（有机化学专业论文）新型硫杂环戊烷、环己烷究香料的合成及生物活性研究.pdf

摘要 g ：仓：名 g 二潞名 呲一c ( 8 ( 卜飞一c 乞 n 焱广 a b s l l r a c r h 也et h c s i s ，m es t u d yd e v e l o p m c n to fa l i 删cp o l y s l l l 6 d e sw h i c hh a d 咖) n g 矗越吼l r 强d 踟c i t 粕t i 玎1 i c f o b i a l 剃“t yw c r cr c v i e w e d a tt h es a m et i m c ，、矿ea l s o d i c i l s s c dt h es y n m 嚣i sw a y s ho f d e rt o 缸c h 啪惝p e 墒衄eo fc y d i cp o l y s u l f i d e s ，w ed 髂追n c d 硒d s y n t h i z c d f o i l rs c r i 锚o fn e w a l i c y l j cp o l y s l l l 6 d c s ， i3 ，3 ，5 5 - t c t m 妇y l 1 ，2 4 t r i t h i a n c g q ：名 i i3 ，3 ，6 ，6 一t e t r a 惋n z y l - 1 ，2 ，4 5 一t e 仃a t h i 蛆e g 二爝。一飞一、心o i 4 6 _ d i s u b s 血u e d - 2 ，2 - d i b e n z y l - 1 ，3 ，5 n i d l i a n e 宝二： 皿= c 6 h 5 ，h4 - 口壬3 0 1 1 4 ，禾c h 3 c 6 h 4 ，4 - ac 6 凰) 只 r 1 = h ，c h a ：r 2 = h ，c h 。：r = c 6 h 5 ，4 c h 3 0 c 6 凰) t h es y n t l i e s j sp r o c c 豁e s0 fc o m p o u n d sw e r en o tr e p o r t e d b u tt l l es y n t h e s i st h e o r j e s w c f cr e s e m b l e d ，t h r o u 曲s t u d y ，e 盘e c t i v es y n 出e 蚶s w a y sw e r ef o u n d n cs t n l c t u r c so fc o m p o u d sw e r ec h m c t e r i z e db y 珉，1 hn m ra n dm s s p e c l r o s c o p e s ，曲dt h e i rt h 锄a lp r o p e n i e sw c i es t u d i e db yd s ca n dt gm e t h o d 工 p r c l j m i l l a r yo d o m l l s 腿姐ys h o w st h a tm o s to f m p u n d sh a v es t f o n g i o n na _ 、，o r b e s i d e s 2w h i c hs h d w s0 d o ro fc h i c l 【 k 留w o r d s ：a l i c y c l i cp o l y s l l l 伽c s ；1 ，3 - d i p h 姐y l 2 ，2 - d i t h i o l ；s y n t h e s i s ；p c r f i l m e ； t h f c s h o l 第一章绪论 香料在人们的日常生活中占有举足轻重的地位，广泛应用于食品、化妆品、医 药卫生、装饰品、建筑材料等领域。目前已从各种食品、动植物中鉴定了近一万种 香味化合物，获美国食用香料和萃取物制造者协会( f 1 a v 呲a l l de 甜m c t m a i n l f a c i u r e r s ，a s s o c i a 硒n ) 批准，可安全使用的香味物近二千种i ”。其中，含硫香 料由于阈值低、用量少，可以有效改进和增强食品的香味特征等特点，而占有突出 的地位【盈。该系列香料化合物的不少品种已经形成商品，得到了较为广泛的应用。 脂环多硫化物香料是一类新型的含硫香料，大多具有浓郁的特征香味和较好的 生物活性。这类香料在自然界中很少存在，大多数存在于香菇【3 1 、熟牛肉1 4 j 、豆类 植物( p a 蹦as p e c i o s a ) i 鄂，加利福尼亚的红色海藻( c h 嘶ac a l i f o m i c a ) 【6 j 及一些 热球菌属的细菌等微生物中n 是许多植物的主要香成分或具有抗菌活性的主要成 分。近几十年来，有大量文献报道了脂环多硫化物香料，己成为香料界研究领域的 一个热点，备受广大香料工作者的关注。在我国，香料的开发研究发展迅速，已形 成百多个品种，如吡嗪、吡咯、吡啶、噻吩、硫醇、硫醚及多硫醚、硫代酸酯等f 剐。 但与发达国家相比，还存在较大差距，主要表现为香料品种少，以及缺乏特征类香 味物质如香菇类、葱蒜类等。脂环多硫化物这类新型香料具有香味强烈、闽值低、 用量少等特点，所需生产规模小，科研成果可以很快转化为产品，尽快实现经济效 益。因此。开发此类化合物具有广阔的市场前景，对于推动我国香料香精的发展具 有重大意义。下面对近年来文献报道的脂环多硫化合物按成环硫原子数目进行分类 综述。 第一节脂环多硫化物香料的研究进展 1 1 一硫杂环烷类 自然界中硫杂环烷烃主要以五种形式存在，即：一硫杂环烷类、二硫杂环烷类， 三硫杂环烷类，四硫杂环烷类，其他硫杂环烷类，其中一硫杂环烷类文献报道极少， 主要以一硫杂环戊烷为代表，大多为像肉类香味的含巯基噻吩衍生物，在香味形成 过程中起着不可缺少的作用。而二硫杂环烷和三硫杂环及四硫杂环烷却广泛存在， 已有大量文献报道，并对其进行了合成研究。 1 1 1 一硫杂环烷类 典型代表是四氢噻吩2 酮系列香料唧，大多具有肉香味，在肉香形成过程中充 当重要角色，已被允许作为可食用香料。 结构通式为( 1 ) ： 另外，在半胱氨酸、卵磷脂等热降解产物中发现了芳香性一硫杂环戊烷f 1 0 1 ，它 们又继续降解为香气稳定的噻吩类香料。 1 2 二硫环烷类 二硫环烷类主要包括三类：二硫杂环戊烷，二硫杂环己烷，二硫杂环庚烷。 1 2 1 二硫杂环戊烷类 二硫杂环戊烷有二种形式：1 ，2 二硫环戊烷类和1 ，3 二硫环戊烷类。4 一二甲胺基 1 ，2 - 二硫环戊烷( i r e i s t o x j n ) 是l ，2 二硫环戊烷类的典型代表，从一种环节动物 ( h m 晡c o n e r c i sh e t c r o p o d a ) 中提取出来【1 1 1 3 】。它是一种毒害神经的物质，且具 有良好的杀虫活性，引起了科学工作者极大的兴趣，对其检测方法、稳定性及电极 现象进行研究【1 4 】。 s h u 等人采用g u m s 对半胱氨酸1 6 0 下的热降解产物进行分析，发现了3 甲基1 ，2 二硫环戊烷和2 甲基1 ，3 二硫环戊烷【堋。结果表明，当p h 为2 2 时，脂 环多硫化合物特别是五元、六元硫杂环烷烃大量存在，它们呈现出特征的肉香味。 1 2 2 二硫杂环已烷类 化合物典型代表为1 ，4 二噻烷系列，结构通式为( 劲，( 3 ) 文芦 ( 2 )( 3 ) ( r l ，】b = h ，a 黾；r x i h = h ，o h ) 1 9 7 5 年，m u s s i n a n 等以专利报道了用a 巯基酮二聚合成系列二烷基二羟基环二 硫烷1 6 j ，这类化合物具有新鲜的鸡肝和鸡杂味，并带有洋葱、芹菜香味，适用于 烤肉、炖肉、肝和禽肉之中，是一种良好的肉味增效剂。 l - 2 3 二硫杂环庚烷类 这类化合物在自然界中存在少，主要从蒜氨酸热降辑产生的芳香性物质中鉴别出 2 来【切，它们可能是由烯丙基硫酵的自身反应或者与其他分子相互作用形成，如2 一 甲基1 舡二硫杂环庚烷( 4 ) 由2 个烯丙基硫醇分子环化而得到；4 甲基- 1 ，2 二硫杂 环庚烷( 5 ) 和4 羟甲基1 ，2 二硫杂环庚烷( 6 ) 由两个烯丙基硫醇分子先水解或氢 化，再环化形成。另外，l ，4 二硫杂环庚烷( 7 ) 则由一分子烯醛基硫醇、一分子乙 醛、一分子硫化氢作用形成。以上分子结构如下： q 如。洲o 1 3 三硫杂环烷类 三硫杂环烷类主要包括三类：三硫杂环戊烷类，三硫杂环己烷，三硫杂环庚烷。 1 3 1 三硫杂环戊烷类 典型代表为：3 5 二甲基1 ，2 ，4 三硫杂环戊烷( 8 ) ，结构式为： ( 8 ) 它广泛存在于香菇【1 8 1 9 1 、熟牛刚捌、鸡蛋【2 、藻类植物【1 4 1 、干鱿鱼【2 习及热球 菌属的微生物【7 】中，主要具有硫磺味和烤肉香味。 s h u 等人分析水中半胱氨酸的热降解，鉴定出3 ，5 二甲基1 ，2 ，4 。三硫杂环戊烷， 并提出其形成可能是由于醛与h 2 s 之间相互反应的结果孔2 5 1 。 1 3 2 三硫杂环已烷类 三硫杂环已烷又名三噻烷，存在于一些食品中f 矧，有强烈的洋葱、大蒜和类似 肉的香气。典型代表有二类，即1 ，2 ，4 ：硫环已烷类( 9 ) 和1 ，3 ，5 三硫环已烷类( 1 0 ) ， 结构通式为： ( 9 ) 1 3 3 三硫杂环庚烷类 三硫杂环庚烷类化合物主要存在食品中， 3 r 3 ( 1 0 ) 是大多数食品的芳香性成分，如 3 ，6 二甲基1 ，2 ，5 一三硫杂环庚烷( 1 5 ) 、4 ，6 二甲基1 ，2 ，5 三硫杂环庚烷( 1 6 ) ，4 甲基 1 ，2 ，5 三：硫杂环庚烷( 1 7 ) ，就在蒜氨酸和脱氧蒜氨酸热降解的芳香性物质中被鉴定 出来【切，其中1 9 和2 0 是p h 为3 时脱氧蒜氨酸降解溶液中最主要的芳香成分，可 能由烯丙基硫醇和其他小分子相互作用形成。上述分子结构如下： 广c h 3 一3 ( 1 5 ) ( 1 6 )( 1 7 ) 另外，s h u 等人在半胱氨酸p h 为2 2 热降解产物的溶液中发现1 ，2 ，5 三硫5 环庚烯是主要的香成分，具有葱蒜香和烤肉香味【硐。 1 4 四硫杂环烷类 四硫杂环烷类主要包括两类：四硫杂环已烷类，四硫杂环庚烷类， 1 4 1 四硫杂环已烷类 此类化合物典型代表为1 ，2 ，4 5 四硫杂环已烷，结构通式为：( n ) 。渤 鹳hd c h 2 c s 一，c h 2 旬。 二苄基甲酮( 分析纯，上海试剂二厂) ，三氯化铁( 分析纯，三门峡化学试剂 有限公司) ，正己烷( 分析纯，武汉江北化学试剂有限公司) ，硫氢化钠( 分析纯， 上海试剂二厂) ，浓硫酸，氯化钠，无水乙醇( 优级纯，上海振兴化工一厂) ，无水 c a a 2 ( 分析纯，上海试剂二厂) 。 熔点用c d r 4 p 差动热分析仪( 氮气气氛，流量1 0 o i i l l m 蛐；热重分析用 w r t 2 p 型热重分析仪；m 用n i c o u 玎心0 了a r3 6 0 型红外光谱仪测定( 圈h 压片) ； 1 心m r 用) 口l 一4 0 0 型核磁共振仪测定( c d c l 3 为溶剂，1 m s 为内标) ；m s 用f i n n i 譬如 t r a c c 型质谱仪测定。 昏 工、 k 、一 分 家一 2 2 中间体= 苄基二硫醇的制备( 同上) 2 3 目标化合物的台成 在装有电动搅拌的2 5 0 m l 三口烧瓶中，加入8 0 m l 无水乙醇和2 6 9 二苄基二硫 醇( o 1m 0 1 ) ，微热使混合物充分溶解，再加入6 5 9 三氯化铁( o 4m 0 1 ) 和5 0m l 水，在 5 下充分搅拌5 h 后停止反应，有白色粉末状物质生成，过滤，得粗产品，用正己 烷重结晶，真空干燥，得产物1 3 4 克，产率为5 0 3 ，熔点：1 8 1 1 8 3 。 第三节结果与讨论 3 1 目标化合物的理化性质 3 ，3 ，6 ，6 四苄基1 ，2 ，4 ，5 - 四硫环己烷为白色粉末状物质，易溶于非极性溶剂，具有 强烈的葱蒜味。在常温下能稳定存在，而溶液状态下不稳定，三四天即会快速分解。 下面用c d r - 4 p 热分析仪和w r t l 2 p 热重分析仪对3 3 ，6 6 一四苄基一1 ，2 ，4 5 四硫环 己烷进行热分析。 ( 1 ) 差示扫描量热法( d s c ) 分析 本实验条件为：试样质量4 1 7m g ，加热速率1 0 m i n ，测量氛围为氮气，气体流 量为2 0 m l m i n ，扫描温度为5 0 至5 0 0 ，热分析曲线如图3 1 所示 ! 劫 毫瓦 样品名： 龟n g 勰：留咖 升蕾建弗：1 廿 c ，m n dsc 倚b r “p ) 肇傩：n 2 钟b 麓t ：2 甜r d n n 糊吲嗜：o 日期：2 0 0 s 4 w ，节tj 。锄，。、 ”v “。” 1 寸 2 0 03 5 0 图3 - 1 差示扫描量热分析曲线 由d s c 曲线可知，此香料在熔化前后基线保持水平，吸热熔化时峰形尖锐且 前后对称，可判断此香料具有较好的纯度。可以看出在熔点( 1 8 1 ) 附近开始熔 化。此过程有浓烈葱蒜香味。当温度上升到3 1 2 后曲线发生变化，图中出现一个 放热峰，停止加热后无残留物质，且伴有浓烈硫磺味。分析说明此香料在3 1 2 前 稳定，超过3 1 2 时发生分解反应。 ( 2 ) 热重法( t g ) 分析 图3 2 为3 ，3 ，6 ，6 一四苄基一1 ，2 ，4 ，5 一四硫环己烷的1 g 和d i b 曲线。 图3 2 热失重分析曲线 t g ( 热重) 曲线表示化合物的质量随温度变化的关系。由图可见，该化合物在 3 1 2 开始明显失重。在3 1 2 后继续加热，该化合物迅速失重。d 1 吣( 微商热重) 曲线表示重量随温度的变化率。峰顶为失重速率的最大值，它与1 g 曲线的拐点相 应，则化合物在温度为3 3 5 时失重最快。d 1 吣曲线峰数目和1 g 曲线台阶数相等， 该化合物只有一个平台，故d 1 吣曲线只出现一个峰。在热重法中，d t g 曲线比t g 曲线更有用，因为它在相同温度范围内能更直观地进行对比分析。 3 2 目标化合物的结构表征 目标化合物i i 的m ，1 h m 订r 和m s 谱图祥示于图3 3 ，图3 - 4 和图3 5 波谱分析： m ( 锄4 ) ：3 0 5 5 ，3 0 2 5 ( 苯环c h 伸缩振动) ；2 9 l o ( 饱和c h 伸缩振动) ；1 6 0 1 ，1 5 5 8 ( 苯环c = c 骨架伸缩振动) ；1 4 9 1 ( 苯环c = c 伸缩振动) ；1 4 5 2 ( c h 2 剪式振动) ：7 4 8 ，7 0 0 ，( 苯环上相邻5 个h 原子= c h 的面外变形振动 和环骨架变形振动) ；5 8 8 ( c s 伸缩振动) ；5 0 8 ( s s 伸缩振动) 。 鼍，电， 1 h n m r ( d ) ：7 3 7 ( m ，2 0 h ，a r 一目，2 郇，8 h c h 2 ) m s ( 纰，) ：5 1 6 ( m + ，2 0 1 3 ) ，4 3 9 ( 4 1 7 7 ) ，4 钗1 1 4 3 ) ，3 6 2 ( 2 3 5 2 ) ，3 3 4 ( 3 4 8 5 ) ， 2 7 1 ( 2 5 0 9 ) ，2 5 5 c 7 9 1 鱿1 9 3 ( 6 2 4 3 ) ，1 4 8 ( 4 3 7 5 ) 1 1 6 ( 4 5 3 2 ) ，9 1 ( 1 嗡 7 6 ( 1 5 9 3 ) ，6 4 ( 2 1 2 5 ) ，5 8 ( 4 5 6 6 ) 3 3 有关合成问题的讨论 3 3 1 反应过程中温度的影响 在反应时间为5 h ，二苄基二硫醇与三氯化铁的比为l ：4 髂荆用量为8 0 m l 的条件 下，考察了反应温度对产率的影响，结果见表3 1 表3 1 不同的反应温度对产率的影响 温度产率， 0 5 1 0 1 5 2 0 3 5 柏 4 3 6 5 0 3 4 5 7 3 7 1 2 7 5 0 o 由表3 1 可知，该反应的最佳反应温度为s 左右。 实验发现，反应温度不宜高。体系温度较高时，副反应加剧；此外，当体系温度较高 时。三氯化铁的氧化性加强，可能生成更多的副产物因此，体系温度升高可能加速了 副反应的进行，结果使产率降低。 【附图】化合物i i 的1 h n m r 谱图见图3 - 3 3 ：出p 一一，一 r 53 彳 图3 - 3 化合物的1 h n m r 谱图 化合物i i 的瓜谱图见图3 4 i w - - - - - _ r 碎” 图3 _ 4 化合物的1 r 谱图 化合物的m s 谱图见图3 5 m 2 2 口11 1 3 1 4 副i 7 幽3 3 “3 2 7 1 。1 f i 轴1 嗣1 ， 1 1b 1 衙i f。仉! 慨t 1 1 6 3 1j 6 1 1 1 8 5 府 阱6 i - ii | 参考文献： 图3 - 5 化合物的m s 谱图 【1 】g m 曲，r ，s u $ n o ，r ，强dq r f 咖i c k c y c p o i y s u l 6 d e s 的m 舯i 蛄as p e c i 嘴a 田 【2 】w 碉a ，s ，n a k a t a n i ，m m o 血a ，k ，an e wa 舢a 如a r i n gs u b g t a n 蛔ls h u t 呔e ，瓶e d i b l e m 岫h m 咖田j f o o ds c i ，1 9 6 7 ，3 2 ：5 5 9 - 5 6 1 【3 】u m 柚o ，k ，h a g i ，y ，e ta 1 i h t i l ec 如曲e n t so fg r 蛆dr i p e 扯dp i n p p l e p 】j o 啪a lo f a 粤i a d n 删如df 0 0 dq 棚出虹y ，1 9 9 2 ，4 0 ( 4 ) ：5 9 9 6 0 3 【4 】s t e p h e n j ，w 豫t f c n ，d ，f a u l h e 啦，c y c l i cp o l y s u j 正d e s 抽mt h ef c da l g ad 1 0 n d i i ac a l i f o 皿i c a 【j 】 j o r g c h e n ，1 9 7 6 ，4 1 ( 1 4 ) ：2 4 6 5 _ 2 4 6 7 【5 c h e nc h u c h i n ，h oc b j t a n g 1 d e n t i f i c a t i o no fs u m 枷sc o m p 0 衄d so fs 城t a k em t l s h l 0 0 m 【j 】j a 伊i c f 0 0 dc h c m ，1 9 8 6 ，3 4 ：8 3 0 - 8 3 3 【6 lt u n g h s iy u ，c h u n g _ m a yw u ，r 0 b e r tt r o s 鸭e ta 1 v o l a t i l ec o m - p o l l n d sg e n c 哪e d 鲕m 雠m l a id e 擘a d a d o no fa n i i 柚dd e o 珂a l l i i ni na n a q u e o u ss o l u t i 衄【j 】j a 嘶c f o o dc h e m ， 2 8 8iplll爱14星 【9 】 【加】 1 9 9 4 ，4 2 ( 1 ) ：1 4 6 - 1 5 3 o d n eh i n c e l i n ，j c 尬i f c rm a m 吗a n l o na p 嘶柚t o ，e ta 1 i h ce 蜘c t0 fx ，l o s e 咖t h c g e n c r a l i o o f v o l a t n e s 舶mh e a t c dt h i 砌i n e mf o o dc h e m i s 蚵 1 9 9 2 ，“：3 8 1 - 3 8 9 f e h e r e ，d e g e n ，b ，n e ws t d f i l r 删t a i j n gc y c l i cc o m p o u d s 闯f b o dc h e 丽s 吼1 9 8 2 2 1 ： 5 玎- 5 1 4 李余增热分析p 哪北京：清华大学出版社，1 9 8 7 ，1 2 2 2 神户傅太自口编，刘振海等译热分析咖北京：化学工业出版社，1 9 7 9 ，1 8 - 2 5 第四章4 ，6 一二取代一2 ，2 一二苄基一1 ，3 ，5 三硫环己烷和 2 2 。4 6 一四取代一1 3 5 三硫环己烷 随着生活水平的提高，人们对食品的风味，香气，口感等方面的要求日益提高， 这极大地推动了食用香料，香精工业的发展。新型食用香料，香精的开发已成为近年 来香料业的研究热点。脂环多硫化物是一类新型的香料1 1 】，不仅具有浓郁的特征香 味，如硫磺味、葱蒜味、香菇味、肉香味等等，而且具有良好的抗菌活性。如香菇 中的香菇精( 1 ，2 3 ，5 ，6 五硫环庚烷) 具有强烈的葱蒜味和香菇味f 2 1 ，并且对革兰氏阴 性、阳性及白色念珠菌等有良好的抑制作用i 蚓。目前，脂环多硫化物只在少量天然 产物及食品中被发现，如香菇嘲、豆类植物( p a 凼as p e d o 髓) 川，红色海藻( a l 彻d r i a c a l 哟m i c a ) i 踟，鸡肉1 9 】，蒜氨酸1 1 0 】和硫胺素1 1 1 】降解产物中等等。 本文设计了一类脂环多硫化物一4 ，6 一二取代一2 2 一二苄基一1 ，3 ，5 三硫环己烷 ( i ) 和2 ，2 ，4 ，6 四取代一1 ，3 ，5 三硫环己烷( ) 。 第一节合成线路 合成线路如下： 啼涤 兰 g 息卫懿： = 。静一h 。旦：i r 化合物和的结构 第二节实验部分 2 1 测试仪器与试剂 c d r - 4 p 差动热分析仪，w r t - 2 p 型热重分析仪，舢u 强熙0 1 a r3 6 0 型红 外光谱仪测定( 1 圆r 压片) ，) 山4 0 0 型核磁共振仪测定( c d c b 为溶剂，1 m s 为内 标) ，胁i g 扭n a c c m s 型质谱仪测定。 苯甲醛( 分析纯，武汉江北化学试剂有限公司) ，甲醛( 分析纯，武汉江北化 学试剂有限公司) ，乙醛( 分析纯，武汉江北化学试剂有限公司) ，丙酮( 分析纯， 武汉江北化学试剂有限公司) ，茴香醛( 优级纯，上海振兴化工一厂) ，对甲基苯甲 醛( 优级纯，上海振兴化工一厂) ，对氯苯甲醛，硫氢化钠，浓硫酸，氯化钠，乙 醇( 优级纯，上海振兴化工一厂) ，无水c a a 2 ，二苄基甲酮( 分析纯，上海试剂二 厂) ，无水乙醇( 优级纯，上海振兴化工一厂) ，二氯甲烷( 分析纯，武汉江北化学 试剂有限公司) ，正己烷( 分析纯，武汉江北化学试剂有限公司) 。 2 2 中间体= 苄基二硫醇的制备( 同上) 2 3 中间体r 1 r 2 c ( s h ) 2 的潮备与二苄基二硫醇的制备相同 2 4 目标化合物和的合成 1 2 。1 3 在2 5 嘶l 三口烧瓶中加入中间体o 1 m o l ，1 0 0 m l 无水乙醇，o 1 m o l 醛( 或酮) ， 2 0m m o l 对甲苯磺酸和3 0 m lc h 2 a 2 ，搅拌使完全溶解，再通人氯化氢使之饱和。 在室温( 2 5 ) 下搅拌7 9 h ，减压脱去部分