2010年第30卷有 机 化 学V ol. 30, 2010 * E-mail: ch enxiong@Received July 13, 2009; revised January 11, 2010; accepted February 11, 2010.·研究简报·水相中N -溴代丁二酰亚胺氧化β-紫罗兰酮制备4-氧代-β-紫罗兰酮陈 雄*,a杨华武a 黎艳玲a 朱卓越a 李银辉b 许新华*,b(a 湖南中烟工业有限公司技术中心 长沙 410007)(b 湖南大学化学化工学院 长沙 410082)摘要 以水作溶剂, 在氢氧化钠存在下, N -溴代丁二酰亚胺能有效氧化β-紫罗兰酮、β-甲基紫罗兰酮、β-大马酮、β-环柠檬醛, 一步法转化为相应的4-氧代产物, 产率适中.关键词 水相; 4-氧代-β-紫罗兰酮; 烯丙位氧化; β-紫罗兰酮; N -溴代丁二酰亚胺Preparation of 4-Oxo-β-ionone by Allylic Oxidation of β-Lonone withN -Bromosuccinimide in Aqueous PhaseChen, Xiong *,aYang, Huawu a Li, Yanling a Zhu, Zhuoyue aLi, Yinhui b Xu, Xinhua *,b(Technology Center , China Tobacco Hunan Industrial Corporation , Changsha 410007)(College of Chemistry and Chemical Engineering , Hunan University , Changsha 410082)Abstract β-Ionone, β-methyl ionone, β-damascone and β-cyclocitral can be readily converted respectively to the 4-oxo products in moderate y ields, when treated with N -bromosuccinimide in aqueous sodium hy -droxide solution. Keywords aqueous phase; 4-oxo-β-ionone; allylic oxidation; β-ionone; N -bromosuccinimide4-氧代-β-紫罗兰酮(2a )可作为类胡萝卜素的合成原料, 也是一种有用的香料, 天然存在于卷烟中, 可使烟气柔和细腻. 通过直接烯丙位氧化β-紫罗兰酮制备4-氧代-β-紫罗兰酮有许多报道, 所用的氧化剂包括铬(VI)试剂[1]、卤酸盐[2]、过渡金属配合物催化分子氧[3]与过氧叔丁醇[4]等. 另外, 烯丙位电氧化β-紫罗兰酮[5]及生物转化β-紫罗兰酮制备4-氧代-β-紫罗兰酮[6]也有报道. 这些方法都存在一些不足, 如都需要使用有机溶剂或对环境有害的铬试剂及昂贵的过渡金属配合物等. N -溴代丁二酰亚胺(NBS)作为烯丙位溴代剂、氧化剂、催化剂、引发剂[7]在有机反应中被广泛应用. 为了克服目前文献方法研究4-氧代-β-紫罗兰酮的不足, 我们考查了水相中, 没有重金属参与下, N -溴代丁二酰亚胺氧化β-紫罗兰酮的反应. 本文报道这一研究结果.1 实验1.1 仪器及试剂核磁共振谱采用VARIAN INOVA-300MHz 型核磁共振仪, 以CDCl 3为溶剂, TMS 为内标; GC-MS 采用Agilent 6890-5973型气质联用仪; 熔点用Yanaco 熔点仪测定. β-紫罗兰酮、β-大马酮、β-甲基紫罗兰酮、β-环柠檬醛、7,8-二氢-β-紫罗兰酮、茶螺烷均为市售纯度＞92%的试剂, N -溴代丁二酰亚胺为分析纯试剂, 所有试剂未经进一步处理. 1.2 一般合成步骤以氧化β-紫罗兰酮为例. 将β-紫罗兰酮(1.92 g, 10 mmol)与氢氧化钠溶液(0.60 g 氢氧化钠溶于20 mL 水中)的混合物在室温下搅拌, 1 h 内将NBS 粉末(3.60 g,1064有机化学V ol. 30, 201021.0 mmol)分批加入, 加毕继续搅拌3 h. 反应混合物通过乙酸乙酯提取、提取液用饱和食盐水洗涤、再经浓缩、柱色谱分离纯化即得4-氧代-β-紫罗兰酮, 分离收率为58%. 产物经1H NMR, 13C NMR和MS表征.2a: 白色粉末, m.p. 50～52 ℃ (lit.[1a] 51～52 ℃); 1H NMR δ: 1.20 (s, 6H), 1.80 (d, J＝0.9 Hz, 3H), 1.88～1.93 (m, 2H), 2.36 (s, 3H), 2.52～2.57 (m, 2H), 6.19 (d, J＝16.5 Hz, 1H), 7.25 (dd, J＝16.5, 0.9 Hz, 1H); 13C NMR δ: 13.3, 27.2, 27.9, 34.1, 35.4, 37.2, 131.3, 133.5, 140.3, 157.7, 197.4, 198.5; MS m/z (%): 206 (M＋, 58), 163 (100).2b: 白色粉末, m.p. 52～53 ℃ (lit.[1a] 53～54 ℃); 1H NMR δ: 1.16 (t, J＝7.5 Hz, 3H), 1.19 (s, 6H), 1.80 (d, J＝1.2 Hz, 3H), 1.87～1.91 (m, 2H), 2.51～2.56 (m, 2H), 2.65 (q, J＝7.5 Hz, 2H), 6.21 (d, J＝16.5 Hz, 1H), 7.28 (dd, J＝16.5,1.2 Hz, 1H); 13C NMR δ: 7.9, 13.4, 27.3, 29.7, 34.2, 35.5, 35.6, 37.3, 131.3, 132.5, 139.3, 158.1, 198.6, 199.9; MS m/z (%): 220 (M＋, 67), 163 (100).2c: 白色粉末, m.p. 48～49 ℃ (lit.[8] 48～50 ℃); 1H NMR δ: 1.20 (s, 6H), 1.62 (s, 3H), 1.93 (t, J＝6.6 Hz, 2H), 1.98 (dd, J＝6.9, 1.5 Hz, 3H), 2.57 (t, J＝6.6 Hz, 2H), 6.20 (dq, J＝15.9, 1.5 Hz, 1H), 6.75 (dq, J＝15.9, 6.9 Hz, 1H); 13C NMR δ: 13.1, 18.7, 27.2, 34.2, 34.6, 38.0, 129.4, 132.8, 148.0, 160.8, 197.8, 198.8; MS m/z (%): 206 (M＋, 37), 69 (100).2d: 白色粉末, m.p. 185～187 ℃ (lit.[9] 187～189 ℃); 1H NMR δ: 1.32 (s, 6H), 1.84 (s, 3H), 1.94 (t, J＝6.8 Hz, 2H), 2.59 (t, J＝6.8 Hz, 2H), 8.60 (bes, 1H); 13C NMR δ: 13.1, 26.8, 34.1, 34.1, 37.4, 131.2, 154.0, 172.6, 199.0; MS m/z (%): 182 (M＋, 48), 154 (100).2 结果与讨论以1a为模型考察温度和时间对反应结果的影响. 当1a, NBS, NaOH的量为10, 20, 20 mmol, 水为20 mL 时, 实验表明, 在温度低于15 ℃时反应速度较慢, 温度高于35 ℃有副产物产生. 最佳反应温度是20～30 ℃, 反应时间4 h. 在此温度和反应时间条件下, 考察了投料比对反应的影响, 结果见表1.从表1可以看出, 当原料β-紫罗兰酮与NBS在水中反应不加入氢氧化钠时(Entry 1), 2a的产率仅为28%, 加入氢氧化钠后生成2a的选择性明显提高(Entries 2～5), β-紫罗兰酮与氢氧化钠的物质的量的比为1∶1.5比较合适, 更多的碱导致3,4-脱氢-β-紫罗兰酮的增多, 水的用量对反应选择性也有影响, V(水)∶V(1a)≥10∶1时可以减少3,4-脱氢-β-紫罗兰酮的产生. β-紫罗兰酮与NBS的物质的量的比为1∶2.1能使β-紫罗兰酮转化完全, 更多的NBS导致溴代4-氧代-β-紫罗兰酮生成. 反应的优化条件确定为β-紫罗兰酮、氢氧化钠、NBS的物质的量的比为1∶1.5∶2.1, 反应温度20～30 ℃, V(水)∶V(1a)≈10∶1, 反应时间4 h.表1反应物比例对反应的影响Table 1 Effect of ratios of reactantsEntry1a/mmol NBS/mmol NaOH/mmol H2O/mL Yield/% of 2a 110 22 0 15 28 210 20 20 20 42 310 20 18 20 46 410 22 14 10 51 510 21 15 20 58上述条件应用于氧化β-大马酮、β-甲基紫罗兰酮、β-环柠檬醛, 同样使这些底物适中产率的转化为相应的4-氧代产物, 结果见表2.如果将表1 Entry 5中NBS的用量改为10 mmol, 通过GC-MS分析可以发现β-紫罗兰酮的转化率降低(约为54%), 主产物为4-羟基-β-紫罗兰酮, 同时有3,4-脱氢-β-紫罗兰酮和4-氧代-β-紫罗兰酮生成. 因此, 反应机理可能为NBS先使β-紫罗兰酮转化为4-溴-β-紫罗兰酮, 后溴被氢氧根离子取代, 所产生的4-羟基-β-紫罗兰酮被NBS继续氧化为4-氧代-β-紫罗兰酮(Scheme 1).Scheme 1No. 7 陈雄等：水相中N-溴代丁二酰亚胺氧化β-紫罗兰酮制备4-氧代-β-紫罗兰酮1065表2 用N-溴代丁二酰亚胺烯丙位氧化1aTable 2 Allylic oxidation of 1 by N-bromosuccinimideCompd. 1Time/h Product Yield/%4 58b449b641b453b4 3c4 0ca 10 mmol of 1 and 21 mmol of NBS in aqueous sodium hydroxide solution(15 mmol of s odium hydroxide dis s olved in 20 mL of water), r.t.; b isolatedyield; c determined by GC-MS.本文报道水相中制备4-氧代-β-紫罗兰酮及其结构类似物的方法, 条件温和、操作简便, 反应过程中避免使用了有机溶剂和重金属试剂, 为4-氧代-β-紫罗兰酮及其结构类似物的制备提供了另一条可行的途径.References1 (a) Elisabeth, B.; Robert, A.; Kurt, B.; Hans, G. 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