香料学第十四章杂环香料

CH2CH3
CH3
NH CHO
N H
CH3 N H
八、喹啉类
和吲哚一样，喹啉类也是重要的日用香料。常用的喹啉类香料化合物有：
C H3 (C H3) 2CHC H2
(C H3) 2CH
C H3
N N
N N
6-甲基喹啉 6-异丁基喹啉 6-异丙基喹啉 7-甲基喹啉
香气近似灵猫，稀释后近似蜂 蜜 苔藓－壤香气息
释后（<0.1％）产生愉快的茉莉花样鲜香，极度稀释时味觉愉快。
SH
(2)
O
：浓时气味令人作呕；稀释时有良好的烤肉香味。
3. 这类化合物香气特征突出，香味特征非常明显。 关键性香原料 提高香精档次和食品象真度。
4. 除了个别化合物外，大部分杂环香料化合物是1970’s以后发展起来的 （伴随着现代分析仪器的发展），但其合成方法均很经典。
R1 C O R2 CH X
CH2 COOEt O C CH3
吡啶 呋喃类
NH3
吡咯类
二、1,3-位含有二个杂原子的五元杂环化合物的合成
噁唑、噻唑、咪唑
1. Hantzsch合成（韩奇合成）
R1 C O R2 CHCl
X R3 C NH2
R1 N
R3 R2 X
R1，R2=H、烷基、芳基；R3=H、NH2、NHR、Ar、OR 当X=S时，该方法非常有效，产率50%~70%。
应用：作为定香剂痕量用于花香型和动物香型日用香精中。
极痕量用于葡萄、干酪、果香、坚果香等食用香精。
制备：（1）Fischer吲哚合成法，以丙醛和苯腙为原料。
NHNH2
+ CH3CH2CHO
NHN CHCH2CH3
ZnCl2
H CH3 HC
CH
H
NH
N
CH3
C
CH
NH3
NH2 N HH
（2）邻乙基-N-甲酰苯胺异构化、环化。
N
2-(3-丙基苯)吡啶 （3751）
C OOC H 3
COCH3
N
O
2-乙酰基吡啶 （3251）
N
烟酸甲酯 （3709） （茉莉净油成分）
N
3-乙酰基吡啶 （3424）
N
3-异丁基吡啶 （3371）
N
N
N
2,6-二甲基吡啶 （3540）
3-乙基吡啶 （3394）
2-戊基吡啶 （3383）
（茉莉净油成分）
S HO
3204
N
S O
3267
N S 3325
N
S O
3328
N SO 3340
N S 3372
N
S O
3611
N S 3615
N S 3680
N S 3716
代表物：三甲基噻唑（2,4,5-Trimethyl thiazole）
存在：牛肉、红豆、煮土豆、葡萄酒中微量存在。 N
香味：浓郁巧克力香、坚果、焦糖、烤肉香味。
5. 大部分的具有食品香味的上述化合物可以在食品加工过程（炒、蒸、 烤等）中产生。 加热引起的非酶反应（Maillard反应）：产生杂环。 定义：食品中氨基酸与还原糖之间的反应。
6. 除喹啉和吲哚是重要的日用香料外，杂环化合物主要用作食用香料。
§14.2 杂环香料化合物的一般合成方法
一、含有一个杂原子的五元杂环化合物的合成
第十四章 杂环香料
§14.1 概述
一、定义：含有O、S、N等杂原子的环状化合物。如：
O (呋喃类)、 S
N N
N
S (噻唑类)、 H
N
N (吡嗪类)、
(噻吩类)、
N H
(咪唑类)、 O
N
H (吲哚类)、
N
(吡咯类)、
O
(γ -吡喃类)、 N
N (喹啉类)
(噁唑类)、 (吡啶类)、
二、特点
1. 杂环香料化合物多数存在于天然香料和食品中。 在食品中检出40多种香料化合物，其中杂环有1000种以上。 在食品中检出的吡嗪类化合物已经超过100种。 炒咖啡中：171/370；黑面包中：34/92。
1. 1,5-二羰基化合物环化
R3
CH R4 C H C H R2
R5 C
C R1
OO
2. 齐齐巴宾吡啶合成
H2O
R3
R4
R2
R5
O
R1
+ 4CH3CHO NH3
C H2CH3
4 H2O
+
CH3 N
N CH3
2RCH CHCHO + NH3
C H2R
R C H2R
RN
+
N
四、吡嗪合成
1. 直接环化
HN O2
CH3 C O
EtOC C N OH
O 异亚硝基酮
Zn C H3CO OH
CH3 C O
EtOC C HNH2
O α -氨基酮
C H2CO OEt
C OOE t
C OOH
C OC H3
EtOO C
N H
1)KO H
2)H+ HOOC
N H
C O2
N
H
5. α -卤代酮与β -酮酸酯反应（Hantzsch Synthesis）
安全性：FEMA No. 3188、COE 4173。
用途：主要用于各种肉味香精，特别适于牛肉汁和烤肉香 精，在贝类和烤坚果香精中应用非常广泛。
制法：以2-甲基呋喃为原料
+ CH3OH 甲氧基化 CH3O
O
O CH3 C SH
哌啶
O
CHO 环化
S
H+
O
OCH3 H2O
O
O
S C CH3 水解 OH-
2. 这类化合物的香势很强，阈值一般为ppm、甚至ppb级。在天然香料和 食品中含量甚微，但对香味（香气）的贡献很大。可作为令人满意的食 用或日用香料。合成品因纯度很高，往往气味不好，但极稀时香气很好。 例如：
N
(1) 吲哚（没有吲哚就没有茉莉香精）
H
存在：茉莉油、粪便中；FEMA No.2593；浓时有不愉快的粪臭，稀
3. 从烷烃出发
X=O H X
O
O
X=Br H2S
S
S
X=Br NH3
X
N
N
H
H
ZnS
H2S
S
环化剂 X
P2O5 P2S5 NH3 NH2R
O S NH N-R
4. α -氨基酮和β -二酮或β -酮酯缩合（Knoor吡咯合成） 例如：2,4-二甲基吡咯的合成：
CH3 C O
EtO C C H2
O 乙酰乙酸乙酯
制法：
+ (CH3CO)2O
ZnCl2
N
CH3COO Na
H
N H
O
四、噻唑类
1967年开始被研究。 来源：绞牛肉、炖牛肉、熟牛肝、烤土豆、炒花生、爆玉米、
可可、咖啡、酒、麦芽等。 香味：鲜菜香、烤肉香及坚果香。香气特强、阈值很低。 应用：调配肉香精及焙烤香味的食用香精。
N OS
3192பைடு நூலகம்
N SO
N
香气近似香烟和橡苔 香气近似灵猫香，稀释后紫丁 香香气
2-异丁基喹啉
N CH2 CH(CH3)2
橡苔样木香香气
N H
C H3
C H3
N H
2-甲基四氢喹啉 紫丁香样香气 6-甲基四氢喹啉 灵猫香样香气
代表物：6-甲基喹啉
CH3
存在：未见报道。
N
H
香气：浓度高时令人不愉快气味，浓度低时具有灵猫香和烟
N CH2SH
（3232）
N
2-甲基-5-乙基吡啶 （3546）
N
2-异丁基吡啶 （3370）
N (CH2)nSR
n=0，1 R=H，烷基， 酰基，吡啶基
C H3 CH (H2C)6N C H2
麝香吡啶
六、吡嗪类
使用最多，用量最大的一类杂环香料。 来源：在50多种食品中发现了120多种吡嗪类。 发现：1879年于甜菜糖中发现甲基吡嗪及同系物；1928年于
O
概述
存在：几乎所有天然食品中都可检出呋喃类香料化合物。 香气、香味：焦糖气息、甜的水果、坚果及肉类香味。 特点：数量多、分布广；香势强、阈值低；香气好、特征性
强；用量小、价值高。 应用：（肉味）食用香精。
呋喃类香料代表物
1. 2-甲基-3-呋喃硫醇
SH
存在：鲔鱼。
O
香气：良好的肉香和烤肉香、咖啡、水解植物蛋白样香味。
代表物：2,3,5-三甲基吡嗪
N
N
存在：炒大麦、熟牛肉、可可制品、咖啡、炒花生、爆玉米 花、土豆、大豆等。
香气：坚果香、烤香。
安全性：FEMA No. 3244。
用途：可可、咖啡制品、花生、芝麻等烘烤食品，饮料、烟 草制品、巧克力、糖果、大豆制品等。
制法：丁二酮和1,2-丙二胺合成
NH 2
O
+
NH 2
草香。
安全性：不作食用，一般认为可安全外用。
应用：蜜香型、百花型、紫丁香型、铃兰型、依兰型、茉莉 型、烟草型、橡苔型等香精。
CH2OOCR O
ROH
O
COOH
H+
COOR O
CHO O
CH CHCOOH O
CH CHCOOR O
CH2CH2COOH O
CH2CH2COOR O
O C HO O
O
RS O SR
O
C HO O
O O
SH O
O O SSR
O
C H2OH O
O
CH2OC R O
CHO
O
O
O O
SH
O
SS
O
O
S
O
2 R2HC NH2
R1 C O
关环
H2O
R1
N R2
R1
N R2
R2
[O ] H
中间体自动氧化
H N R1
R2
N R1
R2 C O
H2N CHR3
+ R1 C O
H2N CHR4
1) 关环 2) 氧化
R2
N
R3
R1
N
R4
2. 吡嗪
取代吡嗪
R2
N
R1
R4Li
R3
N
R2
N
R1
(有机锂在杂环上加烷基比较有效)
X=O 噁唑； X=S 噻唑； X=N 咪唑。
2. 由α -酰胺基酮合成（Robinson-Gabriel反应）
α
R2 CH NH R3 C C R1
OO
浓 H2SO 4
R2 N
P2 S5
R3 O R1
( 65% ~ 95% )
R2 N
R3
S
R1
3. 由α -氨基酮合成
R2 CH NH2 R3 C O
1. 由1,4-二羰基化合物合成（Paal-Knorr合成）
R3 CH CH R2 R4 C C R1
OO
R3 C C R2 R4 C C R1
OH OH
环化剂 H2O
R3
R2
R4 X R1
2. 由1,4-二取代烷、烯、炔合成
C H2 C H2 X
C H2 C H2 X
CH CH C H2 C H2 XX
咖啡中检出吡嗪及甲基吡嗪，之后未见报道；1964年于 食品中发现有2,5-二甲基吡嗪，之后这种报道大量出现， 是杂环中研究报导最多的一种。 存在：烘烤食品中最多，如烤坚果、烤花生、烤肉中。 香昧：坚果香、巧克力、咖啡及烘烤食品香气。
烷基吡嗪：烤坚果样； 甲氧基吡嗪：钟胡椒样； 乙酰基吡嗪：特别强烈的爆玉米花烤香。 应用：食用香精。至少40多种吡嗪类香料商业化。
O
N
N
KO H
自动 氧 化
N
N
七、吲哚类
吲哚是较早应用于调香的杂环化合物，主要用于日用花香 型香精，极微量用于食用香精。
常用的有吲哚和3-甲基吲哚。
代表物：3-甲基吲哚（Skatole）（粪臭素） 存在：大灵猫香膏、粪便。 安全性：FEMA No. 3019，FDA，RIFM。
CH3 N
香气：浓度高时粪便臭气、浓度低时有优雅花香。
OC H3 C R1 NH
R2 N
R3 N R1
α -二酮或α -羰基醛在NH3存在下亦可得咪唑类。
4. 由酰基衍生物合成
R2 C O R3 CH O
X C R1
NH 4O Ac Ac OH
羰基取代的酯或硫酯 （X= O，S）
R2 C O R3 CH NH
X C R1
R2
H2O
N
E3 X R1
三、含有一个杂原子的六元杂环化合物的合成
S
香气：浓郁巧克力香、淡青香。
安全性：FEMA No. 3325。
用途：巧克力香精、咖啡香精、肉香香精。
制备：
1.
Br O
+ CH3 CH C CH3
C H3CO NH 2
P2S5
N
S
2.
Br O
+ CH3 CH C CH3
C H3CSNH 2
N
硫代酰胺
S
五、吡啶类
吡啶类是在天然中广泛存在的一类化合物，在医药合成 中应用较多，在香料行业中的应用远不及吡嗪等杂环化合物， 但在日用和食用香精中均有使用，尤以食用香精中为多。常 见的吡啶类香料化合物有：
R3
N
R4
N R
N
H2O2
N
N
N
R
PO Cl
R
Cl R'XNa R
XR'
or SO2Cl2
Na C l
N
N
N
O
XR’= OCH3、SCH3
§14.3 杂环香料代表物
一、呋喃类
CH2SH O
O
CH2S C R O
CH2SR O
CHO O
[O]
CH2SSR
O
O
R C Cl
O
CH2OH or (RCO)2O
N HO
3614
N CHO H
代表物：2-乙酰基吡咯 ( 2-Acetylpyrrol )
N
H
O
存在：食醋、草果、面包、牛肉、可可、咖啡、炒花生、
大豆、蘑菇、酱油、烧鸡、茶等。
香气：焙烤香气、类似吲哚的较弱香气，有谷物、鱼的香 气。
安全性：FEMA No. 3202。
用途：食用香精、烟用香精。在饮料、冰激凌、糖果等中 用量~50ppm。
O
S
3209 3527 3266 3512
三、吡咯类
发现：1975年，20多种取代吡咯（I.F.F.） ，现在 50多种。 来源：烤咖啡、花生、可可、蘑菇、烟草、绿茶。 香味：焦香及壤香
部分代表物：
N C2H5 O
3147
N CH3 O
3184
N HO 3202
N O
3284
N H
3386
N H
3523
O
O O
C HO SH
二、 噻吩类
广泛用于农药、医药中，近来应用于香料。 来源：洋葱、面包及烤花生，酰基衍生物较多。 S SH
FEMA No. 3306
香气特征：具有青甜和开胃的感觉。
S SS S
3323
S O
2-乙酰基噻吩 芥菜香
S
2-乙基噻吩 苏合香
O 噻吩酮
S
洋葱香成分
S CHO O
S O
S