CN105061178B - 烟草中一种倍半萜类化合物、其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构新颖的倍半萜类化合物，该化合物命名为(2R,3S)‑2,3‑二氢‑3‑羟基‑6‑异丙基‑2,5,7‑三甲基茚‑1‑酮，分子式为C15H20O2，具有下述结构。本发明还公开了上述化合物的制备方法和用途。实验证明，本发明的倍半萜类化合物具有提高卷烟抽吸品质的用途；同时将其与保润剂以适当比例配比，对卷烟具有很好的物理和感官保润作用，并且能柔和卷烟烟气、提高卷烟烟气的圆润感和舒适性以及赋予卷烟烟气清香的效果。

Description

烟草中一种倍半萜类化合物、其制备方法和用途
技术领域
本发明属于烟草化学技术领域，具体涉及一种从烟草中首次提取得到的倍半萜类化合物。同时，本发明还涉及该化合物的制备方法和其在改善卷烟抽吸品质中的用途。
背景技术
烟草是世界上化学成分最为复杂的植物，次生代谢产物非常丰富，经过几十年的研究，人们目前从烟草中鉴定出来的单体化学物质就超过3000多种，而且还有许多成分尚未鉴定出来。虽然吸烟有害健康已得到广泛认可，但烟草仍然对成千上万的消费者有着强大的吸引力，除尼古丁的成瘾性外，烟草中丰富的香味物质也发挥着重要作用。
倍半萜(sesquiterpenes)是指分子中含15个碳原子的天然萜类化合物。倍半萜类化合物分布较广，在植物体内常以醇、酮、内酯等形式存在于挥发油中，是挥发油中高沸点部分的主要组成部分。多具有较强的香气和生物活性，是医药、食品、化妆品工业的重要原料。
当前，我国卷烟工业中主要采用甘油、丙二醇、山梨醇等多羟基物质作为保润剂，保润剂的主要目的在于维持加工过程中烟丝的含水率，提高烟丝的耐加工性，但上述保润剂对成品卷烟吸食舒适度上还不理想，通过分离得到了一种具有改善卷烟抽吸品质功能的倍半萜类化合物，该化合物至今尚未见到相关报道，且与保润剂配合改善卷烟的抽吸品质也未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的倍半萜类化合物。
本发明的另一个目的是提供一种制备所述倍半萜类化合物的方法。
本发明的目的还在于提供所述倍半萜化合物在改善卷烟抽吸品质中的用途。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
本发明第一方面涉及一种从烟草中分离的倍半萜类化合物，其具有下述结构式：
该化合物的命名为：(2R,3S)-2,3-二氢-3-羟基-6-异丙基-2,5,7-三甲基茚-1-酮，英文名为：[(2R,3S)-2,3-dihydro-3-hydroxy-6-isopropyl-2,5,7-trimethylinden-1-one]，分子式为C15H20O2，为浅黄色胶状物。
本发明第二方面涉及一种根据本发明第一方面所述的倍半萜化合物的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)制备烟草提取物浸膏:以烟叶为原料，将烟叶粉碎或切成小段，并用第一溶剂浸泡并提取所述烟叶3～5次，每次24h～72h，将提取液合并、过滤并浓缩后得到所述烟草提取物浸膏；其中所述第一溶剂是选自甲醇、乙醇或丙酮的有机溶剂与水的混合物，当所述第一溶剂为甲醇或乙醇与水的混合物时，其中甲醇或乙醇占该第一溶剂的80wt％～100wt％，当所述第一溶剂为丙酮与水的混合物时，其中丙酮占该第一溶剂的60wt％～90wt％；且第一溶剂：烟草＝(2-4):(4-6)，重量比；
(2)硅胶柱层析：将上述烟草提取物浸膏与其2-4重量倍的160～300目硅胶混合后干法装柱，然后用体积比依次为1:0、20:1、9:1、8:2、7:3、6:4、1:1和1:2的氯仿-丙酮溶液进行梯度洗脱，将其中体积为8:2的氯仿-丙酮溶液洗脱时得到的洗脱液称为第一洗脱液；
(3)高压液相色谱分离纯化：将上述第一洗脱液通入高压液相色谱进行分离纯化，该高压液相色谱采用21.2mm×250mm、5μm的C18色谱柱，流动相流速为20mL/min，流动相为55％的甲醇，紫外检测器检测波长为285nm，第一洗脱液每次进样200μL，每次进样后色谱峰保留时间为23.8min时所对应的洗脱液，称为第二洗脱液，将该第二洗脱液脱除溶剂后即得所述倍半萜化合物。
在本发明优选的实施方案中，其还包括以下进一步提纯的步骤：将在所述高压液相色谱分离之后得到的所述倍半萜化合物再次溶于纯甲醇，并以纯甲醇为流动相，通过凝胶柱进行层析分离，得到进一步提纯的所述倍半萜化合物。
在本发明优选的实施方案中，步骤(2)中，在与所述160～300目硅胶混合之前，先将所述烟草提取物浸膏用其1.5～3重量倍的选自纯甲醇、纯乙醇或纯丙酮的第二溶剂溶解后与为烟草提取物浸膏的0.8～1.2重量倍的80～100目硅胶拌样。
本发明第三方面涉及根据本发明第一方面所述的倍半萜类化合物在改善卷烟抽吸品质中的用途。
本发明第四方面涉及根据本发明第一方面所述的倍半萜类化合物用于柔和卷烟烟气、提高卷烟烟气圆润感和舒适性或赋予卷烟烟气清香的用途。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的倍半萜类化合物是首次被分离出来的，结构新颖。经卷烟添加实验表明，其具有改善卷烟抽吸品质的用途，还可与保润剂以适当比例配比，对卷烟具有很好的物理和感官保润作用，并且能柔和卷烟烟气、提高卷烟烟气的圆润感和舒适性以及具有赋予卷烟烟气清香的效果。
附图说明
图1为本发明倍半萜类化合物的核磁共振碳谱；
图2为本发明倍半萜类化合物的核磁共振氢谱；
图3为本发明倍半萜类化合物的主要HMBC相关图示。
具体实施方式
本发明所制备的倍半萜类化合物的结构是通过以下方法测定出来的。本发明化合物为浅黄色胶状物；紫外光谱(溶剂为甲醇),λmax(logε)285(3.20),248(3.68),210(4.18)nm；红外光谱(溴化钾压片)νmax 3368、1685、1600、1536、1472、1358、1203、1070、891、562cm-1；高分辨质谱(HRESIMS)给出准分子离子峰m/z 231.1379[M-H]-(计算值231.1385)。结合1H和13C NMR谱给出一个分子式C15H20O2，不饱和度为6。从1H和13CNMR谱(数据归属见表1)信号可以看出化合物中有一个1,2,3,4,5-五取代的苯环、一个异丙基、3个甲基，一个氧化次甲基、一个次甲基，一个酮羰基；除去苯环的不饱和度4，羰基的不饱和度1，化合物中还应有一个环。根据H-3和C-9、C-2、C-1、C-4、C-8，H-2和C-1、C-3、C-8、C-9，以及H-4和C-3的HMBC相关(图3)可证实C-1、C-2和C-3与苯环间形成了一个5元碳环，该化合物为二氢茚-1-酮结构。化合物的母核确定后，剩余的甲基、异丙基和羟基为母核上的取代基。根据H-10和C-5、C-6、C-7，H-11,12和C-6的HMBC相关可证实异丙基取代在母核的C-6位；根据H-13和C-1、C-2、C-3的HMBC相关，可证实该甲基取代在母核的C-2位；根据H-14和C-4、C-5和C-6的HMBC相关，可证实该甲基取代在母核的C-5位；根据H-15和C-6、C-7和C-8的HMBC相关，可证实该甲基取代在母核的C-7位；此外还应有一个羟基取代在母核的C-3位，以满足化合物中存在氧化的次甲基。化合物的比旋光度为+16.5，且其CD谱在327.6nm处有正的科顿效应[λmax(Δε)327.6(+19.6)nm]，和文献(J.Nat.Prod.2011,74,2010–2013)对比可证实化合物中两个手性碳的构型为2R,3S。至此本化合物的结构得以确定。
表1.化合物的1H NMR和13C NMR数据(CCl3)
本发明化合物是首次被分离出来的，通过上述核磁共振和质谱测定方法确定为倍半萜类化合物，并表征了其具体结构。经卷烟添加实验表明：该化合物具有改善卷烟抽吸品质的用途，还可与保润剂配合使用，既能柔和卷烟烟气、提高烟气的圆润感和舒适性，还具有赋予卷烟烟气清香的效果。本发明化合物结构简单，能明显改善卷烟抽吸品质，可作为烟用香料研发的先导性化合物以及与保润剂配合使用改善卷烟抽吸品质的新添加剂制备。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或改进，均落入本发明的保护范围。
本发明所用原料不受地区和品种限制，任何来源地的烟草均可以实现本发明，下面以来源于云南中烟工业有限责任公司不同产地的烟草原料对本发明做进一步说明。除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。本发明中的溶液如果只给出了溶质，没有公开溶剂，则本领域技术人员应该知晓溶剂为水。本发明中纯甲醇指100％甲醇，纯乙醇是指100％乙醇，纯丙酮是指100％丙酮。
实施例1
一种倍半萜类化合物C15H20O2的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)制备烟草提取物浸膏:以烟叶为原料，将烟叶粉碎或切成小段，并用第一溶剂浸泡并提取所述烟叶4次，每次54h，将提取液合并、过滤并浓缩后得到所述烟草提取物浸膏；其中所述第一溶剂是选自甲醇、乙醇或丙酮的有机溶剂与水的混合物，当所述第一溶剂为甲醇或乙醇与水的混合物时，其中甲醇或乙醇占该第一溶剂的95wt％，当所述第一溶剂为丙酮与水的混合物时，其中丙酮占该第一溶剂的70wt％；且第一溶剂：烟草＝3:5，重量比；
(2)硅胶柱层析：将所述烟草提取物浸膏用其2.5重量倍的选自纯甲醇、纯乙醇或纯丙酮的第二溶剂溶解后与为烟草提取物浸膏的1.2重量倍的80～100目硅胶拌样，再与烟草提取物浸膏3重量倍的250目硅胶混合后干法装柱，然后用体积比依次为1:0、20:1、9:1、8:2、7:3、6:4、1:1和1:2的氯仿-丙酮溶液进行梯度洗脱，将其中体积为8:2的氯仿-丙酮溶液洗脱时得到的洗脱液称为第一洗脱液；
(3)高压液相色谱分离纯化：将上述第一洗脱液通入高压液相色谱进行分离纯化，该高压液相色谱采用21.2mm×250mm、5μm的C18色谱柱，流动相流速为20mL/min，流动相为55％的甲醇，紫外检测器检测波长为285nm，第一洗脱液每次进样200μL，每次进样后色谱峰保留时间为23.8min时所对应的洗脱液，称为第二洗脱液，将该第二洗脱液脱除溶剂后即得所述倍半萜化合物。
所述制备方法还包括以下进一步提纯的步骤：将在所述高压液相色谱分离之后得到的所述倍半萜化合物再次溶于纯甲醇，并以纯甲醇为流动相，通过凝胶柱进行层析分离，得到进一步提纯的所述倍半萜化合物。
实施例2
所用烟草样品来源于云南玉溪，品种为玉溪K326。将烟叶取样2.0kg粉碎以95％的甲醇提取5次，每次提取24h，提取液合并，过滤，减压浓缩得烟草提取物浸膏105g。将上述烟草提取物浸膏用其2.0重量倍数的纯甲醇溶解后用120g的100目粗硅胶拌样，再与0.6kg的160目硅胶混合后装柱进行硅胶柱层析，用体积配比为1:0、20:1、9:1、8:2、7:3、6:4、1:1、1:2的氯仿-丙酮梯度洗脱，TLC监测合并相同的部分，得到8个部分，其中体积配比为8:2的氯仿-丙酮洗脱部分用安捷仑1100半制备高效液相色谱分离，以55％的甲醇为流动相，ZorbaxSB-C18(21.2×250mm,5μm)制备柱为固定相，流动相流速为20ml/min，紫外检测器检测波长为285nm，每次进样200μL，收集每次进样后色谱峰保留时间为23.8min时所对应的洗脱液，多次累加后脱除溶剂；所得产物再次用纯甲醇溶解，再以纯甲醇为流动相，用Sephadex LH-20凝胶柱层析分离，即得进一步提纯的倍半萜化合物。
其中，梯度洗脱时，每个比例的混合溶剂洗脱时，洗脱到没有成分洗下为止，然后换下一个比例的混合溶剂。
实施例3
所用烟草样品来源于云南大理，品种为云烟200。将烟叶取样3.5kg切碎，以95％的乙醇提取4次，每次提取48h，提取液合并，过滤，减压浓缩得烟草提取物浸膏250g。将上述烟草提取物浸膏用其2.0重量倍的纯甲醇溶解后用250g的80目粗硅胶拌样，再与1.2kg的200目硅胶混合后装柱进行硅胶柱层析，用体积配比为1:0、20:1、9:1、8:2、7:3、6:4、1:1、1:2的氯仿-丙酮梯度洗脱，TLC监测合并相同的部分，得到8个部分，其中体积配比为8:2的氯仿-丙酮洗脱部分用安捷仑1100半制备高效液相色谱分离，以55％的甲醇为流动相，ZorbaxSB-C18(21.2×250mm,5μm)制备柱为固定相，流动相流速为20ml/min，紫外检测器检测波长为285nm，每次进样200μL，收集每次进样后色谱峰保留时间为23.8min时所对应的洗脱液，多次累加后脱除溶剂；所得产物再次用纯甲醇溶解，再以纯甲醇为流动相，用Sephadex LH-20凝胶柱层析分离，即得进一步提纯的倍半萜化合物。
其中，梯度洗脱时，每个比例的混合溶剂洗脱时，洗脱到没有成分洗下为止，然后换下一个比例的混合溶剂。
实施例4
所用烟草样品来源于云南昆明，品种为红花大金元。将烟叶取样5kg粉碎，以75％的丙酮用超声提取3次，每次提取72h，提取液合并，过滤，减压浓缩得烟草提取物浸膏380g。将上述烟草提取物浸膏用其1.6重量倍的纯甲醇溶解后用400g的90目粗硅胶拌样，再与2.4kg的180目硅胶混合后装柱进行硅胶柱层析，用体积配比为1:0、20:1、9:1、8:2、7:3、6:4、1:1、1:2的氯仿-丙酮梯度洗脱，TLC监测合并相同的部分，得到8个部分，其中体积配比为8:2的氯仿-丙酮洗脱部分用安捷仑1100半制备高效液相色谱分离，以55％的甲醇为流动相，Zorbax SB-C18(21.2×250mm,5μm)制备柱为固定相，流速为20ml/min，紫外检测器检测波长为285nm，每次进样200μL，收集每次进样后色谱峰保留时间为23.8min时所对应的洗脱液，多次累加后脱除溶剂；所得产物再次用纯甲醇溶解，再以纯甲醇为流动相，用SephadexLH-20凝胶柱层析分离，即得进一步提纯的倍半萜化合物。
其中，梯度洗脱时，每个比例的混合溶剂洗脱时，洗脱到没有成分洗下为止，然后换下一个比例的混合溶剂。
实施例5-化合物结构的鉴定
取实施例1制备的化合物，以上述方法制备得到的倍半萜类化合物的结构通过以下方法进行测定。本发明化合物为浅黄色胶状物；紫外光谱(溶剂为甲醇),λmax(logε)285(3.20),248(3.68),210(4.18)nm；红外光谱(溴化钾压片)νmax 3368、1685、1600、1536、1472、1358、1203、1070、891、562cm-1；高分辨质谱(HRESIMS)给出准分子离子峰m/z231.1379[M-H]-(计算值231.1385)。结合1H和13C NMR谱给出一个分子式C15H20O2，不饱和度为6。从1H和13CNMR谱(数据归属见表-1)信号可以看出化合物中有一个1,2,3,4,5-五取代的苯环、一个异丙基、3个甲基，一个氧化次甲基、一个次甲基，一个酮羰基；除去苯环的不饱和度4，羰基的不饱和度1，化合物中还应有一个环。根据H-3和C-9、C-2、C-1、C-4、C-8，H-2和C-1、C-3、C-8、C-9，H-4和C-3的HMBC相关(图-3)可证实C-1、C-2和C-3和苯环间形成了一个5元碳环，化合物为二氢茚-1-酮结构。化合物的母核确定后，剩余的甲基、异丙基和羟基为母核上的取代基。根据H-10和C-5、C-6、C-7，H-11,12和C-6的HMBC相关可证实异丙基取代在母核的C-6位；根据H-13和C-1、C-2、C-3的HMBC相关，可证实该甲基取代在母核的C-2位；根据H-14和C-4、C-5和C-6的HMBC相关，可证实该甲基取代在母核的C-5位；根据H-15和C-6、C-7和C-8的HMBC相关，可证实该甲基取代在母核的C-7位；此外还应有一个羟基取代在母核的C-3位，以满足化合物中存在氧化的次甲基。化合物的比旋光度为+16.5，且其CD谱在327.6nm处有正的科顿效应[λmax(Δε)327.6(+19.6)nm]，和文献(J.Nat.Prod.2011,74,2010–2013)对比可证实化合物中两个手性碳的构型为2R,3S。至此本化合物的结构得以确定。
实施例6-8
分别取实施例2-4制备的化合物，为黄色胶状物。测定方法与实施例5相同，确认实施例2-4制备的化合物均为倍半萜类化合物(2R,3S)-2,3-二氢-3-羟基-6-异丙基-2,5,7-三甲基茚-1-酮。
实施例9-加香试验
取实施例1-4中任一制备的倍半萜类化合物进行卷烟的加香效果试验，试验情况如下：
供添加用卷烟为红云红河集团产品“紫云烟”卷烟烟支，每支的烟丝重量为0.68g。以未添加任何其他物质的“紫云烟”卷烟烟支为空白对照。将上述倍半萜类化合物用乙醇水溶液配成0.68％(m/v)的溶液，分别以5μL、10μL、15μL、20μL四个注射量用香精香料注射机添加至不同的“紫云烟”卷烟烟支烟丝中，然后将卷烟样品在(22±1)℃、相对湿度60％±2％条件下平衡48h，分别得到卷烟烟支A1、B1、C1和D1，供专家感官评吸用。
将添加了本发明的倍半萜类化合物的卷烟烟支和空白对照卷烟进行感官品质评价，结果表明，本发明的倍半萜类化合物用于卷烟增香提质效果明显，可显著提升卷烟香气浓度、增加香气量、提高卷烟感官抽吸品质，作为卷烟添加剂具有广阔的应用前景。
实施例10-与保润剂的协同作用
取实施例1-4中任一制备的倍半萜类化合物与保润剂进它们对卷烟感官品质的协同效果试验，试验情况如下：
供添加用卷烟为红云红河集团产品“紫云烟”卷烟烟支，每支的烟丝重量为0.68g。以未添加任何其他物质的“紫云烟”卷烟烟支为空白对照。将上述倍半萜类化合物用保润剂配成0.68％(m/v)的溶液，分别以5μL、10μL、15μL、20μL四个注射量用香精香料注射机添加至不同的“紫云烟”卷烟烟支烟丝中，然后将卷烟样品在(22±1)℃、相对湿度60％±2％条件下平衡48h，分别得到卷烟烟支A2、B2、C2和D2。将上述倍半萜类化合物用保润剂配成0.68％(m/v)的溶液，分别以5μL、10μL、15μL、20μL四个注射量用香精香料注射机添加至不同的“紫云烟”卷烟烟支烟丝中，再向上述不同卷烟烟支的烟丝中分别加入占烟丝质量0.1％、0.4％、0.7％、1％的保润剂。其中所述保润剂可以是甘油、丙二醇或山梨醇中的任一种或它们的混合物。然后将卷烟样品在(22±1)℃、相对湿度60％±2％条件下平衡48h。分别得到卷烟烟支A3、B3、C3和D3。
将分别添加了本发明的倍半萜类化合物的卷烟烟支、同时添加了本发明的倍半萜类化合物和保润剂的卷烟烟支以及空白对照卷烟进行感官品质评价，评吸结果表明：在卷烟中添加该化合物和保润剂，对卷烟具有很好的物理和感官保润作用，既能柔和卷烟烟气、提高烟气的圆润感和舒适性，还具有赋予卷烟烟气清香的效果。可见该化合物和保润剂之间具有协同效果。倍半萜类化合物相对于烟丝的最佳添加量在0.05‰～0.15‰之间，保润剂相对于烟丝的最佳添加量在0.1％～0.7％之间。本发明化合物结构简单，能明显改善卷烟抽吸品质，可作为烟用香料研发的先导性化合物以及与保润剂配合使用改善卷烟抽吸品质的新添加剂制备。

Claims (6)

1.一种倍半萜类化合物，其特征在于：其具有下述结构式：
该化合物的命名为：(2R,3S)-2,3-二氢-3-羟基-6-异丙基-2,5,7-三甲基茚-1-酮，分子式为C15H20O2。
2.一种根据权利要求1所述的倍半萜化合物的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
(1)制备烟草提取物浸膏:以烟叶为原料，将烟叶粉碎或切成小段，并用第一溶剂浸泡并提取所述烟叶3～5次，每次24h～72h，将提取液合并、过滤并浓缩后得到所述烟草提取物浸膏；其中所述第一溶剂是选自甲醇、乙醇或丙酮的有机溶剂与水的混合物，当所述第一溶剂为甲醇或乙醇与水的混合物时，其中甲醇或乙醇占该第一溶剂的80wt％～95wt％，当所述第一溶剂为丙酮与水的混合物时，其中丙酮占该第一溶剂的60wt％～90wt％；且第一溶剂：烟草＝(2-4):(4-6)，重量比；
(2)硅胶柱层析：将上述烟草提取物浸膏与其2-4重量倍的160～300目硅胶混合后干法装柱，然后用体积比依次为1:0、20:1、9:1、8:2、7:3、6:4、1:1和1:2的氯仿-丙酮溶液进行梯度洗脱，将其中体积为8:2的氯仿-丙酮溶液洗脱时得到的洗脱液称为第一洗脱液；
(3)高压液相色谱分离纯化：将上述第一洗脱液通入高压液相色谱进行分离纯化，该高压液相色谱采用21.2mm×250mm、5μm的C18色谱柱，流动相流速为20mL/min，流动相为55wt％的甲醇，紫外检测器检测波长为285nm，第一洗脱液每次进样200μL，每次进样后色谱峰保留时间为23.8min时所对应的洗脱液，称为第二洗脱液，将该第二洗脱液脱除溶剂后即得所述倍半萜化合物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：其还包括以下进一步提纯的步骤：将在所述高压液相色谱分离之后得到的所述倍半萜化合物再次溶于纯甲醇，并以纯甲醇为流动相，通过凝胶柱进行层析分离，得到进一步提纯的所述倍半萜化合物。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，在与所述160～300目硅胶混合之前，先将所述烟草提取物浸膏用其1.5～3重量倍的选自纯甲醇、纯乙醇或纯丙酮的第二溶剂溶解后与为烟草提取物浸膏的0.8～1.2重量倍的80～100目硅胶拌样。
5.根据权利要求1所述的倍半萜类化合物用于改善卷烟抽吸品质的用途。
6.根据权利要求1所述的倍半萜类化合物用于柔和卷烟烟气、提高卷烟烟气圆润感和舒适性或赋予卷烟烟气清香的用途。
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