卢高超，陈朗秋*，唐秋娥，刘灯峰，李宏伟，陈 丽

(湘潭大学化学学院，环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湖南 湘潭 411105)

L-薄荷基-β-D-乳糖苷的合成

卢高超，陈朗秋*，唐秋娥，刘灯峰，李宏伟，陈 丽

(湘潭大学化学学院，环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湖南 湘潭 411105)

为改进L-薄荷醇的热稳定性和水溶性，对其分子结构改造成糖苷化衍生物。以L-薄荷醇和α-乳糖为原料，经过乙酰化、偶联、脱保护三步反应合成了目标化合物L-薄荷基-β-D-乳糖苷(4)，总收率达到42.3%。中间产物和目标化合物的结构经过熔点和旋光度的测定、核磁共振、质谱手段表征。热稳定性和溶解性测试结果表明，该化合物4热稳定性高，水溶性强。

薄荷醇；乳糖；L-薄荷基-β-D-乳糖苷；清凉剂；水溶性

乳糖具有较好的水溶性、低甜度、高能量的特性赋予它在食品、儿童乳制品、低糖生物保健品和生化医药等行业具有重要的应用价值[1]。L-薄荷醇是一种重要的药物和香料，因具有独特的香味和清凉作用而被广泛地应用于香烟、食品、药物、牙膏、口香糖及化妆品等的添加剂中[2-4]。但是L-薄荷醇挥发性强，水溶性差并且对热不稳定，它的香味和清凉作用持续时间短，难以持久发挥作用，这就严重影响制约了它在食品热加工工艺中的使用效果。

据文献[5-6]报道，采用糖苷化方法使L-薄荷醇变成多羟基的薄荷基糖苷，这类化合物水溶性较好、热稳定性高，只有在糖苷酶、酸以及加热条件下才能发生分解而释放薄荷清香[5,7]，因此可以极大地优化薄荷醇的清凉风味，拓展它的应用范围。薄荷基糖苷在自然界中含量极少，提取成本高，实用价值低，主要依赖于生物或化学法合成[8-9]。利用化学法合成的具有β-D-构型的单糖薄荷苷已见于文献[10-13]报道。在已报道的化学合成方法中，酶合成法需要对条件较为敏感的生物酶，制备成本较高，不利于大批量制备[14]；Koenigs-Knorr合成法使用的溴代糖稳定性差、原料难于保存，并使用有毒的汞盐或昂贵的银盐作催化剂，产率较低[15-16]；硫苷法[17-18]和三氯乙酰亚胺酯法[1,19-20]往往存在路线较长、反应条件复杂、产率较低、催化剂昂贵等诸多弊端。

图1 -薄荷基- -乳糖苷的合成路线Fig.1 Schematic scheme of synthesis of L-menthyl -D-lactoside

在参照文献[21-22]的基础上，拟以α-乳糖为原料，经过乙酰化、偶联、脱保护三步简短反应，合成含有较多羟基结构的L-薄荷基-β-D-乳糖苷，见图1。并对所合成化合物的溶解性和热稳定性进行测试，旨在增加热稳定性的同时提高其水溶性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

α-乳糖一水合物(AR)、无水乙酸钠(AR) 汕头市西陇化工厂；L-薄荷醇(CP) 南通市薄荷醇厂有限公司；三氟化硼乙醚(AR)、甲醇钠(AR) 天津市光复精细化工研究所；乙酸酐(AR)、乙酸乙酯(AR)、甲醇(AR) 天津市科密欧化学试剂有限公司；石油醚(CP，沸程90～120℃) 辽宁嘉诚精细化学品有限公司；硅胶青岛海洋化工有限公司。

1.2 仪器与设备

PL602-S型电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；RE-52cs旋转蒸发器、X-4数字显示显微熔点测定仪 巩义市予华仪器有限公司；Model 341型旋光仪、PE Spectrum One 型傅里叶变换红外光谱仪 美国PE公司；TGAQ50型热分析仪 美国Waters公司；AVANCE-400型核磁共振仪 瑞士Bruker公司；Autoflex Ⅲ TOF/TOF离子阱型电喷雾多级质谱仪 美国Bruker Daltonics公司。

TLC检测使用烟台化学工业研究所涂层为0.2mm的HF254型硅胶板。用紫外灯或30%的H2SO4/MeOH显色观察。柱层析分离使用100～200目硅胶。

1.3 方法

1.3.1 目标化合物的合成

1.3.1.1 1,2,3,6,2’,3’,4’,6’-八-O-乙酰基-D-乳糖(2)的合成

在100mL圆底烧瓶中依次加入7.21g(20.0mmol)α-乳糖一水合物，18.91mL(200mmol)乙酸酐，搅拌下加热至微沸，然后将1.41g(17.2mmol)无水乙酸钠分批加入，无水乙酸钠加完后再继续回流反应0.5h，薄层色谱(thin layer chromatography，TLC)(石油醚-乙酸乙酯(2:1，V/V))检测反应完全后，将反应液倾入用NaHCO3调成pH≈9的冰水混合物，强烈搅拌，析出大量白色固体，抽滤，干燥后得到粗产品。用甲醇-水(V水/V甲醇=2:1)溶液重结晶，得到白色绒毛状固体2。

1.3.1.2 L-薄荷基-2, 3, 6, 2’, 3’, 4’, 6’-七-O-乙酰基-D-乳糖苷(3)的合成

在100mL圆底烧瓶中依次加入3.40g(5.0mmol)化合物2，2.35g(15.0mmol)L-薄荷醇和15.00mL用CaH2干燥处理的二氯甲烷，搅拌至完全溶解后，再加入几粒新活化的4Å分子筛，室温下滴加3.15mL(25.0mmol)三氟化硼乙醚溶液，反应15h，TLC(石油醚-乙酸乙酯(3:1，V/V))显示反应完全。将反应液用二氯甲烷稀释，依次用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤。有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，经柱层析(石油醚-乙酸乙酯(1:1，V/V))分离，得到以β-构型为主的乳白色固体产物3。

1.3.1.3 L-薄荷基-β-D-乳糖苷(4)的合成

在25mL圆底烧瓶中依次加入1.55g(2.0mmol)化合物3，10.00mL甲醇，搅拌至完全溶解后，室温下滴加5.0% NaOMe/MeOH溶液调至pH≈10，TLC(AcOEt)检测显示反应完全后，用732型阳离子树脂中和至pH≈7，过滤，浓缩至干，得到粗产物，用乙醇和乙酸乙酯混合溶剂(V(EtOH):V(AcOEt)=1:2)重结晶即可得到亮白色片状晶体4。

1.3.2 L-薄荷基-β-D-乳糖苷(4)热稳定性测试

采用TGAQ50型热分析仪测定化合物4的热稳定性数据。热失重分析(thermal gravimetric analysis，TGA)条件：氮气气氛，从50℃升温至550℃，升温速率为10℃/min。

1.3.3 L-薄荷基-β-D-乳糖苷4溶解性测试

参照文献[23-24]，在环境温度为20℃的室温下分别测定L-薄荷醇、化合物4和L-薄荷基-β-D-葡萄糖苷(8)在水中的溶解度。测定步骤如下：①在分析天平上准确称取样品放入已定量的测试试管中，并用封口膜迅速封口以防吸水；②向试管中酌情加入预定量的溶剂，置于摇振床试管架上匀速振摇；③每隔5min强力振摇1min，连续振摇足够时间(1h左右)，使溶质在溶剂中达到溶解平衡；④根据样品的溶解情况，适量补加准确计量的溶剂，继续振摇，如果未溶解的量较少，改为滴加；⑤观察溶解情况，看不到溶质颗粒时，即认为完全溶解；⑥根据消耗溶剂的总量，计算得到在该温度下的溶解度。

2 结果与分析

2.1 产物分析

化合物2：产量11.36g，产率83.7%。熔点117～119℃。

化合物3：产量2.67g，产率69.0%。熔点74～75℃。基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS) (m/z)：计算：C36H54O18：774.331[M]；实测：797.155[M＋Na]+。

化合物4：产量0.70g，产率73.2%。熔点145～147℃。[α]D-54.5°(c 1.1，CH3OH)。1H NMR (400MHz, D2O)：δ 4.59(1H, d, J1,2=8.0Hz, Gal-H1)，4.48(1H, d, J1,2=7.6Hz, Glc-H1),3.94～3.99(2H, m),3.75～3.84(4H, m), 3.67～3.69(1H, m, Men-H1), 3.65～3.69(3H, m), 3.34～3.58(2H, m), 3.29(1H, dd, J2,3=8.0Hz, Gal-H2), 2.11～2.19(1H, m, Men-H7), 2.09～2.11(1H, m, Men-H6e), 1.66～1.71(2H, m, Men-H3e, Men-H4e), 1.34～1.46(1H, m,H-5), 1.23～1.29(1H, m, Men-H2), 0.92(3H, d, J=7.2Hz, Men-CH3(9)), 0.91(3H, d, J=7.4Hz, Men-C5-CH3), 0.86～1.08 (3H, m, Men-H3a, Men-H4a, Men-H6a), 0.80(3H，d，J= 6.6Hz, Men-CH3(10))。13C NMR(D2O)：δ103.3(Gal-H1), 100.6(Glc-H1), 79.3, 79.2, 75.6, 75.0, 74.6, 72.9, 72.9, 71.2, 68.8, 61.2, 60.9, 47.6, 40.7, 34.5, 31.6, 24.9, 23.1, 22.2, 21.1, 15.6。MALDI-TOFMS(m/z)：计算：C22H40O11：480.257[M]；实测：502.914[M＋Na]+。

2.2 产物构型确认

图2 化合物3(A)和化合物4(B)的质谱图Fig.2 Mass spectra of compound3 and compound 4

图3 化合物4的核磁共振图Fig.3 NMR spectra of compound 4

图2和上述的MALDI-TOFMS(m/z)数据(化合物3：计算：C36H54O18：774.331[M]；实测：797.155[M＋Na]+；化合物4：计算：C22H40O11：480.257[M]；实测：502.914[M＋Na]+)可见，化合物3为全乙酰化乳糖与L-薄荷醇直接偶联成苷产物，化合物4为相应的乙酰基完全被脱除的乳糖苷。化合物4的1H NMR数据表明存在δ4.59(1H, d, J1,2= 8.0Hz, Gal-H1)，δ4.48(1H, d, J1,2=7.6Hz, Glc-H1)的特征峰。根据吡喃型糖环中1H NMR信号α构型J1,2=2～4Hz，β构型J1,2=6～8Hz的规则[25-26]可知，化合物4的1H NMR谱中除了存在固有的Galp(β1→4)Glcp的特征峰δ 4.59 (1H, d, J1,2=8.0Hz，Gal-H1)外，还存在乳糖与L-薄荷醇成苷新产生的特征峰δ 4.48 (1H, d, J1,2= 7.6Hz，Glc-H1)，由此可判定所合成的目标化合物4新形成的糖苷键为β-型结构。

2.3 全乙酰化乳糖2分离条件的选择

1,2,3,6,2’,3’,4’,6’-八-O-乙酰基-D-乳糖2的合成中，一般是将反应液直接倾入冰水中剧烈搅拌，再抽滤除去母液重结晶得到产品[26]。实验发现，改为将冰水溶液调成微弱的碱性可以有效地中和反应所产生的乙酸，明显地降低了因副产的乙酸对化合物2的溶解损失，使得化合物2收率提高了15%左右。不过，为了防止乙酰保护基的碱性水解的隐患，冰水溶液碱性不能太强，pH值大约调至8～9为佳；否则，乙酰保护基可能部分脱除，从而影响产品的质量。

2.4 糖苷化方法的选择

糖苷化方法中，乳糖供体有全苯甲酰化乳糖三氯乙酰亚胺酯、溴代糖、硫代糖苷等多种供体形式可供选择，硫代糖苷和三氯乙酰亚胺酯供体合成步骤较长，三氯乙酰亚胺酯和溴代糖供体稳定性较差，溴代糖供体与L-薄荷醇进行偶联反应需用较贵的碳酸银催化剂以及容易分解等问题[1,5]。实验发现，在三氟化硼-乙醚的催化下，采用所合成的全乙酰化乳糖2为乳糖供体，与L-薄荷醇反应，通过柱层析分离进行纯化，得到了主要结构为β构型的产物L-薄荷基-2,3,6,2’,3’,4’,6’-七-O-乙酰基-D-乳糖苷3。

2.5 L-薄荷基-β-D-乳糖苷4分离纯化条件的选择

脱除酰基保护所得到的薄荷基糖苷的分离纯化，一般都是通过柱层析实施的[10,13]。实验发现，L-薄荷基-2,3, 6,2’,3’,4’,6’-七-O-乙酰基-D-乳糖苷3在甲醇钠/甲醇中脱除乙酰基保护后所得到的化合物4虽然可通过柱层析方法纯化，不过由于其在乙酸乙酯中溶解度很小，在醇类溶剂中溶解性较好。利用乙醇和乙酸乙酯按一定比例复配成混合溶剂(V(EtOH):V(AcOEt)=1:2)通过重结晶进行纯化。获得了纯的β构型产物4。这种方法替代了较为复杂的柱层析分离方法，大大降低了分离纯化费用，操作简单，经济实用。

2.6 L-薄荷基-β-D-乳糖苷4的热失重分析

如图4所示，热失重分析结果表明：L-薄荷基-β-D-乳糖苷4在50.00～273.68℃区间内质量变化率较小，微弱的质量减少可能是由于残存的溶剂或吸附的水发生解吸引起。温度上升至273.68～380.87℃范围时，样品因热分解而失重，质量变化较快，在335.28℃时出现最大质量损失率，整个失重区间内，质量损失量占总量的83.9%以上。温度高于380℃时，基本分解完毕。因此，经过乳糖基修饰的L-薄荷基-β-D-乳糖苷4热稳定性显著增加。

图4 -薄荷基-β-D-乳糖苷的热失重分析Fig.4 Thermo gravimetic analysis (TGA) of L-menthyl -D-lactoside

2.7 L-薄荷基-β-D-乳糖苷4溶解性评价

图5 -薄荷基-β-D-葡萄糖苷的合成路线Fig.5 Schematic scheme of L-menthyl -D-glucoside

按照文献合成方法[10]，如图5所示，以葡萄糖为原料，通过乙酰化、与L-薄荷醇反应、脱保护，得到L-薄荷基-β-D-葡萄糖苷8，用于下述的水溶性测试和比较。

表1 20℃条件下两种糖苷在不同溶剂中的溶解度Table1 Solubility of two glycosides in different solvents at 20 ℃g/100g

溶解度定性以中国药典凡例上的规定为标准。如表1所示，溶解性测试结果表明：在环境温度为20℃的室温下，L-薄荷醇和L-薄荷基-β-D-葡萄糖苷8均较难溶于水，而含有二糖单元的L-薄荷基-β-D-乳糖苷4在水和乙醇中溶解性都较好，分别高达32.93%和27.53%；而在乙酸乙酯中L-薄荷基-β-D-乳糖苷4溶解性较L-薄荷基-β-D-葡萄糖苷8低。比较L-薄荷基-β-D-乳糖苷4和L-薄荷基-β-D-葡萄糖苷8的结构，根据相似相溶原理解释，由于溶剂的极性是水＞乙醇＞乙酸乙酯，而L-薄荷基-β-D-乳糖苷4含有二糖结构，糖环上带有较多的亲水性较强的羟基，导致分子极性增大，因此在极性溶剂水和乙醇中溶解度增大，尤其是在极性较强的溶剂水中更大(形成氢键能力增强)而在极性较弱的溶剂乙酸乙酯中溶解度则降低。

L-薄荷基-β-D-乳糖苷4分子中L-薄荷基结构可赋予其清凉效果，风味独特；作为一种热稳定性好、水溶性高的新型凉味剂，经糖苷化修饰的L-薄荷基-β-D-乳糖苷4明显地改进了L-薄荷醇的水溶性，在加工过程便于用水溶解，从而易于有效地分散到焙烤食品、清凉饮料、烟草、日化用品、药品等中，有望得到品质稳定、风味独特的产品。

3 结3 论

以α-乳糖、L-薄荷醇为原料，经过乙酰化、偶联、脱保护反应，高效地合成了L-薄荷基-β-D-乳糖苷4，总收率达到42.3%。该糖苷热稳定性高，水溶性好，在水中的溶解度达到32.93%。

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Chemical Synthesis of L-Menthyl β-D-Lactoside

LU Gao-chao，CHEN Lang-qiu*，TANG Qiu-e，LIU Deng-feng，LI Hong-wei，CHEN Li
(Key Laboratory of Environmentally Friendly Chemistry and Application of Ministry of Education, College of Chemistry, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China)

The molecular structure of L-menthol was modified to obtain a glycosylated derivative with improved heat stability and water solubility. L-menthyl β-D-Lactoside was synthesized from L-menthol and α-lactose by acetylation, coupling, and deprotection with a total yield of 42.3%. intermediate products and the final product were measured for melting point and optical rotation and characterized by NMR and MS. The synthetic L-menthyl β-D-lactoside was stable to heat and very soluble in water.

menthol；lactose；L-menthyl β-D-lactoside；freshener；water solubility

TS202.3；O621.3

A

1002-6630(2013)04-0083-05

2011-11-21

湖南省自然科学基金项目(10JJ6023；05JJ40054)；湘潭大学第七批大学生创新基金研究项目(序号：54)；湘潭大学博士科研启动经费项目(05QDZ09)

卢高超(1986—)，男，硕士研究生，研究方向为有机合成。E-mail：lugaochao0526@163.com

*通信作者：陈朗秋(1964—)，男，教授，博士，研究方向为糖化学、食品添加剂及药物合成。E-mail：chengood2003@263.net