(57)【要約】  置換ピラジンを選択的に形成する方法が提供される。本発明の方法は、少なくとも１つの炭素源及び少なくとも１つの窒素源を含む反応溶液を入手すること、反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物を生成するのに十分な時間にわたって反応温度にて反応溶液を保持することを含むことができる。炭素源は、ヒドロキシケトン、少なくとも１つの緩衝剤で処理した糖及びその組合せからなる群から選択することができる。置換ピラジンを組み入れたタバコ製品も提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピラジンを形成する方法であって、
少なくとも１つのα−ヒドロキシケトン及び少なくとも１つの窒素源を含む反応溶液を入手すること、並びに
前記反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物が生成するのに十分な時間にわたって、該反応溶液を該反応温度に保つことを含む、方法。
【請求項２】
少なくとも１つのヒドロキシケトンがアセトールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの置換ピラジンが、２，３−ジメチルピラジン；２，６−ジメチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール；２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；テトラメチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン及びその組合せからなる群から選択される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのヒドロキシケトンが、アセトインを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの置換ピラジンが、テトラメチルピラジンである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つのヒドロキシケトンが、１−ヒドロキシ−２−ブタノンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの置換ピラジンが、２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；及びその組合せからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
窒素源が、アミノ酸、アンモニウムイオン及びその組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
フリーのアミノ酸を反応溶液に添加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つのアルデヒドを反応溶液に添加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離するステップが、前記反応生成物の液−液抽出、前記反応生成物の液−固抽出及び前記反応生成物の単純蒸留のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
反応温度が約９０℃〜約１５０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの置換ピラジンが、２，６−ジメチルピラジン；２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２，３，５−トリメチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，３，５，６−トリメチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジン、２，３−ジメチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール、２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；テトラメチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン；２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５，７−トリメチル−６，７−ジヒドロ−５Ｈ−シクロペンタピラジン；及び２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；並びにその組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの置換ピラジンが２置換されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの置換ピラジンが３置換されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの置換ピラジンが４置換されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの置換ピラジンが、２個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの置換ピラジンが、３個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
反応生成物が、ピラジン分子及びメチルピラジン分子を実質的に含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に組み入れることをさらに含む、請求項１〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
タバコ製品が、喫煙品又は無煙タバコ製品である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ピラジンを形成する方法であって、
少なくとも１つの糖及び少なくとも１つの緩衝剤を含む炭素源溶液を入手すること、
前記炭素源溶液を少なくとも窒素源と混合して、反応溶液を形成すること、並びに
前記反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物が生成するのに十分な時間にわたって、前記反応溶液を該反応温度に保つことを含む、方法。
【請求項２４】
少なくとも１つの糖が、グルコース、フルクトース、ラムノース及びその組合せからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
窒素源が、アミノ酸、アンモニウムイオン及びその組合せからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
緩衝剤が、水酸化ナトリウム、リン酸緩衝液及びその組合せからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
緩衝剤が、約６．５〜約７．５のｐＨ範囲で緩衝する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
アンモニウムイオンを反応溶液に添加することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離するステップが、前記反応生成物の液−液抽出、前記反応生成物の液−固抽出及び前記反応生成物の単純蒸留のうちの少なくとも１つを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
反応温度が約９０℃〜約１５０℃である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも１つの置換ピラジンが、２，６−ジメチルピラジン；２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２，３，５−トリメチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，３，５，６−トリメチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジン、２，３−ジメチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール、２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；テトラメチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン；２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５，７−トリメチル−６，７−ジヒドロ−５Ｈ−シクロペンタピラジン；及び２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；並びにその組合せからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１つの置換ピラジンが２置換されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１つの置換ピラジンが３置換されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも１つの置換ピラジンが４置換されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項３６】
少なくとも１つの置換ピラジンが、２個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
少なくとも１つの置換ピラジンが、３個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３８】
反応生成物が、ピラジン分子及びメチルピラジン分子を実質的に含まない、請求項２３に記載の方法。
【請求項３９】
少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に組み入れることをさらに含む、請求項２３〜３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
タバコ製品が喫煙品又は無煙タバコ製品である、請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、置換ピラジンを形成する方法に関する。特に興味深いのは、標的置換ピラジンを選択的に形成する方法である。
【背景技術】
【０００２】
ピラジンは、炭素源と窒素化合物、例えばアミノ酸及び塩基（例えばジアンモニウムホスフェート（ＤＡＰ）、ＮａＯＨ）との反応（例えばメイラード反応）によって生成される。ピラジンの生成を目的とする多くの従来の反応経路では、糖（例えばフルクトース、グルコース、フルクトース／グルコース混合物、ラムノース）が炭素源として使用される。これまで、加熱時にピラジンが豊富な配合物をもたらすモデル反応及び強化天然物の大部分は、配合物の炭素源構成要素としてフルクトース、グルコース、フルクトース／グルコース混合物及びラムノースなどの糖を使用してきた。これらの糖は、ピラジン芳香環構造を形成するための炭素源として作用することが示されている。例えば、それぞれその全体が参照により本明細書に組み込まれている、Ｃｏｌｅｍａｎの米国特許出願公開第２００４／０１７３２２８号、Ｃｏｌｅｍａｎらの米国特許出願公開第２０１０／００３７９０３号、Ｄｕｂｅらの米国特許出願公開第２０１２／０１５２２６５号、Ｃｏｌｅｍａｎらの米国特許出願公開第２０１２／０２６０９２９号、Ｄｕｂｅらの米国特許出願公開第２０１３／０１２５９０７号、Ａｎｕｒａｄｈａらの米国特許出願公開第２０１３／０３３７４１８号、Ｄｕｂｅらの米国特許出願公開第２０１５／００４０９２２号及びＣｈｅｎらの米国特許出願公開第２０１５／０１２２２７１号；Ａｎｄｅｒｓｏｎらの米国特許第５，２５８，１９４号、Ｃｏｌｅｍａｎの米国特許第６，２９８，８５８号；Ｃｏｌｅｍａｎの米国特許第６，３２５，８６０号、Ｄｕｂｅらの米国特許第６，４４０，２２３号、Ｃｏｌｅｍａｎの米国特許第６，４９９，４８９号；Ｗｈｉｔｅらの米国特許第６，５９１，８４１号、Ｄｕｂｅらの米国特許第６，６９５，９２４号、Ｃｈｅｎらの米国特許第８，４３４，４９６号、Ｂｒｉｎｋｌｅｙらの米国特許第８，９４４，０７２号、Ｃｏｌｅｍａｎらの米国特許第８，９５５，５２３号、Ｃｈｅｎらの米国特許第８，９９１，４０３号、Ｄｕｂｅらの米国特許第９，０１０，３３９、Ｂｙｒｄらの米国特許第９，２５４，００１号、Ｊｕｎｋｅｒらの米国特許第９，２６５，２８４号及びＣｏｌｅｍａｎらの米国特許第９，４０２，４１５号並びにＣｏｌｅｍａｎ  ＩＩＩ，Ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ａｑｕｅｏｕｓ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｒｉｃｈ  ｉｎ  ｐｙｒａｚｉｎｅｓ，ｉｎ  Ｆｌａｖｏｒ  Ｆｒａｇｒａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｏｄｏｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｒａｙ  Ｍａｒｓｉｌｉ，ｅｄ．，Ｃｈａｐｔｅｒ  ７，ｐｐ１３５−１８２，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，２０１２を参照のこと。
【０００３】
大半の場合、糖及び窒素源のこれらの反応は、ピラジン構造内の窒素結合を提供する窒素源として、水酸化アンモニウム及び／又はフリーのアミノ酸を用いてきた。例えばＥｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｔｉｍｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，  ａｎｄ  ｒｅａｃｔａｎｔ  ｒａｔｉｏ  ｏｎ  ｐｙｒａｚｉｎｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｍｏｄｅｌ  ｓｙｓｔｅｍ，Ｔ．Ｓｈｉｂａｍｏｔｏ，Ｒ．Ａ．Ｂｅｒｎｈａｒｄ，Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．，２４，（１９７６）ｐ．８４７を参照のこと。この反応により、多くの置換ピラジンの錯体混合物が生成される。ピラジン生成反応において糖が唯一の炭素源として作用する場合、ピラジン分子及びメチルピラジン分子は生成される主要なピラジンであり、総ピラジン収率の６０％を大きく上回ることが多い。生成されるピラジン分子及びメチルピラジン分子の量を低減する試みにおいてフリーのアミノ酸が共試薬として使用される場合でも、この傾向は明白である。
【０００４】
感覚の観点から、ピラジン分子及びメチルピラジン分子は、タバコ製品で使用するための望ましい感覚的香調も、許容される揮発性特性も有していない。したがって、ピラジンの混合物におけるその存在は、特定の用途にとって所望の特性よりも劣っている。
【０００５】
したがって、ある所望の置換ピラジンをより大量に選択的に製造する方法を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１７３２２８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／００３７９０３号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／０１５２２６５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０２６０９２９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１３／０１２５９０７号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１３／０３３７４１８号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１５／００４０９２２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１５／０１２２２７１号明細書
【特許文献９】米国特許第５，２５８，１９４号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，２９８，８５８号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，３２５，８６０号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，４４０，２２３号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，４９９，４８９号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，５９１，８４１号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，６９５，９２４号明細書
【特許文献１６】米国特許第８，４３４，４９６号明細書
【特許文献１７】米国特許第８，９４４，０７２号明細書
【特許文献１８】米国特許第８，９５５，５２３号明細書
【特許文献１９】米国特許第８，９９１，４０３号明細書
【特許文献２０】米国特許第９，０１０，３３９号明細書
【特許文献２１】米国特許第９，２５４，００１号明細書
【特許文献２２】米国特許第９，２６５，２８４号明細書
【特許文献２３】米国特許第９，４０２，４１５号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｃｏｌｅｍａｎ  ＩＩＩ，Ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ａｑｕｅｏｕｓ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｒｉｃｈ  ｉｎ  ｐｙｒａｚｉｎｅｓ，ｉｎ  Ｆｌａｖｏｒ  Ｆｒａｇｒａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｏｄｏｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｒａｙ  Ｍａｒｓｉｌｉ，ｅｄ．，Ｃｈａｐｔｅｒ  ７，ｐｐ  １３５−１８２，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，２０１２
【非特許文献２】Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｔｉｍｅ，  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ  ｒｅａｃｔａｎｔ  ｒａｔｉｏ  ｏｎ  ｐｙｒａｚｉｎｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｍｏｄｅｌ  ｓｙｓｔｅｍ，Ｔ．Ｓｈｉｂａｍｏｔｏ，Ｒ．Ａ．Ｂｅｒｎｈａｒｄ，Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．，２４，（１９７６）ｐ．８４７
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ある置換ピラジンを選択的に形成する方法を提供する。ピラジンを選択的に生成する方法は、少なくとも１つのタバコ由来炭素源（例えばヒドロキシケトン及び／又は緩衝剤で処理された少なくとも１つの糖）及び少なくとも１つのタバコ由来窒素源（例えばタンパク質及び／又はアミノ酸）を含む反応溶液を入手し、反応溶液を反応温度まで加熱して、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物を生成するのに十分な時間にわたって、反応溶液を反応温度に保持することを含む。窒素源は、アミノ酸、アンモニウムイオン及びその組合せからなる群から選択することができる。
【０００９】
各種の実施形態において、少なくとも１つの置換ピラジンは、２，６−ジメチルピラジン；２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２，３，５−トリメチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，３，５，６−トリメチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジン、２，３−ジメチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール、２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；テトラメチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン；２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｙａｚｉｎｅ）；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５，７−トリメチル−６，７−ジヒドロ−５Ｈ−シクロペンタピラジン；及び２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；並びにその組合せからなる群から選択することができる。
【００１０】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの置換ピラジンは、２置換、３置換又は４置換されている。ある実施形態において、少なくとも１つの置換ピラジンは、２個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む。各種の実施形態において、少なくとも１つの置換ピラジンは、３個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む。
【００１１】
各種の実施形態において、ある置換ピラジンを選択的に形成する方法は、反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離することをさらに含むことができる。反応生成物から少なくとも１つのタバコ由来ピラジンを単離するステップは、例えば反応生成物の液液抽出、反応生成物の液固抽出及び反応生成物の単純蒸留のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００１２】
本発明の方法は、少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に取り込むことをさらに含むことができる。ある実施形態において、タバコ製品は喫煙品であることができる。いくつかの実施形態において、タバコ製品は無煙タバコ製品であることができる。
【００１３】
本発明の各種の実施形態において、ピラジンを形成する方法であって、少なくとも１つのα−ヒドロキシケトン及び少なくとも１つの窒素源を含む反応物溶液を入手し、反応物溶液を反応物温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応物生成物を生成するのに十分な時間にわたって反応物温度にて反応物溶液を維持することを含む、方法が提供される。本方法の各種の実施形態は、反応物生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離することをさらに含むことができる。ある実施形態において、少なくとも１つのヒドロキシケトンはアセトールを含むことができ、少なくとも１つの置換ピラジンは２，３−ジメチルピラジン２，６−ジメチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール；２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｙｐｙｒａｚｉｎｅ）；テトラメチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン及びその組合せからなる群から選択することができる。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのヒドロキシケトンはアセトインを含むことができ、少なくとも１つの置換ピラジンはテトラメチルピラジンであることができる。各種の実施形態において、少なくとも１つのヒドロキシケトンは１−ヒドロキシ−２−ブタノンを含むことができ、少なくとも１つの置換ピラジンは、２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｙａｚｉｎｅ）；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；及びその組合せからなる群から選択することができる。
【００１４】
本発明の各種の実施形態において、方法は、少なくとも１つのα−ヒドロキシケトン及び少なくとも１つの窒素源を含む反応溶液に、フリーのアミノ酸を添加することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、方法は、少なくとも１つのα−ヒドロキシケトン及び少なくとも１つの窒素源を含む反応溶液に、少なくとも１つのアルデヒドを添加することをさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の各種の実施形態において、ピラジンを形成する方法であって、少なくとも１つのヒドロキシケトンの最適量が少なくとも１つの糖から供給されるように、少なくとも１つの糖及び少なくとも１つの緩衝剤を含む炭素源溶液入手すること、炭素源溶液を少なくとも窒素源と混合して、反応溶液を形成すること、反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物を生成するのに十分な時間にわたって反応温度にて反応溶液を保持することを含む、方法が提供される。本明細書の方法の各種の実施形態は、反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離することをさらに含むことができる。少なくとも１つの糖は、グルコース、フルクトース、ラムノース及びその組合せからなる群から選択することができる。ある実施形態において、緩衝剤は、水酸化ナトリウム、リン酸緩衝液及びその組合せからなる群から選択することができる。ある実施形態において、緩衝剤は約６．５〜約７．５のｐＨ範囲で緩衝することができる。本発明の方法は、少なくとも１つの糖を含む炭素源及び少なくとも１つの緩衝剤を含む反応溶液にアンモニウムイオンを添加することをさらに含むことができる。
【００１６】
本発明には、以下の実施形態が含まれるが、これに限定されない。
【００１７】
実施形態１：ピラジンを形成する方法であって、少なくとも１つのα−ヒドロキシケトン及び少なくとも１つの窒素源を含む反応溶液を入手すること、反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物を生成するのに十分な時間にわたって反応温度にて反応溶液を保持することを含む、方法。
【００１８】
実施形態２：少なくとも１つのヒドロキシケトンがアセトールを含む、実施形態１に記載の方法。
【００１９】
実施形態３：少なくとも１つの置換ピラジンが２，３−ジメチルピラジン；２，６−ジメチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール；２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｙｐｙｒａｚｉｎｅ）；テトラメチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン及びその組合せからなる群から選択される、実施形態１又は２に記載の方法。
【００２０】
実施形態４：少なくとも１つのヒドロキシケトンがアセトインを含む、実施形態１〜３のいずれかに記載の方法。
【００２１】
実施形態５：少なくとも１つの置換ピラジンがテトラメチルピラジンである、実施形態１〜４のいずれかに記載の方法。
【００２２】
実施形態６：少なくとも１つのヒドロキシケトンが１−ヒドロキシ−２−ブタノンを含む、実施形態１〜５のいずれかに記載の方法。
【００２３】
実施形態７：少なくとも１つの置換ピラジンが、２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｙａｚｉｎｅ）；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；及びその組合せからなる群から選択される、実施形態１〜６のいずれかに記載の方法。
【００２４】
実施形態８：窒素源が、アミノ酸、アンモニウムイオン及びその組合せからなる群から選択される、実施形態１〜７のいずれかに記載の方法。
【００２５】
実施形態９：フリーのアミノ酸を反応溶液に添加することをさらに含む、実施形態１〜８のいずれかに記載の方法。
【００２６】
実施形態１０：少なくとも１つのアルデヒドを反応溶液に添加することをさらに含む、実施形態１〜９のいずれかに記載の方法。
【００２７】
実施形態１１：反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離することをさらに含む、実施形態１〜１０のいずれかに記載の方法。
【００２８】
実施形態１２：反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離するステップが、反応生成物の液液抽出、反応生成物の液固抽出及び反応生成物の単純蒸留のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１〜１１に記載の方法。
【００２９】
実施形態１３：反応温度が約９０℃〜約１５０℃である、実施形態１〜１２のいずれかに記載の方法。
【００３０】
実施形態１４：少なくとも１つの置換ピラジンが、２，６−ジメチルピラジン；２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２，３，５−トリメチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，３，５，６−トリメチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジン、２，３−ジメチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール、２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；テトラメチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン；２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｙａｚｉｎｅ）；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５，７−トリメチル−６，７−ジヒドロ−５Ｈ−シクロペンタピラジン；及び２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；並びにその組合せからなる群から選択される、実施形態１〜１３のいずれかに記載の方法。
【００３１】
実施形態１５：少なくとも１つの置換ピラジンが２置換されている、実施形態１〜１４のいずれかに記載の方法。
【００３２】
実施形態１６：少なくとも１つの置換ピラジンが３置換されている、実施形態１〜１５のいずれかに記載の方法。
【００３３】
実施形態１７：少なくとも１つの置換ピラジンが４置換されている、実施形態１〜１６のいずれかに記載の方法。
【００３４】
実施形態１８：少なくとも１つの置換ピラジンが、２個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、実施形態１〜１７のいずれかに記載の方法。
【００３５】
実施形態１９：少なくとも１つの置換ピラジンが、３個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、実施形態１〜１８のいずれかに記載の方法。
【００３６】
実施形態２０：反応生成物が、ピラジン分子及びメチルピラジン分子を実質的に含まない、実施形態１〜１９のいずれかに記載の方法。
【００３７】
実施形態２１：少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に組み入れることをさらに含む、実施形態１〜２０のいずれかに記載の方法。
【００３８】
実施形態２２：少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に組み入れることをさらに含み、タバコ製品が喫煙品又は無煙タバコ製品である、実施形態１〜２１のいずれかの方法。
【００３９】
実施形態２３：ピラジンを形成する方法であって、少なくとも１つの糖及び少なくとも１つの緩衝剤を含む炭素源溶液を入手することと、炭素源溶液を少なくとも窒素源と混合して、反応溶液を形成すること、反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物を生成するのに十分な時間にわたって反応温度にて反応溶液を保持することを含む、方法。
【００４０】
実施形態２４：少なくとも１つの糖が、グルコース、フルクトース、ラムノース及びその組合せからなる群から選択される、実施形態１〜２３のいずれかに記載の方法。
【００４１】
実施形態２５：窒素源が、アミノ酸、アンモニウムイオン及びその組合せからなる群から選択される、実施形態１から２４のいずれかに記載の方法。
【００４２】
実施形態２６：緩衝剤が、水酸化ナトリウム、リン酸緩衝液及びその組合せからなる群から選択される、実施形態１から２５のいずれかに記載の方法。
【００４３】
実施形態２７：緩衝剤が、約６．５〜約７．５のｐＨ範囲で緩衝する、実施形態１〜２６のいずれかに記載の方法。
【００４４】
実施形態２８：アンモニウムイオンを反応溶液に添加することをさらに含む、実施形態１〜２７のいずれかに記載の方法。
【００４５】
実施形態２９：少なくとも１つの置換ピラジンを反応生成物から単離することをさらに含む、実施形態１〜２８のいずれかに記載の方法。
【００４６】
実施形態３０：反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離するステップが、反応生成物の液液抽出、反応生成物の液固抽出及び反応生成物の単純蒸留のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１〜２９に記載の方法。
【００４７】
実施形態３１：反応温度が約９０℃〜約１５０℃である、実施形態１〜３０のいずれかに記載の方法。
【００４８】
実施形態３２：少なくとも１つの置換ピラジンが、２，６−ジメチルピラジン；２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２，３，５−トリメチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，３，５，６−トリメチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジン、２，３−ジメチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール、２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；テトラメチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン；２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｙａｚｉｎｅ）；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５，７−トリメチル−６，７−ジヒドロ−５Ｈ−シクロペンタピラジン；及び２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；並びにその組合せからなる群から選択される、実施形態１〜３１のいずれかに記載の方法。
【００４９】
実施形態３３：少なくとも１つの置換ピラジンが２置換されている、実施形態１〜３２のいずれかに記載の方法。
【００５０】
実施形態３４：少なくとも１つの置換ピラジンが３置換されている、実施形態１〜３３のいずれかに記載の方法。
【００５１】
実施形態３５：少なくとも１つの置換ピラジンが４置換されている、実施形態１〜３４のいずれかに記載の方法。
【００５２】
実施形態３６：少なくとも１つの置換ピラジンが、２個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、実施形態１〜３５のいずれかに記載の方法。
【００５３】
実施形態３７：少なくとも１つの置換ピラジンが、３個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、実施形態１〜３６のいずれかに記載の方法。
【００５４】
実施形態３８：反応生成物がピラジン分子及びメチルピラジン分子を実質的に含まない、実施形態１〜３７のいずれかに記載の方法。
【００５５】
実施形態３９：少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に組み入れることをさらに含む、実施形態１〜３８のいずれかに記載の方法。
【００５６】
実施形態４０：少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に組み入れることをさらに含み、タバコ製品が喫煙品又は無煙タバコ製品である、実施形態１〜３９のいずれかの方法。
【００５７】
本開示のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下に簡単に説明される添付の図面とともに以下の詳細な説明を読むことから明らかになる。本発明は、上記の実施形態の２つ、３つ、４つ又はそれ以上の任意の組合せ並びに本開示に記載の２つ、３つ、４つ又はそれ以上の特徴又は要素の組合せを、このような特徴又は要素が、本明細書の特定の実施形態の説明において明示的に組合されているか否かに拘わらず、含む。本開示は、その各種の態様及び実施形態のいずれにおいても、開示された本発明の分離可能な特徴又は要素は、文脈が別途明確に指摘しない限り、組合せ可能であるものと解釈されるように全体的に読まれるものである。
【００５８】
本発明の実施形態の知識を提供するために、必ずしも縮尺通りに描かれたわけではない、参照番号が本発明の例示的な実施形態の構成要素を示す、添付図面を参照する。図面は例示にすぎず、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】置換ピラジンを選択的に形成する方法を説明するフローチャートである。
【図２】置換ピラジンを選択的に形成する方法を説明するフローチャートである。
【図３】リン酸緩衝液と１４０℃にて６０分間反応させて、ジクロロメタン（ＤＣＭ）によって抽出したグルコースのＧＣ／ＭＳ分析を示す。
【図４】（４０％リン酸緩衝液２５ｍＬと１４０℃にて６０分間反応させたグルコース１グラム）とＮＨ４ＯＨ  １ｍＬとの反応混合物からＤＣＭを使用して、１４０℃にて１７時間抽出したピラジンの、ＧＣ／ＭＳ分析を示す。
【図５】ＮＨ４ＯＨ  １ｍＬと反応させた（グルコース０．５グラムと１４０℃にて６０分間反応させた０．１Ｎ  ＮａＯＨ）の反応混合物２５ｍＬからＤＣＭを使用して、１４０℃にて抽出したピラジンの、ＧＣ／ＭＳ分析を示す。
【図６】喫煙材、包装材構成要素及び紙巻タバコのフィルタ要素を示す、紙巻タバコの形態を有する喫煙品の分解斜視図である。
【図７】タバコ材料を充填した外側パウチを示す、製品の幅方向から見た、無煙タバコ製品の実施形態の上面図である。
【図８】本開示の例示的な実施形態による、カートリッジ及び制御本体を備え、リザーバハウジングを含む電子喫煙品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下では、本発明をより十分に説明する。しかし、この本発明は、多くの異なる形態で実施され得るもので、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的かつ完全となり、本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように提供されている。本明細書及び特許請求の範囲で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上別途明確に示さない限り、複数の指示対象を含む。「乾燥重量パーセント」又は「乾燥重量基準」という場合、乾燥成分（即ち水を除くすべての成分）に基づく重量を示す。
【００６１】
本発明は、選択されたピラジンを形成する方法を提供する。ピラジンは、ロースト香調、トースト香調、ナッツ香調を含む多くの様々なフレーバープロファイルを示すが、これらに限定されない。例えば、シクロペンチル誘導体を含むピラジンは、非常に低レベルのｐｐｂにおける、正の官能特性で知られている。ピラジンは、炭素源と窒素源の混合物を加熱することにより形成される。本発明の方法は、ピラジン分子及びメチルピラジン分子の形成を最小化するだけでなく、他の所望の置換ピラジンを制御された様式で生成することができるように反応の調整を行う。
【００６２】
糖以外の炭素源を使用するピラジンの選択的形成
従来、糖は、ピラジンを形成する反応の炭素源として使用されてきた。糖を使用してピラジンが豊富な配合物を生成するいくつかの反応経路は、当分野で既知であり、１）タンパク質のフリーのアミノ酸への加水分解と、後続のこれらのフリーのアミノ酸と糖、例えばグルコース及び／又は高フルクトースシロップとの反応；並びに２）グルコースと窒素（例えばアンモニウムイオン）を用いる、フリーのアミノ酸のバイオ技術合成と、後続のこれらのフリーのアミノ酸と糖、例えばグルコース及び／又は高フルクトースシロップとの反応を含む。糖が無傷の分子として用いられて、窒素源（例えば水酸化アンモニウム、アミノ酸）と反応すると、主要なピラジンとしてのピラジン分子及びメチルピラジン分子、はるかにより少量のジメチルピラジン分子、並びに著しくより少量の高分子量ピラジン分子を含む、一連のピラジンが生成される。
【００６３】
本明細書で使用する「ピラジン分子」という用語は、化学式Ｃ４Ｈ４Ｎ２の複素環式有機化合物を示す。これは、炭素源と窒素源の反応から生成された化合物群を示す、本明細書で使用する一般用語「ピラジン」とは異なる。
【００６４】
本明細書で使用する場合、「窒素源」という用語は、炭素源と反応して少なくとも１つのピラジンを形成する窒素含有化合物を示す。各種の実施形態において、窒素源は、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、アミノ酸、タンパク質又はその組合せを含むことができる。いくつかの実施形態において、水酸化アンモニウム、ジアンモニウムホスフェート（ＤＡＰ）などの化合物によってアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）を提供することができる。アミノ酸は、例えばタンパク質の加水分解から誘導することができる。いくつかの実施形態において、参照により本明細書にその全体が組み入れられている、２０１６年１月２８日に出願されたＤｕｂｅらの米国特許出願公開第１５／００９，１９９号で論じられているように、アミノ酸は、タバコ由来タンパク質の加水分解から誘導することができる。当分野で公知であり、炭素源と反応性であり、少なくとも１つのピラジンを形成する、他の窒素含有化合物も、本明細書で開示する本発明の実施形態において窒素源として使用できる。
【００６５】
本発明の各種の実施形態において、炭素源はヒドロキシケトンを含むことができる。ヒドロキシケトンは、ヒドロキシル基が隣接するケトンの官能基である。ヒドロキシケトンの２つの主要なクラスにおいて、ヒドロキシル基はα位（即ち、式ＲＣＲ’（ＯＨ）（ＣＯ）Ｒを有するα−ヒドロキシケトン）又はβ位（即ち、式ＲＣＲ’（ＯＨ）ＣＲ２（ＣＯ）Ｒを有するβ−ヒドロキシケトン）で置換することができる。α−及びβ−ヒドロキシケトンの構造を以下に示す。
【００６６】
【化１】
2020514390.tif 000002
【００６７】
本発明の各種の実施形態において、炭素源は少なくとも１つのα−ヒドロキシケトンを含むことができる。本発明の各種の実施形態において、少なくとも１つのヒドロキシケトンのＲ及びＲ’官能基は、Ｈ又はハロ（例えばＣｌ、Ｆ又はＢｒ）、ＯＨ、任意に置換されたＣ１−１０アルキル、任意に置換されたＣ１−１０アルコキシ、任意に置換されたＣ２−４アルケニル、任意に置換されたＣ２−４アルキニル、ＮＲ６Ｒ７、ＮＲ６ＣＯＲ７、ＮＲ６ＣＯ２Ｒ７、ＣＲ６Ｒ７ＯＲ８、ＣＯＮＲ６Ｒ７、ＣＯ２Ｒ６、ＣＮ、ＣＦ３、ＮＯ２、Ｎ３、Ｃ１−３アルキルチオ、Ｒ９ＳＯ、Ｒ９ＳＯ２、ＣＦ３Ｓ及びＣＦ３ＳＯ２からなる群から独立して選択された置換基であることができる。本発明のある実施形態において、Ｒ及び／又はＲ’官能基はＣ１−６アルキルである。
【００６８】
「アルキル」という用語は、本明細書で使用する場合、飽和直鎖、分枝又は環状炭化水素基（即ちシクロアルキル基）並びに飽和例の不飽和版（例えばプロペニル）を意味する。特定の実施形態において、アルキルは、１〜１０個の炭素原子を含む基（「Ｃ１−１０アルキル」）を示す。さらなる実施形態において、アルキルは、１〜８個の炭素原子（「Ｃ１−８アルキル」）、１〜６個の炭素原子（「Ｃ１−６アルキル」）又は１〜４個の炭素原子（「Ｃ１−４アルキル」）を含む基を示す。他の実施形態において、アルキルは、３〜１０個の炭素原子（「Ｃ３−１０アルキル」）、３〜８個の炭素原子（「Ｃ３−８アルキル」）又は３〜６個の炭素原子（「Ｃ３−６アルキル」）を含む基を示す。具体的な実施形態において、アルキルは、メチル、トリフルオロメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、シクロペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、シクロヘキシル、シクロヘキシルメチル、３−メチルペンチル、２，２−ジメチルブチル及び２，３−ジメチルブチルを示す。
【００６９】
置換基に関して「任意に置換された」とは、例えばハロ（例えばＣｌ、Ｆ、Ｂｒ及びＩ）；アルキル（例えばＣ１−１０アルキル）、ハロゲン化アルキル（例えばＣＦ３、２−Ｂｒ−エチル、ＣＨ２Ｆ、ＣＨ２Ｃｌ、ＣＨ２ＣＦ３又はＣＦ２ＣＦ３）；Ｃ２−４アルケニル、Ｃ２−４アルキニル；ヒドロキシル；アミノ；アミド；カルボキシレート；カルボキサミド；カルバメート；カーボネート；尿素；アセテート；アルキルアミノ；アリールアミノ；Ｃ１−１０アルコキシ；アリール；アラルキル、アリールオキシ；ニトロ；アジド；シアノ；チオ；アルキルチオ；スルホネート；スルフィド；スルフィニル；スルホ；サルフェート；スルホキシド；スルファミド；スルホンアミド；ホスホン酸；ホスフェート；及び／又はホスホネートからなる群から選択される１つ以上の部分によって任意に置換された置換基を示す。
【００７０】
「アルケニル」という用語は、本明細書で使用する場合、少なくとも１個の飽和Ｃ−Ｃ結合が二重結合によって置換されたアルキル部分を意味する。特定の実施形態において、アルケニルは、２〜１０個の炭素原子を含む基（「Ｃ２−１０アルケニル」）を示す。さらなる実施形態において、アルケニルは、２〜８個の炭素原子（「Ｃ２−８アルケニル」）、２〜６個の炭素原子（「Ｃ２−６アルケニル」）又は２〜４個の炭素原子（「Ｃ２−４アルケニル」）を含む基を示す。特定の実施形態において、アルケニルは、ビニル、アリル、１−プロペニル、２−プロペニル、１−ブテニル、２−ブテニル、３−ブテニル、１−ペンテニル、２−ペンテニル、３−ペンテニル、４−ペンテニル、１−ヘキセニル、２−ヘキセニル、３−ヘキセニル、４−ヘキセニル又は５−ヘキセニルであることができる。
【００７１】
「アルキニル」という用語は、本明細書で使用する場合、少なくとも１個の飽和Ｃ−Ｃ結合が三重結合で置換されたアルキル部分を意味する。特定の実施形態において、アルキニルは、２〜１０個の炭素原子を含む基（「Ｃ２−１０アルキニル」）を示す。さらなる実施形態において、アルキニルは、２〜８個の炭素原子（「Ｃ２−８アルキニル」）、２〜６個の炭素原子（「Ｃ２−６アルキニル」）又は２〜４個の炭素原子（「Ｃ２−４アルキニル」）を含む基を示す。特定の実施形態において、アルキニルは、エチニル、１−プロピニル、２−プロピニル、１−ブチニル、２−ブチニル、３−ブチニル、１−ペンチニル、２−ペンチニル、３−ペンチニル、４−ペンチニル、１−ヘキシニル、２−ヘキシニル、３−ヘキシニル、４−ヘキシニル又は５−ヘキシニルであることができる。
【００７２】
「アルコキシ」という用語は、本明細書で使用する場合、酸素原子によって結合された直鎖又は分枝アルキル基（即ち−Ｏ−アルキル）を意味し、アルキルは上記の通りである。特定の実施形態において、アルコキシは、１〜１０個の炭素原子を含む酸素結合基（「Ｃ１−１０アルコキシ」）を示す。さらなる実施形態において、アルコキシは、１〜８個の炭素原子（「Ｃ１−８アルコキシ」）、１〜６個の炭素原子（「Ｃ１−６アルコキシ」）、１〜４個の炭素原子（「Ｃ１−４アルコキシ」）又は１〜３個の炭素原子（「Ｃ１−３アルコキシ」）を含む、酸素結合基を示す。
【００７３】
「ハロ」又は「ハロゲン」という用語は、本明細書で使用する場合、フッ素、塩素、臭素又はヨウ素を意味する。
【００７４】
「アミノ」という用語は、本明細書で使用する場合、構造ＮＲ２によって表される部分を意味し、第１級アミン並びにアルキル又はアリールで置換された第２級及び第３級アミン（即ち、それぞれアルキルアミノ又はアリールアミノ）を含む。したがって、Ｒ２は、２個の水素原子、２個のアルキル部分、２個のアリール部分、１個のアリール部分及び１個のアルキル部分、１個の水素原子及び１個のアルキル部分又は１個の水素原子及び１個のアリール部分を表し得る。
【００７５】
アルキル（アミノ）は、構造−ＲＮＲ２で表される部分であり、上で定義したアミノ基に結合した上で定義したアルキル基を含み、この部分はアルキル基を介して分子の別の部分に結合している。
【００７６】
「シクロアルキル」という用語は、炭素原子及び水素原子を含む非芳香族、単環式又は多環式環を意味する。
【００７７】
「誘導体」という用語は、本明細書で使用する場合、別の分子又は原子を開始化合物に結合することによって、類似の開始化合物から形成される化合物を意味する。さらに、本発明による誘導体は、１個以上の原子若しくは分子の付加又は２個以上の前駆体化合物の組合せにより、前駆体化合物から形成される１つ以上の化合物を含む。
【００７８】
本発明の一実施形態において、アセトインは、テトラメチルピラジン（ＴＭＰ）を生成するための前駆体としての使用が成功している。具体的には、アセトインを水酸化アンモニウム及びリン酸（又はジアンモニウムホスフェート）との反応が成功し、本質的に定量的収率（８０％を超える収率）にて、付随する相当の純度でテトラメチルピラジン（ＴＭＰ）が生成されている。アセトインと水酸化アンモニウムの反応によって、ほぼ排他的にＴＭＰが生成され、ピラジン分子及びメチルピラジン分子の量はほぼ又は全く検出できない。本明細書で使用する場合、「量はほぼ又は全く検出できない」、「実質的にない」及び「実質的にゼロ」という用語は、同定された化合物が、反応生成物の総重量に対して１．０重量％未満、０．５重量％未満又は０．１重量％未満の量で存在することを示す。
【００７９】
理論に制限されることなく、炭素源としての糖とアセトインとの反応から合成されて生じた種々のピラジンによって、驚くべきことに、炭素源と窒素源（例えばアンモニウムイオン及び／又はアミノ酸）との反応におけるピラジンの分布が、炭素源によってかなりの程度まで決定されることが示されている。特に、ピラジンを形成する反応で炭素源として異なるヒドロキシケトンを使用すると、一連の特定の置換ピラジンを制御された方法で生成することができることが驚くべきことに見出されている。
【００８０】
ある実施形態において、本明細書に記載の方法に従って生成された少なくとも１つの置換ピラジンは、２置換されている。いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法に従って生成された少なくとも１つの置換ピラジンは、３置換されている。各種の実施形態において、本明細書に記載の方法に従って生成された少なくとも１つの置換ピラジンは、４置換されている。各種の実施形態において、本発明の方法に従って生成された少なくとも１つの置換ピラジンは、２個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む。ある実施形態において、本発明の方法に従って生成された少なくとも１つの置換ピラジンは、３個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む。
【００８１】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法に従って生成された少なくとも１つの置換ピラジンは分枝ピラジンである。本明細書で使用する場合、「分枝ピラジン」という用語は、本質的に直鎖状ではないピラジン環上のアルキル基を含むことを示す。例えば、ｎ−ブチル基の代わりにイソブチル、ｓｅｃ−ブチル及びｔｅｒｔ−ブチル基（これはプロピル基及びペンチル基にも同様に当てはまる）。以下により詳細に説明するように、α−ヒドロキシケトンを変えることにより、生成されたピラジンの分布を決定できることが驚くべきことに見出された。例えば、反応にアセトインを使用すると、テトラメチルピラジンのみが得られる（約９９．５％以上の純度）。反応にアセトールを使用すると、主にジメチル置換ピラジンが得られる（約９５％以上のピラジンの収率）。
【００８２】
図１に示すように、例えば窒素源と少なくとも１つのヒドロキシケトンを含む加熱配合物は、ピラジンを生成することができる。ピラジンが豊富な溶液は、各種の方法で調製できる。例えば１つの方法は、少なくとも１つのアミノ酸と少なくとも１つのヒドロキシケトンを含む溶液のマイクロ波熱処理を含むことができる。例えば図１の操作１００に示すように、少なくとも１つのアミノ酸と少なくとも１つのヒドロキシケトンを含む水性反応溶液を形成することができる。例えば図１の操作１０４に示すように、反応溶液を反応温度まで加熱し、反応物がピラジンを形成する反応を受けるのに十分な反応時間にわたって反応温度に保持することができる。例えば図１の操作１０６に示すように、次いで、ピラジンは、単純蒸留又は当該分野で公知の他の分離技術を使用して、反応生成物から任意に単離することができる。
【００８３】
一実施形態において、最初に、ほぼ水及びピラジンを含む留出物を与える単純蒸留を使用することにより、ピラジンを反応生成物から単離する。次に、この留出物をシクロヘキサンによる液液抽出に供することができる。液液抽出で使用するシクロヘキサンの量は、使用する留出物の量の約半分に等しいことが可能である。例えば、留出物１０Ｌを使用する場合、シクロヘキサン５Ｌを使用できる。シクロヘキサンによる留出物の液液抽出は、複数回反復することができる。いくつかの実施形態において、シクロヘキサンによる留出物の液液抽出を少なくとも５回反復することができる。液液抽出の後、抽出されたピラジンを含むシクロヘキサンを当分野で既知の任意の脱水剤によって脱水することができる。例えばナトリウムサルフェート、水酸化マグネシウム、及び／又はモレキュラーシーブを使用して、シクロヘキサンを脱水することができる。脱水後、単純蒸留及び／又は回転蒸発によりピラジンを単離することができる（即ち、シクロヘキサンを除去できる）。
【００８４】
上で論じたように、ピラジンを形成する反応の炭素源として異なるヒドロキシケトンを使用すると、一連の特定の置換ピラジンを生成することができる。ある実施形態において、炭素源はアセトインを含む。以下の実施例１で詳細に説明するように、例えばアセトインが窒素源（例えば水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）及びリン酸（Ｈ３ＰＯ４）、ジアンモニウムホスフェートなど）との反応で唯一の炭素源として作用してピラジンを生成する場合、生成された唯一のピラジンはテトラメチルピラジンである。さらに、イソプロピルピラジンなどの分枝ピラジンは、アセトイン、ＮＨ４ＯＨ及びＨ３ＰＯ４を含有する反応に、アミノ酸（例えばロイシン又は加水分解Ｆ１タンパク質からのフリーのアミノ酸）の添加によって合成されない。反応物を高温にて又は長時間にわたって加熱しても結果は変わらない（即ち、テトラメチルピラジン（ＴＭＰ）がアセトインから合成される唯一のピラジンである）。したがって、この合成手法からＴＭＰ以外のピラジンが必要な場合は、アセトイン以外の炭素源を合成することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態において、炭素源は、１−ヒドロキシアセトン（１−ＯＨ−アセトン、アセトール又は１−ヒドロキシ−２−プロパノンとも呼ばれる）を含むことができる。α−ヒドロキシケトンであるアセトールは、最も単純なヒドロキシケトンである。以下で詳細に説明するように、アセトールは各種の糖の分解によって生成することができる。例えば、アセトールはメイラード反応（即ち、ピラジンを形成するための糖とアミノ酸の反応）の中間体として形成でき、次いでアセトールはさらに反応して他の化合物を形成することができる。本発明のいくつかの実施形態において、炭素源は１−ヒドロキシ−２−ブタノンを含むことができる。１−ＯＨ−アセトン及び１−ＯＨ−２−ブタノンの構造を以下に示す。１−ＯＨ−アセトンの場合、メチル基がカルボニルの片側に結合し、１−ＯＨ−２−ブタノンの場合、エチル基がカルボニルの片側に結合していることに留意されたい。理論に制限されることなく、２つのα，β−ヒドロキシケトンのこれらの構造的特徴により、生成されるピラジンの構造を決定することができる。
【００８６】
【化２】
2020514390.tif 000003
【００８７】
以下の実施例２に示すように、例えば炭素源としての１−ヒドロキシアセトンと、塩基及び窒素の源としてのＮＨ４ＯＨの反応により、一連のピラジンを生成することができる。１−ヒドロキシアセトン（アセトール）が炭素源として作用する場合、一連の特定のアルキル置換ピラジンを生成することができる。例えば、１−ヒドロキシアセトンとＮＨ４ＯＨとの反応から提供される例示的なピラジンとしては、２，６−ジメチルピラジン、２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２，３，５−トリメチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，３，５，６−トリメチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジン、２，３−ジメチルピラジン；トリメチルピラジン；フラネオール、２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；テトラメチルピラジン；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；及び３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジンを挙げることができる。
【００８８】
１−ヒドロキシ−２−ブタノンを唯一の炭素源として使用すると、エチル基が結合したピラジンを生成することができる。例えば、以下の例４に示すように、１−ＯＨ−２ブタノンとＮＨ４ＯＨを使用した反応から合成されるピラジンとしては、２，６−ジエチルピラジン、２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｙａｚｉｎｅ）；トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；及び２，５−ジメチル−３−エチルピラジンを挙げることができる。
【００８９】
窒素源との反応において、１−ヒドロキシアセトン（アセトール）、２−ヒドロキシ−３−ブタノン（アセトイン）及び１−ヒドロキシ−２−ブタノンが炭素源として使用される場合、ピラジン及びメチルピラジン分子は、一連の生成された構造及びピラジンには出現しない。他のヒドロキシケトンを使用して、代わりの一連のピラジンを生成できることに留意されたい。ピラジンを生成する反応の炭素源として異なるヒドロキシケトンを使用すると、ピラジン及びメチルピラジンの形成を最小限に抑制できるだけでなく、他の望ましい置換ピラジンが制御された方法で生成されるように反応を調整することもできる。
【００９０】
例えば、図１の操作１０２に示すように、少なくとも１つのヒドロキシケトン及び窒素源を含む反応溶液に、アミノ酸及び／又はアルデヒドを任意に添加することができる。以下の実施例３に示すように、例えばアミノ酸又は選択されたアルデヒドの添加は、合成ピラジンの数を増加させるだけでなく、ピラジンの収率も増加させることができる。例えば、ある実施形態において、反応溶液は、セリン、アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリン、スレオニン、フェニルアラニン及びその組合せからなる群から選択されるアミノ酸を含むことができる。同様に、合成ピラジンの数並びにピラジンの収率を高めるために、任意のアルキルアルデヒドを用いることができる。例えばある実施形態において、反応溶液は、アセトアルデヒド、プロパナール、イソプロパノール、ブタナール、イソブタナール、ｓｅｃブタナール及びその組合せからなる群から選択されるアルキルアルデヒドを含むことができる。
【００９１】
反応時間の延長及び温度の上昇により、黒色タール物質が生成される時点までピラジンの収率が向上する。反応温度は、例えば約３０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１２０℃以上又は約１４０℃以上であることができる。いくつかの実施形態において、反応温度は約９０℃〜約１５０℃又は約１２０℃〜約１４０℃であることができる。反応時間は、例えば約４時間以上、８時間以上、約１２時間以上、１６時間以上又は約２４時間以上であることができる。各種の実施形態において、反応時間は約４〜約２４時間又は約１２〜約２０時間であることができる。ある実施形態において、反応時間は約１６時間であることができる。
【００９２】
各種の実施形態において、窒素源に対するヒドロキシケトンのモル比は、ピラジンの収率に影響を及ぼすことがある。ヒドロキシケトン：窒素源（例えばＮＨ４ＯＨ）のモル比は、例えば約１：０．５、約１：１、約１：２又は約１：２．５であることができる。ある実施形態において、ヒドロキシケトンと窒素源の比は、約１：０．５〜約１：２．５又は約１：１〜約１：２であることができる。ある実施形態において、ヒドロキシケトンと窒素源の比は約１：２であることができる。
【００９３】
反応溶液のｐＨの上昇によっても、ピラジン量の増加が生じることもある。好ましいｐＨ範囲は、約７．５〜約１０．５又は約８．５〜約９．５であることができる。いくつかの実施形態において、反応溶液のｐＨは、約８．０以上、約８．５以上、約９．０以上又は約１０．０以上であることができる。例えばＮａＯＨ又はＫＯＨの少量添加を使用して、反応溶液のｐＨを上昇させることができる。
【００９４】
炭素源として糖を使用するピラジンの選択的形成
本発明の各種の実施形態において、置換ピラジンの選択的形成は、炭素源としての少なくとも１つの糖（例えばグルコース、高フルクトースタバコシロップ（ＨＦＴＳ））並びに窒素源としてのアンモニウムイオン、タンパク質及び／又はアミノ酸を使用して最適化されている。上で論じたように、糖を炭素源として使用してピラジンを製造するために、ピラジンに富む配合物への各種の反応経路が以前から使用されている。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み入れられている、２０１６年１月２８日に出願されたＤｕｂｅらの米国特許出願公開第１５／００９，１９９号を参照のこと。しかし、ピラジンを生成するために窒素源（例えば水酸化アンモニウム）との反応で糖を唯一の源として使用する場合、ピラジン分子及びメチルピラジン分子が生成される主要なピラジンとなることがある。フリーのアミノ酸を共試薬として用いる場合でも、この傾向は明らかである。窒素源に導入する前に炭素源のｐＨを調整することにより、置換ピラジンを選択的に生成できることが、驚くべきことに見出された。
【００９５】
例えば図２に示すように、アミノ酸と糖を含む加熱配合物はピラジンを生成することができる。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み入れられている、Ｃｏｌｅｍａｎ  ＩＩＩらの米国特許出願公開２０１０／００３７９０３号及びＣｏｌｅｍａｎ  ＩＩＩ，Ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ａｑｕｅｏｕｓ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｒｉｃｈ  ｉｎ  ｐｙｒａｚｉｎｅｓ，ｉｎ  Ｆｌａｖｏｒ  Ｆｒａｇｒａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｏｄｏｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｒａｙ  Ｍａｒｓｉｌｉ，ｅｄ．，Ｃｈａｐｔｅｒ  ７，ｐｐ１３５−１８２，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，２０１２を参照のこと。ピラジンが豊富な溶液は、各種の方法で調製できる。例えば１つの方法は、少なくとも１つのアミノ酸及び少なくとも１つの糖を含む溶液のマイクロ波加熱処理を含むことができる。例えば図２の操作１２０に示すように、少なくとも１つのアミノ酸及び少なくとも１つの糖を含む水性反応溶液を形成することができる。例えば図１の操作１２４に示すように、反応溶液を反応温度まで加熱し、反応物がピラジンを形成する反応を受けるのに十分な反応時間にわたって反応温度に保持することができる。
【００９６】
上で論じたように、ヒドロキシケトンであるアセトールは、各種の糖の分解によって生成することができる。さらに、窒素源との反応において炭素源として使用すると、ピラジン分子及びメチルピラジン分子を含まない、一連の置換ピラジンを生成することができる。したがって、アセトールは、糖とフリーのアミノ酸及び／又はアンモニウムイオンとの反応における重要な中間体となり、分枝アルキル側鎖を含むピラジンを生成することができる。
【００９７】
文献によって、１−ヒドロキシ−２−プロパノン（アセトール）は、グルコース及びグルコースの誘導体であるソルビトールなどのＣ６糖から生成するできることが示されている。例えば、参照によりその全体が本明細書にそれぞれ組み入れられている、Ｍ．Ｈ．Ｍｏｈａｍａｄ，ｅｔ．ａｌ．，“Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ａｃｅｔｏｌ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ”，Ａｍｅｒ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｓｃｉ．，８，１１３５−１１３９（２０１１）；Ｍ．Ａ．Ｄａｓａｒｉ，“Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  ｇｌｙｃｅｒｏｌ  ａｎｄ  ｓｕｇａｒ  ａｌｃｏｈｏｌｓ  ｔｏ  ｖａｌｕｅ  ａｄｄｅｄ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ”，Ｕｎｉｖ．Ｍｉｓｓｏｕｒｉ−Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＩＳＢＮ−１０，０５４９７２７５８２，ｐｐ，２６４；Ｗ．Ｙａｎ，“Ｇａｓ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｇａｒｓ  ｔｏ  Ｃ３  ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ＰｈＤ  Ｔｈｅｓｉｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｉｓｓｏｕｒｉ−Ｃｏｌｕｍｂｉａ，２００８；Ｊ．Ｈａｙａｍｉ，Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  ａｃｅｔｏｌ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ”，Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ，３４，９２７−９３２（１９６１）；Ｐ．Ｆ．Ｓｈａｗ，ｅｔ．ａｌ．，“Ｂａｓｅ  ｃａｔａｌｙｚｅｄ  ｆｒｕｃｔｏｓｅ  ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ”，Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．，１６，９７９−９８２（１９６８）；Ｈ．Ｗｅｅｎｅｎ  ａｎｄ  Ｗ．Ａｐｅｌｄｏｏｎ，“Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ  Ｃｌｅａｖａｇｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｍａｉｌｌａｒｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ”，Ｆｌａｖｏｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｒｅｃｅｎｔ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ，Ａ．Ｔａｙｌｏｒ  ａｎｄ  Ｄ．Ｍｏｔｔｒａｎ，ｅｄｓ．，Ｒｏｙａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  ＃１９７，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，１９９６を参照のこと。これらの参考文献は、高温におけるリン酸緩衝液、還流下でのｐＨ１１．５のＮａＯＨなどの強塩基、水素圧下でのＮｉ及びパラジウム触媒並びに不均一反応の気相における銅クロマイト触媒を使用する、糖の１−ヒドロキシ−２−プロパノンへの変換について記載している。銅クロマイトは最良の触媒と考えられてきた。大半の反応で、基質の変換率は９１％を超えていた。グリセロールを炭素源として使用した場合のアセトールの収率は、２２０℃にて３２．２％であった。ソルビトールを炭素源として使用した場合、最高収率は２８０℃にて１１．８％であり、グルコースを炭素源として使用した場合、アセトールの最高収率は２８０℃にて８．９９％であった。
【００９８】
セルロースは、Ｓｎ系触媒系を使用して、３０％の収率でアセトールに変換されている。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み入れられている、Ｆ．Ｃｈａｍｂｏｎ，ｅｔ．ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｂｉｏｍａｓｓ  ｏｒ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｂｙ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｎ  ｏｘｉｄｅ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｓｂ  ｏｘｉｄｅ  ａｎｄ  ａ  ｍｅｔａｌ  ｔｈａｔ  ｉｓ  ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ｆｒｏｍ  Ｇｒｏｕｐｓ  ８  ｔｏ  １１、米国特許出願公開第ＵＳ２０１３／０２８１７４Ａ１号、２０１３年を参照のこと。
【００９９】
近年、Ｎｏｖｏｔｎｙら（参照により本明細書に組み入れられている、Ｃｚｅｃｈ  Ｊ．Ｆｏｏｄ  Ｓｃｉ．，２５，１１９−１３０，２００７）は、単糖類の分解を介してα−ヒドロキシカルボニル化合物及びα−ジカルボニル化合物を合成した。彼らは、カリウムペルオキソジサルフェートの水溶液、カリウムペルオキソジサルフェートのアルカリ溶液及び水酸化ナトリウムの溶液でそれぞれ構成される、３つの異なるモデルを使用した。ＧＣ／ＭＳを使用して、合計６つのα−ヒドロキシカルボニル化合物及び６つのα−ジカルボニル化合物を同定した。グルコース又はフルクトースが水酸化ナトリウムと反応したときのα−ジドロキシカルボニル（グリコールアルデヒド、アセトール、ラクトアルデヒド、グリセルアルデヒド、１，３−ジヒドロキシアセトン及びアセトイン）の最大収率は約４％であった。収率は、カリウムペルオキソジサルフェートの水溶液（０．３２％）及びカリウムペルオキソジサルフェートのアルカリ溶液（１．１％）では、はるかに低かった。アセトール及び１，３−ジヒドロキシアセトンは、水酸化ナトリウムを使用した場合に、最高の収率（それぞれ２．５２％及び１．０２％）を示した。
【０１００】
以下の実施例６に示すように、糖からα−ヒドロキシケトン（例えばアセトール）を生成して、最終的に糖アンモニア反応の炭素源として使用することができる。アセトールは、蒸留及びカラムクロマトグラフィーの両方によって分離して、次いで本明細書に記載の反応にて炭素源として使用することができる。しかし、どちらの手法も時間がかかり（蒸留）、高価である（クロマトグラフィー）。したがって、ピラジンを生成するために窒素源との反応にてこれらのヒドロキシケトンを使用する前に、糖源に由来するヒドロキシケトンを単離する必要を回避することが好ましい場合がある。
【０１０１】
例えば以下の実施例７に示すように、糖の分解から形成されたヒドロキシケトン（例えばアセトール、アセトインなど）を最初に単離せずに、置換ピラジンを糖炭素源から選択的に形成できることが、驚くべきことに、発見された。例えば図２の操作１１０に示すように、糖を窒素源と合わせる前に糖を緩衝剤で処理することにより、緩衝剤及び窒素源によって前処理されていない糖の反応から生成された一連のピラジンとは異なる、一連のピラジンを生成することができる。最大量のアセトール及びアセトール様化合物が糖炭素源から生成されるように、反応を最適化することができる。理論に制限されることなく、緩衝剤の役割は、糖の分解から最大量のヒドロキシケトン（アセトール、アセトインなど）が生成されるようにｐＨを制御することである。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、緩衝剤は、約１２のｐＨを有するナトリウム水素ホスフェート／水酸化ナトリウム緩衝剤であることができる。各種の実施形態において、緩衝剤は、約６．５〜約７．５のｐＨを有するカリウムリン酸緩衝液を含むことができる。ある実施形態において、緩衝剤は、ナトリウムカーボネート、ナトリウムサルファイト、ペルオキソジサルフェート、ナトリウムホスフェート又はその組合せを挙げることができる。緩衝剤の種類、緩衝能、ｐＨ及び反応温度の選択は、糖炭素源からのヒドロキシケトンの合成に影響を与える可能性があり、したがって、一連の生成されるピラジン並びに後続の窒素源との反応から生成されるピラジンの量に影響を及ぼすことがある。
【０１０３】
各種の実施形態において、緩衝剤は、ほぼ中性又はアルカリ範囲のｐＨにて、例えば約６より高い、約８より高い又は約１０より高い（例えば約６〜約１２の）ｐＨにて緩衝することができる。例えばある実施形態において、糖炭素源のｐＨは約１１〜約１２に緩衝することができる。いくつかの実施形態において、糖炭素源のｐＨは、約６．５〜約７．５に緩衝することができる。
【０１０４】
例えばグルコースは、ピラジン生成のための既知の炭素源である。無傷の分子として用いられて、水酸化アンモニウムと反応すると、主要なピラジンとしてのピラジン分子及びメチルピラジン分子、はるかにより少量のジメチルピラジン分子、並びに著しくより少量の高分子量ピラジン分子を含む、一連のピラジンが生成される。グルコースをｐＨ１２にてＮａＯＨと事前に反応させた後、水酸化アンモニウムと反応させると、極めて類似した一連のピラジンが生成される。しかし、グルコースをｐＨ６．５のカリウムリン酸緩衝液で処理し、続いて水酸化アンモニウムと反応させると、ジメチルピラジンと高分子量ピラジンのみが生成され、それによりあまり所望でないピラジン分子及びメチルピラジン分子の生成が除外されることが、驚くべきことに発見された。
【０１０５】
緩衝された糖炭素源と窒素源との反応時間の延長及び温度の上昇により、黒色タール物質が生成される時点までピラジンの収率を上昇させることができる。反応温度は、例えば約３０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１２０℃以上又は約１４０℃以上であることができる。いくつかの実施形態において、反応温度は約９０℃〜約１５０℃又は約１２０℃〜約１４０℃であることができる。反応時間は、例えば約３０分以上、約６０分以上、約９０分以上又は約１２０分以上であることができる。各種の実施形態において、反応時間は約３０分〜約１５０分又は約６０分〜約１２０分であることができる。
【０１０６】
反応溶液のｐＨの上昇によっても、ピラジン量の増加が生じることもある。好ましいｐＨ範囲は、約７．５〜約１０．５又は約８．５〜約９．５であることができる。いくつかの実施形態において、反応溶液のｐＨは、約８．０以上、約８．５以上、約９．０以上又は約１０．０以上であることができる。例えばＮａＯＨ又はＫＯＨの少量添加を使用して、反応溶液のｐＨを上昇させることができる。
【０１０７】
本発明の各種の実施形態において、例えば図２の操作１２２に示すように、アミノ酸／糖反応溶液にＮＨ４ＯＨを添加することによって、ピラジンの収率を向上させることができる。ＮＨ４ＯＨ／糖のモル比は、ピラジンの収率に劇的な影響を有することができる。例えば、約６：１〜約１：１又は約５：１〜約２：１（例えば約５：１、約２．５：１、約２：１又は約１．５：１）の糖のＮＨ４ＯＨに対するモル比と、後続の熱処理によって、ピラジンに富んだ配合物を生成することができる。いくつかの実施形態において、ＮＨ４ＯＨ水溶液を、反応の間にアミノ酸／糖溶液にゆっくりと添加することができる。
【０１０８】
異なる糖及びアミノ酸は、形成されるピラジンの種類に影響を及ぼす。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み入れられている、Ｃｏｌｅｍａｎ  ａｎｄ  Ｓｔｅｉｃｈｅｎ，  ２００６，Ｓｕｇａｒ  ａｎｄ  ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ａｍｉｎｏ  ａｃｉｄ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｐｙｒａｚｉｎｅｓ  ｉｎ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｅｄ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ，Ｊ．Ｓｃｉ．Ｆｏｏｄ  Ａｇｒｉｃ．，８６，３８０−３９１を参照されたい。例えばロイシン及びバリンによって、高度に置換された副分子鎖及びより低い臭気閾値を持つ分枝ピラジンが、より多く生成される。高置換ピラジンは、それほど分枝していないピラジンよりも比較的効力が高いため、一部の用途では望ましい場合がある。ピラジンの置換は、反応に使用したアミノ酸の結果であり得る。したがって、分枝して高度に置換された副分子鎖を有するアミノ酸を選択することが有利であり得る。糖に関しては、ラムノースがピラジン形成に理想的な糖であり得て、フルクトース、グルコースがこれに続く。
【０１０９】
例えば図２の操作１２６に示すように、反応後に、任意に、単純蒸留、回転蒸発又は当分野で既知の他の分離技術を使用して、ピラジンを反応生成物から単離することができる。ある実施形態において、回転蒸発は、タバコ由来ピラジンを誘導するスケールアップ工程における好ましい単離技術であることができる。
【０１１０】
タバコ製品における置換ピラジンの使用
上述のように、本発明に従って生成されたピラジンは、例えばタバコ製品に含まれる構成要素（例えば香味料）として有用であってもよい。本発明の材料が添加されるタバコ製品は多様であり、タバコ又はそのある構成要素を製品使用者に送達するように構成又は適合された、任意の製品を含むことができる。例示的なタバコ製品としては、喫煙品（例えば紙巻タバコ）、無煙タバコ製品及び使用中に燃焼しないタバコ材料又は他の植物材料を含有するエアゾール生成器具が挙げられる。
【０１１１】
本発明の各種の実施形態において、ピラジンは、タバコ組成物及び／又は喫煙品のフィルタ要素に香味料の形態で喫煙品中に組み入れることができる。例えば、ピラジンはタバコ製品のトップドレッシング又はケーシングに組み入れることができる。図６を参照すると、紙巻タバコの形態であり、本発明のセルロース系糖材料に由来する製品を含有することができる喫煙品のある代表的な構成要素を有する、喫煙品１０が示されている。紙巻タバコ１０は、周囲包装材料１６に含有された喫煙可能充填材（例えばタバコ材料などの喫煙可能充填材約０．３〜約１．０ｇ）の装填物又はロールのほぼ円筒形のロッド１２を含む。ロッド１２は、従来「タバコロッド」と呼ばれる。タバコロッド１２の端部は開放され、喫煙可能充填材が露出している。紙巻タバコ１０は、包装材１６に適用された１つの任意のバンド２２（例えばデンプン、エチルセルロース又はナトリウムアルギネートなどのフィルム形成剤を含む印刷コーティング）を有し、このバンドが紙巻タバコロッドを、紙巻タバコの縦軸を横切る方向に包囲している。バンド２２は、包装材の内面（即ち、喫煙可能充填材に面して）又はあまり好ましくないが、包装材の外面に印刷することができる。
【０１１２】
タバコロッド１２の一端には点火端部１８があり、口端部２０にはフィルタ要素２６が配置されている。フィルタ要素２６はタバコロッド１２の一端に、フィルタ要素とタバコロッドの端部同士が軸方向に一直線に並んで、好ましくは互いに接するように、隣接して配置される。フィルタ要素２６は、一般に円筒形状を有し得て、その直径は、タバコロッドの直径と本質的に同等でよい。フィルタ要素２６の端部は、空気及び煙をフィルタ要素に通過させることができる。プラグラップ２８はフィルタ要素を包み、チップ材料（図示せず）はプラグラップとロッド１２の外側包装材１６の一部を包み、それによりロッドをフィルタ要素２６に固定する。
【０１１３】
本発明のフィルタ要素は、通例、複数の縦方向に延在するセグメントを備える。各セグメントは多様な特性を有することが可能であり、粒子状物質及び／又は気相化合物の濾過又は吸着が可能な各種材料を含み得る。通例、本発明のフィルタ要素は、２〜６個のセグメント、多くは２〜４個のセグメントを含む。好ましい一実施形態において、フィルタ要素は、口端部セグメント、タバコ端部セグメント及びその間のコンパートメントを含む。このフィルタ配置は、「コンパートメントフィルタ」又は「プラグ／スペース／プラグ」フィルタと呼ばれる場合がある。以下でより詳細に説明するように、コンパートメントは２個以上のコンパートメントに分割され得る。
【０１１４】
各種の実施形態において、フィルタ要素は、活性炭材料の形態の吸着剤を備えることができ、活性炭は、フィルタ要素に取り込まれた主流煙の少なくとも１つの気相構成要素を除去することができる。ある実施形態において、フィルタ要素２６は、チップペーパー（図示せず）及びプラグラップ２８を通じて延在する通気孔３０を含むことができるため、主流煙が空気希釈される。通気孔３０は、フィルタ要素２６周囲に円周方向に延在する一列の穿孔として構成され得るか、又は複数列の穿孔列を備え得る。理解されるように、通気孔３０の正確な数及びサイズは、所望の空気希釈のレベルに応じて変わる。
【０１１５】
本発明の各種の実施形態において、本明細書に開示される方法により得られたピラジンは、無煙タバコ配合物中の香味料の形態で無煙タバコ製品に組み入れることができる。本発明の無煙タバコ製品の形態は多様となり得る。特定の一実施形態において、製品は、粒子状タバコ材料及び本発明の方法により得たピラジンを含む香味料を含有するスヌース型製品の形態である。スヌース型タバコ配合物を配合する様式及び方法は、スヌースタバコ製品製造の当業者には明らかとなる。例えば図７に示すように、例示的なパウチ製品３００は、経口使用に適合した微粒子混合物３１５を含有するパウチの形態の外側透水性容器３２０を含むことができる。本明細書に示す外側透水性パウチの向き、サイズ及び種類並びに経口使用に適合した組成物の種類及び性質は、それらを限定するものとして解釈されない。
【０１１６】
各種の実施形態において、透湿性パケット又はパウチは、内部で組成物を使用するための容器として機能することができる。図７に示す実施形態における容器パウチ３２０などのパケット又はパウチの組成／構造は、本明細書に記載するように変更され得る。例えば、本発明に従って改変することができる無煙タバコ製品の製造に使用される種類の好適なパケット、パウチ又は容器は、ＣａｔｃｈＤｒｙ、Ｅｔｔａｎ、Ｇｅｎｅｒａｌ、Ｇｒａｎｉｔ、Ｇｏｔｅｂｏｒｇｓ  Ｒａｐｅ、Ｇｒｏｖｓｎｕｓ  Ｗｈｉｔｅ、Ｍｅｔｒｏｐｏｌ  Ｋａｋｔｕｓ、Ｍｏｃｃａ  Ａｎｉｓ、Ｍｏｃｃａ  Ｍｉｎｔ、Ｍｏｃｃａ  Ｗｉｎｔｅｒｇｒｅｅｎ、Ｋｉｃｋｓ、Ｐｒｏｂｅ、Ｐｒｉｎｃｅ、Ｓｋｒｕｆ及びＴｒｅＡｎｋｒａｒｅの商品名で入手できる。本明細書に記載のパウチ製品の各種の実施形態と形状及び形態が類似したパウチ型製品は、ＺＯＮＮＩＣ（Ｎｉｃｏｎｏｖｕｍ  ＡＢによって販売）として市販されている。さらに、パウチ製品の各種の実施形態に形状及び形態が一般に類似しているパウチ型製品は、参照により本明細書に組み入れられている、ＡｘｅｌｓｓｏｎらのＰＣＴ  ＷＯ２００７／１０４５７３の実施例１に、本明細書に記載のパウチ製品の製造に使用できる賦形剤成分及び加工条件を使用して製造される、スナフバッグ組成物Ｅ〜Ｊとして記載されている。
【０１１７】
各パウチに含まれる材料の量は異なり得る。より小規模な実施形態において、各パウチ内の材料の乾燥重量は、少なくとも約５０ｍｇ〜約１５０ｍｇである。より大規模な実施形態において、各パウチ内の材料の乾燥重量は、約３００ｍｇ〜約５００ｍｇを超えないことが好ましい。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、各パウチ／容器は、参照により本明細書に組み入れられている、Ｈｏｌｔｏｎ、Ｊｒ．らの米国特許第７，８６１，７２８号により詳細に記載されているように、内部に配置された風味剤部材を有することができる。風味剤部材は、上述のように、本発明の方法により誘導されたピラジンを含む香味料を含むことができる。必要に応じて、各パウチ内に他の構成要素を含めることができる。例えば、風味付けされた水分散性又は水溶性材料の少なくとも１つの風味付けされたストリップ、ピース又はシート（例えば口臭消臭食用フィルム型材料）が、少なくとも１個のカプセルと共に、又はカプセルなしで各パウチ内に配置され得る。そのようなストリップ又はシートは、パウチ内に容易に組み入れるために、折り畳まれ得るか又はしわくちゃにされ得る。例えば、参照により本明細書に組み入れられている、Ｓｃｏｔｔらの米国特許第６，８８７，３０７号、Ｌｅｕｎｇらの米国特許第６，９２３，９８１号及びＴｈｅ  ＥＦＳＡ  Ｊｏｕｒｎａｌ（２００４）８５，１−３２に記載されている種類の材料及び技術を参照されたい。
【０１１９】
各種の実施形態において、外側透水性パウチは、ＰＬＡ又は当分野で既知の他のパウチ材料を含むことができる。スヌース型製品及びその構成要素の各種の構成要素の説明は、参照により本明細書に組み入れられている、  Ｌｕｎｄｉｎらの米国特許出願第２００４／０１１８４２２号にも記載されている。例えば、それぞれ参照により本明細書に組み入れられている、Ｌｉｎｄｅｎの米国特許第４，６０７，４７９号；Ｎｉｅｌｓｅｎの米国特許第４，６３１，８９９号；Ｗｙｄｉｃｋらの米国特許第５，３４６，７３４号；及びＤｅｒｒの米国特許第６，１６２，５１６号並びにＨａｎｓｓｏｎらの米国特許出願公開第２００５／００６１３３９号も参照のこと。参照により本明細書に組み入れられている、Ｋｊｅｒｓｔａｄらの米国特許第５，１６７，２４４号に記載されている種類のパウチも参照のこと。スヌース型製品は、Ｍｅｒｚ  Ｖｅｒｐａｃｋｕｎｇｍａｓｃｈｉｎｅｎ  ＧｍＢＨからＳＢ  ５１−１／Ｔ、ＳＢＬ  ５０及びＳＢ  ５３−２／Ｔとして入手可能な機器などを使用して製造ですることができる。スヌースパウチは、個別のパウチとして提供することができるか、又は単一のパウチ若しくは個々の部分を、使用するためにパウチのワン・ピース・ストランド又はマトリックスから容易に取り外すことができるように、複数のパウチ（例えば２、４、５、１０、１２、１５、２０、２５又は３０個のパウチ）を共に（例えば端から端まで）結合又は連結することができる。
【０１２０】
本発明は、スヌース型無煙タバコ製品に限定されない。例えば、タバコ材料及び本明細書に記載の方法で得られた少なくとも１つのピラジンを含む香味料の混合物は、各種の無煙タバコ形態、例えばルース湿式かぎタバコ、ルース乾燥かぎタバコ、噛みタバコ、ペレット化タバコピース、押出しタバコストリップ又はピース、粉末化ピース又は構成要素の微粉化又は粉砕凝集体、（例えば流動床でタバコ配合物構成要素を凝集させることにより形成できる）フレーク状ピース、（例えばコイン、円筒、豆、立方体などの一般的な形状で形成された）成形タバコピース、タバコ含有ガムピース、タバコピース及び／又はタバコ抽出物と組み合せた食用材料の混合物を含む製品、固形非食用基材に担持された（例えばタバコ抽出物の形態の）タバコを含む製品などに組み入れることもできる。例えば、無煙タバコ製品は、圧縮タバコペレット、多層押出しピース、押出し若しくは形成ロッド若しくはスティック、異なる種類のタバコ配合物に包囲された１種類のタバコ配合物を有する組成物、テープ状フィルムのロール、易水溶性若しくは水分散性フィルム又はストリップ（例えばＣｈａｎらの米国特許出願公開第２００６／０１９８８７３号を参照のこと。）又は（例えば透明、無色、半透明又は本質的に濃く着色された、柔軟性又は硬質外殻であることができる）外殻を有するカプセル状材料及びタバコ若しくはタバコの風味（例えばある形態のタバコを含むニュートン流体又はチキソトロピー流体）を有する内部領域の形態を有することができる。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、本発明の無煙タバコ製品は、ロゼンジ、錠剤、マイクロタブ又は他の錠剤型製品の形態を有することができる。例えば、参照により本明細書に組み入れられている、Ｓｈａｗの米国特許第４，９６７，７７３号；Ａｃｈａｒｙａの米国特許第５，１１０，６０５号；Ｄａｍの米国特許第５，７３３，５７４号；Ｓａｎｔｕｓの米国特許第６，２８０，７６１号；Ａｎｄｅｒｓｓｏｎらの米国特許第６，６７６，９５９号；Ｗｉｌｈｅｌｍｓｅｎらの米国特許第６，２４８，７６０号；及び米国特許第７，３７４，７７９号；Ｗｉｌｈｅｌｍｓｅｎの米国特許出願公開第２００１／００１６５９３号；Ｌｉｕらの米国特許出願公開第２００４／０１０１５４３号；Ｍｃｎｅｉｇｈｔらの米国特許出願公開第２００６／０１２０９７４号；Ｃｈａｕらの米国特許出願公開第２００８／００２００５０号；Ｇｉｎらの米国特許出願公開第２００９／００８１２９１号；及びＡｘｅｌｓｓｏｎらの米国特許出願公開第２０１０／０００４２９４号に記載された、ロゼンジ配合物の種類及びロゼンジを配合又は製造するための技術を参照のこと。
【０１２２】
加工される無煙タバコ製品の種類に応じて、タバコ製品は、タバコ材料及び本発明の方法から誘導された少なくとも１つのピラジンを含む香味料に加えて、１つ以上の追加構成要素を含むことができる。例えば、タバコ材料及びタバコ由来香味料は、他の材料又は成分、例えば他のタバコ材料又は香味料、充填剤、結合剤、ｐＨ調整剤、緩衝剤、塩、甘味料、着色料、崩壊助剤、保湿剤及び防腐剤（そのいずれかがカプセル化成分であってよい）と共に加工、ブレンド、配合、組合せ及び／又は混合することができる。例えば、それぞれが参照により本明細書に組み入れられている、Ｍｕａらの米国特許出願公開第２０１１／０３１５１５４号及びＨｏｌｔｏｎ，Ｊｒ．らの米国特許出願公開第２００７／００６２５４９号並びにＨｏｌｔｏｎ，Ｊｒ．らの米国特許第７，８６１，７２８号に記載された、それらの代表的な構成要素、構成要素の組合せ、タバコに対するこれらの構成要素及び成分の相対量並びにこれらの構成要素を使用する方法を参照のこと。
【０１２３】
各種の実施形態において、本明細書に記載の方法から誘導された少なくとも１つのピラジンを、電子喫煙品の香味料の形態で無煙タバコ製品に組み入れることができる。電気エネルギーを利用して揮発性物質を揮発させる若しくは加熱する、又はタバコをかなりの程度まで燃やさずに紙巻タバコ、葉巻又はパイプ喫煙の感覚を提供しようとする、多数の喫煙製品、風味発生器及び医用吸入器が提案されている。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み入れられている、Ｒｏｂｉｎｓｏｎらの米国特許第７，７２６，３２０号、Ｇｒｉｆｆｉｔｈ  Ｊｒ．らの米国特許出願公開第２０１３／０２５５７０２号、Ｓｅｂａｓｔｉａｎらの米国特許出願公開第２０１４／００００６３８号、Ｃｏｌｌｅｔｔらの米国特許出願公開第２０１４／００６０５５４号、Ｓｅａｒｓらの米国特許出願公開第２０１４／００９６７８１号、Ａｍｐｏｌｉｎｉらの米国特許出願公開第２０１４／００９６７８２号及びＤａｖｉｓらの米国特許出願公開第２０１５／００５９７８０号に記載された背景技術に述べられている、各種の代替喫煙品、エアゾール送達器具及び発熱源を参照のこと。
【０１２４】
電子喫煙品２００の例示的な実施形態を図８に示す。図８に示すように、制御本体２０２は、制御構成要素２０６、流量センサ２０８、バッテリ２１０及びＬＥＤ２１２を含むことができる制御本体シェル２０１で形成することができる。カートリッジ２０４は、リザーバハウジング２４４を包囲するカートリッジシェル２０３で形成することができ、リザーバハウジング２４４は、リザーバハウジング２４４に格納されたエアゾール前駆体組成物をヒーター２３４に吸い上げるか、さもなければ移送するのに適した液体輸送要素２３６と流体連通している。カートリッジ２０４から形成されたエアゾールを排出させるために、カートリッジシェル２０３に開口部２２８が存在し得る。そのような構成要素は、カートリッジ内に存在し得る構成要素の代表するものであり、本開示によって含まれるカートリッジ構成要素の範囲を制限することを意図するものではない。カートリッジ２０４は、制御本体突起２２４とカートリッジレセプタクル２４０との間の圧入係合により制御本体２０２と係合するように適合され得る。そのような係合によって、制御本体２０２とカートリッジ２０４との間の安定した結合を促進するとともに、制御本体内のバッテリ２１０及び制御構成要素２０６とカートリッジ内のヒーター２３４との間の電気接続を確立することができる。カートリッジ２０４は、ＩＣ、メモリ構成要素、センサなどを含み得る、１つ以上の電子構成要素２５０も含み得る。電子構成要素２５０は、制御構成要素２０６との通信に適合され得る。本開示による電子喫煙器具の各種の構成要素は、当分野で記載され、市販されている構成要素から選択することができる。
【０１２５】
各種の実施形態において、エアゾール前駆体組成物は、本発明の方法に従って誘導された少なくとも１つのピラジンを含む香味料を含むことができる。本開示に従って使用することができるエアゾール前駆体材料の例示的な配合物は、その開示がその全体が参照により本明細書に組み入れられている、Ｒｏｂｉｎｓｏｎらの米国特許第７，２１７，３２０号；Ｚｈｅｎｇらの米国特許出願公開第２０１３／０００８４５７号；Ｃｈｏｎｇらの米国特許出願公開第２０１３／０２１３４１７号；Ｃｏｌｌｅｔｔらの米国特許出願公開第２０１４／００６０５５４号；及びＳｅｂａｓｔｉａｎらの米国特許出願公開第２０１４／００００６３８号に記載されている。本明細書に記載のタバコ由来ピラジンを含むことができる他のエアゾール前駆体としては、Ｒ．Ｊ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｖａｐｏｒ  ＣｏｍｐａｎｙによるＶＵＳＥ（Ｒ）、Ｉｍｐｅｒｉａｌ  ＴｏｂａｃｃｏによるＢＬＵ（商標）製品、Ｍｉｓｔｉｃ  ＥｃｉｇｓによるＭＩＳＴＩＣ  ＭＥＮＴＨＯＬ製品及びＣＮ  Ｃｒｅａｔｉｖｅ  Ｌｔｄ．によるＶＹＰＥ製品に組み入れられているエアゾール前駆体が挙げられる。Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｃｒｅｅｋ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ  ＬＬＣから入手可能である電子タバコ用のいわゆる「スモークジュース」も望ましい。
【０１２６】
実験
本発明の態様は、本発明のある態様を説明するために記載され、その限定として解釈されるべきではない、以下の実施例によってより十分に説明される。
【実施例】
【０１２７】
［実施例１］
ピラジンは、アンモニアとの反応において、炭素源として糖の代わりにアセトイン（３−ヒドロキシ−２−ブタノン）を使用して生成される。
【０１２８】
アセトイン、水酸化アンモニウム（２８〜３０％）、ロイシン、ジクロロメタン及びリン酸（Ｈ３ＰＯ４）は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（ミズーリ州セントルイス）から入手する。Ｆ１タンパク質は、Ｒ．Ｊ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｃｏ．（ノースカロライナ州ウィンストンセーラム）から入手して加水分解する。すべての加水分解された溶液中の加水分解されたアミノ酸の重量パーセントは、５０〜５５％の範囲である。すべてのピラジン合成反応は、４０ｍＬパール（Ｐａｒｒ）容器内で行う。各反応において、アセトイン０．８グラムをＮＨ４ＯＨ  １．８ｍＬ及びＨ３ＰＯ４  ０．６ｍＬと混合し、次いで十分な加水分解Ｆ１タンパク質（２０ｍＬ）を添加して、アミノ酸の質量を０．４グラムとする。例えば、Ｆ１タンパク質４０グラムを溶液１リットル中で加水分解する場合、溶液中のアミノ酸の重量パーセントは５０％に等しく、これは溶液１リットル中アミノ酸２０グラムに相当する。アミノ酸０．４グラムを反応に使用するために、上記溶液２０ｍＬを反応容器に添加する。一部の反応では、加水分解Ｆ１タンパク質の代わりに、ロイシンをアミノ酸源として使用し、体積を調整するために水２０ｍＬのみを添加する。すべての溶液のｐＨを８．０に調整してから、反応を開始する。各反応の完了後に、混合物をジクロロメタン（ＤＣＭ）３０ｍＬによって抽出する。次に、ＤＣＭを使用してＤＣＭ抽出物２００μＬを希釈して１ｍＬとして、ＧＣ／ＭＳによって分析する。
【０１２９】
すべてのＧＣ／ＭＳ分析は、Ａｇｉｌｅｎｔ（デラウェア州ウィルミントン）の５９７３質量選択検出器（ＭＳＤ）を装備した６８９０  ＧＣを使用して行う。分離物は、Ｊ＆Ｗ（デラウェア州ウィルミントン）のＤＢ−ＷＡＸＴＥＲキャピラリーカラム（長さ３０ｍ×内径２５０μｍ、膜厚０．２５μｍ）を使用して得る。各分析には、次の操作パラメータを使用する。
【０１３０】
注入ポート温度            ２６０℃
パージ弁                  ３ｍＬ／分
パージ時間                １分
全流量                    ２４ｍＬ／分
定流量                    １ｍＬ／分
注入量                    ２μＬ、スプリット１：２０
カラムオーブン初期温度    ５０℃
カラムオーブンの初期時間  ３分
カラムオーブン傾斜速度    １５℃／分
カラムオーブン最終温度    ２５０℃
カラムオーブン最終時間    １分
ＭＳＤ転送ライン温度      ２６０℃
ＭＳ  Ｗｉｌｅｙライブラリを使用して、各ピラジンを同定する。
【０１３１】
最初の反応では、アセトイン（０．８グラム）をＮＨ４ＯＨ（１．８ｍＬ）及びＨ３ＰＯ４（０．６ｍＬ）とｐＨ＝８を９０℃にて１２〜１５時間反応させる。９０％を超えるアセトインがテトラメチルピラジン（ＴＭＰ）に変換される。次に、同一条件を使用して反応を反復するが、９０℃にて１２〜１５時間加熱する代わりに、１２０℃にて４時間のみ加熱する。結果は、９０℃及び１２〜１５時間で得られた結果と同様である。
【０１３２】
次に、分枝ピラジンの合成の可否を判断するために、反応試薬混合物にアミノ酸（ロイシン）を添加する。この目的のために、アセトイン０．８グラム＋ＮＨ４ＯＨ  １．８ｍＬ＋Ｈ３ＰＯ４  ０．６ｍＬ及びロイシン０．２５グラムをＨ２Ｏ  ２０ｍＬと混合し、ｐＨを８に調整する。次いで反応物を１２０℃にて１８時間加熱し、次に反応混合物をＤＣＭ  ３０ｍＬによって抽出し、ＧＣ／ＭＳによって分析する。ＴＭＰ（ｔＲ＝８．２分）及び一部のアセトイン（ｔＲ＝６．１分）のみが検出される。分枝ピラジンは検出されない。
【０１３３】
次に、同様の反応を行うが、ロイシンとＨ２Ｏの代わりに、加水分解Ｆ１タンパク質２０ｍＬを反応に使用する。反応は、パール（Ｐａｒｒ）容器内で１２０℃にて１８時間行う。反応物の冷却後、ＤＣＭ  ３０ｍＬを使用してピラジンを抽出する。再度、分枝ピラジンは認められず、ＴＭＰのみが認められた。
【０１３４】
アンモニアがすべてのアセトインを消費して、したがってアミノ酸がアセトインと反応するのを防止するか否かを判定するために、ＮＨ４ＯＨの代わりに別の塩基源（ＮａＯＨ）を使用して、塩基性、ｐＨ＞８の反応条件が維持されるようにする。この目的のために、２つの反応を行う。最初の反応では、アセトイン０．８をロイシン０．２５グラム及び０．１Ｎ  ＮａＯＨ（ｐＨ＝１２）２０ｍＬと混合し、第２の反応では、Ｈ３ＰＯ４を使用してｐＨを８．２に調整する。両方の反応物を、パール（Ｐａｒｒ）容器を使用して１２０℃にて８時間加熱する。反応物の冷却後、反応物をＤＣＭによって抽出し、ＧＣ／ＭＳで分析する。ＴＭＰでさえ、ピラジンは検出されない。
【０１３５】
上記の反応は、アセトインとＮＨ４ＯＨの反応へのアミノ酸の添加によって分枝ピラジンが生成されないことを示す。さらに、アセトインは、分枝アルキル側鎖を含むピラジンを生成するための、糖とフリーのアミノ酸との反応における重要な中間体ではないことが分かる。
【０１３６】
［実施例２］
ＴＭＰ以外のピラジンを選択的に生成するために、アセトイン以外のヒドロキシケトン炭素源を利用する。
【０１３７】
１−ＯＨ−アセトン、１−ＯＨ−２−ブタノン、水酸化アンモニウム（２８〜３０％）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、イソロイシン、スレオニン及びイソバレルアルデヒドをＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（セントルイス、ミズーリ州）から入手する。ニコチアナ属の植物に由来するＦ１タンパク質は、Ｒ．Ｊ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｃｏ．（ノースカロライナ州ウィンストンセーラム）から入手し、加水分解してアミノ酸を形成する。加水分解されたすべての溶液中の加水分解されたアミノ酸の重量パーセントは、５０〜５５％の範囲である。
【０１３８】
すべてのピラジン合成反応は、４０ｍＬパール（Ｐａｒｒ）容器内で行う。各反応において、１−ＯＨ−アセトン又は１−ＯＨ−２−ブタノン１グラムをＮＨ４ＯＨ  ０．２５、０．５、１及び１．２５ｍＬ並びにＨ２Ｏ  １０ｍＬと混合する。各反応は、異なる温度（１００〜１４０℃）にて４〜２４時間にわたって混合及び加熱される。反応の大半でｐＨレベルは約１１である（調整は行わない）。しかし、ｐＨレベルを８に調整する反応では、濃Ｈ３ＰＯ４を使用してｐＨを低下させる。
【０１３９】
各反応の完了後、混合物をジクロロメタン２０〜２５ｍＬによって抽出する。各抽出では、重水素化２−メチルピラジン２５０μｇをすべての定量の内部標準として使用する。すべての反応について、反応工程中に磁気撹拌器を使用して混合物を撹拌する。
【０１４０】
すべてのＧＣ／ＭＳ分析は、上記の実施例１で使用したものと同じ機器及び操作パラメータを使用して行う。ＭＳ  Ｗｉｌｅｙライブラリを使用して、各ピラジンを同定する。定量分析では、ピラジンはシングル・イオン・モニタリング・モードを使用して定量される。各ピラジンを、抽出溶媒に添加した内部標準（２５０μｇ）の質量に対して定量する。
【０１４１】
最初に、１−ヒドロキシアセトンを異なる比率、温度、ｐＨレベル及び反応時間でＮＨ４ＯＨと反応させて、ピラジンのパーセント収率を最大化する。１−ＯＨ−アセトンとＮＨ４ＯＨの反応で検出されるピラジンとしては、２，６−ジメチルピラジン；２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；２，３，５−トリメチルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，３，５，６−トリメチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジンが挙げられる。
【０１４２】
この検討の最初の部分では、２つの異なるｐＨレベル（８．０及び１１．０）で反応を行い、どちらのｐＨレベルがピラジンの最大収率及び最大数を与えるかを判定する。最初の反応において、１−ＯＨ−アセトン１ｍＬをＮＨ４ＯＨ  ０．５ｍＬ及びＨ２Ｏ  １０ｍＬと反応させる。この反応のｐＨレベルは約１１．０と測定される。第２の反応において、同量の反応物を混合するが、濃Ｈ３ＰＯ４を使用してｐＨレベルを８．０に調整する。両方の反応物を１２０℃で１２時間加熱する。ピラジンのパーセント収率は、ｐＨレベルが約１１．０の場合により高い。このため、後の実験のｐＨレベルを調整せず、反応をｐＨ１１以上で行う。
【０１４３】
Ｈ２Ｏ  １０ｍＬ中、１：２のＣ：Ｎのモル比で１−ＯＨ−アセトン（１ｇ）及びＮＨ４ＯＨ（１ｇ）を使用するピラジンの合成（反応時間１２時間）に対する温度（１００、１１０、１２０、１３０、１４０℃）の効果について、次に記載する。温度が上昇するにつれてピラジンの収率が上昇し、温度が１４０℃に達したときに、なおピラジン収率の上昇が見られる。
【０１４４】
Ｈ２Ｏ  １０ｍＬ中、１：２のＣ：Ｎのモル比で１−ＯＨ−アセトン（１ｇ）及びＮＨ４ＯＨ（１ｇ）を使用するピラジンの合成に対する様々な反応時間（４、８、１２、１６及び２４時間）の効果について試験を行う。反応時間が１６時間の場合、ピラジンの最大収率が得られる。
【０１４５】
１２０℃にて１２時間後のピラジンの収率に対する、Ｈ２Ｏ  １０ｍＬ中での１−ＯＨ−アセトン：ＮＨ４ＯＨモル比（１：０．５、１：１、１：２、１：２．５、．．．１−ＯＨ−アセトン及びＮＨ４ＯＨ）反応を変化させることの効果について試験を行う。最適な比率は１：２であり、１−ＯＨアセトン１グラム及びＮＨ４ＯＨ  １ｍＬに相当する。より多量のＮＨ４ＯＨを反応に使用すると、反応の収率が１０％を超えて低下する。
【０１４６】
要約すると、反応条件（温度、時間、Ｃ：Ｎ比、ｐＨ）が最適化されると、ピラジンの量が最大化される。結果により、最適化された条件（Ｃ：Ｎ＝１：２、温度＝１２０℃、反応時間＝１６時間、ｐＨ＝１１〜１２）にて、ヒドロキシアセトンを唯一の炭素源として使用して、少なくとも１９〜２０種類のピラジンが合成されることが示された。合成ピラジンから検出可能な量のピラジン分子及び／又はメチルピラジン分子が存在しないことは、炭素源（即ち、α，β−ヒドロキシケトン）が炭素源と窒素源との反応から生成されるピラジンの構造に効果を及ぼすという発見を裏付けている。
【０１４７】
［実施例３］
１２０℃にて１２時間にわたる、Ｈ２Ｏ  １０ｍＬと混合したＣ：Ｎ比１：２を用いた、上記の実施例２のパラメータによる、１−ＯＨ−アセトン及びＮＨ４ＯＨの個別の反応へのアミノ酸及びアルデヒドの添加の効果を測定する。
【０１４８】
追加の窒素源として２つの異なるアミノ酸の試験を行う。各反応において、アミノ酸０．２グラムが各反応に個別に添加されるため、追加のアミノ酸のピラジン合成及びその収率に対する効果を検討することができる。別の反応において、最適化された反応にイソバレルアルデヒドを添加して、ピラジン合成及び収率に対する効果を検討する。加水分解Ｆ１タンパク質を追加の窒素源として使用する場合、（別のアミノ酸約０．２グラムを含む）加水分解Ｆ１タンパク質１０ｍＬを使用した。この反応において、加水分解Ｆ１タンパク質がＨ２Ｏ  １０ｍＬに含まれるため、Ｈ２Ｏを添加しない。
【０１４９】
考えられる追加の窒素源としてイソロイシンを使用すると、２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン及び２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジンの濃度が上昇することが認められている。別の反応において、トレオニンを追加の窒素源として使用すると、２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン及び２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジンの濃度が上昇し、２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジンの収率が上昇する。スレオニン又はイソロイシンを反応に添加する場合、ピラジンの総収率が同様であることに留意することは興味深い。どちらの化合物も、ピラジンの総収率を、７％を超えて上昇させる。
【０１５０】
１−ＯＨ−アセトン及びＮＨ４ＯＨの別の反応にイソバレルアルデヒドを添加すると、２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン及び２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジンのパーセント収率がそれぞれ０ｍｇから１４ｍｇ及び１３ｍｇに上昇する。ピラジンの総収率は２０％を超えて上昇する。
【０１５１】
純粋なアミノ酸の代わりに、Ｆ１タンパク質の加水分解から調製されたアミノ酸の混合物を反応に使用する。加水分解Ｆ１タンパク質はすでに水溶液中にあるため、混合物に水を添加しない。この目的のために、アミノ酸約０．２ｇ及びＨ２Ｏ  １０ｍＬを含有した加水分解Ｆ１タンパク質１０ｍＬを、１２０℃にて１６時間にわたって、Ｃ：Ｎ比が１：２の−１−ＯＨ−アセトン及びＮＨ４ＯＨと反応させる。２，５−ジメチルピラジンの収率は８０％を超えて上昇し、２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン及び２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジンの収率は０ｍｇから１ｍｇを超えて上昇する。理論に制限されることなく、アミノ酸のアルキル部分はストレッカーアルデヒドに変換され、ストレッカーアルデヒドは水酸化アンモニウムと反応してイミンを形成し、イミンは次にピラジン構造に組み入れられる。
【０１５２】
追加のアミノ酸／アルデヒドの存在下で１−ＯＨ−アセトンとＮＨ４ＯＨを使用したピラジンの合成に対する、異なる温度及びＣ：Ｎ比（１：１及び１：２）の効果について試験を行う。これらの研究では、温度を１００から１２０℃に上昇させ、Ｃ：Ｎ比を上昇させると、ピラジンの収率が上昇する。
【０１５３】
要約すると、アミノ酸、選択されたアルデヒド又は加水分解Ｆ１タンパク質を追加すると、あるピラジンのパーセント収率が上昇するだけでなく、合成ピラジンの数も増加する。
【０１５４】
［実施例４］
１−ＯＨ−アセトンの代わりに１−ＯＨ−２−ブタノンを炭素源として使用することを除いて、上記の実施例２及び３に従ってピラジンを合成する。
【０１５５】
この目的のために、１−ＯＨ−２−ブタノン１グラムをＮＨ４ＯＨ  １ｍＬ及びＨ２Ｏ  １０ｍＬと１２０℃にて１６時間反応させる。メチルピラジンは形成されない。形成されるピラジンはすべて、エチル又はそれ以上の分枝アルカンを含有する。しかし、ピラジンの収率は、１−ＯＨ−アセトンを使用した場合ほど高くない。１２０℃にて１６時間にわたって、Ｃ：Ｎが１：２で１−ＯＨ−２−ブタノン及びＮＨ４ＯＨを使用する反応から合成されたピラジンとしては、２，６−ジエチルピラジン；２，５−ジエチルピラジン；２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；３，５（３，６−ジメチル）−２，ｎ−プロピルピラジン；２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｙａｚｉｎｅ）；トランス−３−Ｍ−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；２，５−ジメチル−３−エチルピラジンが挙げられる。
【０１５６】
前述のように、炭素源として１−ＯＨ−アセトンを使用すると、ピラジン分子及びメチルピラジン分子は生成されない。１−ＯＨ−２−ブタノンを使用すると、ピラジン分子、メチルピラジン及びジメチルピラジンは生成されず、炭素源がピラジンの構造を圧倒的に支配していることが確認される。結果により、炭素源を１−ＯＨ−アセトンから１−ＯＨ−２−ブタノンに変えることにより、合成されるピラジンの種類を制御できることがさらに示されている。
【０１５７】
［実施例５］
上記の実施例２による１−ＯＨ−アセトンとＮＨ４ＯＨの反応は、反応容積がより大きい、より大型のパール（Ｐａｒｒ）反応装置を使用して、より大きな規模で実施する。
【０１５８】
１．５リットルのパール（Ｐａｒｒ）高圧容器内で、１−ＯＨ−アセトン１００グラムをＮＨ４ＯＨ  １００ｍＬ及びＨ２Ｏ  １０００ｍＬと１２０℃にて１６時間反応させる。反応の完了後、混合物を冷却し、ガラス瓶に移す。
【０１５９】
容器の底部にＭｅＯＨにのみ溶解する相当量のタール状物質があることに留意されたい。この材料の上にＨ２Ｏを添加することによって、材料が硬くなる。濃度がタール様物質の有無に重要な役割を果たすことが見出される。すべての最適化検討で、反応容器の底部のタール量は少ない。このため、すべてを溶解させて、残りの反応物質を包含させるには、少量のメタノール（１ｍＬ）で十分である。大規模な反応の場合、タールの質量はより大きく、それを溶解するには少なくとも１００〜２００ｍＬのメタノールが必要である。
【０１６０】
反応の完了後、水溶液を１３０〜１４０℃で蒸留する（３×３７５ｍＬ）。各蒸留（３７５ｍＬ）時に、様々なピラジンを含有する水溶液約１７５ｍＬ（淡黄色−総量約５００ｍＬ）を収集する。次に、水からピラジンを除去するために、蒸留した材料（３×１７５ｍＬ）を合わせ、Ｃ１８カラム（ＳＰＥ材料を充填した１５×２．５ｃｍ）に通過させる。Ｃ１８カラムから水を除去した後、捕捉されたピラジンを、エタノールを使用して溶離する。次に、回転蒸発及び真空を使用してエタノールを除去する。最終製品に多少の水が存在するため、ピラジンをＭＴＢＥ中に抽出して、ナトリウムサルフェートで乾燥させる。次に、回転蒸発器及び真空を使用してＭＴＢＥを除去する。溶液１ラベルの付いたバイアルは、ＭＴＢＥ除去後のピラジンの大部分を含有する。
【０１６１】
重要なのは、ここで３つのピラジンが、沸点が高いため、蒸留されずに反応生成物に残存していることに留意することである。これにより、収率が低下した。これらのピラジンは、２−（２−メチルプロピル）３，５−ジメチルピラジン（１２．５７分）、２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン（１２．７４分）及び２（２−メチルプロピル）３，５，６−トリメチルピラジン（１２．９５分）として同定される。
【０１６２】
ＤＣＭ（２００〜２５０ｍＬ）を使用して、蒸留後の反応溶液から残りの３つのピラジンを抽出する。次に回転蒸発器及び真空を使用して、ＤＣＭを溶液から除去し、一方、濃暗色の溶液を後で第２のバイアルに移し、溶液２とラベル付けする。図３は、このサンプルのクロマトグラムを示す。
【０１６３】
反応溶液１２００ｍＬ（１−ＯＨ−アセトン１００グラム＋ＮＨ４ＯＨ  １００ｍＬ）の蒸留による総ピラジンの収率は、反応物１２ｍＬ（１−ＯＨ−アセトン１グラム＋ＮＨ４ＯＨ  １ｍＬ）と比べて、約６０％である。この収率は、蒸留後の反応混合物に残存する３つのピラジンは含まない。
【０１６４】
上記の溶液１をガスクロマトグラフィー・オルファクトメトリ（ＧＣＯ）評価に使用する。５９７５Ｃ  ＭＳＤを有するＡｇｉｌｅｎｔ  ７８９０ＡシリーズＧＣ及びＳＰＭＥ機能を有するＧｅｒｓｔｅｌ多目的サンプラを装備したＯＤＰ３を使用して、ピラジンサンプルを分析する。ピラジンのより良好な分離と嗅覚分析者に適した分析時間を得るために、サンプルのための機器方法が開発される。ＯＤＰ３の移送ラインを２６０℃に加熱する。２滴のサンプルを２０ｍＬ  ＳＰＭＥスクリューキャップバイアルにピペットで取り、サンプルを調製する。空のバイアルをサンプルの前後に分析する。ガスクロマトグラフィーカラムによってピラジンが分離され、これらがカラムを出るときに主観的嗅覚試験を使用して、ヒトがピラジンを検出／評価した。同定したピラジンとしては、メチルピラジン；２，６−ジメチルピラジン；２，５−ジメチルピラジン；２−エチル−５−メチルピラジン；２−エチル−６−メチルピラジン；トリメチルピラジン；２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；３−エチル−２，５−ジメチルピラジン；２，５−ジメチル−３−イソプロピルピラジン；２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；テトラメチルピラジン；２−メチル−５−プロピルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−プロピルピラジン異性体１；２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；３，５−ジメチル−２−プロピルピラジン；２，３，５−トリメチル−６−プロピルピラジン異性体２；２，３，５−トリメチル−６−プロピルピラジン異性体３；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｚ）−異性体１；５Ｈ−シクロペンタピラジン、６，７−ジヒドロ−２，５−ジメチルピラジン異性体１；５Ｈ−シクロペンタピラジン、６，７−ジヒドロ−２，５−ジメチルピラジン異性体２；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｚ）−異性体２；２，３−ジメチル−３−（１−プロペニル）ピラジン（Ｚ）異性体１；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｚ）−異性体３；２，３−ジメチル−３−（１−プロペニル）ピラジン（Ｚ）；２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｚ）−異性体４；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｚ）−異性体５；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｚ）−異性体６；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｅ）−異性体１；トリメチル−２−プロペニルピラジン；トリメチル−１−プロペニルピラジン（Ｅ）−異性体２が挙げられる。メチルピラジン化合物は、存在するが、従来の糖炭素源反応に通例であるよりも少ない量で存在したことに留意されたい。
【０１６５】
風味分析者４名が、４回の個別のセッションでＯＤＰポータルからの個々の嗅覚特徴を評価する。４つの独立した評価に基づく個々のピラジンは、極めてポジティブである。置換ピラジンの香味について予想された記述子が見出される。ナッツ様、ロースト様、トースト様、チョコレート、ピーナッツ、かび臭い、褐色、複雑がよく使用される記述子である。これらはすべてポジティブな香味の特徴である。
【０１６６】
［実施例６］
α−ヒドロキシケトン（アセトール）は糖から生成され、最終的に糖アンモニア反応の炭素源として使用される。水酸化ナトリウムは、アセトールの収率を最大化するために、糖の種類、温度、反応時間、ｐＨ及び塩基濃度などの様々なパラメータを最適化する塩基として使用される。
【０１６７】
グルコース、フルクトース、１−ＯＨ−アセトン（アセトール）、１−ＯＨ−２−ブタノン（アセトイン）、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、無水ナトリウムサルフェート、塩酸、メタノール及びジクロロメタンは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（ミズーリ州セントルイス）から入手する。合成反応は、４０ｍＬパール（Ｐａｒｒ）容器又は開放された丸底フラスコで行う。ｐＨが制御されているすべての反応では、反応は丸底フラスコで１００℃の還流下で行う。各反応において異なる糖（グルコース、フルクトース又は両方の混合物）、０．２５グラム、０．５グラム又は１．０グラムを０．０２５Ｍ、０．０５Ｍ、０．１Ｍ、０．２Ｍ  ＮａＯＨ  ２５ｍＬと混合する。各反応物を撹拌し、異なる温度（９０〜１４０℃）で１〜１２時間加熱する。大半の反応の初期ｐＨレベルは約１２であり、反応中に調整は行わない。しかし、ｐＨレベルを９に調整する反応では、塩酸を使用する。工程中にｐＨを１２に一定に保つ反応では、１０Ｍ  ＮａＯＨを１０〜４０μＬ使用する。各反応の完了後、混合物を冷却し、１Ｍ  ＨＣｌを使用してｐＨを６．０〜６．５に調整する。次に、アセトイン１ｍｇを内部標準として反応混合物に添加する。混合物をジクロロメタン８〜１０ｍＬで４回抽出する。４つの抽出溶媒すべてを合わせて、ナトリウムサルフェートで脱水する。
【０１６８】
すべてのＧＣ／ＭＳ分析は、上記の実施例１で使用したものと同じ機器及び操作パラメータを使用して行う。ＭＳ  Ｗｉｌｅｙライブラリを使用して、ピークを同定する。定量分析では、アセトールの濃度とアセトール／アセトインの応答係数比を使用して、検量線を作成する。重要なのは、ここで９０℃、１００℃及び１２０℃で行ったいずれの反応でもアセトインが検出されないことに留意することである。しかし、温度が１４０℃に設定されている反応では、アセトイン残留物が見出される。この目的のために、反応においてアセトイン濃度を求め、この値をすべての計算で考慮する。
【０１６９】
ＧＣ／ＦＩＤを使用して、すべての反応におけるアセトールの定量のための検量線を作成する。次に、以下のパラメータを変更して、アセトールの合成に最適な条件を決定する。
【０１７０】
最初に、２つの異なる種類の糖（グルコース、フルクトース及び両方の混合物）を使用して、より高い収率のアセトール与える糖を判定する。各反応において、糖０．５グラムを０．０５Ｍ  ＮａＯＨ  ２５ｍＬと混合する。各反応物を１００℃にて６０分間加熱する。以下の表１は、反応条件と、各反応から得られた対応するアセトールのｍｇ数を示す。グルコースを反応に使用すると、グルコースによって大量のアセトールが生成されたことが認められる。
【０１７１】
【表１】
2020514390.tif 000004
【０１７２】
検討のこの部分では、反応工程中にｐＨを調整する必要があるため、すべての反応は、密閉したパール（Ｐａｒｒ）反応装置ではなく、開放された丸底フラスコ内で還流下にて行う。３つの異なる実験を行う。最初の実験では、ｐＨを１０分ごとに測定し、ｐＨの調整は行わない。第２の実験では、１０分ごとにｐＨを測定し、必要な場合は、１０Ｍ  ＮａＯＨを使用してｐＨを初期値（１２．０）に調整する。第３の実験では、初期ｐＨを９．０に調整し、次いで反応を開始し、ｐＨ測定を１０分ごとに行う（調整なし）。
【０１７３】
ｐＨ測定の結果は、１００℃における反応の最初の１０分以内にｐＨが１２．０から約９に低下することを示す。３０分の終了時に、反応のｐＨは約７〜８であり、残りの反応時間中は一定のままである。ｐＨを約１２．０に維持する実験では、１０分ごとに約１０Ｍ  ＮａＯＨ  １５〜２０μＬを反応に添加することが必要となる。４０分後、ｐＨはおよそ１１〜１２で一定のままである。
【０１７４】
以下の表２は、反応条件と、様々なｐＨ条件を使用して各反応から得られたアセトールのｍｇ数を示す。ｐＨがおよそ１２で一定に維持されると、最大量のアセトールが得られる。
【０１７５】
【表２】
2020514390.tif 000005
【０１７６】
糖濃度のアセトール生成に対する効果を判断するために、３つの異なる糖濃度の試験を行う。したがって、反応は、０．０５Ｍ  ＮａＯＨ溶液２５ｍＬ中でグルコース０．２５グラム、０．５グラム及び１グラムを使用して行う。パール（Ｐａｒｒ）反応装置を使用して、各反応を１００℃にて６０分間加熱する。以下の表３は、この検討の結果を示す。グルコース０．２５グラムを反応に使用すると、最大量のアセトールが得られることが認められる。
【０１７７】
理論に制限されることなく、糖濃度が高い場合には、反応工程中の酸形成によりアセトールの生成が最小限に抑えられると考えられる。糖濃度が低い場合、ｐＨがアセトールの形成を引き起こすのに十分な高さである間、酸の形成には時間がかかる。
【０１７８】
【表３】
2020514390.tif 000006
【０１７９】
ＮａＯＨの４つの異なる濃度（０．２、０．１、０．０５及び０．０２５Ｍ）をアセトールの調製に使用する。以下の表４は、この検討の結果を示す。認められるように、ＮａＯＨ濃度が０．０２５Ｍの場合、最小量のアセトールが得られる。しかし、濃度が０．０２５Ｍから０．１Ｍに上昇すると、合成アセトールの質量も増加する。塩基の濃度が０．２Ｍに上昇すると、アセトールの量は減少する。塩基濃度がより低い他の反応と比較して、反応溶液は焦げた砂糖の臭いがすることに留意されたい。
【０１８０】
【表４】
2020514390.tif 000007
【０１８１】
ＮａＯＨとグルコースを使用したアセトールの合成に対する温度の効果について調べる。この目的のために、９０〜１４０℃の様々な温度が検討されている。９０℃、１００℃、１２０℃の反応温度での結果は同様であるが、１４０℃での反応では、温度の低い他の反応よりもアセトールが約２５％多く生成される。以下の表５は、この検討の結果を示す。
【０１８２】
【表５】
2020514390.tif 000008
【０１８３】
アセトールの合成に対する反応時間の効果も検討する。反応時間を６０〜７２０分で変化させながら、同一の条件を使用して反応を行う。以下の表６は、この検討の結果を示す。結果は、反応時間の延長により、アセトールの収率に大きな変化がないことを示している。
【０１８４】
【表６】
2020514390.tif 000009
【０１８５】
この検討の最後の部分では、以前の反応から得られた結果に基づいて、最適化された条件を使用して様々な反応を行う。反応Ａでは、ｐＨをおよそ１１〜１２で一定に維持しながら、グルコース１グラムを１００℃の還流下で０．０５Ｍ  ＮａＯＨと反応させる。この反応は、ｐＨが一定のまま変化しなくなるまで１２０分間続く。アセトールの収率は６．７ｍｇである。反応Ｂでは、パール（Ｐａｒｒ）容器を１００℃にて使用し、ＨＦＴＳ  ０．５グラムを０．０５Ｍ  ＮａＯＨ  ２５ｍＬと６０分間反応させる。アセトールの収率は３．４２ｍｇである。同じ反応を最適化条件下（０．１Ｍ  ＮａＯＨ及び１４０℃、６０分間）で行うと、アセトールの収率は１００％上昇して６．６９ｍｇ（Ｒｘｎ  Ｄ）となる。グルコース０．５グラムに最適化条件を適用した場合（Ｒｘｎ  Ｃ）も、同様の結果が得られる。アセトール収率は８．２ｍｇに増加する。同一の反応条件を使用するものの、グルコースの使用量を５０％少なくすると（０．２５グラム）、アセトールの収率は５．３２ｍｇに減少する。
【０１８６】
【表７】
2020514390.tif 000010
【０１８７】
要約すると、糖の種類、反応温度、反応時間、ｐＨ、塩基濃度及び糖濃度などの様々なパラメータは、反応糖及び水酸化ナトリウムからアセトールを合成するために最適化されている。０．１Ｍ水酸化ナトリウム及びグルコース０．５グラムを使用して１４０℃にて６０分間反応を行うと、アセトールの最高収率が得られることが示されている。塩基濃度が低い場合、又は糖濃度が高い場合、反応のｐＨは１２から６．５に急速に（１０分以内に）変化し得ることに注意されたい。また、高温（１４０℃）では、反応生成物が（アセトールと共に）少量のアセトインを含有することに留意されたい。重要なのは、ヒドロキシケトン（アセトイン）は、９０％を超える収率でバイオ技術手法を使用してグルコースから調製されていることに留意することである。しかし、公開されているグルコースからヒドロキシケトンへの化学変換は、約９％とはるかに低い。
【０１８８】
［実施例７］
ピラジンは、グルコースを炭素源として使用して生成される。
【０１８９】
上記の実施例６に示すように、アセトールは、０．１Ｎ  ＮａＯＨとグルコースを、最適条件を使用して反応させることによって合成できる（グルコース０．５グラムを０．１Ｎ  ＮａＯＨ  ２５ｍＬと１４０℃にて６０分間反応させる）。アセトールの収率は、グルコース重量に対して約２％であった。
【０１９０】
Ｎｏｄｚｕによる刊行物（Ｒ．Ｎｏｄｚｕ，Ｏｎ  ｔｈｅ  ａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｕｐｏｎ  ｈｅｘｏｓｅｓ，Ｔｈｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｃｅｔｏｌ  ｆｒｏｍ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｉｎ  ａｃｉｄｉｃ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ．Ｂｕｌｌ  Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ，１０，１２２−１３０，１９３５、参照により本明細書に組み入れられている。）は、ｐＨ６．５〜６．８の４０％ホスフェート緩衝溶液とグルコースとの、１００〜１２０℃の温度における反応から、収率４％（グルコースの重量に基づく）のアセトールを合成できることを示した。ｐＨ７．０〜７．１においてより高い収率のアセトールが得られ、ｐＨの低下にしたがって、アセトールの収率が低下することが示された。
【０１９１】
本実施例は、最初に、最適化条件下での０．１Ｎ  ＮａＯＨとグルコースとの反応によるアセトールの調製について説明する。次に反応混合物からアセトールを単離する方法を示す。最後に、アセトールアセトインを単離せずに上記の混合物をＮＨ４ＯＨと反応させて、異なる分枝ピラジンを合成できることを示す。
【０１９２】
グルコース、１−ＯＨ−アセトン（アセトール）、１−ＯＨ−２−ブタノン（アセトイン）、水酸化ナトリウム、水素二ナトリウムホスフェート／水酸化ナトリウム緩衝溶液ｐＨ＝１２、二塩基性カリウムホスフェート、一塩基性カリウムホスフェート、塩化ナトリウム、無水ナトリウムサルフェート、塩酸、メタノール及びジクロロメタンは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（ミズーリ州セントルイス）から入手する。
【０１９３】
アセトールの合成は、４０ｍＬ又は１．５Ｌ  パール（Ｐａｒｒ）容器で行う。アセトールを合成するには、０．１Ｎ  ＮａＯＨ又は緩衝溶液２５ｍＬにつきグルコース０．５グラムを混合する。各反応物を撹拌し、１４０℃にて６０分間の期間にわたって加熱する。すべての反応の初期ｐＨレベルは約１２であり、反応中に調整は行わない。各反応の完了後、混合物を冷却し、ＧＣとＨＰＬＣを使用してアセトールと糖の両方の量を測定する。アセトールの定量では、溶液２５ｍＬに内部標準としてアセトイン１ｍｇを添加し、ＤＣＭ  ３０〜３５ｍＬで抽出する。次に、抽出されたＤＣＭ溶液をナトリウムサルフェートで脱水し、ＧＣ／ＦＩＤで分析して定量する。
【０１９４】
ピラジンの合成は、同じパール（Ｐａｒｒ）容器で行う。反応は、糖と０．１Ｎ  ＮａＯＨの反応から合成したアセトールを反応させることで行う。この反応では、溶液２５ｍＬにつきＮＨ４ＯＨ  ０．２５、０．５又は１ｍＬのいずれかと反応させる。反応物は１２０℃又は１４０℃にて１７時間の期間で得る。次いで、各反応混合物を冷却し、ピラジンを抽出して定量する。各抽出において、ｄ６−２メチルピラジン０．２５ｍｇを内部標準として添加し、ＤＣＭ  ３０〜３５ｍＬを溶媒として溶液を抽出する。次に、ＤＣＭ溶液をナトリウムサルフェートで脱水し、ＧＣ／ＭＳによって分析して定量する。抽出したイオンを各ピラジンの定量に使用する。
【０１９５】
すべてのＧＣ／ＭＳ分析は、上記の実施例１で使用したものと同じ機器及び操作パラメータを使用して行う。ＭＳ  Ｗｉｌｅｙライブラリを使用して、各ピラジンを同定する。定量分析では、アセトールの濃度とアセトール／アセトインの応答係数比を使用して、検量線を作成する。ここでは９０、１００及び１２０℃で行ったいずれの反応でもアセトインが検出されないことに留意されたい。しかし、温度が１４０℃に設定されている反応では、アセトイン残留物が見出される。したがって、反応においてアセトイン濃度を求め、この値をすべての計算で考慮する。
【０１９６】
すべてのＨＰＬＣ／ＲＩ分離は、Ｗａｔｅｒｓ（マサチューセッツ州ミルフォード）のＳｕｇａｒ−Ｐａｋ（３００×６．５ｍｍ）カラムを使用して行う。クォータナリポンプ、屈折率（ＲＩ）検出器、オートサンプラ及び８０℃に設定したオーブンヒーターを装備したＡｇｉｌｅｎｔ  １１００シリーズＨＰＬＣを用いる。糖の分析のためのイソクラティック移動相は、０．００５％ＥＤＴＡ二ナトリウム二水和物である。これらの分析では流量を０．５ｍＬ／分に設定する。
【０１９７】
最初に、緩衝溶液を使用してアセトールを合成する。アセトール合成のためのグルコースと０．１Ｎ  ＮａＯＨ溶液の反応における溶液のｐＨの急激な変化により、ｐＨが１２の緩衝溶液（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈから購入）を０．１Ｎ  ＮａＯＨ溶液の代わりに、アセトールの合成で使用する。この検討において、２５ｍＬの水素二ナトリウムホスフェート／水酸化ナトリウム緩衝溶液ｐＨ＝１２を０．２５又は０．５グラムのグルコースと、１４０℃にて６０分間反応させる。結果は、合成を行うために緩衝溶液を使用する場合、反応生成物中のアセトールの濃度がはるかに高い（２×）ことを示している。以下の表８は、この検討の結果を示す。
【０１９８】
【表８】
2020514390.tif 000011
【０１９９】
同様の緩衝剤（Ｈ２Ｏ  １００ｍＬにＮａ２ＨＰＯ４  ７．１グラム及びＮａＯＨ  １グラムを混合、ｐＨ約１２及び緩衝能０．０５Ｎ）を調製して、１４０℃にて６０分間グルコースと反応させると、反応混合物はアセトールの存在を示さなかった。この反応を３回反復すると、アセトールはいずれの反応生成物にも見られない。しかし、同じｐＨで緩衝能が低い（０．０２５Ｎ）の類似の緩衝剤を使用すると、反応生成物中にアセトールが見られ、濃度は、０．１Ｎ  ＮａＯＨを使用した場合よりもはるかに高い。したがって、緩衝剤の種類、容量、ｐＨ及び反応温度は、グルコースを使用するアセトールの合成に効果を有する影響を与えることが判明する。
【０２００】
次に、グルコースとｐＨ６．５〜７．０の４０％リン酸緩衝液との反応におけるアセトール濃度を求める。４０％カリウムリン酸緩衝液ｐＨ＝６．５〜６．８  ２５ｍＬを、パール（Ｐａｒｒ）反応装置を使用して１４０℃にて６０分間、グルコース０．５又は１グラム反応させる。下の表９は、ｐＨ６．５〜６．８の４０％リン酸緩衝液（２５ｍＬ）と様々な濃度のグルコースとの反応から得られたアセトールの質量を示す。ここで、３−ＯＨ−２−ブタノンや１−ＯＨ−２−ブタノンなどの他の種類のヒドロキシケトンもこの反応で形成されることに留意されたい。これらのヒドロキシケトンの量は測定しない。図３は、グルコースを１４０℃にて６０分間リン酸緩衝液と反応させて、ＤＣＭで抽出したＧＣ／ＭＳ分析を示す。
【０２０１】
【表９】
2020514390.tif 000012
【０２０２】
次に、反応物３００ｍＬ及び１Ｌのグルコース濃度及びアセトール濃度を測定する。グルコース６グラムを０．１Ｎ  ＮａＯＨ  ３００ｍＬと１４０℃にて６０分間反応させる。反応物の冷却された後、溶液中のアセトール濃度及びグルコース濃度の両方を得る。反応物中に少量（０．９６４ｍｇ／ｍＬ）のグルコースが検出される。これは約５％未満の、未反応のままであるグルコースに相当する。以下の表１０は、この反応におけるアセトールの濃度を示す。アセトールの濃度は、２５ｍＬにつき約１２ｍｇであると判明する。高圧反応容器を使用して、０．１Ｎ  ＮａＯＨ  １リットル及びグルコース２０グラムを使用して、２回の追加反応を行う。どちらの両方の反応も１３０〜１４０℃にて６０分間行う。グルコース濃度及びアセトール濃度の両方を測定する。両方の１リットルの反応で、グルコース濃度は１ｍｇ／ｍＬ未満（０．９４５及び０．９５８ｍｇ／ｍＬ）である。以下の表１０は、各１リットルの反応におけるアセトールの濃度も示す。ここでも、アセトール濃度は２５ｍＬにつき約１２ｍｇである。
【０２０３】
【表１０】
2020514390.tif 000013
【０２０４】
次に、グルコースと０．１Ｎ  ＮａＯＨの反応からアセトールを単離する。０．１Ｎ  ＮａＯＨとグルコースの反応からアセトールを単離するために、様々な方法が使用される。蒸留によるピラジンの単離に関する以前の結果は、沸点が１４０℃のピラジンが反応混合物から単離されることを示した。したがって、１２０〜１４０℃に設定した蒸留装置を使用して、反応混合物からアセトールを単離する。この目的のために、０．１Ｎ  ＮａＯＨとグルコースの反応混合物１００ｍＬを１４０℃にて蒸留する。蒸留溶液４０ｍＬを収集した後、蒸留された物質と残存する物質の両方をＤＣＭで抽出する。ＧＣ／ＦＩＤ分析によって、１５〜２０％のみのアセトールが蒸留されるが、反応混合物中に８０〜８５％のアセトールが残存していることが示される。
【０２０５】
グルコースと４０％リン酸緩衝液の反応混合物を１４０℃にて６０分間蒸留すると、同様の結果が得られる。この蒸留では、蒸留中にフラスコに水を連続的に添加して、蒸留溶液の体積を一定に保つ。蒸留により溶液約１０ｍＬを収集した後、Ｈ２Ｏ約１０ｍＬを蒸留フラスコに添加して、失われた体積を補う。合計４×１０ｍＬの画分を収集する。アセトールは各画分中に認められる。ＤＣＭを用いた残存する反応混合物の分析により、溶液中にさらにアセトールが存在することが示される。この蒸留が数時間続けると、アセトールを単離することができる。
【０２０６】
第２の方法では、カラムクロマトグラフィーを使用して、反応混合物からアセトールを単離する。この目的のために、Ｃ１８（粒径４０〜６０μｍ及び細孔径９０Å）を備えた３０×２．０ｃｍのガラス（又は金属）カラム（最大１２〜１５ｃｍのみ充填）を使用してアセトールを単離する。カラムをメタノール、続いて０．１％ＦＡ溶液で洗浄した後、アセトールを含有する反応混合物２５ｍＬをカラムに通過させる。この単離中に、溶液すべてを収集する。溶液をカラム（画分１、２５ｍＬ）に押し通した後、脱イオンＨ２Ｏ  ２５ｍＬを使用してカラムから材料を洗い流す（画分２）。次に、清浄なＨ２Ｏがカラムから溶離されるまで（画分３）、カラムを追加のＨ２Ｏ  ２５ｍＬで洗浄する。次に、カラムをＮ２で乾燥させ、カラムに捕捉された残存する分析物を１００％ＭｅＯＨで溶離させる（画分４）。すべての画分をＤＣＭで抽出して、ＧＣ／ＦＩＤで分析する。結果は、大半のアセトールが画分１及び２によって溶離され、画分３及び４はアセトールを含有しないことを示す。ここで、反応混合物をＣ１８充填材に通過させた後、充填材を別の反応混合物の洗浄に使用することは非常に困難であることに留意されたい。充填材を洗浄することは非常に困難である。要約すると、反応生成物からヒドロキシケトンを単離することは、適時であり、費用がかかり得る。
【０２０７】
次に、最初にヒドロキシケトンを単離せずに、グルコース及び水酸化ナトリウムとＮＨ４ＯＨの反応生成物からピラジンを合成する。グルコース０．５グラム及び０．１Ｎ  ＮａＯＨ  ２５ｍＬを１４０℃にて６０分反応させてアセトールを調製した後、反応混合物がアセトール約１０〜１２ｍｇ／２５ｍＬ溶液を含有していたことが判明する。この目的のために、溶液２５ｍＬをＮＨ４ＯＨ  ０．５又は１ｍＬと１２０〜１４０℃にて１７〜１８時間反応させて、ピラジンの種類及びパーセント収率を求める。各反応を２回反復する。以下の表１１は、ＧＣカラムからの溶離時間を含む、検出されたピラジンの一覧を示す。ＮＨ４ＯＨの量を０．５ｍＬから１ｍＬに変更しても、結果は同様である。
【０２０８】
【表１１】
2020514390.tif 000014
【０２０９】
同様の反応を１リットル規模で行う。溶液１リットルを２バッチ準備する。各バッチにおいて、グルコース２０グラムを０．１Ｎ  ＮａＯＨ溶液１０００ｍＬと１４０℃にて６０分間反応させる。各溶液を冷却して、アセトール濃度を測定する。次に、一方の反応混合物にＮＨ４ＯＨ  ２０ｍＬを添加して、第２の反応混合物にＮＨ４ＯＨ  ４０ｍＬを添加する。各反応物を連続的に混合しながら、１２０〜１３０℃にて１７時間加熱する。反応物の冷却後、各反応物２５ｍＬに内部標準（ｄ６−２−メチルピラジン）を加え、ＤＣＭで抽出して各ピラジンの濃度及び分布を求める。残存する各反応溶液を蒸留し、個別に収集する。反応混合物５００ｍＬにつき約１２５ｍＬの蒸留溶液を収集する。次に蒸留溶液（１０ｍＬ）をＤＣＭで抽出し、ＧＣ／ＭＳで定量する。ピラジンの総質量は、溶液をＤＣＭで抽出しなかった場合よりも大きくなり、これは蒸留溶液中のピラジンの濃度が高いためである。ピラジンの分布は、両方の抽出物でほぼ同じである。ＮＨ４ＯＨをグルコースと０．１Ｎ  ＮａＯＨの反応混合物と反応させると、２−メチルピラジン及びピラジンの両方がすべての反応で大量に検出されることに留意されたい。蒸留後の残存する溶液の抽出物中には、ピラジンは検出されない。
【０２１０】
次に、最初にヒドロキシケトンを単離せずに、グルコース及びリン酸緩衝液とＮＨ４ＯＨの反応生成物からピラジンを合成する。ｐＨ＝６．５〜６．８のリン酸緩衝液とグルコース（それぞれ０．５又は１グラム、溶液Ａ及びＢ）の反応混合物２５ｍＬをＮＨ４ＯＨ  １ｍＬと、１４０℃にて１７時間反応させる。各反応物の冷却後、重水素化２−メチルピラジン（内部標準）０．２５ｍｇを各反応混合物に添加し、溶液をＤＣＭで抽出する。ＧＣ／ＭＳを使用して各抽出物を分析し、ピラジンの質量及びそのパーセント分布を計算する。これらの反応ではピラジンと２−メチルピラジンの両方が合成されるわけではないことに留意されたい。また、グルコース１グラムをリン酸緩衝液と反応させると、ピラジンの総質量は溶液Ｂで２０％高くなる。理論に制限されないが、これは溶液Ａと比較して溶液Ｂのアセトール濃度が高いためであると考えられる。図４は、１４０℃にて１７時間の、溶液Ｂ（１４０℃にて６０分間、４０％リン酸緩衝液２５ｍＬと反応させたグルコース１グラム）とＮＨ４ＯＨ  １ｍＬとの反応混合物から、ＤＣＭを使用して抽出したピラジンのＧＣ／ＭＳ分析を示す。比較のために、図５は、グルコース０．５グラムと１４０℃にて６０分間反応させた０．１Ｎ  ＮａＯＨの反応混合物２５ｍＬから、ＤＣＭを使用して抽出して、次いでＮＨ４ＯＨ  １ｍＬと１４０℃にて反応させた、ピラジンのＧＣ／ＭＳ分析を示す。この反応では、ピラジン及び２−メチルピラジンの両方が検出される。
【０２１１】
要約すると、アセトール（及び他のヒドロキシケトン）は、蒸留及びカラムクロマトグラフィーの両方を使用して、グルコース及び０．１Ｎ  ＮａＯＨの反応混合物から単離することができる。蒸留は時間及びエネルギーを多く消費するし、同時にクロマトグラフィーは非常に費用がかかり得る。しかし、アセトールを単離せずにピラジンを合成することは可能である。０．１Ｎ  ＮａＯＨとグルコースの反応から調製されたアセトールをＮＨ４ＯＨと１４０℃にて１７時間反応させると、一連のピラジンのアレイが生成された。ピラジンを蒸留によって単離した。この工程でピラジン及び２−メチルピラジンが合成されたことに留意されたい。しかし、グルコース及びリン酸緩衝液の混合物から調製したアセトールをＮＨ４ＯＨと反応させると、同様のピラジンが同様の分布で生成されたが、反応混合物中にピラジン又は２−メチルピラジンは検出されなかった。
【０２１２】
上述の記載に示した教示の利点を有する本発明が関係する分野の当業者は、本発明の多くの変更及び他の実施形態に想到する。従って、本発明は開示した具体的な実施形態に限定されず、変更及び他の実施形態は添付する特許請求の範囲内に含まれるものであることが理解される。本明細書では具体的な用語が用いられているが、該用語は一般的及び説明的な意味のみで使用され、限定を目的とするものではない。
【図１】
2020514390.tif 000015
【図２】
2020514390.tif 000016
【図３】
2020514390.tif 000017
【図４】
2020514390.tif 000018
【図５】
2020514390.tif 000019
【図６】
2020514390.tif 000020
【図７】
2020514390.tif 000021
【図８】
2020514390.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月24日(2020.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
【化１】
2020514390.tif 000023
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
【化２】
2020514390.tif 000024
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピラジンを形成する方法であって、
少なくとも１つのα−ヒドロキシケトン及び少なくとも１つの窒素源を含む反応溶液を入手すること、並びに
前記反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物が生成するのに十分な時間にわたって、該反応溶液を該反応温度に保つことを含む、方法。
【請求項２】
ピラジンを形成する方法であって、
少なくとも１つの糖及び少なくとも１つの緩衝剤を含む炭素源溶液を入手すること、
前記炭素源溶液を少なくとも窒素源と混合して、反応溶液を形成すること、並びに
前記反応溶液を反応温度まで加熱し、少なくとも１つの置換ピラジンを含む反応生成物が生成するのに十分な時間にわたって、前記反応溶液を該反応温度に保つことを含む、方法。
【請求項３】
以下の（ｉ）〜（ｉｉ）の少なくとも一つの条件：
（ｉ）少なくとも１つの糖が、グルコース、フルクトース、ラムノース及びその組合せからなる群から選択される、
（ｉｉ）緩衝剤が、水酸化ナトリウム、リン酸緩衝液及びその組合せからなる群から選択される、
を満たす、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
緩衝剤が、６．５〜７．５のｐＨ範囲で緩衝する、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
窒素源が、アミノ酸、アンモニウムイオン及びその組合せからなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
以下の（ｉ）〜（ｖ）の少なくとも一つの条件：
（ｉ）少なくとも１つの置換ピラジンが２置換されている、
（ｉｉ）少なくとも１つの置換ピラジンが３置換されている、
（ｉｉｉ）少なくとも１つの置換ピラジンが４置換されている、
（ｉｖ）少なくとも１つの置換ピラジンが、２個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、
（ｖ）少なくとも１つの置換ピラジンが、３個以上の炭素原子を有する少なくとも１個の置換基を含む、
を満たす、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの置換ピラジンが、
２，６−ジメチルピラジン；
２，５−ジメチルピラジン；
２−エチル−５−メチルピラジン；
２−エチル−６−メチルピラジン；
２，３，５−トリメチルピラジン；
２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；
２−エチル−２，５−ジメチルピラジン；
２，３，５，６−トリメチルピラジン；
２，３，５−トリメチル−６−エチルピラジン；
２，６−ジメチル−３−プロピルピラジン；
２，５−ジエチル−３，６−ジメチルピラジン；
２，６−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；
２，５−ジメチル−３−（２−メチルブチル）ピラジン；
２，５−ジメチル−３−（３−メチルブチル）ピラジン；
２，５−ジメチル−３−プロピルピラジン；
２，５−ジメチル−３−シス−プロペニルピラジン；
２−イソプロペニル−３，６−ジメチルピラジン；
２−（２−メチルプロピル）−３，５−ジメチルピラジン；
２，６−ジメチル−３−イソブチルピラジン；
２−（２−メチルプロピル）−３，５，６−トリメチルピラジン；
２，３−ジメチルピラジン；
トリメチルピラジン；
フラネオール；
２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；
テトラメチルピラジン；
２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；
２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；
２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；
２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；
３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン；
２，６−ジエチルピラジン；
２，５−ジエチルピラジン；
２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；
３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；
２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；
２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン；
トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；
２，５，７−トリメチル−６，７−ジヒドロ−５Ｈ−シクロペンタピラジン；及び
２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；並びに
その組合せからなる群から選択される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つのヒドロキシケトンが、アセトール又はアセトインを含む、請求項１又は５に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの置換ピラジンが、
２，３−ジメチルピラジン；
２，６−ジメチルピラジン；
２−エチル−６−メチルピラジン；
２−エチル−５−メチルピラジン；
トリメチルピラジン；
フラネオール；
２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；
２−エチル−３，５−ジメチルピラジン；
テトラメチルピラジン；
２，５−ジメチル−３−プロペニルピラジン；
２，３，５−トリメチル−６−イソプロピルピラジン；
２−アセチル−４，５−ジメチルピラジン；
３，５−ジメチル−２−メチルプロピルピラジン及び
その組合せからなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つのヒドロキシケトンが、１−ヒドロキシ−２−ブタノンを含む、請求項１又は５に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの置換ピラジンが、
２，６−ジエチルピラジン；
２，５−ジエチルピラジン；
２−エチル−３，５，６−トリメチルピラジン；
３，５（３，６−ジメチル）−２，Ｎ−プロピルピラジン；
２，５−ジエチル−３−メチルピラジン；
２，３−ジエチル−５−メチルピラジン；
２，３−ジエチル−５，６−ジメチルピラジン；
トランス−３−メチル−２，ｎ−プロピル−６（１−ブテニル）ピラジン；
２，５−ジメチル−３−エチルピラジン；及び
その組合せからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
フリーのアミノ酸、少なくとも１つのアルデヒド、又はそれらの組み合わせを反応溶液に添加することをさらに含む、請求項１及び５〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
アンモニウムイオンを反応溶液に添加することをさらに含む、請求項２〜７に記載の方法。
【請求項１４】
反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離することをさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
反応生成物から少なくとも１つの置換ピラジンを単離するステップが、前記反応生成物の液−液抽出、前記反応生成物の液−固抽出及び前記反応生成物の単純蒸留のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
反応温度が９０℃〜１５０℃である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
反応生成物が、ピラジン分子及びメチルピラジン分子を実質的に含まない、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの置換ピラジンをタバコ製品に組み入れることをさらに含む、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
タバコ製品が、喫煙品又は無煙タバコ製品である、請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2020514390.tif 000025
2020514390.tif 000026
2020514390.tif 000027
2020514390.tif 000028
2020514390.tif 000029
2020514390.tif 000030