Furaneoleste un intensificator de parfum cu formula chimică C6H8O3 și CAS 3658-77-3. Apare ca un solid alb până la galben deschis, cu o aromă puternică de caramel, precum și o aromă bogată de fructe și gem. Când este diluat, are o aromă de zmeură. Ușor de oxidat prin aer, produsul se păstrează diluat cu propilenglicol, iar parfumul său este deosebit de puternic în medii slab acide. Produsele naturale se găsesc în ananas, căpșuni, struguri, cafea, mango, supă de vită încălzită, vin și multe altele. Urme de cantități există în alimente, tutun și băuturi, iar un prag de parfum de 0,04 ppb are un efect semnificativ de îmbunătățire a parfumului, făcându-l pe scară largă ca amplificator de parfum în alimente, tutun și băuturi; Deși furanona este prezentă pe scară largă în produsele naturale, conținutul său scăzut nu poate satisface nevoile zilnice, iar industria alimentară folosește în principal produse sintetice.
|
|
|
|
Formula chimică |
C6H8O3 |
|
Masa exactă |
128 |
|
Greutate moleculară |
128 |
|
m/z |
128 (100.0%), 129 (6.5%) |
|
Analiza elementară |
C, 56.25; H, 6.29; O, 37.46 |
Furanonele (formula chimică C6H8O3) sunt o clasă de compuși heterociclici cu structuri chimice unice. Inelul furan și grupările cetonă carbonil prezente în moleculele lor le înzestra cu reactivitate extinsă și activitate biologică. De la urme de componente care apar în mod natural la materii prime industriale sintetizate artificial, furanona a demonstrat diverse valori de aplicare în domenii precum alimentația, medicina, agricultura și știința materialelor.
Cu aroma sa puternică de caramel și aromele complexe de fructe (cum ar fi căpșuni, ananas, zmeură), a devenit un ingredient vedetă în domeniul parfumului alimentar. Pragul său de aromă este extrem de scăzut (0,04 ppb), iar adăugarea unei cantități mici poate îmbunătăți semnificativ nivelul de aromă al produsului. Este utilizat pe scară largă în următoarele scenarii:
1. Condimente alimentare
Alimente dulci: În înghețată, bomboane, gelatină și budincă, prin întărirea bazei de caramel și fructe, aromele neplăcute ale îndulcitorilor artificiali sunt mascate, sporind moliciunea gustului. De exemplu, FEMA (Food Flavor Extract Manufacturers Association) limitează utilizarea sa în bomboane la 10 mg/kg.
Produse de copt: sinergic cu vanilină și maltol, sporesc aroma de coacere a pâinii și a prăjiturii și prelungesc timpul de păstrare a aromei.
Produse din carne: simulați aroma bogată a supei de vită încălzită și îmbunătățiți pierderea de aromă a produselor din carne sterilizate la temperatură joasă-.
2. Îmbunătățirea aromei băuturilor
Băuturi alcoolice: În vin și bere, efectul de concentrare a aromei într-un mediu slab acid sporește textura fructată și îmbătrânită a vinului. FEMA permite utilizarea în băuturi alcoolice la o doză de până la 60 mg/kg.
Băuturi răcoritoare:Furaneolcombinat cu acid citric și acid malic pentru a crea un sistem de aromă de fructe tropicale și pentru a reduce conținutul de zahăr.
3. Produse chimice zilnice și tutun
Produse chimice zilnice: Ca materie primă de esență, furanona poate oferi parfum durabil de fructe pentru șampon și gel de duș și poate masca mirosul înțepător al ingredientelor chimice.
Aromă de tutun: În aditivii pentru filtrul de țigări, furanona reduce iritația gudronului, sporește confortul la fumat și oferă un gust unic de caramel.
Comparație naturală și sintetică: deși urme de furanonă sunt prezente în ingrediente naturale, cum ar fi ananasul și căpșunile, conținutul lor nu este suficient pentru a satisface nevoile industriale. Industria alimentară utilizează, în general, metode de sinteză chimică (cum ar fi reacția hidroxicetonă lactonei) pentru a prepara furanonă de înaltă puritate-, care reprezintă doar 1/10 din costul extracției naturale.
În domeniul medicinei: o abordare versatilă, de la antiinfecții la anti-tumorale
Activitățile antibacteriene, anti{0}}inflamatorii și antibiofilm ale furanonei au făcut din aceasta un subiect fierbinte în dezvoltarea medicamentelor, iar mecanismul său de acțiune acoperă următoarele direcții:
1. Agent antibacterian cu spectru larg-
Bacteriile Gram pozitive/negative: prin perturbarea permeabilității membranei celulare, acestea inhibă formarea de biofilme de către bacteriile patogene precum Escherichia coli și Staphylococcus aureus. De exemplu, 2 (5H) - furanona poate reduce atașarea tinerilor scoici cu coajă groasă și poate inhiba formarea biofilmului bacterian marin.
Activitate antifungică: Studiile au arătat că furanona induce acumularea de trehaloză în celulele Candida albicans, blochează transformarea morfologică a hifelor și exercită efecte antifungice fără toxicitate hemolitică asupra globulelor roșii umane.
2. Potențial anti-cancer
Reglarea ciclului celular: derivații de furanone inhibă activitatea topoizomerazei, blochează replicarea ADN-ului celulelor canceroase și induc apoptoza. De exemplu, 3-hidroxi-4-metil-5-etil-2 (5H) furanona a arătat efect inhibitor asupra proliferării celulelor MCF-7 de cancer de sân in vitro.
Antiangiogeneza: Unii compuși furanonici pot inhiba expresia factorului de creștere endotelial vascular (VEGF), pot întrerupe aportul de nutriție pentru tumori și pot îmbunătăți eficacitatea atunci când sunt combinați cu medicamente pentru chimioterapie.
3. Proprietăți antiinflamatorii și antioxidante
Prin eliminarea radicalilor liberi, inhibarea căii de semnalizare NF - κ B și reducerea răspunsurilor inflamatorii, a demonstrat potențialul terapeutic în modelele de artrită și enterită. Activitatea sa antioxidantă (valoarea ORAC de 5000 μ mol TE/g) îl face o materie primă candidată pentru dezvoltarea produselor de sănătate.
Aplicarea furanonei și a derivaților săi în agricultură trece de la pesticidele tradiționale la controlul biologic, cu direcții principale care includ:
1. Protectori ai plantelor
Activitate insecticid: Flupiradifurona (dezvoltat de Bayer), ca insecticid neonicotinoid de a patra generație, controlează eficient dăunătorii bucali care sug piercing, cum ar fi afidele și muștele albe, blocând receptorii de acetilcolină a insectelor și este sigur pentru organismele nețintă, cum ar fi albinele. Produsele sale formulate, precum Sivanto Prime, au fost înregistrate în peste 50 de țări din întreaga lume și sunt folosite pentru culturi precum tomate și citrice.
Antibacteriene și prevenirea bolilor: derivații de furanonă pot induce rezistență sistemică (SAR) în plante, sporind rezistența la mucegaiul pufos și gri. De exemplu, pulverizarea cu soluție de furanonă în cultura strugurilor poate reduce incidența bolilor cu 40%.
2. Conversia biomasei
Degradare enzimatică: Alfa-L{-ramnoza (o furanozidază) poate hidroliza poliramnoza în pereții celulelor plantelor, eliberând zaharuri fermentabile pentru producerea de bioetanol. Această enzimă are o eficiență semnificativă în conversia deșeurilor agricole, cum ar fi aragazul de porumb și bagasul din trestie de zahăr, reducând costul biocombustibililor.
Grupul său ester și legătura dublă conjugată îi conferă o reactivitate unică, făcându-l o materie primă cheie pentru sintetizarea materialelor funcționale:
1. Plastic biodegradabil
Polimerizarea în buclă deschisă poate prepara materiale din poliester, cu o rată de biodegradare de trei ori mai mare decât cea a PET-ului tradițional și cu proprietăți mecanice (rezistență la tracțiune de până la 50MPa) care îndeplinesc cerințele materialelor de ambalare. De exemplu, procesul YXY dezvoltat de Avantium în Țările de Jos a realizat producția industrială de poliester pe bază de furan (PEF).
2. Purtător de droguri
Nanoparticulele modificate cu furanonă, cum ar fi copolimerii de furanonă de acid polilactic, pot obține eliberarea controlată a medicamentului și pot prelungi timpul de menținere a concentrației medicamentului în sânge în terapia țintită pentru tumori. Experimentele au arătat că acest tip de purtător poate crește rata de inhibare a tumorii a doxorubicinei cu 25%.
3. 3surfactant
Derivații de furanone (cum ar fi sărurile acidului sulfonic) au o concentrație micelică critică scăzută (CMC), ceea ce poate reduce tensiunea superficială și toxicitatea pentru organismele acvatice în detergenți, în conformitate cu tendința chimiei verzi.
BiosintezaFuraneol
1. Ipoteza sintezei furanonei în căpșuni
Figura 1 Ipoteza asupra căii de biosinteză a furanonei în fructele de căpșuni. 4-Hidroxi-5-metil{-2-metilen-3 (2H)-furanonei HMMF; 4-hidroxi-2, 5 - dimetil-3 (2 h)-furanonă HDMF; chinona oxidoreductază de căpșuni (FaQR); F. Ananassa ceton oxidoreductaza FaEO; F. Ananassa O-metiltransferaza FaOMT.
Apoi, purificați parțial o enzimă implicată în biosinteza HDMF. Distribuția observată a activității enzimatice este legată de prezența unei singure peptide. Analiza secvenței a arătat că enzima este complet identică cu secvența proteică a unei chinonă oxidoreductazei dependente de auxină inductibilă (FaQR). Proteina FaQR este exprimată funcțional în Escherichia coli și catalizează formarea HDMF. 4-hidroxi{-5-metil-2-metil-3 (2H) - furanona (HMMF) a fost identificată ca un substrat natural al FaQR și un precursor al HDMF (Figura 1).
FaQR catalizează reducerea legăturilor nesaturate alfa și beta în cetenă HMMF foarte reactivă, redenumită ulterior F Ananassa cetonoxidoreductază (FaEO). FaEO nu reduce legăturile duble ale 2-enalului și 2-enalului cu catenă liniară, ci mai degrabă hidrogenează unii derivați HMMF substituiți cu grupări funcționale metilen. HMMF a fost detectat și în fructele de roșii și ananas, ceea ce indică faptul că HDMF este sintetizat prin căi similare în fructe diferite. Clonarea Solanum lycopersicon EO (SlEO) din ADNc și identificarea proteinei recombinante. Studiile biochimice au confirmat că SlEO este implicat în formarea HDMF în fructele de tomate. În comparație cu celelalte două reductaze non-flavone dependente de NAD (P) H, FaEO și SlEO prezintă spectre de substrat mai înguste. Până de curând, pentru a elucida mecanismul molecular al reacției speciale catalizate de FaEO, structura sa cristalină a fost determinată în șase stări sau complexe diferite, inclusiv complexe cu HDMF și trei analogi de substrat. Rezultatele indică faptul că hidrura 4R a NAD (P) H este transferată în carbonul C-6 din inelul exterior nesaturat al HMMF, formând un intermediar enol optic inactiv, care apoi este supus protonării pentru a forma HDMF.
Este de remarcat faptul că unele rapoarte sugerează că producția de furanone poate să nu fie o activitate directă a căilor metabolice ale plantelor, ci mai degrabă un efort comun al plantelor de căpșuni și al unei bacterii înrudite - Methanobacterium. Cu toate acestea, ruta propusă nu este convingătoare, deoarece există rapoarte contradictorii cu privire la etapele finale ale HDMF și DMMF, iar experimentele cu trasoare nu sprijină conversia propusă a produselor intermediare lactoză și 6-deoxi-D-fructoză-1-fosfat în furanonă.
2. Sinteza drojdiei deFuraneol
Fiind principala componentă de aromă a sosului de soia fermentat, HEMF a fost izolat pentru prima dată din sosul de soia fermentat. Formarea HEMF a fost promovată prin cultivarea drojdiei tolerante la sare, Zygosaccharomyces rouxii, într-un mediu care conține produșii de reacție ai ribozei și glicină aminocarbonil (Maillard). Mecanismul compusului a fost studiat folosind izotopii săi stabili. Scheletul pentagonal și metilul lanțului lateral al HEMF sunt derivate din riboză, în timp ce gruparea etil este derivată din D-glucoză sau acetaldehidă. Rolul drojdiei în formarea HEMF nu este doar de a furniza metaboliți de D{-glucoză (acetaldehidă), ci și de a lega produsele reacției Maillard cu metaboliții de D{-glucoză.
După incubarea cu niște carbohidrați fosfatați, s-a găsit formarea de HMF în extractul citoplasmatic de Saccharomyces cerevisiae. Deoarece HMF se formează spontan din ribuloză-5-fosfat prin intermediarul Maillard 4,5-dihidroxi-2,3-pentandionă, se poate presupune că ribuloza-5-fosfat este generat enzimatic în extractele citoplasmatice și apoi convertit în HMF prin reacții chimice. Această ipoteză a fost confirmată prin producerea de hidroximetilfurfural într-un amestec care conține enzime disponibile comercial și D-glucoză-6-fosfat marcat cu izotop. Interesant, HMF a fost identificat ca o moleculă de semnalizare extracelulară Al-2 catalizată de enzima LuxS și joacă un rol în comunicarea intercelulară bacteriană. Formarea chimică a Al-2 din 5-fosfat ribuloză poate avea loc și in vivo, ceea ce poate fi motivul activității asemănătoare Al-2 în organismele lipsite de gene luxS.
Procesul de formare a HDMF în drojdia Z. rouxii în diferite condiții de cultură a fost studiat folosind fructoza D-1,6-difosfat ca materie primă. Când fructoza D-1,6-difosfat este utilizată ca unică sursă de carbon, creșterea drojdiei Z. rouxii și formarea HDMF nu sunt semnificative. Deși celulele de drojdie de Z. rouxii cresc într-un mediu cu D-glucoză ca unică sursă de carbon, HDMF este produs numai atunci când se adaugă D-fructoză-1,6-difosfat. Nivelul HDMF este corelat în mod constant cu numărul de celule de drojdie și cu concentrația de D-fructoză-1,6-difosfat. După adăugarea 1-13C{-D-fructoză-1,6-difosfat, s-a format doar HDMF cu o singură etichetă, în timp ce după adăugarea 13C6-D-glucoză s-a format furanonă nemarcată. Prin urmare, carbonul HDMF este derivat în întregime din D-fructoză-1,6-difosfat exogen. O valoare mai mare a pH-ului mediului de cultură are un efect pozitiv asupra formării HDMF, dar poate întârzia creșterea celulelor, astfel încât valoarea optimă a pH-ului este 5,1. Stresul salin a stimulat producția de HDMF. Adăugarea de o-fenilendiamină (un reactiv de captare pentru intermediarul - dicarbonil (Maillard)) la mediul de cultură poate produce trei derivați de chinolonă derivați din D-fructoză-1,6-difosfat. Identificarea acestei structuri a confirmat pentru prima dată formarea chimică a 1-deoxi-2,3-hexadisază-6-fosfat, un intermediar în calea de formare a HDMF care a fost larg așteptat, dar niciodată descoperit. Datorită faptului că HDMF este disponibil numai în Z, a fost detectat în prezența celulelor Rouxii, prin urmare se presupune că sunt implicați mai mulți pași enzimatici. La temperatura ambiantă, HDMF poate fi, de asemenea, generat chimic într-o soluție care conține D-fructoză-1,6-difosfat și NAD (P) H. NAD (P) H este necesară, iar aplicarea precursorilor marcați indică faptul că hidrura de D-fructoză-1,6-difosfat este transferată la C-5 sau C-6. Procesele biologice și chimice de generare a HDMF din D-fructoză-1,6-difosfat par să urmeze o cale similară.
Produsele naturale cu activitate optică prezintă un exces enantiomeric unic în timpul biosintezei datorită stereoselectivității și reacțiilor catalizate de enzime. Deși este de așteptat ca HDMF să fie generat prin combinația de drojdie de Z. rouxii și enzime din fructe, compusul natural este racemic. Racemizarea rapidă a HDMF explică acest fenomen datorită tautomeriei cetoenolilor. Analiza 1H-RMN și electroforeza capilară chirală a schimbului de protoni deuteriu pe inelul furanonic al C-2 a arătat că rata de racemizare a HDMF a fost cea mai scăzută la pH 4-5. Prin urmare, pentru a verifica formarea enzimatică a HDMF, am efectuat experimente de incubare cu drojdie de Z. rouxii și extract proteic de căpșuni la pH 5. Formarea HDMF îmbogățit enantiomeric a fost confirmată în ambele experimente, în timp ce furanona racemică a fost detectată în condiții de pH neutru.
3. Sinteza bacteriană a furanonei
HDMF a fost detectat după 4 zile de creștere a Pichia capsulata pe mediu de cazeină peptonă care conține L-ramnoză. Analiza spectrometriei de masă cu raportul izotopului stabil a confirmat că L-ramnoza este sursa de carbon a HDMF. Experimentul în timp a condus la ipoteza că HDMF este format dintr-un intermediar produs de Pichia pastoris în timpul procesului de sterilizare termică a mediului de cultură, așa cum este propus de drojdia conjugativă luterană. În mod similar, în rezultatele reacției Maillard, HDMF a fost detectat în mediul preparat prin încălzirea zahărului și a aminoacizilor. În același mediu de fermentație, nivelurile de HDMF au fost crescute și prin fermentarea Lactococcus lactis subsp. cremoris.
4. Rezumatul sintezei furanonei
3 (2H) - compușii furanoni au praguri de miros scăzute și caracteristici de aromă atrăgătoare, făcându-i substanțe chimice aromatice importante. Ele sunt formate chimic din diferiți carbohidrați în timpul reacției Maillard și, prin urmare, există în multe alimente procesate, contribuind la producerea aromei. Dar furanona poate fi produsă și de drojdii, bacterii și plante, iar funcția sa fiziologică poate fi legată de activitatea redox. Deși deoxizaharele precum L-ramnoza sunt precursori eficienți pentru HDMF în reacția Maillard, fructoza D-1,6-difosfat a fost identificată ca un precursor natural în fructe. În fructele de căpșuni, carbohidrații fosforilați sunt transformați în HMMF prin eliminarea fosfatului și a apei, iar HMMF este în cele din urmă redus la HDMF de către FaEO (FaQR). Metilarea HDMF duce la acumularea de DMMF și este catalizată de FaOMT. În general, s-au făcut progrese semnificative în elucidarea căilor de biosinteză ale furanonei naturale în microorganisme și plante datorită aplicării precursorilor marcați cu izotopi. În viitorul apropiat, înțelegerea secvenței genomului căpșunilor de pădure va ajuta la detectarea genelor cu căi HDMF lipsă, iar sistemele de imagistică îmbunătățite vor ajuta la localizarea furanonei intracelulare. Înțelegerea genelor și enzimelor relevante va oferi o bază pentru producerea furanonei naturale prin biotehnologie.
Activitățile biologice și farmacologice ale furanonei
1. Efectul antibacterian al furanonei asupra bacteriilor și ciupercilor patogene umane
Furanona este un compus aromatic important care se găsește în căpșuni, ananas și alimente procesate, despre care se știe că are activități biologice multiple în modelele animale. Acest studiu a investigat efectul antibacterian al furanonei asupra microorganismelor patogene umane. Rezultatele au arătat că furanona are activitate antibacteriană cu spectru larg- împotriva bacteriilor Gram pozitive, Gram negative și ciupercilor și nu are niciun efect hemolitic asupra globulelor roșii umane. Pentru a confirma activitatea antifungică a furanonei, am investigat acumularea de trehaloză intracelulară ca marker de răspuns la stres pentru substanțele toxice și efectul acesteia asupra dimorfismului Candida albicans. Rezultatele indică faptul că furanona induce o acumulare semnificativă de trehaloză în celule și își exercită efectul antifungic prin perturbarea morfologiei hifelor induse de ser. Aceste rezultate sugerează că furanona poate fi un agent terapeutic cu activitate antibacteriană cu spectru larg- împotriva microorganismelor patogene umane.
2. Alimentele cheieFuraneol(4-hidroxi-2,5-dimetil-3 (2H) - furanonă) și Sotolona (3-hidroxi-4,5-dimetil-2 (5H) - furanonă) activează în mod specific diferiți receptori de miros
Furanonele formate în reacția Maillard sunt de obicei compuși cheie aromatici naturali care se găsesc în multe alimente. Semnificativi din punct de vedere economic sunt izomerii structurali furanona și sotocetona, care au arome unice de caramel și arome și sunt compuși naturali importanți ai condimentelor. Cu toate acestea, acest lucru nu poate fi prezis de forma moleculelor de miros. Dimpotrivă, parametrii de activare ai receptorilor lor pot ajuta la decodarea calității mirosului. Aici, caracteristicile unice de miros ale furanonei și sotocetonei indică faptul că cel puțin două dintre cele aproximativ 400 de tipuri diferite de receptori de miros sunt activate, servind ca biosenzori moleculari pentru olfactivul nostru chimic. Când un receptor de miros a fost identificat ca Sotocetonă, furanona specifică receptorului este încă neclară. Într-un test de luminiscență bazat pe celule HEK-293, am folosit o metodă de screening bidirecțională folosind 616 variante de receptor și 187 de mirosuri alimentare cheie. Am descoperit recent că OR5M3 este un receptor activat în mod specific de furanonă și cetonă de sos de soia (Homofuranonel, 5-etil-4-hidroxi-2-metil-3 (2H) - furanonă).
OR5M3 este un receptor activat în mod specific de furanonă și homofuranoneol (5-etil-4-hidroxi-2-metil-3 (2H) - furanonă)
3. O revizuire a potențialului chimic și farmacologic al scheletului de furanone
Structurile furanonei reprezintă o clasă importantă de compuși heterociclici care apar adesea în produsele naturale cu efecte farmacologice semnificative, iar domeniul de cercetare este în continuă expansiune. Au o gamă largă de activități farmacologice: anti cataracte, anti-cancer, antibacteriene, anti-inflamatorii și anticonvulsivante. Acest articol oferă o trecere în revistă a progresului cercetării, a metodelor de sinteză și a efectelor biologice ale compușilor furanoni naturali. Metoda în fază solidă, reacția de cuplare încrucișată, reacția Maillard, reacția de cicloadiție între alcool și nitril de oxid de fenil și reacția de modificare a lanțului lateral sunt mai multe tipuri de reacții pentru prepararea derivaților de furanonă. Acest articol trece în revistă metodele de preparare și activitățile farmacologice ale scheletelor de furanone, ceea ce îi va ajuta pe chimiștii medicinali să proiecteze și să implementeze noi metode de căutare de noi medicamente.
4. Identificarea 2,5-dimetil-4-hidroxi-3 [2H]-Furaneol-d-acidul glucuronic ca principal metabolit al componentelor umane arome de căpșuni
2,5-dimetil{-4{-hidroxi{-3 [2H] furanone ®, DMHF [3658-77-3] este o componentă importantă a aromei fructelor de căpșuni. Determinați excreția prin detectarea nivelurilor de acid glucuronic DMHF și DMHF în urină. Acidul glucuronic DMHF a fost sintetizat și structura sa a fost identificată prin 1H, 13C, rezonanță magnetică nucleară 2D și date de spectrometrie de masă. Conținutul de acid glucuronic DMHF în urina umană a fost determinat prin cromatografie lichidă de înaltă performanță în fază inversă (XAD-2), extracție în fază solidă, spectroscopie ultravioletă/vizibilă online (UV/VIS) sau electrospray - spectrometrie de masă în tandem (electrospray - spectrometrie de masă în tandem). Voluntarii bărbați și femei au excretat 59-69% și 81-94% din doza totală de DMHF (DMHF liber și legat de glicozidic în căpșuni) în urină în decurs de 24 de ore, respectiv, sub formă de glucuronid DMHF. În fructele de căpșuni, excreția de DMHF este independentă de doza de DMHF și de raportul dintre formele de legare liberă și glicozidice. Dihidrofuranul, dihidrofuran glucozidul și derivații lor 6'-o-malonil prezenți în mod natural în căpșuni nu au fost detectați în urina umană.
Tag-uri populare: furaneol cas 3658-77-3, furnizori, producători, fabrică, en-gros, cumpărare, preț, vrac, de vânzare