一种苯并异呋喃内脂类化合物、其制备方法、包含其的抗氧化剂和添加剂及用途与流程

本发明属于植物化学
技术领域：
，特别涉及一种苯并异呋喃内脂类化合物、其制备方法、包含其的抗氧化剂和添加剂及用途。
背景技术：
：烟草属草茄科烟草一年生或有限多年生草本植物；其中以栽培烟草n.tabacuml.栽培最广，其成熟的叶片是卷烟工业的重要原料，是一种经济价值较高的作物。烟草除主要用于吸食外，还有其它较为广泛的用途。同时，烟草是世界上化学成分最为复杂的植物，次生代谢产物非常丰富，经过几十年的研究，人们目前从烟草中鉴定出来的单体化学物质就超过3000多种，而且还有许多成分尚未鉴定出来。研究表明，除蛋白质、氨基酸、糖、磷、钙、钾等常规化学成分外，烟草中还含有大量次生代谢产物，化合物类型包括黄酮、香豆素、单宁、呋喃、苯并异呋喃内脂、苯丙素、萜类、生物碱等。这些化合物具有多种生物活性，在抗菌、消炎、抗突变、降压、清热解毒、镇静、利尿、在抗氧化、抗癌、防癌、抑制脂肪酶等方面多个方面具有显著效果。呋喃类化合物属于杂环类，在天然植物中也有广泛存在该类化合物的文献报道。除具有广泛的药理作用外，呋喃还是一类重要的香气化合物，天然存在于各种水果和香料植物中,该类化合物现已广泛用于各种饮料、焙烤食品等食用香精的配方中。在烟叶、卷烟生产过程中，会产生大量的废弃物，如烟茎、烟梗、烟叶碎末等。我国是烟草大国,每年有数十万吨烟源被废弃,既造成环境污染,同时也是对自然资源的浪费。目前,已有从烟草废弃物中提取烟碱、茄尼醇、植物蛋白等,这些研究成果为烟草废弃物综合利用开辟了一条新途径。期待从天然产物中寻找出一种具有多种生物活性和功效的新化合物。为了解决上述问题，提出本发明。技术实现要素：本发明从烟草茎皮中分离得到了一种苯并异呋喃内脂类化合物，活性研究表明该化合物具有较好的抗氧化活性，尤其是将其用作烟草添加剂，具有很好的清除自由基抗氧化活性的效果，还能赋予卷烟烟气酯香的香韵、强化卷烟产品的香气风格，对提高卷烟品质具有积极意义。除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为体积百分数。本发明第一方面提供一种苯并异呋喃内脂类化合物，所述化合物分子式为c15h16o4，且具有下述结构式：该化合物为浅黄色胶状物，具有舒适的酯香香韵。该化合物命名为：5-(甲氧甲基)-2,2-二甲基-2h-呋喃[3,4-h]色烯-7(9h)-酮，英文名为：5-(methoxymethyl)-2,2-dimethyl-2h-furo[3,4-h]chromen-7(9h)-one。本发明第二方面提供第一方面所述苯并异呋喃内脂类化合物的制备方法，所述制备方法以烤烟成熟烟叶采烤后的烟草茎皮为原料，包括：浸膏提取、有机溶剂萃取、mci脱色、硅胶柱层析、高效液相色谱分离步骤，具体操作如下：a、浸膏提取：烤烟成熟烟叶采烤后，从烟茎上剥下茎皮，用有第一机溶剂提取2～5次，每次30～60分钟，合并提取液、过滤，减压浓缩提取液，静置，滤除沉淀物，浓缩成浸膏a；b、有机溶剂萃取：在步骤a得到的所述浸膏a中加入重量比1～2倍量的水，然后用与水等体积的第二有机溶剂萃取3～5次，合并有机溶剂萃取相，减压浓缩成浸膏b；c、mci脱色：在步骤b得到的浸膏b加入重量比3～5倍量的95％甲醇，上mci柱，用90％-95％甲醇水洗脱，合并有机相，减压浓缩成浸膏c；d、硅胶柱层析：将步骤c得到的浸膏c上硅胶柱层析，装柱硅胶为160～200目，用量为浸膏c重量6～10倍量；以体积配比为1:0～0:1的氯仿和丙酮混合有机溶剂梯度洗脱，收集梯度洗脱液、浓缩，经tlc监测，合并相同的部分；所述氯仿和丙酮混合有机溶剂的体积配比依次为20:1、9:1、8:2、7:3、6:4和1:1；e、高效液相色谱分离：将步骤d中，8:2的氯仿-丙酮混合有机溶剂洗脱得到的洗脱液，经高效液相色谱分离纯化，即得所述的苯并异呋喃内脂类化合物；所述e步骤的高效液相色谱分离纯化是以45～58％的甲醇为流动相，流速15～25ml/min，以21.2×250mm，5μm的zorbaxprephtgf反相制备柱为固定相，紫外检测器检测波长为318nm，每次进样0.1～1.0ml，收集25～36min的色谱峰，多次累加后蒸干。优选地，所述步骤(e)中，高压液相色谱分离纯化后的化合物再次用甲醇溶解，再以甲醇为流动相，用凝胶柱层析分离，以进一步分离纯化。优选地，所述a步骤中，所述第一有机溶剂为体积浓度70～100％的丙酮、体积浓度90～100％的乙醇、或体积浓度90～100％的甲醇，。优选地，所述b步骤中，所述第二有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯乙醚或石油醚。优选地，所述d步骤中，所述浸膏c在经硅胶柱层析前，用重量比1.5～3倍量的丙酮或者甲醇溶解，然后用浸膏重0.8～1.2倍的80～100目硅胶拌样。本发明第三方面提供一种抗氧化剂，所述抗氧化剂包含第一方面所述的苯并异呋喃内脂类化合物。本发明第四方面提供第一方面所述的苯并异呋喃内脂类化合物作为抗氧化剂方面的用途。本发明第五方面提供一种卷烟滤棒添加剂，所述卷烟滤棒添加剂包含第一方面所述的苯并异呋喃内脂类化合物。本发明第六方面提供第一方面所述的苯并异呋喃内脂类化合物用作卷烟滤棒添加剂的用途，所述苯并异呋喃内脂类化合物能够清除卷烟烟气自由基，赋予卷烟烟气酯香香韵、强化卷烟香气风格。上述技术方案在不矛盾的前提下，可自由组合。本发明具有以下有益效果：(1)本发明以烤烟成熟烟叶采烤后的烟草茎皮为原料，首次提取出一种新的苯并异呋喃内脂类化合物。申请人惊讶的发现，该化合物具有较好的抗氧化活性，尤其是将其用作烟草添加剂，具有很好的清除自由基的效果，可以有效缓解卷烟主流烟气中的自由基对吸烟者的危害。此外，该化合物还能赋予卷烟烟气酯香的香韵、强化卷烟产品的香气风格，对提高卷烟品质具有积极意义。这是本领域技术人员首次从烟草废弃资源中提取出不但可以减少烟气危害，同时又能改善卷烟抽吸品质的物质，对烟草的烟草废弃资源循环利用具有重要意义。(2)本发明采用了常规柱层析和高效液相色谱结合的制备方法，化合物制备操作流程简单，所获得的本发明化合物纯度高，后续的工业化生产容易实现。(3)本发明化合物对动物无毒，使用安全。(4)本发明的化合物以烟草茎皮为原料，烟草茎皮为茎皮生产过程中的废弃物，原料易得，原料成本非常低。化合物提取方法简单，容易分离得到。附图说明图1本发明苯并异呋喃内脂类化合物的核磁共振碳谱(13cnmr)。图2为本发明苯并异呋喃内脂类化合物的核磁共振氢谱(1hnmr)。图3本发明苯并异呋喃内脂类化合物的关键1h-1hcosy(-)和hmbc(h→c)相关图。具体实施方式本发明的苯并异呋喃内脂类化合物为浅黄色胶状物，化合物的结构通过以下方法进行测定：hresi-ms显示其准分子离子峰为283.0952[m+na]+(计算值283.0946),结合1hnmr和dept谱确定其分子式为c15h16o4，不饱和度为8。红外光谱中显示了羰基(1748cm-1)芳环、(1615、1546和1459cm-1)的共振吸收峰。而紫外光谱在210、280、318nm有最大吸收也说明了化合物中可能存在芳环结构。化合物的1h和13cnmr谱(表-1)显示其含有15个碳和16个氢，包括1个1,2,3,4,5-五取代苯环(c-4～c-9，h-7)，1个谐二甲基色烯环(-ch＝ch-c(ch3)2-o-；c-1'～c-5'，h-1'、h-2'和h6-4',5')，一个甲氧甲基(-ch2och3；c-6'和–ome-6'，h2-6'和h3-ome-6')，一个酯羰基(c-1)，以及一个氧化的亚甲基(c-3,h2-3)。根据化合物的分子式，除苯环的不饱和度4、谐二甲基色烯环的不饱和度2、羰基的不饱和度1外，化合物中还应该有1个环。通过h2-3和c-1、c-4、c-8、c-9，h-7和c-1、c-8、c-9的hmbc相关(图-2)，可证实苯环和c-1、c-3形成了一个异苯并呋喃-(3h)-1-酮的结构片段；并可确定化合物1为异苯并呋喃内脂类化合物。此外，化合物中存在谐二甲基色烯环可通过h-1'与h-2'的1h-1hcosy相关，以及h-1'与c-2'、c-3'，h-2'与c-1'、c-3'、c-4',5，h6-4',5'与c-2'、c-3'的hmbc相关得到确认。化合物中处在甲氧甲基可通过甲氧基氢(δh3.23s)与c-6′，以及h2-6′和甲氧基碳(δc58.3q)的hmbc相关得到确认。表1.本发明化合物的1hnmr和13cnmr数据(cdcl3)化合物的母核和取代基均确定后，可进一步通过hmbc相关确定取代基的位置。通过h-1'与c-4、c-5、c-6，h-2'与c-5的hmbc相关，可证实谐二甲基色烯环取代在c-4和c-5位，并且c-1′和c-5相连接。甲氧甲基取代在c-6位可通过h2-6'和c-5、c-6、c-7，以及h-7和c-6'的hmbc相关得到证实。至此化合物的结构得到确认，并命名为：5-(甲氧甲基)-2,2-二甲基-2h-呋喃[3,4-h]色烯-7(9h)-酮，英文名为：5-(methoxymethyl)-2,2-dimethyl-2h-furo[3,4-h]chromen-7(9h)-one。化合物的红外、紫外和质谱数据：uv(甲醇)，λmax(logε)318(3.31)、280(382)、210(4.15)nm；ir(溴化钾压片)：νmax3068、2955、1748、1615、1546、1459、1338、1247、1164、1053、853、785cm-1；1h和13cnmr数据(500和125mhz,(cdcl3)，见表1；正离子模式esimsm/z283[m+na]+；正离子模式hresimsm/z283.0952[m+na]+(计算值283.0946，c15h16nao4)。下面通过具体实施方式进一步说明本发明的内容。实施例1实施例1提供一种本发明所述苯并异呋喃内脂类化合物的制备方法，所述制备方法以烤烟成熟烟叶采烤后的烟草茎皮为原料，包括：浸膏提取、有机溶剂萃取、mci脱色、硅胶柱层析、高效液相色谱分离步骤，具体操作如下：烤烟成熟烟叶采烤后，从烟茎上剥下茎皮，晒干。取干燥的烟草茎皮4.4kg，粗粉碎至30目，用70％的丙酮超声提取4次，每次60分钟，提取液合并；提取液过滤，减压浓缩至体积的1/4；静置，滤除沉淀物，浓缩成120g的浸膏a；在浸膏a中加入250g水，用与水等体积的氯仿萃取5次，合并萃取相，减压浓缩成80g浸膏b；浸膏b用mci装柱，在浸膏b中加入240g的80％甲醇水溶解，然后上柱，用90％甲醇水2至6升洗脱，收集洗脱液，减压浓缩得到62g浸膏c；在浸膏c中加入120g的丙酮溶解，然后加入100目硅胶62g拌样，拌样后，用200目硅胶400g装柱；用体积比分别为20:1,9:1,8:2,7:3,6:4和1:1的氯仿-丙酮混合有机溶剂梯度洗脱，收集梯度洗脱液、浓缩，经tlc监测，合并相同的部分，得到6个部分a-f，其中，对收集到的样品d(8:2)部分12g，再以56％的甲醇为流动相，流速20ml/min，21.2×250mm，5μm的zorbaxprephtgf反相制备柱为固定相，紫外检测器检测波长为318nm，每次进样0.5ml，收集32.4min的色谱峰，多次累加后蒸干，即得所述苯并异呋喃内脂类化合物。实施例2实施例2提供一种本发明所述苯并异呋喃内脂类化合物的制备方法，所述制备方法以烤烟成熟烟叶采烤后的烟草茎皮为原料，包括：浸膏提取、有机溶剂萃取、mci脱色、硅胶柱层析、高效液相色谱分离步骤，具体操作如下：烤烟成熟烟叶采烤后，从烟茎上剥下茎皮，晒干。取干燥的烟草茎皮10kg，粗粉碎至40目，用80％的甲醇冷浸提取4次，每次3天，提取液合并；提取液过滤，减压浓缩至体积的1/4；静置，滤除沉淀物，浓缩成300g浸膏a；在浸膏a中加入350g水，用与水等体积的乙酸乙酯萃取5次，合并萃取相，减压浓缩成210g浸膏b；浸膏b用mci装柱，在浸膏b中加入600g的80％甲醇水溶解，然后上柱，用90％甲醇水5至15升洗脱，收集洗脱液，减压浓缩得到150g浸膏c；浸膏c中加入300g的丙酮溶解，然后加入100目硅胶150g拌样，用200目硅胶1kg装柱，拌样后上柱；用体积比分别为20:1,9:1,8:2,7:3,6:4和1:1的氯仿-丙酮混合有机溶剂梯度洗脱，收集梯度洗脱液、浓缩，经tlc监测，合并相同的部分，得到6个部分a-f，其中，对收集到的样品d(8:2)部分32g，再以56％的甲醇为流动相，流速20ml/min，21.2×250mm，5μm的zorbaxprephtgf反相制备柱为固定相，紫外检测器检测波长为318nm，每次进样80μl，收集32.4min的色谱峰，多次累加后蒸干，即得所述新化合物。实施例3上述实施例1制备得到的苯并异呋喃内脂类化合物为浅黄色胶状物，具有舒适的酯香香韵。化合物的结构通过以下方法进行测定：hresi-ms显示其准分子离子峰为283.0952[m+na]+(计算值283.0946),结合1hnmr和dept谱确定其分子式为c15h16o4，不饱和度为8。红外光谱中显示了羰基(1748cm-1)芳环、(1615、1546和1459cm-1)的共振吸收峰。而紫外光谱在210、280、318nm有最大吸收也说明了化合物中可能存在芳环结构。化合物的1h和13cnmr谱(表1)显示其含有15个碳和16个氢，包括1个1,2,3,4,5-五取代苯环(c-4～c-9，h-7)，1个谐二甲基色烯环(-ch＝ch-c(ch3)2-o-；c-1'～c-5'，h-1'、h-2'和h6-4',5')，一个甲氧甲基(-ch2och3；c-6'和–ome-6'，h2-6'和h3-ome-6')，一个酯羰基(c-1)，以及一个氧化的亚甲基(c-3,h2-3)。根据化合物的分子式，除苯环的不饱和度4、谐二甲基色烯环的不饱和度2、羰基的不饱和度1外，化合物中还应该有1个环。通过h2-3和c-1、c-4、c-8、c-9，h-7和c-1、c-8、c-9的hmbc相关(说明书附图3)，可证实苯环和c-1、c-3形成了一个异苯并呋喃-(3h)-1-酮的结构片段；可确定化合物为异苯并呋喃内脂类化合物。此外，化合物中存在谐二甲基色烯环可通过h-1'与h-2'的1h-1hcosy相关，以及h-1'与c-2'、c-3'，h-2'与c-1'、c-3'、c-4',5，h6-4',5'与c-2'、c-3'的hmbc相关得到确认。化合物中处在甲氧甲基可通过甲氧基氢(δh3.23s)与c-6′，以及h2-6′和甲氧基碳(δc58.3q)的hmbc相关得到确认。至此，本发明化合物的结构鉴定为下述结构式：该化合物的命名为：5-(甲氧甲基)-2,2-二甲基-2h-呋喃[3,4-h]色烯-7(9h)-酮。实施例4实施例2制备的化合物，为浅黄色胶状物，具有舒适的酯香香韵。使用实施例3的方法进行对实施例2制备的化合物进行结构测定，结果与实施例3。因此，确认实施例2制备的化合物为本发明所述苯并异呋喃内脂类化合物——5-(甲氧甲基)-2,2-二甲基-2h-呋喃[3,4-h]色烯-7(9h)-酮。实施例5以实施例1制备的苯并异呋喃内脂类化合物为待测样品，对其进行抗氧化活性测试，抗氧化活性以清除dpph自由基能力的大小表示；以50μg/ml为初筛浓度，测定其清除脂性自由基dpph的活性。取一块costar96孔板，加入新鲜配制的dpph乙醇溶液(6.5×105mol/l)190μl/孔，加入所述待测样品l0μl/孔，空白孔加l0μl生理盐水，充分混匀，用封板膜封板后室温下避光静置30分钟，于uv2401分光光度计上测定仪上测定各孔吸光度值，测定波长为517nm；所述待测样品对脂性自由基dpph清除率按下式计算：dpph清除率(％)＝(a空白-a样品)/a空白×100％a空白：空白对照组吸光度值；a样品：加样品组吸光度值。所述待测样品平行5次检测，计算半数清除浓度ic50测定结果为3.87μg/ml，表明本发明的苯并异呋喃内脂类化合物具有良好的抗氧化活性和清除自由基活性。实施例6以实施例2的苯并异呋喃内脂类化合物作为试验化合物，对其进行清除卷烟烟气自由基效果测试：(1)卷烟的叶组(均为质量分数)为：上部烟叶为15％，中部烟叶为48％，下部烟叶为23％，膨胀梗丝8％，烟草薄片6％；采用醋酸纤维嘴棒，嘴棒成型纸透气度为4500cu；卷烟纸克重为50g/m2、透气度为80cu，水松纸透气度为200cu。成品卷烟烟支的重量为0.93+0.02g，圆周为24.5mm，长度为84mm(其中嘴棒长度为25mm)。将所述试验化合物添加到卷烟过滤嘴丝束中，每支卷烟添加量为0.5～5.0mg，并以未添加试验化合物的卷烟为对照。(2)卷烟用rm200型20孔道自动吸烟机在标准条件下吸烟，主流烟气粒相物用44mm剑桥滤片捕集，气相部分用采样管捕集。粒相自由基用含0.05mol/ln-特丁基-α-苯基氮硐的苯溶液为萃取剂从剑桥滤片溶出，并洗涤剑桥滤片，定容得粒相自由基测试液。气相自由基用自由基采样管，以0.05mol/ln-特丁基-α-苯基氮硐的苯溶液为吸收剂采集，卷烟抽吸完后取出气相自由基采样管，同时用少量吸收剂分3次冲洗通气内管外部和采样管内壁，合并吸收液和洗涤液，得气相自由基样品液。(3)用顺磁共振仪测定自由基，esr分析实验条件：中心磁场＝3.385t，扫宽＝0.500t，微波频率＝1.5ghz，扫描时间＝2min，扫描次数＝5，放大倍数＝103～105(根据峰高进行调整)，样品用量20μl；根据esr图谱中峰面积计算气相及粒相自由基数量的变化。实验结果表明：进行5次实验，和对照样相比，添加该苯并异呋喃内脂类化合物的卷烟气相自由基降低率为26～35％，粒相自由基降低率在22-28％之间。因此，本发明的苯并异呋喃内脂类化合物对卷烟主流烟气中的自由基具有确切的清除效果。实施例7用常规添加方法，将本发明实施例1制备的苯并异呋喃内脂类化合物添加到卷烟滤棒中，得到待测卷烟。以未添加本发明化合物的卷烟作为对照卷烟，对两种卷烟进行了感官评吸。评价结果如下表2，结果表明：在卷烟纸中添加了本发明添加剂，卷烟香气值、香气量和香气协调性均有改善，而且能赋予卷烟烟气优雅、舒适的酯香香韵，卷烟抽吸风格特征得到凸显，抽吸舒适性得到提升。表2、卷烟感官评吸结果样品(分值)香气质(15)香气量(15)香气协调性(15)待测卷烟13.814.013.4对照卷烟13.213.513.0实施例8对实施例1制备的化合物进行了毒理学评价，通过小鼠骨髓微核实验、ames实验和tk基因突变实验，用食用香精香料作为对照，三种毒理学测试结果均和对照无统计学上的差异；证明本发明化合物对动物无毒，使用安全。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3 

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