化学与生活

香气中的化学(二)

本文来自Chem-Station日文版 香りの化学2 webmaster

翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu

在上一篇《香气中的化学1》中,我带大家了解了“香气”是什么以及化合物香气与它们分子结构之间的关系。

这次的文章带大家了解人工制造的香料即“合成香料”的历史演变,合成方法和实际应用。

合成香料的历史

早在19世纪人们就开始研究麝香的香气了。来自麝鹿的麝香是一种性信息素,而且特别受女性的青睐,所以很早之前,麝香就走进人类的生活了。

1906年,麝香的主要成分被Walbaum首次分离出来,麝香主要成分是化学式为C16H30O的一种。但在当时的科学水平下是不可能准确探得分子式的。所以人们就把Musk(麝香的意思)和Ketone(酮)结合在一起,组成复合名词Muscone,这就是这个物质的名字。

后来由1926年诺贝尔化学奖得主斯维德伯格探明Muscone的分子式为3甲基环戊酮((R)-(-)-Muscone。从那以后,关于人工合成这种化合物的研究就一发不可收拾了。

1934年,齐格勒首次人工合成出了Muscone(斯蒂伯格只合成出了Muscone的一种光学异构体(不对称合成))。之后很多课题组也相继开始研究开发更为简单,低成本的Muscone合成方法。

现在我们进入正题吧。现在合成香料的种类已经非常多了,合成方法也是五花八门。

当然在这里我们不可能一一全部介绍它们的合成方法,所以我们按照分子的化学结构:萜烯类合成香料,芳香族类合成香料和其他类来向读者们介绍每类合成香料的合成方法。关于合成香料分子的化学结构,我们在香气中的化学1中详细讲解过。

萜烯类合成香料

萜烯(Telpenes)是指从天然树脂中分离出来的化合物的母体化合物,简单说就是一类分子式为(C5H8)n的锁状和环状的碳氢化合物。而且还包括和母体萜烯碳骨架相同的碳骨架的醛酮类衍生物。这类萜烯的特征是含有数个2-甲基丁烷结构(2methylbutane)

首先丙酮炔烃发生乙炔化反应生成3-甲基-1-丁炔-3-羟基。产物经过部分还原后与丙酮反应并发生Carroll重排,生成甲基庚酮。然后和乙酸酯反应,在特殊的催化剂分解下得到柠檬醛,之后柠檬醛和丙酮再度缩合得到假紫罗酮。假紫罗酮闭环就得到了α-紫罗酮和β-紫罗酮。α-紫罗酮就是我们在《香气中的化学1》中提到过的香料,β-紫罗酮则是维生素A,维生素E,类胡萝卜素的重要合成原料。

芳香族类合成香料

顾名思义,由于芳香族类化合物具有芳香性,因此可以作为香料来使用。

来看看芳香族类化合物的合成路径吧。在《香气中的化学1》中提到的β-苯乙醇可从苄氯或者苯环出发得到。苄基氯与氰化钾反应,然后在氢氧化钠作用下转化为羧酸。羧酸酯化后,用钠还原得到苯乙醇。从苯环出发的话,会在环氧乙烷和氯化铝存在下,通过Friedel-Crafts烷基化反应得到苯乙醇。

肉桂醇(肉桂皮醇)不仅是一种优质的香料而且还是氯霉素等药品的制造原料,所以肉桂醇已经被工业化大量生产了。传统生产方法是用异丙酸铝通过Meerwein-Ponndorf–Verley还原法还原肉桂醛得到肉桂醇。

其他合成香料

《香气中的化学1》中提到过关于茉莉酸(茉莉酸甲酯的类似物)的合成,在工业生产中仍然存在一些问题。最初是以顺己烯醇为原料,经过格氏反应,氯化钯氧化(Wacker氧化反应)和分子内的aldol缩合得到顺式茉莉酮。

尽管现在顺式茉莉酮的合成路径也仍然存在些许问题,但自20世纪下半叶以来,它已有别的工业合成方法。同样通过这种方法,已经合成了相对容易合成并且具有接近于顺式茉莉酮香气的二氢茉莉酮。二氢茉莉酮的合成以庚酸作为起始原料。

总结

当今我们已经知道了很多种化合物的化学结构,再加上化学合成方法日益成熟,所以越来越多的香料被我们合成出来并被使用。如果纯度为100%那么我们可以确认就是这个物质的香气。但是天然提取物往往会混合少量杂质,会掩盖或改变原本的气味,使我们很难判断哪种才是原本的香气。

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