CN110590741A - 一种烟碱-苹果酸复合晶体及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟碱‑苹果酸复合晶体及其制备方法与应用,属于烟草化学技术领域。所述的复合晶体由一个二价加氢的烟碱阳离子和一个二价苹果酸离子组成,其化学计量式为C14H20N2O5,晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16)Å,b=8.1604(12)Å,c=24.030(4)Å,α=β=γ=90.00°。该烟碱‑苹果酸复合晶体的制备方法是通过成盐的方式,将烟碱固态化,形成一种新型烟碱添加形式,能应用于新型烟草制品的配方设计、质量控制研究中,易于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于烟草化学技术领域,具体涉及一种烟碱-苹果酸复合晶体及其制备方法与应用。
背景技术
新型烟草制品是指不经燃烧,通过加热烟草(烟液)后抽吸烟雾或直接口腔咀嚼等方式向人体递送烟碱的烟草制品,与传统卷烟相比其有害成分少,危害性较小;同时它不产生“二手烟”,能在一定程度上缓解公共场所禁烟和吸烟的矛盾,并在一定程度上满足烟民的生理需要。烟碱是烟草制品中含量最丰富的天然生物碱,是人类吸烟的主要动因。为了开发出能持续提供生理满足感,具备一定提味增香,且对人体健康危害减少的新型烟草制品,烟碱的添加形式是关键。烟碱是烟叶中天然生物碱的主要化学成分,分子结构是由两个氮杂环构成,吡咯环pKa=7.87,吡啶环pKa=3.15。吡啶环中的氮原子由于芳香化的影响,碱性很弱,与芳胺的碱性相近。吡咯烷环中的氮原子属于叔胺,由于此环没有芳香化,其碱性与脂肪族叔胺碱性相近,所以,烟碱容易和酸发生化学反应。因此,合成烟碱的有机酸盐或复合物,代替单体烟碱,用于制品配方,研发新型烟草制品的技术路线是可行的。而且结合态的烟碱不仅可以改善口感,而且影响烟碱的溶出行为,能持续提供生理满足感和口感。Rose, J.E., et al., Pulmonary delivery of nicotine pyruvate: Sensory andpharmacokinetic characteristics. Experimental and ClinicalPsychopharmacology, 2010. 18(5): 385-394报道了烟碱丙酮酸盐,并进行了相关药代动力学方面的研究。Hwa Jung, B., et al., Different pharmacokinetics of nicotinefollowing intravenous administration of nicotine base and nicotine hydrogentartarate in rats. Journal of Controlled Release, 2001. 77(3): 183-190 报道了烟碱酒石酸盐在大鼠体内的药代动力学。目前,还未有烟碱-苹果酸共晶晶体结构相关报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足,提供一种烟碱-苹果酸复合晶体及其制备方法与应用,通过成盐的方式,将烟碱固态化,形成研究的新型添加形式。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种烟碱-苹果酸复合晶体,所述的复合晶体由一个二价加氢的烟碱阳离子和一个二价苹果酸离子组成,其化学计量式为C14H20N2O5,晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16) Å,b=8.1604(12) Å,c=24.030(4) Å,α=β=γ=90.00°。
进一步,优选的是,所述的复合晶体的X射线粉末衍射图谱在2θ角度为7.34°,12.14°, 14.71°, 15.45°, 15.99°, 16.28°, 17.49°, 18.28°, 18.75°, 19.35°,21.70°, 22.15°, 23.25°, 24.38°, 24.68°, 25.04°, 25.78°, 26.33°, 27.64°,28.10°, 28.83°, 29.73°, 30.49°, 和30.93°处有特征峰。
本发明还提供上述烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,包括如下步骤:
将苹果酸的乙醇溶液于20-80℃下,边搅拌边滴加烟碱,控制反应液pH值不超过8,搅拌反应,反应结束后,向反应液中加入反溶剂使之出现乳白色浑浊,继续搅拌反应,反应结束后静置,过滤,得到的固体进行干燥,将干燥得到的粉末溶于有机溶剂中,避光条件下重结晶,得到烟碱-苹果酸复合晶体;
所述的苹果酸与烟碱的摩尔比为1:0.8-1:1.2。
进一步,优选的是,所述苹果酸为左旋苹果酸和/或右旋苹果酸。
进一步,优选的是,苹果酸的乙醇溶液为苹果酸乙醇饱和溶液或接近饱和溶液;控制反应液pH值为1-8。
进一步,优选的是,滴加烟碱后搅拌反应时间为0.1-10小时;加入反溶剂使之出现乳白色浑浊后,继续搅拌反应时间为2-60小时;静置时间为0.1-60小时。
进一步,优选的是,所述的反溶剂为丙酮、乙酸乙酯、乙醚、甲醇、异丙醇、丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷和二甲亚砜中的一种或几种的组合;反溶剂与反应液的体积比为1:1-3:1。
进一步,优选的是,所述的有机溶剂为乙醇。
进一步,优选的是,干燥条件为避光、温度不超过40℃。
本发明同时提供上述烟碱-苹果酸复合晶体作为制备烟用添加剂的应用。
本发明与现有技术相比,其有益效果为:
1.通过本发明方法可大量制备得到纯度较高的烟碱-苹果酸复合晶体固体粉末产物,产品稳定性好。
2.通过本发明方法能得到烟碱-苹果酸复合晶体的单晶体,并得到其单晶体结构。
3.本发明烟碱-苹果酸复合晶体是将烟碱固态化,形成一种新型烟碱添加形式,能应用于新型烟草制品的配方设计、质量控制研究中。
附图说明
图1为烟碱-苹果酸复合晶体的晶体结构。
图2为烟碱、苹果酸、烟碱-苹果酸复合晶体的紫外光谱。
图3为烟碱、苹果酸、烟碱-苹果酸复合晶体的红外光谱图。
图4为苹果酸、烟碱-苹果酸复合晶体的X射线粉末衍射图。
图5为烟碱、苹果酸及烟碱-苹果酸复合晶体的核磁共振1H谱图。
图6为烟碱-苹果酸复合晶体单晶体晶胞示意图。
其中产物1为烟碱-苹果酸复合晶体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。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。所用材料或设备未注明生产厂商者,均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
一种烟碱-苹果酸复合晶体,所述的复合晶体由一个二价加氢的烟碱阳离子和一个二价苹果酸离子组成,其化学计量式为C14H20N2O5,晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16) Å,b=8.1604(12) Å,c=24.030(4) Å,α=β=γ=90.00°。
本实施例烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,包括如下步骤:
将苹果酸的乙醇溶液于20℃下,边搅拌边滴加烟碱,控制反应液pH值不超过8,搅拌反应,反应结束后,向反应液中加入反溶剂使之出现乳白色浑浊,继续搅拌反应,反应结束后静置,过滤,得到的固体进行干燥,将干燥得到的粉末溶于有机溶剂中,避光条件下重结晶,得到烟碱-苹果酸复合晶体;
所述的苹果酸与烟碱的摩尔比为1:1。
实施例2
一种烟碱-苹果酸复合晶体,所述的复合晶体由一个二价加氢的烟碱阳离子和一个二价苹果酸离子组成,其化学计量式为C14H20N2O5,晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16) Å,b=8.1604(12) Å,c=24.030(4) Å,α=β=γ=90.00°。
本实施例烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,包括如下步骤:
所述的复合晶体的X射线粉末衍射图谱在2θ角度为7.34°, 12.14°, 14.71°, 15.45°,15.99°, 16.28°, 17.49°, 18.28°, 18.75°, 19.35°, 21.70°, 22.15°, 23.25°,24.38°, 24.68°, 25.04°, 25.78°, 26.33°, 27.64°, 28.10°, 28.83°, 29.73°,30.49°, 和30.93°处有特征峰。
将苹果酸的乙醇溶液于80℃下,边搅拌边滴加烟碱,控制反应液pH值不超过8,搅拌反应,反应结束后,向反应液中加入反溶剂使之出现乳白色浑浊,继续搅拌反应,反应结束后静置,过滤,得到的固体进行干燥,将干燥得到的粉末溶于有机溶剂中,避光条件下重结晶,得到烟碱-苹果酸复合晶体;
所述的苹果酸与烟碱的摩尔比为1:0.8。
所述苹果酸为左旋苹果酸。
苹果酸的乙醇溶液为苹果酸乙醇饱和溶液。
滴加烟碱后搅拌反应时间为0.1小时;加入反溶剂使之出现乳白色浑浊后,继续搅拌反应时间为2小时;静置时间为0.1小时。
所述的反溶剂为乙醚;反溶剂与反应液的体积比为2:1。
实施例3
一种烟碱-苹果酸复合晶体,所述的复合晶体由一个二价加氢的烟碱阳离子和一个二价苹果酸离子组成,其化学计量式为C14H20N2O5,晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16) Å,b=8.1604(12) Å,c=24.030(4) Å,α=β=γ=90.00°。
本实施例烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,包括如下步骤:
所述的复合晶体的X射线粉末衍射图谱在2θ角度为7.34°, 12.14°, 14.71°, 15.45°,15.99°, 16.28°, 17.49°, 18.28°, 18.75°, 19.35°, 21.70°, 22.15°, 23.25°,24.38°, 24.68°, 25.04°, 25.78°, 26.33°, 27.64°, 28.10°, 28.83°, 29.73°,30.49°, 和30.93°处有特征峰。
将苹果酸的乙醇溶液于60℃下,边搅拌边滴加烟碱,控制反应液pH值不超过8,搅拌反应,反应结束后,向反应液中加入反溶剂使之出现乳白色浑浊,继续搅拌反应,反应结束后静置,过滤,得到的固体进行干燥,将干燥得到的粉末溶于有机溶剂中,避光条件下重结晶,得到烟碱-苹果酸复合晶体;
所述的苹果酸与烟碱的摩尔比为1:1.2。
所述苹果酸为右旋苹果酸。
苹果酸的乙醇溶液为苹果酸乙醇饱和溶液或接近饱和溶液;控制反应液pH值为1-8。
滴加烟碱后搅拌反应时间为10小时;加入反溶剂使之出现乳白色浑浊后,继续搅拌反应时间为60小时;静置时间为60小时。
所述的反溶剂为丙酮、甲醇、异丙醇和三氯甲烷的混合物(体积比为1:2:1:1);反溶剂与反应液的体积比为1:1。
所述的有机溶剂为乙醇。
干燥条件为避光、温度不超过40℃。
实施例4
一种烟碱-苹果酸复合晶体,所述的复合晶体由一个二价加氢的烟碱阳离子和一个二价苹果酸离子组成,其化学计量式为C14H20N2O5,晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16) Å,b=8.1604(12) Å,c=24.030(4) Å,α=β=γ=90.00°。
本实施例烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,包括如下步骤:
所述的复合晶体的X射线粉末衍射图谱在2θ角度为7.34°, 12.14°, 14.71°, 15.45°,15.99°, 16.28°, 17.49°, 18.28°, 18.75°, 19.35°, 21.70°, 22.15°, 23.25°,24.38°, 24.68°, 25.04°, 25.78°, 26.33°, 27.64°, 28.10°, 28.83°, 29.73°,30.49°, 和30.93°处有特征峰。
将苹果酸的乙醇溶液于70℃下,边搅拌边滴加烟碱,控制反应液pH值为1-8,搅拌反应,反应结束后,向反应液中加入反溶剂使之出现乳白色浑浊,继续搅拌反应,反应结束后静置,过滤,得到的固体进行干燥,将干燥得到的粉末溶于有机溶剂中,避光条件下重结晶,得到烟碱-苹果酸复合晶体;
所述的苹果酸与烟碱的摩尔比为1:1。
所述苹果酸为左旋苹果酸和/或右旋苹果酸或两种苹果酸的组合。
苹果酸的乙醇溶液为苹果酸乙醇饱和溶液或接近饱和溶液;
滴加烟碱后搅拌反应时间为5小时;加入反溶剂使之出现乳白色浑浊后,继续搅拌反应时间为30小时;静置时间为30小时。
所述的反溶剂为丁醇、二氯甲烷和二甲亚砜的混合物(体积比为1:1:1);反溶剂与反应液的体积比为3:1。
所述的有机溶剂为乙醇。
干燥条件为避光、温度不超过40℃。
应用实例
烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,包括如下步骤:
(1)将苹果酸2.83g加入5ml乙醇溶液,并在水浴加热(60℃)溶解制成饱和溶液,随后,充分搅拌并滴加3.228ml尼古丁(摩尔比1:1),控制pH在5.8,反应2h。加入9ml乙酸乙酯使之出现乳白色浑浊。继续在搅拌(450r/min)反应3h,在室温下静置12h。过滤得到的固体进行干燥,得到微黄色粉末。
(2)取2g步骤(1)中得到的微黄色粉末状固体溶于5ml乙醇中,室温避光条件下,缓慢挥发溶剂,避光条件下重结晶,得高纯度的烟碱-苹果酸复合晶体的单晶体,其晶体结构如图1所示。
性能测试:
1. 紫外光谱分析
分别将苹果酸、尼古丁、烟碱-苹果酸复合晶体溶解在水中,测量190nm-350nm之间的紫外吸收峰,对比反应物与共晶产物的差异。结果如图2所示。固体苹果酸在260nm处没有紫外吸收,尼古丁的吸收峰是在262nm和208nm,烟碱-苹果酸复合晶体的吸收峰是在260nm和202nm。对比烟碱-苹果酸复合晶体和尼古丁,烟碱-苹果酸复合晶体的峰均有略微的蓝移,可能是苹果酸的酸性导致产物的峰蓝移。
2. 红外光谱分析
红外光谱实验以空气为背景,每次对于信号进行64次扫描累加,测定频率范围为4000cm-1~400cm-1。应用该实验方法对尼古丁、苹果酸和烟碱-苹果酸复合晶体进行红外光谱研究。结果如图3所示。对比尼古丁、苹果酸和烟碱-苹果酸复合晶体红外光谱中峰位置,烟碱-苹果酸复合晶体红外光谱中的1700cm-1峰对比苹果酸本身1750cm-1的峰有一定位移,说明羧基参与了反应,很可能已经成盐。3550cm-1左右的羧酸O-H伸缩振动峰向3450cm-1处位移,进一步说明羧酸参与了反应。
3. X射线粉末衍射图谱
采用X’Pert PRO型多晶X射线衍射仪(荷兰PANalytical公司)按以下条件测试本实施例制备的白色粉末结晶的X-射线粉末衍射图谱;
检测环境条件:室内温度25℃,相对湿度<60%,光源:Cu Kα线(λ=1.54056Å);
扫描范围2θ(°):4.0°~50.0°,扫描方式:步进;
扫描步长:0.01313°,累积时间:30ms/step;
管电压:40kv,管电流:40mA
结果如图4所示。晶体的X射线粉末衍射图谱在2θ角度为7.34°, 12.14°, 14.71°,15.45°, 15.99°, 16.28°, 17.49°, 18.28°, 18.75°, 19.35°, 21.70°, 22.15°,23.25°, 24.38°, 24.68°, 25.04°, 25.78°, 26.33°, 27.64°, 28.10°, 28.83°,29.73°, 30.49°, 和30.93°处有特征峰。该特征峰与固体原料苹果酸的谱图特征明显不同。
4. 核磁共振1H谱图
核磁共振氢谱采用Agilent1100-400MHz型核磁共振仪测定,DMSO-d6为溶剂,TMS为内标。测定尼古丁、苹果酸和烟碱-苹果酸复合晶体的核磁共振一维氢谱。结果如图5所示。通过分析尼古丁、苹果酸和烟碱-苹果酸复合晶体的核磁谱图,烟碱-苹果酸复合晶体的核磁图谱上的羧基峰明显消失,且产物的峰对比两者的叠加有一定的位移。说明产物中的尼古丁和苹果酸上的氢原子的化学环境有一定的改变,即尼古丁和苹果酸反生了反应。
5. 单晶衍射
单晶X射线衍射法( SXRD):采用Mo-Kα射线(λ= 0.71073),温度293.15 K,扫描范围θ=3.13~26.37°,晶体结构解析和精修采用Olex2-1.1软件完成;粉末X射线衍射法(PXRD):Cu-Kα射线,IKα2: IKα1=0.5,λ1=1.540598,λ2=1.544426,管压为40 kV,管电流为40 mA,发散狭缝1°,防散狭缝为2°,扫描范围2θ=4~50°,扫描步长为0.02626(2θ),扫描速度为30ms/step。结果如图6所示,烟碱-苹果酸复合晶体的晶体结构:共晶分子由一个加氢的烟碱阳离子(二价)与一个苹果酸离子(二价)组成,化学计量式为C14H20N2O5,其中烟碱与苹果酸分子以离子键和氢键结合。晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16) Å,b=8.1604(12) Å,c=24.030(4) Å,α=β=γ=90.00°。
本发明烟碱-苹果酸复合晶体是将烟碱固态化,形成一种新型烟碱添加形式,能应用于新型烟草制品的配方设计、质量控制研究中。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种烟碱-苹果酸复合晶体,其特征在于,所述的复合晶体由一个二价加氢的烟碱阳离子和一个二价苹果酸离子组成,其化学计量式为C14H20N2O5,晶胞参数为:正交晶系,P212121空间群,a=7.6293(16) Å,b=8.1604(12) Å,c=24.030(4) Å,α=β=γ=90.00°。
2.根据权利要求1所述的烟碱-苹果酸复合晶体,其特征在于,所述的复合晶体的X射线粉末衍射图谱在2θ角度为7.34°, 12.14°, 14.71°, 15.45°, 15.99°, 16.28°, 17.49°,18.28°, 18.75°, 19.35°, 21.70°, 22.15°, 23.25°, 24.38°, 24.68°, 25.04°,25.78°, 26.33°, 27.64°, 28.10°, 28.83°, 29.73°, 30.49°, 和30.93°处有特征峰。
3.权利要求1或2所述的烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将苹果酸的乙醇溶液于20-80℃下,边搅拌边滴加烟碱,控制反应液pH值不超过8,搅拌反应,反应结束后,向反应液中加入反溶剂使之出现乳白色浑浊,继续搅拌反应,反应结束后静置,过滤,得到的固体进行干燥,将干燥得到的粉末溶于有机溶剂中,避光条件下重结晶,得到烟碱-苹果酸复合晶体;
所述的苹果酸与烟碱的摩尔比为1:0.8-1:1.2。
4.根据权利要求3所述的烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,其特征在于,所述苹果酸为左旋苹果酸和/或右旋苹果酸。
5.根据权利要求3所述的烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,其特征在于,苹果酸的乙醇溶液为苹果酸乙醇饱和溶液或接近饱和溶液;控制反应液pH值为1-8。
6.根据权利要求3所述的烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,其特征在于,滴加烟碱后搅拌反应时间为0.1-10小时;加入反溶剂使之出现乳白色浑浊后,继续搅拌反应时间为2-60小时;静置时间为0.1-60小时。
7.根据权利要求3所述的烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,其特征在于,所述的反溶剂为丙酮、乙酸乙酯、乙醚、甲醇、异丙醇、丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷和二甲亚砜中的一种或几种的组合;反溶剂与反应液的体积比为1:1-3:1。
8.根据权利要求3所述的烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,其特征在于,所述的有机溶剂为乙醇。
9.根据权利要求3所述的烟碱-苹果酸复合晶体的制备方法,其特征在于,干燥条件为避光、温度不超过40℃。
10.权利要求1或2所述的烟碱-苹果酸复合晶体作为制备烟用添加剂的应用。
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