СПОСОБЫ СЕЛЕКТИВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ ПИРАЗИНОВ
METHODS FOR SELECTIVE PRODUCTION OF SUBSTITUTED PYRAZINES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способам получения замещенных пиразинов. Особый интерес представляют способы селективного получения определенных замещенных пиразинов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Пиразины получают путем реакций (например, Майяра) источника углерода с азотсодержащими соединениями, такими как аминокислоты и основания (например, фосфат диаммония (ДАФ), NaOH). Во многих известных схемах синтеза, предназначенных для получения пиразинов, в качестве источника углерода используют сахара (например, фруктозу, глюкозу, смеси фруктоза/глюкоза, рамнозу). В настоящее время в абсолютном большинстве модельных реакций и обогащенных продуктов природного происхождения, из которых при нагревании можно получить богатые пиразинами составы, компонентами-источниками углерода являются сахара, такие как фруктоза, глюкоза, смеси фруктоза/глюкоза и рамноза. Было показано, что данные сахара служат источником углерода для образования структур ароматического кольца пиразина. См., например, заявку на патент США №№2004/0173228, автор Coleman, 2010/0037903 авторы Coleman и др., 2012/0152265 авторы Dube и др., 2012/0260929 авторы Coleman и др., 2013/0125907 авторы Dube и др., 2013/0337418 автор Anuradha, 2015/0040922 авторы Dube и др., и 2015/0122271 авторы Chen и др., патенты США №№. 5258194 авторы Anderson и др., 6298858 автор Coleman, 6325860 автор Coleman, 6440223 авторы Dube и др., 6499489 авторы Coleman, 6591841 авторы White и др., 6695924 авторы Dube и др., 8434496 авторы Chen и др., 8944072 авторы Brinkley и др., 8955523 авторы Coleman и др., 8991403 авторы Chen и др., 9010339 авторы Dube и др., 9254001 авторы Byrd и др., 9265284 авторы Junker и др. и 9402415 авторы Coleman и др. и 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, полное содержание каждой из указанных публикаций включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Наиболее часто в данных реакциях с сахаром(ами) и источником азота в качестве источника азота применяют гидроксид аммония и/или свободные аминокислоты, которые обеспечивают азотистую связь в структуре пиразина. См., например, 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. В данной реакции происходит образование сложной смеси множества замещенных пиразинов. В случае если в реакции получения пиразинов в качестве единственного источника углерода выступает сахар, молекулы пиразина и метилпиразина превалируют среди получаемых пиразинов, составляя зачастую намного больше, чем 60% от общего выхода пиразинов. Данная тенденция очевидна даже в случае, если с целью снижения количества получаемых молекул пиразина и метилпиразина в качестве сореагентов применяют свободные аминокислоты.
С точки зрения сенсорного восприятия молекулы пиразина и метилпиразина не обладают ни желаемыми сенсорными нотами, ни приемлемыми характеристиками летучести с целью их применения в табачных продуктах. Таким образом, в определенных видах применения их наличие в смеси пиразинов представляет собой нежелательную характеристику.
В связи с этим, существует потребность в разработке способов селективного получения определенных востребованных замещенных пиразинов в больших масштабах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предложены способы селективного получения определенных замещенных пиразинов. Способ селективного получения пиразинов может включать получение реакционного раствора, содержащего по меньшей мере один источник углерода, получаемый из табака (например, гидроксикетон и/или по меньшей мере один сахар, обработанный буфером) и по меньшей мере один источник азота, получаемый из табака (например, белок и/или аминокислоту), и нагревание реакционного раствора до температуры реакции и выдерживание реакционного раствора при температуре реакции в течение времени, достаточного для получения продукта реакции, содержащего по меньшей мере один замещенный пиразин. Источник азота может быть выбран из группы, состоящей из аминокислот, ионов аммония и их комбинации.
В различных вариантах реализации указанный по меньшей мере один замещенный пиразин может быть выбран из группы, состоящей из 2,6-диметилпиразина, 2,5-диметилпиразина, 2-этил-5-метилпиразина, 2-этил-6-метилпиразина, 2,3,5-триметилпиразина, 2-этил-3,5-диметилпиразина, 2-этил-2,5-диметилпиразина, 2,3,5,6-триметилпиразина, 2,3,5-триметил-6-этилпиразина, 2,6-диметил-3-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3,6-диметилпиразина, 2,6-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-пропилпиразина, 2,5-диметил-3-цис-пропенилпиразина, 2-изопропенил-3,6-диметилпиразина, 2-(2-метилпропил)-3,5-диметилпиразина, 2,6-диметил-3-изобутилпиразина, 2-(2-метилпропил)-3,5,6-триметилпиразина, 2,3-диметилпиразина, триметилпиразина, фуранеола, 2,5-диметил-3-этилпиразина, тетраметилпиразина, 2,3-диэтил-5-метилпиразина, 2,5-диметил-3-пропенилпиразина, 2,3,5-триметил-6-изопропилпиразина, 2-ацетил-4,5-диметилпиразина, 3,5-диметил-2-метилпропилпиразина, 2,6-диэтилпиразина, 2,5-диэтилпиразина, 2-этил-3,5,6-триметилпиразина, 3,5(3,6-диметил)-2,N-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3-метилпиразина, 2,3-диэтил-5,6-диметилпиразина, транс-3-метил-2,н-пропил-6(1-бутенил)пиразина, 2,5,7-триметил-6,7-дигидро-5Н-циклопентапиразина, и 2,5-диметил-3-этилпиразина, и их комбинации.
В некоторых вариантах реализации указанный по меньшей мере один замещенный пиразин является дизамещенным, тризамещенным или тетразамещенным. В некоторых вариантах реализации указанный по меньшей мере один замещенный пиразин содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 2 или более атомов углерода. В различных вариантах реализации указанный по меньшей мере один замещенный пиразин содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 3 или более атомов углерода.
В различных вариантах реализации способ селективного получения определенных замещенных пиразинов может дополнительно включать выделение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина из продукта реакции. Стадия выделения из продукта реакции указанного по меньшей мере одного получаемого из табака пиразина может, например, включать по меньшей мере одно из жидкостно-жидкостной экстракции продукта реакции, твердо-жидкостной экстракции продукта реакции и простой перегонки продукта реакции.
Способы согласно настоящему изобретению могут дополнительно включать введение в табачный продукт по меньшей мере одного замещенного пиразина. В некоторых вариантах реализации указанный табачный продукт может представлять собой курительное изделие. В некоторых вариантах реализации указанный табачный продукт может представлять собой бездымный табачный продукт.
В различных вариантах реализации настоящего изобретения предложен способ получения пиразинов, включающий получение реакционного раствора, содержащего по меньшей мере один альфа-гидроксикетон и по меньшей мере один источник азота, и нагревание реакционного раствора до температуры реакции и выдерживание реакционного раствора при температуре реакции в течение времени, достаточного для получения продукта реакции, содержащего по меньшей мере один замещенный пиразин. Различные варианты реализации способа могут дополнительно включать выделение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина из продукта реакции. В некоторых вариантах реализации указанный по меньшей мере один гидроксикетон может содержать ацетол, и указанный по меньшей мере один замещенный пиразин может быть выбран из группы, состоящей из 2,3-диметилпиразина, 2,6-диметилпиразина, 2-этил-6-метилпиразина, 2-этил-5-метилпиразина, триметилпиразина, фуранеола, 2,5-диметил-3-этилпиразина, 2-этил-3,5-диметилпиразина, тетраметилпиразина, 2,5-диметил-3-пропенилпиразина, 2,3,5-триметил-6-изопропилпиразина, 2-ацетил-4,5-диметилпиразина, 3,5-диметил-2-метилпропилпиразина и их комбинации. В некоторых вариантах реализации указанный по меньшей мере один гидроксикетон может содержать ацетоин, и указанный по меньшей мере один замещенный пиразин может представлять собой тетраметилпиразин. В различных вариантах реализации указанный по меньшей мере один гидроксикетон может содержать 1-гидрокси-2-бутанон, и указанный по меньшей мере один замещенный пиразин может быть выбран из группы, состоящей из: 2,6-диэтилпиразина, 2,5-диэтилпиразина, 2-этил-3,5,6-триметилпиразина, 3,5(3,6-диметил)-2,N-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3-метилпиразина, 2,3-диэтил-5-метил пиразина, 2,3-диэтил-5,6-диметилпиразина, транс-3-метил-2,н-пропил-6(1-бутенил)пиразина, 2,5-диметил-3-этилпиразина и их комбинации.
В различных вариантах реализации настоящего изобретения способ может дополнительно включать добавление свободной аминокислоты в реакционный раствор, содержащий по меньшей мере один альфа-гидроксикетон и по меньшей мере один источник азота. В некоторых вариантах реализации способ может дополнительно включать добавление по меньшей мере одного альдегида в реакционный раствор, содержащий по меньшей мере один альфа-гидроксикетон и по меньшей мере один источник азота.
В различных вариантах реализации настоящего изобретения предложен способ получения пиразинов, включающий получение раствора источника углерода, содержащего по меньшей мере один сахар и по меньшей мере один буфер, при том что из указанного по меньшей мере одного сахара может быть получено оптимизированное количество по меньшей мере одного гидроксикетона; смешивание раствора источника углерода с по меньшей мере источником азота с получением реакционного раствора; и нагревание реакционного раствора до температуры реакции и выдерживание реакционного раствора при температуре реакции в течение времени, достаточного для получения продукта реакции, содержащего по меньшей мере один замещенный пиразин. Различные варианты реализации способов в настоящем документе могут дополнительно включать выделение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина из продукта реакции. Указанный по меньшей мере один сахар может быть выбран из группы, состоящей из глюкозы, фруктозы, рамнозы и их комбинации. В некоторых вариантах реализации буфер может быть выбран из группы, состоящей из: гидроксида натрия, фосфатного буфера и их комбинации. В некоторых вариантах реализации буфер может создавать рН в диапазоне от примерно 6,5 до примерно 7,5. Способы согласно настоящему изобретению могут дополнительно включать добавление ионов аммония к реакционному раствору, включающему источник углерода, который содержит по меньшей мере один сахар и по меньшей мере один буфер.
Настоящее изобретение включает, не ограничиваясь ими, следующие варианты реализации:
Вариант реализации 1: Способ получения пиразинов, включающий: получение реакционного раствора, содержащего по меньшей мере один альфа-гидроксикетон и по меньшей мере один источник азота, и нагревание реакционного раствора до температуры реакции и выдерживание реакционного раствора при температуре реакции в течение времени, достаточного для получения продукта реакции, содержащего по меньшей мере один замещенный пиразин.
Вариант реализации 2: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный гидроксикетон включает ацетол.
Вариант реализации 3: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин выбран из группы, состоящей из: 2,3-диметилпиразина, 2,6-диметилпиразина, 2-этил-6-метилпиразина, 2-этил-5-метилпиразина, триметилпиразина, фуранеола, 2,5-диметил-3-этилпиразина, 2-этил-3,5-диметилупиразина, тетраметилпиразина, 2,5-диметил-3-пропенилпиразина, 2,3,5-триметил-6-изопропилпиразина, 2-ацетил-4,5-диметилпиразина, 3,5-диметил-2-метилпропилпиразина и их комбинации.
Вариант реализации 4: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный гидроксикетон включает ацетоин.
Вариант реализации 5: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин представляет собой тетраметилпиразин.
Вариант реализации 6: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный гидроксикетон включает 1-гидрокси-2-бутанон.
Вариант реализации 7: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин выбран из группы, состоящей из: 2,6-диэтилпиразина, 2,5-диэтилпиразина, 2-этил-3,5,6-триметилпиразина, 3,5(3,6-диметил)-2,N-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3-метилпиразина, 2,3-диэтил-5-метилпиразина, 2,3-диэтил-5,6-диметилпиразина, транс-3-метил-2,н-пропил-6(1-бутенил)пиразина, 2,5-диметил-3-этилпиразина, и их комбинации.
Вариант реализации 8: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанный источник азота выбран из группы, состоящей из аминокислоты, ионов аммония и их комбинации.
Вариант реализации 9: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий добавление свободной аминокислоты в реакционный раствор.
Вариант реализации 10: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий добавление по меньшей мере одного альдегида в реакционный раствор.
Вариант реализации 11: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий выделение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина из продукта реакции.
Вариант реализации 12: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанная стадия выделения указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина из продукта реакции включает по меньшей мере одно из жидкостно-жидкостной экстракции продукта реакции, твердо-жидкостной экстракции продукта реакции и простой перегонки продукта реакции.
Вариант реализации 13: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанная температура реакции составляет примерно от 90°С до примерно 150°С.
Вариант реализации 14: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин выбран из группы, состоящей из: 2,6-диметилпиразина, 2,5-диметилпиразина, 2-этил-5-метилпиразина, 2-этил-6-метилпиразина, 2,3,5-триметилпиразина, 2-этил-3,5-диметилпиразина, 2-этил-2,5-диметилпиразина, 2,3,5,6-триметилпиразина, 2,3,5-триметил-6-этилпиразина, 2,6-диметил-3-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3,6-диметилпиразина, 2,6-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-пропилпиразина, 2,5-диметил-3-цис-пропенилпиразина, 2-изопропенил-3,6-диметилпиразина, 2-(2-метилпропил)-3,5-диметилпиразина, 2,6-диметил-3-изобутилпиразина, 2-(2-метилпропил)-3,5,6-триметилпиразин, 2,3-диметилпиразина, триметилпиразина, фуранеола, 2,5-диметил-3-этилпиразина, тетраметилпиразина, 2,3-диэтил-5-метилпиразина, 2,5-диметил-3-пропенилпиразина, 2,3,5-триметил-6-изопропилпиразина, 2-ацетил-4,5-диметилпиразина, 3,5-диметил-2-метилпропилпиразина, 2,6-диэтилпиразина, 2,5-диэтилпиразина, 2-этил-3,5,6-триметилпиразина, 3,5(3,6-диметил)-2,N-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3-метилпиразина, 2,3-диэтил-5,6-диметилпиразина, транс-3-метил-2,н-пропил-6(1-бутенил)пиразина, 2,5,7-триметил-6,7-дигидро-5Н-циклопентапиразина, 2,5-диметил-3-этилпиразина и их комбинации.
Вариант реализации 15: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин является дизамещенным.
Вариант реализации 16: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин является тризамещенным.
Вариант реализации 17: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один замещенный пиразин является тетразамещенным.
Вариант реализации 18: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 2 или более атомов углерода.
Вариант реализации 19: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 3 или более атомов углерода.
Вариант реализации 20: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанный продукт реакции по существу свободен от молекул пиразина и молекул метилпиразина.
Вариант реализации 21: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий введение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина в табачный продукт.
Вариант реализации 22: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий введение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина в табачный продукт, причем указанный табачный продукт представляет собой курительное изделие или бездымный табачный продукт.
Вариант реализации 23: Способ получения пиразинов, включающий получение раствора источника углерода, содержащего по меньшей мере один сахар и по меньшей мере один буфер; смешивание раствора источника углерода с по меньшей мере источником азота с получением реакционного раствора; и нагревание реакционного раствора до температуры реакции и выдерживание реакционного раствора при температуре реакции в течение времени, достаточного для получения продукта реакции, содержащего по меньшей мере один замещенный пиразин.
Вариант реализации 24: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный сахар выбран из группы, состоящей из глюкозы, фруктозы, рамнозы и их комбинаций.
Вариант реализации 25: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанный источник азота выбран из группы, состоящей из аминокислоты, ионов аммония и их комбинаций.
Вариант реализации 26: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанный буфер выбран из группы, состоящей из: гидроксида натрия, фосфатного буфера и их комбинаций.
Вариант реализации 27: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанный буфер создает рН в диапазоне примерно 6,5 до примерно 7,5.
Вариант реализации 28: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий добавление ионов аммония в реакционный раствор.
Вариант реализации 29: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий выделение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина из продукта реакции.
Вариант реализации 30: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанная стадия выделения указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина из продукта реакции включает по меньшей мере одно из жидкостно-жидкостной экстракции продукта реакции, твердо-жидкостной экстракции продукта реакции и простой перегонки продукта реакции.
Вариант реализации 31: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанная температура реакции составляет примерно от 90°С до примерно 150°С.
Вариант реализации 32: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин выбран из группы, состоящей из: 2,6-диметилпиразина, 2,5-диметилпиразина, 2-этил-5-метилпиразина, 2-этил-6-метилпиразина, 2,3,5-триметилпиразина, 2-этил-3,5-диметилпиразина, 2-этил-2,5-диметилпиразина, 2,3,5,6-триметилпиразина, 2,3,5-триметил-6-этилпиразина, 2,6-диметил-3-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3,6-диметилпиразина, 2,6-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразина, 2,5-диметил-3-пропилпиразина, 2,5-диметил-3-цис-пропенилпиразина, 2-изопропенил-3,6-диметилпиразина, 2-(2-метилпропил)-3,5-диметилпиразина, 2,6-диметил-3-изобутилпиразина, 2-(2-метилпропил)-3,5,6-триметилпиразин, 2,3-диметилпиразина, триметилпиразина, фуранеола, 2,5-диметил-3-этилпиразина, тетраметилпиразина, 2,3-диэтил-5-метилпиразина, 2,5-диметил-3-пропенилпиразина, 2,3,5-триметил-6-изопропилпиразина, 2-ацетил-4,5-диметилпиразина, 3,5-диметил-2-метилпропилпиразина, 2,6-диэтилпиразина, 2,5-диэтилпиразина, 2-этил-3,5,6-триметилпиразина, 3,5(3,6-диметил)-2,N-пропилпиразина, 2,5-диэтил-3-метилпиразина, 2,3-диэтил-5,6-диметилпиразина, транс-3-метил-2,н-пропил-6(1-бутенил)пиразина, 2,5,7-триметил-6,7-дигидро-5Н-циклопентапиразина, 2,5-диметил-3-этилпиразина и их комбинаций.
Вариант реализации 33: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин является дизамещенным.
Вариант реализации 34: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин является тризамещенным.
Вариант реализации 35: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один замещенный пиразин является тетразамещенным.
Вариант реализации 36: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 2 или более атомов углерода.
Вариант реализации 37: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором по меньшей мере один указанный замещенный пиразин содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 3 или более атомов углерода.
Вариант реализации 38: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, в котором указанный продукт реакции по существу не содержит молекул пиразина и метилпиразина.
Вариант реализации 39: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий введение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина в табачный продукт.
Вариант реализации 40: Способ по любому из предыдущих вариантов реализации, дополнительно включающий введение указанного по меньшей мере одного замещенного пиразина в табачный продукт, причем указанный табачный продукт представляет собой курительное изделие или бездымный табачный продукт.
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны при прочтении следующего подробного описания совместно с сопутствующими чертежами, которые кратко описаны ниже. Настоящее изобретение включает любую комбинацию двух, трех, четырех или более указанных выше вариантов реализации, а также комбинации любых двух, трех, четырех или более признаков или элементов, изложенных в настоящем описании независимо от того, объединены ли в явном виде такие признаки или элементы в описании конкретного варианта реализации в настоящем описании. Настоящее описание предназначено для прочтения как единое целое, поэтому любые отделяемые признаки или элементы раскрытого изобретения в любом из его различных аспектов и вариантов реализации следует рассматривать, как предназначенные для комбинирования, если из контекста не следует явным образом иное.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
С целью обеспечения понимания вариантов реализации настоящего изобретения приведены ссылки на прилагаемые чертежи, которые необязательно представлены в масштабе, и на которых номера элементов относятся к компонентам иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения. Чертежи несут исключительно иллюстративную функцию, и их не следует толковать как ограничивающие настоящее изобретение.
На ФИГ. 1 представлена схема, описывающая способы селективного получения замещенных пиразинов;
на ФИГ. 2 представлена схема, описывающая способы селективного получения замещенных пиразинов;
на ФИГ. 3 представлен анализ методом ГХ/МС глюкозы в реакции с фосфатным буфером при 140°С в течение 60 мин и экстракцией дихлорметаном (ДХМ);
4
на ФИГ. 4 представлен анализ методом ГХ/МС пиразинов, экстрагированных ДХМ из реакционной смеси (1 грамм глюкозы, прореагировавшей с 25 мл 40% фосфатного буфера при 140°С в течение 60 минут) с 1 мл NHOH при 140°С в течение 17 часов;
4
на ФИГ. 5 представлен анализ методом ГХ/МС пиразинов, экстрагированных ДХМ из 25 мл реакционной смеси (0,1 н. NaOH, прореагировавший с 0,5 г глюкозы при 140°С в течение 60 мин) после реакции с 1 мл NHOH при 140°С;
на ФИГ. 6 представлен развернутый вид в перспективе курительного изделия, имеющего форму сигареты, с изображением курительного материала, компонентов оберточного материала и элементов фильтра сигареты;
на ФИГ. 7 представлен вид сверху варианта реализации бездымного табачного продукта, выполненный по ширине продукта, с изображением внешнего мешочка, заполненного табачным материалом; и
на ФИГ. 8 представлен вид в разрезе электронного курительного изделия, содержащего картридж и орган управления, включающий в себя резервуар, согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Здесь и далее будет приведено более подробное описание настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано во многих различных формах, и его не следует толковать как ограниченное вариантами реализации, изложенными в настоящем документе; напротив, данные варианты реализации представлены для того, чтобы настоящее раскрытие изобретения было подробным и целостным и полностью передавало объем настоящего изобретения специалистам в данной области техники. Используемые в настоящем описании и формуле изобретения неопределенные и определенные формы единственного числа включают в себя отсылку на множественное число, если из контекста явным образом не следует иное. Упоминание «процент сухого вещества» или «в пересчете на сухой вес» относится к массе в пересчете на сухие ингредиенты (т.е. все ингредиенты за исключением воды).
В настоящем изобретении представлены способы получения определенных пиразинов. Пиразины обладают множеством вкусовых характеристик, включая, но не ограничиваясь ими, ноты жаренного, поджаренного и ореховые ноты. Например, пиразины с производными циклопентила известны своими положительными органолептическими свойствами, присутствующими при очень низких уровнях, ppb (частей на миллиард). Пиразины получают путем нагревания смеси источников углерода и источников азота. Способы согласно настоящему изобретению не только минимизируют получение молекул пиразина и метилпиразина, но и направляют реакцию так, что в ходе нее контролируемым образом могут быть получены другие необходимые замещенные пиразины.
Селективное получение пиразинов с использованием источника углерода, отличного от сахара(ов)
Стандартно в реакциях получения пиразинов в качестве источника углерода применяют сахар(а). В данной области техники известно несколько путей реакции с использованием сахара(ов) с целью получения богатых пиразинами составов, включая: 1) гидролиз белков до свободных аминокислот с последующей реакцией данных свободных аминокислот с сахаром(ами), такими как глюкоза и/или высокофруктозный сироп; и 2) биотехнологический синтез свободных аминокислот с применением глюкозы и азота (например, ионов аммония) аминокислот с последующей реакцией данных свободных аминокислот с сахаром(ами), такими как глюкоза и/или высокофруктозный сироп. В случае если сахара используют в виде цельной молекулы, и они реагируют с источником азота (например, гидроксидом аммония, аминокислотами), то получают ряд пиразинов, включая молекулы пиразина и метилпиразина в качестве превалирующих пиразинов, с намного меньшим количеством диметилпиразинов и со значительно меньшим количеством высокомолекулярных пиразинов.
4
4
2
В контексте настоящего описания термин «молекулярный пиразин» относится к гетероциклическому органическому соединению с химической формулой CHN. В контексте настоящего описания он отличается от общего термина «пиразин(ы)», который относится к группе соединений, получаемых в реакции источника углерода с источником азота.
4
4
+
+
В контексте настоящего описания термин «источник азота» относится к азотсодержащему соединению, которое способно реагировать с источником углерода с получением по меньшей мере одного пиразина. В различных вариантах реализации источник азота может содержать ионы аммония (NH), аминокислоты, белки или их комбинацию. В некоторых вариантах реализации ионы аммония (NH) могут присутствовать за счет соединений, таких как гидроксид аммония, фосфат диаммония (ДАФ) и т.д. Аминокислоты могут быть получены путем гидролиза белка, например, в некоторых вариантах реализации аминокислоты могут быть выделены путем гидролиза белков, полученных из табака, как это описано в заявке на патент США №15/009199, автор Dube и др., поданной 28 января 2016 года, полное содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Другие содержащие азот соединения, которые известны в данной области техники и способны реагировать с источником углерода с получением по меньшей мере одного пиразина, могут также быть использованы в качестве источника азота в вариантах реализации настоящего изобретения, которые раскрыты в настоящем описании.
2
В различных вариантах реализации настоящего изобретения источник углерода может включать гидроксикетон. Гидроксикетон представляет собой функциональную группу кетона с примыкающей к ней (flanked by) гидроксильной группой. В двух основных классах гидроксикетонов гидроксильная группа может располагаться в альфа-положении (т.е. альфа-гидроксикетон, имеющий формулу RCR'(OH)(CO)R), или в бета-положении (т.е. бета-гидроксикетон, имеющий формулу RCR'(OH)CR(CO)R). Строение альфа- и бета-гидроксикетонов изображено ниже.
6
7
6
7
6
2
7
6
7
8
6
7
2
6
3
2
3
9
9
2
3
3
2
В различных вариантах реализации настоящего изобретения источник углерода может включать по меньшей мере один альфа-гидроксикетон. В различных вариантах реализации настоящего изобретения функциональные группы R и R' указанного по меньшей мере одного гидроксикетона могут представлять собой Н или заместитель, независимо выбранный из группы, состоящей из галогена (например, Cl, F или Br), ОН, необязательно замещенного С1-10 алкила, необязательно замещенного С1-10 алкокси, необязательно замещенного С2-4 алкенила, необязательно замещенного С2-4 алкинила, NRR, NRCOR, NRCOR, CRROR, CONRR, COR, CN, CF, NO, N, С1-3 алкилтио, RSO, RSO, CFS и CFSO. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения функциональные группы R и/или R' представляют собой С1-6 алкил.
Термин «алкил» в контексте настоящего описания означает насыщенную неразветвленную, разветвленную или циклическую углеводородную группу (т.е. циклоалкильные группы), а также ненасыщенные варианты примеров насыщенных соединений (например, пропенил). В конкретных вариантах реализации алкил относится к группам, содержащим от 1 до 10 атомов углерода («С1-10 алкил»). В дополнительных вариантах реализации алкил относится к группам, содержащим от 1 до 8 атомов углерода («С 1-8 алкил»), от 1 до 6 атомов углерода («С1-6 алкил») или от 1 до 4 атомов углерода («С1-4 алкил»). В других вариантах реализации алкил относится к группам, содержащим 3-10 атомов углерода («С3-10 алкил»), 3-8 атомов углерода («С3-8 алкил») или 3-6 атомов углерода («С3-6 алкил»). В отдельных вариантах реализации алкил относится к метилу, трифторметилу, этилу, пропилу, изопропилу, циклопропилу, бутилу, изобутилу, т-бутилу, пентилу, циклопентилу, изопентилу, неопентилу, гексилу, изогексилу, циклогексилу, циклогексилметилу, 3-метилпентилу, 2,2-диметилбутилу и 2,3-диметилбутилу.
3
2
2
2
3
2
3)
«Необязательно замещенный» в отношении замещающей группы относится к замещающим группам, необязательно замещенным одним или более фрагментами, выбранными из группы, состоящей из, например, галогена {например, Cl, F, Br и I); алкила {например, С1-10 алкила), галогенированного алкила {например, CF, 2-Br-этил, CHF, CHCl, CHCF или CFCF; C2-4 алкенила, C2-4 алкинила, гидроксила, амино, амидо, карбоксилата, карбоксамидо, карбамата, карбоната, мочевины, ацетата, алкиламино, ариламино, С1-10 алкокси, арила, аралкила, арилокси, нитро, азидо, циано, тио, алкилтио, сульфоната, сульфида, сульфинила, сульфо, сульфата, сульфоксида, сульфамида, сульфонамида, фосфоновой кислоты, фосфата, и/или фосфоната.
Термин «алкенил» в контексте настоящего описания означает алкильные фрагменты, причем по меньшей мере одна насыщенная связь С-С заменена на двойную связь. В конкретных вариантах реализации алкенил относится к группам, содержащим от 2 до 10 атомов углерода («С2-10 алкенил»). В дополнительных вариантах реализации алкенил относится к группам, содержащим от 2 до 8 атомов углерода («С2-8 алкенил»), от 2 до 6 атомов углерода («С2-6 алкенил») или от 2 до 4 атомов углерода («С2-4 алкенил»). В отдельных вариантах реализации алкенил может представлять собой винил, аллил, 1-пропенил, 2-пропенил, 1-бутенил, 2-бутенил, 3-бутенил, 1-пентенил, 2-пентенил, 3-пентенил, 4-пентенил, 1-гексенил, 2-гексенил, 3-гексенил, 4-гексенил или 5-гексенил.
Термин «алкинил» в контексте настоящего описания означает алкильные фрагменты, причем по меньшей мере одна насыщенная связь С-С заменена на тройную связь. В конкретных вариантах реализации алкинил относится к группам, содержащим от 2 до 10 атомов углерода («С2-10 алкинил»). В дополнительных вариантах реализации алкинил относится к группам, содержащим от 2 до 8 атомов углерода («С2-8 алкинил»), от 2 до 6 атомов углерода («С2-6 алкинил») или от 2 до 4 атомов углерода («С2-4 алкинил»). В отдельных вариантах реализации алкинил может представлять собой этинил, 1-пропинил, 2-пропинил, 1-бутинил, 2-бутинил, 3-бутинил, 1-пентинил, 2-пентинил, 3-пентинил, 4-пентинил, 1-гексинил, 2-гексинил, 3-гексинил, 4-гексинил или 5-гексинил.
Термин «алкокси» в контексте настоящего описания обозначает алкильные группы с прямой или разветвленной цепью, которые связаны через атом кислорода (т.е. -О-алкил), причем алкил соответствует описанию выше. В конкретных вариантах реализации алкокси относится к связанным через кислород группам, содержащим от 1 до 10 атомов углерода («С1-10 алкокси»). В дополнительных вариантах реализации алкокси относится к связанным через кислород группам, содержащим от 1 до 8 атомов углерода («С1-8 алкокси»), от 1 до 6 атомов углерода («С1-6 алкокси»), от 1 до 4 атомов углерода («С1-4 алкокси») или от 1 до 3 атомов углерода («С1-3 алкокси»).
Термин «гало» или «галоген» в контексте настоящего описания обозначает фтор, хлор, бром или йод.
2
2
Термин «амино» в контексте настоящего описания означает фрагмент, представленный структурой NR, и включает первичные амины, и вторичные и третичные амины, замещенные алкилом или арилом (т.е. алкиламино или ариламино, соответственно). Таким образом, R может обозначать два атома водорода, два алкильных фрагмента, два арильных фрагмента, один арильный фрагмент и один алкильный фрагмент, один атом водорода и один алкильный фрагмент или один атом водорода и один арильный фрагмент.
2
Алкил (амино) представляет собой фрагмент, представленный структурой -RNR, и включает алкильную группу, как определено выше, присоединенную к аминогруппе, как определено выше, причем указанный фрагмент присоединен к другой части молекулы через алкильную группу.
Термин «циклоалкил» означает неароматическое, моноциклическое или полициклическое кольцо, содержащее атомы углерода и водорода.
Термин «производное» в контексте настоящего описания означает соединение, которое получено из подобного исходного соединения путем присоединения иной молекулы или атома к исходному соединению. Дополнительно, производные в соответствии с настоящим изобретением включают в себя одно или более соединений, полученных из соединения-предшественника, путем добавления одного или более атомов или молекул или путем соединения двух или более соединений-предшественников.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения ацетоин был успешно применен в качестве предшественника для получения тетраметилпиразина (ТМП). В частности, ацетоин легко (successfully) вступал в реакцию с гидроксидом аммония и фосфорной кислотой (или фосфатом диаммония) с получением тетраметилпиразина (ТМП) при существенном количественном выходе (выход > 80%) и наличии значительной степени чистоты. Реакция между ацетоином и гидроксидом аммония обеспечивает получение практически исключительно ТМП с небольшим обнаруживаемым количеством молекул пиразина и метилпиразина или их отсутствием. В контексте настоящего описания термины «от небольшого до не обнаруживаемого количества», «по существу отсутствует», и «по существу равно нулю» применяют с целью указания на то, что идентифицированное соединение присутствует в количестве менее, чем 1,0% по массе, менее, чем 0,5% по объему или менее чем 0,1% по массе в пересчете на общую массу продукта реакции.
Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, полагают, что различные получаемые пиразины, синтезируемые в реакциях с сахаром(ами) в сравнении с ацетоином в качестве источника углерода, неожиданно указывают на то, что источник углерода определяет в значительной степени распределение пиразинов в реакциях между источниками углерода и источниками азота, такими как ионы аммония и/или аминокислоты. В частности, было неожиданно обнаружено, что применение различных гидроксикетонов в качестве источника углерода в реакциях для получения пиразинов позволяет получить заданным образом ряд конкретных замещенных пиразинов.
В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один замещенный пиразин, получаемый в соответствии со способами, описанными в настоящем описании, является дизамещенным. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один замещенный пиразин, получаемый в соответствии со способами, описанными в настоящем описании, является тризамещенным. В различных вариантах реализации по меньшей мере один замещенный пиразин, получаемый в соответствии со способами, описанными в настоящем описании, является тетразамещенным. В различных вариантах реализации по меньшей мере один замещенный пиразин, получаемый в соответствии со способами, описанными в настоящем описании, содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 2 или более атомов углерода. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один замещенный пиразин, получаемый в соответствии со способами, описанными в настоящем описании, содержит по меньшей мере одну замещающую группу, содержащую 3 или более атомов углерода.
В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один замещенный пиразин, получаемый в соответствии со способами, описанными в настоящем описании, представляет собой разветвленный пиразин. В контексте настоящего описания термин «разветвленный пиразин» относится к включению алкильной группы к пиразиновому кольцу, которая по природе является нелинейной, например, изобутильная, втор-бутильная и трет-бутильная группы вместо н-бутильной группы (это также подобным образом применимо к пропильной и пентильной группам). Как описано более подробно ниже, было неожиданно обнаружено, что путем изменения альфа-гидроксикетона, может быть задано распределение получаемых пиразинов. Например, использование в реакции ацетоина приводит к получению только тетраметилпиразина (примерно 99,5% или более высокой чистоты). Использование в реакции ацетола приводит к получению преимущественно диметилзамещенного пиразина (примерно 95% или с более высоким выходом пиразинов).
Как показано на ФИГ. 1, например, подвергнутые нагреванию составы, содержащие источники азота и по меньшей мере один гидроксикетон, позволяют получать пиразины. Богатые пиразинами растворы могут быть приготовлены различными путями. Например, один из способов может включать нагревание микроволновым излучением раствора, содержащего по меньшей мере одну аминокислоту и по меньшей мере один гидроксикетон. Как показано в операции 100 на ФИГ. 1 может быть, например, получен водный реакционный раствор, содержащий по меньшей мере одну аминокислоту и по меньшей мере один гидроксикетон. Как показано в операции 104 на ФИГ. 1 реакционный раствор, например, может быть нагрет до температуры реакции и выдержан при температуре реакции в течение времени реакции, которое достаточно для того, чтобы реагенты вступили в реакцию с получением пиразинов. Как показано в операции 106 на ФИГ. 1, например, пиразины могут затем необязательно быть выделены из продукта реакции с использованием простой перегонки или другой технологии разделения, известной в данной области техники.
В одном из вариантов реализации пиразины выделяют из продукта реакции, сначала применяя простую перегонку и получая дистиллят, содержащий преимущественно воду и пиразины. Данный дистиллят может затем быть подвергнут жидкофазной экстракции с циклогексаном. Количество циклогексана, используемое в жидкофазной экстракции, может составлять примерно половину количества используемого дистиллята. Например, при применении 10 л дистиллята можно использовать 5 л циклогексана. Жидкофазная экстракция дистиллята с циклогексаном может быть многократно повторена. В некоторых вариантах реализации жидкофазная экстракция дистиллята с циклогексаном может быть повторена по меньшей мере 5 раз. После жидкофазной экстракции циклогексан, содержащий экстрагированные пиразины, может быть осушен любым осушающим агентом, известным в данной области техники. Например, для сушки циклогексана могут быть применены сульфат натрия, гидроксид магния и/или молекулярные сита. После сушки пиразины могут быть выделены (т.е. циклогексан может быть удален) путем простой перегонки и/или ротационным выпариванием.
4
3
4
4
3
4
Как описано выше, применение различных гидроксикетонов в качестве источников углерода в реакции для получения пиразинов позволяет получить ряд специфических замещенных пиразинов. В некоторых вариантах реализации источник углерода включает ацетоин. Как описано более подробно ниже в примере 1, например, в случае если для получения пиразинов ацетоин служит в качестве единственного источника углерода в реакциях с источником азота (например, гидроксидом аммония (NHOH) и фосфорной кислотой (НРО), фосфатом диаммония и т.д.), то единственным получаемым пиразином является тетраметилпиразин. Кроме того, разветвленные пиразины, такие как изопропилпиразин, не синтезируют путем добавления аминокислот (таких как, например, лейцин или свободные аминокислоты из гидролизованного белка F1) в реакционную смесь, которая содержит ацетоин, NHOH и НРО. Нагревание реакционной смеси при более высоких температурах или в течение более длительного периода времени не влияет на результат (т.е. тетраметилпиразин (ТМП) будет единственным пиразином, синтезируемым из ацетоина). Следовательно, могут быть синтезированы источники углерода, отличные от ацетоина, если данным методом синтеза необходимо получение пиразинов, отличных от ТМП.
В некоторых вариантах реализации источник углерода может содержать 1-гидроксиацетон (также именуемый как 1-ОН-ацетон, ацетол или 1-гидрокси-2-пропанон). Ацетол, альфа-гидроксикетон, представляет собой самый простой гидроксикетон. Как описано более подробно ниже, ацетол может быть получен путем разложения различных Сахаров. Например, он может быть получен как промежуточное соединение в реакции Майяра (т.е. реакции сахара(ов) и аминокислот(ы) с целью получения пиразина), и затем ацетол может вступать в реакцию далее для получения других соединений. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения источник углерода может содержать 1-гидрокси-2-бутанон. Строение 1-ОН-ацетона и 1-ОН-2-бутанона представлено ниже. Следует отметить, что у 1-ОН-ацетона карбоксильная группа связана с одной стороны с метальной группой, а у 1-OH-2-бутанона карбоксильная группа связана с одной стороны с этильной группой. Не ограничиваясь теорией, данные структурные признаки обоих α,β-гидроксикетонов могут обуславливать строение получаемых пиразинов.
4
4
Как показано ниже в примере 2, например, реакция 1-гидроксиацетона в качестве источника углерода и NHOH в качестве источника основания и азота позволяет получить ряд пиразинов. В случае если 1-гидроксиацетон (ацетол) служит в качестве источника углерода, то можно получить ряд специфических алкил-замещенных пиразинов. Например, примеры пиразинов, получаемых в реакции 1-гидроксиацетона с NHOH, могут включать: 2,6-диметилпиразин, 2,5-диметилпиразин, 2-этил-5-метилпиразин, 2-этил-6-метилпиразин, 2,3,5-триметилпиразин, 2-этил-3,5-диметилпиразин, 2-этил-2,5-диметилпиразин, 2,3,5,6-триметилпиразин, 2,3,5-триметил-6-этилпиразин, 2,6-диметил-3-пропилпиразин, 2,5-диэтил-3,6-диметилпиразин, 2,6-диметил-3-(2-метилбутил)пиразин, 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразин, 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразин, 2,5-диметил-3-пропилпиразин, 2,5-диметил-3-цис-пропенилпиразин, 2-изопропенил-3,6-диметилпиразин, 2-(2-метилпропил)-3,5-диметилпиразин, 2,6-диметил-3-изобутилпиразин, 2-(2-метилпропил)-3,5,6-триметилпиразин, 2,3-диметилпиразин, триметилпиразин, фуранеол, 2,5-диметил-3-этилпиразин, тетраметилпиразин, 2,3-диэтил-5-метилпиразин, 2,5-диметил-3-пропенилпиразин, 2,3,5-триметил-6-изопропилпиразин, 2-ацетил-4,5-диметилпиразин и 3,5-диметил-2-метилпропилпиразин.
4
В случае если в качестве единственного источника углерода используют 1-гидрокси-2-бутанон, то могут быть получены пиразины, имеющие присоединенные этильные группы. Например, как показано ниже на примере 4, пиразины, синтезируемые в реакции с использованием 1-OH-2-бутанона и NHOH, могут включать 2,6-диэтилпиразин, 2,5-диэтилпиразин, 2-этил-3,5,6-триметилпиразин, 3,5(3,6-диметил)-2,N-пропилпиразин, 2,5-диэтил-3-метилпиразин, 2,3-диэтил-5,6-диметилпиразин, транс-3-метил-2,н-пропил-6(1-бутенил)пиразин и 2,5-диметил-3-этилпиразин.
В случае если в качестве источников углерода в реакциях с источниками азота применяют 1-гидроксиацетон (ацетол), 2-гидрокси-3-бутанон (ацетоин) и 1-гидрокси-2-бутанон, то в ряду получаемых структур и пиразинов молекулы пиразина и метилпиразина не образуются. Следует отметить, что другие гидроксикетоны могут быть применены для получения альтернативных рядов пиразинов. Использование различных гидроксикетонов в качестве источника углерода в реакциях получения пиразинов может не только минимизировать получение пиразинов и метилпиразинов, но также позволяет направлять реакцию так, что происходит получение заданным образом необходимого замещенного пиразина.
Как показано на ФИГ. 1 в операции 102 аминокислоты и/или альдегиды, например, могут необязательно быть добавлены к раствору реакционной смеси, содержащему по меньшей мере один гидроксикетон и источник азота. Как показано ниже на примере 3, например, добавление аминокислоты или заданного альдегида(ов) может увеличивать не только число синтезируемых пиразинов, но также может повышать выход пиразинов. Например, в определенных вариантах реализации реакционный раствор может содержать аминокислоту, выбранную из группы, состоящей из серина, аланина, лейцина, изолейцина, валина, треонина, фенилаланина и их комбинаций. Подобным образом любой алкилальдегид может быть применен для увеличения числа синтезируемых пиразинов, а также выход пиразинов. Например, в определенных вариантах реализации реакционный раствор может содержать алкилальдегид, выбранный из группы, состоящей из ацетальдегида, пропаналя, изопропанола, бутаналя, изобутаналя, вторичного бутаналя и их комбинаций.
Увеличенное время реакции и температура позволяют получить повышенный выход пиразинов до момента получения черной смолистой массы. Температура реакции может составлять, например, примерно 30°С или выше, примерно 90°С или выше, примерно 100°С или выше, примерно 120°С или выше, или примерно 140°С или выше. В некоторых вариантах реализации температура реакции может составлять, например, примерно от 90°С до примерно 150°С, или примерно от 120°С до примерно 140°С. Время реакции может составлять примерно 4 часа или больше, 8 часов или больше, примерно 12 часов или больше, 16 часов или больше или примерно 24 часов или больше. В различных вариантах реализации время реакции может составлять примерно от 4 до примерно 24 или примерно от 12 до примерно 20 часов. В некоторых вариантах реализации время реакции может составлять примерно 16 часов.
4
В различных вариантах реализации молярное соотношение гидроксикетона к источнику азота может влиять на выход пиразинов. Молярное соотношение гидроксикетон: источник азота (например, NHOH) может составлять, например, примерно 1:0.5, примерно 1:1, примерно 1:2 или примерно 1:2,5. В некоторых вариантах реализации соотношение гидроксикетона к источнику азота может составлять от примерно 1:0,5 до примерно 1:2,5 или от примерно 1:1 до примерно 1:2. В некоторых вариантах реализации гидроксикетона к источнику азота могут составлять примерно 1:2.
К увеличению количества пиразинов может также приводить повышение значения рН реакционного раствора. Желательный диапазон рН может составлять примерно 7,5 до примерно 10,5 или примерно 8,5 до примерно 9,5. В некоторых вариантах реализации рН реакционного раствора может составлять примерно 8,0 или выше, примерно 8,5 или выше, примерно 9,0 или выше или примерно 10,0 или выше. Небольшое добавление, например, NaOH или KOH может быть использовано для повышения рН реакционного раствора.
Селективное получение пиразинов с применением сахара(ов) в качестве источника углерода
В различных вариантах реализации настоящего изобретения селективное получение замещенных пиразинов оптимизировано с использованием по меньшей мере одного сахара (например, глюкозы, высокофруктозного табачного сиропа (HFTS)) в качестве источника углерода и ионов аммония, белков и/или аминокислот в качестве источника азота. Как описано выше различные пути реакций богатых пиразинами составов были в прошлом использованы для получения пиразинов с использованием сахара в качестве источника углерода. См., например, заявку на патент США №15/009199, автор Dube и др., поданную 28 января 2016 года, полное содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Однако, если для получения пиразинов в качестве единственного источника в реакциях с источником азота (например, гидроксидом аммония) применяют сахара, то среди получаемых пиразинов могут превалировать молекулы пиразина и метилпиразина. Данная тенденция очевидна даже в случае, если в качестве сореагентов применяют свободные аминокислоты. Было неожиданно обнаружено, что замещенные пиразины могут быть селективно получены путем корректировки значения рН источника углерода перед введением его к источнику азота.
Как показано на ФИГ. 2 подвергаемые нагреванию составы, содержащие аминокислоты и сахара, позволяют, например, получать пиразин. См., например, публикацию патента США №2010/0037903, автор Coleman III и др., и 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, полное содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки. Растворы богатые пиразинами могут быть приготовлены различными способами. Например, один из способов может включать нагревание микроволновым излучением раствора, содержащего по меньшей мере одну аминокислоту и по меньшей мере один сахар. Как показано в операции 120 на ФИГ. 2, может быть получен водный реакционный раствор, содержащий по меньшей мере одну аминокислоту и по меньшей мере один сахар. Как показано в операции 124 на ФИГ. 1, реакционный раствор, например, может быть нагрет до температуры реакции и выдержан при температуре реакции в течение времени реакции, достаточного для того, чтобы реагенты вступили в реакцию для получения пиразинов.
Как описано выше, ацетол, гидроксикетон, может быть получен путем разложения различных сахаров. Кроме того, в случае его применения в качестве источника углерода в реакциях с источником азота может быть получен ряд замещенных пиразинов, которые не включают в себя молекулы пиразина и метилпиразина. Соответственно, ацетол может быть основным промежуточным соединением в реакциях между сахаром(ами) и свободными аминокислотами и/или ионами аммония с целью получения пиразинов, содержащих разветвленные алкильные боковые цепи.
В литературных источниках указано, что 1-гидрокси-2-пропанон (ацетол) может быть получен из С6-сахара, такого как глюкоза и производное глюкозы, сорбитол. См., например, М. Н. Mohamad, et. al., «А 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 sugar to C3 chemicals, PhD Thesis, University of Missouri-Columbia, 2008; J. Hayami, Mechanism of ацетол 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; полное содержание каждой из которых включено в настоящее описание посредством ссылки. В данных ссылках приведено преобразование Сахаров в 1-гидрокси-2-пропанон с использованием фосфатных буферов при повышенных температурах, сильного основания, такого как NaOH при рН 11,5 с обратным холодильником, катализаторами Ni и палладием под давлением в среде водорода и катализатором хромитом меди в газообразном состоянии в гетерогенных реакциях. Хромит меди считается наилучшим катализатором. Для большинства реакций превращение субстратов составляло более чем 91%. Выход ацетола, в случае использования глицерола в качестве источника углерода, составлял 32,2% при 220°С, в случае использования сорбитола в качестве источника углерода, самый высокий выход составил 11,8% при 280°С, и в случае использования глюкозы в качестве источника углерода, самый высокий выход ацетола составил 8,99% при 280°С.
Целлюлозу преобразовывали в ацетол с 30%-ным выходом с использованием каталитической системы на основе Sn. См., например, F. Chambon и др., 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 the Groups 8 to 11, заявка на патент США, US 2013/028174 А1, 2013, полное содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.
В недавнем времени Novotny и др., (Czech J. Food Sci., 25, 119-130, 2007, которое включено в настоящее описание посредством ссылки) был проведен синтез α-гидроксикарбонильных и α-дикарбонильных соединений путем разложения моносахаридов. Они использовали три различные модели, включающие водный раствор пероксодисульфата калия, щелочного раствора пероксодисульфата калия и раствора гидроксида натрия, соответственно. В сумме путем метода ГХ/МС было обнаружено шесть α-гидроксикарбонильных и шесть α-дикарбонильных соединений. Максимальный выход α-гидроксикарбонила (гликольальдегида, ацетола, лактальдегида, глицеральдегида, 1,3-дигидроксиацетона и ацетоина), в случае реакции глюкозы или фруктозы с гидроксидом натрия, составил примерно 4%. Выход был намного ниже в водных растворах пероксодисульфата калия (0,32%) и щелочном растворе пероксодисульфата калия (1,1%). Ацетол и 1,3-дигидроксиацетон имели наибольший выход (2,52 и 1,02%, соответственно), в случае, если был использован гидроксид натрия.
Как показано ниже в примере 6, из сахара могут быть получены альфа-гидроксикетоны (например, ацетол), чтобы в конечном итоге их использовать в качестве источника углерода в реакциях сахара и аммония. Ацетол может быть выделен путем как перегонки, так и колоночной хроматографии для его последующего использования в качестве источника углерода в реакциях, приведенных в настоящем описании. Однако, обе технологии являются затратными по времени (перегонка) и дорогими (хроматография). В связи с этим, для получения пиразинов может быть более предпочтительным исключение необходимости выделения гидроксикетонов, получаемых из источника-сахара, перед использованием данных гидроксикетонов в реакциях с источником азота.
Как показано ниже в примере 7, например, было неожиданно обнаружено, что замещенные пиразины могут быть селективно получены из сахарного источника углерода без первичного выделения гидроксикетона (например, ацетола, ацетоина и т.д.), образующегося при разложении сахара(ов). Как показано в операции 110 на ФИГ. 2, например, обработкой сахара(ов) буфером до объединения сахара(ов) с источником азота может быть получен ряд пиразинов, отличный от ряда пиразинов, получаемых из реакции сахара(ов), которые не были предварительно обработаны буфером и источником азота. Указанные реакции могут быть оптимизированны таким образом, что из сахарного источника углерода будет получено максимальное количество ацетола и ацетолоподобных соединений. Не ограничиваясь теорией, роль буфера заключается в поддержании уровня рН так, чтобы при разложении сахара было получено максимальное количество гидроксикетона(ов) (например, ацетола, ацетоина и т.д.).
В некоторых вариантах реализации буфер может представлять собой буфер гидрофосфат натрия/гидроксид натрия с рН примерно 12. В различных вариантах реализации буфер может включать калий-фосфатный буфер с рН примерно от 6,5 до примерно 7,5. В некоторых вариантах реализации буфер может включать карбонат натрия, сульфит натрия, пероксодисульфат, фосфат натрия или их комбинации. Выбор типа буфера, буферная емкость, рН и температура реакции могут влиять на синтез гидроксикетонов из сахарного источника углерода и могут таким образом обуславливать ряд получаемых пиразинов, а также количество получаемых пиразинов из последующей реакции с источником азота.
В различных вариантах реализации буфер может создавать рН примерно в нейтральном или в щелочном диапазоне, в частности при рН выше чем примерно 6, выше чем примерно 8 или выше чем примерно 10 (например, примерно от 6 до примерно 12). Например, в некоторых вариантах реализации может быть создан рН сахарного источника углерода примерно от 11 до примерно 12. В некоторых вариантах реализации может быть создан рН сахарного источника углерода примерно от 6,5 до примерно 7,5.
Например, глюкоза является известным источником углерода для получения пиразинов. В случае ее применения в качестве молекулы в неизменном виде и вступления в реакцию с гидроксидом аммония, получают ряд пиразинов, включающий молекулы пиразина и метилпиразина в качестве превалирующих пиразинов с намного меньшими количествами диметилпиразинов и гораздо меньшими количествами высокомолекулярных пиразинов. В случае если глюкоза предварительно вступает в реакцию с NaOH при рН 12 с последующей реакцией с гидроксидом аммония, получают схожий ряд пиразинов. Однако было неожиданно обнаружено, что если глюкозу обработать калий-фосфатным буфером при рН 6,5 с последующей реакцией с гидроксидом аммония, то образуются исключительно диметилпиразины и высокомолекулярные пиразины, и, как следствие, исключается получение менее желательных молекул пиразина и метилпиразина.
Увеличенное время реакции между источником углерода из сахара(ов), содержащим буфер, и источником азота, а также повышенная температура позволяют достигать повышенного выхода пиразинов вплоть до момента получения черной смолистой массы. Температура реакции может составлять, например, примерно 30°С или выше, примерно 90°С или выше, примерно 100°С или выше, примерно 120°С или выше, или примерно 140°С или выше. В некоторых вариантах реализации температура реакции может составлять примерно от 90°С до примерно 150°С или примерно от 120°С до примерно 140°С. Время реакции может составлять, например, примерно 30 минут или выше, примерно 60 минут или выше, примерно 90 минут или выше или примерно 120 минут или выше. В различных вариантах реализации указанное время реакции может составлять примерно от 30 минут до примерно 150 минут или примерно от 60 минут до примерно 120 минут.
Повышенное значение рН реакционного раствора может также приводить к повышению количества пиразинов. Желательный диапазон рН может составлять примерно от 7,5 до примерно 10,5 или примерно 8,5 до примерно 9,5. В некоторых вариантах реализации рН реакционного раствора может составлять примерно 8,0 или выше, примерно 8,5 или выше, примерно 9,0 или выше или примерно 10,0 или выше. Небольшое добавление NaOH или KOH, например, может быть использовано для повышения уровня рН реакционного раствора.
4
4
4
4
В различных вариантах реализации настоящего изобретения, как например, представлено в операции 122 на ФИГ. 2, добавление NHOH к реакционному раствору аминокислота/сахар может увеличивать выход пиразинов. Молярное соотношение NHOH/caxap может иметь существенное влияние на выход пиразинов. Например, молярное соотношение сахара к NHOH примерно 6:1 до примерно 1:1 или примерно 5:1 до примерно 2:1 (например, примерно 5:1, примерно 2.5:1, примерно 2:1 или примерно 1.5:1) с последующим нагреванием позволяет получать богатые пиразинами составы. В некоторых вариантах реализации водный NHOH может быть медленно добавлен в ходе реакции в раствор аминокислота/сахар.
Различные сахара и аминокислоты влияют на тип образуемых пиразинов. См., например, 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, полное содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Например, лейцин и валин позволяют получать более разветвленные пиразины с полизамещенными боковыми цепями (subchains) и низким порогом восприятия запаха. Полизамещенные пиразины являются относительно более активными, чем пиразины, которые не являются разветвленными, и потому могут быть желательны в некоторых видах применения. Замещения в пиразине могут быть результатом используемой в реакции аминокислоты. Таким образом, преимущество может быть за выбором аминокислоты с разветвленными высокозамещенными боковыми цепями. В отношении Сахаров, рамноза может быть идеальным сахаром для получения пиразинов, за ней следует фруктоза, и затем глюкоза.
Как показано в операции 126 на ФИГ 2, например, по завершении реакции в некоторых случаях пиразины могут быть выделены из продукта реакции с применением простой перегонки, ротационного выпаривания или другой технологии разделения, известной в данной области техники. В некоторых вариантах реализации ротационное выпаривание может быть предпочтительным методом выделения при масштабировании процесса получения пиразинов табачного происхождения.
Применение замещенных пиразинов в табачных продуктах
Как описано выше, пиразины, получаемые в соответствии с настоящим изобретением, могут применяться в качестве компонентов (например, вкусоароматических веществ), включаемых, например, в табачные продукты. Табачный продукт, в который добавляют материалы согласно настоящему изобретению, может различаться и включать в себя любой продукт, выполненный с возможностью или приспособленный для доставки табака или его некоторых компонентов пользователю продукта. Примеры табачных продуктов включают в себя курительные изделия (например, сигареты), бездымные табачные продукты и устройства, генерирующие аэрозоль, которые содержат табачный материал или другой растительный материал, который не горит в процессе его использования.
В различных вариантах реализации настоящего изобретения пиразины могут быть введены в курительные изделия в виде вкусоароматического вещества в табачной композиции и/или в фильрующем элементе курительного изделия. Например, пиразины могут быть введены в ароматизаторы (top dressing) или при соусировании табачного продукта. На ФИГ. 6 представлено изображение курительного изделия 10 в форме сигареты, обладающего определенными показательными компонентами курительного изделия, которое может содержать продукты, полученные из целлюлозных сахарных материалов настоящего изобретения. Сигарета 10 включает в себя обычно цилиндрический стержень 12 с забитым (charge) или скрученным (roll) выкуриваемым начиночным материалом (например, примерно от 0,3 до примерно 1,0 г выкуриваемого начиночного материала, такого как табачный материал), содержащимся в оборачивающем его вокруг оберточном материале 16. Стержень 12 традиционно называется «табачный стержень». Концы табачного стержня 12 являются открытыми для подвергания воздействию выкуриваемого начиночного материала. Сигарета 10 изображена с наличием одной необязательной полосы 22 (например, наносимое покрытие, включающее пленкообразователь, такой как крахмал, этилцеллюлоза или альгинат натрия), наносимой на оберточный материал 16, и данная полоса опоясывает сигаретный стержень в направлении, поперечном продольной оси сигареты. Полоса 22 может быть нанесена на внутренней поверхности оберточного материала (т.е. напротив выкуриваемого начиночного материала), или, что менее предпочтительно, на внешней поверхности оберточного материала.
На одном конце табачного стержня 12 находится зажигательный конец 18 и со стороны мундштука 20 расположен фильтрующий элемент 26. Фильтрующий элемент 26 расположен смежно с одним концом табачного стержня 12, так что фильтрующий элемент и табачный стержень расположены соосно встык, предпочтительно впритык один к другому. Фильтрующий элемент 26 может иметь главным образом цилиндрическую форму, и его диаметр может по существу быть равен диаметру табачного стержня. Концы фильтрующего элемента 26 обеспечивают прохождение сквозь него воздуха и дыма. Фицелла 28 оборачивает фильтрующий элемент, а ободковый материал (не изображен) оборачивает фицеллу и часть внешнего оберточного материала 16 стержня 12, таким образом, обеспечивая прикрепление стержня к фильтрующему элементу 26.
Фильтрующий элемент согласно настоящему изобретению обычно содержит множественные продольно проходящие сегменты. Каждый сегмент может иметь различные свойства и может включать различные материалы, обеспечивающие фильтрацию или адсорбцию твердых частиц и/или соединений газовой фазы. Обычно фильтрующий элемент согласно настоящему изобретению включает от 2 до 6 сегментов, часто от 2 до 4 сегментов. В одном из предпочтительных вариантов реализации фильтрующий элемент включает в себя ротовой конечный сегмент, табачный конечный сегмент и полость между ними. Данное устройство фильтра иногда называют «фильтр с полостью» (compartment filter) или фильтр «plug/space/plug». Данная полость может быть разделена на две или более полостей, как более подробно описано ниже.
В различных вариантах реализации фильтрующий элемент может содержать адсорбент в виде материала из активированного угля, причем указанный активированный уголь способен удалять по меньшей мере один компонент газообразной фазы основного потока дыма и входит в состав фильтрующего элемента. В некоторых вариантах реализации фильтрующий элемент 26 может включать вентиляционные отверстия 30, которые проходят сквозь ободковую бумагу (не изображена) и фицеллу 28 и, таким образом, он обеспечивает разбавление воздухом вдыхаемого дыма. Вентиляционные отверстия 30 могут быть выполнены в виде отдельной линии перфорации, проходящей по окружности фильтрующего элемента 26, или могут состоять из нескольких линий перфорации. Очевидно, что точное число и размер вентиляционных отверстий 30 может варьироваться в зависимости от желаемого уровня разбавления воздухом.
В различных вариантах реализации настоящего изобретения пиразины, получаемые с помощью способов, раскрытых в настоящем описании, могут быть включены в бездымные табачные продукты в форме вкусоароматического вещества в бездымном табачном составе. Форма бездымного табачного продукта согласно настоящему изобретению может отличаться. В одном отдельном варианте реализации продукт находится в форме снюс-продукта, содержащего определенный табачный материал и вкусоароматическое вещество, содержащее пиразин, полученный с помощью способов согласно настоящему изобретению. Виды и способы изготовления составов табака типа снюс очевидны специалистам в области техники изготовления табачных продуктов снюс. Например, как показано на ФИГ. 7, иллюстративный пакетированный продукт 300 может содержать внешний водопроницаемый контейнер 320 в форме мешочка, который содержит определенную смесь 315, адаптированную для перорального применения. Не следует толковать как ограничивающие приведенные в данном описании ориентацию, размер и тип внешнего водопроницаемого мешочка, а также тип и природу композиции, адаптированную для перорального применения.
В различных вариантах реализации влагопроницаемый пакетик или мешочек может выполнять функцию контейнера для применения находящейся внутри него композиции. Как отмечено в данном описании, композиция/конструкция таких пакетиков или мешочков может быть различной, в частности как мешочка-контейнера 320 в варианте реализации, представленном на ФИГ. 7. Например, надлежащие пакетики, мешочки или контейнеры указанного типа, используемые для изготовления бездымных табачных продуктов, которые могут быть модифицированы в соответствии с настоящим изобретением, доступны под торговыми марками CatchDry, Ettan, General, Granit, Goteborgs Rape, Grovsnus White, Metropol Kaktus, Mocca Anis, Mocca Mint, Mocca Wintergreen, Kicks, Probe, Prince, Skruf and TreAnkrare. Тип мешочка продукта, подобного по форме и виду различным вариантам реализации пакетированного продукта, приведенного в настоящем описании, доступен на рынке под наименованием ZONNIC (реализиумый Niconovum АВ). Дополнительно, продукты по типу мешочка, в целом подобные по форме и виду различным вариантам реализации пакетированного продукта, представлены в качестве композиций нюхательного табака в мешочке Е-J в примере 1 международной публикации заявки РСТ 2007/104573 на имя Axelsson и др., включенной в настоящее описание посредством ссылки, которые изготавливают с использованием вспомогательных веществ и условий обработки, подходящих дл применения для изготовления пакетированных продуктов, как показано в настоящем описании.
Количество материала, содержащегося в каждом мешочке, может различаться. В более малых вариантах реализации масса сухого материала в каждом мешочке составляет по меньшей мере примерно от 50 мг до примерно 150 мг. В более крупных вариантах реализации масса сухого материала в каждом мешочке предпочтительно не превышает примерно от 300 мг до примерно 500 мг.
В некоторых вариантах реализации каждый мешочек/контейнер может вмещать внутри себя вкусоароматическую добавку, как более подробно описано в патенте США №7861728, автор Holton, Jr. и др., который включен в настоящее описание посредством ссылки. Вкусоароматическая добавка может содержать вкусоароматическое вещество, содержащее пиразин, полученный посредством способов согласно настоящему изобретению, как описано выше. При необходимости внутри каждого мешочка могут содержаться другие компоненты. Например, внутри каждого мешочка совместно с по меньшей мере одной капсулой или без нее может быть помещена по меньшей мере одна ароматизированная полоска, кусок или лист ароматизированного вододиспергируемого или водорастворимого материала (например, освежающий дыхание съедобный пленочный тип материала). Такие полоски или листы могут быть сложены или смяты для их непосредственного размещения внутри пакета. См., например, типы материалов и технологии, приведенные в патентах США №№6887307, автор Scott и др., и 6923981, автор Leung и др., и The EFS A Journal (2004) 85, 1-32; которые включены в настоящее описание посредством ссылки.
В различных вариантах реализации внешний водопроницаемый мешочек может содержать ПЛА или иные материалы для мешочка, известные в данной области техники. Описание различных компонентов продуктов типов снюс и их компонентов также приведены в публикации заявки на патент США №2004/0118422, автор Lundin и др., которая включена в настоящее описание посредством ссылки. См. также, например, патенты США №№4607479, автор Linden, 4631899, автор Nielsen, 5346734, автор Wydick и др., и 6162516, автор Derr, и публикацию патента США №2005/0061339, автор Hansson и др., каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки. См. также типы пакетов, приведенные в патенте США №5167244, автор Kjerstad, который включен в настоящее описание посредством ссылки. Продукты типа снюс могут быть произведены с помощью оборудования, такого как доступное в виде SB 51-1/Т, SBL 50 и SB 53-2/Т от Merz Verpackungmaschinen GmBH. Мешочки со снюсом могут быть представлены в виде индивидуальных мешочков или множества мешочков (например, 2, 4, 5, 10, 12, 15, 20, 25 или 30 мешочков) и могут быть соединены или связаны вместе (например, встык), так что единичный пакет или индивидуальная порция могут быть легко отделены для применения из однорядной полосы или матрицы с мешочками.
Настоящее изобретение не ограничено бездымными табачными продуктами типа снюс. Например, смесь табачного материала и вкусоароматических веществ, содержащих по меньшей мере один пиразин, полученный посредством способов, приведенных в настоящем описании, может быть введена внутрь различных бездымных табачных форм, таких как рассыпчатый влажный нюхательный табак, рассыпчатый сухой нюхательный табак, жевательный табак, гранулированные частицы табака, экструдированные табачные полоски или частицы, тонко измельченные или размолотые агломераты порошкообразных частиц и компонентов, хлопьеобразные кусочки (например, которые могут быть образованы путем агломерации компонентов табачного состава в установке псевдоожиженного слоя), формованные кусочки табака (например, образованные в форме монеты, цилиндра, шарика, куба или тому подобных), кусочки жевательной резинки, содержащей табак, продукты с введением смеси съедобного материала, объединенные с кусочками табака и/или табачным экстрактом, продукты с введением табака (например, в виде табачного экстракта), наносимых на твердую несъедобную основу и тому подобное. Например, бездымный табачный продукт может иметь вид прессованных табачных пеллет, многослойных экструдированных частиц, экструдированных или формованных стержней или палочек, композиций, имеющих один тип табачного состава, окруженный другим типом табачного состава, скрученные лентовидные пленки, легко растворимые или диспергируемые в воде пленки или полоски (см., например, публикацию заявки на патент США №2006/0198873, автор Chan и др.), или капсулоподобные материалы, имеющие внешнюю оболочку (например, мягкую или твердую внешнюю оболочку, которая может быть чистой (clear), бесцветной, прозрачной или интенсивно окрашенной по своей природе) и внутренний участок, содержащий табак или табачный ароматизатор (например, ньютоновская жидкость или тиксотропная жидкость с введением табака какого-либо вида).
В некоторых вариантах реализации бездымные табачные продукты согласно настоящему изобретению могут иметь вид пастилки, таблетки, микротаблетки или другого продукта в виде таблетки. См., например, типы составов пастилок и технологий изготовления форм или производства пастилок, приведенных в патентах США №№4967773, автор Shaw, 5110605, автор Acharya, 5733574, автор Dam, 6280761, автор Santus, 6676959, автор Andersson и др., 6248760, автор Wilhelmsen, и 7374779, автор, публикации патентов США №№2001/0016593, автор Wilhelmsen, 2004/0101543, автор Liu и др., 2006/0120974, автор Mcneight, 2008/0020050, автор Chau и др., 2009/0081291, автор Gin и др. и 2010/0004294, автор Axelsson и др., которые включены в настоящее описание посредством ссылки.
В зависимости от типа производимого бездымного табачного продукта табачный продукт может содержать один или более дополнительных компонентов помимо табачного материала и вкусоароматических веществ, содержащих по меньшей мере один пиразин, полученный способом согласно настоящему изобретению. Например, табачный материал и вкусоароматические вещества, полученные из табака, могут быть обработаны, перемешаны, изготовлены в виде готовой смеси, объединены и/или смешаны с другими материалами или ингредиентами, такими как другие табачные материалы или вкусоароматические вещества, наполнители, связующие вещества, регуляторы рН, буферные агенты, соли, подсластители, красители, добавки, повышающие распадаемость, смачивающие реагенты и консерванты (любой из которых может представлять собой инкапсулированный ингредиент). См., например, указанные типичные компоненты, комбинации компонентов, относительные количества указанных компонентов и ингредиентов, имеющих отношение к табаку, а также виды и способы применения указанных компонентов, приведенные в публикации патентов США №№2011/0315154, автор Mua и др., и 2007/0062549, автор Holton, Jr. и др., и патенте США №7861728, автор Holton, Jr. и др., каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки.
В различных вариантах реализации по меньшей мере один пиразин, полученный способами, описанными в настоящем описании, может быть введен в бездымные табачные продукты в виде вкусоароматического вещества в электронное курительное изделие. На данный момент предложено множество курительных продуктов, генераторов запахов и медицинских ингаляторов, которые используют электрическую энергию для испарения или нагрева высоколетучих материалов или направлены на обеспечение ощущения выкуривания сигареты, сигары или курительной трубки без сжигания табака в значительной степени. См., например, различные альтернативные курительные изделия, устройства доставки аэрозоля и нагревательные источники, приведенные в разделе уровня техники, описанного в патенте США №7726320, автор Robinson и др., публикации патентов США №№2013/0255702, автор Griffith Jr. и др., 2014/0000638, автор Sebastian и др., 2014/0060554, автор Collett и др., 2014/0096781, автор Sears и др., 2014/0096782, автор Ampolini и др., и 2015/0059780, автор Davis и др., полное содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.
На ФИГ. 8 изображен пример варианта реализации электронного курительного изделия 200. Как показано в данном случае, орган управления 202 может быть образован корпусом органа управления 201, который включает в себя управляющий элемент 206, датчик потока 208, батарею 210 и LED 212. Картридж 204 может быть образован корпусом картриджа 203, содержащим резервуар 244, который имеет гидравлическое сообщение с транспортирующим жидкость элементом 236, прикрепленным к фитилю, или иным образом транспортирует в нагреватель 234 композицию предшественника аэрозоля, располагаемую в резервуаре. Отверстие 228 может присутствовать в оболочке картриджа 203 для обеспечения выхода сформированного аэрозоля из картриджа 204. Такие компоненты представляют собой типичные компоненты, которые могут присутствовать в картридже и быть направленными на ограничивание объема компонентов в картридже, которые содержатся в настоящем раскрытии изобретения. Картридж 204 может быть приспособлен для присоединения к органу управления 202 за счет тугой посадки между выступом органа управления 224 и гнезда картриджа 240. Такое присоединение позволяет обеспечить стабильное соединение между органом управления 202 и картриджем 204, а также позволяет установить электрический контакт между батареей 210 и управляющим элементом 206 в органе управления и нагревателем 234 в картридже. Картридж 204 также может включать в себя один или более электронных компонентов 250, которые могут включать ИС, запоминающее устройство, датчик или тому подобные. Электронный компонент 250 может быть приспособлен для обмена сигналами с управляющим элементом 206. Различные компоненты электронного курительного устройства в соответствии с настоящим раскрытием изобретения могут быть выбраны из компонентов, описанных в данной области техники и являющихся коммерчески доступными.
В различных вариантах реализации композиция предшественника аэрозоля может содержать вкусоароматическое вещество, содержащее по меньшей мере один пиразин, полученный способами согласно настоящему изобретению. Примеры составов для материалов предшественника аэрозоля, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим раскрытием изобретения, описаны в патенте США №7217320, автор Robinson и др., публикациях патентов США №№. 2013/0008457, автор Zheng и др., 2013/0213417, автор Chong и др., 2014/0060554, автор Collett и др., и 2014/0000638, автор Sebastian и др., полное содержание раскрытия которых включено в настоящее описание посредством. Другие предшественники аэрозоля, которые могут содержать полученные из табака пиразины, приведенные в настоящем описании, включают в себя предшественники аэрозоля, которые входят в продукт VUSE от R. J. Reynolds Vapor Company, продукт BLU™ от Imperial Tobacco, продукт MISTIC MENTHOL от Mistic Ecigs и продукт VYPE от CN Creative Ltd. Также подходящими являются так называемые «курительные соки» для электронных сигарет, которые доступны в Johnson Creek Enterprises LLC.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Аспекты настоящего изобретения более подробно пояснены в следующих примерах, которые приведены с целью описания определенных иллюстративных аспектов настоящего изобретения и которые не следует рассматривать как его ограничивающие.
Пример 1
Пиразины получали с использованием ацетоина (3-гидрокси-2-бутанон) вместо сахара(ов) в качестве источника углерода в реакциях с аммиаком.
3
4
4
3
4
Ацетоин, гидроксид аммония (28-30%), лейцин, дихлорметан и фосфорную кислоту (НРО) приобретали у Sigma-Aldrich (St. Louis, МО). Белок F1 приобретали у R.J. Reynolds Tobacco Co. (Winston-Salem, NC) и подвергали гидролизу. Массовая доля гидролизованных аминокислот в общем гидролизованном растворе находилась в диапазоне 50-55%. Все реакции синтеза пиразинов проводили в сосуде Parr емкостью 40 мл. В каждой реакции 0,8 грамм ацетоина смешивали с 1,8 мл NHOH и 0,6 мл НРО, и затем добавляли достаточное количество гидролизованного белка F1 (20 мл) для доведения массы аминокислот до 0,4 грамм. Например, в случае если в 1 литре раствора гидролизовали 40 грамм белка F1, то массовая доля аминокислот в растворе составляла до 50%, что равно 20 граммам аминокислот в 1 литре раствора. Для того чтобы использовать 0,4 г аминокислот в реакции, в химический реактор добавляли только 20 мл вышеуказанного раствора. В некоторых реакциях вместо гидролизованного белка F1 в качестве источника аминокислоты использовали лейцин и для корректировки объема добавляли только 20 мл воды. Для всех растворов значение рН доводили до 8,0 и затем начинали реакцию. После завершения каждой реакции смесь экстрагировали 30 мл дихлорметана (ДХМ). Далее 200 мкл экстракта ДХМ разбавляли до 1 мл с использованием ДХМ и анализировали с помощью метода ГХ/МС.
Все анализы методом ГХ/МС выполняли на 6890 GC, оснащенном 5973 масс-селективным детектором (MSD) от Agilent (Wilmington, DE). Разделение проводили с помощью капилярной колонки DB-WAXTER (длиной 30 м × 250 мкм I.D. с толщиной пленки 0,25 мкм) от J&W (Wilmington, DE). Каждый из анализов проводили при следующих рабочих параметрах:
Температура инжектора
260°С
Промывочный клапан
3 мл/мин
Время промывки
1 мин
Общий поток
24 мл/мин
Постоянный поток
1 мл/мин
Объем вводимой пробы
2 мкл, деление потока 1:20
Начальная температура термостата
50°С
Начальное время термостата
3 мин
Скорость нагрева термостата
15°С/мин
Конечная температура термостата
250°С
Конечное время термостата
1 мин
Темп, переходной линии МСД
260°С
Для идентификации каждого из пиразинов использовали библиотеку MS Wiley.
4
3
4
В первой реакции ацетоин (0,8 грамм) подвергали взаимодействию с NHOH (1,8 мл) и НРО (0,6 мл) при рН=8 при 90°С в течение 12-15 часов. Более чем 90% ацетоина преобразовалось в тетраметилпиразин (ТМП). Далее реакцию повторяли с использованием идентичных условий но вместо нагревания реакционной смеси при 90°С в течение 12-15 часов, ее нагревали только в течение 4 часов при 120°С. Результаты были подобны тем, что получали при 90°С и 12-15 часах.
4
3
4
2
R
R
Далее для того, чтобы определить образовались ли разветвленные пиразины, к реакционной смеси добавляли аминокислоты (лейцин). Для данной цели 0,8 грамм ацетоина + 1,8 мл NHOH + 0,6 мл НРО и 0,25 грамм лейцина смешивали с 20 мл HO и рН корректировали до 8. Затем реакционную смесь нагревали в течение 18 часов при 120°С и затем реакционную смесь экстрагировали 30 мл ДХМ и анализировали с помощью метода ГХ/МС. Был обнаружен только ТМП (t = 8,2 мин) и небольшое количество ацетоина (t = 6,1 мин). Наличие разветвленных пиразинов не обнаружено.
2
Далее проводили подобную реакцию, но в реакции вместо лейцина и HO использовали 20 мл гидролизованного белка F1. Указанную реакцию проводили в сосуде Parr при 120°С в течение 18 часов. После охлаждения реакционной смеси с целью экстракции пиразинов использовали 30 мл ДХМ. В этот раз разветвленные пиразины также не были обнаружены, присутствовал только ТМП.
4
3
4
Для определения того, прореагировал ли аммоний со всем ацетоином, с целью предотвращения вступления в реакцию аминокислот(ы) с ацетоином, вместо NHOH использовали другой источник основания (NaOH) для поддержания основных условий реакции, рН > 8. Для данной цели проводили две реакции. В первой реакции 0,8 грамм ацетоина смешивали с 0,25 грамм лейцина и 20 мл 0,1 н. NaOH (рН= 12), во второй же реакции рН корректировали до значения 8,2 с помощью НРО. Обе реакционные смеси нагревали при 120°С в течение 8 часов с использованием сосуда Parr. После охлаждения реакционной смеси содержимое реакционной смеси подвергали экстракции посредством ДХМ и анализировали методом ГХ/МС. Присутствие пиразинов, и даже ТМП, не было обнаружено.
4
Указанные выше реакции показывают, что добавление аминокислот в реакционную смесь ацетоина и NHOH не ведет к получению разветвленных пиразинов. Кроме того, обнаружено, что ацетоин не представляет собой ключевое промежуточное соединение в реакциях между сахаром(ами) и свободными аминокислотами для получения пиразинов, содержащих разветвленные алкильные боковые цепи.
Пример 2
Источники углерода в виде гидроксикетона, отличающиеся от ацетоина, применяли для селективного получения пиразинов, отличных от ТМП.
3
4
1-ОН-ацетон, 1-OH-2-бутанон, гидроксид аммония (28-30%), фосфорная кислота (НРО), изолейцин, треонин и изовалерьяновый альдегид были получены от Sigma-Aldrich (St. Louis, МО). Белки F1, выделяемые из растения рода Nicotiana, были получены от R.J. Reynolds Tobacco Co. (Winston-Salem, NC) и проведен их гидролиз с целью получения аминокислот. Массовая доля гидролизованных аминокислот в общем гидролизованном растворе находились в диапазоне 50-55%.
4
2
3
4
Все реакции синтеза пиразинов проводили в сосуде Parr объемом 40 мл. В каждой реакции 1 грамм 1-ОН-ацетона или 1-OH-2-бутанона смешивали с 0,25, 0,5, 1 и 1,25 мл NHOH и 10 мл НО. Каждую реакционную смесь перемешивали и нагревали при различных температурах (100-140°С) в течение периода 4-24 часов. Уровень рН для большинства реакций составлял примерно 11 (без выполнения корректировки значения). Однако, в реакциях, в которых уровень рН корректировали до 8, для снижения значения рН использовали НРО.
После завершения каждой реакции смесь экстрагировали 20-25 мл дихлорметана. При каждой экстракции в качестве внутреннего стандарта для всех количественных определений использовали 250 мкм дейтерированного 2-метилпиразина. Во всех реакциях смесь перемешивали, используя магнитную мешалку в ходе реакционного процесса.
Все анализы методом ГХ/МС выполняли с использованием одного и того же оборудования и рабочих параметров, как тех, которые использованы выше в примере 1. Для определения каждого пиразина использовали библиотеку МС Wiley. При количественном анализе пиразины определяли количественно, используя режим мониторинга избранного иона. Каждый пиразин определяли количественно в сравнении с массой внутреннего стандарта (250 мкг), добавляемого к экстрагенту.
4
4
Сначала 1-гидроксиацетон подвергали взаимодействию с NHOH в различных соотношениях, температурах, уровне рН и времени реакции с целью максимального повышения процентного выхода пиразинов. Пиразины, обнаруженные после реакции 1-ОН-ацетона с NHOH включали: 2,6-диметилпиразин; 2,5-диметилпиразин, 2-этил-5-метилпиразин, 2-этил-6-метилпиразин, 2,3,5-триметилпиразин, 2-этил-3,5-диметилпиразин, 2-этил-2,5-диметилпиразин, 2,3,5,6-триметилпиразин, 2,3,5-триметил-6-этилпиразин, 2,6-диметил-3-пропилпиразин, 2,5-диэтил-3,6-диметилпиразин, 2,6-диметил-3-(2-метилбутил)пиразин, 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразин, 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразин, 2,5-диметил-3-пропилпиразин, 2,5-диметил-3-цис-пропенилпиразин, 2-изопропенил-3,6-диметилпиразин, 2-(2-метилпропил)-3,5-диметилпиразин, 2,6-диметил-3-изобутилпиразин, 2-(2-метилпропил)-3,5,6-триметилпиразин.
4
2
3
4
В первой части данного исследования реакции проводили при двух разных уровнях рН (8,0 и 11,0) для определения того, какой уровень рН приводит к более высокому выходу и наибольшему числу пиразинов. В первой реакции 1 мл 1-ОН-ацетона подвергали взаимодействию с 0,5 мл NHOH и 10 мл НО. Уровень рН для данной реакции при измерении составил приблизительно 11,0. Во второй реакции перемешивали такой же объем реактанта, но уровень рН доводили до значения 8,0 с помощью концентрированной НРО. В обеих реакциях осуществляли нагревание при 120°С в течение 12 часов. Процентный выход пиразинов был выше при уровне рН около 11,0. Для этой цели уровень рН в последующих экспериментах не корректировали и реакции проводили при рН 11 или выше.
4
2
Далее по тексту приведено влияние температуры (100, 110, 120, 130 и 140°С) на синтез пиразинов при использовании 1-ОН-ацетона (1 г) и NHOH (1 г) с молярным соотношением C:N как 1:2 в 10 мл НО (время реакции - 12 часов). Выход пиразинов увеличивается с повышением температуры, все еще демонстрируя увеличение выхода пиразинов по достижению температуры в 140°С.
4
2
Исследовано влияние различного времени реакции (4, 8, 12, 16 и 24 часа) на синтез пиразинов при использовании 1-ОН-ацетона (1 г) и NHOH (1 г) с молярным соотношением C:N как 1:2 в 10 мл НО. Максимальные выходы пиразинов получали в случае, когда время реакции составляет 16 часов.
4
4
2
4
Исследовано влияние различных молярных соотношений 1-ОН-ацетон:NHOH (1:0,5; 1:1; 1:2 и 1:2,5; 1-ОН-ацетон и NHOH) в реакции в 10 мл НО на выход пиразинов при 120°С через 12 часов. Оптимальное соотношение составляет 1:2, которое соответствует 1 грамму 1-ОН-ацетона и 1 мл NHOH.
4
В случае использования в реакции большего объема NHOH выход в реакции падал более чем на 10%.
Подводя итог, следует отметить, что условия реакции (температура, время, соотношение C:N и рН) оптимизированы с целью максимального повышения количественного содержания пиразинов. Результаты показали, что при оптимальных условиях (C:N = 1:2, температура = 120°С, время реакции = 16 часа и рН = 11-12) происходит синтез по меньшей мере 19-20 различных пиразинов при использовании гидроксиацетона в качестве единственного источника углерода. Отсутствие каких-либо определяемых количеств молекул пиразинов и/или метилпиразинов среди синтезируемых пиразинов подтверждает обнаружение того, что источник углерода (т.е. α,β-гидроксикетон) влияет на строение пиразинов, получаемых в реакции источника углерода с источником азота.
Пример 3
4
2
Исследовали влияние добавления аминокислот и альдегида в отдельной реакции 1-ОН-ацетона и NHOH в соответствии с вышеуказанными параметрами в примере 2 при соотношении C:N = 1:2, при смешивании с 10 мл НО при 120°С в течение 12 часов.
2
2
В качестве дополнительных источников азота было исследовано две разные аминокислоты. В каждой реакции 0,2 грамма аминокислоты добавляли отдельно к каждой реакционной смеси так, чтобы было возможно исследовать, как дополнительные аминокислоты влияют на синтез пиразина и его выход. В отдельной реакции изо валериановый альдегид добавляли в оптимизированную реакционную смесь с целью исследования влияния на синтез пиразина и его выход. В случае, когда в качестве дополнительного источника азота применяли гидролизованный белок F1, то использовали 10 мл гидролизованных белков F1 (которые содержат примерно 0,2 грамма различных аминокислот). В данной реакции HO не добавляли, так как гидролизованные белки F1 находились в 10 мл НО.
Было обнаружено, что, если в качестве возможного дополнительного источника азота использован изолейцин, то концентрация 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина и 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразина возрастает. В отдельной реакции, если треонин использован в качестве дополнительного источника азота, то концентрация 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина и 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразина возрастает, и увеличивается выход 2,6-диметил-3-(2-метилбутил) пиразина. Интересно отметить, что суммарные выходы пиразинов схожи в случае, если к реакционной смеси добавлен треонин или изолейцин. Оба соединения повышают суммарный выход пиразинов более чем на 7%.
4
Добавление изовалерианового альдегида к отдельной реакционной смеси 1-ОН-ацетона и NHOH ведет к тому, что процентный выход 2,5-диметил-3-(2-метилбутил)пиразина и 2,5-диметил-3-(3-метилбутил)пиразина возрастает с 0 до 14 и 13 мг, соответственно. Суммарный выход пиразинов возрастает более чем на 20 процентов.
2
4
Вместо чистой аминокислоты в реакции может быть использована смесь аминокислот, полученных путем гидролиза белков F1. Так как гидролизованные протеины F1 уже находятся в водном растворе, то воду к смеси не добавляли. Для этой цели 10 мл гидролизованных белков F1, которые содержали приблизительно 0,2 г аминокислоты и 10 мл НО, подвергали взаимодействию с 1-ОН-ацетоном и NHOH при соотношении C:N = 1:2 при 120°С в течение 16 часов. Выход 2,5-диметилпиразина возрастал более чем на 80%, и выход 2,5-диметил-3-(2-метилбутил) пиразина и 2,5-диметил-3-(3-метилбутил) пиразина возрастал с 0 до более чем 1 мг. Не ограничиваясь теорией, алкильная часть аминокислоты преобразуется в альдегид Штрекера, вступающий в реакцию с гидроксидом аммония с получением имина, который в свою очередь присоединяется к структуре пиразина.
4
Оценивали влияние различных температур и соотношения C:N (1:1 и 1:2) на синтез пиразинов с использованием 1-ОН-ацетона и NHOH в присутствии дополнительных аминокислот/альдегида. В данных исследованиях повышение температуры с 100 до 120°С и соотношения C:N приводит в увеличению выхода пиразинов.
Подводя итог, следует отметить, что добавление аминокислот, отдельных альдегидов или гидролизованного белка F1 повышает не только процентный выход определенных пиразинов, но и также увеличивает число синтезируемых пиразинов.
Пример 4
Пиразины синтезировали в соответствии с вышеуказанными примерами 2 и 3, за исключением того, что в качестве источника углерода вместо 1-ОН-ацетона использован 1-ОН-2-бутанон.
4
2
4
Для этой цели 1 грамм 1-OH-2-бутанона подвергали взаимодействию с 1 мл NHOH и 10 мл НО при 120°С в течение 16 часов. Метилпиразины не образовывались. Все образующиеся пиразины содержали этил или более высшие разветвленные алканы. Выход пиразинов, однако, был не так высок, как при использовании 1-ОН-ацетона. Пиразины, синтезируемые в реакции с использованием 1-OH-2-бутанона и NHOH с C:N = 1:2 при 120°С в течение 16 часов, включали 2,6-диэтилпиразин, 2,5-диэтилпиразин, 2-этил-3,5,6-триметилпиразин, 3,5(3,6-диметил)-2,N-пропилпиразин, 2,5-диэтил-3-метилпиразин, 2,3-диэтил-5,6-диметилпиразин, транс-3-метил-2,н-пропил-6(1-бутенил)пиразин, 2,5-диметил-3-этилпиразин.
Как было упомянуто ранее, при 1-ОН-ацетоне в качестве источника углерода молекулы пиразина и метилпиразина не образуются. При 1-OH-2-бутаноне молекулы пиразина, метилпиразина и диметилпиразина не образуются, подтверждая то, что источник углерода полностью определяет структуру пиразинов. Результаты дополнительно показывают, что путем изменения источника углерода с 1-ОН-ацетона на 1-OH-2-бутанон можно задавать тип синтезируемых пиразинов.
Пример 5
4
Реакцию 1-ОН-ацетона и NHOH в соответствии с вышеуказанным примером 2 проводили в более крупном масштабе с использованием реактора Parr с большим реакционным объемом.
4
2
100 грамм 1-ОН-ацетона подвергали взаимодействию с 100 мл NHOH и 1000 мл НО при 120°С в течение 16 часов в 1,5 литровом реакторе высокого давления Parr. После завершения реакции смесь охлаждали и переносили в стеклянную бутыль.
2
Следует отметить, что на дне реактора находилось значительное количество смолистого материала, который растворим только в МеОН. Добавление НО поверх данного материала приводило к его затвердеванию. Обнаружено, что концентрация может играть важную роль на присутствие или отсутствие смолистого материала. Во всех исследованиях по оптимизации количество смолы на дне реакционного сосуда было низким. По этой причине небольшого объема метанола (1 мл) было достаточно для растворения всего материала и включения его в оставшийся реакционный материал. В реакциях большего масштаба масса смолы была больше и для ее растворения было необходимо по меньшей мере 100-200 мл метанола.
18
18
После завершения реакции водный раствор перегоняли (3 × 375 мл) при 130-140°С. При каждой перегонке (375 мл), собирали примерно 175 мл водного раствора, содержащего различные пиразины (светло-желтого цвета общим объемом примерно 500 мл). Далее дистиллированные материалы (3 × 175 мл) объединяли и пропускали через колонку C (15 × 2,5 см с SPE-материалом в качестве наполнителя) для того, чтобы извлечь пиразины из воды. После удаления воды из C колонки удерживаемые пиразины эллюировали с помощью этанола. Далее этанол удаляли путем ротационного выпаривания и вакуумирования. По причине присутствия некоторого количества воды в конечном продукте пиразины подвергали экстракции в МТБЭ и сушили над сульфатом натрия. Затем МТБЭ удаляли путем ротационного выпаривания и вакуумирования. Флакон с этикеткой раствор 1 содержал большинство пиразинов после того, как МТБЭ был удален.
Здесь важно отметить, что три типа пиразинов невозможно выделить перегонкой, и они остаются в продукте реакции по причине их высоких температур кипения. Это вносит свой вклад в их низкий процентный выход. Данные пиразины были идентифицированы как 2-(2-метилпропил) 3,5-диметилпиразин (12,57 мин), 2,6-диметил-3-изобутилпиразин (12,74 мин) и 2(2-метилпропил) 3,5,6-триметилпиразин (12,95 мин).
Для экстракции оставшихся трех пиразинов из реакционного раствора после перегонки использовали ДХМ (200-250 мл). Далее ДХМ удаляли из раствора путем ротационного выпаривания и вакуумирования, в то время как густой темный раствор далее переносили во второй флакон и маркировали его как раствор 2. На фигуре 3 представлена хроматограмма данного образца.
4
4
Выход всех пиразинов при перегонке 1200 мл реакционного раствора (100 грамм 1-ОН-ацетона + 100 мл NHOH) составил примерно 60% в сравнении с 12 мл реакционной смеси (1 грамм 1-ОН-ацетона + 1 мл NHOH). Данный выход не включал в себя три пиразина, которые остаются в реакционной смеси после перегонки.
Вышеуказанный раствор 1 использовали для исследования путем газохроматографической ольфактометрии (GCO). Указанный образец пиразина анализировали с помощью Agilent 7890А Series GC с 5975С MSD и ODP3, оснащенного многоцелевым пробоотборником Gerstel с возможностью ТФМЭ. Для данного образца был разработан инструментальный метод для достижения лучшего разделения пиразинов и подходящей продолжительности анализа для ольфакторных аналитиков-исследователей. Переходная линия в ODP3 нагревалась до 260°С. Образец готовили путем размещения с помощью пипетки двух капель образца в виалу с навинчивающейся крышкой ТФМЭ объемом 20 мл. Проводили анализ пустой виалы до и после размещения образца. На газохроматографической колонке отделяли пиразины, и в процессе выхода из колонки их детектировали/определяли люди с применением субъективного распознавания запахов. Идентифицированные пиразины включали: метилпиразин, 2,6-диметилпиразин, 2,5-диметилпиразин, 2-этил-5-метилпиразин, 2-этил-6-метилпиразин, триметилпиразин, 2,5-диметил-3-пропилпиразин, 3-этил-2,5-диметилпиразин, 2,5-диметил-3-изопропилпиразин, 2-этил-3,5-диметилпиразин, тетраметилпиразин, 2-метил-5-пропилпиразин, 2,3,5-триметил-6-пропилпиразин изомер 1, 2,3-диэтил-5-метилпиразин, 2,3,5-триметил-6-этилпиразин, 3,5-диметил-2-пропилпиразин, 2,3,5-триметил-6-пропилпиразин изомер 2, 2,3,5-триметил-6-пропилпиразин изомер 3, триметил-1-пропенилпиразин (Z)-изомер 1, 5Н-циклопентапиразин, 6,7-дигидро-2,5-диметил пиразин изомер 1, 5Н-циклопентапиразин, 6,7-дигидро-2,5-диметил пиразин изомер 2, триметил-1-пропенилпиразин (Z)-изомер 2, 2,3-диметил-3-(1-пропенил)пиразин (Z) изомер 1, триметил-1-пропенилпиразин (Z)-изомер 3, 2,3-диметил-3-(1-пропенил)пиразин (Z), 2-изопропенил-3,6-диметилпиразин, триметил-1-пропенилпиразин (Z)-изомер 4, триметил-1-пропенилпиразин (Z)-изомер 5, триметил-1-пропенилпиразин (Z)-изомер 6, триметил-1-пропенилпиразин (Е)-изомер 1, триметил-2-пропенилпиразин, триметил-1-пропенилпиразин (Е)-изомер 2. Следует отметить, что соединение метилпиразина, хотя и в наличии, присутствует в более малом количестве, чем это типично для стандартных реакций с сахаром в качестве источника углерода.
Четыре аналитика-исследователя запахов оценивали индивидуальные ольфакторные характеристики через порт ODP в четырех отдельных сессиях. На основании четырех независимых оценок отдельные пиразины были определены как крайне положительные. Были определены ожидаемые характеристики в описании аромата замещенных пиразинов. Ореховый, жаренный, поджаренный, шоколадный, арахисовый, выдержанный, с дымком и сложный являлись частыми характеристиками в описании. Все данные вкусоароматические характеристики являются положительными.
Пример 6
Из сахара получали альфа-гидроксикетоны (ацетол), чтобы в конечном итоге их использовать в качестве источника углерода в реакциях сахара и аммония. Гидроксид натрия использовали в качестве основания для оптимизации различных параметров, таких как тип сахара, температура, время реакции, рН и концентрация основания, для того чтобы максимально повысить выход ацетола.
Глюкоза, фруктоза, 1-ОН-ацетон (ацетол), 1-OH-2-бутанон (ацетоин), гидроксид натрия, хлорид натрия, безводный сульфат натрия, хлороводородная кислота, метанол и дихлорметан были получены от Sigma-Aldrich (St. Louis, МО). Реакции синтеза проводили реакторе Parr емкостью 40 мл или открытой круглодонной колбе. Для всех реакций, в которых контролировали значение рН, реакции проводили в круглодонной колбе с обратным холодильником при 100°С. В каждой реакции 0,25, 0,5 или 1,0 грамм различных сахаров (глюкоза, фруктоза или смесь обоих) смешивали с 25 мл 0,025, 0,05, 0,1 и 0,2 М NaOH. Каждую реакционную смесь перемешивали и нагревали при различных температурах (90-140°С) в течение периода времени 1-12 часов. Начальный уровень рН для большинства реакционных смесей составлял примерно 12, и корректировку рН в ходе реакции не проводили. Однако, для реакционных смесей, в которых уровень рН корректировали до 9, использовали хлороводородную кислоту. Для реакционных смесей, в которых уровень рН поддерживали в ходе процесса постоянным на значении 12, использовали 10-40 мкл 10M NaOH. После завершения каждой реакции смесь охлаждали и корректировали рН до 6,0-6,5 с помощью 1 М HCl. Далее 1 мг ацетоина добавляли в реакционную смесь в качестве внутреннего стандарта. Смесь подвергали экстракции 4 раза дихлорметаном объемом 8-10 мл. Все четыре экстракционных раствора объединяли и сушили с сульфатом натрия.
Все анализы методом ГХ/МС проводили с использованием одного и того же оборудования и рабочих параметров, таких же, что были использованы в вышеуказанном примере 1. Для идентификации пиков использовали библиотеку МС Wiley. Для количественного анализа калибровочную кривую строили с помощью концентрации ацетола и отношения факторов отклика ацетол/ацетоин. Важно отметить, что ацетоин не был определен ни в одной из реакций, проводимых при 90, 100 и 120°С. Однако остаточное количество ацетоина было обнаружено в реакции, когда температура доходила до 140°С. Для этой цели в реакционной смеси определяли концентрацию ацетоина и данное значение применяли при расчете для всех вычислений.
Метод ГХ/ПИД применяли для построения калибровочной кривой для количественного определения ацетола во всех реакциях. Далее для определения оптимальных условий для синтеза ацетола меняли следующие параметры.
Сначала использовали два разных типа сахаров (глюкозу, фруктозу и смесь обоих) для определения какой из сахаров обеспечивает более высокий выход ацетола. В каждой реакции 0,5 грамм сахара смешивали с 25 мл 0,05 М NaOH. Каждую реакционную смесь нагревали в течение 60 минут при 100°С. Ниже в таблице 1 представлены условия реакции и соответствующая масса ацетола в мг, которую получали в каждой из реакций. Можно видеть, что, когда в реакции использовали глюкозу, то при этом образовывалась большая масса ацетола.
В данной части исследования, так как была необходима корректировка рН в ходе реакции, вместо закрытого сосуда Parr все реакции проводили с обратным холодильником в открытой круглой колбе. Было выполнено три различных эксперимента. В первом эксперименте рН измеряли каждые 10 минут и корректировку рН не выполняли. Во втором эксперименте рН измеряли каждые 10 минут и, при необходимости, корректировали рН до начального значения (12,0) при помощи 10 М NaOH. В третьем эксперименте начальное значение рН корректировали до 9,0 и затем начинали проведение реакции с измерением рН каждые 10 минут (без проведения корректировки).
Результаты измерения рН показывают, что рН падает с 12,0 до приблизительно 9 в первые 10 минут реакции при 100°С. По окончании 30 минут рН реакционной смеси составлял примерно 7-8 и оставался постоянным в течение оставшегося времени реакции. Для экспериментов, где значение рН поддерживали приблизительно 12,0, было необходимо добавление в реакционную смесь каждые 10 минут примерно 15-20 мкл 10 М NaOH. Через 40 минут рН оставался постоянным при значении приблизительно 11-12.
Ниже в таблице 2 представлены условия реакции и масса ацетола в мг, полученного в каждой из реакций при использовании различных условий по рН. В случае если рН поддерживали приблизительно на значении 12, то получали наибольшую массу ацетола.
Проводили испытание с тремя разными концентрациями сахара для того, чтобы определить влияние концентрации сахара на образование ацетола. Таким образом, реакции проводили с использованием 0,25, 0,5 и 1 грамма глюкозы в 25 мл 0,05 М раствора NaOH. Каждую реакционную смеси нагревали при 100°С в течение 60 минут с использованием реактора Parr. Ниже в таблице 3 представлены результаты данного исследования. Было продемонстрировано, что в случае, когда в реакции использовали 0,25 грамм глюкозы, получали наибольшую массу ацетола.
Не ограничиваясь теорией, есть основания полагать, что когда концентрация сахара высокая, то образование кислоты в ходе реакции минимизирует образование ацетола. В случае, когда концентрация сахара ниже, образование кислоты требует больше времени, при этом значение рН достаточно высоко для возможности образования ацетола.
Для получения ацетола применяли четыре разных концентрации NaOH (0,2, 0,1, 0,05 и 0,025 М). Ниже в таблице 4 представлены результаты данного исследования. Как можно наблюдать, в случае, когда концентрация NaOH равна 0,025 М, то происходило образование наименьшего количества ацетола. Однако с увеличением концентрации с 0,025 до 0,1 М масса синтезируемого ацетола также возрастала. Когда концентрацию основания увеличивали до 0,2М, количество ацетола снижалось. Следует отметить, что реакционный раствор имел запах жженого сахара в сравнении с другими реакциями, где концентрация основания была ниже.
Было исследовано влияние температуры на синтез ацетола с использованием NaOH и глюкозы. Для этой цели изучали различные температуры в диапазоне от 90 до 140°С. Результаты для температуры реакции при 90, 100 и 120°С являются схожими, в то время как в реакции при 140°С образуется примерно на 25% больше ацетола, чем в других реакциях с более низкой температурой. Ниже в таблице 5 представлены результаты данного исследования.
Было изучено влияние времени реакции на синтез ацетола. Реакции проводили с применением идентичных условий, при этом время реакции изменяли с 60 до 720 минут. Ниже в таблице 6 представлены результаты данного исследования. Результаты показывают, что с увеличением времени реакции значительное изменение в выходе ацетола отсутствует.
В последней части данного исследования, исходя из результатов, полученных в предыдущих реакциях, проводили различные реакции с применением оптимальных условий. В реакции А 1 грамм глюкозы подвергали взаимодействию с 0,05 М NaOH с обратным холодильником при 100°С, при этом значение рН поддерживали приблизительно на уровне 11-12. Данная реакция длилась в течение 120 минут до тех пор, пока значение рН оставалось постоянным и не изменялось. Выход ацетола составил 6,7 мг. В реакции В использовали сосуд Parr при 100°С для взаимодействия в реакции 0,5 грамм HFTS с 25 мл 0,05М NaOH в течение 60 минут. Выход ацетола составил 3,42 мг. Когда ту же реакцию проводили при оптимальных условиях (0,1 М NaOH и 140°С в течение 60 мин), то выход ацетола повышался до 100% до 6.69 мг (Реакция D). Подобные результаты получены, когда применяли оптимальные условия с 0,5 грамм глюкозы (Реакция С). Выход ацетола доходил до 8,2 мг. С применением идентичных условий реакции, но с использованием на 50% меньше глюкозы (0,25 грамм), выход ацетола уменьшался до 5,32 мг.
Подводя итог, следует отметить, что различные параметры, такие как тип сахара, температура реакции, время реакции, рН, концентрация основания и сахара были оптимизированы для синтеза ацетола в реакции сахаров и гидроксида натрия. Было продемонстрировано, что самый высокий выход ацетола может быть получен в случае, когда реакцию проводят при 140°С с использованием 0,1 М гидроксида натрия и 0,5 грамм глюкозы в течение 60 минут. Следует отметить, что значение рН в реакции может резко меняться (в течение 10 минут) от 12 до 6,5, если концентрация основания низкая или если концентрация сахара высокая. Также следует отметить, что при высоких температурах (140°С) продукт реакции содержит малые количества ацетоина (совместно с ацетолом). Важно отметить, что гидроксикетоны (ацетоин) получают из глюкозы путем применения биотехнологических подходов с выходом выше 90%. Однако, опубликованные химические превращения глюкозы в гидроксикетоны составляют намного меньше ~9%.
Пример 7
Пиразины получали с использованием глюкозы в качестве источника углерода.
Как показано выше на примере 6 ацетол может быть синтезирован в реакции 0,1 н. NaOH и глюкозы с применением оптимальных условий (0,5 грамм глюкозы вступает в реакцию с 25 мл 0,1 н. NaOH при 140°С в течение 60 мин). Выход ацетола составлял примерно 2% в пересчете на массу глюкозы.
В публикации Nodzu (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, которая приведена в настоящем описании посредством ссылки) показано, что ацетол с выходом 4% (в пересчете на массу глюкозы) может быть синтезирован в реакции 40% раствора фосфатного буфера с рН 6,5-6,8 с глюкозой при температуре 100-120°С. Было показано, что более высокий выход ацетола можно получить при рН 7,0-7,1 и при снижении рН выход ацетола уменьшается.
4
Данный пример в первую очередь демонстрирует получение ацетола в реакции 0,1 н. NaOH и глюкозы при оптимальных условиях. Далее приведен способ выделения ацетола из реакционной смеси. В заключение показано, что указанная выше смесь без выделения ацетола ацетоина, может вступать в реакцию с NHOH для синтеза различных разветвленных пиразинов.
Глюкоза, 1-ОН-ацетон (ацетол), 1-OH-2-бутанон (ацетоин), гидроксид натрия, буферный раствор гидрофосфата натрия/гидроксида натрия с рН = 12, двузамещенный фосфат калия, однозамещенный фосфат калия, хлорид натрия, безводный сульфат натрия, хлороводородная кислота, метанол и дихлорметан были получены от Sigma- Aldrich (St. Louis, МО).
Синтез ацетола проводили в 40 мл или 1,5 л сосуде Parr. Для синтеза ацетола 0,5 грамм глюкозы смешивали с каждыми 25 мл 0,1 н. NaOH или буферного раствора. Каждую реакционную смесь перемешивали и нагревали при 140°С в течение периода времени в 60 мин. Начальный уровень рН во всех реакциях составлял примерно 12 и корректировки рН в ходе реакции не проводилось. После завершения каждой из реакций смесь охлаждали и измеряли количество как ацетола, так и сахара с помощью ГХ и ВЭЖХ. Для количественного определения ацетола в 25 мл раствора вносили 1 мг ацетоина в качестве внутреннего стандарта и экстрагировали 30-35 мл ДХМ. Далее экстрагированный ДХМ раствор сушили над сульфатом натрия и анализировали с помощью ГХ/ПИД для количественного определения.
4
6
Синтез пиразинов проводили в том же сосуде Parr. Реакции проводили путем вступления в реакцию ацетола, синтезированного в ходе реакции с сахаром, с 0,1 н. NaOH. В данной реакции каждые 25 мл раствора вступали в реакцию либо с 0,25, 0,5 или 1 мл NHOH. Реакции проводили при 120 или 140°С в течение 17 часов. Далее каждую реакционную смесь охлаждали и пиразины подвергали экстракции и количественному определению содержания. При каждой экстракции 0,25 мг d-2 метилпиразин добавляли в качестве внутреннего стандарта и раствор экстрагировали 30-35 мл ДХМ в качестве растворителя. Далее раствор ДХМ сушили над сульфатом натрия и анализировали с помощью ГХ/МС для количественного определения содержания. Экстрагированные ионы использовали для количественного определения каждого пиразина.
Все анализы методом ГХ/МС выполняли с использованием того же оборудования и рабочих параметров, как те, что были применены выше в примере 1. Для идентификации каждого пиразина использовали библиотеку МС Wiley. Для проведения количественного анализа калибровочную кривую строили с помощью концентрации ацетола и отношения факторов отклика ацетол/ацетоин. Следует отметить здесь, что ацетоин не был обнаружен ни в одной из реакций, проводимых при 90, 100 и 120°С. Однако остаточное количество ацетоина было обнаружено в реакции, где температура доходила до 140°С. Таким образом, концентрацию ацетоина определяли в реакционной смеси и данное значение использовали при расчете для всех вычислений.
Все разделения методом ВЭЖХ/РИ были выполнены с использованием колонок Sugar-Pak (300 × 6,5 мм) от Waters (Milford, MA). Анализ проводили на ВЭЖХ-хроматографе Agilent серии 1100, оснащенном четырехканальным насосом, рефрактометрическими детекторами (RT), автосамплером и нагревателем, установленным на 80°С. Подвижная фаза для анализа сахара в изократическом режиме представляла собой ЭДТА, динатриевая соль, дигидрат 0,005%. Скорость потока была установлена на 0,5 мл/мин для данных анализов.
Сначала был синтезирован ацетол с применением буферного раствора. По причине резкого изменения рН раствора в реакции глюкозы с 0,1 н. раствором NaOH для синтеза ацетола вместо 0,1 н. раствора NaOH в синтезе ацетола использовали буферный раствор с рН 12 (закупленный у Sigma Aldrich). В данном исследовании 25 мл буферного раствора гидрофосфата натрия/гидр оке ид а натрия с рН = 12 подвергали взаимодействию с 0,25 или 0,5 грамм глюкозы при 140°С в течение 60 минут. Результаты показывают, что концентрация ацетола в продукте реакции намного выше (в 2 раза) в случае, когда для проведения синтеза использовали буферный раствор. Ниже в таблице 8 представлены результаты данного исследования.
2
4
2
В случае, когда подобный буфер был приготовлен (смешиванием 7,1 грамм NaHPO и 1 грамм NaOH в 100 мл НО при рН примерно 12 и емкости 0,05 н.) и вступал в реакцию с глюкозой при 140°С в течение 60 минут, ацетол отсутствовал в реакционной смеси. Данную реакцию повторяли три раза, и ацетол не был обнаружен ни в одном из продуктов реакции. Однако когда использовали подобный буфер с таким же рН, но более низкой емкости (0,025 н), то ацетол обнаруживали в продукте реакции, и его концентрация была намного выше, чем когда использовали 0,1 н. NaOH. В связи с этим, установлено, что при использовании глюкозы на синтез ацетола влияют тип буфера, емкость, рН и температура реакции.
Далее определяли концентрацию ацетола в реакции с глюкозой с 40% фосфатным буфером при рН 6,5-7,0. 25 мл 40% калий-фосфатного буфера рН=6,5-6,8 подвергали взаимодействию с 0,5 или 1 граммом глюкозы при 140°С в течение 60 минут с использованием реактора Parr. Ниже в таблице 9 приведена масса ацетола, полученного в реакции 40% фосфатного буфера (25 мл) при рН 6,5-6,8 при различных концентрациях глюкозы. Здесь следует отметить, что в реакции образуются также и другие типы гидроксикетонов, в частности 3-ОН-2-бутанон и 1-OH-2-бутанон. Было проведено измерение количества данных гидроксикетонов. На фигуре 3 приведен анализ ГХ/МС глюкозы, вступающей в реакцию с фосфатным буфером при 140°С в течение 60 мин и экстрагированной ДХМ.
Далее были определены концентрации глюкозы и ацетола в 300 мл и 1 л реакционной смеси. 6 грамм глюкозы подвергали взаимодействию с 300 мл 0,1 н. NaOH в течение 60 мин при 140°С. Далее реакционную смесь охлаждали и в растворе измеряли концентрацию ацетола и глюкозы. В полученном продукте было обнаружено небольшое количество глюкозы (0,964 мг/мл). Что соответствует приблизительно менее чем 5% глюкозы, которая осталась не прореагировавшей. Ниже в таблице 10 приведены концентрации ацетола в данной реакции. Можно установить, что концентрация ацетола составляла примерно 12 мг на каждые 25 мл. Две дополнительные реакции проводили с использованием 1 литра 0,1 н. NaOH и 20 грамм глюкозы в аппарате высокого давления. Обе реакции проводили при 130-140°С в течение 60 минут. Определяли концентрацию глюкозы и ацетола. В обеих реакциях при 1 литре концентрация глюкозы составляла менее чем 1 мг/мл (0,945 и 0,958 мг/мл). Ниже в таблице 10 также приведена концентрация ацетола в каждом 1 литре реакционной смеси. Снова концентрация ацетола составляет примерно 12 мг на каждые 25 мл.
Далее ацетол выделяли после реакции глюкозы с 0,1 н. NaOH. Для выделения ацетола из реакционной смеси 0,1 н. NaOH и глюкозы применяли различные способы. Предыдущие результаты по выделению пиразинов путем перегонки показывают, что из реакционной смеси изолировали пиразины с температурой кипения 140°С. Таким образом, для выделения ацетола из реакционной смеси использовали дистилляционный аппарат, настроенный на 120-140°С. Для этой цели проводили перегонку 100 мл реакционной смеси 0,1 н. NaOH и глюкозы при 140°С. После сбора 40 мл дистилляционного раствора и дистиллированный и оставшийся материал экстрагировали ДХМ. При анализе ГХ/ПИД выявлено, что только 15-20% ацетола получают при перегонке, при этом более чем 80-85% ацетола остается в реакционной смеси.
2
Подобные результаты получены, когда осуществляли перегонку реакционную смесь глюкозы с 40% фосфатным буфером при 140°С в течение 60 минут. При данной перегонке в ходе дистилляции воду постоянно добавляли в колбу для поддержания постоянного объема дистиллируемого раствора. После сбора примерно 10 мл раствора путем перегонки примерно 10 мл НО добавляли в дистилляционную колбу для компенсации потерянного объема. Всего было собрано 4 фракции по 10 мл. Ацетол был обнаружен в каждой фракции. Анализ оставшейся реакционной смеси с ДХМ показал присутствие большего количества ацетола в растворе. Выделение ацетола может быть выполнено, если данная перегонка длится в течение нескольких часов.
18
2
2
2
2
18
Во втором способе применяли колоночную хроматографию для выделения ацетола из реакционной смеси. Для этой цели 30 × 2,0 см стеклянную (или металлическую) колонку (наполненную только до уровня 12-15 см) с C (размер частиц 40-60 мкм и размером пор 90 ) использовали для выделения ацетола. После промывания колонки метанолом и далее 0,1% раствором FA 25 мл реакционной смеси, содержащей ацетол, пропускали через колонку. В ходе данного выделения собирали весь раствор. После пропускания раствора через колонку (фракция 1, 25 мл), 25 мл деионизированной HO использовали для промывки материала из колонки (фракция 2). Затем колонку промывали дополнительно 25 мл HO до тех пор, пока из колонки не была элюирована чистая НО (фракция 3). Далее колонку сушили N и оставшиеся аналиты, удерживаемые на колонке, элюировали с помощью 100% МеОН (Фракция 4). Все фракции экстрагировали ДХМ и анализировали ГХ/ПИД. Результаты показали, что большую часть ацетола элюируют в виде фракций 1 и 2, в то время как фракции 3 и 4 не содержат ацетол. Здесь следует отметить, что после прохождения реакционной смеси через наполнитель C очень сложно использовать сорбент для очистки следующей реакционной смеси. Очистить сорбент крайне сложно. Подводя итог, следует отметить, что выделение гидроксикетонов из продукта реакции может быть времязатратно и дорого.
4
4
4
Далее пиразины синтезировали из продукта реакции глюкозы и гидроксида натрия с NHOH без первичного выделения гидроксикетонов. После получения ацетола в ходе реакции 0,5 грамм глюкозы с 25 мл 0,1 н. NaOH при 140°С в течение 60 минут было установлено, что реакционная смесь содержала примерно 10-12 мг ацетола/25 мл раствора. Для этой цели 25 мл раствора подвергали взаимодействию с 0,5 или 1 мл NHOH в течение 17-18 часов при 120-140°С для установления типа и процентного выхода пиразинов. Каждую реакцию повторяли дважды. Ниже в таблице 11 приведен список пиразинов, которые обнаружены совместно с их временем элюирования из ГХ-колонки. Результаты схожи между собой, когда объем NHOH меняли с 0,5 до 1 мл.
4
4
6
4
Подобные реакции были проведены при объеме 1 литр. Было приготовлено две серии раствора по 1 литру. В каждой серии 20 грамм глюкозы подвергали взаимодействию с 1000 мл 0,1 н. раствора NaOH при 140°С в течение 60 мин. Каждый раствор охлаждали и измеряли концентрацию ацетола. Далее в одну из реакционных смесей добавляли 20 мл NHOH и во вторую реакционную смесь добавляли 40 мл NHOH. Каждую реакционную смесь нагревали при 120-130°С в течение 17 часов при непрерывном перемешивании. Затем реакционную смесь охлаждали, в 25 мл каждой реакционной смеси вносили внутренний стандарт (d-2-метилпиразин) и экстрагировали ДХМ для определения концентрации и распределения каждого пиразина. Каждый оставшийся реакционный раствор подвергали дистилляции и собирали раздельно. Примерно 125 мл дистиллированного раствора собирали для каждых 500 мл реакционной смеси. Далее дистиллированный раствор (10 мл) экстрагировали ДХМ и проводили количественный анализ при помощи ГХ/МС. Общая масса пиразинов была выше, чем в случае, если раствор не был экстрагирован ДХМ, который служит причиной более высокой концентрации пиразинов в дистилированном растворе. Распределение пиразинов почти идентично в обоих экстрактах. Следует отметить, что и 2-метилпиразин, и пиразин обнаруживают в больших количествах во всех реакциях, когда NHOH подвергали взаимодействию с реакционной смесью глюкозы и 0,1 н. NaOH. Пиразины не были обнаружены в экстракте остающегося после дистилляции раствора.
4
4
4
Далее пиразины синтезировали из продукта реакции глюкозы и фосфатного буфера с NHOH, без первичного выделения гидроксикетонов. 25 мл реакционной смеси фосфатного буфера с рН=6,5-6,8 и глюкозы (0,5 или 1 грамм растворов А и В, соответственно) подвергали взаимодействию с 1 мл NHOH при 140°С в течение 17 часов. Далее каждую реакционную смесь охлаждали, 0,25 мг дейтерированного 2-метилпиразина (внутренний стандарт) добавляли в каждую реакционную смесь и растворы экстрагировали ДХМ. Каждый экстракт анализировали с помощью ГХ/МС и рассчитывали массу пиразинов и их процентное распределение. Следует отметить, что в данных реакциях не происходил синтез и пиразина, и 2-метилпиразин. Также общая масса пиразинов в растворе В выше на 20%, когда 1 грамм глюкозы подвергали взаимодействию с фосфатным буфером. Не ограничиваясь теорией, считают, что это служит причиной более высокой концентрации ацетола в растворе В по сравнению с раствором А. На фигуре 4 представлен анализ ГХ/МС пиразинов, экстрагированных ДХМ из реакционной смеси раствора В (1 грамм глюкозы вступает в реакцию с 25 мл 40% фосфатного буфера при 140°С в течение 60 мин) с 1 мл NHOH при 140°С в течение 17 часов. Для сравнения на фигуре 5 представлен анализ ГХ/МС пиразинов, экстрагированных с помощью ДХМ из 25 мл реакционной смесью 0,1 н. NaOH вступившим в реакцию с 0,5 грамм глюкозы при 140°С в течение 60 мин и затем вступившим в реакцию с 1 мл NH4OH при 140°С. В данной реакционной смеси были обнаружены как пиразин, так и 2-метилпиразин.
4
4
Подводя итог, следует отметить, что ацетол (и другие гидроксикетоны) может быть выделен из реакционной смеси глюкозы и 0,1 н. NaOH с помощью дистилляции и колоночной хроматографии. Дистилляция очень затратна по времени и энергии, при этом хроматография может стоить крайне дорого. Однако есть возможность синтезировать пиразины без выделения ацетола. Ряд пиразинов был получен в случае, когда ацетол получали из реакции 0,1 н. NaOH и глюкозы, реакцию проводили с NHOH при 140°С в течение 17 часов. Пиразины были выделены путем дистилляции. Следует отметить, что в ходе данного процесса были синтезированы пиразин и 2-метилпиразин. Однако когда ацетол получали из смеси глюкозы и фосфатного буфера, вступивших в реакцию с NHOH, были получены подобные пиразины с подобным распределением, но пиразин или 2-метилпиразин не были обнаружены в реакционной смеси.
Специалисты в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, могут предложить множество модификаций и других вариантов реализации настоящего изобретения на основании того, что изложено в настоящем описании. Поэтому следует понимать, что настоящее изобретение не должно быть ограничено раскрытыми отдельными вариантами реализации, и подразумевается, что модификации и другие варианты реализации включены в объем прилагаемой формулы изобретения. Хотя в настоящем описании применены специфические термины, они использованы лишь в общем и описательном смысле, а не для ограничения.