CN111004224B - 一种环甲位烯胺酮类化合物及其合成方法、应用、烟草制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环甲位烯胺酮类化合物及其合成方法、应用、烟草制品，属于杂环化合物以及凉味剂技术领域。本发明的环甲位烯胺酮化合物为3‑(3‑吡咯啉基)‑5‑甲基‑2H‑吡喃‑2‑酮，具有如式I所示的结构。本发明的具有式I所示结构的环甲位烯胺酮类化合物，无臭无味，可作为凉味剂使用，具有比现有环甲位烯胺酮类凉味剂更好的稳定性，用于卷烟烟丝加香，能明显改善卷烟的舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种环甲位烯胺酮类化合物及其合成方法、应用、烟草制品，属于杂环化合物以凉味剂技术领域。
背景技术
凉味剂是一种能够给皮肤或黏膜带来凉爽或清新感觉的物质，凉味剂带给皮肤的这种生理效应不是由温度变化引起的，而是由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，特别是在食品(如饮料、口香糖)、牙膏、化妆品和卷烟等产品中有着广泛的应用。
薄荷脑是人们最为熟悉的凉味剂，具有清新的凉味、价廉且容易获得等优点，尽管如此，薄荷脑也存在非常明显的缺点，如易挥发、不耐高温，并且在人的皮肤和口腔中凉味持续时间短而凉味瞬时作用强烈，让人难受并带有苦味，这些都对薄荷脑作为凉味剂应用产生负面影响。为了克服上述缺点，许多化学工作者开始寻求薄荷脑的替代物，以适应不同场合的需求。
2001年11月，德国科学家T.Hoffmann及其合作者发表了他们在天然麦芽中找到的环甲位烯胺酮类凉味剂4-甲基-3-(1-吡咯烷基)-2[5H]-呋喃酮，它的薄荷味在口中的强度是薄荷脑的35倍，在皮肤上的强度是薄荷脑的512倍，持续时间是薄荷脑的2倍，表现出良好的市场前景。在后续研究中，人们又合成了多种具有环甲位烯胺酮类结构且具有凉味特性的化合物。然而，在实际应用中，现有的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。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定性更好的环甲位烯胺酮类化合物。
本发明的目的还在于提供一种工艺简单的上述环甲位烯胺酮类化合物的合成方法。
本发明的目的还在于提供一种上述环甲位烯胺酮类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。
本发明的目的还在于提供一种对口腔和喉部刺激小的烟草制品。
为了实现以上目的，本发明的环甲位烯胺酮类化合物所采用的技术方案是：
一种环甲位烯胺酮类化合物，具有如式I所示的结构：
本发明的具有式I所示结构的环甲位烯胺酮类化合物，相较于现有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；并且式I的化合物无臭无味，作为凉味剂使用时具有比现有环甲位烯胺酮类凉味剂更好的稳定性，用于卷烟烟丝加香，能明显改善卷烟的舒适性。
本发明的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法所采用的技术方案为：
一种上述的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法，包括以下步骤：将具有式II所示结构的化合物和三甲基铝在催化剂的作用下于溶剂中进行反应，即得；所述催化剂为双(三苯基膦)二氯化钯；所述反应的温度为80～120℃；
本发明的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法，工艺简单，具有很强的实用性，便于推广和应用。
优选的，所述反应在保护气氛中进行。所述反应的时间为3～5h。所述溶剂优选为甲苯。
优选的，上述的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法，还包括以下步骤：将反应结束后的体系除去溶剂，然后采用硅胶层析柱进行层析；所述层析采用的洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯的混合物。进一步优选的，洗脱剂中石油醚和乙酸乙酯的体积比为3～8:1。
为了使式II的化合物在反应过程中得到充分地利用，优选的，采用的三甲基铝相对于式II的化合物是过量的，即式II所示的化合物与三甲基铝的摩尔比不大于1:1。进一步的，所述三甲基铝相对于式II的化合物是过量的；所述反应在反应至式II的化合物消耗完时，进行淬灭处理，然后采用有机萃取剂进行萃取，将得到的有机相进行干燥处理，再除去溶剂。对反应进行淬灭处理，这样可以提高安全性，并降低产物中的杂质含量。淬灭处理采用的试剂优选为饱和氯化铵溶液。为了提高产物的收率，采用有机萃取剂进行萃取的次数可以为多次，萃取结束后合并有机相再进行干燥处理。萃取时采用的有机萃取剂优选为乙醚。经过萃取，除去的溶剂包括反应体系采用的溶剂也包括萃取时采用的有机萃取剂。
优选的，所述反应的时间为3～6h。为了加快反应的进行，反应过程中对反应体系进行搅拌。
优选的，式II所示的化合物采用包括以下步骤的方法进行制备：将3,5-二溴-2-吡喃酮和3-吡咯啉在钯催化剂、有机磷配体和无机碱的作用下于70～90℃下进行反应，即得；所述钯催化剂为醋酸钯；所述有机磷配体为1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦；所述无机碱为碳酸钾。
优选的，制备式II所示的化合物时，在70～90℃下反应的时间优选为0.5～1.5h。
优选的，制备式II所示的化合物的过程中，将反应结束后的体系采用硅胶过滤并采用有机冲洗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。对过滤后的硅胶进行冲洗采用的有机冲洗剂优选为乙醚。收集滤液和冲洗液后除去的溶剂包括反应采用的溶剂以及对硅胶进行冲洗时采用的有机冲洗剂。
本发明的环甲位烯胺酮类化合物作为凉味剂的应用采用的技术方案为：
一种上述的环甲位烯胺酮类化合物作为凉味剂的应用。
本发明的环甲位烯胺酮类化合物作为凉味剂应用时，可以作为凉味剂添加至食品(如口香糖、饮料)、牙膏、化妆品和烟草中使用，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，该烟草制品添加有上述的环甲位烯胺酮类化合物。
本发明的烟草制品，添加有上述的具有式I所示结构的化合物，对口腔和喉部刺激小，抽吸过程中舒适度高。
优选的，所述烟草制品为卷烟；所述环甲位烯胺酮类化合物在卷烟中的添加质量与卷烟中烟丝的质量比为(9.9～100)×10-7:1。本发明的式I所示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。
环甲位烯胺酮类化合物的实施例
实施例1
本实施例的环甲位烯胺酮类化合物具有如式I所示的结构，名称为3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-酮：
环甲位烯胺酮类化合物的合成方法的实施例
实施例2
本实施例具有式I所示结构的环甲位烯胺酮类化合物的合成路线如下：
具体的合成方法，包括以下步骤：
1)合成3-(3-吡咯啉基)-5-溴-2H-吡喃-2-酮(式II所示的化合物)
在氮气保护下向干燥的Schlenk反应管中依次加入3,5-二溴-2-吡喃酮254mg(1mmol)，醋酸钯7mg(0.03mmol)，1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦37mg(0.06mmol)，碳酸钾207mg(1.5mmol)，3-吡咯啉83mg(1.2mmol)和无水甲苯3mL，反应液在80℃和氮气氛围下搅拌1小时。反应液冷却至室温，使用短硅胶柱过滤，洗脱剂为乙醚40mL，滤液经减压旋蒸除去溶剂，得粗产品3-(3-吡咯啉基)-5-溴-2H-吡喃-2-酮备用。
2)合成3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-酮(式I所示的化合物)
在氮气保护下向另一干燥的Schlenk反应管中依次加入双(三苯基膦)二氯化钯21mg(0.03mmol)，三甲基铝的甲苯溶液0.55mL(1.1mmol，2.0M)和用无水甲苯3mL溶解的3-(3-吡咯啉基)-5-溴-2H-吡喃-2-酮试剂，反应液在100℃和氮气氛围下搅拌4小时。反应液用饱和氯化铵溶液2mL淬灭，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)，然后除去洗脱液中的洗脱剂，得3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-酮127mg，收率为72％。
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)，5.93(s，1H)，7.08(s，1H)；HRMS(ESI/[M+H]+)：178.0865。
环甲位烯胺酮类化合物作为凉味的应用的实施例
实施例3
本实施例的环甲位烯胺酮类化合物作为凉味剂的应用，具体是将具有式I所示结构的环甲位烯胺酮类化合物作为凉味剂在卷烟中的应用。
在本发明的环甲位烯胺酮类化合物作为凉味剂的应用的其他实施例中，是将式I所示结构的化合物作为凉味剂在口香糖、饮料、牙膏或化妆品中的应用。
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所示结构的环甲位烯胺酮类化合物；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
将3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-酮用1000倍的乙醇溶解，然后将得到的3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-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卷烟感官评吸结果
根据评吸结果可知，3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-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)-5-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)-5-甲基-2H-吡喃-2-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3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-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)-5-甲基-2H-吡喃-2-酮初始含量为5％(质量)，在37℃下密封保存90天后，使用GC-MS对4种溶液样品中待测成分进行定量分析，结果如表2所示。
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)-5-甲基-2H-吡喃-2-酮 | >4.99％ | >4.99％ | >4.99％ | 4.97％ |
| 3-羟基-5-甲基-2-吡喃酮 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 0.009％ |
| 3-吡咯啉 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 0.005％ |
由上述结果可以看出，本发明的具有式I所示结构的3-(3-吡咯啉基)-5-甲基-2H-吡喃-2-酮稳定性优异，不易水解。
Claims (7)
1.一种环甲位烯胺酮类化合物，其特征在于：具有如式I所示的结构：
2.一种如权利要求1所述的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：将具有式II所示结构的化合物和三甲基铝在催化剂的作用下于溶剂中进行反应，即得；所述催化剂为双(三苯基膦)二氯化钯；所述反应的温度为80～120℃；
3.根据权利要求2所述的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法，其特征在于：还包括以下步骤：将反应结束后的体系除去溶剂，然后采用硅胶层析柱进行层析；所述层析采用的洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯的混合物。
4.根据权利要求2或3所述的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法，其特征在于：洗脱剂中石油醚和乙酸乙酯的体积比为3～8:1。
5.根据权利要求3所述的环甲位烯胺酮类化合物的合成方法，其特征在于：所述三甲基铝相对于式II的化合物是过量的；所述反应在反应至式II的化合物消耗完时，进行淬灭处理，然后采用有机萃取剂进行萃取，将得到的有机相进行干燥处理，再除去溶剂。
6.一种如权利要求1所述的环甲位烯胺酮类化合物作为凉味剂在卷烟中的应用。
7.一种烟草制品，其特征在于：所述烟草制品添加有如权利要求1所述的环甲位烯胺酮类化合物；所述烟草制品为卷烟；所述环甲位烯胺酮类化合物在卷烟中的添加质量与卷烟中烟丝的质量比为(9.9～100)×10-7:1。
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