戊二酸单薄荷酯合成工艺的研究

陈 瑨，霍萃萌，代本才，侯大年，马 伟，赵永德

(河南省科学院化学研究所，河南郑州 450002)

0 引言

薄荷醇是人们最为熟悉的一种清凉剂，具有清凉、新鲜的感觉，而且价格便宜，因此在食品、医药、日化、烟草等行业得到了广泛的应用。但其缺点也有很多:薄荷的味道十分明显，挥发性强，瞬时作用强烈，并带有苦味和刺激性气味;用量低时清凉效果不明显;几乎不溶于水且不耐高温，在一些需经高温处理的食品、香烟中使用就受到了限制。为了克服这些缺点，人们不断对薄荷醇的分子结构进行修饰而得多种新型凉味剂，应用于不同的环境中［1］，特别是薄荷醇酯类的开发研究较多［2-6］。戊二酸单薄荷酯就是一种新型的清凉剂，单体本身几乎无香气，在口腔内能产生清新持久的凉味，在皮肤上能产生清凉的感觉，无刺激性，可以用于食品、烟草及其它日化产品中。虽然国外对其有一些介绍［7-9］，但是目前国内还没有对其合成方法的文献报道。戊二酸单薄荷酯的CAS号为220621-22-7，FEMA号为4006，已通过了美国FDA认证，在我国也被批准可以作为食品添加剂使用［10］。

戊二酸单薄荷酯是一种羧酸酯类化合物，其合成方法有以下几种:羧酸与醇直接酯化，酯醇解，酰氯醇解，酸酐醇解及酰胺解等。本文以戊二酸酐和薄荷醇为原料，以DMAP为催化剂，直接反应合成戊二酸单薄荷酯，并对反应条件进行了筛选和优化。

图1 戊二酸单薄荷酯的合成

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

所用试剂均为化学纯。

仪器:RE-52AA旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂);GC-6890A气相色谱仪，FID检测器;FTS-60红外光谱仪(Bio-Red);Thermo MSQ Plus电喷雾质谱仪。

1.2 戊二酸单薄荷酯的合成方法

向100 mL三口烧瓶中加入薄荷醇7.81 g(0.05 mol)，戊二酸酐8.56 g(0.075 mol)、催化剂 0.61 g(薄荷醇的10%，物质的量分数)及溶剂30 mL。磁力搅拌，油浴加热至所需温度，反应10 h。反应结束后，抽滤除去沉淀物，滤液用10%Na2CO3溶液及饱和食盐水洗涤2次，有机层用无水Na2SO4干燥，脱溶得到淡黄色黏稠液体戊二酸单薄荷酯粗产品，反应收率用气相色谱仪进行检测。产品经IR和MS分析，确认为目标产物。

2 结果与讨论

2.1 反应物物质的量比对反应的影响

选用薄荷醇为 0.05 mol，DMAP 0.61 g，氯仿 30 mL，温度50℃，反应时间10 h，反应物物质的量比对反应的影响见图2。

图2 戊二酸酐和薄荷醇物质的量比对收率的影响

由图2可见，反应收率随着戊二酸酐与薄荷醇物质的量比的增大而增大，当超过1.5∶1时，再增加戊二酸酐的用量，收率反而下降。因此，选择戊二酸酐和薄荷醇的比例为1.5∶1合适。

2.2 催化剂对反应的影响

选用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，氯仿30 mL，温度50℃，反应时间10 h，选择不同的催化剂对反应的影响见表1。

表1 不同催化剂对收率的影响

从表1可以看出，戊二酸酐与薄荷醇在没有催化剂存在下也能发生反应，只是收率很低，我们选择了几种碱做催化剂。使用催化剂之后，反应收率都有较为明显地提高，其中以DMAP的效果最好。DMAP是一种酰化催化剂，尤其对高位阻、低反应活性的底物有较好的催化效果，且用量少，操作简便。因此，我们选择DMAP作为反应的催化剂。

2.3 溶剂对反应的影响

选用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，DMAP 0.61 g，温度50 ℃，反应时间10 h，不同溶剂对反应的影响见表2。

表2 溶剂对收率的影响

根据反应物戊二酸酐、薄荷醇及催化剂的溶解性，我们选择了二氯乙烷、氯仿及甲苯三种反应溶剂，从表2可以看出，几种溶剂的效果差不多，相比之下甲苯做溶剂的收率要高些。

2.4 反应温度对反应的影响

选用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，DMAP 0.61 g，甲苯30 mL，反应时间 10 h，反应温度对反应的影响见图3。

图3 反应温度对产率的影响

由图3可以看出，随着反应温度的升高，收率不断上升，综合考虑，我们选择了溶剂甲苯的回流温度为110℃，此时反应收率最高。

2.5 反应时间对反应的影响

选用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，DMAP 0.61 g，甲苯30 mL，温度110 ℃，反应时间对反应的影响见图4。

图4 反应时间对产率的影响

由图4可以看出，随着反应时间的增加，反应收率也随之升高，当反应时间为10 h，收率达到最大，再增加反应时间，收率趋于稳定。综合考虑我们选择了反应时间10 h。

2.6 催化剂用量对反应的影响

选用薄荷醇 0.05 mol，戊二酸酐 0.075 mol，甲苯30 mL，回流反应10 h，催化剂DMAP的用量对反应的影响见图5。

图5 催化剂用量对产率的影响

由图5可以看出，催化剂DMAP用量对反应收率的影响较大，当催化剂用量为薄荷醇的10%(物质的量分数)时，反应收率最大，之后再增加催化剂用量，反应收率没有太大变化，从经济方面考虑，选择催化剂用量为10%(物质的量分数)。

3 结论

戊二酸酐和薄荷醇在催化剂DMAP的作用下，以甲苯为溶剂，直接反应生成戊二酸单薄荷酯，最佳反应条件为:戊二酸酐和薄荷醇的物质的量比为1.5∶1，110℃回流反应10 h，催化剂用量为10%(物质的量分数)，收率可以达到80%以上。

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