香精與香料—椰醛(61)

椰醛的性質(zhì)

無色液體，具有強(qiáng)烈的椰子香氣。溶于乙醇、丙二醇、乙醚和大多數(shù)非揮發(fā)性溶劑，不溶于水和甘油。

γ-壬內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)式

椰醛的制備

由庚醛與丙二酸反應(yīng)制得壬烯酸，再內(nèi)酯化，經(jīng)萃取、洗滌、蒸餾制得。

椰醛的用途

用作椰子香精的主香劑，還用于調(diào)配奶油、杏仁、桃子、櫻桃、堅果、熱帶水果等香精。在烘烤食品中使用量為55 mg/kg；糖果中33 mg/kg；布丁類中28 mg/kg;口香糖中15 mg/kg；冷飲中14mg/kg；軟飲料中11 mg/kg。

RIFM香精成分安全評估，γ-壬內(nèi)酯(γ-nonalactone), CAS注冊號104-61-0

RIFM對γ-壬內(nèi)酯的遺傳毒性、重復(fù)劑量毒性、發(fā)育和生殖毒性、局部呼吸毒性、光毒性/光致敏性、皮膚致敏性和環(huán)境安全性進(jìn)行了評估。數(shù)據(jù)表明，γ-壬內(nèi)酯沒有遺傳毒性。模擬物γ-己內(nèi)酯(CAS # 695-06-7)的讀取數(shù)據(jù)提供了重復(fù)劑量和發(fā)育毒性終點的計算MOE >100。使用Cramer Class I材料的TTC評估生殖和局部呼吸毒性終點，γ-壬內(nèi)酯暴露低于TTC(分別為0.03 mg/kg/天和1.4 mg/天)。來自4-羥基-3-甲基辛酸內(nèi)酯(CAS # 39212-23-2)和(+/-)3-甲基-γ-癸內(nèi)酯(CAS # 67663-01-8)的數(shù)據(jù)表明，在當(dāng)前聲明的使用水平下，γ-壬內(nèi)酯沒有對皮膚致敏的安全問題。根據(jù)紫外光譜評價光毒性/光致敏終點；γ-壬內(nèi)酯并不會引起光毒性/光過敏。對環(huán)境終點進(jìn)行評價；根據(jù)IFRA環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，γ-壬內(nèi)酯其風(fēng)險商數(shù)<1，基于其目前在歐洲和北美的使用量(即PEC/PNEC)，被認(rèn)為是對環(huán)境友好的化合物。

對映選擇性，催化一鍋法合成γ-丁內(nèi)酯基芳香劑

在自然界中，γ-丁內(nèi)酯核心結(jié)構(gòu)在許多具有多種生物活性的天然產(chǎn)物中被發(fā)現(xiàn)，如抗生素、抗腫瘤、抗真菌和細(xì)胞抑制特性(圖1)。因此，它們也被用作合成的結(jié)構(gòu)單元，但也用于其他不包含這種結(jié)構(gòu)基元的天然產(chǎn)物，例如生物堿或信息素。此外，γ-丁內(nèi)酯1(見圖2)被稱為香味和風(fēng)味分子，使它們不僅適用于制藥，也適用于食品工業(yè)。

圖1 一些以γ-丁內(nèi)酯為基礎(chǔ)的食用香料、日用香料和天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)

一種常見的γ-丁內(nèi)酯是櫟內(nèi)酯(quercus lactone)(1c)(圖2)。櫟內(nèi)酯(1c)是酒精飲料中的一種風(fēng)味化合物，是在天然調(diào)味過程中從橡樹中提取的。因此，它也被稱為威士忌內(nèi)酯(1c)。

圖2 櫟內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)

櫟內(nèi)酯(1c)存在的主要橡樹樹種是美洲櫟和法國櫟樹槲皮雷亞和櫟樹，但它也在少數(shù)的西班牙櫟樹中發(fā)現(xiàn)。Pollnitz等人在文獻(xiàn)中描述了某些橡木林中櫟內(nèi)酯(1c)的含量。其中，美國白橡木(quercus alba)中櫟內(nèi)酯的含量最高，其中反式內(nèi)酯(1c)的含量為6.65μg/g 橡木，順式內(nèi)酯(1c)的含量為86.0μg/g 橡木。櫟內(nèi)酯(1c)的天然立體異構(gòu)體為(3S,4S)-和(3S,4R)-構(gòu)型。它的味道和氣味主要是椰子味，帶有泥土味或芹菜味，這取決于內(nèi)酯的配置。[2]

如方案1所示，α、β-不飽和γ-酮酯2作為化學(xué)酶法合成取代γ-丁內(nèi)酯1的起始原料。采用Horner-Wadsworth-Emmons (HWE)反應(yīng)直接合成相應(yīng)底物。經(jīng)柱層析分離得到的(E/Z)混合物的含量為20-91%。hwe反應(yīng)和相應(yīng)的磷酸鹽的合成的更多細(xì)節(jié)在支持信息中描述。這些底物2的一般合成路線及其結(jié)構(gòu)如方案2所示。α，β-不飽和γ-酮酯2的一鍋酶法轉(zhuǎn)化包括兩個順序的還原步驟，利用烯還原酶(ER)和醇脫氫酶(ADH)通過中間體4和5，然后是酸催化的內(nèi)酯化(方案1)。

方案1 一鍋酶法合成γ-丁內(nèi)酯

方案2 α,β-不飽和γ-酮酯2的合成路線

γ-壬內(nèi)酯的風(fēng)味特性

椰子味，奶油狀的，蠟狀的，甜奶油狀的，油狀的，椰子狀的，甜的水果味，奶油狀的椰子味用途：用于熱帶水果混合物。

口味:奶油適用于椰子、桃、杏、香草、楓、蜂蜜和巧克力等口味。

椰子奶油:茴芹;椰子;脂肪;適用于:棕色堅果，棕色可可，棕色其他品種，牛奶，香草，水果紅色，水果黃色，熱帶水果，甜的其他品種，酒精。奶油狀，開胃，類似椰子和杏子。

γ-壬內(nèi)酯的藥理或生理活性

1、能拮抗可卡因誘導(dǎo)的渦蟲運動減弱的烷基γ-內(nèi)酯的最小結(jié)構(gòu)要求

Baker等最近(2011)報道，天然環(huán)內(nèi)酯(cyclic lactone)、小白菊內(nèi)酯(parthenolide)和相關(guān)類似物可以阻止可卡因在渦蟲體內(nèi)誘導(dǎo)的行為效應(yīng)的表達(dá)，而小白菊內(nèi)酯的γ-內(nèi)酯環(huán)是這種效應(yīng)所必需的。在本研究中，我們測試了一系列不同鏈長(1-8個碳)的烷基γ-內(nèi)酯，以確定它們對200 μM可卡因誘導(dǎo)的渦蟲運動減弱的拮抗能力。含一個4個碳烷基鏈的γ-內(nèi)酯不影響渦蟲的運動，也不拮抗可卡因引起的運動減弱；只有化合物γ-壬內(nèi)酯(具有5個碳鏈長烷基鏈的γ-內(nèi)酯)能夠防止可卡因誘導(dǎo)的行為模式，而碳鏈較長的烷基內(nèi)酯也不能防止可卡因誘導(dǎo)的行為模式。因此，我們認(rèn)為，在本實驗系統(tǒng)中，對抗可卡因作用的化合物家族的最佳結(jié)構(gòu)特征是一個5個碳鏈長的烷基鏈γ-內(nèi)酯環(huán)。[3]

最近，有報道稱倍半萜內(nèi)酯(sesquiterpene lactone )，小白菊內(nèi)酯(parthenolide)和類似的分子(圖3)可以拮抗渦蟲屬(Dugesia genus)的可卡因誘導(dǎo)行為；此外，在這些研究中，確定了類似于小白菊內(nèi)酯的分子的γ-內(nèi)酯部分對其抗可卡因作用至關(guān)重要。γ-內(nèi)酯類化合物在自然界中分布廣泛。這些化合物中有許多天然存在于乳制品、水果和堅果等產(chǎn)品中，這些γ-內(nèi)酯結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)有助于它們特有的香味。事實上，這些化合物是煙草產(chǎn)品、香水和一些加工食品的常見添加劑。在目前的工作中，我們測試了一系列不同鏈長(1 - 8個碳，圖1)的烷基γ-內(nèi)酯對渦蟲體內(nèi)可卡因作用的拮抗能力。

圖3 單萜內(nèi)酯，相關(guān)倍半萜和可卡因。B. 本工作中討論的化合物。為了便于比較，γ-十二內(nèi)酯和單萜內(nèi)酯的碳原子被編號(見正文)。

在這項工作中，我們確定了烷基γ-內(nèi)酯類化合物的最佳結(jié)構(gòu)特征，以對抗可卡因誘導(dǎo)的運動下降的渦蟲，是γ-內(nèi)酯部分，與一個5碳甲基尾連接在內(nèi)酯環(huán)的4位(γ-壬內(nèi)酯，圖3)。這與之前的工作一致，這類化合物中的內(nèi)酯環(huán)在本實驗系統(tǒng)中對其可卡因拮抗作用至關(guān)重要，然而，我們的結(jié)果表明，γ-內(nèi)酯部分不足以拮抗可卡因作用，因為其他測試的內(nèi)酯對可卡因都沒有活性。我們還確定了γ-壬內(nèi)酯對可卡因的作用是濃度依賴的，這表明γ-壬內(nèi)酯和可卡因在渦蟲體內(nèi)競爭一個特定的結(jié)合位點，可能是一個蛋白質(zhì)靶點。根據(jù)我們的結(jié)果，一個可能證明相關(guān)的因素是，在我們的實驗中測試的γ-內(nèi)酯在位置4有一個手性碳原子，正如小白菊內(nèi)酯和相關(guān)化合物所具有的(圖3)。在自然界中，γ-內(nèi)酯主要被發(fā)現(xiàn)為4R異構(gòu)體，然而，4S異構(gòu)體也被發(fā)現(xiàn)。已知γ-內(nèi)酯部分的手性影響其芳香嗅聞特性。有趣的是，在單萜內(nèi)酯中4號位置的碳原子是以R形式存在的。我們已經(jīng)證實，這也適用于廣木香內(nèi)酯(costunolide)和sanantonin(圖1)，它們對可卡因具有活性，使用分子建模軟件如所述。手性可能被證明是γ-內(nèi)酯/可卡因相互作用的重要因素，特別是當(dāng)這種相互作用發(fā)生在特定的蛋白質(zhì)位點時，因此本工作的未來方向可能是探索手性對γ-內(nèi)酯與其可能靶點相互作用的影響。另外兩個考慮因素是溶解度和生物利用度問題，這是許多疏水化合物的共同特點。我們通過logP和摩爾溶解度兩個參數(shù)來估計實驗化合物的溶解度來解決這個問題。需要注意的是，測試化合物的實際水溶性將高于指示值，因為使用的實驗溶液(APW)含有0.1% (14 mM)的二甲基亞砜(DMSO)，這是一種確定的溶解度增強(qiáng)劑。三種較小的化合物(戊基-，己基-和庚基-γ-內(nèi)酯)在我們的實驗機(jī)體中不能誘導(dǎo)運動降低；他們也不能對抗所觀察到的可卡因效應(yīng)。然而，這些化合物是最易溶解的。他們的生物利用度在這里沒有被確定。另一方面，較大的化合物(辛基-，壬基-，癸基-和十二基-γ-內(nèi)酯)能誘導(dǎo)渦蟲運動減弱，且呈濃度依賴性。有趣的是，在這四種化合物中，只有γ-壬內(nèi)酯能夠拮抗寄生蟲體內(nèi)可卡因的作用；這種緩解依賴于濃度。在辛基、癸基和十二基-γ-內(nèi)酯的情況下，溶解度和生物利用度不是問題，因為它們都顯示出運動減弱效應(yīng)。我們將我們的數(shù)據(jù)用以假設(shè)在我們的實驗系統(tǒng)中可卡因和γ-壬內(nèi)酯具有共同或重疊的結(jié)合位點的證據(jù)。烷基鏈長等于5個碳的γ-內(nèi)酯本身降低了能動性，但它們對可卡因沒有活性，這一事實多少讓人想起在某些類型的全麻分子中觀察到的切斷效應(yīng)。切斷效應(yīng)是指同源系列化合物(例如正構(gòu)烷烴或正構(gòu)烷烴等)的麻醉效力的增加，達(dá)到在較高分子量化合物中觀察到的麻醉效果下降(甚至完全喪失)的程度。這種效應(yīng)經(jīng)常被用來估計蛋白質(zhì)靶點的分子尺寸，但其他的解釋，包括麻醉化合物與膜的相互作用，而不是蛋白質(zhì)，已被提出。有可能，我們正在觀察的機(jī)制類似于我們的γ-內(nèi)酯/可卡因?qū)嶒炛械那袛嘈?yīng)。有趣的是，脊椎動物中檢測到的最大內(nèi)酯，十二內(nèi)酯，是單胺轉(zhuǎn)運體超家族，包括多巴胺轉(zhuǎn)運體(DAT)、血清素轉(zhuǎn)運體(SERT)和去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運體(NET)等?？煽ㄒ蛑饕cDAT相互作用。利用渦蟲S. mediterranea數(shù)據(jù)庫，我們發(fā)現(xiàn)了電壓門控離子通道和神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白的同源物。對我們的結(jié)果最簡單的解釋是可卡因與渦蟲體內(nèi)的一個或多個目標(biāo)蛋白相互作用。其他實驗室已經(jīng)證明，多巴胺能神經(jīng)元調(diào)節(jié)渦蟲的運動和行為。Nishimura等人(2007)證明，當(dāng)再生的日本渦蟲(Dugesia japonica)中酪氨酸羥化酶(一種合成多巴胺所必需的酶)的表達(dá)被抑制時，完全再生的渦蟲的正常運動就會減少。此外，在相同的工作中，作者表明，當(dāng)酪氨酸羥化酶受到抑制時，甲基苯丙胺誘導(dǎo)的多運動也受到抑制。與可卡因一樣，甲基苯丙胺抑制多巴胺轉(zhuǎn)運體，盡管機(jī)制略有不同。這為進(jìn)一步研究提供了另一個方向。我們可以使用RNA干擾(RNAi)技術(shù)，該技術(shù)已成功應(yīng)用于渦蟲研究，以抑制已建立的可卡因靶蛋白的表達(dá)，如單胺轉(zhuǎn)運體。利用這些技術(shù)，我們可以檢測可卡因和本工作中研究的含內(nèi)酯化合物在渦蟲中的作用，這些候選靶蛋白的表達(dá)受到抑制，有可能深入了解具體的分子作用機(jī)制。

綜上所述，γ-內(nèi)酯類化合物是探索可卡因在生物系統(tǒng)中的作用的新工具。在這項工作中，我們確定了這類化合物的一系列重要的結(jié)構(gòu)特征，這可能證明對設(shè)計新的可卡因拮抗劑很重要。此外，我們還提供了額外的證據(jù)，證明渦蟲在藥理研究中作為動物模型的有效性。

2、澳大利亞紅葡萄酒中幾種4-烷基取代γ-內(nèi)酯的氣味檢測閾值及對映體分布

合成了γ-辛內(nèi)酯(1)、γ-壬內(nèi)酯(2)、γ-癸內(nèi)酯(3)和γ-十二內(nèi)酯(4)的各個對映體。(R)系列的對映體是由L-谷氨酸通過脫氨和還原成(S)-5-氧代-2-四氫呋喃甲醛(S)-7的策略制備的。不同長度的側(cè)鏈?zhǔn)峭ㄟ^一系列的Wittig反應(yīng)引入的，所使用的磷化物的選擇不同。氫化后得到最終的γ內(nèi)酯1-4。(S)系列的對映體是以類似的方式從d-谷氨酸開始制備的。通過應(yīng)用ASTM方法E 679，由25名成員組成的小組，確定了所有8種對映體在 "盒裝袋 "干紅葡萄酒中的香氣檢測閾值。確定的最低閾值是(R)-十二內(nèi)酯(4)的8微克/升，而(R)-壬內(nèi)酯(2)的最高閾值是285微克/升。除γ-癸內(nèi)酯（3）外，同一內(nèi)酯的兩種對映體之間的香氣檢測閾值存在統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異（在5%的水平）。為量化內(nèi)酯1-4而開發(fā)的穩(wěn)定同位素方法已被擴(kuò)展到手性相色譜（Rt-betaDEXcst毛細(xì)管柱）中使用，可以對單個對映體進(jìn)行量化。γ-辛內(nèi)酯（1）和γ-壬內(nèi)酯（2）在7種酒中的對映體分布以及γ-壬內(nèi)酯（2）在34種紅葡萄酒中的對映體分布被確定；除了少數(shù)例外，γ-壬內(nèi)酯（2）的（R）對映體在分析的干紅葡萄酒和貴腐(botrytized)白葡萄酒中比其（S）對映體更為普遍。在貴腐白葡萄酒中，γ-辛內(nèi)酯（1）的情況也是如此。

本研究選用了四個烷基取代γ-內(nèi)酯的(R)和(S)對映體

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