6-O-孟氧羰基-D-半乳糖酯的合成及應(yīng)用

沈 怡, 孫玉峰, 楊 涓, 聞 靜, 章 嵐, 鄭 健, 李 力

(四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心 卷煙減害降焦四川省重點實驗室， 四川 成都 610066)

卷煙保潤劑具有維持煙支含水率穩(wěn)定、減少香精香料揮發(fā)、保持卷煙內(nèi)在質(zhì)量相對穩(wěn)定和降低煙氣刺激性等作用。化學(xué)合成或修飾、從植物中提取制備是開發(fā)新型卷煙保潤劑的兩個重要途徑。在化學(xué)合成或修飾開發(fā)保潤劑方面，許春平等[1]對懷山藥多糖進行了羧甲基化修飾；盧昶彤等[2]合成了2-L-丙氨酸-2-脫氧-D-葡萄糖；鄒鵬等[3]合成了聚丙烯酸葡萄糖酯；唐麗等[4]合成了硬脂酸改性普魯蘭多糖衍生物；本課題組[5]合成了1-O-[3-(2-呋喃基)丙烯酰基]-β-D-吡喃果糖；陳芝飛等[6-7]合成了1-O-羧甲基-D-果糖、1-O-羥乙基-D-果糖和6-O-羧甲基-D-吡喃半乳糖；曾世通等[8]合成了β-紫羅蘭醇葡糖苷。在從植物中提取制備開發(fā)保潤劑方面，王小莉等[9]采用水提醇沉法從香加皮中提取了香加皮多糖；黃芳芳等[10]采用不同的提取分離方法從銅藻中得到四種銅藻多糖提取物；陶陶等[11]采用閃式提取方法得到葫蘆巴多糖；鄒鵬等[12]采用超濾分離方法獲得香菇多糖。目前尚未見薄荷型卷煙保潤劑的研究報道。

Scheme 1

薄荷型卷煙是中式卷煙大品類中的一個細(xì)分品類，其口味以清涼著稱。由于薄荷醇具有很強的揮發(fā)性，在生產(chǎn)過程中易揮發(fā)轉(zhuǎn)移，煙草化學(xué)研究人員和卷煙設(shè)計人員在薄荷醇的穩(wěn)定性和持久性方面做了大量工作[13]。本文采用功能基團拼合策略，將薄荷醇與具有保潤性能的半乳糖進行拼合，設(shè)計并合成了一種6-O-孟氧羰基-D-半乳糖酯(I)目標(biāo)物，期望該目標(biāo)物在具有保潤作用的同時具有潛香作用，在卷煙燃燒過程中熱裂解釋放出薄荷類香味成分，以克服薄荷型卷煙在生產(chǎn)和貯存過程中薄荷醇易揮發(fā)損失的不足。在參照文獻[14-15]的基礎(chǔ)上，以薄荷醇(1)和半乳糖(4)為起始原料，經(jīng)4步反應(yīng)合成了6-O-孟氧羰基-D-半乳糖酯(I)(Scheme 1)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

PerkinElmer 341型旋光儀；Unity INOVA 400 MHz 型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Waters Q-TOF Premier型質(zhì)譜儀；Clarus 600型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀；Pyroprobe 5200型熱裂解儀。

云南陸良C2F等級單料煙絲(四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司)；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 氯甲酸薄荷醇酯(3)的合成

稱取碳酸三氯甲基酯(2)6.83 g(23.0 mmol)溶解于200 mL 無水CH2Cl2中，室溫攪拌至固體全溶后，將反應(yīng)瓶置冰鹽浴中，降溫至0 ℃后，加入薄荷醇(1)10.3 g(66.0 mmol)，攪拌均勻后，滴加無水吡啶5.6 mL(69.0 mmol)，控制滴加速度，使反應(yīng)液溫度維持在0 ～10 ℃，滴畢，升溫至室溫攪拌過夜，即得氯甲酸薄荷醇酯(3)的二氯甲烷溶液，直接用于下步反應(yīng)。

(2) 1,2:3,4-二-O-異丙叉基-D-半乳糖(5)的合成

依次稱取半乳糖(4)9.91 g(55.0 mmol)、無水CuSO421.90 g(137.5 mmol)和濃H2SO4(1.10 mL)溶解于300 mL丙酮中，室溫攪拌12 h(TLC監(jiān)測)。抽濾，濾液用Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH至中性，抽濾，所得濾液減壓濃縮得淡黃色油狀液體1,2:3,4-二-O-異丙叉基-D-半乳吡喃糖(5) 13.80 g，收率95.6%。

(3) 6-O-孟氧羰基-1,2:3,4-二-O-異丙叉基-D-半乳糖酯(6)的合成

稱取1,2:3,4-二-O-異丙叉基-D-半乳吡喃糖(5)粗品13.80 g(52.6 mmol)和三乙胺14.64 mL(105.2 mmol)溶解于100 mL二氯甲烷中，攪拌均勻后，將反應(yīng)液置冰鹽中冷卻至0～5 ℃，滴加上步制得的氯甲酸薄荷醇酯(3)的二氯甲烷溶液，控制滴加速度，使反應(yīng)液溫度不超過5 ℃，約15 min滴完，室溫反應(yīng)20 h(TLC監(jiān)測)。將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入分液漏斗中，有機層依次用100 mL 5%鹽酸水溶液、100 mL飽和NaHCO3水溶液和飽和NaCl水溶液(2×100 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，過濾，減壓除去溶劑得棕黃色油狀液體6-O-孟氧羰基-1,2:3,4-二-O-異丙叉基-D-半乳糖酯(6)粗品22.65 g，此粗品無需純化直接用于下步反應(yīng)。

(4) 6-O-孟氧羰基-D-半乳糖酯(I)的制備

1.3 物理保潤性能

參照文獻[16]的方法進行化合物I的物理保潤性能測試。按照4 g/kg 的用量分別將I和丙二醇均勻添加于單料煙絲中，制得I和丙二醇的加樣煙絲，另取未作添加的單料煙絲作為空白煙絲。將3種煙絲置于溫度22 ℃、相對濕度65%的恒溫恒濕箱中平衡48 h后，各取6份，每份10 g；其中兩份用烘箱法測定初始含水率，兩份置于溫度22 ℃、相對濕度38%的玻璃干燥器中(底部有濃度為84%的丙三醇溶液并置于22 ℃恒溫房間內(nèi))，兩份置于溫度22 ℃、相對濕度85%的玻璃干燥器中(底部有氯化鉀飽和溶液并置于22 ℃恒溫房間內(nèi))。第1 d稱重兩次，以后每天稱重一次；至含水率變化速率降低時，改為每兩天稱重一次；至含水率接近平衡時，逐步延長稱重間隔直至含水率基本恒定。根據(jù)樣品初始含水率，用差量法計算各份煙絲在不同測試時間的即時含水率，測定結(jié)果取兩份平行樣的均值。

1.4 熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用

取10 μg目標(biāo)化合物I，置于裂解儀中，在空氣氛圍中，分別于200、 300、 500、 700和900 ℃下進行熱裂解，并采用GC/MS分析其裂解產(chǎn)物。

1.5 感官評吸

按照4 g/kg 的用量分別將I和丙二醇均勻添加于單料煙絲中，制得I試驗卷煙和丙二醇對照卷煙，另取未作添加的單料煙絲制得空白對照卷煙，并置于溫度22 ℃、相對濕度60%的環(huán)境中平衡48 h，由7人組成的專業(yè)評吸小組按照GB 5606.4-005進行感官評吸評價。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

D-半乳糖分子中存在多個羥基，反應(yīng)選擇性差，若用氯甲酸薄荷醇酯(3)直接與D-半乳糖(4)反應(yīng)，雖然可以得到目標(biāo)化合物(I)，但酯化產(chǎn)物組分較復(fù)雜，純化困難；為此，參考相關(guān)文獻[14]，先用異丙叉基將D-半乳糖(4)的1,2和3,4位羥基進行保護，再與氯甲酸薄荷醇酯(3)反應(yīng)，最后脫除異丙叉基保護基即可區(qū)域選擇性地得到目標(biāo)化合物6-O-孟氧羰基-D-半乳糖酯(I)。在6-O-孟氧羰基-1,2:3,4-二-O-異丙叉基-D-半乳糖酯(6)脫除異丙叉基的反應(yīng)中，在參照文獻[15]的基礎(chǔ)上，選擇以50%的三氟乙酸水溶液來脫除異丙叉基保護基，可以較高產(chǎn)率制得目標(biāo)化合物，且反應(yīng)條件溫和、操作簡便。另外，由于合成的6-O-孟氧羰基-D-半乳糖酯(I)在其半乳糖基的C1位羥基存在差向異構(gòu)化，所得到的目標(biāo)物為α-和β-異構(gòu)體混合物，通過1H NMR中的積分面積，計算得目標(biāo)物中α-和β-異構(gòu)體的比例約為2/3。

2.2 物理保潤性能

在溫度22 ℃、相對濕度38%條件下放置至含水率平衡時，空白煙絲、添加丙二醇和I的煙絲的含水率分別比初始含水率下降69.40%、 65.58%和61.80%；添加I的煙絲的平衡含水率分別比添加丙二醇的煙絲和空白煙絲高12.03%和22.20%； 3種煙絲的含水率變化曲線見圖1。對其含水率差異顯著性進行分析，F(xiàn)統(tǒng)計量值遠(yuǎn)大于F臨界值(P< 0.05)，表明此實驗條件下添加劑對煙絲含水率的影響極顯著，即干燥條件下目標(biāo)化合物I的保潤性能優(yōu)于丙二醇。

Time/d

Time/d

在溫度22 ℃、相對濕度85%條件下放置至含水率平衡時，空白煙絲、添加丙二醇和I的煙絲的含水率分別升高88.58%、 89.30%和84.97%；添加I的煙絲的平衡含水率分別比添加丙二醇的煙絲和空白煙絲低1.36%和3.98%； 3種煙絲的含水率變化曲線見圖2。對其含水率差異顯著性進行分析，F(xiàn)統(tǒng)計量值遠(yuǎn)大于F臨界值(P< 0.05)，表明此實驗條件下添加劑對煙絲含水率的影響極顯著，即潮濕條件下目標(biāo)化合物I的防潮性能優(yōu)于丙二醇。

2.3 熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用

不同溫度下目標(biāo)化合物I的熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用分析結(jié)果：200 ℃和300 ℃時，I幾乎不裂解；在500～900 ℃，I的主要裂解產(chǎn)物為薄荷醇和薄荷烯，另含有少量薄荷醇的進一步裂解產(chǎn)物，如：4-甲基-1-異丙稀環(huán)己烷、環(huán)己烯、甲苯和苯；900 ℃時，薄荷醇和薄荷烯的相對百分含量之和為83.81%(表1)。結(jié)果表明，目標(biāo)化合物I熱裂解時主要釋放出薄荷類香味成分。

表1 I的主要熱裂解產(chǎn)物

2.4 感官評吸

感官評吸結(jié)果：與添加丙二醇的對照卷煙相比，添加I的煙支在感官評吸時薄荷味明顯、煙氣干燥感和刺激性降低、余味改善，綜合得分較添加丙二醇的煙支高2.8分，較空白卷煙提高4.7分(表2)。

表2 I的感官評吸結(jié)果

以半乳糖和薄荷醇為起始原料合成了目標(biāo)化合物6-O-孟氧羰基-D-半乳糖酯，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR和ESI-MS確證。結(jié)構(gòu)表明：添加I和丙二醇的煙絲在溫度22 ℃、相對濕度38%的條件下含水率分別比初始含水率下降61.80%和65.58%，在溫度22 ℃、相對濕度85%的條件下含水率分別比初始含水率升高84.97%和89.30%，表明I在干燥條件下的保潤性能和在潮濕條件下的防潮性能優(yōu)于丙二醇。I熱裂解時主要釋放出薄荷類香味成分，900 ℃時，薄荷醇和薄荷烯的相對百分含量之和達83.81%。與添加丙二醇的對照卷煙相比，添加I的煙支在感官評吸時薄荷味明顯、煙氣干燥感和刺激性降低、余味改善，綜合得分較添加丙二醇的煙支高2.8分，較空白卷煙提高4.7分；表明I可用于薄荷型卷煙保潤劑的研制。