CN114085150A - 一种beta-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯类化合物的合成方法及其在卷烟中的应用 - Google Patents

一种beta-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯类化合物的合成方法及其在卷烟中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种β‑(‑)‑L‑薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法及其在卷烟中的应用，以(‑)‑L薄荷醇(1)和草酰氯单甲酯(2)为底物，在缚酸剂和第一反应溶剂中反应得到(‑)‑L‑薄荷基草酸单甲酯(3)；随后以(‑)‑L‑薄荷基草酸单甲酯(3)和丙烯酸酯类化合物(4)为反应原料，在第二反应溶剂中加入可见光催化剂、还原剂，455nm蓝光照射下室温反应，其反应式为：
Figure DDA0003351754380000011
。本发明中目标化合物的合成反应可以在常温常压下进行，反应条件温和，对反应设备要求低。本发明使用450‑480nm波长的蓝光为光源激发反应进行，相比传统的紫外光激发的反应，光污染更少。将本发明制备的β‑(‑)‑L‑薄荷基丙烯酸酯类化合物作为凉味剂添加到卷烟烟草中，提升卷烟抽吸舒适度，清咽利喉。

Description

一种beta-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯类化合物的合成方法及其 在卷烟中的应用
技术领域
本发明属于烟用添加剂技术领域，具体是一种新型的能提升卷烟抽吸舒适度、清咽利喉的β-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯类化合物的合成方法及其在卷烟中的应用。
背景技术
在日常生活当中，能对嗅觉及皮肤、口腔产生清凉感觉的化合物通常被称为凉味剂，最为人所知且最为常用的是薄荷脑，但由于其在高浓度使用时具有强烈的薄荷香味、苦味，还会造成一种灼烧的感觉，影响了其在某些领域的使用，因此香料化学工作者在过去的几十年中一直在寻找薄荷脑的替代产品或衍生产品，已经有不少的认为安全的化合物应用于食品、烟草、医药、日化等行业中，包括各种含薄荷基的衍生物和不含薄荷基的衍生物，比较成功且已商品化的主要有以下几种：德国Symrise公司的乳酸薄荷酯(Frescolat MLFEMA#3748)、薄荷脑乙二醇碳酸酯(Frescolat MGC FEMA#3805)、薄荷脑丙二醇碳酸酯(Frescolat MPC FEMA#3806)和薄荷酮甘油缩酮(Frescolat MGA FEMA#3807)，日本高砂香料公司的薄荷脑甘油醚(TK-10FEMA#3784)，法国VMF公司的丁二酸单薄荷酯(FEMA#3810)，美国千禧年化学品公司和瑞士奇华顿公司的WS-3(FEMA#3455)和美国千禧年化学品公司和法国罗地亚公司的WS-23(FEMA#3804)等。
目前新型凉味剂开发一直是热点的研究课题，例如最近批准的薄荷醚或酯类凉味剂，如薄荷基甲基醚(MMG FEMA#4054)，戊二酸单薄荷酯(MMG FEMA#4006)和戊二酸双薄荷酯(DMG FEMA#4604)。传统化学合成β-薄荷基丙酸酯类凉味剂过程中需要大量金属有机试剂如薄荷基铜锂试剂，同时需要在零下40度低温环境下反应并产生大量过度金属盐废弃物。
为了解决以上问题，提出本发明。
发明内容
本项目目的是提供一种新型的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类凉味剂的光化学合成方法。
本发明的目的针对目前传统化学合成β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类凉味剂方法的局限性，提供一种新型的β-薄荷基丙酸酯凉味剂的制备方法。该方法使用可见光催化代替传统的过渡金属催化反应，在外源还原剂如叔胺、可见光催化剂如Ir(ppy)3存在下，利用450-480nm蓝光作为激发光源，由薄荷醇草酸单甲酯和缺电子烯烃如丙烯酸甲酯脱氧自由基加成反应得到β-薄荷基丙酸酯类凉味剂。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明第一方面提供一种β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，包括两个步骤：
第一步，以(-)-L薄荷醇(1)和草酰氯单甲酯(2)为底物，在缚酸剂和第一反应溶剂中反应得到(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)；
第二步，以(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)和丙烯酸酯类化合物(4)为反应原料，在第二反应溶剂中加入可见光催化剂、还原剂，在450-480nm波长的蓝光照射下室温发生自由基加成反应，制得β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物(5)；
两步的反应式为：
Figure BDA0003351754360000021
优选地，本发明所述的第一步反应中，所述第一反应溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、二氯乙烷或乙腈中的一种或几种混合使用。
优选地，第一步反应中，所述缚酸剂为碳酸钾、三乙胺或吡啶中的一种或几种混合使用。
优选地，第一步反应中(-)-L薄荷醇(1)和草酰氯单甲酯(2)的比例为1:1至1:4，反应时间为10至14小时。
优选地，第二步反应中，所述丙烯酸酯类化合物(4)中R基团可为叔丁基、乙基、甲基、苄基等烷基，也可为苯基等芳香基。
优选地，第二步反应中，光催化剂为Ir(ppy)3、Ir(dtbbpy)(ppy)2PF6、或Ru(bpy)3Cl2.6H2O中的一种或几种。此外，所述催化剂为(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)摩尔量的1-5％。
优选地，第二步反应中，所述第二反应溶剂为甲苯、乙醇、乙腈、二甲基亚砜和乙腈中的一种或几种混合使用。
优选地，第二步反应中，(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)和丙烯酸酯类化合物(4)的比例为1:1.5至1:4；还原剂为三乙胺、二异丙基乙基胺中的一种或两者的混合物，还原剂的添加量为(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)摩尔量的2至3倍。
优选地，第二步反应中，反应时间12-62小时。
本发明第二方面提供一种所述的光化学合成方法制备的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物在烟草中的应用，将所述β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物作为凉味剂添加到卷烟烟草中，改善卷烟抽吸品质，清咽利喉。
优选地，将得到的β-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯类化合物溶于食品级乙醇，按照烟丝比重的0.0005％-5％的比例添加到烟丝中。
本发明实现了可见光催化的薄荷基草酸单甲酯与丙烯酸酯类的自由基加成反应。有机光化学合成反应是利用可见光激发后的贵金属络合物作为催化剂的有机物化合物合成新方法。
与传统有机合成相比，本发明具有独特的优势：
1、本发明使用催化量的贵金属络合物作为光催化剂，在455nm蓝光激发下，光催化剂活化至激发态，激发态催化剂单电子氧化反应体系中的叔胺类还原剂后生成还原性更强的还原态光催化剂。还原态光催化剂作为单电子给体还原薄荷基草酸单甲酯后得到薄荷基自由基加成丙烯酸酯得到目标产物β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物
2、本发明采用自由基加成反应合成目标化合物，对比低温环境下的烷基铜锂试剂对缺电子烯烃的迈克尔加成反应，本发明中目标化合物的合成反应可以在常温常压下进行，反应条件温和，对反应设备要求低。具体来说，低温环境下的烷基铜锂试剂对缺电子烯烃的迈克尔加成反应通常需要冷却至零点以下，甚至零下几十度，需要使用低温反应装置，操作相对复杂,本反应为室温反应，操作简单，节约资源。
3、本发明使用的455nm波长的蓝光为光源激发反应进行，具体来说，相比传统的紫外光激发的反应，光污染更少。本反应使用蓝光激发反应进行，而传统的使用紫外光激发反应进行，紫外光能量高，对人体有伤害，在实验过程中需要避免紫外光的照射，而本反应使用450-480nm蓝光，对人无害。使用光源激发反应进行，是有机化学中比较常见的，就是把反应物混在一起，没有特定波长范围的光照射，不会发生反应或者反应很慢，当有特定波长范围的光照射，反应就会很快进行。
4、本发明合成方法中以上优势综合起来，简化了现有有机合成反应步骤，仅需要可见光作为驱动化学反应的动力，减少了低温或高温反应带来的能耗，十分符合绿色化学原理。通过本发明可以在温和反应条件下高产率地得到一系列薄荷基丙烯酸酯类化合物，其在烟草化学，香料合成，药物及农药等的合成中都具有广阔的应用前景。将本发明制备的新型的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类凉味剂具有改善卷烟抽吸品质、清咽利喉的用途。
附图说明
图1为本发明的反应通式和其中丙烯酸酯类(4)化合物和β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物(5)的通式，其中R为烷基、芳基等取代基。
图2为本发明合成化合物β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物(5)的结构式，其中R为烷基、芳基等取代基。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步的说明，但不以任何方式对本发明专利加以限制，基于本发明专利教导所作的任何变换或替换，均属于本发明专利的保护范围。
实施例1：(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)
如图1所示，将底物156mg(1mmol)(-)-L-薄荷醇(1)和183mg(1.5mmol)草酰氯单甲酯(2)溶于15mL二氯甲烷中。室温搅拌下缓慢滴加151mg(1.5mmol)三乙胺。滴加完毕，室温搅拌12小时，随后将反应液倒入水中，分离有机相后水相用二氯甲烷萃取三次，合并有机相后水洗三次，有机相经无水硫酸钠干燥后回收二氯甲烷得到的粗产物(3)不经纯化直接用于下一步反应。
实施例2：β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯(5)
如图1所示，将底物242mg(1mmol)(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)、2mmol丙烯酸酯类化合物(4)和1.5mg(0.02mmol)Ir(ppy)3溶于2mL乙腈中，向溶液中鼓氮气10分钟，随后在氮气保护下加入2mmol(200mg)三乙胺，反应液在氮气保护和10W 455nm蓝色LED照射下室温搅拌24小时。反应完毕后将反应液倒入10mL水中，用10mL乙酸乙酯萃取三次合并有机相随后无水硫酸钠干燥。回收有机相得到粗产品经硅胶柱层析分离，以67％的收率得到目标产物β-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯(5)。其中所述丙烯酸酯类化合物(4)中R基团分别为为叔丁基、乙基、甲基、苄基、苯基。第一步反应中，缚酸剂的量为2倍当量，反应时间为12小时。第二步反应中，还原剂为三乙胺；还原剂的添加量为2倍摩尔量；反应时间为24小时。
产物结构如图2所示，所得产物核磁谱图如下：
β-(-)-L-薄荷基丙烯酸叔丁酯5a：1H NMR(500MHz,CDCl3；number of H in eachregion is not assigned due to overlapping signal including two diastereomers)δ2.33-2.20(m),2.18-1.95(m),1.82(m),1.74-1.55(m),1.45(m,9H,containing t-Bugroups of two overlapping diastereomers),1.37-1.19(m),1.14-0.78(m),0.72(d,J＝6.9Hz,2H,tentatively assigned to Me of the major diastereomer),0.62(m)；13C NMR(126MHz,CDCl3,two diastereomers are reported together)δ173.92,173.79,80.11,80.04,48.42,46.69,40.99,38.35,38.03,36.00,35.45,34.74,34.10,32.94,32.45,29.34,28.29,28.28,28.05,26.49,25.98,25.25,24.42,22.97,22.94,21.83,21.75,20.93,20.60,15.39.
β-(-)-L-薄荷基丙烯酸叔乙酯5b:1H NMR(500MHz,CDCl3；number of H in eachregion is not assigned due to overlapping signal including two diastereomers)δ4.07(t,J＝6.9Hz,CH2),2.32-2.20(m),2.18-1.94(m),1.83(m),1.73-1.56(m),1.38-1.20(m),1.07(t,J＝6.9Hz,Me),1.14-0.77(m),0.72(d,J＝6.9Hz,2H,tentativelyassigned to Me of the major diastereomer),0.62(m)；13C NMR(126MHz,CDCl3,twodiastereomers are reported together)δ173.95,173.76,61.30,61.58,48.4,46.65,40.97,38.30,38.02,36.01,35.35,34.64,34.13,32.84,32.35,29.24,26.39,25.99,25.24,24.40,22.95,22.91,21.81,21.73,20.90,20.55,15.34,14.15.
β-(-)-L-薄荷基丙烯酸叔甲酯5c:1H NMR(500MHz,CDCl3；number of H in eachregion is not assigned due to overlapping signal including two diastereomers)δ4.01(s,CH3，3H),2.30-2.18(m),2.17-1.96(m),1.80(m),1.73-1.56(m),1.35-1.15(m),1.13-0.70(m),0.70(d,J＝6.9Hz,2H,tentatively assigned to Me of the majordiastereomer),0.63(m)；13C NMR(126MHz,CDCl3,two diastereomers are reportedtogether)δ173.96,173.76,51.80,51.58,48.43,46.77,40.93,38.35,38.04,36.04,35.47,34.77,34.11,32.93,32.44,29.34,26.47,25.99,25.26,24.43,22.99,22.91,21.82,21.76,20.90,20.61,15.39.
β-(-)-L-薄荷基丙烯酸叔苄酯5d:1H NMR(500MHz,CDCl3；number of H in eachregion is not assigned due to overlapping signal including two diastereomers)δ7.35-7.30(m,5H of phenyl),5.20(s,CH2 of benzyl,2H,),2.30-2.18(m),2.17-1.96(m),1.80(m),1.73-1.56(m),1.35-1.15(m),1.13-0.70(m),0.70(d,J＝6.9Hz,2H,tentatively assigned to Me of the major diastereomer),0.63(m)；13C NMR(126MHz,CDCl3,two diastereomers are reported together)δ174.09,173.83,136.12,127.10,127.10,128.91,128.91,127.66,66.4,48.40,46.79,40.99,38.38,38.05,36.06,35.47,34.75,34.12,32.91,32.42,29.33,26.45,25.97,25.28,24.45,22.95,22.96,21.83,21.74,20.91,20.60,15.38.
β-(-)-L-薄荷基丙烯酸叔苯酯5e:1H NMR(500MHz,CDCl3；number of H in eachregion is not assigned due to overlapping signal including two diastereomers)δ7.48-7.30(m,3H of pheyl),7.10-7.03(m,2H,of phenyl),2.31-2.19(m),2.19-1.97(m),1.82(m),1.75-1.58(m),1.37-1.16(m),1.19-0.73(m),0.71(d,J＝6.9Hz,2H,tentatively assigned to Me of the major diastereomer),0.66(m)；13C NMR(126MHz,CDCl3,two diastereomers are reported together)δ177.16,174.34,151.69,122.66,122.66,129.89,129.89,126.34,48.33,46.59,40.79,38.24,37.89,36.26,35.87,34.25,34.09,32.71,32.47,29.43,26.33,25.56,25.20,24.15,22.99,22.76,21.73,21.89,21.07,20.53,15.49.
将得到的β-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯(5a-5e)溶于食品级乙醇，按照烟丝质量的0.05％的比例添加到烟丝中，制成加热卷烟，经过评吸发现，与对照未添加β-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯(5a-5e)的对照比较，该化合物可以丰富香气量，提升卷烟抽吸舒适度，带有清凉的味道。

Claims (11)

1.一种β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，包括两个步骤：
第一步，以(-)-L薄荷醇(1)和草酰氯单甲酯(2)为底物，在缚酸剂和第一反应溶剂中反应得到(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)；
第二步，以(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)和丙烯酸酯类化合物(4)为反应原料，在第二反应溶剂中加入可见光催化剂、还原剂，在450-480nm波长蓝光照射下室温发生自由基加成反应，制得β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物(5)；
两步的反应式为：
Figure FDA0003351754350000011
2.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第一步反应中，所述第一反应溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、二氯乙烷或乙腈中的一种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第一步反应中，所述缚酸剂为碳酸钾、三乙胺或吡啶中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第一步反应中底物(-)-L薄荷醇(1)和草酰氯单甲酯(2)的摩尔比例为1:1至1:4，反应时间为10至14小时。
5.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第二步反应中，所述丙烯酸酯类化合物(4)中R基团可为叔丁基、乙基、甲基、苄基等烷基，也可为苯基等芳香基。
6.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第二步反应中，所述光催化剂为Ir(ppy)3、Ir(dtbbpy)(ppy)2PF6、和Ru(bpy)3Cl2.6H2O中的一种或几种混合，催化剂用量为(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)摩尔量的1-5％。
7.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第二步反应中，所述第二反应溶剂为甲苯、乙醇、乙腈、二甲基亚砜或乙腈中的一种或几种混合。
8.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第二步反应中，(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)和丙烯酸酯类化合物(4)的摩尔比例为1:1.5至1:4；还原剂为三乙胺、二异丙基乙基胺中的一种或两者的混合物，还原剂的添加量为(-)-L-薄荷基草酸单甲酯(3)摩尔量的2至3倍。
9.根据权利要求1所述的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物的光化学合成方法，其特征在于，第二步反应中，反应时间12-62小时。
10.一种权利要求1-9任一项所述的合成方法制备的β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物在烟草中的应用，其特征在于，将所述β-(-)-L-薄荷基丙烯酸酯类化合物作为凉味剂添加到卷烟烟草中，提升卷烟抽吸舒适度，清咽利喉。
11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，将得到的β-(-)-L-薄荷基-丙烯酸酯类化合物溶于食品级乙醇，按照烟丝比重的0.0005％-5％的比例添加到烟丝中。
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CN113801023A (zh) * 2021-10-27 2021-12-17 四川中烟工业有限责任公司 一种薄荷醇甲酸酯潜香化合物、制备方法及用途

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