CN105061407A - 基于降龙涎香内酯的潜香化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于降龙涎香内酯的龙涎香韵的潜香化合物及其制备方法和应用，将降龙涎香内酯溶解于足量溶剂中，在-78℃～50℃温度条件下加入碱，搅拌反应10min以上，然后加入酰基吡啶，继续在-78℃～50℃温度条件下搅拌反应30min以上，接着淬灭反应，最后进行后处理分离纯化得到目标潜香化合物。然后将其按照重量0.00001％～10％的添加比例添加到燃烧或者加热时能够释放香味的产品中。本发明为高挥发性、阈值较小的香料小分子的应用提供了很好的典范，同时还可增加和丰富龙涎香韵香料的种类、拓宽龙涎香香原料及酰基吡啶的应用范围，还可克服降龙涎香内酯及酰基吡啶自身的缺陷。

Description

基于降龙涎香内酯的潜香化合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明的实施方式涉及烟草香精领域，更具体地，本发明的实施方式涉及基于降龙涎香内酯和烘烤香韵酰基吡啶共价相连的新型潜香化合物及其合成和在卷烟加香中的应用。
背景技术
龙涎香是最具价值的动物性香料之一，它和麝香、灵猫香、海里香并称为四大动物香料。由于其具有复杂又彼此平衡的香味和持久的定香能力，具有滋补养身、壮阳、抗炎、阵痛等医疗效用，自古以来一直受到人们的器重。龙涎香现已被制成酊剂，主要用来配制高档名贵香水。
龙涎香是抹香鲸胃肠内的分泌物，类似结石，由鲸鱼呕吐或排泄于海面。由于抹香鲸濒于灭绝，1970年美国国会通过了禁止在美国本土内生产、销售和使用以抹香鲸为原料的任何商品。此后，国际鲸委员会1985年签订了禁止商业捕鲸的备忘录以保护这一物种。鉴于龙涎香来源缺乏，人们对其主要成分及相应的构效关系进行了大量研究。
降龙涎香内酯，存在于香料烟中，具有甜香、木香，赋予卷烟烟气柏木/木香特征。主要用于降龙涎醚等天然龙涎香代用品的合成，亦用于香精的调配。是一种优良的烟草增香矫味剂。在卷烟应用中，可掩盖烟草的粗杂气，以改进和提高香味质量，赋予烟草愉快的特征香气，使卷烟柔和，醇绵入口，是有效的增香矫味剂。R.J.ReynolsTobaccoCompany(雷诺烟草公司)已使用降龙涎香内酯，以万分之五到千分之三的量喷洒到烟丝上，以改善烟气的风味。
降龙涎香内酯能够增大和提高食品的感官，因此已经广泛用于食品工业。可用在含有甜味佐料的食品中，作为调味剂，增加食品的嗅觉效果，在咖啡工业中加入少量降龙涎香内酯，可以加重咖啡苦味，提高咖啡的提神效果。但是由于降龙涎香内酯阈值低，易挥发，加工和储存期间易因增香剂的挥发逸失而导致卷烟质量不稳定。
近年来，烷基吡啶及酰基吡啶的应用领域不断扩大，需求增长很快，已引起广泛关注。吡啶类香料如2-乙基吡啶、乙酰基吡啶、2,5-二甲基吡啶等具有强烈的白肋烟香气特征，可增进烟草的吸味及香气，广泛用于烟草调香及食品香精中。乙酰基吡啶类香料香味独特，添加在低焦油类香烟中，可提高香烟的品质及减轻刺激，是颇受喜欢的一种香料。
张建勋等在中国烟草学报，1992(1)，10-15将酰基吡啶按不同的浓度添加到烤烟型和混合型卷烟中，由空白样作对照，评吸专家组成评吸组进行评吸鉴定，评吸结果表明，3-乙酰吡啶等对烟草品质改善效果较好，具有明显增加烟草香味、改进香气质量、掩盖杂气、减少刺激性、增加劲头的作用，尤其对烤烟更为明显。
但是这两类分子都具有高的挥发性、较低的阈值，因而其耐热加工性差，使得其不能很好地运用到烟草配方中，而且在加工过程中容易损失，在储存期间因增香剂的挥发逸失而导致卷烟质量不稳定。
香料前体也叫潜香物质，就是将高挥发性或易升华的烟草增香剂通过物理或化学的手段，合成出该增香剂的前体，该前体在常温下没有或稍有香味，而在卷烟燃吸状态下热解成一种或多种分子碎片，释放出该增香剂，从而起到改进卷烟主流烟气品质的作用，达到增香的目的。图1为香料前体化合物的合成及释放机制简图。香料前体化合物加香可以赋予卷烟特色风格，卷烟抽吸过程中可以缓慢均匀释放香气成分，起到提调香气进而改善卷烟品质的作用。同时，还可减少香精用量，提高香精的稳定性和耐贮性，且加香工艺简便。也避免了在加工过程中由于其它因素给卷烟口味带来的影响。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于降龙涎香内酯和酰基吡啶共价结合的潜香化合物及其制备方法和应用，以期望依据有机合成的aldol反应和retro-aldol反应的应用，即在低温时两种香料分子通过aldol反应生成潜香物质，在高温(即在抽吸条件下发生retro-aldol反应)裂解释放出降龙涎香内酯和相应的其它香味物质。具体地,以降龙涎香内酯为龙涎香潜香的物质基础，通过与具有烘烤香韵的酰基吡啶共价结合，制备合成一类新型的潜香化合物。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种基于降龙涎香内酯的潜香化合物(CYL-2-QX-2)，它的结构通式如下：
其中，R1为氢或者包含1-4个碳原子的烷基，X为如下取代吡啶的结构：
或者
其中，R2、R3、R4、R5为氢或包含1-4个碳原子的烷基或者烷氧基，R2、R3、R4和R5相同或者不相同。
上述潜香化合物具有稳定性高，耐加工性强的特点，能够克服降龙涎香内酯及酰基吡啶的挥发性高、阈值小、闻香重、加工过程易损失等缺点。同时在高温(抽吸条件下)能够裂解释放出降龙涎香内酯和酰基吡啶等香味物质，用于改善卷烟的抽吸品质，彰显卷烟风格。
该潜香化合物的裂解释放机制如下：
本发明还提供了制备上述潜香化合物的方法，它的合成反应式如下：
具体操作方法为：将降龙涎香内酯溶解于足量溶剂中，在-78℃～50℃温度条件下加入碱，搅拌反应10min以上，然后加入酰基吡啶，继续在-78℃～50℃温度条件下搅拌反应30min以上，接着淬灭反应，最后进行后处理分离纯化得到目标潜香化合物。足量溶剂是指能够将龙涎香内酯完全溶解的溶剂量。
进一步的技术方案是：本发明所述的制备潜香化合物的方法中，所述溶剂为乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环、甲基四氢呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、二甲基亚砜、石油醚中的一种或者几种。更优选的溶剂为乙醚、四氢呋喃。
更进一步的技术方案是：本发明所述的制备潜香化合物的方法中，所述碱为BuLi、LDA、LiHMDS、NaNH2、NaH、NaOC(CH3)3、KOC(CH3)3、NaOEt或KOEt。更优选的碱为BuLi,LDA,LiHMDS。制备方法中优选的反应温度为-70℃～0℃。
更进一步的技术方案是：本发明所述的制备潜香化合物的方法中，所述降龙涎香内酯、碱和酰基吡啶的摩尔比为1:(1～2):(1～1.5)。
在上述制备方法中，第一次搅拌的时间在10min以上，优选10～60min；第二次搅拌的时间在30min以上，优选30min～12h，实际搅拌时间的长短根据反应情况而定。在该优选时间范围内，一般皆可达到较好的反应效果。
更进一步的技术方案是：本发明所述的制备潜香化合物的方法中，所述淬灭反应及后处理是指用水淬灭反应，分出有机层，再饱和食盐水洗涤、无水硫酸钠干燥、过滤、减压蒸馏去除溶剂，得到的残余物用硅胶柱层析分离。
上述方法中提及的优选方案，均是为了提高产物的产率而设计的优选方案。
本发明还提供了上述潜香化合物的应用方法，将其按照重量0.00001％～10％的添加比例添加到燃烧或者加热过程释放香味的产品中，如用于生产特定香韵的蜡烛或壁炉燃料，或特殊风味的调料汁、卤料或植物油中，或其它在燃烧或加热时释放出风味物质如烟草。
进一步的技术方案是：本发明所述的潜香化合物的应用方法是将潜香化合物以烟草重量0.00001％～2％的添加比例添加到烟草中。
更进一步的技术方案是：所述潜香化合物添加到烟草中的加入方法为加表香、加料或薄片加香，其中烟草可以是混合型或烤烟型的成品，或者是成品配方组成部分。
更进一步的技术方案是：本发明所述潜香化合物添加到烟草中的方式是将潜香化合物溶于水、醇或者二者的混合溶剂中，然后将溶液喷洒或者注射到烟草上。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明的潜香化合物的设计、制备及其应用，为高挥发性、阈值较小的香料小分子的应用提供了很好的典范，同时还可增加和丰富龙涎香韵香料的种类、拓宽龙涎香香原料及酰基吡啶的应用范围，还可克服降龙涎香内酯及酰基吡啶自身的缺陷，如：挥发性高、阈值小、闻香重、加工过程易损失等。
附图说明
图1为香料前体化合物的合成及释放机制。
图2为本发明潜香化合物的合成反应式。
图3为本发明潜香化合物CYL-2-QX-2A-a的裂解-气相色谱质谱图。
图4为本发明降龙涎香内酯的裂解-气相色谱质谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明的潜香化合物是用降龙涎香内酯和烘烤香韵酰基吡啶在碱条件下合成的，图中，R1为氢或者包含1-4个碳原子的烷基，R2、R3、R4为氢或包含1-4个碳原子的烷基或者烷氧基，R2、R3、R4可以相同，也可以不相同。
实施例1
在50ml圆底烧瓶中加入8ml无水乙醚和0.311ml(2.2mmol)二异丙胺，将溶液冷却至-60℃，然后将2.5N的正己烷溶液的BuLi(2.2mmol)滴入上反应体系，将反应体系升至0℃搅拌15min,然后在-60℃滴入降龙涎香内酯(500mg,2.0mmol)的乙醚溶液,继续搅拌反应体系40min,然后将3-乙酰吡啶(242.2mg,2.0mmol)的乙醚溶液滴加入上反应体系。将反应体系在此温度搅拌50min,用水淬灭反应，分出有机层，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏除去除溶剂，将残余物硅胶柱层析分离得CYL-2-QX-2A(两个非对映异构体CYL-2-QX-2A-a和CYL-2-QX-2A-b的混合物),收率68.0％。
其中结构表征如下：
CYL-2-QX-2A-a:
1HNMR(CDCl3):δ,ppm0.095(d,J＝12.0Hz),0.41(td,J＝12.4Hz,J＝3.2Hz,1H),0.69(s,3H),0.70(s,3H),0.82(s,3H),0.87(dd,J＝12.6Hz,J＝2.8Hz,1H),0.96～1.04(m,2H),1.15～1.33(m,3H),1.44(s,3H),1.64(td,J＝12.4Hz,J＝4.0Hz,1H),1.82(s,3H),1.84～1.88(m,2H),2.09(dt,J＝12.0Hz,J＝3.6Hz,1H),3.48(d,J＝13.2Hz,1H),6.17(bs,1H),7.29(dd,J＝4.8Hz,J＝3.6Hz,1H),7.82(dt,J＝8.0Hz,J＝2.0Hz,1H),8.54(dd,J＝4.8Hz,J＝1.6Hz,1H),8.77(d,J＝2.0Hz,1H).
ESIMS(positiveionmode)(rel.int.)m/z:372([M+H]+,100).
13CNMR(CDCl3):δ,ppm,15.75,17.66,19.98,20.89,23.01,23.39,33.51,33.53,37.87,38.59,40.14,41.45,52.46,56.37,61.61,73.35,84.14,123.00,134.28,140.50,148.36,148.94,179.70.
CYL-2-QX-2A-b:
1HNMR(CDCl3):δ,ppm0.84(s,3H),0.89(s,3H),0.96～1.08(m,5H),1.15～1.25(m,2H),1.33～1.44(m,6H),1.56～1.63(m,2H),1.77(s,3H),1.89(dd,J＝12.0Hz,J＝4.0Hz,1H),2.02～2.06(m,2H),2.23(d,J＝12.0Hz,1H),3.36(d,J＝12.0Hz,1H),3.53(bs,1H),7.26(dd,J＝8.0Hz,J＝4.0Hz,1H),7.81(d,J＝8.0Hz,1H),8.46(d,J＝4.0Hz,1H),8.72(s,1H).
ESIMS(positiveionmode)(rel.int.)m/z:372([M+H]+,100).
13CNMR(CDCl3):δ,ppm,15.74,18.41,20.01,21.28,26.14,33.77,33.89,38.49,38.79,41.05,41.94,53.45,56.67,61.34,73.20,83.33,122.79,134.23,142.93,147.93,148.21,176.13.
实施例2
在50ml圆底烧瓶中加入8ml无水乙醚和0.311ml(2.2mmol)二异丙胺，将溶液冷却至-60℃，然后将2.5N的正己烷溶液的BuLi(2.2mmol)滴入上反应体系，将反应体系升至0℃搅拌15min,然后在-60℃滴入降龙涎香内酯(500mg,2。0mmol)的乙醚溶液,继续搅拌反应体系40min,然后将2-乙酰吡啶(242.2mg,2.0mmol)的乙醚溶液滴加入上反应体系。将反应体系在此温度搅拌50min,用水淬灭反应，分出有机层，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏除去除溶剂，将残余物硅胶柱层析分离得CYL-2-QX-2B,收率63.0％。
其中CYL-2-QX-2B结构表征如下：
1HNMR(CDCl3):δ,ppm0.32(t,J＝12.0Hz,2H),0.72(s,3H),0.80(s,3H),0.83(s,3H),0.96～0.99(m,2H),1.21～1.32(m,3H),1.47(s,3H),1.60(td,J＝12.0Hz,J＝4.0Hz,1H),1.76～1.83(m,3H),1.84(s,3H),2.07(d,J＝12.0Hz,1H),4.08(d,J＝13.2Hz,1H),6.33(s,1H),7.23(dd,J＝8.0Hz,J＝4.4Hz,1H),7.47(d,J＝8.0Hz,1H),7.69(td,J＝5.2Hz,J＝1.6Hz,1H),8.60(d,J＝4.4Hz,1H).
ESIMS(positiveionmode)(rel.int.)m/z:372([M+H]+,100).
13CNMR(CDCl3):δ,ppm,15.44,17.89,20.02,20.96,22.87,24.95,33.54,33.57,37.90,38.70,39.10,41.69,50.43,56.44,61.57,75.11,83.90,120.53,122.86,136.84,148.28,161.80,180.00.
实施例3
在50ml圆底烧瓶中加入8ml无水乙醚和0.311ml(2.2mmol)二异丙胺，将溶液冷却至-60℃，然后将2.5N的正己烷溶液的BuLi(2.2mmol)滴入上反应体系，将反应体系升至0℃搅拌15min,然后在-60℃滴入降龙涎香内酯(500mg,2.0mmol)的乙醚溶液,继续搅拌反应体系40min,然后将4-乙酰吡啶(242.2mg,2.0mmol)的乙醚溶液滴加入上反应体系。将反应体系在此温度搅拌50min，用水淬灭反应，分出有机层，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏除去溶剂，将残余物硅胶柱层析分离得CYL-2-QX-2C,收率61.0％。
ESIMS(positiveionmode)(rel.int.)m/z:372([M+H]+,100).
实施例4
称取CYL-2-QX-2A-a，0.1mg在裂解-气相色谱质谱(Py-GC-MS)研究本发明的目标潜香物的裂解情况，结果表明新型潜香物在300～900℃均能裂解得到期望的降龙涎香内酯(25.06min)和3-乙酰基吡啶(5.09min)，如图3所示。
其中Py-GC-MS分析条件为：
热裂解条件：称取0.1mg合成的CYL-2-QX-2A-a样品，放人专用石英裂解管中，两端塞人适量的石英棉，将石英裂解管放入热解头中，再置于已调节好预定温度的裂解炉中旋紧螺栓，分别在设定好的系列温度下进行瞬间裂解(其中传输线温度为250℃，阀温230℃)。裂解温度为300，400，500，600，700和900℃，分别保持l0s，裂解炉压力为1.03x106Pa(高于气相色谱柱头压力)，裂解氛围为空气。
裂解产物由氦气直接导人GC-MS中进行分离和鉴定。
色谱条件：石英毛细管色谱柱DB-5MS(50mx250umx0.25um)，进样口温度250℃。升温程序：80℃保持1min，以10℃/min升至110℃，然后再以5℃/min升至270℃，保持，5min。载气(He)流速1mL/min，分流比50:1。
质谱条件：电子轰击(EI)离子源，电子能量70Ev；传输线温度280℃；离子源温度230℃；
扫描范围m/z80-450；溶剂延迟3.0min。
随着裂解温度的升高(500℃、700℃、900℃)，潜香物裂解所得的降龙涎香内酯进一步裂解生成其它致香小分子，同降龙涎香内酯自身的裂解比较可知，潜香物首先裂解得到设计所期望释放的目标致香分子2-乙酰基吡啶和降龙涎香内酯，然后降龙涎香内酯在进一步裂解生成其它的致香小分子。图4所示，降龙涎香内酯的裂解气相色谱质谱图。
降龙涎香内酯的Py-GC-MS分析条件为：
热裂解条件：称取0.1mg合成的降龙涎香内酯样品，放人专用石英裂解管中，两端塞人适量的石英棉，将石英裂解管放入热解头中，再置于已调节好预定温度的裂解炉中旋紧螺栓，分别在设定好的系列温度下进行瞬间裂解(其中传输线温度为250℃，阀温230℃)。裂解温度为300，500，700和900℃，分别保持l0s，裂解炉压力为1.03x106Pa(高于气相色谱柱头压力)，裂解氛围为空气。
裂解产物由氦气直接导人GC-MS中进行分离和鉴定。
色谱条件：石英毛细管色谱柱DB-5MS(50mx250umx0.25um)，进样口温度250℃。升温程序：50℃保持1min，以10℃/min升至110℃，保持1min,然后再以5℃/min升至270℃，保持2min。载气(He)流速1mL/min，分流比50:1。
质谱条件：电子轰击(EI)离子源，电子能量70Ev；传输线温度280℃；离子源温度230℃；
扫描范围m/z50-400；溶剂延迟3.0min。
实施例5
现以CYL-2-QX-2A卷烟加香评吸实验来说明这类化合物改善卷烟烟气香气。称取一定量的(CYL-2-QX-2A)用乙醇溶解后，按0.003％添加于某烤烟型烟丝上，卷制成实验卷烟。用同样的烟丝，添加与上面同样比例的乙醇，卷制成空白样卷烟。对比评吸表明，与对照样比较，实验卷烟有较明显的甜香、木香韵及烘烤香韵，能柔和烟气。
综上所述，本发明公开了一类基于降龙涎香内酯和酰基吡啶的目标潜香化合物(CYL-2-QX-2)的制备及其在卷烟加香中的应用,此类新型潜香化合物在卷烟燃烧时可均匀地向卷烟烟气释放降龙涎香内酯及取代酰基吡啶，该类潜香化合物具沸点高、挥发性低、闻香轻等优点，用于卷烟加香有很好的烟气增香效果。由此可知，本发明涉及的向卷烟中加入基于降龙涎香内酯和酰基吡啶的目标潜香化合物在卷烟中释放相应具有特定香韵的目标分子的方法是成功有效的。同时还克服了降龙涎香内酯及酰基吡啶自身的如挥发性高、阈值小、闻香重，加工过程易损失等缺陷。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种基于降龙涎香内酯的潜香化合物，其特征在于它的结构通式如下：
其中，R1为氢或者包含1-4个碳原子的烷基，X为如下取代吡啶的结构：
其中，R2、R3、R4、R5为氢或包含1-4个碳原子的烷基或者烷氧基，R2、R3、R4和R5相同或者不相同。
2.一种制备如权利要求1所述的潜香化合物的方法，其特征在于它的合成反应式如下：
具体操作方法为：将降龙涎香内酯溶解于足量溶剂中，在-78℃～50℃温度条件下加入碱，搅拌反应10min以上，然后加入酰基吡啶，继续在-78℃～50℃温度条件下搅拌反应30min以上，接着淬灭反应，最后进行后处理分离纯化得到目标潜香化合物。
3.根据权利要求2所述的制备潜香化合物的方法，其特征在于所述溶剂为乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环、甲基四氢呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、二甲基亚砜、石油醚中的一种或者几种。
4.根据权利要求2所述的制备潜香化合物的方法，其特征在于所述碱为BuLi、LDA、LiHMDS、NaNH2、NaH、NaOC(CH3)3、KOC(CH3)3、NaOEt或KOEt。
5.根据权利要求2所述的制备潜香化合物的方法，其特征在于所述降龙涎香内酯、碱和酰基吡啶的摩尔比为1:(1～2):(1～1.5)。
6.根据权利要求2所述的制备潜香化合物的方法，其特征在于所述淬灭反应及后处理是指用水淬灭反应，分出有机层，再饱和食盐水洗涤、无水硫酸钠干燥、过滤、减压蒸馏去除溶剂，得到的残余物用硅胶柱层析分离。
7.一种如权利要求1所述的潜香化合物的应用方法，其特征在于将其按照重量0.00001％～10％的添加比例添加到燃烧或者加热过程释放香味的产品中。
8.根据权利要求7所述的潜香化合物的应用方法，其特征在于将潜香化合物以烟草重量0.00001％～2％的添加比例添加到烟草中。
9.根据权利要求7所述的潜香化合物的应用方法，其特征在于所述潜香化合物添加到烟草中的加入方法为加表香、加料香或薄片加香，所述烟草是混合型或者烤烟型的成品，或者是成品配方的组成部分。
10.根据权利要求8或9所述的潜香化合物的应用方法，其特征在于所述潜香化合物添加到烟草中的方法是将潜香化合物溶于水、醇或者二者的混合溶剂中，然后将溶液喷洒或者注射到烟草上。
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