专利名称：一种4-甲基脂肪酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以脂肪醛为原料制备4-甲基脂肪酸的工业方法。
背景技术：
4-甲基脂肪酸是一类重要的香原料和精细化学品，如4-甲基辛酸天然存在于茶、菠萝蜜、朗姆酒、苹果、草莓中，在加工后的熟羊肉中也发现了它的存在。作为一种香原料，它的香气特征为具有腊样牛肉、羊肉的脂肪气息，并且有奶油、牛奶和内酯样香韵。4-甲基脂肪酸通常使用于乳制品香精或羊肉香精配方中，也可微量地用于牛肉香精配方。
Cason J等人以4_氧代戊酸与合适的Grignard试剂反应制备4_甲基辛酸。Valentine Ragoussis等人以正己醛为原料，通过Mannich反应、Claisen重排、氢化和皂化反应，制备4-甲基辛酸。Levene和Marker等人以右旋_3_甲基辛酸为原料经多步反应制取左旋-4_甲基壬酸，之后Levene等人又以丙二酸酯和1_碘_2_甲基庚烷为原料合成4_甲基壬酸。何锡敏等人以2-甲酸己酯_4-甲基壬酸己酯为原料，经皂化、酸化、脱羧反应制得4-甲基壬酸。然而，上述文献方法制备4-甲基脂肪酸大多步骤较长、原料不易得或价格高，不适合工业化生产的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原料易得，制备步骤少且操作简单，易于实现工业化生产，即以脂肪醛为原料的4-甲基脂肪酸的制备方法。
本发明的技术原理 —种4-甲基脂肪酸的制备方法，以脂肪醛为原料，通过与吡咯烷縮合得到烯胺中间体，然后与丙烯酸甲酯加成、水解得到4-甲酰基脂肪酸，最后通过Wolff-Kishner-黄鸣龙还原法脱去羰基，合成了 4-甲基脂肪酸。其制备反应式见图1。
本发明的技术方案 —种4-甲基脂肪酸的制备方法，包括如下制备步骤
(1)、縮合反应得到烯胺中间体 将脂肪醛、无水碳酸钾、对甲苯磺酸、甲苯加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的三口圆底烧瓶中，控制温度为ll(TC，加热回流10min后，缓慢滴加吡咯烷，控制滴加速率为10g/h，滴完后继续反应lh，待脂肪醛反应完全后抽滤，即得烯胺中间体粗品和甲苯的混合溶液； 其中脂肪醛、无水碳酸钾、对甲苯磺酸、甲苯的加入量按质量比即脂肪醛无水碳
酸钾对甲苯磺酸甲苯为io : 5 : i : 30 ; 其中吡咯烷的滴加量按其与脂肪醛的摩尔比，即吡咯烷脂肪醛为5:3; (2)、加成、水解得4-甲酰基脂肪酸 将步骤(1)制得的烯胺中间体粗品和甲苯混合溶液全部加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的四口圆底烧瓶中，控制温度为ll(TC加热回流10min后，滴加丙烯酸甲酯，控制滴加速率在80g/h，滴完后继续反应7h 10h ;再向四口圆底烧瓶中加入醋酸和水进行酸化水解3h，水解结束后减压蒸馏，控制真空度为2. 7kPa，收集馏分，即得到4-甲酰基脂肪酸； 丙烯酸甲酯的滴加量按其与步骤(1)中所用的脂肪醛的摩尔比，即丙烯酸甲酯脂肪醛为5 : 3; 醋酸和水各自的加入量按它们与步骤(i)中所用的脂肪醛的质量比即脂肪醛醋酸水为i : 2 : 4计算； (3)、4-甲基脂肪酸的合成 将一縮二乙二醇，氢氧化钾加入到带有搅拌、温度计和回流冷凝管的烧瓶中，加热至IO(TC待氢氧化钾溶解后，加入质量分数为85%水合肼及步骤(2)所得的4-甲酰基脂肪酸后，逐渐升温至145t:回流lh，改蒸馏装置，然后温度逐渐升至20(TC保持3h，冷却至80 IO(TC ，得混合液A，将混合液A倒入到盛有水的烧杯中，冷却至室温，加质量分数为38X的盐酸调至pH = 7，分出下水层即得4-甲基脂肪酸成品； 其中一縮二乙二醇、氢氧化钾、质量分数为85%的水合肼及4-甲酰基脂肪酸的加入量按一縮二乙二醇、氢氧化钾、水合肼及4-甲酰基脂肪酸的质量比即一縮二乙二醇氢
氧化钾水合肼4-甲酰基脂肪酸为6 : o. 9 : 1.1 : i; 其中烧杯中水的体积按其与混合液A的体积比，即水混合液A为2 : i。 上述的一种4-甲基脂肪酸的制备方法所得的4-甲基脂肪酸，其结构式如下
其中R为Q C1Q所有正构或异构烷基之一。
本发明的有益效果 本发明使用的原材料脂肪醛、吡咯烷和丙烯酸甲酯都是商业化产品，所以反应原料易得，縮合、加成、水解以及脱羰基所用的化学反应均为经典反应，操作简单，易于工业化。
图l，一种4-甲基脂肪酸的制备方法的制备反应式
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，但并不限制本发明。
实施例1 —种制备4_甲基己酸的制备方法
(1)、烯胺中间体的合成 将21. 6g丁醛、10. 8g无水碳酸钾、2. 2g对甲苯磺酸、64. 8g甲苯经准确称量加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的250mL三口圆底烧瓶中。控制温度ll(TC，加热回流10min后，缓慢滴加35. 5g吡咯烷，2h滴完。 继续反应lh，经气相色谱分析发现丁醛反应完全。抽滤后得烯胺中间体粗品和甲苯的混合溶液。
(2)、4_甲酰基己酸的合成 将制得的烯胺中间体粗品和甲苯混合溶液全部加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的500mL四口圆底烧瓶中，控制温度ll(TC，加热回流10min后，滴加丙烯酸甲酯43g，0. 5h滴完，继续反应7h。 将45g醋酸和90g水加入烧瓶中，酸化水解3h。水解结束后将甲苯蒸出。减压蒸馏，收集47°C /2mmHg馏分，得到4-甲酰基己酸13. 2g，纯度99%。
(3)、4-甲基己酸的合成 将80. 4g —縮二乙二醇，11. 9g氢氧化钾加入到带有搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL烧瓶中，加热至10(TC待氢氧化钾溶解后稍冷却，加入13. 6g质量分数为85%水合肼、13. 2g 4-甲酰基己酸，逐渐升温至145t:回流lh，改蒸馏装置，然后温度逐渐升至20(TC保持3h，冷却至8(TC，倒入到盛有130mL水的400mL烧杯中，冷却至室温。加质量分数为38%的盐酸中和至pH = 7，分出下水层得粗品14g，精馏得产物10. 7g，纯度99%。
实施例2 —种4，5-二甲基己酸的制备方法
(1)、烯胺中间体的合成 将25. 8g异戊醛、12. 9g无水碳酸钾、2. 6g对甲苯磺酸、77. 4g甲苯经准确称量加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的250mL三口圆底烧瓶中。控制温度ll(TC，加热回流10min后，缓慢滴加35. 5g吡咯烷，2h滴完。 继续反应lh，经气相色谱分析发现异戊醛反应完全。抽滤后得烯胺中间体粗品和甲苯的混合溶液。 (2) 、5-甲基-4-甲酰基己酸的合成 将制得的烯胺中间体粗品和甲苯混合溶液全部加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的500mL四口圆底烧瓶中，控制温度ll(TC，加热回流10min后，滴加丙烯酸甲酯43g， 0. 5h滴完，继续反应9h。 将50g醋酸和100g水加入烧瓶中，酸化水解3h。水解结束后将甲苯蒸出。减压蒸馏，收集64°C /4mmHg馏分，得到5-甲基_4_甲酰基己酸21g，纯度99%。
(3)、4，5-二甲基己酸的合成 将116. 9g —縮二乙二醇，17. 3g氢氧化钾加入到带有搅拌、温度计和回流冷凝管的500mL烧瓶中，加热至IO(TC待氢氧化钾溶解后稍冷却，加入19. 7g质量分数为85%水合肼、21g 5-甲基-4-甲酰基己酸，逐渐升温至145°C回流lh，改蒸馏装置，然后温度逐渐升至20(TC保持3h，冷却至9(TC，倒入到盛有190mL水的1L烧杯中，冷却至室温。加质量分数为38X的盐酸中和至pH二 7，分出下水层得粗品20g，精馏得产物15. 5g，纯度99%。
实施例3 —种4-甲基壬酸的制备方法
(1)、烯胺中间体的合成 将34. 2g庚醛、17g无水碳酸钾、3. 4g对甲苯磺酸、102. 6g甲苯经准确称量加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的250mL三口圆底烧瓶中。控制温度ll(TC，加热回流10min后，缓慢滴加35. 5g吡咯烷，2h滴完。
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继续反应lh，经气相色谱分析发现庚醛反应完全。抽滤后得烯胺中间体粗品和甲苯的混合溶液。
(2)、4_甲酰基壬酸的合成 将制得的烯胺中间体粗品和甲苯混合溶液全部加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的500mL四口圆底烧瓶中，控制温度ll(TC，加热回流10min后，滴加丙烯酸甲酯43g，0. 5h滴完，继续反应10h。 将70g醋酸和140g水加入烧瓶中，酸化水解3h。水解结束后将甲苯蒸出。减压蒸馏，收集94°C /2咖1^馏分，得到4-甲酰基壬酸25. lg，纯度98%。
(3)、4_甲基壬酸的合成 将128g—縮二乙二醇，19g氢氧化钾加入到带有搅拌、温度计和回流冷凝管的500mL烧瓶中，加热至10(TC待氢氧化钾溶解后稍冷却，加入21.6g质量分数为85^水合肼、25. lg 4-甲酰基壬酸，逐渐升温至145t:回流lh，改蒸馏装置，然后温度逐渐升至20(TC保持3h，冷却至9(TC，倒入到盛有202mL水的1L烧杯中，冷却至室温。加质量分数为38%的盐酸中和至pH = 7，分出下水层得粗品22. lg，精馏得产物17g，纯度99%。
实施例4 —种4-甲基癸酸的制备方法
(1)、烯胺中间体的合成 将38. 5g辛醛、19. 2g无水碳酸钾、3. 8g对甲苯磺酸、115. 4g甲苯经准确称量加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的250mL三口圆底烧瓶中。控制温度ll(TC，加热回流10min后，缓慢滴加35. 5g吡咯烷，2h滴完。 继续反应lh，经气相色谱分析发现辛醛反应完全。抽滤后得烯胺中间体粗品和甲苯的混合溶液。 (2) 、4-甲酰基癸酸的合成 将制得的烯胺中间体粗品和甲苯混合溶液全部加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的500mL四口圆底烧瓶中，控制温度ll(TC，加热回流10min后，滴加丙烯酸甲酯43g， 0. 5h滴完，继续反应10h。 将75g醋酸和150g水加入烧瓶中，酸化水解3h。水解结束后将甲苯蒸出。减压蒸馏，收集11(TC /2咖1^馏分，得到4-甲酰基癸酸28. 5g，纯度98%。[ooee] (3) 、4-甲基癸酸的合成 将157g—縮二乙二醇，23g氢氧化钾加入到带有搅拌、温度计和回流冷凝管的500mL烧瓶中，加热至10(TC待氢氧化钾溶解后稍冷却，加入25. 7g质量分数为85%水合肼、28. 5g 4-甲酰基癸酸，逐渐升温至145t:回流lh，改蒸馏装置，然后温度逐渐升至20(TC保持3h，冷却至IO(TC ，倒入到盛有280mL水的1L烧杯中，冷却至室温。加质量分数为38%的盐酸中和至pH = 7，分出下水层得粗品26. 8g，精馏得产物21g，纯度99%。
所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种4-甲基脂肪酸的制备方法，包括如下制备步骤(1)、缩合反应得到烯胺中间体将脂肪醛、无水碳酸钾、对甲苯磺酸、甲苯加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的三口圆底烧瓶中，控制温度为110℃，加热回流10min后，缓慢滴加吡咯烷，控制滴加速率为10g/h，滴完后继续反应1h，待脂肪醛反应完全后抽滤，即得烯胺中间体粗品和甲苯的混合溶液；其中脂肪醛、无水碳酸钾、对甲苯磺酸、甲苯的加入量按质量比即脂肪醛∶无水碳酸钾∶对甲苯磺酸∶甲苯为10∶5∶1∶30；其中吡咯烷的滴加量按其与脂肪醛的摩尔比，即吡咯烷∶脂肪醛为5∶3；(2)、加成、水解得4-甲酰基脂肪酸将步骤(1)制得的烯胺中间体粗品和甲苯混合溶液全部加入到带有温度计、加料漏斗和球型冷凝管的四口圆底烧瓶中，控制温度为110℃加热回流10min后，滴加丙烯酸甲酯，控制滴加速率在80g/h，滴完后继续反应7h～10h；再向四口圆底烧瓶中加入醋酸和水进行酸化水解3h，水解结束后减压蒸馏，控制真空度为2.7kPa，收集馏分，即得到4-甲酰基脂肪酸；丙烯酸甲酯的滴加量按其与步骤(1)中所用的脂肪醛的摩尔比，即丙烯酸甲酯∶脂肪醛为5∶3；醋酸和水各自的加入量按它们与步骤(1)中所用的脂肪醛的质量比即脂肪醛∶醋酸∶水为1∶2∶4计算；(3)、4-甲基脂肪酸的合成将一缩二乙二醇，氢氧化钾加入到带有搅拌、温度计和回流冷凝管的烧瓶中，加热至100℃待氢氧化钾溶解后，加入质量分数为85％水合肼及步骤(2)所得的4-甲酰基脂肪酸后，逐渐升温至145℃回流1h，改蒸馏装置，然后温度逐渐升至200℃保持3h，冷却至80～100℃，得混合液A，将混合液A倒入到盛有水的烧杯中，冷却至室温，加质量分数为38％的盐酸调至pH＝7，分出下水层即得4-甲基脂肪酸成品；其中一缩二乙二醇、氢氧化钾、质量分数为85％的水合肼及4-甲酰基脂肪酸的加入量按一缩二乙二醇、氢氧化钾、水合肼及4-甲酰基脂肪酸的质量比即一缩二乙二醇∶氢氧化钾∶水合肼∶4-甲酰基脂肪酸为6∶0.9∶1.1∶1；其中烧杯中水的体积按其与混合液A的体积比，即水∶混合液A为2∶1。
2. —种如权利要求1所述的一种4-甲基脂肪酸的制备方法所得的4-甲基脂肪酸，其特征在于其结构式如下其中R为Q C1Q所有正构或异构烷基之
全文摘要
本发明公开了一种4-甲基脂肪酸的制备方法，以脂肪醛为原料，通过与吡咯烷缩合得到烯胺中间体，然后与丙烯酸甲酯加成、水解得到4-甲酰基脂肪酸，最后通过Wolff-Kishner-黄鸣龙还原法脱去羰基，合成了4-甲基脂肪酸。本发明使用的原材料脂肪醛、吡咯烷和丙烯酸甲酯都是商业化产品，所以反应原料易得，缩合、加成、水解以及脱羰基所用的化学反应均为经典反应，操作简单，易于工业化。
文档编号C07C51/377GK101786950SQ20101012671
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者曹洪梅, 王之建, 苏安琪, 贾卫民 申请人:上海应用技术学院