一种制备(z,e)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯的改进方法
阅读说明：本技术 一种制备(z,e)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯的改进方法 (Improved method for preparing (Z, E) -12-tetradecene-1-alcohol acetate ) 是由 江忠萍 李金涛 王滢秀 张作山 刘钦胜 左伯军 刘敬民 蒋爱忠 刘军 王霞 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种制备(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯的改进方法,wittig反应中的溶剂体系,创新地引入三溶剂体系,增加试剂在反应体系的溶解度,降低溶剂整体凝固点,双重作用下避免反应过程中在较低温度下出现团聚现象,避免反应搅拌不畅和产生大量杂质,进而加大后处理难度；用冰乙酸终止反应,代替之前的含水稀酸,控制原料中剩余的醛类的缩合,避免大量杂质产生,缩合产物一旦产生对三苯氧膦和主产物烯醇溶解度较大,且分离不开,会极大加强后处理难度,产物提取损失大；同时由于反应能在0摄氏度左右以均相状态反应,转化彻底,收率大幅提高,后处理简单,副产物三苯氧膦以颗粒状析出,无大量泥状废弃物,无其它固废。(The invention provides an improved method for preparing (Z, E) -12-tetradecene-1-alcohol acetate, wherein a solvent system in a wittig reaction is innovatively introduced into a three-solvent system, the solubility of a reagent in the reaction system is increased, the integral solidifying point of the solvent is reduced, the agglomeration phenomenon at a lower temperature in the reaction process is avoided under the double actions, the unsmooth reaction stirring and the generation of a large amount of impurities are avoided, and the post-treatment difficulty is further increased; glacial acetic acid is used for stopping the reaction, the previous aqueous dilute acid is replaced, the condensation of the residual aldehydes in the raw materials is controlled, the generation of a large amount of impurities is avoided, once the condensation product generates triphenylphosphine oxide and the main product enol, the solubility is high, the separation is not easy, the post-treatment difficulty is greatly enhanced, and the extraction loss of the product is large; meanwhile, the reaction can be carried out in a homogeneous phase state at about 0 ℃, so that the conversion is thorough, the yield is greatly improved, the post-treatment is simple, the by-product triphenylphosphine oxide is separated out in a granular form, and a large amount of mud-shaped waste and other solid waste are avoided.)
技术领域
本发明涉及亚洲玉米螟性信息素的制备方法，具体涉及一种制备(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯的改进方法，属于生物农药技术领域。
背景技术
亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)属鳞翅目，螟蛾科。主要分布在亚洲，我国除青藏高原玉米区未见报道外，其他各玉米种植区均有分布，主要分布区域位于东北三省、河北、河南、山东、四川、广西等。食性杂，主要危害玉米，是玉米生产上的第一大害虫，寄主植物多达25种，还能为害高粱、粟、棉花、大麻、小麦、大麦、马铃薯、豆类、向日葵、甘蔗、甜菜、番茄、茄子等。危害玉米植株地上的各个部位，使受害部分丧失功能，降低籽粒产量。在玉米心叶期，初孵幼虫大多爬入心叶内，群聚取食心叶叶肉，留下白色薄膜状表皮，呈花叶状；2、3龄幼虫大多爬入心叶内潜藏为害，心叶展开后，出现整齐的排孔；此后，陆续蛀入茎秆继续为害，蛀孔口常堆有大量粪渣；雄穗被蛀，常易折断，影响授粉；苞叶、花丝被蛀食，造成缺粒和秕粒；茎秆、穗柄、穗轴被蛀食后形成隧道，破坏植株内水分、养分的输送，使茎秆倒折率增加，籽粒产量下降；初孵幼虫可吐丝下垂，随风漂移扩散到邻近植株上。
玉米是我国第一大粮食品种，占粮食种植面积的42％，2019年中国玉米播种面积达4128万公顷，玉米产量达2.57亿吨。亚洲玉米螟是世界性的蛀食性大害虫，一般发生年春玉米受害后减产10％左右，夏玉米减产20％～30％，大发生年减产达50％以上，以北方春玉米区和黄淮平原春、夏玉米区为最重。
由于农业生产上长期的使用化学农药防治亚洲玉米螟，加上亚洲玉米螟幼虫的钻蛀性、发蛾期较长等特点，致使化学农药使用效果不佳，造成抗性增加，防效下降，天敌数量减少，农业生态环境遭到破坏。而昆虫性信息素是一类专一性强，无残留，环境友好的生物农药，昆虫性信息素防控虫害生物技术已成为农业绿色生态防控主推技术。
亚洲玉米螟性信息素为(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇醋酸酯的混合物，顺反比例接近1:1，国内外报道合成总收率只有30％。
现有报道的亚洲玉米螟性信息素的合成方法主要有炔醇中间体路线、硼氢化反应路线、wittig反应路线三种。其中炔醇路线原料昂贵，反应条件苛刻，合成路线长，很难工业化；氢化反应路线此方法原料不易得，价格昂贵，反应条件苛刻，也不适合工业化；wittig反应路线又分为两种，第一种以1,12-十二碳二醇为原料，经选择性乙酰化、氧化得到醛，再和乙基三苯基溴化膦经wittig反应得到双键，此种方法反应步骤长，操作繁琐，反应选择性不高，而且有重金属不好处理。第二种以1,12-十二碳二醇为原料，经选择性溴代、和三苯基膦成盐，再和小分子醛经wittig反应得到双键，此方法条件较为温和，原材料易得，但是杂质较多，反应不易控制，易出现团聚现象，后处理困难，后处理完毕得到大量泥状废弃物。
因此，wittig反应路线中的第二种方法值得优化，对于亚洲玉米螟性信息素的应用推广具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对wittig反应路线中的第二种方法，提供一种亚洲玉米螟性信息素(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯的合成改进方法，以期解决工艺中杂质较多，反应不易控制，易出现团聚现象，后处理困难等难题。本方法通过优选wittig反应中的溶剂体系，创新地引入三溶剂体系，增加wittig试剂在反应体系的溶解度，降低溶剂整体凝固点，双重作用下避免wititg反应过程中在较低温度下出现团聚现象，避免反应搅拌不畅和产生大量杂质，进而加大后处理难度；在wittig反应后处理中用冰乙酸终止反应，代替之前的含水稀酸，控制原料中剩余的醛类的缩合，避免大量杂质产生，缩合产物一旦产生对三苯氧膦和主产物烯醇溶解度较大，且分离不开，会极大加强后处理难度，产物提取损失大；同时由于反应能在0摄氏度左右以均相状态反应，转化彻底，收率大幅提高，后处理简单，副产物三苯氧膦以颗粒状析出，无大量泥状废弃物，无其它固废。
本发明采取的技术方案为：
一种(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯化合物的合成改进方法，包括步骤如下：
(1)将1,12-二溴十二烷和三苯基磷加入到甲苯中，加热回流反应8h-50h，反应结束后分离除去甲苯层，将残余的甲苯脱出，得到ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐；
(2)将ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐溶于混合溶剂中，在氮气保护下降温至20℃-30℃后，缓慢加入有机碱，搅拌反应1-1.5h，降温到-10℃-0℃，加入溶剂稀释的乙醛并在此温度条件下保温反应3-10h，反应完后加入冰乙酸，水相用乙酸乙酯萃取后浓缩得白色至泛黄略固体，将此白色至泛黄略固体用石油醚提取后过滤，得白色颗粒状三苯氧膦，溶液浓缩后得黄色液体ω-溴代十四碳烯；
(3)将ω-溴代十四碳烯加入到苯中，加入氢氧化钠水溶液水解，水解结束，分出有机层，经水洗，干燥，蒸馏，得到(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇；
(4)将(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇和吡啶、乙酸酐混合后常温反应8h-24h，反应完成后分离出产物，经硅胶柱层析，得到(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯。产物中Z/E摩尔比值95:5。
(5)将步骤(4)中的产物在氮气保护下加热，依次加入亚硝酸钠溶液和硝酸溶液，反应完成后分离出产物，经硅胶柱层析，得到构型转化的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯。产物中Z/E摩尔比值24:76。
上述步骤(1)所述的1,12-二溴十二烷和三苯基磷的摩尔比为1.0:1.0-1.3，1,12-二溴十二烷的摩尔浓度为0.5mol/L-2.0mol/L。
上述步骤(2)所述的ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐、有机碱、乙醛的摩尔比例范围在1.0:1.1-2.0:1.0-1.3之间，ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐的摩尔浓度为0.3mol/L-2.0mol/L。步骤(2)所述的混合溶剂为四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、甲苯的混合液，体积比为：1.0-10:1.0：1.0-3.0。所述的有机碱采用二甲亚砜钠盐，二甲亚砜钠盐的摩尔浓度为0.3mol/L-3.0mol/L。所述的冰乙酸质量浓度为99.5％。
上述步骤(3)中ω-溴代十四碳烯的摩尔浓度为0.5mol/L-1.5mol/L，氢氧化钠水溶液的浓度为2.0mol/L～8mol/L，所述的水解为40℃-50℃下水解2h-10h。
上述步骤(4)中(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇和乙酸酐的摩尔比例为1.0-1.2，(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇的摩尔浓度为1.0mol/L-3.0mol/L。
上述步骤(5)中(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯和亚硝酸钠溶液、硝酸溶液的摩尔比例范围在1.0:0.05-0.2:0.1-0.2之间。
本发明合成改进方法是以1,12-二溴十二烷为起始原料，经与三苯基磷成盐反应，再与乙醛发生wittig反应，然后经过水解反应，乙酰化反应，异构体转化反应，最后得到目标产物(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯为基准路线，通过优选wittig反应中的溶剂体系，增加wittig试剂在反应体系的溶解度，降低溶剂整体凝固点，避免反应过程中出现团聚现象，避免反应搅拌不畅和产生大量杂质，进而加大后处理难度；在wittig反应后处理中用冰乙酸终止反应，控制醛类的缩合，避免大量杂质产生；同时由于反应能在0摄氏度左右以均相状态反应，转化彻底，收率大幅提高，后处理简单，副产物三苯氧膦以颗粒状析出，无大量泥状废弃物，无其它固废。
本发明的有益效果是：
(1)通过优选wittig反应中的溶剂体系，增加wittig试剂在反应体系的溶解度，降低溶剂整体凝固点，避免反应过程中出现团聚现象，避免反应搅拌不畅和产生大量杂质，进而加大后处理难度；
(2)在wittig反应后处理中用冰乙酸终止反应，控制醛类的缩合，避免大量杂质产生；
(3)由于反应能在0摄氏度左右以均相状态反应，转化彻底，收率大幅提高，后处理简单，副产物三苯氧膦以颗粒状析出，无大量泥状废弃物，无其它固废。
附图说明
图1为本发明(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯合成路线。
图2为(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯结构式。
图3为Z型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯GC谱图。
图4为图3的谱图数据分析。
图5为E型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯GC谱图。
图6为图5的谱图数据分析。
图7为(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯GC-MS谱图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明。
实施例1
(1)ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐合成
将32.80(100mmol)1,12-二溴十二烷和26.20(100mmol)三苯基磷投入到300ml甲苯中，加热回流反应18h，反应结束，傾出甲苯层，脱出残余的甲苯，得到ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐51.39g，收率87.1％。
(2)ω-溴代十四碳烯合成
在氮气保护下，将47.20g(80mmol)ω-溴代季膦盐加入到混合溶剂(50ml四氢呋喃、10ml二乙二醇二甲醚、甲苯20ml)中，搅拌溶解并维持温度在20℃，缓慢加入50ml2.5mol/L二甲亚砜钠盐的四氢呋喃溶液，搅拌反应1h，然后降温到-10℃，加入3.9g(84mmol)乙醛，保温反应6h，TLC跟踪检测，原料反应完后加入冰乙酸，水相用乙酸乙酯萃取后浓缩得白色至泛黄略固体，将此白色至泛黄略固体用200ml石油醚提取后过滤，得白色颗粒状三苯氧膦，滤液浓缩后得黄色液体ω-溴代十四碳烯粗品，经硅胶柱层析，得到15.70gZ型为主的ω-溴代十四碳烯，收率71.3％。
(3)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇合成
将27.5g(100mmol)ω-溴代十四碳烯加入到200ml苯中，加入2.5M氢氧化钠水溶液60ml，40℃-50℃下水解8h,水解结束，分出有机层，经水洗，无水硫酸钠干燥，蒸馏，硅胶柱层析，得到19.75g Z型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇，收率93.1％。
(4)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯合成
将42.40g(200mmol)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇和100mL吡啶、21.0g(200mmol)乙酸酐，常温反应20h，反应完成后分离出产物，经硅胶柱层析，得到48.81g Z型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇醋酸酯，收率96.1％，Z/E比值95:5。
(5)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇醋酸酯的构型转化
取步骤(4)中的产物20.2g置于烧瓶中，在氮气保护下加热到80℃，滴入亚硝酸钠溶液5.0ml(2mol/L)，再滴加硝酸溶液3.4ml(2mol/L)，继续反应5小时。冷却至室温，加入正己烷10ml，再用饱和碳酸钠水溶液、水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。过滤，浓缩，经柱层析得无色液体20.1g，收率约100％，Z/E比值24:76。
实施例2
(1)ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐合成
将32.80(100mmol)1,12-二溴十二烷和28.82(110mmol)三苯基磷投入到300ml甲苯中，加热回流反应18h，反应结束，傾出甲苯层，脱出残余的甲苯，得到ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐51.86g，收率87.9％。
(2)ω-溴代十四碳烯合成
在氮气保护下，将59.00g(50mmol)ω-溴代季膦盐加入到50ml四氢呋喃、10ml二乙二醇二甲醚、30ml甲苯的混合液中，搅拌溶解并维持温度20℃-30℃，缓慢加入50ml2.5mol/L二甲亚砜钠盐的四氢呋喃溶液，搅拌反应1h，然后降温到-10℃，加入4.84g(110mmol)乙醛，保温反应6h，TLC跟踪检测，原料反应完后加入冰乙酸，水相用乙酸乙酯萃取后浓缩得白色至泛黄略固体，将此白色至泛黄略固体用200ml石油醚提取后过滤，得白色颗粒状三苯氧膦，溶液浓缩后得黄色液体ω-溴代十四碳烯粗品，经硅胶柱层析，得到15.77g Z型为主的ω-溴代十四碳烯，收率71.6％。
(3)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇合成
将27.50g(100mmol)ω-溴代十四碳烯加入到300ml苯中，加入5.0M氢氧化钠水溶液24ml，40℃-50℃下水解10h,水解结束，分出有机层，经水洗，无水硫酸钠干燥，蒸馏，硅胶柱层析，得到19.92g Z型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇，收率94.0％。
(4)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯合成
将63.60g(300mmol)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇和140mL吡啶、36.80g乙酸酐(360mmol)，常温反应20h，反应完成后分离出产物，经硅胶柱层析，得到73.93gZ型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇醋酸酯，收率97.0％，Z/E比值94.5:5.5。
(5)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯的构型转化
取步骤(4)中的产物20.2g置于烧瓶中，在氮气保护下加热到75℃，滴入亚硝酸钠溶液5.0ml(2mol/L)，再滴加硝酸溶液3.4ml(2mol/L)，继续反应4小时。冷却至室温，加入正己烷10ml，再用饱和碳酸钠水溶液、水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。过滤，浓缩，经柱层析得无色液体20.1g，收率约100％，Z/E比值25:75。
实施例3
(1)ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐合成
将65.60g(200mmol)1,12-二溴十二烷和57.60(220mmol)三苯基磷投入到600ml甲苯中，加热回流反应24h，反应结束，傾出甲苯层，脱出残余的甲苯，得到ω-溴代十二烷基三苯基溴化膦盐107.387g，收率91.0％。
(2)ω-溴代十四碳烯合成
在氮气保护下，将70.80g(120mmol)ω-溴代季膦盐加入到60ml四氢呋喃、12ml二乙二醇二甲醚24ml甲苯的混合液中，搅拌溶解并维持温度20℃-30℃，缓慢加入60ml3.0mol/L二甲亚砜钠盐的四氢呋喃溶液，搅拌反应1.5h，然后降温到-5℃，滴加6.34g(144mmol)乙醛与16ml四氢呋喃的混合液，保温反应10h，TLC跟踪检测，原料反应完后加入冰乙酸，水相用乙酸乙酯萃取后浓缩得白色至泛黄略固体，将此白色至泛黄略固体用300ml石油醚提取后过滤，得白色颗粒状三苯氧膦，溶液浓缩后得黄色液体ω-溴代十四碳烯粗品，经硅胶柱层析，得到15.770g Z型为主的ω-溴代十四碳烯，收率71.6％。
用10％盐酸调pH值中性，乙醚萃取，合并有机相，用饱和氯化钠水溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，蒸馏得到粗品，经硅胶柱层析，得到Z型为主的23.46gω-溴代十四碳烯，收率71.1％。
(3)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇合成
将33.00g(60mmol)ω-溴代十四碳烯加入到300ml苯中，加入3.0M氢氧化钠水溶液44ml，40℃-50℃下水解8h,水解结束，分出有机层，经水洗，无水硫酸钠干燥，蒸馏，硅胶柱层析，得到24.48g Z型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇，收率96.2％。
(4)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯合成
将30.88g(120mmol)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇和120mL吡啶、24.40g乙酸酐(260mmol)，常温反应18h，反应完成后分离出产物，经硅胶柱层析，得到58.70gZ型为主的(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯，收率96.3％，Z/E比值94.9:5.1。
(5)(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯的构型转化
取步骤(4)中的产物20.2g置于烧瓶中，在氮气保护下加热到75℃，滴入亚硝酸钠溶液5.0ml(2mol/L)，再滴加硝酸溶液3.4ml(2mol/L)，继续反应4小时。冷却至室温，加入正己烷20ml，再用饱和碳酸钠水溶液、水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。过滤，浓缩，经柱层析得无色液体20.1g，收率约100％，Z/E比值26:74。
产物分析：
实施例1-3中所得产物Z-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯和E-12十四碳烯-1-醇乙酸酯的分析结果：
(1)气相色谱(GC)分析
采用岛津GC-2010plus气相色谱仪进行分析。色谱柱RTX-1701(30m﹡0.25mm﹡0.25μm)；进样口温度：250℃；FID检测器温度：250℃；分流比：30:1；柱流量：1ml/min；程序升温：80℃保持1min，以15℃/min的速率升到250℃，保持20min。
分析结果如图3和图4所示，结果说明Z-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯和E-12十四碳烯-1-醇乙酸酯的摩尔顺反比例为94:6。如图5和图6所示，结果说明Z-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯和E-12十四碳烯-1-醇乙酸酯的摩尔顺反比例为24:76。
(2)气相-质谱联用(GC-MS)分析
采用QP5050气相-质谱联用仪分析。色谱柱：RTX-5(30m﹡0.25mm﹡0.25μm)；进样口温度：250℃，离子源温度：250℃；程序升温：80℃保持1min，以5℃/min的速率升到250℃，保持20min，柱流量：1ml/min。
质谱结果如图7所示，产物通过分析确定为(Z,E)-12-十四碳烯-1-醇乙酸酯。