一种柱[5]芳烃和茴香脑的包合物及其制备方法与应用与流程

[0001]
本发明涉及烟草香精香料技术领域，具体涉及一种柱[5]芳烃和茴香脑的包合物及其制备方法与应用。


背景技术：

[0002]
茴香脑（anethole）又名大茴香脑（天然），存在于白肋烟烟叶和茴香油、小茴香油和八角茴香油等精油中。小茴香（foenicuzu vulgare mill）为伞形科植物茴香的干燥成熟果实，不仅是一种调味品，而且是传统中药。茴香脑广泛应用于食品、饮料、牙膏、含漱液，还可用于药物的矫味剂和矫气味剂、化妆品和香皂的香料、合成药物的原料及彩色照相的增感剂等。同时研究表明茴香脑对苹果轮纹菌具有一定的抑菌作用，但是茴香脑单体具有易挥发性和不稳定性，很难直接应用于烟草领域。
[0003]
随着经济的不断发展，消费者对卷烟品牌价值、减害降焦、新型口味、产品质量安全等提出了更高要求。因此再造烟叶的生产受到了广泛的关注和研究。相对于传统非优质烟叶原料来说，再造烟叶的产品质量易于控制且可以添加不同的香料以生产出不同口味的香烟来适应市场的不同需求。但传统的香精香油在常温下又具有挥发性，难以作为香料添加剂应用于卷烟的生产且品质难以保证，如何将茴香脑作为香料添加剂应用于烟草领域同时保持其在高温下的稳定性是目前现有技术需要解决的问题。
[0004]
现有技术中，赵星华等研究了“应用均匀设计法研究天然大茴香脑β-环糊精包合物的制备工艺”，通过β-环糊精作为包合物载体将茴香脑包合其中，试图增加茴香脑的缓释作用，但其释放温度低，且高温下释放茴香脑时有焦糊味，无法直接应用于烟草领域。


技术实现要素：

[0005]
为解决上述问题，本发明提供一种柱[5]芳烃和茴香脑的包合物及其制备方法与应用，实现包合物中茴香脑的缓释功能，稳定性好、应用于烟草产品无焦糊味。
[0006]
本发明的解决的技术方案是，一种柱[5]芳烃和茴香脑的包合物的制备方法，包括以下步骤：将柱[5]芳烃与茴香脑混合搅拌，得混合液，将所述混合液滴入有机溶剂中搅拌进行包合反应后，反应产物分为上下两层，通过抽滤或离心取下层沉淀，在烘箱中干燥所述沉淀，即得柱[5]芳烃和茴香脑的包合物；所述茴香脑为顺式茴香脑或反式茴香脑，所述柱[5]芳烃的结构式为，其中，r为-ch3，-ch2oh，-ch2nh2，-ch2br，-ch2ch3，-h，-ch2cooh，-ch2cooch3，-ch2cooch2ch3中的一种或几种，本申请中，柱[5]芳烃是均利用公知技术所得，参照文献为 ogoshi t,kanai s,sakakibara f,et al.para-bridged symmetrical pillar［
5］arene: their lewis acid catalyzed synthesis and host-guest property［j］.j am chem soc,2008,130( 15) : 5022-5023的具体步骤如下：将7.3 g对二甲氧基苯于三颈烧瓶，加入80 ml二氯乙烷，超声至白色固体全部溶解，再加入多聚甲醛5 g，搅拌半小时使其充分溶解，升温至30℃，加入三氟化硼乙醚6.5 ml持续搅拌至颜色变为墨绿发黑时，加入10 ml甲醇，最后再加入大量甲醇至产物沉淀出。抽滤分离，将滤渣溶于二氯甲烷中，过滤除去不溶杂质，最后旋干即得粗品甲氧基柱［5］芳烃。
[0007]
优选地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、戊烷、正己烷、环氧乙烷、辛烷、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、石油醚、乙醚、叔丁基甲醚、丙酮、丁酮、乙腈中的一种或几种。
[0008]
优选地，所述茴香脑与柱[5]芳烃的摩尔比为1-100:1。
[0009]
优选地，所述包合反应的反应温度为20-100℃，反应时间为1小时-7天。
[0010]
还提供一种根据上述的制备方法制得的柱[5]芳烃和茴香脑的包合物，所述包合物的结构式为。
[0011]
进一步地，还将所述柱[5]芳烃和茴香脑的包合物应用于制备烟草香精香料，具体参考文献为：一种双酶法控制环糊精包合物缓释的方法。
[0012]
优选地，所述柱[5]芳烃和茴香脑的包合物释放茴香脑的温度大于100℃。
[0013]
杯芳烃因具有特殊的结构和功能引起人们极大关注，成为第三代超分子，基于柱芳烃的研究也如雨后春笋般展开，包括柱芳烃合成方法研究、柱芳烃分子的功能化修饰、关于柱芳烃分子的主客体化学研究以及基于柱芳烃的分子传感器的制备等。
[0014]
苯环和萘环的开环葫芦脲无法包合茴香脑，而部分类型的环糊精可以很好的包合茴香脑，这些效果上的差异取决于主客体间的空腔尺寸匹配和分子间的作用力的强弱，柱[5]芳烃与茴香脑的包合就是在主客体空腔较为匹配的前提下，柱[5]芳烃结构上的苯环和茴香脑结构上的苯环产生π-π堆积作用力，茴香脑的沸点在234-237℃，在200℃下就已经接近客体的沸点了，因而茴香脑分子吸热后气化逃逸的能力的显著增强，进而能够快速释放，柱[5]芳烃是由5个对二甲氧基苯组成的，形状规整，高度对称，看上去是一个五边柱状图形，由于桥碳间的夹角接近于sp3杂化轨道键，造成了其环的张力小，具有非常稳固的结构，由于柱[5]芳烃的高度对称结构和特有的空腔深度，因此柱[5]芳烃可以和茴香脑分子发生稳定的包合，以反式茴香脑为例，反应的过程如下：通过柱[5]芳烃和茴香脑物质的包合，能够有效地储存茴香脑，并增加茴香脑在高温下
的稳定性，焦糊味产生的分子基础是由糖类化合物或蛋白质物质在高温下分解产生的一系列小分子 混合物，柱[5]芳烃在释放茴香脑的温度下是不会产生分解的，因为就不会有焦糊味的产生，将茴香脑用于烟草领域可以有效的降低对环境的危害，具有广阔的经济、社会和生态效益。
[0015]
本发明的有益效果在于：1. 本方案制得的包合物热稳定性好，安全性高，克服了茴香脑在常温下的不稳定性及易挥发性，作为缓释型茴香脑，可以应用于烟草香精香料制备领域；2. 本发明包合物的制备方法简便易行、条件温和、适合工业化生产；3. 本方案中，柱[5]芳烃的高度对称结构和特有的空腔深度，柱[5]芳烃可以和茴香脑分子发生稳定的包合，使得茴香脑的释放温度提高，解除了茴香脑在烟草香精香料领域制备中的限制。
[0016]
说明书附图图1为实施例1中甲氧基柱[5]芳烃的核磁氢谱（1h nmr）图；图2为实施例1中甲氧基柱[5]芳烃（a）、包合物（b）、反式茴香脑（c）的核磁氢谱比较图；图3为实施例1中反式茴香脑特征峰与包合物中反式茴香脑特征峰氢谱图的比较图；图4为实施例1所制备的包合物不同温度下茴香脑释放程度的图示；图5为实施例2所制备的包合物不同温度下茴香脑释放程度的图示；图6为实施例3所制备的包合物不同温度下茴香脑释放程度的图示；图7为对比例4所制备的包合物不同温度下茴香脑释放程度的图示；图8为对比例5所制备的包合物不同温度下茴香脑释放程度的图示；图9为茴香脑在不同温度下的释放程度对比图。
具体实施方式
[0017]
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
[0018]
实施例1：甲氧基柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将7.3 g对二甲氧基苯于三颈烧瓶，加入80 ml二氯乙烷，超声至白色固体全部溶解，再加入多聚甲醛5 g，搅拌半小时使其充分溶解，升温至30℃，加入三氟化硼乙醚6.5 ml持续搅拌至颜色变为墨绿发黑时，加入10 ml甲醇，最后再加入大量甲醇至产物沉淀出。抽滤分离，将滤渣溶于二氯甲烷中，过滤除去不溶杂质，最后旋干即得粗品甲氧基柱[5]芳烃，产率90%。核磁氢谱如图1所示，芳香氢:亚甲基氢:甲基氢=10:10:30。
[0019]
将0.1 mmol的柱[5]芳烃（r为-ch3）和0.1 mmol的反式茴香脑在20℃下搅拌20小时，然后将混合液滴进20 ml乙醇里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率95%。核磁氢谱如图2和图3所示，可见反式茴香脑的特征峰出现在包合物中，且特征峰化学位移向高场移动了0.03 ppm，由此证明了本方案合成包合物成功。
[0020]
实施例2：乙氧基柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将3.78 g，10mmol乙氧基－2，5－二苄氧基甲基苯于三颈烧瓶，加入80 ml二氯甲烷，超声至白色固体全部溶解，再加入对甲苯磺酸0.172 g，搅拌半小时使其充分溶解，升温至40℃，继续搅拌两小时。萃取分离，有机相用水和饱和食盐水洗涤，随后用无水硫酸钠干燥。旋
干后过硅胶柱，展开剂用石油醚:乙酸乙酯=40:1，最后旋干即得粗品乙氧基柱[5]芳烃，产率95%。
[0021]
将0.2 mmol的乙氧基柱[5]芳烃（r为-ch2ch3）和0.5mmol的反式茴香脑在50℃下搅拌1小时，然后将混合液滴进20 ml有机溶剂如乙醇里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率97%。
[0022]
实施例3：羟基柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将0.34 g对甲氧基柱[5]芳烃于烧瓶，加入20 ml三氯甲烷，再加入三溴化硼2.4 g，在室温下搅拌96小时，抽滤，滤渣用水洗。过硅胶柱，展开剂用二氯甲烷:丙酮=1:1，旋干得白色固体0.21g，0.36 mmol，产率90%。
[0023]
将0.1 mmol的羟基化的柱[5]芳烃（r为-h）和0.1 mmol的反式茴香脑在50℃下搅拌5小时，然后将混合液滴进30 ml甲醇里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率98%。
[0024]
实施例4：乙酸乙酯柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将2.4 g，3.93 mmol羟基化柱[5]芳烃溶解到30ml dmf和30 ml的thf，然后加入氢氧化钠3.0 g，125 mmol，反应液在氮气保护下反应半小时。然后加入9.0 ml，81.0 mmol的溴乙酸乙酯，加热至60℃，反应48小时。去除溶液，沉淀溶解到二氯甲烷和水里，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干，最后过柱，展开剂用二氯甲烷:丙酮=95:5，第一部分即为产物，滴入丙酮中沉淀，沉淀烘干得产物4.34g，产率74.9%。
[0025]
将0.1 mmol的柱[5]芳烃（r为-ch2cooch2ch3）和0.3 mmol的顺式茴香脑在30℃下搅拌5天，然后将混合液滴进10 ml乙醚里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率97%。
[0026]
实施例5：水溶性羧酸柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将0.15g，0.102 mmol的乙酸乙酯柱[5]芳烃，0.35g氢氧化钠，15 ml乙醇，15 ml水和15 ml的四氢呋喃在回流下搅拌24小时。加入一定的稀盐酸，产生沉淀，抽滤，滤渣用水洗数次，干燥得0.175 g，产率72.0%。
[0027]
将0.1 mmol的柱[5]芳烃（r为-ch2cooh）和2mmol的顺式茴香脑在50℃下搅拌48小时，然后将混合液滴进20 ml丙酮里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率94%。
[0028]
实施例6：乙酸甲酯柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将4.8 g羟基化柱[5]芳烃溶解到60ml dmf和60 ml的thf，然后加入氢氧化钠6.0 g，反应液在氮气保护下反应半小时。然后加入18 ml的溴乙酸甲酯，加热至60℃，反应36小时。去除溶液，沉淀溶解到二氯甲烷和水里，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干，最后过柱，展开剂用二氯甲烷:丙酮=95:5，第一部分即为产物，滴入丙酮中沉淀，沉淀烘干得产物8.8g，产率76%。
[0029]
将0.1 mmol的柱[5]芳烃（r为-ch2cooch3）和10 mmol的顺式茴香脑在50℃下搅拌7天，然后将混合液滴进20 ml甲醇里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率95.6%。
[0030]
实施例7：乙醇基柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备在0℃，氮气保护下，将0.7 g，0.5 mmol的乙酸甲酯柱[5]芳烃溶解到30 ml的thf里，然
后加入380 mg，10 mmol的氢化铝锂。随后在25℃下搅拌12小时，之后回流4小时，冷却反应液，滴入1m的氢氧化钠溶液。抽滤，滤液被浓缩得白色固体，再用水洗，最后烘干得产物360 mg，产率72%。
[0031]
将0.1 mmol的柱[5]芳烃（r为-ch2ch2oh）和1.0 mmol的反式茴香脑在20℃下搅拌20小时，然后将混合液滴进20 ml乙醇里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率99%。
[0032]
实施例8：溴乙基柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将290 mg，0.28 mmol的乙醇基柱[5]芳烃和1.09g，4.16mmol的三苯基膦加入到9 ml的乙腈里，在0℃搅拌下，缓慢地加入1.38g，4.16 mmol的四溴化碳。随后升温至室温，氮气保护，搅拌12小时。之后加入200 ml的水，抽滤得沉淀，用甲醇洗，烘干得338 mg，产率72%。
[0033]
将0.1 mmol的柱[5]芳烃（r为-ch2ch2br）和0.9 mmol的茴香脑在50℃下搅拌20小时，然后将混合液滴进35 ml乙二醇单乙醚里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率96%。
[0034]
实施例9：氨乙基柱[5]芳烃和茴香脑包合物的制备将193 mg，3 mol的叠氮钠加入到含有100 mg，0.06mmol溴乙基柱[5]芳烃的5 ml的dmf溶液里，在氮气保护下、100℃下搅拌12小时，冷却到室温，滴入到80 ml水里，抽滤得沉淀，用水洗3次，烘干得白色固体。取900mg白色固体，加入到甲醇里，再加入三苯基膦搅拌半小时，之后加入浓氨水搅拌12小时，浓缩反应液，滴入氯仿里得沉淀，抽滤，烘干得655 mg，产率92%。
[0035]
将0.1 mmol的柱[5]芳烃（r为-ch2ch2nh2）和0.7 mmol的茴香脑在90℃下搅拌2小时，然后将混合液滴进40 ml正辛醇里析出沉淀，抽滤或离心将溶液和沉淀分离，干燥沉淀即得包合物，产率98%。
[0036]
稳定性测试取实施例1-9、对比例1-2所制备的包合物作为测试品，将茴香脑单体作为对照，分别在95℃、100℃、200℃下，进行1hnmr检测，以获得包合物中茴香脑物质的释放程度，结果如图4-9所示，表明本方案中，茴香脑物质的包合物在100℃以下没有茴香脑物质的释放，100℃才有轻微的释放，但在高于100℃特别是高于200℃时出现了明显快速的释放，而对比例及茴香脑单体在常温下的释放程度就较大，这可以证明包合物在一定温度下具有很好的热稳定性且在高温下能够被快速释放，可以很好的应用于香精香料和烟草行业，作为缓释型茴香脑物质，制备成为香精香料添加剂和烟草产品，具体的步骤为：将实施例1所制备的包合物应用于烟草香精香料制备工艺，其过程如下：将甲氧基柱[5]芳烃和茴香脑的包合物以10%的浓度配成氯仿溶液，随后将该溶液喷洒到烟草上，烘干，则该包合物附着于烟草表面，在测试过程中，本方案所制备包合物在释放茴香脑时无焦糊味，用于烟草产品的品吸口感佳。
[0037]
以上详细描述了本发明的具体实施例。
[0038]
应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员以本发明构思在现有技术上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，都应在本权利要求书所确定的保护范围内。

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