蒸馏分离苯，回收得到未反应的2-甲基-2-戊烯醛，可重复进行空气氧化。同时将水层用质量分数10% 的硫酸水溶液酸化至pH值为1 ，再进行水洗，然后进行减压分馏，取(1.33kPa)94~106.5℃馏分，得到2-甲基-2-戊烯酸粗品。用己烷作溶剂对其进行重结晶，即可得到无色透明的2-甲基-2-戊烯酸约410 g。