巨豆三烯酮新合成路线的研究与2-甲基咪唑N-烷基化反应研究（可编辑）

巨豆三烯酮新合成路线的研究与2-甲基咪唑N-烷基化反应研究（可编辑） ‘ 分类号:工&&立芏 密 级:公韭 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 编号:?苎口坠 贵州大学 届硕士研究生学位论文 巨豆三烯酮新合成路线的研究与 一甲基咪唑一烷基化反应研究 工~~量 学科专业:』堂 研究方向:云然主翅强蝈堇尴裳与王程 导 撼?一 师:一彭黔慕 研究生:盅??走~?、童~ 中国?贵州?贵阳 年月巨豆三烯酮新合成路线的研究 与.甲基咪唑.烷基化反应研究 , 、 化学工艺专业 研究生:宋光富 指导教师:彭黔荣博士 ~, 受国际卷烟味的影响,卷烟消费口味逐渐向高香味、低危害、低焦油方向 转变.然而,在减害降焦的同时,将伴随着卷烟香气的大量损失.因此,如何弥 补香味的损失以及提高烟草香气质量成为当前烟草行业的迫切任务,并由此而推 , 动着烟用添加剂研究和卷烟调香技术的提高和发展。 烟用添加剂的研究是烟草化学中一个重要领域。巨豆三烯酮属类胡萝卜素降 . 解产物,是烟草中重要的致香化合物,为油状液体,具有烟草香和辛香底韵,能 显著增强烟香,改善吸味,调和烟气,减少刺激性,是卷烟制造中不可缺少的香 ,, 料,并且也已经广泛应用于香水、化妆品、饮料和食品香精中。通过天然产物提 取巨豆三烯酮是其重要来源之一,但巨豆三烯酮在植物中的含量甚微。因此仅靠 天然产物提取显然不能满足香料市场的需求。本文通过考查文献报道的有关合成 方法,并对各反应方法的优缺点进行了分析比较。对以舡紫罗兰酮为起始原料的 传统路线进行了优化,即对制约产品收率的关键步骤一一选择性还原和烯丙位氧 化进行了较系统的考查,使优化后的路线,其产品总收率达到%。在此基础上, 优化设计出巨豆三烯酮新的合成方法,此方法以紫罗兰酮为起始原料,经烯丙 位氧化、选择性还原和消去脱水反应合成了巨豆三烯酮,收率达%,与传统经 还原、酯化、烯丙位氧化和高温消去脱水的四步反应路线收率在%左右相比, ’?,, 新方法的具有反应步骤简化、收率高、成本低等优点. . .烷基化反应是有机化学中极为重要的一类反应,其反应产物??一取代的 咪唑类化合物也已经展现出了非常有价值的药学功效。同时,以咪唑一烷基化 产物为原料所制成的咪唑离子液是一种无挥发性的、可循环使用的环境友好试剂,在有机合成及催化反应等方面有着广泛的应用前景. 基于此.本文开展了对 .甲基咪唑.烷基化反应的研究,结果表明:以为碱,为溶剂, 下,反应时间为时,我们可以高收率%的得到.乙基甲基咪唑.在此 条件下,我们又高收率的合成了一系列具有药学活性.甲基咪唑 类衍生物,反应 产率在%之问,较文献中的~%的收率有了很大的提高. 关键词;烟草香味物质巨豆三烯酮合成.烷基化反应 一 奄, ’ ?印卵缸脚 : : . ,’. ’ .。. .. , . . ., , , .. . , . . 一 , , , 毒 . ’’ , .% .% ., . %.抡 . , .煳, ? ? .. , : 一.,私, %西 . %, ?%. :贵州大学硕士学位论文 前言 国际烟草行业一直非常重视降低卷烟有害成分的研究,国内烟草企业也先后 推出了低焦油卷烟产品【”。然而,在降低焦油含量、降低危害成分的同时,将伴 随着卷烟香气的大量损失。因此,如何生产低焦油、低危害、高香气质、香气量 丰富的卷烟是各卷烟企业研究的热门课题,其方式有二:其一,有选择性地只降 低焦油含量、降低危害成分,而不降低致香物的含量,主要是在卷烟纸和烟丝中 添加助剂、在嘴棒中添加吸附剂或催化剂】,但助剂、吸附剂和催化剂对卷烟烟 香存在不同程度的破坏,须另外添加香精香料加以修正;其二,先把焦油和有害 成分降下去,再补充损失了的致香成分,此方法更离不开香精香料的补充。因此, 卷烟新产品的开发离不开香精香料的研究。为适应这一要求,研究加料和加香技 术,选择各种加香物质,以适应和满足不同卷烟叶组结构的需要。 烟用香料是一种特殊的商品,在使用过程中既要考虑对卷烟产品的影响,又 要考虑对吸烟者的健康。因此,在烟草中不论通过哪种途径使用 香精、香料都应 符合下列要求:?、有一定的香型和香味特征,在抽烟过程中能传递优美的香气 和吸味;?、对烟草有相应的适应性和稳定性,并与基质或配料相谐调:?、应 符合现有的加工工艺,并要避免成本的较大增加;?、对改进产品质量和降低成 本应有某些明显的贡献;?、应比较容易得到而且质量符合要求;?、加工及使 用都应安全可靠,不损害人体健康,并且不违反国内和国际的有关法规。 烟草施加香料最早可以追溯至年哥伦布发现美洲新大陆以后。人们在对 墨西哥的科尔特斯探险期间,在塔巴斯科的地方目睹印第安人 往烟草中施加柑桔皮油以增强香味。此后,许多香料被用于烟草生产中,人们在 大量使用香料的过程中对其致香成分产生了浓厚兴趣。近几十年来,化学家在对 天然致香化学成份进行深入分析研究的基础上,不仅弄清了许多化学成份对构成 特殊香味的贡献,而且大量的人工合成香料也已陆续被用作烟草香料,使得烟草 加香加料更具有针对性【】. 巨豆三烯酮及其衍生物是烟草中重要致香成分,白肋烟浓缩物中含有近% 的巨豆三烯酮类化合物,在希腊烟和土耳其烟中也有发现【。它们存在于烟草植贵州大学硕士学位论文 物中并起着重要的致香作用,但由于其在天然烟草中含量太少,使一般的烟草味 不足。已经发现在卷烟中加入少量的该化合物即可大大提高卷烟香味的品质,使 卷烟产生一种类似于可可和白肋烟一样的香味;该化合物是卷烟中自身存在的一 类香料,其香气与烟草协调一致,对卷烟的增香,去除杂气等方面有明显的作用。 巨豆三烯酮及其衍生物也是调配各种高档烟用香精的重要原料,国外很早就 有文章报道它在烟草中致香的重要作用,并对其合成进行了大量的研究啪铡。有 代表性的巨豆三烯酮合成研究如:年,及年..叮.. ,.去氢..紫罗兰酮出发合成巨豆三烯酮;年,等以. 氧代廿紫罗兰醇为原料合成了巨豆三烯酮的多种异构体的混合物;后来, 等【】进一步研究从.氧代廿紫罗兰醇或其乙酸酯经脱水或热解 得到巨豆三烯 酮;年,等嗍从,二甲基,.环己二酮发合成了巨豆三 烯酮;年,提出从异佛尔酮合成了巨豆三烯酮;年,. 等瞄以氧化异佛尔酮为原料经一系列反应合成了巨豆三烯酮类化合物:年 ’ 等【】也以该底物为原料合成了巨豆三烯酮等香料化合物。 目前国内对巨豆三烯酮合成研究大多是在国外的路线上进行局部优化,也取 得了一定的进展。据文献报道:年,刘建福等从紫罗兰酮出发,经还 原、酯化和烯丙位氧化合成了巨豆三烯酮前体物质一氧代吨.紫罗兰醇碳酸乙酯; 年,蒋思翠等 紫罗兰酮出发经.还原、醋酸酐酯化、三氧化铬烯 丙位氧化、水解和脱水反应得到巨豆三烯酮混合物;年,王建林等嘲以氧化 异佛尔酮和巴豆醛为起始原料合成了巨豆三烯酮化合物。由于巨豆三烯酮在烟草 调香中具有重要的致香作用,已引起国内各大烟草公司及香料公司的研究热情. 随着烟草工业竞争越来越激烈,烟用巨豆三烯酮的需求也将有进一步的提高.因 此,我国烟草行业要在激烈的国际竞争中占有一席之地,我们既要借鉴国外已取 得的先进成果,又要利用现代有机合成中最新的技术方法,探索出一条简便易行, 符合我国原料供应情况的合成路线。 贵州大学碗十学位论文 第一章烟草香味物质的研究进展 .烟草香味物质成分研究 烟草是人们研究得最多的植物之一,但对烟草的香味是什么成分所形成的, 直到世纪年代初始终只有肤浅的概念。一般认为精油、树脂、蜡和类黑素等 包含致香物质,烟草的腺毛为其重要来源,这些物质能被有机溶剂所提取.烟草 香味是评价烟草质量的重要因素,因此研究烟草中的香味化学成分对于提高烟草 品质、监控卷烟质量具有重要的意义。 由于吸烟对健康危害的巨大压力,世纪年代美国市场上卷烟烟气的焦 油量比年代几乎降低一半。导致卷烟香味严重不足,迫切需要用香料来加以弥 补.同时科学技术的发展又为各项研究工作提供了必要的手段和 条件,近几十年 来国内外对烟草香味成分的研究和应用获得了很大的进展,取得了较大的突破。 .. 世纪年代以前烟草及烟气香昧成分研究 世纪年代,等口就从烤烟中分离鉴定出了烟草中的重要香 味成分茄尼醇、新植二烯等。年,】研究 表明,香气较丰富的烤烟和香料烟中含有较高的挥发性脂肪酸,但香料烟中. 甲基戊酸和异戊酸的含量比烤烟分别高.倍和.倍。年,论述了 烟草及烟气的化学组成,其中列出了当时在烟草中发现的多种酸性成分. 世纪年代以来,随着分析仪器的性能不断完善,烟草中香味成分的研究日益活 跃。 烤烟:对于烤烟最有代表性的是年 烤烟, .等用 经氯仿萃取、浓缩、分子蒸馏,得 精油.提取物经过评吸,均具有高级烤 事 烟的香味特征.提取物再分离为若干部分,最后经气相色谱分离并用质谱、红外、 核磁共振仪来鉴定其成分,总计分离鉴定出羧酸类种,醇类种,醛类种, 酰胺类种,酸类种,酯类种,醚类种,亚胺类种,酮类种,内酯类 种,酚类种,氮杂环类种,共计类种化合物。大部分分离出来的化合贵州大学硕士学位论文 物还经评吸,区别其香味.上述化合物中,有种是在烤烟中首次发现的,而 其中的种化合物在其它类型烟草中未见文献报导,还有种化学成分也未见 文献报道。 , 白肋烟:对于白肋烟比较有代表性的是年美国的..和.. 、年瑞士的.和年日本的等人的研究工作.. 等连续报道定白肋烟中化学成分的研究成果,他们测定了烟草中 的挥发性、半挥发性化学成分及半挥发性游离酸。共鉴定出了种化学成分,. 其中种为新鉴定的烟草化学成分,他们在烟草中第一次鉴定出大马酮和二氢大 ?‘ 马酮。年,也报道了对白肋烟中香味成分的分离和鉴定情况。 。, 世年代后期,剐口,?蜘对白肋烟中的化学成分进行了系统研究. 共鉴 .定出种化学成分,其中种为烟草中新鉴定出的化学成分,种为新的天然 : 产物,对一些中性香味成分进行了定量测定,并对一些香味成分的来源进行了探 讨.至此从白肋烟中分离和鉴定出来的香味成分已达种,按照这些成分的性 质可分为:、类黑松烷巨环双萜烯的降解产物种;、类胡萝卜素的代谢 , ,. 产物,像异佛尔酮或紫罗兰酮结构的香味成分种;、可能与烟碱有关的间 位取代吡啶类种;、醛类经醇醛缩合反应的产物种;、其他有机化合物 如羧酸、醇类、醛类、酮类、酰胺、酸酐、酯类、烃类、呋喃、吡咯和吡嗪类化 合物,共计种. . 香料烟及其它烟叶:等?对希腊烟叶中的化学成分进行了研究, 他们研究的内容十分广泛,包括烟草中的中性挥发性成分、挥发 性酸、中性挥发 性含氧化合物以及不饱和烃类化合物。年,等【报道了对土耳其 烟叶的研究情况,他们鉴定出了种化学成分,其中种化学成分为在烟草中 首次发现。年,.也报道了研究土耳其烟叶中香气物质的成果, 其中在研究酸性成分时,鉴定出了多种酸性成分,并把烟草中的酸性成分分 为类,即、脂肪酸,、芳香酸,、萜烯酸,、羟基酸。他们认为萜 ,? 烯酸和羟基酸对于烟草特征香气的形成起着重要的作用。希腊和土耳其香料烟从 糖、氮化含物含量来看,介于烤烟和白肋烟之间,因此在香味组分中会有烤烟和 白肋烟中的类胡萝卜素、类黑松烷巨环双萜烯的降解产物,梅拉德反应生成物以 及一般有机成分.惟赖百当类的降解产物为香料烟所独有,这一区别对香料烟的 口 贵州大学硕士学位论文 香味风格可能有一定的意义. .. 世纪年代以来烟草及烟气香味成分研究 年,.【卅测定了不同地区、不同种类烟叶的顶空成分,不同地 区、不同种类的烟叶具有明显不同的带有特征性的挥发性成分,并认为该方法可 用来辨别不同种类的烟叶及配方.年,.【】研究了烤烟、香料 烟和白肋烟精油的化学组成,并模拟精油化学组分进行了调配香精的试验。 年,】对马里兰烟进行了香味成分研究,并把马里兰烟中的香味成分 与烤烟,白肋烟中的香味成分进行了比较。年,.报道了烤烟、白 肋烟、香料烟的顶空挥发性成分中的含氮化合物,共鉴定出了种成分,其中 种成分在烟草顶空成分中首次发现。年,.等报道了烤烟在调 制及醇化过程中,烟草中挥发性中性、酸性和碱性成分的变化,并对烤烟在调制 过程中一些香味成分的来源、变化做了探讨.年,.通过分析 燃烧烟叶得到的挥发性成分与烟叶精油以及卷烟烟气的冷凝物,对三者感官及化 学成分的差异进行了比较。年,.】报道了烟草在醇化过程中顶空成 分的变化,分析显示,一些挥发性成分,如糠醇、苯甲醇、茄酮在醇化过程中的 变化,可用来判断醇化过程对烟草质量的影响。年,.报道了烟草 的顶空挥发性成分与烟气质量的关系,共分析了种日本烟草样品,得到这样的 结论:烟草中的挥发性成分可用来判断烟草的吸食质量。 年,李云隅】报道了利用气相色谱分析烟叶中的低级脂肪酸,对不同地区、 不同品种的烟样进行了测定,定量出了种低级脂肪酸。年,冼可法【】报道 了对云南烤烟中性香味物质的分析研究,共鉴定出化学成分种,并模拟优质 云烟中性香味成分的组成,对其它地区的烟叶进行了加香试验。年,刘百战 【等报道了对不同部位、成熟度及颜色的云南烤烟中的化学成分进行的研究,测 定了种香味成分的含量.年,夏巧玲【?垮报道了对国内及国外不同类型卷 烟的顶空成分的分析结果,共鉴定出了种化学成分,结果表明,卷烟的顶空 成分与卷烟的香气及风格有着密切的关系。年,吴呜等报道了云南,河南烤 烟中的碱性香味成分分析。从年至今,李炎强等【先后报道了烤烟在发酵过贵州大学硕士学位论文 程中中性香味成分的变化、烤烟中酸性成分的存在状态、烟梗与 叶片中香味成分 的含量等.年谢剑平等对生长、采收、调制过程中的白肋烟烟叶,采用同 时蒸馏萃取、气相色谱、气质联用的技术,分析鉴定出种香味物质,其中 种成分为烟草中尚未报道的化合物.年,我们课题组杨再波等】采用同时蒸 馏萃取结合气相色谱及气质联用技术,对烤烟烟梗中挥发性中性香味成分进行了 ’ 分析研究。 ..烟草香味组分前体物质的探索 按致香基团的不同,一般可把烟叶香气成分分为酸类、醇类、酮类、醛类、 酯类、内酯类、酚类、氮杂环类、呋喃类、酰胺类、醚类及烃类.烟叶香气物质 除包括分子结构简单的挥发性香气成分外,还包括分子结构较复杂的香气前体 物,按照香气成分与香气前体物关系可把香气成分分为:、异戊间二烯类和降 异戊间二烯类,如类胡萝卜素、双萜类、无环类异戊阃二烯、无环和有环的类 胡萝卜素降解化合物、降.赖百当类、倍半萜烯和单萜烯等。其相应的降解香气 成分有,,巨豆三烯一一酮异构体、.氧化.紫罗兰酮、大马士酮、蚱蜢酮、.紫 罗兰酮、二氢猕猴桃内酯;、生物碱及其转化产物,如烟碱、去甲基烟碱、 假木贼碱等,其相应降解物有烟酸、烟酰胺、.吡啶基甲基酮、.吡啶基丙酮、 可的宁等;、苯丙氨酸和木质素代谢产物,相应降解产物成分有苯甲醛、 苯乙醛、苯甲醇、苯乙醇、.呋喃甲醛等嗍;、脂类代谢产物,如甘油酯、糖 酯、磷脂、神经鞘脂等,相应降解产物有异戊酸、.甲基戊酸、异丁酸等;、 糖与氨基酸非酶棕化产物,如氮杂环类的吡啶、吡咯、吡嗪类衍生物以及酸类和 羰基化合物等删。 ..类胡萝卜素 类胡萝卜素的降解产物在所有烟草中都有发现,其种类己近种.光氧化 所得的类胡萝卜素降解产物差不多也接近此数。烟叶经调制、醇化后,%的类 胡萝素都分解。烤烟中叶黄素约占类胡萝卜素总量的‰%。 .贵州大学硕士学位论文 等的研究指出,烟叶的香味与类胡萝卜素的存在成反比,就是说如果类胡萝卜素 在调制、陈化中不分解,则烟叶的香味不足。类胡萝素在氧化时,因双键断裂 的位置不同,产生、卜、的产物。 . . 门 ?随着烟叶类型的不同和调制方法不同,其降解产物也不同。从烟草中已分离 出含碳原子的降解产物种,.紫罗兰酮为降解产物之一,经还原成为紫 罗兰醇,再经氧化又可能转化为.巨豆烯.,二醇、,巨豆二烯.,二醇、 二氢光化二交酯,其间所产生的中间体还能转化为大马酮,这是烟草中一个重要 的致香组分;大马酮又可进一步转化为羟酮以及其它化合物,降解变化是非常复 杂的.类胡萝卜素的降解、、的产物也有类似的再降解和转化,在烟草 贵州大学硕士学位论文 中已分离种。烟草中非环萜烯的降解物约有种,其中茄醇为一系列降酮的 前身,可进一步转化成为饱和醇、紫罗兰酮和呋喃。 ...类黑松烷巨环双萜烯 烤烟、白肋烟、香料烟中都有类黑松烷巨环双萜烯及其降解产物的存在,它 们对烟草的香味有重要作用。年和在白肋烟中发现洳和 ,,黑松烯,一二醇,但它们的绝对构型没有确定。年..研究 了它们的分子构型,同年,..等对黑松一,,三烯,二醇作了同样 研究,表明类黑松烷巨环双萜烯在旋光中心都有构型,认为他们的前身是西柏 烯,黑松,,.三烯,.二醇是新鲜烟叶蜡质的主要成分,这一类化 合物的氧化降解产物,有许多是烟草香味的组分. 黑松烯醇类化合物在烟叶调制发酵、醇化中的降解反应有条途径:、羟 基氧化成为羟酮或二酮化合物,、羟基氧化脱氢成为四烯醇,、羟基氧化 脱氢成为四烯醛,、二烯成为二羟基酮酸,它和四烯醛都是茄酮的前身。 另一组降解产物是异戊二烯茄酮。此外,黑松,,.三烯.醇氧化后在、和、 双键处断裂时可形成的酮内酯、二酮内酯和羟基内酯,这些化合 物在成分 鉴定中归入二氢吡喃衍生物中。 茄酮经过还原、水合、氧化形成或较易挥发的芳香物,如茄酮、水合 茄酮、降茄二酮等又能氧化成为环氧二酮和环氧羟酮以及羟酮和酮基醇类.酮基 环氧衍生物又可环化为双环内缩醛。此外,茄酮呋喃、植呋喃、萜烯酮呋喃以及 的呋喃酮和烯醇等均在烟草中发现。 ...赖百当类双萜烯 普通烟草的遗传背景许多年来是不完全肯定的,一直至年.,.等 从不同茄科植物蛋白质多肽组分的比较中才充分揭露普通烟草是.和 .杂交而来.同年,..也成功地指出前者产生类黑松烷 双萜烯,而后者产生赖百当类双萜烯.烤烟和白肋烟中不存在赖百当类双萜烯,贵州大学硕士学位论文 而香料烟却受二种祖先基因的遗传,两种萜烯兼而有之. 赖百当类化合物是年吉尔斯等首先从土耳其烟草中检验出来的. 。年.&等从希腊烟叶中鉴定出种环氧赖百当酮和种相关的 醇类.年等报道在青烟叶里除有冷杉醇存在外,还有赖百当二烯 醇和二烯二醇等,..还从土耳其烟中发现少于个碳原子的相似化 合物种。这些。’、、’的组分中有些具有特别优美的香味,如 .羟基酮化合物具有龙涎香调的柏木香。用冷杉醇进行氧化降解的研究中,除 产生多种赖百当型降解产物外,还生成四氢呋喃类和四氢吡喃类化合物,吡喃进 一步氧化可得环氧赖百当烯酮,种四氢呋喃之一是希腊烟草的主要组分.由于 青烟叶中不存在侧键上被氧化的赖百当类化合物,青烟叶中的冷杉醇在调制时消 失,以及晒制有利于这些反应的生成,结合体外氧化降解的验证,认为冷杉醇是 ? . 这些赖酉当类降解产物的前身. .棕色化反应产物 氨基酸和糖类之间的非酶棕色化反应,也称梅拉德反应,与烤烟的特征性香 味有一定关系。反应产生复杂的混合物,包括各种挥发性化合物和聚合的棕色物 质,以前又称为类黑素。烟草中有很大一部分含香物质是由于氨基酸和糖类的化 学变化而产生的,烤烟中这两类物质的含量特别显著。据日本科学家及 其同事的研究,烟叶中的氨基酸可直接与糖类作用,形成可以被分离的缩合物或 称阿马杜里化合物 。他们在烤烟中的含量多达烟叶重量的 %,在醇化过程初期有所增加,而年以后则逐渐减少,上等烟叶的变化较大, 低档烟叶增减不多。研究了反应所生成的香味成分,认为烤烟品质的改进与美拉 德反应有关。现在已知道的反应路线,一是糖类环化成为呋喃及其衍生物,另一 条路线是还原糖在氨基酸或氨基化合物或氨的存在下,可以在较低温度时转化为 吡咯的多种羰基化合物,第三条路线是氨基酸降解成为少一个碳原子的醛类或酮 ,反应生成物氨基酮类经 类的斯特拉克尔降解反应 自身缩合,可成为对烟草香味有影响的吡嗪类化合物。烟草中因有许多种化合物 同时存在,所以发生的化学反应十分复杂。贵州大学硕士学位论文 曾 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了目前在棕色化反应中已发现的有代表性的香味成分,其中羧 酸种,醛类种,酮类种,呋喃类种,吡喃种,吡嗪类种,吡咯衍生物 种,吡啶类种,共计种。这些成分的香味有好有坏,烟叶的成分和加工处理 的条件不同就会形成不同的产物.棕色化反应错综复杂,到现在为止,还有许多 反应机理尚不很清楚,烟草化学工作者仍在继续研究和探索中. .重要烟用香料物质的合成研究 国际烟草行业一直非常重视降低卷烟有害成分的研究,国内烟草企业也先后 推出了低焦油卷烟产品。现在常用的降焦技术,如采用新型高效截流滤嘴、激光 打孔:高透气度卷纸、添加膨胀烟丝、膨胀梗丝等方法,虽然降低了烟气中焦油 的含量,但也不可避免地减少了卷烟烟气中的一些香味成分,使人感到“香烟不 香”,生理满足感不足,影响了我国低焦油卷烟的推广。开展低焦油卷烟香味补 偿技术研究,生产出能被消费者普遍接受的高香气低焦油卷烟产品成为一项重要 研究课题。选择烟草中的一些重要致香物质添加到低焦油卷烟中,弥补由于稀释 或截流造成的香味物质的损失,是进行卷烟香味补偿的有效途径. ,、&. 目前,除了各大香料公司外,一些烟草公司,如 .等都进行着大量的科研工作。其中有几类香料物 , 质备受瞩目,如西柏三烯及其衍生物、茄酮类香料化合物、紫罗 兰酮骨架类香料 化合物、吡嗪类香料化合物、释放型香料及巨豆三烯酮类香料化 合物的合成等。 ..西柏三烯类香料化合物 西柏三烯及其衍生物是赖百当烷系的二萜化合物以及与之相关 的的降萜化合物。这些化合物以及它们的代谢产物均有重要的嗅 香特性。 年, 和 【从金合欢醇出发经过多步反应最终合成了 烯柏三烯衍生物。 。责州大学硕士学位论文 . :,:四 . :工::: . :: , . ::.: . : 西柏三烯类化合物也被用作烟用香料,在烟草调香方面有重要作用,能 大大改善烟的香和味【鲫. ?%婶辞..茄酮类香料化合物 茄酮:化学名称为.异丙基..甲基.,.壬二烯酮.,最早是年由美国化 学家和从调制后的烟叶中发现的【】。茄酮具有类似胡萝的香 味和甘草、茶样芳香,尽管其香气淡弱,但向卷烟中加入十万分之几的量即可大 大提高卷烟香味品质:茄酸及其酯类具有酸甜气息,加入卷烟中可以醇和烟香, 增加香气;降茄二酮具有弱的坚果香及甜香,在卷烟中可以明显增加似可可和白 肋烟一样的香味‘. . 年,美国香料公司等人报道了他们的合成方法,其方法如下:贵州大学硕士学位论文 专丽 ×肿音 、量啦? . 等人于,年分别报道了以对.孟烯为原料合成茄酮的 方法限聊.即对.孟烯经开环、羰基保护、脱氯成炔化合物,炔化物在儿茶酚硼 化合物及三苯基膦钯化合物作用下与异丙烯基溴缩合,再经用’试剂氧化得 目标产物茄酮。 . 丁: 史一殳 瓯卜 年,孔宁川掣从异戊醛出发合成了异茄酮..异丙基..甲基.,.壬二 烯..酮,并对该化合物在烟草加香中的应用作了初步探讨。贵州大学硕士学位论文 。、矿鲫 乙酰乙酸乙醣 异丙酵铝 同茄酮骨架相近的同系物,.二甲基..异丙基.,,.壬三烯醛也是从烟叶 中分离得到的化合物,它可从,.二甲基..异丙基.,,.壬三烯用二氧化硒氧化 而得.另外,高砂公司曾对烟叶中的特殊成分降茄二酮在酸性和碱性条件 下的热反应进行了研究,发现在酸性条件下,该二酮主要转变为佛吉尼亚烟叶中 的新成分酰基伞花烃和一种二烯酮,而在碱性条件下则生成异丙基双环庚 烷羟基酮。 ”肿妒..紫罗兰酮骨架类香料化合物 这类化合物原是植物中高萜类的代谢降解产物。商品的主要成 分,,.巨豆三烯酮,其本身是从白肋烟、土耳其和希腊烟叶中发现的,它对烟 的香味特征有重要贡献。与此相关的有.氧代.紫罗兰醇,它也是烟叶中的一 种香成分,如经脱水,即生成巨豆三烯酮化合物。它的糖苷衍生物也有人认为是 一种有用的烟用香料。年, 申请 关于撤销行政处分的申请关于工程延期监理费的申请报告关于减免管理费的申请关于减租申请书的范文关于解除警告处分的申请 了有关.和.氧代紫罗兰醇通过与氯 甲酸乙酯在二氯甲烷中反应得.和.氧代紫罗兰醇碳酸酯的专利【,即化合物 和;它们性质较稳定,在未点燃的烟中没有香味,一经点吸即分解而生贵州大学硕士学位论文 成巨豆三烯酮和化合物,从而产生良好的香味,起到修饰、圆和以 及增效的 作用. ‖.‖秽矿 ‖.威,矿 心 加 为了相同目的,也可用或.氧代紫罗兰醇,或用或氧代突厥醇制成 相应的草酸双酯或草酸混合酯【。如.氧代..紫罗兰醇草酸酯的合成: .. 型竺 舳, ‘??????二???????? 一 ‖ 融足 贵州大学硕.学位论文 这类化合物在常温下流动性和挥发性均很小,而在烟丝中点燃时能赋于主流 烟气一种天然烟丝风味并改善侧流香味.紫罗兰醇,氯化锌于己烷中反应而得双 紫罗兰醚,它在烟叶中热解后可放出香味【刀. 宅专利中披露:氧代..紫罗兰醇羧酸酯用于烟草制品中可增 强烟的特征香,使总体烟味更为丰满耵。另一份专利报道了可作 为烟用香料的紫 罗兰醇烷烯基醚,?广一,如:以加于 成品点吸可使烟气更愉快和圆和。 渺 再如:反.和顺.,.脱氢.,.二氢茶螺烷酮也是良好的烟用香料。如以:反 /顺的混和物以.%加于烟叶中,可明显改进烟味. 此外,、最近还有一种单萜酮,,三甲基环戊?一烯?基.乙醇乙酸酯, 商品名为,能改善烟草制品的口味。这一化合物可自蒎烯经环氧化,贵州大学硕士学位论文 异构化得龙脑烯醛,然后经氧化和酯化而成. 它卜了 其它相关的化合物有乖,,每三甲基.。环己烯基.,酮隅 和氧代.,,.三甲基..环己烯.。叉基甲醛嗍,前者对主流侧流烟气均能 赋予甜润的烟香;而后者本身并无香气,但可增强白肋烟的香味。 戳妖肿 ..吡嗪类香料化合物 吡嗪类化合物在烟草中含量甚微,但它们却是烟草香味物质中的重要组成部 分.随着毗嗪类香料在烟草香味物质中的不断发现,各国研究者 也不断探索其合 成和提取的方法.一些烟草公司对新的吡嗪类香料的研究十分重视,并取得了良 好的结果,它们加在烟丝中经燃吸时可赋予烟气一种甜的坚果香味嗍。 年,..等报道了以乙酰乙酸乙酯为原料,经水解、亚硝化再水 解得到.酮肟,继而缩合氧化得到.二甲基吡嗪,并进一步衍生得到一系列高 度官能化的吡嗪类化合物【州. 。 且且。.嚣粉儿、警』% ‘;%贵州大学硕士学位论文等以硝基烷烃,醛和氨基酮盐酸盐为原料进行合成也得到了大 量不同取代基的烷基吡嗪类化合物嘲. 、一 \ 和 。一一 八?: , ..释放型香料的研究 为了保证加香应有的效果,防止香成分的过早挥发而研制出各种 能在吸烟加 热时放出所需香气的化合物,在近几年来也受到重视.如薄荷氧羰基葡萄糖 .,陋?烷基简称,能在卷烟抽吸时 释放薄荷脑的?气,增加烟的香味.它可用氯甲酸薄荷酯和葡萄糖在二甲胺基吡 啶存在下,以吡啶或为溶剂来合成【踟. 品 /\ 香兰素或乙基香兰素和酒石酸反应生成的二酯基二嗯茂衍生物经热解 可放出香兰素型香气旧。如将香兰素或乙基香兰素制成葡萄糖苷,加热后苷即分 解,使侧流烟气有良好的香气,而在主流烟气中却未观察到【嘲.各种二元酸如草 酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸的双香兰素酯均有改善侧流烟气的效果。 另外,羟基酸的香兰素酯,如.羟基己酸的酯受热后,除释出香兰素外同时 生成甲基丁位内酯,从而可进一步增强烟的香和味. 贵州大学硕士学位论文 。毛《二注。叮 ..巨豆三烯酮类香料化合物 巨豆三烯酮为油状液体,属于类胡萝卜素降解产物,它们具有烟草香和辛香 底蕴,能增强烟香,改善吸昧,调和烟气,减少刺激性,是调配各种高档香烟不 可缺少的香料,并且广泛应用于香水、化妆品、饮料、烟草和食品香精中。 巨豆三烯酮,化学名称是,,三甲基..亚丁烯基. 环己烯一酮,,一一.,分子式为 ,它有种同分异构体,,,,即: ,?’ 巨豆三烯酮存在于烟草植物中并起着重要的致香作用,但由于其在天然烟草 中含量太少,使一般的烟草味浓度不足。业已发现在卷烟中加入少量的该化合物 即可大大提高卷烟香味的品质,使卷烟产生一种类似于可可和白肋烟一样的香 味:该化合物是烟草中自身存在的一类化合物,其香气与烟草协调一致,对卷烟 的增香提调,去除杂气等方面有明显的作用。巨豆三烯酮及其衍生物也是调配各 种高档烟用香精的重要原料,国外很早就有文章报道它在烟草中 致香的重要作用 .’ 关于巨豆三烯酮及其衍生物的合成,国外进行了较多研究,国内报道甚少。 按起始原料不同,大致可分为以下几类。贵州大学硕七学位论文 ...以,去氢紫罗兰酮为原料 ?在年,从,.去氢..紫罗兰酮出发,经选择性还原、 酸催化重排、氧化等步骤完成其合成: 其中第二步转化率较低,约~%,产物较复杂,分离纯化比较麻烦,这 是巨豆三烯酮首次报道人工合成? 年,..和. 】也从’位脱二氢的.紫罗兰酮出发,先 进行选择性还原再与丁基锂及苯硫基氯作用,经氧硫化亚砜重排矗 】等步骤合成巨豆三烯酮。 . “亭 ,。‖景.‖ 其中第二步重排属于【,】迁移,但也伴随,迁移,收率较低仅有约%, 且操作比较麻烦. . 贵州大学硕七学位论文 ...以.氧代紫罗兰酮及其衍生物为原料 年,等报道了.氧代.旺.紫罗兰醇在存在下加热或用对甲 苯磺酸与苯或甲苯一起回流脱水得到巨豆三烯酮的多种异构体的混合物。后来, 等嘲进一步研究,从.氧代.叶紫罗兰醇或其乙酸酯,经脱水或热解均可完 成这一过程. , ? 最近,李俊,蒋思翠等嘲改进了这一过程,采用.羟基邻苯二甲酰亚胺为催 化剂,过氧化苯甲酰为引发剂,用空气或氧气氧化泓紫罗兰醇乙酸酯为.氧代.小 紫罗兰醇乙酸酯,然后减压加热分馏,即得巨豆三烯酮的多种异构体混合物.此 类方法比较简单,但获得巨豆三烯酮的纯度不高,产物中常含有巨豆三烯酮的同 分异构体,一般约为%左右。 . ’...以基一一环己二酮为原料 ,等鲫应用.二酮烯醇醚在动力学控制条件下与伍,.不饱和醛进 行交叉羟醛缩合反应瞰’】,将转变为烯醇醚,在二异丙基氨基锂 作用下 与巴豆醛缩合,随后再甲磺化消除及甲基化,得到了巨豆三烯酮。 贵州大学硕士学位论文 ,,? ?瓣 《 :人人 .乙醚。 一龇 ??, .伽;鼢 飞/、沁 ...以异佛尔酮为原料 年,谢提出嗍,从异佛尔酮,,.三甲基..环己烯..酮出发, 经烯醇硅醚化后与巴豆醛进行交叉缩合,然后再消除的方法完成 巨豆三烯酮的合 成. 舔 / /飞./\ 段代邺 .册 分众 /, 弘火 以此法,通过制备型液相色谱仪实现了巨豆三烯酮四个异构体的分离,纯度 较高。但反应步骤多,反应中需要无水无氧操作,条件较苛刻。 ...以氧化异佛尔酮为原料 年.掣以氧化异佛尔酮为原料,经酵羰基保护后,与丁 炔锂化物反应,再还原水解合成巨豆三烯酮。贵州大学硕.卜学位论文 ?堕 兰 一????? 游‰晋妒 此过程还得到多种羟基衍生物,但分离困难,目标物收率较低,约%。 【等嗍,采用先乙炔化,经重排、格氏反应等步骤,使收率有所提高. . 砰钒催化剂 放詈膀佣 从. ?州 ????? 热解 等【叼采用在金属锂作用下与.溴..丁烯反应,再经溴代,重排等,使反 应得以简化,等也报道了类似的方法。 / ?????????? 可以看出,上述各种方法各有其特点,但也都存在不同程度的缺陷,因此, 寻求新的简便易行、成本低、效率高的合成路线及对已有的合成路线进行合理优 化,系统进行此类化合物合成的方法学研究是当今该领域的研究重点。贵州大学硕士学位论文 第二章巨豆三烯酮新路线设计合成 .引言 巨豆三烯酮存在于烟草植物中并起着重要的致香作用,但由于其在天然烟草 中含量太少,仅靠天然产物提取显然不能满足市场需求,因此化学合成方法是其 主要来源。国外很早就报道它在烟草中致香的重要作用【”,并对其合成进行了 大量的研究。但是文献报道的方法各有其特点,但也都存在不同程度的缺陷,因 此,寻求新的简便易行、成本低、效率高的合成路线及对已有的合成路线进行合 理优化,系统进行此类化合物合成的方法学研究,是当今该领域的研究重点. 本章在对传统路线进行合成研究的基础上,设计合成出了一条新的合成路 线.并通过对反应条件的合理优化,使新的合成路线在技术、经济、环境等方面 优于现有的合成方法。 在以小紫罗兰酮为原料进行巨豆三烯酮合成时,涉及到烯酮及烯双酮的高选 择性还原和烯丙位氧化两个重要反应,下面就这两个重要反应过程的研究背景做 一简要介绍。 . .的选择性还原研究 由于其还原性能温和,选择性好、能够用于水相、还原反应后处理容 ,?】。近年来,通过添加不 易且价格便宜等优点,被广泛用于各类还原反应【 同种类金属离子进行,不饱和羰基或双酮的选择性还原的研究很多。 年, .鲫和..报道了稀土金属离子氯化物在, 甲醇体系中对烯酮类化合物选择性还原的影响及机理研究。其中 底物旺.环戊烯 : ..酮研究结果见。 贵州大学硕士学位论文 ’‘?。‘。。。。’。。‘‘’。。。。。‘?。。。。。‘’’????????????????’‘。。? ‘’。’??’???‘’?。’。。?。???’’一 ?, ’‘ 戤. : . ;, , 。 ’‘ ‘ :.壅塑查堂堡主竺垡堡茎 . 年,.等嗍重点考查了存在时,出对不同烯酮的 。 位选择性还原 。 , / . ” . 从表中我们可以看出作为一种经济、易得的无机盐在也对烯酮 ,位即羰基的还原具有非常好的选择性。 年,黄燕敏等【】报道了金属离子对苯甲酰丙酮选择性还原的影响 。 参。 ,曲,骶。,。伽;?。。。。。;?。。。嘶明吖。印?,。。?。。。。。《:》从 :: 贵州大学硕十学位论文 从表中数据可以看出,以为还原剂,添加不同种类的金属离子,苯 甲酰丙酮可选择性还原得到苯基.羟基一丁酮或.苯基一,丁二醇。作者推 测其可能的反应机理如下; 。 ’ 底物与金属离子络合可能形成两种不同的中间体,即酮式和烯醇式?. 由于不同的金属离子的络合能力有差异,与底物形成的和?的比例也就不同. 中间体时,金属离子直接与两个羰基络合,保持酮式结构,得到两个羰基都被 还原的产物,如.添加,中间体为?,.位羰基形成烯醇式结构, 地。进攻.位羰基,得到.羰基被还原的产物。这一研究结果,为此类多羰 基化合物的化学选择性或区域选择性还原研究提供了有用的参考。 烯烃的烯丙位氧化是人们合成烯酮的主要方法之一.早期多用各种铬试剂或壅丝查竺堡主兰焦丝苎 二氧化硒作氧化剂的方法;其后发展为改进的基于铬的分子筛或催化量三氧化铬 结合叔丁基过氧化氢的方法,以及各种硒酸试剂结合碘氧苯的方法;还有最近报 道的用己内酰胺的二铑配体和叔丁基过氧化氢催化氧化烯烃的方法等。使用过渡 金属催化结合终端氧化剂叔丁基过氧化氢获得烯酮,是应用最多和最实用的方法 之一.年科学家开性的以烯烃为原料,催化氧化合成了烯酮, 由于这种方法以简单的一步反应就在烯烃的烯丙位引入了活性的羰基,一方面产 生了大量有价值的产品,另一方面可以构建复杂的分子,因此受到了有机化学界 的关注,特别是终端氧化剂过氧化叔丁醇成功的用于这一转移,更丰富了这一研 究领域. ,,年,一加】用...个当量的活性铜粉或卤代铜与个当 量的叔丁基过氧化氢氧化五种.烯甾体,,,,以较好的收率%获得 一 了相应的烯酮.反应方程式如下: / ’ ;;; “????? 墨型盔兰塑主兰垒丝苎 : 反应结果见下 :, . 埘 ‘ ?绚. . , . , 舻 . . . 。 . . 引。 .. . .. , .. . 飓.; ~..;%% ; .. ? ; % ,; 作者注意到,其中活性铜粉的效果最好,接下来是碘化亚酮,其次 是氯化铜贵州大学磺士学位论文 和氯化铜。除了底物和需要在非极性溶剂笨租环己烷中,?反应 外, 其它底物都在乙腈中,.下进行。但是这种方法对一乙酰氧基?烯 甾体的 氧化没有取得较好的收率,并且反应需要在氮气保护下进行. 为了简便有效的合成甾体中间化合物,年咽小组优化 了.?为底物的烯丙位氧化反应,发现当底物为 时,溶 、为. 、%的 平均分四次加入时, 剂已腈为 ‘ 即、、.、.,反应小时可以高收率呦酌得到烯丙位氧化的 产物. .巨豆三烯酮传统合成路线的改进 . 传统路线以小紫罗兰酮为底物合成巨豆三烯酮大多经如下路线:烯酮的选择 性还原、醇的酯化、烯丙位氧化、水解、高温裂解或脱水重排合成巨豆三烯酮。 如年,蒋思翠等嘲以洳紫罗兰酮出发经函地还原、醋酸酐酯化、三氧化铬 烯丙位氧化、高温裂解脱水反应得到巨豆三烯酮混合物。我们对此传统方法进行 了改进,对制约总收率的两个关键步骤一选择性还原和烯丙位氧化一进行了重点 考查,通过对其反应条件的优化,使反应的总收率达到了%。本文以如下合成 路线成功地合成了巨豆三烯酮类化台物。 一茗 ,????从以上路线得知,我们改进的合成路线经四步反应,即还原、酯化、烯丙位 氧化和高温裂解过程合成了巨豆三烯酮.结果发现:我们在进行?.紫罗兰酮烯酮: 堡型丝塑主兰篁辇苎 的还原研究过程中。金属离子离子的加入,使得烯酮的还原反应过程中羰基 的还原更有选择性,在监控反应过程中,可以观察到反应基本上是定量反应, 并且进一步通过验证产物中没有双键单独被还原的产物生成或双键和羰基都 被还原的产物生成,收率达蛩%。比文献【】报道的不用反应的收率% 有了一定提高;在进行酯化反应时我们采用底物紫罗兰醇在吡啶和乙酸酐中 ’ 酯化的方法,反应过程如下: 等融 引用相关文献报道的方法,作者改变康物、乙酸酐、吡啶的摩尔比值,挑选 出反应收率最高的一组值作为反应总路线中优化出的最佳条件,结果如 所示: 从上表可以看出,第二组数据最好,收率最高,较文献路线中的%的收率 有略微提高。 接着我们又简单考查了.紫罗兰醇乙酸酯的烯丙位氧化反应条件,反应过程 如下: 贲,大学硕士学位论支/一鼓 当我们把,平均分四次,在、、.、.时加入反应中,反应 经小时后,得到%的产品.对比传统使用的三氧化铬体系,本方法不仅使产 品收率大大提高,而且无毒试剂的选择减小了对操作人员的危害.而且氧 化反应生成了叔丁醇和水,减少了对环境的污染,并且对人体的伤害要比文献报 道的其他氧化试剂要小的多,是一种对人体和环境都较友好的氧化试剂. ,: ;: . 最后,我们对.氧代?弘紫罗兰醇乙酸酯高温裂解合成巨豆三烯酮进行了如下 的条件摸索: 底物,在下,乙二醇 为溶剂,改 变反应催化剂碱性强弱,考查收率的变化表。从表中可以看出,随着碱性的 增加,巨豆三烯酮的收率呈下降趋势,经/鉴定发现产物中有较多的关环产 物生成。我们做了如下溶剂的筛选,由于御基磷三酰胺本身就具有碱 性。因此,我们在考查其对反应收率的影响时,考查了没有碱性催化剂存在时其 。 对反应收率的影响” 。 % .. /: 从上表中我们看出,在作为碱时,巨豆三烯酮化合物合成收率最高的 溶剂为乙二醇,心六甲基磷三酰胺为溶剂时,反应产率反而更低? 通过以上路线过程的研究,我们得出了以下的合成路线: 葶 经计算得出反应总收率%,总收率较低的主要是因为最后一步中收率仅 得塑%,因此要想使本路线收率有更大的升高,需对氧代?弘紫罗 兰醇乙酸酯 高温条件下合成巨豆三烯酮反应机理,催化条件等因素进行更加细致的探索研 究。 壅型奎堂堡主兰丝丝苎????????????????一 .巨豆三烯酮新合成路线的探索研究 由于传统路线中以.紫罗兰酮合成巨豆三烯酮路线时,具有合成路线长、收 率低等缺点,因此我们设计了如下路线:洳紫罗兰酮先经过烯丙位氧化得到氧 代.洳紫罗兰酮,再经过选择性还原得到一氧代?洳紫罗兰醇,最后经过消去脱水 并重排得到目标物巨豆三烯酮? 诲?蘑’ 从以上设计路线中,我们不难看出第二步反应是总路线中的关键步骤,由于 .氧代廿紫罗兰酮具有多羰基和双键,因此要想高选择性得到氧代。小紫罗兰醇 而双键和环上羰基不被还原具有一定的挑战性? .. 一氧代一。一紫罗兰酮的合成研究 时催化剂为或时烯丙 首先,本文分别考查了底物为. : 位氧化静紫罗兰酮时反应收率的影响?结果见 ,