新型高倍甜味剂n-3-3-羟基-4-甲氧基苯基丙基-阿斯巴甜的制备

新型高倍甜味剂n-3-3-羟基-4-甲氧基苯基丙基-阿斯巴甜的制备

1965年12月，美国伊利诺伊州阿什德有限公司的化学工作者史列奇发现了超市甜后，人们发现了二醇甜的实验序列。阿斯巴甜具有蔗糖样的风味,口感纯正,甜度为蔗糖的180~200倍,安全性高,不会在人体内蓄积,并且不会导致肥胖、龋齿、高血压和心血管病的发生,在许多国家包括中国在内已批准使用。然而阿斯巴甜的酯键在高温和低pH值环境下不稳定。人们以阿斯巴甜为原型,研究了1000多种与之相关的二肽及二肽同型物,以期获得一种更为理想的强力甜味剂,其中最具有代表性的就是纽甜(Neotame)。纽甜是通过对甜味机理的研究,在钯碳催化剂作用下,通过在阿斯巴甜分子接上3,3-二甲基丙醛而得到的。纽甜不仅甜味更高,而且稳定性好,在食品工业中具有广泛的应用。在世界食品添加剂市场中,甜味剂约占20%,位居首位。甜味剂特别是高品质的强力甜味剂,在现代食品工业朝着口味清淡化、低热量化、低糖化发展过程中发挥着重要作用。二肽甜味剂是强力甜味剂中非常重要的组成部分,因此,开发更多新型高甜度的二肽甜味剂对于食品工业具有重要的意义。1材料和方法1.1-甲氧基苯甲醛原料:阿斯巴甜,美国纽特公司;3-羟基-4-甲氧基苯甲醛,上海达瑞精细化学品有限公司;乙醛,上海达瑞精细化学品有限公司试剂:甲醇、无水乙醇、Pd/C催化剂、冰乙酸等。1.2旋转蒸发仪数显恒温水浴锅、恒温磁力搅拌器、旋转蒸发仪、精密电子天平、电热鼓风恒温干燥箱、精密酸度计、紫外可见分光光度计、旋片真空泵、H2钢瓶等。1.3准备方法1.3.1生产工艺1.3.1.13-甲基苯基丙烯酸酯的制备在烧杯中加入依次加入3-羟基-4-甲氧基苯甲醛和乙醛(1:1)→常温常压下剧烈搅拌反应→萃取→减压蒸馏1.3.1.2n-3-3-羟基-4-甲基苯基丙基原料混合→调pH值→加氢合成→过滤→减压蒸馏→结晶→粗产品→分离提纯→真空干燥→成品1.3.2n-3-3-羟基-4-甲基苯基丙基1.3.2.-羟基-4-甲氧基苯丙醛的合成在烧杯中加入7.32g阿斯巴甜,2.84g3-羟基-4-甲氧基苯丙醛,以甲醇、水(3:2)做为反应溶剂,并且加入0.5gPd/C催化剂。1.3.2.2.ph值滴加冰乙酸,调节pH至4.5~5.0.1.3.2.3.加氢合成将上述溶剂倒入反应釜中,通入氢气,用磁力搅拌器充分搅拌,在恒温下反应.1.3.2.4过滤常压或减压过滤除去Pd/C催化剂,得到澄清溶液。1.3.2.5.减压蒸馏用旋转蒸发仪除去上一步所得滤液中的甲醇和少量的水分。1.3.2.6.晶过滤将所得的液体静置结晶,然后用蒸馏水洗涤沉淀数次以除去其中的水溶性杂质,过滤得到粗产物。1.3.2.7分离和提取通过重结晶等方法提纯得到纯度较高的产品。1.3.2.8.真空干燥将产品置于真空干燥箱中干燥,即得成品。2结果与讨论2.1n-[3-3-羟基-4-甲氧基苯基丙基]-阿斯巴甜的红外光谱表征阿斯巴甜与3,3-二甲基丁醛合成纽甜的过程中,首先3,3-二甲基丁醛的醛基和阿斯巴甜的末端活性氨基缩合反应生成亚胺,再通过Pd/C催化剂在氢气的条件下把亚胺的双键还原从而得到纽甜产物。由上述反应可推出,当3-羟基-4-甲氧基苯丙醛与阿斯巴甜进行反应时,3-羟基-4-甲氧基苯丙醛的醛基与阿斯巴甜的氨基缩合后经还原得到主要产物N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜,其结构如图:为了进一步分析主要产物的结构,对其进行红外吸收光谱测定,如图2。在图谱中,3323cm-1处的吸收是典型的仲氨吸收峰,表明分子中含有-NH-键,苯环、吡啶环以及其他杂环芳烃的骨架伸缩振动位于1600~1400cm-1范围内,这些结构经常出现多条谱带,图中1524cm-1、1447cm-1可能是N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜中的苯环骨架伸缩振动引起的。3030cm-1处的吸收峰是苯环上的C-H伸缩振动的吸收位置,表明分子中确实存在苯环。光谱在1700cm-1处出现强的吸收峰,表明羰基官能团C=O的存在。1747cm-1处的吸收峰表明分子中存在酯基。饱和烃的C-H伸缩振动位于3000~2700cm-1范围,因此图谱中的2994cm-1、2948cm-1、2731cm-1等位置的吸收峰由饱和烃的C-H键伸缩振动引起。图谱中1250~1000cm-1范围内的吸收峰主要是苯环的面内弯曲振动引起的,只要有取代基的苯环均会在这个区域有一系列弱而尖的特征峰存在,一般的C-C、C-O等单键的振动吸收峰也会出现在这一区域。通过红外光谱的分析,所得N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的结构与理论生成的产物结构一致。3-羟基-4-甲氧基苯丙醛与阿斯巴甜反应生成N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的方程式如图3。2.2相对酸度的测定先配制参照甜味剂浓度:蔗糖选择2%、5%、10%三个浓度,阿斯巴甜选择0.01%一个浓度,然后分别配制与上述四个浓度的参照甜味剂甜度相同的不同稀释程度的N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜溶液,待所有样品完全溶解后品尝,品尝结果用相对甜度来表示,计算公式如下:相对甜度=参照甜味剂浓度(%)÷(等甜度样品-阿斯巴甜浓度(%))将各个参照甜味剂的浓度和等甜度的产物浓度代入以上公式即可计算出N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的相对甜度,结算结果见表1。与蔗糖溶液相比,N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的甜味出现较慢,有一定的滞后性,但甜味持续的时间比蔗糖长,而且甜味纯正,味感清新自然,和阿斯巴甜很相似,没有某些强力甜味剂(如糖精、A-K糖等)明显的后苦味和金属味。2.3蛋白受体结构在对经过重结晶的N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜进行甜味评定发现,所得的结果与预期的一样,具有高倍的甜味,约为蔗糖的24,000倍。根据AH,B,X甜味三角理论[6.7],X疏水基团是影响化合物甜度的一个控制因素,若没有X疏水基团,则甜味分子与甜味蛋白受体的结合力较弱而不会太甜。若在适当位置引入合适的疏水基团则可以有效的提高甜度。而所得的产物中有两个疏水(亲油)结合基团“-OCH3”,“-OH”,和AH、B一起构成生甜团,能与甜受体膜的疏水性部位相结合,从而产物易于被甜受体膜所吸附,增强了与甜味蛋白受体的作用力,从而大大提高了甜度。根据多点结合甜味理论,人体甜味蛋白受体最少包含八个基本的识别部位,分别为B,AH,XH,G1,G2,G3,G4和D,这些识别部位能够与甜味分子相应的结合部位发生相互作用,不同甜味分子的结合部位可以少于八个,通常都超过三个结合部位。除了结合部位D,其他结合部位均由两个亚结合部位(又被称为结合点)组成,这些结合点分别为B1,B2,AH1,AH2,XH1,XH2,G1,E1,G2,E2,G3,E3,,G4,E4,D,通过离子键、氢键和空间立体作用(范德华力)等三种作用方式,与受体蛋白相应识别部位发生相互作用。其中B1,B2是阴离子,如CO2-、SO3-、CN4-,或者氢键受体原子,如卤素原子、氧原子;AH1,AH2,XH1,XH2是氢键供体基团,如NH+,NH,OH;E1,E2,E3,E4是氢键受体原子,如氮原子、氧原子、卤素原子;G1,G2,G3,G4通过分子间空间作用力与受体识别部位结合,通常为非极性或弱极性小基团、原子,如CH3,CH2,CH,F,极性大原子如Cl,Br,也能与识别部位有效结合;D通常是4-苯腈基团,通过氢键受体基团CN与识别部位结合。阿斯巴甜是二肽甜味剂的典型代表,属于B1,B2,AH1,XH1,XH2,G1,E1,G2,G4-型甜味剂。当阿斯巴甜基团上接上3-羟基-4-甲氧基苯甲醛时,得到的N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜就属于B1,B2,AH1,XH2,G1,E1,E2,E3,G2,E2,G4-型甜味剂,甜味为蔗糖的24,000倍,分子上G1、G2、G4三个结合点通过范德华力与受体蛋白结合,同时由于引入了具有强吸电子能力的甲氧基和羟基,使得脲基NH的酸性增强,增加了产物与蛋白受体的亲合力,从而提高了甜度,这就解释了产物比阿斯巴甜甜度高的原因。多点结合模型见图4。3.高硬度甜味剂的应用甜味剂是人们日常生活所必须的调味品之一,随着精细化工工业的发展,高甜度甜