行业趋势, 产品研发（R&D）
利用松节油合成功能化学品
松节油是由萜烯类化合物组成的液体混合物，主要成分是α-蒎烯和β-蒎烯，具有独特的气味。优级松节油为无色透明液体，长时间放置后会被空气氧化使颜色逐渐加深变为淡黄色。
由于松节油组分分子可以提供C10或C15分子骨架，并同时提供多员环及桥环、环外或环内双键等，具有活泼的化学反应性能，是难得的天然化工原材料。特别在合成香料及其他功能性物质方面起着十分重要的作用，世界上已开发松节油合成香料及其他功能产品上百种。
我国脂松节油产量在目前仍然占据绝对优势，年产量在6 万t 左右，其中绝大部分是马尾松松节油，少部分是湿地松松节油和思茅松松节油。南方各省区都有生产，但主产地集中在广西、广东、云南、江西和福建等地。从造纸工业发展趋势考虑，若干年后硫酸盐松节油将成为我国重要的工业来源。
松节油是挥发性液体，无色或淡黄色，透明，有独特香气，易燃。具有优良的促渗透和有机溶解性能。松节油的主要化学组成是α-蒎烯、β-蒎烯等，根据不同的来源，其化学成分及含量差别很大。
松节油主要组分的化学结构见图1。在这些化合物中基本都含一个或多个碳碳双图1 松节油主要成分的化学结构键，含一至三个环状或桥环结构，都是化学反应活性很高的结构单元。因此松节油及其组分很容易起氧化、还原、异构、重排、加成等化学反应。这也就构成了松节油进行精细化学利用的基础。
重松节油是马尾松松脂加工过程中的高沸点馏分,主要含长叶烯、β-石竹烯等倍半萜类化合物。近年来随着对倍半萜类化合物认识和研究的深入,重松节油的分离和应用越来越引起人们的注意。
由于长叶烯和β-石竹烯的沸点十分接近,用普通精馏方法很难获得高纯度长叶烯和β-石竹烯。高纯长叶烯必须通过化学法除去β-石竹烯,然后再进行精馏提纯才能得到。将大部分β-石竹烯反应后得到的粗长叶烯经过简单蒸馏,很容易即可以将长叶烯纯度提高到85 %以上,若再进行精密精馏可得到95 %的产品。较纯的β-石竹烯则需要从石竹烯的衍生物进行化学回收,或者从其他来源获得。
重松节油中的其他小量成分很难进行分离提纯,只有通过其他来源获得,如从柏木油可以获得柏木烯进行利用。
松节油是我国最大天然精油品种之一,是绿色可再生资源。从松节油出发可以合成数百种精细化工产品。经过我国林化工作者的努力,松节油深加工利用研究及产品开发取得了很大发展。
一．松节油合成功能材料
我国具有丰富的松节油资源,作为精细化工原料,可以合成许多重要化工产品。从合成品种看,香料是最大的用途之一。但是若从功能方面考虑,松节油还可以合成具有各种各样功能的精细化工产品,在国民经济中发挥着重要的作用。在这些功能产品中,产量较大或功能较特别的几类主要产品有合成樟脑、萜烯基多元酸酯、合成橡胶及其它烯烃聚合用引发剂、萜烯树脂、萜烯苯乙烯共聚树脂、萜烯酚共聚树脂、萜烯基环氧树脂及其助剂、萜烯基表面活性剂等等。
1. 松节油合成增塑剂
- 1 赛璐珞增塑剂
赛璐珞增塑剂的主要代表物是樟脑。在一般用途的赛璐珞中樟脑的使用量在25 %左右,即使在胶片材料中用量较少些,也要用10 %~15 %。樟脑是由于其最先来源为樟树而得名,作为消旋体的合成樟脑是重要的化工产品,尤其是在以硝酸纤维素和醋酸纤维素为基础生产的赛璐珞中作为增塑剂使用更是具有不可取代的位置。工业上生产合成樟脑的主要方法有二种,一是目前大部分工厂所采用的传统生产工艺,二是近年新开发的新工艺。二者的主要区别在于合成异龙脑的方法不同。传统工艺为莰烯酯化后皂化,而新工艺则是采用莰烯直接水合生产异龙脑。
1.2 塑料增塑剂
在塑料用增塑剂中,最常用的是DOP (邻苯二甲酸二辛酯) ,这是一个通用型主增塑剂,可用于除醋酸纤维素和聚醋酸乙烯以外的绝大多数合成树脂及橡胶。以松节油利用的副产物双戊烯为原料可以合成结构与DOP 相似的物质,这就是萜烯基二元酸酯类,它极可望作为增塑剂得到应用。
- 松节油生产合成橡胶用助剂
对孟烷氢过氧化物( PMHP) 是合成橡胶工业中的优良助剂, 可用作合成丁苯橡胶(SBR) 生产中丁二烯和苯乙烯乳液聚合反应的引发剂。它和其它同类氢过氧化物相比,具有自身安全性好的特点。在橡胶合成反应时,具有用量小及反应平稳等优点。在丁苯橡胶的生产中得到了广泛应用。另外,PHP 也是良好的氢过氧化物之一,目前笔者已经完成有关的实验室研究工作,小试产品正在进行应用试验和性能评价。有望成为新一代产品。生产PMHP 最为适宜的原料来源是林化产品双戊烯,这是松节油利用的副产品。
- 松节油合成增粘剂
近年来胶粘剂在工业上广为应用,尤其是热熔胶和压敏胶的生产量逐年不断地在迅速增长,增粘剂的需求量也随之增加。一般常用的增粘剂主要有3 类,它们是石油树脂,松香树脂和萜烯树脂。这3 类树脂由于性能价格等因素,它们在增粘剂市场上各有特色,各有用途。
以松节油为原料合成得到的增粘剂主要是各种牌号的萜烯树脂以及改性萜烯树脂,它们在化学结构上是由碳氢组成的具有异戊二烯基本结构单元的单体聚合而成的树脂,其基本单元与天然橡胶聚合物的单体相同。它们能与天然或合成橡胶完全混溶,加抗氧剂时,对热、冷和空气稳定。因而最初在橡胶基的胶粘剂中广为应用,以在压敏胶和热熔剂中使用量最大。
3.1 萜烯树脂
萜烯树脂是一种浅黄色的热塑性碳氢树脂,它是一种低分子聚合物,其分子质量一般在1 500 以下,好的可达到2 600 左右。随着使用原料的不同,有普通萜烯树脂(或可称为α-蒎烯树脂) 、β-蒎烯树脂、双戊烯树脂以及它们的改性树脂等。 萜烯树脂生产多半是以AlCl3为主催化剂在溶液中聚合而成。常用的溶剂有甲苯、二甲苯,聚合反应为放热反应,反应温度一般控制在1060 ℃,反应条件取决于原料以及对产品树脂的颜色、软化点等的不同而定。聚合反应完成后加水或稀酸来破坏催化剂及洗除残余的催化剂,国外萜烯树脂的氯含量可低至50×10-6。
3.2 高软化点萜烯树脂
工业β-萜烯树脂的平均分子质量较高,粘度亦高于以松节油为原料的普通萜烯树脂(或α-蒎烯树脂) 。在生产中聚合产率高, 颜色浅, 软化点可达140 ℃以上。因此,在工业上的应用量高于α-蒎烯树脂,例如美国3 万t/ a 的萜烯树脂中,纯萜烯树脂的60 %是β-蒎烯树脂。 在国内,前几年由于β-蒎烯资源较少,而且β-蒎烯树脂的价格较高,用户暂时还不愿意使用,因此,目前主要以含α-蒎烯为主的松节油生产萜烯树脂,β-蒎烯树脂的产量很低。但是,随着β-蒎烯生产量的提高和价格水平的下降,β-蒎烯树脂将会得到应有的发展。
3.3 萜烯酚树脂
在强酸性催化剂和一定反应条件作用下,萜烯化合物可与苯酚、双酚A 等酚类共聚生成萜烯酚树脂,生产上主要是以α-蒎烯与苯酚进行共聚。由于该树脂的软化点高,且在高分子链中引入了酚环的结构,使纯萜烯树脂的性能得到了改进。例如软化点为100~127 ℃的萜烯酚树脂, 其分子质量大于800 , 羟基值为246 ,性质上与完全碳氢结构的纯萜烯树脂存在明显差别。但是,由于萜烯酚树脂比普通萜烯树脂颜色深,限制了它在工业上的使用。随着生产技术研发的不断进步,该树脂近期在增粘剂市场上,与其它萜烯树脂相比正以较快的速度增长,尤其是在热熔胶和一些特殊弹性体如EPDM 中的用量正不断增长。
3.4 萜烯苯乙烯共聚树脂
在一定条件下,萜烯化合物和苯乙烯反应形成共聚物,这是一种透明乃至水白的浅色树脂,其热稳定性特别好,在芳族化合物中的溶解性能好于纯的萜烯树脂,同时也溶于脂族化合物。这种共聚树脂与蜡、EVA 以及各种弹性体、天然橡胶和合成橡胶等具有良好的相溶性。生产时,主要是利用 烯与苯乙烯共聚而成,而且苯乙烯的用量比例范围较大。此树脂以颜色浅为特征, 水白级产品主要是50 %~60 %的 烯与40 %~50 %的苯乙烯单体的共聚物,与其它水白树脂相比,价格较低,市场前景较好,它几乎全部用于热熔胶粘剂,例如在美国的尿布生产上此树脂占所用增粘剂总量的50 %。
3.5 水白萜烯树脂
用于增粘剂的水白树脂主要以石油树脂为主,它们包括脂环族的氢化DCPD (双环戊二烯) C5树脂、脂肪族的氢化C5 树脂和芳族的C9树脂,例如α-甲基苯乙烯和乙烯基甲苯-苯乙烯共聚的石油树脂。此外也有纯的水白萜烯树脂以及改性的水白萜烯树脂。主要应用于食品级以及高级卫生用品级的胶粘剂。但其价格明显高于萜烯-苯乙烯树脂,因此在增粘剂市场中所占的比例相对较小。
- 松节油合成环氧树脂及其助剂
4.1 单萜基环氧化合物的合成
环氧树脂是最重要的功能材料之一,其类型及型号均十分丰富。在众多的环氧树脂中,有的可以松节油为原料进行合成,它们可作为环氧树脂使用,但更主要的是可作为其它环氧树脂的活性稀释剂使用。如二氧化双戊烯,萜烯基二缩水甘油醚等。笔者最近进行的初步研究试验结果表明,合成的萜烯基二缩水甘油醚的环氧值达到0. 45 以上(理论值0. 71) ,基本可满足使用要求。
4.2 单萜基多元胺的合成
环氧树脂的助剂中最重要的是固化剂,否则环氧树脂可能无任何用途。多元胺常用作环氧树脂固化剂。从松节油出发合成的萜烯基多元胺,同样可以使用,而且还有某些特殊用途。代表性产品是对孟二胺,目前国内还没有生产,只能依赖进口。可以通过萜二醇在高温高压下的氨氧化反应合成,还可以通过双戊烯二卤化物等的氨解反应来制造。
- 松节油合成表面活性剂
表面活性剂是应用极普遍的工业产品,其品种和数量都十分庞大。在这个大家族中,松节油出发合成的产品,由于来源于天然,无毒副作用,特别是在家用化学品中可以作为部分补充应用,同时也可作为医用表面活性剂的重要品种应用。
5.1 单萜基聚氧乙烯酯的合成
由松节油或松节油利用副产品双戊烯出发,可以合成TMA。将TMA 与环氧乙烷进行反应即可合成萜烯基聚氧乙烯酯类表面活性剂产品,可以作为非离子表面活性剂应用。
5.2 单萜基聚氧乙烯醚的合成
单萜烯醇、萜二醇或单萜烯基苯酚等与环氧乙烷或环氧丙烷反应,可以合成萜烯基聚氧乙烯醚,可以作为非离子表面活性剂应用。
目前,从松节油出发合成的功能材料品种还不多,工业化生产规模较大的主要产品有合成樟脑、萜烯树脂及各种改性萜烯树脂等,其它产品多为用量较少、用途较特殊的精细化学品。以上介绍的仅是目前开发的部分用途的产品,由于各方面的应用研究还不够深入,今后在松节油合成功能材料方面的工作还有待进一步加强,以便开发出更多更好的新型功能材料,充分发挥可再生天然资源的作用。
二．松节油合成农用及家用生物活性物
在松节油的精细化学利用产品之中,有传统的合成产品,有品种十分丰富的香料产品 ,有药理活性产品[4 ] ,同时,还有许多具有生物活性的农用及家用化学产品。比如有农药增效活性、驱虫或引诱活性、除草活性、抗菌杀菌活性的产品等。
1. 合成农药增效剂单萜烯基酰亚胺
农药增效剂虽然自身没有药理活性,但却可以增强农药的药理活性,从而达到减少用药量,减少环境污染等目的。松节油是天然的可再生资源,充分利用它的结构特性,合成农药增效剂,具有资源优势和提高资源利用率的作用。在这方面,20 世纪60 年代日本最先从α-松油烯研制成功了合成有农药增效活性的N-烷基酰亚胺化合物,并实现了生产和应用。进入20 世纪90 年代后,林化所周永红等[57 ]开展了松节油合成N-烷基酰亚胺类增效剂的研制工作,并取得了较好进展。发现了一系列松节油酰亚胺化合物对拟除虫菊酯类农药具有较明显的增效活性,而且有的还具有水溶性,具有潜在的开发前景。这类化合物的主要合成原理是将松节油或双戊烯异构为α-松油烯后与马来酐加成,然后进行酰亚胺化反应和N-烷基化反应。目前,林化所已有部分松节油增效剂产品进行了试验性生产和销售,经用户试用后反应良好,认为增效作用明显,有较好的开发和应用前景。
- 松节油合成除草活性物质
除草剂是重要的农用生物活性产品之一,是专门用于防治杂草及其有害植物的农药。目前世界上已商品化的除草剂可能有500 多种,在发达国家中其产品已占农药产量的三分之一以上,我国还有待进一步发展。主要的除草剂类型有取代脲类、氨基甲酸酯类、均三氮苯类、酰胺类、苯氧羧酸类、醚类等几大类。这些化合物中,大多含有机氯、对人畜往往具有一定的毒性。松节油是天然精油,它的衍生物往往毒性很低,或几乎没有毒性。野村正人教授等的研究发现,含环氧基的单萜烯基酯类以及醚类化合物具有较强的除草活性,尤其是对异型沙草、滨莱菔、稗草等具有很强的活性,它们有可能成为新型的除草剂使用。这些化合物主要包括环氧单萜烯的邻、间、或对甲基苯甲酸酯类以及邻、间、或对甲基苄基醚类,其中单萜烯基部分主要来源于具有对孟烷骨架结构的环氧单萜醇类,如环氧α-松油醇、环氧-4-松油醇和环氧-7 (8)-对孟烯-9-醇等。
- 松节油合成杀虫活性物质杀虫剂是最重的农药,也是最早使用的农药,其品种繁多,性质各异。主要的有有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类、苯甲酰脲类和熏蒸类等几大类杀虫剂。有机氯农药由于其稳定且有累积毒性,大多已停止使用。目前主要使用的是有机磷及拟除虫菊酯类产品,但是这些农药同样具有一定的毒性。研究和开发低毒的或几乎无毒的农药产品是发展的方向,松节油为基础的单萜烯类,在这方面可能会发挥重要的作用。目前对几种单萜酰胺类化合物的试验结果表明,对土壤害虫、家庭害虫等具有比较明显的杀虫活性,而类似的巯基酯类化合物则具有明显的杀螨虫活性。
3.1 单萜酰胺类的合成
单萜酰胺类主要以相应的单萜醛为基础进行合成。主要是先将单萜醛转化为单萜腈后水解成酸,然后进行酰氯化并与有机胺反应而得。单萜醛有α-龙脑烯醛、β-龙脑烯醛、桃金娘烯醛、紫苏醛等。有机胺主要有五员和六员环状胺,即吡咯烷和哌啶以及它们的衍生物。
3.2 单萜酸巯基酯类化合物的合成
螨虫是危害较大而认识不够充分的害虫之一,特别是屋内存在的螨虫和污染食品的螨虫等,其危害性往往没有得到应有的重视。大多数有机合成农药都具有杀螨虫活性,但反过来,有些杀螨活性高的农药往往对其它害虫的杀灭活性较低。目前使用较多的杀螨剂中以有机氯类农药为主,也有用有机锡、有机硫类农药的。
根据野村正人教授的研究结果,有几种单萜酸巯基酯类化合物对卫生害虫如食酪螨等具有良好的杀灭活性,其活性高于目前市售的DETA(N ,N-二乙基间甲基苯甲酰胺) 或DDVP(O-(2 ,2-二氯乙烯基)-O ,O-二甲基磷酸酯) 。有活性的单萜酸主要有α-龙脑烯酸、桃金娘烯酸(α-蒎烯酸) 、对孟二烯酸等。主要采用单萜酰氯与硫醇类反应来合成。
- 松节油合成驱避活性物质驱避剂在农药中并不显得重要,因为它本身没有杀灭害虫的活性,而只具有驱赶害虫或让害不愿意接近的作用。然而,由于它们低毒或无毒,可以做成卫生用驱避产品如驱蚊油、蚊香、电蚊香片、气雾剂等产品。目前市售使用最多、也是公认效果较好的驱避活性物是DETA (N ,N-二乙基间甲基苯甲酰胺) ,另外还有邻苯二甲酸二甲酯、樟脑等。近年来,萜类驱避剂的研究和应用取得了较大的进展。由于早期的驱避剂多是植物精油,其中主要活性物是萜类化合物。从松节油出发合成的萜类驱避剂不仅驱避效果较好,而且大多有芳香气味,易于为人们接受,同时因其毒性很低,对人体无害,使用安全。从松节油出发能够合成很多种驱避剂,化合物类型有醇类、醛类、酮类、酯类等。较重要的品种有单萜酮、单萜醇、单萜二醇、单萜二醇单乙酸酯、单萜烯酰胺类化合物等。重要的酮类化合物有樟脑、8-乙酰氢基别二氢葛缕酮等。重要的单萜醇有龙脑、异龙脑、小茴香醇、松油醇、4-松油醇等。单萜二醇类有对孟烯二醇-1 ,2、对孟烷二醇-1 ,2、对孟烷二醇-3 ,4、对孟烷二醇-3 ,8、2-乙酰氧基二氢松油醇-1 等。在这些化合物中有的驱避活性已远远超过了目前公认的DETA 之活性,是很有开发潜力的产品。4.1 单萜烯邻二醇类的合成
单萜烯邻二醇类化合物是较重要的驱避活性物质,主要合成原料是 烯或双戊烯,当然松节油是最根本的基础原料。主要通过钨酸-过氧化氢氧化法进行合成,当然,也可以用过氧酸氧化成环氧化物后进行酸催化水解来合成。
4.2 8-乙酰氧基别二氢葛缕酮的合成
此化合物最先从野薄荷油中发现,并已证明其具有驱避作用。从松节油出发合成8-乙酰氧基别二氢葛缕酮时,主要先将α-蒎烯环氧化,而后进行酸催化水合反应,得到8-羟基别二氢葛缕醇,然后氧化成相应的8-羟基别二氢葛缕酮,最后进行乙酰化完成。
- 松节油合成引诱活性物质引诱活性物质的作用与驱避活性物质正好相反,主要是能让昆虫在接受到相关气味信息后迅速聚集到一起。经过引诱剂的诱引可以将有害昆虫集中杀灭,达到尽可能多地杀灭害虫而又尽可能少地污染环境的目的。同样也可以引诱一些有益昆虫帮助农作物受粉,或者消灭有害昆虫,以确保农作物丰产和丰收。具有引诱作用的天然萜类化合物很多,其中有相当一部分可以从松节油出发进行合成。比如,合成芳樟醇及其乙酸酯能引诱蚕蛾;葛缕酮、芳樟醇对黑凤蝶的幼虫有引诱作用;α-松油烯、苧烯可以引诱象鼻虫的幼虫;马鞭草烯酮、葛缕酮、乙酸和丙酸马鞭草烯醇酯可以诱集蟑螂;β-蒎烯对松小蠹虫有引诱活性等等。1 ,8-对孟二烯-4-醇也具有昆虫引诱活性。
- 松节油合成杀菌活性物质以杀灭和(或) 抑制微生物生长为目的制剂均可称之为杀菌剂。按使用目的包括消毒剂、防腐剂、防霉剂和抗菌剂等。有无机物,也有有机物,有来自于天然的制品,而大多数还是化学合成或半合成产品。在杀菌剂领域中,松节油由于是天然来源,无毒副作用,又可以作为化学原料合成具有各种结构的产品,其中包含了许多具有杀菌作用的物质,比如单萜烯类、萜烯醇类、萜烯基季铵盐类、单萜酚类(对甲酚) 、单萜酸酰胺类、单萜酸巯基酯类等。
单萜醇类主要有各种异构体松油醇、异龙脑、龙脑、小茴香脑等,相应的合成方法在前几讲中已有叙述。单萜烯类单独使用的机会不多,单萜酚实际上主要是对甲酚。单萜酸酰胺或巯基酯类主要的活性结构是含五元环的龙脑烯基,可由松节油产品樟脑转化而得。
6.1 松油醇及松油的合成
松油醇是优良而廉价的香料产品,同时由于松油醇和松油具有较好的表面活性作用,是选矿药剂的主要原料之一。另外,它们还有一定的消毒和杀菌作用,因此,它们除了在选矿过程中得以大量应用以外,还是清洁剂、清洗剂、消毒剂、气雾剂等产品中不可缺少的配方原料。
6.2 萜烯基季铵盐的合成
将单萜烯基卤化物与有机胺类反应,可以合成萜烯基季铵盐。这类季铵盐具有较强的杀菌作用,同时也具有较好的表面活性作用,可作为杀菌剂、阳离子表面活性剂使用,另外还可作为相转移催化剂( PTC) 等使用。主要由萜烯基卤化物与有机胺反应进行合成。
- 合成甜味剂紫苏糖甜味剂是工业生产和家居生活不可缺少的物质。最常见的甜味剂当然是蔗糖、葡萄糖、果糖等,另外,还有各种各样的合成产品(即代糖产品) 。在这些合成产品中,紫苏糖对于松节油的利用而言具有重要意义。紫苏糖亦称紫苏亭,是一种甜味剂,同时还可作为防腐剂,它的相对甜度是蔗糖的2000 倍,属于天然单萜类化合物,毒副作用极低,而且对酸和热稳定,热量低,无发酵性,是值得开发的天然甜味剂产品之一。紫苏糖不仅可以作为饮料、食品、糕点、香烟、牙膏、医药、酱油、咸菜等的甜味剂使用,还可以作为这些产品的防腐剂应用,对于香烟来说还是优良的口味调整剂。在日本已得到广泛应用。从松节油合成紫苏糖甜味剂的主要方法是将β2蒎烯或α2蒎烯氧化成桃金娘烯醇,再氧化成桃金娘烯醛,然后开环得到紫苏醛,最后与羟氨进行肟化反应生成α-反式紫苏醛肟,即紫苏糖。松节油可以合成的农用或家用生物活性产品很多,有的已经得到商业应用,有的还处在研究和开发阶段。但是无论如何,松节油合成生物活性物质将具有较好的发展前景,值得进行深入探讨和研究,尤其是我国在这方面的研究和应用更具有较大的发展空间。
三．松节油合成药理活性物质
松节油作为自然界最大的萜类精油之一,本身就具有一定的生物活性,可直接用于治肌肉痛、关节痛、神经痛和软组织损伤,还可作为药物助剂用于溶剂、杀菌消毒剂和透皮促进剂等[1～2 ] 。但是松节油直接作为药物使用毕竟很有限,更主要的还是根据其化学成分的结构特点,经过化学反应,合成生物活性更强的衍生物质,从而更充分地发挥松节油资源的利用价值。以松节油为原料,可以合成许多具有生物活性的精细化学产品。
1. 松节油合成龙脑
龙脑是双环单萜醇,自然界有2 种立体异构体,表观为左旋光性和右旋光性。右旋光龙脑常称为冰片,多存在于龙脑樟等樟科植物精油中;左旋龙脑一般称为艾片,主要来源是一种称作艾纳香的蒿草,艾蒿中也存在;消旋龙脑多存在于樟油、迷迭香油、百里香油等精油中。龙脑除可用作香料以外,更重要的用途是药物。天然冰片有强烈的清凉感,具有开窍、醒神、散郁火、清热止痛、去翳明目等功效,常用于中风口噤,喉痹齿痛、口疮痈疡、目赤等的治疗[4 ] 。天然艾片也具有类似的作用。由于天然龙脑来源有限,满足不了医药的需求,因此,人们开发出了松节油合成冰片(合成龙脑) 的工业方法。尽管目前的合成冰片光学活性低,而且还夹杂有相当数量的异龙脑(约35 %40 %) ,药效受到很大影响,但由于可进行较大规模工业化生产,价格又较低廉,仍然发挥了很大的作用。合成艾片的研究不如合成冰片深入,目前的主要目的是用作合成左旋樟脑的原料。从松节油合成冰片的方法主要有传统的无水草酸酯化皂化二步法和新近开发的一步水合法,另外还有较早期研究的干燥氯化氢加成、酯解、皂化的方法等。
2. 合成薄荷脑
天然薄荷脑主要来源于唇形科植物薄荷的新鲜茎、叶之精油,为无色针状或棱柱状结晶或白色结晶性粉末,有薄荷的特殊香气。味初辛、后清凉。主要用于芳香药、调味药及驱风药,可用于皮肤或粘膜产生清凉感以减轻不适及疼痛。薄荷脑在化学上有3个手性中心,有8 个立体异构体和4 个外消旋体。天然薄荷脑为左旋体,化学合成比较困难,我国目前还没有实现工业化生产。国外的研究比较活跃,合成方法很多,但目前正在工业化生产的路线并不多。主要原料有薄荷酮、香茅醛、麝香草酚、 烯、蒈烯、β-蒎烯、α-和β-水芹烯、α-松油烯、异松油烯等,但无论如何合成,一般得到的多是消旋体,产物必须进行光学拆分。目前最好的方法是以无旋光活性的月桂烯为原料通过一系列手性合成反应,直接得到左旋薄荷脑,大为省去了拆分的烦恼。作为松节油利用而言,蒎烯、蒈烯、苧烯、月桂烯、α-和β-水芹烯、α-松油烯、异松油烯等为原料均是我们应该研究的范畴。香茅醛、薄荷酮、麝香草酚等在资源充足时也可以
利用。
3. 松节油合成维生素E
维生素E , 又称为生育酚, 具有促进精子生成和精子活动,增加卵巢机能和增多卵泡数量以及较强的抗氧化作用等功效。医学上主要用于先兆流产、习惯性流产、早产儿或脂肪吸收障碍引起的缺乏症、婴儿营养性巨细胞贫血和某些心血管病。
维生素E 在化妆品中用作皮肤滋润剂,在食品及药品中是很好的抗氧化剂。烟酸生育酚酯是脑血流促进药物。主要用于治疗高血压、动脉硬化和脑溢血等。另外,维生素E 还是很重要的饲料添加剂。它作为动物饲料添加剂使用时,由于在混合及储存时不稳定,易于被破坏,为了满足饲料生产的需求,常常将α-生育酚进行乙酸酯化反应,然后以维生素E 乙酸酯浓缩物的形式添加。
在自然界,维生素E 广泛存在于植物性食品中,如小麦胚芽、玉米胚芽、棉子、花生、大豆及其它植物油中。动物油脂中也有,但含量很少。天然维生素E 一般为α-、β-、γ-和δ-体等4 种结构化合物的统称,它们的化学结构非常相近。其中α-体具有完全取代的芳环和饱和侧链,生物活性最好。所以一般讲的维生素E 多指α-生育酚。由于维生素E的需求量很大,天然维生素E 远不能满足市场需求,因此,它的合成具有重要意义。
合成维生素E 时,关键中间体异植物醇的合成主要有两条路线,一条是石油产品异戊二烯路线,一条是松节油路线,但都必须经过香叶基丙酮中间体。
松节油合成维生素E ,要经过芳樟醇、香叶基丙酮、异植物醇等关键中间体。从橙花叔醇合成异植物醇的反应类似于从芳樟醇合成橙花叔醇的过程,林化所刘先章[11 ]等在这方面已取得了较好的研究结果。
松节油合成维生素E 的主要反应过程是:先从松节油合成芳樟醇中间体,然后让芳樟醇与乙酰乙酸乙酯反应增加3 个碳原子合成香叶基丙酮,再将香叶基丙酮与乙烯基氯化镁反应增加2 个碳成为橙花叔醇。接下来是从橙花叔醇合成金合欢基丙酮和异植物醇,最后一步是异植物醇与三甲基氢醌的缩合。作为脑血流促进剂的烟酸生育酚酯由烟酰氯和dl-α-生育酚反应进行制备。而饲料用维生素E 则可以由α-生育酚与乙酸酐进行酯化反应来生产。
4. 松节油合成维生素K1
维生素K1是促进凝血因子活性的药物之一,属脂溶性维生素。主要用于阻塞性黄疸、胆瘘患者、新生儿出血性素质、水杨酸类和双香豆素类药物造成的出血以及长期服用抗生素等引起的维生素K缺乏等。天然维生素K1广泛存在于苜蓿、菠菜、菜花及番茄等蔬菜之中,可以从植物提取,也可以由化学合成制备。化学合成维生素K1时,最关键的中间体之一是植物醇,可以将松节油为原料制得的异植物醇进行异构化而得到。而异植物醇的制法则与3. 1 节所述维生素E 制法相同。将植物醇与1-乙酰氧基-2-甲基-4-萘酚进行缩合反应,然后再进行水解及氧化反应即可以得到维生素K1 。
5. 松节油合成药用樟脑
天然樟脑在自然界主要存在于樟科植物中,一般为右旋体。合成樟脑则是松节油利用的最重要产品之一,为消旋体。樟脑为白色结晶性粉末或白色半透明块状物质,有刺激性特殊香气,味初辛、后清凉。在医药上主要用作皮肤刺激药物[13 ] 。但是从用量上看,樟脑主要作为化工原料如增塑剂、家用防虫蛀剂等。因此有关松节油合成樟脑的方法将在后续有关内容中介绍。
右旋樟脑目前以天然提取为主,化学合成的制法与左旋樟脑类似。
樟脑的另一个旋光异构体是左旋樟脑,它在药物中的使用也日见增多,同时还可作为手性合成原料使用。其主要的制取方法有三 ,一是从左旋龙脑脱氢制取,二是用旋光松节油经手性水合反应制取左旋龙脑后脱氢,三是进行消旋樟脑的光学异构体拆分。
6. 松节油合成其它药物
松节油除了合成以上几个重要药物以外,还可以合成其它的药物或药用产品,如松油醇、驱蛔素、有平喘作用的β-石竹烯醇等。
驱蛔素的化学合成方法比较简单,将松节油蒎烯异构产物α2松油烯进行光敏氧化后即可以得到。
松节油在合成药物或药理活性物质方面具有重要的意义,尤其是对于本讲介绍的几种药物,更是具有得天独厚的优势。