一种α-蒎烯的含氧衍生物松小蠹信息素马鞭草烯酮和马鞭草烯醇的合成方法
技术领域
本发明属于α-蒎烯的含氧衍生物的合成方法，涉及一种α-蒎烯的含氧衍生物松小蠹信息素马鞭草烯酮和马鞭草烯醇的合成方法。
背景技术
纵坑切梢小蠹(Tomicus piniperda L)是松科植物的主要害虫，也是世界性常见森林害虫之一。在国外，该虫主要危害欧洲赤松Pinus sylverstris、海岸松P.pinaster、欧洲黑松P.nigra和赤松P.densiflora等松树。在国内，纵坑切梢小蠹主要危害云南松P.yunnanensis、马尾松P.massolangbianensis和高山松P.densata等。上世纪70年代末，纵坑切梢小蠹在云南大范围发生，导致云南松的大面积的死亡。近年来，该虫在我国东北地区危害严重，给林业生产和生态环境建设造成巨大损失。
利用聚集信息素化合物诱集松纵坑切梢小蠹成虫进行虫害发生测报，据此采取相应的防治措施，是当今世界小蠹虫综合治理的主要方向之一。近年来，在北美洲西部松小蠹(DedroDedroctonus breviscomis)、南部松小蠹(D.frontalis)、云杉红翅小蠹(D.pseudotsugae)和云南松纵坑切梢小蠹(Tomicuspiniperda)利用马鞭草烯酮(4，6，6-三甲基双环[3.1.1]-3-庚烯-2-酮)(verbenone)、顺式马鞭草烯醇(4，6，6-三甲基双环[3.1.1]-3-庚烯-2-醇)(cis-verbenol)或反式马鞭草烯醇4，6，6-三甲基双环[3.1.1]-3-庚烯-2-醇)(trans-verbenol)等作为松小蠹信息素化合物，在监测、预报、诱捕蠹虫、防治蠹害和保护森林具有明显的效果。
在烯催化空气氧化生成醇酮的反应中，常使用钴盐作为催化剂。殷彩霞等采用松脂酸钴为催化剂，氧气为氧化剂，α-蒎烯经催化氧化生成马鞭烯醇、马鞭烯酮的产率分别为13.6％和35.6％，总选择性为35％(殷彩霞，肖涵，张凤梅等.松小蠹信息素马鞭草烯醇和马鞭草烯酮合成研究.化学与生物工程.2005，9(22)，25-27。殷彩霞等进行了松小蠹信息素α-蒎烯含氧衍生物的合成及生物活性测定.(殷彩霞，高竹林，周楠，刘复初，乔英云南大学学报(自然科学版)，2001，23(2)，132-134)。陈秋用不同的钴盐对α-蒎烯进行选择性催化氧化，合成马鞭烯醇和马鞭烯酮，最高的转化率可达到57.46％(陈秋.钴盐催化α-蒎烯选择性氧化.昆明冶金高等专科学校学报.2009，25(3)，74-77.)。
Kuznetsova将负载在碳上的铂、钯、钌、铑和铱为催化剂，以氧气为氧化剂，α-蒎烯的转化率为20％～40％，马鞭草烯酮的选择性小于50％(Kuznetsov，L.I.；Kuznetsov，N.I.；Lisitsyn，A.S.Beck，I.E.；Likholobov，V.A.；Ancel，J.E.Liquid-phase oxidation of α-pinene with oxygen catalyzed by carbon-supported platinum metals.Kinet.Catal.2007，48，38-44.)。Casuscelli以含钛介孔材料为多相催化剂，用过氧化氢液相氧α-蒎烯，α-蒎烯转化率为12％～16％，主要产物为马鞭草烯醇和马鞭草烯酮(Casuscelli，S.G.；Eimer，G.A.；Canepa，A.；Heredia，A.C.；Poncio，C.E.；Crivello，M.E.；Perez，C.F.；Aguilar，A.；Herrero，E.R.Ti-MCM-41 as catalyst for α-pinene oxidation：Study of the effect of Ti content and H2O2 addition on activity and selectivity.Catal.Today 2008，133，678-683.)。Maksimchuk等以Ti-MMM-2和Fe-MMM-2等分子筛为催化剂，氧化氢氧化α-蒎烯，α-蒎烯转化率仅为8％～15％，产物以马鞭草烯醇和马鞭草烯酮为主(两者总含量为80％～82％)(Maksimchuk，N.V.；Melgunov，M.S.![]()
J.；Jarzebski，A.B.；Kholdeeva，O.A.H2O2-based allylic oxidation of α-pinene over different singlesite catalysts.J.Catal.2005，235，175-183.)。
上述方法，总体来说，α-蒎烯转化率的转化率并不高，总的选择性也不理想，而且，得到的多为马鞭烯酮和马鞭烯醇的混合物。这为分离和提纯带来一定的困难，尤其是在制备光学纯度的马鞭烯酮和马鞭烯醇时体现更为明显。因此，发展一种转化率高和选择性高的合成马鞭烯醇和马鞭烯酮的方法仍然是该技术领域重要的研究课题。
发明内容
为了解决已有技术的缺点，本发明提供了涉及一种α-蒎烯的含氧衍生物松小蠹信息素马鞭草烯酮和马鞭草烯醇的合成方法。其是一种转化率高及纯体马鞭草烯酮和马鞭草烯醇的方法。
本发明提供的一种α-蒎烯的含氧衍生物松小蠹信息素马鞭草烯酮和马鞭草烯醇的合成方法，其步骤和条件如下：
(1)(-)-马鞭草烯酮的合成
按照(-)-α-蒎烯∶CrO3的mol比为1∶1，将(-)-α-蒎烯和CrO3溶于丙酮和水的体积比为25∶4的混合液中，搅拌下，25℃反应10小时后，过滤，蒸除丙酮，所得混合物溶于CH2Cl2中，将此有机相分别用饱和的NaCO3和NaCl水溶液洗涤后用无水Na2SO4干燥，过滤，蒸除溶剂，所得粗品经柱层析，条件为乙酸乙酯∶石油醚＝1∶5洗脱，得到淡黄色液体(-)-马鞭草烯酮。
(2)(+)-马鞭草烯酮的合成
按照(-)-α-蒎烯∶CrO3的mol比为1∶1，将(+)-α-蒎烯和CrO3溶于丙酮和水的体积比为75∶6的混合液中，搅拌下，25℃反应10小时后，过滤，蒸除丙酮，所得混合物溶于CH2Cl2中，分别用饱和的NaCO3和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥；过滤，蒸除溶剂，所得粗品经柱层析，条件为乙酸乙酯∶石油醚＝1∶5洗脱，得到淡黄色液体(+)-马鞭草烯酮。
(3)(-)-顺式马鞭草烯醇的合成
按照NaBH4∶(-)-马鞭草烯酮的mol比为1∶1，先把NaBH4溶于2-丙醇和水的体积比为5∶1的溶液中，在-20℃下，搅拌下，再向所述的溶液中滴加(-)-马鞭草烯酮，薄层色谱监测反应结束后，过量的NaBH4用质量百分比浓度为6％的盐酸溶液中和，反应混合物加水稀释后用乙醚萃取三次，合并有机相，有机相经饱和NaCl水溶液洗涤，无水MgSO4干燥，过滤并旋蒸去溶剂，得到浅黄色固体，该粗品经正己烷重结晶后得到白色晶体(-)-顺式马鞭草烯醇。
(4)(+)-顺式马鞭草烯醇的合成
按照NaBH4∶(+)-马鞭草烯酮的mol比为1∶1，先把NaBH4溶于2-丙醇和水的体积比为5∶1的溶液中，在-20℃，搅拌下，再向所述的溶液中滴加(+)-马鞭草烯酮，薄层色谱监测反应结束后，过量的NaBH4用质量百分比浓度为6％的盐酸溶液中和，反应混合物加水稀释后用乙醚萃取三次，合并有机相，有机相经饱和NaCl水溶液洗涤，无水MgSO4干燥，过滤并旋蒸去溶剂，得到浅黄色固体，该粗品经正己烷重结晶后得到白色晶体(+)-顺式马鞭草烯醇。
(5)(-)-反式马鞭草烯醇的合成
按照(-)-α-蒎烯∶Pb(OAc)4的mol比为1∶11，将(-)-α-蒎烯溶于苯中，加热至65℃，再将Pb(OAc)4加入到上述体系中，薄层色谱监测反应，反应结束后，过滤后所得滤液分别用H2O和饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤，蒸出溶剂，所得粗品溶于乙酸中，此混合物用水稀释后用正己烷萃取三次；合并有机相，有机相分别依次用H2O、质量浓度为5％的NaHCO3和饱和NaCl水溶液洗涤，无水NaSO4干燥，过滤，蒸除溶剂，所得粗品在压力为0.05mmHg，在65-67℃减压蒸馏得到(-)-反式马鞭草烯醇乙酸酯粗品；
将上述制备的(-)-马鞭草烯醇乙酸酯粗品，溶于甲醇和质量浓度为25％的KOH水溶液的混合液后再放置冰箱中48h，该混合液中甲醇和KOH质量比为4∶1，把上述混合液用饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤并蒸出溶剂，得到(-)-反式马鞭草烯醇无色液体。
(6)(+)-反式马鞭草烯醇的合成
按照(+)-α-蒎烯∶Pb(OAc)4的mol比为1∶1.1，将(+)-α-蒎烯溶于苯中，加热至65℃，再将Pb(OAc)4加入到上述体系中，薄层色谱监测反应，反应结束后，过滤后所得滤液分别用H2O和饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤并蒸出溶剂，所得粗品溶于乙酸中，此混合物用水稀释后用正己烷萃取三次；2合并有机相，有机相分别用H2O，质量浓度为5％的NaHCO3和饱和NaCl水溶液洗涤，无水NaSO4干燥，过滤并蒸除溶剂，在真空度为0.05mmHg，温度为65-67℃减压蒸馏，得到(+)-反式马鞭草烯醇乙酸酯粗品；
将上述制备的(+)-反式马鞭草烯醇乙酸酯粗品溶于甲醇和质量浓度为25％的KOH水溶液的混合液后再放置冰箱中48h，该混合液中甲醇和KOH质量比为4∶1，上述混合液加水稀释，用乙醚萃取三次，合并有机相，有机相分别用H2O和饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤并蒸出溶剂，得到(+)-反式马鞭草烯醇无色液体。
有益效果：本发明提供了一种α-蒎烯的含氧衍生物松小蠹信息素马鞭草烯酮和马鞭草烯醇的合成方法。其是一种转化率高、选择性高及纯体马鞭草烯酮和马鞭草烯醇的方法，其中α-蒎烯转化率几乎为100％；(-)-马鞭草烯酮的收率为57％，(+)-马鞭草烯酮的收率为60％，(-)-顺式马鞭草烯醇的收率为89％，(+)-顺式马鞭草烯醇的收率为79％，(-)-反式马鞭草烯醇的收率为51％，(+)-反式马鞭草烯醇的收率为49％。本发明得到的产物α-蒎烯的含氧衍生物松小蠹信息素马鞭草烯酮和马鞭草烯醇可以用于防治松科植物虫害。
具体实施方式：
实施例1(-)-马鞭草烯酮的合成
将25g即184mmol(-)-α-蒎烯溶于500mL丙酮和80mL水的混合液中，搅拌下，加入18.4g即184mmol CrO3，25℃反应10小时。过滤，蒸除丙酮，所得混合物溶于CH2Cl2中，将此有机相分别用饱和的NaCO3、NaCl水溶液洗涤后用无水Na2SO4干燥，过滤、蒸除溶剂，所得粗品经柱层析，用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶5进行洗脱，得到淡黄色液体(-)-马鞭草烯酮157g，收率为57％。1HNMR(300MHz，CDCl3)：δ＝1.01[s，3H，C(6)-CH3]，1.50[s，3H，C(6)-CH3]，2.01[s，3H，C(4)-CH3]，2.06[d，1H，3JH，H＝9.6Hz，C(7)-H]，2.42[1H，C(7)-H]，2.64[1H，C(1)-H]，2.81[1H，C(5)-H]，5.71[1H，C(3)-H].
实施例2(+)-马鞭草烯酮的合成
将15.6g(+)-α-蒎烯114mmol溶于300mL丙酮和48mL水的混合液中，搅拌下，加入CrO311.4g(114mmol)，25℃反应10小时。将经过滤、蒸除丙酮，所得混合物溶于CH2Cl2中，并将其分别用饱和的NaCO3、NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥；过滤、蒸除溶剂，所得粗品经柱层析，用乙酸乙酯∶石油醚＝1∶5洗脱后得淡黄色液体(+)-马鞭草烯酮9g，收率为60％。1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝0.95[s，3H，C(6)-CH3]，1.44[s，3H，C(6)-CH3]，1.96[3H，C(4)-CH3]，2.02[d，1H，3JH，H＝9.1Hz，C(7)-H]，237[1H，C(7)-H]，2.58[1H，C(1)-H]，2.75[1H，C(5)-H]，5.67[1H，C(3)-H].13C NMR(75MHz，CDCl3)：δ＝21.9，23.4，26.4，40.7，49.5，539，57.4，121.0，170.0，203.8.
实施例3(-)-顺式马鞭草烯醇的合成
在-20℃下，向搅拌的含有0.56g即1.5mmol NaBH4的60mL体积比为5∶12的丙醇和水的混合溶液中滴加22g即1.5mmol(-)-马鞭草烯酮，薄层色谱TLC监测反应结束后，过量的NaBH4用质量百分比为6％的盐酸溶液中和。反应混合物加水稀释后用10mL乙醚萃取三次，合并有机相，有机相经饱和NaCl水溶液洗涤，无水MgSO4干燥，过滤，旋蒸去溶剂得到浅黄色固体，该粗品经正己烷重结晶后得白色晶体(-)-顺式马鞭草烯醇1.97g，收率为89％。1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝1.08[s，3H，C(6)-CH3]，1.29[1H，C(7)-H]，1.35[3H，C(6)-CH3]，1.61[1H，CHOH]，1.73[3H，C(4)-CH3]，1.97[1H，C(1)-H]，2.29[1H，C(5)-H]，2.44[1H，C(7)-H]，445[1H，CHOH]，5.36[1H，C(3)-H].
实施例4(+)-顺式马鞭草烯醇的合成
在-20℃下，向搅拌的含有1.26g即33mmol NaBH4的90mL体积比为5∶1的2-丙醇和水的混合溶液中，滴加5g即3.3mmol(+)-马鞭草烯酮；薄层色谱TLC监测反应结束后，过量的NaBH4用质量百分比6％的盐酸溶液中和；反应混合物加水稀释后用10mL乙醚萃取三次，合并有机相；有机相经饱和NaCl水溶液洗涤，无水MgSO4干燥，过滤，旋蒸去溶剂得到浅黄色固体，该粗品经正己烷重结晶后得白色晶体(+)-顺式马鞭草烯醇397g，收率为79％。1HNMR(300MHz，CDCl3)：δ＝1.06[s，3H，C(6)-CH3]，1.28[1H，C(7)-H]，1.33[3H，C(6)-CH3]，1.65[1H，CHOH]，1.71[3H，C(4)-CH3]，1.96[1H，C(1)-H]，2.27[1H，C(5)-H]，2.42[1H，C(7)-H]，4.45[1H，CHOH]，5.35[1H，C(3)-H].13C NMR(75MHz，CDCl3)：δ＝22.6，26.8，35.4，38.9，47.6，48.1，74.4，119.2，147.3.
实施例5(-)-反式马鞭草烯醇的合成
将7.42g即54.5mmol(-)-α-蒎烯溶于苯中，加热至65℃；将26.5g即59.8mmol的Pb(OAc)4加入到上述体系中，薄层色谱TLC监测反应。反应结束后，过滤后所得滤液分别用H2O、饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤、蒸出溶剂，所得粗品溶于30mL乙酸中，此混合物用水稀释后用10mL正己烷萃取三次；合并有机相，有机相分别用H2O，质量浓度为5％的NaHCO3，饱和NaCl水溶液洗涤，无水NaSO4干燥，过滤，蒸除溶剂即得到粗品；粗品在真空度为0.05mmHg和温度为65-67℃下进行减压蒸馏，得到(-)-反式马鞭草烯醇乙酸酯粗品。
将上述制备的(-)-马鞭草烯醇乙酸酯溶于甲醇和质量浓度为25％的KOH水溶液的混合液后再放置冰箱中48h，该混合液中甲醇和KOH质量比为4∶1，上述混合液加水稀释，5mL乙醚萃取三次，合并有机相；有机相分别用H2O、饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤、蒸出溶剂，得无色液体(-)-反式马鞭草烯醇无色液体4.23g，收率为51％。1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝0.87[s，3H，C(6)-CH3]，1.30[1H，C(7)-H]，1.33[3H，C(6)-CH3]，1.57[1H，CHOH]，1.72[3H，C(4)-CH3]，2.04[1H，C(1)-H]，2.17[1H，C(5)-H]，2.29[1H，C(7)-H]，4.27[1H，CHOH]，5.34[1H，C(3)-H].
实施例6(+)-反式马鞭草烯醇的合成
将7.42g即54.5mmol(+)-α-蒎烯溶于苯中，加热至65℃；将26.5g即59.8mmol Pb(OAc)4加入到上述体系中，薄层色谱TLC监测反应。反应结束后，过滤后所得滤液分别用H2O、饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤、蒸出溶剂，所得粗品溶于30mL乙酸中，此混合物用水稀释后用10mL正己烷萃取三次；合并有机相，有机相分别用H2O、质量浓度为5％的NaHCO3、饱和NaCl水溶液洗涤，无水NaSO4干燥，过滤，蒸除溶剂即得到粗品；粗品在真空度为0.05mmHg，温度65-67℃进行减压蒸馏，得到(+)-反式马鞭草烯醇乙酸酯粗品。
将上述制备的(+)-反式马鞭草烯醇乙酸酯粗品溶于甲醇和质量浓度为25％的KOH水溶液的混合液后再放置冰箱中48h，该混合液中甲醇和KOH质量比为4∶1，上述混合液加水稀释，用5mL乙醚萃取三次，合并有机相；有机相分别用H2O、饱和NaCl水溶液洗涤，用无水Na2SO4干燥，过滤、蒸出溶剂，得无色液体4.06g，收率为49％。1H NMR(300MHz，CDCl3)：δ＝0.86[s，3H，C(6)-CH3]，1.32[3H，C(6)-CH3]，1.44[1H，C(7)-H]，1.74[3H，C(4)-CH3]，2.94-2.29[4H]，4.27[1H，CHOH]，5.34[1H，C(3)-H].