王 嬋，譚李玉，張 蕾，夏 銳，烏雪娟，陳 卓

（西安醫(yī)學(xué)院,陜西西安 710021）

吡咯是食品中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的重要結(jié)構(gòu)母核，其中N-甲基吡咯是炒制花生、榛子、烤面包等的香味成分，而N-甲基-2-吡咯醛（化合物1）是咖啡中焦香及壤香的重要來源，也是重要的香料合成中間體，以其為底物制備的香料在可可、烤牛肉、蘑菇、爆米花的揮發(fā)性物質(zhì)中均有檢出[1]。

目前，N-甲基-2-吡咯醛（化合物1）主要采用Vilsmeier以N-甲基吡咯（化合物2）為底物合成。其中，具有代表性的文獻(xiàn)工藝[2]中使用了27 g（0.3 mol）化合物 2，27 g DMF（0.36 mol）及 57 g（0.37 mol）POCl3，其Vilsmeier試劑與底物的摩爾比例為1.25∶1，較多過量的POCl3導(dǎo)致反應(yīng)廢液中磷元素大大超標(biāo)，而磷是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)，磷超標(biāo)會(huì)引起水的富營養(yǎng)化。本文對(duì)該步驟進(jìn)行了改進(jìn)，在不降低收率的前提下，使用由DMF及草酰氯為原料制備的Vilsmeier試劑，避免了含磷試劑的使用，增加了反應(yīng)的環(huán)境友好性；所使用實(shí)驗(yàn)裝置為模擬工業(yè)生產(chǎn)條件的機(jī)械攪拌夾套反應(yīng)裝置，反應(yīng)條件溫和，原料價(jià)格低廉，在生產(chǎn)中切實(shí)可行；所采取的針對(duì)Vilsmeier反應(yīng)的改進(jìn)具備在其他產(chǎn)品合成中應(yīng)用的價(jià)值。該步驟反應(yīng)方程式如圖1所示。

圖1 N-甲基-2-吡咯醛（化合物1）的合成Fig.1 The synthesis of N-methy-2-pyrrolealdehyde

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

熔點(diǎn)用b形管測定，溫度未經(jīng)校正；1HMNR用Varian lnovaA400型核磁共振儀測定（DMSO－d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)）；1260型高效液相色譜儀（美國安捷倫）；油旋片式真空泵（GLV-N201型，寧波愛發(fā)科真空技術(shù)）。草酰氯（分析純，國藥化試）；DMF（工業(yè)級(jí)，使用前經(jīng)氫化鈣干燥后減壓蒸餾）；N-甲基吡咯（化學(xué)純，Aldrich）。

1.2 N-甲基-2-吡咯醛（1）的制備

向500 mL裝有機(jī)械攪拌和溫度計(jì)的玻璃夾套瓶中加入DMF 30 mL，通入冷循環(huán)水，冷卻至-10℃以下，緩緩滴入草酰氯（7.62 g，0.06 mol），滴加過程中保持反應(yīng)液溫度不超過0℃，滴畢，保持0℃攪拌2 h。然后，緩慢地滴加溶解在30 mL DMF中的N-甲基吡咯（化合物2）3.24 g（0.04 mol），注意反應(yīng)液升溫迅速，滴加過程中，保持內(nèi)溫不高于20℃。滴畢，保持20℃攪拌3 h，期間使用HPLC監(jiān)控反應(yīng)（色譜條件：AgilentC18柱150 mm*4.6 mm/5μm，柱溫40℃，50%甲醇/50%水）。冷卻下，將反應(yīng)液滴入預(yù)先冷卻的100 mL H2O中，滴加過程中保持內(nèi)溫不高于20℃，再滴加適量40%NaOH水溶液至中性，有大量黃色油狀物析出。用分液漏斗分出該油狀物，經(jīng)減壓蒸餾得產(chǎn)物3.72 g（餾程：95℃～97℃，3.2 kPa），收率85.3%，經(jīng)核磁共振波譜法驗(yàn)證為N-甲基-2- 吡咯醛（化合物 1）,1HMNR（DMSO－d6）δ9.53（1H,s）,7.21（1H,m）,6.88（1H,dd,J=1.3Hz,4.0 Hz）,6.16（1H,dd,J=2.6Hz,4.0 Hz）,3.86（3H,s）。

2 結(jié)果與討論

2.1 草酰氯/DMF生成Vilsmeier試劑的機(jī)理

Vilsmeier試劑自1927年發(fā)現(xiàn)[3]以來，成為了重要的活潑芳環(huán)甲?；椒ǖ谋貍湓噭欢?，該反應(yīng)使用的傳統(tǒng)試劑三氯氧磷易產(chǎn)生含磷廢水、廢渣。基于此，本文使用了不含磷元素的多元酰氯草酰氯代替三氯氧磷與DMF制備Vilsmeier試劑，其機(jī)理推測如圖2，其中，所制得的Vilsmeier試劑與傳統(tǒng)的使用三氯氧磷制備的Vilsmeier試劑沒有區(qū)別，草酰氯中剩余的原子團(tuán)則可以以氣體的形式逸出，從而推動(dòng)該反應(yīng)高效進(jìn)行。

圖2 草酰氯/DMF生成Vilsmeier試劑的機(jī)理Fig.2 The mechanism of DMF/oxalyl chloride becoming Vilsmeier reagent

2.2 加料順序?qū)-甲基-2-吡咯醛（1）的制備中Vilsmeier反應(yīng)的影響

Vilsmeier反應(yīng)常見投料順序?yàn)椋合葘⒎磻?yīng)底物溶于DMF中，再滴入POCl3。理論上反應(yīng)底物與所需Vilsmeier試劑的物質(zhì)的量之比應(yīng)為1∶1，在實(shí)際應(yīng)用中，常出現(xiàn)當(dāng)Vilsmeier試劑用量較少時(shí)，反應(yīng)收率下降的情況[4]。在筆者以往的研究[5]基礎(chǔ)上，本文考查了改變投料順序?qū)Υ朔磻?yīng)的影響（見圖3），發(fā)現(xiàn)草酰氯/DMF型Vilsmeier試劑與此前研究中POCl3/DMF型Vilsmeier試劑具有同樣的現(xiàn)象，即先制備好Vilsmeier試劑，再將反應(yīng)底物滴入過量的Vilsmeier試劑中時(shí)，可以使用較少的Vilsmeier試劑（1.5倍過量）獲得滿意的收率。推測其機(jī)理可能基于反應(yīng)底物與Vilsmeier試劑發(fā)生了締合等相互作用，先制備Vilsmeier試劑而后滴入反應(yīng)底物，可以使Vilsmeier試劑在反應(yīng)中保持相對(duì)過量，使上述相互作用相對(duì)減少。

圖3 加料順序?qū)衔?制備中Vilsmeier反應(yīng)收率影響Fig.3 The impact of feeding sequence on the yield of the V-H reaction

3 結(jié)論

使用由DMF及草酰氯為原料制備的綠色的Vilsmeier試劑，以N-甲基吡咯為底物，經(jīng)Vilsmeier反應(yīng)，以85.3%的收率合成了N-甲基-2-吡咯醛，從而對(duì)該Vilsmeier反應(yīng)的合成工藝進(jìn)行了改進(jìn)，避免了傳統(tǒng)工藝中危險(xiǎn)試劑三氯氧磷的使用以及工藝廢水的磷超標(biāo)問題，提高了反應(yīng)的環(huán)境友好性。