（食品科学专业论文）新型高温高效抗氧化剂的合成及其抗氧化活性研究.pdf

一一一 竺竺苎璺! 苎苎! 兰型竺! 苎垒苎苎苎坚塑竺! 兰一 - 。_ _ _ _ _ - - _ - _ _ _ _ - _ 。_ _ _ _ 。_ - _ _ _ - _ - _ 。_ 。_ _ - _ _ _ 1 。1 一 摘要 本论文基于f r i e d e l - - c r a f t s 烷基化反应和酚醛缩合反应分别合成出了具有抗 氧化活性的新化合物产品i 和产品i i ，并对二者的合成工艺及抗氧化活性进行 了研究。 以对苯二酚和正十二醇为反应物，在磷酸的催化下进行f r i e d e l c r a f t s 烷 基化反应的工艺条件为：对苯二酚磷酸正十二醇= 1 2 0 4 8 1 ( 摩尔比) ，反应 温度为1 7 5 ( 2 ，反应时间为2 5 h ，产品i 得率为3 6 5 6 。以叔丁基对苯二酚( t b h q ) 和乙醛为反应物，以乙醇为溶剂，在浓盐酸的催化下进行酚醛缩合反应的最佳 工艺条件为：乙醛t b h q ( 摩尔比) 为0 8 0 ，催化齐l j t b h q ( 摩尔比) 为1 0 0 ， 反应温度为6 5 ，反应时间为4 5 h ，产品i i 得率为8 8 7 6 。通过四大光谱( 质 谱、核磁共振、红外光谱、紫外光谱) 对所得的两个化合物进行结构鉴定，从 而确定了产品i 为正十二烷基对苯二酚，产品i i 为1 ，1 一二( 2 ，5 一二羟基 一4 一叔丁基一苯基) 乙烷。 采用o s i 法、高温煎炸法、恒温烘箱法和d p p h - 清除法分别对这两个新化 合物及其它抗氧化剂的抗氧化活性进行比较，得出如下结论：两个化合物均为 良好的高温抗氧化剂，1 8 0 c 条件下对豆油的抗氧化效果均高于t b h q 和b h a ： 常温下，产品i i 对豆油和猪油的抗氧化活性仅次于t b h q ，远远高于b h a 和 b h t ，相同条件下，产品i 对猪油的抗氧化活性不如b h a ，稍次于b h t ，对 豆油的抗氧化活性与b h t 相当，强于b h a ；在1 0 的乳浊液中，产品i i 的抗 氧化剂活性高于其它所有抗氧化剂，产品i 抗氧化活性与b h t 、t b h q 相当， 高于b h a ；并通过d p p h 清除实验证明了酚类化合物清除d p p h 的能力与其自 身化学结构密切相关。 关键词：抗氧化剂、抗氧化活性、正十二烷基对苯二酚、1 ，1 一二( 2 ，5 一 羟基一4 一叔丁基一苯基) 乙烷 新型离遏离欺抗氯化剂的合成及其抗氯化活性研究 a b s t r a c t t w oa n t i o x i d a n t s ( p r o d u c to n ea n dp r o d u c tt w o ) w e r es y n t h e s i z e db a s e do n f r i e d e l - c r a f t s r e a c t i o nb e t w e e nh y d r o q u i n o n ea n d ”- d o d e c a n o l ，a n dc o n d e n s a t i o n r e a c t i o nb e t w e e n t e r t b u t y l h y d r o q u i n o n e ( t b h q ) a n da c e t a l d e h y d er e s p e c t i v e l y f o rp r o d u c to n e ，t h eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sw e r e ：h y d r o q u i n o n e p h o s p h o r i ca c i d h d o d e c a n o l 2 1 2 0 4 8 1 ( m o lr a t i o ) ，1 7 5 ，2 5 h u n d e r t h i s c o n d i t i o n ，t h ey i e do fp r o d u c to n ew a s3 6 5 6 f o rp r o d u c tt w o ，t h eo p t i m u m t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r s w e r e ： a c e t a l d e h y d e t b h q 2 0 8 0 1 0 0( m o lr a t i o ) ， h y d r o c h l o r i ca c i d t b h q = 1 0 0 ( i n o lr a t i o ) ，6 5 ，4 5 h ，a n dt h ey i e dw a s8 8 7 6 t h e s t r u c t u r e so ft h e s et w oc o m p o u n d sw e r ee l u c i d a t e db yi r ，1 h n m r ，m s ，a n du v s p e c t r o s c o p i ca n a l y s i sa n dw e r e i d e n t i f i e da sn - d o d e c y l h y d r o q u i n o n e ，a n d1 ，1 一d i ( 2 5 7 一d i h y d r o x y 一4 一t e r t - b u t y l p h e n y l ) e t h a n er e s p e c t i v e l y t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo ft h e s et w oc o m p o u n d sa n do t h e rc o m m o na n t i o x i d a n t s w a st e s t e d b yo s ie x p e r i m e n t ，h i g ht e m p e r a t u r ed e e pf r y i n ge x p e r i m e n t ，s c h a a l e x p e r i m e n t ，a n dd p p h e l i m i n a t i n ge x p e r i m e n t c o m p a r i n gw i t ho t h e rs y n t h e t i c a n t i o x i d a n t s ，t h ep r o d u c t sw e r et w oo ft h em o s tp o t e n ta n t i o x i d a n t sf o rd e e p f r y i n ga t h i g ht e m p e r a t u r e t h ep r o d u c tt w o w s s a l s oav e r y g o o d a n t i o x i d a n ta tr o o m t e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：a n t i o x i d a n t ，a n t i o x i d a n ta c t i v i t y , n d o d e c y lh y d r o q u i n o n e ，1 ，1 - d i ( 2 ，5 一d i h y d r o x y 一4 t e r t - b u t y l p h e n y l 、e t h a n e 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名 日期： 新越离沮口文抗簟，化剂的合成及其抗牵1 活性研究 第一章前言 i i 油脂的氧化及危害 1 i 1 油脂及其作用 油脂是人类膳食中的主要营养成分之一。供食用的油脂有两种形式，一种 是从植物和动物中分离出来的“可见脂肪”，例如：奶油、猪油等；另一种是作 为基本食品，如乳、干酪或肉的成分，即“不可见脂肪”。就其在食品上的应用 而言，它是人体中脂肪和热量的主要来源，它所产生的热量相当于同量碳水化 台物或蛋白质产生热量的两倍；能为人类提供一些所需的营养成分，如磷脂、 甾醇，以及含多个双键的必需脂肪酸( 亚油酸、花生四烯酸等) ；能帮助人体吸 收脂溶性物质和脂溶性维生素等；并且赋予食品良好的口感和风味。 1 1 2 油脂的氧化 无论是油脂还是富含油脂的食品在生产、加工、运输、储藏及使用过程中， 都会发生变化而逐渐变质。油脂变质主要通过以下两种方式：水解和氧化。水 解一般受脂肪酶催化而使油脂水解为甘油、单、双甘油酯和游离脂肪酸，可通 过加热、精炼，以破坏或消除脂肪酶而达到保护作用。更为普遍和重要的是 油脂的氧化，由于油脂自身结构的原因，它的氧化是不可避免的。脂类的氧化 可分为两大类，即化学氧化和空气氧化。脂类的化学氧化往往是根据产品的需 要，按人的主观意志控制进行的化学反应；而脂类的空气氧化则主要发生在各 种油脂工业和食品工业中，产生一系列不良后果，绝大多数是人们千方百计设 法避免的。不过，有两种情况是例外的：其一是桐油作油漆使用时的干燥反应 ( 自动氧化聚合反应) ；再者就是人体中的花生四烯酸和二十碳五烯酸在特种酶 的催化下生成前列腺素的过氧化反应。 油脂的空气氧化有三种途径：自动氧化、光氧化和酶促氧化。脂类的自动 氧化反应具有极其普遍的意义，油脂的变质绝大部分是由于自动氧化造成的【3 】。 其过程极为复杂，尽管如此学者们通过认真、仔细、深入的研究基本上弄清了 它的反应机制一一自由基连锁反应f 4 j 。基本反应过程如下： 链引发：i 瑚+ x 专r + x h r h + 1 0 2 - - ) r + h 0 0 光、热、一些光敏物质、电离辐射、脂氧酶、过渡金属和金属蛋白是链引 新型离沮高效抗l 化剂的合成及其抚氯化活性研究 发的催化剂。 链增长：r + 3 0 2 专r 0 0 r o o _ + r h r 0 0 h + r 。 r o o h r o + - o h 2 r o o h - - - ) r o + r o o + h 2 0 r o + r h 专r 斗r o h o h + r h r + h 2 0 链终止：r 0 0 + r 0 0 - - - ) r o o r + o ， r o o 斗r 专r o o r r + r 专r r r o + r o 专r 0 0 r r + r o r o r 在此链式反应中，r i - i 代表油脂中的不饱和脂肪酸( h 是。亚甲基上的氢 原子，由于邻近的一个或几个双键的激活作用，使其易于离去，生成脂自由基) ， r o o h 是氧化过程中形成的脂类过氧化物。 1 1 3 油脂氧化的危害嗍 1 1 3 1 油脂氧化分解严重影响食品感观风味 油脂氧化过程中生成的过氧化物不稳定，很容易分解，产生一系列醛、酮、 酸、醇等小分子物质。这些物质具有强烈的刺激性气味，俗称“哈”味，严重 地影响了食品的感观风味。 1 1 3 2 氧化的油脂营养价值大大降低 在氧化过程中，油脂中所含的维生素a 、d 、e 首先被氧化，其次一些人体 必需脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸也遭到破坏。而且食入氧化的油脂，还会破坏 同时摄入的其它食物中的b 族维生素。因此，长期食用变质油脂，会出现必需 脂肪酸缺乏的中毒现象及脂溶性维生素和核黄素缺乏现象，破坏人体生理平衡， 使人体健康受到损害。 1 1 3 3 氧化油脂的毒性及食用氧化油脂引起的疾病 有报告表明家禽食用了含有过氧化脂质的饲料会引起黄脂病。猫食用后， 引起肝、肾脏的肥大，导致肝变性、脂肪肝。给小鼠注射亚油酸甲酯的过氧化 新型高沮高效抗氧化剂的合成覆其抗氧化活性研究 物，只需l 一2 m g 便可使其半数致死川。近来分子生物学的研究表明，过氧化脂 质与癌症、冠心病和衰老有密切关系，其进入人体后分解产生的自由基，极易 袭击细胞膜和酶而引起一系列的连锁反应：引起细胞膜的破坏，导致细胞的衰 老；使d n a 的双螺旋结构局部破坏，导致癌变；自由基氧化产生的丙二醛， 引起低密脂蛋白的横向交联，引发动脉粥样硬化、导致心血管疾病 8 】【9 】。不仅如 此，受热不当的油脂氧化聚合还会产生一系列简单的二聚物、环氧化合物、环 状脂肪酸、内酯等有毒成分，而且由于这些化合物没有难闻的气味，所以很难 被人们觉察【”i 。 1 1 4 影响油脂氧化速率的因素1 和其他化学反应一样，许多因素都能改变和影响油脂氧化的速率。以下分 别加以叙述：( 1 ) 氧的有效量。氧是氧化反应的反应物之一，其有效含量越高， 越易促进氧化。( 2 ) 金属离子。过渡金属离子是非常强的自由基诱发剂，它的 存在将大大加快油脂的氧化速度2 】。食用油脂中通常含有微量的金属离子。这 些金属离子的来源，一是含金属的活化酶或其分解产物；二是在油脂炼制、氢 化及食品加工中接触的金属容器。重金属，特别是那些具有两价或更多价态且 在它们之间有合适的氧化还原电势( 例如铁、铜、锰、钴、镍等) 的金属，可 大幅度缩短链反应引发期的时间，加快脂类氧化的速度。f 3 ) 温度。温度的影 响也很显著。与一般的化学反应一样，温度每升高l o 。c ，油脂氧化速率提高一 倍。( 4 ) 光线。光线的影响也不小，紫外线是氧化作用的激化剂和催化剂，特 别是在有光敏性物质存在的情况下。( 5 ) 色素。油脂和含脂食品中含有的某些 具有光敏剂性质的色素，如叶绿素a 、脱镁叶绿素a 、肌红蛋百及其中的血卟啉、 合成色素赤藓红等，都是有效的光敏剂，可将三线态的氧激化为单线态的氧。( 6 ) 碱。碱性条件和碱土金属离子也能催化自由基氧化反应。( 7 ) 油脂本身的不饱 和度及其所含抗氧化剂的数量和种类。 1 1 5 防止油脂氧化的措施 如何提高油脂对光、热、氧及金属离子等的稳定性成为人们密切关注的问 题。控制油脂氧化有几种方法i 1 3 ：( 1 ) 加入抗氧化剂；( 2 ) 将油脂真空( 或充入 惰性气体) 、避光、低温储藏；( 3 ) 避免与铁、铜等金属接触。氧气无处不在， 很难做到在完全缺氧的情况下密闭保存油脂，即使能办到，也无法推广应用。 新型高温离寞q 乞簟，化剂的古成及其抗摹，化活性研究 r 天然抗氧化刑( 存在于动植物或微生物中。如荼多酚、迷遥香酚等) “根据来源1 台成抗氧化剂( 由化学方法合成，如b h a 、b h t 等) ，r 功能氢在羟基上( 酚类抗氧化剂 卜删4 黼训墙觥鲕黼髓刘 ( 2 ) 根据抗氧化机制 b y 8 ，而加热到5 0 1 0 0 。c 时，则抗氧化活性顺序变为o b y 5 0 4 8 5 5 0 c 2 7 0 。c蜡状周体 1 2 6 无色针状结晶 t b h qc i o h l 4 0 2 1 6 6 2 2 p g b h t b h a 空白 新型商沮高效抗氧化荆的合成a 其抗奢，他活性研究 对猪油的抗氧化活性则变为：t b h q p g b h a b h t 生育酚 空白 而对无水奶油的抗氧化活性又变为：p g t b h q b h a 生育酚 空白 2 氧化反应的引发及加速方式； 在常温下测定抗氧化剂的抗氧化活性，耗时极长。比如在常温下，以猪油 为底物则至少需要1 5 2 年才能得到最后结果。这对大多数研究工作来说是不 现实的。因此应运而生各种氧化加速方式。研究人员可以根据抗氧化剂的特性 来选择和设计加速氧化反应的方法。下面分别举例说明。 烘箱法，是最经典也是最简单的加速方法。它的最大优点是和实际情况比 较接近，且设备简单。但耗时较长，操作繁杂，需消耗大量溶剂和试剂。 活性氧加速法( a c t i v eo x y g e nm e t h o d - - a o m ) ，是通过在加热的同时向试样 内鼓热空气来达到加速反应的目的的。该法耗时比烘箱法短，但需每隔一段时 间取样测定其过氧化值，研究者要一直守在旁边，直到样品氧化诱导期( 所有 的油脂均具有一定的抗氧化能力。初期时，氧化速率很慢，但当油脂达到一定 氧化程度后，会发生一个突变，氧化速率大大加快，般将油脂加速氧化前的 一段时间称为该油脂的诱导期) 结束为止。随后在活性氧法基础上又派生出 r a n c i m a t 法和o s i ( o x i d a t i v es t a b i l i t yi n s t r u m e n t ) 法，加速的方法和活性氧法一 样，然后将氧化产生的挥发性小分子醛、酮、酸等物质用硅胶管导入盛有蒸馏 水的试管内，使蒸馏水的电导率随时间而变化，用计算机记录试管内水的电导 率的变化情况，再计算出电导率对时间变化曲线的二次导数的最大值，即可得 出油脂氧化的诱导期数值。该法不仅快速，而且全自动。但在高温和鼓气的条 件下，些小分子抗氧化剂容易逸出，起不到应有的抗氧化作用，使得所测抗 氧化活性偏低甚至没有。 利用自由基诱发剂来加速反应是近年来常用的手段，通常使用的诱发剂包 括有机分子，变价金属离子等。 此外，还有紫外光加速法。 3 终点的指示0 6 】： 指示方法能否客观正确地反映底物氧化诱导期地结束，对评价抗氧化剂地 抗氧化活性也是很关键的。最经典的碘量法是通过以下反应实现的：r o o h + k i + h + - - ) r o h + 1 2 + h 2 0 ，1 2 q - 2 n a 2 s 2 0 3 - - ) 2 n a l + n a 2 s d 0 6 该法在常温下能够较准确 1 4 新墨塘坦离效跌氧化荆的合成a 其孰羁化活性研咒 地指示氧化诱导期地终点。但需使用大量有毒和有刺激性的有机溶剂四氯化碳 和冰醋酸操作繁琐。并且过氧化物在高温下不稳定，极易分解。故不适用于 高温煎炸和焙烤情况。 此外还有分光光度法、硫酸亚铁法、硫代巴比妥酸反应物( t b a r s ) 洳j 定法、 茴香胺反应物法、间苯三酚法、2 ，4 一二硝基苯肼法、化学荧光法、增重法、 氧压法、电导法、气相色谱顶空法、胡萝p 素漂白法、感官评定法等。这里就 不一介绍了。 1 2 1 0 抗氧化剂的研究熟点 多年来，人们在抗氧化领域做了大量工作，积累了丰富的经验，同时也建 立了相对完善的理论体系，但不论是在实验方面还是在理论方面还存在着许多 有待于解决的问题。目前人们对抗氧化剂的研究工作主要集中在以下几个方面： 1 新型低毒高效酚类抗氧化剂的开发 经过8 0 年的开发和研究，特别是近4 0 年来高分子工业对抗氧化剂的需求， 已合成了许多有效的抗氧化剂。研究表明，受阻酚和芳胺是两类最有效的主抗 氧化剂，但由于芳胺的毒性( 致癌，致不孕) 、颜色污染和对聚烯烃较差的相容 性，它将为更有效的、无毒、无颜色污染的受阻酚所取代1 。今天，芳胺仅用 于不大考虑毒性和颜色污染的轮胎工业，而不能用于食品、医用橡胶制品、塑 料和纤维方面。 2 对现有抗氧化剂品种进行技术上的改进，以提高其抗氧化效率。 如茶多酚的改性，将茶多酚部分酚羟基酯化，以改善其油溶性，扩大其应 用范围。 3 制取价格低廉，使用方便的无色液体抗氧化剂。一些具体产品请参见表5 4 抗氧化剂构效关系的研究 不同结构类型的抗氧化剂活性不同，即使是同一结构类型抗氧化剂，其活 性也会受到取代基数目及位置的影响。翁新楚、赵保路、张红雨及一些国外的 学者等分别从实验及量子力学计算的角度揭示了结构对抗氧化活性的影响。 以酚类抗氧化剂为例，由于酚类抗氧化剂主要是通过抽氢反应产生较稳定 的苯氧自由基来终止链式反应的： a h + r - - ) a 斗r h ( a 。为酚类自由基，r 为脂类自由基) a h + r o o 专a + r o o h 新型离沮龠戴抗氯化剂的合成及其抗蕾化活性研究 a h + r o a + r o h 因此有效的酚类抗氧化剂必需具备两个条件i ”】：首先，能够迅速向脂类自由基 提供氢原子；其次，新产生的自由基稳定性要高于r o - 、r o o 和r 。已研究得 出如下结论： 1 ) 取代基性质的影响。 研究发现，苯环上有推电子基有利于提高抗氧化剂活性，且推电子性越强， 作用越显著；反之吸电子基则使抗氧化剂活性降低，吸电子性越强，作用越显 著【3 9 i i 删。 2 ) 苯环上的取代基较大且在酚羟基的邻位时，有利于抗氧化剂活性的提高【4 2 】。 可以从两个方面进行解释：1 ) 电子效应。大的邻位取代基会破坏羟基氧与 苯环的共平面性，使得羟基氧的未共享电子对与苯环的共轭作用被破坏，进而 酚羟基的氢氧键削弱，氢离去后形成较稳定的自由基。2 ) 空间效应。一方面氢 离去后有利于缓解空间的拥挤程度，另一方面较大体积的取代基有利于保护酚 羟基不被氧化消耗，同时减少电荷转移的络合作用，起到屏蔽的作用。但氢原 子的释放速度会有所减慢。 3 ) 酚羟基对位有长碳链烷基时，有利于改进相容性，从而提高受阻酚的效率。 4 ) 氧的p 轨道孤对电子对苯氧自由基的稳定作用。 1 9 8 0 年i n g o l d 及其合作者指出维生素e 清除自由基的活性主要来自酚羟基对 位的氧原子对苯氧自由基的稳定作用，因为氧原子p 轨道孤对电子与苯氧自由基 的单占分子轨道( s o m o ) 重叠，从而使苯氧自由基通过共振作用得以稳定j 。 借助量子化学计算不仅证实了上述推测，而且揭示出这一稳定作用的位置效应： p 轨道孤对电子对对位的苯氧自由基稳定作用约为1 7 k j m o l ，对邻位约为 8 k j t m o l ，而对间位则几乎没有稳定作用。且氧原子与苯环的共平面性越好，稳 定作用越强。 5 ) 邻位酚羟基的作用。 许多实验都表明，多酚类化合物的抗氧化活性与酚羟基的数目无关，但与 是否存在邻位酚羟基有关m 1 。这是因为：1 ) 邻位酚羟基能形成分子内氢键， 有利于氢原子的释放和苯氧自由基的稳定；2 ) 邻位酚羟基的自由基可借形成邻 苯醌型结构的共振作用而得到稳定。 苎苎! 苎兰! 苎塾苎竺型竺! 壁垒苎苎! 兰望竺竺墨一 6 1 共振体系。 抗氧化剂参加氧化反应生成的自由基所能产生的共振极限式越多，则其稳 定性越好，该抗氧化剂抗氧化活性也就越强m 1 。 7 ) 抗氧化剂参加氧化反应生成的自由基之间能否相互结合生成新的抗氧化剂 。 最好的例子是。一生育酚和d - 生育酚抗氧化剂活性的比较。1 3 - 生育酚参加 完抗氧化反应后生成的自由基相互结合后，能够很容易地重排为具有强抗氧化 活性的酚，而o 生育酚由于缺少a h ，故无法异构成具有抗氧化活性的酚类， 从而导致其抗氧化活性不如b 一生育酚。 8 ) 参加抗氧化反应后能否生成另一种强抗氧化剂。 最好的例子是迷迭香酚和迷迭香双酚。据报道，迷迭香酚在猪油中的抗氧 化活性是b h a 的4 倍，而与之结构相近的迷迭香双酚的抗氧化活性却仅仅与b h a 相近。这是因为迷迭香酚在参加完抗氧化反应后会自动脱去一个水分子和一个 二氧化碳分子，从而生成另一种较强的抗氧化剂一一迷迭香醌。而迷迭香双酚 则无此反应。 5 抗氧化剂间协同作用的研究 4 9 1 【5 0 i 当两种抗氧化剂并用，其抗氧化效果大于两者的加和时，则称这两种抗氧 化剂之间存在着协同作用。协同作用是抗氧化剂间存在的一种普遍现象，最典 型的例子是v e 与v c 。1 9 6 2 年，t a p p e l 率先开展了v e 与v c 间协同作用的研究， 并提出t v c 再生v e 的观点j ，随后这个结论被p a k e r 和n i k i 等证实。以下是彼 此之间存在协同作用的一些抗氧化剂。 表1 6 具有协同作用的抗氧化剂 抗氧化剂a抗氧化剂b机理 受阻酚芳胺过氧化氢分解剂二者相辅相成 受阻酚金属离子螯台剂二者相辅相成 维生素b维生索cv c 使v e 再生，循环使用 8 一胡萝h 素的氧化产物视黄醇 维生素eb 胡萝h 素及0 一胡萝h 素的降解醛可以使 v e 再生，循环使用 v c v et p t p 可以保护v c 年f i v e 新型高堰离效抗曩化剂的合成反其抗氯化活性研究 v c类胡萝h 素 二者相辅相成 过氧化氢分解剂紫外光吸收剂二者相互保护防止自身分解 氧气清除剂金属离子螫合剂 二者相辅相成 脑磷脂能将a 生育醌还原为n - 1 2 1 - 生育酚脑磷脂 生育酚 受阻胺紫外光吸收剂二者相互保护，防止自身分解 6 高分子抗氧化剂的合成口2 l 由于高分子抗氧化剂具有很好的热稳定性、耐抽提性、相容性及相对无毒 的特性，而成为抗氧化剂发展的个重要方向。高分子抗氧化剂可以通过聚合、 缩聚和大分子反应而获得。阿默克索就是最近出现的一种高分子抗氧化剂，为 流散性灰白色粉末，是平均分子量为3 8 0 0 的二乙烯基苯一氢醌一苯酚的缩聚物， 摄入后不分解，不吸收而排出体外，安全度高，不溶于水和甘油，易溶于乙醇 和植物油。 7 天然抗氧化物质的筛选及合成 从1 9 3 5 年，m u s h 发现谷物中的抗氧化成分，并于次年申请了美国专利【5 3 】， 到七十年代开始天然抗氧化物质逐渐成为油脂化学研究的一个热点至今，科学 家们已经完成了对辛香料、食用植物、中草药等十余类数百种天然产物的抗氧 化研究。并成功筛选出一系列具有较强抗氧化活性的物质，如v e 、t p 等。但天 然抗氧化物质一般耐热性较差，且往往自身带有特殊气味而影响食品的风味。 同时，受资源、提取方法及价格等因素的影响，故真正商业化生产的还不多。 1 3 立题目的及依据 1 人们对食用抗氧化剂的数量、品种和质量的要求越来越高。 首先，食用油是人们日三餐不可或缺的“战略物资”，随着经济的发展和 生活水平的提高，中国人均用油量正以每五年增加一公斤的速度在提高。食用 油消耗量的增长必定会带动抗氧化剂需求量的增加。其次，现代社会，精炼油 由于具有色泽好、油烟少等优点而受到广大消费者的欢迎。但研究表明同一种 油脂的氧化稳定性随精炼程度的不同而不同，精炼程度越高，油脂的氧化稳定 性越差1 。这是由于在精炼过程中，油脂本身所含的抗氧化剂不断损失造成的。 因此精炼油较之普通食用油对抗氧化剂的需求量更大。再次，随着时代的进步， 人们越来越关注自身的身体健康，因此，大豆油等富含有益于人体健康的多不 新型高温离藏抗曩化剂的合成及其抗氧化活性研霉 饱和脂肪酸的油脂也就备受青睐。但高的不饱和度势必会造成低的抗氧化稳定 性，因此这类油脂对抗氧化剂的需求量更大，对其抗氧化活性要求也更高。最 后，在经济繁荣、科技发达的社会，竞争激烈，人们工作繁忙，生活节奏加快， 花大量时间操办伙食的情况已不适应于当前社会。于是方便食品和快锓食品应 运而生。方便食品需要能够在长时间内保质保鲜，快餐食品则往往是通过焙烤 或煎炸制成的，二者均对抗氧化剂提出了更高的要求。 2 现有的抗氧化剂b h a 、b h t 、p g 、t b h q 等耐热性较差，在加热特别是油炸 等较高温度下很容易分解或挥发。故时至今日能作为高温时使用的高效抗氧化 剂仍是个空白。 3 出于安全性考虑，目前人们普遍崇尚“天然”。但是，认为“天然抗氧化剂安 全、无毒”是欠妥的。一些天然抗氧化剂如棉酚、降二氢愈创木酸( n d g a ) 是有毒性的。且天然抗氧化物质一般在植物体中含量较低，提取工艺繁杂，价 格过高，成分和含量不稳定，同时还往往存在着耐热性较差，和自身带有特殊 气味的缺点。而合成物原料来源广泛，工艺条件稳定，产品成分单一，易于进 行严格的毒理学评价和安全性筛选。 4 从抗氧化剂的总体发展趋势来看，开发应用分子结构复杂，分子量较大的低 毒、高效、价廉的食品抗氧化剂仍然是食品工业发展的一个重要方向。 新墨b 离退离效抗曩，1 七荆的合成a 其抗蕈，化活性研究 第二章目的产物的设计 到目前为止，总的来说，t b h q 是广泛使用的抗氧化剂中，抗氧化活性最强 的一个。但t b h q 存在着两个较为明显的缺点： 1 分子量较小； 在高温煎炸或焙烤的情况下，食品中的水分迅速蒸发，t b h q 由于分子量 较小，易被水蒸气带出，而发挥不出应有的抗氧化活性。 2 油溶性欠佳； t b h q 分子极性相对较大，从而导致其油溶性欠佳，而欠佳的油溶性会影 响其活性在油脂特别是乳浊体系中的发挥。 为解决以上问题，特别设计了下面两个化合物： o h o h 图2 1 化合物i 化合物i 十二烷基对苯二酚与t b h q 有着极为相似的化学结构，唯一的不 同就是用一个长碳链烷烃取代了苯环上的叔丁基，长碳链的引入不仅能够增大 化合物的分子量，而且还能改善油溶性。 图2 - - 2 化合物i i 化合物i i 1 ，l 一二( 2 ，5 - - 二羟基一4 一叔丁基苯基) 某烷则是以一个 一c r 为桥梁，将两个t b h q 分子连在了一起，使得其分子量较之t b h q 有 了成倍的增长同时在分子结构上获得了很好的对称，非极性基团比例的升高 使化合物的极性得到降低。相应的油溶性得到增强。 2 0 新重t 离照离奠曙七曩化剂的合成及其抗囊。化活性研究 产品性能预测； 1 在常温及高温下均具有很强的抗氧化活性。 2 油溶性较之t b h q 能够得到进一步的增强，而油溶性的增强更有利于它在油 脂及富含油脂的食品中抗氧化活性的发挥。 3 具有较大的分子量及相应较高的沸点，在高温下不易挥发，能够满足作为高 温煎炸油和烘烤食品抗氧化荆的条件。这样不仅能提高油脂的重复利用率也使 得本产品的应用范围更加广泛。同时由于其分子量较大，更为不易被人体所吸 收，避免了它对人体健康可能产生的不良影响。 4 为酚类化合物无色无味，不会影响油脂及含油食品的颜色和风味。 翌竺查兰查塑垡翌竺竺兰墨兰垫曼垡翌竺竺墨 第三章材料与方法 3 1 实验仪器和材料 3 1 1 实验仪器 电子天平( 感量o 0 0 0 1 9 ) o x i d a t i v es t a b i l i t yi n s t r u m e n t ( o s i 仪) m p 2 0 0 b 型电子天平 p i p e t m a n 移液枪 7 5 2 型紫外分光光度计 电热恒温鼓风烘箱 恒温磁力搅拌器 d k $ 2 4 恒温水浴锅 b c d 2 3 7 冰箱 3 1 2 实验材料 猪油 大豆油 b h t b h a 正十二醇 对苯二酚 叔丁醇 磷酸( 8 5 ) 二甲苯 盐酸( 3 7 ) 乙醛( 4 0 ) 冰醋酸 硫代硫酸钠 碘化钾 韦氏碘液 a r a r a r a r c r a r a r a r a r a r a r 北京赛多利斯电子天平有限公司 美国a d m 公司 上海天平仪器总厂 法国g i l s o r l 公司 上海精密科学仪器有限公司分析总厂 上海跃进医疗器械厂 上海青浦沪西仪器厂 上海精宏实验设备有限公司 青岛海尔公司 实验室自制 中国医药集团上海化学试剂公司 购于上海试剂公司 北京化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 竺丝! 兰! 苎苎苎垡型竺! 堡垒苎苎苎竺苎竺要墨一 氢氧化钾 a r 中国医药集团上海化学试剂公司 石油醚。6 0 - - 9 0 。c a r 中国医药集团上海化学试剂公司 氯仿 a r 中国医药集团上海化学试剂公司 二苯基苦肼基自由基( d p p h ) a r 日本东京化成工业株式会社 乙醇 a r 中国医药集团上海化学试剂公司 维生素c a r 中国医药集团上海化学试剂公司 维生紊e a r m e r c k 公司 茶多酚( 多酚含量大于9 9 5 )浙江大学茶叶研究所 b 一胡萝h 素 a r m e r c k 公司 吐温8 0 c p 中国医药集团上海化学试剂公司 柱层析硅胶，8 0 1 0 0 目 c p 青岛海洋化工厂 3 2 实验方法 3 2 1 合成方法 3 2 1 1 化合物i 具体合成方法 将对苯二酚及磷酸按l ：0 4 ( 摩尔比) 的比例放入三口烧瓶中，三口烧瓶中 间一口接球形冷凝管另外两口分别接滴液漏斗和通氮气管，开打恒温磁力搅 拌器的加热开关，将油浴温度升到1 7 5 ，并使之保持，然后将三口烧瓶置于油 浴中，打开搅拌开关，同时通八氮气，对苯二酚在此温度下熔化，将所需的十 二烷醇( 十二烷醇与对苯二酚的摩尔比为1 ：1 2 ) 在2 4 , 时内滴加入反应器，再 继续反应0 ，5 d , 时。反应结束后，将反应物趁热倒入分液漏斗中进行水洗( 沸水) 直至水相为中性为止。粗产物为淡黄色油状液体。粗产品在真空下( 油泵抽真 空) 于1 3 0 。c 下减压蒸馏，蒸出未反应的月桂醇及其它低沸点副产物。月桂醇回 收率为7 7 5 8 ( 回收率= 回收量( 加料量一实际反应量) ) 。粗品用乙醇结晶， 得无色片状结晶，得率为3 6 5 6 ( 得率= 实际产量n 论产量) 。 3 2 1 2 合成化合物i 的流程图 新型离堰离效抗氯化荆的合成a 其抚曩化活性研究 图3 1 合成化合物i 的流程图 3 2 1 3 化合物具体合成方法 原料t b h q 的合成 将一定量对苯二酚和适量溶剂二甲苯( 每1 t o o l 对苯二酚加o 3 8 l 二甲苯， 其中2 2 加入叔丁醇中，7 8 加入反应器中) 及催化剂浓磷酸装入5 0 0 m l 三口 烧瓶中，三口烧瓶中间一口接球形冷凝管，另外两口分别接滴液漏斗和通氮气 管，将三口烧瓶置于恒温磁力搅拌器上，打开加热开关和搅拌开关，同时通入 氮气。将温度升到所需温度1 0 5 并使之保持，旋开滴液漏斗活塞，将所需的 叔丁醇( 为减少生成d t b h q 的副反应的发生，在叔丁醇中加入1 0 9 的水) 在 1 小时4 5 分内加入进行反应( 滴加速度由快到慢) ，到所需的2 小时。各反应 物间物质的量的比为：对苯二酚：磷酸( 9 8 ) ：叔丁醇= i ：1 2 ：0 9 5 。反应结 束后，趁热倒出混合物，使其充分冷却结晶，然后进行抽滤，滤液分层，下层 磷酸可重复使用，上层二甲苯减压蒸馏后也重复使用。所得结晶溶于1 2 倍( 质 量比) 沸水中，趁热分液，上层不溶油状物为d t b h q ，其中还溶有t b h q ，下层 溶液冷却静置结晶，再用3 倍沸水将不溶油状物中的t b h q 溶出，再分液，重 复以上操作，如此三次，则t b h q 基本完全溶出。收集所有t b h q 结晶( 得率 为6 1 6 3 ) ) ，溶于3 倍( 质量) 1 0 0 二甲苯中进行重结晶，抽滤，干燥， 得白色针状结晶。得率为5 8 6 0 。 化合物i i 的合成 将反应所需t b h q 及适量乙醇加入5 0 0 m l 三口烧瓶中，三口烧瓶中间一口接 球形冷凝管，另外两口分别接滴液漏斗和通氮气管，将三口烧瓶置于恒温磁力 搅拌器上，打开加热开关和搅拌开关，同时通入氮气，此时t b h q 全部溶解在 乙醇中。将油浴温度升到反应所需温度，加入催化剂浓盐酸，同时旋开滴液漏 斗活塞，将所需的乙醛在半小时内加入进行反应，到所需时问。反应结束后产 品已析出，将反应物趁热倒入砂心漏斗进行抽滤，滤液回收处理后，所得乙醇 重复使用。收集滤渣加适量水煮沸并抽滤，如此反复三次，则未反应的t b h q 基本洗净。将滤渣于无水乙醇中进行结晶，得淡粉色针状结晶，即为产品，得 率在7 5 以上。 新越商沮高效抗簟，化剂的。分成a 其抗囊化活性研究 3 2 1 4 合成化合物1 i 的流程图 怔互产薹鲰 图3 2 合成化合物的流程图 3 2 2 结构鉴定 3 2 2 1 红外光谱 将干燥后的样品结晶与k b r 混合压片，在4 ：v ：a 肼r3 7 0f t 一1 r 型红外光 谱仪上进行测定。 3 2 2 2 紫外光谱 将样品溶于分析纯乙醇中，在s h i m a d z uu v 2 5 0 1p c 紫外光谱仪上进 行测定，随后向比色皿中滴加稀k o h 的乙醇溶液，并与之前测定的谱图进行 比较。 3 223 核磁共振光谱 化合物i 以氘代氯仿为溶剂，化合物i i 以氘代丙酮为溶剂，二者均以t m s 作内标，在3 0 0 m h z 核磁共振仪上测氢谱。 3 2 2 4 质谱 采用直接进样，以e l 为激发手段，在质谱仪上测质谱。 3 2 3 物理性质测定 3 2 3 1 熔点 通过w r s 一1 b 数字熔点仪进行测定