4-甲基-2-氧代戊酸是一種重要的食品添加劑,等同于天然香料,少量存在于香蕉、蘆筍等天然植物中。它能給品嘗者帶來(lái)香甜的口感,食用健康,被廣泛添加于食品當(dāng)中。另外,它也是合成治療尿毒癥特效藥的重要原料藥,可作為氨基酸及a-羥基酸的母體,及不飽和單體聚合反應(yīng)的催化劑。目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求量很大,應(yīng)用前景廣闊。

19世紀(jì)中期到末期,人們從天然的植物體中提取得到4-甲基-2-氧代戊酸,但植物體內(nèi)4-甲基-2-氧代戊酸的含量很少,收率極低。隨著生物技術(shù)的發(fā)展和推廣,人們通過(guò)生物方法,即利用一種特定的酶進(jìn)行生物降解，或從動(dòng)物的脾臟、血液等提取得到,但該法成本很高,且市場(chǎng)需求量低,因此,開(kāi)發(fā)該化合物被擱淺。直到20世紀(jì)中期,隨著食品工業(yè)在全世界的發(fā)展壯大,食品添加劑科學(xué)隨之火爆。由于4-甲基-2-氧代戊酸在各類食品中的用途很廣,市場(chǎng)需求量很大。

合成方法^[1]

1、4-甲基-2-羥基戊酸(I)的合成

將 66.2gL-亮氨酸、1000mL水投到反應(yīng)瓶中,攪拌下投入25.0g濃硫酸,升溫至94℃,L-亮氨酸全部溶解,開(kāi)始滴加亞硝酸鈉溶液(35.4g亞硝酸鈉溶解在250mL水),2h內(nèi)滴完,95~98℃下保溫2h。然后減壓蒸餾,蒸出900mL水,冷卻至窒溫,倒入1000mL分液漏斗中,用240mL乙酸乙酯分4次萃取,收集有機(jī)層310~320mL,攪拌下加入20g無(wú)水硫酸鈉,干燥8h后,過(guò)濾,再用60mL乙酸乙酯洗滌濾餅,合并濾液及洗液。將其常壓蒸餾回收乙酸乙酯。得固體4-甲基-2-羥基戊酸60.0g,收率90.2%。

2、4-甲基-2-羥基戊酸乙酯(II)的合成

將60.0g 4-甲基-2-羥基戊酸、2.94g濃硫酸、225.0g無(wú)水乙醇投到反應(yīng)瓶中,攪拌下升溫回流,在此溫度反應(yīng)6h后,冷卻至室溫。用碳酸氫鈉粉末中和至溶液pH為6-7。再將反應(yīng)液常壓蒸餾,蒸出約150mL乙醇后,將殘液冷卻至室溫,向其中加人300mL水,將料液轉(zhuǎn)入1000mL玻璃分液漏斗中,搖晃均勻后靜置。用240mL乙酸乙酯分4次進(jìn)行萃取,收集有機(jī)層,再用30g無(wú)水硫酸鈉干燥,過(guò)濾,用60mL乙酸乙酯洗滌濾餅。將濾液常壓蒸餾,回收乙酸乙酯,最后用機(jī)械泵在70~85℃/15~20mmHg下將產(chǎn)品蒸出，得4-甲基-2-羥基戊酸乙酯60.0g。純度98%(GC,面積歸一法)，收率82%~85%。

3、4-甲基-2-氧代戊酸乙酯(II)的合成(過(guò)氧化氫(30%)氧化)

向反應(yīng)瓶中加入4-甲基-2-羥基戊酸乙酯、二氯甲烷,攪拌均勻。在25℃開(kāi)始滴加過(guò)氧化氫溶液，將反應(yīng)溫度控制在25~28℃,滴加時(shí)間約0.5h。升溫至40°C保溫9h。氣相色譜跟蹤顯示,4-甲基-2-氧代戊酸乙酯含量97%。向料液中滴加9%的亞硫酸鈉溶液,將過(guò)量的過(guò)氧化氫破壞掉,洗滌至溶液不再使淀粉碘化鉀試紙變藍(lán),將其移入分液漏斗中,搖勻,靜置,收集下層有機(jī)層。常壓蒸餾回收二氯甲烷。最后負(fù)壓將二氯甲烷盡量抽凈，得4-甲基-2-氧代戊酸乙酯59.0g，含量97%，氧化收率97%(GC,面積歸一法)。

4、4-甲基-2-氧代戊酸(IV)的合成

向上一步氧化得到的4-甲基-2-氧代戊酸乙酯中加入50mL水,攪拌均勻后,滴加30%的氫氧化鈉溶液。反應(yīng)液pH不超過(guò)12,滴加時(shí)間約為30min,滴畢,保溫1h。待料液pH保持11~12不變后,升溫至70℃,保溫0.5h。冷卻至窒溫,用80mL甲苯分2次萃取水解溶液,收集水層。減壓蒸餾，冷至窒溫,向殘液中加入80mL水,攪拌下加人36%的鹽酸,至料液pH為1。將料液移至500mL玻璃分液漏斗中靜置，再用 120mL甲苯分3次萃取,收集有機(jī)層。常氏蒸餾回收甲苯后,減壓蒸餾,收集66~80℃/15~20mmHg的餾分，得4-甲基-2-氧代戊酸33.0g，含量96%,收率68%~70%(以4-甲基-2-羥基戊酸乙酯計(jì))。

參考文獻(xiàn)

[1]宋麗鳳,孫朝輝,郭林,等.4-甲基-2-氧代戊酸的合成[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2009,17(06):27-29.