Хімічні таємниці запаху

Курбатова С.В., Яшкін С.М.

Під запашними звичайно розуміють приємно пахнуть органічні речовини. Навряд чи хто-небудь скаже так про хлорі або меркаптанів, хоча у них є свій запах. Коли мають на увазі взагалі пахнуть речовини, їх називають пахучими. З точки зору хімічної - різниці немає. Але якщо наука вивчає взагалі пахнуть речовини, то промисловість (і в першу чергу парфумерну) цікавлять переважно запашні речовини. Правда, тут важко провести чітку межу. Знаменитий мускус - основа основ парфумерії - сам по собі пахне різко, навіть неприємно, але, доданий у незначних кількостях у парфуми, посилює, покращує їх запах. Індол володіє фекальним запахом, а розведений - в парфумах "Біла бузок" - таких асоціацій не викликає.

До речі, запашні речовини відрізняються не тільки запахом, всі вони мають також і фізіологічною дією: деякі через органи нюху на центральну нервову систему, інші при введенні всередину. Наприклад, цитраль - речовина з приємним лимонним запахом, вживане в парфумерії, є також судинорозширювальну засобом і використовується при гепертоніі і глаукомі.

Багато запашні речовини володіють і антисептичну дію: гілка черемхи, вміщена під ковпак з болотною водою, через 30 хвилин знищує всі мікроорганізми.

Bсякое поділ речовин по запаху не дуже строго: воно грунтується на наших суб'єктивних відчуттях. І часто те, що подобається одному, не подобається іншому. Поки що неможливо скільки-небудь об'єктивно оцінити, висловити запах речовини.

Його зазвичай з чим небудь порівнюють, скажімо з запахом фіалки, апельсина, троянди. Наука накопичила багато емпіричних даних, що пов'язують запах з будовою молекул. Деякі автори приводять до 50 і більше таких "містків" між будовою і запахом. Безсумнівним є той факт, що запашні речовини, як правило, містять одну з так званих функціональних груп: карбінольні-С-ОН, карбонільну> С = О, складноефірний і деякі інші.

Складніше ефіри мають зазвичай фруктовим або фруктово-квітковим запахом, це робить їх незамінними в харчовій промисловості. Адже вони надають багатьом кондитерським виробам і безалкогольних напоїв запах фруктів. Не оминули своєю увагою складні ефіри й парфумерну промисловість: немає практично жодної композиції, куди б вони не входили.

На перший погляд може здатися, що чим більше в молекулі Функціональні груп, тим краще або сильніше вона пахне. Якраз часто буває навпаки. Для сполук жирного ряду (вони містять ланцюжка вуглецевих атомів) накопичення різних груп послаблює запах. Зростання числа однакових груп "вбиває" запах в запашних речовинах всіх класів.

Великий вплив на запах надає величина молекули. Зазвичай подібні з'єднання, що належать до одного гомологічного ряду, пахнуть однаково, але сила запаху зменшується зі збільшенням числа атомів. З'єднання з17-18 вуглецевими атомами, як правило, позбавлені запаху.

Запах циклічних сполук залежить від числа членів кільця. Якщо їх 5-6, речовина пахне гірким мигдалем або ментолом, 6-9 - дає перехідний запах, 9-12 - запах камфори або м'яти, 13 - запах смоли або кедра, 14-16 - членів кільця зумовлюють запах мускусу або персика, 17 -18 - цибулі, з'єднання з 18 членами і більше або не пахнуть взагалі, або дуже слабо.

Залежить сила аромату і від будови вуглецевого ланцюга. Наприклад, альдегіди з розгалуженою ланцюгом пахнуть більш сильно та приємно, ніж ізомерні їм альдегіди нормальної будови. Це положення добре ілюструється прикладом: міристинова альдегід

пахне дуже слабко, а його ізомер

сильно і приємно.

З'єднання групи ионона володіють а в сильному розведенні ніжним запахом фіалок. Очевидно, одна з причин цього - дві метильної групи, приєднані до одного вуглецю в циклогексанового кільці. Ось як виглядає альфаірон, що володіє найбільш тонким фіалковим запахом:

Ці сполуки - найцінніші запашні речовини, що широко використовуються в парфумерній промисловості.

Ось ще один "місток" між будовою і запахом. Встановлено, що найважливіший для всієї парфумерної промисловості мускусний запах мають сполуки ароматичного ряду з третинним-бутільной групою, наприклад, мускус амбровий:

Tретічние атоми вуглецю можуть обумовлювати камфорний запах. Їм володіють багато третинні спирти жирного ряду, а також гексаметілетан і метілізобутілкетон:

Заміщення атомів водню на хлор, очевидно, діє так само, як розгалуження. Тому запах камфори притаманний і гексахлоретану ССl3 - CCl3.

Великий вплив на запах справляє положення замісників у молекулі. Ефіри -нафтолу з приємним і сильним запахом широко використовуються в парфумерії, а ефіри -нафтолу взагалі не пахнуть:

Цей же ефект можна спостерігати й у полізамещенних бензолів:

Ванілін - одне з найвідоміших запашних речовин, а ізованілін пахне подібно фенолу (карболкою), та й то при підвищеній температурі.

Впливає на запах і положення подвійного зв'язку в молекулі. У ізоевгенона

запах приємніший, ніж у самого евгенона

Але все ж уних обох яскраво виражений гвоздичний запах і обидва вони широко використовуються в парфумерних і косметичних виробах. Проте варто наситити подвійний зв'язок, і запах майже зникає.

Тим не менш відомі і зворотні випадки. Цикламен-альдегід, речовина з найніжнішим квітковим запахом, одне з найцінніших речовин, містить насичену бічну ланцюжок, а форцікламен, що має подвійний зв'язок в цьому ланцюжку, має слабку неприємним запахом:

Часто неприємним запахом речовини зобов'язані потрійного зв'язку. Однак і тут є виняток. Фоліон (необхідна складова частина багатьох парфумерних композицій) - речовина, в якому запах свіжої зелені чудово уживається з торойной зв'язком:

Oчевідно, велике значення для запаху мають цикли, особливо з 15 - 18 ланками. Ці сполуки знайдені впріродних продуктах, дуже цінних за своїм запашним властивостями. Так, із залоз мускусної кабарги було виділено речовину мускон і з залоз цибетової кішки - цібетон:

Але цей зв'язок одностороння: запахом мускусу, наприклад, володіють сполуки і іншої будови. Взагалі хімікам відомо багато різних по структурі речовин зі схожою запахом, і, навпаки, часто дуже близькі сполуки мають абсолютно різні запахи.

Основною "постачальник" натуральних запашних речовин з давніх часів - ефірні масла. Це складні за своїм складом суміші, що утворюються в спеціальних клітинах і каналах рослин. До складу ефірниих олій входять різні класи хімічних сполук: і ароматичні, і гетероциклічні, але головний, відповідальний за запах компонент - терпени. Природні терпени можна розглядати як речовини, побудовані з цегли ізопрену з загальною формулою:

C глибокої давнини відомі людям рожеве масло, олія сандалового дерева, мускус. Мистецтво отримання запахів було розвинене у стародавніх дуже високо: пахощі, знайдені в гробниці фараона Тутанхамона, зберегли свій аромат до наших днів.

Як не гарні натуральні запашні речовини, на них не можна розраховувати, створюючи парфумерну промисловість: їх дуже мало, і добуваються вони нелегкою ціною, а деякі доводиться ввозити з-за кордону. Тому перед хіміками постало завдання: створити їх штучно.