新型生物基呋喃酯类香料及其合成方法
技术领域
本发明属于有机化学与合成香料领域；具体涉及生物基呋喃酯类香料 及其合成方法。
背景技术
香料是一种能被嗅觉感知、同时被人品出香味、可做成香精的原料。 合成香料由于其不同于天然香料生产，较少受动植物、气候等自然条件的 限制，成分单一不易分解，价格低廉，还有可能合成出带有前所未有的香 气的香料，从而越来越受到人们的重视。目前市场上合成香料的方法主要 有从大宗精油原料或有机石油化工原料如煤焦油产物等化学加工而成，依 赖于化石资源。开发新型生物基呋喃酯类香料及其合成方法，利用生物质 平台分子2,5-呋喃二甲酸(FDCA)制备一类安全可靠、成本较低的生物 基香料，能够提高生物质原料的利用范围，扩大香料分子库，减少使用石 油基原料带来的环境污染。
发明内容
本发明涉及一种新型生物基呋喃酯类化合物。其可以用作食品、饮料 等的香料，也可被用于其它日用品，如牙膏、空气清新剂、纸张加香等。
本发明还提供所述生物基呋喃酯类化合物的简便高效的合成方法，以 便后续开展此类化合物的安全性评价工作和工业化应用。
本发明所述的呋喃酯类化合物具有式(I)所示的通式结构：
其中R1和R2独立地为H、烷基或卤素；R3和R4独立地为烷基，被芳 基取代的烷基，或者环烷基；R3、R4可以相同或者不同。
在一些实施方案中，R1和R2独立地为C1-10烷基，例如C1-6烷基，例 如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基。
在一些实施方案中，R3和R4独立地为C1-10烷基或者C3-10环烷基，例 如C1-6烷基或者C3-6环烷基，例如甲基、乙基、丙基、仲丁基、环戊基和 环己基，或者直链C7-10烷基。
在一些实施方案中，R3和R4独立地为被芳基取代的C1-10烷基或C1-6烷基，例如被苯基或呋喃基取代的烷基，例如取代或未取代的呋喃-2-甲基， 例如苯甲基、苯乙基、呋喃-2-甲基和5-甲酰基呋喃-2-甲基。
在一些实施方案中，卤素选自F、Cl、Br、I。
在特别的实施方案中，本发明所述的呋喃酯类化合物具有式(II)所示的 通式结构：
其中R1、R2和R3如前所限定的。
在具体的实施方案中，本发明所述的呋喃酯类化合物为：
式(I)的呋喃酯类化合物可由一锅法一步反应合成：
其中R1和R2独立地为H、烷基或卤素；R3OH和R4OH为一元醇，其 中R3和R4独立地为烷基，被芳基取代的烷基，或者环烷基；R3、R4可以 相同或者不同。
在一些实施方案中，R1和R2独立地为C1-10烷基，例如C1-6烷基，例 如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基。
在一些实施方案中，R3和R4独立地为C1-10烷基或者C3-10环烷基，例 如C1-6烷基或者C3-6环烷基，例如甲基、乙基、丙基、仲丁基、环戊基和 环己基，或者直链C7-10烷基。
在一些实施方案中，R3和R4独立地为被芳基取代的C1-10烷基或C1-6烷基，例如被苯基或呋喃基取代的烷基，例如取代或未取代的呋喃-2-甲基， 例如苯甲基、苯乙基、呋喃-2-甲基和5-甲酰基呋喃-2-甲基。
在一些实施方案中，卤素选自F、Cl、Br、I。
在室温下向呋喃二甲酸类化合物1加入两当量一元醇(如仲丁醇)， 然后缓慢加入浓硫酸，降温至室温后搅拌若干小时。加入乙酸乙酯和冰水 稀释，分层并分液，有机相用水洗涤两次，再用饱和食盐水洗涤一次。有 机相用干燥剂干燥后过滤，减压蒸馏除去溶剂得到产品2。
在特别的实施方案中，式(II)的呋喃酯类化合物可由一锅法一步反应合 成：
其中R1、R2和R3如前所限定的。
本发明还提供了一种制备生物基呋喃酯类化合物的方法：
其中R1和R2独立地为H、烷基或卤素；R3OH和R4OH独立地为一元 长链醇或芳香醇，其中R3和R4可以相同或者不同，其中R3和R4是所述 一元长链醇或芳香醇酯化脱去羟基后的基团；条件是无需溶剂，呋喃二甲 酸类化合物1与一元醇混合物酯化产生相应的酯可以自催化，或用酸催化。
在一些实施方案中，卤素选自F、Cl、Br和I。
在一些实施方案中，酸选自布朗斯台德酸或路易斯酸。
本发明还提供了由上述方法制备的生物基呋喃酯类化合物。
本发明的呋喃酯类化合物具有各种香气，可作为部分化工原料合成香 料的替代品。
附图说明
图1：2,5-呋喃二甲酸二仲丁酯核磁共振H谱图。
图2：2,5-呋喃二甲酸二糠醇酯核磁共振H谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于这些实施例。 以下实施例中使用的试剂购自国药。
实施例a：2,5-呋喃二甲酸二仲丁酯
于20-25℃下，向2,5-呋喃二甲酸(8.0g,1.0eq)加入仲丁醇(9.4mL, 2.0eq)，然后缓慢加入浓硫酸(1.1mL,0.4eq)，降温至室温后搅拌5小时。 加入20mL乙酸乙酯和5g冰水稀释，分层并分液，有机相分别用10mL 水洗涤两次，再用10mL饱和食盐水洗涤一次。有机相再用无水硫酸钠干 燥后过滤，减压蒸馏除去溶剂得到2,5-呋喃二甲酸二仲丁酯纯品2a(8.1g, 产率59％)。制备得到的核磁共振H谱图如图1。
表征：橙红色溶液，有泥土香味。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ 7.18-7.08(m,1H),5.07(m,6.3Hz,1H),1.80–1.56(m,2H),1.31(t,J＝ 6.4Hz,3H),0.98–0.75(m,3H)ppm。
实施例b：2,5-呋喃二甲酸二辛酯
于20-25℃下，向2,5-呋喃二甲酸(8.0g,1.0eq)加入1-辛醇(16.1mL, 2.0eq)，然后缓慢加入浓硫酸(1.1mL,0.4eq)，降温至室温后搅拌5小时。 加入20mL乙酸乙酯和5g冰水稀释，分层并分液，有机相分别用10mL 水洗涤两次，再用10mL饱和食盐水洗涤一次。有机相再用无水硫酸钠干 燥后过滤，减压蒸馏除去溶剂得到2,5-呋喃二甲酸二辛酯纯品2b(13.6g, 产率70％)。
表征：红褐色固体，有干甜而尖锐的脂蜡香气。1H NMR(400MHz, CDCl3)δ7.20–7.14(m,1H),4.29(m,6.8Hz,2H),1.94–1.60(m,2H), 1.49–1.16(m,10H),0.87(t,J＝6.9Hz,3H)ppm。
实施例c：2,5-呋喃二甲酸二环己酯
于20-25℃下，向2,5-呋喃二甲酸(8.0g,1.0eq)加入环己醇(10.7mL, 2.0eq)，然后缓慢加入浓硫酸(1.1mL,0.4eq)，降温至室温后搅拌5小时。 加入20mL乙酸乙酯和5g冰水稀释，分层并分液，有机相分别用10mL 水洗涤两次，再用10mL饱和食盐水洗涤一次。有机相再用无水硫酸钠干 燥后过滤，减压蒸馏除去溶剂得到2,5-呋喃二甲酸二环己酯纯品2c(10.8g, 产率67％)。
表征：淡黄色固体，有淡淡果香。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.20– 7.12(m,1H),5.11–4.82(m,1H),2.02–1.88(m,2H),1.84–1.72(m,2H), 1.63–1.55(m,2H),1.53–1.19(m,4H)ppm。
实施例d：2,5-呋喃二甲酸二糠醇酯
于20-25℃下，向2,5-呋喃二甲酸(8.0g,1.0eq)加入糠醇(8.9mL, 2.0eq)，然后缓慢加入浓硫酸(1.1mL,0.4eq)，降温至室温后搅拌5小时。 加入20mL乙酸乙酯和5g冰水稀释，分层并分液，有机相分别用10mL 水洗涤两次，再用10mL饱和食盐水洗涤一次。有机相再用无水硫酸钠干 燥后过滤，减压蒸馏除去溶剂得到2,5-呋喃二甲酸二糠醇酯纯品2d(11.0g, 产率68％)。制备得到的核磁共振H谱图如图2。
表征：咖啡色固体，有芝麻香味。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.44(dd, J＝1.8,0.8Hz,1H),7.23–7.19(m,1H),6.53–6.45(m,1H),6.38(dd,J＝ 3.3,1.9Hz,1H),5.30(d,J＝2.4Hz,2H)ppm。
实施例e：双(5-甲酰基呋喃-2-甲基)呋喃-2,5-二羧酸酯
于20-25℃下，向2,5-呋喃二甲酸(8.0g,1.0eq)加入5-羟甲基糠醛 (10.5mL,2.0eq)，然后缓慢加入浓硫酸(1.1mL,0.4eq)，降温至室温后 5小时。加入20mL乙酸乙酯和5g冰水稀释，分层并分液，有机相分别 用10mL水洗涤两次，再用10mL饱和食盐水洗涤一次。有机相再用无水 硫酸钠干燥后过滤，减压蒸馏除去溶剂得到双(5-甲酰基呋喃-2-甲基)呋喃-2,5-二羧酸酯纯品2e(10.5g,产率57％)。
表征：红褐色固体，有果香味。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.62(s,1H), 7.44(dd,J＝1.8,0.8Hz,1H),7.23–7.19(m,1H),6.42(dd,J＝3.3,1.9Hz, 1H),5.31(d,J＝2.4Hz,2H)ppm。
