（应用化学专业论文）δ大马酮及δ甲基大马酮前体化合物的合成及其在卷烟中应用研究.pdf

的影响。经文献查新，其中3 一羟基一1 一( 2 ，6 ，6 三甲基一3 一环己烯基) 一1 一 戊酮是一种新的化合物。 将合成的3 一羟基1 ( 2 ，6 ，6 一三甲基一3 环己烯基) 一l 一丁( 戊) 酮加 入到卷烟，考察它们在卷烟燃吸时裂解反应，用g c m s 检测烟气 中的组分，发现所合成的两种化合物分别向烟气释放烟草致香物6 一大马酮和6 甲基大马酮，而且两个化合物均能在较长时间内均匀 的向卷烟烟气提供大马酮类香料。通过专业卷烟感官质量评吸，评 价它们在卷烟中的作用，发现添加了合成香料的卷烟明显的使卷烟 香气丰满，改善口感。烟草的本香明显的增强，且赋予卷烟清香， 和7 k 果的香味。 关键词：3 一羟基1 一( 2 ，6 ，6 一三甲基一3 一环己烯一1 一基) 一1 丁酮、3 一 羟基1 ( 2 ，6 ，6 三甲基一3 一环己烯基) 一l 一戊酮，合成，6 一突 厥酮，6 一甲基突厥酮，烟气分析 a b s t r a c t d 锄a s c o n e sh a v e a o r a l ，“l u s t y ，h a y t e a - 】i k e ，s w e e ta n df l m i t y n o t e sw h i c ha r ed e s i r a b l ei n t o b a c c o n a v o r i n gc o m p o s i t i o n s a i l d s u b s t i t u t et o b a c c of l a v 耐n gc o h l p o s i t i o n s al i i n i t e da n l o u n to fs u c h i i l a t e r i a l s t l a t 百v ef i s e t om e s ep r o p e n i e si s a v a i l a b l e 行_ o mn a t 珈脚 s o u r c e sb u tt h en 栅a 1m a t e r i a l sa r es u b j e c tt o w i d ev a r i a t i o n si n q u a l i t y ，a r ee x p e n s i v e t o ol o wt h r e s h 0 1 do fd 锄a s c o n e 8l e a d st oa n u c t u a t i o n o f c i g a r e t t e sq u a l i t y h e n c e ，t h e r e i san e e df o rm e d e v e l o p i n e n t o ft h e s e c o i n p o u n d s j n s t e a do fd a m a s c o n e s u s i n g i 芏l t o b a c c oc 唧o s i t i o n s p e n t a - 1 ，3 一d i e n e ，ac h e a pp e 拓o l e u mc h e m i c a lp m d u c t s ，a n d m e s i t y lo x i d e ，a ss t a r t i n gm a t e r i a l s ，3 一h y d r o x y 一1 一( 2 ，6 ， 6 一t r i m e t h y l 一3 一c y c l o h e x e n - 1 一y 1 ) 一1 b u t a l l o n e a n d 3 一h y d r o x y l 一( 2 ，6 ， 6 一t r i m e m y l 3 一c y c l o - h e x e n 一1 一y 1 ) 一1 巾e n t a o n e w e r e p r 印a r e d 锄d c h a r a c t e r i z e d b yg c m s 、1 h n m r 蛐d 1 3 c n m r f i r s t ，4 一a c e t y l 一3 ，5 ，5 一仃i l e m y l c y c l o h e x e n ew a sp r e p a r e db y d i e l s - a l d e rc y d o a d d i t i o no fp e n t a - 1 ，3 一d i e n ea n dm e s i 哆lo ) 【i d e t h e i n l 】u e n c e so ft l l ec o n c e n t r 撕o no fp e n t a - 1 ，3 一d i e n eo nm e y i e l do f m e p r o d u c t w a ss t u d i e d ，a l l dm ei s o l a t i o nm e t l l o do ft h ep r o d u c ts u c ha st l l e s t e a md i s t i l l a t i o nt i n l e ，w h e t h e ra d d i n g 廿l e1 i q u i dp a m 蚯no rn o tw e r e s t u d i e da sw e l l - t h e n ，l 一( 2 ，6 ，6 一t r i m e t h y l - 3 一c y c i o h e x e n 一1 一y 1 ) 一1 ，3 - b u t a n d i o n e a n d1 一( 2 ，6 ，6 一慨t h y l - 3 一c y c l o h e x e n 一1 一y 1 ) 一1 ， 3 一p a n t a d i 伽e w e r e p r e p a r e db y c o n d e n s a t i 伽o ft l l e4 一a c e t y l 一3 ，5 ，5 - t r i l i l e m y l c y c l o h e x e n e w i m e t h y la c e t a t ea n de m y lp f o p i o n a t er e s p e c t i v e l y 0 nm ep f o c e s so f s y n t h e s i so f1 一( 2 ，6 ，6 一t r i m e m y l 3 一c y c l o h e x e n - 1 - y 1 ) 一1 ，3 - b u t a i l d i o n e ， m e t e m p e r a t u r eo f m e a c t i o nw a se x a l i n e d w h i l eo nt h ep r o c e s so f p r e p a m t i 衄o f1 一( 2 ，6 ，6 一t r i i n e m y l - 3 一c y c l o h e x 即- 1 一y 1 ) 1 ，3 - p a l l t a d i o n e ， t h ey i e l do fm e p r o d u c tc a i lb ei n c r e a s e do b v i o u s l yi fe m a i l o l ，o n eo f m e p r o d u c to ft h er e a c t i o n ，w a sr e m o v e df 而m t h er e a c t i o nm i x t u r eb y s i m u l t a n e o u sd i s t i n a l i o n 。 3 一h y d r o x y l 一( 2 ，6 ，6 一t r i n l e m y l 一3 一c y c l o h e x e n - 1 一y 1 ) 一1 - b u t a i l o n ea n d 3 一h y d r o x y 一1 一( 2 ，6 ，6 一t r i m e m y l 一3 一c y c l o h e x e n l y 1 ) 一1 一 p e n t a o n ew e r es y n t h e s i z e db ym er e d l l c t i o n o fc o r r e s p o n d i n gd i o n e w i ms o d i u mb o r o h y d f i d e r e s p e c t i v e l y i t w a sd i s c o v e r e dt h a tt h e a m o u n to fs o d i u mb o r o h y d r i d ea n dt h er e a c t i o nt i m eh a v ei n n u e n c e d o n 吐1 ey i e l do ft l ep m d u c t 3 一h y d r o x y 一1 一( 2 ，6 ，6 - t r i m e t l l y l - 3 一c y d o h e x - e n 一1 一y 1 ) - 1 一p e n t a o n ei sa n o v e l c o l p o u n d t be v a l u a t et 1 1 e i re f 诧c t so nc i g 删t e ss i n o k e ，3 一h y d r o x y 一1 一( 2 ，6 ， 6 一t r i m e t l l y l 一3 一c y c l o h e x e n l y 1 ) - 1 - b u t a l l o n e a j l d 3 一h y d r o x y 一1 一( 2 ， 6 ， 6 一t r i m e t h y l - 3 一c y c l o h e x e n 一1 一y 1 ) 一1 p e n t a o n ew e r ea d d e di n t oc i g a r e t t e s t h es m o k ee x t r a c to ft h e c i g a r e 仕e s w a sa i l a l y s e db yg c m s t h e r e s u l t so ft h es e n s o r ye v a l u a t i o no fc i g a r e t t e sw e r eo b t a i n e da sw e l l n w a sf o u n dt l l a tt h et w oc 伽n p o u n d sc o u l db ep y r 0 1 y z e dt op r o d u c e6 一d 锄a s c o n ea 1 1 d6 一m e t h y l d a i l l a s c o n e i nt o b a c c os i n o k e u p o n s i n o k i n gf e s p e c t i v e l y w h e nt l l es a i dc o m p o u n d sa d d e di n t 0t o b a c c o ， t h ea i n o u n to f6 d a m s c o n eo r6 l e t l l v l d a n l a s c o n ei nt o b a c c os m o k e d e c r e a s em o r es l o w l yt l l a i lm a to f6 一d 锄a s c o n ed o e sf o ra l o n gt i i n e t h e c i g a r e t t e sw i m a d d i d o no f 廿l es y n 廿l e s i z e dp r e c u r s o r sw e r ef o u n dt o h a v ei n o r eb o d yi nt o b a c c os m o k en a v o ra n daf u l l e rs e n s a t i o n t h e t o b a c c o l i k en o t e sa r ee n h a l l c e da n dt h ef l a yi nt o b a cc os m o k en a v o ra n da fuller s e n s a t i o n t h et o b a c c o l i k e n o t es a r ee n h a l l c e d a n dt h e f l a v o r o f the t o b a c c o o n s i n o k i n g i s i n o r e a m m a t i cw i t hf l o r a l ，i n u s 哆，h a y t r a 1 i l 嗡s w e e t a n df m i t y aroiilak e y w o r d s ：3 - h y d r o x y一1-(2，6，6矗methyl-3一cydohexen-1一y1)一1一butallone， 3-hydroxy一1一(2，6，6-慨thyl一3一cyclohexen1一y1)-lpentaone， 第一章文献综述 卷烟烟叶中含有许多天然的香料化合物，然而在卷烟加工中几乎 不使用刚生产的烟叶，也不使用刚调制的和刚复烤的烟叶，除非这些 烟叶已陈化了1 2 6 0 个月，因为陈化过程可使烟气由粗糙、略为刺激 和不愉快的吸味变为柔和、较丰满的香味。这些变化是由于烟叶中的 各种致香化合物在陈化调制过程中产生了显著变化，各种香味化合物 的前体( 其本身可能不带香味) 在陈化调制过程中直接转变成香味化 合物或转变为在卷烟燃吸过程中容易裂解为释放香气的化合物。 1 1 烟草的主要致香成分 1 1 1 碳水化合物 碳水化合物是烟草中存在的一类重要物质，也是构成植物的骨架 和网络的结构物质。烟草中碳水化台物主要是由淀粉、糖、糖酯、 纤维素和果胶等组成，烟草中的淀粉含量在陈化调制期间通过酶水解 大大降低，同时还原糖含量增大2 1 。k f ! f i n g w e l l 3 1 报道了香料烟内的 糖酯6 0 。已酰基。2 ，3 ，4 三一o 一【( + ) 3 甲基戊酰基 d d 一吡喃葡萄糖 ( 一种葡萄糖四酯) 的分离、结构分析及合成。通过s e v e r s o n 晰1 等 人的一系列实验证明，香料烟中的蔗糖四酯含有较多香气较浓的c 5 和c 6 羧酸，例如：异戊酸、d 甲基戊酸。这些糖酯是c 5 和c 6 羧酸 的前体化合物，现在人们认为是葡萄糖四酯、蔗糖四酯州。这些糖酯 在卷烟燃烧时能够释放出c 5 和c 6 羧酸，有效地去除烟草中的刺激味， 给消费者一种舒适、烟味浓郁饱满的感觉。根据e i n 0 1 f 和c h a l l 6 1 报道， 香料烟和白肋烟的蔗糖四酯积累量大于烤烟，且在完全成熟时积累量 最大。碳水化合物中还有一种物质是糖苷，含糖的植物( 包括烟草) 均产生非挥发性物质，这些非挥发性物质通过糖苷键与香气物质相互 连接起来，这些香气物质是由类胡萝卜素的氧化和代谢转化产生的 f 7 。 葡萄糖四酯 ho h 蔗糖四酯 图1 1 香料烟内存在的糖酯 1 1 2 含氮化合物 烟草中含氮化合物主要包括氨基酸、酰胺、硝酸盐、氨、蛋白质、 生物碱和酶等。其中生物碱如尼古丁是烟草中特殊的一类化合物，提 供给烟民生理上的满足感。蛋白质在陈化过程中在酶的作用下转化为 氨基酸8 1 。含氮化合物中对卷烟香气有贡献的主要是氨与氨基酸。氨 和氨基酸在烟草陈化调制期间与烟草中的糖类化合物发生m a i l a r d 反 2 应生成一种a m a d o r i 化合物，该化合物是多种香料化合物的前体化合 物，在卷烟燃吸的过程中释放吡嗪类和吡咯类香味化合物【8 】。 1 1 3 烟草中的质体色素和其降解产物 烟草中含有一类重要的化合物为质体色素，主要包含叶绿素和类 胡萝卜素。叶绿素在烟草调制陈化过程中会逐渐减少州。烟草中主要 类胡萝卜素有叶黄素、b 一胡萝卜素、新黄质与紫黄质。这些物质是主 要颜色的色素( 橙红至黄色) 外，类胡萝卜素还是许多挥发性烟草香 味成分的前体。 1 1 4 烟草类异戊二烯 烟草中还有一类对烟草香味贡献很大的化合物为烟草类异戊二 烯，其中主要包含类胡萝卜素的降解产物、无环类异戊二烯及其降解 衍生物、碳环类二萜化合物及其降解产物、赖百当及其降解产物。在 烟草中的类胡萝卜素是许多挥发性烟草香味成分的前体化合物，它在 烟草晾制期间，通过酶的作用和自动氧化过程中类胡萝卜素的链可在 多处断裂，从而生成各种c ，一c 。，化合物，其中很多是烟草重要的致香 成分1 0 1 。例如： c 1 0c 1 3 图1 2b 一胡萝卜素的降解过程 叶黄素和d 胡萝卜素的光氧化和高压氧化( 高温下) 降解均产生许多 与烟草中相同的类胡萝卜素降解成分1 。无环类异戊二烯及其降解衍 3 生物主要包含茄尼醇( s 0 1 a i l e s o l ，种c 4 5 的聚戊二烯醇) 和新植二烯 ( 一种c 2 0 聚类异戊二烯) 。1 9 8 1 年，l o n g 和v e y b r e w 报道了在生产 与晾制期间白肋烟烟叶内茄尼醇含量的变化。新植二烯是一种烟草 二萜，其含量在调制与陈化过程中显著增大。l o n g 和w 色y b r e w 在1 9 8 1 年报道了在烤烟调制过程中的新植二烯含量变化m 】。就烤烟而言，烤 制期间产生的新植二烯1 5 一3 0 源白于直醇的水解1 3 。l e m n g w e l l 提 出，新植二烯是一种烟草增香剂，或许起一种捕集烟气气溶胶中的挥 发物的香气载体的作用1 4 】。 1 。1 5 烟草中类二萜化合物 烟草中发现两种主要类型的类二萜化合物一单环类西柏烷和双环 类赖百割”1 。西柏烷类最初只是以无味的表皮蜡质的形式储存于新鲜 烟叶中，在烤烟中的含量约为烤烟质量的0 2 3 【1 6 】。对烟草香味品质 比较重要的可能是通过氧化和逆醛醇反应产生的类西柏烷的降解产 物。茄酮是烟草中一种主要的类西柏烷代谢产物，被认为是一种重要 的烟草香味成分。( z ) 一冷杉醇是香料烟鲜烟叶中的一种主要类赖百当 化合物，研究表明，它是一种植物生长调节剂。在晾制和晒制期间， 冷杉醇的含量显著减少，同时生成许多其他类赖百当和类赖百当降解 产物。在调制后的烟叶中发现约2 0 种类赖百当化合物及另外2 5 种以 上的降解产物。研究表明，这些产物许多都是冷杉醇经过各种氧化过 程产生的n 5 】。早在1 9 5 9 年，赖百当降解产物之一一降龙涎香内酯，香 料烟和雪茄烟中的一种重要成分，以其燃吸时具有一种柏木香气而获 得过专利m 】。类赖百当衍生的香味剂与香料烟存在的糖酯一起构成这 4 种类型烟叶的主要致香成分叫j 。 1 1 6 烟草的酸类及酚类 烟草中的主要羧酸有柠檬酸、苹果酸、草酸和丙二酸，一些研究 表明，烤烟的燃吸品质与其柠檬酸与草酸的含量存在一种相反的关系 1 8 1 。烟草中挥发性的c 2 一c 8 羧酸是许多水果、食品和烟草中的重要的 香气化合物。烟草中的酚类化合物包含多酚类化合物、木质素、和其 他酚类化合物，g r e e n 在1 9 8 0 年从烟草配方的水蒸气馏出物中分离 出似香子兰样的酚一香豆素1 9 】。酚类是具有强烈香气的化合物，人们 认为，它们对烟气品质有重要的贡献。 综上所述，烟草中类很重要的香料就是单萜类化合物及cz ，降 解产物的胡萝卜素类化合物。0 【大马酮( 1 5 ) 、b 一大马酮( 1 6 ) 、6 一大马酮 ( 1 7 ) ( 见图1 3 ) 均为后一种烯酮类化合物的主要代表。由于这些化 合物赋予卷烟烟气一种花香和木香香调的香气和吸昧口伽。它们对卷烟 的香气的贡献与不可替代性引起了人们广泛的兴趣。多年来，人们从 不同方面对它们进行研究，从它们在烟草生物体内的形成变化与积累 到从各种不同的原料生物化学合成这一类化合物。人们期望能获得这 一类化合物来提升卷烟的香气品质与提高烟叶原料的利用率。 1 2 大马酮类化合物的合成 大马酮是一类重要的萜烯类香料化合物，文献报道的大马酮主要 有旺大马酮、b 大马酮、6 大马酮、大马烯酮等几种形式2 1 1 ( 见图1 - 3 ) 。 k a s 协e r 从保加利亚玫瑰油中分离出b 一大马酮并详细阐述了它的结 构。他们在各种烟叶、红茶等中已被检出，也存在于保加利亚玫瑰精 油和布枯叶油中。关于大马酮，b 一大马酮的香气差异阱1 见表1 1 。 而6 一大马酮具有良好的烟叶、玫瑰、苹果和啤酒样的香气。 表1 1 一，p - 大马酮的香气特征 香气特征 c c 一大马酮 b 一大马酮 青香、果香、更为花香、草香、龙涎，木香 青香、果香、花香、壤，菌气 1 2 1 大马酮类化合物的生物体内的合成 据报道，大马酮类的生物体内合成是通过胡萝卜素类化合物如新 叶黄素的c 一9 位置上的氧化降解而来2 3 1 ( 见反应图式1 3 ) ，大马烯酮 ( 1 4 ) 的合成是由新叶黄素经生物氧化、脱水和r u p e 重排得到。同 理，通过胡萝卜素类化合物相似的生物降解方式可以获得c 【大马酮 ( 1 5 ) 、d 一大马酮( 1 6 ) 、6 大马酮( 1 7 ) ，其中胡萝卜素类化合物也可 以氧化降解得到紫罗兰酮类如b 一紫罗兰酮。 h d 0 h 1 2 新叶黄素 h d 0 h 掣出郫解得到黔 。类搬的龅箩| 、 0 6 0o 0 b 大马酮 s 大马酮 8 一紫罗兰酮 图1 3 大马酮类化合物的生物降解 1 2 2 舡大马酮的合成 ( 1 ) 由柠檬醛合成0 【大马酮 以柠檬醛与烯丙基溴化镁的格氏试剂反应，可得到中间体6 ，1 0 一 二甲基1 ，5 ，9 十一碳三烯一4 。醇，再经氧化异构环化而得c c 一大马酮， 总得率3 3 6 阱，2 5 1 ，见反应图示1 4 。 h 0 +c h 2 = c h c h 2 m g 日r 。 o h 。y 人a c 义 小等小 图1 4u 大马酮的合成 s c h u h e e 1 t e 等则用丙烯基溴化镁进行格氏反应，然后用二氧化 锰氧化，硫酸环化的方法制得大马酮类化合物，但总得率只有 6 7 【2 6 1 。 ( 2 ) 由环柠檬醛合成a 一大马酮 y a i l l a d a 等白环柠檬醛与烯丙基锂反应在氧化而得反式n 一大马酮 2 7 。e 彻a n 等自0 【环柠檬醛与烯丙基溴实现烯丙基化，然后用铬酸氧 化和三乙胺催化异构而得a 一大马酬2 8 1 。另外用烯丙基溴化镁或锂代化 合物进行反应，再经氧化和异构( 对甲苯磺酸) ，得到0 【大马酮2 引。 ( 3 ) 由环香叶酸( 酯) 类合成0 l 一大马酮 s c h u l t e e l t e 等用环香叶酸酯合成1 ，3 双酮经加氢和对甲苯磺酸 处理后得到o 【大马酬3 伽( 见反应图示1 5 ) 。 n i h 2 图l - 5 旺大马酮的合成 用烯丙基氯化镁与环香叶酸酯反应，将生成较多量的二烯丙基 代化合物3 1 1 。二烯丙基代化合物用叔丁基钾在d m f 中4 0 时反应分 解，再用盐酸处理后可生成6 1 0 【一大马耐3 2 1 。在环香叶酸酯与烯丙基 氯化镁反应时加有强碱如u ) a 可避免烯丙基氯的第二次进攻：也有 用丁基锂处理使环香叶酸酯去质子形成烯醇盐，再与烯丙基氯化镁反 应，然后再加入( + ) 一( 4 s ，5 r ) 1 ，5 一二甲基一4 一苯基2 咪唑烷酮反应， 经处理得旺大马酮3 3 3 ( 见图示1 6 ) 。 o 。m 七h 2 _ c h c h 2 m g c i 潦+ 沙 图1 6 洳大马酮的合成 另一条合成0 【一大马酮是从环香叶酸为原料开始的，通过转变为酰 氯，酰氯再脱卤化氢生成烯酮，烯酮再与烷基氯格氏试剂反应，水解 再异构化得到目标产物叶大马酮3 4 1 ( 见图示1 7 ) 娑汝。汝。1 箬沙 由0 【一紫罗兰酮合成一大马酮有一系列的报道】，但总得率并不 得a 大马耐3 6 1 ( 见图示l 一8 ) ，总得率为3 3 。 a z z 撕等利用得自紫罗兰酮的中间体烯丙基硅烷为关键试剂合 成了n 一大马酮，总得率2 2 【3 7 1 ( 见反应图示1 9 ) 。 r a n e y 镍 k o h ( m e 3 s i ) 2 c u l i k h t h f o t s o h 虹 图1 8 小大马酮的合成 n a b h d c h 3 0 h 竺璺里z 。 业 图1 9n 大马酮的合成 9 ( 5 ) 由2 ，6 ，6 一三甲基一2 环己烯基烯酮合成0 【大马酮 2 ，6 ，6 三甲基一2 一环己烯基烯酮这一原料可自旺一环香叶酰氯制得， 得率7 1 【3 8 】，性较稳定。将烯酮的四氢呋喃溶液滴入先制成的烯丙基 氯化镁中，在常温反应后得以异一a 一大马酮为主的产物，异一n 一大马酮 经对甲苯磺酸处理即转化成所需产品，得率为7 0 ( 见图示1 1 0 ) 。 汝+ 邺- 一如+ ip - t s o hf 1，：。一 图1 1 0n 大马酮的合成 ( 6 ) 其他途径合成 1 9 7 0 年，s c h u l t e e 1 t e 等首次以3 ，7 二甲基一3 羟基一6 烯1 一辛炔为 原料，经过烯丙基氯、醋酸酐、醋酸亚铜，醋酸纳、硫酸，氧化镨( 一2 0 ) 合成了a 大马酮3 9 1 ( 见反应图式1 1 1 ) 。 分一c i 谈嚣敬 图1 1 1 旺_ 大马酮的合成 1 0 o o ac ， o a c 1 2 3p - 大马酮的合成 ( 1 ) 由柠檬醛合成b 一大马酮 柠檬醛与丙烯基溴化镁进行格氏反应，然后氧化成酮，双键重排 再环化成二氢大马酮，经脱氢反应，可生成生成b 一大马酮。 ( 2 ) 由p 环柠檬醛合成b 大马酮 与合成大马酮一样，以b 一环柠檬醛与丙烯基溴化镁进行格氏 反应，所得之醇经氧化后既生成d 一大马酮。自p 环柠檬醛经缩羰基化、 烯丙基化、水解和异构也可得b 大马酬4 1 1 。 ( 3 ) 由2 ，6 ，6 一三甲基环己酮合成b 一大马酮 e j g 啪d e 在专利中提出，2 ，6 ，6 一三甲基环己酮先炔化，再经过 r u p e 重排、乙醛缩合、脱水而得p 大马酮4 2 1 ( 见图示l 一1 2 ) 。 欲望灏一 c h 3 c h o e t m g c l 乙酐 加热 图1 1 2b - 大马酮的合成 m o o k l l e l j e e 等自1 - 乙酰基一2 ，6 ，6 一三甲基一1 ，3 一环己二烯与甲基氯 化镁在2 0 反应得到有机镁化合物，进一步与氯乙酰常温反应，水 解而获得1 ，3 一双酮，后者本身也是一种有用的香料，而且也是制取p 一 大马酮的中间体4 3 1 ( 见图示1 1 3 ) + c h 3 m g x 图1 1 3f 大马酮中间体的合成 ( 4 ) 自紫罗兰酮合成b 一大马酮 与q 一紫罗兰酮一样，通过异恶唑中间体羰基基团1 ，3 位置迁移 从紫罗兰酮转化大马酮是可能的 3 1 1 。例如，b 紫罗兰酮转化为酮肟化 合物，再氧化为相应的异嗯唑，通过还原和热分解，或酸解可以得到 b 一大马酮。( 见反应图式1 1 4 ) 汝一一忒心一以 b 大与酮 图1 1 4p 大马酮的合成 h e r c u l e s 公司的专利提出，从7 ，8 脱氢小紫罗兰醇出发，先后用 乙酰吡啶和对甲苯磺酸处理通过重排和脱水也可得到p 大马酮。 l o t h a r 等以1 醛基2 ，6 ，6 三甲基一3 肟基环己一i 一烯为原料与烯丙 基氯化镁反应，生成2 ，4 ，4 三甲基一3 一( 1 羟基。3 ，烯1 丁基) 一环己一2 - 烯 1 酮肟，酮肟在3 0 的硫酸存在下还原成2 ，4 ，4 一三甲基- 3 一( 1 一羟基一3 一 烯一1 丁基) 环己一2 一烯一1 酮，用重铬酸钠氧化2 ，4 ，4 三甲基一3 一( 1 一羟基 3 一烯一1 一丁基) 一环己一2 一烯1 酮成2 ，4 ，4 三甲基一3 一( 1 酮3 烯一1 一丁基) 一环 一心 = 己一2 - 烯一1 一酮再在对甲苯磺酸存在下重排成氧代p ，大马酮4 5 1 ( 见图示 i 1 5 ) 。 n o h o ，m g c i + | | 一 n o h 3 0 h 2 s 0 4 对甲苯磺酸 o n a 2 c r 2 0 7 o u 图1 - 1 4p 氧代大马酮的合成 1 2 4y 一，6 一大马酮的合成 s c h u l t e 等用r 一紫罗兰酮的c 【，p 烯键用过氧化氢环氧化得到两个 立体异构体，它们在w h a r t o n 反应条件下生成烯丙醇混合物，其中顺 式与反式醇经氧化后得到相应的1 ，一大马酮闱。 利用m e l d n l m 酸( 2 ，2 ，二甲基一1 ，3 一二嗯烷一4 ，6 一二酮) 与丙酮缩 合得到良好的亲二烯化合物，它与1 ，3 戊二烯经双烯加成后，再与烯 丙基锂反应，脱羧而得6 大马酮4 7 1 ( 见图示1 1 5 ) 。 吴国生在1 9 9 0 年报道了从柠檬醛出发通过光化学全合成d 大 马烯酮和大马酮的方法4 9 1 。 r a u t e n s 仃a u c h 自3 ，6 一二羟基一7 ，8 一脱氢5 ，6 二氢紫罗兰醇用硫酸脱 水重排得到大马烯酮，反应中同时生成的羟酮可进一步用氧氯化磷脱 水成大马烯酮( 见图示1 1 7 ) h o o h h 2 s 0 4 + 图1 1 7 大马烯酮的合成 b u e c h i 等用a 和b 一藏红花酸乙酯为原料，与烯丙基锂于乙醚中 反应，温度为6 0 ，分别得到相应的酮，然后用叔丁醇钾处理，使 之异构为a 和b 一大马烯酬5 1 1 ( 见图示1 1 8 ) 。 ，c o 。e t | | 弋夕- c h 2 = c h c h 2 l i t b u o k 图1 1 8 大马烯酮的合成 在这一反应中如丙烯基溴化镁与藏红花酸酯反应，结果所得的仍 是未反应的原料；如用烯丙基溴化镁时主要得到二烯丙基原醇。用 1 m 0 1 烯丙基锂时得到5 0 所需的p ，丫不饱和酮和未反应的原料；使 用2 r n o i 时，酮的的率提高到8 4 。酮在甲苯磺酸的作用下，使三个 1 5 1 3 本课题的研究目的、主要研究内容和创新性分析 大马酮类化合物是烟草中的重要致香成分，由于这类化合物赋予 卷烟烟气一种花香和木香型的香气与吸味，在卷烟中只要加入少量就 可以使卷烟烟气更似良好调制和成熟的烟草的香气。但由于其持香阂 值太低，在卷烟存放过程中会因香气挥发而造成流失，从而导致卷烟 产品质量不稳定。因此，如果合成一种可以在卷烟燃吸过程中释放大 马酮类化合物的香料前体化合物来替代大马酮，可以解决上述使用过 程中所存在的问题。 针对已有的文献工作报道和对大马酮类化合物结构的剖析，认为 图示( 1 。2 0 ) 中三种化合物在高温下可以脱水成烯转化成相应的大马 酮化合物，而这三种化合物添加到卷烟中是稳定的。 强葭p 强 i i 图1 2 0 可能在烟气中释放大马酮类的三种化合物 因此，本课题的主要研究内容为： ( 1 ) 以一种廉价易得的石油化工原料1 ，3 一戊二烯为原料，与亚 异丙基丙酮经d i e l s a 1 d e r 反应，合成4 乙酰基一3 ，5 ，5 一三甲基环已 烯。 ( 2 ) 以4 一乙酰基3 ，5 ，5 一三甲基环己烯分别与乙酸乙酯、丙酸 乙酯在乙醇钠的存在下缩合得到1 ( 2 ，6 ，6 一三甲基- 3 一环己烯基) 一1 ，3 丁二酮和l 一( 2 ，6 ，6 三甲基，3 一环己烯基) 一1 ，3 一戊二酮。 1 7 ( 3 ) 在硼氢化钠存在下将1 ( 2 ，6 ，6 三甲基3 一环己烯一基) 一， 3 一丁二酮和1 ( 2 ，6 ，6 三甲基3 环己烯一基) 1 ，3 一戊二酮分别还原 成3 羟基一l 一( 2 ，6 ，6 三甲基一3 一环己烯基) 一1 丁酮和3 一羟基1 一( 2 ， 6 ，6 三甲基一3 环己烯基) 1 一戊酮。 ( 4 ) 将( 3 ) 中制备的两种化合物添加到卷烟中，考察其在烟气 中裂解释放大马酮的反应，试制一批卷烟，评吸其使用效果。考 察两种化合物在的卷烟存放时问与释放大马酮类香料物质的关 系。 本工作所研究的两种化合物3 一羟基1 一( 2 ，6 ，6 一三甲基一3 一环己 烯基) 一1 ，丁酮和3 一羟基1 一( 2 ，6 ，6 一三甲基一3 一环己烯基) 1 一戊酮分 别是烟草中一类非常重要的香料类胡萝卜素降解产物6 一大马酮和6 一 甲基大马酮的香料前体化合物，它们在卷烟燃吸过程中释放6 一大马酮 和6 一甲基大马酮尚未见文献报道。其中所合成的3 羟基一1 一( 2 ，6 ， 6 一三甲基一3 环己烯基) 一1 戊酮是一种新化合物。 i 8 第二章3 - 羟基- 1 ( 2 ，6 ，6 三甲基3 环己烯基) 1 丁酮 的合成 大马酮类化合物( 如图2 1 所示) 是烟草中的重要致香成分，由 于这类化合物赋予卷烟烟气一种花香和木香型的香气与吸味，在卷烟 中只要加入少量就可以使卷烟烟气更似良好调制和成熟的烟草的香 气。但由于其持香闽值太低，在卷烟存放过程中会因香气挥发而造成 流失，从而导致卷烟产品质量不稳定。 0 p 一 办 p 一大马酮 8 一大马酮俳大马酮 图2 1 烟草中含有的三种大马酮 大马酮在烟叶植物体内的生物合成是通过胡萝卜素类化合物 ( 如新叶黄素) 的c 9 位置上的氧化降解而来，对烟叶本身的品质及 环境要求很高且无法人为控制。因此，如果能人工合成具有较低挥发 性又能在卷烟燃吸过程中释放大马酮类的化合物，将其添加于卷烟产 品中，是解决卷烟香气流失的一条重要途径，显然具有较大的应用价 值。 据推测，图1 2 0 中的化合物i 、i i 和i i i 在卷烟燃吸过程中都有 可能会释放出大马酮类化合物。 1 9 s c h u l t e e l t e 以紫罗兰酮为原料经五步反应合成了大马酮类化合 物i i 和i i i 5 羽，但未证实其能否在卷烟燃吸过程释放出相应的大马酮 类化合物。我们经过对大马酮类化合物的结构剖析，提出如下合成路 线( 图2 2 ) ，即以1 ，3 一戊二烯和亚异丙基丙酮为原料，在无水a l c l 3 催化作用下经d i e l s a 1 d e r 反应，首先合成4 一乙酰基3 ，5 ，5 三甲基环 己烯，再与乙酸乙酯经缩合反应得到1 ( 2 ，6 ，6 三甲基一3 环己烯基) 一1 ，3 - 丁二酮，然后在硼氢化钠还原剂作用下，将1 ( 2 ，6 ，6 一三甲基一3 环己烯一基) 1 ，3 一丁二酮还原成3 羟基一1 ( 2 ，6 ，6 三甲基，3 环己烯 基) 一1 一丁酮，即6 一大马酮。显然该路线由于戊二烯是石油化工原料， 价廉易得，具有明显的优势。 璺淤等淤乜水 图2 26 - 大马酮前体的全合成合成路线 2 1 实验部分： 2 1 1 实验原料 实验所用的化学试剂，亚异丙基丙酮、l ，3 一戊二烯、丙酮、无水 三氯化铝、二氯甲烷、乙醚、液体石蜡，三聚乙醛，浓硫酸，氢氧化 钾，甲醇，乙醇，钠，苯，乙酸乙酯、五氧化二磷、二甲基亚砜( d m s o ) 、 甲苯、乙醇、冰乙酸、氢氧化钠、冰乙酸、乙醚、丙酮均为分析纯试 剂，硼氢化钠购自m e r c k _ s c h u c h a r d t 产品。 2 1 2 原料的前处理 ( 1 ) 蒸馏乙醛 在1 0 0n 1 l 烧瓶中放入5 0 g 三聚乙醛、沸石和几滴浓硫酸，油浴 加热，弃去前馏分，收集2 0 一2 l 馏分。 ( 2 ) 乙醇纳的制各 i ) 绝对乙醇制备 在装有回流管、干燥管的5 0 0l n l 烧瓶中加入2 0 0m l 无水乙醇， 金属钠。当钠块全部消失时改为蒸馏装置，收集蒸馏出的乙醇。 j j ) 乙醇钠的制备 在装有回流管、干燥管的2 5 0m l 烧瓶中加入5 0l n l 绝对乙醇和 金属钠( 1 8 4g ，0 0 8n 1 0 1 ) ，反应完全后，减压蒸馏乙醇，确保乙醇 全部蒸干后，密闭。 ( 3 ) 乙酸乙酯、甲苯、d m s o 和乙醚等在使用前均经过五氧化二 磷干燥和重新蒸馏。 2 1 3 实验仪器 d f 1 0 1 b 集热式恒温磁力搅拌器。 h p l 9 0 9 l j 一1 3 3 h p 气相色谱质谱联用仪。 v a i r i a i li n o v a _ 3 0 0 核磁共振谱仪。 剂，硼氢化钠购自m e r c k _ s c h u c h a r d t 产品。 2 1 2 原料的前处理 ( 1 ) 蒸馏乙醛 在1 0 0 n 1 l 夏季氆镬蠹榭；狮陌静臻皓粪捌砸j 錾叁 磊瑚；丽墨橱器帮j 刳韬萋薹。兰! 羹曳捌。 i 至i 鏊争够囊蠹断 i l 幽静霪攀驵r 宝熟鼎萋霾鬟。羹鋈蓄引 涨i 鬻鲢型羹基积蚕燃掬蕈弘湖豢善； 舻蓥霎；蠹副崩自 f 和羹萋薹芋鲁掣昂答；嘉饕藕鞘嚣鏊：零： 誊 攀露擅烯，再 与乙酸乙酯经缩合反应得到1 ( 2 ，6 ，6 三甲基一3 环己烯基) 一1 ，3- 丁二酮，然后在硼氢化钠还原剂作用下，将1 ( 2 ，6 ，6 一三甲基一3 环己烯一基) 1 ，3 一丁二酮还原成3 羟基一1 ( 2 ，6 ，6 三甲基，3 环己烯 基) 一1一丁酮，即6 一大马酮。显然该路线由于戊二烯是石油化工原料， 价廉易得，具有明显的优势。 璺淤等 淤乜水 图2 - 26 - 大马酮前体的全合成合成路线 2 1 实验部分： 2 1 1 实验原料 实验所用的化学试剂，亚异丙基丙酮、l ，3 一戊二烯、丙酮、无水 2 1 4 合成实验 2 1 4 1 4 - 乙酰基3 ，5 ，5 - 三甲基环己烯的合成 以1 ，3 一戊二烯和亚异丙基丙酮为原料，在a l c l 3 催化作用下经 d i e l s a 1 d e r 反应，所得产物用三种不同方法进行了后处理，合成路线 和具体操作如下： + 乙。竺 + ( 主) 图2 34 一乙酰基- 3 ，5 ，5 三甲基环己烯的合成 方法( 1 ) ：在装有回流管、干燥器及1 0 0m l 滴液漏斗的5 0 0m l 的三颈烧瓶中，在氮气的保护下，加入无水三氯化铝( 2 7 4g ，0 2 m 0 1 ) 及二氯甲烷( 6 0m l ) ，搅拌下滴加亚异丙基丙酮( 4 0g ，o 4m 0 1 ) 与二氯甲烷( 1 5 0 m l ) 的混合液，回流lh ，滴加1 ，3 戊二烯( 1 4 0 g ，2 0m 0 1 ) 和4 2 0m l 二氯甲烷的混合液，在室温下搅拌过夜。反应 完成后将反应液到入1 0 的盐酸( 3 0 0m l ) 中，水蒸气蒸馏，收集 前4 h 的馏分l ，4 8 h 小时馏分2 ，所得馏分1 、馏分2 分别按图2 4 步骤进行处理，分别得到馏分1 为3 4 7g ，馏分2 为3 5g ，收率分 别为4 5 7 ，0 3 。 方法( 2 ) ：合成步骤同方法( 1 ) ，反应完成后将反应液倒入1 0 的盐酸( 3 0 0 n 1 l ) 中，加2 0 0 i n l 液体石蜡，再倒入1 0 的盐酸( 3 0 0 z i l l ) 中，水蒸气蒸馏，收集蒸馏前4h 的馏分。所得馏分按图2 4 处 理步骤处理，得到产物3 3 6g ，收率为5 0 7 。 方法( 3 ) ：合成步骤同方法( 1 ) ，但在合成条件中用于溶解i ， 2 2 3 戊二烯的溶剂量减少了一半，相当于1 ，3 一戊二烯浓度增加一倍。反 应完成后的后续处理步骤同方法( 2 ) ，得到产物3 2 4g ，收率为4 0 4 。 合并 l 水洗( 5 0 l l ) i 碳酸氢钠饱和溶液洗( 5 0 m l 2 ) l水洗( 5 0 m l 2 ) 图2 4 反应液后处理过程 2 1 4 2 乙醛与4 乙酰基3 ，5 ，5 三甲基环己烯的缩合反应 以1 ，3 一戊二烯和亚异丙基丙酮的d i e l s 一舢d e r 反应产物一4 一乙酰基 3 ，5 ，5 三甲基环己烯为原料，分别在氢氧化钾和乙醇钠作用下与乙醛 进行缩合反应，试图一步合成3 一羟基一1 一( 2 ，6 ，6 一三甲基一3 一环己烯基) 1 一丁酮，其合成路线和具体操作如下： 淤剐。一淤足 图2 - 5 乙醛与4 - 乙酰基- 3 ，5 ，5 三甲基环己烯的反应路线 方法( 1 ) ：4 乙酰基3 ，5 ，5 三甲基环己烯在氢氧化钾下与乙醛反 应。在装有磁力搅拌的1 0 0m l 烧瓶中，放入钠( 0 1 7 g ，o 0 3m 0 1 ) 2 0 m l 乙醚、4 一乙酰基一3 ，5 ，5 一三甲基环己烯( 1 6 6g ，0 1m 0 1 ) ，滴加 4 4g 新蒸乙醛( 0 1 1 0 1 ，溶解在3 0i i l l 冷乙醚中) 。滴加完后在室温 方法( 2 ) ：4 一乙酰基一3 ，5 ，5 一三甲基环己