月桂烯化学合成法的研究进展

杨 阳，尤亚华，姚日生

（1合肥工业大学化学工程学院，安徽 合肥 230009；2合肥工业大学医学工程学院，安徽 合肥 230009；3农产品生物化工教育部重点实验室，生物化工与制药工程研究所，安徽 合肥 230009）

月桂烯化学合成法的研究进展

杨 阳1，尤亚华1，姚日生2,3

（1合肥工业大学化学工程学院，安徽 合肥 230009；2合肥工业大学医学工程学院，安徽 合肥 230009；3农产品生物化工教育部重点实验室，生物化工与制药工程研究所，安徽 合肥 230009）

月桂烯是一种用途广泛的香料香精原料和有机中间体。本文综述了其化学合成方法，具体为类异戊烷结构酯的“积木”法，单萜类烯丙基乙酸酯和异戊二烯法合成月桂烯。其中，利用异戊二烯二聚合成月桂烯，因其原料广泛、价廉易得，能有效利用C5资源，具有潜在的应用价值。提出了化学合成月桂烯未来的发展方向：研究和开发新型的催化剂、优化反应的工艺技术和路线、提高月桂烯的收率和选择性是未来工作的主要研究方向。

月桂烯；异戊二烯；碱金属；二异丙胺

月桂烯，又名香叶烯（myrcene，MYE，学名7-甲基-3-亚甲基-1,6-辛二烯），存在于伞形科植物水芹、柏科植物杜松及蔷薇科植物挥发油中[1]，具有令人愉快的甜香脂气味。近年来，月桂烯广泛应用于合成香茅醛[2]、l-薄荷醇[3]、新铃兰醛和龙涎酮等[4]名贵的香料产品，也是合成驱虫剂、维生素和生物可降解表面活性剂等医药工业重要的原料和有机中间体[5-6]。

月桂烯可从松节油中提取的β-蒎烯热裂解得到[7]。由于松节油的采集受季节、气候等因素的制约，使其采收的产量有限，产出不稳定，导致月桂烯的产量一直无法满足市场需求，因此，研究开发新的方法生产月桂烯具有重要的经济意义。这也是化学合成月桂烯一直受到香料香精界关注的原因所在。目前，已报道的月桂烯的化学合成方法主要有类异戊烷结构酯的“积木”法、单萜类烯丙基乙酸酯以及异戊二烯法。其中，异戊二烯法合成月桂烯是目前最具有发展前景的方法。

1 类异戊烷结构酯的“积木”法合成月桂烯

月桂烯是具有3个双键的烯烃，而酯类化合物经水解、消去等反应得到烯烃双键一般是很容易进行的。因此，Vig等[8]首先研究了利用末端含有羰基和乙酸乙酯的类异戊烷的酯经 8步反应得到月桂烯，收率约为20%。该方法合成月桂烯的3个双键需逐步合成，步骤较多。随后，他们又分别以末端和月桂烯类似的 2-甲基-5-二甲酸乙酯-2-戊烯[9]和乙酰乙酸乙酯[10]为原料合成月桂烯，反应步骤基本均在6步以上（图1），且总收率均低于30%。

图1 “积木”法合成月桂烯

利用类异戊烷结构酯的“积木”法逐步“拆解”来合成月桂烯，反应步骤多，原料成本高、废物量较大，离工业化应用还有很大的距离。

2 单萜类烯丙基乙酸酯合成月桂烯

单萜烯丙基乙酸酯化合物是萜类香料中重要的一部分，广泛用于果香、烟草、酒香的添香矫味[11]。常见的单萜类的烯丙基乙酸酯有乙酸基香叶酯、乙酸基橙花酯等。由于其同月桂烯均属于单萜类、结构相似，故可通过单萜烯丙基乙酸酯的消除反应来合成月桂烯。

Tsuji等[12]利用有机钯催化剂催化乙酸基香叶酯、乙酸基橙花酯或乙酸基沉香酯消除反应得到月桂烯，它们的转化率均达到100%，收率分别为60%、74%、74%，其中副反应物仅为顺反的罗勒烯。Barry等[13]发现：当利用N,O-双（三甲氧基）乙酰胺为催化剂时，在无溶剂的情况下，乙酸基沉香酯先与钼形成烯烃-钼的络合体系，然后转化为月桂烯，其收率达到75%，副反应产物也仅是罗勒烯。相比之下，这种方法与利用钯催化的月桂烯收率相差不大，但在利用乙酸基橙花酯合成月桂烯催化剂的研究方面有了一定的进步。

后来，Adriano等[14]研究了乙酸基沉香酯在不同溶剂、反应温度和时间以及不同的钯催化剂对合成月桂烯的影响，结果发现当以(PPh3)4Pd为催化剂，三乙胺为溶剂，并在65 ℃的条件下反应20 h，所得月桂烯的纯度高达98%，但收率比前两种方法的低，约为66%，且反应时间过长，见图2。

图2 单萜类烯丙基乙酸酯合成月桂烯

虽然这种单萜类烯丙基乙酸酯化合物可以在不同的催化剂的催化作用下反应合成制备含副产物少的月桂烯，纯度较高。但是，起始原料烯丙基乙酸酯的天然来源较少[15-16]，而目前合成的烯丙基乙酸酯化合物的价格比月桂烯的高，尚无工业化开发价值。

3 异戊二烯合成月桂烯

异戊二烯是萜类的基本单元，可以由石油裂解物乙烯的副产物C5馏分萃取精馏制得, 因其来源丰富、价廉，是许多合成香料和药物的首选原料，如柠檬醛[17]、香茅醛[2]、l-薄荷醇[3]、甲基庚烯酮和维生素A和E等[6]，而这些产品合成路线大部分都是从异戊二烯合成月桂烯开始的。

3.1 异戊二烯卤化物合成月桂烯

Burger等[18]提出了以CuCl/Al2O3催化异戊二烯与卤代异戊二烯偶联合成月桂烯，见图3。

图3 异戊二烯和1-氯-3-甲基2-丁烯合成月桂烯

在上述反应过程中，异戊二烯与HCl发生1,4加成得到的卤代异戊二烯伴随的副反应较多，使其与异戊二烯反应得到月桂烯的选择性低，产品收率约为 20%。后来，Oprean等[19]以乙醚为溶剂，在1-溴-3-甲基-2-丁烯和 2-溴甲基-丁二烯在氧化镁的催化下，交叉偶联反应合成月桂烯，其收率约40%。同时，Godschalx等[20]研究了2-溴甲基-丁二烯先与Me3SnLi生成（2-亚甲基-3-丁烯）-三甲基锡，后以10%的ZnCl2为催化剂，在四氢呋喃溶剂中，与1-溴3-甲基-2-丁烯偶联合成月桂烯（图4），总收率约为50%。相对而言，后者的收率有一些提高。这种偶联方法得到的月桂烯收率比单独使用卤代异戊二烯与异戊二烯反应的高。

图4 1-溴-3-甲基-2-丁烯和2-溴甲基-丁二烯偶联合成月桂烯

这种偶联反应合成月桂烯的路线使化学合成月桂烯在方法上得到了很大的发展，但在合成溴代异戊二烯时，反应的选择性较低，副反应多，产物复杂，产品总收率不高，且这些副产物的结构相似而难以分离纯化。为此，Hegedus等[21]研究了1-溴-2,5-己二烯和 3-溴-1,5-己二烯的混合物同 Ni(COD)2或Ni(CO)4生成一种 π烯丙基的镍的卤化物，该卤化物在25 ℃时，DMF溶液中与1-溴3-甲基-2-丁烯反应20 h后得到月桂烯（图5），收率为46%。这种镍催化剂的发现，使得利用异戊二烯卤化物生产月桂烯成为可能，但是，月桂烯的香气因合成体系中DMF溶剂的使用而受到了很大的影响，因此，探寻一种无毒、无害的反应介质是此方法广泛应用的关键。

图5 镍催化异戊二烯溴化物偶联合成月桂烯

3.2 异戊二烯二聚合成月桂烯

近年来，出现了很多以异戊二烯为原料的二聚合成月桂烯的研究。事实上，以异戊二烯为原料二聚合成月桂烯的方法是最简单的。Sometani等[22]研究了异戊二烯在硝酸钯、三苯基磷和苯酚钾的络合催化下，以烯丙醇为溶剂，在 50 ℃的条件下反应15 h，月桂烯收率为24.5%，其副产物主要是顺反的罗勒烯。

上述方法反应步骤简单，但存在催化剂成本过高且收率较低等问题，因此开发新的催化剂成了该研究的重点，特别是以碱金属为催化剂的研究，使化学合成月桂烯在催化剂的研究上更深入了一步。

Takabe等[23]开创了金属钠催化异戊二烯二聚合成月桂烯的方法，并且发现以苯为溶剂 40 ℃的条件下反应10 h时，月桂烯的收率仅为5.1%。随后，Tanaka等[24]也发现了当在该反应体系中加入二异丙胺时，反应选择性提高，但收率仍然不高，约为9.0%。Murata等[25]研究了使用锂，THF为溶剂时，80 ℃下反应 4.5 h，收率为 8.0%。而 Takabe等[26]研究了在THF 为溶剂，钠为催化剂，40 ℃反应1.5h后却未发现有月桂烯的生成，其主要的副产物是其它聚合物。后来，他们又研究发现了四甲基乙二胺（TMEDA）的加入，以三乙胺为溶剂，在25 ℃下反应3 h时，有利于提高月桂烯选择性和收率，并提出了二聚合成月桂烯的机理假设。 他们认为，钠先与异戊二烯的甲基组形成异戊二烯钠的络合物，再与异戊二烯反应得到月桂烯。

图6 异戊二烯合成月桂烯

上述合成方法得到的月桂烯收率均不高，但TMEDA 的加入使月桂烯的选择性大大增加。随后，Murata等[27]继续研究了碱金属钾，加入二异丙胺，以THF为溶剂，在20 ℃下反应3 min，月桂烯收率为 10.9%。与前者相比，收率变化不大，但大大缩短了反应时间。这类方法的副反应产物都是其它的聚合物或者高沸点的化合物，同时发现这类二烷基胺的使用，有效地提高了月桂烯的选择性，大大增加了月桂烯的收率，使月桂烯化学合成法有了实质性的进步。

在此基础上，Bartoň等[28]对异戊二烯二聚合成月桂烯的反应机理的推导进行了完善。研究发现，这类仲胺对月桂烯的合成起到了一定的调聚作用，先与钠或钾生成催化剂，再与异戊二烯结合成某种过渡态反应得到月桂烯，见图7。

近年来，范存良等[29]对钠和钾混合催化，二异丙胺为择型剂，THF为溶剂，月桂烯的合成工艺进行了深入的研究，其收率提高到40%。但因其相对成本仍然较高，不能满足月桂烯和异戊二烯之间适中的价格差异，无法取代β-蒎烯热裂解合成月桂烯的生产技术。

图7 异戊二烯合成月桂烯可能的机理

在上述研究的基础上，作者初步研究了锂、钠、钾三种碱金属对异戊二烯合成月桂烯的影响。其中钾的催化活性较好，月桂烯收率达到约50%，且钾的用量较少，可以节约成本，但仍存在后处理及难以分离纯化等问题，仍需要进一步的研究和解决。

4 展 望

综上所述，化学方法合成月桂烯的工艺路线得到了一定的研究，在催化剂、反应机理以及反应体系等方面取得了一系列的研究成果，特别是仲胺作为择型剂的发现对于月桂烯的化学合成有了积极的促进作用。

有关月桂烯的化学合成法的研究已经取得了许多实质性的进步，其中异戊二烯二聚合成月桂烯具有原料来源充分、反应步骤短、工艺操作简单等特点，在环境保护和充分开发 C5资源的利用方面具有重要的意义，但真正实现工业化生产还需进一步地解决月桂烯的选择性差，后处理中因热稳定性和分离纯化导致的月桂烯的收率低等问题。因此，研究和开发新型催化剂、优化反应的工艺技术和路线、提高月桂烯的收率和选择性是未来的主要研究方向，使我国在充分利用丰富的异戊二烯资源、化学合成月桂烯方面展现出较好的经济前景和社会效益。

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Research progress of chemical synthesis of myrcene

YANG Yang1，YOU Yahua1，YAO Risheng2，3
（1School of Chemical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China；2School of Medical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China；3Engineering Research Center of Bioprocess of Ministry of Education, Hefei 230009, Anhui, China）

Myrcene is a widely used fragrance and flavor raw material and intermediate. The progress of chemical synthesis of myrcene, such as from the esters of isopentanoids, monoterpenes allyl acetate and isoprene is reviewed. Especially, myrcene is synthesized by dimerization of isoprene due to its low cost, easy access and effective utilizationse of C5resource. Finally, the future development for chemical synthesis of myrcene is proposed. The main research directions are to develop new catalysts,optimize technology and route of the reaction, and improve the yield and selectivity of myrcene.

myrcene；isoprene；alkali metal；diisopropylamine

O 629.9

：A

：1000-6613（2012）09-2039-04

2012-03-16；修改稿日期：2012-04-05。

合肥市科技攻关项目（2010HKKJ0237）。

杨阳（1987—），男，硕士研究生，研究方向为精细化学品与绿色化学。联系人：姚日生，教授，硕士生导师，研究方向为药物合成与精细有机化工。E-mail rishengyao@163.com。