CƠ SỞ HÓA HỌC HỮU CƠ CỦA HƯƠNG LIỆU A. T. SOLDATENKOV, N. M. KOLYADINA, LE TUAN ANH, LEVOV A.N, AVRAMENKO G.V. (VIETSUB)

Search for publications, researchers, or questions

or citation Discover by subject area Join for free full-text PDF Log in Download Download Share

Cơ sở hóa học hữu cơ của hương liệu Book · October 2011 with 4,050 Reads DOI 10.13140/RG.2.1.2271.7288 Publisher: "Академкнига" và Nhà Xuất bản Tri Thức

N. M. Kolyadina

Le Tuan Anh 24 · Vietnam National University, Hanoi

Levov A.N

+1

Anatoly Timofeevich Soldatenkov 37.88 · Peoples' Friendship University of Russia

Show more authors Abstract Cuốn sách tổng hợp những kiến thức cơ bản về hóa học hữu cơ của các hợp chất được sử dụng làm hương liệu - những hương liệu đã có những ứng dụng thực tiễn trong mỹ phẩm, thực phẩm và trong y học (hương trị liệu). Cuốn sách cũng phản ánh lịch sử phát triển của công nghiệp hóa mỹ phẩm, ngành sản xuất nước hoa và mỹ phẩm trang điểm, xem xét những nguyên lý hiện đại của quá trình tổng hợp các loại hương liệu ứng dụng trong hóa mỹ phẩm và có hoạt tính dược lý. Những phương pháp tổng hợp các loại hương liệu phổ biến, có ứng dụng thực tiễn cao, được phân loại và sắp xếp có hệ thống theo nhóm, lớp các hợp chất hữu cơ, có chú ý đến cấu tạo hóa học của chúng. Ứng dụng trong hương trị liệu, cơ chế tác dụng sinh học của các phân tử hương liệu được trình bày một cách ngắn gọn và rõ ràng. Các tác giả mong muốn cuốn sách sẽ là một tài liệu hữu ích cho sinh viên các trường đại học ngành hóa học, sinh học, công nghệ hóa học, hóa mỹ phẩm, dược học và y học; cũng như đối với các chuyên gia trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, những người làm nghiên cứu trong ngành mỹ phẩm, hóa dược và y dược.

Discover the world's research 14+ million members 100+ million publications 700k+ research projects Join for free

Cơ sở hóa học hữu cơ Hương liệu.pdf 16.48 MB Sorry, there is no online preview for this le type. To view this book, please download it below. Download

Supplementary resources Cơ sở hóa học hữu cơ Hương liệu September 2015 N. M. Kolyadina · Le Tuan Anh · Levov A.N · Avramenko G.V. · Anatoly Soldatenkov

Download

Citations

Download citation

0

References

Share

Download full-text PDF

0

This research doesn't cite any other publications.

Recommendations Project Synthesis, structure and properties of novel azacrown ethers having nitrogen heterocycle

Le Tuan Anh ·

Hieu Hong Truong ·

Anatoly Timofeevich Soldatenkov · [...] · Н. М. Колядина

• Synthesis of novel compounds containing both a crown ether pigment and a heterocyclic ring of nitrogen such as piperidine, perhydrodiazine, perhydrotriazine. • Determination of the structures of …" [more] View project Project Application of multi-component reactions in synthesis of bis(areno)azacrown ethers. Their chemical and biological properties

Le Tuan Anh ·

Anatoly Timofeevich Soldatenkov ·

Hieu Hong Truong · [...] · Т.В. Аялеу

The purpose of our research is to study for MCRs and apply in the synthesis of novel organic compounds promising special chemical properties as well as interesting bioactivity. To be speci c, the …" [more] View project Project Development of Constructed Wetland Technology for the Treatment of Wastewater from Export Seafood Processing Industry

Le Tuan Anh ·

Noi Nguyen ·

Phuong Nguyen Minh

- Triển khai nghiên cứu đặc tính nước thải thuỷ sản và xây dựng mô hình xử lý nước thải kết hợp hệ thống xử lý sinh học hiếu khí và bãi lọc trồng cây quy mô phòng thí nghiệm. - Nghiên cứu các loại …" [more] View project

Discover more

Data provided are for informational purposes only. Although carefully collected, accuracy cannot be guaranteed. Publisher conditions are provided by RoMEO. Differing provisions from the publisher's actual policy or licence agreement may be applicable.

This publication is from a journal that may support self archiving. Learn more © 2008-2017 ResearchGate GmbH. All rights reserved.

About us · Help Center · Careers · Developers · News · Contact us · Privacy · Terms · Copyright  |  Advertising · Recruiting

Sách không bán – liên hệ [email protected]

A. T. Soldatenkov, N. M. Kolyadina, Le Tuan Anh, Levov A.N, Avramenko G.V.

CƠ SỞ HÓA HỌC HỮU CƠ CỦA HƯƠNG LIỆU

Người dịch: GV. Phan Trọng Đức, TS. Lê Tuấn Anh

Nguyên bản tiếng Nga: ”Основы органической химии душистых веществ для прикладной эстетики и ароматерапии”. Nhà xuất bản: ”Tủ sách Viện Hàn lâm”- "Академкнига" Mátxcơva. Năm xuất bản: 2006. Bản quyền tiếng Việt: GV. Phan Trọng Đức, TS. Lê Tuấn Anh

HÀ NỘI 2011 1

Sách không bán – liên hệ [email protected]

A. T. Soldatenkov, N. M. Kolyadina, Le Tuan Anh, Levov A.N, Avramenko G.V.

Base organic of odour compounds for applied aesthetics and aromatherapy

Translaters: Phan Trong Duc Le Tuan Anh

In Russian: ”Основы органической химии душистых веществ для прикладной эстетики и ароматерапии”. Publish house: "Академкнига", Moscow. Issue: 2006. Copyright in Vietnamese version: Phan Trong Đuc, Le Tuan Anh

Hanoi 2011 2

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cơ sở hóa học hữu cơ của hương liệu/ A. T. Soldatenkov, N. M. Kolyadina, Le Tuan Anh, Levov A.N, Avramenko G.V., dịch từ nguyên bản tiếng Nga: GV. Phan Trọng Đức, TS. Lê Tuấn Anh – Nhà xuất bản Tri thức – 2011. – 252 trang.

Cuốn sách tổng hợp những kiến thức cơ bản về hóa học hữu cơ của các hợp chất được sử dụng làm hương liệu - những hương liệu đã có những ứng dụng thực tiễn trong mỹ phẩm, thực phẩm và trong y học (hương trị liệu). Cuốn sách cũng phản ánh lịch sử phát triển của công nghiệp hóa mỹ phẩm, ngành sản xuất nước hoa và mỹ phẩm trang điểm, xem xét những nguyên lý hiện đại của quá trình tổng hợp các loại hương liệu ứng dụng trong hóa mỹ phẩm và có hoạt tính dược lý. Những phương pháp tổng hợp các loại hương liệu phổ biến, có ứng dụng thực tiễn cao, được phân loại và sắp xếp có hệ thống theo nhóm, lớp các hợp chất hữu cơ, có chú ý đến cấu tạo hóa học của chúng. Ứng dụng trong hương trị liệu, cơ chế tác dụng sinh học của các phân tử hương liệu được trình bày một cách ngắn gọn và rõ ràng. Các tác giả mong muốn cuốn sách sẽ là một tài liệu hữu ích cho sinh viên các trường đại học ngành hóa học, sinh học, công nghệ hóa học, hóa mỹ phẩm, dược học và y học; cũng như đối với các chuyên gia trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, những người làm nghiên cứu trong ngành mỹ phẩm, hóa dược và y dược.

LỜI CẢM ƠN Chúng tôi xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành về sự ủng hộ và tài trợ của Trung tâm Hỗ trợ Nghiên cứu Châu Á (Đại học Quốc gia Hà Nội) và Quỹ Giáo dục Cao học Hàn Quốc đối với việc xuất bản cuốn sách này.

ACKNOWLEDGEMENT We woud like to express our sincere thanks to the support and sponsor of the Asia Research Center (Vietnam National University, Hanoi) and the Korean Foundation for Advanced Studies for the publications of this book.

3

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Mục lục Mục lục ........................................................................................................................................... 4 LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................ 7 Chương 1. Khái niệm chung và nguyên tắc tổng hợp chất thơm ..................................................... 10 1.1. Giới thiệu chung về lĩnh vực hương thơm ........................................................................... 10 1.2 Sự phát triển của ngành hóa hữu cơ - hương liệu .................................................................. 12 1.3. Khái niệm chung về hoạt tính sinh học của hương liệu. Hương trị liệu ................................ 21 1.4 Cơ chế cảm nhận hương thơm cấp độ phân tử ...................................................................... 25 1.5 Nguyên tắc cơ bản tạo ra các chất thơm mới ........................................................................ 28 1.5.1 Tổng hợp tương tự và theo kinh nghiệm......................................................................... 28 1.5.2. Mối liên hệ cấu trúc – hương thơm. Các nhóm tạo mùi hương - odorifore. ................... 30 1.5.3. Nguyên lý tổng hợp trên máy tính và dự đoán mùi thơm ............................................... 36 1.5.4 Sơ đồ nguyên lý nghiên cứu tổng hợp hương liệu mới.................................................... 37 1.6. Quá trình sinh tổng hợp các hợp chất thơm tự nhiên trong thực vật ..................................... 41 1.7 Quá trình chiết tách tinh dầu thơm từ các nguyên liệu thực vật ............................................. 45 1.8. Phân loại các hợp chất thơm................................................................................................ 49 Chương 2. Tổng hợp hương liệu thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng ............................................. 54 2.1. Các dẫn xuất parafin và ankylhalogen đơn giản với vai trò là propellent của các hỗn hợp hương liệu ................................................................................................................................. 54 2.2. Tổng hợp hương liệu là dẫn xuất của rượu và ête đơn giản mạch thẳng ............................... 56 2.2.1. Các rượu đơn giản C1 – C5 với vai trò là dung môi trong nước hoa .............................. 56 2.2.2. Tổng hợp các ankanol no C6 – C12 với hương thơm của hoa ......................................... 58 2.2.3. Rượu không no, đơn chức C6-C11. Citronellol và tinh dầu geranium với hương thơm hoa hồng. Hương trị liệu .............................................................................................................. 64 2.2.4. Tổng hợp rượu là dẫn xuất thuộc dãy alkadien ............................................................. 68 2.2.5. Rượu C15 với ba liên kết bội. Nerolidol, Farnesol với hương linh lan ........................... 77 2.2.6 Tổng hợp các ête thơm .................................................................................................. 78 2.3 Tổng hợp các andehit và xeton thơm .................................................................................... 79 2.3.1. Các ankanal bão hòa với hương thơm hoa quả. Hidroxycitronellal .............................. 80 2.3.2. Ankenal. Citronellal với mùi hương chanh. Dầu citronellal chemotype ........................ 84 2.3.3. Andehit với hai liên kết bội trở lên. Citral với hương chanh.......................................... 87 Tinh dầu chemotype citral...................................................................................................... 87 2.4. Dẫn xuất của các axít béo .................................................................................................... 93 2.4.1. Este của axít đơn chức với rượu đơn chức có số nguyên tử cacbon thấp mang mùi hương thơm hoa quả đặc trưng ......................................................................................................... 94 2.4.2. Geranyl-, Linalyl- và citronellylankaloat với các mùi hương hoa quả........................... 98 2.4.3. Este của các axít hữu cơ (có số nguyên tử cacbon lớn) với mùi hương thảo mộc và linh lan ....................................................................................................................................... 101 Chương 3 Tổng hợp các dẫn xuất thơm của dãy vòng no – alixiclic ............................................. 103 3.1. Các dẫn xuất của xiclopentan ............................................................................................ 103 3.1.1. Xiclopentanon mang mùi hương hoa nhài .................................................................. 103 3.1.2. Xiclopenten với mùi thơm đàn hương (bạch đàn)........................................................ 104 3.1.3. Xiclopentenon với hương thơm hoa nhài. Jasmon ....................................................... 106 3.2. Tổng hợp các dẫn xuất của xiclohexan .............................................................................. 108 3.2.1. Các dẫn xuất ankyl của xiclohexan. Dẫn xuất xiclohexanol. Mentol. Tinh dầu bạc hà. ............................................................................................................................................ 108 3.2.2. Xiclohexanon. Menton ................................................................................................ 116 3.2.3. Xiclohexen ................................................................................................................. 118 4

Sách không bán – liên hệ [email protected] 3.3. Marcoxiclic C12-C17. Este với mùi thơm của gỗ - long diên hương (buazambren). Xeton muscon và civeton với mùi xạ hương. ...................................................................................... 134 3.4. Dẫn xuất octa- và decahidronaphtalin với hương thơm của hoa và mùi long diên hương. Long diên hương ..................................................................................................................... 137 3.5. Tổng hợp các dẫn xuất thơm của bixicloankan .................................................................. 140 3.5.1. Bixiclo[4.1.0]heptan. Tinh dầu đan sâm thuion chemotype. ........................................ 140 3.5.2. Bixiclo[3.1.1]hepten. Tinh dầu đào kim nương. Tinh dầu trắc bá diệp và galbanum dạng pinen chemotype. ................................................................................................................. 141 3.5.3. Bixiclo[2.2.1]hepten. β-Santalol. Santalidol và cedrol. Borneol với mùi hương của thực vật họ lá kim. Camphor. Fenchol. ........................................................................................ 144 3.5.4. Bixiclo[3.3.1]nonenon với mùi thuốc lá. Dẫn xuất bixiclo[7.2.0]undecen caryophyllen với mùi hương gỗ. Tinh dầu ngọc lan tây (ylang-ylang) ....................................................... 152 3.6. Tri- và tetraxicloankan. Tinh dầu đàn hương và tinh dầu tuyết tùng. Balsam gurigumum .. 153 Chương 4. Tổng hợp các dẫn xuất của dãy đồng đẳng aren .......................................................... 157 4.1. Dẫn xuất ankyl- và bromankenyl benzen. para-Xymen với hương thơm cam quýt. ............ 157 4.2.1. Dẫn xuất aryl của metanol với mùi thơm xạ hương và hoa hồng................................. 158 4.2.2. 2-Phenyletanol với hương hoa hồng. Tinh dầu hoa hồng. Phenylpropenol và rượu xinamic với mùi hương phong tín tử ..................................................................................... 160 4.2.3. Este của rượu arylalyphatic với axít aliphatic với hương thơm hoa và trái cây ........... 164 4.3. Tổng hợp các arylaliphatic andehit .................................................................................... 169 4.3.1. Arylankanal. Phenyletanal và các đồng đẳng với mùi hương hoa phong tín tử. Cyclamenandehit và các đồng đẳng ..................................................................................... 169 4.3.2. Arylpropenal. Andehit xinamic. Tinh dầu quế. Jasminandehit .................................... 174 4.4. Axylbenzen. Benzandehit có mùi hạnh nhân. Axetophenon với mùi thơm của hoa. ........... 176 4.5. Dẫn xuất nitroankylbenzen có mùi xạ hương ..................................................................... 177 4.6. Tổng hợp các hợp chất thuộc dãy phenol........................................................................... 179 4.6.1. Các dẫn xuất của monohidroxybenzen........................................................................ 180 4.6.2. Dẫn xuất 1,2-dihidroxybenzen. Guaiacol. Eugenol với hương thơm hoa cẩm chướng (đinh hương). Tinh dầu eugenol chemotype (từ đinh hương, húng và pimento obscura – hạt tiêu Jamaica). Vanilin .......................................................................................................... 189 4.7. Dẫn xuất axít arylcacbonoic .............................................................................................. 200 4.7.1. Axít phenylaxetic và xinamic và các ête của chúng có mùi thơm mật ong-balsam. Balsam cánh kiến trắng (an tức hương) ............................................................................................ 200 4.7.2. Axít benzoic và các ête của chúng với mùi hoa và balsam........................................... 203 4.7.3. Các dẫn xuất của axít 2-hidroxybenzoic (salixylic) và 2-aminobenzoic (anthranilic) có mùi thơm của hoa ................................................................................................................ 205 4.8. Tổng hợp các dẫn xuất của indan và tetrahidronaphthalen với mùi xạ hương ..................... 208 Chương 5. Tổng hợp hương liệu với nhân dị vòng ba hoặc năm cạnh .......................................... 213 5.1. Dẫn xuất của oxiran với hương thơm dâu tây. Dẫn xuất furan. Mentofuran. Long diên hương. Ambroxide .............................................................................................................................. 213 5.2. Dẫn xuất pirrole. Hợp chất indol có mùi thối và mùi hương hoa nhài ................................ 219 5.3. Dẫn xuất 1,3-dioxalan. Heliotropin. Safrole. Tinh dầu từ sasfras và rau mùi tây dạng hóa học benzodioxalan (benzodioxalan chemotype) .............................................................................. 221 5.4. Dẫn xuất thiazol (với mùi cà phê) và benzoxazol (với mùi lá xanh) ................................... 224 6.1. Dẫn xuất piran .................................................................................................................. 226 6.1.1 Tetrahidropiran với mùi thơm hoa hồng, hoa nhài và bơ ............................................. 226 6.1.2. Piranon. Malthol với mùi hương trái cây – caremen. Coumarin với mùi hương cỏ mới cắt ....................................................................................................................................... 230 6.2. Dẫn xuất pyridin. Tinh dầu hạt tiêu đen............................................................................. 233 6.3. Dẫn xuất 1,3-dioxan và pirazin.......................................................................................... 235 5

Sách không bán – liên hệ [email protected] 6.4. Mononucleotit thuộc dãy purin. Muối inosinat và guanylat trong vai trò là chất tăng mùi thơm ........................................................................................................................................ 237 6.5. Dẫn xuất đại dị vòng. Đại dị vòng với mùi xạ hương......................................................... 240 Tinh dầu đương quy (bạch chỉ) ................................................................................................ 240 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 248

6

Sách không bán – liên hệ [email protected]

LỜI NÓI ĐẦU Trong hơn hai trăm năm tồn tại và phát triển, ngành hóa học hữa cơ, cụ thể là tổng hợp hữu cơ đã điều chế và tạo ra hơn 20 triệu hợp chất hữu cơ. Các con số thống kê này hoàn toàn không phóng đại, đặc biệt, kể từ khi phát minh ra kỹ thuật hóa học tổ hợp vào những thập niên cuối của thế kỷ XX, cho phép có thể tổng hợp được hàng trăm thậm chí hàng nghìn các hợp chất mới trong một ngày. Tổng hợp hữu cơ đang ngày càng trở nên phổ biến rộng rãi, chủ yếu xuất phát từ nhu cầu đa dạng phát triển thường xuyên của xã hội, bao gồm cả nhu cầu về thẩm mỹ. Để đáp ứng được những nhu cầu ấy, ngành hóa hữu cơ cần xây dựng kịp thời, giải quyết thành công các vấn đề cơ bản như: nghiên cứu phát triển các phản ứng mới có hiệu suất cao, tìm kiếm các chất xúc tác có khả năng đảm bảo tính chọn lọc của phản ứng; giải thích, xác định mối quan hệ cấu tạo hóa học và khả năng phản ứng của các chất và các tính chất hữu ích như hoạt tính sinh học, màu sắc, hương thơm v.v... Một trong những hướng phát triển tiềm năng hiện nay là công nghiệp sản xuất các hóa chất có mùi hương dễ chịu, có thể được sử dụng trong công nghiệp nước hoa, mỹ phẩm, trong các sản phẩm vệ sinh, cũng như làm hương liệu phụ gia thực phẩm. Ngoài ra, cũng cần phải liên tục tiến hành các nghiên cứu để phát triển thế hệ mới những hương liệu có hiệu quả cao – chỉ với một lượng rất nhỏ cỡ vài µg nhưng có mùi thơm sâu, đậm, bền. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy có rất nhiều loại nước hoa thể hiện hoạt tính sinh học mạnh. Vì thế, trong hai thập kỷ qua, người ta quan tâm ngày càng nhiều tới y học cổ truyền phòng chống và chữa trị bằng các loại chất thơm, tinh dầu – những hợp chất được gọi chung là hương liệu. Trong công nghệ mỹ phẩm, làm đẹp, vật lý trị liệu, các nhà hóa học, tổng hợp hữu cơ cần quan hệ hợp tác chặt chẽ với các nhà dược học, các chuyên gia hóa sinh, các nhà sinh học, các y bác sĩ và các chuyên gia của ngành công nghiệp nước hoa, hóa mỹ phẩm và công nghệ hóa học. Cuốn sách này bổ sung các kiến thức cơ bản của hóa học hữu cơ, chứa đựng câu trả lời cho một trong những vấn đề chính của hóa học, đó là: tại sao chúng ta lại cần đến một ngành khoa học với tên gọi "Hóa học hữu cơ"? Cuốn sách bao gồm các vấn đề cơ bản và tinh vi của hóa học các hợp chất thơm – hương liệu, bao gồm cả các hợp chất có hoạt tính sinh học và các loại tinh dầu tự nhiên đã và đang được sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất nước hoa (nước hoa, eau de cologne và các loại nước thơm); trong công nghiệp hóa mỹ phẩm và các sản phẩm vệ sinh (mùi thơm, hương thơm cho các loại kem, son môi, mascara, xà phòng, sữa tắm, chất tẩy rửa tổng hợp và các sản phẩm hóa chất khác); trong công nghiệp thực phẩm (tạo hương vị cho thực phẩm – phụ gia hương liệu); cũng như trong các lĩnh vực khác. Cuốn sách này chủ yếu trình bày phương pháp tổng hợp

7

Sách không bán – liên hệ [email protected] các hóa chất đã được kiểm nghiệm và được cho phép sử dụng rộng rãi trong thực tế với các ứng dụng trong hóa mỹ phẩm như nước hoa, nước thơm, hương liệu, phụ gia thực phẩm... Cuốn sách tập trung vào đối tượng là sinh viên hóa học với các cấp học khác nhau cũng như các chuyên ngành đào tạo thuộc các lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, dược học, y học, sinh học, hóa dược … cũng như cho các đối tượng sau đại học. Đặc biệt, sách có thể giúp sinh viên và các giáo viên hướng dẫn có thể lựa chọn đề tài cho các nghiên cứu khoa học của sinh viên cũng như chủ đề cho các khóa luận tốt nghiệp. Cuốn sách cũng hữu ích cho các sinh viên cao học, giáo viên và các nhà nghiên cứu làm việc trong các lĩnh vực hóa hữu cơ, tổng hợp hóa học tinh vi, hóa hương liệu, hóa sinh học hương liệu và hóa học các hợp chất có hoạt tính sinh học. Nội dung sách cũng trình bày với người đọc về sự phát triển thực tế của việc tổng hợp tinh vi các hợp chất hữu ích, giúp tạo điều kiện giải quyết các vấn đề đặc biệt đặt ra theo yêu cầu, kế hoạch và đường hướng tổng hợp các hợp chất hữu ích. Nhìn chung, cuốn sách có thể được sử dụng như là sách giáo khoa cho các nghiên cứu ứng dụng của hóa học hữu cơ, cũng như tài liệu tham khảo cho đào tạo và nghiên cứu trong lĩnh vực này. Dữ liệu của cuốn sách, được phân bố theo các nhóm và các lớp của các hợp chất hóa học, có sự tương thích cao với trật tự chương trình đào tạo cơ bản về hóa học hữu cơ. Chúng tôi trình bày các kiến thức theo trật tự như trên nhằm tạo thuận lợi trong việc so sánh và tiếp thu kiến thức cho sinh viên đại học và học viên cao học năm đầu. Trong từng lớp các hợp chất có trình bày, lựa chọn các đơn vị cấu trúc đem lại hương thơm xác định của hương liệu. Chúng tôi cũng đề cập đến cơ chế phản ứng có thể có trong sự tương tác của các chất và trong từng quá trình tổng hợp riêng biệt. Chương 1 (phần giới thiệu) trình bày ngắn gọn lịch sử phát triển của hóa học các chất thơm – hương liệu, cung cấp cơ chế sự xuất hiện mùi hương trong sự tương tác của các phân tử hương liệu với bio-receptor, cho phép chúng ta có thể hiểu được mối liên hệ (sự tương quan) giữa cấu trúc hóa học của một phân tử với mùi hương của nó. Ngoài ra ta cũng xem xét các nguyên tắc cơ bản tổng hợp các chất thơm, phân loại theo hóa học và theo mùi hương, tình hình thị trường hiện tại của các sản phẩm mỹ phẩm và hương liệu. Cơ sở dữ liệu hóa học của từng nhóm chất thơm cụ thể được trình bày trong sáu chương. Thành phần, tính chất, hương thơm và các đặc tính hương trị liệu của các loại dầu thơm, được đặc tả theo nhóm cấu trúc, tương ứng với cấu trúc của các thành phần chính của dầu thơm. Chương thứ hai được dành cho việc tổng hợp các hợp chất hidrocabon mạch thẳng (aliphatic). Trong chương này, ta xem xét các hương liệu có nguồn gốc từ anken, rượu không no và andehit, este của các axít hữu cơ. Chương thứ ba trình bày quá trình tổng hợp các hương liệu ứng dụng trong sản xuất nước hoa, mỹ phẩm và các hương liệu hoạt động khác thuộc nhóm hidrocacbon mạch vòng (alicyclic) - chủ yếu là các dẫn xuất của xiclohexan. Trong chương thứ tư, chúng ta đề 8

Sách không bán – liên hệ [email protected] cập và trình bày dữ liệu về các quá trình tổng hợp các hương liệu là dẫn xuất của hidrocacbon thơm - vòng aren như các chất dẫn xuất của benzen, indan và naphtalen (nhằm tránh nhầm lẫn, sau đây khái niệm aren sẽ được sử dụng chung cho các hidrocacbon thơm). Trong ba chương cuối, chúng tôi trình bày và thảo luận về hóa học của các chất thơm, với cấu tạo có liên quan đến các hợp chất dị vòng (dị vòng năm hoặc sáu cạnh) và các dẫn xuất đại dị vòng Các tác giả của cuốn sách (tiếng Nga – năm 2006): GS. TSKH. A.T.Soldatenkov; PGS. TS. N.M. Kolyadina và PGS. TS. A.N. Levov – công tác tại trường Đại học Hữu nghị Mátxcơva (PFUR), Liên bang Nga; TS. Lê Tuấn Anh – công tác tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; GS. TSKH. G.V. Avramenko – Chủ nhiệm bộ môn Công nghệ Hóa dược và Mỹ phẩm, Hiệu phó trường Đại học Công nghệ hóa học Liên bang Nga mang tên D. I. Mendeleev. Các tác giả xin hoan nghênh và chân thành cảm ơn tất cả các ý kiến đóng góp từ độc giả giúp chỉnh sửa và hoàn thiện cuốn sách.

9

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Chương 1. Khái niệm chung và nguyên tắc tổng hợp chất thơm* (* Chất thơm trong cuốn sách này không dùng để nói về dẫn xuất của hidrocacbon thơm – aren, mà được dùng với khái niệm là hương liệu, chất mang mùi thơm. Các dẫn xuất của hidrocacbon thơm được gọi chung là aren).

1.1. Giới thiệu chung về lĩnh vực hương thơm Trong môi trường xung quanh chúng ta luôn có sự hiện hữu của các loại hương thơm, mùi vị khác nhau; tuy không nhìn thấy được, nhưng chúng đã và đang có ảnh hưởng đến hành vi của con người – mọi hoạt động thể chất cũng như tâm lý. Những hương vị này lặng lẽ kiểm soát khả năng làm việc, trạng thái và cảm xúc của con người. Kết quả nghiên cứu cho biết, khứu giác bình thường của một người khỏe mạnh có khả năng phân biệt được bốn nghìn mùi vị khác nhau, còn những người có khứu giác đặc biệt – phân biệt được mười nghìn dạng khác nhau của mùi vị. “Ở nơi đâu đang tỏa ngát hương thơm”, thì ở đó tồn tại ngôn ngữ mùi hương là thứ ngôn ngữ thứ ba trong giao tiếp giữa con người với con người (thứ nhất – là lời nói và âm thanh, thứ hai – là hình dạng, chữ cái và mầu sắc). Do vậy, nhận thức về thế giới và nền văn minh của chúng ta không chỉ bằng thị giác và thính giác (mặc dù, đây là những cơ quan đầu tiên và quan trọng đem lại cho con người những hiểu biết về thế giới, về nền văn minh, về hành vi …) mà còn bằng cả khứu giác. Có thể cho rằng, với người nguyên thủy, sự cảm nhận mùi thơm chiếm vị trí quan trọng trong việc cảm nhận môi trường xung quanh, bởi cũng chính quá trình này cung cấp oxy và duy trì sự sống. Bản năng cơ bản - quá trình hô hấp với tổ hợp mùi hương, các cơ quan khứu giác có thể xác định, phân tích và có khả năng thông báo cho chủ thể đối tượng phía trước là bạn hay là thù; trước mặt là thức ăn còn tươi nguyên hay đã ôi thiu, xác định hành động – tấn công hay bỏ chạy, kết bạn hay là không … Một số nhà nghiên cứu cho rằng, ở giai đoạn đầu tiên của sự tiến hóa, đàn bà nguyên thủy khi lựa chọn bạn tình không chỉ dựa vào sức khỏe, sự chiến thắng trong cuộc chiến với đối thủ khác, mà còn phụ thuộc vào sự cuốn hút bên ngoài và và sự cám dỗ từ mùi thân thể. Đàn ông của bất kỳ thời đại nào cũng bị cuốn hút bởi vẻ ngoài của người phụ nữ, vẻ đẹp của khuôn mặt, cơ thể quyến rũ và tất nhiên mùi hương cơ thể. Sử dụng những mùi hương nhân tạo (không có trong cơ thể con người) để tạo cảm tình, tăng tính hấp dẫn và để làm át đi các mùi hôi khó chịu đã có lịch sử 5 – 6 nghìn năm. Tinh dầu hương liệu đã được sử dụng kín đáo, nhưng ngay lập tức khi tiếp xúc đã có thể cảm nhận được bằng khứu giác và nói lên rằng, người mang mùi hương dễ chịu sẽ rất thân thiện trong giao tiếp và trong mọi mối quan hệ. Có thể cho rằng, ở một chừng mực nào đó, 10

Sách không bán – liên hệ [email protected]

việc bôi các loại dầu thơm lên cơ thể và mặc những loại quần áo có mùi thơm – những túi hoa khô dường như nhắm tới việc phát triển quan hệ nam nữ, duy trì nòi giống. Mặt khác, những người cổ đại nghĩ rằng, những mùi hương dễ chịu là phù hợp với ý muốn của các vị Thần. Họ cho rằng “Ở đâu có mùi hương thơm ngọt ngào - ở đó có các vị Thần” và họ đốt những loại cây, nhựa cây và các loại balsam thơm trong các nghi lễ tôn giáo – thỏa mãn các vị thần. Với ý nghĩa này, có thể coi trong suốt lịch sử loài người – hương thơm tỏa ngát. Tiếng Hy Lạp: θυμίαμα (phimiam - hương thơm) và tiếng La Tinh incendere có nghĩa là các sản phẩm tỏa khói thơm (xông hương) vào trong không khí. Những khói thơm này nhận được khi đốt từ từ các loại bột, nhựa cây, sáp, balsam và tinh dầu thực vật. Hương liệu mỹ phẩm theo cách hiểu hiện đại – là tạo ra các sản phẩm, các hợp phần thơm như nước hoa, eau de cologne*, nước thơm, eau de toilet**… Mục đích sử dụng chính là nhằm làm đẹp, thẩm mỹ, tăng hương vị của cuộc sống: đem lại cho da, tóc, quần áo … mùi thơm dễ chịu cho chính bản thân và môi trường xung quanh. Các sản phẩm hương liệu tương tự cũng được sử dụng với mục đích giữ gìn vệ sinh. Hương liệu chính là những hợp chất dễ bay hơi (chủ yếu là các hợp chất hữu cơ), với nồng độ nhất định sẽ có mùi hương dễ chịu và chính nhờ đó đã được sử dụng trong mỹ phẩm trang điểm, nước hoa, nước thơm, các loại chất tẩy rửa và thực phẩm. Hương liệu trong cuộc sống hiện đại không chỉ có ý nghĩa thẩm mỹ. Chúng ngày càng có nhiều chức năng khác và không ngờ tới, ví dụ, bổ sung vào chất tẩy rửa tổng hợp và các hóa chất làm sạch (hoặc các hóa chất gia dụng khác) hợp chất với mùi hương chanh (limonen) hay hương nhài (jasmin) sẽ giúp sản phẩm bán chạy hơn. Tác dụng tâm lý của các chất tạo mùi thơm tương tự là ở chỗ, đặc tính mùi thơm không phải là chức năng chính của hàng hóa, nhưng dường như khi cùng với chức năng chính là tẩy rửa nó khiến người mua luôn sẵn lòng trả tiền. Các hiện tượng này đã dẫn đến các thí nghiệm tạo mùi thơm không chỉ cho sản phẩm hàng hóa mà còn cho cả không gian mua bán trong các siêu thị. Kết quả nhận thấy ngay là lượng hàng bán ra tăng lên rõ rệt. Tại một số quốc gia, có sử dụng quá trình thơm hóa không gian làm việc, sản xuất bằng các mùi hương cam chanh, có tác dụng rất tốt kích thích công nhân làm việc, tăng năng suất lao động, đặc biệt là vào buổi sáng. Trong hai, ba chục năm cuối của thế kỷ hai mươi, các hợp phần thơm, chủ yếu là tinh dầu tự nhiên và các sản phẩm tổng hợp tương tự có thêm một chức năng quan trọng đó là hương trị liệu. Bản chất của chức năng này là một lượng lớn các chất thơm đơn lẻ, cũng như 11

Sách không bán – liên hệ [email protected]

những tinh dầu thực vật có thành phần hóa học phức tạp, có những hoạt tính sinh học đa dạng. Rất nhiều những cố gắng trước đây sử dụng giác quan khứu giác để phòng và điều trị bệnh đã mở ra một hướng mới – hương trị liệu, theo phương pháp và tác dụng trị bệnh có thể cho rằng nó ở vị trí nằm giữa y học dân tộc và y học phương Tây.

1.2 Sự phát triển của ngành hóa hữu cơ - hương liệu Như chúng ta đã đề cập ở trên, từ thời xa xưa con người đã cho rằng thần thánh có ở khắp mọi nơi, nhưng thường ở những nơi có hương thơm ngát, nơi mà hương thơm cây cỏ hoa lá ngọt ngào, hơi thở thấm đẫm những màn sương trong lành của hương hoa, hương thơm ngào ngạt tỏa ra từ những nhành hoa tử đinh hương. Hàng ngàn năm trước ở đất nước Ai Cập cổ đã sử dụng các loại cây cỏ có hương thơm, dầu thơm, nhựa cây để thu hút sự chú ý của các thánh thần bằng cách xông, hun hương thơm vào những gian buồng, phòng của các nhà thờ, thánh đường tôn giáo, để làm đẹp da và tóc, để chữa bệnh, để ướp các thi thể của các pharaon và những người giàu có bằng cách phủ nhựa cây. Khi tiến hành khai quật khảo cổ ở Ai Cập đã phát hiện ra nhiều đồ chum vại, bình, lọ cổ xưa nhất được sản xuất vào khoảng 3 đến 5 nghìn năm trước. Những bình lọ tương tự vẫn còn giữ được những gì sót lại của nghệ thuật trang điểm cổ xưa cũng được tìm thấy ở Trung Quốc, Ấn Độ và Hy Lạp. Một trong số bình cổ còn có in hình những người tư tế Ai Cập ở thế kỷ XIV trước công nguyên được đặt trong hầm mộ của Tu-gan-kha-môn. Chiếc bình cổ đó đã được mở ra vào đầu thế kỷ XX và tìm thấy trong đó có trầm hương sau 3300 năm vẫn còn giữ được mùi thơm đặc trưng của nó. Người Ai Cập pha chế ra các loại hương liệu bằng cách hãm, ngâm, pha các phần của các loài cây có hương thơm (trầm hương, bạc hà, đan sâm) trong mật ong hoặc rượu vang và bằng cách cô đặc tạo các loại rượu mùi. Chỉ có các thầy tư tế mới nắm giữ các bí quyết pha chế hương liệu. Họ bảo quản các bí quyết này rất nghiêm ngặt vì họ cho rằng các loại hương liệu và dầu thơm giống như một lễ vật dành cho các thần linh và do đó các vị thần sẽ bảo vệ, gìn giữ cuộc sống của các pharaon và toàn thể người Ai Cập. Thực vật được dùng để pha chế, sản xuất hương liệu không chỉ được chở đến từ các nước khác nhau (ví dụ nhựa trầm hương, được chở đến từ miền nam Archin, Eritơria và Xômali, nơi chúng được khai thác dưới dạng nhựa cây Boswellia Carterii), mà còn bằng cách gieo trồng thành các khu rừng thực vật đặc biệt. Cả trước kia lẫn bây giờ, trầm hương vẫn được đốt trong những đền đài tôn giáo, của nhiều nghi lễ xưng tội tạo ra một bầu không khí thơm ngát, dành cho các thần 12

Sách không bán – liên hệ [email protected]

linh tôn kính. Các nghiên cứu hiện đại cho thấy trong trầm hương có chứa các chất octanol (1), incesol (3), và các dẫn xuất axetat của chúng (2, 4), cũng như các loại monotecpen khác nhau, các chất này cùng với sản phẩm của đốt cháy của chúng tạo ra mùi thơm dễ chịu. Me OR

Me(CH 2)6CH2 OR (1) R = H; (2) R = Ac Me

(3) R = H, incesol (4) R = Ac Me O CHMe2 (3,4)

Những tài liệu chữ viết sớm nhất về kiến thức trong lĩnh vực hương liệu của các nhà hương liệu học Ai Cập cổ đại là cuốn sách y học Ebers Papyrus, được viết vào năm 1500 trước công nguyên. Trong đó có miêu tả hỗn hợp có hương thơm với nhiều chức năng là “kifi” (кифи), được hợp thành từ hàng tá những thành phần. Nó được sử dụng với vai trò là nước hoa và thay cho trầm hương trong các nghi lễ cúng tế và được sử dụng như một vị thuốc trị bệnh hen suyễn và an thần. Chất nhựa màu nâu đỏ (từ tinh dầu cây mật nhi lạp - Myrrh) được tách ra từ loại cây Commiphora mirrha, đã được biết rõ ở đất nước Ai Cập cổ đại và các thầy tư tế đã sử dụng nó để đem đến cho các nghi lễ cúng tế với mùi thơm huyền bí. Tinh dầu cây mật nhi lạp, được chở đến Ai Cập từ Yemen và Abyssinie (Ethiopia ngày nay), là một thành phần trong hương liệu của các mỹ phẩm trang điểm cổ đại, dầu bôi trang điểm và làm thuốc. Tinh dầu Myrrh về cơ bản được cấu tạo từ các sesqui-tecpen và mùi hương balsam của nó được xác định là do dẫn xuất benzofuran, ví dụ α- và β-lindestren (5,6)

Những người Hy Lạp và Roma cổ đại đã lấy được của người Ai Cập công nghệ sản xuất các hỗn hợp hương liệu và đốt sẽ cho mùi hương trầm. Để nhận được sự giúp đỡ của các thần linh những người thời đó đã bắt đầu sự giao tiếp với chốn linh thiêng của các thần linh bằng trầm hương và các vòng hoa tươi (Софокл). Tại đất nước Hy Lạp cổ đại, nhà 13

Sách không bán – liên hệ [email protected]

hương liệu học Marange đã chế tạo ra một hỗn hợp hương liệu trên cơ sở chất nhựa thơm – Murrh. Nó được sử dụng rộng rãi với tên gọi megalion trong vai trò vừa là nước hoa, vừa là thuốc điều trị viêm da. Một thời ở Rome cổ đại, người dân đã đốt hương liệu để tạo hương thơm dễ chịu với số lượng lớn đến nỗi mà chính quyền (các senat) đã buộc phải ra đạo luật hạn chế việc buôn bán các chất dầu, mỡ, balsam, bột tạo hương thơm cho các công dân vì sợ rằng hương liệu, đặc biệt là từ dầu quế, long não và trầm hương vì sợ sẽ không đủ dùng trong các nghi lễ tôn giáo. An tức hương (cánh kiến trắng) châu Á – loại nhựa cây (Liquidambar orientalis) chứa một phần đáng kể axít xinamic (7), axít có trong nhựa cây và các este của nó và cùng với một lượng nhỏ vanilin (8), ở Ai Cập, Hy Lạp và Rome từ rất lâu trước công nguyên đã sử dụng loại nhựa này để sản xuất mỡ bôi thơm và các thuốc sát trùng, còn các tín đồ thì đốt loại nhựa này trong các nghi lễ tôn giáo.

Việc trồng cây hoa hồi (Pimpinella anisum L.) ở Ai Cập và Hy Lạp với mục đích thu hoạch hạt để sản xuất hỗn hợp hương liệu đã được biết đến từ thế kỷ thứ nhất trước công nguyên. Mùi hương hoa hồi là do các hợp chất trans-anetole (9) và anisandehit (10).

Trong nền văn minh Ấn Độ cổ cũng đã sử dụng rộng rãi hương liệu, có nhiều bằng chứng về nó trong văn bản cổ xưa Bhagavata Purana (Шримад Бхагаватам): “Khi Đức Krishna bước vào thành phố, bầy voi đã phun nước thơm rửa đường phố sạch sẽ … tất cả mọi người dân đã tập trung tại chỗ này, chỗ kia, trên người sức dầu thơm ngào ngạt …., còn trong các ngôi nhà hương thơm, khói hương toả ra các cửa sổ, bầu không khí tràn ngập hương thơm”. Từ xa xưa ở Ấn Độ cổ đại, từ những rễ cây mang mùi thơm có tên là cus-cus – cỏ hương bài (cỏ vetiver) đã làm ra những chiếc rèm, mành, thảm trải trong các ngôi đền 14

Sách không bán – liên hệ [email protected]

và nơi ở nhằm tạo ra và duy trì mùi thơm dễ chịu. Giả thiết rằng, một trong những thành phần ngát hương thơm của loại rễ cây này là γ-eudesmol (11), nó là một trong những tiền chất của lindestren (5, 6):

Nhựa benzoic hay benzen (từ các loài cây: Styrax, ví dụ Styrax Tonkinensis) được sử dụng ở những nước theo đạo Phật để xông hương thơm trong các đền chùa và cũng để chữa bệnh cảm và bệnh hen suyễn. Loại nhựa cây này đã được khai thác ở Việt Nam và các nước lân cận. Vào thế kỷ XIV, nhựa benzoic đã vào châu Âu. Muộn hơn, ở Nga với tên gọi là cánh kiến trắng (an tức hương - росный ладан) cũng được xông hương trong các nhà thờ chính thống giáo. Chính este của axít benzoic cùng với rượu coniferyl alcohol (12), este của axít xinamic và vanilin (8) đã tạo ra hương thơm của nhựa benzoic.

Như vậy, những vùng hương liệu chủ yếu, đã nổi tiếng từ xa xưa, là nơi cung cấp nguồn hương liệu thực vật, về lịch sử đó là phía nam của bán đảo Arab, vùng sừng châu Phi (Xômali, Eritơria, Etiopi), vùng Đông Nam Á (Việt Nam, Mianma, Indonesia, Srilanka, Ấn Độ và Trung Quốc), từ đó các lái buôn Arab đã chuyên chở hương liệu đến Tiểu Á, Ai cập, Hy Lạp, các quốc gia Địa Trung Hải và các nước châu Âu khác. Vào thế kỷ mười hai, một làn sóng mới về nhu cầu đối với hương liệu, dầu thơm, crem, sáp đã đến châu Âu cùng với lính Thập tự chinh trở về từ các vùng Trung Cận Đông. Hương liệu có nguồn gốc từ động vật, như long diên hương (ambergris - амбра) và xạ hương cũng được sử dụng từ lâu với vai trò là hương liệu và thuốc trị bệnh. Long diên hương có được dưới dạng chất thải ra của cá nhà táng. Long diên hương tồn tại lâu ngoài môi trường (không tươi), bên ngoài có mầu xám, còn bên trong có từ màu vàng đến màu đỏ tuỳ thuộc vào thời gian lưu trong nước biển và tác động của không khí. Mùi hương dễ chịu của long diên hương mới (tươi) là do các thành phần có hàm lượng nhỏ, trong số đó có 15

Sách không bán – liên hệ [email protected]

ambroxide (13). Xạ hương thu được từ tuyến nội tiết (tuyến hạch) của một số loài động vật móng guốc, động vật gặm nhấm và một số động vật khác. Mùi hương thơm trong xạ hương là do các thành phần xeton vòng lớn. Ví dụ, xạ hương có tên gọi là cibet được khai thác từ tuyến nội tiết của loài cầy hương Ethiopi, một loài thuộc họ mèo.

Sản phẩm dạng nhựa này có chứa 3% là cibeton (14), nó gây nên mùi khó chịu rất mạnh, mùi này chuyển thành mùi thơm dễ chịu khi pha loãng với nồng độ nhỏ. Xạ hương nguồn gốc thực vật có mùi của macrolacton. Trong các thư tịch châu Âu còn ghi rõ, ở nước Nga vào giữa thế kỷ XVII đã thịnh hành việc đeo các túi thơm trong quần áo, túi thơm gồm xạ hương, trầm hương, cibet, long diên hương. Nếu nhìn chung hương liệu trên trái đất xuất hiện hơn ba nghìn năm trước, thì mỹ phẩm đầu tiên dưới dạng dung dịch của các chất thơm trong cồn là hình ảnh của sản phẩm hóa mỹ phẩm hiện đại (tức là dung dịch hương liệu trong cồn - nước hoa, sữa tắm, nước thơm, eau de cologne), đã được sản xuất ở Hungari vào thế kỷ XIV. Vào thời gian đó, nữ hoàng Hungari Isabela đã say mê việc sản xuất các hương liệu khác nhau và chiết tách dầu thực vật, lần đầu tiên thu được dung dịch cồn của tinh dầu từ cây mê điệt (Rosmarinus officinalis L). Loại “nước hoa nữ hoàng Hungari” tuyệt diệu, như ca ngợi thời đó là có tác dụng bồi bổ sức khoẻ, quyến rũ và đem lại vẻ kiều diễm cho vị nữ hoàng đã đứng tuổi. Sau thời gian đầu bí mật, phương thuốc và mỹ phẩm này đã dần dần phổ biến khắp châu Âu và cho đến bây giờ vẫn phục vụ mọi người. Trong công thức cũ, sản xuất sữa tắm từ cây mê điệt này (theo tính toán bằng đơn vị đo hiện đại) có nêu: “ Với mỗi 100g cồn bổ sung 4g tinh dầu cây mê điệt và 10g xạ hương. Hỗn hợp được khoắng đều, cẩn thận trong vòng vài giờ và giữ 3 ngày ở nơi yên tĩnh. Sau đó lại được khuấy đều trong vòng 1 giờ rồi rót sang các lọ đựng nước hoa và được đậy kín”. Ngày nay tinh dầu cây mê điệt có mùi cỏ tươi cùng với tông mùi gỗ dễ chịu, được sử dụng vào việc điều chế nước hoa, nước chải tóc, sữa tắm,

16

Sách không bán – liên hệ [email protected]

xà phòng tắm và các sản phẩm hoá học gia dụng khác. Trong tinh dầu có sự kết hợp của các dẫn xuất bixiclo ditecpen (15-18), mang lại mùi đặc trưng và các tác dụng sinh học:

(thông số trong ngoặc cho thấy hàm lượng của chất trong tinh dầu cây mê điệt) Đầu thế kỷ XVII, tại châu Âu, đã biết cách tách tinh dầu với số lượng lớn bằng cách chưng cất cuốn hơi nước (ví dụ như tinh dầu hoa oải hương (lavender - лаван)). Nhưng chỉ vào giữa thế kỷ sau, lần đầu tiên, đã nhận được sản phẩm thứ hai (sau “nước hoa nữ hoàng Hungary”) trên cơ sở dung dịch cồn mỹ phẩm – eau de cologne, nó đã xuất hiện ở thành phố Cologne và nhanh chóng chiếm lĩnh toàn bộ châu Âu. Nước hoa từ thành phố Cologne (từ tên gọi bằng tiếng Pháp eau de cologne) đã có hơn 250 năm được sử dụng với mục đích thẩm mỹ ứng dụng và vệ sinh. Công bằng mà nói, thành phần của eau de cologne dựa trên cơ sở công thức cổ do các thầy tu Italy tạo ra. Theo các công thức này đã tạo ra được các rượu thuốc với mùi thơm của các loại thực vật – chanh bergamot (бергамот), oải hương, mê điệt với độ cồn 86 từ rượu nho. Trong eau de cologne, hàm lượng hương liệu chiếm từ 5 đến 15%. Tuy nhiên không nên khẳng định rằng, việc chiếm lĩnh châu Âu bằng hương liệu và phổ biến sử dụng mỹ phẩm là một thắng lợi trong mọi mặt. Một vấn đề có tính chất hiếu kỳ, đó là chỉ 14 năm sau khi xuất hiện eau de cologne ở Châu Âu (tức là năm 1770) ở nước Anh đã thông qua một đạo luật rằng, “ tất cả phụ nữ…, quyến rũ… và dụ dỗ đi đến hôn nhân bất kỳ ai trong số công dân của Vương quốc bằng nước hoa, trang điểm, mỹ phẩm … đều bị trừng phạt trước đạo luật hiện hành về chống lại ma thuật”. Sau hơn 200 năm trong bảng điều tra với phụ nữ ở Hoa Kỳ, 80% trong số họ đã trả lời “chúng tôi không tin rằng chính nước hoa đã lôi cuốn đàn ông đến với chúng tôi, chúng tôi sử dụng mỹ phẩm chỉ vì chúng tôi thích như vậy”.

17

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hai nhăm năm cuối thế kỷ XIX đã tổng hợp được những hương liệu tự nhiên đầu tiên. Cụ thể, vào năm 1875 đã tổng hợp được vanilin (8), còn vào năm 1877 đã tổng hợp được coumarin (19), cấu trúc của nó đã được xác định chính xác 7 năm sau đó:

Năm 1888 người ta đã tổng hợp được xạ hương nhân tạo thuộc dãy dẫn xuất nitơ của aren. Việc sử dụng rộng rãi các loại dung môi dễ bay hơi để chiết xuất tinh dầu từ thực vật được bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX do sự hình thành và phát triển nhanh chóng của ngành hoá dầu, cho phép có được số lượng lớn các ête dầu mỏ, xăng nhẹ, benzen và toluen. Ở nước Nga vào thế kỷ XIX, công nghệ pha trộn các nước thơm và sản xuất nước hoa đã đạt được đỉnh cao. Ở đây, có thể nói rằng, vào năm 1819 công tước Iusup (Юсупов) đã ra lệnh xây dựng trong trang trại của mình ở gần Mát-xcơ-va là Arkhangelsky (hiện nay là vùng Krasnogorsky) một đền thờ tưởng nhớ Ekatherine II, một người mà ông sủng ái. Trên bàn thờ được đặt một bức tượng đồng của nữ hoàng dưới dạng nữ thần Minerva (nữ thần sáng suốt, khoa học và nghệ thuật), còn bên cạnh là lư hương để trên giá ba chân, trong đó hàng ngày đốt các loại cỏ thơm trên than cháy âm ỉ. Trên bàn thờ có dòng chữ “D.Ekaterina – Dâng tặng Ekatherine tôn kính”. Đầu thế kỷ XX được đánh dấu bằng việc xuất hiện các loại hương liệu có nguồn gốc tổng hợp. Từ những năm 1930 đã xuất hiện một lĩnh vực mới trong tổng hợp hữu cơ tinh vi – ngành công nghiệp hương liệu tổng hợp, sự phát triển mạnh mẽ của nó đã dẫn đến quá trình sản xuất hàng loạt về chủng loại cũng như về quy mô. Một phần tư thế kỷ đầu tiên đã tổng hợp được một loạt các nước hoa phổ biến. Nước hoa khác với eau de cologne, sữa tắm và các hương liệu khác bởi sự phức tạp trong thành phần và mùi thơm của nó. Mùi thơm của hương liệu mỹ phẩm càng đơn giản bao nhiêu nó thì càng xa với khái niệm nước hoa bấy nhiêu. Nước hoa (parfum), nước thơm (eau de parfum), eau de cologne, eau de toilet (nước hoa với thành phần tinh dầu dưới 5%) là những dung dịch của hỗn hợp các hương liệu trong cồn. Thành phần hỗn hợp đã được các nhà hương liệu học chọn lựa và công thức của nó trong đa số các trường hợp được giữ bí mật tuyệt đối. Sau đó phụ thuộc vào tỉ lệ của hương 18

Sách không bán – liên hệ [email protected]

liệu: cồn: nước mà nhận được những mỹ phẩm nước đã nêu ở trên. Trong trường hợp là nước hoa (parfum) hàm lượng hương liệu có thể đạt tới 30% còn lại là cồn 96 độ. Nước thơm (eau de parfum) và eau de cologne có chứa lượng nhỏ các chất thơm (từ 5 đến 15%), còn trong eau de toilet nồng độ của chúng chỉ vào khoảng 1 - 3% (cồn từ 75% đến 85% và một lượng nước). Nhiều loại nước hoa, eau de cologne và các sản phẩm hương liệu khác được đưa vào chất định hương – là những chất có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp, những chất này giúp cho mùi thơm bền vững chủ yếu là nhờ khả năng làm chậm quá trình bay hơi của chất thơm. Thuộc về nhóm các chất này là long diên hương, ambroxide, xạ hương. Trong một số mỹ phẩm hiện đại có bổ sung các chất tạo màu và chống oxy hóa. Trong công thức của nước hoa có từ vài chục đến hàng trăm chất thành phần. Chúng ta hãy xem ví dụ hai loại nước hoa có thời gian thịnh hành khá lâu, đã được sản xuất vào đầu thế kỷ XX. Loại nước hoa “Nữ hoàng yêu dấu” (Любимый букет императрицы) đã có hơn 90 năm tồn tại, loại nước hoa này được làm ra để kỷ niệm 300 năm cai trị của dòng họ Nhà Romanov (Романовых) ở Nga và loại nước hoa này sau này được đổi tên và rất nổi tiếng với tên gọi “Mátxcơva Đỏ” (Красная Москва). Mùi thơm của nó được tạo thành bởi hơn 70 hợp phần và 20 loại tinh dầu thực vật tự nhiên. Nước hoa của đầu thế kỷ XX với tên gọi nước hoa “Chanel 5” được điều chế vào năm 1920. Trong thành phần của loại nước hoa này có đến 80 hợp phần. Các andehit béo (nguồn gốc tổng hợp) và tinh dầu bergamot, hoa hồng, hoa nhài và ylang-ylang thiên nhiên đảm bảo, như các nhà hương liệu học nói, “đem lại cung bậc cao” của nước hoa; tinh dầu linh lan và hoa nhài, “như nốt nhạc với cung bậc trung bình”, còn tinh dầu đàn hương (bạch đàn) và hương bài (vetiver) – “nốt thấp với cung bậc trầm”. Trong danh sách các loại nước hoa nổi tiếng, có tên của nhà tạo mốt (G. Chanel) và số thứ tự thí nghiệm do bà chọn lựa từ 24 hợp phần thử nghiệm, chúng được nhà hương liệu học thiên tài Ernest Beaux làm theo đơn đặt hàng của bà. Ngày nay, các thành phần nước thơm (eau de toilet) có ba công dụng - để làm sạch cơ thể, cho làn da có mùi thơm dễ chịu và trong trường hợp cần thiết có thể sử dụng như một loại thức thực phẩm. Tất nhiên là loại nước thơm như vậy không chứa chất cồn - đó là đồ uống không cồn với mùi vị hoa quả, ví dụ dưa bở, phúc bồn tử, đào. Cuối thế kỷ XX “tông mùi (note) thực phẩm” trở thành mốt khi chế tạo thành phần hương liệu. Chủ yếu là sử dụng vanilin (sản xuất với quy mô công nghiệp của loại phụ gia thực phẩm tạo mùi đã 19

Sách không bán – liên hệ [email protected]

được bắt đầu sau chiến tranh thế giới thứ 2) và bạc hà (20) Chất tạo mùi thơm thực phẩm – mentol - có mùi thơm bạc hà tuyệt vời bắt đầu được sản xuất trên các xúc tác bất đối quy mô công công nghiệp (xem phần 3.2.1) dưới dạng đồng phân quang học (-)-isomer vào đầu năm 1990.

Các nghiên cứu cho rằng nhiều tinh dầu đã thể hiện hoạt tính sinh học của mình, các nhà hương liệu học hiện đại cùng với các nhà dược học đã làm việc cùng nhau để tạo ra những nước hoa, mỹ phẩm, hương liệu có tác dụng phòng chống và điều trị một số bệnh. Rất dễ hiểu là loại nước thơm, hương liệu như vậy chỉ có bán ở các hiệu thuốc. Thị trường hương liệu cho sản xuất mỹ phẩm hiện nay có khoảng gần hai nghìn hợp chất với mục đích mỹ phẩm, vệ sinh và gia dụng trở nên phổ biến đối với người dân và khá rẻ. Mười năm trước giá trị sản phẩm bán ra các sản phẩm hương liệu và mỹ phẩm trên toàn thế giới đạt gần 130 tỷ đô la và tới nay đã tăng lên gấp rưỡi . Trong đó, phần nước hoa dùng cho phụ nữ trong các sản phẩm mỹ phẩm chiếm 80% khối lượng bán ra, còn mỹ phẩm cho đàn ông khoảng 10%. Trong kết luận của phần này, cần nói thêm rằng đến tận thế kỷ XX các sản phẩm hương liệu chỉ được làm từ tinh dầu thiên nhiên có chứa các chất thơm (ngoại trừ 3 đến 5 chất thơm cá biệt được tổng hợp vào giữa và cuối thế kỷ XIX). Trong cả thế kỷ XX, đã thành công trong việc tổng hợp (và đưa vào sản xuất ) không chỉ tất cả các thành phần thơm thuộc tinh dầu tự nhiên mà còn sáng tạo ra được nhiều hương liệu quý giá không gặp trong thiên nhiên. Quá trình tổng hợp các hợp chất riêng biệt như vậy cho phép không chỉ thoả mãn nhu cầu của đông đảo người dân mà còn giải quyết được những vấn đề về môi trường sinh thái mà quan trọng nhất là giữ được nhiều loại thực vật và động vật quý hiếm khỏi sự tuyệt chủng. Những loài thực vật và động vật này trước kia bị triệt hạ, săn bắt để chế biến các loại hương liệu và mỹ phẩm. 20

Sách không bán – liên hệ [email protected]

1.3. Khái niệm chung về hoạt tính sinh học của hương liệu. Hương trị liệu Như chúng ta đã biết (ở phần 1.2) lịch sử sử dụng tinh dầu để tạo ra một không gian thơm ngát từ xa xưa đã gắn liền với tác dụng phòng ngừa và trị bệnh. Ông tổ của hương trị liệu pháp – chữa bệnh bằng tinh dầu thơm – là người Ai Cập cổ đại, nhưng ở Trung Hoa cổ đại đã cho rằng “mùi hương – có tác dụng như một loại dược phẩm” và được bỏ vào trong các ống tay áo, đựng trong những chiếc túi nhỏ. Ở Trung Hoa, từ xa xưa đã cho rằng nếu đốt cây ngải cứu khi sinh nở (thảo mộc thuộc loại Artemisia) sẽ thúc đẩy việc sinh đẻ hoàn tất nhanh chóng. Vào thế kỷ VII, VIII, tại Trung Quốc đã ghi rõ rằng hương thơm tác động lên con người làm con người rạng rỡ, củng cố sức khỏe, tiếp thêm nghị lực, trấn an tinh thần. Trong các đền thờ Ấn Độ cổ, việc xông hương có tác dụng giảm căng thẳng thần kinh. Trong các văn tự cổ Trung Quốc, các quốc gia Arab, Ấn Độ (ví dụ trong Kamasutra – nghệ thuật tình yêu) mô tả thủ thuật “đốt cháy lên niềm say mê yêu đương” nhờ hương thơm. Ở Ấn Độ từ thế kỷ IX đã biết có thể nhận được từ cây đàn hương dầu thơm và sự dụng nó trong y học dân gian. Sử dụng hương trị liệu như là một phương tiện chữa bệnh bằng hương thơm bắt đầu từ thế kỷ XIV, XV khi “nước thơm nữ hoàng Hungari” từ cây mê điệt được phổ biến khắp châu Âu. Loại lotion này có các tác dụng phòng chống và trị bệnh rõ ràng. Truyện kể lại rằng, chính nữ hoàng 72 tuổi Isabella nhờ có loại nước hồi sinh này không những phục hồi sức khoẻ của Người mà còn giữ được sắc đẹp. Hơn nữa, dung dịch thơm được chưng cất từ cây mê điệt làm tăng trí nhớ, giảm đau đầu, đau bụng, thấp khớp, củng cố thị giác. Vào năm 1683 “nước thơm nữ hoàng Hungari” được đưa vào dược thư London như là một phương pháp chữa cảm lạnh và nhiều bệnh khác, cũng như một phương thức chống mệt mỏi. Thật thú vị là vào thời trung cổ, ý nghĩa phòng bệnh của mùi hương tỏa ra từ hương liệu đã được khẳng định một cách thuyết phục trong thời kỳ bệnh dịch hạch đang bao trùm khắp châu Âu. Số lượng người sống sót đột biến tăng lên ở những nơi thường xuyên được đốt hương xông khói và cũng như ở những nhóm người thường xuyên mang theo mình những bình hoa khô, lá, rễ cây của các loại thảo mộc thơm, đặc biệt, quy luật này thể hiện rõ ràng trong số những người chế biến cây cỏ, hoa thơm, các loại thuốc từ thảo mộc cũng như trong số các nhà hương liệu học. Nhiều nhà nghiên cứu khẳng định rằng, Napoleon B. thường xuyên sử dụng nước được chưng cất từ cây mê điệt và eau de cologne không chỉ với 21

Sách không bán – liên hệ [email protected]

mục đích vệ sinh, mà bởi vì ông ta tin tưởng rằng nước cây mê điệt sẽ giữ cho ông ta sự sảng khoái suốt ngày, còn eau de cologne sẽ kích thích cơ thể và tư duy hoạt động tốt (tức là cả hai loại nước tác dụng lên ông ta theo phương pháp hương trị liệu). Trong các liệu pháp thuộc hương trị liệu hiện đại, chỉ ra rằng dầu mê điệt thể hiện tác dụng kích thích, giảm mệt nhọc và trạng thái uể oải, lưng đau, các cơn đau phong thấp, giúp trí nhớ thêm tỉnh táo, củng cố hoạt động của tim. Vào thế kỷ XVIII, XIX việc chữa bệnh bằng tinh dầu thơm chưa được phổ biến, và chỉ đến cuối thế kỷ XIX sự quan tâm đến nó mới được bắt đầu do việc áp dụng các quá trình xông hơi chữa bệnh (hít hơi thảo mộc thơm). Hương trị liệu có được động lực mới trong việc khẳng định vị trí và phát triển của mình trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ nhất, khi chứng minh được tính hiệu quả không chỉ do tác dụng khử trùng của tinh dầu oải hương (lavan) và tinh dầu chanh, mà còn phát hiện những đặc tính của chúng trong quá trình làm mau lành vết thương và các vết bỏng. Khi đó chính thức xuất hiện thuật ngữ “hương trị liệu”. Từ năm 1960 ngành hương trị liệu đã được phổ biến rộng rãi (trong khuôn khổ của phương pháp học và thực tế y học phi truyền thống) dưới dạng massage và “xoa bóp thân thể” bằng cream, dầu thơm và thảo mộc thơm, xông hơi tinh dầu thực vật, tắm bằng nước thơm, hương liệu. Từ cuối thế kỷ XX đến nay, đã bùng nổ sự quan tâm đến tinh dầu và hương liệu, những chức năng mới của chúng nhanh chóng phổ biến rộng rãi trong y học, giáo dục, sản xuất, buôn bán và sinh hoạt. Những nhà hương trị liệu hiện đại dựa vào các dấu hiệu sau đây để định nghĩa hương trị liệu - đó là các phương pháp chữa bệnh và phòng bệnh bằng tinh dầu thơm bằng cách hít hoặc xông hơi thơm, khói hương, khói đốt, cũng như bằng cách thoa, bôi cơ thể bằng các tinh dầu trong dung dịch với dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu ô liu hoặc rượu. Như vậy trong các phương pháp hương trị liệu, những thành phần hương liệu có tác dụng sinh học tích cực của tinh dầu được thâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hay qua da. Chúng ta cần nhớ rằng tinh dầu là một hỗn hợp các chất dễ bay hơi có nguồn gốc thực vật, có mùi thơm và có hoạt tính sinh học và thu được các loại thực vật cho các mục đích khác nhau, trong số đó cũng có mục đích nhằm lôi cuốn một số loài trong thế giới động vật hoặc để bảo vệ, chống lại chúng. Tinh dầu thông thường có thành phần phức tạp, chủ yếu bao gồm là các hợp chất mạch thẳng, mạch vòng (tecpen và các dẫn xuất của chúng), cũng như các hợp chất 22

Sách không bán – liên hệ [email protected]

nhóm aren . Có một số tinh dầu thực vật rất giàu một thành phần nhất định, ví dụ như tinh dầu chanh, có thể chứa đến 90% limonen. Tinh dầu có đến hàng nghìn loại, nhưng chỉ có gần 100 loại mang những đặc tính chữa bệnh và được sử dụng trong quang trị liệu và trong ngành hương trị liệu. Đa số các loại tinh dầu đã được sử dụng trong hương trị liệu đều thể hiện tác dụng chống vi khuẩn, an thần và kích thích khả năng miễn dịch. Để sử dụng tinh dầu thường dùng bình xông hương hoặc đèn xông hương nhằm làm bốc hơi tinh dầu, bể tắm (để đưa tinh dầu qua da và qua đường hô hấp), xông hơi (hơi và sương tinh dầu vào cơ thể quá đường hô hấp), phun ngoài da, ép, bôi, mát xa, súc miệng (từ xưa, bác sĩ hương trị liệu có thể chỉ định dùng tinh dầu thơm cho viêm ruột). Ví dụ, tinh dầu myrrh được sử dụng trong hương trị liệu nhằm điều trị bệnh viêm da dị ứng, viêm loét hệ tiêu hóa và bệnh rụng tóc. Loại tinh dầu này cũng thể hiện tác dụng giảm đau, an thần (không gây nghiện). Tinh dầu cam, thiên trúc quỳ, tinh dầu nhài, hoa hồng, cúc dại, khuynh diệp có tính chất an thần. Tinh dầu đinh hương, nguyệt quế, chanh, khuynh diệp làm tăng trí nhớ. Có khả năng kích thích tăng cường các hoạt động trí óc cũng do tinh dầu đinh hương, thiên trúc quỳ, bạc hà, ngải, thông, khuynh diệp. Tinh dầu chanh làm tăng năng lực lao động. Để loại bỏ stress thì có lợi khi sử dụng trầm hương, tinh dầu thiên trúc quỳ, oải hương, nhài, hoa hồng và cúc dại. Để phòng chống bệnh mất ngủ, có thể sử dụng trầm hương và tinh dầu cam, đỗ tùng (Juniperus communis), nguyệt quế, bạc hà. Ngay từ thời trung cổ, Avicena đã miêu tả rằng tinh dầu hoa hồng có khả năng làm sảng khoái tư duy. Hiện nay đã xác định được rằng, một số hương thơm có khả năng nâng cao năng suất lao động về mặt thể lực cũng như trí óc, làm giảm cảm giác mệt mỏi. Khả năng này,ví dụ như mùi thơm của tinh dầu chanh, trong thử nghiệm, khi hít tinh dầu này sẽ làm giảm một nửa số lượng các động tác có lỗi của những người làm chương trình máy tính. Việc hít sâu hơi tinh dầu bergamot, giúp nâng cao sự nhanh nhạy, tinh tường của thị giác, đặc biệt là vào lúc chiều tối. Những loại tinh dầu như tinh dầu bạc hà, cam, tiểu hồi hương là thành phần vitaon - một trong các loại balsam Caravaeva. Khi bôi vitaon gần niêm mạc mũi, loại tinh dầu này bảo vệ và chữa trị các chứng bệnh viêm các đường hô hấp trên, ngoài ra còn nâng cao đề kháng tích cực của hệ miễn dịch. Nhiều loại tinh dầu thơm có hoạt tính sinh học là do chúng chứa đựng một số lượng đáng kể hidrocacbon thuộc họ tecpen (mono-, sesqui- và ditecpen). Quả thực, những monotecpen như limonen (1), pinen (2), camphen (3) thể hiện đặc trưng kháng khuẩn và 23

Sách không bán – liên hệ [email protected]

chống nấm. Chúng và một loạt các monotecpen khác đều thể hiện đặc trưng lợi tiểu. Khả năng kích thích của chúng cũng được biết đến.

Đối với các hidrocacbon sesquitecpen, ví dụ cariofyllen (4), chamazulen (5) và những dẫn xuất khác có tác dụng diệt khuẩn và kháng nấm. Ngoài đặc điểm trên, chúng còn có tính chất chống viêm nhiễm và giảm đau. Nhiều dẫn xuất trong số các sesquitecpen được dùng làm thuốc an thần, chúng cũng có khả năng làm giảm huyết áp.

Các hidrocacbon ditecpen có khả năng kìm hãm sự phát triển và nhân rộng của vi khuẩn và nấm gây hại. Từ các dẫn xuất của tecpen, có giá trị lớn nhất trong vai trò chất có hoạt tính sinh học là rượu và andehit. Những dung dịch cồn thơm của các monotecpen như geraniol (6), nerol (7), mentol, α-tecpineol (8) và borneol (9) và một số dung dịch rượu của dãy sesquitecpen, ví dụ như farnezol (10) thể hiện hoạt tính chống vi khuẩn, chống nấm, chống virus. Chúng cũng còn có tác dụng làm tăng trương lực, lợi tiểu và tăng cường hệ thống miễn dịch.

24

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Este (chủ yếu là axetat) của các rượu này có tính chất chống đau co thắt và chống viêm. Bên cạnh đó, chúng có tác dụng an thần. Các andehit thuộc dãy monotecpen thơm geranial (11) và neral (12) cho thấy có tác dụng chống vi khuẩn và chống viêm loét tốt. Chúng có khả năng thể hiện tác dụng tăng trương lực và giảm huyết áp. Một số monotecpen chứa nhóm xeton có tác dụng làm lành vết thương nhanh chóng.

Từ nhóm hidrocacbon thơm cần phân biệt các dẫn xuất thế hidroxyl như thimol (13), anetole (14) và eugenol (15), chúng thể hiện tính chất kháng vi khuẩn. Các hợp chất này cũng tăng cường hệ thống bảo vệ cơ thể, duy trì hoạt động bình thường của huyết áp và thể hiện tác dụng kích thích.

1.4 Cơ chế cảm nhận hương thơm cấp độ phân tử Nhà văn Rome Lucretius vào thế kỷ I trước công nguyên đã viết trong trường ca của mình “Về bản chất các sự vật” rằng: bên trong các bức ngăn trong cơ quan khứu giác, có các lỗ chân lông khác nhau về kích thước và hình dạng; và các phần tử nhỏ của hương liệu khi vào cơ quan khứu giác của chúng ta, sẽ đi vào các lỗ chân lông tương ứng và gần gũi với chúng về kích thước và hình dạng; chỉ khi đó chúng mới tạo ra cảm giác mùi thơm trong ta, một mùi thơm có thể dễ chịu hoặc không. Từ đó, khứu giác trở thành một bí ẩn lớn nhất 25

Sách không bán – liên hệ [email protected]

trong tất cả các giác quan của con người. Trải qua một thời kỳ 2000 năm, mới giải thích đuợc cơ chế thụ cảm mùi hương và công trình của các chuyên gia về “khoa học về hương thơm” và về “khoa học về khứu giác” đã mở ra (tuy chưa đến tận cùng) các bí mật của phát tán hương thơm của các chất, cách lưu giữ chúng và mối liên hệ với trí óc được đoạt giải Nobel năm 2004. Ngày nay, khoa học đã biết những điều sau đây về công thức và hệ thống khứu giác. Thành bên trong của cơ quan khứu giác, thấm đẫm chất nhầy, có hệ thống niêm mạc khứu giác ngoài, trong đó có phân bố các đầu dây thần kinh khứu giác. Trong chất nhầy niêm mạc, có chứa các protein và enzym khác nhau, từ đó xảy ra quá trình tương tác đầu tiên với phân tử chất thơm – nhận biết nó, lưu giữ và tan trong chất nhầy niêm mạc, tạo phức với T-protein – một protein vận chuyển. Phức này vận chuyển phân tử thơm tới các nơron thần kinh khứu giác (nơi có tập hợp thụ cảm quan - receptor). Tiếp theo là sự tương tác thứ 2 của phân tử thơm – lần này là với protein-receptor (R-protein), xuyên qua màng nơron. Khi phân tử phức hoàn chỉnh đem mùi hương cho phần thụ cảm quan hoạt động (theo các nhóm nguyên tử, momen lưỡng cực, cấu hình của các đoạn, yêu cầu về không gian - sự linh động cấu hình và các tham số khác) xảy ra việc vứt bỏ T-protein vào chất nhầy niêm mạc và tạo dựng lại không gian của R-protein. Động lực cải tổ tương tự như vậy được truyền vào trong các tế bào nơron đến các protein nội tế bào (được gọi là G-protein) tiếp xúc với R-tprotein. Tiếp tục G-protein nội tế bào kích thích enzym adenylatecyclase, đến lượt mình sẽ thúc đẩy nhanh quá trình tổng hợp nội tế bào từ adenosintriphotphat (ATF) tín hiệu thông tin thứ cấp của – adenosin-3’,5’-xiclomonophotphat (xiclo-AMF, 2):

Cần nhớ rằng, nucleotit dạng vòng (2) được phát hiện vào những năm 1950, đã dẫn đến việc hình thành khái niệm tín hiệu thứ hai (khác với tín hiệu thứ nhất, ngoại tế bào – nội tiết tố (hoormon) và dẫn truyền xung động thần kinh (neurotransmitter)) của sự truyền 26

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thông tin nội tế bào. Nucleotit này là thành phần phổ biến trung truyền tín hiệu hoormon trong tế bào và kich hoạt các enzym nội tế bào proteinkinase tham gia vào quá trình tổng hợp và photpho hóa protein và các enzym khác. Như vậy, khi một thụ cảm quan hấp thụ một phân tử thơm sẽ gây ra một loạt các phản ứng sinh hóa ở bên trong tế bào thần kinh, các quá trình hóa học đã làm tăng độ cảm nhận của tế bào thần kinh với tín hiệu của mùi thơm. Khi đó, xảy ra sự mở kênh ionophor để chuyển cation kali vào trong tế bào (hai ion K+) và natri ra ngoài tế bào (ba ion Na+), điều đó dẫn đến sự xuất hiện tín hiệu xung điện thần kinh dưới dạng sóng phân cực –không phân cực của màng của nơron khứu giác. Tín hiệu kính thích này sau đó được chuyển theo sợi thần kinh (axon) vào hành khứu giác gắn liền với hệ thần kinh trung ương. Khi xung động thần kinh vào đến hệ thần kinh trung ương sẽ xuất hiện tín hiệu về sự tồn tại của mùi hương thơm, dữ liệu của nó phù hợp với mức độ và tần số các xung động. Sau khi phân tích tín hiệu từ bên ngoài, não bộ sẽ định hình sự đáp trả đặc biệt của cơ thể. Trong đó, các tín hiệu này được cảm nhận bằng vùng hạ đồi (hypothalamus), điều chỉnh phản ứng đáp trả về mặt sinh lý học và xúc cảm của cơ thể (gây cảm giác thèm ăn, kích thích sự ham muốn tình dục, giảm cảm giác u uất, mệt mỏi), cũng như được cảm nhận bằng vùng hồi hải mã (hippocampos), kiểm soát sự chú ý và trí nhớ. Sự ghi nhớ (trí nhớ) đối với mùi hương thường được liên hệ, ghi nhớ cùng với các khung cảnh cuộc sống mà tại đó nó được cảm nhận, tức là sự cảm nhận mùi thơm trở thành hiện tượng của nhận thức (hình thành sự hồi tưởng (nhớ lại) dưới sự tác động của mùi hơm được gọi là “hiện tượng Prusta”). Số phận tiếp theo của phân tử hương thơm sẽ như thế nào? Giả thiết rằng, khi tín hiệu hoá mùi thơm, các hệ thống enzym (citochrome P450) nhanh chóng ôxy hoá các phân tử thơm - odorant (chủ yếu do sự hidroxyl hóa) và thải các phân tử không còn hoạt tính các cơ chất không còn mùi thơm vào màng nhầy niêm mạc mũi. Như vậy, cơ chế sinh lý học phân tử của việc dẫn truyền mùi thơm về cơ bản đã được biết và trong nhiều trường hợp trở nên rõ ràng, chi tiết, nhưng vẫn còn nhiều điều thuộc lĩnh vực này không tìm được câu trả lời đến tận ngày hôm nay. Ví dụ tại sao mùi thơm của cùng một chất lại được cảm nhận theo các cách khác nhau bởi lỗ mũi trái và phải? Lỗ mũi bên trái cảm nhận mùi thơm một cách tinh tế hơn, còn lỗ mũi bên phải tạo cảm giác thoải mái thú vị hơn. Thêm nữa, còn có cả một loạt các ví dụ khác, khi mà một chất tinh khiết với mùi thơm đặc trưng, còn trong một dung dịch loãng của chính nó thì lại có mùi thơm hoàn toàn 27

Sách không bán – liên hệ [email protected]

khác (xem ví dụ phần 5.2). Một câu hỏi khác - có thể là một điều chưa rõ ràng thuộc bản chất của việc cảm nhận sự pha tạp, hỗn hợp hương thơm, được tạo thành bởi hàng chục cho đến hàng trăm chất thơm tồn tại trong tự nhiên - hoa, quả rừng, trái cây - hoặc trong tổ hợp các chất tổng hợp. Cũng liên quan đễn vấn đề này, cách đây không lâu đã phát hiện được một vùng khứu giác, vùng này không phải được thấy ở tất cả mọi người lớn (nhưng đối với mọi trẻ em đều có). Đó là cơ quan Mozer - một mô nhỏ ở trên phần giữa phía trong của vách ngăn mũi. Cơ quan Vomeronasal (Jacobson’s organ) này chỉ cảm nhận được mùi thơm của kích thích tố - pheromone (phân tử nội tương tác). Vai trò của bộ phận này đến nay vẫn còn chưa được biết hết. Nếu như ở các loài sâu bọ, côn trùng và động vật khác, mùi thơm của riêng cá thể và từng nhóm tiếp tục đóng vai trò quan trọng sống còn (ví dụ pheromone …) thì ở con người thành phần tự nhiên này bị giảm đi một phần đáng kể. Tuy nhiên, ở mức độ nhất định, con người bắt buộc phải sử dụng những hương liệu có nguồn gốc tổng hợp và tự nhiên đa dạng, các chất này giúp con người trở nên hấp dẫn hơn, cuốn hút hơn đối với những người xung quanh, ví dụ, như trong các cuộc làm quen, cơ hội để tạo sự gần gũi, quyến rũ để xây dựng gia đình, trong hoạt động duy trì giống nòi. Lý thuyết hoá học thống nhất về mùi thơm cho phép giải thích trong từng trường hợp cụ thể mối liên hệ giữa cấu trúc hoá học của các chất với hương thơm của nó; cho phép tiên đoán trên cơ sở cấu trúc này của phân tử sẽ có một hương thơm cụ thể, vẫn còn chưa được xác định. Chỉ trong một số trường hợp hữu hạn, mới có thể tách ra được các nhóm odorifore trong các hợp chất thuộc dãy aliphatic và ankylaren , những chất thuộc các nhóm rượu, este và ête, cũng như các dẫn xuất tecpen mạch thẳng - các andehit và xeton. Mặc dù đã có lịch sử hàng thế kỷ sử dụng hương liệu trong cuộc sống, nhưng chúng ta vẫn chưa có các phương pháp mô tả khách quan các mùi thơm, cường độ của chúng, tỷ lệ định lượng với các đặc tính hoá - lý của hương liệu. Trong đa số trường hợp, việc dự đoán sự xuất hiện các mùi thơm đặc trưng của các chất được tổng hợp vẫn còn khó khăn, mặc dù ý nghĩa thực tiễn của vấn đề này rất quan trọng, không chỉ đối với ngành hương liệu và mỹ phẩm, mà còn đối với các mặt khác của đời sống con người.

1.5 Nguyên tắc cơ bản tạo ra các chất thơm mới 1.5.1 Tổng hợp tương tự và theo kinh nghiệm Bắt đầu từ những năm 1950 đến những năm 1990, hàng năm, các nhà hoá học đã tổng hợp, phân tích và đã xác định được các đặc trưng hóa lý của gần hai trăm nghìn các 28

Sách không bán – liên hệ [email protected]

hợp chất mới. Cùng với sự xuất hiện những nguyên lý cơ bản của Hóa học tổ hợp vào những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ XX, số lượng các chất mới được tổng hợp tăng lên nhiều lần. Và mặc dù mục đích cơ bản của tổng hợp hữu cơ nói chung, và hóa học tổ hợp nói riêng là tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học; trong số lượng vô cùng lớn các chất đã tổng hợp được, chúng ta cũng thấy có những chất có hương thơm và có tiềm năng to lớn đối với quá trình thơm hóa các sản phẩm gia dụng - mỹ phẩm và thực phẩm và cũng trong ngành hương trị liệu. Như vậy, một phần lớn hương liệu có thể thu được được bằng việc tổng hợp theo kinh nghiệm (tức là không có định hướng rõ ràng). Trong trường hợp này, chất tổng hợp mới được, theo kinh nghiệm chỉ cần dễ bay hơi, còn bản thân người tổng hợp ra nó có thể trở thành “nhà hương liệu”, cần phải chuyển hợp chất mới tới các chuyên gia thử nghiệm hương liệu – nhà hương liệu học để xác định mùi thơm. Nếu theo thang độ dễ chịu và cường độ mùi thơm, chất thơm này phù hợp với những yêu cầu đã được các chuyên gia đặt ra cho các hương liệu, thì nó sẽ được các nhà sinh học, độc học tiến hành những nghiên cứu toàn diện để xác định độc tính cấp và các tác dụng phụ không mong muốn. Khi khẳng định không có độc tố, mới tiến hành xác định hướng áp dụng thực tiễn cho hợp chất và bắt đầu sản xuất với quy mô công nghiệp và sử dụng với vai trò là hương liệu trong các hỗn hợp mỹ phẩm trang điểm, nước hoa, các loại mỹ phẩm thương mại khác và là chất tạo mùi thơm các sản phẩm hóa học gia dụng hay chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm. Nguyên tắc tổng hợp tương tự là một phương pháp tổng hợp có định hướng để thu được hương liệu. Nó dựa trên cơ sở biến đổi hoá học (không nhất thiết là trực tiếp) một cấu trúc chuẩn của một hương liệu có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp đã biết. Hướng tiếp cận này là có tính trực quan, suy đoán, trên cơ sở là quá trình nghiên cứu sâu sắc và tỉ mỉ cấu trúc các chất hữu cơ và các đặc tính thơm của nó. Nhờ vào phương pháp này, xuất phát từ sự tương tự giữa hai cấu trúc, hương thơm của hợp chất đã được biết đến có thể sẽ tồn tại ở hợp chất mới tổng hợp và hy vọng các đặc tính của hợp chất mới tổng hợp sẽ dễ chịu hơn và có những tông mùi đặc biệt. Trong trường hợp tổng hợp được một chất thơm mới bền mùi hoặc có cường độ mạnh hơn sẽ xuất hiện khả năng sử dụng hợp chất mới nhằm tiết kiệm chi phí trong quá trình sản xuất hương liệu. Một ví dụ điển hình của quá trình tổng hợp tương tự là chuyển từ heraniol tự nhiên (1), có hương thơm của hoa hồng sang chất tổng hợp (không gặp trong thiên nhiên) 2,629

Sách không bán – liên hệ [email protected]

dimetylheptan–2-ol (2) có mùi thơm của hoa với tông mùi dâu tây, và chất 2,2,5-trimetyl-4hexen-1-al (3) có mùi của lá xanh tươi. Me

Me CH2OH

OH

Me

Me

O C

Me

Me

Me (1)

mùi hoa hồng

Me

Me (2)

mùi hương hoa-dâu tây

Me

H

Me (3)

mùi thơm lá xanh

Trong một ví dụ khác có thể đưa ra cấu trúc 2 marcoxiclic dieste không có trong tự nhiên (sabinat 5 và muxonat 6), có mùi thơm xạ hương.

Các hợp chất này được tổng hợp với vai trò là các đồng đẳng tương tự của đại dị vòng (4) thường gặp trong các hạt và rễ cây bạch chỉ (đương quy) và cũng có mùi xạ hương. 1.5.2. Mối liên hệ cấu trúc – hương thơm. Các nhóm tạo mùi hương - odorifore. Trong phần 1.4 cho thấy, cơ chế cảm nhận hương thơm đã xác lập được những nét chung. Tuy nhiên, với vài nghìn mùi thơm khác biệt và tồn tại hàng nghìn chất dễ bay hơi với cấu tạo đa dạng, phong phú và cho đến bây giờ, vẫn thiếu những dữ liệu về một vấn đề, bằng cách nào mà mỗi chất, trong những cấu trúc dễ bay hơi như vậy, tương tác qua lại với chemoreceptor của nó. Sự tác động qua lại này đặc thù tới mức nào, khả năng xuất hiện các xung động thần kinh như thế nào, trình tự tương tác của chúng như thế nào trong trường hợp hỗn hợp phức tạp các chất thơm? Những câu hỏi tương tự như vậy ở một chừng mực vẫn còn để ngỏ và học thuyết giúp tiên đoán trước một cách chính xác, phân tử thơm được tạo ra sẽ có mùi thơm như thế nào, cho đến nay vẫn chưa hoàn thiện và còn đang ở trong giai đoạn tích luỹ tư liệu thực tiễn. Đến nay, đã xác định được rất nhiều sự phụ thuộc cụ thể của hương thơm với thành phần, cấu trúc và cấu tạo lập thể của các chất thơm. Cụ thể, sự xuất 30

Sách không bán – liên hệ [email protected]

hiện mùi thơm vani phụ thuộc vào vị các đồng phân vị trí. Hương thơm này chỉ có ở đồng phân (1), ở đó nhóm para-OH là nhóm tự do. Khi tiến hành este nhóm này mùi thơm biến mất, dường như liên quan đến sự giảm của moment lưỡng cực khi chuyển sang isovanilin (2).

Những đồng phân hình học của phần lớn các hợp chất thơm có các hương thơm khác nhau. Ví dụ ở α-ionon Е-isomer (3) có mùi hoa tím (viola), còn Z-isomer (4) lại có mùi gỗ bá hương (tuyết tùng).

Khi nghiên cứu sự phụ thuộc cấu trúc – hương thơm trong cùng một dãy các hợp chất, đồng phân theo vị trí liên kết bội và đồng phân theo vị trí tương đối so với mặt phằng vòng liên kết và đồng phân đối quang – enanthiomer (bất đối xứng), đã xác định được rằng, mỗi loại đồng phân, ở mức độ nhất định, có thể quy định sự tồn tại của hương thơm, mức độ hoặc sự thiếu vắng mùi thơm ở các chất đồng phân và các chất đối quang. β-Santalol là một ví dụ điển hình, chỉ có dạng (-)-enanthiomer và chỉ với vị trí exo- của nhóm ankenol, trong đó hai nhóm thế lớn hơn phải ở vị trí cis- tương ứng, sẽ có hương thơm đàn hương mạnh.

31

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dưới đây đưa ra số liệu về sự thay đổi hương thơm đặc trưng ở e,e,e-diastereomer của mentol (6) phụ thuộc vào tính hoạt quang: dạng (-) có mùi thơm bạc hà mạnh. dạng (+) có mùi thơm bạc hà tinh khiết yếu hơn dạng (±) không hoạt quang - mùi thơm bạc hà thể hiện yếu. Ba diastereomer mentol còn lại (HOe, i–Pre, Mea, cũng như HOe, i- Pre, Mea) mang mùi thơm bạc hà chưa tinh khiết với tông mùi long não. Như vậy, khi tổng hợp các hợp chất thơm mới, có tâm bất đối xứng, cần lưu ý rằng, các enanthiomer khác nhau có thể mang các mùi thơm khác nhau hoặc một trong những đồng phân đó có thể không mang hương thơm. Trong trường hợp có sự phụ thuộc tính đối quang của hương thơm, tâm bất đối xứng trong phân tử của chất đồng phân cần phải được định hướng bằng ba điểm trên phần đối quang của thụ cảm quan, rất nhạy cảm với sự bất đối xứng của các phân tử hương liệu. Tác động qua lại giữa một chất và thụ cảm quan của nó được đảm bảo, theo nguyên tắc, bằng các mối liên kết hidro yếu – (-O-H), liên kết tĩnh điện, liên kết Van-der-Vaals... Khi chúng duy trì mối “tương tác tương hỗ bình thường”, tức là khi có tiếp xúc toàn bộ ba cặp (W-W’, Y-Y’, Z-Z’, hình 1.1a) xuất hiện hương thơm mong đợi. Chất đối quang thứ hai, tỏ ra không phù hợp với phần hoạt hóa của receptor (hình 1.1b, W-W’, Y-Y’, còn Z không có tương tác vói Z’) và có thể mang hương thơm nhẹ hơn (hoặc là hoàn toàn không thể hiện mùi thơm). Rõ ràng rằng, yêu cầu về sự tiếp xúc hai điểm giữa phân tử chất thơm với receptor sẽ giảm sự khác nhau về mùi thơm của các đồng phân quang học.

32

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hình 1.1. Sơ đồ sự tương tác ba điểm giữa đồng phân quang học và osmoreceptor: a – tương tác bổ trợ (tạo cảm giác hương thơm); b – tương tác bất thường (không có cảm giác) Một sự đóng góp rõ ràng vào hình thành và phát triển các định hướng tổng hợp các hợp chất hương liệu là sự hình thành nguyên lý nhóm chức tạo mùi thơm – odorifore, đó là sự kết hợp các nguyên tử, mà việc xuất hiện các nhóm này trong phân tử thường có thể dẫn đến việc tạo thành mùi thơm cho phân tử. Trong dãy các hidrocacbon mạch thẳng (no cũng như chưa no), các dẫn xuất thơm (7-9) có các nhóm odorifore (được biểu thị trong các hình nét đứt) là các nhóm chức, nhóm phân tử: Me2CH-, -CH2OH, -CHO, -CH2C(O)-O-CH2R).

Các nhóm tương tự có thể mang lại mùi thơm trong nhóm hidrocacbon mạch vòng (10-12) và trong nhóm dẫn xuất arylaliphatic (13-15), như sau: 33

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong lớp indan (16-17) và tetrahidronaphtalin (tetralin) sự có mặt của nhóm isopropyl (Me2CH-) và đặc biệt nhóm tret-butyl (Me3C-) trong sự kết hợp với nhóm axetyl (MeC(O)-) cho mùi thơm xạ hương đặc trưng cho cả một nhóm hợp chất.

Mùi thơm xạ hương xuất hiện ở các dẫn xuất metyl- và tret-butyl benzen, các hợp chất này có hai hay ba nhóm nitro (các hợp chất 18, 19):

34

Sách không bán – liên hệ [email protected]

NO2

Me O2N

Me

NO2

Me

OMe

O2N

Me NO2

Me

Me

Me Me

Me

(19) mï i x¹ hö¬ng-xylene

(18) mï i x¹ hö¬ng

Cuối cùng, các nhóm chức xeton (20) và lacton (21) trong các phân tử mạch vòng lớn sẽ đảm bảo cho các phân tử mùi thơm xạ hương và tính chất định hương.

Như vậy, chúng ta biết rằng, cấu trúc hoá học và không gian của một chất sẽ quy định sự tồn tại của hương thơm của chính chất đó. Tuy nhiên, mức độ, cường độ của mùi thơm và hiệu ứng nồng độ (sự xuất hiện các mùi thơm khác nhau khi đậm đặc hay pha loãng) của hương liệu có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Để tạo ra được nồng độ hiệu quả nhất của hương liệu, đủ để thể hiện mùi thơm cần thiết, các phân tử, ngoài nhóm odorifore cơ bản – trực tiếp tạo ra mùi thơm, còn có thể có các nhóm hidrophile, để giúp thực hiện quá trình chuyển phân tử từ chất nhầy trong cơ quan khứu giác tới osmoreceoptor tại các đầu dây thần kinh, nằm trong lớp nước nhầy của niêm mạc mũi. Khi thiết kế các hợp chất thơm, cố gắng xem xét đến những yêu cầu trên, để gắn các nhóm chức hoá học, nhóm phân tử tương ứng vào hợp chất thơm tiềm năng. Như vậy, việc đưa vào cấu tạo phân tử, các nhóm phenol, các nhóm rượu, nhóm cacboxyl sẽ làm tăng tính tan trong nước của các phân tử hữu cơ, thay đổi tính axít và độ phân cực và làm tăng thêm mùi thơm của nó. Sự có mặt của các đoạn mạch n-anken và các nhóm xicloankyl làm tốt khả năng liên kết với osmoreceptor nhờ các lực Van-der-Vaals. Cần thấy rằng, trong quá trình tổng hợp các chất thơm, thường tránh đưa vào các nhóm có chứa lưu huỳnh, bởi chúng thường phân hủy và cho các loại mùi khó chịu. Cũng cần phải lưu ý rằng các phương pháp đã xem xét nhằm tạo,

35

Sách không bán – liên hệ [email protected]

điều chỉnh, thay đổi mùi thơm của các hương liệu tiềm năng thơm không phải lúc nào cũng tuyệt đối và không phải lúc nào cũng đảm bảo một kết quả như mong đợi. 1.5.3. Nguyên lý tổng hợp trên máy tính và dự đoán mùi thơm Trong những năm gần đây các nhà hoá học và hương liệu học đã có được sự trợ giúp tích cực của kỹ thuật máy tính, cho phép tiến hành tổng hợp các chất, xác định mùi thơm tiềm năng bằng các phần mềm phân tích trên máy tính và phương pháp mô phỏng hoá. Cách tiếp cận như vậy đặt cơ sở trên sự phân tích một số lượng lớn các hợp chất thơm, hương liệu tự nhiên và tổng hợp đã biết, nhóm chúng lại theo cấu tạo phân tử hay theo dạng của mùi hương. Một cách khác của việc tiên đoán bằng máy tính là mô phỏng hoá trên hệ máy tính, cơ chế tác động qua lại của các hương liệu tiềm năng với osmoreceptor trên cơ sở những kiến thức về các mối liên hệ thực nghiệm của hương liệu đã biết với các receptor của chúng. Để dự báo được cấu trúc phân tử tiềm năng và mùi thơm của chất cần tiến hành các phân tích trên máy tính từ hàng chục đến hàng trăm các dữ liệu mô tả thành phần của từng phân tử (molecular descriptor) - như độ dài liên kết, các gốc liên kết (theo các dữ kiện thu được từ phân tích rơnghen đơn phân tử), đồng phân Z, E-, cấu hình tuyệt đối (R,S) của phân tử bất đối xứng, mức độ linh động của cấu hình tại các phần của phân tử, các moment lưỡng cực, thế năng oxy hóa khử, ái lực điện tử, độ phân cực, thế năng ion hóa, diện tích và thể tích phân tử và nhiều yếu tổ khác. Các chuyên gia về mùi thơm cũng không cần có trong tay một hợp chất này, còn các nhà hoá học trước khi thực hiện phản ứng tổng hợp – chỉ cần đưa vào máy tính những công thức cấu tạo của nó. Khi kết thúc quá trình phân tích bằng máy tính, các chuyên gia sẽ nhận được dữ liệu về mùi hương có thể của một hợp chất tiềm năng này và các khả năng có thể để tổng hợp chất đó. Quá trình sàng lọc bằng máy tính như vậy, sẽ giúp tiết kiệm được thời gian, vật tư và sức lực trong việc tìm kiếm các hương liệu tiềm năng. Tuy nhiên, quá trình tạo ra các mùi thơm mới và định dạng các nhóm odorifore sẽ vẫn còn dựa trên nền tảng thực nghiệm và trực giác của nhà nghiên cứu. Việc hỗ trợ tổng hợp bằng máy tính, giúp định hướng cho tổng hợp các hợp chất hữu cơ với cấu tạo mong muốn đã được áp dụng đã gần ba mươi năm. Các chương trình phần mềm hiện đại dùng hỗ trợ tổng hợp đặt cơ sở trên việc miêu tả công thức của sản phẩm cuối cùng, cấu tạo của chất ban đầu, chất xúc tác, cơ sở dữ liệu về các phản ứng đã biết, cơ chế và điều kiện phản ứng xảy ra. Tiến hành việc phân tích rơnghen đơn tinh thể, xuất phát từ cấu tạo của sản phẩm cần thiết, sẽ hình thành được chuỗi phản ứng tổng hợp dẫn xuất này. 36

Sách không bán – liên hệ [email protected]

1.5.4 Sơ đồ nguyên lý nghiên cứu tổng hợp hương liệu mới Con đường tổng hợp hương liệu bắt đầu từ ý tưởng của nhà tổng hợp đến lúc sản xuất dạng sản phẩm thương mại và sử dụng nó trong làm hương liệu, mỹ phẩm, .v.v... rất phức tạp, khó khăn và lâu dài. Hơn nữa, tổng chi phí có thể đạt tới hàng chục triệu đô la. Sơ đồ nguyên lý tạo ra một hương liệu mới, tuân thủ theo các nhu cầu của thị trường hương liệu, mỹ phẩm, bao gồm những giai đoạn sau (hình 1.2). Ở giai đoạn đầu tiên, tiến hành rà soát các công thức hóa học (bằng máy tính hay con người) và lựa chọn công thức chất có tiềm năng và cơ bản. Ở giai đoạn này, hình thành những ý tưởng, tổng hợp và sau đó là tổng hợp như thế nào? Tiến hành phân tích thông tin về sự có mặt của các nguyên tố khác nhau, các nhóm nguyên tử, các nhóm chức, các loại liên kết giữa chúng, về cấu trúc điện tử và sự sắp xếp trong không gian, tính bất đối xứng. Tập hợp các dữ liệu này, có thể giúp định hình cấu tạo của hợp chất với tiềm năng thể hiện các đặc tính mong đợi, bao gồm, trước hết là hương thơm cần thiết, tương tự như chữ cái ghép lại thành từ và từ ghép lại thành câu có ý nghĩa. Ở giai đoạn này là có thể đánh giá sơ bộ về giá thành của các chất ban đầu, độc tính của chúng. Trong việc định hình các cấu trúc cần thiết có sự tham gia của các chuyên gia về tổng hợp hữu cơ, các nhà hoá học về các hợp chất thơm và hương liệu có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp. Họ sẽ thực hiện công việc ở giai đoạn hai là giai đoạn chọn lựa phương pháp điều chế trong phòng thí nghiệm để tổng hợp các hợp chất trung gian và sản phẩm cần thiết, các hợp chất với công thức tương tự, chọn lọc các hợp chất theo tính bền vững, tính đơn giản của phương pháp điều chế, hiệu suất và tính hoà tan… Thực hiện đánh giá sơ bộ các chỉ số kinh tế - kỹ thuật cho phép lựa chọn con đường tổng hợp với số lượng tối thiểu các giai đoạn trung gian, với chi phí lao động, thời gian, năng lượng ít nhất và hệ số an toàn cao nhất. Thử nghiệm tại giai đoạn thứ ba - là sàng lọc, trên cơ sở này loại bỏ ra một số lượng lớn các hợp chất tổng hợp không có mùi thơm, có ít hoặc có mùi khó chịu và chỉ còn lại để tiếp tục thử nghiệm sâu hơn những hợp chất có triển vọng nhất, với hương thơm có giá trị, không thể hiện các độc tố và các hiệu ứng phụ khác đối với con người.

37

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Giai đoạn thứ tư là giai đoạn có trách nhiệm cao – thực hiện những thử nghiệm sâu hơn với hợp chất thơm đã được lựa chọn, trong quá trình đó phải khẳng định được giá trị của chất nghiên cứu trong vai trò là thành phần thơm hay là chất định hương. Làm sáng tỏ sự tồn tại hoặc vắng mặt những tác động không có lợi, không dễ chịu đối với con người, xác định độc tính cấp nguy hiểm- gây đột biến, ung thư, gây quái thai và gây dị ứng v.v… Chỉ riêng quá trình thử độc tính trên tiêu bản chuột của chế phẩm đã được nghiên cứu không ít hơn ba thế hệ trong vòng hai năm. Gian đoạn bốn này là dài nhất và chiếm từ 2 đến 3 năm. Từ những hợp chất được nghiên cứu, chỉ có một hoặc hai chất đăng ký bản quyền sở hữu trí tuệ, phát minh sáng chế … Những nhà khoa học, nhà nghiên cứu, tiến hành các thử nghiệm chủ yếu ở giai đoạn ba và bốn là các nhà hương liệu học, nhà sinh vật học và nhà nghiên cứu độc học. Trong trường hợp có kết quả thử nghiệm tốt ở cấp quốc gia, chất thơm sẽ được nhận sự công nhận chính thức là hương liệu (được đăng ký) và chuyển sang giai đoạn nghiên cứu công nghệ tổng hợp nó - mở rộng quy mô tổng hợp tại phòng thí nghiệm, chế tạo các hệ pilot thử nghiệm và cuối cùng là các thiết bị công nghiệp. Giai đoạn thứ năm là giai đoạn 38

Sách không bán – liên hệ [email protected]

nghiên cứu quy trình công nghệ và tổng hợp với quy mô công nghiệp, là giai đoạn sử dụng nhiều lao động, năng lượng, cần chi phí nhiều nhất. Thực hiện triển khai công việc ở giai đoạn này các nhà công nghệ, kỹ sư, hoá học, hoá-lý và chuyên gia kinh tế đảm nhiệm. Các chất thơm được sản xuất theo phương pháp công nghiệp sẽ tiếp tục trải qua giai đoạn thứ sáu - giai đoạn xác nhận và chứng nhận cấp quốc gia, khi đó hợp chất nhận được chứng nhận tư cách phù hợp hoàn toàn những tiêu chuẩn hiện đại đối với các hợp chất hoá học, mà con người có thể tiếp xúc qua da, qua niêm mạc, qua đường hô hấp và trong trường hợp là phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm – thì qua miệng, đường dẫn thức ăn và bộ máy tiêu hoá. Như vậy, hợp chất thơm này đã nhận được sự cho phép sử dụng rộng rãi như các hương liệu mỹ phẩm, trong các sản phẩm hoá học thông dụng và cũng như sử dụng trong thực phẩm. Tại giai đoạn thứ bẩy - nghiên cứu và tạo ra các dạng thức ứng ụng dễ chấp nhận nhất chất thơm trong hỗn hợp hương liệu mỹ phẩm : nước hoa, eau de cologne, eau de toilet, mỹ phẩm trang điểm: phấn nền, son môi, cream, lotion, hóa chất dành cho tóc; trong sản phẩm hóa học gia dụng: xà bông và các hóa chất tẩy rửa tổng hợp, dung dịch tẩy mùi hôi và tạo mùi thơm cho nhà tắm và nhà vệ sinh v.v... và trong thực phẩm với vai trò là các chất phụ gia tạo mùi thơm. Từ nhà máy sản xuất, các hợp chất thơm và/hoặc các sản phẩm mỹ phẩm - hương liệu được đưa thẳng ra thị trường (giai đoạn thứ tám). Tính hiệu quả của việc quảng cáo sản phẩm, nhu cầu của thị trường, khối lượng và thời hạn kinh doanh sẽ xác định thời gian tồn tại của sản phẩm trên thị trường hương liệu và mỹ phẩm. Cuối cùng, cần khẳng định rằng, theo một số đánh giá thì chi phí cho công tác nghiên cứu khoa học là 15 – 20% tổng chi phí, cho sàng lọc, thử nghiệm chuyên sâu và tạo ra tổ hợp hương liệu - khoảng 20%, cho nghiên cứu độc tính - từ 20 – 30%, cho việc phát triển quy trình công nghệ - khoảng 20 – 25%. Các chi phí khác được dành cho việc đăng ký, bảo hộ và maketing. Phải nói rằng, các sản phẩm hương liệu, đặc biệt là nước hoa luôn được coi là mặt hàng rất khó trong việc quảng cáo, bởi rất khó tìn được và lựa chọn những ngôn từ thích hợp để miêu tả chúng. Mặc dù trong lĩnh vực này, có những ví dụ rất hiệu quả tác động lên thị hiếu của người tiêu dùng. Ví dụ, sự tồn tại rất lâu của loại nước hoa Chanel 5, gắn liền không chỉ bởi công thức pha chế tạo mùi thơm rất thành công, mà còn do sự quảng cáo thường xuyên của loại nước hoa này, trong đó có sự tham gia (đôi khi là vô tình) của 39

Sách không bán – liên hệ [email protected]

nhiều phụ nữ Pháp và các nước khác. Ví dụ, gần như ngay lập tức cả thế giới đã biết câu trả lời của Marilyn Monroe dành cho một nhà báo hay quấy rầy - “Bà mặc đồ gì trong đêm?” “Chỉ vài giọt Chanel No 5”. Đối với hương liệu, có giá trị thực tiễn, phải thực hiện rất nhiều yêu cầu khắt khe. Yêu cầu đầu tiên là hương liệu phải có đặc tính thể hiện trên sản phẩm mỹ phẩm mà nó được đưa vào với lượng tối thiểu, tức là có mùi thơm dễ chịu, ổn định, mạnh mẽ. Bởi vì khi sử dụng, sẽ có sự tiếp xúc giữa hương liệu với da người và có thể đi vào cơ thể qua đường hô hấp, qua da, thì yêu cầu sau đây là rất quan trọng - không có độc tố đối với con người. Các hợp chất tương tự, được sử dụng để thoả mãn đầy đủ các nhu cầu thẩm mỹ (làm đẹp) của con người phải có độc tính rất thấp. Chúng không được có tính gây đột biến, không gây ung thư, không được ảnh hưởng có hại đến hệ miễn dịch của cơ thể, đến khả năng tái tạo nòi giống (không gây quái thai) và cũng như không được tạo ra các hiệu ứng phụ không mong muốn khác. Hiện nay việc nghiên cứu độc tính luôn giành được sự chú ý nghiêm túc nhất. Điều này, ở mức độ nào đó, kéo dài thêm thời gian cho ra đời một hương liệu mới trong phòng thí nghiệm, cũng như trong công nghiệp và ứng dụng. Ngoài những yêu cầu nêu trên, hương liệu cần phải có độ ổn định cao khi bảo quản và trong các quá trình sản xuất những sản phẩm hóa mỹ phẩm khác. Sản xuất hương liệu phải tính đến sự khác biệt về quy trình đơn giản, chi phí lao động và chi phí năng lượng thấp. Các chất được sử dụng với vai trò là chất phụ gia tạo mùi thơm, cần phải có giá thành thấp và dễ kiếm được trên thị trường. Chúng phải góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, tạo giá trị gia tăng, hiệu quả về mặt kinh tế tương đối cao khi sử dụng và tiêu thụ trên thị trường (có sinh lợi, tạo thu nhập tăng thêm). Nhiệm vụ này không hề đơn giản, trong thời đại hiện nay để tạo ra, sản xuất và đưa ra thị trường một nhãn hiệu nước hoa mới phải chi phí đến 50 triệu đô la. Cụ thể, việc sử dụng chất định hương có ảnh hưởng đến trị giá của nhiều loại nước hoa, các chất định hương này làm giảm sự bay hơi của nhiều thành phần hương liệu dễ bay hơi. Điều đó cho phép giảm đáng kể lượng nước hoa được sử dụng cho mỗi cá nhân và đồng thời kéo dài thời gian hương thơm lưu lại trên da và trên quần áo. Theo số liệu tổng kết, tổng giá trị trao đổi (mua bán) trên thị trường các hương liệu – mỹ phẩm được xác định vào năm 2003 là hai trăm tỷ đô la Mỹ. Mức tăng trưởng dự đoán cho những năm tiếp theo là 5%/năm. Cũng cần nói thêm rằng, hiện nay một phần ba sản phẩm hương liệu của thế giới được sản xuất ở Pháp. 40

Sách không bán – liên hệ [email protected]

1.6. Quá trình sinh tổng hợp các hợp chất thơm tự nhiên trong thực vật Trên Trái đất hiện đã biết hơn ba nghìn loại thực vật có tinh dầu. Hàm lượng tinh dầu trong thực vật có ở lá, rễ, vỏ cây, gỗ, hoa và hạt dao động từ 0.01% đến 20%. Bởi vì hàm lượng tinh dầu cao nhất trùng với thời kỷ nở hoa của thực vật và thời kỳ hạt và trái cây chín, có thể khẳng định một cách tin tưởng rằng, một trong những vai trò chính của việc tạo ra tinh dầu thảo mộc là để hấp dẫn động vật nhằm duy trì nòi giống của thực vật như phát tán phấn hoa, cũng như bằng việc ăn trái cây và hạt và di chuyển các hạt tới các địa điểm khác . Tinh dầu bao gồm hỗn hợp tecpen, các hợp chất có cùng nguồn gốc và các dẫn xuất của aren , nhiệt độ sôi trên 100°C, nhưng rất dễ bay hơi. Khung xương cacbon monotecpen bao gồm 10 nguyên tử cacbon liên kết với nhau theo dạng dimer isopren (2-metylbutadien1,3). Sesquitecpen có trong thành phần của mình 3 đơn vị tecp-, còn ditecpen - có 4 đơn vị. Tecpen và tecpenoid được hình thành trong thực vật nhờ kết quả của các phản ứng lên men các cacbohidrat – sản phẩm của quá trình quang hợp – tổng hợp quang hóa từ CO2 và H2O:

Quá trình lý hóa phức tạp này diễn ra trong cây xanh cùng với việc hấp thụ năng lượng mặt trời và biến đổi thành năng lượng các liên kết hóa học và giải phóng các oxy tự do. Đường được tổng hợp bằng phản ứng quang hóa này và lưu tại thực vật dưới dạng xenlulozơ, tinh bột, lignin, các loại rượu béo, axít béo và các este của nó, lipit, aminoaxít, protein, vitamin, tinh dầu và ancaloit.

41

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong các tổng hợp bằng phương pháp lên men các tecpen thơm thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng và mạch vòng từ đường và các dẫn xuất hidrocacbon béo thì coenzym A (CoA) đóng vai trò quan trọng. Nó là dẫn xuất của axít adenosin-5’-triphotphat. Chữ cái A chỉ ra chức năng chủ yếu của enzym này là việc vận chuyển các nhóm axyl. Coenzym A cấu tạo từ adenin, được liên kết bằng β-N-glycoside với 3-photpho-D-ribose. Phần ribose cong lại chứa nhóm pyrophotphat tại vị trí C-5, liên kết thông qua axít pantotenoic với nhóm mercaptoetylamin. Đoạn cuối cùng là phần hoạt động của enzym, bởi vì nhóm thiol dễ dàng tạo thành liên kết thioeste với nhóm cacboxyl của axít hữu cơ.

Trong quá trình chuyển hóa (metabolism) các axít béo (2), coenzym (1) sẽ tách mạch 2 nguyên tử cacbon dưới dạng các nhóm axetyl. Hai phân tử S-axetylcoenzym A (3) được 42

Sách không bán – liên hệ [email protected]

tạo thành, bị ngưng tụ thành dẫn xuất với mạch có 4 nguyên tử cacbon – axetoaxetat (4). Sau đó nhóm xeton của thioeste (4) kết hợp với một phân tử (3) nữa và tạo thành monothioeste của axít dicacbonoic (5). Sự hidro hóa tiếp theo, kèm theo với việc tách một phân tử coenzym và sự phục hồi axít dicacbonoic với 6 cacbon tự do 3,5-dihidroxy-3metylpenanoic (axít mevalonoic) (6). Tiếp tục các quá trình biến đổi sinh hóa của axít quan trọng này để tổng hợp tất cả các axít tecpenoic (diphotphoryl hóa với sự giúp đỡ của adenosintriphotphat, decacboxyl hóa, dehidrat hóa và đồng phân hóa) sẽ tạo thành lần lượt các sản phẩm este (7), rượu không no với 5 nguyên tử cacbon (8, 9). Codimer hóa hai rượu này, kèm theo quá trình hidro hóa tách loại pyrophotphat cho sản phẩm đầu tiên geranylpirophotphat (10), sau đó là monotecpen thơm geraniol (11). Bằng phương pháp tương tự tổng hợp được cis-nerol (12). Đóng vòng các rượu (11, 12) và các photphat của chúng sẽ tạo thành monoxiclic tecpenoit - limonen (13). R

COOH (2) + CoA-SH (1)

R

n

O

n

+ Me S-CoA

n

S CoA (3)

OH O

O Me

+ (3), H2O

O

-HSCoA

CoA

O

O R

-H2

O

+ (3)

Me S

-H2O

S-CoA H2O, CoA-SH (1)

H Me

-(1)

(4)

S CoA

S CoA COOH (5)

-HSCoA (1)

(3) OH HOOC

-CO2,-H2O

O

O P O POH

(7)

OH O

Me

O

Me

-ADP

Me (6) axit mevalonoic

COOH

HO

ATP

OH

O

Me

O

O P O P OH OH CH2

Me

OH

OH O

O P O P OH (9)

(8)

OH

OH Me

Me (9) + (8)

Me H2O -H3PO4

Me

O

O

O P O P OH OH

CH2OH

H2O -H3PO4

OH Me

(10) geranylpirophotphat

Me

(11) geraniol (trans-) (12) nerol (cis-)

Me

CH2

(13) limonen

Kết hợp tiếp isopentenylphotphat (8) tới geranylpirophotphat (10) đảm bảo quá trình sinh tổng hợp sesqui-tecpen farnesole (14) và các sesqui-tecpen và ditecpen thơm khác.

43

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các hệ bixiclo monotecpenoit dạng caren (15), pinen (16), camphan (17), isobornilan (18) v.v... được tạo thành trong thảo mộc từ limonen (13).

Trước tiên là quá trình sinh tổng hợp tiền chất của các dẫn xuất trên – proton hóa (xúc tác enzym) tại vị trí propenyl và tạo thành cacbocation bậc ba (19). Tiếp tục, thực hiện tương tác nội phân tử tại trung tâm điện tích của cation này với các tác nhân nucleophil khác (a-c) sẽ dẫn đến việc tạo thành bixiclo (20-23).

Quá trình sinh tổng hợp các chất thơm thuộc dãy aren theo sơ đồ của quá trình chuyển hóa sau, xuất phát từ monosaccarit, ví dụ, từ glucôzơ (24):

44

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Ở giai đoạn đầu tiên, các phân tử glucozơ bị photphyl hóa và đứt mạch ra theo các hướng khác nhau tạo thành tetrose (D-eritrose photphat) (25) và enolphotphat của axít pyruvic (26). Khi đồng trùng ngưng tụ photphat (25, 26) sẽ tạo thành dẫn xuất của axít heptanoic (27), dẫn xuất này sau đó đóng vòng thành các axít dehidroquinic (28) và axít quinic (29). Hợp chất cuối cùng bị dehidrat hóa thành axít shikimic (30), axít này tương tác với photphat (26), tạo thành ête (31). Dehidrat hóa (31) tạo thành axít chorismic (32), qua quá trình chuyển vị theo Claisene sẽ tạo thành axít prephenic (33). Sau giai đoạn aren hóa và decacboxyl hóa axít (33) sẽ tạo thành các axít arylpyruvic (34) và trên cơ sở này, theo kết quả của một loạt các phản ứng oxy hóa khử và các phản ứng enzym sinh học sẽ tạo thành các chất thơm thuộc dãy aren (35 – 43). 1.7 Quá trình chiết tách tinh dầu thơm từ các nguyên liệu thực vật Trong vài nghìn loại thảo mộc có tinh dầu, chỉ có 200 -300 loại có giá trị công nghiệp. Hàm lượng tinh dầu trong thảo mộc dao động trong giới hạn từ 1% đến cả vài chục %, bên cạnh đó, tinh dầu thường là một hỗn hợp phức tạp của hàng chục cũng như của hàng 45

Sách không bán – liên hệ [email protected]

trăm hợp chất khác nhau. Chỉ có một số tinh dầu được làm giàu thêm bằng cách bổ sung thêm các thành phần thơm chủ yếu từ 50 – 90%. Ví dụ, như tinh dầu hồi có hơn 90% từ anetole, tinh dầu rau mùi có đến 80% là decanal, trong khi đó tinh dầu hoa hồng có hơn 200 hợp chất, thành phần chính – 2-phenyletanol chiếm 25 – 60% khối lượng của nó (phụ thuộc vào phương pháp điều chế tinh dầu hoa hồng). Từ tinh dầu “đơn thành phần” thông thường phân lập các chất thơm đặc trưng, những chất này là những đối thủ cạnh tranh về chất lượng với các dẫn xuất có nguồn gốc tổng hợp. Nhìn chung, nhu cầu sử dụng tinh dầu ngày càng không giảm, đã kéo theo sự phát triển như vũ bão của ngành tổng hợp hữu cơ tổng hợp tinh vi các hợp chất thơm từ nửa sau của thế kỷ XX và còn cũng tiếp tục phát triển nhờ việc sử dụng các loại tinh dầu này không chỉ trong các ngành hương liệu, mỹ phẩm … mà còn trong lĩnh vực hương trị liệu – nay đã thịnh hành ở nhiều nước. Hiện nay, tổng sản lượng tinh dầu của thế giới vượt hơn 30 nghìn tấn/năm. Hàng năm, ở Mỹ chỉ tính riêng giá trị buôn bán nước hoa, được sản xuất trên cơ sở các loại tinh dầu, cũng đạt trên 5 tỷ đô la. Những phương pháp chủ yếu để tách tinh dầu trong công nghiệp là ép, chiết xuất, chưng cất cuốn hơi nước… Ép lấy tinh dầu là một phương pháp tách tinh dầu từ nguyên liệu thảo mộc được sử dụng từ lâu, bởi sự đơn giản của phương pháp. Đã biết rằng ở Ấn Độ từ hàng nghìn năm trước đã biết ép lấy dầu hoa hồng từ những cánh hồng. Quá trình chiết xuất hương liệu từ những phần có hương thơm của thảo mộc (hoa, rễ, cỏ) bằng mỡ động vật đun nóng (bò, lợn) hoặc bằng dầu ô liu đã được biết đến từ thời cổ đại. Một phương pháp chiết tương tự trong công nghệ hương liệu gọi là ngâm, dầm. Nó là quá trình khuyếch tán trực tiếp các chất thơm từ một pha của chất lỏng (hoặc rắn) sang một pha chất lỏng khác mà không hòa trộn với chất lỏng ban đầu. Khá lâu sau (từ thời trung cổ) người ta đã học được cách hấp thụ các chất thơm dễ bay hơi bằng lipit – enfleurage. Phương pháp này hấp thụ các mùi thơm bằng một lớp mỏng của lipit, chỉ được áp dụng cho các cánh hoa, với các thành phần thơm dễ bay hơi, ví dụ như đối với hoa nhài. Trong trường hợp này, các chất thơm từ một pha lỏng (hay pha rắn), trước tiên sẽ khuyếch tán sang pha khí (bốc hơi) và sau đó bị hấp thụ bởi một pha lỏng khác. Tất nhiên, các chất thơm được hấp thụ bằng lipit tinh khiết của bò, lợn sau đó cần phải được tách ra và để làm được việc này, chúng được chiết xuất bằng các dung dịch dễ bay hơi. Từ dịch chiết, làm bay hơi dung môi, sẽ thu được tinh dầu tinh khiết.

46

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Những phương pháp phổ biến nhất hiện nay của việc trích tách tinh dầu là chiết xuất và chưng cất. Các phương pháp chiết xuất thường được sử dụng trong những trường hợp khi mà các chất thơm được trích rút ra kém bền vững về mặt nhiệt năng và và cũng không chịu nổi thậm chí cả nhiệt độ chưng cất với hơi nước (100°C). Trong các phương pháp hiện đại chiết xuất tinh dầu từ nguyên liệu thảo mộc có sử dụng chất chiết (extractant) là các dung môi có độ bay hơi cao, có thể tách dễ dàng chúng khỏi dầu bằng phương pháp bay hơi. Với vai trò là các dung môi được dùng để chiết, người ta sử dụng butan, ête dầu hỏa có nhiệt độ sôi thấp (đây là hỗn hợp các hidrocacbon với 4 – 6 nguyên tử cacbon), các rượu no mạch thẳng (aliphatic) với số cacbon thấp, benzen, toluen. Hiện nay, phương pháp đang được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả cao là thực hiện chiết tách tinh dầu ở nhiệt độ thấp bằng cacbonđiôxít lỏng. Phần lớn tinh dầu được chiết tách từ nguyên liệu thảo mộc bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước. Phương pháp này có nguồn gốc lâu đời. Ngay từ thế kỷ XI, Abu Ali Ibn Sina (Avinsenna) đã mô tả phương pháp tổng hợp các loại tinh dầu có khả năng trị liệu bằng phương pháp chưng cất này. Ông ta đã hoàn thiện phương pháp chưng cất bằng việc phát minh ra ống sinh hàn (ngưng tụ) dưới dạng xoắn ruột gà. Sau đó phương pháp chương cất này đã được sử dụng rộng rãi để thu được tinh dầu và nước thơm. Trong các cuốn sách của Avinsenna cũng miêu tả quá trình thu được các loại tinh dầu bạc hà, quế, cúc và thì là (ở đây, tên gọi của các loại tinh dầu, được dựa theo nguồn gốc của các loại thảo mộc) là bằng phương pháp chưng cất như trên. Nhưng chỉ từ thế kỷ XVI, quá trình chiết tinh dầu từ thảo mộc bằng phương pháp chưng cất với hơi nước mới trở lên phổ biến trong các phòng thí nghiệm, hiệu thuốc ở thành phố. Phương pháp này được sử dụng để chiết xuất không chỉ một mà là hàng chục loại tinh dầu có tác dụng làm hương liệu và trị liệu khác nhau với quy mô đáng kể. Ở khu vực Ban căng, vào thế kỷ XVII đã bắt đầu sản xuất tinh dầu hoa hồng bằng phương pháp cất cuốn hơi nước từ cánh hoa hồng. Hiện nay, số lượng tinh dầu đã thu được vào khoảng vài trăm loại, nhưng chỉ có khoảng gần 200 loại là được ứng dụng rộng rãi. Bản chất của phương pháp này là ở chỗ, sự có mặt của hơi nước trên bề mặt của hỗn hợp được xử lý sẽ dẫn đến việc giảm áp suất riêng phần của những thành phần thơm (tinh dầu) được chưng cất và do đó sẽ làm giảm nhiệt độ sôi của chúng (áp suất tổng không đổi trên bề mặt dung dịch, nếu không có hơi nước, nhiệt độ sẽ tăng cao đến mức tinh dầu có thể 47

Sách không bán – liên hệ [email protected]

bị phân hủy). Các chất thơm dễ bay hơi cùng với hơi nước được chuyển sang pha khí và hỗn hợp khí này được đi qua thiết bị sinh hàn. Ở đó, hơi được làm lạnh và chuyển thành thành pha lỏng và được ngưng tụ trong bình chứa, tại đây chúng được tách thành hai lớp – tinh dầu và nước bởi tinh dầu rất ít tan trong nước. Tinh dầu sau đó được tách gạn, ly tâm hoặc chiết và thu được sản phẩm thương mại. Lớp nước, tất nhiên, có thể chứa một số lượng đáng kể tinh dầu hòa tan mà chúng ta có thể thu được bằng phương pháp chiết với các dung môi không tan trong nước hoặc hấp thụ bằng than hoạt tính. Trong một số trường hợp, lớp nước được sử dụng để sản xuất eau de toilet. Trong quá trình tách tinh dầu bằng phương pháp chiết xuất (hình 1.3) nguyên liệu thảo mộc được xử lý bằng butan (hoặc hỗn hợp ête dầu hỏa, cacbonđiôxít lỏng hoặc một dung môi thích hợp khác), trong dung môi này sẽ có các thành phần hòa tan được của thảo mộc.

Hình 1.3. Sơ đồ phương pháp công nghiệp phân lập tinh dầu từ nguyên liệu thảo mộc Dịch chiết sau đó được tách riêng và bay hơi dung môi, phần tinh dầu còn lại được gọi là concret (được sử dụng trong ngành công nghiệp hương liệu để chỉ hỗn hợp với nồng độ đậm đặc các chất thơm, trong hóa học được gọi là cặn chiết, phần chiết). Nó bao gồm các thành phần thơm dễ bay hơi và hỗn hợp hidrocacbon no không bay hơi và các chất dạng sáp. Trong trường hợp tinh dầu hoa hồng, concret được bổ sung vào thành phần của mỹ phẩm với vai trò là chất tạo mùi thơm. Một lượng lớn concret thường được sử dụng để sản xuất một dạng khác của tinh dầu được gọi là – absolute (абсолю), chất này thu được bằng cách chỉ chiết lấy từ concret các thành phần có mùi thơm (các chất sáp ít tan không tan 48

Sách không bán – liên hệ [email protected]

trong rượu etylic). Tinh dầu tuyệt đối được sử dụng chủ yếu để tạo ra các thành phần thơm của mỹ phẩm. Một hướng khác xử lý các nguyên liệu thảo mộc là phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ chúng những thành phần thơm dễ bay hơi. Sau khi tách lớp nước chúng ta thu được tinh dầu với tên gọi là otto. Phần nước sau khi tách loại dầu otto là những dung dịch loãng của các thành phần thơm. Những dung dịch này thường được sử dụng để sản xuất nước hoa với hàm lượng tinh dầu thấp (eau de toilet), ví dụ như “nước hoa hồng”, khi được thoa lên da hay quần áo của phụ nữ sẽ “thoảng qua như một làn hương hoa hồng nhẹ nhàng”, như nhà văn Hy lạp Evripid đã viết từ 2500 năm trước. Trong kết luận của phần này, muốn lưu ý rằng thành phần hóa học của tinh dầu thu được từ cùng một loại thực vật có thể thay đổi đáng kể phụ thuộc vào yếu tố địa lý và điều kiện khí hậu thời tiết nơi chúng được gieo trồng, thời gian và phương pháp thu hoạch, cách bảo quản cũng như phương pháp xử lý nguyên liệu thực vật. Vì thế việc tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt về thành phần cấu tạo, khối lượng cũng như chất lượng tinh dầu tương đối khó khăn. Mặc dù vậy, vẫn tồn tại một phương pháp tiếp cận xác định theo sự tiêu chuẩn hóa chúng, trên cơ sở phương pháp phân tích với các thiết bị sắc ký. Các loại tinh dầu chất lượng cao dùng trong mỹ phẩm và hương trị liệu cần tương ứng với “tiêu chuẩn (tính chất) sắc ký đã được công nhận về thành phần tự nhiên, số lượng và sự tương quan giữa các thành phần. 1.8. Phân loại các hợp chất thơm Các hợp chất thơm có thể được phân loại dựa trên 4 đặc điểm: 1) theo mùi thơm; 2) theo hướng sử dụng; 3) theo nguồn gốc xuất xứ; 4) theo cấu tạo hóa học. Cho đến ngày nay vẫn chưa có sự phân loại khoa học chặt chẽ các hợp chất thơm theo mùi hương và để miêu tả chúng, vẫn tiếp tục sử dụng các thuật ngữ khách quan kiểu như “mùi trái cây” hay “mùi hương hoa”, “mùi xạ hương” hay “mùi mục nát” … Và ở khía cạnh này, các nhà khoa học và các nhà sản xuất chỉ có cách duy nhất là sử dụng khứu giác. Dầu vậy, các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu và chế tạo được thiết bị chuyên dụng để xác định các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi – thiết bị này được gọi là “khứu giác điện tử”. Nguyên lý hoạt động của chúng dựa trên cơ sở đo đạc những thay đổi độ dẫn điện của những vật liệu polimer tổng hợp (ví dụ như, polypirrol, hoặc các hợp chất cơ kim dopyrovan), khi những vật liệu này hấp thụ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Các thiết bị này đã được sử dụng để xác định chất lượng của thực phẩm, (còn tươi hay đã bị hỏng), được sử dụng để kiểm tra ma túy … Nhưng một 49

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thiết bị để xác định chính xác các đặc trưng, phân biệt mùi thơm này hay mùi thơm kia vẫn chưa được phát minh (mùi hương thường không phải chỉ gồm 1 chất mà hơn thế, đó thường là một hỗn hợp phức tạp các chất). Khứu giác của con người, hiện nay, vẫn là một trong những công cụ hữu hiệu, nhạy bén và đáng tin cậy nhất trong việc xác định hương thơm, qua đó, chúng ta có thể nhận thấy sự có mặt của các phân tử hương thơm với nồng độ 10-6 gr. trong một mét khối không khí. Cần phải nói thêm rằng, việc cảm nhận và xác định các đặc trưng mùi hương của cùng một loại concret, đối với những người khác nhau có thể khác nhau rõ rệt. Ví dụ như mùi của metylsalixylat ở Mỹ và Canada được đánh giá là rất dễ chịu, còn ở Anh và Thụy Sĩ lại bị coi là khó chịu, hôi hám. Hương thơm của hoa được đánh giá không đồng nhất không chỉ ở các quốc gia, mà còn trong cùng 1 dân tộc. Ví dụ như, có những bất đồng rõ ràng trong việc đánh giá cùng một mùi hương giữa những người khác giới, khác tuổi tác và tình trạng sức khỏe. Có thể nhắc lại rằng, cũng cơ quan khứu giác của chính một người cũng có thể cảm nhận khác nhau về cùng một mùi hương – đối với mũi bên phải, mùi hương thương dễ chịu hơn. Tất cả các yếu tố này đều nói lên tầm quan trọng của tính khách quan khi xếp mùi hương này hay mùi hương kia vào một nhóm xác định. Theo mùi hương thật rất khó phân loại các chất thơm còn bởi vì một nguyên nhân không ít lần, mùi thơm của cùng 1 chất phụ thuộc vào nồng độ của chúng – ví dụ trong trường hợp của indol và skatole (xem phần 5.2). Cố gắng đầu tiên phân loại mùi hương được Aristotle tiến hành vào thế kỷ thứ IV trước công nguyên, ông đã chia ra làm 6 nhóm chính: ngọt, chua, cay, nồng, hôi thối và ẩm ướt. Và phải sau 2000 năm những cố gắng hệ thống hóa mới bắt đầu phân loại có cơ sở khoa học hơn. Theo một trong những lý thuyết của thế kỷ XVII, mùi hương được chia làm 7 nhóm mùi cơ bản: mùi ete, hương long não, xạ hương, hương hoa, hương bạc hà, mùi cay và mùi hôi thối. Tất cả các mùi hương còn lại là tổ hợp từ các mùi cơ bản trên. Đến giữa thế kỷ thứ XVIII, tất cả các mùi vấn được phân làm 7 nhóm, nhưng vào cuối thế kỷ XIX đã bổ sung thêm 2 nhóm nữa, và như vậy mùi hương được phân thành các nhóm sau: 1) mùi ete (axeton); 2) mùi thơm vị cay (long não, đinh hương, cam quýt, mentol, quế, hoa oải hương); 3) mùi thơm dễ chịu (hoa nhài, violet, vani); 4) mùi long diên hương-xạ hương; 5) mùi tỏi; 6) mùi cháy; 7) mùi động vật – mùi dê (caprylic, khai, mồ hôi, tinh trùng, pho-mát); 8) ghê tởm; 9) hôi thối (phân).

50

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Vào năm 1916 đã đề ra một hệ thống phân loại mùi hương dựa trên cơ sở hình dạng lăng trụ tam giác (hình 1.4), trong đó, ứng với 6 đỉnh của hình lăng trụ là các mùi cơ bản sơ cấp (1-6), còn tại những điểm trên các cạnh, trên các mặt và trong hình lăng trụ - tương ứng với các mùi thứ cấp được tạo thành từ hai (ví dụ 1-2 – mùi hương hoa – trái cây), ba, bốn và sáu mùi cơ bản trên. Hình 1.4. Lăng trụ tổ hợp mùi hương 1-6 – các mùi hương cơ bản 1 – hương hoa; 2 – hương trái cây; 3 – mùi hôi thối; 4 - mùi cháy; 5 – mùi nhựa thơm; 6 – mùi gia vị.

Tồn tại một sự phân loại mùi hương đơn thuần theo hóa mỹ phẩm – công nghệ nước hoa. Ví dụ, sự phân loại của Ủy ban hương liệu (nước hoa) Pháp (Le Comité Français du Parfum) được đề ra vào năm 1999 chia mùi hương thành 7 nhóm (họ) và các nhóm (họ) lại chia nhỏ thành các tiểu nhóm, như sau: 1 - Nhóm mùi hương cam quýt (gồm có 5 tiểu nhóm – hương nồng, hương hoa, hương gỗ … ví dụ nước hoa Eau Sauvage của Christian Dior có mùi hương chanh – thảo mộc – cay nồng); 2 - Nhóm hương hoa (9 tiểu nhóm – hương hoa oải hương tinh khiết và mùi hương của các hoa thuộc họ oải hương, nhóm andehit, nhóm hương quả, nhóm thảo mộc, nhóm hương biển, ví dụ nước hoa L'air Du Temps, của Nina Ricci); 3 - Nhóm hương dương xỉ (5 nhóm nhỏ - hương hoa, hương long diên hương, hương nồng, hương trái cây … ví dụ nước hoa Enigme của Pierre Cardin); 4 - Chypre (7 nhóm nhỏ - hương trái cây, hoa, andehit, mùi da, hương thảo mộc, ví dụ nước hoa green chypres “Cơn gió thoảng” (Ветивер) của hãng “Tự do” (Свобода) và nước hoa floral chypres “Donna Trussardi” của hãng Trussardi); 5 - Hương gỗ (8 nhóm – hương cam quýt, mùi hương họ cây lá kim, hương nồng, long diên hương, mùi da, hương biển, hương trái cây, ví dụ như nước hoa hương gỗ Santal de Mysore của Shiseido); 6 - Long diên hương (6 tiểu nhóm – hương hoa, hương cay nồng, hương cam quýt, hương gỗ, hương trái cây, ví dụ nước hoa 51

Sách không bán – liên hệ [email protected]

hương hoa-trái cây-long diên hương – Matxcơva đỏ (Красная Москва) của hãng “Tự do” (Свобода) và nước hoa Fou d'Elle của hãng Lapidus); 7. Hương da (3 tiểu nhóm – mùi thuốc lá, hương hoa, ví dụ nước hoa Herlen’s “Derby”. Theo hướng ứng dụng, các chất thơm có thể chia thành các nhóm chất với mục đích nước hoa (để tham gia vào hỗn hợp hương liệu, sử dụng cho việc sản xuất nước hoa, nước thơm hoặc các loại eau de parfum, eau de cologne, eau de toilet), các nhóm chất với mục đích mỹ phẩm trang điểm (nhằm tạo mùi thơm cho các sản phẩm mỹ phẩm như son môi, cream, chất thơm tạo bọt), các nhóm chất với mục đích tạo mùi thơm (được sử dụng cho xà bông, chất tẩy rửa tổng hợp và các sản phẩm hóa mỹ phẩm phục vụ sinh hoạt hàng ngày khác), và cuối cùng, nhóm các chất định hương (được sử dụng với mục đích giảm sự bay hơi các chất tạo mùi thơm cơ bản cũng như để tăng cường hương thơm trong trường hợp đồng vận, nghĩa là khi có tương tác qua lại của hai thành phần trong hợp phần hương liệu, sự tương tác làm tăng tác dụng hữu ích, trong ngữ cảnh này là tính chất thơm). Theo nguồn gốc xuất xứ, chất thơm được phân loại thành các nhóm chất có nguồn gốc tổng hợp, các nhóm chất bán tổng hợp – là các dẫn xuất của các hợp chất tự nhiên và các nhóm chất có nguồn gốc tự nhiên ví dụ như mentol, vanin, cumarin Theo cấu tạo hóa học, các hợp chất thơm được chia thành các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc tổng hợp là dẫn xuất của các hidrocacbon mạch thẳng, dẫn xuất của hidrocacbon mạch vòng, các dẫn xuất của aren và các dẫn xuất dị vòng (trong mỗi dãy lại chia thành các nhóm nhỏ hơn trên cơ sở (phụ thuộc vào) có mặt các nhóm chức hay các nhóm thế); các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên (các chất thơm tự nhiên – thành phần chính của rất nhiều tinh dầu thảo mộc). Tóm lại, một lần nữa cần nhấn mạnh rằng, trong lý thuyết hương thơm, rõ ràng việc thiếu vắng một nguyên lý về sự tương quan định lượng với những thông số vật lý xác định của các chất thơm (những thông số được biểu diễn trong các lý thuyết về âm thanh hoặc mầu sắc, ví dụ như, lý thuyết về mối liên hệ chặt chẽ và rõ ràng giữa mầu sắc của các chất với bước sóng của ánh sáng hấp thụ) để lại nhiều khoảng trống về lý thuyết trong lĩnh vực này và quá ít cơ sở lý thuyết cho các đánh giá khoa học chặt chẽ về hương thơm và những cơ sở lý thuyết để tổng hợp các hợp chất thơm. Trong mối tương quan đó, việc tổng hợp những chất thơm và các hỗn hợp hương liệu mới, thậm chí trong điều kiện hiện nay, với sự

52

Sách không bán – liên hệ [email protected]

phát triển mạnh của các ngành khoa học và công nghệ cao, hiện đại, vẫn là công việc mang tính sáng tạo nghệ thuật, mang tính cá nhân.

53

Sách không bán – liên hệ [email protected] Chương 2. Tổng hợp hương liệu thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng

Hương liệu thuộc nhóm hidrocacbon no mạch thẳng được coi là một trong những chất thơm quan trọng nhất để tạo ra tổ hợp mùi hương có giá trị cao trong công nghiệp mỹ phẩm. Trong số đó có thể nêu ra những hợp chất như rượu geraniol và nerol, các dẫn xuất axetal và sitral của chúng (geranial và neral), những hợp chất mang mùi hương đặc biệt của riêng mình. Thuộc về nhóm này còn có cả những chất rất đơn giản, có vai trò là chất hỗ trợ dung môi, là các propellent (chất trợ phóng) …

2.1. Các dẫn xuất parafin và ankylhalogen đơn giản với vai trò là propellent của các hỗn hợp hương liệu Propellent (chất trợ phóng) là các hợp chất, được sử dụng để tạo áp suất hơi phụ (dư thừa) trên lớp chất lỏng của các phần tử có hoạt tính và tạo áp lực đẩy chúng ra dưới dạng son khí từ các bình chứa. Trong công nghiệp mỹ phẩm, các parafin đơn giản thường được sử dụng cho mục đích này, như propan (1), butan (2, 3) và các hỗn hợp của chúng. Propan và butan thu được trong công nghiệp khai thác dầu khí từ hỗn hợp khí gas đồng hành, khí này chứa từ 8 – 22% thể tích propan và từ 4 – 7% butan. Các khí này cũng được thu từ hỗn hợp khí của quá trình cracking và nhiệt phân các sản phẩm dầu mỏ nhờ phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính, Al2O3 và các hoạt chất khác, cũng như bằng các phương pháp tinh cất - hấp thụ và tinh cất - ngưng tụ ở nhiệt độ thấp và áp suất cao. Isobutan (3) được tổng hợp từ quá trình isomer hóa n-butan (phản ứng thuận nghịch) với xúc tác platin hoặc paladi trên ôxít nhôm ở pha khí nhiệt độ 300 – 4000C. Phản ứng isomer hóa cũng được nghiên cứu kỹ trên xúc tác AlCl3 ở pha lỏng tại nhiệt độ 80 – 900C và áp suất 20 atm:

Phản ứng isomer hóa ở nhiệt độ cao xảy ra theo cơ chế gốc tự do, còn ở nhiệt độ thấp – theo cơ chế ion, bởi ở trường hợp này để tạo thành cacbocation (B) và duy trì sự phát triển mạch cần có mặt anken (A) và HCl:

54

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Ngoài các ankan (1-3), các dẫn xuất halogen của metan và etan (4-7) cũng được sử dụng trong quá trình phân tán các thành phần của nước hoa, eau de cologne, sữa tắm, nước thơm, eau de toilet và các loại mỹ phẩm khác. Nhưng trong vòng 20 năm gần đây, propan và các dẫn xuất của butan đã dần dần thay thế các clorofloroankan (halon 4, 5) – những chất đã từng được sử dụng phổ biến với vai trò các chất propellent. Việc thay đổi này có liên qua tới tác dụng nguy hại của các dẫn xuất halon với lớp ozon trong khí quyển trái đất, lớp có tác dụng bảo vệ các sinh vật sống trên trái đất khỏi các tác dụng có hại của tia cực tím. Halon (4, 5) thu được từ metan. Trước tiên, metan được clo hóa ở nhiệt độ cao thành triclorometan và tetraclorometan. Sau đó tiến hành phản ứng thế nguyên tử H và/hoặc nguyên tử clo bằng nguyên tử flo bằng tác dụng với HF khi có mặt xúc tác HgO hoặc SbCl5. Tại bước cuối cùng, phản ứng hoặc được thực hiện trong pha lỏng với nhiệt độ từ 50 – 1000C và áp suất từ 1-30 atm, hoặc được tiến hành trong pha khí – nhiệt độ từ 200 – 4500C và 1atm. Halon (4, 5) sau đó được tách từ hỗn hợp phản ứng bằng phương pháp chưng cất:

55

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Tương tự, halon (6, 7) được tổng hợp từ hexacloroetan. Đã biết được một số lượng không nhiều các hidrocacbon có thể hiện những mùi đặc trưng. Có thể lấy một ví dụ là alloocimen (2,6-dimetylocta-2,4,6-trien, 9) có mùi cỏ đặc trưng. Chất này được tổng hợp α-pinen (8) bằng phương pháp isomer hóa dưới tác dụng nhiệt và được làm sạch khỏi các sản phẩm phụ là những hidrocacbon có cùng mức nhiệt độ hóa hơi. Để thực hiện điều này (làm sạch khỏi tạp chất), đầu tiên trien (9) bị polimer hóa dưới tác dụng nhiệt khi có mặt không khí và hỗn hợp không polimer hóa được cất loại dưới áp suất thấp. Sau đó tiến hành depolimer hóa sản phẩm polimer thu được và tách sản phẩm monomer alloocimen khỏi tạp chất có nhiệt độ sôi cao hơn bằng phương pháp chưng cất dưới áp suất thấp.

Dưới dạng hỗn hợp đồng phân hình học, alloocimen (9) đã được ứng dụng trong vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các chất tẩy rửa khác.

2.2. Tổng hợp hương liệu là dẫn xuất của rượu và ête đơn giản mạch thẳng 2.2.1. Các rượu đơn giản C1 – C5 với vai trò là dung môi trong nước hoa Các dẫn xuất rượu đơn giản C1 – C5 được sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm với vai trò là dung môi (ngoại trừ rượu metanol do độc tố cao) và để tổng hợp các dẫn xuất ête hoặc este thơm. Metanol được sản xuất với số lượng lớn bằng phương pháp tổng hợp oxo (oxosynthesis) – chuyển hóa hỗn hợp mono ôxít cacbon với hidro, dưới áp suất cao và nhiệt độ cao (250оС, 250 atm) với hệ xúc tác dị thể (ZnO/Cr2O3).

Etanol cũng tìm được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các loại nước hoa mỹ phẩm – eau de parfum, eau de toilet, eau de cologne, nước thơm và các loại hóa mỹ phẩm khác (trong kem dưỡng thể - lotion - hàm lượng của rượu dao động trong khoảng 30 – 60%, trong các dung dịch khử mùi (deodorants) nó chiếm tới 80% và trong dầu gội đầu sẽ dao động 56

Sách không bán – liên hệ [email protected]

trong khoảng 5 – 10%, trong cream – từ 1 – 10%). Rượu etylic cũng được sử dụng trong y tế như là dung môi pha thuốc và chiết xuất các loại thảo mộc, như là chất khử trùng vết thương và bông gạc y tế. Trong công nghiệp etanol được tổng hợp bằng cách hidrat hóa etilen ở pha khí (trực tiếp) hoặc pha lỏng (gián tiếp qua hợp chất trung gian – etylsulfat):

Etanol được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm chủ yếu được điều chế bằng quá trình lên men các nguồn nguyên liệu tự nhiên có chứa cacbohidrat (lúa mỳ, gạo, khoai, sắn). Cụ thể, từ tinh bột, có chứa trong các loại lương thực đã chỉ ra, dưới tác dụng của enzym amylase (mạch nha) tại giai đoạn đầu tiên sẽ tạo thành đường disaccarit mantozơ, sau đó dưới tác dụng của men maltase sẽ chuyển hóa thành đường glucozơ. Các quá trình lên men tiếp theo dưới tác dụng của enzym zymase sẽ hình thành etanol. Sản phẩm thu được có chứa 14 – 18% etanol được chưng cất và làm sạch bằng than họat tính.

Trong quá trinh lên men rượu vang đã có vô số những hợp chất hữu cơ thuộc các lớp khác nhau được tạo thành, những dẫn xuất hữu cơ xác định hương vị của rượu. Như vậy, ngoài etanol trong dầu rượu tạp – sản phẩm của sự lên men, còn có mặt rất nhiều loại rượu khác như: n-propanol, n-butanol, isobutanol, 2-metylbutanol, 3-metylbutanol, n-pentanol, phenyletanol. Propan-1-ol thu được từ quá trình hyđro hóa propanal, cũng như từ quá trình hidro– cacbonyl hóa etilen với xúc tác coban- hay rhodi-cacbonyl hydrua[2000C, 200 atm (19,6 MPa)]:

Ngoài ra, hợp chất này còn được tách từ hỗn hợp dầu rượu tạp. 2-Propanol được sản xuất bằng cách hydrat hóa propen. Butanol-1 và isobutanol (2-metylpropanol-1) được tổng hợp bằng phương pháp hidro-cacbonyl hóa propen: 57

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các butanol cũng được tách ra với khối lượng lớn bằng chưng phân đoạn dầu rượu tạp. Trong số những đồng phân của pentanol, 3-metylbutan-1-ol (rượu isoamyloic) là có ý nghĩa thực tiễn nhất. Nó cũng được tách ra từ dầu rượu tạp hoặc điều chế từ 2-metylpropen bằng phương pháp hidrofomyl hóa:

Các pentanol khác thu được bằng phương pháp hydrat hóa các amylen, clo hóa pentan rồi thủy phân cloropentan và tổng hợp oxobuten. 2.2.2. Tổng hợp các ankanol no C6 – C12 với hương thơm của hoa Trong thành phần nước hoa, lotions và các chất tẩy rửa khác thường có các hỗn hợp rượu bão hòa thuộc dãy hidrocacbon no với số lượng nguyên tử cacbon dao động từ 6 – 12. Chúng thường tạo mùi thơm của hoa quả (quả rừng và trái cây) và cũng được sử dụng với vai trò là dung môi giúp hòa tan các hóa chất tạo mùi vị - hương liệu - trong hóa thực phẩm. Các sản phẩm này được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau: oxy hóa hidrocacbon no, thủy phân este của các axít hữu cơ trên hệ xúc tác đồng – crôm, hidrofomyl hóa dẫn xuất anken, oligomer hóa etilen. Hexan-1-ol được tổng hợp bằng quá trình ngưng tụ croton giữa butanal với etanal, rồi sau đó là hidro hóa sản phẩm trung gian hexenal . Heptan-1-ol, Octan-1-ol và nonan-1-ol được điều chế α-anken bằng quá trình oxo hóa và hidro hóa các ankanal trung gian. Một phương pháp quan trọng để thu được rượu bậc nhất (5) với số lượng chính xác của các nguyên tử cacbon là quá trình bao gồm các bước: oligomer hóa etilen trên xúc tác nhôm hữu cơ (1), ôxy hóa tiếp các hợp chất triankyl-nhôm (2) thành các nhôm ancolat (4) và cuối cùng thủy phân các sản phẩm trung gian trong môi trường axít. Để tránh sự xuất hiện các trường hợp gây cháy nổ nguy hiểm, đã tiến hành quá trình oligomer hóa ở nhiệt độ không quá 1300C, nhiệt độ sôi của isopentan khan (nhằm hấp thụ nhiệt của phản ứng tỏa 58

Sách không bán – liên hệ [email protected]

nhiệt và tránh sự có mặt của nước – thành phần dễ gây cháy nổ trong phản ứng). Quá trình ôxy hóa hợp chất (2) bằng không khí khô, xảy ra qua sự tạo thành peroxit (3) được thực hiện với sự kiểm soát chặt chẽ việc gia nhiệt chậm từ 20 đến 900C. Ancolat (4) được thủy phân khi xử lý bằng axít sulfuric, còn hỗn hợp tạo thành được phân tách bằng thành một hệ cột phân đoạn:

Các n-ankanol béo với số lượng chẵn hoặc lẻ các nguyên tử cacbon (7) được tổng hợp bằng phương pháp chung là hidrofomyl hóa n-anken (6), anken có ít hơn 1nguyên tử cacbon so với sản phẩm cần thu được. Các anken này được đun nóng dưới áp suất cao với hỗn hợp ôxít cacbon (CO) và hidro cùng với sự có mặt của xúc tác cacbonyl triphenylphotphyl-rhodi-hydrua. Giả thiết rằng anken được kết nối với nguyên tử kim loại, rồi sau đó monoôxít được kết hợp vào liên kết ankyl-kim loại tạo thành tổ hợp phức axylkim loại. Giai đoạn tiếp theo hidro hóa –CO-Rh, nhóm chức oxo chuyển thành nhóm chức rượu và đứt gãy liên kết với nguyên tử kim loại, khi đấy xúc tác kim loại đã bão hòa hidro và lại tham gia vào quá trình cộng hợp với phân tử anken mới:

Me(CH2)nMe

, x/t

Me(CH2)n-1-CH=CH2 (6) Me(CH2)nCH2OH (7) n = 4 -10

HRh(CO)(PPh3)3 100oC, 3 atm (0,29 MPa)

59

CO, H2

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các chất xúc tác chứa rhodi có độ chọn lọc rất cao (chỉ cho ra những rượu bậc nhất) nhưng có giá thành rất cao. Trong công nghiệp, còn sử dụng các chất xúc tác khác là xúc tác coban có giá thành thấp hơn nhưng tạo ra sản phẩm là hỗn hợp các rượu bậc nhất và bậc hai. Các rượu bậc nhất là decanol, undecanol và dodecanol (11) và các este của chúng có mùi thơm của hương hoa và có mặt trong nhiều sản phẩm của công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm. Tùy theo mức độ gia tăng số lượng các nguyên tử cacbon trong dãy những ankanol này mà hương thơm giảm dần. Các dung dịch rượu thơm (11) được điều chế hoặc bằng phương pháp hidro hóa có chất xúc tác những este của các axít caprinoic (8), axít undecanoic (9) và axít lauric (axít dodecanoic) (10), hoặc bằng phương pháp tương tác giữa các axít đó với natri trong etanol.

Một phương pháp khác được sử dụng trong công nghiệp để tổng hợp các ankanol có cấu trúc mạch thẳng là oxy hóa theo cơ chế gốc tự do các parafin (12). Khi đó thu được hợp chất các hidroperoxit (13) và các rượu (14), sau đó chúng bị chuyển hóa sâu hơn với sự phá vỡ các liên kết C-C và tạo thành các axít (16). Dưới đây dẫn ra các sơ đồ quá trình ôxy các parafin theo cơ chế gốc tự do:

60

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Để dừng quá trình tại giai đoạn tạo thành rượu (14) sử dụng phương pháp este hóa với axít boric. Thứ nhất, phản ứng này có hằng số tốc độ phản ứng tương đối lớn so với phản ứng chuyển hóa các hidroperoxit (13) hay rượu (14) thành xeton (15). Thứ hai, là các este này rất bền vững dưới tác dụng của các chất ôxy hóa, ví dụ, ôxy của không khí trong quá trình tổng hợp rượu, hoặc anion permanganat được sử dụng trong quá trình tổng hợp axít. Như vậy các dung dịch rượu bậc nhất hay bậc hai được tạo thành có cùng số nguyên tử cacbon so với parafin ban đầu. Rượu bậc nhất được tách bằng phương pháp tinh cất phân đoạn. Dãy những rượu bậc nhất được tổng hợp bằng phương pháp hidro hóa những este theo sơ đồ được dẫn ra dưới đây - oxy hóa cắt mạch các n-parafin bậc cao thành các axít hữu cơ, este hóa các axít này bằng butanol rồi tiếp tục hidro hóa sản phẩm este với sự có mặt của xúc tác.

61

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong số những hỗn hợp rượu C9-C10 phân nhánh, chưa bão hòa được sử dụng làm thành phần của mỹ phẩm có các rượu bậc ba (18, 20, 27) và rượu bậc nhất (35) dạng isoankanol. Hợp chất 2,6 -dimetyl-2-heptan-2-ol (4) có mùi hương hoa với vị dâu tây. Rượu bậc ba này được tổng hợp từ xeton (17) bằng phản ứng Grignard sau đó thủy phân tiếp sản phẩm rượu chưa bão hòa trung gian.

Hai octanol bậc 3 – dẫn xuất thế 2,6-dimetyl (dẫn xuất tự nhiên tetrahidromircenol, 20) và dẫn xuất có nguồn gốc tổng hợp – đồng phân 2,7-dimetyl (27), được tổng hợp bằng phương pháp hidro hóa các rượu không no tương ứng (19 và 26):

Ankenol (19) được điều chế từ pinan (21), dưới tác dụng nhiệt bị chuyển hóa thành dihidromircen (22). Chất này tiếp túc được xử lý bằng hỗn hợp axít fomic (hay axít axetic) với axít clohiđric sẽ tạo thành hỗn hợp este (23). Thủy phân hỗn hợp này sẽ thu được rượu (19):

62

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Me

Me

HCOOH/HCl 450oC

Me Me

Me (21) cis-pinan

Me

(22) dihidromircen

Me

Me H2O, H+, CH2

CH2

-RH

R Me

OH

Me

Me

O (23) R=

Me

(19) dihidromircenol

O CH , Cl

Sản phẩm trung gian (26) được tổng hợp từ diaxetilen và axeton qua diindiol (24).

Dẫn xuất này cũng được điều chế từ 2-metylpropanal (28) và 4-metyl-2-oxopentan (29) thông qua loạt phản ứng kế tiếp nhau, trùng ngưng aldol-croton (tạo thành xeton 30), hidro hóa có xúc tác thành sản phẩm rượu trung gian và thực hiện tách loại nước rượu này (bằng H3PO4/SiO2) thành dimetylocten (31) và cộng hợp nước vào dẫn xuất (31) này (có sử dụng cationit):

63

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Bằng cách hidro hóa toàn phần linalool (32) và heraniol (34), đã tổng hợp các rượu bậc ba tương ứng rượu (33), các dẫn xuất có thể tìm thấy trong mật ong, và rượu bậc nhất (34), có mặt trong các loại hoa quả có múi (các loại cây cam, quýt…)

Cả hai loại rượu đều có hương thơm dễ chịu và được dùng làm thành phần của nước hoa, eau de cologne và xà phòng. 2.2.3. Rượu không no, đơn chức C6-C11. Citronellol và tinh dầu geranium với hương thơm hoa hồng. Hương trị liệu Một số những dẫn xuất rượu béo chưa bão hòa với cấu tạo mạch cacbon thẳng hay dạng nhánh iso là những phụ gia quan trọng để sản xuất những thành phần của mỹ phẩm. Những hexenol bậc nhất (2, 4), thường gặp trong các loại trái cây, đã thu được bằng phương pháp tổng hợp. Hexen-1-ol-3 (1) nếu bị nung nóng khi có mặt xúc tác là ôxít nhôm sẽ chuyển hóa thành trans-hexenol (2), có hương thơm hoa quả. Ankenol bậc hai (1) được tổng hợp bằng phương pháp Grignard từ propenal.

64

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Khác với hexenol (2), đồng phân iso của nó (theo vị trí liên kết đôi và nhóm thế tại liên kết đó) cis-hexen-3-ol-1(4) không còn mùi thơm của hoa quả, nhưng lại mang mùi hương cỏ và lá xanh. Hợp chất này với số lượng lớn (đến 30%) có trong tinh dầu trà xanh, cũng được sản xuất với các phương pháp khác nhau, hai trong số đó được trình bày dưới đây. Trong trường hợp thứ nhất xuất phát từ quá trình etyl hóa axetilen bằng hợp chất cơ kim trietyl nhôm rồi sau đó hidroxyankyl hóa sản phẩm trung gian ankylat nhôm (3) bằng oxiran. Trong một phương pháp khác, 1-metylbutadien (5) được ngưng tụ theo phản ứng Prins với fomanđehit tạo thành dihidropiran (6), sau đó bị mở vòng dưới tác dụng của liti với sự có mặt của dietylamin.

Nhờ quá trình khử có chọn lọc nhóm este trong các dẫn xuất axít chưa bão hòa (7, 8) có thể tổng hợp được hai rượu bậc nhất không bão hòa (9, 10) rất có ý nghĩa thực tế đối với quá trình sản xuất hương liệu - mỹ phẩm. Những rượu béo này đã tìm được ứng dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm (fragrance) cho xà phòng và là thành phần mỹ phẩm, bởi decenol (9) có mùi thơm của hoa hồng khi được pha loãng, còn undecenol (10) cho mùi cam quýt.

65

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Rượu bậc nhất (citronellol, 11), bậc hai (12) và bậc ba (dihidromircenol, 13) thuộc họ các ankenol với mạch cacbon phân nhánh thuộc dãy monotecpenoit. 3,7-Dimetylocten-6-ol1 mang mùi hương hoa hồng và có mặt ở trong các loại tinh dầu hoa hồng và phong lữ.

Dẫn xuất này còn tồn tại trong quả nho và tham gia vào việc tạo hương vị thơm đặc biệt của các loại rượu nho Muscat và Riesling. Khi rượu nho già tuổi hàm lượng rượu monotecpen có thể hạ xuống do quá trình cộng hợp vào liên kết đôi, chủ yếu là tại phần cuối mạch propyliden. Ví dụ, citronellol (11) chuyển hóa thành hidroxyl-citronellol (14) nhờ sự xúc tác proton của các axít hữu cơ tự nhiên.

Ở quy mô công nghiệp citronellol được tổng hợp bằng phương pháp hidro hóa có chọn lọc geraniol (15) hoặc hỗn hợp của nó với nerol (16) hay là citral (hỗn hợp của heranial và neral, xem phần 2.3.4):

66

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong phương pháp tổng hợp khác, sử dụng cis-pinan (17) làm nguyên liệu. Hợp chất này bị nhiệt phân ở nhiệt độ 400 – 4500C thành 3,7-dimethyoctadien-1,6 (dihidromircen, 18), sau đó được xử lý bởi H-Al(i-Bu)2. Aluminat (19) vừa mới hình thành bị ôxy hóa bởi không khí thành ôxít (21) (qua sản phẩm trung gian peroxit 20), dẫn xuất sau đó bị thủy phân bởi axít sulfuric.

Sự kết hợp của ankyl-nhôm hidrua tại nhóm vinyl và việc đưa ôxy vào liên kết C-Al chịu sự kiểm soát lập thể bởi các nhóm isobutyl có thể tích lớn. Đôi khi citronellol được tách ra từ tinh dầu geranium, được chiết tạo từ thực vật họ phong lữ thảo (thiên trúc quỳ - Pelargonium) được trồng chủ yếu ở Reunion. Loại dầu bình dân này mang mùi thơm của hoa hồng và thiên trúc quỳ với hương nhẹ nhàng. Nó được sử dụng rộng rãi trong vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và mỹ phẩm. Những thành phần chính của loại dầu này gồm (-)-citronellol (tới 50%), geraniol (tới 25%) và rượu bậc ba 67

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thuộc dãy linalool (tới 13%), phần còn lại gồm 120 chất khác nhau, chủ yếu là các dẫn xuất có cấu tạo của tecpenoit. Dầu thiên trúc quỳ có ứng dụng trong hương trị liệu bảo vệ khỏi các chứng cảm lạnh hay góp phần giảm nhẹ bệnh. Ngoài ra, nó còn nâng cao hoạt động trí óc, giảm căng thẳng thần kinh, kích thích hệ thống miễn dịch và các quá trình làm đổi mới tế bào, rất quan trọng đối với việc làm lành vết thương, vết bỏng, các mô bị bỏng lạnh và các vết loét. Cũng được biết đến các tác dụng chống bệnh đái tháo đường và chống viêm loét dạ dày của hoạt chất này. Việc sản xuất hai octenol thơm (12 và 13), những dẫn xuất được sử dụng với vai trò là chất thơm trong xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm, được dựa trên cơ sở nhiệt phân αpinen (22) ở nhiệt độ 450 – 5500C. Cụ thể, rượu bậc hai (12) được tổng hợp theo sơ đồ sau:

Sản phẩm trung gian trien (23), được tổng hợp với hiệu suất đến 40% khi xử lý bằng hidroperoxit chuyển hóa thành dẫn xuất 1,3-dioxiranyl buten (24). Cuối cùng, tiến hành hidro hóa liên kết đôi còn lại, kèm theo sự mở vòng oxiran.

Sản phẩm 2,6-

dimetyloctandiol-2,7 vừa tạo thành được tách loại 1 phân tử nước ở nhiệt độ 1000C với sự có mặt của axít photphoric. Elenol (12) vừa tạo thành được chưng cất cuốn hơi nước và chưng cất dưới áp suất thấp. Chuyển hóa trien (23) thành diepôxít (24) được tiến hành qua 2 giai đoạn - ôxy hóa bằng không khí (400C) thành poliperoxit, sau đó depolimer hóa ở 1100C thành diepôxít. Quá trình tổng hợp rượu bậc ba dehidromircenol (13) đã được xem xét phần 2.2.2 (xem hợp chất 19). 2.2.4. Tổng hợp rượu là dẫn xuất thuộc dãy alkadien Trong số những dienol có mạch cacbon không phân nhánh thì rượu bậc nhất (2) có một số giá trị nghĩa thực tế. Hợp chất này có cấu tạo từ chín nguyên tử cacbon và bao gồm một hệ thống liên kết đôi không liên hợp. Rượu (2) có mặt trong tinh dầu của các loại cây 68

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thuộc chi Hoa tím (viola) và có vị ngậy (béo), khi được pha rất loãng sẽ mang mùi hương đặc trưng của chi hoa tím. Thành phần hương liệu này được tổng hợp từ acrolein bằng phương pháp kéo dài mạch cacbon theo phản ứng Grignard và tiếp đó là thực hiện chuyển vị nhóm allyl của sản phẩm trung gian nona-1,6-dien-3-ol (1):

Một nhóm quan trọng gồm nhiều rượu thơm chưa bão hòa với hai liên kết bội có giá trị trong hương liệu, mỹ phẩm và thực phẩm là các hợp chất thiên nhiên với mạch phân nhánh và có cấu tạo từ 10 nguyên tử cacbon trở lên. 2.2.4.1. Rượu bậc nhất geraniol và nerol với hương hoa hồng. Tinh dầu hoa hồng Hai dẫn xuất thế dimetyl của octadienol (3) nằm trong nhóm rượu thuộc dãy đồng đẳng monotecpenoit có mùi thơm của hoa mimosa. Chúng có trong tinh dầu quý hiếm của cây keo bạc (cây mimosa, Acacia dealbata L.), được bổ sung thêm vào một số loại nước hoa và sử dụng trong hương trị liệu để điều trị các trạng thái bị ảnh hưởng thần kinh.

Những đại diện quan trọng nhất của nhóm rượu này (và của cả một tập hợp các chất thơm) là đồng phân trans-3,7-dimetyl-2,6-octadien-1-ol (geraniol, 4) và đồng phân cis(nerol, 5), các hoạt chất này có mùi hương hoa hồng. Geraniol (4) có mặt trong tinh dầu thiên trúc quỳ, tinh dầu hoa hồng và một số loại tinh dầu khác. Nó cũng là thành phần cơ bản của tông mùi thơm dễ chịu của nho xạ (muscat). Tổng sản lượng của hoạt chất này đã vượt quá con số10 ngàn tấn một năm. Geraniol được sử dụng với vai trò là chất tạo hương thơm cho xà phòng, thành phần mỹ phẩm và các chất tẩy rửa và có thể là chất tạo hương trong nước hoa. Nerol (5) có trong tinh dầu hoa hồng, tinh dầu hoa hoàng lan và tinh dầu chanh. Nerol được sử dụng tương tự như geraniol. Các hương liệu này được chiết tách từ các loại tinh dầu nêu trên với quy mô công nghiệp. 69

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Rượu monotecpen (4) và (5) có trong quả nho và cùng với citronellol đã đem đến hương vị quyến rũ đặc trưng của rượu nho Muscat và Riesling. Geraniol – là thành phần chính của dầu hoa hồng, được điều chế từ thảo mộc Cymbopogon martini S. bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước và có mùi hương dễ chịu của mùi hoa hồng và thảo mộc. Bên cạnh geraniol, trong dầu này còn xác định được các ête của nó và một số lượng nhỏ các dẫn xuất của piriđin và pirazin. Các hợp chất dị vòng tương tự có ngưỡng cảm nhận (của khứu giác) rất thấp và được cho rằng, chúng tham gia vào việc tạo ra hương thơm cơ bản của loại tinh dầu rất có giá trị đối với mỹ phẩm và hương trị liệu này. Tinh dầu này được sử dụng làm giảm căng thẳng và diệt khuẩn, cũng còn được sử dụng để điều trị các bệnh về da và có tác dụng tăng lực.

Mối tương quan của các thành phần tạo mùi thơm (4-6) trong nguyên liệu rượu vang bị thay đổi do quá trình isomer hóa nhóm allyl và trên cơ sở cân bằng động của quá trình hợp nước-tách nước, xảy ra từ từ khi bảo quản rượu vang:

70

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong công nghiệp geraniol (4), nerol (5) và cả linalool (6) được điều chế theo sơ đồ dựa trên nền tảng cơ sở các chuyển hóa của 6,6-dimetyl-2-metilen-bixiclo[3.1.1]-heptan (βpinen, 7). Hợp chất này được tạo thành với hiệu suất cao trong quá trình nấu gỗ dăm theo phương pháp sulfat trong sản xuất giấy. Hỗn hợp pinen trong dầu nhựa thông - sulfat được tinh cất và tách thành α- và β- pinen. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao từ 400 đến 7000C βpinen (7) bị mở vòng và tạo thành 7-metyl-3-metilenocta-1,6-dien (mircen, 8). Khi hidroclo hóa bằng HCl khô với sự có mặt của CuCl, mircen sẽ chuyển hóa thành hỗn hợp allylclorua (9-11). Cần phải nhấn mạnh rằng, khi thiếu vắng xúc tác CuCl thì phản ứng kết hợp HCl chỉ xảy ra tại đoạn mạch propeniliden, điều đó cho thấy vai trò tạo liên kết phối trí (templat) của muối đồng (I) trong phức (A) tại vị trí các liên kết dien liên hợp.

71

Sách không bán – liên hệ [email protected]

CH2 3 4

2

Cu

CH2

Cl

1

7

CH2

400-700oC

Me

6 5 Me (7) pinen

Me

Me

Cu/HCl

(A) Me

Me (8) mircen

Me

Me

Cl

Me

CH2 CH2

+

Me Me (9) linalyl-

CH2

Cl

+

Cl

Me

Me Me (10) neryl-

Me

(11) geranyl-

clorua

AcONa

AcOH, NEt3

-NaCl

-NHEt3Cl Me

Me

OAc

Me CH2OAc

CH2 Me

+

CH2OAc

Me

Me

(12)

(13)

Me

Me

(14)

Me

+ H+, H2O, , -AcOH Me

Me

OH

Me CH2OH

CH2 Me

Me

CH2OH

x/t Me

Me

(6) linalool (5) nerol

+

Me NaOH

Me

(4) geraniol

Allylclorua (9-11) dễ dàng isomer hóa và tỷ lệ của chúng trong hỗn hợp phản ứng có thể bị thay đổi trong một chừng mực đáng kể. Quá trình thế nucleophin nguyên tử clo bằng nhóm axetyl phụ thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng thế có thể tạo thành linalylaxetat (12) trong môi trường AcOH và có mặt trietylamin như là chất nhận HCl, phản ứng thế SN1), hoặc có thể tạo thành hỗn hợp neryl- và geranylaxetat (tương ứng với 13 và 14, 72

Sách không bán – liên hệ [email protected]

AcONa khô và lượng xúc tác của trietylamin hay của urotropin (hexamin, phản ứng thế SN2). Bằng việc thủy phân tiếp các este (12-14) chúng ta thu được rượu (4-6). Linalool (6) có thể bị isomer hóa thành hỗn hợp nerol và geraniol khi đun nóng trên chất xúc tác vanadi. Đồng phân trans- (4) dễ chuyển hóa thành đồng phân dạng cis- (5) dưới tác dụng của kiềm. Hỗn hợp nerol và geraniol được phân tách ra thành các isomer riêng biệt qua quá trình chưng cất phân đoạn hoặc bằng cách xử lý với CaCl2, khi đó nerol sẽ còn lại trong dung dịch, còn phức geraniol với CaCl2 sẽ tách ra dưới dạng kết tủa. Nên nhớ rằng, quá trình thủy phân có chọn lọc hỗn hợp nerol và geraniol trên chất xúc tác Ni cho phép tổng hợp được citronellol với hiệu suất tốt (xem chương 2.2.3). 2.2.4.2. Dienol bậc ba C10. Linalool với mùi hương hoa linh lan. Tinh dầu chemotype linh lan từ rau mùi và húng quế 3,7-Dimetylocta-1,6-dien-3-ol (linalool, 6) với hương thơm của hoa linh lan, là một trong số các chất thơm quan trọng nhất của ngành công nghiệp sản xuất hương liệu. Khối lượng sản xuất của nó là hơn 7 nghìn tấn một năm, bởi vì linalool cũng được sử dụng trong quá trình tổng hợp các vitamin A, E và K. Tại phần trước, đã đề cập đến một trong những phương pháp chính tổng hợp linalool (tương tự quá trình tổng hợp geraniol), vì vậy sẽ rõ ràng hơn nếu bắt đầu phần này bằng việc xem xét thêm hai phương pháp tổng hợp toàn phần khác. Một trong những phương pháp đó đặt cơ sở trên phương pháp cộng hợp nucleophin giữa axetilen với axeton theo Favorskii (với sự có mặt của Na hay KOH trong amoniac lỏng). Phản ứng sẽ tạo thành 2-metyl-1-butyl-3-ol (15). Rượu axetilen bậc 3 này được hidro hóa chọn lọc thành butenol (16) tương ứng, dẫn xuất sau đó được axyl hóa bởi diketen thành este (17).

73

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hợp chất (17) bị decacboxyl hóa bằng nhiệt, đi kèm với việc chuyển vị sigma (sigmatropic rearrangement) của nhóm axetonyl (di chuyển tới nhóm vinyl) và tạo thành xeton (18) (có 8 nguyên tử cacbon). Tiếp theo, thực hiện phản ứng, tương tự như giai đoạn đầu tiên cho phép tăng bộ khung cacbon lên thêm 2 nguyên tử. Rượu bậc ba vừa được tạo thành thuộc họ axetilen (19) gọi là dehidrolinalool được thủy phân có chọn lọc thành linalool (6) trên xúc tác Paladi/CaCO3 và có mặt kim loại chì (xúc tác Lindlar). Theo một phương pháp khác được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, linalool được tổng hợp từ α-pinen (20) bằng phương pháp hidro hóa đến bixiclo (21) và ôxy hóa tiếp bằng không khí với sự có mặt của axít naphtenoic thành hidroperoxít (22). Hợp chất này sau đó được khử thành rượu (23) rồi bị phân hủy nhiệt tại bước tiếp theo:

74

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Linalool và dẫn xuất axetat mang mùi hương của hoa linh lan, có mặt trong nhiều loại tinh dầu và trong nho khô. Tồn tại một loạt các tinh dầu thơm, được sử dụng trong hương trị liệu, có chứa linalool (6) với vai trò là một thành tố thơm chính (theo hàm lượng phần trăm). Đặc biệt đối với sinh viên và học viên, có thể nói rằng hương thơm hoa linh lan góp phần nâng cao kết quả đối với các kỳ thi và kiểm tra. Tinh dầu cây húng - một loại thực thuộc họ Ocimum basilicum L. được gieo trồng ở nhiều vùng đất châu Âu, có chứa khoảng 46 – 84% là (-)-linalool (1) và 5-30% là metylchavicol (24). Tinh dầu chemotype linalool với mùi hương linh lan và thêm sắc thái (tông) hương thơm cẩm chướng, trong hương trị liệu cho hiệu quả tích cực trong việc điều trị bệnh khó tiêu, ngộ độc thực phẩm, mất ngủ và trầm uất. Tinh dầu này kích thích sự ngon miệng và rất có lợi khi điều trị bệnh viêm dạ dày, cũng có tác dụng giảm đau khi điều trị viêm khớp, bệnh thống phong (bệnh gút), tê thấp và khi bị dập thương, co cơ (chuột rút). Tinh dầu húng còn giúp chữa trị khi bị cảm lạnh, cúm, viêm phổi và một loạt các bệnh khác.

75

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Từ lá cây của cây long não Cinnamomum Camphora đã tách ra được gần 1% tinh dầu và được làm giàu đến 80% linalool. Tinh dầu này có mùi hương hỗn hợp hoa–gỗ, dễ chịu và được sử dụng rộng rãi như các thành phần hương liệu. Tinh dầu rau mùi (từ hạt Coriandrum sativum L.) chứa đến 78% linalool, đến 25% là dẫn xuất axetat của linalool, tới 3% geraniol (4), đến 5% limonen (8) và tới 20% là các hidrocacbon dạng monotecpen khác. Loại tinh dầu có “mùi thơm đặc trưng dễ chịu” này được sử dụng làm thành phần hương liệu của xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm khác. Từ hỗn hợp này đã tách ra được linalool dưới dạng tinh khiết. Trong hương trị liệu, tinh dầu rau mùi có tác dụng giảm đau do phong thấp, giảm mệt mỏi và căng thẳng. Nó có tác dụng tăng cường trí nhớ và tác dụng an thần. Tinh dầu này còn được sử dụng như là thuốc sát trùng khi cảm lạnh, cúm, viêm phổi và viêm phế quản. Tinh dầu hạt mùi giúp ổn định quá trình tiêu hóa, giảm trướng bụng và các cơn co thắt dạ dày. Nó được chỉ định dùng khi viêm loét dạ dày và hoành tá tràng. Ngoài ra, tinh dầu này rất có hiệu quả khi điều trị để làm lành các vết thương. Đã có những bằng chứng cho thấy việc xông hương trong các đền thờ tôn giáo ở Ai Cập cổ và Hy Lạp bằng việc đốt hạt mùi. Tinh dầu mùi lần đầu tiên thu được từ thế kỷ XVI với vai trò là một dược thảo thuốc chữa bệnh, còn được sử dụng làm nước hoa – kể từ thế kỷ XIX. Tinh dầu hoa hồng Brazil (Aniba roseodora V. Amazonia D.) có chứa đến 85% linalool, đến 3% α-tecpineol (26) và đến 6% cineol (27). Nó được tách ra từ vỏ bào gỗ bằng cách chưng cất cuốn hơi nước và thu được gần 1,5%. Tinh dầu có mùi hương hoa – gỗ dễ chịu và trong các giáo trình hương trị liệu, nó được biết đến như là một loại thuốc an thần, một hỗn hợp giúp tăng trương lực và giảm căng thẳng. Tinh dầu này cũng còn có tác dụng giảm ho khi bị hen xuyễn, và các cảm giác đau đầu.

Ở phần cuối của các dienol thơm, chúng ta dẫn ra một hợp chất thuộc dãy nàymircenol (29). Rượu bậc 3 có nguồn gốc tự nhiên này, mang hương hoa quả được làm chất 76

Sách không bán – liên hệ [email protected]

tạo mùi thơm trong xà phòng và là cấu thành thơm trong mỹ phẩm. Nó được tổng hợp từ mircen (8) bằng phương pháp amin hóa kèm theo theo quá trình hiđrat hóa thành dẫn xuất aminol (28), sau đó, với sự có mặt của tổ hợp chất xúc tác trên cơ sở Pd, xảy ra quá trình tách loại nhóm amin và thu được sản phẩm cần thiết:

2.2.5. Rượu C15 với ba liên kết bội. Nerolidol, Farnesol với hương linh lan Rượu bậc nhất với ba nhóm thế metyl – dodecatrienol (farnesol, 1) có hương thơm của hoa linh lan. Nó có trong tinh dầu hoa hồng và loại tinh dầu khác (chủ yếu ở dạng transtrans-isomer), các loại tinh dầu này đã được chiết tách từ hoa ở quy mô công nghiệp. Farnesol (1) và dẫn xuất axetat (2) có ý nghĩa thực tiễn với vai trò là các thành phần tạo mùi thơm và định hương trong quá trình sản xuất mỹ phẩm.

Farnesolaxetat (2) dưới dạng hỗn hợp đồng phân hình học được tổng hợp bằng quá trình đồng phân hóa (chuyển vị nhóm allyl) từ dẫn xuất 3,7,11-trimetyldodeca -1,6,10-trien3-ol (nerolidol, 7) khi nung nóng trong axít axetic. Bằng việc thủy phân este (2), sẽ tổng hợp được farnesol (1). Nerolidol (7) là một đại diện của các dẫn xuất họ sesquitecpen. Dẫn xuất này được tổng hợp từ linalool (3). Ở giai đoạn đầu tiên, thực hiện phản ứng ngưng tụ linalool với 2-metoxypropen (4) tạo thành geranylaxeton (5), sau đó được xử lý tiếp với axetilen trong điều kiện của phản ứng Favorskii, thu được dehidronerolidol (6). Cuối cùng, hidro hóa có chọn lọc liên kết axetilen thành olephin. 77

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Ête (4) được tổng hợp bằng phương pháp O-vinyl hóa metanol bởi propin khi có mặt của kiềm (KOH, MeOK) và nung nóng dưới áp suất gần 5 atm:

Nerolidol (7) được tìm thấy (với hàm lượng đến 50%) trong nhiều loại tinh dầu (cam và hoa quả khác), từ đó nó được tách ra với số lượng đáng kể. Nerolidol (7) được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm như là một chất tạo và ấn định mùi thơm. 2.2.6 Tổng hợp các ête thơm Số lượng các ête đơn giản được ứng dụng làm thành phần hương liệu khá hạn chế. Ví dụ, ête đơn giản nhất – dimetyl ête – được sử dụng làm chất propellant trong các bình xịt khí (aerosol) và lọ xịt nước hoa, eau de cologne, nước thơm, lotion. Với vai trò là chất tạo mùi hương bạch đàn trong các loại xà phòng, mỹ phẩm và hương liệu khác nhau, bổ sung dẫn xuất không có trong tự nhiên là 3,7-dimetyl-7metoxyoctan-2-ol (ozirole, 4). Nó được tổng hợp từ 3,7-dimetyloct-1,6-dien (dihidromircen, 1) qua các dẫn xuất metoxy (2) và oxiran (3), các hợp chất được hình thành khi xảy ra phản ứng có chọn lọc tương ứng là metoxy hóa và oxy hóa tạo vòng epoxy. Giai đoạn cuối là quá trình hidro hóa có chất xúc tác vòng oxiran trong hợp chất (3):

78

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Me

Me

Me H 2O 2

MeOH

CH2

CH2

O

AcOH

OMe Me

Me

Me

OMe

Me

Me

(2 )

(1 )

H 2/Ni

Me (3 )

Me

Me OH

OH MeOH

Me

Me

OMe Me

Me

Me

Me

(5) elenol

(4) ozirole, elesant (mï i hö¬ng b¹ch ®µn)

Ozirole (4) cũng được điều chế bằng tác dụng của metanol đến rượu không no elenol (5), có mùi hương hoa đặc trưng (xem chương 2.2.3). Những chất tạo mùi thơm tốt cho chất tẩy rửa, bao gồm cả xà phòng là các axetal (8, 9) được điều chế bằng phương pháp ngưng tụ linalool (6) với các ête etyl- hay n-butylvinyl (7) với sự có mặt của etanal:

Các ête ankylvinyl (7) được tổng hợp bằng cách đun nóng các ankanol tương ứng với axetilen [140 – 160 0C, 5atm (0,49 MPa)] 2.3 Tổng hợp các andehit và xeton thơm Nhiều dẫn xuất oxo của hidrocacbon no mạch thẳng có mùi hương dễ chịu, điều này cho phép chúng được sử dụng với vai trò là các nhân tố thơm để tạo ra nước hoa và eau de cologne, làm các chất phụ gia thực phẩm tạo mùi thơm, cũng như dưới dạng chất tạo mùi

79

Sách không bán – liên hệ [email protected]

cho xà phòng, các sản phẩm mỹ phẩm và các hàng hóa gia dụng khác. Trong dãy các chất này, được ứng dụng nhiều và có tầm quan trọng phải kể đến: citral và citronellal. 2.3.1. Các ankanal bão hòa với hương thơm hoa quả. Hidroxycitronellal Trong số những ankanal thơm đơn giản nhất với cấu tạo mạch nhánh (dạng iso-) thì 3-metylbutanal (isovaleric andehit, 1) đã được ứng dụng như thành phần tạo mùi thơm với mùi hương của táo tươi. Cũng có nghiên cứu cho rằng, hoạt chất này được tạo ra từ các aminoaxít khi nướng bánh mỳ và cùng với các chất khác, tạo ra mùi thơm của vỏ bánh mỳ đen. Ở dạng tinh khiết nó có mùi thơm hoa quả và do đó được sử dụng để tạo hương táo cho các loại thực phẩm khác nhau. Andehit (1) được tổng hợp bằng phương pháp fomyl hóa 2metylpropen bằng hỗn hợp CO/H2 với sự có mặt của coban tetracacbonyl hydrua dưới áp suất cao. Trong một phương pháp công nghiệp khác, dẫn xuất này được điều chế bằng quá trình ôxy hóa 3-metylbutanol-1 (2):

Khi tạo ra tổ hợp các thành phần thơm của hương liệu, sử dụng nhóm các andehit thuộc dãy hidrocacbon no mạch thẳng (3 – 8). Thật thú vị là, ở dạng tinh khiết các andehit này có mùi thơm với vị béo ít dễ chịu, còn khi pha loãng mạnh thì chúng lại có hương thơm của hoa và quả thuộc họ cam quýt. Bên cạnh đó, việc có thêm hệ liên kết đôi C = C thường đem lại cho các andehit chưa bão hòa này hương thơm thảo mộc. (xem chương 2.3.2) (3) n = 5, heptanal (mùi hoa) (4) n = 6, octanal (hương cam) (5) n = 7, nonanal (mùi hoa hồng và cam) (6) n = 8, decanal ( mùi cam tươi) (7) n = 9, undecanal ( mùi hoa quả) (8) n = 10, dodecanal ( mùi hoa tím với sắc thái hoa hồng và cam quýt) Các andehit (4 – 8) có trong tinh dầu các loại cam quýt, heptanal (3) – có trong tinh dầu hoa hồng và trong sữa. Có hai phương pháp chung sản xuất các andehit (3 – 8) ở quy 80

Sách không bán – liên hệ [email protected]

mô công nghiệp. Phương pháp thứ nhất là dehidro hóa ở pha khí các rượu bậc nhất mạch thẳng (9), có cùng số lượng nguyên tử cacbon. Quá trình tách hai nguyên tử hidro ra khỏi nhóm carbinol được thực hiện bằng xúc tác đồng kim loại ở nhiệt độ cao (250 – 3500C). Đôi khi để dịch chuyển sự cân bằng này sử dụng các chất ôxy hóa (quá trình oxy hóa với sự có mặt của ôxy hay MnO2), các chất oxy hóa có tác dụng liên kết với hidro tạo thành và tách ra dưới dạng phân tử nước.

Phương pháp thứ hai, với vai trò là nguyên liệu ban đầu đã sử dụng α-olephin (10), có ít hơn một nguyên tử cacbon so với các andehit sản phẩm. Mạch cacbon được tăng thêm một nguyên tử C bằng quá trình hidrocacbonyl hóa ở pha lỏng với chất xúc tác rhodi(triphenylphotphin-tricacbonyl) hiđrua (RhH(PPh3)(CO) 3). Các phương pháp tổng hợp hai ankanal (3) và (8) đã được hiện thực hóa. Cụ thể, heptanal (3) được điều chế bằng quá trình nhiệt phân metylricinolat (11) trong chân không. Sản phẩm phụ thu được là este của axít 10-undecenoic. Este (11) được tách từ dầu thầu dầu, sau khi este hóa bằng metanol trong môi trường kiềm. Dầu thầu dầu được sản xuất bằng cách ép nén hay chiết xuất từ hạt thầu dầu thông thường (Ricinus communis L.), trong đó hàm lượng dầu đạt đến 50%. Hàm lượng chính trong dầu là glyceride của axít ricinoleic (hơn 80%), dẫn xuất bị este hóa lại bằng metanol rối qua chưng cất thu được metylricinolat (11). Andehit (8) có thể được tổng hợp bằng phương pháp gia nhiệt ở pha khí, giúp khử hóa một phần axít (12) bằng hệ hỗn hợp HCOOH/MeOH/MnCO3: Tinh dÇu thÇu dÇu

MeOH

Me(CH2)5CH

KOH,

Me(CH2)10COOH

CH2CH

CH(CH2)7COOMe

OH (11) metylricinolat CH2 CH(CH2)8COOMe , ch©n kh«ng

O Me(CH2)n C (3, 8)

H

(12) HCOOH/MeOH/MnCO3 300oC,

(3) n = 5; (8) n = 10

-H2

Đại diện tốt nhất của các ankanal thơm với mạch cacbon phân nhánh là 7-hidroxy3,7-dimetyloctan-1-al (hidroxycitronellal, 17), cũng như dẫn xuất dimetylaxetal của nó (18). 81

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Chúng được đánh giá là các chất tạo mùi thơm có giá trị cho xà phòng và là thành phần của hỗn hợp hương liệu dùng cho mỹ phẩm bởi vì chúng có hương thơm của lá xanh, của hoa linh lan và cây gia (cây chi đoạn - Tilia). Sản lượng của chúng vượt một nghìn tấn mỗi năm và được sản xuất từ mircen (13), citronellal (20) hoặc citronellol (21). Trong trường hợp thứ nhất, gắn kết nhóm ankylamin (tại vị trí vinyl cuối cùng của đoạn dien liên hợp) với mircen (13), chúng ta thu được allylamin (14):

82

Sách không bán – liên hệ [email protected]

CH2

CH2

+ HNEt2

Me Me (13) mircen

Me

Me

Me CH2NEt2

CH2NEt2 ®ång ph©n hãa

H2O H+ Me

Pd(PPh3)2

OH

Me

Me

OH Me

Me

(14)

NEt2

(15)

x/t ®ång ph©n hãa

H+, -HNEt2

H2O

Me

Me

Me NEt2

Me (16)

CHO H2O/H+

+

H2O/H

CHO

-HNEt2 Me

Me

OH Me

Me Me (20) citronellal

(19)

HC Me

(17) hydroxycitronellal Me

Me

Me

OH

OMe

OMe (17, 18) (hö¬ng cña l¸ xanh OH vµ hoa linh lan) Me

(18) dimetylaxetal

Sau đó cộng hợp nước vào liên kết kép của đoạn propiliden và trong rượu (15) tạo thành, thực hiện chuyển hóa nhóm allylamin thành nhóm enamin dưới tác dụng của chất xúc tác triphenylphotphin paladi (II). Sau đó, sản phẩm enamin (16) thu được bị thủy phân cùng 83

Sách không bán – liên hệ [email protected]

với sự tách nhóm ankylamin khi có mặt HCl. Trong thời gian gần đây, đã có những phương pháp sử dụng xúc tác quang học để chuyển hóa allylamin (15) thành các diastereomer (16), điều này cho phép sản xuất laurinal với mùi hương linh lan tinh khiết (xem chương 3.2.1). Phương pháp khác là chuyển hóa dien (14) thành hidroxycitronellal (17) có thể thông qua enamin (19) và citronellal (20). Trong trường hợp sử dụng với vai trò là chất ban đầu – dẫn xuất citronellol (21), trước tiên được hidro hóa thành sản phẩm trung gian 1,7-diol, sau đó được dehidro hóa trên chất xúc tác đồng:

Trong một phương pháp dựa trên cơ sở hợp nước citronellal (20) thành laurinal (17), có thể bảo vệ nhóm andehit dưới dạng imin (22) hay dẫn xuất bisulfua, việc này cho phép tăng hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm (17) một cách đáng kể. 2.3.2. Ankenal. Citronellal với mùi hương chanh. Dầu citronellal chemotype Từ những andehit có cấu tạo mạch thẳng chỉ andehit hexen-2-al (4) có giá trị thực tiễn với mùi hương lá (xanh) tươi cùng một chút tông mùi hương táo. Dẫn xuất 2-trans-2hexenal-1 có trong lá của nhiều loài cây và vì thế mà nó còn có tên gọi là andehit “lá xanh”. Hợp chất này được sử dụng chủ yếu làm thành phần tạo mùi của hương liệu. Andehit (4) được tổng hợp theo sơ đồ phản ứng sau. Trước tiên, bằng tương tác giữa n-butirylclorua (1) với axetilen ở nhiệt độ 0 – 50C, chúng ta tổng hợp propyl-βclorovinylxeton (2). Ở giai đoạn hai của quá trình tổng hợp (nhóm clorovinyl trong xeton (2)) bị chuyển hóa thành nhóm dimetyloxy dưới tác dụng của hỗn hợp NaOH/MeOH khi làm lạnh. Trong dẫn xuất 3-oxo-hexan-1-al (3) thu được, nhóm chức andehit được hình thành dưới dạng nhóm O,O-dimetylaxetal. Sau đó nhóm xeton của oxoaxetal (3) bị khử bằng phức hydrua kim loại thành nhóm chức rượu. Ở giai đoạn kết thúc, thực hiện quá trình loại nước và đồng thời gỡ bỏ các nhóm bảo vệ. Cả hai phản ứng đều xảy ra với sự có mặt của axít sulfuric 10%, khi tiến hành chưng cất cuốn hơi nước sẽ thu được sản phẩm cần thiết. 84

Sách không bán – liên hệ [email protected] O

O Me

C (1)

Cl

+ CH CH AlCl3, CCl4

Me

C (2)

NaOH/MeOH Cl

-10oC, -NaCl O

O Me

C (3)

OMe OMe

1. LiAlH4; 2. H2SO4, , - H2O, -MeOH

Me

C

H

(4) andehit l¸ xanh (mï i hö¬ng cña l¸ c©y tö¬i)

Trong một sơ đồ khác, quá trình điều chế andehit thơm (4) được xuất phát từ butanal (5) và ête của rượu ethenol (6). Sản phẩm nhận được từ chúng theo phản ứng Princ là dẫn xuất 1,3-dioxan (7) bị thủy phân cho sản phẩm andehit mong muốn.

Bằng quá trình khử hóa có chọn lọc citral (8) (phương pháp tổng hợp chất này tại phần 2.3.3) thu được một andehit thơm có mạch cacbon phân nhánh - citronellal (9) – có mùi hương chanh rất quan trọng đối với công nghiệp mỹ phẩm, sản xuất hương liệu, công nghiệp thực phẩm. Hợp chất này được tổng hợp bằng phương pháp ôxy hóa nhóm hidroxymetyl của citronellol (10) thành andehit nhờ piridinium cromat trong CH2Cl2 ở điều kiện êm dịu. Theo phương pháp khác, sự oxy hóa tách loại hidro được tiến hành ở pha khí bởi ôxy, khi nung nóng với sự có mặt của đồng:

Quá trình tổng hợp bất đối xứng (R)-citronellal - một sản phẩm trung gian trong việc tổng hợp (-)-mentol, xuất phát từ mircen, với việc sử dụng các phức xúc tác quang học mới nhất trên cơ sở rhodi, được xem xét ở phần 3.2.1.

85

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Citronellal (9) có trong tinh dầu khuynh diệp (đến 85%), tinh dầu chanh và các loại tinh dầu khác, từ đó có thể tách được nó dưới dạng dẫn xuất bisulfua. Trong tinh dầu được gọi là khuynh diệp-chanh (Eucalyptus citriodora H.,) thành phần chính (đến 89%) là citronellal (9), đứng thứ hai về khối lượng là citronellol (10). Loại tinh dầu này có hương chanh tươi mát lẫn một chút tông balsam. Giá thành của tinh dầu citronell không cao (5 – 7 đô la Mỹ cho 1 kg), với hàm lượng chủ yếu là citronellal (đến 45%) và citronellol (tới 15%), geraniol và geranyl-axetat (với tổng số đến 33%) cho phép sử dụng nó dưới dạng chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các chất tẩy rửa tổng hợp, cũng như các sản phẩm hóa chất gia dụng khác. Từ tinh dầu này, có thể tách được các citronellal và geraniol tinh khiết. Bản thân tinh dầu được chiết từ thảo mộc Cymbopogon winterianus J. hay nardus R., được trồng chủ yếu ở Đài Loan, Việt Nam, Srilanca và một số nước Nam Á. Tinh dầu được tách ra khi cất cuốn hơi nước đạt hiệu suất khoảng 1%. Ứng dụng hương trị liệu của tinh dầu citronellol làm sảng khoái, tăng cường trương lực và có tác dụng kích thích tốt. Nó được chỉ định để điều trị các vết thương, cũng như khi bị ung nhọt và eczêma. Có ứng dụng thực tế rất quan trọng đối với ngành công nghiệp mỹ phẩm là các andehit chưa bão hòa (11, 12), các andehit này có mạch cacbon phân nhánh và có hương thơm thảo mộc.

2,2,5-Trimetylhex-4-en-1-al (11) và đồng đẳng của nó (12) được tổng hợp bằng phương pháp ngưng tụ 3-hidroxy-3-metylbut-1-en (13) với 2-metylpropanal (14) hoặc với andehit (15) (R1 = Et, R2 = n-Bu). Phản ứng được xúc tác bởi axít n-toluelsulfonic:

86

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Vẫn còn một hương liệu đại diện cho nhóm ankenal, chưa gặp trong tự nhiên - adoxal (18) là một hợp phần của hương liệu mỹ phẩm, bởi vì nó có mùi hương hoa dễ chịu và bền. Hợp chất (18) được tổng hợp qua 2 giai đoạn từ tetrahidro-psevdo-ionon (16) rồi sau đó được ngưng tụ theo phản ứng Darzen với etylcloroaxetat thành oxiran (17). Oxiran (17) bị chuyển hóa trong điều kiện phản ứng liên hoàn, thủy phân, decacboxyl và phản ứng mở vòng tạo thành andehit cần thiết.

2.3.3. Andehit với hai liên kết bội trở lên. Citral với hương chanh. Tinh dầu chemotype citral Hương thơm cơ bản của quả chanh được xác định bởi citral (3,7-dimetylacta-2,6dien-1-al). Dưới tên gọi “citral” có thể hiểu đó là hỗn hợp của hai đồng phân andehit thuộc họ monotecpenoit (C10) – trans-geranial với cis-neral (1). Hỗn hợp các chất thơm này (hoặc geranial tinh khiết) được sử dụng như phụ gia thực phẩm và hoặc thành phần của mỹ phẩm. Đã xác định được rằng, citral cũng có tác dụng diệt khuẩn và chống tăng huyết áp. Tổng sản lượng hàng năm của hợp chất này khá lớn - hơn 10 ngàn tấn, điều đó chỉ ra tầm quan trọng 87

Sách không bán – liên hệ [email protected]

của sản phẩm này trong công nghiệp mỹ phẩm và hương liệu. Citral có mặt với số lượng đáng kể trong tinh dầu sả chanh (đến 85%), tinh dầu chanh …, từ đó nó được tách ra dưới dạng tinh thể của sulfua hay là natri hidrosulfua, được tạo thành nhờ phản ứng cộng hợp nucleophin vào vị trí cacbonyl. Sản phẩm cộng hợp dạng bisulfua được nung nóng với dung dịch soda hay với NaOH cho phép dễ dàng tái tạo lại citral tinh khiết (tới 90% - dạng transisomer geranial, 1):

Số lượng đáng kể citral được điều chế bằng phương pháp oxy hóa dầu rau mùi. Khi ôxy hóa dầu rau mùi bằng natri bicromat trong môi trường có axít, hợp chất linalool có trong đó bị đồng phân hóa thành geraniol và sau đó bị dehidro hóa thành đồng phân citral, được phân tách từ tinh dầu đã oxy hóa dưới dạng dẫn xuất bisulfat:

Trong phương pháp công nghiệp khác, citral (1) được sản xuất bằng phương pháp oxy hóa hỗn hợp nerol và geraniol, các hợp chất được điều chế từ β-pinen (xem phần 2.2.4.1). Hỗn hợp này được ôxy hóa khi nung nóng ở pha khí trên xúc tác đồng, tạo thành hỗn hợp đồng phân hình học của citral. Theo một phương pháp công nghiệp khác, citral được tổng hợp theo sơ đồ dưới đây, xuất phát bằng phản ứng Princ giữa 2-metylpropen và fomandehit:

88

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3-Metylbuten-3-ol-1 (2) trong các quá trình đồng phân hóa với xúc tác axít chuyển hóa thành 3-metylbuten-2-ol-1 (3), và dẫn xuất này bị hidro hóa khi nung nóng trên xúc tác đồng ta được dẫn xuất butenal (4). Ở bước thứ 4, thực hiện quá trình axetal hóa andehit (4) bằng rượu (3), khi đó axetal (5) thu được sẽ bị phân hủy nhiệt tại một liên kết C – O. Trong quá trình này sẽ hình thành ête (6), dẫn xuất bị chuyển vị theo cơ chế Claisen thành andehit chưa bão hòa (7). Tại giai đoạn cuối cùng, xảy ra quá trình chuyển vị - tạo vòng điện tử theo Cope của andehit (7) (qua trạng thái trung gian A), kết quả cuối cùng của quá trình là một sản phẩm cần thiết (1), bền với tác động nhiệt. Citral được tách ở quy mô công nghiệp từ dầu thu được bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước những trái thuộc họ cây nguyệt quế (Litsea cubeba P.). Dầu chứa đến 81% citral (2/3 geranial) và có mùi hương chanh, điều đó cho phép sử dụng nó như là chất tạo 89

Sách không bán – liên hệ [email protected]

mùi cho xà phòng và các loại hàng hóa gia dụng khác. Một tấn dầu thơm này có giá trị vào khoảng 20.000 đô la và được sản xuất với khối lượng ngàn tấn mỗi năm tại Trung Quốc và In-đô-nê-xi-a. Sản lượng tinh dầu sả chanh (dầu cỏ chanh Cymbopogon flexuosus S.) thường vào khoảng hơn 2 nghìn tấn một năm (với trị giá 20.000 đôla/1 tấn). Nhu cầu lớn như vậy vì vitamin A có thể được sản xuất từ citral, có chứa đến 85% trong tinh dầu tự nhiên (về cơ bản là đồng phân E-geranial, còn đồng phân Z-neral chỉ có 3%).

Tinh dầu thu được trong quá trình cất cuốn hơi nước thảo mộc mới thu hoạch với hiệu suất đến 0,7%. Nó có mùi hương chanh mạnh và được sử dụng làm chất tạo mùi cho nhiều sản phẩm gia dụng. Loại tinh dầu này có tác dụng kháng khuẩn và được sử dụng trong ngành hương trị liệu để chữa các bệnh đường hô hấp. Đã có những công bố về hiệu quả khả quan trong điều trị các bệnh nấm da. Nhiều andehit thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng hay ngay cả các xeton với nhiều hơn hai mối liên kết bội và trong thành phần có từ 9 – 15 nguyên tử cacbon đều có hương thơm dễ chịu. Biết rằng, rễ của cây thủy xương bồ (Acorus calamus L.) đã được sử dụng từ thế kỷ thứ II trước công nguyên tại Ai Cập để xông hương trong các đền thờ. Chúng được dùng để sản xuất hương liệu và thuốc sáp bôi. Vào thời điểm đó vẫn còn chưa biết rằng những chất thơm chủ yếu trong rễ cây và trong tinh dầu thực vật thuộc họ thủy xương bồ là Z,Z-alkadienal C9 – C11 (8) với hàm lượng không lớn. Ngày nay, tinh dầu thực vật thủy xương bồ được bổ sung thêm với lượng rất nhỏ vào các loại rượu mùi, thuốc lá và hóa mỹ phẩm như nước hoa, eau de cologne và xà phòng, còn giá trị của nó trong hương trị liệu pháp là tác dụng an thần và nâng cao trương lực.

Từ linalool và metylpropanal tổng hợp được chất thơm ejenal (9) và phụ thuộc vào mối tương quan của đồng phân cis : trans mà hoạt chất này thể hiện mùi thơm của hoa hay lá xanh tươi: 90

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong số ít những xeton mang mùi thơm có ứng dụng quan trọng trong thực tế có thể kể đến geranylaxeton (10). Hợp chất này có mặt trong nhiều loại tinh dầu và hoa quả và có ý nghĩa rất thực tế với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và là cấu phần tạo hương thơm trong mỹ phẩm bởi nó có mùi thơm rất bền của lá xanh với chút tông của hương hoa hồng. Quá trình tổng hợp geranylaxeton (như một sản phẩm trung gian được xem xét ở phần 2.2.5).

Trong phần cuối, chúng ta hãy xem xét một trong những sơ đồ tổng hợp andehit thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng là sinesal, bao gồm 4 mối liên kết bội (các đồng phân 2Z và 2E-sinesal là chất tạo mùi hương trong trái cam). Trước tiên, theo phản ứng Manich và phản ứng Wittig thu được vinylxeton (11) và dienbromua (12). Bromua (12) sau đó được kết hợp với enolat (13) tạo thành trien xeton (14). Tiếp theo, tiến hành quá trình kéo dài mạch cacbon bằng phản ứng giữa xeton (14) với hợp chất Grignard (vinylmagie bromua). Rượu (15) nhận được bị brom hóa bằng photphotribromua. Khi đó, xảy ra quá trình dịch chuyển liên kết đôi và nguyên tử brom xuất hiện ở nhóm metilen. Giai đoạn tiếp theo là quá trình tạo muối bậc bốn (16), sau đó qua dẫn xuất ylide trung gian (17) dưới tác dụng của kiềm mạnh chuyển vị thành nitrilamin (18) (chuyển vị [3.2]-sigma). Thủy phân (18) trong môi trường rượu cho andehit (19). Tại giai đoạn cuối cùng, hợp chất (19) bị chuyển vị dưới 91

Sách không bán – liên hệ [email protected]

tác dụng nhiệt (1500C) khi có mặt K2CO3. Quá trình chuyển vị [3.3]-sigma xảy ra theo cơ chế Cope thông qua trạng thái bán vòng trung gian (19A): Me O

Me

1. CH2O/Me2NH; 2. Mel

Me

Me O

O OH, , -NMe3, -HI

Me3N

H2C (11)

I NaO

1. OH; 2. H+, -H2O; 3. Na

Me

Me

Me

Ph3P H 2C

H2C

CH2Br (12)

(13)

CH2

O

-NaBr

HO Me

BrMg

Me

Me Me

-MgBrOH

CH2 H2C

CH2

Me

H 2C

(14) 1. PBr3

CH2 CN

Br

tret-BuOK, -HBr

Me

Me

CH2

N CH2CN Me

-PBr2OH

CH2

N(Me)2

(16)

CH2

CH2

CHNH2

CN

Me

Me

Me (15)

Me

2. Me2N CH2

CHCH2Br -Ph3PO

CH2

Me

Me N(Me)2 CH2

H+/H2O

C

-NMe2,-CN

Me Me

O H

CH2

(18) Me Me

CHO

CHO Me

, K2CO3 CH2

Me

Me

CH2 (19A)

CH2

(20) hö¬ng liÖu sinesal

Butan-2,3-dion (dimetylglyoxal, diaxetyl, 23) được sử dụng trong công nghiệp sản xuất nước hoa, mỹ phẩm và thực phẩm. Hợp chất có mùi thơm bơ (nấu chảy). Diaxetyl (23) có trong bơ, mỡ bò và được tạo thành khi rang cà phê hay hút thuốc lá. Điều chế diaxetyl 92

Sách không bán – liên hệ [email protected]

(23) chủ yếu từ 2-butanon (21) có thể bằng quá trình oxim hóa và thủy phân oxim (22), hoặc oxy hóa trực tiếp butanon (21) trong điều kiện êm dịu. Một phương pháp lựa chọn khác là phản ứng cộng hợp nước vào diaxetilen (24) thành dixeton (23), hoặc còn có thể dehidro hóa hợp chất butan-2,3-diol (25) trên xúc tác đồng hoặc diôxít mangan. O

MeCH CMe NaNO2/HCl

H2O/H+

MeC CMe

2

O (21)

-NH2OH

NOH (22)

O2

MeC CMe

(21)

O (23) diacetyl

HgSO4/H2O/H2SO4

CH C C CH (24)

O

-H2 OH MeCH CHMe OH (25)

Ngoài ra, đã phát triển một phương pháp tổng hợp 3 giai đoạn hợp chất diaxetyl (23) trên cơ sở axeton và fomandehit. O Me2CO + CH2O

MeCCH

-H2O

(26)

O

O O

MeC CH (27)

H2O2

CH2

CH2

Me ZnCl2

O

C

C

Me

(23)

Bằng phản ứng ngưng tụ giữa axeton và fomandehit theo cơ chế aldol-croton tổng hợp được metylvinylxeton (26). Hợp chất này, sau đó, bị oxy hóa bằng H2O2 thành axetyloxiran (27), tiếp theo dễ dàng đồng phân hóa khi có mặt chất xúc tác kẽm clorua cho sản phẩm cuối cùng (23). 2.4. Dẫn xuất của các axít béo Các axít béo tự do không được sử dụng làm thành phần hương liệu vì mùi vị chua gay gắt của chúng. Nhưng các este của chúng lại có hương thơm hoa quả dễ chịu và vì vậy các dẫn xuất este này có được ứng dụng rộng rãi. Từ các dẫn xuất khác của axít béo chỉ tách được hai nitril (1) và (2) được sử dụng rất phần phổ biến làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng cũng như chất thành phần tạo mùi của mỹ phẩm. Các nitril của các axít không bão hòa – 3,7-dimetylocthen-6 (citronellonitril, 1) và 3,7-dimetylocthadien-2,6 (hỗn hợp đồng phân cis- và trans- geranonitril, 2) được sản xuất bằng phương pháp dehidro hóa các oxim 93

Sách không bán – liên hệ [email protected]

tương ứng của citronellal hoặc của citral. Ví dụ, nung nóng oxim (3) trong anhiđrit của axít axetic chúng ta thu được geranonitril (2):

2.4.1. Este của axít đơn chức với rượu đơn chức có số nguyên tử cacbon thấp mang mùi hương thơm hoa quả đặc trưng Este của axít và rượu phổ biến rộng rãi trong tự nhiên. Este của những axít đơn giản nhất là thành phần của nhiều loại tinh dầu thực vật và nhờ vào hương thơm hoa quả dễ chịu mà chúng được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm và thực phẩm. Mùi hương của các loại thực vật – của lá, hoa, quả, hạt, vỏ … thường được tạo nên bởi nhóm chất tạo hương (flavor). Trong thành phần của nhóm chất “tạo hương - flavor” này có thể có hàng chục, đôi khi hàng trăm hợp chất. Tuy nhiên, đôi khi một tông (tone) chủ yếu của hương thơm được xác định bởi một hoặc hai chất. Trong bảng 2.1 đã dẫn ra các ví dụ các este của các axít hữu cơ được sử dụng để sản xuất nước hoa, eau de cologne, nước vệ sinh, và làm chất tạo mùi cho xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm khác hoặc với vai trò là chất phụ gia thực phẩm để sản xuất đồ uống, nước hoa quả có ga, nước trái cây ép, caramen ... Một số ête dễ bay hơi được sử dụng như dung môi hữu cơ.

94

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Bảng 2.1 Các chất thơm (1-20) là este của axít và rượu đơn giản đơn chức No hợp chất

Công thức

Tên gọi

5 6 7 8 9 10 11

Fomiat HCOOMe1 Metylfomiat 1 HCOOEt Etylfomiat HCOOCH2CH2CHMe21 Isoamylfomiat HCOOCH2CH2CH=CHEt1,2 cis-hexen-3-yl-1- fomiat Axetat MeCOOEt1 Etylaxetat 1 MeCOOPr n-propylaxetat MeCOO(CH2)3Me1 n-butylaxetat 1 MeCOOCH2CHMe2 Isobutylaxetat 1 MeCOOCH2CH2CHMe2 Isoamylaxetat MeCOO(CH2)5Me1,2 n-hexylaxetat 1,2 MeCOOCH2CH2CH=CHEt cis-hexen-3-yl-1-axetat

12 13

Propionat MeCH2COO(CH2)3Me1,2 Butylpropionat MeCH2COOCH2CH2CHMe2 Isoamylpropionat

14 15 16 17 18 19 20

Butyrat MeCH2CH2COOMe1 Metylbutirat 1,2 MeCH2CH2COOEt Etylbutirat 1 MeCH2CH2COO(CH2)3Me n-Butylbutirat MeCH2CH2COOCH2CH2CHMe21 Isoamylbutirat3 Me2CHCOO(CH2)8Me2 n-nonylisobutirat Me2CHCH2COOPr1,2 n-propyl(3-metyl)butirat Me2CHCH2COOCH2CH2CHMe21,2 Isoamyl(3-metyl)butirat

1 2 3 4

Mùi hương

Trái cây, táo Trái cây Mận Trái cây Trái cây “ “ “ Trái cây, lê “ Trái cây, lá xanh Trái cây Bergamot, mơ, mận Táo Dứa Trái cây Mận, lê Hoa quả Trái cây Trái cây, táo

1

Phụ gia thực phẩm tạo mùi thơm Thành phần hương liệu mỹ phẩm trang điểm, nước hoa 3 Este 3-Metyl-1-butanol – chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các hóa chất tẩy rửa khác 2

Các este điều chế được chủ yếu bằng phương pháp este hóa – phản ứng giữa các axít với rượu trong điều kiện xúc tác axít (H2SO4, sulfocationit) theo sơ đồ sau:

95

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Phương pháp quan trọng khác tổng hợp các este (đối với các este khó có thể thu được bằng phản ứng este hóa trực tiếp) – là phản ứng este hóa lại, có sử dụng xúc tác kiềm. Ngoài ra, còn sử dụng các cách tiếp cận khác như: tác dụng lên rượu bằng các anhiđrit và bằng cloroanhiđrit của các hữu cơ (với sự có mặt của kiềm); tương tác giữa axít hữu cơ và các olephin (xúc tác axít với áp xuất cao); cacbonyl hóa các rượu khi có mặt olephin (xúc tác là coban- và rheni-cacbonyl). Các este thơm của axít metanoic (axít fomic) (1-4) được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và chất tạo hương vị cho thực phẩm. Các dẫn xuất này được điều chế bằng các phương pháp khác nhau, được chỉ ra dưới đây:

Các ankylaxetat (5-10) và ankylpropionat (12) và (13) được sản xuất với khối lượng lớn (khoảng 1 triệu tấn mỗi năm). Sản lượng lớn nhất trong số đó là etylaxetat (5) được tổng hợp bằng 3 cách – este hóa axít axetic bằng rượu hoặc bằng etilen và bằng tự oxy hóa khử (disproportionation) etanal. Trong trường hợp cuối cùng, phản ứng Tischischenko-Claisen xảy ra khi có mặt nhôm alcoholat. Dường như, trong phức chất trung gian giữa hai phần tử andehit với phân tử chất xúc tác có xảy ra sự chuyển dịch ion hydrua từ một phân tử etanal sang phân tử khác. Sau đó, nhóm axyl MeCO+ vừa tạo thành sẽ cộng hợp theo cơ chế nucleophil với anion EtO- vừa tách ra khỏi xúc tác nhôm, còn vị trí của nó trong xúc tác với nhôm bị chiếm bởi phần tử mới MeCH2O-, tạo thành từ nguyên tử etanal thứ hai: O MeCHO

MeC

Et

H

O

Al(OEt)3, 0oC

MeHC

AcOH + EtOH

H2SO4, 100oC

(5)

Al OEt O

-Al(OEt)3

OEt

H2SO4, 150oC, 77 atm (7,54 MPa)

96

AcOEt ( ) tinh dÇu chuèi

AcOH + H2C CH2

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Axetandehit ban đầu và axít axetic được tổng hợp trên cơ sở cộng hợp nước với axetilen hay ôxy hóa etilen:

HC CH

H2C CH2

H2O

MeCHO

, x/t

O2 x/t

MeCOOH

H2O/PdCl2/HCl/O2 120oC, 7 atm, (0,68 MPa)

Một lượng chủ yếu các axít etanoic, metanoic và propanoic (hai loại sau được tạo thành với tư cách là sản phẩm phụ) được điều chế bằng phương pháp ôxy hóa benzen:

Axít propanoic cũng được điều chế bằng phương pháp hidroxycacbonyl hóa ethen. Butylaxetat (7, 8), thường sử dụng để tạo ra các thành phần hương liệu và với vai trò là các phụ gia hương vị cho thực phẩm, được tổng hợp với hiệu suất cao trong hệ thống cột hoạt động liên tục khi nung nóng hỗn hợp AcOH/BuOH/H2SO4. Các este được phân tách bằng cách phương pháp chưng cất đẳng phí và được rửa bằng nước để loại bỏ rượu không phản ứng:

Trong quá trình tổng hợp chất làm thơm (9) có sử dụng 3-metyl-1-butanol (rượu isoamyloic, 21). Nó được tách từ dầu rượu tạp và tổng hợp theo các phương pháp công nghệ như: hidrocacbonyl hóa 2-metylpropen hoặc clo hóa 2-metylbutan và thủy phân hỗn hợp cloropentan và tiến hành tinh cất hỗn hợp rượu amyloic thu được:

97

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các este của axít butanoic với các rượu đơn giản (tạo các dẫn xuất butanoat, 14-17), có hương thơm hoa quả dễ chịu, được tổng hợp theo sơ dưới đây. Axít butanoic được sản xuất bằng phương pháp ôxy hóa n-butanol hoặc butanal, những hợp chất này lại được tổng hợp bằng các phản ứng hidroxycacbonyl hóa propylen hoặc bằng một số phương pháp khác: O

O CO/H2

Me

O2 H

O2

Me

OH

o

100 C, 10 atm (0,98 MPa), x/t MeCH CH2

Me

H2, x/t O

O Me

O

H2/Cu,

ROH

H

CH2OH

Me

Me OR

(14-17) butanoat

H 1. OH; 2. H+, -H2O

MeCHO

Trong công nghiệp hương liệu cũng sử dụng một loạt các este không có nguồn gốc tự nhiên, ví dụ như este được tổng hợp từ axít hexanoic và n-hexanol-1, dẫn xuất có mùi thảo mộc dễ chịu (tươi mát). 2.4.2. Geranyl-, Linalyl- và citronellylankaloat với các mùi hương hoa quả Trong số các hương liệu, về cơ bản là các este của axít hữu cơ với rượu thuộc dãy monotecpenoit (quá trình tổng hợp những rượu này đã được xem xét ở chương 2.2.4). Citronellylfomiat (1), -axetat (2) và –etyloxalat (3) được sử dụng làm thành phần hương liệu cũng như làm chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm.

Ankanoat geraniol - các hợp chất thiên nhiên (4-7), cũng đã được sử dụng để tạo làm thành phần hương liệu và đóng vai trò là các chất phụ gia thực phẩm tạo hương thơm.

98

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các đồng phân hình học của ankanoat (8-11) – là các este của linalool với các axít hữu cơ (có số C thấp), đã tìm được sự ứng dụng với vai trò là các chất tạo mùi thơm cho xà phòng, mỹ phẩm và hương liệu. Fomiat (8) và axetat (9) tạo thực phẩm có mùi thơm của hoa quả và của rau mùi. Chúng có trong nhiều loại tinh dầu dạng linalyl chemotype. Dưới đây xem xét một số hợp chất thuộc nhóm này:

O

Me

( ) R = H, linalylfomiat (mï i tr¸ i c©y) ( ) R = Me, linalylaxetat (mï i hoa linh lan vµ rau mï i) ( ) R = Et, linalylpropionat (mï i hö¬ng linh lan vµ chanh xanh (bergamote)) ( ) R = i-Bu, linalylisobutirat (hö¬ng tr¸ i c©y)

O C R

Me

Me

(8-11) linalylankanoat

Tinh dầu đan sâm-nhục đầu khấu có chứa đựng đến 73% linolylaxetat (9). Nó được tổng hợp bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước cụm hoa (Salva sclarea L.) và được sử dụng trong ngành công nghiệp hương liệu và hương trị liệu. Hợp chất này có tác dụng làm giảm huyết áp, giảm căng thẳng thần kinh, ngăn ngừa rụng tóc. Tinh dầu có mùi thơm đặc trưng dễ chịu nhờ sự có mặt của axetat (9) và linalool (đến 17%) và còn tông mùi long diên hương là do lượng vết ambroxide (12) có trong đó.

Trong tinh dầu hồi (Pettigrain) hàm lượng linalylaxetat đạt đến 62%. Tinh dầu này được tổng hợp bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ lá và cành của cây cam đắng 99

Sách không bán – liên hệ [email protected]

(Citrus aurantium L. amara). Nước cung cấp chủ yếu loại tinh dầu này là Pa-ra-goay. Tinh dầu có mùi hương linh lan rất mạnh. Nó được cấu thành từ một số lượng lớn các chất thành phần (hơn 400 chất). Mùi thơm của nó được hình thành chủ yếu là do linalool (đến 34%) và dẫn xuất axetat của nó, cũng như geraniol với nerol và dẫn xuất axetat của chúng với tổng khối lượng lên tới 10%. Tinh dầu pettigrain thể hiện các tác dụng tích cực đối với tình trạng mất ngủ và trạng thái căng thẳng vì vậy nó được sử dụng rộng rãi vào các mục đích hương trị liệu. Trong tinh dầu hoa oải hương (lavender) có tới 38% (-)linalool, còn dẫn xuất axetat của nó đến 48% (phần còn lại thuộc về 300 các hợp chất thành phần khác). Các tính chất về hương trị liệu của tinh dầu được thể hiện thông qua khả năng giảm huyết áp, làm lành vết thương, chữa đau dạ dày và viêm da, giảm stress. Tác dụng chữa bệnh và ứng dụng xông hương của tinh dầu này đã được biết đến từ rất lâu ở các quốc gia Địa Trung Hải từ hơn 2,5 nghìn năm. Tinh dầu oải hương chủ yếu được tách ra với hiệu suất đến 1% bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ hoa Lanvandula vera. Giá trị của nó trên thị trường hương liệu là 50 đôla cho 1kg. Theo thành phần hóa học, gần với loại tinh dầu oải hương là tinh dầu được tách ra từ cây Lavandula hybrid R bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước với khối lượng hơn 1 nghìn tấn mỗi năm. Loại tinh dầu này có chứa lượng camphor (tới 12%) và 1,8-cineol (13), được ứng dụng làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng tắm, mỹ phẩm, các chất tẩy rửa tổng hợp và sản phẩm hóa học gia dụng khác. Trong các khóa điều trị theo hương trị liệu, tinh dầu này có tác dụng bình thường hóa các hoạt động của tim, có tác dụng kháng khuẩn khi viêm phế quản, viêm tai, họng, mũi và khi bị hen suyễn; làm dịu các cơn đau khớp, đau cơ và đau răng; kích thích miễn dịch.

Từ vỏ các loại cây thuộc họ cây cam quýt dạng Cytrus bergarma, đã tách ép được tinh dầu bergamot (cam hương, bưởi chum) có giá trị trong công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm và trong hương trị liệu (chữa lành vết thương, viêm da, giảm trạng thái căng 100

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thẳng).Trong tinh dầu có chứa hơn 170 chất; về cơ bản là linalool (đến 15%) và dạng axetat của nó (đến 49%), limonen (14), γ-tecpinen (15) và β-pinen (16). Đã biết rằng, phần lớn các loại hương liệu có chứa tinh dầu bergamot, cho chúng ta nước hoa, lotion, và eau de cologne với một tông mùi cam quýt tươi mát đặc trưng.

Từ những este của các rượu thuộc nhóm sesqui-tecpen chỉ có duy nhất axetat farnesole (17) là có sự ứng dụng làm hương liệu trong công nghiệp mỹ phẩm. Nó được tổng hợp bằng phương pháp axetyl hóa chính bản thân farnesole hoặc bằng phản ứng chuyển vị khi nung nóng nerolidole trong môi trường axít axetic, đã trình bày ở phần 2.2.5.

Axetat farnesole có mùi hương hoa linh lan, ngoài ra còn thể hiện đặc tính định hương và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nước hoa và eau de cologne. 2.4.3. Este của các axít hữu cơ (có số nguyên tử cacbon lớn) với mùi hương thảo mộc và linh lan Thuộc về nhóm chất này chỉ có 3 hương liệu có cấu trúc là các este của axít hữu cơ với mạch cacbon gồm nhiều nguyên tử thuộc dãy parafin, etilen và axetilen. Cụ thể, este của axít heptanoic với rượu allyl có mùi thơm hoa quả nhẹ nhàng, còn este của axít n-nonenoic2 với metanol (2) – có mùi hương thảo mộc và hoa viola (chi hoa tím). Ester (2) được tổng hợp từ heptanal (1) và axít malonoic theo sơ đồ sau:

101

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Este (4) khi bị pha loãng sẽ có mùi thơm của lá xanh tươi. Este n-octinoic-2 được sản xuất từ 1-heptin (3), dẫn xuất natri của este này được xử lý với CO2; tiếp theo este hóa axít thu được bằng metanol:

Este (4) làm chất phụ tạo thêm hương thơm cho các sản phẩm hương liệu và kẹo cao su.

102

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Chương 3 Tổng hợp các dẫn xuất thơm của dãy vòng no – alixiclic Các dẫn xuất vòng 3 cạnh hiện giờ vẫn chưa tìm được ứng dụng trong công nghiệp hương liệu. Từ các vòng 4 cạnh – xicloankan, được ứng dụng trong sản xuất hương liệu chỉ có perfloxiclobutan, với vai trò là propellent rất hiệu quả.

Từ những dẫn xuất vòng nhỏ, chỉ có những chất thuộc nhóm xiclopentan là có hương thơm dễ chịu. Những hương thơm dễ chịu thường được cho là do sự có mặt của nhóm xeton trong vòng, của các mối liên kết đôi ở trong vòng và cũng do bản chất của các nhóm thế (các nhóm rượu hay este). 3.1. Các dẫn xuất của xiclopentan 3.1.1. Xiclopentanon mang mùi hương hoa nhài Những hợp chất (1, 2) có đặc điểm giống nhau về mặt cấu tạo thường có mùi hương hoa nhài với các sắc thái (tông) khác nhau. Các xiclopentanon bão hòa (1, 2) với mùi hương có tông hoa quả và được ứng dụng trong công nghiệp hương liệu.

Quá trình tổng hợp 2-ankylxiclopentanon (1, 2) được thực hiện theo 2 con đường. Trong trường hợp thứ nhất xiclopentanon (3) bị ankyl hóa bằng các anken (4) theo cơ chế gốc tự do. Trong phương pháp khác xeton (3) tương tác với các andehit (5) theo cơ chế trùng ngưng croton, và sản phẩm trung gian 2-ankylidenxiclopentanon tạo thành được tách ra và tiếp tục hidro hóa có chọn lọc mối liên kết C = C:

103

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Thành phần tạo mùi thơm của một số mỹ phầm là metyl[2-(3-oxo-2-npentylxiclopentyl)]etanoat (9), hợp chất này mang mùi hương hoa nhài. Đây là hợp chất thiên nhiên được tìm thấy trong trà. Quá trình tổng hợp gedion (9) trải qua 3 giai đoạn bao gồm ankyl hóa theo phản ứng Michael dẫn xuất xiclopenten (6) bằng malonat (7) thành este (8). Những phản ứng tiếp theo gồm thủy phân dieste (8), monodecacboxyl hóa và este hóa sản phẩm trung gian cho chúng ta sản phẩm thơm cần thiết (9).

Cần phải ghi nhận rằng trong tinh dầu của hoa nhài có chứa một lượng không lớn metyljasmonat (10). 3.1.2. Xiclopenten với mùi thơm đàn hương (bạch đàn) Một số hợp chất thơm (3-6) có thành phần cấu tạo giống nhau với nhân 1,1,2trimetyl-xiclopenten-2 mang mùi thơm bạch đàn mạnh, mức độ của nó được xác định bởi cấu trúc mạch nhánh ankanol tại C-5. Chúng được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng, các chất mỹ phẩm và tẩy rửa, cũng như trong các sản phẩm khác. Các hợp chất (3-6) được tổng hợp bằng phương pháp ngưng tụ aldol-croton trên cơ sở andehit vòng (campholen) (1) với propanal, n-butanal hay 2-butanon:

104

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong số các dẫn xuất của xiclopenten, este (10) 2-axetoxymetyl-1-metyl-3-(propen1-yl-2)xiclopenten-1đã có ứng dụng trong thực tế làm hương liệu. Nó đem đến cho một loạt các hỗn hợp hương liệu trong mỹ phẩm các mùi thơm của hoa với tông hương thơm của họ cây rẻ quạt. Dẫn xuất này được tổng hợp qua 3 giai đoạn từ dehidrolinalool (7), chất này khi được nung nóng đến 1900C chuyển hóa thành 2-metilenxiclopentan-1-ol (8). Rượu (8) sau đó đồng phân hóa dưới tác dụng nhiệt với sự có mặt của (NH4)2 MoO4 thành 2hidroxymetylxiclopenten-1 (9). Axetyl hóa (9) bằng axít axetic thu được este thơm (10):

105

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3.1.3. Xiclopentenon với hương thơm hoa nhài. Jasmon Khi đưa vào nhân xiclopentenon liên kết đôi, tức là chuyển từ dẫn xuất xiclopentanon (xem phần 3.11) sang xiclopentenon đã đem đến mùi hương nhài đặc trưng cho những chất đại diện đó, ví dụ, cho các hợp chất tổng hợp (1, 2). Điều này cho phép mở rộng giới hạn sử dụng các hợp chất thơm, không chỉ như các chất thành phần trong hỗn hợp hương liệu cho mỹ phẩm trang điểm, mà còn sử dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm, chất tạo mùi cho xà phòng, các hóa chất tẩy rửa tổng hợp và sản phẩm hóa học gia dụng. Đưa thêm một liên kết bội C=C nữa - lần này vào nhóm thế (nhưng chỉ với đồng phân cis-) đã làm tăng thêm hương hoa nhài và góp phần tăng đáng kể giá trị của hương liệu. Do vậy, hợp chất có tên gọi cis-jasmon (3) được ứng dụng chỉ để sản xuất những loại nước hoa đắt tiền (sản phẩm tổng hợp trans-isomer có hương thơm rất yếu). cis-Jasmon được tách ra từ tinh dầu hoa nhài. Một số lượng không lớn của nó có trong tinh dầu cam.

cis-Jasmon thường thường được thay thế bằng các chất tổng hợp rẻ tiền hơn là dihidrojasmon (1, 2), tuy nhiên chúng không có được hương thơm tinh túy của hoa nhài tự nhiên. “Dihidrojasmon” (2-hexyl-2-xiclopenten-2-ol-1, (1)) được tổng hợp bằng quá trình đóng vòng γ-undecalacton (4) khi nung nóng trong axít photphoric. Xeton (1) có thể được tổng hợp bằng phương pháp trùng ngưng đóng vòng các axít chưa bão hòa (5):

106

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dihidrojasmon được người ta tổng hợp từ undecan-2, 5-dion (6) bằng quá trình đóng vòng nội phân tử dạng aldol-croton với xúc tác là dung dịch kiềm:

Dixeton (6) được tổng hợp bằng phản ứng cộng hợp heptanal (9) với nhóm vinyl của xeton (11). Để phản ứng xảy ra theo cơ chế Michael và không phải là aldol hóa cần tiến hành phản ứng với sự có mặt của các muối thiazolium (7). Các muối này dưới tác dụng của trimetylamin chuyển hóa thành hệ liên hợp (8), khi được kết nối với nhóm cacbonyl của heptanal (9) sẽ bảo vệ được nhóm andehit. Việc chuyển hóa nhóm chức andehit cho phép dẫn xuất (10) vừa được tạo ra có thể kết nối với (11) theo Michael và cho sản phẩm trung gian carbanion (12) - là tiền chất trực tiếp của dixeton (6).

cis-Jasmon (3) được tổng hợp trong điều kiện có chất xúc tác chuyển pha khi bị ankyl hóa bằng metylxiclopenten-2-on-1 nhờ vào 1-cloro-cis-penten-2

107

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3.2. Tổng hợp các dẫn xuất của xiclohexan 3.2.1. Các dẫn xuất ankyl của xiclohexan. Dẫn xuất xiclohexanol. Mentol. Tinh dầu bạc hà. Một số các dẫn xuất ankyl của xiclohexan đã được ứng dụng làm hương liệu và thành phần tạo hương thơm của mỹ phẩm. Cụ thể như, theminol (5) và victol (6) là các hương liệu tổng hợp được sử dụng trong xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp, làm hương liệu nước hoa nhờ mùi xạ hương của chúng với các tông mùi bạch đàn và rẻ quạt. Cả hai xiclohexylankanol (5, 6) được tổng hợp từ citral (1) bằng phản ứng trùng ngưng croton với metyletyl- và metylisobutylxeton (2) tương ứng. Dẫn xuất enon trung gian (3) sau đó được đóng vòng trong sự có mặt của axít photphoric và ankylionon (4) vừa được tạo thành bị hidro hóa hoàn toàn. Me

Me O CHO

+

Me

C CH2R (2)

OH , R

Me Me (1) citral

Me

Me

H+

O

(3) Me

Me H2/Ni Me

Me

R

Me

O

Me

R OH

(5, 6)

(4) ankylionon

( ) R = Me, theminol (mï i x¹ hö¬ng ví i t«ng mï i b¹ ch ®µn) ( ) R = 2-Pr, victol (mï i gç-x¹ hö¬ng ví i t«ng mï i rÎ qu¹ t)

Arnilate (10) là thành phần của hương liệu – với mùi hương đặc trưng của các cây họ lá kim. Dẫn xuất axetat của hidroxymetylxiclohexan được điều chế theo phản ứng đóng vòng [4 + 2] của 2-metylpropenal (7) với hexan-2,4-dien (8). Fomylxiclohexen (9) vừa tạo thành bị hidro hóa trên xúc tác niken, còn sản phẩm trung gian hidroxymetylhexan bị axetyl hóa bằng anhiđrit axetic:

108

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cuối cùng, dẫn xuất thế fomyl của ankenylxiclohexan (13), với mùi hương của hoa, được tổng hợp trên cơ sở mircen (11) qua quá trình hidro hóa có chọn lọc mircenal (12) (xem phần 3.2.3.4).

Các dẫn xuất của xiclohexenol tạo thành nhóm các hợp chất thơm có ứng dụng quan trọng trong thực tiễn. Một trong những hợp chất tạo mùi thơm quan trọng cho mỹ phẩm và dược phẩm là mentol (14). Nó được sử dụng rộng rãi trong các loại hóa mỹ phẩm để chăm sóc vòm miệng (trong thuốc đánh răng, trong rượu thuốc, nước súc miệng, trong kẹo cao su…) bởi nó đem lại hơi thở thơm tho với mùi hương bạc hà dễ chịu, giảm mùi hôi khó chịu. Hợp chất này được bổ sung thêm cho crem và thuốc mỡ dùng trong và sau khi cạo râu, bởi vì mentol làm giảm tính nhậy cảm của các đầu dây thần kinh. Nó cũng còn được sử dụng để tạo mùi thơm cho thuốc lá và các thực phẩm khác. Trong y học, mentol được biết đến như là một chất giảm đau ngoài da và diệt khuẩn (khi bị các bệnh viêm đường hô hấp trên). Bên cạnh đó, nó còn được sử dụng như là thành phần chống co thắt khi bị đau co thắt ngực trong dược phẩm validon là hỗn hợp của 25% mentol với 75% este của axít isovaleric và rượu metanol. Một điều thú vị là việc sức thơm các phòng thi bằng mentol, có thể có giúp những thí sinh huy động tốt các khả năng về trí tuệ và có ảnh hưởng tới mức độ điểm số của sinh viên. Bản thân methol đó là 2-hidroxy-1-isopropyl-4-metyl-xiclohexan, trong đó tất cả các nhóm thế đều nằm ở vị trí equatorial. Chính là dẫn xuất này có hương thơm bạc hà tinh khiết nhất và đem lại tác dụng mát lạnh nhất so với các đồng phân hình học khác. Bên cạnh đó, xác định rằng trong (-)-enantiomer những đặc tính này được thể hiện ở mức độ lớn hơn. Những nghiên cứu tương tự, cho thấy rằng những đồng phân đối quang có sự khác biệt không chỉ ở đặc tính quay mặt phẳng phân cực ánh sáng.

109

Sách không bán – liên hệ [email protected]

(-)-Mentol tự nhiên được tách với quy mô công nghiệp từ lá khô của cây bạc hà (một loại rau thơm) (Mentha piperita) bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước (hiệu suất khoảng 2%). Khi làm lạnh đến -50C, mentol chuyển thành tinh thể và được tách ly tâm. Trong những tinh dầu này, mentol tồn tại ở dạng tự do, cũng như dưới dạng liên kết (chủ yếu là dẫn xuất este). Vì thế để nâng cao hàm lượng mentol đã tiến hành quá trình thủy phân trong môi trường kiềm/rượu tinh dầu này. Sau đó tiến hành chưng cất loại rượu, thêm nước và tiến hành chiết lấy mentol bằng ête. Sau khi làm bay hơi dung môi trong dịch chiết đã được làm khô, phần còn lại được xử lý với axít boric để tạo liên kết với mentol dưới dạng borat không bay hơi, còn tất cả các sản phẩm phụ dễ bay hơi (tới 30% khối lượng tinh dầu) được loại bỏ bằng chưng cất dưới áp suất thấp.

Hình 3.1. Sơ đồ phân lập mentol Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ tinh vi, mentol được điều chế từ các dạng nguyên liệu khác nhau. Một trong những phương pháp tổng hợp mentol dưới dạng raxemat, dựa trên cơ sở cho quá trình gồm 2 giai đoạn: ankyl hóa meta-cresole (16) bằng 2cloropropan theo cơ chế electrophin trong sự có mặt của axít Lewis. Nhóm isopropyl, về cơ bản, sẽ thay thế nguyên tử hidro tại vị trí opto- do hiệu ứng không gian. Isomer này sau đó bị hidro hóa dưới áp suất cao, nhiệt độ cao, trên xúc tác niken sẽ cho chúng ta hỗn hợp diastereomer của mentol. Bằng phản ứng ête hóa mentol ta thu được một chất tạo hương thơm khác - mentylaxetat (15): 110

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hương thơm quả và bạc hà của mentylaxetat đã thu hút được sự chú ý của các nhà nghiên cứu tổng hợp hương liệu cho mỹ phẩm và thực phẩm. Hợp chất này có chứa trong tinh dầu bạc hà. Trong 2 phương pháp khác tổng hợp mentol có sử dụng những quá trình chuyển hóa của các hợp chất tự nhiên như (+)-citronellal (18) và (-)-piperiton (20). Thứ nhất, tiến hành đóng vòng (18) thành isopulegol (19), cũng như piperiton (20) bị hidro hóa với xúc tác Ni thành hỗn hợp diastrereomer của mentol (14). Sau đó, từ các hỗn hợp này, mentol (14) được tách ra bằng phương pháp phân tách quang học. Isopulegol (19) tự bản thân nó cũng có giá trị như là một thành phần đem lại cho các thực phẩm và mỹ phẩm mùi hương bạc hà. Piperiton (20) được tách ra từ tinh dầu bạch đàn dưới dạng (-)-enanthiomer.

Quá trình sản xuất mentol xuất phát từ hợp chất thiên nhiên (+)-3-caren (3,7,7trimetylbixiclo[4.1.0]hepten-2, (21)) đã được nghiên cứu kỹ. 3-Caren được tách ra từ tinh dầu thông hoặc của các loại cây lá kim. Dưới tác dụng của axít hay TiO2 3-caren (21) sẽ đồng phân hóa thành 2-caren (22), sau đó khi nung nóng sẽ bị mở vòng tạo thành xiclohexen (23):

111

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dưới tác dụng của xúc tác axít, quá trình đồng phân hóa tiếp tục tạo thành dẫn xuất dien liên hợp (24). Hợp chất (24) được hidro hóa thành monoen (25) và được chuyển hóa tiếp thành oxiran (26) bằng tác dụng của peroxy axít. Phân hủy vòng oxiran dưới tác dụng của axít sẽ tạo thành (27), khử hợp chất này chúng ta có mentol (14). Dễ dàng tách hỗn hợp raxemat mentol dưới dạng (±) mentylbenzoat, khi sử dụng (+)- hay (–)- metylbenzoat. Vào đầu những năm 1990, trong công nghiệp đã sử dụng phương pháp tổng hợp bất đối xứng (sử dụng xúc tác) đã điều chế thành công (–)-mentol (14) trên cơ sở chuyển hóa mircena (11) dưới tác dụng của dietylamin (28) thành geranylamin (29), tiếp đó xảy ra quá trình đồng phân hóa bất đối xứng thành đồng phân (R) (32). Quá trình đồng phân hóa – chuyển vị 1,3-prototrop được kiểm soát bới chất xúc tác (S)-BINAP – phức chất của rhodi (30). [2.2’-Bis(diphenylphotphino)-1,1’-binaphthyl]bis-(hidrofuran)rhodi (30) chuyển tính chất chiral (bất đối xứng) của nó cho nguyên tử nitơ thông qua kim loại chuyển tiếp trong phức chất trung gian (31). Đã chứng minh rằng, 4 gốc phenyl thúc đẩy tính bất đối của trung tâm phối trí. Enamin bất đối (32) được tổng hợp dưới dạng đồng phân quang học có độ tinh khiết cao. Khi thủy phân, nó chuyển thành R-citronellal (18) tinh khiết. Hợp chất (18) lại bị đóng vòng và, dưới xúc tác axít Lewis chuyển hóa thành sản phẩm (33), dẫn xuất vừa tạo thành bị hidro hóa trên xúc tác niken và cho sản phẩm (-) - mentol (14). Tổng sản lượng (-)mentol của toàn thế giới vào khoảng hơn 6 nghìn tấn một năm.

112

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cần biết rằng, quá trình hợp nước với (R)-citronellal (18) cho phép nhận được số lượng đáng kể 7-hidroxycitronellal (34), có mùi thơm của hoa linh lan và được ứng dụng rộng rãi làm hương liệu (xem phần 2.3.2). Đồng phân mentol (14) và các dẫn xuất axetat (15) có trong tinh dầu bạc hà với hàm lượng lên đến 76% (ứng với tỷ lệ 2,5 : 1). Những thành phần quan trọng khác trong tinh dầu này là mentol (27) và cineol (35):

113

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Tinh dầu bạc hà được sản xuất trên thế giới với khối lượng gần 10 nghìn tấn 1 năm. Trong số đó, ngoài tinh dầu bạc hà thông thường (Mentha piperita L.), còn sử dụng tinh dầu từ cây bạc hà lục (Mentha spicata), cây bạc hà Nhật Bản (Mentha arvensis) và bạc hà hăng (Mentha pulegium). Tinh dầu bạc hà Nhật Bản về thành phần định tính ít khác biệt so với tinh dầu bạc hà Mentha piperita L. Nồng độ của mentol trong đó đạt 83% và nó có mùi bạc hà mạnh hơn (khó chịu hơn) so với hương bạc hà tinh khiết từ cây Mentha piperita L. Trong khi đó tinh dầu bạc hà lục có dạng chemotype khác - trong đó các thành phần cơ bản là (-)carvon (36) - đến 60% và limonen (37) – đến 15%, còn riêng đối với mentol và menton chỉ là 5 – 10%. Tinh dầu này có mùi hương hồi-bạc hà. Trong tinh dầu của bạc hà hăng (Mentha pulegium) có đến 80% khối lượng là pulegon (38), đến 30% - là menton (27) và chỉ có 9% là chính mentol. Nó có mùi thơm của cỏ-bạc hà.

Tinh dầu bạc hà được sử dụng như chất tạo mùi thơm cho thực phẩm (ví dụ trong đồ uống, bánh kẹo, kẹo cao su), chất tạo hương thơm trong kem đánh răng và các sản phẩm gia dụng khác. Tác dụng chữa trị của bạc hà đã được biết đến từ 3 nghìn năm trước ở Ai Cập cổ đại. Trong hương trị liệu, tinh dầu bạc hà (Mentha piperita L.) đã được dùng để điều trị các bệnh cảm lạnh, viêm đường hô hấp trên, cúm, mệt mỏi, đau đầu một cách hiệu quả. Tinh dầu bạc hà lục được khuyên dùng khi bị viêm đường hô hấp, viêm niêm mạc và khi bị các cơn đau khớp. Tinh dầu của bạc hà hăng Mentha pulegium có tác dụng chống cảm lạnh, 114

Sách không bán – liên hệ [email protected]

chống viêm và giảm đau. Tất cả các tinh dầu bạc hà đều cho thấy tác dụng khi có vấn đề với dạ dày và tá tràng (khi bị co thắt, viêm ruột kết, táo bón, buồn nôn và vv…). Các hợp chất này có tác dụng giãn động mạch vành tim, các mạch máu não và rất hữu ích khi bị tăng nhịp tim, đau thắt ngực và co thắt mạch máu não. Tinh dầu bạc hà nâng cao khả năng miễn dịch, giúp điều trị bệnh mất ngủ và tính nhậy cảm cao với thời tiết. Trong xà phòng, các chất tẩy rửa và các sản phẩm hóa học gia dụng khác thường có thêm 2-tret- và 4-tret-butylxiclohexylaxetat (39, 40). Hợp chất (39) có mùi phức tạp bao gồm cả mùi gỗ, mùi quả với chút cam quýt. Chất (40) có mùi thơm của hoa.

Tổng hợp xicloaxetat (40) thơm bằng phương pháp hidro hóa phenol (41) trên chất xúc tác niken hay rhodi, chúng đảm bảo việc làm giàu hỗn hợp đồng phân hình học, tương ứng với đồng phân dạng trans- hay cis-.

Đồng phân dạng cis- có mùi thơm dễ cảm nhận và nhẹ nhàng hơn, hàm lượng của nó trong hỗn hợp có thể tăng lên nếu đun nóng với sự có mặt của chất kiềm. Vẫn còn hai este (45, 46) của dãy xiclohexanol được sử dụng trong sản xuất hương liệu nhờ mùi hương gỗ đặc trưng với các tông mùi dễ chịu khác nhau. Các ankanoat (45, 46) được điều chế bằng phương pháp O-axyl hóa xiclohexanol (44) bởi anhiđrit. Tổng hợp rượu (44) nhờ phản ứng ankyl hóa para-metylphenol bởi rượu pinacolol (42) hay symmtetrametyletilen với sự có mặt của axít Lewis (trong trường hợp rượu xảy ra sự dịch chuyển một nhóm metyl). Ankylat (43) sau đó bị hidro hóa trên xúc tác niken:

115

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3.2.2. Xiclohexanon. Menton Trong số các dẫn xuất của xiclohexanon thì được biết đến nhiều nhất là chất tạo mùi thơm - menton (đồng phân trans, 1), có trong cây bạc hà Mentha piperita (trong tinh dầu có đến 30% (-)-đồng phân đối quang, xem phần 3.2.1). Hợp chất này được sử dụng rộng rãi trong kem đánh răng và các loại dầu bôi. Menton được tổng hợp nhờ quá trình oxy hóa khử mentol (2) bằng diôxít mangan hay đun nóng trên xúc tác đồng ở nhiệt độ 150 – 2000C (ở nhiệt độ 3000C nó chuyển hóa thành thimol):

Phương pháp cơ bản để tổng hợp menton từ 3-caren đã được đề cập ở phần trước (xem phần 3.2.1, sơ đồ tổng hợp mentol). Hợp chất này cũng được tổng hợp bằng phương pháp hidro hóa chọn lọc pulegon (3) hay piperiton (4). Bản thân các hợp chất (3, 4) cũng có mùi thơm long não và bạc hà. Chúng được tách ra từ các loại tinh dầu (bạc hà Mentha piperita, khuynh diệp …) và được sử dụng chủ yếu làm thành phần hương liệu của các loại mỹ phẩm.

116

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Nên nhớ rằng, oxim của isomenton (5) được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng, trong phân tử (5) nhóm metyl nằm ở vị trí axial (đồng phân cis-) Khi tổng hợp một loạt các tinh dầu nhân tạo và các chất thơm thành phần khác có sử dụng 2 đồng phân theo nhóm thế ankyl - dẫn xuất xiclohexanon – irilon (8) và vetinon (9). Sự thay đổi vị trí tương đối của các nhóm ankyl so với nhóm oxo sẽ ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính của hương thơm. Cụ thể, irilon (8) sẽ có mùi thơm xạ hương - rẻ quạt, còn vetinon (9) có mùi thơm của gỗ. Cả hai chất thơm (8, 9) được tổng hợp theo cùng một sơ đồ giống nhau. Đầu tiên, cresol tương ứng được ankyl hóa bằng 3,3-dimetylbutanol-2 (rượu pinacolol, 6). Sau khi tách từ ankylat sản phẩm đồng phân cần thiết (đối với tổng hợp irilon - đó là phenol, 7), nó bị hidro hóa có xúc tác thành dẫn xuất xiclohexanol, rồi sau đó bị dehidro hóa khi đun nóng với sự có mặt của đồng thành sản phẩm cần thiết (tổng hợp xiclohexanol trung gian - vetinol đã được mô tả ở phần 3.2.1):

117

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3.2.3. Xiclohexen 3.2.3.1. Dẫn xuất ankenyl của xiclohexen. Limonen. Tinh dầu limonen chemotype Nổi tiếng nhất trong nhóm này của các hidrocacbon thuộc về đồng đẳng limonen (1), có hương chanh dễ chịu và tìm được ứng dụng với vai trò là chất thành phần trong nhiều sản phẩm hương liệu và hàng hóa thực phẩm, xà phòng ... Trong tinh dầu tự nhiên có tồn tại cả (-)-enathiomer (trong các loại cây lá kim), cũng như (+)-limonen (trong chanh, cam và cây hồi hương). Hỗn hợp raxemat của limonen đôi khi được gọi là dipenten cũng được gặp trong các tinh dầu tự nhiên. Nguồn nguyên liệu cơ bản để sản xuất limonen là tinh dầu thực vật. Dipenten được tổng hợp từ α-pinen (2), nếu đồng phân hóa sẽ cho dipenten khi nung nóng đến nhiệt độ không quá 3000C. Pinen (2) được tổng hợp với số lượng lớn trong công nghiệp từ tinh dầu và nhựa thông:

Hàm lượng (+)-limonen (1) trong tinh dầu chanh (từ vỏ quả của cây chanh Citrus limon B.) đạt đến 90%. Loại tinh dầu này có thể thu được bằng phương pháp chưng cất với hơi nước từ đầu từ thế kỷ XVI. Tuy nhiên, những tinh dầu có chất lượng tốt nhất lại được sản xuất bằng phương pháp nén ép tại nhiệt độ thấp. Quy mô công nghiệp của quá trình sản xuất tinh dầu chanh vượt 2,5 nghìn tấn một năm. Ngoài limonen, trong thành phần tinh dầu chanh còn có β-pinen (3, tới 14%), γ-tecpinen (4, tới 10%) và citral (5, đến 5%):

Tinh dầu chanh được bổ sung vào nước hoa, lotion, eau de cologne, cream mỹ phẩm (không quá 10%, bởi vì nó có thể gây ra tác dụng phụ lên da: phototoxic). Lượng chủ yếu 118

Sách không bán – liên hệ [email protected]

của hợp chất này được tiêu dùng (theo trị giá khoảng 20.000 đôla/tấn) cho công nghiệp thực phẩm. Tinh dầu chanh được ứng dụng trong hương trị liệu nhằm nâng cao tính miễn dịch, giảm huyết áp, bình thường hóa hoạt động của tim và của trao đổi chất. Hoạt tích chống nhiễm khuẩn của nó cũng được sử dụng khi bị cảm lạnh, cúm, sổ mũi và viêm phổi. Tinh dầu chanh có tác dụng chống co cứng trên các mạch máu não. Tinh dầu này còn sử dụng khi bị rối loạn tiêu hóa. Nó rất có lợi cho phòng ngừa và chữa trị vi rút viêm gan B,sởi , quai bị. Tinh dầu chanh cũng nâng cao khả năng làm việc và sức chịu đựng mệt mỏi. (+)-Limonen có (đến 64%) trong thành phần của tinh dầu chanh xanh (lime), thu được từ trái cây họ Citrus aurantifolia bằng cách ép tạo nước quả (nước quả chanh xanh được sử dụng trong các đồ uống không có cồn nhãn hiệu Schweppes). Tinh dầu này được sản xuất như một sản phẩm phụ của quá trình với số lượng hơn 1 nghìn tấn/1 năm. Vị trí thứ hai về hàm lượng (đến 9%) trong số các thành phần của tinh dầu là α-tecpineol (6):

Tinh dầu chanh xanh (lime) được sử dụng làm thành phần của nước hoa, lotion, eau de cologne, crem, nhưng không quá 3,5% cũng bởi vì tác dụng phototoxic lên da khi bị ánh nắng mặt trời chiếu vào. Tinh dầu chanh xanh được chỉ định trong hương trị liệu giúp giảm tình trạng căng thẳng, khi say rượu và các chứng bệnh đau đầu. Tinh dầu quýt (từ vỏ trái cây Citrus reticulata B) có đặc điểm định tính về thành phần hóa học (chemotype) tương tự như tinh dầu chanh. Nhưng trong loại tinh dầu này, cũng như trong tinh dầu cam, cần ghi nhận sự tồn tại của cinencal (7) mặc dù hàm lượng của nó thấp hơn 1%. Tuy nhiên, khứu giác có một ngưỡng cảm nhận cinencal rất nhỏ, nên nó thực sự ảnh hưởng đến việc hình thành mùi thơm (phương pháp tổng hợp xem 2.3.3). Tinh dầu quýt được khuyên dùng trong hương trị liệu để điều trị bệnh mất ngủ, cao huyết áp và căng thẳng thần kinh. Đến 97% (+)-limonen chứa trong tinh dầu cam ngọt (từ cây Citrus aurantium L. dulce) được ép từ vỏ của các quả cam ngọt. Tinh dầu này được sản xuất ở quy mô rất lớn 119

Sách không bán – liên hệ [email protected]

hơn 15 nghìn tấn một năm, được tiêu thụ chủ yếu để làm thơm đồ uống, bánh kẹo và cũng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho các sản phẩm hóa học gia dụng khác. Trong hương trị liệu, tinh dầu cam tỏ ra có những tác dụng tích cực trong việc giảm và triệt tiêu các chứng kinh giật, co thắt, mất ngủ và tình trạng trầm uất. Nó làm bình thường hóa hoạt động của ruột tràng và chữa táo bón. Việc xông hơi bằng tinh dầu cam cũng kích thích hệ miễn dịch và làm sáng mắt. (+)-Limonen cũng là thành phần chủ yếu của tinh dầu bưởi (đến 95%). Tinh dầu được ép từ vỏ của trái cây Citrus paradisi M. Quá trình sản xuất công nghiệp bắt đầu từ 70 năm trước với mục đích sử dụng loại tinh dầu, có hương thơm của cam với các tông mùi cỏ tươi, để sản xuất đồ uống, bánh kẹo, nước hoa, lotion, eau de cologne và crem. Với hương trị liệu, nó được cho là chất chống trầm cảm và tăng trương lực, có ích cho quá trình cai nghiện ma túy. Trong tinh dầu elemi có chứa đến 72% limonen và tới 30% hỗn hợp fellandren (8, 9), đồng phân của limonen:

Loại tinh dầu này được sản xuất từ nhựa elemi bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước, còn bản thân nhựa được lấy từ cây Canarium Luzonicum. Nhựa cây từ thời cổ đại được làm thảo dược và nguyên liệu xông hương trong các nghi lễ tôn giáo ở Trung Quốc, Việt Nam, các nước Đông Nam Á khác. Tinh dầu elemi có mùi thơm tươi mát dễ chịu với các tông mùi chanh, mùi hạt tiêu và mùi gỗ - dầu thơm (balsam) và có ý nghĩa trong sản xuất hương liệu - mỹ phẩm. Với hương trị liệu tinh dầu elemi giúp điều trị khi bị viêm phế quản, viêm da và điều trị vết thương. Trong tinh dầu khuynh diệp, trong nhựa thông (tùng …) và trong tinh dầu trái cây của một số cây dây leo nhiệt đới có chứa α- và β-fellandren (8, 9), có mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, được dùng làm thành phần hương liệu của mỹ phẩm.

120

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Để kết luận, có thể nhắc đến 3 chất thơm là dẫn xuất ankenyl của xiclohexen, thuộc sesquitecpen. Đó là zingiberen (10), cùng với một lượng nhỏ hai sesquitecpen khác (11, 12), tạo ra mùi hương gia vị của nghệ (Curcuma P.) và gừng (Zingiber officinale). Trong tinh dầu gừng có hương thơm vị cay với tông mùi hương chanh, nồng độ toàn bộ sesquitecpen (10, 12) đạt tới 50 – 70% (trong tinh dầu này có tổng số hơn 150 chất thành phần). Trong liệu pháp hương trị liệu, tinh dầu gừng được chỉ định để điều trị chứng đau, viêm họng, viêm khớp và các chứng đau đầu. Nó cũng là một chất diệt khuẩn hữu hiệu. Thân và rễ của gừng (miếng nhỏ hay tán bột) được sử dụng làm gia vị khi chế biến các món ăn (ướp thịt, …), nước chấm, trong bánh mứt kẹo, bánh pútđinh và đồ uống (từ nước hoa quả đến các đồ uống có cồn).

3.2.3.2. Hidroxyankylxiclohexen. α-Tecpineol với mùi hương tử đinh hương α-Tecpineol, (1-metyl-4-(2-hidroxypropyl-2)xiclohexen-1) là một trong những hợp chất cơ bản, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nhiều loại mỹ phẩm, chất tẩy rửa và làm hương liệu với mùi hương tử đinh hương. Đặc biệt dẫn xuất axetat (14) có được ứng dụng rộng rãi làm thành phần hương liệu của mỹ phẩm và chất tạo hương thơm cho xà phòng. α-Tecpineol (6) có chứa trong dầu thông và các tinh dầu (cam, long não, …). Nó có cả các hoạt tính kháng khuẩn và là một chất có tác dụng cay nồng của quả bạch đầu khấu (quả của loại thảo mộc Elettaria cardamomum). Trong công nghiệp nó được tổng hợp bằng phương pháp đồng phân hóa và hợp nước α-pinen (2) hay loại phân tử nước tư tecpinhidrat (13) khi sử dụng cationite:

121

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong một phương pháp khác, α-tecpineol được tổng hợp theo cơ chế phản ứng Diels-Alder giữa isopren với metylpropenoat cùng với việc chuyển hóa tiếp nhóm metoxycacbonyl trong sản phẩm trung gian dưới tác dụng của MeMgI:

Từ những dẫn xuất hidroxyankyl khác, với mùi hương có ứng dụng quan trọng trong thực tiễn, cần phải kể đến bergamilat (16). Nó được tổng hợp từ limonen (1). Khi tương tác raxemat của limonen (1) với fomandehit xảy ra quá trình hidroxymetyl hóa liên kết đôi C=C ngoài vòng:

Nếu như phản ứng Princ này được tiến hành trong điều kiện axít axetic, rượu (15) vừa tạo ra sẽ bị axyl hóa và sản phẩm cuối cùng là este bergamilat (16), có đặc điểm là có mùi hương hoa dễ chịu và điều này cho phép sử dụng este (16) với vai trò là tạo mùi thơm cho xà phòng và hương liệu cho mỹ phẩm. 122

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hidroxyankylxiclohexen (17) là một thành phần quan trọng của tinh dầu hoa cúc, thuộc nhóm các tinh dầu có tác dụng trị liệu. Khác với các loại hoa cúc thông thường ở đồng cỏ hoặc loại cúc lớn trồng được trồng trong vườn Leucanthemum vulgare hoặc L. maxima), hoa cúc dược phẩm (hay thuốc) của loài Matricaria chamomilla có chứa trong giò hoa của mình một loại tinh dầu, đã được chiết tách để sử dụng vào mục đích chữa bệnh từ thế kỷ XV. Bản thân hoa cúc đã được sử dụng vào các mục đích y học từ thời cổ đại.

Hiện nay tinh dầu hoa cúc được tách ra với hiệu suất đến 0,8% bằng phương pháp chưng cất với hơi nước (ở nhiệt độ 130-1500C trong vòng 10 tiếng). Tinh dầu có màu xanh da trời do sự có mặt của chamazulen (19) (tiếng Arập azule → xanh), được tổng hợp dưới tác dụng nhiệt bằng phản ứng loại nước và decacboxyl hóa những tiền chất bão hòa của nó trong quá trình chưng cất tinh dầu với hơi nước. Màu xanh của chamazulen là do 10 hệ liên hợp electron Π đem lại, tạo thành nhân bixiclo dạng pseudo-aromatic. Chamazulen (19) cùng với các bisabolol (17, 18) góp phần làm cho tinh dầu của hoa cúc Matricaria chamomilla có hiệu quả trị bệnh, được sử dụng trong hương trị liệu khi bị bỏng, bị eczêma, viêm da, và cả khi bị các chứng đau nửa đầu và mất ngủ. Trong tổ hợp với farnezen (20) sẽ tạo thành hỗn hợp với mùi hương mạnh mẽ của quả-thảo mộc, đôi khi còn có cả tông mùi 123

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thuốc lá; loại tinh dầu này đã được ứng dụng làm thành phần hương liệu và đặc biệt trong crem mỹ phẩm, crem chống nắng, chống bỏng do ánh nắng mặt trời và crem chống viêm da. Tinh dầu hoa cúc Matricaria chamomilla được ứng dụng để điều trị một loạt các bệnh và giúp bình thường hóa hệ miễn dịch. Nó rất có lợi khi điều trị các bệnh đường hô hấp và khi bị cảm cúm; được giới thiệu để điều trị rối loạn các hoạt động dạ dày và ruột. 3.2.3.3. Dẫn xuất oxoankenyl của xiclohexen. Ionon, metylionon và iron với mùi hương hoa tím (chi Viola), mâm xôi và rẻ quạt α-và β-Ionon (21 và 22) – 1-(1,1,3-trimetylxiclohex-3-en và 2-en-2-yl)but-1-en-3-on tương ứng, đã có những ứng dụng rộng rãi với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng, mỹ phẩm và là hợp phần hương liệu với mục đích đem lại cho các sản phẩm này mùi hương hoa tím. Các dẫn xuất này được sử dụng để thay thế mùi hương loại quả mọng (berry) cũng như làm phụ gia (gia vị) trong công nghiệp thực phẩm. Hỗn hợp cô đặc của các hợp chất này có mùi thơm hoa tím (viola), nhưng khi bị pha loãng thì mùi hương viola nhẹ nhàng này chuyển thành mùi hương thơm quả mâm xôi;

Phương pháp tổng hợp trong công nghiệp ionon (21, 22) dựa trên cơ sở quá trình biến đổi của citral (5) thành pseudo-ionon (23) bằng phản ứng trùng ngưng croton với axeton. Sau đó pseudo-ionon (23) bị đóng vòng thành ionon với sự có mặt của axít. Trong trường hợp sử dụng H2SO4 đậm đặc thì xảy ra không chỉ quá trình đóng vòng electrophine mà còn xảy ra chuyển dịch prototrop về phía tạo thành dẫn xuất β-ionon (22) với lợi thế là hệ dien liên hợp. Nếu sử dụng axít photphoric hay axít Lewis thì sản phẩm chủ yếu là αionon (21), khi được xử lý tiếp tục bằng axít mạnh có thể chuyển hóa thành đồng phân βionon (22). Như vậy, trong bất kỳ trường hợp nào, trước tiên cũng sẽ tạo ra α-isomer (21):

124

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Pseudo-ionon trung gian (23) được tổng hợp từ dehidrolinalool (24) và ketoeste (25) qua este (26), dẫn xuất khi nung nóng thì bị decacboxyl hóa. Phản ứng kèm theo quá trình chuyển vị và đồng phân hóa liên kết bội. Quá trình tổng hợp dehidrolinalool (24) xảy ra theo sơ đồ sau:

125

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong công nghiệp, dehidrolinalool (24) (có trong phân tử 10 nguyên tử cacbon), được tổng hợp bằng cách phát triển từ từ mạch cacbon, qua các giai đoạn khác nhau, với việc sử dụng những hợp chất đơn giản như: axetilen, axeton và diketen (29). Những phản ứng kết hợp cùng dạng nucleophil giữa axetilen với axeton (giai đoạn thứ nhất) và với dẫn xuất axyl (31) được sử dụng để tổng hợp dẫn xuất rượu bậc ba của axetilen (27 và 24). Liên kết axetilen trong rượu (27) được khử bằng hidro trên xúc tác Pd thành nhóm vinyl (28). Phản ứng axyl hóa rượu (28) thành este (30) được thực hiện với diketen (29). Tiếp theo, quá tình chuyển vị dưới tác dụng nhiệt tiếp nhóm axetonyl của este (30), kèm theo quá trình decacboxyl hóa xảy ra khi có xúc tác đồng. Quá trình này dẫn đến tạo thành xeton (31) – tiền chất trực tiếp của dehidrolinalool cần thiết (24). Dẫn xuất xiclohexen – đồng phân của ionon theo vị trí của các nhóm metyl trên vòng hexan (violon, 35) có mùi hương hoa tương tự mùi thơm của ionon. Vòng xiclohexen với nhóm thế được định hình bằng phản ứng kết hợp [1,4] giữa 2-metylpropenal (33) với 2,3dimetyl-1,3-butadien (32). Nhóm thế butenyl được kết hợp bằng phản ứng trùng ngưng croton của nhóm chức andehit của hợp chất (34) với axeton:

Một hiện tượng đáng chú ý là hai đồng phân của dãy xiclohexen, chỉ khác nhau bởi vị trí của nhóm xeton và liên kết olephin trong mạch nhánh (β-ionon, 22 và β-damascon, 36) lại có hương thơm rất khác biệt: 126

Sách không bán – liên hệ [email protected]

α- và β-Damascon có trong dịch chiết của tinh dầu hoa hồng, thuốc lá và trà với số lượng không lớn. Chúng được tổng hợp theo các phương pháp tương tự như tổng hợp ionon và được sử dụng làm hợp phần hương liệu trong mỹ phẩm và với vai trò là những chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm. Đối với các ứng dụng thực tiễn tương tự ionon (21, 22) đã sử dụng những đồng đẳng metyl của chúng (39 - 42), các dẫn xuất này có thêm 1 nhóm metyl ở mạch nhánh. Chúng được gọi là metyl- và isometylionon, và cũng giống như ionon, chúng có mùi thơm của hoa tím (viola). Phương pháp chủ yếu sử dụng trong công nghiệp để tổng hợp metylionon (39 42) là phản ứng trùng ngưng citral (5) với metyletylxeton thành pseudoionon (37, 38) tiếp theo xảy ra quá trình đóng vòng với xúc tác bằng axít photphoric. α-Ionon (39, 40), sau đó, bị isomer hóa thành dạng β- (41, 42) dưới tác dụng của axít sulfuric:

127

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Một nhóm đồng đẳng metyl của ionon khác và rất quan trọng là iron (43 - 45), trong thành phần có thêm một nhóm thế metyl tại vòng sáu cạnh. Iron mùi hương hoa nhẹ nhàng với sự pha trộn các tông mùi hương của hoa tím (viola), rẻ quạt và là hợp phần hương liệu quan trọng trong mỹ phẩm.

Chúng ta hãy xem sơ đồ tổng hợp iron (43 - 45), về nhiều mặt cũng tương tự như việc tổng hợp ionon (21, 22):

128

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cơ sở của sơ đồ này là dẫn xuất thế 5,6-dimetyl của 2-oxohepten-5 (49), có thể được tổng hợp từ phản ứng trùng ngưng aldol giữa axeton với propanal. Sau khi khử aldol (46) thành sản phẩm trung gian diol và tiến hành loại nước có chọn lọc và tiếp tục axyl hóa butenol (47) bởi diketen (29). Sau đó este (48) bị biến đổi nhiệt dưới xúc tác, tăng mạch cacbon chính thêm 3 nguyên tử. Thêm 2 nguyên tử cacbon được ghép thêm bởi phản ứng của xeton (49) với natriaxetilen, dẫn xuất 6-metyl (50) vừa tạo thành của dehidrolinalool 129

Sách không bán – liên hệ [email protected]

(25) bị hidro hóa trên chất xúc tác Pd thành hỗn hợp của 6-metylgerraniol với 6 metylnerol (52). Các rượu này sau này bị dehidro hóa cho sản phẩm 6-metylcitral (53). Điều cần thiết tiếp theo là tăng thêm 3 nguyên tử cho mạch cacbon và được thực hiện bằng phản ứng trùng ngưng dẫn xuất metyl của citral với axeton. Giai đoạn kết thúc là quá trình đóng vòng sản phẩm pseudo-iron (54) vừa nhận được dưới tác dụng của axít photphoric và chúng ta có các iron (43 và 45) hoặc dưới tác dụng của axít sulfuric chúng ta có β-iron (44). Sự lựa chọn khác cho phương pháp sản xuất công nghiệp 6-metylcitral (53) là thủy phân kết hợp với dehidroclo hóa 6-metylgeranylclorua (57) với sự có mặt của urotropin (58) trong vai trò là chất nhận HCl:

Geranylclorua (57) đến lượt mình lại được tổng hợp qua hai giai đoạn từ dẫn xuất 1,3-butadien. Trước tiên hidroclo hóa 2,3-dimetylbutadien (32) thu được clorua (55), sau đó cộng hợp với isopren (56) tại các vị trí C-4 và C-1 tương ứng. Các đồng phân tự nhiên của iron (chủ yếu là α-iron (43)) có trong thân, rễ củ của các loài hoa lâu năm dạng Iris Pallida L. (Tên gọi của loài cây này xuất phát từ tiếng Hy lạp “iris” – cầu vồng, bởi vì các bông hoa iris có màu sắc rực rỡ). Trước kia, phần rễ thơm của iris được dùng dưới dạng bột trộn vào phấn và nước hoa khô và từ các dung dịch rượu cô đặc chế biến nước hoa. Tinh dầu iris có mùi hương hoa tím (viola), được tách ra như sau: đầu tiên thu hoạch rễ cây iris được 3 năm tuổi, sau khi sấy khô thì bảo quản dưới dạng khô (lên men) trong 130

Sách không bán – liên hệ [email protected]

vòng 3 năm. Sau đó rễ cây tán nhỏ và bằng phương pháp cất cuốn hơi nước, tách được tinh dầu cần thiết. Mặc dù nó không thu được bằng phương pháp chiết, nhưng vẫn được gọi concret. Từ loại tinh dầu này người ta làm ra loại absolute, khi tách axít myristic (59) bằng cách xử lý concret với rượu hay bằng Na2CO3. Thành phần chủ yếu (đến 85%) của tinh dầu loại concret của iris là axít myristic (59). Sau khi tách axít này, trong tinh dầu hoàn toàn còn lại chủ yếu là iron (dịch cất được làm giàu bằng α-iron (43)). Trong tinh dầu, cũng tìm thấy este metylic (60) của các axít béo với số cacbon lớn và chẵn (từ 14 đến 18), ankanal (61) 2E-, 6-Z-nonadienal (62), cũng cả axetophenon và furfurol. Tổng cộng trong tinh dầu rẻ quạt có hơn 130 hợp chất.

Tinh dầu absolute chỉ được bổ sung vào những loại nước hoa đắt tiền có danh tiếng. Trong những mỹ phẩm thông thường và để sản xuất xà phòng tắm chỉ sử dụng tinh dầu concret, những chất thay thế tổng hợp hay tinh dầu từ rễ cây iris lên men chưa lâu. Trong các quá trình hương trị liệu, tinh dầu iris (tinh dầu rẻ quạt) chi thấy có tác dụng tốt trên da và rất có ích khi điều trị viêm phế quản và ho. Từ nhóm những dẫn xuất xiclohexadien có thể tách được β-damascenon (63), là thành tố tạo mùi thơm ngon của táo, lê, nho và rượu vang.

Hợp chất này cũng cho mùi hương đặc biệt của loại hoa hồng được trồng ở Bungari (Rosa damascen), cũng như mùi thuốc lá. Nó cũng được sử dụng làm thành phần hương liệu cho mỹ phẩm và chất phụ gia tạo hương thơm cho thực phẩm.

131

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3.2.3.4. Fomylxiclohexen. Mircenal với mùi thơm của hoa. Xiclohexenon với mùi hương thảo mộc hồi hoang Các dẫn xuất fomyl của xiclohexen cyclanal (67) và mircenal (68) có mùi thơm của hoa. Các andehit thơm này đã được dùng làm hương liệu và trong mỹ phẩm (ví dụ, như chất tạo mùi thơm cho xà phòng). Các hợp chất (67, 68) được tổng hợp bằng phản ứng DielsAlder từ mircen (65) và acrolein (66). Hidrocacbon (65) được tổng hợp bằng phản ứng loại nước từ linalool (64) (xem mục 2.2.4.2). Đã biết rằng, bằng việc hidro hóa có chọn lọc liên kết C=C ngoài vòng của mircenal (68) sẽ tổng hợp được thêm một andehit nữa với mùi hương hoa - dihidromircenal (xem phần 3.2). Cần chú ý rằng trong thành phần sản phẩm thương mại cyclanal cũng có một hương liệu nữa – đồng phân theo vị trí của nhóm fomyl, được tạo thành khi cộng hợp đóng vòng theo cơ chế [1 + 4] acrolein với mircen (65):

Bằng phản ứng tương tự giữa mircenol (69) với acrolein (66) cũng tổng hợp được hỗn hợp đồng phân 3- và 4-(4-hidroxy-4-metylpenthyl)xiclohex-3-en-1-carbandehit (70, 71), cũng là những thành phần tạo mùi thơm của xà phòng, hợp phần hương liệu mỹ phẩm với mùi thơm của hoa linh lan:

132

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các thành phần có giá trị, mang mùi thơm của lá xanh và cỏ tươi (với các tông mùi của chanh và cam), đối với mỹ phẩm, hương liệu, và các chất tẩy rửa là các đồng phân hai nhóm thế xiclohexencarbandehit (73, 74)). Các hợp chất này được tổng hợp theo phương pháp Diels-Alder từ acrolein (66) và pentadien (72):

Với mục đích thơm hóa các sản phẩm (như thuốc đánh răng), hay đối với rượu mùi, thực phẩm, kẹo cao su… đã sử dụng dẫn xuất của xiclohexenon – carvon (75). Hợp chất thiên nhiên này có tông mùi cơ bản của hương thơm thảo mộc hồi hoang (Carum Carvi L.). Dạng (-)-enanthiomer của nó có mùi bạc hà, còn (+)-antipode có mùi thảo mộc hồi hoang, điều này chỉ ra rằng, dường như thụ thể quan của nó có cấu trúc protein với trung tâm bất đối xứng, cho phép hệ khứu giác phân biệt được các enanthiomer. Carvon được tổng hợp với khối lượng 2-3 nghìn tấn một năm, chủ yếu từ nguyên liệu thực vật và bằng phương pháp ôxy hóa có chọn lọc nhóm CH2 của phần allyl của limonen (1) (kiểm soát bằng hiệu ứng không gian):

133

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Carvon có mặt trong các loại tinh dầu như tinh dầu hồi hoang (đến 80%), tinh dầu thì là (Annethum graveclens L.) và tinh dầu bạc hà (đến 70%), được tách ra từ bạc hà lục (Mentha spicata và các loại khác). Trong tinh dầu hồi hoang, thu được bằng phương pháp cất cuốn hơi nước từ hạt Carum carvi L., có chứa 50 hợp chất. Trong số đó, đến 80% là (+)carvon (75) và đến 45% là (+)-limonen (1). Trong quá trình tạo ra một mùi thơm đặc trưng hồi hoang – bạc hà có sự tham gia của các dẫn xuất hidro (76, 77) của carvon (đến 2%). Tinh dầu hồi hoang được ứng dụng chủ yếu trong các sản phẩm phục vụ ăn uống như : kẹo cao su, các đồ uống có cồn… Nó cùng với bản thân carvon được bổ sung vào thuốc đánh răng với vai trò là chất tạo mùi thơm. Trong hương trị liệu, tinh dầu hồi hoang giúp giảm mệt mỏi, căng thẳng và hữu ích khi chống lại sự phá vỡ quá trình trao đổi chất. 3.3. Marcoxiclic C12-C17. Este với mùi thơm của gỗ - long diên hương (buazambren). Xeton muscon và civeton với mùi xạ hương. Các este và xeton vòng lớn tạo ra một nhóm hương liệu riêng với giá thành khá cao. Những đại diện chủ yếu của chúng là các vòng ankal với số nguyên tử cacbon từ 12 đến 17. Trong dãy các dẫn xuất rượu với phân tử có dạng mạch vòng lớn đã tìm thấy các hợp chất được tổng hợp trên cơ sở xiclododecanol (2), ví dụ, dẫn xuất focmalyl (5, 6). Để tổng hợp chúng đã sử dụng macroxeton (1), được khử bởi hydrua kim loại thành xiclododecanol (2). Rượu này sau đó tác dụng với clorometyl este (3) tạo thành buazambren (5). Khi este hóa 134

Sách không bán – liên hệ [email protected]

macroalcahol (2) bằng dietylfocmalin (4) thu được đồng đẳng thơm (6). Cả hai macroête (5,6) đều có mùi hương gỗ với các tông mùi long diên hương và bá hương (tuyết tùng). Lĩnh vực ứng dụng thực tiễn của chúng là chất tạo mùi thơm cho mỹ phẩm hay hợp phần hương liệu.

Còn một dẫn xuất nữa xiclododecanol (2) - 2-metoxyethoxyxiclododecan (ambrolignan, 11) có mùi thơm của gỗ - long diên hương. Ête đơn giản này được tổng hợp qua giai đoạn axetal hóa xeton (1) bằng ête (7) với xúc tác axít, và các giai đoạn enol hóa axetal (8) và este hóa lại mono-O-metyletilenglycol (9), tiếp theo hidro hóa ête dodecenol (10):

Quá trình este hóa trực tiếp macroalcahol (2) bằng metoxyetanol (9) cho hiệu suất rất thấp. Este (12) của xiclododecanol (2) được dùng làm chất tạo mùi thơm cho nhiều sản phẩm khác nhau và là hợp phần hương liệu của các loại mỹ phẩm, do chúng có mùi thơm của quả-gỗ-xạ hương. Hợp chất này được tổng hợp bằng phương pháp este hóa rượu (2) bằng axít 2-metylpropanoic hay dẫn xuất chloranhiđrit của nó:

135

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các xeton thuộc nhóm monoxicloaliphatic với số nguyên tử cacbon trong vòng lớn (trong eczalton (13) và muscon (14) – có 15 nguyên tử, trong dihidrociveton (15) và trong civeton chưa bão hòa (16) – có 17 nguyên tử) là các chất có giá trị cố định mùi thơm và chúng mang mùi hương xạ. Muscon (14) làm pheromone - là chất tạo sự thu hút giới tính đối với con cái của loại hươu xạ (chủng loại hươu Moschus moschiferus). Nó được tách ra với một lượng không lớn từ tuyến nội tiết của con đực. Hiện nay, loài động vật có móng guốc sống ở vùng núi tại Antai, Đông Xibêri và Mãn Châu, đã hầu như bị biến mất hoàn toàn, vì thế trong ngành hương liệu hiện đại đã sử dụng các chất xạ hương tổng hợp. Civeton (16) được khai thác với số lượng không lớn từ các tuyến nội tiết của gia đình họ mèo (Viveridae - mèo hoang Etiôpia giống viverra hay civet, có thể thấy cả ở Đông Nam Ácầy hương).

Civeton có trong các tuyến nội tiết với nồng độ đến 3,5% cùng với một số lượng nhỏ các xeton vòng lớn khác, cũng có cả indol và skatole, được sử dụng trong nước hoa, eau de cologne, crem, với vai trò là các chất tạo mùi thơm và cố định hương thơm. Phương pháp chung tổng hợp các macroxicloxeton (1, 13-16) hiện tại là quá trình đóng vòng axiloin hóa dieste của các axít α,ω-cacbonoic mạch thẳng (17) với số nguyên tử cacbon lớn. Quá trình đóng vòng này được thực hiện dưới tác dụng của natri trong xylen, xử lý tiếp natri endiolat (18) bằng trimetylclorosilan. Sau đó, dưới tác dụng của các rượu ROH (nguồn cung hidro) tách nhóm bảo vệ trimetylsilyl, dẫn tới bước xeton hóa dẫn xuất (19) và tạo thành axiloin (20). Axiloin (20) tiếp tục bị khử thành các xeton cần thiết (1, 13-15): 136

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Nhằm thực hiện thành công phản ứng trùng ngưng axiloin cần tránh không cho hệ phản ứng tiếp xúc với không khí. Việc sử dụng hợp kim của natri với kali cho phép hạ nhiệt độ của phản ứng xuống bằng nhiệt độ trong phòng. Việc đưa vào giai đoạn trimethlsilyl hóa đảm bảo quá trình tách dẫn xuất enol (19) được dễ dàng, và đảm bảo tính hiệu quả của giai đoạn cuối cùng - chuyển hóa nó thành axiloin dạng vòng (20). 3.4. Dẫn xuất octa- và decahidronaphtalin với hương thơm của hoa và mùi long diên hương. Long diên hương Một vài dẫn xuất hidro của naphtalin là hương liệu và chất định hương thơm quan trọng trong thực tiễn. Hỗn hợp chất thơm 6- và 7-axetyl-1,1-dimetyloctahidronaphtalin (4 và 5) được tổng hợp qua 2 giai đoạn. Đầu tiên, bằng quá trình cộng hợp đóng vòng theo cơ chế [1 + 4] metylvinylxeton (2) với mircen (1) thu được hỗn hợp sản phẩm (3). Sau đó là quá trình ankyl hóa đóng vòng nội phân tử có xúc tác axít. Cả hai dẫn xuất (4, 5) không cần phân lập được sử dụng để đem lại mùi hoa tím (viola) cho các hợp phần hương liệu của mỹ phẩm. Theo sơ đồ tương tự, tổng hợp đươc các chất thơm ambrolux (6), đó là hỗn hợp của các đồng phân theo vị trí liên kết kép. Chúng được sử dụng với vai trò là tạo mùi thơm cho xà phòng và các chất tẩy rửa.

137

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Vẫn còn một dẫn xuất thơm nữa của octahidronaphtalin - amviron (9) được điều chế bằng phương pháp ngưng tụ tetrametyldeca-4,8-dien-1-al (7) với axeton. Khi đóng vòng tridecatrien (8) ngoài sản phẩm octahidronaphtalin (9) còn tạo ra sản phẩm phụ 1-axetyl-2isopropyliden-4,4,7a-trimetylindan:

Dẫn xuất octahidronaphtalin (10) đã đem lại mùi hương gỗ cho tinh dầu cỏ hương bài (Chrysopogon zizanioides L.) cấu tạo từ hơn 150 hợp chất thành phần.

Để sử dụng làm hợp phần hương liệu của mỹ phẩm, tinh dầu được axetyl hóa bằng anhiđrit axetic, điều này làm tăng mùi hương gỗ thông của sản phẩm, dẫn xuất này gọi là vetiverylaxetat. Nó là một chất định hương tuyệt vời và là chất tạo mùi thơm cho xà phòng, 138

Sách không bán – liên hệ [email protected]

làm thành phần của nước hoa và eau de cologne. Trong hương trị liệu được dùng để xông hơi, mát xa và sauna – tinh dầu cỏ hương bài có tác dụng làm giảm triệu chứng mất ngủ, sự bực tức, làm tăng trương lực cơ thể. Nó có tác dụng diệt khuẩn. Từ xa xưa từ những rễ thảo mộc Vetiveria zizanoides dài, mỏng ở Ấn Độ và Xrilanca đã tạo ra thảm, quạt và những tấm bình phong để làm thơm không khí xung quanh. Đã hơn 150 năm, tinh dầu vertiver được điều chế bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước, là một chất phụ gia tất yếu, khó thay thế của các loại nước hoa có giá trị nhất trên thị trường. 5-(3-Hidroxy-3-metyl-1-en-5-yl)-6-hidroxy-1,1,4a,6-tetrametylperhidronaphtalin (sclareol, 11) đã được ứng dụng làm thơm hóa các sản phẩm thuốc lá (đặc biệt là thuốc lá, xì gà hảo hạng). Tông mùi long diên hương của khói thuốc là do việc chuyển hóa chất không mùi sclareol thành ambroxide, có mùi hương long diên hương (xem phần 5.1). Sclareol (11) có mặt trong tinh dầu chiết suất từ cây Salvia sclarea. Rượu ditecpenol này với số lượng đáng kể được sử dụng vào việc tổng hợp các dẫn xuất thiên nhiên – andehit (13, 14), mang mùi thơm long diên hương (chúng được sử dụng dưới dạng hỗn hợp với tên gọi là ambrial). Quá trình ôxy hóa sclareol (11) được thực hiện bằng hỗn hợp cromat tạo thành sản phẩm trung gian andehit (12), sau đó trong điều kiện phản ứng loại nước, chuyển hóa theo 2 hướng với việc tạo ra hỗn hợp hai đồng phân (13,14). Dẫn xuất thế octahidronaphtalin (13) là kết quả mong đợi của quá trình tách loại nước, còn dẫn xuất perhidrophenantren (14) xuất hiện khi đóng vòng nội phân tử với xúc tác axít chính andehit (13):

139

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Sclareol (11) được tách ra ở quy mô công nghiệp từ cây Salvia sclarea (cây đan sâm) (có trong các đài hoa Salvia Sclarea L. với hàm lượng đạt 3%). Quá trình chiết xuất được thực hiện bằng ête dầu hỏa. Dịch chiết được làm khô (concret có đến 50% là sclareol), sau khi loại bỏ các tạp chất sáp khác bằng phương pháp kết tinh từ rượu. Tinh chế tiếp bằng axeton chúng ta thu được sclareol thương phẩm. Trong long diên hương, ở thể rắn, giống sáp do cá nhà táng tiết ra (theo tiếng Bồ Đào Nha - cachalotte - cá đầu to) có chứa đến 40% chất không bay hơi (15) (có mùi hương long diên hương yếu). Nhưng nó lại có tính chất là định hương (định hình mùi hương thơm) của các chất dễ bay hơi, và vì thế long diên hương (cùng với các chất khác) được đánh giá cao như là một chất định hình mùi thơm cho hương liệu mỹ phẩm.

Từ các dẫn xuất của perhidronaphtalin trong vai trò là một chất tạo hương thơm trong mỹ phẩm, hương liệu và trong công nghiệp sản xuất xà phòng, có sử dụng decalylaxetat (18). Hợp chất bixiclo[4.4.0]dodekan này được tổng hợp dưới dạng hỗn hợp của 4 đồng phân quang học qua hai giai đoạn. Đầu tiên bằng việc hidro hóa, 2-hidroxynaphatanin (16) khi nung nóng trên chất xúc tác Ni (hay là Pd) cho chúng ta hidroxydekalin (17), sau đó Oaxetyl hóa bằng hỗn hợp AcOH/H2SO4:

3.5. Tổng hợp các dẫn xuất thơm của bixicloankan 3.5.1. Bixiclo[4.1.0]heptan. Tinh dầu đan sâm thuion chemotype. Chất tạo mùi thơm rất phổ biến cho xà phòng là axetat 4-hidroxymetyl-2-caren (2), được tạo thành nhờ quá trình một giai đoạn từ 3-caren (1) khi nó phản ứng với fomandehit trong môi trường axít axetic (trong điều kiện của phản ứng Princ): 140

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3-Caren được tách ra từ tinh dầu cây trắc bá diệp, trong đó hàm lượng của nó đạt tới 35% (xem phần 3.5.2). Các hợp chất vòng kép no (3-5) và dị vòng cineol (6) là cấu thành cơ bản chủ yếu của tinh dầu thuốc đan sâm vốn nổi tiếng từ xa xưa nhờ đặc tính trị bệnh.

Loại thảo mộc này thuộc nhóm Salvia officinalis, khi đó được cho rằng linh thiêng (gốc Latinh Salvare – cứu vớt). Tinh dầu đan sâm được điều chế bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước với hiệu suất không hơn 2%. Nó được sử dụng vào việc làm tạo mùi thơm cho thực phẩm và các đồ uống có cồn, để sản xuất các hợp phần hương liệu của mỹ phẩm. Trong lĩnh vực hương trị liệu, nó được sử dụng để kháng khuẩn (khi bị cảm, viêm thanh quản, cúm, hen xuyễn, lao phổi) và là dược phẩm chống viêm nhiễm (khi bị đau răng, sưng nhiệt miệng, viêm vòm miệng, viêm thận, viêm túi mật, và đường tiết niệu). Tinh dầu cây đan sâm cũng hữu ích khi điều trị viêm dạ dày, loét dạ dày và ruột tràng. Khi bị các bệnh viêm da thì đó là một phương tiện làm lành chỗ viêm tốt. Nó cũng được chỉ định dùng trong các bệnh vô sinh và giảm nhẹ cơn đau chuyển dạ. Tinh dầu đan sâm cũng làm tăng trương lực, tăng các hoạt động của tim, an thần, giảm trạng thái trầm uất. 3.5.2. Bixiclo[3.1.1]hepten. Tinh dầu đào kim nương. Tinh dầu trắc bá diệp và galbanum dạng pinen chemotype. Trong dãy bixiclo[3.1.1]heptans có các pinen thiên nhiên (1 và 4) – là những hợp chất ban đầu quan trọng nhất để tổng hợp các chất thơm. Bằng việc kết hợp fomandehit với 141

Sách không bán – liên hệ [email protected]

8-pinen (1) trong điều kiện của phản ứng Princ sẽ tổng hợp được 2 (2-hidroxyetyl)-7,7dimetylbixiclo[3.1.1]hepten-2 (nopol-2). Hợp chất này được sử dụng trong một số sản phẩm hương liệu nhờ có mùi hương gỗ dễ chịu. Axetyl hóa nopol (2) đem lại mùi hương gỗ cho este nopylaxetat (3), hương thơm với tông mùi hương hoa);

Trong tinh dầu đào kim nương có chứa ba dẫn xuất chính bixiclo[3.1.1]hepten (4-6), chúng cùng với cineol (7) và nhóm nhỏ các chất (8-10), tạo mùi hương long não,vị cay và tác dụng trị liệu. OR

Me

Me

Me

Me (5) R = H, myrtenol (7%); (6) R = Ac, myrtenylaxetat (tí i 30%)

Me (4) pinen (tí i 20%)

O

Me Me

(7) 1,8-cineol (tí i 30%)

Me

Me

Me O

O Me

Me

Me

(8) camphor (tí i 3%)

CH2

Me

(9) carvon (5%)

Me

CH2

(10) limonen (3%)

Tinh dầu đào kim nương, trong hương trị liệu, được sử dụng như một phương tiện diệt khuẩn, kháng viêm và tác dụng mát xa. Ở Rôma cổ đại “… nơi mà sự xa hoa ngự trị trong các cánh khuôn viên và vườn hoa, nơi không gian tràn ngập hương đào kim nương …” (A. Puskin), những người chiến thắng trong các cuộc thi đấu thể thao, và trong các cuộc thi thơ ca được vinh dự đội lên đầu vòng hoa làm cành lá đào kim nương xanh tươi – loại

142

Sách không bán – liên hệ [email protected]

cây bụi Myrtes communis L, từ loại thực vật này tinh dầu được tách ra bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước. Trong tinh dầu trắc bá diệp (Cupressus sempervirens) có chứa α-pinen (45%) và 3caren (35%). Tinh dầu được tách bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ cánh và lá của cây “vĩnh cửu” này (nó sống lâu tới 2000 năm). Ở Ai Cập cổ, cành và quả của nó được sử dụng để xông hương trong các đền thờ tôn giáo, và người dân đã biết điều chế ra tinh dầu thơm từ những nguyên liệu thực vật này. Tinh dầu trắc bá diệp trong ngành hương trị liệu hiện đại được sử dụng để củng cố hệ miễn dịch, bình thường hóa việc trao đổi nước-chất béo (ví dụ, quá trình đổ mồ hôi) và hệ thống tuần hoàn, làm lành các vết thương. Nó có tác dụng gây ngủ. Tinh dầu phòng ngừa việc xuất hiện bệnh xơ vữa động mạch và chữa các bệnh viêm loét dạ dày, ruột và có tác dụng an thần, ổn định giấc ngủ. Trong y học dân tộc của nước Iran cổ đại và của các dân tộc phương Đông khác, có sử dụng nước ép của loài thực vật Ferula galbaniflua. Loại nước ép này đã được áp dụng vào công nghiệp mỹ phẩm trong thế kỷ XIX dưới dạng tinh dầu galbanum, còn cuối thế kỷ XX loại tinh dầu này đã được sử dụng trong hương trị liệu để điều trị các vết thương, mụn nhọt và các trạng thái loạn thần kinh chức năng. Mặc dù các thành phần chủ yếu của tinh dầu là pinen (1, 4) và caren (11) nhưng các hợp chất với lượng rất nhỏ (12-14) đã đem lại cho nó hương thơm quyến rũ của thảo mộc với tông mùi gỗ và dầu thơm balsam.

143

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3.5.3. Bixiclo[2.2.1]hepten. β-Santalol. Santalidol và cedrol. Borneol với mùi hương của thực vật họ lá kim. Camphor. Fenchol. Trong nhóm bixiclo[2.2.1]hepten cũng có những hợp chất có nguồn thiên nhiên và tổng hợp được biết rất rõ như santalol, santalidol, cedrol, camphen, borneol, camphor và fenchol, chúng đã được ứng dụng vào trong tổng hợp hữu cơ tinh vi và trong công nghiệp hương liệu. Từ gỗ của cây đàn hương Santalum album bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước đã tách được tinh dầu với ¼ thành phần là từ (-)-β-cis-santalol (1), hợp chất đem lại cho tinh dầu mùi hương đàn hương đặc trưng mạnh. Trong cấu tạo hóa học của nó, có thể thấy phần gốc camphenyl (xem công thức 2) được gắn kết với nhóm 2-metylbuten-2-ol-1 tại nguyên tử cacbon cuối mạch vào vị trí của nhóm thế exo-metyl. Tinh dầu đàn hương là nguyên liệu có giá trị cho ngành công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm.

144

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các dẫn xuất tecpenyl của xiclohexanol (6-9) đã tìm được sự ứng dụng rộng rãi với vai trò là chất định hương, chất tạo mùi thơm cho xà phòng và cho mỹ phẩm. Hỗn hợp các chất (7) và (8) (đồng phân theo vị trí của các nhóm thế iso-camphyl và iso-bornyl trong vòng xiclohexanol) có mùi thơm đàn hương. Hỗn hợp này được gọi là cantalidol điều chế bằng phản ứng ankyl hóa có xúc tác giữa phenol (3, R-4) và camphen (2), tiếp theo hidro hóa nhân benzen thành xiclohexan khi có mặt xúc tác niken Rany. Trong trường hợp phenol đòi hỏi các điều kiên khắt khe hơn cho quá trình ankyl hóa (tới 1900C, Al2O3/SiO2/(PhO)3Al), hơn là khi ankyl hóa 2-metoxyphenol (guaiacol, 3, R = OMe) hay pyrocatechol (3, R=OH). Dưới đây là sơ đồ tổng hợp santalidol (7 + 8) bằng phương pháp ankyl hóa giữa phenol (3) và camphen (2):

145

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Me

Me , x/t.

Me H

Me Me (4)

CH2 (2)

höí ng "b", +H+

höí ng "a", +H+

-H+

-H+

Me

Me

Me OH

Me

Me Me

(5b)

(5a)

OH

+

+ (3), -H+

(3), -H+

OH Me

Me

Me

Me

Me

(6a)

(6b)

Me

OH H2/Ni H2/Ni Me

Me Me

OH

OH

Me Me Me

( ) hçn hî p 2-,3- vµ 4-( -isobornyl-2) xiclohexan-1-ol

( ) hçn hî p 2-,3- vµ 4-( isocamphyl-5)xiclohexan-1-ol

Trong điều kiện ankyl hóa camphen (2) xảy ra quá trình tautomer hóa thuận nghịch prototrop thành trixicloheptan (4). Vòng ba cạnh có sức căng lớn sẽ bị phá vỡ khi bị proton hóa theo hai hướng: tạo thành cation (5a), (hướng “a”) và cation (5b), (hướng “b”). Sau đó, 146

Sách không bán – liên hệ [email protected]

xảy ra quá trình tấn công electrophile các cation này tại vị trí có mật độ điện tử cao tại nhân benzen của phenol (3). Ankylat vừa được tạo thành bao gồm hỗn hợp đồng phân thế aryl của monotecpen (6a, 6b). Chúng được tách ra dưới dạng hỗn hợp và khi bị hidro hóa sẽ cho hỗn hợp dẫn xuất thế tecpenyl của xiclohexanol thơm (7, 8). Trong trường hợp ankyl hóa camphen (2) với 2-metylphenol (cresol, 9) đòi hỏi những điều kiện nhẹ nhàng hơn. Sau khi hidro hóa ankylat thu được hỗn hợp đồng phân 4và 6- tecpenylxiclohexanol (10 và 11) (trên sơ đồ chỉ ra chỉ các dẫn xuất với nhóm thế ở vị trí 6-):

Khi tổng hợp các dẫn xuất tecpenyl của xiclohexanol cần lưu ý rằng những yếu tố sau. Thứ nhất, ở giai đoạn ankyl hóa phenol (3, 9) xảy ra quá trình thế tất cả các vị trí có dư thừa mật độ điện tử tại vòng aromatic. Thứ hai, nhờ quá trình hidro hóa trên xúc tác niken, nhóm metoxyl mảng guaiacol, cũng như một nhóm hidroxyl của nhóm thế pyrocatechol bị hidro hóa triệt để (tức là bị khử kèm theo tách loại). Thứ ba là, trong trường hợp của phenol không có nhóm thế (phản ứng ở nhiệt độ cao hơn) ngoài các hợp chất (7, 8) còn tạo ra dẫn xuất bền vững với nhiệt độ 3-trans-exo-(1,4,7-trimetylbixiclo[2.2.1]heptyl-2)xiclohexanol-1 (12), chính nó đem lại mùi đàn hương cho sản phẩm thương mại (santal-A).

147

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cuối cùng, điểm thứ tư, trong trường hợp sử dụng ortho-cresol (9), tức là khi đưa vào vòng xiclohexan tại sản phẩm cuối cùng, nhóm thế metyl ở vị trí ortho- so với nhóm hidroxyl, mùi thơm đàn hương (santalum) sẽ chuyển sang mùi hương tuyết tùng (cedrus). Hợp chất ban đầu cơ bản trong những quá trình tổng hợp đã trình bày ở trên – camphen hay 2,2-dimetyl-3-metylbixiclo[2.2.1]heptan (2), có mặt trong tinh dầu trắc bá diệp (cupressus), tinh dầu lavan (lavender), quả nhục đậu khấu (nutmeg), và trong một số loại tinh dầu khác. Nó được chiết từ nhựa của các cây lá kim (thông, tùng, bách...) và cũng được điều chế bằng phương pháp hóa học. Cụ thể, nó được tổng hợp bằng quá trình đồng phân hóa trong điều kiện xúc tác-nhiệt α- và β-pinen. Phản ứng diễn ra thông qua việc tạo thành gốc tự do (14, 15). Ngoài ra, nó được tạo thành khi dehidro hóa exoborneol (16) hay dehidroclo hóa dẫn xuất bornylclorua (17) và kèm theo các quá trình đồng phân hóa:

Me pinen

CH2 CH2

CH2

Me

Me

Me

Me (13)

CH2

CH2

Me

Me

Me pinen

Me (15)

(14)

Me

CH2

R

Me CH2

Me (15)

Me TiO2, 150oC

Me

-H2O (-HCl)

CH2 (2) camphen

Me

Me

(16, 17) (16) R =OH, borneol; (17) R = Cl, bornylclorua

Để thu được được α- và β-pinen, dầu nhựa thông được chưng cất đơn ở áp suất khí quyển và tách lấy phân đoạn pinen với hiệu xuất đến 80%. Hợp chất này sau đó được tinh cất phân đoạn dưới áp suất cực thấp (chân không) và tách lấy α-pinen (13). Hợp chất (13) cũng có thể được tách ra nhờ nitrosoclorua (19), khi tác dụng lên hỗn hợp của α- và β-pinen iso-amylnitride (18) trong hệ AcOH/HCl. Nitrosoclorua (19) dễ dàng phân hủy khi nung nóng với anilin kèm theo tách loại anion-clorua và cation-nitrosonium, với tác nhân nhận là alinin, chuyển hóa thành dẫn xuất hidroclorua của azobenzen:

148

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dãy những dẫn xuất tự nhiên của bixiclo[2.2.1]heptan, như borneol (16), isoborrneol (22) và este của chúng (23) được sử dụng với vai trò là các chất phụ gia tạo hương thơm trong thực phẩm, chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các hợp phần thơm trong các loại hương liệu và mỹ phẩm. Borneol và 2-exo-bornylaxetat (23) có hương thơm của các cây họ lá kim (mùi thông), còn endo-bornylaxetat có mùi hương thơm long não–thông. Chúng có mặt trong nhiều loại tinh dầu thực vật, trong các loại thực vật làm gia vị như quả bạch đậu khấu và quả nhục đậu khấu. Borneol được gọi tên loài cây nguyệt quế sinh trưởng trên đảo Borneo, trong tinh dầu của loài cây này có chứa dạng đồng phân (+) -. Đó cũng là một trong thành phần có giá trị của Castoreum (hải ly hương) (chiết xuất từ lông hải ly) – là một chất định hương nổi tiếng. Trong công nghiệp, hợp chất (16, 22, và 23) trong dạng cấu hình endo- và exo- được tổng hợp từ pinen. Tại giai đoạn đầu tiên, như đã biết, thực hiện đồng phân hóa trong điều kiện xúc tác-nhiệt α-pinen (13) và thu được hỗn hợp raxemat (2) với hiệu suất đến 70%. Ở giai đoạn thứ hai, dưới tác dụng của axít, thực hiện chuyển vị nhóm camphen (chuyển mạch) – diễn ra thông qua các cacbocation (20) và (21) sẽ tạo thành borneol (16) và (22). Bornylaxetat (23) được tổng hợp bằng phương pháp axetyl hóa borneol (16 và 22):

149

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Quá trình ôxy hóa khử borneol cho chúng ta camphar (24). Borneol (16) được sản điều chế trực tiếp bằng phương pháp cộng hợp nước với pinen dưới tác dụng của H3BO3 khi có mặt của axít phtaleic. Các dẫn xuất rượu vừa hình thành được tách ra dưới dạng este borat (25):

Tác dụng 1,2-dihidroxypropan (26) lên camphen (2) thu được hỗn hợp các ête isoborneol (27, 28 trong cấu hình exo-). Nhóm OH bậc nhất trong trường hợp này hoạt động tích cực gấp 3 lần nhóm bậc hai. Các hương liệu này là thành phần của nhiều loại tinh dầu nhân tạo.

150

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dẫn xuất 1,7,7-trimetylbixiclo[2.2.1]hepton-2 (camphor, 24) có mùi thơm đặc trưng – mùi “camphor” và được sử dụng làm thành phần của một số mỹ phẩm. Nó được tách chiết từ cây long não Laurus Camphora L dưới dạng (+)-enanthiomer, từ tinh dầu các cây lá kim dưới dạng (-)-enanthiomer, và cũng từ ngải cứu và dầu nhựa của các loại cây họ lá kim. Trước kia, trước khi biết đến phương pháp tổng hợp nó, camphor đã được chiết tách với số lượng vài nghìn tấn một năm bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ thực vật và kết tinh lại từ dịch chiết đó. Ở Trung Quốc từ cổ đại đã sử dụng camphor vào các mục đích trị bệnh, còn ở Châu Âu, chỉ được sử dụng từ ở thế kỷ XI. Trong hương trị liệu hiện đại, tinh dầu long não (dung dịch camphor trong dầu khoáng chất) giúp điều trị khi bị viêm đường hô hấp, viêm da, khi bị viêm khớp và loại bỏ trầm uất. Trong nhóm các tinh dầu và dầu nhựa thông có một lượng không nhỏ 1,3,3trimetylbixiclo[2.2.1]heptol-2 (fenchol, 29). Xeton có cầu trúc tương tự (fenchon, 30) được tìm thấy trong các tinh dầu các loại cây hồi, thì là (anthum graveolend), tiểu hồi hương (foeniculum). Cả hai hợp chất có mùi hương long não, có đặc tính diệt khuẩn và được ứng dụng trong công nghiệp hương liệu để sản xuất các loại tinh dầu nhân tạo. Rượu (29) được tách ra với quy mô công nghiệp bằng phương pháp tinh cất phân đoạn dầu nhựa thông, còn xeton (30) - từ tinh dầu. Phương pháp tổng hợp fenchol là đồng phân hóa pinen với xúc tác axít. Ôxy hóa fenchol (29) sẽ thu được một lượng xeton (30), và đến lượt nó, nếu vị khử (bằng natri trong rượu) có thể cho fenchol (29).

151

Sách không bán – liên hệ [email protected]

3.5.4. Bixiclo[3.3.1]nonenon với mùi thuốc lá. Dẫn xuất bixiclo[7.2.0]undecen caryophyllen với mùi hương gỗ. Tinh dầu ngọc lan tây (ylang-ylang) Bixiclo[3.3.1]nonenon (5,6) có mặt trong thuốc lá, đem đến hương vị đặc biệt cho thuốc lá. Nó được tách ra từ thuốc lá bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước, cũng như được tổng hợp từ β-damascenon (1), một trong những chất tạo mùi thơm của thuốc lá. Phản ứng đóng vòng nội phân tử hợp chất (1) xảy ra dưới tác dụng của xúc tác axít. Sau giai đoạn O-proton hóa (cation 2) và chuyển vị proton từ nhóm metilen vòng tại C-2 sang C-6 sẽ tạo thành cacbocation (3). Sau đó, do quá trình đóng vòng tại C-2 sẽ tạo thành bixiclocation (4), rồi chuyển vị thành các đồng phân (5, 6):

Trong tinh dầu của các loại gia vị như hạt tiêu đen, hoa đinh hương (Caryophyllus aromaticus) có chứa một chất thơm là caryophyllen (7). Cấu trúc bixiclo của nó bao gồm hai vòng 4- và 9-cạnh. Caryophyllen được tách ra với số lượng không lớn từ dầu đinh hương. trans-Isomer (7) tinh khiết có mùi hương gỗ mạnh và được sự ứng dụng trong các sản phẩm hương liệu, mỹ phẩm và trong chất tạo mùi cho xà phòng. Caryophyllen có mặt trong tinh dầu ylang-ylang với hàm lượng lên đến 8%. Trong thành phần của loại tinh dầu này có chứa ngoài este của rượu benzoic (8-10) còn có các monotecpen (11-13) và sesquitecpen (14, 15) (với tổng hàm lượng của chúng lên đến 50%) tạo ra mùi hương hoa mạnh mẽ với tông mùi (sắc thái) hoa nhài và huệ (tuberose):

152

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong tinh dầu chất lượng thấp, hàm lượng caryophyllen (7) rất cao (76%) và chúng được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm thông thường. Trong hương trị liệu, tinh dầu ylang-ylang có khả năng bình thường hóa hoạt động của hệ thần kinh, giảm huyết áp, làm dừng quá trình rụng tóc. 3.6. Tri- và tetraxicloankan. Tinh dầu đàn hương và tinh dầu tuyết tùng. Balsam gurigumum Trong vai trò là hợp phần thơm của nhiều sản phẩm làm trong lành không khí, tạo mùi thơm cho xà phòng và nhiều sản phẩm tẩy rửa khác, đã sử dụng hỗn hợp dẫn xuất của 3- và 4-axetoxytrixiclo[41(2.5).3.0] decen-7 (3) có mùi thơm của gỗ và cỏ tươi. Các hợp chất (3) được điều chế từ xiclopentadien (1) bằng phương pháp dimer hóa kèm theo kết hợp axít axetic tại vị trí liên kết bội của vòng xiclohexen trong dimer (2):

Trong tinh dầu đần hương có tồn tại một trong những sesquitecpen thơm có giá trị nhất với cấu trúc tricycle, bao gồm một nhân xiclopropan và hai nhân xiclopentan (4, 5). 153

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Tinh dầu đàn hương được điều chế từ rễ cây nghiền nhỏ và vỏ bào của loài cây Santalum album L. (sinh trưởng tại Ấn Độ) bằng quá trình chưng cất cuốn hơi nước. Quá trình này kéo dài 2-3 ngày đêm, cho phép nâng sản lượng tinh dầu lên 6%. Tinh dầu bao gồm αsantalol (4) (đến 55%) và các đồng phân β-santalol (đến 24%), trong đó, đóng góp lớn nhất vào việc tạo ra mùi thơm dễ chịu đặc trưng là (-)-enanthiomer exo-epimer β-santalol (5) với cấu hình cis- của nhóm thế tại mạch nhánh (xem phần 3.5.3).

Trong lĩnh vực hương trị liệu, tinh dầu đàn hương được sử dụng để điều trị chứng mất ngủ, loại bỏ cảm giác sợ hãi, giảm bớt đi căng thẳng thần kinh. Trixiclosesquitecpen (6-8) là thành phần của balsam gurigumum, có mùi thơm của gỗ và được sử dụng vào chất tạo mùi cho xà phòng và trong hương liệu với mục đích làm giảm lượng tinh dầu có giá thành cao cần bổ sung. Hiện nay, trong hương trị liệu, nó được sử dụng để chữa trị các bệnh như êczêma, ung nhọt, áp xe, và các vết thương khó lành.

Loại balsam này đã sản xuất tại Việt Nam, Myanma, và Ấn Độ từ lâu loại cây thuộc chi Dầu Dipterocarpus alatus R. và được sử dụng trong y học dân tộc để chữa các bệnh viêm da và bệnh phong. Tinh dầu thu được từ balsam bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước với hiệu suất đến 75%. 154

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cedrol (camphor-tuyết tùng hay camphor-trắc bá diệp, 9) có chứa trong tinh dầu tuyết tùng (đến 40%) và trắc bá diệp. Cedrol cùng với dẫn xuất metyl este (10) và axetat (11) có mùi hương tuyết tùng, được ứng dụng rộng rãi với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và là hợp phần hương liệu cho mỹ phẩm. Rượu (9) dưới dạng (+)- được tách ra từ tinh dầu tuyết tùng và trắc bá diệp rồi chuyển hóa thành cedramber (10) bằng phản ứng este hóa với metanol, còn axetat (11) - bằng tác dụng với anhydric axetic.

Tinh dầu tuyết tùng được chỉ định dùng trong hương trị liệu để điều trị tình trạng trầm uất, căng thẳng và các bệnh viêm đường tiết niệu. Nó làm giảm cơn đau và các chứng đau do viêm khớp, thấp khớp. Tinh dầu tác dụng tốt khi điều trị bỏng, ung nhọt, áp xe và các vết thương. Được điều chế bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ gỗ, vỏ bào của cây tuyết tùng, cây đỗ tùng (juniper), cây bách thuja, cây trắc bá diệp, nhưng chủ yếu là từ đó tùng (Juniperus virginiana L.). Tinh dầu này với mùi thơm đặc trưng tuyết tùngbalsam được ứng dụng làm chất tạo mùi cho xà phòng, cho các sản phẩm hóa học gia dụng và cũng để điều chế cedrol (9), cũng như cedren (12, 13) và thujopcen (14).

Các hợp chất trixiclo (9,12-14) được làm nguyên liệu đầu vào cho các quá trình tổng hợp các dẫn xuất thơm khác có giá trị cao hơn.

155

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cần phải xác nhận thêm rằng, cây tuyết tùng thật sự chỉ là tuyết tùng có nguồn gốc từ Li Băng (Cedrus libani). Các loại tuyết tùng khác lại thuộc về họ nhà thông. Ở Ai Cập cổ, nhựa của chính tuyết tùng Li Băng đã được sử dụng để xông hương trong các đền thờ. Từ các dẫn xuất tetraxicloankan, cần lưu ý đến epycoprostanol (15). Chất này là cấu thành chủ yếu của long diên hương (đến 40%), đã được biết đến như là phần sáp do cá nhà tàng tiết ra (xem phần 3,4). Bản thân epycoprostanol không mùi, nhưng vì hợp chất này không bay hơi nên nó có tác dụng cố định (định hương) các chất thơm khác trong thành phần của long diên hương và nó được sử dụng cho mục đích này trong các hương liệu mỹ phẩm. Me Me

Me (CH2)3

Me

HO

(

156

chÊt ®Þnh hö¬ng ) epycoprostanol

Me

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Chương 4. Tổng hợp các dẫn xuất của dãy đồng đẳng aren Các dẫn xuất của benzen, indan và tetrahidronaphtalin mang các đặc tính thơm khác nhau, cho phép ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hương liệu và mỹ phẩm.Trong số những dẫn xuất đó, có những hợp chất rất có giá trị để sản xuất nước hoa, eau de cologne, sữa tắm… và rất hữu ích trong vai trò là các chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm, cũng như với vai trò là chất tạo mùi thơm tuyệt vời cho công nghiệp sản xuất xà phòng và sản phẩm hóa học gia dụng. 4.1. Dẫn xuất ankyl- và bromankenyl benzen. para-Xymen với hương thơm cam quýt. Từ các dẫn xuất của benzen, chỉ có mỗi 2-(4-metylphenyl)propan hay para-xymen là có ứng dụng trong thực tiễn với mùi thơm cam-quýt nhẹ nhàng. Nó là hợp phần của một số hương liệu mỹ phẩm và tinh dầu thực phẩm. Dẫn xuất tự nhiên này có mặt trong dầu nhựa thông và cả trong tinh dầu được chiết tách ra từ cây hồi hoang và rau mùi. Được sản xuất bằng phương pháp dehidro hóa và chuyển vị dưới tác dụng nhiệt α-pinn (1) hay pyrolysis các monotecpen C10H16. Phương pháp cơ bản trong công nghiệp là ankyl hóa theo cơ chế electrophile toluen (3) bằng propilen với sự có mặt của axít Lewis.

Me

Me

Me

500oC, -H2 AlCl3

Me Me (1) -pinen

Me

Me

(3)

( ) chÊt phô gia t¹ o mï i n-cymen Dẫn xuất brom của stiren (6) khi bị pha loãng sẽ có mùi hương phong tín tử (dạ hương lan, hyacinthus) mạnh. Hơn nữa, mùi hương này chỉ tồn tại ở đồng phân trans- và được sử dụng như chất tạo mùi thơm cho xà phòng. Hợp chất (6) được điều chế trong hai giai đoạn từ axít 3-phenylpropenoic (4). Axít này bị brom hóa trong môi trường không phân cực tại liên kết bội thành dibromoaxít (5). Sau đó axít (5) bị dehidrobrom hóa trong trong sự có mặt xô-đa, tác nhân nhận HBr và kèm theo đó quá trình decacboxyl hóa. Sự khác biệt đáng kể về nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cho phép tách một cách hiệu quả đồng phân trans- (6) bằng phương pháp kết tinh hoặc chưng cất dưới áp suất thấp. 157

Sách không bán – liên hệ [email protected]

4.2. Các dẫn xuất arylankanol 4.2.1. Dẫn xuất aryl của metanol với mùi thơm xạ hương và hoa hồng Rượu benzylic (phenylmetanol) (1) – thành phần thơm của rất nhiều loại tinh dầu thực vật (tinh dầu hoa huệ, hoa ylang-ylang, hoa cẩm chướng). Nó được sử dụng với vai trò là một chất tạo mùi thơm và định hương trong các sản phẩm hương liệu và làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng. Quá trình sản xuất rượu (1) dựa trên cơ sở oxy hóa (không có chất xúc tác) toluen (qua sản phẩm hidroperoxit benzen, 2) hoặc trên cơ sở thủy phân trong môi trường kiềm monoclorometylbenzen, được điều chế bằng phương pháp clo hóa toluen theo cơ chế gốc tự do dưới ánh sáng tử ngoại. Ngoài ra cũng tồn tại phương pháp điều chế rượu (1) bằng cách khử benzandehit trong môi trường kiềm bởi fomandehit:

Tổng sản lượng rượu benzylic, các ête thơm của nó (xem phần 4.3) và các dẫn xuất khác vượt quá 10 nghìn tấn một năm. Khi đưa 3 nhóm isopropyl vào nhân thơm của rượu benzylic thu được các đồng phân (7 và 8), các dẫn xuất này có mùi xạ hương nhẹ. Chúng được sử dụng dưới dạng hỗn hợp để thơm hóa xà phòng và là thành phần hương liệu mỹ phẩm. Tổng hợp các chất thơm (7, 8) dựa trên phản ứng ankyl hóa liên tục, trước tiên ankyl hóa benzen bằng propylen, sau đó ankyl hóa sản phẩm trung gian - cumen (3) bằng 2-propanol thành triissopropylbenzen (để 158

Sách không bán – liên hệ [email protected]

đơn giản hóa sơ đồ chúng ta chỉ đưa ra đồng phân (4)). Hợp chất (4) tiếp tục được clorometyl hóa bằng hỗn hợp fomandehit với HCl. Trong sản phẩm benzylclorua tạo thành (5) nguyên tử clo được thay thế bằng nhóm axetal. Bằng cách đó thu được benzylaxetat (6):

Còn một dẫn xuất của rượu benzylic (2-phenyl-2-propanol, (11)) có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn bởi nó mang mùi hương hoa hồng (với tông mùi hương gỗ). Quá trình điều chế sản phẩm này đặt cơ sở trên quá trình ôxy hóa không hoàn toàn cumen (3) – tạo sản phẩm hidroperoxit isopropylbenzen (9), được sản xuất với quy mô lớn. Tiếp tục tác dụng với propylen (phản ứng Prilezhaeva) thu được sản phẩm cần thiết carbinol (11), còn sản phẩm phụ là 2-metyloxiran (10). Cần phải nhắc rằng, hiện nay, trong công nghiệp phương pháp chủ yếu tổng hợp phenol và axeton là xử lý hidroperoxit (9) với axít sulfuric.

159

Sách không bán – liên hệ [email protected]

4.2.2. 2-Phenyletanol với hương hoa hồng. Tinh dầu hoa hồng. Phenylpropenol và rượu xinamic với mùi hương phong tín tử 2-Phenyletanol (2) - một trong những chất thơm quan trọng nhất trong việc sản xuất hương liệu và mỹ phẩm. Nó có mùi hương hoa hồng và được sử dụng rộng rãi như là chất phụ gia tạo hương thơm cho thực phẩm, chất tạo mùi thơm ưu việt cho xà phòng và các thành phần mỹ phẩm khác, và cũng để sản xuất tinh dầu hoa hồng nhân tạo. Ngoài ra, từ dẫn xuất này, điều chế được một loạt những hợp chất thơm thú vị khác. Ví dụ, trong các thành phần hương liệu mỹ phẩm có sử dụng este của 2-phenyletanol với axít metanoic, thể hiện mạnh mùi hương thơm hỗn hợp thảo mộc và hoa hồng. Phenyletanol có trong nhiều loại tinh dầu khác nhau - tinh dầu hoa hồng (đến 65%), tinh dầu đinh hương, tinh dầu phong lữ. Tổng sản lượng phenyletanol của toàn thế giới vượt hơn 7 nghìn tấn một năm. Trong công nghiệp, rượu (2) được điều chế bằng phản ứng hidroxyetyl hóa benzen bởi oxiran (1) với sự có mặt của AlCl3. Trong quá trình này có tạo ra các sản phẩm phụ khác là 1,2diphenyletan, 2-cloroetylbenzen, 2-phenyloxyetanol và 2-cloroetanol. Một phương pháp khác tổng hợp dẫn xuất này dựa trên cơ sở quá trình ankyl hóa benzen theo cơ chế electrophile bằng etilen. Sau quá trình dehidro hóa etylbenzen (3) với điều kiện nhiệt độ cao và có mặt xúc tác (cơ chế gốc tự do) thu được stiren (4), tiếp tục bị oxy hóa bằng H2O2 thành phenyloxiran (5), dẫn xuất sau đó bị khử hóa mở vòng trên xúc tác Ni với sự có mặt của kiềm:

Oxiran (5) cũng được sản xuất bằng phương pháp đóng vòng dehidro hóa trong môi trường kiềm dẫn xuất 1-phenyl-2-cloroetanol, dẫn xuất được tổng hợp bằng phản ứng cộng hợp axít HClO với stiren (4). Một phương pháp tổng hợp hợp chất trung gian phenyloxiran là ôxy hóa trực tiếp stiren bằng ôxy không khí ở pha lỏng với nhiệt độ là 1200C.

160

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong lĩnh vực hương trị liệu, tinh dầu hoa hồng có một vị trí vững chắc. Nó có tác dụng giảm căng thẳng, trầm uất, mất ngủ tốt. Tinh dầu hoa hồng làm bình thường hóa hệ tuần hoàn máu, hoạt động của tim, hoạt động của hệ thống nội tiết, của dạ dày và ruột. Bằng tinh dầu hoa hồng chữa trị hiệu quả các bệnh hen suyễn, viêm họng, viêm phế quản và cúm. Bên cạnh đó, bằng tinh dầu hồng có thể điều trị bỏng da do ánh nắng và các bệnh truyền nhiễm ngoài da. Có nghiên cứu cho rằng nó cũng có tác dụng làm chậm quá trình lão hóa da. Thời xa xưa, ở Hy Lạp, các cánh hoa hồng được hãm (ngâm) trong tinh dầu ôliu và phần chiết cô đặc có hương thơm này được bôi lên cơ thể. Những phương pháp tách lấy tinh dầu hoa hồng tương tự như vậy, không chỉ vì mục đích tỏa ra mùi thơm, mà còn giúp cho các mục đích khác như điều trị giảm cơn đau đầu, giảm huyết áp, đem lại cho làn da cảm giác mềm mại, bảo vệ da khỏi các bệnh truyền nhiễm (tinh dầu hoa hồng – một chất kháng khuẩn tuyệt vời). Từ thế kỷ VIII từ Ba Tư đến các nước lân bang nước hóa hồng đã được để sử dụng với mục đích phòng bệnh và tạo thành cái hộp thơm – hay một môi trường khí hậu nhỏ riêng biệt xung quanh cơ thể. Nước hoa hồng Ba Tư này được điều chế bằng cách đun sôi các cánh hoa hồng trong nước. Có giả thiết cho rằng, tinh dầu hoa hồng tinh khiết được chiết tách lần đầu tiên vào thế kỷ X ở Ấn Độ, có lẽ chủ yếu là bằng cách ép lấy tinh dầu từ cánh hoa hồng. Ở Châu Âu (Bungari), tinh dầu hoa hồng bắt đầu được sản xuất vào thế kỷ XVII. Từ đó cho đến ngày nay, tại châu Âu, người ta cho rằng nếu hoa hồng là nữ hoàng của các loài hoa, thì tinh dầu hoa hồng là vua của các loại tinh dầu. Nhiều người đã đồng ý với quan điểm này, trong đó có chúng tôi - các tác giả của cuốn sách này. Tinh dầu hoa hồng Bungari được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước các cánh hoa và bông hoa hồng loại Rosa damascene Mill và Rosa alba (hoa hồng bạch) với hiệu suất thu được rất thấp – ít hơn 0,05% (một giọt tinh dầu thu được từ 200 gam cánh hoa). Hiện nay đó là loại tinh dầu đắt nhất (giá trị của 1 tấn là 2,5 triệu đô la) và có ý nghĩa nhất đối với các nhà hương liệu học là chất lượng của tinh dầu hoa hồng, bởi chúng được dùng để sản xuất các loại nước hoa tốt nhất và là chất tạo hương thơm cho các sản phẩm hóa mỹ phẩm cao cấp khác (extra-class). Từ nước gạn có thể sản xuất nước hoa, nước thơm và hương liệu mỹ phẩm khác, sau khi được làm giàu bằng rượu phenyletylic. Trong tinh dầu hoa hồng Bungari, thu được bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước, có hơn 200 chất thành phần, nhưng hợp phần chủ yếu, ngoài phenyletanol (2) đã được đề cập đến còn có các hợp chất (6-8) (tỷ lệ của chúng phụ thuộc vào độ chín của hoa, các 161

Sách không bán – liên hệ [email protected]

điều kiện về khí hậu, phụ thuộc vào phương pháp tách tinh dầu - tinh dầu chiết xuất chứa nhiều phenyletanol nhất).

Những thành phần với hàm lượng nhỏ (9-13) cũng góp phần quan trọng trong việc hình thành hương thơm hoa hồng. Hàm lượng của chúng dao động từ 0,1 đến 0,5%, nhưng chúng có ngưỡng cảm nhận thấp đối với khứu giác, và khi biến mất một lượng rất nhỏ, thì hương thơm của chúng cũng dễ dàng nhận ra bởi khứu giác của nhà hương liệu học.

Bằng phương pháp chiết cánh hoa hồng bởi các ankan mạch ngắn chúng ta thu được concret (sau khi làm bay hơi dung môi). Chiết concret thu được bằng rượu (để loại bỏ các phần sáp không hòa tan trong rượu) sẽ thu được tinh dầu hoa hồng tuyệt đối (absolute) (hiệu suất 0,1% tính trên số lượng những bông hoa), từ đó sản xuất các thành phần hương liệu có giá trị. Concret (đến 60% là sáp, 25% là phenyletanol, 8% là citronellol và khoảng 2-3% là 162

Sách không bán – liên hệ [email protected]

heraniol và nerol) được sử dụng để sản xuất các loại nước thơm đậm đặc và các chất tạo mùi thơm cho mỹ phẩm. Absolute có 65% là rượu arenic (2), 22% là citronellol, 8% là geraniol và 4% là nerol. Cần nói thêm rằng bằng phương pháp chưng cất với nước một loại hoa hồng khác – hoa hồng đỏ ở Crưm (Rosa gallica L) đã tạo ra được tinh dầu hoa hồng đỏ Crưm có hàm lượng phenyletanol đến 70%, citronellol đến 6% và tổng số 12% đối với geraniol và nerol. Một đồng đẳng của phenyletanol – dẫn xuất phenyl thơm của propanol (14,15) và rượu không no xinamic là những chất tạo mùi thơm cho xà phòng, cũng như chất hợp phần hương liệu mỹ phẩm:

Chất đầu tiên trong số đó, (1-phenyl-2-metylpropan-2-ol, (14)) là dẫn xuất của 2phenyletanol (2), tại vị trí số 1có hai nhóm thế metyl. Thay đổi nhỏ ở cấp độ phân tử này đã dẫn tới việc biến mất mùi hương hoa hồng và làm xuất hiện mùi hương của hoa-thảo mộc. Rượu (14) được tạo thành nhờ phản ứng Grignard từ axeton và phenylmagie clorua:

Rượu khác có nguồn gốc tự nhiên 3-phenylpropanol (15) mặc dù chỉ là một đồng đẳng gần nhất của 2-phenyletanol (2) cũng không có hương thơm hoa hồng, nhưng dù vậy, sự biến đổi hóa học này đã dẫn tới mùi hương của phong tín tử. Rượu (15) gặp trong trong nhiều loại tinh dầu thực vật, trong quế và các loại quả. Quá trình tổng hợp gồm 2 giai đoạn. 163

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Đầu tiên, tương tác giữa vinylbenzen (4) với fomandehit trong điều kiện phản ứng Princ thu được dioxan (17). Sau đó nhân dioxan bị phá vỡ khi nung nóng trong môi trường axít và có mặt hidro:

Ngoài ra, rượu bão hòa (15) được bằng phương pháp hidro hóa rượu xinamic (16). Rượu chưa bão hòa có nguồn gốc tự nhiên, trans-3-phenylpropan-2-en-1-ol, (rượu xinamic, (16)) có mùi hương phong tín tử, nhưng cũng mang tông mùi balsam, do có sự xuất hiện thêm liên kết đôi tại mạch aliphatic (khác với tiền chất (15) của nó). Ở dạng các ête, nó tồn tại trong tinh dầu phong tín tử và các loại tinh dầu khác. Rượu (16) được điều chế bằng phương pháp khử andehit (18) theo phương pháp Meerwein-Ponndorf-Verley. Vai trò chất cho hidro là 2-propanol với sự có mặt của nhôm alcoholat (isopropylat hay benzylat). Có thể sử dụng phương pháp hidro hóa trên hợp chất của Rh. Trong điều kiện này, chỉ hidro hóa duy nhất nhóm cacbonyl. Một phần rượu xinamic (16) cũng được tổng hợp bằng phương pháp thủy phân các este, có chứa trong nhựa an tức hương (cánh kiến trắng).

4.2.3. Este của rượu arylalyphatic với axít aliphatic với hương thơm hoa và trái cây Este của rượu với các axít hữu cơ tạo thành một nhóm rất lớn các hương liệu có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Sự kiện này cho phép coi nhóm este là một trong những nhóm odorifore đáng tin cậy nhất. Phương pháp cơ bản để tổng hợp este là tương tác trực tiếp giữa rượu với axít và trong môi trường xúc tác axít. Khi este sẽ tách ra phân tử nước, được tạo thành từ nhóm hidroxyl của rượu và proton của axít hữu cơ, điều này được minh chứng bằng việc sử dụng rượu, có oxy đánh dấu O18. Ví dụ phản ứng tổng hợp benzylaxetat (1) theo sơ đồ sau: 164

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Ở giai đoạn đầu tiên, nhờ sự phân cực của mối liên kết H→O và của nhóm cacbonyl của axít đã xảy ra phản ứng O-proton hóa theo cơ chế electrophile (trong trường hợp này rượu đã tự xúc tác với vai trò như của axít). Cacbocation được tạo thành (A), mất nước (quá trình thuận nghịch) tạo thành axyl-cation (B), sau đó kết hợp với phần còn lại của rượu tạo thành este (1).Khi có mặt của axít mạnh (như chất xúc tác), quá trình proton hóa nhóm cacbonyl của axít (không phải nhóm rượu) sẽ xảy ra, tại giai đoạn cuối cùng cation (B) tấn công phân tử rượu theo cơ chế SN1. Trong vai trò là chất xúc tác để đẩy nhanh tốc độ tương tác giữa rượu và axít có sử dụng H2SO4 đậm đặc, NaHSO4, axít para-tolylsulfonic, axít 1naphthalenosulfonic, axít cationid). Khi đó cố gắng tạo ra nồng độ H+ ít hoạt động nhất, để giảm khả năng xảy ra các phản ứng phụ. Phản ứng este hóa là quá trình thuận nghịch, nên nếu có thể thì thực hiện bước loại nước (được tạo thành trong quá trình phản ứng) dưới dạng hỗn hợp đẳng phí với rượu, benzen hay toluen. Để thúc đẩy nhanh phản ứng este hóa cần nâng cao nhiệt độ của phản ứng. Nhưng khi đó, tốc độ của phản ứng tạo ra các sản phẩm phụ cũng tăng lên - các ête, anken, ankenol. Với mục tiêu tinh chế các este tạo thành, tiến hành chưng cất ở áp suất khí quyển với sự có mặt của kiềm (để loại các axít chưa phản ứng) hay là xử lý bằng than hoạt tính để loại tạp chất tạo màu. Các phương pháp khác để tổng hợp este là chuyển hóa các anhiđrit và cloroanhiđrit của axít hữu cơ dưới tác dụng rượu, cũng như phản ứng giữa muối của axít hữu cơ với arylankylhalogenua, ví dụ:

165

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong các trường đặc biệt, este được tổng hợp bằng các quá trình este hóa lại với xúc tác là các axít vô cơ (HCl, BF3) hay kiềm và có thể tách các rượu hay axít dễ bay hơi bằng chưng cất. Trong bảng 4.1 đã đưa ra những este thơm quan trọng nhất có ứng dụng trong thực tế giữa rượu arylalyphatic với các axít alyphatic. Xem xét tính chất, mục đích sử dụng và các phương pháp sản xuất một số este.

166

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Bảng 4.1 Các chất thơm – este của rượu arylaliphatic và axít aliphatic No 1 2

3

Công thức Tên gọi Este của rượu benzylic và các dẫn xuất Benzylaxetat 4-metoxyphenylmetylaxetat Este 1-phenyletanol và các dẫn xuất (1-phenyletyl)axetat

Mùi hương Trái cây (với tông mùi hoa nhài) Hoa – quả (với tông mùi balsam) Hoa dành dành hay thủy hoàng chi Hoa hồng với tông mùi balsam

4

(1-phenyl-2,2,2tricloroetyl)axetat

5

Benzylpropionat

Trái cây với tông mùi hoa nhài

6

Benzyllaurat (benzyldodecanoat)

Béo ngậy

7

Este 2-phenyletanol Phenyletylfomiat

8

Phenyletylaxetat

Trái cây với tông mùi lá xanh

9

Phenyletylpropionat

Bergamot, mơ và mận

10

Phenyletylbutyrat

Trái cây

11

Phenyletylisobutyrat

Trái cây với tông mùi hoa hồng

12

Phenyletyletyloxalat

Hoa – quả

13

Este rượu xinamic (3-phenylpro-2-en-1-ol) Cinnamylaxetat

14

Cinnamylisobutyrat

1* Chất phụ gia tạo mùi thực phẩm 2*Hương liệu mỹ phẩm trang điểm 3* Chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các chất tẩy rửa 167

Hoa cúc đại và hoa hồng

Hoa và quả Hoa hồng

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Ête của rượu benzoic (phenylmetanol) với axít axetic (1) – hương liệu thiên nhiên có chứa trong các loại tinh dầu phong tín tử, tinh dầu nhài (đến 34%) và tinh dầu y-lang y-lang. Nó được sử dụng để đem lại cho thực phẩm và mỹ phẩm mùi hương thơm hoa quả. Sản lượng của loại este này vượt quá 6 nghìn tấn một năm. Benzylaxetat (1) được tổng hợp bằng các phương pháp đã đề cập đến ở trên, cũng như có thể từ toluen bằng phương pháp ôxy hóa trên xúc tác Pd với sự có mặt của tác nhân este hóa – là anhiđrit axetic:

Các este của 1-phenyletanol (hợp chất 3 và 4 trong bảng 4.1) được tổng hợp bằng phản ứng axetyl hóa các rượu (15 và 16) bằng anhiđrit axetic). Dẫn xuất thế triclo của rượu (16) được sản xuất bằng cách trùng ngưng có xúc tác axít giữa cloral tricloroetanal với benzen. Theo một phương pháp đặc biệt khác, nó được tạo thành nhờ kết quả của việc kết hợp cloroform với nhodm fomyl trong benzandehit dưới tác động của kiềm: OH

CH

CCl3

O +

CH

OH

R

CHMe

Ac2O

Ac2O

Cl3C C H

AcO

-AcOH

H+ (3,4)

(16) OH

(15)

(3) R = Me; (4) R = CCl3, rosaxetat (chÊt ®Þnh hö¬ng)

CHO + CHCl3

Este (3) đồng nhất với một chất thành phần của tinh dầu được chiết tách từ hoa dành dành (hay còn gọi là thủy hoàng chi, chi tử - gardenia jasminoides). Este (4) nguồn gốc tổng hợp (4) được tách ra từ nhóm các este có tính định hương. Các este của phenyletanol (7-12) và của rượu xinamic (2-phenylpropenol (13, 14)) được sử dụng với vai trò là các chất tạo mùi thơm trong sản xuất thực phẩm, chất tạo mùi hương cho xà phòng, cũng như là hợp phần hương liệu mỹ phẩm. Khác với các este, các ête ít được sử dụng, và là các hương liệu không có vai trò quan trọng trong thực tiễn. Trong số chúng, chỉ có thể tìm thấy ête của 2-phenyletanol với 3-metylbuten-2-ol-1 (anter, 19) và các axetal (23, 24). Tất cả ba hợp chất này đều có mùi thơm của hương hoa hay hương thơm hoa-quả. Ête (19) được tổng hợp bằng phương pháp

168

Sách không bán – liên hệ [email protected]

trùng ngưng rượu phenyletanol với các tác nhân ête hóa khác nhau (17, 20, 21). Axetal (23, 24) được tổng hợp bằng phản ứng kết hợp 2-phenyletanol với các vinylankyl ête (22):

4.3. Tổng hợp các arylaliphatic andehit 4.3.1. Arylankanal. Phenyletanal và các đồng đẳng với mùi hương hoa phong tín tử. Cyclamenandehit và các đồng đẳng Đối với phenyletanal (phenylaxetalandehit, 2) có mùi hương mạnh và đặc trưng của hoa phong tín tử, cho phép sử dụng hợp chất này để tạo tập hợp các hỗn hợp thơm khác nhau. Andehit này là thành phần của một loạt các tinh dầu thiên nhiên và cũng được phát hiện trong một số loại thực phẩm. Trong trái dừa có chứa dẫn xuất dimetylaxetal (4) của nó, với hương thơm hoa hồng và phong tín tử. Một axetal khác (5) cũng có mùi hương tương tự. Axetal (4, 5) được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm khác. Các hợp chất (2) và (4) được điều chế bằng phương pháp dehidro hóa rượu phenyletanol (1) ở pha khí (dưới tác dụng nhiệt hay tác nhân oxy hóa). Nó cũng được tổng hợp bằng phản ứng đồng phân hóa phenyloxiran (3) với xúc tác Al2O3/SiO2 hay ôxít sắt Fe2O3. Phenyloxiran được tổng hợp từ stiren qua clorohydrin với quá trình đóng vòng oxiran dưới tác dụng của kiềm:

169

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Đồng đẳng phenylaxetandehit (2) – 2-phenylpropanal (6) và 3-phenylpropanal (9) có mùi hương phong tín tử (ở hợp chất (9) là mùi hương hoa lẫn với tông mùi phong tín tử nhẹ). Chúng được tìm thấy trong một số tinh dầu, nhựa cây, trái cây và cây quế (cinnamon). Các chất thơm (6, 9) được ứng dụng tạo mùi hương phong tín tử và hoa hồng cho các sản phẩm hương liệu và xà phòng tắm. Andehit (6) được tổng hợp bằng quá trình hidrocacbonyl hóa stiren với sự có mặt của cobancacbonylhidrua. Phương pháp khác dựa trên cơ sở phản ứng trùng ngưng axetophenon với etylmonocloroaxetat trong sự có mặt của tác nhân kiềm. Phản ứng Darzens dẫn đến việc tạo thành oxiran (7), sau đó được xà phòng hóa và decacboxyl hóa. Axetal (8) có hương thơm trái cây với các tông mùi hoa hồng, thảo mộc và gia vị. Axetal (4), (5) và (8) được tổng hợp trong công nghiệp bằng tương tác giữa các rượu tương ứng với sự có mặt của chất xúc tác (các axít vô cơ hay cationit):

170

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Bằng quá trình hidro hóa andehit xinamic cho sản phẩm là andehit (9). Sản phẩm (9) thơm này cũng có thể tổng hợp bằng phản ứng Princ từ stiren và fomandehit qua 4-phenyl1,2-dioxan (10):

Việc kết hợp 3-phenylpropanal vào nguyên tử C-2 của nhóm etyl đem lại cho hợp chất (13) tông mùi hương của cam quýt lẫn với vị cay nồng, nhờ đó mà dẫn xuất này nhận được tên gọi là Apelsinal. Apelsinal là chất tạo mùi thơm rất tốt cho xà phòng, các chất tẩy rửa tổng hợp và mỹ phẩm. Quá trình tổng hợp andehit này bao gồm giai đoạn trùng ngưng fomylbenzen với n-butanal (11) và giai đoạn hidro hóa có chọn lọc dẫn xuất trung gian benzyliden (12):

171

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Một đồng đẳng khác của 3-phenylpropanal (9), được tạo thành khi đưa nhóm metyl kết hợp với nhân phenyl (tại vị trí C-4), khi đó thay cho mùi hương thơm của hoa như tiền chất trong dãy đồng đẳng, nó sẽ có mùi thơm của dưa hấu chín (xem phrenal, 15). Dẫn xuất 3-aryl- của propanal (15) được tổng hợp trong công nghiệp bằng phương pháp như sơ đồ sau. Trước tiên 4-metylbenzandehit (4) được ngưng tụ với etanal theo cơ chế phản ứng croton hóa. Sau đó, hidro hóa sản phẩm trung gian vừa tạo thành trên xúc tác niken Raney:

Trong phương pháp tiếp cận khác, thực hiện trùng ngưng toluen với dẫn xuất O,Odiaxetat propenal (16) với sự có mặt của titantetraclorua. Monoaxetat (17) được tạo thành sẽ bị thủy phân, thêm nữa sản phẩm trung gian vinylol sẽ chuyển vị thành nhóm andehit. Để tổng hợp florazolon (20) đã sử dụng phản ứng trùng ngưng 4-etylbenzylclorua (18) với 2-metylpropanal (19) với xúc tác kiềm đồng thời là chất nhận HCl (phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện xúc tác chuyển pha):

3-(4-Isopropylphenyl)-2-metylpropanal (cyclamenandehit, 23) và đồng đẳng 2-metyl của nó (24) có hương thơm của hoa anh thảo và là hợp phần hương liệu của nhiều loại nước hoa và mỹ phẩm, cũng như chất tạo mùi thơm cho xà phòng. Andehit (23) được điều chế bằng 2 phương pháp. Trong phương án đầu tiên, thực hiện trùng ngưng aldol-croton 4isopropylbenzandehit (21) với propanal thu được dẫn xuất aryl của methacrolein (22). Hợp chất trung gian này sau đó bị hidro hóa có chọn lọc tại vị trí liên kết C=C. Trong một phương pháp khác, thực hiện tổng hợp cyclamenandehit bằng phản ứng một bước (one-pot) ankyl hóa cumen (25) theo Friedel-Crafts bằng O,O-diaxetyl methacrolein (26) kèm theo thủy phân sản phẩm trung gian (27) mà không cần quá trình phân tách:

172

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Andehit (24) được tổng hợp bằng phản ứng α-arankyl hóa 2-metylpropanal (28) bằng 4-(2-propyl)benzylclorua (29) với sự có mặt của kiềm (điều kiện xúc tác chuyển pha):

Đồng phân para-benzylclorua (29) được tổng hợp bằng phương pháp clorometyl hóa cumen (25) bằng hỗn hợp fomandehit và HCl khi đun nóng nhẹ với sự có mặt của chất xúc tác là H2SO4 đậm đặc. Khi đó sẽ tạo thành đồng phân ortho- của dẫn xuất di(clorometyl) và 173

Sách không bán – liên hệ [email protected]

các sản phẩm phụ khác. Biết rằng, đồng phân para- (29) được sử dụng để tổng hợp andehit (21) theo phản ứng Soomelet. Trước tiên bằng tác dụng urotropin trong MeCOOH thu được sản phẩm trung gian là muối bậc bốn, sau đó bị thủy phân ở nhiệt độ 1000C (cùng với việc tách bỏ CH2O, NH4Cl và NH3) thành andehit (21). Tương tự, tổng hợp được các andehit thơm (30-32), có nhóm thế tret-butyl tại vị trí para- trên nhân benzen. Tất cả sản phẩm tổng hợp này, có mùi thơm của hoa tươi và được sử dụng với vai trò là các thành phần hương liệu của nước hoa và đồ trang điểm. Bên cạnh đó, lilyandehit (31) cũng được ứng dụng làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm.

4.3.2. Arylpropenal. Andehit xinamic. Tinh dầu quế. Jasminandehit Andehit xinamic (trans-3-phenylpropenal, 1) và một số dẫn xuất thế 2-ankyl đã có được ứng dụng thực tiễn là thành phần hương liệu của mỹ phẩm (nước hoa và eau de cologne) và các lĩnh vực ứng dụng khác, cụ thể, nó có thể là chất thay thế cho loại gia vị lâu đời nhất trên trái đất - quế, được lấy từ vỏ cây Cinnamomum zeylanicum. Loại gia vị này đã được sử dụng ở Ai Cập 3700 năm trước. Trong kinh thánh, khu vườn của Vua Sôlômôn có trồng những loại cây mà từ vỏ của chúng đã làm ra loại bột để sử dụng trong những nghi lễ thiêng liêng. Andehit xinamic là thành phần tạo mùi thơm chính của quế. Nó có vị hơi ngọt, vị nóng và chát (đồng phân cis- cũng có hương vị như vậy) và có được sự ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, được bổ sung vào các sản phẩm bánh kẹo (bánh mứt quế), sốt cà chua, dưa chuột muối, rượu thơm … Andehit xinamic (1) cũng được sử dụng làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng. Andehit xinamic được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ của benzandehit với etanal, được tiến hành với sự có mặt của dung dịch kiềm, với sản phẩm trung gian là aldol:

174

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hợp chất này cũng có thể được tổng hợp bằng phương pháp oxy hóa khử rượu xinamic ở nhiệt độ 20000C trên xúc tác đồng. Tinh dầu, nhận được bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ vỏ quế có từ 83% đến 90% là andehit xinamic và có 1% eugenol (2). Nếu như thu tinh dầu từ lá cây thì thành phần phần trăm của các chất này sẽ đổi chỗ cho nhau. Trong hương trị liệu tinh dầu của cả hai loại, dù khác biệt ít nhiều, vẫn có tác dụng trị bệnh như nhau. Tinh dầu này là một chất kháng khuẩn mạnh và có tác dụng đối với những chứng viêm nhiễm đường hô hấp nặng, cảm, cúm, viêm da. Nó làm giảm cơn đau khớp, tăng trương lực, kích thích hệ thần kinh và hệ miễn dịch, bình thường hóa hoạt động của hệ tiêu hóa và có ảnh hưởng tốt ở chứng bệnh bất lực ở đàn ông. 2-ankyl-3phenylpropenal (3) và (4) là những chất tạo mùi thơm tuyệt vời cho xà phòng, là những thành phần của các hỗn hợp hương liệu và là chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm. Các hợp chất này đem lại cho sản phẩm hương thơm nhẹ nhàng, tinh tế của hoa nhài. Jasminandehit (3) khác với andehit (4) không được tìm thấy trong tự nhiên.Tổng hợp dẫn xuất 2-ankyl-3-metyl bằng phương pháp trùng ngưng croton giữa benzandehit với các andehit mạch thẳng tương ứng khi có xúc tác bằng các kiềm ở nhiệt độ 30 – 400C.

175

Sách không bán – liên hệ [email protected]

4.4. Axylbenzen. Benzandehit có mùi hạnh nhân. Axetophenon với mùi thơm của hoa. Nhóm arylaxyl là thành phần cấu tạo của nhiều chất thơm và vì thế có thể xem xét nó như là một trong những nhóm tạo mùi (odorifore) quan trọng. Ngành công nghiệp tổng hợp các hợp chất hữu cơ đã và đang sản xuất một loạt các hợp chất tương tự, với ứng dụng chủ yếu là các chất tạo mùi thơm cho xà phòng, chất tẩy rửa, các sản phẩm trang điểm và là các chất định hương trong thành phần hương liệu của mỹ phẩm. Trong vai trò là một chất phụ gia tạo mùi thơm trong công nghiệp thực phẩm và hương liệu đã sử dụng benzandehit - một hợp chất thiên nhiên có trong thành phần một số loại tinh dầu thực vật (hoắc hương (patchouli - pogostemon cablin (blanco) benth và cam đắng Citrus aurantium var. amara - Bigaradia). Nó có hương thơm của hạnh nhân với vị đắng và tồn tại với hàm lượng lớn trong hạt của hạnh nhân. Trong công nghiệp, benzandehit được tổng hợp chủ yếu là từ toluen có thể bằng phương pháp oxi hóa trực tiếp ở pha khi trên các ôxít valadi (V), crom (Cr) hay molybden (Mo) (sản phẩm phụ là rượu benzylic đến 30%); hoặc qua giai đoạn clo hóa ở pha chất lỏng theo cơ chế gốc tự do thành diclorometylbenzen và tiếp tục thủy phân hợp chất này. Quá trình clo hóa được tiến hành bởi 2,2-azo-bis-isobutyronitril với vai trò là khởi tạo các gốc tự do. Benzandehit cũng có thể tổng hợp bằng phương pháp ôxy hóa có xúc tác hidroxymetylbenzen hoặc fomyl hóa benzen trong hệ xúc tác Co/HCl/AlCl3 (phương pháp Gattermann-Koch):

Axetylbenzen (axetophenon, metylphenylxeton) có mùi hương của hoa tiểu anh (prunus padus – bird chery) mạnh. Nó không được sử dụng với vai trò là hương liệu vì tác dụng gây buồn ngủ. Bên cạnh đó cũng xác định rằng axetophenon là một trong bảy hợp chất thành phần cơ bản chiết từ lông hải ly – là một chất định hương tuyệt vời (xem phần 4.6.1.1) Trong số các arylankylxeton đơn giản nhất, đã tìm có ứng dụng làm hương liệu, có thể kể đến các đồng phân của axetophenon (1, 2), tông mùi hương hoa của những chất này được xác định bởi vị trí của nhóm thế metyl tại vị trí para- (tương ứng với nhóm axyl–) của 176

Sách không bán – liên hệ [email protected]

vòng benzen, hoặc tại chính nhóm axyl. 4-Metylaxetophenon (1) được tổng hợp bằng tương tác của anhiđrit axetic với toluen khi có mặt chất xúc tác Lewis:

Trong các thành phần hương liệu nước hoa và mỹ phẩn trang điểm, với vai trò là chất định hương đã sử dụng propiophenol (1-phenylpropan-1-on, (2)), bản thân chất này cũng có hương thơm của hoa. Nó được tổng hợp bằng phương pháp axyl hóa benzen bằng propionyl clorua hay bằng phương pháp trùng ngưng ở nhiệt độ cao hỗn hợp hai axít benzoic và propionic, quá trình ngưng tụ được diễn ra với việc sử dụng các chất xúc tác dị thể (ôxít sắt, mangan, titan):

4.5. Dẫn xuất nitroankylbenzen có mùi xạ hương Việc đưa hai hay ba nhóm nitro vào nhân benzen đã có chứa nhóm thế tret-butyl cùng với một trong những nhóm sau – metoxyl, axetyl hay nitro sẽ tạo ra dẫn xuất có mùi xạ hương.

177

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Như vậy, mùi hương này sẽ có ở dẫn xuất với năm nhóm thế của benzen loại muscus-ambret (1) và dẫn xuất với sáu nhóm thế loại muscus-xeton (2) và muscus-xylen (3). Ngoài việc đem lại mùi xạ hương dễ chịu, các chất này còn làm ổn định các thành phần tạo hương thơm và chúng được bổ sung vào các thành phần hương liệu, xà phòng và các sản phẩm hóa học gia dụng cũng như được sử dụng với vai trò chất định hương. Phương pháp tổng hợp các hợp chất xạ hương nhân tạo (1-3) dựa trên cơ sở phản ứng ankyl hóa 3-metoxytoluen (4) hoặc meta-xylen (5) hoặc 2-cloro-2-metylpropan (8) (phản ứng Friedel-Crasfts theo cơ chế electrophil). Trong trường hợp thứ nhất, việc đưa hai nhóm nitro vào dẫn xuất benzen (6) với 3 nhóm thế đẩy điện tử bất đối xứng có thể thực hiện bởi tác nhân nitro hóa không tạo proton (aprotic) – hợp chất của axít nitric đặc với anhiđrit axetic (axetylnitrat, A, B) khi làm lạnh. Kết quả là với hiệu suất tốt tạo ra dẫn xuất dinitro (muscus-ambret, (1)):

Quá trình nitro hóa xảy ra theo sơ đồ sau. Axetylaxetat (dạng A, B) thực hiện tấn công electrophile bằng nhóm nitronium cation (NO2+) vào vị trí dễ bị tấn công nhất của nhân benzen của hợp chất (6), tạo ra các sản phẩm trung gian – trước tiên là phức π-, và phức σ-. Phức σ- sau đó bị mất proton (axetyl-anion là chất nhận proton) và chuyển hóa thành sản phẩm mono-nitro (C), sau đó bị nitro hóa tiếp tục thành dẫn xuất dinitro (1):

178

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Để tổng hợp muscus-xylen (3) đòi hỏi phải cộng hợp 3 nhóm nitro và 2 trong số đó cần được đưa vào vị trí bị cản trở bởi hiệu ứng không gian lớn – vị trí ortho- của nhóm tretbutyl trong phân tử hợp chất (9). Vì vậy trong trường hợp này, sử dụng tác nhân nitro hóa mạnh – hỗn hợp axít nitric với axít sylfuric thường là tác nhân nitro hóa nhân benzen. Trong

HN O

3 /A

c2

O

quá trình nitro hóa hoàn toàn này cần phải cung cấp nhiệt cho hỗn hợp phản ứng.

Trong quá trình tổng hợp muscus-xeton (2) tính chất lựa chọn vị trí tấn công – axyl hóa vào hợp chất (9) cũng được đảm bảo bằng quá trình kiểm soát không gian. Vấn đề đưa 2 nhóm nitro vào dẫn xuất axetophenol vừa nhận được (10) hóa ra cũng không đến nỗi quá khó khăn so với việc tổng hợp sản phẩm trinitro (3), và việc nitro hóa (10) thành muscusxeton (2) một lần nữa như trong trường hợp nitro hóa hợp chất (6), được thực hiện bằng axetylnitrat. Lưu ý rằng, khi sử dụng hỗn hợp nitro hóa quá trình phản ứng thường được tiến hành ở nhiệt độ thấp, nhằm mục đích tránh khả năng gây nổ. 4.6. Tổng hợp các hợp chất thuộc dãy phenol Các dẫn xuất của một- và hai nhân phenol hình thành nhóm các hương liệu tổng hợp và tự nhiên, các chất này đã tìm được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm, thực phẩm và thức ăn gia súc. Chúng được sử dụng rộng rãi để sản xuất nước hoa, nước thơm, eau de cologne, cũng như trong vai trò là các chất phụ gia tạo hương thơm

179

Sách không bán – liên hệ [email protected]

cho thực phẩm và chất tạo mùi cho số lượng lớn các sản phẩm hóa học gia dụng và mỹ phẩm. 4.6.1. Các dẫn xuất của monohidroxybenzen 4.6.1.1. Dẫn xuất C-ankylphenol. Xeton rubus (mâm xôi). Thymol. Tinh dầu thymol chemotype. Hải ly hương. Trong dãy các rượu đơn chức đã tìm thấy những dẫn xuất có mùi thơm dễ chịu và bền lâu, góp phần tạo nên những ứng dụng hữu ích của chúng trong thực tiễn. Cụ thể, mùi thơm của quả mâm xôi trong các sản phẩm mỹ phẩm, trong thành phần hương liệu của các sản phẩm trang điểm và trong thực phẩm được tạo ra bởi chất bổ sung 4-(4hidroxyphenyl)butan-2-on (2) có tên gọi là “xeton mâm xôi”. Nó có mặt trong tinh dầu từ quả cây rừng này. Trong quá trình tổng hợp chất thơm này có sử dụng phản ứng ngưng tụ của 4-fomylphenol (1) với axeton: CHO + Me2CO

1. NaOH, -H2O; 2. H2SO4, -Na2SO4; 3. H2/Ni/Cr2O3/K2CO3

O

O Me

OH

OH (3) Me

BF3 (2) "keton mâm xôi", phrambinon

OH

Xeton (2) có thể tổng hợp bằng phương pháp ankyl hóa phenol bằng buten-1-on-3 (3) hoặc bằng butanon-2-ol-4. Thymol (2-isopropyl-5-metylphenol, (5)) tồn tại dưới dạng este trong hạt và lá của cây cỏ xạ hương (húng chanh – loại Thymus vulgaris L. hay Thymus serpyllum – húng tây). Nó có hương thơm đặc trưng, khả năng kháng khuẩn và có độc tính yếu, vì thế nó được sử dụng như một chất kháng khuẩn để súc miệng và mũi họng, và là chất tạo mùi thơm cho mỹ phẩm, trong lotion, hóa chất khử mùi hôi (deodorant) và xà phòng. Tổng hợp thymol từ para-xymen (4), bằng quá trình sulfo hóa thành sulfoaxít rồi được nấu chảy với kiềm. Trong phương pháp khác, chất ban đầu được sử dụng là meta-cresol. Trước tiên, nó cần được Oaxyl hóa, sau đó ngưng tụ với axeton ở nhiệt độ 3000C. Tại quá trình này, hình thành dẫn xuất stiren (6), chất này thủy phân thành thymol (5). Trong trường hợp ankyl hóa trực tiếp, sử dụng propylen và Al(OH)3 (3600C, 50 atm (4,9 MPa)). Bên cạnh đó, các quá trình ankyl hóa trực tiếp meta-cresol với xúc tác là các muối nhôm cũng có hiệu quả cao.

180

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Những dẫn xuất phenol như thymol (5) và đồng phân của nó (7) cùng với paraxymen (4) là cấu thành chủ yếu của tinh dầu cỏ xạ hương. Tinh dầu thu được bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ thực vật đang ở giai đoạn nở hoa.

Từ tinh dầu húng chanh đã sản xuất ra các loại eau de cologne, dung dịch khử mùi (deodorant) và chất tạo mùi thơm cho xà phòng. Trong lĩnh vực hương trị liệu, tinh dầu húng chanh có tác dụng giảm đau khớp, thúc đẩy tuần hoàn máu, chữa bệnh hạ huyết áp. Phần phenol của tinh dầu đảm bảo tác dụng kháng khuẩn hiệu quả. Tinh dầu húng chanh cũng có hiệu quả tốt đối với bệnh viêm phế quản, cảm cúm và hen suyễn. Nó có tác dụng giảm đau khi bị các bệnh viêm khớp, co thắt dạ dày và cũng có thể sử dụng như thuốc diệt giun sán (anthelmintics). Tinh dầu húng tây, được tách ra từ cây Thymus Serpyllum (được coi là một loài cỏ kỳ diệu) và cũng như tinh dầu của loại thảo mộc, thuộc về một giống hoàn toàn khác (Satureja hortensis hay S. Mondana), đều có thành phần tính chất tương tự tinh dầu húng chanh theo các hợp chất thơm và theo ứng dụng trong lĩnh vực hương trị liệu. Tinh dầu satureja, rất tốt cho các hoạt động của tim và hệ tuần hoàn của cơ thể. Nó kích thích hoạt động của hệ thần kinh và hệ miễn dịch. 181

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hỗn hợp hương thơm nổi tiếng, có mùi xạ hương và hơn nữa có tính định hương quan trọng, được điều chế bằng phương pháp chiết bằng rượu từ tuyến nội tiết của hải ly. Hỗn hợp này được gọi là hải ly hương. Trong đó, đã xác định được hơn 100 chất thành phần, thành phần chính trong số đó là ortho-metylphenol, 2-etylphenol, 2-metoxyphenol (guaiacol) và axít benzoic (không kể đến borneol, rượu benzylic và axetophenon đã nhắc tới ở trên).

4.6.1.2. Dẫn xuất ête của dãy phenol. trans-Anetole với mùi hương hồi. Tinh dầu dạng anetole chemotype và metylchavicol. Diphenyloxit vơi hương thơm thiên trúc quỳ (geranium) Ête của phenol và 1,2-dihidroxyetan (10) ngoài mùi thơm balsam, còn có đặc trưng là hoạt tính ức chế hoạt động sống của các vi khuẩn gây bệnh. Nó được ứng dụng không chỉ trong thành phần hương liệu, mà còn như là chất tạo mùi thơm và chất bảo quản trong các loại hóa mỹ phẩm, ví dụ như hóa chất bảo vệ tóc. Ête (10) được tổng hợp bằng phản ứng Oankyl hóa phenol bởi oxiran trong môi trường axít:

Phenoxyaxetandehit (13) và hemiaxetal (14) mang lại cho hương liệu mỹ phẩm mùi thơm lá xanh tươi mát. Chúng được điều chế bằng phản ứng O-ankyl hóa phenol bởi các dẫn xuất dimetylaxetal (11). Sau đó, trong sản phẩm (12) bằng phương pháp thủy phân đã loại bỏ nhóm bảo vệ của nhóm andehit, còn phenoxyaxetandehit (13) chuyển thành sản phẩm hemiaxetal cần thiết (14) bằng tác dụng của rượu benzylic trong môi trường axít:

182

Sách không bán – liên hệ [email protected]

2-Phenoxyetylisobutyrat (15) mang lại cho xà phòng và hóa chất tẩy rửa mùi thơm của dứa với tông mùi của hương hoa hồng. Chất tạo mùi thơm này được sản xuất qua hai bước liên tục este hóa, bắt đầu từ phenol:

Nhiều tinh dầu thiên nhiên có chứa các ête thơm đơn giản của dãy phenol. Chúng ta sẽ xem xét thành phần và hướng sử dụng một số loại tinh dầu và các thành phần chủ yếu của chúng. Trong tinh dầu ylang-ylang có metyl ête của para-cresol (16), nó là chất tạo mùi thơm tuyệt vời đối với nhiều chủng loại chất lượng xà phòng khác nhau và là thành phần của nhiều hỗn hợp hương liệu mỹ phẩm. Nó được sản xuất bằng phương pháp O-methyl hóa cresol bởi dimetylsulfat:

Trong tinh dầu hồi, được tách ra từ hạt của cây tiểu hồi Pimpinella anicum L., (loại cây một năm tuổi, với hạt có hạng hình ô), cũng như từ cây đại hồi (hồi sao, tinh dầu được 183

Sách không bán – liên hệ [email protected]

tách cây Illicium verum H., được trồng nhiều ở Việt Nam và Trung Quốc) có chứa từ 86 đến 95% trans-anetole (17), có mùi hương thơm hoa hồi và vị ngọt. Hạt của cây tiểu hồi và hồi sao, từ xa xưa đã được sử dụng với vai trò là chất phụ gia tạo vị thơm trong các món ăn, và cũng như được dùng để sản xuất các loại rượu mùi với hương vị đặc biệt tại những quốc gia Nam Âu - Địa Trung Hải). Tinh dầu hồi hiện được

sử dụng làm chất tạo mùi thơm trong thuốc đánh răng, nước hoa và các sản phẩm mỹ phẩm khác cũng như trong các sản phẩm thực phẩm. Trong lĩnh vực hương trị liệu, tinh dầu hồi được khuyên dùng khi bị cảm lạnh, cúm, viêm phế quản. Nó có tác dụng lợi tiểu, được sử dụng để điều trị các bệnh viêm gan, sỏi mật và đường tiết niệu. Tinh dầu của cây Foeniculum thuộc chi Tiểu hồi hương có chứa 80% là anetole (17). Tinh dầu được chiết từ hạt của loại thảo mộc có tác dụng chữa bệnh (Foeniculum dulce). Từ những thành phần có kèm theo trong tinh dầu (18) và (19) (hàm lượng của chúng trong tinh dầu đạt tương ứng là 15% và 22%) khi tăng hàm lượng của fenchon sẽ đem lại cho tinh dầu vị đắng và nó được sử dụng chủ yếu như là chất phụ gia được bổ sung vào thực phẩm. Nó thể hiện rõ các tác dụng như lợi tiểu và an thần trong hương trị liệu. Trong các khóa điều trị bằng hương trị liệu, đã tích cực sử dụng chúng để điều trị các bệnh đường tiêu hóa (ăn không tiêu, nôn, táo bón). Tinh dầu còn có tác dụng chống co thắt, giảm huyết áp động mạch và giúp ngủ tốt. Đồng phân dạng trans-1-(4-metoxyphenyl)propen (anetole, 17) có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp được sử dụng với vai trò là phụ gia thực phẩm (ví dụ để tạo mùi thơm cho các sản phẩm đồ uống có cồn, rượu thuốc), cũng như trong mỹ phẩm trang điểm và hóa mỹ phẩm vệ sinh khác (ví dụ, trong thuốc đánh răng, nước súc miệng …). Dẫn xuất này được sản xuất trên thế giới với khối lượng 2 nghìn tấn một năm. Đồng phân cis-anthol có mùi không dễ chịu và có vị gắt, cay nóng khác với đồng phân dạng trans-. Bên cạnh các quá trình phân lập từ tinh dầu tiểu hồi và đại hồi, trans-anetole còn được tổng hợp từ metoxybenzen (20). Anisole (20) bị axyl hóa ở nhiệt độ 100oC trong môi trường axít Lewis 184

Sách không bán – liên hệ [email protected]

tạo thành etylarylxeton (21), tiếp tục bị khử bởi natri borhydrua hay khử bởi hidro ở 100oC (100 atm) trên xúc tác Reney thành rượu tương ứng. Giai đoạn kết thúc là quá trình tách một phân tử nước dưới tác dụng của KHSO4, tạo thành dẫn xuất trans-anetole: O C

Et

(EtCO)2O (21)

1. NaBH4; 2. KHSO4, -H2O

FeCl3, (22)

OMe

Me

H

CH2CH

C C H

PhOMe (20) anisole

EtCHO

CH2

, KOH/EtOH (17) trans-anetole H+

MeO

, H3PO4, -(20)

CH

MeO (18)

OMe

Et (23)

Axetophenol (22) có thể được chuyển hóa thành anetole chỉ bằng phản ứng một giai đoạn – khử bằng rượu isopropynol cùng với việc loại đồng thời phân tử nước ở nhiệt độ cao trong sự có mặt của nhôm isopropylat (2000C) hay trên ôxít nhôm (250 – 3000C). Nó cũng có thể thu được bằng quá trình đồng phân hóa trong môi trường kiềm 1-metoxy-4allylbenzen (22). Một quá trình sản xuất khác là phân hủy 1,1-bis-(4-metoxyphenyl)propan (23) khi nung nóng trong môi trường của axít photphoric. Tinh dầu húng (Ocimum basilicum L.) từ quần đảo Comoro có mùi thơm với thành phần hóa học tương tự và tới 70-87% là metylchavicol (18), là đồng phân của anetole tại vị trí của liên kết đôi tại mạch nhánh. Tinh dầu này được ứng dụng trong hương trị liệu và tỏ ra có hiệu quả để loại bỏ những cơn đau đầu và chứng đau nửa đầu. Trong tinh dầu của thực vật thuộc chi ngải (Artemisia dracunculus L. - ngải dấm hay còn gọi tarragon) có những thành phần chủ yếu là metylchavicol (18), ngoài ra trong tinh dầu còn có hai dẫn xuất của phenol (24, 25) và monotecpen (26).

185

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hương vị thơm mát của tinh dầu ngải có chút tông mùi của hoa hồi và chúng được sử dụng chủ yếu là với vai trò là các chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm và trong các thành phần hương liệu. Đã biết những ứng dụng của loại tinh dầu này trong lĩnh vực hương trị liệu như giúp làm mất các cơn đau viêm khớp. Ngoài ra, nó còn có tác dụng diệt khuẩn tốt. 4-Metoxybenzandehit (andehit hoa hồi, 27) thường được sử dụng như chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm và làm thành phần hương liệu của nước hoa, mỹ phẩm được tổng hợp bằng phương pháp ôxy hóa metyl ête 4-metylphenol (16) bằng KMnO4 hay K2S2O8 với sự có mặt của các muối đồng (II) và của Na2C2O4:

186

Sách không bán – liên hệ [email protected]

OMe H2O, KMnO4 (K2S2O8) Cu(II)/Na2C2O4, -KHSO4, -K2SO4, -CO2 Me (16) OMe

OMe (O3) Na2Cr2O7/H2SO4, HOSO2C6H4NH2-4, 60oC

CHO (

) obepin, andehit hoa håi (mï i hö¬ng hoa s¬n tra (t¸ o gai - crataegus))

Me (17) trans-anetole

OMe

OMe (CH2)6N4, H2O

CH2O/HCl

NH3, -NH4Cl, CH2O

ZnCl2 CH2Cl

1. (EtCO)2O; 2. [H]; 3. H+, H2O (20) anisol

Dẫn xuất cũng được tổng hợp từ metoxyphenol (anisol, 20), trước tiên, tiến hành chuyển hóa thành trans-anetole (17) và sau đó lại bị ôxy hóa bằng ozon hay bằng hỗn hợp cromat trong môi trường axít (axít sulfonic hay axít sulfanilic). Đã phát minh được phương pháp ôxy hóa khử - điện hóa các hợp chất (16 và 17) thành obepin (27). Obepin (27) cũng có thể tổng hợp bằng phương pháp clorometyl hóa anisol (20) thành para-clorometyl, tiếp theo chuyển hóa nhóm CH2Cl thành dẫn xuất andehit dưới tác dụng của urotropin (phương pháp Sommelet). Cuối cùng, thêm một phương pháp tổng hợp công nghiệp nữa, dựa trên cơ sở fomyl hóa phenol theo bằng phản ứng Reimer-Tiemann. Trước tiên, phenol được chuyển thành natri phenolat, sau đó tương tác với cloroform và kiềm tại 620C sẽ đưa nhóm CHO vào nhân benzen. Sau khi chưng cất cuốn hơi nước, tách ortho-hidroxybenzandehit, tiến hành O-metyl hóa đồng phân para- bằng dimetylsulfat với sự có mặt của NaOH. 187

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Obepin (27) được chuyển hóa thành metyl ête thơm của 4-hidroxymetyl-phenol (31), có trong quả vani (vanilla) và trong hoa hồi. Nó được tổng hợp bằng phương pháp ôxy hóa khử obepin theo phản ứng Cannizzaro. Phản ứng diễn ra trong dung dịch rượu-nước với môi trường kiềm và có một số chất xúc tác kim loại (đồng, bạc, niken). Hiệu suất tạo rượu (31) có thể tăng lên nếu tiến hành quá trình trong những điều kiện khử - trong sự có mặt của fomandehit, có tác dụng bổ sung thêm nguồn hidro:

Quá trình được điều khiển bởi nhóm hidroxy OH -, nhóm này kết hợp theo cơ chế nucleophil với nguyên tử cacbon của andehit và tạo thành anion (28). Từ dẫn xuất (28) ion H- được tách ra và chuyển chuyển sang phân tử andehit khác. Anion (28) khi đó chuyển thành axít (29) còn phân tử andehit mới (27), đã nhận anion H- của chuyển thành anion (30). O-anion này bị tấn công bởi proton sẽ tạo thành rượu (31) cần thiết. Dẫn xuất 4-axetyl của metoxybenzen (axetylanisol, para-metoxyaxeto-phenon, (32)) có mùi thơm của hoa. Nó được tổng hợp bằng phương pháp metyl hóa phenol kèm theo quá trình axetyl hóa tiếp theo anisol (20) bằng anhiđrit axetic với sự có mặt của nhôm hay sắt clorua:

188

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Diphenyloxit (DFO) với nồng độ nhỏ sẽ có mùi hương thiên trúc quỳ. Nó được sử dụng làm chất tạo mùi thơm trong sản xuất xà phòng và các chất tẩy rửa tổng hợp. Hơn nữa, đó còn là chất có khả năng duy trì nhiệt độ cao ổn định trong trong các quá trình chuyển nhiệt (chiếm 73,5% trong hỗn hợp với diphenyl dưới tên gọi là dauterm A hay là trong hỗn hợp với naphtalin - dauterm B). Nó được điều chế bằng cách nung nóng dần dần (110 → 2000C) hỗn hợp natri phenolat với clorobenzen khi có mặt xúc tác đồng hay sulfat đồng. Trong công nghiệp sản xuất phenol, bằng quá trình thủy phân clorobenzen cũng tạo ra (với vai trò là sản phẩm phụ) một lượng đáng kể của DFO. Dưới tác động của nhiệt độ cao trong sự có mặt của ôxít thori ở pha khí, phenol bị dehidro hóa và chuyển thành diphenyloxit, với hiệu suất thỏa mãn được yêu cầu của việc quá trình triển khai sản xuất công nghiệp.

Bằng quá trình este hóa 4-metylphenol bởi anhiđrit axetic hay bằng axít hexanoic (capronoic) tổng hợp được các este (33, 34), tìm được sự ứng dụng làm các hợp phần hương liệu mỹ phẩm.

4.6.2. Dẫn xuất 1,2-dihidroxybenzen. Guaiacol. Eugenol với hương thơm hoa cẩm chướng (đinh hương). Tinh dầu eugenol chemotype (từ đinh hương, húng và pimento obscura – hạt tiêu Jamaica). Vanilin 2-Metoxyphenol (guaiacol, 3) có hương thơm đặc trưng (mùi phenol) và nó được sử dụng với quy mô hạn chế như chất tạo mùi thơm trong hương liệu, cũng như chất phụ gia vị 189

Sách không bán – liên hệ [email protected]

tạo mùi cho thực phẩm. Trong công nghiệp guaiacol được tổng hợp từ 2-clorophenol (1), bị nấu chảy với kiềm sẽ chuyển hóa thành pyrocatechol (2), và sản phẩm thu được sau đó bị Omonometyl hóa bằng mono- hay dimetylsulfat hoặc metanol. Trong trường hợp metanol quá trình ankyl hóa được tiến hành ở nhiệt độ 3000C với sự có mặt của chất xúc tác (Al2O3). Một lượng nhất định pyrocatechol được tách ra từ các sản phẩm than hóa gỗ của các loài lá kim. Một phương pháp khác để tổng hợp guaiacol xuất phát từ 2-nitroclorobenzen (4), trước tiên nguyên tử bị thế bởi nhóm metoxy theo cơ chế nucleophil. Tiếp theo khử dẫn xuất (5) bằng NaHS ở nhiệt độ 1350C hay bằng hidro trên chất xúc tác Ni thu được anilin (6). Hợp chất này tiếp tục được diazo hóa, và nhóm này lại bị thế theo cơ chế nucleophil bởi nhóm hidroxyl với sự có mặt của chất xúc tác là đồng sulfat:

Dẫn xuất 4-propenyl của diphenol - eugenol (7), isoeugenol (8) và dẫn xuất axetat của nó (9) có mùi thơm của đinh hương đã được sử dụng rộng rãi làm hương liệu mỹ phẩm, cũng như chất tạo mùi thơm cho thuốc lá, xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm khác. Chúng cũng được sử dụng như là các chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm trong trong nước sốt, trong phomát, nước ép quả, sữa chua hoa quả, trong các loại đồ uống có cồn, trong các món ăn có nguồn gốc từ thịt, cá. Các chất thơm (7, 8) là thành phần của nhiều loại tinh dầu – tinh dầu đinh hương (cẩm chướng - trong đó nồng độ của eugenol đạt đến 85%), ylangylang và các loại tinh dầu khác . Từ lá và hoa của cây húng có thể tách được tinh dầu chứa eugenol với mùi đinh hương dễ chịu, có tới 80% là eugenol. Loại tinh dầu này được sử dụng làm hương liệu mỹ phẩm, cũng như crem trang điểm làm mềm da và tăng cường trao đổi protein của nó. 190

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong công nghiệp, các chất thơm (7-9) được tổng hợp từ 2-metoxyphenol (guaiacol, 3). Sau quá trình ankyl hóa hợp chất (3) bằng 3-hidroxy hay 3-cloropropen thu được dẫn xuất 4-allyl (7). Trong trường hợp rượu allyl ankyl hóa với sự có mặt của chất xúc tác axít. Khi sử dụng allylclorua, quá trình được tiến hành xúc tác đồng kim loại. Eugenol, sau đó, được tách ra khỏi hỗn hợp ankylat bằng phương pháp kết tinh lại (từ dẫn xuất 6-allyl-) với kali cacbonat, sau đó qua quá trình tinh cất trong chân không (từ đông phân 5-allyl). Eugenol có thể được tổng hợp từ guaiacol bằng phương pháp O-allyl hóa (CuCl/HCl) và tiếp theo là chuyển vị nhóm thế allyl O → C theo Claisen với sự có mặt của BF3. Thực hiện đồng phân hóa eugenol (7) thành isoeugenol (8) bằng cách đun nóng trong dung dịch kiềm (50%). Khi đó sẽ tạo thành ra hỗn hợp trans- và cis-isoeugenol với tỷ lệ tương ứng từ 15 ÷ 5 : 1. Cả hai đồng phân (7,8) đều có mùi hương cẩm chướng nhưng ở eugenol (7) hương thơm mạnh hơn, còn với isoeugenol (8) mùi hương nhẹ hơn. Tuy nhiên, đồng phân isoeugenol lại xuất hiện mùi xạ hương (isoeugenol là thành phần gia vị từ quả nhục đậu khấu, thu được từ thực vật Myristica fragrans):

191

Sách không bán – liên hệ [email protected]

OH OH OMe + (3) guaiacol

R

CH2CH

CH2

R = OH, Cl

OMe H+, -RH (hay Cu, 100oC) CH2

CH

CH2

(7) eugenol MeO R1O

CH

1. KOH, 190oC;

CHMe

2. H2SO4, -K2SO4; 3. Ac2O, -AcOH

(8, 9) R1

(8) = H, iso-eugenol ; 1 (9) R = Ac (7-9) hî p chÊt ví i mï i th¬m hoa cÈm chuí ng MeO 1. H2/Ni; AcO

2. Ac2O Me

(10) dihydroeugenol axetat Bằng phản ứng hidro hóa eugenol (7) và axyl hóa sản phẩm arylpropan trung gian thu được hợp chất thơm (10), là thành phần của nhiều chất tạo mùi thơm khác nhau - đem lại mùi hương cẩm chướng. Đã biết một phương pháp tổng hợp isoeugenol (8), gồm quá trình isomer hóa propionat guaiacol (11) thành xeton (12), được xúc tác bởi AlCl3 (chuyển vị Fries):

Quá trình chuyển vị tại vị trí para- xảy ra không cần nung nóng (khi tăng nhiệt độ nhóm axyl sẽ tấn công nội phân tử nguyên tử cacbon ở vị trí ortho-). Cơ chế chuyển vị Fries 192

Sách không bán – liên hệ [email protected]

có thể bao gồm việc tạo thành phức (A), tiếp tục qua trạng thái tồn tại cặp ion (B và C). Sau đó tiếp tục chuyển vị nhóm axyl nội phân tử hay giữa các phân tử với việc hình thành cấu trúc quinol (D). Cuối cùng xảy ra sự chuyển dịch prototroph tạo thành phenol (12):

Với vai trò là chất tạo mùi cho xà phòng, đã sử dụng các metyl hoặc benzyl este của isoeugenol. Tinh dầu đinh hương thu được từ chồi hoa của thực vật Eugenia caryophyllata, bao gồm hàng chục hợp chất, trong số đó, phần trăm lớn nhất về khối lượng là eugenol (đến 85%), dẫn xuất axetat của nó (đến 12%) và khoảng 9 % là caryophyllen (13), điều này đem đến cho tinh dầu mùi thơm gia vị và vị cay nóng.

Tinh dầu đinh hương thu được nhờ quá trình chưng cất cuốn hơi nước kéo dài (trong vòng hai ngày đêm) với hiệu suất đến 12% trên tính toán theo khối lượng nụ hoa đã được phơi khô (phơi ngoài nắng). Tinh dầu loại này cũng được tách từ lá cây, ít có giá trị hơn và được dùng chủ yếu trong sản xuất xà phòng tắm, các sản phẩm hóa học gia dụng cũng như được dùng để tách eugenil. Nụ hoa đinh hương từ lâu đã được sử dụng ở Ấn Độ, Việt Nam, Trung Quốc và ở Tây Tạng vào mục đích chữa bệnh cũng như được sử dụng làm phụ gia thực phẩm tạo mùi thơm. Ở Châu Âu, lần đầu tiên tác dụng chữa bệnh của đinh hương được mô tả ở thế kỷ I trong các công trình của Pline-bố (Плиния). Trong các đợt điều trị bằng hương liệu pháp, tinh dầu nụ hoa đinh hương được đề nghị sử dụng để loại bỏ các cơn đau khi bị viêm khớp, 193

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thấp khớp. Bằng loại tinh dầu này có thể điều trị các bệnh viêm phế quản, cảm lạnh và cũng cả bệnh lao. Nó củng cố hệ thống bảo vệ của cơ thể, giảm căng thẳng và mệt mỏi trí óc, kích thích trí nhớ, làm chậm quá trình lão hóa của cơ thể.Tinh dầu đinh hương là một dược liệu tuyệt vời chống lại các bệnh truyền nhiễm và tăng cường hoạt động của hệ tiêu hóa, có tác dụng trong trường hợp ngộ độc thực phẩm, đầy bụng, tiêu chảy. Tinh dầu húng chứa đến 85% eugenol (từ Ocimum gratissimum L.) trong hương trị liệu được sử dụng cho những mục đích tương tự tinh dầu đinh hương. Trong tinh dầu pimento (hồ tiêu Jamaica) được chiết xuất từ quả Pimenta dioica, eugenol (7) và dẫn xuất O-metyl ête (metyleugenol) chiếm tới hơn 90% khối lượng (với tỷ lệ tương ứng là 8 : 1). Nhiều loại gia vị nổi tiếng hàng thế kỷ là hồ tiêu thơm Jamaica hay hồ tiêu Anh – đó là những loại cây thuộc giống pimento. Tinh dầu từ những loại quả này có vị cay và mùi thơm đinh hương-hồ tiêu và được sử dụng dưới dạng phụ gia tạo mùi, vị bổ sung vào các loại đồ uống có cồn cũng như trong thành phần hương liệu mỹ phẩm. Trong hương trị liệu nó có tác dụng an thần và chống trầm uất, làm giảm các cơn đau khớp và cơ. Tác dụng diệt khuẩn của nó (nhờ sự có mặt của eugenol) bảo vệ đường hô hấp và tiêu hóa khỏi bị nhiễm khuẩn. Tinh dầu từ lá cây cũng rất giàu eugenol (đến 90%). Tinh dầu quế được chiết từ lá cây Cinnamomum zeilanicum bằng cất cuốn hơi nước có chứa chủ yếu (đến 83%) eugenol, còn andehit xinamic khi so với thành phần tinh dầu từ vỏ cây trở thành phần thứ yếu (xem phần 4.3.2). Cả hai loại tinh dầu đều được sử dụng trong mỹ phẩm trang điểm và trong hương liệu, tinh dầu từ lá cây còn làm nguyên liệu tự nhiên (với giá trị 4-5 nghìn đô la một tấn) để tách lấy eugenol (7) tinh khiết. Trong hương trị liệu dạng tinh dầu này cũng được sử dụng với mục đích giống như tinh dầu thu được từ vỏ cây. Trong một số loại nhựa cây và balsam có chứa rượu coniferylic (chủ yếu là dưới

dạng ête, 14). Về mặt cấu trúc nó gần với isoeugenol (8). An tức hương (cánh kiến trắng hay nhựa benzonium) có mùi thơm balsam dễ chịu với tông mùi vani và gia vị. Nó thu được thực vật thuộc chi Bồ đề (Styrax benzoin hay tonkinensis) được trồng nhiều ở Việt Nam và 194

Sách không bán – liên hệ [email protected]

các nước láng giềng. Từ nhựa–thô sống thu được resinoid (tương tự nhựa cây), được sử dụng trong mỹ phẩm (làm kem bôi da, mặt, tay) và trong y tế (là chất kháng khuẩn) và trong hương liệu (chất định hương thơm và thành phần thơm cho nước hoa, eau de cologne, nước tắm) và trong hương trị liệu (xông hít để điều trị cảm lạnh và viêm phế quản), trong thực phẩm (chất tạo mùi thơm cho bột nhào, đồ uống, kẹo cao su). Để làm điều này, nhựa cây được chiết bằng rượu nóng, loại bỏ phần cặn không hòa tan, từ dịch chiết là rượu cô quay loại dung môi, còn từ dung dịch rượu chiết được cất loại dung môi. An tức hương từ Thái Lan có giá trị cao nhất với thành phần cấu tạo đến 75% gồm este của axít benzoic với rượu conyferylic. Trong đó cũng có chứa cả axít benzoic tự do (đến 12%) và vanilin (đến 1,5%). Thuốc nhuộm màu vàng tự nhiên và chất thơm có mùi hương của gừng curcumin (15) có cấu tạo của β-dixeton, kèm với hai nhóm para-hidroxystiren. Nó được

tách từ tự nhiên bằng cách chiết với rượu củ rễ của thảo mộc họ gừng Curcuma longa (có quê hương là vùng Đông Dương - Indochina). Chất này được sử dụng để tạo mùi hương gừng cho các sản phẩm bánh kẹo và rượu mùi, các thực phẩm cô đặc, cũng như sử dụng để nhuộm vàng. Chất curcumin tổng hợp có thể thu được từ vanilin (18) và pentandion-2,4 (16) thông qua các dạng enon (17-19):

195

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hương thơm kỳ lạ của Phương Đông trong nước hoa dạng Shalimar, được sản xuất vào năm 1925 và dù đã trải một thời gian dài đến nay vẫn được ưa chuộng, trong một mức độ xác định có tông mùi vani dựa trên hợp chất vanilin tổng hợp (18). Vanilin (4-hidroxy-3metoxybenzandehit) và đồng đẳng ethoxy của nó - vanilal (27) có hương thơm vani dễ chịu và nhờ đó chúng được sử dụng rộng rãi với vai trò là phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm và làm tăng hương vị cho các loại bánh mỳ, bánh kẹo, các sản phẩm từ sữa (kem, phomat, …) nước quả ép, rượu mùi. Với vai trò là một chất thành phần hương liệu vanillin và vanilla cũng được sử dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm và xà phòng. Một điểm lý thú là hương thơm vani có thể giúp bệnh nhân thư giãn khi điều trị trong bệnh viện bởi dường như nó giúp gợi nhớ về một không khí gia đình yên tĩnh với mùi bánh nướng trong các dịp lễ tết hay hội hè. Trong trái cây của cây dây leo Vanilla planifolia, ký sinh trên cây ca cao, có hàm lượng vanilin dưới dạng glucoside vào khoảng 30% và không có mùi vị. Khi lên men hóa vỏ quả khô (Vanilla) từ từ sẽ giải phóng vanillin và vỏ trái cây (dưới dạng que) trở thành loại gia vị có giá trị thương mại. Trong tổ hợp mùi thơm của loại gia vị này có sự tham gia của các loại andehit khác nhau heliotropin (piperonal) và anisandehit. Có nghiên cứu cho rằng, trong loại rượu cô-nhắc lâu năm có tông mùi thơm của vani, bởi vì khi được bảo quản lâu trong các thùng gỗ xồi thì một phần rượu conypherylic được ôxy hóa thành vanilin.

196

Sách không bán – liên hệ [email protected] OH

OH OMe

CHO (18) vanilin

O

CHO

CHO

O

MeO

piperonal

obepine "aldehyde hoa håi"

OMe

OH röî u conif erylic

Trong phương pháp công nghiệp, các chất thơm (18, 27) được tổng hợp từ pyrocatechol (21) và từ các guaiacol (3, 22). Như vậy, khi tác động đến monoeste (3, 22) hỗn hợp urotropin (nguồn sản sinh fomandehit) và para-nitrosodimetylanilin tạo thành imin (23), chúng sau đó dễ dàng được thủy phân thành andehit cần thiết (18, 27) (phương pháp nitroso):

Nitrozodimetylanilin được tổng hợp bằng cách nitrozo hóa N,N-dimetylanilin:

197

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Khi tương tác giữa fomandehit với nitrozoanilin xảy ra sự khử nhóm nitrozo với sự tạo thành arylhidroxyamin, hợp chất sau đó được ngưng tụ với sản phẩm trung gian fomylguaiacol tạo thành imin (23). Trong phương pháp khác (phương pháp hidroxyl) monoalcoxyphenol (3, 22) được ngưng tụ trong môi trường kiềm với 2-oxoaxetat (24) và thu được natri 2-aryl-2hidroxyaxetat (26). Muối (26) tiếp tục bị oxy hóa phá vỡ mạch bởi oxy không khí hoặc bằng natri 3-nitrophenylsulfonat. Theo phương pháp thứ 3 (phương pháp trực tiếp) ête (3, 22) được hình thành trong các điều kiện của phản ứng Reimer-Tiemann (hệ thống CHCl3, KOH). Sản phẩm phụ ortho-hidroxybenzandehit vừa tạo thành được tách bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước, còn sản phẩm chính đồng phân para- (18, 27) được tinh chế bằng phương pháp kết tinh. Cũng đã có một phương pháp chuyển hóa từ guaiacol (3) thành vanilin (18) thông qua hợp chất (25) - sản phẩm của quá trình ngưng tụ với tricloroetanal theo cơ chế electrephile (phương pháp chloral). Sau các giai đoạn thủy phân oxy hóa khử (bằng cách thổi không khí), được tiến hành với sự có mặt của metha-nitrobenzenosulphonat và kiềm với hiệu suất 50%, cho ra sản phẩm cuối cùng (18). Cần đề cập thêm 2 phương pháp công nghệ sản xuất vanilin. Theo phương pháp thứ nhất, eugenol (7) bị isomer hóa dưới tác dụng của kiềm và isoeugenol bị O-axyl hóa tạo thành dẫn xuất axetat của isoeugenol (19). Ête này sau đó lại bị ôxy hóa cắt mạch tại gốc propenyl và loại nhóm bảo vệ axyl: OH

OAc OMe

OH OMe

1. KOH;

OMe

1. [O]; 2. H+, H2O, -AcOH

2. Ac2O, -AcOH

CHO CH2 (7) eugenol

Me (9) isoeugenol acetate 198

(18) vanilin

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Theo phương pháp thứ 2, với vai trò là nguyên liệu đầu vào, người ta sử dụng lignin (cao phân tử từ gỗ). Vanilin được tổng hợp bằng cách thủy phân lignin - phế liệu của công nghiệp sản xuất xenlulozơ, rượu và men. Lignin tồn tại trong thực vật dưới dạng liên kết với xenlulozơ, hemixenlulozơ và pentosane. Chúng là các polymer, có chứa nhân benzen với ba nhóm thế, một phần của chúng khi bị thủy phân phá mạch polimer chuyển thành các oligomer và dimer dạng guaiacyl (ví dụ 28, 29), sau đó được phân tách cùng với việc tạo vanilin.

Quá trình thủy phân lignin trong kiềm được tiến hành dưới áp suất ở nhiệt độ 1700C với sự có mặt của chất ôxy hóa yếu (để hình thành nhóm andehit) ví dụ, các ôxít đồng hay là mangan. Dung dịch natri vanilat (30) bị ôxy hóa bằng axít sulfuric (đến pH 5) và được ly tâm để tách các tạp chất keo. Vanilin được tinh chiết bằng diclorometan hoặc butanol từ dẫn xuất bisulfua (31), dung dịch nước của dẫn xuất này được ôxy hóa sau khi loại hết các tạp chất. Anhiđrit tạo thành bị loại khỏi dung dịch bằng cách sục không khí, còn vanillin khi đó sẽ tự kết tinh lại thành tinh thể. Hợp chất này được tinh chế bằng sự kết tinh lại từ nước. Hàng năm, tổng sản lượng của vanillin trên toàn thế giới vượt 12 nghìn tấn.

199

Sách không bán – liên hệ [email protected]

4.7. Dẫn xuất axít arylcacbonoic 4.7.1. Axít phenylaxetic và xinamic và các ête của chúng có mùi thơm mật ong-balsam. Balsam cánh kiến trắng (an tức hương) Axít phenylaxetic (1) với nồng độ nhỏ có hương thơm mật ong với tông mùi hương hoa. Cùng với este của nó, có hương thơm mật ong–phong tín tử, axít này có trong thành phần của nhiều loại thực phẩm và mỹ phẩm. Nó tồn tại trong một loạt các sản phẩm tự nhiên – trong mật ong, thuốc lá và các tinh dầu. Trong quá trình sản xuất loại axít này có sử dụng phương pháp thủy phân nitril (2). Phương pháp khác dựa trên cơ sở etoxycacbonyl hóa clorobenzen với sự có mặt của chất nhận anoin clo và tiếp theo là quá trình thủy phân trong môi trường axít este trung gian (3):

Axít 3-phenylpropenoic (axít xinamic) (7) nhờ có các đặc tính kháng khuẩn và không có độc tính đã được cho phép sử dụng với vai trò là chất bảo quản thực phẩm. Trên cơ sở của hợp chất này cũng đã tổng hợp nhiều este thơm. Axít xinamic được sản xuất theo phản ứng Perkin – đun nóng benzandehit (4) với axetanhiđrit hay là bằng phương pháp trùng ngưng (có gia nhiệt) diclorometylbenzen (5) với natri axetat. Bên cạnh đó, nó còn được tổng hợp từng phần từ benzandehit qua benzalaxeton (6), bị ôxy hóa thành axít (7) bằng axít HClO: 200

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Các este của axít xinamic – ankyl-, benzyl-, phenetylxinamat (8-13, xem bảng 4.2) có mùi thơm balsam với các tông khác nhau. Chúng được sử dụng làm chất tạo mùi thơm trong thành phần hương liệu của mỹ phẩm và các chất định hương, cũng như chất tạo mùi thơm cho xà phòng. Bảng 4.2 Hợp chất thơm là các este axít xinamic No

Công thức

Tên gọi

Mùi hương

8

Metylxinamat

9

Etylxinamat

10

Isoamylxinamat

Trái cây – balsam với tông mùi dâu tây Mật ong – balsam với tông mùi trái cây Balsam với tông mùi gia vị

11

Benzylxinamat

Balsam với tông mùi mật ong

12

Phenyletylxinamat

Hoa-balsam

201

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Cinnamylxinamat

13

Balsam

Các este thơm (8, 9) được tổng hợp bằng tác dụng của axít xinamic (7) với metanol dưới xúc tác axít H2SO4. Các este còn lại được sản xuất bằng phương pháp este hóa lại metylxinamat (8) bằng các rượu tương ứng. Benzylxinamat (11) cũng được tổng hợp bằng phương pháp ngưng tụ natri với benzylclorua ở nhiệt độ 1000C. Một phương pháp tổng hợp cinnamylxinamat (13) là O-axyl hóa rượu xinamic bằng chloranhiđrit của axít xinamic, được thực hiện trong điều kiện có mặt N,N-dimetylanilin như chất nhận HCl. Axít xinamic tự do (7) (chiếm 23%) cùng với các este của nó (9, 11-13 và các este khác, chiếm 30%) là thành phần của nhựa cây được tách ra từ vết thương và chồi của cây Liquidambar orientalis. Từ nhựa cây này có thể thu được balsam dưới tên gọi cánh kiến trắng, đó là phần còn lại sau khi đã làm sạch khỏi nhựa bằng cách đun sôi trong nước. Nhựa cây và balsam có mùi thơm nhựa-gia vị, nó trở nên có mùi thơm dễ chịu khi hòa vào rượu. Cánh kiến trắng được sử dụng để sản xuất nước hoa và xà phòng tắm. Nó có đặc tính định hương và khử trùng. Trong thành phần của nó cũng có một lượng không lớn vanilin (2%). Trong hương trị liệu, các dung dịch rượu của nó (được chiết từ nguyên liệu cánh kiến trắng) có khả năng điều trị các viêm nhiễm và các vết thương khó lành. Cinnamonitril (15) là hương liệu có giá trị được sử dụng trong xà phòng và các chất tẩy rửa khác cũng như trong các dung dịch trang điểm. Nó được tổng hợp từ ocime của andehit xinamic (14) bằng cách loại nước khi nung nóng trong axít:

Trong quy mô công nghiệp đã sản xuất được nitril thơm (18). Cơ sở hóa học của phương pháp tổng hợp là ngưng tụ 4-phenylbutan-2-on (16) với mononitril của axít propandinoic (17).

202

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Nung nóng hỗn hợp phản ứng với sự có mặt của piriđin cho phép thực hiện quá trình decacboxyl hóa liên tục axít trung gian. Nitril (18) là chất tạo mùi thơm ưu việt trong các thành phần tẩy rửa và xà phòng. 4.7.2. Axít benzoic và các ête của chúng với mùi hoa và balsam. Axít benzoic (1) – là một chất sát trùng tốt, được sử dụng rộng rãi cùng với các muối của nó với vai trò là chất bảo quản thực phẩm, hương liệu và mỹ phẩm. Axít (1) ở dạng tự do (đến 5%), cũng như ở dạng các este (chủ yếu là các este của nó với rượu xinamic và benzylic – đến 86%) thường có ở balsam Pêru (được sản xuất ở Salvador) và trong balsam Tolu (từ Côlumbia). Balsam thứ nhất thu được từ cây Myroxylon pereirae K, còn balsam thứ hai thu được từ vỏ cây Myroxylon balsamum. Cả hai balsam đều có mùi thơm dễ chịu, gợi nhớ đến mùi hương của vani và phong tín tử (trong cả 2 loại balsam có chứa một lượng không lớn vanilin và eugenol), và chúng được sử dụng rộng rãi trong làm hương liệu mỹ phẩm như là các chất tạo mùi thơm và định hương. Những balsam này được ứng dụng trong hương trị liệu giúp điều trị các bệnh viêm phế quản, viêm da, ngứa, nhọt và thúc đẩy làm lành vết thương. Tổng hợp axít benzoic bằng phương pháp ôxy hóa toluen ở pha lỏng với sự có mặt của xúc tác coban hay mangan benzoat. Phương pháp tổng hợp khác amoni – oxy hóa toluen cũng như thủy phân triclorometylbenzen: COOH

Me

Me

CN

O2

H+, H2O

NH3/O2

140 C, 3-5 atm. (0,29-0,49 MPa), x/t. (PhCOO)xCo(Mn)

-NH3

x/t.MexOy, 450oC

o

COOCH2R (2-5)

( ) chÊt b¶o qu¶n

RCH2OH

H2O, OH

+

, H , -H2O

-HCl

203

CCl3

Cl2, h

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong bảng 4.3 đã liệt kê một số loại este thơm có ứng dụng quan trọng trong thực tiễn của axít benzoic. Metyl- (2) và etylbenzoat (3) có mặt trong tinh dầu đinh hương và ylang-ylang. Este (2-5) được tổng hợp bằng phương pháp este hóa axít benzoic với rượu tương ứng khi có mặt của axít sulfuric. Khi đó tạo ra một lượng nhất định sản phẩm phụ - là este của axít sulfuric và các ête đơn giản. Bảng 4.3 Hợp chất thơm là este của axít benzoic No Hợp chất 2

Công thức

Tên gọi

Mùi hương

Metylbenzoat

Hoa y-lang ylang

3

Etylbenzoat

Hoa với tông mùi y-lang y lang

4

Isobutylbenzoat

5

Isoamylbenzoat

Hoa với tông mùi của hoa hồng và lá xanh Hoa với tông mùi trái cây

6

Benzylbenzoat

Balsam

7

2-Phenyletylbenzoat

Hoa hồng với tông mùi mật ong

1. Chất phụ gia thực phẩm tạo mùi (hợp chất 5 – chất tạo mùi thơm cho kẹo cao su). 2. Thành phần hương liệu mỹ phẩm – nước hoa. 3. Chất tạo mùi cho xà phòng. 4. Chất định hương.

Benzoat (4-7) được tổng hợp bằng phương pháp este hóa metylbenzoat (2) bằng các rượu tương ứng trong môi trường kiềm. Trong trường hợp sử dụng nhựa trao đổi cation (có tính axít) quan sát thấy sự tạo thành các ête đơn giản, chúng gây khó khăn cho việc tinh chế các sản phẩm cần thiết. Este (6) cũng có thể thu được bằng tác dụng của benzylclorua đến natri benzoat khi đun nóng: O PhCOOMe + RCH2OH (2)

Ph , Na2CO3, -MeOH

C O CH2R

(4-7) chÊt t¹ o mï i th¬m

204

100oC, -NaCl

PhCOONa + PhCH2Cl

Sách không bán – liên hệ [email protected]

4.7.3. Các dẫn xuất của axít 2-hidroxybenzoic (salixylic) và 2-aminobenzoic (anthranilic) có mùi thơm của hoa Este hóa nhóm cacbonyl của axít salixylic (1) bằng các dẫn xuất rượu hữu cơ mạch thẳng sẽ thu được một loạt các este (3-8) thơm có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn đối với ngành sản xuất hương liệu. Metylsalixylat (3) được tổng hợp bằng tương tác trực tiếp của metanol với axít (1), còn các este còn lại bằng các phản ứng este hóa lại với rượu tương ứng trong môi trường kiểm. Benzylsalixylat (7) được tổng hợp bằng tác dụng của benzylclorua lên natri salixylat (9) (sự có mặt của amin sẽ nâng cao hiệu suất của sản phẩm).

Các este (3-7) là những hợp chất thiên nhiên có mặt trong nhiều loại tinh dầu khác nhau. Trong các tinh dầu từ gaultheria và từ vỏ cây bạch dương ngọt Châu Mỹ (Betula lenta). có chứa este (3). Trong một loạt trái cây có este (4), còn tinh dầu đinh hương có chứa các hợp chất (5) và (7). Metylsalixylat (3) được sử dụng với vai trò là tạo mùi thơm trong kẹo cao su và thuốc đánh răng; isoamylsalixylat (4), hexylsalixylat (5) và cishexenylsalixylat (6) – được sử dụng với vai trò là tạo mùi thơm thành phần của các chất mỹ phẩm, chất tẩy rửa và trong các hàng hóa hóa học gia dụng khác; benzylsalixylat (7) – với vai trò là chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm, chất tạo mùi cho cho xà phòng và chất bào vệ chống lại ánh nắng trong crem. Tinh dầu cây bạch dương Châu Mỹ, trong đó nồng

205

Sách không bán – liên hệ [email protected]

độ của metylsalixylat đạt 95%, được sử dụng trong hương trị liệu, bởi vì nó có tác dụng hiệu quả chống viêm khớp và có tác dụng an thần. Sơ đồ tổng hợp axít salixylic (1) bao gồm quá trình cacboxyl hóa natri phenolat khi đun nóng dưới áp suất cao (phản ứng Kolbe). Sau khi tách natri ortho-salixylat (9), nó được chuyển hóa dưới tác dụng của axít HCl thành axít salixylic tự do (1):

Một loạt các dẫn xuất thơm của axít 2-aminobenzoic (anthranilic) cũng có ý nghĩa thực tiễn. Vậy, O-metylanthranylat (12) có mùi thơm của hoa cam. Nó được tìm thấy trong các loại hoa nguồn gốc cam quýt và các loại thảo mộc khác. Khi chuyển hóa nó thành imin (13) sẽ làm thay đổi mùi hương thơm nhẹ nhàng của hoa cam sang mùi hương mạnh mẽ và bền lâu của hoa tiểu anh (anh đào dại - Bird cherry - Prunus padus), còn hỗn hợp sản phẩm của sự tương tác giữa (12) với hidroxycitronellal (14) (xem hợp chất 15, 16) sẽ cho mùi hương thơm nhẹ nhàng của hoa gia (thực vật thuộc chi Đoạn). Các dẫn xuất của axít anthranilic được ứng dụng làm thành phần hương liệu mỹ phẩm và tinh dầu dùng trong thực phẩm (12), ứng dụng làm chất tạo mùi thơm cho các loại mỹ phẩm trang điểm (12, 13) và là chất tạo mùi cho các sản phẩm hóa học gia dụng 13, 15 và 16. Các hợp chất này được tổng hợp như sau. Axít anthranilic (11) được tổng hợp từ anhiđrit phtaleic qua hợp chất imid (10). Dung dịch kiềm của imid (10) được xử lý bằng NaClO và từ muối natri mới tạo thành, dưới tác dụng của HCl ở nhiệt độ (500C), axít (11) tự do được tách ra.

206

Sách không bán – liên hệ [email protected] O

O

C O C

NH3

C

P,

C

COOH NH

O

1. NaOCl, NaOH; 2. HCl

NH2 (11) axit anthranilic

O

COOMe NH2 (12) metylanthranylat mï i hoa cam Me

CHO EtCH(CH2)3Me

1. MeOH/H2SO4 70oC; 2. NaOH

COOH

, -H2O

N CH Et

(13) grinamin (mï i hö¬ng hoa anh ®µo)

CH(CH2)3Me

+

CHO OH Me Me (14) hydroxycitronellal

, -H2O

COOMe Me

COOMe

N

Me

NH HO Me

HO

Me

(15)

Me Me

(16)

(15 + 16) evricol, oranthiol (mï i hö¬ng hoa c©y gia)

Đun axít anthranilic (11) trong rượu metanol với sự có mặt của axít sulfuric sẽ tổng hợp este thơm (12), sau khi kiềm hóa của hỗn hợp phản ứng, chiết bằng toluen, cất dung môi và tinh chế bằng phương pháp kết tinh lại. Khi tác dụng metylanthranylat (12) với 2etylhexanal sẽ tạo thành imin thơm (13). Trong trường hợp ngưng tụ metylantranylat (12) với hidroxycitronellal (14) sẽ tổng hợp được imin (15), khi tautomer hóa sẽ chuyển thành dạng enamin thích hợp hơn (16). Hỗn hợp cả hai tautomer có hương thơm dễ chịu của cây gia (giai đoạn nở hoa). Những hợp chất (17-20) với mùi thơm của hoa cũng tìm được một số ứng dụng làm thành phần hương liệu mỹ phẩm. Hợp chất (20) được tổng hợp bằng phương pháp N-metyl

207

Sách không bán – liên hệ [email protected]

hóa metylanthranylat (12) theo cơ chế Leuckart-Wallach dưới tác dụng của fomandehit và hidro trên chất xúc tác Pd.

Từ những dẫn xuất của axít hữu cơ hai nhóm chức, trong sản xuất hương liệu – mỹ phẩm chỉ sử dụng dietyl ête axít ortho-phtaleic). Dẫn xuất này tỏ ra là hữu ích với vai trò là dung môi và chất định hương. 4.8. Tổng hợp các dẫn xuất của indan và tetrahidronaphthalen với mùi xạ hương Dẫn xuất của indan thuộc nhóm các hương liệu quan trọng có mùi xạ hương. Chúng được ứng dụng trong các sản phẩm trang điểm và mỹ phẩm, cũng như trong vai trò là chất tạo mùi thơm cho các chất tẩy rửa tổng hợp bởi độ bền lâu, hoàn toàn dễ kiếm và không ảnh hưởng đến các chất phụ gia tạo màu. Các đại diện chính của nhóm này là celestolide (1), traesolide (2) và phantolide (3):

4Axetyl-6-tret-butyl-1,1-dimetylindan (1) được tổng hợp qua 2 giai đoạn, xuất phát từ tret-butylbenzen (4) và isopren (5). Ở giai đoạn đầu tiên, xảy ra quá trình ankyl hóa và xicloankyl hóa nhân aren (quá trình nối tiếp liên tục) với xúc tác axít thông qua cation trung gian (6). Ở giai đoạn thứ hai, thực hiện quá trình axetyl hóa theo cơ chế electrophile indan (7) vừa được thành bằng axetylclorua với sự có mặt của xúc tác Lewis, tính chọn lọc của phản ứng được kiểm soát bởi hiệu ứng không gian: 208

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dẫn xuất 7 nhóm thế của indan (3), đồng phân traesolide (2) có giá trị không chỉ bởi mùi xạ hương, mà còn vì nó có thể hiện đặc tính định hương của các chất thơm khác. Nó được tổng hợp từ para-xymen (8) và 2-metylbutan-2-ol (9) hay 2-metylbuten-2 (10). Phản ứng ankyl hóa được tiến hành với xúc tác là axít sulfuric đậm đặc ở nhiệt độ 0-1000C. Khác với giai đoạn đầu tiên trong quá trình tổng hợp celestolide (1), trong trường hợp này diễn ra phản ứng ankyl hóa bằng anken (10) tại vị trí nhóm thế isopropyl của xymen (8). Điều này xảy ra sau quá trình tách loại ion-hydrua và chất nhận ion này là cation (11) , được tạo ra trong môi trường axít hoặc từ rượu (9) hoặc từ anken (10). Sau đó cation arylankyl vừa tạo thành (12) liên kết với một phân tử (10) mới tạo thành cation (13). Cation này bằng phản ứng đóng vòng tạo thành indan (14). Giai đoạn tương tác của (14) với axetylclorua theo phản ứng Friedel_Crafts sẽ kết thúc sơ đồ tổng hợp phantolide (3) :

Tồn tại một số phương pháp khác tổng hợp indan (14) – phản ứng đóng vòng hợp chất (9) hay (10) với para-metyl-α-stiren (15)

209

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Traseolide (2) có thể thu được từ (4-metyl)phenyl(2-propyl)xeton (16) theo sơ đồ sau:

Một số dẫn xuất tương tự tetrahidronaphtalin (ví dụ, tonalide 20 và vercelide 21) cũng được sử dụng với vai trò là các chất tạo mùi xạ hương công nghiệp để sản xuất các sản phẩm trang điểm và mỹ phẩm khác. Qua đó có thể rút ra nhận xét rằng, việc tạo ra mùi xạ hương và tăng cường độ của mùi xạ hương có ở các hợp chất thơm tiềm năng thuộc nhóm aren sẽ phụ thuộc vào việc đưa các nhóm thế axetyl và tret-butyl vào vị trí meta- và/hoặc para– tương ứng, điều đó được quan sát trong dãy dẫn xuất của indan và tetralin. Thêm đó, nhóm tret-butyl có thể có mặt dưới dạng có công thức rõ ràng cũng như ẩn dưới dạng vòng. Trong ngữ cảnh này nhân benzen, với các nhóm thể, có thể được xem như một nhóm chức tạo mùi thơm (mùi xạ hương). Quá trình tổng hợp công nghiệp các đồng phân có mùi xạ hương (20, 21) là ankyl hóa theo cơ chế electrophile toluen hay etylbenzen bằng 2,5-dichlor-2,5-dimetylhexan (17), được kích thích dưới dạng phức với axít Lewis. Trước tiên tạo thành sản phẩm monoankyl hóa (18) tại vị trí para- của nhân benzen do sự cản trở không gian ít hơn. Sau đó tiến hành xicloankyl hóa nội phân tử với sự tạo thành tetralin (19) không mùi, quá trình axetyl hóa (19) sẽ tạo thành chất xạ hương (20, 21):

210

Sách không bán – liên hệ [email protected] Me

Me

Me

Me

Cl

Me

Cl +

Cl Me

R CH2

Me

R1

FeCl3, -HCl

Me

RCH2

O

Me Me

Me

Me

R1

Me

C

MeCOCl R1

RCH2 Me

AlCl3, -HCl

R1

RCH2 Me

Me

Me

( ) tetraline ví i mï i x¹ hö¬ng

(19) (20) R = H, R1 = Me, tonalide (fixolide); (21) R = Me, R1 = H, versalide

Phương pháp khác tổng hợp tetralin (19) là ankyl hóa para-xymen và đồng đẳng của nó (22) bằng 2-metylbuten-3 (23) tại vị trí nguyên tử cacbon bậc ba của nhóm isopropyl trên phân tử xymen và cuối cùng đóng vòng cation (25):

Trong trường hợp 2,2-dimethlbuten xảy ra quá trình isomer hóa thành 2,3dimetylbutyl. Phản ứng được tiến hành với sự có mặt của tret-ankylclorua (24) là chất nhận ion-hydrua. Từ những dẫn xuất của chính naphtalin có thể kể đến 2-axetylnaphtalin, có mùi thơm của cây cam. Nó được tổng hợp theo phản ứng Friedel-Crafts – axetyl hóa naphtalin bằng anhiđrit axetic với sự có mặt của nhôm clorua. Đồng phân β-được tách ra bằng phương pháp chưng cất và kết tinh lại.

211

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hai ête 2-naphtol (26, 27) có những mùi thơm của hoa-trái cây và được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng. Chúng được tổng hợp khi nung nóng dung dịch metanol hay etanol với β-hidroxynaphtalin khi có mặt xúc tác là axít sulfuric đậm đặc: OH 1. , H2SO4,

160oC;

2. Na2SO3; 3. NaOH, 340oC; 4. SO2/H2O, -Na2SO3

OCH2R

RCH2OH , H+ -naphtol

(26, 27) (

) R = H (mï i anh ®µo ví i t«ng mï i cam); ( ) R = Me (mï i hoa-tr¸ i c©y)

Ête (26) được tách ra và tinh chế bằng phương pháp thăng hoa ở nhiệt độ 2000C (sau khi trung hòa xúc tác axít).

212

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Chương 5. Tổng hợp hương liệu với nhân dị vòng ba hoặc năm cạnh Nhóm các hợp chất dị vòng chỉ có số lượng đại diện hữu hạn trong tổng số các hương liệu có giá trị quan trọng trong thực tiễn. Đặc biệt trong số chúng, chỉ có rất ít các dẫn xuất thơm là các tiểu dị vòng – với một số ít các tiểu dị vòng ba cạnh, còn không có một đại diện nào của dị vòng bốn cạnh. 5.1. Dẫn xuất của oxiran với hương thơm dâu tây. Dẫn xuất furan. Mentofuran. Long diên hương. Ambroxide Các dẫn xuất tổng hợp của oxiran (5, 6) có hương thơm dâu tây. Chất thơm (5) thành phần hương liệu của nhiều sản phẩm mỹ phẩm, còn đồng đẳng của nó (6), được sử dụng với vai trò là chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm và chất tạo mùi cho xà phòng và các loại hóa mỹ phẩm khác. Cả hai hợp chất được sản xuất trên cơ sở của phản ứng Darzens giữa etylcloroaxetat (1) và benzandehit (3, R = H) hay axetylbenzandehit (3, R = Me):

Phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm và bắt đầu với việc tạo thành carbanion (2), như C-nucleophil, gắn kết vào nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl của hợp chất (3). Kết quả là xuất hiện O-nucleophie (4), bị đóng vòng nội phân tử thành vòng oxiran và tách loại anion-Cl-. Hương liệu là các dị vòng năm cạnh chứa oxy chiếm một số lượng lớn hơn, và về cơ bản là các dẫn xuất của tetrahidrofuran và 1,3-dioxalan. Dẫn xuất của tetrahidrofuran (9) được tổng hợp bằng quá trình ôxy hóa đóng vòng linalool (7) dưới tác dụng của peroxy axít:

213

Sách không bán – liên hệ [email protected] Me

OH

Me O R C OOH

CH2

:O

CH2

H O

Me

Me (7)

Me

Me (8)

Me Me Me

O

CH2

Me

(9) oxit linalool (mï i hö¬ng hoa-gç)

Phản ứng xảy ra thông qua giai đoạn epoxy hóa mạch propyliden thành oxiran (8). Sau đó là sự tấn công nucleophil nội phân tử bằng nguyên tử ôxy của nhóm hidroxyl vào nguyên tử cacbon thứ hai của vòng oxiran trong hợp chất trung gian (8). Khi đó vòng ba cạnh với sức căng lớn sẽ bị phá vỡ và hình thành vòng năm cạnh tetrahidrofuran (9) với sức căng kém hơn. Ôxít linalool (9) thường gặp trong tinh dầu thực vật và một số loại trái cây. Nó được sử dụng dưới dạng hỗn hợp các đồng phân hình học để sản xuất xà phòng thơm, mỹ phẩm trang điểm và các loại mỹ phẩm khác với mùi hương gỗ-hoa dễ chịu với tông mùi cỏ tươi và bergamot. γ-Lacton (10-13) là các este vòng của các axít béo với nhóm thể 4-hidroxyl, có hương thơm trái cây và có trong trái mơ, đào và một số sản phẩm thực phẩm khác (ví dụ, lacton 13 có trong tinh dầu mận). Chúng được sử dụng để tạo mùi thơm cho thực phẩm và để làm nước hoa, eau de cologne và các loại mỹ phẩm trang điểm khác. Undecalacton (13) được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng.

Dẫn xuất thơm thuộc nhóm tetrahidrofuran (10-13) được tổng hợp bằng phương pháp ngưng tụ andehit mạch thẳng (14) với axít malonic (15) khi có mặt amin bậc hai. Khi đun nóng hỗn hợp phản ứng xảy ra quá trình chuyển hóa liên tục – ngưng tụ kèm theo tách loại phân tử nước (phản ứng Knoevenagel), decacboxyl hóa diaxít trung gian (16) (biến đổi theo Döpner) và đóng vòng hóa axít không no (17), khi đóng, nếu đun nóng có thể xảy ra việc đồng phân hóa liên kết C=C: 214

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Khi đó có thể hình thành vòng δ-lacton, gây khó khăn cho việc làm sạch sản phẩm cần thiết. Theo một phương pháp khác, lacton (10-13) được điều chế bằng phương pháp cộng hợp theo cơ chế gốc tự do ankanol bậc nhất (18) vào liên kết đôi của este axít propenoic (19). Phản ứng được khơi mào bằng tret-butylperoxit (20). Hidroxyeste tạo thành (21) bị thủy phân thành γ-hidroxyaxít và khi đó sẽ tạo thành vòng lacton:

Hợp chất bixiclo , bao gồm phần tetrahidrofuran, có mùi thơm gỗ-xạ hương (xiclomuxen, 26). Muscus tổng hợp (26) thu được bằng phản ứng liên hoàn theo Prins, xảy ra giữa xiclododecen (22) và fomandehit. Phản ứng diễn ra thông qua cation trung gian (23), mono-

và di(hidroxymetyl)xiclododecen

(24,

25) trong môi trường

axít.

14-

Oxabixiclo[10.3.0]pentadecen-2 (26) là thành phần thơm của nhiều loại mỹ phẩm với mùi xạ hương.

Vòng lacton năm cạnh – có trong 11-azatrixiclo[4.4.21,9.0]dodecanon-12 (mircelide), đã tìm thấy ứng dụng trong thành phần hương liệu mỹ phẩm. Mircelide được sản xuất trên cơ sở cộng hợp đóng vòng [4+2] metylmetacrylat với mircen và đóng vòng các liên kết đôi của sản phẩm trung gian với xúc tác là axít sulfuric loãng: 215

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trixicloambroxide (30b) có mùi thơm long diên hương mạng và bền. Dẫn xuất perhidro-3a,6,6,9a-tetrametylnaphto[2,1-b]furan này là thành phẩn của nhiều hương liệu mỹ phẩm và là chất định hương tuyệt vời thay thế các long diên hương thiên nhiên trong mỹ phẩm trang điểm. Dẫn xuất này, cùng với rượu (30a), cũng tạo nên mùi thơm long diên hương, được sản xuất thông qua giai đoạn oxy hóa sclareol thực vật (27) (xem phần 3.4) bằng KMnO4, tạo thành sclarolacton (28). Lacton này bị khử thành diol (29), sau đó đóng vòng bằng phản ứng este hóa với xúc tác axít:

216

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Sclarolacton (28) có thể thu được từ farnezol (31) (xem phần 2.2.5). Các phản ứng liên tục brom hóa  xyan hóa  thủy phân hóa tổng hợp được axít (32), tiếp theo vị đóng vòng thành lacton (28), mang mùi long diên hương yếu. Long diên hương là chất bài tiết từ quá trình tiêu hóa của cá nhà táng (Physeter catodon). Long diên hương có dạng sáp mầu đen với mùi thối, phụ thuộc vào tương tác với môi trường xung quanh – không khí, nước biển, ánh sáng mặt trời sẽ chuyển sang màu xám, và mất hẳn mùi ban đầu – chuyển sang mùi thơm nhẹ nhàng dễ chịu. Thành phần chính là ban đầu hợp chất không bay hơi ambrein (32) và epicoprostanol (33), đã được nói đến ở phẩn 3.4 và 3.6 tương ứng:

H2C O2 Me

Me Me

Me CH

CHAc

Me Me

OH

O2

(34) -dihydroionon

Me

Me (30) ambroxide

Me

Me

Me

Me

Me (CH2)3

Me

Me

(32) ambrein (tí i 40%)

HO Mùi tự nhiên của long diên hương là do hợp chất dễ bay hơi ambroxít (30), γdihidroionon (34) và một số thành phần khác (tổng số không quá 0,3%), tạo thành trong long diên hương từ ambrein (32) khi oxy hóa từ từ dưới tác dụng các yếu tố thiên nhiên. Đối với các loại mỹ phẩm, do số lượng long diên hương không nhiều, khó kiếm nên sử dụng dưới dạng dung dịch rượu 3% (9,7 gr. nước và 87,3 gr. etanol). Hợp chất, có chứa nhân dị vòng furan, hiện nay chưa được sử dụng nhiều trong công nghiệp mỹ phẩm. Nhưng khi xử lý nhiệt một số thực phẩm có chứa polysaccarit và protein sẽ tạo thành các dẫn xuất furan mang mùi vị đặc trưng. Ví dụ, 2-thiometylfuran (35) có mùi thơm của café rang, disulfua (36) – có mùi bánh mỳ mới nướng (bánh mỳ trắng). 217

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Furfurol (37) và dẫn xuất 5-hidroxymetyl (38) tạo thành từ pentose và hexose khi nướng bánh mỳ tạo ra mùi thơm đặc trưng của bánh nướng. Chất đầu tiên có mùi táo, còn chất thứ hai có mùi mật ong. Trong quá trình nướng bánh, cả hai andehit bị phân hủy một phần thành axít fomic cùng với các axít hữu cơ khác (axetic, lactic …) tạo ra mùi thơm đặc trưng của bánh mỳ nướng:

Chỉ có dẫn xuất furan (41) tìm được ứng dụng thực tiễn. Trong quá trình tạo ra tinh dầu bạc hà nhân tạo đã sử dụng tetrahidrobenzofuran (41), có trong cây bạc hà và mang mùi thơm bạc hà. Nó được tổng hợp bằng phương pháp trùng ngưng đóng vòng anhiđrit sulfuric với 1-metyl-4-(2-propilyden)-3-oxoxiclohexan (pulegon, 39). Từ sản phẩm sulthon (40) tạo thành, đã tách loại SO2 dưới tác dụng nhiệt, kèm theo phản ứng tái đóng vòng tạo thành nhân furan:

Tại giai đoạn đầu tiên pulegon (39) proton hóa tại nguyên tử oxy và chuyển thành dienol (42). Chất này kết hợp với SO3 tạo thành hỗn hợp của axít xicloankylsulfolic (43) và sản phẩm cộng hợp tạo vòng [1,4]- (44). Loại nước ở cả hai sản phẩm tạo thành sulthon (40).

218

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Pulegon được tách ra từ tinh dầu thực vật chỉ có dạng (+)-form. 5.2. Dẫn xuất pirrole. Hợp chất indol có mùi thối và mùi hương hoa nhài Trong số những dẫn xuất pirrole đến nay vẫn không tìm được các hợp chất thơm có ứng dụng thực tiễn. Có thể nói rằng chỉ có duy nhất 2-axetyl-4,5-dihidro-3H-pirrol (1) là có mùi đặc trưng của cơm nấu chín.

Bên cạnh đó, indol và dẫn xuất 3-metylindol (scatole, 3) đã có được ứng dụng trong mỹ phẩm, đồ trang điểm. Cả hai hợp chất với nồng độ cao sẽ có mùi thối. Nhưng trong dung dịch loãng, các hợp chất này lại có mùi thơm hoa nhài nhẹ nhàng và dễ chịu. Ngoài ra, scatol thể hiện tính chất định hương, cố định các chất thơm khác.

R (2) R = H, indol; (3) R = Me, scatole

N H (2, 3)

Indol (2) tham gia vào thành phần của tinh dầu, thu được từ hoa nhài (thuộc nhóm cây bụi Jasminum grandiflorum L, nguồn gốc – Kashmir). Trong đó, indol cùng với jasmon, metyljasmon và benzylaxetat tạo thành tinh dầu hoa nhài có giá trị cao, là một trong những thành phần cần thiết của những loại nước hoa đắt tiền. Cả hai indol (2, 3) thu được sản phẩm của quá trình cốc hóa than đá (từ phân đoạn tách naphtalin). Indol không nhóm thế (1) được sản xuất bằng quá trình dehidro hóa 2-etylanilin (4) trong điều kiện có xúc tác và nhiệt độ cao thành 2-aminostiren (5), sau đó được đóng vòng nội phân tử trên xúc tác đồng ở nhiệt độ cao:

219

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Nó có thể thu được bằng cách hidro hóa 3-hidroxyindol. Scatole (3) thu được bằng phương pháp tổng quát theo Fischer. Phương pháp này bao gồm quá trình chuyển vị dưới tác dụng nhiệt phenylhydrazon và propanal (6). Phản ứng này được gia tốc nhờ xúc tác Lewis, axít chứa proton hoặc H-cationit và diễn ra theo sơ đồ sau:

Sau khi đồng phân hóa imin (6) thành dạng tautomer enamin (7), thực hiện đồng thời phá vỡ mối liên kết N-N và hình thành liên kết mới C-C. Quá trình này diễn ra thông qua trạng thái phức điện tử (6 electron) trung gian (A), là kết quả của quá trình tương tác hai hệ π-azaallyl. Quá trình phá vỡ một liên kết σ (N-N) và hình thành liên kết (C-C) – thông qua trạng thái bền sáu cạnh – sự chuyển vị sigma [3,3]. Diimin (8) tạo thành bị tautomer hóa thành dẫn xuất iminankyl của anilin (9), trong đó nguyên tử nitơ của amin tấn công nguyên tử cacbon của imin theo cơ chế nucleophil (môi trường axít đảm bảo sự tấn công). Kết quả là tạo thành zwitter-ion dạng vòng – 2-iminbenzodihidropirrole (10). Chất này chuyển hóa ngay lập tức thành aminal (11), sau đó bị aren hóa do tách loại một phân tử amoniac.

220

Sách không bán – liên hệ [email protected]

5.3. Dẫn xuất 1,3-dioxalan. Heliotropin. Safrole. Tinh dầu từ sasfras và rau mùi tây dạng hóa học benzodioxalan (benzodioxalan chemotype) Trong số những dẫn xuất 1,3-dioxalan đã tìm thấy một số những dẫn xuất quan trọng được áp dụng làm hương liệu trong mỹ phẩm trang điểm. Chất tạo mùi thơm thông dụng trong xà phòng và mỹ phẩm và sản phẩm hóa học gia dụng là dẫn xuất 1,3-dioxalan (alnital, 4). Chất thơm etilenxetal này mang mùi thơm hương gỗ- hoa lay ơn, được tổng hợp bằng tác dụng của etilenglycol với xeton (3) trong môi trường axít, sẽ dẫn đến quá trình ngưng tụ và chuyển vị proton :

Xeton (3) là sản phẩm của quá trình trùng ngưng aldol-croton của xeton (1) với 2metylpropanal (2). Sản phẩm spiro 1,3-dioxalan (kiprenal, 6) có mùi thơm của gỗ - xạ hương. Chúng được tổng hợp bằng quá trình axetal hóa xiclohexanon (5) etilen glycol trong môi trường axít (hay dưới tác dụng của cationid). Kiprenal (6) là chất tạo mùi thơm tốt cho xà phòng và đã tìm được ứng dụng trong thành phần hương liệu của mỹ phẩm trang điểm.

5-Fomylbenzo[d]dioxalan-1,3 (heliotropine, piperonal, (9)) có mùi hương hoa heliotropium. Hợp chất (9) có chứa trong vỏ va ni, hoa cà, hoa vòi voi, thực vật thuộc họ nguyệt quế. Heliotropine ở dạng tự do hay dưới dạng axetal (10) được ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm trang điểm và hóa mỹ phẩm gia dụng (sản lượng vượt một nghìn tấn/năm). Các 221

Sách không bán – liên hệ [email protected]

chất thơm (9, 10) thu được chủ yếu bằng phản ứng đồng phân hóa khi nung nóng (195oC) safrole thiên nhiên (7) thành isosafrole (8) với sự ô xy hóa tiếp bằng ozon (hoặc K2Cr2O7 khi có mặt H2SO4):

Phương pháp công nghiệp quan trọng khác tổng hợp các chất tạo mùi thơm (9, 10) là dựa trên quá trình xử lý pyrocatechol (11), trong đó, trước tiên vòng benzen bị annel hóa dưới tác dụng của diclorometan thành benzodioxalan (12) trong môi trường kiềm. Sau đó, benzodioxalan tạo thành được xử lý bằng axít 2-oxoetanoic (13) trong môi trường kiềm với sự có mặt của Al2O3, sẽ tạo thành sản phẩm thế (14). Tiến hành khử axít 2-aryl-2-hidroxyl (14) bằng cách đun nóng trên xúc tác đồng, thu được dẫn xuất axít pyruvic (15), tiếp tục bị decacboxyl hóa trong môi trường axít thành piperonal (19):

Safrole (7) được tách ra dưới dạng là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất camphor bằng chưng cất cuốn hơi nước từ cây long lão hay cây thông bạc (xem phần 3.5.3). Sau khi kết tinh camphor, làm bay hơi dung dịch và phần camphor màu đỏ nâu thu được có lượng 222

Sách không bán – liên hệ [email protected]

safrole chiếm 80% sẽ dùng để tổng hợp heliotropine (9). Chất thơm này được phân bố rộng rãi trong thực vật và gặp trong nhiều loại tinh dầu khác nhau. Một lượng nhất định safrole được sử dụng để sản xuất nước hoa. Đồng phân của nó (8) có trong tinh dầu ylang-ylang, tỏa ra mùi hoa hồi. Nó được sử dụng như chất tạo mùi thơm trong xà phòng, nước hoa và eau de cologne. Trong tinh dầu sasfras, thu được từ chưng cất cuốn hơi nước từ thực vật Sassafras officinale N., có chứa đến 96% là safrole (7), đem lại cho tinh dầu mùi thơm đặc trưng. Bởi nguyên nhân độc tính của safrole, nên tinh dầu này thường được sử dụng với lượng nhất định trong mỹ phẩm trang điểm và hóa mỹ phẩm thông dụng khác. Trong hương trị liệu, nó thể hiện khả năng chống viêm thấp và tác dụng giảm đau, cũng như thuốc lợi mồ hôi. 3-Arylpropanal (pional, 16) có mùi thơm của hoa mạnh cho phép được sử dụng làm chất tạo mùi thơm trong xà phòng và là thành phần của các hỗn hợp hương liệu. tổng hợp pional (16) dựa trên cơ sở heliotropin (9) trùng ngưng với propanal. Dẫn xuất aryliden tạo thành bị hidro hóa có chọn lọc, liên kết C=O được bảo toàn:

Trong tinh dầu từ hạt mùi (Petroselinum Sativum H.) có chứa dẫn xuất hai và ba nhóm thế benzo-1,3-dioxalan (apiol (17) và myristicin (18)). Đây là tinh dầu thu được từ cây cỏ bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước. Tinh dầu và rượu thuốc từ hạt mùi tây đã được sử dụng từ hơn năm thế kỷ trước để điều trị những chứng bệnh khác nhau. Trong hương trị liệu hiện đại, tinh dầu mùi tây giúp bình thường hóa chu kỳ kinh nguyệt (tác dụng sinh học của apiol), giảm căng thẳng thần kinh và đau khớp. Tinh dầu từ hạt mùi tây có mùi gia vị với tông mùi cỏ. Chính nhờ đó, nó được ứng dụng làm chất tạo mùi thơm ở xà phòng và trong hóa mỹ phẩm. Một lượng lớn chất này được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm để làm chất bảo quản, bởi vì nó có khả năng kháng khuẩn tốt. Các thành phần cơ bản từ tinh dầu mùi tây từ hạt (17, 18) và từ lá xanh (19-21):

223

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Tinh dầu, thu được từ lá mùi tây, theo thành phần và mùi thơm khác rất nhiều so với từ hạt. Apiol trong đó chiếm khoảng 7%, còn lại là các loại monotecpen (19-21), trong đó chủ yếu là trien (21) có mùi thơm lá rau mùi tây tươi. 5.4. Dẫn xuất thiazol (với mùi cà phê) và benzoxazol (với mùi lá xanh) Số lượng dẫn xuất dị vòng năm cạnh với hai dị tố rất hạn chế. Hai trong số chúng được biết đến, và chỉ có duy nhất một chất có giá trị thực tế. Khi phân tích chất bay hơi được tạo thành từ cà phê rang, đã tìm thấy được 2-axetyl-4-metylthiazol (1) là những thành phần chính tạo mùi thơm cà phê tương ứng.

2-Benzylbenzoxazol (5) là chất định hương tốt. Bởi vì bản thân nó cũng có mùi lá xanh dễ chịu, nên nó được sử dụng trong thành phần mỹ phẩm. Oxazol này được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng 2-aminophenol (2) với axít 2-phenyletanoic (3) hay este etylat (4) của nó. Hiệu quả của phản ứng được kiểm soát bằng lượng xúc tác tương ứng là axít boric hay Ti(OBu)4. 224

Sách không bán – liên hệ [email protected]

225

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Chương 6. Tổng hợp các dẫn xuất dị vòng sáu cạnh 6.1. Dẫn xuất piran 6.1.1 Tetrahidropiran với mùi thơm hoa hồng, hoa nhài và bơ Các dẫn xuất tetrahidropiren (1-4) được sử dụng làm hương liệu với mùi thơm của hoa:

Khi sử dụng nước hóa và eau de cologne trên cơ sở roseoxide (1) cần lưu ý rằng nó có thể là chất thu hút một số loài côn trùng. Roseoxide (1) có trong tinh dầu hoa hồng (đến 0,1%) và trong tinh dầu thiên trúc quỳ (tới 1%, tỷ lệ đồng phân tương ứng là cis : trans = 2 : 1). Nó được tổng hợp dưới dạng hỗn hợp hai đồng phân hình học L-isomer (với tỷ lệ 1:1; hỗn hợp có nguồn gốc tự nhiên có lượng đồng phân cis- nhiều hơn, ví dụ trong tinh dầu hoa hồng và tinh dầu thiên trúc quỳ).

226

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong vai trò chất ban đầu tại giai đoạn đầu tiên sử dụng (-)-citronellol (5), chất bị oxy hóa bởi không khí trong điều kiện chiếu ánh sáng tử ngoại. Khi đó, tretallylhidroperoxit (6) tạo thành được xử lý bằng dung dịch Na2SO3, khử nhóm chức peroxit thành nhóm rượu. Khi tách phân tử nước của diol (7) trong môi trường H2SO4 sẽ xảy ra quá trình đóng vòng nội phân tử (thông qua cation allyl A) tạo thành vòng sáu cạnh tetrahidropiran. Kết quả là sẽ hình thành hỗn hợp với tỷ lệ bằng nhau các đồng phân hình học. Roseoxide thu được bị dehidroclo hóa (kèm theo quá trình đóng vòng) sẽ tạo thành 2,6dimetyl-3-cloro-8-hidroxyocten-1. 4-Axetyloxytetrahidropiran (3, 4) tổng hợp từ 1-anken (8) và fomandehit trong hệ H2SO4/AcOH theo phản ứng liên hoàn Princ, thu được khi đó dẫn xuất enol (9), sau đó triol (10). Hợp chất (10) bị tách loại nước và đóng vòng nội phân tử , rồi O-axyl hóa:

227

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Một điểm chưa trọn vẹn của sơ đồ này là quá trình tạo thành các sản phẩm phụ dạng diol (11), 1,3-dioxan (12) và các dẫn xuất axetat, gây khó khăn trong quá trình tạo ra các sản phẩm cần thiết, và do đó làm tăng giá thành sản xuất các hợp chất này. Từ những dẫn xuất của tetrahidropiran có thể nhận thấy hợp chất (13), là thành phần tạo mùi thơm của nho và rượu vang nho, cũng như hợp chất (14):

Lacton (14) là thành phần của phomat và các sản phẩm từ sữa khác, cũng như có trong trái dừa. Dẫn xuất này là hợp chất chủ yếu của phụ gia thực phẩm tạo mùi thơm. Nó được tạo thành theo phản ứng Baeyer-Villiger – oxy hóa mở vòng chất ban đầu 2-(npenthyl)xiclopentanon (15), được thực hiện dưới tác dụng của peroxy axít (qua các peroxit 16, cation 17 và hidroxypiran 18):

Eucalyptol (1,8-cineol hay 1,3,3-trimetylbixiclo[2.2.2]-2-oxa-octan, (19)) có mùi thơm long não và cay nóng. Nó được tách ra từ tinh dầu bạch đàn, quế và hạt cây ngải cứu (artemisia cina). Cineol có mùi thơm của tiêu Jamaica với tông mùi bạch đàn, trong mùi thơm còn có vị cay nóng của các loại gia vị và được sử dụng trong thực phẩm, rượu thơm, wishky và brendi. Bên cạnh đó, bixiclooxaoctan (19) được sử dụng làm thành phần để tạo ra tinh dầu thơm nhân tạo, chất tạo hương thơm cho xà phòng, kem đánh răng và rượu thuốc. Cineol được tổng hợp bằng phản ứng este hóa nội phân tử tecpinhidrat (20) hoặc bằng phản ứng đóng vòng tecpineol (21) với sự có mặt của axít vô cơ loãng:

228

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Tinh dầu bạch đàn thu được bằng phương pháp cất cuốn hơi nước từ lá cây bạch đàn họ Eucalyptus globules L. với hiệu suất tới 1 %, có thể chứa tới 80% là 1,8-cineol (19). Sản lượng thu hoạch của loại tinh dầu này vào khoảng ba nghìn tấn một năm. Nó được sử dụng làm tinh dầu thực phẩm, thành phần hương liệu của mỹ phẩm, tạo hương thơm cho xà phòng và các chất tẩy rửa tổng hợp cũng như các sản phẩm hóa học gia dụng khác. Tinh dầu từ bạch đàn có tác dụng tăng cường hệ miễn dịch, có tính chất diệt khuẩn và tác dụng chống viêm, và trong khuôn khổ của hương trị liệu, nó được khuyên dùng để điều trị nhiễm trùng đường hô hấp cấp, viêm phế quản, cảm, cúm, viêm xoang và lao phổi. Nó dễ dàng làm giảm chứng đau thấp và hiệu quả khi trị bỏng, bỏng lạnh, cũng như mụn rộp; có ích trong điều trị các bệnh về đường tiêu hóa và phòng chống cao huyết áp. Tinh dầu nguyệt quế có mùi gia vị, vị cay và có thành phần chủ yếu (70%) là 1,8cineol. Tinh dầu được chưng cất bằng phương pháp cuốn hơi nước (trong vòng 4 giờ với hiệu xuất là 1%) từ lá của loài cây bụi – cây nguyệt quế (Laurus nobilis L.). Tên gọi của loại cây này bắt nguồn từ thời cổ đại, khi vòng hoa từ cây nguyệt quế được trao tặng cho những anh hùng, những người chiến thắng trong các cuộc thi Olympic tại Hy Lạp cổ đại (tại thế vận hội lần thứ XVII tổ chức tại Hy Lạp, phần thưởng cho các cuộc thi tài được trang trí bằng các vòng hoa nguyệt quế). Ngoài cineol, tinh dầu nguyệt quế còn có chứa hơn 40 hợp chất, thành phần chính là linalool (tới 9%) và các monotecpenoit (tới 20%), cũng như các monotecpen (tới 25%). Tinh dầu nguyệt quế được sử dụng làm thơm hóa muối ăn và một loạt các sản phẩm mỹ phẩm khác. Trong hương trị liệu, nó được sử dụng để điều trị nhiễm trùng đường tiêu hóa, táo bón, khó tiêu, viêm đường hô hấp và massage khi bị bong gân. Tinh dầu nguyệt quế giúp làm giảm đau khớp. Nó cũng có tác dụng bình thường hóa sự trao đổi chất và làm tăng trí nhớ. Một lượng nhất định cineol (19) thu được bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ bào gỗ nguyệt quế (long não) và các loại cây lá kim, thường được dùng để tách lấy 229

Sách không bán – liên hệ [email protected]

camphor. Từ dịch lỏng còn lại của tinh dầu, bằng phương pháp tinh cất đã tách được hai dịch tinh dầu bạch đàn; dịch thứ nhất được làm giầu bằng cineol (tới 35%). Nó có tên gọi là “dầu long não trắng” được sử dụng trong mỹ phẩm trang điểm (chủ yếu là để sản xuất dầu bạch đàn nhân tạo) và trong các sản phẩm mỹ phẩm khác. Dịch thứ hai chủ yếu gồm safrol. Dẫn xuất tetrahidro-1H-indeno[5,6-c]piran (25) có mùi xạ hương và được sử dụng rộng rãi làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng, mỹ phẩm, cũng như một loạt các loại mỹ phẩm trang điểm khác. Dẫn xuất này được sản xuất theo hai giai đoạn, xuất phát từ quá trình ankyl hoas metyloxiran (23) bằng pentametylindan (22) (tổng hợp đồng đẳng của nó được trình bày ở phần 4.8): Me

Me

Me

Me

Me

Me Me

+ AlCl3

O Me

Me

OH Me

Me

(22) Me

H+

Me

(24)

(23)

Me

CH2O/MeOH

Me

Me Me (

Me

O

) galaxolide, abbalide (mï i x¹ hö¬ng)

Tại giai đoạn thứ hai của quá trình tổng hợp galaxolide (25), sản phẩm ankyl hóa (24) được trùng ngưng đóng vòng với fomandehit. Tính chọn lọc và hiệu suất phản ứng được tăng lên trong sự có mặt của rượu metanol và anhiđrit axetic. 6.1.2. Piranon. Malthol với mùi hương trái cây – caremen. Coumarin với mùi hương cỏ mới cắt Những dẫn xuất 4H-γ-piranon (2) – maltol (3-hidroxy-2-metyl-4H-piranon-4) được gặp nhiều trong tự nhiên (trong sữa, trong các cây lá kim, trong rau diếp), được sử dụng làm phụ gia thực phẩm để tạo mùi vị đặc biệt trong các sản phẩm như kẹo, mứt, nước uống – mùi trái cây đặc biệt (thường kết hợp mùi quả mâm xôi). Ghi nhận thêm rằng, hợp chất này cũng được tạo thành khi gia nhiệt trong quá trình chưng đường (tạo caramen) và nướng bánh mỳ. Nó cũng được sử dụng trong mỹ phẩm trang điểm và các loại hóa mỹ phẩm khác. Maltol (2) cũng thể hiện các đặc tính hữu ích khác như – kìm hãm sự phát triển vi khuẩn và 230

Sách không bán – liên hệ [email protected]

kích thích phát triển thực vật. Nó được phân lập từ các loại thực vật lá kim, cũng như thu được khi thủy phân streptomycin – thuốc kháng sinh họ aminoglycoside (1):

Đồng đẳng của nó – etylmaltol (3) cũng được tạo thành trong quá trình này. Nó được biết đến như là một chất làm tăng vị ngọt quan trọng (độ ngọt mạnh hơn meltol vài lần) và như thành phần tạo mùi thơm với mùi hương trái cây – caramen. Trong vòng hai mươi năm cuối của thế kỷ XX đã rất thịnh hành khi sử dụng các tông mùi thực phẩm – trái cây-bánh kẹo vào thành phần hương liệu của mỹ phẩm. Ví dụ, vào năm 1992, etylmaltol đã được sử dụng để sản xuất nước hoa phụ nữ với mùi caremen. Trong thực vật, glycoside được gặp dưới dạng benzo[5,6]-piran-2-on (coumarin, 4) có mùi vị cay nồng của cỏ tươi mới cắt. Vào năm 1884, lần đầu tiên coumarin được sử dụng trong eau de cologne và sau đó được trở thành một nhóm riêng gọi là mùi hương dương xỉ . Cũng trong thời gian này đã xuất hiện nước hoa đàn ông đầu tiên “Jicky”, trong thành phần của nó có hương liệu nhân tạo – coumarin, vanillin và linalool trong tổ hợp với các tinh dầu thực vật tự nhiên – bergamot và nguyệt quế, cũng như cibet – sản phẩm có nguồn gốc từ động vật (xem phần 3.3). Coumarin hiện nay cũng được sử dụng để làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng tắm, trong mỹ phẩm cũng như chất tạo hương thơm trong thuốc lá và các tinh dầu thực phẩm. Dẫn xuất 2H-α-piranon được tách từ đậu Tonka (Cumaria odorata), lá cây nhãn hương (cây ngạc ba hay cỏ ngọt ba lá - Melilotus officinalis) và các loại thực vật khác. Ví dụ, lá cây cỏ nhãn hương khô được chiết với ête. Dịch cô đặc (sau khi loại bỏ dung môi) có màu xanh lá cây đậm, được đun với nước và dịch nước chiết màu xanh được đun với 10% dung dịch kiềm để thủy phân coumarin (4) và chuyển hóa thành dạng muối Na của axít cis-coumarinic (5). Trong dung dịch kiềm đặc, nó bị đồng phân thành trans-isomer. Sắc tố 231

Sách không bán – liên hệ [email protected]

mầu xanh lá cây được chiết với ête, dung dịch sau đó được axít hóa bằng dung dịch H2SO4 20%. Khi đó, muối (5) đóng vòng thành coumarin (4), bị kết tủa trong hỗn hợp với axít 3(2-hidroxyphenyl)propionic (6), mang mùi hương mật ong. Xử lý hỗn hợp này với dung dịch nước xô đa thu được muối của axít (6) tan trong nước, còn coumarin không bị thủy phân trong điều kiện này được chiết bằng ête. Tinh chế sản phẩm coumarin (4) thu được bằng phương pháp kết tinh lại từ nước:

Trong công nghiệp, coumarin được tổng hợp hoặc bằng phương pháp trùng ngưng andehit salixylic với anhiđrit axetic hoặc giữa phenol với acrilat (8) dưới áp suất cao khi có xúc tác axetat đồng hoặc paladi:

Dẫn xuất 3,4-dihidrocoumarin (9) có mùi của cỏ tươi và khác với coumarin (4), được sử dụng làm chất tạo mùi cho thực phẩm. Hợp chất (9) thu được bằng quá trình hidro hóa coumarin. Một phương pháp công nghiệp khác tổng hợp dihydorcoumarin (9) dựa trên cơ sở phản ứng kết hợp nhóm α-metilen của xiclohexanon với liên kết đôi của este hoặc axít acrylic (phản ứng Michael):

232

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Hợp chất (10) thu được theo Michael trong quá trình này bị đóng vòng trong điều kiện thủy phân với xúc tác axít tạo thành hexahidrocoumarin (11). Nhân hexahidrocoumarin trong hợp chất cuối cùng được aren hóa khi nung nóng với MnO2. 6.2. Dẫn xuất pyridin. Tinh dầu hạt tiêu đen Hầu như không gặp các dẫn xuất của piriđin trong số những chất làm hương liệu và chúng thường có mùi ám ảnh, không dễ chịu, chúng có một số ứng dụng để làm biến tính các rượu với số cacbon thấp, chúng được cho vào với nồng độ rất nhỏ vì chúng có ngưỡng cảm nhận đặc biệt thấp. Các dẫn xuất của piriđin không được sử dụng trong mỹ phẩm trang điểm và hương liệu mỹ phẩm khác, trừ một số trường hợp đặc biệt. Ví dụ trường hợp ngoại lệ là sử dụng tinh dầu hạt tiêu đen, được chiết từ quả-hạt của loại cây Piper nigrum L. bằng phương pháp cất cuốn hơi nước với hiệu xuất 3%. Nó được trồng ở Indonesia, Ấn Độ, Việt Nam và Madagasca. Tinh dầu hạt tiêu chứa bốn thành phần cơ bản (1-4), xác định mùi vị của nó. Ancaloit piperin (1) đảm bảo cho hạt có vị cay nóng (trong tinh dầu, hàm lượng piperin không quá 9%, và vị cay không cảm nhận được). Dẫn xuất α-bergamoten (2) với hàm lượng trong tinh dầu chiếm 4% đã đem lại cho tinh dầu và hạt tiêu mùi thơm đặc trưng. Limonen (3) và caryophyllen (4) cũng như một số lượng rất nhỏ (các vết) của các dẫn xuất piriđin và pirazin cũng có ảnh hưởng nhất định đến mùi hương của tinh dầu.

233

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Trong trường hợp tiến hành chiết hạt tiêu bằng rượu thu được sau khi làm bay hơi dung môi hỗn hợp cô đặc (rezenoid) với nồng độ piperin không quá 25%. Rezenoid được sử dụng chủ yếu trong thực phẩm. Tinh dầu hạt tiêu được sử dụng không chỉ trong mỹ phẩm mà còn được dùng trong hương trị liệu, bởi tính chất kích thích của nó, được khuyên dùng để kích thích cảm giác ngon miệng và giảm cảm giác đau nhức khi viêm thấp. Thành phần cơ bản của tổ hợp hương thơm phức tạp, không bền của bánh mỳ mới nướng là 2-axetyl-1,4,5,6-tetrahidropiriđin (8), thu được từ bánh mỳ khi chiết bằng chloridometilen. Ở dạng tinh khiết nó có mùi bánh quy nướng. Dẫn xuất này được tổng hợp từ N-ôxít của 2-ethinylpiriđin (5), bị hợp nước thành axetylpiriđin (6). Hidro hóa hợp chất (6) bằng xúc tác Rhodi tạo thành 1-(2-piperidin)etanol (7). Khi oxy hóa bằng cacbonat bạc trong benzen đun nóng xảy ra không chỉ tách loại hidro rượu bậc hai thành xeton, mà còn dehidro hóa một phần dị vòng tạo thành nhóm chức enamin:

234

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Khi nướng bánh mỳ và các loại bánh quy, tetrahidropiriđin (8), dường như tạo thành từ prolin (9) (có nguồn gốc từ protein), bởi vì qua thực nghiệm, có thể thu được sản phẩm (8) với hiệu suất không cao, khi nung nóng α-aminoaxít này với glyxerin hay 1,3dihidroxyaxeton:

Cũng nhận thấy rằng, trong số các dẫn xuất quinolin thì dẫn xuất isobutyl được sử dụng tạo mùi thơm cho nước hoa và eau de cologne. 6.3. Dẫn xuất 1,3-dioxan và pirazin Khi tiến hành trùng ngưng có xúc tác axít inden (1) với metanol hay etanal trong điều kiện phản ứng Princ tạo thành (thông qua cation A và diol 2) indano[1,2-d]dioxan (3, 4) với sự kết hợp dạng vòng cis-1,3dioxan:

235

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dẫn xuất không có nhóm thế indoflor (3) có mùi của hoa nhài, khi đưa hai nhóm thế metyl sẽ thay đổi mùi hương của sản phẩm magnolan (4) – gợi đến mùi hương hoa mộc lan và thiên trúc quỳ. Cả hai hợp chất thơm đều được bổ sung vào xà phòng và các loại mỹ phẩm trang điểm khác. Một loạt các pirazin thế (5-9) thể hiện rõ đặc tính tạo mùi thơm và có hương vị. Etylpirazin (5) được cho thêm vào thuốc lá để tạo mùi thơm mạnh. 2-Metoxy-3metylpirazin (6) tạo ra mùi vị của đậu phộng, hạt cà phê và cacao rang. Khi phát triển từ từ mạch ankyl, mùi thơm thay đổi như sau: Dẫn xuất 2-metoxy- của 3-(2-propyl)- và 3-(2-nbutyl)pirazin (7 và 8) có mùi thơm của hạt đậu xanh, còn 2-metoxy-3-n-hexylpirazin (9) chỉ đem lại mùi vị hạt tiêu. 2,3,5-trimetyl-6-etylpirazin (10) được bổ sung vào trong chocolat để tăng mùi hương cacao :

Khi tiến hành annel hóa vòng pirazin bằng pyrrole tạo thành hệ pyrrolo[1,2-a]pirazin, dẫn xuất 8-metyl (11) là thành phần tạo hương thơm quan trọng nhất trong mùi thịt quay. Chất tạo mùi thơm (10) thu được bằng hai cách. Tại bước đầu tiên (như nhau đối với hai cách) tiến hành ngưng tụ butadion-2,3 (dimetylglyoxal, 12) với diaminoankan (13). Khi đó, phụ thuộc vào cấu tạo của diamin ban đầu (13) tạo thành dẫn xuất dạng dihidropirazin (16), khi tác dụng với kiềm sẽ dehidro hóa thành pirazin (14 và 17). Trong trường hợp tetrametylpirazin (14) một nhóm metyl sẽ bị brom hóa theo cơ chế gốc tự do bởi N236

Sách không bán – liên hệ [email protected]

bromsucxinimit (NBS), còn nhóm bromometyl trong hợp chất (15) bị chuyển hóa dưới tác dụng của tác nhân Grignard. Trong phương pháp tổng hợp khác phụ gia thực phẩm (10), sản phẩm trung gian trimetylpirazin (17) bị etyl hóa vào vị trí không có nhóm thế theo điều kiện phản ứng Friedel-Crafts:

Hương liệu tạo mùi vị (7 và 8) được tổng hợp từ 2-metylpirazin (18) theo các phản ứng liên tục, clo hóa ở nhiệt độ cao tại nhân heteroaren, thế nucleophil nguyên tử clo (metoxy hóa choloropirazin, 19) và gắn nhóm ankyl vào các hợp chất (20 và 21) bằng ankyliodua với sự có mặt của kiềm mạnh (NaNH2):

6.4. Mononucleotit thuộc dãy purin. Muối inosinat và guanylat trong vai trò là chất tăng mùi thơm Axít inosinic (1) và axít guanylic (3) cùng với muối của chúng (2, 4) là các chất tăng mùi (làm hồi phục) và làm biến đổi mùi vị của thực phẩm (đồ hộp, súp, gia vị …). Những nucleosidmonophotphat thu được khi thủy phân axít ribonucleic trong môi trường kiềm (ví dụ, axít guanylic thu được với số lượng lớn từ vảy cá). 237

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Axít inosinic (inosin-5’-monophotphoric) thu được từ lên men glucozơ. Axít guanylic (3) và muối guanylat (4) thu được từ xanthin (5), được clo hóa thành dicloropurin (6). Sau đó thực hiện tương tác giữa purin (6) với axylhalogenose (7) (ribose, trong đó nhóm hidroxyl glycoside được thế bởi nguyên tử halogen, còn nhóm OH còn lại được bảo vệ bởi các nhóm benzoyl). Trong sản phẩm nucleoside (8) tạo thành của quá trình trùng ngưng, tiến hành thế nucleophil nguyên tử clo bằng nhóm amin (tác dụng với dung dịch amoni rượu), và tiếp theo nhóm amoni tại vị trí C-6 chuyển thành nhóm hidroxyl thông qua tạo muối diazonium. Sau khi photphor hóa bằng axít polyphotphoric (PPA) thực hiện giải phóng nhóm benzoyl tại mảnh ribose. Tương tự như vậy có thể ribosyl hóa bazơ guanin với các nhóm NH, NH2, OH được bảo vệ bằng bis-(trimetylcilyl)amin:

238

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Xanthin (5) thu được bằng các phương pháp tổng hợp. Theo một trong những phương pháp, hợp chất này được tổng hợp qua axít uric (10). Trong trường hợp này, trước tiên, tiến hành trùng ngưng nhiệt giữa hai phân tử ure với axetal (9). Khi đó tạo thành axít uric (10). Khi nung nóng hợp chất này (hay dạng triaxetat) với fomandehit sẽ xảy ra quá trình khử mở vòng rồi đóng vòng kèm theo tách loại CO2 và NH3. Kết quả là qua sản phẩm trung gian (11) sẽ tạo thành xanthin (5) với hiệu suất cao:

Trong phương pháp công nghiệp khác (nhiều giai đoạn hơn), phương pháp tổng hợp axít uric (10) và xanthin (5) từ cacbamit và axít malonic – 2-xyanaxetat (12). Phản ứng trùng ngưng chúng được đun sôi khi có mặt natri etylat. Phản ứng xảy ra thông qua sản phẩm trung gian nitril (13) với sự tạo thành muối 4-aminouracil (14). Sau đó, muối này bị nitro hóa ở 0÷2оС trong dung dịch axít axetic và hỗn hợp đươc kiềm hóa. Muối nitrouracil thu được (15) bị khử thành diamin (16) khi nung nóng với natri hidrosulfua. Diamin (16) bị đóng vòng thành xanthin (5) khi trùng ngưng với axít fomic. Nếu diamin này nóng chảy với ure (1600C), sau đó, hỗn hợp được hòa tan trong kiềm, lọc kết tủa và kết tủa thu được phản ứng với HCl và NH4Cl thu được muối amoni của axít uric. Muối này được xử lý với H2SO4 và chúng ta thu được axít uric tự do:

239

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Sau đó axít uric được sử dụng để tổng hợp xanthin như đã được đề cập. 6.5. Dẫn xuất đại dị vòng. Đại dị vòng với mùi xạ hương. Tinh dầu đương quy (bạch chỉ) Một loạt các hợp chất, có cấu tạo dựa trên các đại dị vòng chứa oxy (thường là từ 13 đến 17 nguyên tử cacbon), có mùi xạ hương. Phần lớn trong số chúng có cấu trúc este vòng – macrolacton, còn gọi là macrolide. Theo danh pháp IUPAC, lacton được gọi tên như sau, tên của mạch cacbon từ axít gốc và thêm phần vĩ tố là “olide”. Phần tiền tố sẽ là số, ký hiệu vị trí nguyên tử cacbon liên kết với nguyên tử oxy để đóng vòng lacton, nguyên tử cacbon thuộc nhóm cacboxyl. Như vậy, macrolacton (1) có danh pháp là 15-pentadecanolide, còn macrolide (2) – 16-haxadecen-7-olide.

240

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Dẫn xuất đại dị vòng thơm (1, 2) ngoài mùi thơm xạ hương quí giá, còn có tông mùi long diên hương, mang tính chất đồng vận – tăng cường mùi thơm cho các chất thơm khác trong hỗn hợp hương liệu mỹ phẩm. Ambrettolide (2) hiện nay là một trong những hợp chất có giá trị lớn, được sử dụng chủ yếu để sản xuất nước hoa. Các dẫn xuất exaltolide (1) và ambrettolide (2) có nguồn gốc thực vật. Macrolide (1) là thành phần của nhiều tinh dầu, được tách từ rễ cây và hạt cây đương quy (bạch chỉ, Angelica officnalis). Hàm lượng của nó trong tinh dầu không lớn – chỉ 1-2,5% nhưng chính nó lại đem đến cho tinh dầu mùi xạ hương. Tinh dầu này có giá thành rất cao. Trong hương trị liệu, nó hữu ích để điều trị các bệnh cảm cúm, ho và hen xuyễn. Ambrettolide (2) có chứa trong tinh dầu được tách từ hạt cây Hibiscus abelmoschus. Một trong những phương pháp tổng hợp macrolacton là quá trình trùng ngưng đóng vòng este (3) thành axyloin (4) và tiếp tục khử hợp chất này thu được macroxeton (5) (xem phần 3.3). Macroxeton thu được chuyển hóa tiếp thành sản phẩm macrolide mong muốn. Như vậy, oxy hóa chuyển vị theo Baeyer-Villiger, macroxeton (5, n=11) dưới tác dụng của peroxy axít (axít Caro, 6) sẽ oxy hóa thành exaltolide (1):

Trong một phương pháp khác, việc hình thành vòng macrxeton của macrolide là quá trình trải qua nhiều giai đoạn. Ví dụ, xeton (7) chuyển hóa thành exaltolide như sơ đồ sau:

Tại giai đoạn thứ nhất, thực hiện phản ứng kết hợp theo cơ chế gốc tự do (khi có mặt bis-tret-butôxít, 8) giữa prop-2-en-1ol (rượu allylic) với vị trí α- của xeton (7). Tại giai đoạn 241

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thứ hai, xảy ra quá trình đóng vòng với xúc tác axít thành vòng xetonol (9) và bixiclo (10). Sau đó, dưới tác dụng của axít HNO2 hợp chất bixiclo này bị oxy hóa hợp vòng tại vị trí liên kết đôi. Kết quả là bixiclo chuyển thành macrolacton (11), trong đó nguyên tử cacbon tại vị trí 12 bị oxim hóa. Tại giai đoạn cuối cùng, hydrazinhidrat trong môi trường kiềm khử nhóm oxim thành nhóm OH. Dẫn xuất dihidropiran (10) có thể bị oxy hóa dưới tác dụng của H2O2 thành hidroperoxit (12), hợp chất sau đó dưới tác dụng nhiệt, đun trong xylen thành exaltolide (1):

Để tổng hợp macrolacton dạng (1) sử dụng các dẫn xuất ω-brom-, (14) và ω-hidroxy, (13) và ω-alcoxycacbonyl-, (15) của các axít béo: O (CH2)5 OH

(CH2)6

O

COOH

H+, -H2O

(13)

(CH2)6

(CH2)11 (1) exaltolide

COOH

(CH2)5 CH2 (15)

O COMe

NaOH, -HBr

(CH2)5 Br

(CH2)6 COOH (14)

, H+ -MeCOOH

Điều kiện để thực hiện phản ứng đóng vòng là sự tồn tại của cấu hình linh động, (có thể gấp lại được), trong đó các trung tâm phản ứng có thể tiến gần lại với nhau. Dễ dàng nhận thấy, trong trường hợp cấu hình mạch thẳng có thể tạo thành sản phẩm dạng oligomer. Trong trường hợp nồng độ các dẫn xuất của axít béo thấp, tính chọn lọc của của phản ứng theo quá trình đóng vòng nội phân tử tăng lên đáng kể, bởi vì xác suất va chạm giữa các phân tử đã ít hơn. Nhưng trong công nghiệp, nếu sử dụng phương pháp pha loãng sẽ không có hiệu quả kinh tế và người ta đã giải quyết được vấn đề này nhờ phương pháp thioeste hóa axít béo (13) bằng dipyridyldisulfua (16). Phương pháp này cho phép tăng cường quá trình lacton hóa nhờ hoạt hóa không chỉ nhóm cacbonyl mà còn nhóm hidroxyl của phân tử thioeste (17).

242

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Nhờ sự định hướng của nhóm hidroxyl vào nguyên tử nitơ ở thioeste (17) sẽ xảy ra quá trình chuyển điện tử và thu hẹp khoảng cách hai trung tâm phản ứng và tạo thành sản phẩm trung gian zwitter-ion (18). Phản ứng được đun hồi lưu trong xylen với hiệu suất tạo thành macrolacton (1) tới 50%.

Axít ω-hidroxypentadecanic (13) và este của nó (15) tổng hợp được từ dodecan-1,12diol (19) theo sơ đồ sau:

Diol (19) kết hợp với phân tử este (20) theo cơ chế gốc tự do. Trong este 4,15dihidroxypentadecanat (21) vừa thu được, cần loại bỏ nhóm OH tại vị trí C-4. Điều này được thực hiện như sau. Trước tiên este (21) được đóng vòng tại γ-butyrolacton (22), sau đó tiến hành bảo vệ nhóm hidroxyl ở cuối mạch, còn phần lacton sẽ bị khử mở vòng trên xúc tác Raney nickel. Kết quả là nhóm OH tại vị trí C-4 sẽ bị loại bỏ và tạo thành dẫn xuất Oaxyl (15). Axít (13) được tạo thành từ este (15) bằng phương pháp thủy phân. Một phương pháp điển hình nữa tổng hợp axít (13) và (15) dựa trên cơ sở phản ứng brom hóa axít undecanoic (23), được thực hiện dưới tác dụng của ánh sáng UV. Điều này sẽ dẫn đến việc tạo thành hỗn hợp dẫn xuất của brom. Nhưng khi có mặt xúc tác Al2O3 tạo thành phức với nhóm cacboxyl được định hướng trên bề mặt của ôxít (nhờ sự hấp phụ hóa học), còn gốc aliphatic – hướng ra ngoài, đảm bảo tăng đáng kể độ chọn lọc tạo dẫn xuất ω-brom. 243

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Axít ω-bromundecanoic (24) thu được bị O-axyl hóa và dưới dạng muối natri (25) tham gia vào phản ứng trùng ngưng điện hóa với muối monoester của axít adipinoic (26). Khi điện phân hỗn hợp muối này trong dung dịch rượu trên anode tạo thành gốc tự do, các gốc này bị decacboxyl hóa thành gốc ankyl tự do và tham gia vào quá trình kết hợp C-C tạo thành este (27):

Quá trình thủy phân dieste này sẽ thu được axít (15) và (13). Axít ωbrompentadecanoic (14) tổng hợp bằng phương pháp tương tự brom hóa axít pentadecanoic theo cơ chế gốc tự do (28):

Một lượng axít undecanoic (23) và pentadecanoic (28) được tổng hợp bằng phương pháp oxy hóa cắt mạch parafin (29) bằng không khí với sự có mặt của hợp chất Mangan trong vai trò là chất khơi mào và xúc tác. Quá trình oxy hóa xảy ra kèm theo phá vỡ liên kết C-C, khi đó tạo thành axít béo (30) với mạch cacbon ngắn hơn và khi chưng cất chúng ta thu được axít (23) và (28):

Trong mối liên quan đến phát triển phương pháp có chọn lọc dehidro hóa bằng xúc tác nhiệt dẫn xuất parafin có mạch cacbon lớn (31) tới olephin (32) cũng sử dụng phương pháp hidrocacboxyl hóa cắt mạch -olephin thành axít béo (23, 28). Xúc tác của quá trình này là cacbonyl kim loại (150oC, 5-10 atm, 0,49 – 0,98 MPa): 244

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Việc sử dụng các chất xúc tác biến tính, dạng tris(triphenylphotphin)-cacbonylrhodi hydrua, cho phép tăng tính chọn lọc và hạ nhiệt độ của quá trình. Giả sử rằng, anken được kết hợp với kim loại, sau đó monôxít được gắn vào liên kết ankyl-kim loại thành phức axylkim loại. Khi hidroxyl hóa nhóm –(CO)-Ph, nhóm oxo chuyển hóa thành nhóm cacboxyl và phá vỡ liên kết với kim loại, đang bão hòa hidro và lại liên kết với phân tử anken mới. Xúc tác rhodi rất có tính chọn lọc (cho sản phẩm axít mạch thẳng), nhưng có giá thành cao. Trong công nghiệp có sử dụng xúc tác coban, rẻ hơn nhưng tạo thành hỗn hợp axít mạch thẳng và mạch nhánh. Dãy các dẫn xuất macrolide có nguồn gốc tổng hợp dường như có mùi xạ hương và bền lâu, cho phép sử dụng chúng trong vai trò là những hương liệu quan trọng. Cụ thể, các vòng lacton 25 cạnh (33) và vòng lacton 17 cạnh (34, 35) là những chất tạo mùi thơm cho xà phòng, mỹ phẩm (cả ba chất), cũng như thực phẩm (chỉ hợp chất 34). Để sản xuất nước hoa và eau de cologne sử dụng macrolide (33 và 34).

Tất cả các macrolide tổng hợp theo cùng một công nghệ. Tại bước đầu tiên, tiến hành trùng ngưng 1, ω-ankandiol (36) dưới dạng dẫn xuất O-natri với axít ω-bromaliphatic mạch 245

Sách không bán – liên hệ [email protected]

thẳng (37). Monoeste (38) dễ dàng polimer hóa thành polyeste (39), sau đó dưới tác dụng nhiệt depolimer hóa đóng vòng và tạo thành sản phẩm thơm cuối cùng heteromacrolide (3335).

Đại dị vòng dieste macrolide dạng (40, 41) cũng có mùi thơm xạ hương và đã tìm thấy ứng dụng dưới dạng chất tạo mùi thơm trong xà phòng, mỹ phẩm trang điểm và các thành phần hương liệu khác. Ngoài ra, este (41) còn được ứng dụng làm chất định hương.

Trong tổng hợp các dị vòng macrolide, trong vai trò là chất ban đầu có sử dụng các axít béo dicacbonoic (42) – axít sebacic (n=8) và 1,10-decandinoic (10). Các axít này khi nung nóng với etilenglycol, trước tiên chuyển thành monoeste (43), sau đó tự ngưng tụ thành dạng polyeste mạch thẳng (44). Khi tăng nhiệt độ, polyeste sẽ chịu tác động nhiệt depolymer hóa và tồn tại dưới dạng đại dị vòng dieste bền (40, 41) :

Trong phần cuối, có xem xét thêm hai hợp chất đại dị vòng, đã, đang và có vai trò rất quan trọng đời sống của nhiều người dân. Đó là các thành phần tạo mùi thơm của trầm hương và trong tinh dầu trầm hương – incessol (45) và dạng O-axetat (46), thuộc nhóm bixiclo[10.2.1]oxapentadecadien : 246

Sách không bán – liên hệ [email protected]

Công bằng mà nói, mùi hương trầm cũng do hợp chất thứ ba đem lại – đó là xiclotetradecadienol (47). Ngoài ra, trong tinh dầu trầm hương, cũng có mùi thơm balsam với tông mùi hương chanh, chứa tới 60% là các monotecpen và tới 10% dẫn xuất chứa oxy của chúng. Một số tinh dầu được làm giàu bằng octanol (tới 60%) và dạng axetat của nó. Trầm hương (hay olibanum) - nhựa cây Boswelli sacra F., được chiết bằng dung dịch rượu, dịch chiết được làm bay hơi dung môi, thu được absolute hương trầm (hiệu suất 10%) được bổ sung vào trong nước hoa. Nước hoa được bổ sung hương trầm có tông mùi «Phương Đông». Trong hương trị liệu có sử dụng tinh dầu trầm hương trong các trường hợp bị viêm khớp, cảm lạnh, cũng như để chăm sóc da và ngăn hói đầu. Hàng năm, sản lượng trầm hương đạt 2-3 nghìn tấn. Nó được sản xuất chủ yếu ở Ethiopia, Eritrea, Yemen, Ấn Độ. Phần tốt nhất được sử dụng trong việc xông hương các nơi thờ tự, tín ngưỡng của nhiều tôn giáo khác nhau. Công dụng này của nó đã được sử dụng từ hơn 5000 năm trước.

247

Sách không bán – liên hệ [email protected]

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Хейфиц Л.А., Дашунин В.М. Душистые вещества и другие продукты для парфюмерии. М.: Химия, 1994. 256 с. 2. Братус И.Н. Химия душистых веществ, М. : Агропромиздат, 1992. 240с. 3. Шулов Л.М., Хейфиц Л.А. Душистые вещества и полупродукты парфюмернокосметического производства М.: Агропромиздат, 1990. 208с. 4. Риммель Э. Энциклопедия парфюмерии. М.: Пищевая промышленность, 1998. 5. Войткевич С.А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии. М.: Пищевая промышленность. 1994. 6. Войткевич С.А. Эфирные масла для парфюмерии и ароматерапии. М.: Пищевая промышленность, 2001. 284с. 7. Теддер Дж., Нехватал А., Джубб А. Промышленная органическая химия. М: Мир, 1977. 702 с. 8. Евстигнеева Р.П. Тонкий органический синтез. М.: Химия, 1991. 184 с. 9. Общая органическая химия. В 12 т.: Пер. с англ./ Под ред. Н.И.Кочеткова и др. М.: Химия,1981-1988. 10. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. М.: МГУ, 1999. Ч. 1. 560 с.; Ч. 2. 624 с.; М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. Ч.3. 544 с.; Ч.4. 726 с. 11. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия/Под ред. М.Д. Стадничука. Санкт-Петербург: Иван Фёдоров, 2003. 624 с. 12. Шабаров Ю.С. Органическая химия. М.: Химия, 2000. 848 с. 13. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М.: Высшая школа, 2001. 758 с. 248

Sách không bán – liên hệ [email protected]

14. Ласло П. Логика органического синтеза. М.: Мир, 1998. Т.1. 229 с.; Т.2. 200 с. 15. Смит В., Бочков А., Кейпл Р. Органический синтез. Наука и искусство. М.: Мир, 2001. 573 с. 16. Быков Г.В. История органической химии. М.: Наука, 1978. 379 с. 17. Пожарский А.Ф., Солдатенков А.Т. Молекулы-перстни. М.: Химия, 1993. 257 с. 18. Роzharskii A.F., Soldatenkov A.T., Katritzky A.R. Heterocycles in Life and Society. An introduction to heterocyclic chemistry and biochemistry and the role of heterocycles in science, technology, medicine and agriculture. Chichester. New York: J.Wiley, 2011. 301 p (2-nd Ed.). 19. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Шендрик И.В. Основы органической химии лекарственных веществ. М.: Химия, 2001, 192 с. (1-е издание); М.: Мир, 2003. 192 с. (2-е издание, исправленное и дополненное). 20. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Шендрик И.В. Средства защиты, лечения и регуляции роста животных и растений. Основы органической химии. М.: Химия, 2004. 264 с. 21. Джилкрист Т. Химия гетероциклических соединений. М.: Мир, 1996. 464 с. 22. Иванский В.И. Химия гетероциклических соединений. М.: Высшая школа, 1978. 559 с. 23. Лазурьевский Г.В., Терентьева И.В., Шамшурин А.А. Практические работы по химии природных соединений М.: Высшая школа, 1966. 336 с. 24. Кретович В.Л. Биохимия растений. М.:Высшая школа. 1980. 445с. 25. Семёнов А.А. Очерк химии природных соединений. Новосибирск : Наука. Сибирская изд. Фирма РАН, 2000. 664 с.

249

Sách không bán – liên hệ [email protected]

26. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1988. 592 с. 27. Нифантьев Э.Е., Парамонова Н.Г. Основы прикладной химии. М.: Владос, 2002. 144 с. 28. Авраменко Г.В., Войткевич С.А., Гулый С.Е., Ким В.Е., Коральник С.И., Пучкова Т.Б./под ред. Т.В.Пучковой и А.А.Родюнина/. Толковый словарь по косметике и парфюмерии. Том 2. Сырье и биологически активные добавки. ООО ”Фирма Клавель”. М.: 2000. 264с. 29. Войткевич С.А., Хейфич Л.А. От древних благовоний до современной парфюмерии и косметики. М.: Пищевая промышленность, 1997. 30. Нечаев А.П., Кочеткова А.А., Зайцев А.Н. Пищевые добавки. М.: Колос, 2002. 256 с. 31. Сарафанова Л.А. Пищевые добавки : энциклопедия. Санкт-Петербург: ГИОРД, 2003. 688 с. 32. Браун Д.В. Ароматерапия. М.: ФАИР–ПРЕСС, 2004. 272с. 33. Артемова А. Ароматы и масла исцеляющие и омолаживающие Санк-Петербург: Диля, 2004. 160с. 34. Ароматы и запахи в культуре / Сост. О.Б.Вайнштейн./ М.: Новое литературное обозрение, 2003. Книга 1, 608 с. и Книга 2, 664 с.

250