香味与香味物质结构之间的关系(精)

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第三,能产生气味的物质必须是脂、水 双溶性的,有些低分子有机物只溶于水 而不溶于脂,所以几乎无气味。
第四,分子中具有某些原子或原子团(可称之为发臭原 子或发臭基),发臭原子指位于周期表的Ⅳ-Ⅶ主组的原 子,其中磷、砷、硫、锑为发恶臭原子。发臭原子团主要 有 : 羰 基 ( ﹥ C=O ) , 醛 基 ( - CHO ) , 甲 醇 基 ( - CH2OH ) , 酯 基 ( - CO2R) , 氨 基 ( - NH2 ) , 醚 基 (―O―),羧基(-CO2H)以及碳酸基(-OCOO-)。
从上例不难看出:分子量较小(C6以下)气味由官能 团决定,随着碳原子数的增加,分子体积越来越大, 气味趋向由整体结构来决定,C8—C9时表现出樟脑 气味,C15—C16表现出共同的麝香气味。
第二,相似的分子排列,分子中有不饱和键的化
合物的气味较强,有些化合物由于不饱和度的增加 ,香气变得优美。芳烃有侧链时,气味加强,侧链 有不饱和键时,气味进一步加强。常见简单的例子 如:丙烯醛的气味大于丙醛,苯乙烯大于乙基苯。
似戊醇略带果香
正葵醇
蔷薇香气
3,7-二甲基辛醇
显著的蔷薇香气
丁酸
酸败奶油香气
异丁醇
似正丁酸气味
己酸
腐臭气味
α-甲基戊酸
甜香气味
乙酸苯乙酯
玫瑰香
异丁酸苯乙酯
优雅玫瑰香
表2-3 脂肪酯碳干异构体的气味
正构体
香气
异构体
香气
乙酸丁酯
稍强醚香-鲜果香
乙酸异丁酯
同左
乙酸丙酯
弱的醚香
乙酸异丙酯
弱醚香
乙酸戊酯
强的梨香香气
n=4-5时 杏仁样、薄荷样香气
n=8时
樟脑气味
n=9-11时 不纯的麝香气味
n=14时
纯的麝香气味
n=15-16时 似灵猫香气味
n=20时
无气味
(CH2)n
C=O
(CH2)n
NH
若改变环状结构中官能团,用>NH代替>C=O时香气 变化情况如下:
n=5-6时 氨气味(官能占主导地位) n=9-11时 樟脑气息 n=15时 麝香气味 n﹥16时 气味迅速减弱 当 碳 环 保 持 在 15 个 碳 原 子 , 以 —O— , —S—, ―CO2―代替>C=O时,这些化合物都有麝香气味。即 使 用 —OCO2— , —CO-O-CO— , 和 - OCH2O - 替 代 >C=O,15-17个碳原子的环状化合物仍表现为麝香气 味。
哪些有机物有气味呢?1959年,日本人小幡弥太 郎在总结前人提出的理论基础上,概括了有气味的 有机化合物必须具备的条件为:
第一,这种物质必须具有挥发性,只有 能挥发的物质分子方能到达鼻粘膜,从 而产生气味。无机盐、碱及大多数酸是 不挥发的,有机高分子化合物也是非挥 发性的,所以它们不能产生气味。 第二,分子量在29-300的有机化合物有 可能产生气味。
乙酸异戊酯
强醚香
乙酸己酯
强的梨-鲜果香气
乙酸异己酯
同左
乙酸葵酯
微弱的玫瑰香
乙酸异葵酯
同左
异戊酸丁酯
苹果香气
异戊酸异戊酯
苹果香 气
2.位置异构体的气味:大多数化合物与它相应的位置异构 体有类似的气味(表2-4),也有少数例外,例如:
N 恶臭气味
Br C CH2
N 香味
H C CH2Br
强刺激性气味
有玉簪花香
可食用的 青香 更细妍
反-2,3,8-三甲基-2, 7-壬二烯醇
反-对叔丁基环己醇乙酸酯
玫瑰香 玫瑰花香
反-2,3,8-三甲基-2, 7-壬二烯醇
顺-对叔丁基环己醇乙酸酯
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较反式优 雅
香气更佳
反-3-己烯醛
油脂青气
顺-3-己烯醛
青气
4.差向异构体的香味:差向异构体之间气味本质是相同的,但香气强度有差异, 例如,在分子中具有竖键的醇类比横键异构体有更强的气味,尤其在檀香和麝香 类香料中表现更为如此(表2-6)。
表2-6 差向异构体的气味
竖键异构体及香气
横键异构体及香气
OH
强烈檀香 HO
檀香气味
OH OH
很强檀香
HO (3-α-雄甾醇) 麝香气味
OH
强烈檀香
檀香气味
HO (3-β-雄甾醇) 无麝香气味
OH 无气味
β-大马酮和β-二氢大马酮属于同一类型香气,有相似 的分子排列,但前者香气比后者更优美。
根据电子振动理论,溶于嗅觉神经末梢的脂肪内的香味
物质,受氧化还原酶的作用,产生氧化还原电位,从而冲动嗅 觉神经末梢细胞而产生嗅觉.很显然,分子中有不饱和键的 物资较相应饱和物质易于被氧化,分子中有侧链的芳烃较 无侧链的芳烃易于被氧化,因此,它们的气味也较强。
基环戊稀醇酮、羟基呋喃酮。但是别麦芽酚无香味,这是 由于α—二酮体稀醇式结构中环上氢未被取代的原因。这 已被实验所证实。
O
O
o
o
HO O H3C
HO
O HO
O
麦芽酚 异麦芽酚 MCP 羟基呋喃酮
OH
OH O
别麦芽酚
食品和烟草香气成分中存在有吡嗪核、吡啶核、噻唑核化合物, 它们可能是通过梅拉德(Maillard)反应由糖和氨基酸转化而来。
O
CHO
CH2OH CHO
CH 2OH
C
C
C
C2
CC
+
CC C
C6
莰稀、莰醇—2、1,8—桉叶油素三者具有相同的樟脑气 味。比较分子结构时发现官能团没有对气味产生影响。三 者都有一个相似的牢固筐型结构。相似的例子还很多,此 处不再叙述。
莰烯
OH O
莰醇-2
1,8-桉叶油素
二、从化学结构研究气味 (一)同系物的气味 归纳起来有以下几点:第一,在同
(二)从气味预测分子的部分结构 当官能团不
是简单的置换基,而是和分子的整体结构有关时, 根据一定的气味可以预测分子的官能团,这样的例 子比较多。
焦糖的香气使人联想到砂糖那样甜的芳香,具有 这种香味的化合物中具有环状α—二酮体的烯醇结 构:
CC OO
环状α-二酮体
CC O OH
环状α-二酮体烯醇式
具体的化合物例如:麦芽酚、乙基麦芽酚、异麦芽酚、甲
这里我们所涉及的仅是有气味化合物中的一部分, 即有香味的化合物。那么,什么样结构的化合物有 香味,什么样的结构与某一类香味相关呢?这即本 章所要回答的问题。这个何题是香味化学中的一个 重要理论问题。对香味与结构之间关系的研究尚未 完全达到确立基本规律的地步,这是因为:第一, 气味表现、评价会因人而异;第二,气味因浓度而 发生变化;第三,由于相加和相抵的效果,混合物 的气味不能简单地表现加和状态等理由,所以,想 定量地表示出香气实验的结果是很困难的。而且, 气味的阈值根据化合物的种类不同有很大变化,混 入微量的物质气味的表现就有所不同。
一起进行比较时,可以看出有些化合物官能团不同,也没有共同的 部分结构,但具有相同或相似的香气品质,这是和分子的整体结构 有关。例如:
下面化合物官能团各异,也无相似的共同部分结构,通过UV研究 发现与有关活泼电子分布无关。但他们有相同的骨架结构,正是由 于下图所示的整体结构决定了他们具有相同的花香气味。
3-新铃兰醛
铃兰花香
4-新鈴兰醛
香味 似樟脑气味 气味似薄荷酮 较弱丁香香气 优雅的香气 弱的黄樟气味 有弱鲜松树气味 似橙香气
更令人喜爱的紫罗兰香
添橙香气 似β-的香气
铃兰花香
3.几何异构体的香味:一般地讲,几何异构体之间的气味在本质上是相似的, 只是顺式异构体比反式异构体更雅,反式异构体比顺式更清淡些(表2-5)。
反式异构体
气味
顺式异构体
气味
香叶醇 反-茉莉酮 反-灵猫酮 反-2-甲基-丁酸 反-叶醇 反-玫瑰醚
玫瑰香
茉莉花香
似灵猫香 气
食品香气, 刺鼻
不可食用 的青香 玫瑰花香
橙花醇 顺-茉莉酮 顺-灵猫酮 顺-2-甲基-丁酸 顺-叶醇 顺-玫瑰醚
更细腻的 玫瑰香 更诱人的 玫瑰香 优雅灵猫 香气 食品香气
系列化合物中,低级化合物的气味取决于所含的官能团, 而高级化合物的气味取决于分子结构的形状大小。天然麝 香是一种珍贵的动物香料,其主要香气成分是3-甲基环 十五酮,即麝香酮。自人们从天然麝香中发现麝香酮以来 ,合成了许多大环麝香化合物,下面我们以环酮和环胺为 例说明同系列化合物香味的变化。
环酮的香气与结构变化(n=4-20)
第五,化合物的折光率(nD25)在1.5左右。 第六,拉曼效应测定的波数在1400~350Ocm﹣1内。 以上条件可以作为判断分子有无气味的依据。有机化合 物的气味是有机物的物理性质之一,也可作为鉴定有机物 时辅助依据。有机物气味的用途主要有:化工上的臭味剂 ,目的在于防范某些无气味物质的渗漏;食品工业上用作 香味剂;香料工业上用作香料;植保上用作信息素诱杀害 虫;医药卫生上用作掩蔽剂。
香味与香味物质结构 之间的关系
第一节 引言
香味物质属于有气味物质的一部分,气味物质中有 些具有香味,而有一些不具有香味,甚至有些具有 令人厌恶的臭气。就有气味的物质而言,几乎都是 由有机化合物所组成的。随着现代分析手段及合成 技术的提高,有机化合物的数量迅速增长。据估计, 有机化合物的数量已近1000万种,而有气味的化合 物占数目的五分之一。
尽管香味与其结构之间的关系(简称构效关 系,Structure and Activity Relationships-SAR) 仍在进一步发展之中,但是,近百年来科学 工作者对该课题的研究为我们了解该理论提 供了广阔素材。学习构效关系对于新香味物 质的研制、开发和利用有指导作用,对新型 香精的研究也有十分重要的意义。
表2-1 酯类(C6)的气味
结构式RCOORˊ
气味
R

香气表现
联想气味
CH3 CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH2CH3 CH(CH3)2 CH2CH2CH2C H3 CH2CH(CH3)2
CH2CH2CH2C H3 CH2CH(CH3)2 CH2CH2CH3 CH(CH3)2 CH2CH3 CH2CH3 CH3 CH3
表2-2 碳干异构体气味
正链异构体
气味
支链异构体
气味
正壬醛
似玫瑰香气
2,6-二甲基庚醛
较正壬醛悦人
正十二醛
不愉快的油脂气
α-甲基十一醛
强的桔橙果香
正十四醛
几乎无气味
2,6,10-三甲基十一醛
合金花的愉快香味
正丁醇
汗臭酒气
α-甲基丙醇
略似丁醇而轻快,臭气较前者轻
正戊醇
略带果香
α-甲基丁醇、3-甲基丁醇
O
O
β-大马酮
β-二氢大马酮
OCH3
O O
OH OCH3
R
R
R
苦杏仁气味 大茴香气味 洋茉莉气味
R 香荚兰气味
第三,在苯的衍生物中,有相同的类型基团存在
时,有相似的气味,例如,在苯环上引入拉电子 基(-CHO,-NO2,-CN等),一般产生相似的 气味:
(二)异构体的香味 1碳干异构体的香味:一般地讲,有侧链的异构体比无侧链的异构 体香味强且悦人(见表2-2)。但脂肪酯类化合物中,碳干异构体 之间的气味无显著差异(表2-3)。
各种母核本身具有其特异气味,但下列化合物却具有相同的钟性 胡椒香气,这可以归结于取代基保持在杂环上相对位置的一致性所 致,并且杂芳香环上电子密度分布相似。有人把分子中易于移动的 π电子分布视为共同部分结构。
N R
N
R N
N R
S
吡嗪
吡啶
噻唑
N N OCH3
N
N OCH3
S OCH3
(三)从气味研究分子骨架结构 当我们把共同香气的化合物放在
表2-4 位置异构体的香味
化合物
香味
异构体
小茴香
似樟脑气味
异小茴香
薄荷酮
香芹薄荷酮
丁香酚
丁香气味
异丁香酚
甲基丁香酚 稍淡的丁香香气 异甲基丁香酚
黄樟油素
似黄樟气味
异黄樟油素
α-水芹烯
有鲜松树气味
β-水芹烯
柠檬烯
似橙香气
苏格兰枞油精
β-紫罗兰酮
紫罗兰香气
α-紫罗兰酮
α-甜橙醛
添橙香气
β-甜橙醛
β-二氢大马酮 青-甜玫瑰香 α-二氢大马酮
轻快果实香 果实香 轻快果实香 甜的果实香 花样果香 轻快果实香 青的果实香 青的果实香
成熟梨香 朗姆酒 菠萝或香蕉 菠萝或香蕉 菠萝或香蕉 朗姆酒 苹果 苹果
分子中的各个相互独立的官能团对气味的影响不是简单的 相加关系。例如,由苯至苯酚到悬钩子酮的气味变化:
结构 香味
OH OH
O
苯的芳香 酚的芳香 悬钩子香气
第二节 香味与分子结构之间的关系 一、从气味探讨分子结构 (1)从气味预测官能团 我们评价某致香物有 “醇香、酯香”时,事实上就已经把这种致香物中 含醇类、酯类就指明了,这就是从气味直接预测官 能团的一个简单例子。一般来讲,当分子量比较小 ,官能团在整个分子中占的比例较大时,官能团对 气味的影响是主要的,气味的表现主要由它决定。 例如:含有羟基、醚基、巯基、硫醚基、胺基、羰 基、羧基、酯基等官能团的化合物分别各自有共同 气味。 低级酯类(C6以下)一般有轻微的果实香(表2- 1)。可以看出这些酯类均有共同香气,表现有共同 联想香气。分子内酯基的位置对气味影响不大。
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