Душистые вещества

Органические вещества, обладающие характерным, чаще всего приятным запахом, называют душистыми веществами. Их используют для получения косметических препаратов и парфюмерных композиций. К чистоте душистых веществ предъявляются очень строгие требования, поскольку даже ничтожные примеси могут изменить запах вещества.

Душистые вещества условно делят на натуральные и синтетические. К натуральным веществам относят соединения, выделяемые из природных источников, к синтетическим – соединения, полученные из природного или химического сырья путем химических ревращений.

Обычно душистые вещества обладают повышенной летучестью. Не существует каких-либо определенных правил, на основании которых можно предсказать, что данное вещество будет обладать тем или иным запахом. Многочисленные исследования различных групп соединений не привели к созданию единой теории, связывающей химическую структуру с определенным запахом. Тем не менее, некоторые молекулы издают запах (т.е. реагируют с рецепторными центрами, связанными с обонянием), который легко описать. Например, существует классификация первичных запахов, различаемых человеком^*:

Камфарный	Резкий	Эфирный
Борнеол	Уксусная кислота	Ацетилен
т-Бутанол	Аллиловый спирт	ССl4
D-камфара	Циан	CHCl3
Цинеол	Формальдегид	(CH2)2Cl2
Пентаметилэтиловый спирт	Муравьиная кислота	Пропиловый спирт
Цветочный	Мятный	Мускусный
Бензилацетат	т-Бутилкарбинол	Андростанол-3α(сильн.)
Гераниол	Циклогексан	Циклогексадеканон
α- и β-Иононы	Ментол	17-Метиландростанол-3α
Фенилэтиловый спирт	Пиперитол	Пентадеканолактон
Терпинеол	1,1,3-Триметилцикло-гексанон-5	Мускон (3-метилцикло-пентадеканон)
Гнилостный
Амилмеркаптан
Кадаверин (пентаметилендиамин)
H2S
Индол (при большой конц.; в разб. р-ре - цветочный)
Скатол

Эти запахи не включают всех известных человеку оттенков ароматов. Приведенные категории разработаны в основном как средство для того, чтобы описывать явные, легко воспроизводимые запахи, присущие эталонным образцам, применяемым для сравнения.

Особенно сильно пахнущие вещества человек обычно может обнаружить при их содержании в количестве 1 часть на 10¹² частей воздуха. Даже незначительное число пахучих молекул, достигших рецепторного центра обоняния, адсорбируется на поверхности рецептора.

Одни лишь функциональные группы не определяют запаха молекулы. Уксусная кислота, например, обладает резким запахом, в то время как масляная кислота имеет запах прогорклого жира. Валериановая и капроновая кислоты пахнут как пропахшая потом раздевалка стадиона (Гудман и Морхауз), а высшие жирные спирты почти совсем не имеют запаха. Насколько важную роль играет геометрия молекулы, можно видеть на примере ксиленолов:

Твердо установлено, что запах углеводородов существенно зависит от длины их цепи. Так, метан не имеет запаха; алканы типа октана и нонана – запах бензина. Известно, что сложные эфиры имеют фруктовый запах, однако специфический запах зависит от характера кислотного и спиртового компонентов, входящих в эфир. Очень интересные изменения запаха в зависимости от характера замещения наблюдаются для γ-лактонов: 5-н-пентилпроизводное имеет запах кокосового ореха, а 5-н-гексилпроизводное пахнет персиками:

Близкий к ним по структуре γ-лактон распространяет очень сильный аромат мясного бульона

Этилбутират пахнет ананасами, а н-октилацетат имеет запах апельсина.

Чем же различаются запахи? Какие этапы включает процесс обоняния? Конечно, частично запах связан с природой молекулы душистого вещества, однако остальное определяется стимулированием нервной системы организма. Было высказано предположение, что между издающим запах веществом и β-каротиноидами жгутиков обонятельных рецепторов образуется слабый комплекс. Каротиноиды являются полупроводниками. Они могут взаимодействовать и образовывать слабый комплекс с пахучими веществами (одорантами). В результате электропроводность клеточной мембраны обонятельного рецептора возрастает и возникает импульс, который передается в центральную нервную систему. Образование комплекса находится в прямой зависимости от стереохимического строения молекулы пахучего вещества. При этом для каждого соединения определенного ряда выбирается конформация, которая предположительно подходит для взаимодействия с обонятельным рецептором.

Изложенные теории, вероятно, являются весьма упрощенными представлениями. Интересно, что в случае андростеролов незначительные изменения структуры существенно изменяют запах почти не влияя на плоскостное изображение молекулы:

Δ¹⁶-андростенол-3α Δ¹⁶-андростенол-3β

(сильный мускусный запах) (слабый мускусный запах)

Или в случае орто-мусконов: введение одной метильной группы очень сильно изменяет запах

Слабый мускусный запах сильный мускусный запах

Таким образом, в настоящее время не существует теории, способной объяснить влияние тонких факторов на процесс восприятия запаха.

Вещества, обладающие запахом, встречаются почти во всех классах органических соединений, но чаще они обнаруживаются в спиртах, эфирах, альдегидах, кетонах.

Природные душистые вещества чаще всего представлены эфирными маслами, которые получают экстракцией цветов растений. Они содержат сложные смеси различных веществ. Ценным парфюмерным продуктом является розовое масло. Широко используются также эфирные масла других растений, например, гераниевое и лавандовое масла.

Для получения стойких парфюмерных композиций необходимы стабилизаторы запаха. Такие вещества также существуют в природе, это мускусные препараты.

Синтетические душистые вещества могут воспроизводить структуру какого-то природного вещества с его запахом, но могут быть получены вещества, не существующие в природе и также обладающие душистым запахом.

Методы получения душистых веществ имеют много общего с методами получения лекарственных соединений.

Рассмотрим наиболее ярких представителей душистых веществ.

Олефины.

П-цимол входит в состав тминного, кориандрового, анисового, эвкалиптового эфирных масел и масла мускатного шалфея:

п-ЦИМОЛ

Лимонен содержится в цитронелловом, тминном и померанцевом эфирных маслах, обладает запахом, напоминающем запах лимона или апельсина:

ЛИМОНЕН

α- и β-Фелландрены существуют в виде оптических и рацемических форм, присутствуют в эвкалиптовом и фенхельном эфирных маслах и в скипидаре:

α-ФЕЛЛАНДРЕН
β-ФЕЛЛАНДРЕН

Спирты.

Линалоол содержится в бергамотном, лавандовом, кориандровом, гераниевом и др. эфирных маслах; применяется для составления парфюмерных композиций:

ЛИНАЛООЛ

Гераниол и нерол – транс- и цис-изомеры 3,7-диметилоктадиен-2,6-ола – имеют запах, напоминающий запах розы. Они входят в состав гераниевого, розового, пальмарозового и лемонграссового эфирных масел. Гераниол применяют для составления парфюмерных композиций, для ароматизации мыла, косметических и моющих средств. Нерол имеет более нежный запах и используется в основном для составления парфюмерных композиций:

ГЕРАНИОЛ
НЕРОЛ

Цитронеллол присутствует в гераниевом, цитронелловом и розовом маслах, применяется для составления парфюмерных композиций, отдушек для мыла и косметических изделий, а также для изготовления пищевых эссенций:

ЦИТРОНЕЛЛОЛ

Цитронеллол получают восстановлением гераниола в присутствии скелетных никелевых катализаторов:

Ментол имеет запах мяты; найден в масле перечной мяты, в гераниевом масле:

МЕНТОЛ

Изомеры ментола – изоментол и неоизоментол – в эфирных маслах не найдены. Неоментол присутствует в тех же маслах, что и ментол:

Спирты жирноароматического ряда нередко обладают приятным запахом.

Бензиловый спирт С₆Н₅СН₂ОН содержится в масле жасмина, туберозы, гвоздичном масле; в виде ацетата – в масле гиацинта

БЕНЗИЛОВЫЙ СПИРТ

β-Фенилэтиловый спирт обладает запахом розы и находится в розовом, гераниевом, нероловом, гвоздичном и др. маслах:

ФЕНИЛЭТИЛОВЫЙ СПИРТ

Фенилэтиловый спирт получают восстановлением этилового эфира фенилуксусной кислоты:

Коричный спирт существует в виде цис- и транс-изомеров, содержится в гиацинтовом и кассиевом маслах.

КОРИЧНЫЙ СПИРТ

Запах санталового дерева определяется присутствием α- и β-санталолов.

α-САНТАЛОЛ
β-САНТАЛОЛ

Достаточно большое число душистых веществ найдено среди простых и сложных эфиров. Алкилацетаты часто обладают запахом фруктов.

Изопентилацетат имеет запах, напоминающий запах груши, используется для приготовления пищевых эссенций.

ИЗОПЕНТИЛАЦЕТАТ

Бензилацетат входит в состав эфирных масел гиацинта, жасмина и др. Применяется в парфюмерных композициях и отдушках для мыла.

БЕНЗИЛАЦЕТАТ

Метиловый эфир абиетиновой кислоты обладает слабым ароматическим запахом, используется в парфюмерных и косметических композициях.

АБИЕТИНОВОЙ КИСЛОТЫ МЕТИЛОВЫЙ ЭФИР

Бутилбензоат имеет приятный фруктовый запах с оттенком запаха лилии, входит в состав парфюмерных композиций и отдушек для мыла.

БУТИЛБЕНЗОАТ

Альдегиды.

Ценными душистыми веществами являются альдегиды – цитраль, гидроксицитронеллаль, жасминальдегид, цикламенальдегид, обепин, (анисовый альдегид), гелиотропин (в эфирных маслах гелиотропа, сирени, стручках ванили).

ЦИТРАЛЬ
ГИДРОКСИЦИТРОНЕЛЛАЛЬ
ЖАСМИНАЛЬДЕГИД
ЦИКЛАМЕНАЛЬДЕГИД
ОБЕПИН
ГЕЛИОТРОПИН

Все эти соединения обладают ценными цветочными запахами и используются в парфюмерных композициях.

Из нетривиальных методов синтеза альдегидов следует упомянуть синтез жасминальдегида, получаемого из бензальдегида и гептаналя

Кетоны.

Нежными цветочными запахами обладают и кетоны – иононы, ироны, жасмон и дигидрожасмон. Иононы и ироны имеют запах фиалки, жасмон и дигидрожасмон – запах жасмина.

α-ИОНОН
β-ИОНОН
α-ИРОН
ИЗО-α-МЕТИЛИОНОН (ИРАЛИЯ)
ЖАСМОН
ДИГИДРОЖАСМОН

Из ундецен-10-овой кислоты получают соединение с запахом жасмина, также называемое дигидрожасмоном:

Синтез иронов осуществляют из 2,3-диметилбутадиена-1,3:

β-ирон

Очень важными соединениями при изготовлении парфюмерной продукции являются стабилизаторы запаха; ими служат макроциклические кетоны и лактоны. Некоторые из них представлены ниже:

МУСКОН
ЦИБЕТОН
ДИГИДРОЦИБЕТОН
АМБРЕТТОЛИД
ЭКЗАЛЬТОЛИД

Мускон и цибетон выделяют из желез животных, поэтому они очень дороги и труднодоступны. Амбреттолид и экзальтолид получают из семян растений.

Строение макроциклических кетонов и лактонов было установлено Л.Ружичкой в 1920-х годах.

Общий метод синтеза таких соединений:

Мускусным запахом обладают некоторые синтетические ароматические соединения:

МУСКУС АМБРОВЫЙ
МУСКУС-КЕТОН
МУСКУС-КСИЛОЛ