一种硅杂-β-王朝酮及其制备方法

摘要

本发明提供了式I所示的硅杂-β-王朝酮，也即1-(3-硅杂-3,3-二甲基环己-1-烯基)戊-4-烯-1-酮。该化合物是一种带有强烈菠萝香的香料化合物。本发明采用在钯催化作用下，端基炔烃对硅杂环丁烷的插入扩环反应，高产率制备该硅杂-β-王朝酮。该方法原料易得，适用范围广，分离产率高，实验设备及操作简单易行，便于工业化。

说明书

技术领域

本发明属于香料化学领域，特别涉及一种硅杂-β-王朝酮化合物及其通用的合成方法。

背景技术

香精香料工业的发展依赖于持续不断发现的新的优质香原料。与天然香原料相比，合成香原料不仅具有确定的成分、稳定的供应和适中的价格，同时还没有季节依赖性。β-王朝酮（Dynascone，IV）是一种有果香，像菠萝一样香气的香原料，为芬美意公司的专利产品 (US4264467 A)。近年来，将天然香原料结构中的一个四级碳原子用一个硅原子取代来设计并合成香料化合物已成为一种新的开发香原料的方法，也即Si/C置换法。2010年，Givaudan公开了一种带有广藿香油特征的α-硅基醇（V）的专利（US 008182781B2）。在广藿香油中，关键香气成分为(-)-广藿香醇，含量高达40%，但由于结构复杂，难以通过合成方法商品化。相比之下，带有三个环丙基取代的α-硅基醇，不仅有强烈的天然广藿香特征，香气阈值仅为广藿香醇的三分之一，而且容易大量合成。偕二甲基环己烯骨架存在于大量的合成和天然香料化合物中，然而目前还没有通过Si/C置换来合成含有偕二甲基环己烯骨架的硅类似物的新型香原料开发。

 

硅杂-β-王朝酮       β-王朝酮           α-硅基醇

发明内容

本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提供一种带有菠萝香的硅杂-β-王朝酮化合物。本发明的另一个目的是提供一种合成该化合物的通用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种硅杂-β-王朝酮，其特征在于：也即1-(3-硅杂-3,3-二甲基环己-1-烯基)戊-4-烯-1-酮，具有如式Ⅰ所示的结构：

该硅杂-β-王朝酮具有强烈的菠萝香特征。

本发明的硅杂-β-王朝酮是在钯催化作用下，由式Ⅲ的端基炔烃对式Ⅱ的硅杂环丁烷的插入扩环反应而制成，制备过程所依据的基本反应式如下：

式Ⅲ中的R代表氢、醛基、酮基、烷氧基、缩醛基、缩酮基、酯基、磷酸基。Ⅲ具体可为6-庚烯-1-炔-3-酮、丙炔酸甲酯、丙炔酸乙酯、丙炔酸烯丙酯、丙炔酸叔丁酯、丙炔酸、丙炔酰胺等。

具体反应过程为以下两种方式之一：

第一种：将式Ⅱ所示的硅杂环丁烷和式Ⅲ所示的6-庚烯-1-炔-3-酮混合于有机溶剂中，在钯催化剂催化下加热反应，反应产物经浓缩、纯化即可得到硅杂-β-王朝酮；

第二种：将式Ⅱ所示的硅杂环丁烷和式Ⅲ中除6-庚烯-1-炔-3-酮以外的其它端基炔烃混合于有机溶剂中，在钯催化剂催化下加热反应，然后将浓缩、纯化得到的反应产物经过衍生化或化学修饰得到硅杂-β-王朝酮。

所述酮基表示-COR，其中R代表甲基、乙基、丙基、丁基或苯基；所述烷氧基表示-OR¹，其中R¹代表甲基、乙基、丙基、丁基或烯丙基；所述酯基表示-COOR²，其中R²代表甲基、乙基、丙基、叔丁基、烯丙基或三甲基硅基。

所述硅杂环丁烷如式II所示，可用商品化试剂，无需特殊处理。所述端基炔烃如式Ⅲ所示，可用商品化试剂，无需特殊处理。硅杂环丁烷和端基炔烃的投放比例为10:1-0.8:1。

所述有机溶剂为苯、甲苯、四氢呋喃、己烷或二甲基甲酰胺（DMF）；有机溶剂事先需经干燥脱气处理。

所述钯催化剂为(PPh₃)₄Pd、(PPh₃)₂PdCl₂、Pd(OAc)₂+2PPh₃或Pd (dba)₂+2PPh₃，钯催化剂的投放量为硅杂环丁烷摩尔数的0.5%-10%。

本发明方法对硅杂环丁烷与溶剂的比例没有特别限制，只要能使反应液均匀搅拌即可，优选1 mmol的硅杂环丁烷使用2-5 mL的溶剂（如甲苯）。

反应时间根据不同的原料略有不同，以原料检测消失为准，一般1-40小时。加热过程可采用油浴（例如硅油、石蜡油等）或其他方式加热，只要能保持反应温度为25-200℃。

本发明设计合成的硅杂-β-王朝酮具有强烈的菠萝香。本发明采用了在钯催化作用下，端基炔烃对硅杂环丁烷的插入扩环反应，利用商品化的硅杂环丁烷，高产率制备硅杂-β-王朝酮的通用方法，该方法原料易得，适用范围广，分离产率高，实验设备及操作简单易行，便于工业化。

具体实施方式

下面结合实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

一锅煮合成硅杂-β-王朝酮I 

实施例1

向10 L的圆底烧瓶中加入1 mol的1,1-二甲基硅杂环丁烷II，1 mol的6-庚烯-1-炔-3-酮，1%当量的Pd(PPh₃)₄和5 L 苯溶剂，加热至80℃，磁力搅拌反应4小时。反应后浓缩，硅胶柱脱色分离，用石油醚∶乙醚 = 10:1的混合溶剂作洗脱剂，得到纯产品硅杂-β-王朝酮I（纯度 > 98%，无色液体），分离产率57%。该化合物的核磁和高分辨质谱数据如下：¹H NMR (CDCl₃) δ = 6.78 (s, H), 5.89-5.79 (m, H), 5.06-4.96 (m, 2H), 2.82-2.78 (t, J = 5.5 Hz, 2H), 2.37-2.32 (m, 4H), 1.82-1.76 (m, 2H), 0.70-0.67 (m, 2H), 0.135 (s, 6H). ¹³C NMR (CDCl₃) δ = 201.47, 156.24, 137.58, 136.69, 114.92, 36.22, 28.53, 27.99, 20.96, 11.17, -2.31. HRMS: m/z: calcd for C₁₂H₂₀OSi [M+H]⁺: 209.1356, found 209.1352。

反应式如下：

两步反应合成硅杂-β-王朝酮I 

实施例2

向10 L的圆底烧瓶中加入1 mol的1,1-二甲基硅杂环丁烷II，1 mol的丙炔酸甲酯，10%当量的Pd(OAc)₂+2PPh₃和5 L 四氢呋喃溶剂，加热至沸腾，磁力搅拌反应5小时。反应后浓缩，硅胶柱脱色分离，用石油醚∶乙醚 = 5:1的混合溶剂作洗脱剂，得到纯产品1,1-二甲基-3-甲氧羰基-硅杂环己烯，分析数据参见文献（Bull. Chem. Soc. Jpn., 1991, 64, 1461）。

向250 mL的圆底烧瓶中加入10 mmol的1,1-二甲基-3-甲氧羰基-硅杂环己烯和150 mL的THF，然后用冰浴冷却至0℃，在磁力搅拌下，缓慢滴加10 mmol的高烯丙基溴和50 mg镁屑，滴加时间为1小时。用1 M的稀盐酸溶液淬灭反应，所得溶液用乙醚萃取三次，旋转蒸发除去溶剂，硅胶柱脱色分离，用石油醚∶乙醚 = 10:1的混合溶剂作洗脱剂，即得纯产品硅杂-β-王朝酮I。核磁和高分辨质谱数据见实施例1。

反应式如下：

实施例3

向5 L的圆底烧瓶中加入1.5 mol的1,1-二甲基硅杂环丁烷II，1 mol的丙炔酸乙酯，10%当量的Pd(PPh₃)₄和2 L 甲苯溶剂，加热至90℃，机械搅拌反应2小时。反应后浓缩，硅胶柱脱色分离，用石油醚∶乙醚 = 10:1的混合溶剂作洗脱剂，得到纯产品1,1-二甲基-3-乙氧羰基-硅杂环己烯（纯度 > 95%，无色液体），分离产率64%。该化合物的核磁和高分辨质谱数据如下：¹H NMR (CDCl₃): δ = 6.98 (s, 1H), 4.22-4.15 (m, 2H), 2.41-2.37 (t, 2H), 1.86-1.78 (m, 2H), 1.33-1.28 (t, 4H), 0.70-0.66 (m, 2H), 0.12 (s, 6H); ¹³C NMR (CDCl₃): d = 167.17, 148.26, 1137.75, 60.60, 29.18, 21.16, 14.22, 11.07, -2.37; HRMS: m/z: calcd for C₁₀H₁₈O₂Si [M+H]⁺: 199.1149, found 199.1145.

向250 mL的圆底烧瓶中加入10 mmol的1,1-二甲基-3-乙氧羰基-硅杂环己烯和150 mL的THF，然后用冰浴冷却至0℃，在磁力搅拌下，缓慢滴加10 mmol的高烯丙基溴和50 mg镁屑，滴加时间为1小时。用1 M的稀盐酸溶液淬灭反应，所得溶液用乙醚萃取三次，旋转蒸发除去溶剂，硅胶柱脱色分离，用石油醚∶乙醚 = 10:1的混合溶剂作洗脱剂，即得纯产品硅杂-β-王朝酮I。核磁和高分辨质谱数据见实施例1。

反应式如下：

实施例4

    向5 L的圆底烧瓶中加入1.5 mol的1,1-二甲基硅杂环丁烷II，1 mol的丙炔酸叔丁酯，10%当量的Pd(PPh₃)₂Cl₂和2 L苯，加热至90℃，机械搅拌反应6小时。反应后浓缩，硅胶柱脱色分离，用石油醚∶乙醚 = 10:1的混合溶剂作洗脱剂，得到纯产品1,1-二甲基-3-叔丁氧羰基-硅杂环己烯（纯度 > 97%，无色液体），分离产率73%。该化合物的核磁和高分辨质谱数据如下：¹H NMR (CDCl₃): δ = 6.86 (s, 1H), 2.36-2.32 (m, 2H), 1.84-1.76 (m, 2H), 1.49 (s, 9H), 0.67-0.63 (m, 2H), 0.11 (s, 6H); ¹³C NMR (CDCl₃): d = 166.57, 149.72, 136.52, 80.22, 29.20, 28.03, 21.19, 11.06, -2.28. HRMS: m/z: calcd for C₁₂H₂₂O₂Si [M+H]⁺ : 227.1462, found 227.1463.

向250 mL的圆底烧瓶中加入10 mmol的1,1-二甲基-3-叔丁氧羰基-硅杂环己烯和150 mL的THF，然后用冰浴冷却至0℃，在磁力搅拌下，缓慢滴加10 mmol的高烯丙基溴和50 mg镁屑，滴加时间为1小时。用1 M的稀盐酸溶液淬灭反应，所得溶液用乙醚萃取三次，旋转蒸发除去溶剂，硅胶柱脱色分离，用石油醚∶乙醚 = 10:1的混合溶剂作洗脱剂，即得纯产品硅杂-β-王朝酮I。核磁和高分辨质谱数据见实施例1。

反应式如下：