Study on the synthesis of a novel coolant 2,5-dimethyl-4- (1-pyrrolidinyl)-3(2H)-furanone
Chen Yongkuan, Hu Qun, Liu Zhihua, Cheng Huiling^#, Gu Kun^#
(Yunnan Academy of Tobacco Science, Kunming 650106, China；^#College of Chemistry and Material, Yunnan University, Kunming 650091,China)
Abstract  A novel coolant, 2,5-dimethyl-4-(1-pyrrolidinyl)-3(2H)-furanone (DMPF), was synthesized by reaction of 2,5-dimethyl-4-hydroxy-furanone(DMF) with pyrrolidine. The optimum reaction conditions for synthesis of DMPF were n(DMF):n(pyrrolidine)=1:5 and w(DMF):w(p-TsOH)＝128:1 under methylbenzene and reflux, using p-TsOH as a catalyzer, and time 8h. The yield of DMPF was 86%. Structure of the title compound was confirmed by IR, ¹H NMR, ¹³C NMR and MS.
Keywords 2,5-dimethyl-4-hydroxyfuranone(DMF)；2,5-dimethyl-4- (1-pyrrolidinyl)-3(2H) -furanone(DMPF); pyrrolidine

凉味剂2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮的合成研究

陈永宽，胡群，刘志华，成会玲^#，古昆^#
（云南烟草科学研究院，云南 昆明 650106；^#云南大学 化学与材料学院，云南昆明650091）

摘要 以2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮（DMF）和吡咯烷为起始物制备了新型凉味剂2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮（DMPF）。考察了催化剂、有机溶剂以及两种起始物料比例对反应产物收率的影响。实验结果表明，合成目标产物的优化条件是在以甲苯为溶剂和回流温度下，以对甲苯磺酸为催化剂，以n(DMF):n(吡咯烷)=1:5，反应时间为8h，DMF与催化剂p-TsOH最适合的比例为w(DMF):w(p-TsOH)＝128:1。DMPF的总收率为86%。目标化合物的结构经IR、¹H NMR、¹³C NMR、MS手段进行了确证。
关键词 2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮（DMF）；四氢吡咯；2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮（DMPF）

    a-酮基烯胺衍生物^[1-4]是一类新型的凉味剂，它们具有冲击性很强的凉味，可用于口香糖、饮料、牙膏、糖果、药品中。但是，这类化合物既不是薄荷醇的衍生物，也不是天然产物中存在的，而是存在于Maillard反应中。它们比天然(-)薄荷醇具有更强的凉味作用，而且它们的凉味持续时间更长。国内有关这类化合物的报道文章较少，尚未开展系统的研究工作。作者以常见的化工原料2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮（DMF）为起始物，研究了2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3 (2H)-呋喃酮（DMPF）的合成。合成路线见scheme 1。

scheme 1 DMPF的合成路线Synthesis procedure of DMPF

1 实验部分
1.1试剂与仪器
    DMF从Firmenich公司购得；吡咯烷均从Sigma公司购得；苯，甲苯，对甲苯璜酸，醋酸，TiCl₄，甲醇，乙醇，二甘醇单甲醚，N,N-二甲基甲酰胺等均为AR；薄层层析硅胶（GF₂₅₄）从青岛海洋化工厂购得。
    核磁共振采用Burker600型分析(CDCl₃为溶剂)，TMS为内标；质谱采用HP5972 MSD GC/MS分析仪和VG-ZAB-HS质谱仪分析；红外光谱采用岛津IR-430红外光谱仪分析（KBr压片）。
1.2 DMPF的合成
    在干燥的500mL三口烧瓶上装上冷凝管、滴液漏斗以及分水器，并在冷凝管及滴液漏斗上装上氯化钙干燥管，把三口烧瓶放在带磁力搅拌器的电热套上，在三口烧瓶内加入12.8g(0.1moL)的DMF，再加入200mL甲苯做溶剂，搅拌使DMF完全溶解，在室温下，边搅拌边滴加35.5g(0.5moL)吡咯烷，滴加完毕之后，再加入对甲苯磺酸0.1g，撤去滴液漏斗，装上温度计，回流8h，经TLC检测，反应完毕。待反应液冷却到室温后，用饱和食盐水洗涤，分出有机层，再用无水Na₂SO₄干燥，蒸去溶剂，得到粗产品棕色油状液体DMPF，用200-300目的硅胶柱层析，用v（石油醚，bp60-90℃）:v（丙酮）＝40:1为洗脱液，得到有轻微爆米花香味的黄色油状液体DMPF11g，收率为86%。IR（KBr，cm^-1）n：2967.2、2933.6、2870.3(-CH₂-, -CH₃)、1695.3(C=O)、 1623.8(C=C)、1444.1、1418.4、1355.1、1318.0(-CH₂-, -CH₃)、1221.2、1007.3(C-O)；EI-MS，m/z：181(M⁺)、166、138、124、110、70；¹H NMR（CDCl₃，400MHz）d：1.23-1.24（3H, d），1.67-1.69（4H, m），2.06（3H,s），2.89-3.00（4H, s），4.14-4.19（1H, q）；¹³C NMR（CDCl₃，100MHz）d：14.4（CH₃），16.0（CH₃），24.8（CH₂），50.7（CH₂），79.7（CH），125.2（O-CH=），181.8（N-C=），202.1（C=O）。

2 结果与讨论
2.1 溶剂的筛选
    在相同的反应条件下，分别以相同体积的甲醇、乙醇、二甘醇单甲醚、苯、甲苯以及N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，来研究在不同溶剂体系下反应产物DMPF收率。结果如表1所示。

表1 不同溶剂对2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮收率的影响

    从上表可以看出，以甲醇、乙醇、二甘醇单甲醚、苯及N,N-二甲基甲酰胺等为溶剂时，与以甲苯为溶剂时相比，产物DMPF的收率明显都低。而且，以N,N-二甲基甲酰胺溶剂时，该反应基本不进行。由此，对于本研究来说，甲苯是比较适宜的反应溶剂。
2.2 催化剂的筛选
    在相同的反应条件下，以甲苯为溶剂，分别以对甲苯磺酸、醋酸及四氯化钛为催化剂，来研究不同催化剂对反应产物DMPF收率的影响。结果如表2所示。

表2 不同催化剂对2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮收率的影响

    从表2可以看出，以醋酸为催化剂时，目标产物的收率相对较低，而以对甲苯磺酸、四氯化钛为催化剂时，目标产物的收率相对较高。考虑到四氯化钛属于高毒类化合物，因此，选用对甲苯磺酸作为催化剂最为适宜。
2.3 催化剂用量对收率的影响 
    在不改变其他反应参数的条件下，以12.8g(0.1moL)的DMF为基础，分别加入0.01g、0.05g、0.1g及0.15g的对甲苯磺酸，研究催化剂对甲苯磺酸的用量对目标产物合成收率的影响。结果如下表3所示。

表3 催化剂用量对2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮收率的影响

    从表3结果可以看出，催化剂对甲苯磺酸的用量对目标产物的收率影响显著。当催化剂用量较少时，目标产物的收率较低。这可能是由于对甲苯磺酸用量较少时，原料DMF与吡咯烷不能完全反应，从而降低了DMPF收率。催化剂的用量增大后，该反应产物收率反而降低，可能是由于对甲苯磺酸用量较多时，使产物有部分发生了分解，因而降低了反应产物的收率。因此，在本研究反应体系下，原料DMF与催化剂p-TsOH最适合的比例为：ω(DMF):ω(p-TsOH)＝128:1。
2.4 不同比例的原料对产物收率的影响
    在不改变其他反应条件下，研究了原料DMF与吡咯烷的比例对反应产物收率的影响。本研究采用TLC跟踪反应进程。实验结果表4所示。

表4 不同原料比例对产物2,5-二甲基-4-(1-吡咯烷基)-3(2H)-呋喃酮收率的影响

    从表4结果可以看出，不同比例原料对合成目标产物收率有较大的影响。随着吡咯烷用量的增加，目标产物的收率随着增加；但当n（DMF）：n（吡咯烷）＝1：6时，目标产物的收率就没有明显的提高。因此，对于本研究来说，n（DMF）：n（吡咯烷）＝1：5是较适宜的原料比例。

3 结论
    以2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮（DMF）和吡咯烷为起始物可以合成得到新型凉味剂DMPF。最适宜的原料比为n（DMF）：n（吡咯烷）＝1：5，并以甲苯为溶剂，对甲苯磺酸为催化剂，DMF与催化剂p-TsOH最适合的比例为ω(DMF): ω(p-TsOH)＝128:1，反应时间为8h。DMPF的总收率为86%。

产品DMPF是具有轻微爆米花香气的黄色油状液，凉味强度大，是一种非常具有开发前景的凉味剂。

REFERENCES
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