專利名稱：：一種合成2-甲基異莰醇的方法
技術領域：
：本發明涉及合成嗅味物質一2-甲基異莰醇的方法，及對合成產物中的2-甲基異莰醇進行定性、定量和純化的方法。
背景技術：
：富營養化是水體水質變劣、發生異嗅的主要原因。許多富營養化的湖泊都存在著不同程度的嗅味。在富營養化水體中，由于營養物質過剩，導致淡水生態系統平衡遭到破壞，進而造成一些藻類生物群落過剩生長，這些藻、菌等能夠不斷分泌和產生出各種具有異味的次生代謝產物。嗅、味是人類評價飲用水質量的最早的參數，因為它能被飲用者很直觀地判斷。過去認為嗅、味與人體健康無關，只是限于感官性不好。但現在隨著研究的深入，己經將它們與飲用者的健康聯系起來，我國飲用水水質標準(GB5749-2006)規定生活飲用水不得有異嗅和異味，2-甲基異莰醇濃度低于10ng/L。許多用戶抱怨飲用水有土霉味，2-甲基異莰醇和土味素與大多數土霉味事件有關。由于購買商品化2-甲基異莰醇試劑須從國外進口，成本高；而通過培養藻類和放線菌獲得2-甲基異莰醇，所需的培養周期較長，生成量較少，且所受的影響因素較多。化學合成2-甲基異莰醇所需的時間相對較短，而且成本較低，為以后對2-甲基異莰醇的定量、定性及去除方法的研究奠定了一定的物質基礎。最早制備2-甲基異莰醇的方法是在1901年報道的，以后Medsker，Rosen,Malkonen，Capman,Wood等人多次發表了關于制備2-甲基異莰醇的文章。本次發明主要是在參考了Wood和Malkonen的方法的基礎上進行的。由Malkonen等人的研究可知，格氏試劑同甲基鋰相比，可以使樟腦更多的發生反應，從而生成更多的2-甲基異莰醇。雖然使用甲基鋰比較方便，但為了提高產量降低合成成本，本發明采用格氏試劑甲基碘化鎂。在無水乙醚中，鎂可以和許多脂肪族烴和芳香族烴的鹵素化合物發生反應，生成鎂有機化合物；后者易和不飽和化合物，特別是在其碳原子和別的元素之間含有雙鍵的物質發生加成反應。這種與鎂的有機化合物發生的反應稱為格氏反應。樟腦是手性分子，它具有對映異構體R型和S型。而經Wood等人驗證，天然的2-甲基異莰醇是R型的。這樣，合成天然的2-甲基異莰醇所需的樟腦應是D型的。2-甲基異莰醇和樟腦的對映異構體結構如圖二。
發明內容本發明目的在于提供一種由合成藍藻次級代謝產物一2-甲基異莰醇的方法。本發明具有藥品合成周期相對較短，成本較低，為以后對2-甲基異莰醇的定量、定性及去除方法的研究提供物質基礎。在反應瓶中放置新制備的甲基碘化鎂(碘甲垸與金屬鎂在無水乙醚中反應制得)，在攪拌條件下將樟腦和無水乙醚的混合溶液(由于樟腦易溶于乙醚，在滴液漏斗中直接配制而成，以減少在空氣中的暴露時間)由滴液漏斗逐滴加入，控制滴加速度，維持乙醚溶液呈微沸回流狀態。在d-樟腦溶液加完后，繼續將反應溶液回流2小時，并在室溫放置過夜。將含有白色沉淀物的反應液傾入碎冰中，待冰融化后，用冰醋酸將溶液pH調至6或低于6。傾析出上層的乙醚溶液，水相再用乙醚提取，合并乙醚溶液用無水硫酸鈉干燥，然后用旋轉蒸發器蒸干。將得到的固體溶入乙醇之后，加入鹽酸羥胺溶液和堿溶液(此處加入堿溶液目的是為了將反應溶液的pH值調到6，可選用氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀等強堿性溶液，調節速度較快)，混合物會分成體積大致相等的兩層溶液。將上述溶液加熱回流8小時后，在室溫條件下放置過夜。再加入水、振勻，會生成少量沉淀。溶液用正己烷100ml、分2次提取，合并提取液，依次用氫氧化鈉溶液、水沖洗。洗后的正己垸溶液用無水硫酸鈉干燥后，用旋轉蒸發器蒸干，得白色晶狀體2-甲基異莰醇。上述粗產物用硅膠柱分離純化，以二氯甲烷為洗脫劑。分段定量取流出的洗脫液，用氣相色譜-氫火焰監測器檢測純度，直到流出完畢。檢測結果發現洗脫靠前、拖后的流出溶液不純，含有雜質，中間部分溶液比較純凈，合并中間流出液，蒸去溶劑，得到2-甲基異莰醇。為實現上述目的，本發明的技術方案如下以甲基碘化鎂和d-樟腦為起始原料，起始原料與有機溶劑在裝有攪拌裝置、帶干燥的冷凝管和滴液漏斗的三頸瓶內發生反應，形成白色沉淀物產物，經后續反應、去除合成產物中的副產品，并經過進一步的純化，得到純度較高的最終產物。甲基碘化鎂中的碳鎂鍵是高度極化的，碳原子帶部分負電荷，是很強的親核試劑，鎂原子帶部分正電荷。甲基碘化鎂與樟腦作用，則發生加成反應，甲基加到樟腦羰基的碳原子上，而-MgI部分加到氧原子上，g卩具體反應如下式〉=§+CH3MgI!^t--oMgI(1)'CH3d—樟腦甲基碘化鎂甲基化中間產物加成產物用稀酸處理(pH調至6)，即水解生成2-甲基異莰醇，艮卩\^auT酸性條件\義—OMgI->、一OH(2)CH3CH3甲基化中間產物2—甲基異莰醇由樟腦合成2-甲基異莰醇雖是很容易的過程，但困難在于在合成過程中許多樟腦反應生成一種烯醇化合物，它又發生逆反應生成樟腦。因此，合成產物中除了2-甲基異莰醇，還有大量樟腦存在(M.L.Capman,Bull.Soc.Chim.Fr.,(1968):3233，M.M.ZeissandD.A.Pease,JAmer.Chem.Soc.,78(1956):3182)。為了得到純的2-甲基異莰醇，必須將樟腦從粗產品中去除。樟腦與許多試劑都不發生反應，但同堿性的鹽酸羥胺在回流狀態下可以發生加成-脫水反應，生成比樟腦易于去除的肟，艮P:\堿性條件\,》=0+NH2OH->^C=N—OH+tK(3)d-樟腦鹽酸羥胺中間產物肟利用肟的酸性，用氫氧化鈉溶液重復多次洗滌，去除溶液中的肟而不會損失2-甲基異莰醇。對合成后的粗產品用硅膠柱提純時，采用不同的洗脫溶劑進行對比，如三氯甲烷和二氯甲垸，發現當采用三氯甲垸作為萃取劑其還有較多的雜質，成品純度為93%，二氯甲烷揮發性較好，易于吹脫，同時成品純度可達98%。另一方面，發明人發現用正己烷溶解合成產物，在45攝氏度吹干的回收率與選用二氯甲烷作為溶劑在35攝氏度吹脫后的回收率相同。因此，在后續用硅膠柱提純時選取的溶劑均為二氯甲垸，可以在較低的溫度下(35攝氏度左右)對產物進行吹脫。分析方法回收率考察不同水體中對2-甲基異莰醇的加標回收率試驗結果見表一，氣相色譜測定見圖四。由表一結果可以看出，加入不同量的內標物質樟腦后對蒸餾水、自來水、井水和江水中的2-甲基異莰醇濃度進行測定，回收率在96.6%~100.7%之間，標準偏差值比較集中，方法具有很好的精密度，重現性較好。(該方法可具體參見周紅；孫玉友；徐建中.分析測試學報，2008，11:18，帕麗達.牙合甫；余昊菲；吳文權，上海理工大學學報，2008，05:03)表一不同水體中2-甲基異莰醇的加標回收<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表二為考察氣相色譜法定量測定2-甲基異莰醇的影響因素。對不同2-甲基異莰醇和內標物質進樣量，考察氣相色譜中兩種物質的出峰情況，結果見表二。從中可以看出，2-甲基異莰醇/內標的濃度比分別為2、1禾B0.2時，不同的進樣體積，基本不影響檢測結果中對2甲基異莰醇和內標物質的峰高比值和響應值。這說明發明中選取對發明產物的定量方法具有很高的可信度，值得信賴。表二氣相色譜方法定量測定2-甲基異莰醇的影響因素2-甲基異莰醇/內氣象色譜進樣量(io.9g)2-甲基異莰醇/內1響應值J1標的比2-甲基異莰醇內標物質標物質峰高比值2133.353,332.150細13.335.3332.140.8561100.080.001.040.83210.008扁1.050.8400.233.33133.30.1960.7843.3313.330.2110.844其中2-甲基異莰醇儲備液濃度為10.0mg/100ml甲醇；內標物質樟腦儲備液濃度為8.0mg/羅ml甲醇圖l為2-甲基異莰醇的分子結構圖。圖2為2-甲基異莰醇和樟腦的對映異構體結構。圖3a為2-甲基異莰醇標樣質譜圖。圖3b為發明制備的合成物的質譜圖。圖4a為合成的最初產品產物氣相色譜分布圖。圖4b為合成的最初產品用鹽酸羥胺處理2h后的產物氣相色譜分布圖。圖4c為合成的最初產品用鹽酸羥胺處理7h后得產物氣相色譜分布圖。圖4d為合成的最初產品用正己烷萃取后產物用水稀釋和氫氧化鈉處理后得產物氣相色譜分布圖。圖4e為用正己垸提取兩次后殘余液體經氫氧化鈉洗脫后的2-甲基異莰醇和樟腦躬氣相色譜分布圖。圖5為自來水中2-甲基異莰醇和內標物質(l-氯辛垸)加標回收率的氣相色譜圖，其中2-甲基異莰醇加入量為l^g/L，l-氯辛垸為0.8^L。具體實施例方式下面通過實施例詳述發明，然而本發明不限于下述的實施例。實施例1對樟腦和鹽酸羥胺反應后的產物肟的去除試驗。由于樟腦和鹽酸羥胺反應后的產物肟顯酸性，用蒸餾水稀釋后再采用2摩爾/升的氫氧化鈉溶液清洗，用正己烷萃取2次，分別對萃取后的殘余溶液圖4c和正己烷合并液圖4d進行氣相色譜測定，發現有大于98%的2-甲基異莰醇、不到50%的肟在萃取液正己烷中。對比例l，對本發明合成的產物不用水稀釋，直接用正己垸溶劑萃取4次，合并萃取液，對其測定發現有92%的2-甲基異莰醇和20%的肟。因此所以本發明選取在萃取先用一定量的水稀釋，后用正己烷提取兩次，這樣可以大大提高后續合成中2-甲基異莰醇的產量，最后用2摩爾/升的氫氧化鈉反復淋洗后可以得到純品2-甲基異莰醇見圖4e。對比例2當使用甲基鋰作為浣基化試劑時候，用6g的樟腦和1.3當量的甲基鋰反應，測定產物中有67%的樟腦剩余；采用2.0當量的甲基鋰時，僅僅提高有64%的樟腦剩余。而當采用3.0當量的碘化甲基鎂的格氏試劑時，產量僅提高到有37%的樟腦剩余。金屬鎂比金屬鋰的價格便宜，同時2—甲基異莰醇的產率有高，因此本發明采用甲基碘化鎂(碘甲烷與金屬鎂在無水乙醚中反應制得)作為烷基化試劑，來降低合成成本。最終合成產物的純化與鑒定標樣2-甲基異莰醇的質譜圖如圖3a所示，分子離子峰的質核比等于168，基峰的質核比等于95。將合成物溶于色譜純甲醇，配制成一定濃度的溶液，用HP7683全自動進樣器注入1微升進入氣相色譜-質譜儀中進行鑒定。由此得到合成物的質譜圖如圖3b，比較2-甲基異莰醇標樣和合成物質的質譜圖，可確定本發明合成物質為2-甲基異莰醇。實施例2為了減少粗產品中樟腦含量，需要找到能夠與樟腦發生選擇性反應而生成大量衍生物的試劑。生成的衍生物需要比樟腦本身更容易與2-甲基異莰醇分離。但樟腦本身是惰性的，許多試劑都不是很有效。而發明人選擇了鹽酸羥胺在微沸條件下與樟腦反應，通過氣相色譜對反應在線監控發現，當反應時間為2小時，殘存了19%的樟腦(見圖4b);當反應時間為7小時，樟腦已經完全轉化成肟的衍生物(見圖4c)。最終產品的測定氣相色譜結果見圖4e所示。因此本發明選取8小時作為優選的回流反應時間。上述粗產物用硅膠柱分離純化，以二氯甲烷為優選的洗脫劑。洗脫液用具塞管依次接取，通過氣相色譜-氫火焰檢測器檢測其純度。檢測結果發現開始流出的和最后流出的溶液不純，含有雜質，中間部分溶液比較純凈。以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。權利要求1、一種合成2-甲基異莰醇的方法，其特征在于由d-樟腦與格氏試劑烷基化反應制得2-甲基異莰醇。2、根據權利要求1所述的方法，其特征在于包括(a)在攪拌條件下將d-樟腦和無水乙醚的混合溶液，滴入的新制格氏試劑的無水乙醚溶液反應，d-樟腦溶液加完后，繼續回流一段時間；(b)將步驟(a)得到的含有白色沉淀物的反應液冷卻，調節pH值低于等于6。3、根據權利要求2所述的方法，其特征在于還包括(c)將步驟(b)得到的產物溶入乙醇后，加入鹽酸羥胺溶液和堿溶液，并回流一段時間，用有機溶劑提取、洗滌、干燥后得到2-甲基異莰醇粗產物。4、根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述格氏試劑，包括烷基碘化鎂，具體選自甲基碘化鎂、乙基碘化鎂、叔丁基碘化鎂。5、根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(a)中d-樟腦和無水乙醚的混合溶液在滴液漏斗中直接配制而成，并在反應時維持乙醚溶液呈微回流狀態。6、根據權利要求5所述的方法，其特征在于步驟(a)中d-樟腦溶液加完后，繼續回流l-4小時，并在室溫放置過夜。7、根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(b)中用冰醋酸將混合液pH調節到5.0-6.0之間。8、根據權利要求3所述的方法，其特征在于步驟(c)中的混合溶液回流7-15小時。9、根據權利要求3所述的方法，其特征在于還包括步驟(d)將合成的粗產品溶于二氯甲垸或三氯甲烷，通過硅膠柱層析、分離、純化，以二氯甲垸或三氯甲烷為洗脫劑，得到純產品。全文摘要本發明涉及一種藍藻次級代謝產物2-甲基異莰醇(全稱為1，2，7，7-四甲基-外-雙環-[2，2，1]-2-庚醇)的合成方法，其中包括d-樟腦與鎂有機化合物(甲基碘化鎂)通過烷基化反應合成2-甲基異莰醇。其中甲基碘化鎂是由碘甲烷與金屬鎂在無水乙醚中反應制得的。本發明還涉及去除合成產物中的雜質、及2-甲基異莰醇的純化與鑒定的方法。文檔編號C07C29/00GK101531569SQ20081020765公開日2009年9月16日申請日期2008年12月23日優先權日2008年12月23日發明者李學艷,沈吉敏,隋銘皓,高乃云申請人:同濟大學