红褐林蚁信息素成分3-乙基-4-甲基戊醇的合成方法
阅读说明：本技术 红褐林蚁信息素成分3-乙基-4-甲基戊醇的合成方法 (Method for synthesizing 3-ethyl-4-methylpentanol as pheromone component of limonum aureum ) 是由 陆军 李梦倩 于锡东 刘辉 左美娟 刘明荣 于 2021-02-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种红褐林蚁信息素成分3-乙基-4-甲基戊醇的合成方法,包括如下步骤：在由负载物和氟盐形成的负载氟盐的催化作用下,将乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦和2-甲基-3-戊酮加热进行反应,反应结束后经提纯得到3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯；将得到的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯溶于有机溶剂,在路易斯酸催化作用下,与四氢锂铝反应,反应充分后经处理得到3-乙基-4-甲基戊醇；该合成方法所采用的合成原料廉价易得,反应条件简单,反应步骤少,操作简单,生产成本低,生产效率高,产率高,产品纯度高,适合放大生产。(The invention discloses a method for synthesizing a 3-ethyl-4-methylpentanol as a pheromone component of a limonum aureum, which comprises the following steps: under the catalytic action of a load villiaumite formed by a load and villiaumite, heating carbethoxymethylene triphenylphosphine and 2-methyl-3-pentanone for reaction, and purifying after the reaction is finished to obtain 3-ethyl-4-methyl-2-pentenoic acid ethyl ester; dissolving the obtained 3-ethyl-4-methyl-2-pentenoic acid ethyl ester in an organic solvent, reacting with lithium aluminum hydride under the catalysis of Lewis acid, and treating after full reaction to obtain 3-ethyl-4-methylpentanol; the synthetic raw materials adopted by the synthetic method are cheap and easy to obtain, the reaction conditions are simple, the reaction steps are few, the operation is simple, the production cost is low, the production efficiency is high, the yield is high, the product purity is high, and the method is suitable for large-scale production.)
技术领域
本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种红褐林蚁信息素成分3-乙基-4-甲基戊醇的合成方法。
背景技术
红褐林蚁(Formica lufa)，在我国分布很广，数量较多，它属于膜翅目蚁科昆虫，不仅是森林里的有益昆虫，而且是很好的食用昆虫、药用昆虫。早在3000多年前，就记载了周朝帝王曾食用过蚂蚁，对治病健身，延年益寿有很大好处。松毛虫、松叶蜂、松尺镬、落叶松隐条斑螟、云杉黄卷蛾等害虫的幼虫是落叶松叶部和球果的主要害虫，而红褐林蚁能捕食这些害虫，对森林有重大的保护作用。红褐林蚁自身还含有丰富的蛋白质和人体必须的氨基酸，有多种维生素、多种微量元素，且含有较高含量的锌，以及人工难以合成的蚁酸等，具有抗衰老、抗风湿、抗肿瘤的作用，因此研究和开发红褐林蚁具有重要的意义。
红褐林蚁以群居方式生存，蚂蚁数量可多达50万只；蚁群里少数几只蚁后在巢穴深处负责产卵，由工蚁照料它们。蚁群里几乎所有的成员都是工蚁，它们负责蚁群里的各项工作：照料幼蚁、修缮扩建巢穴、外出觅食、看守巢穴入口；蚂蚁的行动团结一致，井然有序，这需要红褐林蚁自身分泌的信息素；在红褐林蚁的家族内的交流信息素中非常重要的成分是3-乙基-4-甲基戊醇，Cas号为38514-13-5。
合成出高品质的交流信息素重要成分3-乙基-4-甲基戊醇，可以用于研究红褐林蚁的各种习性，进一步开发红褐林蚁的经济作用。
3-乙基-4-甲基戊醇的合成鲜有报道，在文献[Chemistry of Natural Compounds,2019,55(5),987.]中的合成路线如下：
在5-氯化钽/三异丙基亚磷酸酯催化作用下，于-68℃，正丁基溴化镁和丙烯高压反应，再和干冰反应，酸化得到3-乙基-4-甲基戊酸，或者经四氢锂铝还原反应可合成获得3-乙基-4-甲基戊醇。该合成方法涉及高压、超低温、严格无水等操作，其工艺复杂，设备要求高，难以放大生产，因此，寻找一个更理想的合成工艺必不可少。
鉴于红褐林蚁有着良好的经济作用，需要合成出信息素以加强对其生活习性的研究；因此，寻找一种新颖的合成方法来实现红褐林蚁交流信息素3-乙基-4-甲基戊醇工业化生产是非常有意义的；这需要开发出良好的生产工艺，才能够实现该交流信息素的工业化生产。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种红褐林蚁信息素成分3-乙基-4-甲基戊醇的合成方法，该合成方法所采用的合成原料廉价易得，反应条件简单，反应步骤少，操作简单，生产成本低，生产效率高，产率高，产品纯度高，适合放大生产。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
红褐林蚁信息素成分3-乙基-4-甲基戊醇的合成方法，包括如下步骤：
步骤(1)，在由负载物和氟盐形成的负载氟盐的催化作用下，将式(Ⅰ)所示的乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦和式(Ⅱ)所示的2-甲基-3-戊酮加热进行反应，反应结束后经提纯得到式(Ⅲ)所示的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯；
步骤(2)，将步骤(1)得到的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯溶于有机溶剂，在路易斯酸催化作用下，与四氢锂铝反应，反应充分后经处理得到式(Ⅳ)所示的3-乙基-4-甲基戊醇；
合成路线如下：
进一步的，步骤(1)的反应温度为120～150℃。
进一步的，步骤(1)中的负载氟盐是将负载物与氟盐混合后经活化得到；其中的负载物为氧化铝、氧化铁、硅藻土、分子筛、高岭土、活性炭、氧化锆、氧化锌、氧化镁、氧化硅中的至少一种；其中的氟盐为氟化钠、氟化钾、氟化铵、氟化锂、氟化铝、氟化镁、氟化铯、氟化锶、氟化镧、氟化镓中的至少一种。
进一步的，负载氟盐中的负载物与氟盐的质量比为1～2：20。
进一步的，步骤(1)中，2-甲基-3-戊酮、乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦、氟盐三者的摩尔比为1：1～1.5：0.1～0.5。
进一步的，步骤(2)的反应温度为-20～80℃。
进一步的，步骤(2)中的有机溶剂为四氢呋喃、甲基四氢呋喃、异丙醚、乙二醇二甲醚、甲基叔丁基醚、甲苯、1,4-二氧六环、甲基环戊基醚中的至少一种。
进一步的，步骤(2)中的路易斯酸为三氯化铝、氯化铁、三氟化硼乙醚、三氯化铟、氯化锌、氯化钙、溴化镍、三氯氧磷、三氟甲磺酸铜、三氟甲磺酸铟、三氟甲磺酸银、三氟甲磺酸铝、三氟甲磺酸镍中的至少一种。
进一步的，步骤(2)中，3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯、四氢锂铝、路易斯酸三者的摩尔比为1：1～2：1～5.0。
进一步的，步骤(2)中，反应后的物料处理过程为：萃取并合并反应后的物料中的有机相，再将有机相经过洗涤、干燥、浓缩，浓缩后的剩余物再经过提纯。
本发明的有益效果是：
本发明的合成方法利用乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦和2-甲基-3-戊酮为原料，在负载氟盐催化作用下能够顺利发生维蒂希反应，得到3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯；3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯在路易斯酸催化下，由四氢锂铝“一步法”还原酯基和碳-碳双键，获得目标产物3-乙基-4-甲基戊醇。本发明为一种新的合成方法，其所涉及的合成原料价廉易得，反应条件简单，反应步骤少，操作简单，生产成本低，生产效率高，收率高，所得产品纯度高，能够适合放量生产，满足市场需求。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的红褐林蚁信息素成分3-乙基-4-甲基戊醇的合成方法，包括如下步骤：
步骤(1)，在由负载物和氟盐形成的负载氟盐的催化作用下，将式(Ⅰ)所示的乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦和式(Ⅱ)所示的2-甲基-3-戊酮加热进行反应，反应结束后经提纯得到式(Ⅲ)所示的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯；
步骤(2)，将步骤(1)得到的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯溶于有机溶剂，在路易斯酸催化作用下，与四氢锂铝反应，反应充分后经处理得到式(Ⅳ)所示的3-乙基-4-甲基戊醇；具体的，在该步骤(2)中，其中的四氢锂铝是先溶于有机溶剂后，再将四氢锂铝-有机溶剂的混合溶液与3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯混合进行反应；
合成路线如下：
在上述合成方法中，步骤(1)的反应温度为120～150℃。
在上述合成方法中，步骤(1)中的负载氟盐是将负载物与氟盐混合后经活化得到；其中的负载物为氧化铝、氧化铁、硅藻土、分子筛、高岭土、活性炭、氧化锆、氧化锌、氧化镁、氧化硅中的至少一种；其中的氟盐为氟化钠、氟化钾、氟化铵、氟化锂、氟化铝、氟化镁、氟化铯、氟化锶、氟化镧、氟化镓中的至少一种。
上述负载氟盐中的负载物与氟盐的质量比为1～2：20。
在上述合成方法中，步骤(1)中的2-甲基-3-戊酮、乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦、氟盐三者的摩尔比为1：1～1.5：0.1～0.5。
在上述合成方法中，步骤(2)的反应温度为-20～80℃。
进一步的，步骤(2)中的有机溶剂为四氢呋喃、甲基四氢呋喃、异丙醚、乙二醇二甲醚、甲基叔丁基醚、甲苯、1,4-二氧六环、甲基环戊基醚中的至少一种。
在上述合成方法中，步骤(2)中的路易斯酸为三氯化铝、氯化铁、三氟化硼乙醚、三氯化铟、氯化锌、氯化钙、溴化镍、三氯氧磷、三氟甲磺酸铜、三氟甲磺酸铟、三氟甲磺酸银、三氟甲磺酸铝、三氟甲磺酸镍中的至少一种。
在上述合成方法中，步骤(2)中的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯、四氢锂铝、路易斯酸三者的摩尔比为1：1～2：1～5.0。
在上述合成方法的步骤(2)中，反应后的物料处理过程为：萃取并合并反应后的物料中的有机相，再将有机相经过洗涤、干燥、浓缩，浓缩后的剩余物再经过提纯。
实施例1
将1.2g氟化钾(20mmol)溶解于10mL水中，然后加入20g氧化铝，搅拌均匀，放置于120℃活化2小时；冷却，得到负载氟盐，将该负载氟盐转移到厚壁耐压瓶中，再加入5克2-甲基-3-戊酮(50mmol)和20.9g乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦(60mmol)，充分搅拌均匀，置于150℃油浴中反应1小时；然后，冷却至室温，将反应后的混合物转移到装有硅胶的层析柱中，进行柱层析提纯(洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝30:1)，得到产物3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯8g(收率为94％)；
取一反应瓶，向其中加入8g所得的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯(47.1m mol)和100mL四氢呋喃，冷却至0℃，再加入13.3g三氯化铝(100mmol)，搅拌30分钟；滴加80mL四氢锂铝-四氢呋喃溶液(80mmol，1M)，滴加完毕升温至30℃反应过夜。然后，冰水冷却，滴加冷水至无气体产生，盐酸调至溶液澄清，再用氯仿萃取，合并有机相，水洗，硫酸钠干燥，浓缩，剩余物柱层析提纯(层析柱中装有200目硅胶，洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝10:1)得到3-乙基-4-甲基戊醇5.8g，收率为95％；核磁共振结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3):δ0.81-0.99(m,9H),1.12-1.85(m,7H),3.66(t,J＝7.2Hz,2H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ12.01,18.79,19.51,23.42,29.16,33.36,42.21,61.88。
实施例2
将1.5g氟化铯(10mmol)溶解于10mL水中，加入20g硅藻土，搅拌均匀，放置于120℃活化2小时；冷却，得到负载氟盐；将该负载氟盐转移到厚壁耐压瓶中，再加入5g 2-甲基-3-戊酮(50mmol)和20.9g乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦(60mmol)，充分搅拌均匀，置于140℃油浴中反应2小时；然后冷却至室温，将反应后的混合物转移到装有硅胶的层析柱中，进行柱层析提纯(洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝30:1)，得到产物3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯8.5g(收率为95％)；
取一反应瓶，向该反应瓶中加入43.8g溴化镍(200mmol)和250mL四氢呋喃，冷却至0℃，滴加100mL四氢锂铝-四氢呋喃溶液(100mmol，1M)，搅拌1小时；将8.5g所得的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯(50mmol)溶于100mL四氢呋喃中；向反应瓶中滴加3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯和四氢呋喃的混合溶液，然后升温至50℃反应1小时；冰水冷却，滴加冷水至无气体产生，盐酸调至溶液澄清，浓缩除去溶剂，氯仿萃取，合并有机相，水洗，硫酸钠干燥，浓缩，剩余物柱层析提纯(层析柱中装有200目硅胶，洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝10:1)，得到3-乙基-4-甲基戊醇6.4g，收率为98％；核磁共振结果：产物的1HNMR以及13C NMR检测数据和实施例1完全一致。
实施例3
将1.6g氟化镁(25mmol)溶解于10mL水中，加入20g高岭土，搅拌均匀，放置于120℃活化2小时；冷却，得到负载氟盐，将该负载氟盐转移到厚壁耐压瓶中，再加入5g 2-甲基-3-戊酮(50mmol)和20.9g乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦(60mmol)，充分搅拌均匀，置于160℃油浴中反应3小时。然后，冷却至室温，将反应后的混合物转移到装有硅胶的层析柱中，进行柱层析提纯(洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝30:1)，得到产物3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯7.8g，收率为92％；
取一反应瓶，向反应瓶中加入7.8g所得的3-乙基-4-甲基-2-戊烯酸乙酯45.9mmol)和100mL四氢呋喃，冷却至-15℃，滴加75mL四氢锂铝-四氢呋喃溶液(75mmol，1M)，搅拌反应1小时；维持-15℃，滴加三氯氧磷(11.5g，75mmol)和四氢呋喃(150mL)混合溶液，逐步升温至微回流反应1小时；冰水冷却，滴加冷水至无气体产生，盐酸调至溶液澄清，浓缩除去溶剂，氯仿萃取，合并有机相，水洗，硫酸钠干燥，浓缩，剩余物柱层析提纯(层析柱中装有200目硅胶，洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝10:1)，得到3-乙基-4-甲基戊醇5.9g，收率为95％；核磁共振结果：产物的1HNMR以及13C NMR检测数据和实施例1完全一致。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的修改或等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。