香精與香料(55)—鳶尾酮與鳶尾

鳶尾酮（Irones）是一種可以用在香水中的紫羅蘭酮有機(jī)化合物，是由鳶尾油提煉而成，商業(yè)上最重要的有：

(-)-順-γ-鳶尾酮

(-)-順-α-鳶尾酮

鳶尾酮一般是將干燥的鳶尾屬根莖中提煉的類萜緩慢氧化而成，多半會有甜的花香，或是木質(zhì)的紫羅蘭酮氣味。

鳶尾烯（irene）是分子式為(CH3)4C10H8的芳香烴化合物，是由鳶尾酮脫水制得。鳶尾酮及鳶尾烯都是香水制造可能用到的原料。

一、概況

中文名：鳶尾酮，甲位-鳶尾酮；5-甲基-甲位-紫羅蘭酮；5-甲基-乙位-紫羅蘭酮；5-甲基-丙位-紫羅蘭酮；4-(2，5，6，6-四甲基-2-環(huán)己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮；4-(2，5，6，6-四甲基-1-環(huán)己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮；4-(2-亞甲基-5，6，6-三甲基-環(huán)己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮。

英文名：irone;6-Methylionone; Methylionone

分子式：C14H22O

分子量：206.33

CAS：79-69-6

FEMA：2597

鳶尾酮是一種名貴的香料。有α-、β-和γ-三種異構(gòu)體，并有順式、反式和旋光異構(gòu)體。存在于鳶尾根油（菖蒲油）中，但β-鳶尾酮只有微量。一般商用的鳶尾酮含酮量應(yīng)大于97%，其中α-鳶尾酮約為93%。值得注意的是還有一種香料叫鳶尾香酮的，鳶尾香酮與鳶尾酮是兩種不同的香料，應(yīng)該加以區(qū)別。鳶尾香酮的CAS編碼是 67801-38-1，分子式為C13H20O。

γ-鳶尾酮

β-鳶尾酮

α-鳶尾酮

鳶尾香酮

二、理化指標(biāo)

外觀：無色至淡黃色油狀液體。

香氣：具有特有的類似鳶尾和紫羅蘭的香氣。有紫羅蘭、鳶尾、桂花的甜香，是鳶尾油的主要香氣。

比重：0.931-0.937

折光率：1.500-1.503

閃點：≥100℃

沸點：248℃

溶解性：幾乎不溶于水。溶于油和醇。以1:4溶于70％乙醇。

三、制備

主要采用合成法?？捎梢?，3-二甲基-2-庚烯-6-酮和乙炔為原料，經(jīng)合成而得。也可由二甲基丁二稀和異戊二烯制得。將二甲基丁二烯進(jìn)行氫氯化反應(yīng)生成二甲基丁二烯的氫氧化物，再與異戊二烯調(diào)聚反應(yīng)得到甲基香葉基氯。甲基香葉基氯與烏洛托品反應(yīng)得到6-甲基檸檬醛，再與丙酮在堿性介質(zhì)中縮合假性鳶尾酮，進(jìn)而環(huán)化得到鳶尾酮。也可從鳶尾根、復(fù)盆子、海桐花等天然原料中，經(jīng)分離提取而得。

1、關(guān)環(huán)反應(yīng)合成鳶尾酮

胡鐵等研究了以 9,10-環(huán)亞甲基假紫羅蘭酮為原料，經(jīng)關(guān)環(huán)反應(yīng)合成鳶尾酮的工藝，并對該關(guān)環(huán)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步探討。實驗結(jié)果表明，適宜的工藝條件為：反應(yīng)溫度-70℃，物料摩爾比n（9,10-環(huán)亞甲基假紫羅 蘭酮）:n（氯磺酸）為1:4，反應(yīng)45min，鳶尾酮的收率為90.1％。產(chǎn)品中 α-鳶尾酮、β-鳶尾酮和 γ-鳶尾酮的含 量分別為60.2％、29.0％和8.0％（GC，峰面積歸一化法）；采用NMR確證了 α-鳶尾酮的結(jié)構(gòu)。關(guān)環(huán)反應(yīng)機(jī)理 的初步探討表明關(guān)環(huán)反應(yīng)應(yīng)在低溫下快速完成。

圖1 以假紫羅蘭酮為原料，通過環(huán)亞甲基化和關(guān)環(huán)兩步反應(yīng)合成鳶尾酮[1]

圖2 鳶尾酮合成的關(guān)環(huán)機(jī)理[1]

鳶尾酮合成中關(guān)環(huán)反應(yīng)機(jī)理如圖２所示，反應(yīng)步驟分為３步：第一步三元環(huán)吸收Ｈ＋，使三元環(huán)開環(huán)形成叔碳正離子；第二步共軛雙鍵與叔碳正離子結(jié)合，關(guān)環(huán)形成六元環(huán)；第三步脫Ｈ＋反應(yīng)形成新的雙鍵得到３種鳶尾酮產(chǎn)物。最后一步脫Ｈ＋反應(yīng)有３個反應(yīng)方向，按方向１脫Ｈ＋，脫去的是一個位阻較小的仲氫原子，由于氫原子正好處于碳正離子的反向位置，反應(yīng)所需活化能最低，反應(yīng)速度快，得到的是隔離型烯烴結(jié)構(gòu)產(chǎn)物（α-鳶尾酮），產(chǎn)物的內(nèi)能相對較高，通常稱為動力學(xué)控制反應(yīng)。實驗結(jié)果反應(yīng)溫度低和反應(yīng)初期時α-鳶尾酮含量高可以證實此結(jié)論。按方向２脫Ｈ＋，脫去的是一個位阻較大的叔氫原子，雖然叔氫原子反應(yīng)活性最大，但是，由于叔氫原子正好處于碳正離子的同向位置，導(dǎo)致反應(yīng)所需活化能較高（消去反應(yīng)為反向消去），反應(yīng)速度慢，得到的是共軛型烯烴結(jié)構(gòu)產(chǎn)物（β-鳶尾酮），產(chǎn)物的內(nèi)能最低，通常稱為熱力學(xué)控制反應(yīng)。實驗結(jié)果反應(yīng)溫度升高和反應(yīng)時間延長時，α-鳶尾酮含量降低，β-鳶尾酮含量升高可以證實此結(jié)論。按方向３脫Ｈ＋，脫去的是一個伯氫原子，伯氫原子反應(yīng)活性低，反應(yīng)所需活化能最高，反應(yīng)速度最慢，得到是環(huán)外烯烴結(jié)構(gòu)產(chǎn)物（γ-鳶尾酮），產(chǎn)物的內(nèi)能最高，其所占比例最小。每批次鳶尾酮產(chǎn)品中，γ-鳶尾酮含量基本上在８％左右可以證實此結(jié)論。綜上所述，低溫關(guān)環(huán)的主要產(chǎn)物是α-鳶尾酮，高溫關(guān)環(huán)的主要產(chǎn)物是β-鳶尾酮，反應(yīng)時間延長，α-鳶尾酮轉(zhuǎn)化為β-鳶尾酮。所以，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間可以決定α-鳶尾酮和β-鳶尾酮的比例，關(guān)環(huán)反應(yīng)合成鳶尾酮應(yīng)該在低溫下快速進(jìn)行反應(yīng)，以提高α-鳶尾酮的選擇性。

2、鳶尾生香菌的分離鑒定及鳶尾酮的生物合成

南海珍等針對傳統(tǒng)植物提取法生產(chǎn)鳶尾酮過程中存在的生產(chǎn)周期長、產(chǎn)物得率低、生產(chǎn)成本高等問題，提出以新鮮根粉為原料利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)鳶尾酮的方法。從鳶尾根莖中篩選得到一株產(chǎn)香細(xì)菌，通過細(xì)菌16S rDNA基因序列分析確定為簡單芽孢桿菌（Bacillus simplex strain）。使用甘油混合培養(yǎng)基，添加終濃度5 g·L-1的新鮮根粉為底物，在28℃，200 r·min-1條件下，發(fā)酵24 h順式α-鳶尾酮搖瓶產(chǎn)量達(dá)到315.95 mg·kg-1。10 L發(fā)酵罐放大培養(yǎng)結(jié)果表明18 h后順式α-鳶尾酮產(chǎn)量最高可達(dá)到1 037.65 mg·kg-1，是搖瓶發(fā)酵產(chǎn)量的3.28倍。利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)鳶尾酮，大幅度提高了鳶尾酮的生產(chǎn)效率，對促進(jìn)鳶尾酮生物合成的工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

圖3 YWT-5菌株的形態(tài)特征

圖4 菌體生長曲線及順式α-鳶尾酮的產(chǎn)量

在10 L發(fā)酵罐中進(jìn)行分批發(fā)酵，發(fā)酵過程中菌體的生長曲線及鳶尾酮產(chǎn)量變化如圖 4所示。當(dāng)6 h之后，菌體生物量顯著增加，進(jìn)入對數(shù)生長期，發(fā)酵18 h時OD達(dá)到最大值25.67，18 h后菌體量緩慢降低。發(fā)酵過程中順式α-鳶尾酮的產(chǎn)量呈現(xiàn)出先上升后緩慢降低的趨勢，0~9 h產(chǎn)量緩慢增加，9~15 h菌體對數(shù)生長期內(nèi)順式α-鳶尾酮的產(chǎn)量增加迅速，15~18 h產(chǎn)量保持相對穩(wěn)定。18 h后隨著菌體生長進(jìn)入穩(wěn)定期直至衰退期，順式α-鳶尾酮產(chǎn)量也緩慢降低。發(fā)酵過程中根粉添加量為5 g·L-1，發(fā)酵18 h時順式α-鳶尾酮產(chǎn)量最高，可達(dá)到1 037.65 mg·kg-1，是相同根粉添加量時搖瓶發(fā)酵產(chǎn)量(315.95 mg·kg-1)的3.28倍。

四、用途

酮類合成香料。是優(yōu)良的紫羅蘭香料，用作高級調(diào)合香料，可為食品用花茶調(diào)配香料，最常用于香水、冷霜等化妝品及香皂等。GB 2760--1996規(guī)定為允許使用的食品用香料。可代替鳶尾凝脂或其浸膏用于鳶尾、紫羅蘭、桂花及高檔香精配方，能提調(diào)香氣，取得甜香。由于味覺為非常有力的甜，適當(dāng)稀釋有漿果樣香味，故可用于漿果、果香等食用香精。

五、鳶尾酮的藥理活性

1、伊拉克庫爾德斯坦地區(qū)鳶尾屬植物化學(xué)、生物活性及傳統(tǒng)植物鳶尾酚類成分研究

12種鳶尾屬植物(鳶尾科)被認(rèn)為是庫爾德斯坦的傳統(tǒng)療法，特別是用于治療炎癥。植物化學(xué)研究仍然很少。本文的第一部分綜述了文獻(xiàn)中報道的關(guān)于庫爾德斯坦生長的鳶尾物種的信息，盡管除了鳶尾外，還對庫爾德斯坦不同國家收集的植物樣本進(jìn)行了調(diào)查。在第二部分中，我們首次對庫爾德斯坦地區(qū)的鳶尾地上部分和根莖中甲醇提取物的含量進(jìn)行了研究。兩種提取物均表現(xiàn)出明顯的劑量依賴性自由基清除和總抗氧化活性，與抗壞血酸的活性相當(dāng)。中壓液相色譜分離得到1 -色氨酸、雄激素、異牡荊素、當(dāng)藥黃素和2″-O-α-1-鼠李吡喃糖基當(dāng)藥黃素，而ε-白藜蘆醇二聚體、反-白藜蘆醇 3,4 '-氧-二-β-d-吡喃葡萄糖苷和異鳶尾苷元從根狀莖中分離得到。這是首次發(fā)現(xiàn)鳶尾屬植物的最后三種代謝物。分離化合物的各種顯著的生物活性科學(xué)地維持了鳶尾作為一種藥用植物的傳統(tǒng)使用。[3]

圖5 Iris postii和采集植物的Korek山(him.a拍攝)[3]

2、雙色鳶尾科的揮發(fā)性成分及其抗菌活性研究

雙色野鳶尾(Dietes bicolor, Steud.)的葉、花和根莖中的揮發(fā)油采用GLC/FID和GLC/MS進(jìn)行了分析。從花、葉和根莖中共鑒定出84個化合物，分別占94.65、95.63和87.09%。匙葉桉油烯醇(Spathulenol)(48.44%)為葉油的主要成分，其次為二氫依杜蘭(edulan I)(6.25%)、庫貝醇(cubenol)(6.00%)和τ-米萜烯醇(cadinol)(5.90%)?；ㄓ秃透o油以脂肪酸及其酯類、脂肪烴類及其衍生物為主。采用微肉湯稀釋法研究了葉油和花油對四種細(xì)菌和四種真菌的抑菌活性。葉油對大部分細(xì)菌和真菌的抑菌活性均高于花油，對革蘭氏陽性菌的MIC值分別為115 μg/ml和460 μg/ml。革蘭氏陰性菌對兩種油對大腸桿菌的敏感性較低(MIC > 2 mg/ml)，對銅綠假單胞菌完全無效。葉油對白地霉和總狀共頭霉的MIC值分別為115 μg/ml和920 μg/ml。[4]

3、德國鳶尾的植物化學(xué)及治療潛力研究進(jìn)展

德國鳶尾(Iris germanica L.)是一種藥用植物，具有悠久的使用歷史，主要在中世紀(jì)的波斯和世界上許多地方用于管理各種各樣的疾病。在本研究中，我們旨在綜述德國鳶尾植物化學(xué)和藥理特性外的民族藥理學(xué)應(yīng)用。在許多國家如中國、巴基斯坦、印度、伊朗和土耳其，都報告了德國鳶尾的民族醫(yī)學(xué)用途。德國鳶尾的藥用部分為根莖和根。根據(jù)植物化學(xué)研究，不同的生物活性化合物，包括黃酮類化合物，三萜，甾醇，酚，神經(jīng)酰胺和苯醌，已確定其藥用部分。目前藥理研究表明，該植物具有多種生物學(xué)和治療作用，包括神經(jīng)保護(hù)、降血糖、降血脂、抗菌、抗氧化、抗增殖、抗炎、抗瘧原蟲、抗真菌、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞毒性和抗誘變作用。盡管大多數(shù)臨床前研究報告了這種植物的各種藥理活性，但是，目前還沒有足夠的臨床試驗。因此，要對德國鳶尾及其生物活性化合物的療效和治療作用得出明確的結(jié)論，還需要進(jìn)一步的臨床和實驗研究。此外，有必要加強(qiáng)德國鳶尾提取物的藥代動力學(xué)和安全性研究。[5]

圖6 德國鳶尾全株(A)，花(B)和藥用部位(C) [5]

圖7 異黃酮的結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的位置 [5]

4、鳶尾屬植物中異黃酮的藥理學(xué)和植物化學(xué)研究

鳶尾是鳶尾科中最大、最復(fù)雜的屬。鳶尾主要被用作觀賞植物，因為它們色彩鮮艷的花朵，或者在香水工業(yè)中，因為它們有紫羅蘭般的香味，但世界上許多地方也使用許多鳶尾品種作為藥用植物來治療廣泛的疾病。對各種鳶尾植物的植物化學(xué)研究，已分離出多種次生代謝物。鳶尾屬植物中已有近200種化合物被報道，包括黃酮類化合物、異黃酮及其苷類化合物、苯醌類化合物、三萜類化合物和二苯乙烯類化合物。本屬植物含有豐富的異黃酮類化合物，具有廣泛的生物活性，包括抗炎、抗氧化和抗癌化學(xué)預(yù)防特性。目前的植物化學(xué)和藥理學(xué)研究為鳶尾屬植物的根、葉和花的化學(xué)成分及其可能的藥理和藥用價值帶來了新的認(rèn)識。本文綜述了鳶尾在過去幾十年的研究結(jié)果，把異黃酮的分離及其相關(guān)藥理活動的信息放在一起。這些綜述還表明，食用富含異黃酮的飲食和減少各種疾病如癌癥、心血管疾病和骨質(zhì)疏松癥，以及降低對細(xì)菌和病毒感染的可能性具有直接益處。[6]

圖8 不同鳶尾屬植物異黃酮的結(jié)構(gòu) [6]

異黃酮的苯基連著3號位，而黃酮類化合物的苯基連著2號位。這些異黃酮主要出現(xiàn)在豆科植物中(特別是鳳蝶亞科)，盡管文獻(xiàn)顯示，含有這些化學(xué)成分的許多其他植物也存在于其他植物科中，如菊科、鳶尾科、肉豆蔻科和薔薇科。這些異黃酮可以作為類固醇模擬物，填補(bǔ)了立體化學(xué)空間可能被雌激素化合物占據(jù)。正是這種特殊的化學(xué)作用，有助于解釋許多營養(yǎng)草藥補(bǔ)充劑和外用制劑的效果。圖9為ER受體中的大豆苷元。[6]

圖9 ER受體活性部位的大豆苷元 [6]

7、黃鳶尾(iris pseudacorus L.):化學(xué)成分及藥理作用

不同種類的鳶尾長期用于醫(yī)學(xué)。黃鳶尾(iris pseudacorus L.)在俄羅斯廣泛分布。對這種植物的化學(xué)成分已作了相當(dāng)深入的研究。黃鳶尾中含有黃酮類、香豆素類、單寧類、氧雜蒽酮類、皂苷類、萜類，包括鳶尾酮類、多糖、氨基酸等。這種植物的礦物成分也被測定過。黃鳶尾根狀莖在民間醫(yī)學(xué)中被廣泛用作祛痰、抗菌、利尿、治療燒傷、愈合、止血、收斂和抗寄生蟲劑。這種植物的廣泛應(yīng)用顯然是由于其豐富的化學(xué)成分。一些藥理作用(抗菌、利尿、抗寄生蟲和抗腫瘤活性)得到了實驗證實。然而，M.N. Zdrenko提出了黃鳶尾根狀莖在俄羅斯藥用植物藥中只有一個組分的草藥配方設(shè)計(他們制備了液體混合物No.1)。植物的豐富的代謝組學(xué)及其在民間醫(yī)學(xué)表明，長期使用黃色的鳶尾根狀莖是有前途的植物制藥生產(chǎn)物質(zhì)創(chuàng)新藥物的重要來源。[7]

8. 白花鳶尾(Iris pallid)的醫(yī)學(xué)意義綜述

白花鳶尾(鳶尾科)傳統(tǒng)上用于止痙、通便、芳香、稀釋、驅(qū)魔、解毒、利尿、催吐、刺激、祛痰、固定、通便、胸、瀉和鎮(zhèn)靜。它含有油脂、芳香族成分、樹脂、大量淀粉、粘液質(zhì)、酚類、黃酮類和糖苷。白花鳶尾具有抗炎、抗氧化、抗衰老、抗癌、抗寄生蟲和抗菌等多種藥理作用?，F(xiàn)就白花鳶尾的化學(xué)成分及藥理作用作一綜述。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡鐵,皮少峰, 王燁, 高海麗,孫漢洲, 黎繼烈.關(guān)環(huán)反應(yīng)合成鳶尾酮. 應(yīng)用化學(xué), 2014, 31(11): 1297-1301.

[2] 南海珍, 黃磊, 蔡謹(jǐn), 徐志南. 鳶尾生香菌的分離鑒定及鳶尾酮的生物合成[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報, 2020, 34(1): 149-156.   DOI: 10.3969/j.issn.1003-9015.2020.01.019.

[3] Amin HIM, Hussain FHS, Najmaldin SK, Thu ZM, Ibrahim MF, Gilardoni G, Vidari G. Phytochemistry and Biological Activities of Iris Species Growing in Iraqi Kurdistan and Phenolic Constituents of the Traditional Plant Iris postii. Molecules. 2021; 26(2):264. https://doi.org/10.3390/molecules26020264

[4] Ayoub, Iriny M., Youssef, Fadia S., El-Shazly, Mohamed, Ashour, Mohamed L., Singab, Abdel Nasser B. and Wink, Michael. "Volatile constituents of Dietes bicolor (Iridaceae) and their antimicrobial activity" Zeitschrift für Naturforschung C, vol. 70, no. 7-8, 2015, pp. 217-225. https://doi.org/10.1515/znc-2015-0164

[5] Bahareh Sadat Yousefsani, Motahareh Boozari, Kobra Shirani, Amirhossein Jamshidi, Majid Dadmehr, A review on phytochemical and therapeutic potential of Iris germanica, Journal of Pharmacy and Pharmacology, Volume 73, Issue 5, May 2021, Pages 611–625, https://doi.org/10.1093/jpp/rgab008

[6] Disha C, Afroze A. Pharmacology and Phytochemistry of Isoflavonoids from Iris Species. J of Pharmacol & Clin Res. 2017; 3(2): 555609. DOI: 10.19080/JPCR.2017.03.555609

[7] E.A.Tikhomirova; A.A. Sorokina, I.M. Sechenov. YELLOW IRIS (IRIS PSEUDACORUS L.):CHEMICAL COMPOSITION AND PHARMACOLOGICAL EFFECTS. Pharmacy, 2018,(2) DOI: https://doi.org/10.29296/25419218-2018-02-02

[8] Al-Snafi, Ali. (2021). The medical importance of Iris pallida -A review. International Journal of Biological and Pharmaceutical Sciences Archive. 1. 10.30574/ijbpsa.2021.1.2.0046.