CN110981862A - 一种化合物及其合成方法、应用、烟草制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化合物及其合成方法、应用、烟草制品，属于杂环化合物及凉味剂技术领域。本发明的化合物为3‑(3‑吡咯啉基)‑4‑甲基‑2‑吡喃酮，具有如式I所示的结构。本发明的如式I所示结构的化合物，无臭无味，在二氯甲烷、水、乙醇以及添加乙酸的乙醇中不易分解，性质稳定，与现有环甲位烯胺酮类凉味剂相比，具有更好的稳定性，用于卷烟烟丝加香，能明显改善卷烟的舒适性。

Description

一种化合物及其合成方法、应用、烟草制品
技术领域
本发明涉及一种化合物及其合成方法、应用、烟草制品，属于杂环化合物及凉味剂技术领域。
背景技术
凉味剂能够给皮肤或黏膜带来凉爽或清新感觉，这种生理效应不是由温度变化引起的，而是由具有凉味特性的化学物质与三叉神经末梢之间的特殊相互作用产生的。具有凉味特性的化合物已成为人们日常生活中必不可少的添加剂，尤其是在食品、饮料、牙膏、口香糖、化妆品和卷烟等产品中有着广泛的应用。
历史上，薄荷提取物和(-)-薄荷醇是最早被发现可以产生凉味的物质。其中，(-)-薄荷醇由于具有一定的提神作用，且植物提取和化学合成成本低，至今仍被广泛使用。尽管如此，(-)-薄荷醇也存在着非常明显的缺点，如高挥发性、强烈的薄荷气味、高浓度下明显的苦味和辛辣味等，使其在很多产品中的应用受到限制。因此，自20世纪60年代以来，人们一直致力于发现具有强大致凉作用却没有上述缺点的新型凉味剂。
2001年，德国科学家T.Hoffmann及其合作者首次从葡萄糖与脯氨酸的Maillard反应中发现了一系列具有凉味作用的化合物，研究结果表明，这类化合物属于环甲位烯胺酮类衍生物，分别是3-甲基-2-(1-吡咯烷基)-2-环戊烯-1-酮(3-MPC)、5-甲基-2-(1-吡咯烷基)-2-环戊烯-1-酮(5-MPC)、2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮(2,5-DMPF)。在后续研究中，研究人员合成了24种具有环甲位烯胺酮结构的凉味物质，其中5-甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮(5-MPF)和4-甲基-3-(1-吡咯烷基)-2(5H)-呋喃酮(4-MPF)被发现具有比(-)-薄荷醇更强的凉味作用，同时无臭无味，表现出良好的市场应用前景。
然而，在实际应用中，上述环甲位烯胺酮类化合物的致凉效果远远低于预期。主要原因在于这些化合物在使用和存放过程中稳定性较差，在水溶液、酸性溶液以及复杂体系中容易水解，并且产生具有难闻气味的胺类物质，使得产品的品质大打折扣。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定性更好的具有凉味特性的化合物。
本发明还提供了一种工艺简单的上述化合物的合成方法。
本发明还提供了一种上述化合物作为凉味剂的应用，具有添加量少、凉味明显且稳定持久等优点。
本发明还提供了一种对口腔和喉部刺激小的烟草制品。
为了实现以上目的，本发明的化合物所采用的技术方案是：
一种具有如式I所示结构的化合物：
Figure BDA0002313506700000021
本发明的具有式I所示结构的化合物，相较于现有的环甲位烯胺酮类化合物，吡喃环上的共轭作用更强，烯胺结构更稳定，在二氯甲烷、水、乙醇以及添加乙酸的乙醇中不易分解；此外，本发明式I的化合物无臭无味，作为凉味剂应用时与现有环甲位烯胺酮类凉味剂相比，具有更好的稳定性和致凉效果，用于卷烟烟丝加香，能明显改善卷烟的舒适性。
本发明的化合物的合成方法采用的技术方案为：
一种上述化合物的合成方法，包括以下步骤：将反应液在保护气氛下于90～130℃进行反应，即得；所述反应液包含3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮、3-吡咯啉、钯催化剂、还原剂、有机酸催化剂、吸水剂和溶剂；所述还原剂为甲酸和/或甲酸盐。
本发明的化合物的合成方法，工艺简单，具有很强的实用性。
优选的，所述溶剂为甲苯。
优选的，所述吸水剂为分子筛。以分子筛作为吸水剂时，分子筛除了能起到吸水的作用，还能对钯催化剂起到支撑作用。进一步优选的，所述吸水剂为
Figure BDA0002313506700000022
分子筛。
优选的，所述有机酸催化剂为乙酸、三氟乙酸、三氯乙酸、苯甲酸中的一种或任意组合。
优选的，所述甲酸盐为甲酸钠和/或甲酸铵。
优选的，所述钯催化剂为碳负载氢氧化钯和/或碳负载钯。进一步优选的，所述钯催化剂中的钯的负载量为8～15％(重量)。
优选的，钯催化剂中钯与3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮的摩尔比为0.05～0.15:1。
优选的，3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮、3-吡咯啉和还原剂的摩尔比为1:1～1.5:1～1.5。为了使原料中的3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮被充分利用，进一步优选的，3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮、3-吡咯啉和还原剂的摩尔比为1:1.3:1.3。
优选的，上述合成方法还包括以下步骤：将反应结束后的体系采用硅胶过滤并采用有机溶剂对过滤后的硅胶进行冲洗，收集滤液和冲洗液后除去溶剂，再采用硅胶层析柱层析。优选的，所述层析采用的洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯的混合物；石油醚和乙酸乙酯的体积比为8～13:1。所述有机溶剂优选为乙醚。除去的溶剂包括反应体系采用的溶剂也包括对硅胶进行冲洗时采用的有机溶剂。
为了在提高反应效率的同时使反应更加充分，优选的，所述反应的时间为8～12h。
本发明采用的3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮(CAS:942499-01-6)具有如式II所示的结构：
Figure BDA0002313506700000031
上述式II所示的化合物可以通过购买获得，也可以采用包括以下步骤的方法进行制备：将3-羟基-4-溴-2-吡喃酮(CAS:198136-26-6)和三甲基铝在催化剂双(三苯基膦)二氯化钯的作用下于90～130℃下进行反应，即得。为了使原料中的3-羟基-4-溴-2-吡喃酮得到充分利用，可以添加过量的三甲基铝。使用过量的三甲基铝时，为了降低副反应的发生，并提高安全性，3-羟基-4-溴-2-吡喃酮完全反应后，淬灭反应。对反应液淬灭可以采用的饱和氯化铵溶液。所采用的3-羟基-4-溴-2-吡喃酮可以购买获得，也可以以3-羟基-2-吡喃酮和N-溴代丁二酰亚胺为反应物在70～90℃下反应制得。
本发明的化合物作为凉味剂的应用采用的技术方案为：
一种上述化合物作为凉味剂的应用。
本发明的化合物可以作为凉味剂添加至食品(如口香糖、饮料等)、牙膏、化妆品和烟草中使用时，具有添加量少、凉味明显且稳定持久等优点，能够提升产品的品质。
本发明的烟草制品采用的技术方案为：
一种烟草制品，所述烟草制品中添加有上述具有式I所示结构的化合物。
本发明的添加有上述具有式I所示结构的化合物的烟草制品，对口腔和喉部刺激小，舒适度高。
优选的，所述烟草制品为卷烟；所述具有式I所示结构的化合物与卷烟中烟丝的质量比为(9.9～100)×10-7:1。本发明的具有式I所示结构的化合物添加在卷烟中对提升卷烟烟气香气质、降低口腔和喉部刺激性方面有明显效果。
具体实施方式
以下结合具体实施方式本发明的技术方案作进一步的说明。
具有式I所示结构的化合物的实施例
实施例1
本实施例的具有式I所示结构的化合物，名称为3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮，结构如下：
Figure BDA0002313506700000041
具有式I所示结构的化合物的合成方法的实施例
实施例2
本实施例的式I所示结构的化合物的合成路线如下：
Figure BDA0002313506700000042
合成方法具体包括以下步骤：
1)制备3-羟基-4-溴-2-吡喃酮
在三口烧瓶中依次加入3-羟基-2-吡喃酮1.12g(10mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)20mL，在室温下搅拌并滴加N-溴代丁二酰亚胺的DMF溶液10mL(11mmol，1.1M)，滴加结束后继续搅拌24小时。
然后在反应体系中加入20mL饱和食盐水，再用20mL乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸除去溶剂，经硅胶层析柱层析(洗脱剂为石油醚、乙酸乙酯按体积比3:1组成的混合溶剂)得3-羟基-4-溴-2-吡喃酮1.55g，收率为81％。
产物为黄色固体，产物确认如下：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ：6.41(d，J＝5.7Hz，1H)，6.45(br，1H)，7.04(d，J＝5.7Hz，1H)；HRMS(ESI/[M+H]+)：190.9345。
2)制备3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮
在氮气保护下向干燥的反应瓶中依次加入3-羟基-4-溴-2-吡喃酮573mg(3mmol)，双(三苯基膦)二氯化钯63mg(0.09mmol)，三甲基铝的甲苯溶液1.65mL(3.3mmol，2.0M)和无水甲苯10mL得到反应液，将反应液在100℃和氮气氛围下搅拌5小时，然后用饱和氯化铵溶液10mL淬灭，再用10mL乙醚萃取3次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，减压旋蒸除去溶剂，经硅胶层析柱层析(洗脱剂为石油醚、乙酸乙酯按体积比5:1组成的混合溶剂)得3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮340mg，收率为90％。
产物为白色固体，产物确认如下：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ：2.13(s，3H)，6.13(d，J＝5.8Hz，1H)，6.43(br，1H)，7.07(d，J＝5.7Hz，1H)；HRMS(ESI/[M+H]+)：127.0401。
3)制备3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮
在氮气保护下向干燥的反应瓶中分别加入活化的
Figure BDA0002313506700000051
分子筛400mg，3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮126mg(1mmol)，碳负载氢氧化钯106mg(0.1mmol，10重量％钯负载量)，甲酸钠88mg(1.3mmol)，3-吡咯啉90mg(1.3mmol)，三氟乙酸40μL(0.5mmol)，甲苯10mL，得到反应液；将反应液于110℃在氮气氛围下搅拌10小时。
将反应结束后的反应体系用长2～3cm的短硅胶柱过滤，并以40mL乙醚作为洗脱剂对短硅胶柱进行冲洗，收集滤液和冲洗液，合并后经减压旋蒸除去溶剂，再经硅胶层析柱层析(洗脱剂为石油醚、乙酸乙酯按体积比10:1组成的混合溶剂)得3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮120mg，收率为68％。
产物为白色固体，产物确认如下：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ：2.13(s，3H)，4.31(s，4H)，5.83-5.90(m,2H)，6.13(d，J＝5.8Hz，1H)，7.08(d，J＝5.8Hz，1H)；HRMS(ESI/[M+H]+)：178.0860。
具有式I所示结构的化合物作为凉味剂的应用的实施例
实施例3
本实施例的具有式I所示结构的化合物作为凉味剂的应用，具体是将具有式I所示结构的化合物作为凉味剂在卷烟中的应用。
式I所示结构的化合物作为凉味剂的应用的其他实施例中，还可以将式I所示结构的化合物作为凉味剂在口香糖、牙膏、饮料或化妆品中的应用。
烟草制品的实施例
实施例4
本实施例的烟草制品为卷烟；卷烟的烟丝中添加有凉味剂；该凉味剂为具有式I所示结构的化合物；凉味剂的添加量为烟丝质量的百万分之一。
实施例5
本实施例的烟草制品与实施例4中的烟草制品的区别在于：凉味剂的添加量为烟丝质量的百万分之五。
实施例6
本实施例的烟草制品与实施例4中的烟草制品的区别在于：凉味剂的添加量为烟丝质量的百万分之十。
实验例1
本实验例将3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮用1000倍质量的乙醇溶解，将得到的3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮乙醇溶液与烟丝按照0.1-1.5:100的质量比添加到卷烟烟丝中，依照《YC/T 415-2011烟草在制品感官评价方法》对卷烟进行感官评吸，评吸结果见表1示。
表1卷烟感官评价结果
添加比例 评价结果
空白 香气质一般，刺激性较大，稍有杂气
0.1:100 香气质略有提升，略有清凉感
0.5:100 香气质明显变好，喉部刺激性减少，清凉感适中
1:100 香气质明显变好，口腔和喉部刺激明显减少，清凉感较强
1.5:100 香气质明显变差，杂气较重，刺激性变大，舌面残留较重
根据评吸结果可知，3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮对提升卷烟烟气的香气品质，降低喉部和口腔的刺激性方面有比较明显的效果，用量提升到1.5:100后，掩盖烟香，刺激性和残留变大。因此建议合适用量为0.1-1:100。由于3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮通过1000倍乙醇稀释后加入卷烟中，因此其真实用量相当于烟丝质量的百万分之一到十，说明只需加入极少量的3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮即可达到明显提升卷烟烟气品质的效果。
实验例2
本实验例将具有式I所示结构的化合物3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮分别溶解于二氯甲烷、水、乙醇、含0.1％乙酸的乙醇中，3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮初始含量为均5％(质量)，在37℃下密封保存90天后，使用GC-MS对4种溶液样品中3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮、3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮和3-吡咯啉进行定量分析，结果表2。
表2各样品溶液定量分析结果
检测成分 二氯甲烷 水 乙醇 乙醇(0.1％乙酸)
3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮 >4.99％ >4.99％ >4.99％ 4.96％
3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮 未检出 未检出 未检出 0.01％
3-吡咯啉 未检出 未检出 未检出 0.006％
由表2可以看出，本发明提供的式I所示的化合物3-(3-吡咯啉基)-4-甲基-2-吡喃酮稳定性优异，不易水解。

Claims (10)

1.一种具有如式I所示结构的化合物：
Figure FDA0002313506690000011
2.一种如权利要求1所述的化合物的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：将反应液在保护气氛下于90～130℃进行反应，即得；
所述反应液包含3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮、3-吡咯啉、钯催化剂、还原剂、有机酸催化剂、吸水剂和溶剂；
所述还原剂为甲酸和/或甲酸盐。
3.根据权利要求2所述的化合物的合成方法，其特征在于：3-羟基-4-甲基-2-吡喃酮、3-吡咯啉和还原剂的摩尔比为1:1～1.5:1～1.5。
4.根据权利要求2所述的化合物的合成方法，其特征在于：所述有机酸催化剂为乙酸、三氟乙酸、三氯乙酸、苯甲酸中的一种或任意组合。
5.根据权利要求2～4中任意一项所述的化合物的合成方法，其特征在于：所述甲酸盐为甲酸钠和/或甲酸铵。
6.根据权利要求2～4中任意一项所述的化合物的合成方法，其特征在于：所述钯催化剂为碳负载氢氧化钯和/或碳负载钯。
7.根据权利要求2～4中任意一项所述的化合物的合成方法，其特征在于：所述吸水剂为
Figure FDA0002313506690000012
分子筛。
8.一种如权利要求1所述的化合物作为凉味剂的应用。
9.一种烟草制品，其特征在于：所述烟草制品中添加有如权利要求1所述的化合物。
10.根据权利要求9所述的烟草制品，其特征在于：所述烟草制品为卷烟；所述化合物与卷烟中烟丝的质量比为(9.9～100)×10-7:1。
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