Производные аспартама или их физиологически приемлемые соли, способ их получения, подслащивающее средство

 

Предметом изобретения являются соединения общей формулы в которой R выбирается в группе, включающей следующие радикалы: CH₃(CH₂)₂C₂, (CH₃)₂CHCH₂, (CH₃)₂CHCH₂CH₂, CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂, (CH₃CH₂)₂CHCH₂, (CH₃)₃CCH₂CH₂, циклогексил, циклогептил, циклооктил, циклопетилметил, циклогексилметил, 3-фенилпропил, 3-метил-3-фенилпропил, 3,3-диметилциклопентил, 3-метилциклогексил, 3,3,5,5-тетраметилциклогексил, 2-гидроксициклогексил 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил]-пропил, 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил] -2-пропенил, 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил]-1-метилпропил и 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил] -1-метил-2-пропенил, X выбирается среди групп: CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, CH₂CH₂CH₃ и C(CH₃)₃, Z обозначает атом водорода или OH-группу; и физиологически приемлемые соли этих соединений. Эти соединения пригодны в качестве подслащивающих агентов. 3 с. и 4 з.п.ф-лы, 2 табл. , 2 ил.

Предметом изобретения являются новые соединения, производные аспартама и пригодные в качестве подслащивающих агентов, а также способ их получения.

Эти новые соединения особенно пригодны для подслащивания различных продуктов, в особенности напитков, пищевых продуктов, кондитерских изделий, булочных сдоб, жевательных резинок, продуктов гигиены и предметов туалета, а также косметических, фармацевтических и ветеринарных продуктов.

Известно, что подслащивающий агент для того, чтобы его можно было использовать в промышленном масштабе, должен обладать, с одной стороны, интенсивной сладостью, позволяющей снизить стоимость при использовании, и, с другой стороны, удовлетворительной стабильностью, т.е. должен быть совместим с условиями использования.

Из подслащивающих агентов, имеющихся в настоящее время в продаже, дипептидное производное, 1-метиловый сложный эфир N-L- -аспартил-L-фенилаланина, известный под названием аспартам следующей формулы: на сегодняшний день является наиболее используемым [патент США N 3492131] . Одним из отличительных признаков этого соединения является его химический состав на основе двух природных аминокислот: L-аспарагиновой кислоты и L-фенилаланина. Относительно небольшая сладость этого соединения составляет около 120 - 180-кратной таковой сахарозы в расчете на вес. Несмотря на отличные органолептические качества, это соединение обладает основным недостатком, заключающимся в том, что оно является дорогостоящим продуктом вследствие его относительно низкой подслащивающей способности и обладает довольно слабой стабильностью при некоторых условиях использования подслащивающих агентов, особенно в нейтральной среде, что ограничивает области его применения в промышленности.

Следовательно, для пищевой промышленности существует необходимость в новом подслащивающем агенте, который обладает повышенной подслащивающей активностью, чтобы снизить его себестоимость, и который, по крайней мере, так же устойчив и даже более устойчив, чем аспартам, особенно в нейтральной среде. Так, уже синтезированы многочисленные дипептиды или дипептидные аналоги, обладающие сладким вкусом (см., например, J.M. Janusz, b Progress in Sweeteners, изд. T.H. Grenby, Elsevier, London, 1989, с. 1 - 46), но на сегодняшний день за исключением аспартама ни один не удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к подслащивающему агенту, а именно, как отличные органолептические качества, достаточно высокая подслащивающая интенсивность для снижения стоимости при использовании, достаточная стабильность.

Совершенно неожиданным образом найдено, и это составляет основу изобретения, что подслащивающая способность аспартама может быть очень сильно повышена за счет фиксации на свободном амине аспартама некоторых радикалов, в частности соответствующих пригодных углеводородных радикалов, подслащивающая способность аспартама, таким образом, может быть увеличена вплоть до 80-кратной, причем подслащивающая интенсивность изменяется в зависимости от специфической природы радикала R.

Результаты действия той же самой природы уже наблюдали со сложными этиловым, изопропиловым, пропиловым и трет.-бутиловым эфирами N-L- -аспартил-L-фенилаланина [патент США N 3492131] и с 1-метиловым эфиром N-L и - -аспартил-L-тирозина [патент США N 3475403].

Согласно первому аспекту, следовательно, настоящая заявка относится к соединениям формулы в которой R выбирается из группы, включающей следующие радикалы: CH₃(CH₂)₂CH₂, (CH₃)₂CHCH₂, (CH₃)₂CHCH₂CH₂, CH₃CH₂(CH₃)CH₂, (CH₃CH₂)₂CHCH₂, (CH₃)₃CCH₂CH₂; циклогексил, циклогептил, циклооктил, циклопентилметил, циклогексилметил, 3-фенилпропил, 3-метил-3-фенилпропил, 3,3-диметил-циклопентил, 3-метил-циклогексил, 3,3,5,5-тетраметилциклогексил, 2-гидроксициклогексил, 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил] пропил, 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил] -2-пропенил, 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил]-1-метилпропил и 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил]-1-метил-2-пропенил;
X выбирают среди групп: CH₃; CH₂CH₃; CH(CH₃)₂; CH₂CH₂CH₃ и C(CH₃)₃;
Z обозначает атом водорода или OH-группу;
так же, как к физиологически приемлемым солям этих соединений.

N-замещенные производные аспартама, обладающие повышенной подслащивающей способностью, уже были описаны. Так, в европейском патенте N 0107597 [патент США N 4645678] описываются соединения N-фенилкарбамоиласпартам или N-фенилтиокарбамоиласпартам, подслащивающая способность которых может достигать вплоть до величины в 55000 раз выше таковой сахарозы. Однако нет никакого структурного сходства между этими N-фенилкарбамоильной или N-фенилтиокарбамоильной группами и N-углеводородными группами соединений изобретения.

Также описаны другие N-замещенные производные аспартама (см., например, J. M. Janusz, цитировано выше), но речь также идет о соединениях, не имеющих никакой связи в отношении структуры с N-углеводородными производными изобретения.

В самом деле, существует неблагоприятное предупреждение, которое вплоть до настоящего времени разубеждает специалистов ориентироваться на поиск N-углеводородных производных аспартама с повышенной подслащивающей способностью. Так, известное из литературы единственное N-углеводородное производное аспартама, а именно 1-метиловый эфир N-[N,N-диметил-L- -аспартил]-L-фенилаланина следующей формулы:

описывается как обладающее горьким вкусом (R. H. Mazur и др., J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 2684-2691).

Исследования, проведенные заявителем, позволили констатировать, что органолептические свойства N-углеводородных производных аспартама совершено нельзя было предусмотреть и что структурно очень близкие углеводородные группы приводят к производным аспартама, которые могут быть в зависимости от случая сладкими, горько-сладкими, горькими или безвкусными. Кроме того, в европейском патенте EP-0338946 [патент США N 4935517] заявители описали N-углеводородные производные L-аспарагиновой (n=1) или L-глутаминовой (n = 2) кислот, отвечающие следующей общей формуле:

в которой радикал R представляет собой углеводородную группу с 5 - 13 C-атомами, насыщенную или ненасыщенную, ациклическую, циклическую или смешанную;
радикал R' представляет собой 4-цианофенильную, 2-цианопирид-5-ильную или 2-цианопиридимин-3-ильную группу, и n равно 1 или 2.

Соединения изобретения отличаются от этих соединений уровня техники тем, что они представляют собой специфические производные L-аспарагиновой кислоты, включающие группу R', которая не обладает никакой структурной аналогией с группами, определенными в европейском патенте EP-0338946, и их активность зависит от выбора специфических N-углеводородных групп.

Изучения соотношений структура - активность, проведенные изобретателями, в действительности позволили констатировать, что наиболее эффективные N-углеводородные группы согласно европейскому патенту EP-0338946 в качестве уровня техники путем комбинации с аспартамом приводят к горьким или горько-сладким соединениям. Так, это имеет место особенно с н-гептильной группой, которая согласно уровню техники приводит к одному из соединений с наиболее сильным сладким вкусом, но которая, скомбинированная с аспартамом, дает соединение с очень сильным горьким привкусом.

Кроме того, продемонстрировано, что стабильность характерных соединений изобретения более высокая, чем таковая аспартама в обычных условиях применения для пищевых продуктов. Это представляет собой тем более значительное преимущество ввиду того, что одно из ограничений для использования аспартама в некоторых пищевых продуктах проистекает из его очень незначительной стабильности в близкой к нейтральной среде, т.е. для pH-значений, близких к 7, которые часто встречаются в продуктах таких, как молочные продукты, мучные кондитерские изделия или другие продукты, которые требуют выпечки при высокой температуре, жевательные резинки, зубные пасты.

Изучение старения, ускоренного продолжительным нагреванием при 70^oC водного раствора с pH 7, характерного соединения изобретения, а именно сложного 1-метилового эфира N-[N-(3,3-диметилбутил)-L- -аспартил]-L-фенилаланина, сладость которого в 10000 выше таковой сахарозы, показывает, что он имеет период полураспада около 6 ч, тогда как период полураспада аспартама в тех же условиях составляет только 10 мин, что соответствует для соединения согласно изобретению в 36 раз более высокой стабильности, чем таковая аспартама. Сравнимые результаты получают для других характерных соединений изобретения.

Также показано, что стабильность соединений изобретения, по крайней мере, такая же, даже улучшенная, в кислой среде с pH значением около 3, которое соответствует pH-значению газированных напитков, которые представляют собой одно из главных применений подслащивающих средств.

Вследствие своей повышенной подслащивающей способности другое преимущество соединений изобретения по сравнению с аспартамом заключается в том, что при использовании в пищевых продуктах можно применять очень незначительные количества активного агента.

Следовательно, часто проблематичное присутствие в пищевых продуктах некоторых составляющих аспармата, а именно L-фенилаланина и метанола, очень сильно понижается за счет использования подслащивающего вещества изобретения. Таким образом, например, можно заменять в расчете на литр газированного напитка 550 мг аспартама примерно на 7 мг описанного в настоящем изобретении сложного 1-метилового эфира N-[N-(3,3-диметилбутил)-L- -аспартил]-L-фенилаланина и таким образом снижать примерно вплоть до в 80 раз количества L-фенилаланина и метанола, которые могут потребляться, при этом сохраняя идентичные органолептические качества.

Изобретение, следовательно, позволяет получать впервые новые N-углеводородные производные аспартама или его аналогов, которые обладают отличными органолептическими качествами, ассоциированными с очень высокой подслащивающей способностью вплоть до 10000 раз выше таковой сахарозы в расчете на вес, и, по крайней мере, подобной или большей стабильностью, что по сравнению с аспартамом имеет следствием расширение возможностей применения в пищевых продуктах.

Особенно предпочтительная форма реализации изобретения отвечает следующей формуле:

где
R имеет вышеуказанное значение.

Соединением, отвечающим особенно предпочтительной форме реализации изобретения, является сложный 1-метиловый эфир N-[N-(3,3-диметилбутил)-L- -аспартил]-L-фенилаланина (соединение 6 табл. 1) формулы

или сложный 1-метиловый эфир N-[N-(3-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-пропил-L- -аспартил]-L-фенилаланина (соединение 18 табл. 1) формулы

или сложный 1-метиловый эфир N-[N-(3-фенилпропил)-L- -аспартил]-L-фенилаланина (соединение 12 табл. 1) формулы

Соединения изобретения также могут быть превращены в соли с помощью неорганических или органических, физиологически приемлемых кислот или оснований, следствием чего является увеличение их растворимости. Предпочтительно эти соединения превращают в соли, которые представляют собой гидрохлориды или соли натрия, калия, аммония, кальция или магния.

Согласно второму аспекту настоящая заявка относится к соединениям изобретения в качестве подслащивающих агентов, подслащивающим композициям, включающим в качестве подслащивающего агента по крайней мере одно вышеуказанное соединение, и использованию соединений изобретения для подслащивания разнообразных продуктов, указанных выше.

Подслащивающие агенты изобретения можно добавлять в любой пищевой продукт, которому хотят придать сладкий вкус, при условии их добавления в количествах, достаточных для достижения желательного уровня сладкости. Оптимальная используемая концентрация подслащивающего агента зависит от разных факторов, таких как, например, подслащивающая способность подслащивающего агента, условия хранения и использования продуктов, отдельные составляющие продуктов и желательный уровень сладкости. Любой специалист легко может определить оптимальное количество подслащивающего агента, которое нужно использовать для получения пищевого продукта, осуществляя обычную дегустацию. Подслащивающие агенты изобретения обычно добавляют к пищевым продуктам в количествах согласно подслащивающей способности соединения, 0,5 - 50 мг подслащивающего агента на килограмм или литр пищевого продукта. Концентрированные продукты (концентраты) очевидно должны содержать более высокие количества подслащивающего агента и затем их нужно разбавлять согласно конечным намерениям использования.

Подслащивающие агенты изобретения можно добавлять в чистом виде в подслащиваемые продукты, но в соответствии с их повышенной подслащивающей способность их обычно смешивают с соответствующим носителем или соответствующим наполнителем.

Предпочтительно соответствующие носители или наполнители выбирают в группе, включающей полидекстрозу, крахмал, мальтодекстрины, целлюлозу, метилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу и другие производные целлюлозы, альгинат натрия, пектины, камеди, лактозу, мальтозу, глюкозу, лейцин, глицерол, маннитол, сорбитол, бикарбонат натрия, фосфорную, лимонную, винную, фумаровую, бензойную, сорбиновую, пропионовую кислоты и их соли натрия, калия и кальция, и их эквиваленты.

Подслащивающие агенты согласно изобретению можно вводить в пищевой продукт индивидуально, в качестве единственного подслащивающего агента, или в комбинации с другими подслащивающими агентами, такими как сахароза, сироп из кукурузы, фруктоза, дипептидные производные или аналогичные подслащивающие вещества (аспартам, алитам), дигидрохалкон-неогесперидин, гидрированная изомальтулоза, стевиозид, L-сахароза, глициррицин, ксититол, сорбитол, маннитол, ацесульфам, сахарин и его соли натрия, калия, аммония и кальция, цикламиновая кислота и ее соли натрия, калия и кальция, сукралоза, монеллин, тауматин и их эквиваленты.

Соединения изобретения могут быть получены различными способами, описанными в литературе. Так, согласно третьему аспекту настоящая заявка относится к одному из предпочтительных способов, который состоит в конденсации соединения формулы

с альдегидом или кетоном, предшественником группы R. Образующийся путем конденсации промежуточный имин затем восстанавливают in situ с помощью селективного восстановителя, как, например, цианоборгидрида натрия, что приводит непосредственно к соединениям изобретения (метод восстановительного N-моноалкилирования, описанный Ohfune и др., Chemistry Letters, 1984, 441-444).

Получение, например, соединения изобретения, в котором R представляет собой радикал (CH₃)₃CCH₂CH₂, осуществляют, исходя из альдегидного предшественника, имеющегося в продаже, 3,3-диметилбутиральдегида формулы (CH₃)₃CCH₂CHO.

Нужно заметить, что получение соединений изобретения непосредственно осуществляют исходя из аспартама или его аналогов. В том, что касается производных аспартама, это представляет собой особенно интересное преимущество вследствие того, что аспартам является продажным продуктом, синтез которого на сегодняшний день полностью освоен.

Очистку соединений изобретения в их кислой или солевой форме осуществляют стандартными способами, такими как перекристаллизация или хроматография. Их структуру и их чистоту контролируют классическими способами (тонкослойная хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография, инфракрасная спектрометрия, ядерный магнитный резонанс, элементный анализ).

Способ, которым может быть реализовано изобретение, и преимущества, которые проистекают из этого, будут лучше понятны из нижеследующих примеров осуществления. В этих примерах подслащивающую способность описанных соединений оценивают с помощью группы из восьми дегустаторов. Для этого соединения в виде водного раствора с переменными концентрациями сравнивают во вкусовом плане с контрольным раствором сахарозы с концентрацией 2, 5 или 10%. Подслащивающая способность испытуемого по отношению к сахарозе соединения соответствует тогда весовому соотношению, которое существует между соединением и сахарозой с равной подслащивающей интенсивностью, т.е. когда сладкие вкусы раствора испытуемого соединения и контрольного раствора сахарозы рассматриваются большинством как имеющие одну и ту же подслащивающую интенсивность.

Стабильность соединений изобретения и аспартама измеряют путем определения с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) количества продукта, остающегося после ускоренного старения в кислой среде (фосфатный буфер с pH 3) или в нейтральной среде (фосфатный буфер с pH 7) и при температуре 70^oC.

Стабильность, таким образом, испытуемого соединения оценивают по его периоду полураспада (время, соответствующее разложению на 50%).

В качестве примера получения синтеза сложного 1-метилового эфира N-N-(3,3-диметилбутил)-L- -аспартил]- L-фенилаланина (пример 6 табл. 1) формулы

осуществляют следующим образом.

4 г (39,8 ммоль) имеющегося в продаже 3,3-диметилбутиральдегида добавляют к смеси в 50 см³ метанола 10,6 г (36,2 ммоль) аспартама и 1,6 г (25,3 ммоль) цианоборгидрида натрия. Раствор перемешивают в течение 24 ч при комнатной температуре, затем концентрируют досуха в вакууме. Остаток затем обрабатывают 1H водным раствором соляной кислоты до тех пор, пока pH-значение не будет близко к нейтральному. Образовавшийся смолообразный остаток отделяют фильтрацией, высушивают в вакууме перед перекристаллизацией из смеси этанола с водой (1:1) или из ацетонитрила. Получают 9 г (выход 62%) сложного 1-метилового эфира N-[N-(3,3-диметилбутил)-L- -аспартил]- L-фенилаланина.

В табл. 1 приведены физико-химические характеристики описываемых соединений формулы I.

Подслащивающая способность этого соединения соответствует в расчете на вес приблизительно превышающей в 10000 раз таковой сахарозы по сравнению с раствором сахарозы с концентрацией 2, 5 и 10%.

Путем сравнения с аспартамом водный раствор с концентрацией 7 мг/л настоящего соединения эквивалентен по подслащивающей интенсивности раствору с 550 мг/л аспартама, что соответствует примерно в 80 раз более высокой подслащивающей способности соединения по сравнению с таковой аспартама.

В качестве примеров подслащивающая способность других соединений согласно изобретению, получаемых из аспартама, согласно осуществлению эксперимента, подобного таковому, описанному выше, и который специалист легко может снова осуществить, представлена в табл. 2. Подслащивающую способность оценивают по отношению к 2%-ному раствору сахарозы. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

В качестве дополнительных примеров, относящихся к соединениям общей формулы, сложный 1-этиловый эфир N-[N-(3,3-диметилбутил)-L- -аспарил]-L-фенилаланина имеет подслащивающую способность в 2000 раз больше, чем сахароза и сложный 1-метиловый эфир N-[N-(3,3-диметилбутил)-L- -аспартил]-L-тирозина имеет подслащивающую способность в 4000 раз выше, чем сахароза (по сравнению с 2%-ным раствором сахарозы).

На фиг. 1 представлена сравнительная диаграмма кривых стабильности по отношению к аспартаму (кривая a) нескольких характерных соединений изобретения, используя в качестве примеров соединения 2, 5 и 6 табл. 1 (кривые b, c и d соответственно), причем эти кривые получают в процессе ускоренного старения путем нагревания при 70^oC их растворов с концентрацией 1 г/л и кислой средой с pH 3. В этих экспериментальных условиях период полураспада аспартама составляет около 24 ч, тогда как периоды полураспада соединений изобретения составляют около 35 ч для соединения 2, 96 ч для соединения 5 и 55 ч для соединения 6, что соответствует стабильностям, которые вплоть до в 4 раза выше, чем таковая аспартама.

На фиг. 2 приводится сравнительная диаграмма кривых стабильности по отношению к аспартаму (кривая a) соединений 2, 5 и 6 табл. 1 (кривые b, c и d соответственно), причем эти кривые получают в процессе старения, ускоренного нагреванием при 70^oC их растворов с концентрацией 1 г/л и нейтральной средой с pH 7. В этих экспериментальных условиях аспартам очень мало стабилен (период полураспада 10 мин), тогда как соединения изобретения обладают периодами полураспада 4 ч 15 мин для соединения 2, 10 ч для соединения 5 и 64 для соединения 6, что соответствует стабильностям, которые вплоть до в 60 раз выше, чем таковая аспартама.

Формула изобретения

1. Производные аспартама общей формулы

в которой R выбирается из группы, включающей следующие радикалы: CH₃(CH₂)₂CH₂, (CH₃)₂CHCH₂, (CH₃)₂CHCH₂CH₂, CH₃CH₂(CH₃)CH₂,
(CH₃CH₂)₂CHCH₂, (CH₃)₃CCH₂CH₂, циклогексил, циклогептил, циклооктил, циклопентилметил, циклогексилметил, 3-фенилпропил, 3-метил-3- фенилпропил, 3,3-диметилциклопентил, 3-метилциклогексил, 3,3,5,5- тетраметилциклогексил, 2-гидроксициклогексил, 3-[4-гидрокси-3- метоксифенил] пропил, 3-[4-гидрокси-3- метоксифенил] - 2-пропенил, 3-[4-гидрокси-3- метоксифенил]- 1-метилпропил и 3-[4-гидрокси-3-метоксифенил] -1-метил-2-пропенил;
X выбирают из группы: CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂; CH₂CH₂CH₃ и C(CH₃)₃;
Z обозначает атом водорода или ОН-группу,
или их физиологически приемлемые соли.

2. Производные аспартама по п.1, представляющие собой соединения общей формулы

в которой R имеет указанное в п.1 значение.

3. Производное аспартама по п.2, представляющее собой сложный 1-метиловый эфир N-[N-(3,3-диметилбутил)-L- - аспартил]-L- фенилаланина формулы

4. Производное аспартама по п.2, представляющее собой сложный 1-метиловый эфир N-[N-(3-(4- гидрокси-3-метоксифенил)- пропил)-L- аспартил]-L-фенилаланина формулы

5. Производное аспартама по п.2, представляющее собой сложный метиловый эфир N-[N-(3- фенилпропил)-L- аспартил]-L- фенилаланина формулы

6. Подслащивающая композиция, включающая подслащивающий агент и инертный носитель или наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве подслащивающего агента она содержит по меньшей мере одно соединение по п.1 в эффективном количестве.

7. Способ получения производных аспартама общей формулы

в которой R выбирается из группы, включающей следующие радикалы: CH₃(CH₂)₂CH, (CH₃)₂CHCH₂, (CH₃)₂CHCH₂CH₂, CH₂CH₂CH/CH₃3CH₂, (CH₃CH₂)₂CHCH₂, (CH₃)₃CCH₂CH₂, циклогексил, циклогептил, циклооктил, циклопентилметил, циклогексилметил, 3-фенилпропил, 3-метил-3- фенилпропил, 3,3-диметилциклопентил, 3-метилциклогексил, 3,3,5,5-тетраметилциклогексил, 2-гидроксициклогексил, 3-[4- гидрокси-3-метоксифенил] - пропил, 3-[4- гидрокси-3-метоксифенил] -2- пропенил, 3-[4- гидрокси-3-метоксифенил]-1- метилпропил и 3-[4-гидрокси-3- метоксифенил]-метил-2- пропенил;
X выбирается среди групп: CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, CH₂CH₂CH₃ и C(CH₃)₃;
Z означает атом водорода или группу ОН, или их физиологически приемлемых солей,
отличающийся тем, что осуществляют конденсацию соединения формулы

в которой X и Z имеют указанные в п.1 значения,
с альдегидным или кетонным предшественником, соответствующим группе R получаемого соединения, затем восстанавливают in situ получающийся имин с помощью цианоборгидрида натрия, причем R имеет указанное выше значение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4