|
Пояснення запаху речовин та його впливу на живі організми з точки зору будови речовин та їх властивостей.
 Запашні речовини відрізняються не тільки запахом, всі вони володіють також і фізіологічною дією: деякі через органи нюху на центральну нервову систему, інші при введенні всередину. Наприклад, цитраль — речовина з приємним лимонним запахом, що вживається в парфюмерії, є також судинорозширювальним засобом і використовується при гіпертонії і глаукомі. (СН3)2С=СН-СН2-СН2-С(СН3)=СН-СНО цитраль Багато запашних речовин володіють і антисептичною дією: вітка черемхи, поміщена під ковпак з болотяною водою, через 30 хвилин знищує всі мікроорганізми. Його звичайно з чим нибудь порівнюють, скажемо із запахом фіалки, апельсина, троянди. Наука накопичила багато емпіричних даних, що пов'язують запах з будовою молекул. Деякі автори приводять до 50 і більш таких "містків" між будовою і запахом. Безперечним є той факт, що запашні речовини, як правило, містять одну з так званих функціональних груп: карбоксильну —С—ОН, карбонову >С=О, складноефірну і деякі інші. Великий вплив на запах робить величина молекули. Звичайно схожі з'єднання, що належать до одного гомологічного ряду, пахнуть однаково, але сила запаху зменшується із збільшенням числа атомів. З'єднання з 17-18 вуглецевими атомами, як правило, позбавлені запаху.
Запах циклічних з'єднань 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 обумовлюють 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 розгалуженим ланцюгом пахнуть сильніше і приємно, чим ізомерні їм альдегіди нормальної будови. Це положення добре ілюструється прикладом: міристиновий альдегід пахне дуже слабо, а його ізомер сильно і приємно.
З'єднання групи іонона володіють в сильному розведенні ніжним запахом фіалок. Очевидно, одна з причин цього — дві метильні групи, приєднані до одного вуглецю в циклогексановом кільці. Ці з'єднання — цінні запашні речовини, широко використовувані в парфюмерній промисловості.
Ось ще один "місток" між будовою і запахом. Встановлено, що найважливіший для всієї парфюмерної промисловості мускусний запах мають з'єднання ароматичного ряду з третично-бутильною групою, наприклад, мускус амбровий.
Tретичні атоми вуглецю можуть обумовлювати камфорний запах. Ним володіють багато третинних спиртів жирного ряду, а також гексаметилетан і метилізобутилкетон.
Заміщення атомів водню на хлор, очевидно, діє так само, як розгалуження. Тому запах камфори властивий і гексахлоретану ССl3 — CCl3.
Великий вплив на запах робить положення заступників в молекулі. Ефіри нафтолаз приємним і сильним запахом широко використовуються в парфюмерії, а ефіри α – нафтола взагалі не пахнуть. Цей же ефект можна спостерігати і у полізаміщених бензолів.
Ванілін — одна з найвідоміших запашних речовин, а ізованілін пахне подібно до фенолу (карболу), і то при підвищеній температурі.
Впливає на запах і положення подвійного зв'язку в молекулі. У ізоэвгенона запах приємніший, ніж у самого эвгенона. Але все таки уних обох яскраво виражений гвоздичний запах і обидва вони широко використовуються в парфюмерних і косметичних виробах. Проте варто наситити подвійний зв'язок, і запах майже зникає.
Проте відомі і зворотні випадки. Цикламен – альдегід, речовина з ніжним квітковим запахом, одна з цінних речовин, містить насичений бічний ланцюжок, а форцикламен, що має подвійний зв'язок в цьому ланцюжку, володіє слабким неприємним запахом.
Часто неприємні запахом речовини зобов'язані потрійному зв'язку. Проте і тут є виключення. Фоліон (необхідна складова частина багатьох парфюмерних композицій) — речовина, в якій запах свіжіший за зелень чудово уживається з трійним зв'язком.
Oчевидно, велике значення для запаху мають цикли, особливо з 15 - 18 ланками. Ці з'єднання знайдені в природних продуктах, дуже цінних по своїх запашних властивостях. Так, із залоз мускусної кабарги була виділена речовина мускон і, із залоз цибетової кішки — цибетон.
Але цей зв'язок односторонній: запахом мускусу, наприклад, володіють з'єднання і іншої будови. Взагалі хімікам відомо багато різних по структурі речовин з схожим запахом, і, навпаки, часто дуже близькі з'єднання мають абсолютно різні запахи.
Основний "постачальник" натуральних запашних речовин з давніх часів — ефірні масла. Це складні по своєму складу суміші, що утворюються в спеціальних клітках і каналах рослин. До складу ефірних масел входять різні класи хімічних сполук: і ароматичні, і гетероциклічні, але головний, відповідальний за запах компонент — терпен. Природні терпени можна розглядати як речовини, побудовані з цегли ізопрена із загальною формулою. Ну і запах!
Багато хто, особливо новачки і неспеціалісти, вважає, що хімія – це коли "гримить, блищить і виблискує". Так написав в своїй книжці "Досліди без вибухів" Ольгерт Ольгин. "А також, коли смердить", – додають автори книги "Світові рекорди в хімії". Дійсно, ніс хіміка-синтетика, що працює у великій лабораторії, щодня піддається серйозним випробуванням. Адже деякі речовини вже в нікчемно малих кількостях здатні вигнати людину з кімнати. Які ж речовини мають найнеприємніший запах і до яких людський ніс найбільш чутливий?
Вважають, що людина чутливіша до неприємних запахів. Наприклад, вільна масляна кислота, як і всі карбонові кислоти з невеликим числом атомів вуглецю, огидно пахне; тому, коли масло псується, виділяються масляна і інші кислоти, що додають йому неприємний (згірклий) запах і смак. А ось інший приклад. Часник і цибуля різко пахнуть тому, що виділяють сірчисті з'єднання: часник – в основному диаллілдисульфід (СН2 =СН – СН2) і алліцин (від латинської назви часнику Allium sativum СН2 =СН – СН2-SО – S-СН2-СН=СН2, цибуля – аллілпропілдисульфід СН2=СH – СН2– S-S-СН2-СН=СН2. Насправді в часнику і цибулі цих з'єднань немає, але є багато амінокислоти цистеїну з сульфгідрильними групами -SН. При розрізанні часнику або цибулі ці амінокислоти під дією ферментів перетворюються на пахучі дисульфіди. У цибулі заразом утворюється тіопропіональдегід-S-оксиду СН3-СН2– СН=S=О, сильний лакриматор, що викликає сльозотечу. Ці дисульфіди володіють рідкісною особливістю. Багато хто помічав, що запаху цибулі або часнику майже неможливо позбавитися: не допомагає ні чищення зубів, ні полоскання рота. А річ у тому, що ці з'єднання утворюються в легенях! Дисульфіди, проникнувши з їжі в стінки кишечника і далі в кров, розносяться нею по всьому організму, у тому числі і в легені. Там вони і виділяються з повітрям, що видихається.
Одним з найнеприємніших запахів володіють тіоли, або меркаптани R-SН (друга назва відображає здатність цих з'єднань зв'язувати ртуть, по-англійськи mercury capture). До природного газу, який горить в плиті на кухні (в основному це метан), додають нікчемні кількості дуже сильно пахнучої речовини, наприклад ізоаміл меркаптана (СН3) 2СН – СН2-СН2– SН, щоб можна було по запаху виявити витік газу в житлових приміщеннях: людина здатна відчути запах цього з'єднання в кількості двох трильйонних доль грама! Проте зрідка зустрічаються люди (приблизно 1 чоловік з 1000), які не відчувають запаху меркаптана. Можливо, цим частково пояснюються випадки вибухів при витоку газу. "Запаховий дальтонізм", по-науковому аносмія (від греч. osme – запах), зрідка розповсюджується на всі запахи, частіше – на деякі визначені (специфічна аносмія). Так, 2% населення не відчувають солодкуватого запаху ізовалеріянової кислоти, 10% не відчувають запаху отруйної синильної кислоти, 12% не відчувають запаху мускусу, 36% – солоду, 47% – гормону андростерона.
Меркаптани додають запах украй смердючому секрету скунса – невеликому звіру сімейства куних (інша його назва – вонючка). Описані випадки, коли люди непритомніли, вдихнувши виділення цих тварин, і навіть наступного дня відчували головний біль. Виділення скунса були детально проаналізовані в 1975 році К.К.Андерсеном і Д.Т.Бернстейном. Вони виявили в них 3-метилбутантіол (ізоамілмеркаптан) (СН3) 2СН-СН2 -СН2–SН, транс-2-бутен-1-тіол (кроілмеркаптан) СН3-СН=СН-СН2–SН і транс-2-бутеніл-етилдисульфід СН3 СН=СН- СН2-S-S- СН3 .
Але бувають запахи і погірше. У знаменитій Книзі рекордів Гіннеса до самих смердючих хімічних сполук віднесені етилмеркаптан С2Н5SН і Бутил селеномеркаптан С4Н9SН – їх запах нагадує комбінацію запахів гниючої капусти, часнику, цибулі і нечистот одночасно. А в підручнику А.Е.Чичибабіна "Основні початки органічної хімії" сказано: "Запах меркаптанів – один з найогидніших і сильніших запахів, які зустрічаються у органічних речовинах... Метилмеркаптан СН3SН утворюється при гідролізі кератину шерсті і гнитті білкових речовин, що містять сірку. Він знаходиться також в людських випорожнюваннях, будучи разом з скатолом (бета-метиліндол) причиною їх неприємного запаху".
Від противних запахів звичайно позбавляються, забиваючи їх сильнішим запахом якого-небудь дезодоранта, який при частому вживанні сам може стати причиною неприємних асоціацій. А ось американець К.Дж.Віснер в 1989 році узяв патент на "шампунь від скунса", до складу якого входить 2%-ий розчин іода калія КIO3. Це з'єднання легко окисляє меркаптани і дисульфіди до сульфоксидів, сульфатів або сульфінів, які запахом не володіють.
Та все ж рекорд чутливості належить з'єднанню з приємним запахом. У Книзі рекордів Гиннеса затверджується, що ця речовина – ванілін: його присутність в повітрі можна відчути при концентрації 2*10 -11 г в одному літрі. Проте цей рекорд порівняно недавно був побитий. Новий рекордсмен – так званий винний лактон, який, як показав в 1996 році швейцарський хімік Х.Гут, додає червоним і білим винам солодкуватий "кокосовий" аромат. Вражаюча чутливість носа до цієї речовини: його можна відчути при концентрації 0,01 пікограма (10-14, або одна стотрилліонна грама) у 1 л повітря. Не менш дивно, що ця особливість властива тільки одному з просторових ізомерів лактона. Запах його антипода можна відчути лише при концентрації 1 мг/л, що на 11 порядків більше!
Як завжди, є тут і своя ложка дьогтю. Так, 2,4,6-трихлоранізол додає винам (природньо, не найякіснішим) "кірковий" запах. Досвідчені дегустатори здатні виявити присутність цього з'єднання при вмісті 10 нг в 1 л. На щастя, це на 6 порядків більше, ніж у винного лактона. Припускають, що трихлоранізол дійсно утворюється в кірковій пробці пляшки під дією мікроорганізмів.
Інші знайомі всім пахучі речовини далеко відстають від рекордсменів, але деякі з них мають вражаючу стійкість. У місті Марракеше (Марокко) знаходиться мінарет – башта заввишки близько 70 м, побудована за наказом султана на знак перемоги над іспанцями. Мінарет знаменитий тим, що його стіни пахнуть мускусом. Натуральний мускус – цінні пахощі, які виробляють залози самця кабарги – тваринного сімейства оленів. Запах мускусу додає 3-метилциклопентадеканон-1. Виявляється, при будівництві мінарета в 1195 році в цемент, що скріпляє камені, підмісили близько тисячі мішків мускусу. І запах не зник навіть через 800 років...
Якби для визначення рекордсменів по частині запаху використовували не тільки людський ніс, результати змінилися б дуже сильно. Відомо, наприклад, наскільки нюх собаки тонший за наш. Не порівняно чутливіші органи нюху комах. Сигналами для них служать особливі речовини – феромони. Чутливість до ним дивовижна. Наприклад, мурашки виду Atta texana використовують метиловий ефір 4-метилпірол-2-карбонової кислоти, щоб мітити свої стежки. Всього одного міліграма цього з'єднання достатньо, щоб помітити стежину втричі довше за земний екватор! Мурашці треба синтезувати за все життя всього 3 нг цього з'єднання. Ще чутливіші до феромон метелики – їх самці відчувають присутність самок на відстані декількох кілометрів. Деякі метелики виявляють феромони, якщо в 1 см³ повітря міститься одна єдина молекула! Для порівняння: винний лактон ми відчуваємо при концентрації 10-17 г/см³, що при молекулярній масі 134 відповідає 45 000 молекул/см'.
Феромони звичайно мають молекулярну масу від 100 до 300. Найпростіший же по будові "сигнальний агент" – діоксид вуглецю (вуглекислий газ). Він служить феромоном для деяких видів мурашок. Опинившись далеко від мурашника, робочі мурашки знаходять дорогу додому, рухаючись у бік збільшення концентрації СО2, яка максимальна біля скупчення мурашок. Привертає цей газ і личинок деяких черв'яків, що харчуються корінням кукурудзи. Вилупившись, крихітні личинки здатні у пошуках їжі пройти шлях в землі до 1 метра, керуючись "запахом" СО2, який виділяє коріння рослин.
Дуже цікаві взаємини між смоковницями, їх плодами і інжирними осами, що живуть в них. Коли інжир дозріває, концентрація СО2, в ягодах підвищується на 10%. Цього достатньо, щоб приспати осиних самок. Самці ж залишаються активними, запліднили самок і вилітають назовні, виконавши в ягодах хід. Через ці дірочки надлишок СО2, випаровується, самки прокидаються і теж покидають ягоди, заразом відносячи на своїх щетинах пилок рослини. Висновок:
Під запашними звичайно розуміють приємно пахнучі органічні речовини. Навряд чи хто-небудь скаже так про хлор або меркаптане, хоча у них є свій запах. Коли мають на увазі взагалі пахучі речовини, їх називають пахучими. З погляду хімічного – різниці немає. Але якщо наука вивчає взагалі пахучі речовини, то промисловість (і в першу чергу парфюмерну) цікавлять в основному запашні речовини. Правда, тут важко провести чітку межу. Знаменитий мускус — основа основ парфюмерії — сам по собі пахне різко, навіть неприємно, але доданий в нікчемних кількостях в духи, підсилює, покращує їх запах. Індол володіє фекальним запахом, а розведений — в духах "Білий бузок" — таких асоціацій не викликає.
Всяке ділення 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 об'єктивно оцінити, виразити запах речовини.
Складні ефіри володіють звичайно фруктовим або фруктово-квітковим запахом, це робить їх незамінними в харчовій промисловості. Адже вони додають багатьом кондитерським виробам і безалкогольним напоям запах фруктів. Не обійшли своєю увагою складні ефіри і парфюмерну промисловість: немає практично жодної композиції, куди б вони не входили.
На перший погляд може здатися, що чим більше в молекулі функціональних груп, тим краще або сильніше вона пахне. Якраз часто буває навпаки. Для з'єднань жирного ряду (вони містять ланцюжки вуглецевих атомів) накопичення різних груп ослабляє запах. Зростання числа однакових груп "вбиває" запах в запашних речовинах всіх класів.
З глибокої старовини відомі людям трояндова олія, масло сандалового дерева, мускус. Мистецтво отримання запахів було розвинено у стародавніх часах дуже високо: пахощі, знайдені в гробниці фараона Тутанхамона, зберегли свій аромат до наших днів.
Які не хороші натуральні запашні речовини, на них не можна розраховувати, створюючи парфюмерну промисловість: їх дуже мало, і здобуваються вони нелегкою ціною, а деякі доводиться ввозити з-за кордону. Тому перед хіміками встало завдання: створити їх штучно.
Якщо публікація "Пояснення запаху речовин та його впливу на живі організми з точки зору будови речовин та їх властивостей." Вам сподобалася поділіться з друзями в соціальних мережах або залишите коментарі.
Випадкові цікаві публікації з нашого сайту
загрузка...
|
Путін заявив, що рецесія економіки Росії закінчилася 
Каха Каладзе повертається в "Динамо"?