C-6不飽和無環(huán)單萜醇的結構-氣味關系研究：一種比較的方法

摘要：無環(huán)單萜類化合物是一類有價值的化合物，對香精和香料工業(yè)很有用[1]。其中有C-6不飽和單萜醇，即芳樟醇、香葉醇、橙花醇和β-香茅醇。這些物質(zhì)表現(xiàn)出令人愉快的氣味特性，在許多植物的精油中普遍存在，并且具有藥理學和生理學上的活性。因此，值得注意的是，特別是芳樟醇和香葉醇，不僅可以激活嗅覺受體，還具有其他生理活性，例如作為抗癌劑[2，3]。然而，對這一物質(zhì)組的代謝衍生物的感官特征的系統(tǒng)闡釋非常有限，因為直到今天，大多數(shù)工作都集中在基本的無環(huán)單萜化合物上。我們的研究表明，這一系列代謝物是氣味活躍的化合物，有時會表現(xiàn)出特別令人愉快的氣味[4, 5]。在我們的研究過程中，我們從各自的單萜醇及其相應的醋酸鹽開始，通過不同的合成策略，共產(chǎn)生了24種含氧衍生物，并對其嗅覺特性進行了描述。具體來說，我們對這些化合物的氣味質(zhì)量、在空氣中的相對氣味閾值（OT），以及每個單一物質(zhì)在人類感官上的潛在個體間差異進行了測試。最后，建立了一個全面的物質(zhì)庫，包括各自的保留指數(shù)數(shù)據(jù)（RI值）以及質(zhì)譜和核磁共振數(shù)據(jù)，以幫助今后對這一具有感官吸引力的物質(zhì)類別進行分析研究。

前言

除了是芳香化合物外，芳樟醇、香葉醇、橙花醇和香茅醇還具有一些藥理學和生理學特性。薰衣草植物中的芳樟醇能增強中樞神經(jīng)系統(tǒng)中GABAA受體的調(diào)節(jié)活動；這種機制應該是誘導人類睡眠和平衡作用的基本原理[6]。同樣，存在于檸檬香脂中的橙花醇在小鼠中顯示出抗焦慮的作用[7]。棕櫚草中的香葉醇是一種植物性驅蟲劑，對蚊子特別有效[8]。β-香茅醇是檸檬草葉的主要成分，顯示出血管擴張的作用，因此被認為是一種降血壓劑[9]。這些單萜類化合物和它們的乙酸酯以前已經(jīng)根據(jù)它們的氣味特征進行了研究，但沒有全面地將這些氣味特性與它們的化學結構聯(lián)系起來。此外，這些化合物在植物和動物中的代謝衍生物也得到了研究[10, 11]。主要的代謝途徑包括這些單萜類化合物的C-8羥基化，產(chǎn)生8-羥基化合物，進一步氧化為相應的8-羧基衍生物。由于缺乏這些代謝物的商業(yè)供應，本工作旨在合成總共24個C-8含氧化合物，并使用氣相色譜-醇類測定法（GC-O）確定它們在空氣中的氣味質(zhì)量和氣味閾值（OT）。結果發(fā)現(xiàn)，這些衍生物中的大多數(shù)都能引起不同的氣味[4, 5, 12]。因此，我們用比較的方法建立了一個結構-氣味關系研究，包括所有上述的單萜類化合物、它們的醋酸鹽和它們的衍生物，突出了影響這類物質(zhì)的氣味質(zhì)量和效力的主要結構特征和功能團。

實驗材料與方法

合成路線

一般的合成途徑見圖1。合成所需的化學品購自Sigma-Aldrich或Fischer Scientific。記錄了包括核磁共振譜（1H和13C）、質(zhì)譜以及保留指數(shù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)，并在Elsharif, Banerjee [4], Elsharif and Buettner [5], Elsharif and Buettner [12]中進行了描述。

圖1：含氧衍生物的一般合成途徑

氣味質(zhì)量和氣味閾值的評估

根據(jù)Czerny, Brueckner[13]的程序，使用GC-O測定空氣中的氣味質(zhì)量和閾值，有五位小組成員參與，他們是來自埃朗根大學的訓練有素的志愿者。每個小組成員在不同的日子里對不同的毛細管柱（DB-FFAP和DB-5）上的化合物進行反復評估。小組成員被要求將他們的感官印象與內(nèi)部開發(fā)的風味語言聯(lián)系起來。

結果與討論

表1（單萜醇及其含氧衍生物）和表2（單萜醋酸鹽及其含氧衍生物）顯示了至少有60%的小組成員感知到的氣味屬性的比較，以及作為小組成員個人閾值的幾何平均值計算的小組氣味閾值。  我們發(fā)現(xiàn)，母體單萜醇及其8-羥基衍生物引起了類似柑橘的新鮮氣味屬性（表1）。只有兩種8-氧代衍生物，8-氧代芳樟醇和8-氧代香茅醇表現(xiàn)出類似的氣味屬性，即柑橘類和新鮮。另一方面，8-氧代香葉醇和8-氧代橙花醇表現(xiàn)出一種脂肪的、發(fā)霉的氣味。該組的所有8-羧基衍生物都是無味的，唯一的例外是8-羧基橙花醇，它引起了一種脂肪的、蠟質(zhì)的氣味。母體單萜醇的氣味效力比其相應的含氧衍生物的氣味效力高得多。盡管在C-8處增加的OH基團保留了母體單萜醇的柑橘類氣味，但它極大地降低了它們的效力。對于8-氧代香葉醇和8-氧代橙花醇來說，醛基使其氣味變成了霉味。在芳樟醇、香葉醇或香茅醇中加入C-8羧基，則產(chǎn)生無味的物質(zhì)?？偨Y一下。1）C-1或C-3的OH基團負責柑橘類氣味和母體單萜的低OT，2）C-8的額外OH只保留了氣味屬性，而不是效力，3）C-8的OH氧化為相應的醛基，通常將氣味變成霉味和脂肪味，4）醛進一步氧化為相應的酸導致無味的化合物。

母體的單萜類醋酸鹽引起了與其單萜類醇密切相關的類似的氣味特征（柑橘類），唯一的例外是乙酸橙花酯，它聞起來有甜味和酚味（表2）。同樣，8-羥基乙酸酯也會產(chǎn)生類似柑橘的肥皂味。8-氧代甘油酯和8-氧代檸檬酸酯被認為是脂肪、霉味和腐爛、發(fā)霉的。有趣的是，所有的8-羧基醋酸鹽都被發(fā)現(xiàn)是氣味活躍的化合物，唯一的例外是8-羧基香茅酯。專家組將它們的氣味描述為：8-羧基芳樟乙酸酯為脂肪味，8-羧基香葉乙酸酯為甜味和椰子味，8-羧基橙花乙酸酯為青滋香。

研究結果可歸納如下。1）C-1或C-3的醋酸酯基團使氣味效力降低至少5倍，但保留了母體單萜醇的柑橘氣味，只有乙酸橙花酯除外；2）在C-8添加一個OH-基團，增強了柑橘的氣味，效力增加。3）C-8醛基導致8-氧代甘油酯和8-氧代檸檬酸酯出現(xiàn)霉味，以及4）醋酸鹽C-8的酸基誘發(fā)了柑橘味以外的氣味屬性，但氣味效力進一步增加。值得注意的是，在使用以下化合物的個體中，觀察到了單一的無嗅癥案例，即給受試者嗅聞8-羥基橙花醇、乙酸橙花酯和8-羥基橙花乙酸酯。

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