于细微处有珍香——若干重要香料中关键异构体的综述

于细微处有珍香——若干重要香料中关键异构体的综述 应用中有较为明显的转弱。这就为我们在拟定配方时提供了重要的依据:从整体布局而言，清香韵原料应略 过于其自身在香精中应有的比例。 上述的实验结果均为主观评测而得，因此由于个人水平所限，以此为基础的探讨也难免会有纰漏，望对 熏香香精有经验的调香师批评指正。 参考文献 汪清如张承曾编著，凋香术，上海轻工业高等专科学校，1995(10 第一作者简介:骆荣君，男，技术 2000年毕业于上海市轻工业高等专科 员，杭州西湖香精香料公司， 学校(现合并更名为上海市应用技术学院)香料香精专业，从事日化香精的研究开发工作 于细微处有珍香—— 若干重要香料中关键异构体的综述 黄致喜 201908 021—56868966转上海爱普香料有限公司 229 Precious Aromas of Minor Components A Reviewon The Isomers of Some Key Aroma Chemicals Important ZhiXi Huang and Flavor Co(，Ltd(Fragrance Shanghai Appie 摘要:本文综述了关于檀香803，。佳乐麝香，脱氢檀香210，多檀醇，龙涎酮，开发利斯，鲸柏醇，榛 子酮和y一内酯的各种异构体和微量组分的香气特征。 important Abstract:The reviews the odor characteristics of stereoisomers or minor in those paper components existing chemicals such as E aroma Santalidol，Galaxolide，Ebanol，Polysantol，Iso Super，Kephalis，Tim— berol， and Filbertone 7一lactones respectively( 关奠宇:异构体、微量成份、香气特征 minor characteristicsodor word:Isomers components Key 十九世纪后期，合成香料研究的先驱者为这一工业奠立了重要的基础，一批重要香料如香兰素、香豆 素、苯乙醇、洋莱莉醛、硝基麝香等成为当时调香师们的“骨干原料”。二十世纪上半叶由于两次大战，减 缓 化了合成香料发展的步伐，但从五十到八十年代，合成香料的研究蓬勃发展，进入了一个黄金时代;石油、 学工业的发展和松节油资源的利用为合成新香料的开发提供了丰富的原料;尤其是层析和光谱技术的发展，使人们对精油成份的认识达到了新的境界并发现了一系列微量而宝贵的新化合物。上世纪七十年代起， 随着人们对环境保护和生态学的重视，考虑到香料对皮肤和环境的影响，国际上陆续对各种香料的安全使用 】74 制订了一系列有关法规，同时新开发的香料也必须通过费用高昂的毒理试验后才能使用，因此上市的新香料 数明显减少!但这并不说明对合成香料研究的放松;相反，香料化学家的工作随着分析和分离技术的发展进 入到更深的层次，从而在一些广为人知的重要品种中发现了一些香气强度不同的立体、几何或位置异构体等 并对某些化合物提出了相应的合成方法。这些成就将对有关的香料质量提到一个新的高度。 1檀香803 这是我国的商品名，上世纪1958年由原轻工业部香料研究所研制成功后，由原上海新华香料厂和大连 油脂化学厂接产;前苏联则于1957年正式投产，名为Santalidol[“。到当时六十年代初，国际市场上也先后 出 Givaudan的Sandela，H&R的Sandel、高砂的Santalex、IFF的Indisan(65,DEP或 现了同类产品，如 IPM溶液)、Sandiff(55,的DPG溶液)等，成为一种价廉而广用的檀香型香料。它主要是以莰烯为原料同 愈创木酚缩合后再加氢而得到萜基环己醇。其中也有利用儿茶酚_2 J和苯酚-3l代替愈刨木酚的。但是这一香 料由于莰烯同酚类缩合时的萜基异构化、不同取代位置和之后加氢生成萜基环己醇的立体构象，导致了最终 J[5]:产品结构的复杂性。对此，Kheifits等曾报导其中主要组成为【4 (1)反式一3一异莰基环己醇 7,q，,}8 。。 (2)顺式一3一异龙脑基环己醇 J (3)顺式一3一异莰基环己醇 14(0,18(0, (4)反式一3一异龙脑基环 2(7-3(0, 7(5,8(0, (5)顺式一2一异龙脑基环己醇 (6)反式己醇 7(8,8(2, 2一异龙脑基环己醇 (7)顺式一2一异莰基环己醇 一 4(2,4(8, (8)反式一2一异莰基环已醇 5(5--6(O, (9)顺式一4一 7(8,8(2, (10)反式一4一异莰基环己醇 异莰基环己醇 18,22, (11)未定萜基环己醇 2(3--2(9, (12)未定 5(2,5(6, (13)未定萜基甲氧基环己醇 萜基环己酮 10,13, 其中以(1)具有强烈的檀香香气，(2)(3)(4)具有弱的柏木或檀香香气，其它则香气价值不大。之后， Domo|e[6]在利用苯酚和愈创木酚缩合再氢化的产物中进行分析研究，证明其中只有含量极少的下列两种结 构的化合物是最主要的檀香香气发香体: 蝴H 她 赤式苏式 这同Kheifits报导基本一致。 2(佳乐糜香(Galaxolide。IFF;Abbalide。BBA) 这是1965年开始问世的重要多环麝香，由a一甲基苯乙烯同异戊烯经环烷基化后，再先后同环氧丙烷 和甲醛相作用而成。它在日化香精中的用量较高，如在香水Tresor和Parfum Sacre中达20--25,。 G(Fratex等【7]在1995年[stanbul国际精油会议上报告了有关佳乐麝香的非对映立体异构体不同的感官性能: 粒酗釉j秘 4S，7R 4S，7S 4R(7S 4R，7R 175 它们的香气阈值依次为1:2:250:900，也就是说4S，7R的麝香香气最强;4S，7S则香气稍弱，而且较4S，7R稍干;而4R，7S和4R，7R均只有很弱的香气。由此看来c一4的立体构型至为关键。由 Frater等利用S一型环氧丙烷为原料同五甲基茚满缩合后再与甲醛反应，制得了4s的两个香气强度较高此， 体异构体: 的立 蛳H等 +、必一 ?擘秘秘 3(脱氢檀香210(Eban01(Giv) Ebanol是随Bacdanol，Sandalore，Brahmanol等之后问世的龙脑烯醛系列的檀香型香料之一;先由龙 烯醛和丁酮缩合，再用叔丁醇钾使a，p一双键转成p，7位，然后还原而得: 脑 O JL一 t-BuOK *cHo iu 它p勺 tp々 NaBH( 、>?，，?f人 U乩 从其结构看出它有三个不对称碳原子，理应有8个立体异构体;Frater等[8]利用GLC或旋带分馏仪将 产物分离成较低和较高沸点的两部分，随之用琥珀酸乙二醇酯柱的GC分离法证明了四对非对映立体异构体 的存在。根据相对的GC香气阙值比1a:lb:lc:ld为100:1:>100:>100;而2a:2b:2c:2d为3:>100:>100: >100，说明以1b和2a为最强，具有天然的浓而有内酯样的檀香香气。同时也表明C2和C3的绝对构型 产物檀香特征比cl的绝对构象具有更重要的作用;虽然利用1R一(+)一a一蒎烯可以得到1?S构型的对 脑烯醛，而自IS一(一)一a一蒎烯可以得到1?R构型的产物。 龙 洒，V?涵Ji洒+。,??七毯 融讹龇滟 1。瓷“ 1。隘“ 甓38 1。嗌35 4(多檀醇(Polysantol;Firmenich) 这是自龙脑烯醛出发的又一新檀香型香料;可自龙脑烯醛同丁酮 „9 缩合，再引入一甲基后还原而得 176 t卜H丛t卜,嵩“蚋竺t卜气 这一化合物分子内有两个不对称碳原子(C2和C1?)，应有四个立体异构体(C4一C5间的双键为反 式)。Chapuis等在一份专利中指出虽然(一)一(1?R，E),3，3一二甲基一5一(2'2,3一三甲基一3一环 戊 1?)一4一戊烯一2一醇具有典型天然檀香香气(适用于香水类香精)，而(+)一(1?S，E)一3， 烯基一 3一二甲基一5一(2'2,3一三甲基一3一环戊烯基一1?)一4一戊烯一2一醇的香气干而具柏木气并缺少奶样气 息 (适用于香皂和洗涤剂用香精);但是其分子中侧链C2的构型对香气也具有重要作用。在四个异构体中 以 (+)一(1?S，2S，E)和(一)一(1?R，2S，E)的香气最佳。为了得到较纯的中间体首先要选用合 适的 (+)一(1?S，E)中间体，反之得(一)一(1?R，E)中间体。 但最后要原料龙脑烯醛，如用左旋异构体可得 Chapuis等按下列反应式制得: 分别得到四种非对映立体异构体，由于不能应用通常的分离法， 、><1(，X，。,? r,—L_Jl—————] ?刈? j? J(b) 曾釜、曾瓷 }(。， 厂— ] 厂——] (， 汐登汐筮，, 、 汐管汐茸 (+)。1”如l。R,2S，3S 卜pl“R，1。S，2S，3S(十(1”R，1?S,2R,3R)(-)-0”R，l„R2R，3R) 1 4 d l l(d) |(d) l(d)， 彩嗡嗡 fCl fDl (()((1”R，l?S3S)(?)?(1?(R，1R，3S) (+)?(1”R，l?R，3R) (廿(1“R，l。S,3R) 式中(a)为(一)一丁二醇、对甲苯磺酸和环己烷 为(+)一丁二醇、对甲苯磺酸和环己烷 (c)为L(b) 叫H4、蹦a3、乙醚 (d)为吡啶氯铬酸盐、二氯甲 烷 177 式中所示两组羟基醚可用层析分离后再氧化得相应的酮醚。其中自A和D可得(一)一(1?R，2S，E)构 型的最终产物;如果起始酮为(+)一(1?S，E)型则通过相似处理最后得(+)一(1?S，2R，E)成品。 酮 (1?R，E，2R,2S)(1:1)的醇用下法处理后可分别得到相应 的醚用金属钠一乙醚处理的相应的醇，再将 两种异构体: 它p汽?(?附?， ClCH，COCl 脂肪酶水解 氯乙酸酯 未反应(-)((I'R(2S，E)酯 l水解 ' (一)-(I。R(2S E)醇 5(龙涎酮(I?E Super。[FF】 这是以月桂烯为原料，同3一甲基,3一戊烯一2一酮经双烯加成再环化而成的产物，具有木香一龙涎型 香气，在香精中应用甚广。是当今重要原料之一。 故士一斟一戳 (通常表示式)Frater等[J2J曾对此化合物通过GC,Sniffing技术发现了决定这一香料特征香气的竟是含量只5,的微量 成 份;并指出这一化合物的形成是由于环内双键受酸的催化作用而发生重排，其机理如下 k 一 狱 渺一 一@ 礤 渺一静一静 在此基础上，Frat日等按如下反应合成了这—微量化合物，并证明它具有强而浓郁的木香、龙涎香特征 †?写久人!!塑旦坚:些Q墅坚!旦(产，<芦、，k。。Naocl，H3P04 V气 b)MeOH，c6r167TsOH V文了再;刀厂 淡儿。a。)灿03,Me吼OH戳u(罐掣„芒I段ll 178 a)LDA'CH3I'DMPO?。。，器舻 不久前，Erman等[13]对Is0ESuper的成份也发表饶有趣味的文章，发现在该香料的GLC谱中含有下列诸化合物的峰，并通过肟化反应、分级结晶和水解获得各种酮，再应用1HNMR和c”NMR、X一衍射等 分 析技术，测得诸酮的结构和含量分别如下: 醛舻黔 A”皤, (B)40—60, fcl4 9, (E)I,2, {F)2--4, 其中B含量较高，但香气较弱，香气阈值为500ngd空气，而异构体G是龙涎香气最强的成份，阈值为 5pg,1空气，也就是说其香气要比B强10万倍。在Is0E Super合成的过程中，最初形成的化合物B、C、 G、H会进一步转变。Erman等认为在较高温度、酸度较强和较长反应时间下会生成较多的R和C;D、 溶液，温度温和和适当反应时问，可使异构体浓度处于标准范围，并指出:如使反应在甲醇中或其他而稀酸 中进行，可使环化过程放慢，最后G的浓度可达7,。之后，Erman等又有一份相关的专利[14]。 低级醇 6(开发利斯(Kephalis。Rome) 这是一种具有琥珀一木香型香气的香料，Shishido(”1曾将它列入日化香精中50种常用香料之一，它是 从 BF3Et20催化下反应主要生成异丙叉丙酮二聚体几其烯醇醚等的混合物[”]， 通异丙叉丙酮和原甲酸三乙酯在 常以下列两种化合物表示: 褂,?x人 叫。A火久火 Bajgrowicz等于1992年维也纳国际香料会议上的一篇报告中指出在Kephalis产品中含有17种成份，而 其中含量只有0(5,的3，5，7，7一四甲基环辛一2，4一二烯酮对成品的香气特征起着重要作用，并提出 如下反应式合成之: 了 !!:!!:竺( +一(一 179 MeM【gl BF3Eho 总得率12, (COOH) 2 7(鲸柏醇Timherol(Drag)和Norlimbanoi(Firmenich) Timberol是上世纪七十年代推出的产品，具木香 2一酮缩合、 并有龙涎、檀香气息。它是以柠檬醛同戊一 环化再氢化而得的产品[17]: ?一p 次?+从一 之后，Firmenich的研究人员提出Timberol是由10,反式消旋体和80,顺式消旋体组成，前者有强的木 香韵，而后者只有弱的香气，并在一专利[171中叙述了合成反式消旋体的方法: 淤,淤一丛沃从+ k,0I”k,0|” 驭o+a?= 从而上式中富含反式异构体的产物成为Firmenich公司以Norlimbanol为名的又一产品。好在Kastnerl”J 曾 10,邻苯二甲酸酯溶液嗅闻印象以Norlimbanol为强，但闻香纸经1,2天后，以Timberol要 提出两者的 强;所以前者适用于香精的头香部分，而后者在香精的中段香和尾香中具有肯定效果。 8(棒子酮(FiIbertone。H&Rl 榛子酮是榛子中的微量组分，具有强的榛子样的坚果香气，在非坚果型香精中也有特殊的圆和作用和天 然感;也可用在目化香精中。Emberger等在专利中披露了自巴豆醛和2一丁基溴化镁的格氏反应，然后再用 J:重铬酸钠氧化的方法?9 ,,、MgBr +o矿,八——+h ——pN, l}凸 ol H 总得率14(7,。在一中国专利中利用2一甲基丁醛同烯丙基卤的格式化反应，继以氧化和异构得榛子 酮，总得率65(5,[20]: 1?‰。,一协一卜一伊 榛子酮有ZR;ZS;ER和ES四种异构体，虽然它们均具有榛子样香气，但其中香气阈值以ES最小。Jauch等曾利用(s)一仲丁醇为手性原按如下反应式合成了ES异构体[21]: p一警卜 嘴》住^_岭仔, 180 9(手性Y一内酯 7一内酯是重要的食用和日化用香料，但有关它们对映体的感官特性以前未见报导。Mosandl等[21 J将消 旋7一内酯皂化、再同一2一溴丙烷反应得4一羟基烷基酸异丙酯，然后再用手性酸如(R)一2一苯基丙酰 氯反应得相应的非对映异构体，再经LC分离而得两种纯的异构体，再分别经皂化、环化而得到光学活性的 两种内酯，从而分别进行感官评定。在所比较的7,内酯中几乎所有R一异构体的香气均比s,异构体要强， 举例如下: 94R R=c4卜19 辛青的椰子香气，带杏仁韵 脂肪样椰子香，比R型弱 强、甜的椰子香，有脂哥L样气息 R=c5Hll 弱的椰子香气 强的脂(甜果香，稍似椰子焦糖 温和、甜的椰子气，带脂肪，果样 R=QHl3 强的脂甜桃子样，略带花香 脂肪醛香，不及R(型强 R=C7H15 R=GH，7 果甜，桃 果甜内酯样 以上各项工作的成就反映了合成香料子、杏子样，内酯特征 的研究进入了一个新的深度，它不但将提高所述各种重要的香气质 量，同时对香料化学的进步作出了重要贡献。 参考文献 Kheifits(et L Aa1(，油脂工业(俄)1957，No(6，35 J 4，014，994(1977)B(Hall，W(J(Wigers，US T(P Cherlosova et a1(，油脂工业、(俄)1982，No(1，27 L A Kheifits，1990年在轻工业部香料研究所学术报告 黄致喜王慧辰 (a)E，274页，中国轻工业出版社，1999年 《萜类香料化学》 Demole，Hely Chim(Acta，47，319(1964) (b)E(Demole，ibid，47，1776(1964) (c)E(Demole，ibid，52， 2065(1969) 一 et the of and G(Frater，U(Muller of 13th International Es— a1(Proceedings Congress Flavors，Fragrances sential oils，lstanbul，Turkey，October，1995(，P(151—159 2，220，237(1998) G(Frater，J(Bajgrowicz，CA s(A(Voitkevlch，865种日化用香料(俄文)，1994，282(莫斯科) Cet a1(，EP 643，958(1995) Chapuis，A(Gauter J B(Hall;J(M(Sanders，US 3，911，018(1975) G(Frater et a1(，Hely(chim(Acta，82，1016(1999) and M(Errnan et aI(，Perfumer FIavorist，26，No(2， et M，Errnarl，H(Hoffmann al，(EP 16(2001) 985，651(2000) B(P(Crobier，P(J(Teisseire，Recherche，197t，18，81 &吼m?他嵋H协撕 of 12th International of Congress J(A(Bajgrowicz，E(Giraudi(el:a1(，Proceedings Flabors(Fragrances and Essential oils(Vienna(Oct(1992(P(8 et K(一H(Schulte—Elte，G(ohilff a1(，EP 118809(1983) D(Kasmer，Parfumerie and Kosrnetik，73，7(1992) ”堪怕 et at(，US4，563，365(1986)R(Emherger，M(Kopsel 18l 20(黄致喜、王慧辰和陆明，发明专利申请公开说明书1，198， 432(1998) Chem(37，413(1989) 21(A(Mosandl，C(Gunther，J(Agric(Fond 致谢:本文承王磊同志打印制成软 作者简介:黄致喜，1948年毕业于交通大学，曾先后在上海鉴臣香料公司，前轻工业部盘特此致谢。 香料工业科学 研究所工作。 合成香料与环境保护 金其璋 上海香料研究所上海200232，021— 64701646 of Chemicals Aroma and Environment ProtectionSyntheses JinQi—zhang Research Institute of and Flavor Shanghai Fragrance Industry，200232，021,64701646 摘要:本文综述了香料开发与环境保护的关系。采用催化异构、还原、氧化、催化形成c—c键以及采 用固体酸、碱催化剂等办法可以大大减少香料工业的三废。 Abstract:This discusses the between the of flr01Tm chemicals and environmentrelationship paper development as formation of C—C measures，such protection(Some catalytic isomefisation，reduction，oxidation，catalytic bond as be reaction base reduce and solid acid or used in and tO Flavor catalyst，could catalytic by using dramatically Fragrance Industry the waste( 关键词:香料合成、环境保护、催化反应 of aroma chemicals、Environment reaction(Words:Syntheses Key protection、Catalytic 一、引 言 凡关心香料香精行业发展的人士都知道，近十年来世界各国开发成功并推向市场的合成香料大大减少。 这是因为由于科技的迅猛发展，知识的普及，全世界对健康和环境的意识大大加强。结果是:在一个新的合 成香料能交给调香师使用之前对它做更多的测试。这样就会产生高成本，从而大大减慢了新产品进入市 场的速度。那么什么是成功的新日用香料呢?按照IFF公司Ronald (Fenn博士的观点 ，除了符合传统 S 的要求(如香气好，化学上稳定，不变化，来源合适，价格合理，保质期较长等)外，它还必须对人体皮肤 安全，对皮肤穿透性低，可生物降解，无生物积累性，无诱变性或致癌性，对水和水生动植物无毒性，无其 他对人体健康的危害。2000年12月“IFRA实践法规”所作的第34次修改[2]，也提出了日用香料的安全性 182