Cơ sở hóa học hữu cơ của nguyên liệu phần 1

Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com 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 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 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com 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 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Cơ sở hóa học hữu hương liệu/ A T Soldatenkov, N M Kolyadina, Le Tuan Anh, Levov A.N, Avramenko G.V., dịch từ nguyên tiếng Nga: GV Phan Trọng Đức, TS Lê Tuấn Anh – Nhà xuất Tri thức – 2011 – 252 trang Cuốn sách tổng hợp kiến thức hóa học hữu hợp chất sử dụng làm hương liệu - hương liệu có ứng dụng thực tiễn mỹ phẩm, thực phẩm y học (hương trị liệu) Cuốn sách phản ánh lịch sử phát triển cơng nghiệp hóa mỹ phẩm, ngành sản xuất nước hoa mỹ phẩm trang điểm, xem xét nguyên lý đại trình tổng hợp loại hương liệu ứng dụng hóa mỹ phẩm có hoạt tính dược lý Những phương pháp tổng hợp loại hương liệu phổ biến, có ứng dụng thực tiễn cao, phân loại xếp có hệ thống theo nhóm, lớp hợp chất hữu cơ, có ý đến cấu tạo hóa học chúng Ứng dụng hương trị liệu, chế tác dụng sinh học phân tử hương liệu trình bày cách ngắn gọn rõ ràng Các tác giả mong muốn sách tài liệu hữu ích cho sinh viên trường đại học ngành hóa học, sinh học, cơng nghệ hóa học, hóa mỹ phẩm, dược học y học; chuyên gia lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, người làm nghiên cứu ngành mỹ phẩm, hóa dược y dược LỜI CẢM ƠN Chúng xin bày tỏ cảm ơn chân thành ủng hộ tài trợ Trung tâm Hỗ trợ Nghiên cứu Châu Á (Đại học Quốc gia Hà Nội) Quỹ Giáo dục Cao học Hàn Quốc việc xuất sách 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 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Mục lục Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Chương Khái niệm chung nguyên tắc tổng hợp chất thơm 10 1.1 Giới thiệu chung lĩnh vực hương thơm 10 1.2 Sự phát triển ngành hóa hữu - hương liệu 12 1.3 Khái niệm chung hoạt tính sinh học hương liệu Hương trị liệu 21 1.4 Cơ chế cảm nhận hương thơm cấp độ phân tử 25 1.5 Nguyên tắc tạo chất thơm 28 1.5.1 Tổng hợp tương tự 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 máy tính dự đốn mùi thơm 36 1.5.4 Sơ đồ nguyên lý nghiên cứu tổng hợp hương liệu 37 1.6 Quá trình sinh tổng hợp hợp chất thơm tự nhiên thực vật 41 1.7 Quá trình chiết tách tinh dầu thơm từ nguyên liệu thực vật 45 1.8 Phân loại hợp chất thơm 49 Chương Tổng hợp hương liệu thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng 54 2.1 Các dẫn xuất parafin ankylhalogen đơn giản với vai trò propellent hỗn hợp hương liệu 54 2.2 Tổng hợp hương liệu dẫn xuất rượu ête đơn giản mạch thẳng 56 2.2.1 Các rượu đơn giản C1 – C5 với vai trị dung mơi nước hoa 56 2.2.2 Tổng hợp ankanol no C6 – C12 với hương thơm hoa 58 2.2.3 Rượu không no, đơn chức C6-C11 Citronellol tinh dầu geranium với hương thơm hoa hồng Hương trị liệu 64 2.2.4 Tổng hợp rượu 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 ête thơm 78 2.3 Tổng hợp andehit xeton thơm 79 2.3.1 Các ankanal bão hòa với hương thơm hoa 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 axít béo 93 2.4.1 Este axít đơn chức với rượu đơn chức có số nguyên tử cacbon thấp mang mùi hương thơm hoa đặc trưng 94 2.4.2 Geranyl-, Linalyl- citronellylankaloat với mùi hương hoa 98 2.4.3 Este axít hữu (có số ngun tử cacbon lớn) với mùi hương thảo mộc linh lan 101 Chương Tổng hợp dẫn xuất thơm dãy vòng no – alixiclic 103 3.1 Các dẫn xuất 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 dẫn xuất xiclohexan 108 3.2.1 Các dẫn xuất ankyl xiclohexan Dẫn xuất xiclohexanol Mentol Tinh dầu bạc hà 108 3.2.2 Xiclohexanon Menton 116 3.2.3 Xiclohexen 118 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com 3.3 Marcoxiclic C12-C17 Este với mùi thơm gỗ - long diên hương (buazambren) Xeton muscon civeton với mùi xạ hương 134 3.4 Dẫn xuất octa- decahidronaphtalin với hương thơm hoa mùi long diên hương Long diên hương 137 3.5 Tổng hợp dẫn xuất thơm 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 galbanum dạng pinen chemotype 141 3.5.3 Bixiclo[2.2.1]hepten β-Santalol Santalidol cedrol Borneol với mùi hương thực vật họ kim Camphor Fenchol 144 3.5.4 Bixiclo[3.3.1]nonenon với mùi thuốc Dẫn xuất bixiclo[7.2.0]undecen caryophyllen với mùi hương gỗ Tinh dầu ngọc lan tây (ylang-ylang) 152 3.6 Tri- tetraxicloankan Tinh dầu đàn hương tinh dầu tuyết tùng Balsam gurigumum 153 Chương Tổng hợp dẫn xuất dãy đồng đẳng aren 157 4.1 Dẫn xuất ankyl- bromankenyl benzen para-Xymen với hương thơm cam quýt 157 4.2.1 Dẫn xuất aryl metanol với mùi thơm xạ hương hoa hồng 158 4.2.2 2-Phenyletanol với hương hoa hồng Tinh dầu hoa hồng Phenylpropenol rượu xinamic với mùi hương phong tín tử 160 4.2.3 Este rượu arylalyphatic với axít aliphatic với hương thơm hoa trái 164 4.3 Tổng hợp arylaliphatic andehit 169 4.3.1 Arylankanal Phenyletanal đồng đẳng với mùi hương hoa phong tín tử Cyclamenandehit 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 hoa 176 4.5 Dẫn xuất nitroankylbenzen có mùi xạ hương 177 4.6 Tổng hợp hợp chất thuộc dãy phenol 179 4.6.1 Các dẫn xuất 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 pimento obscura – hạt tiêu Jamaica) Vanilin 189 4.7 Dẫn xuất axít arylcacbonoic 200 4.7.1 Axít phenylaxetic xinamic ête chúng có mùi thơm mật ong-balsam Balsam cánh kiến trắng (an tức hương) 200 4.7.2 Axít benzoic ête chúng với mùi hoa balsam 203 4.7.3 Các dẫn xuất axít 2-hidroxybenzoic (salixylic) 2-aminobenzoic (anthranilic) có mùi thơm hoa 205 4.8 Tổng hợp dẫn xuất indan tetrahidronaphthalen với mùi xạ hương 208 Chương Tổng hợp hương liệu với nhân dị vòng ba năm cạnh 213 5.1 Dẫn xuất 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 mùi hương hoa nhài 219 5.3 Dẫn xuất 1,3-dioxalan Heliotropin Safrole Tinh dầu từ sasfras rau mùi tây dạng hóa học benzodioxalan (benzodioxalan chemotype) 221 5.4 Dẫn xuất thiazol (với mùi cà phê) benzoxazol (với mùi xanh) 224 6.1 Dẫn xuất piran 226 6.1.1 Tetrahidropiran với mùi thơm hoa hồng, hoa nhài bơ 226 6.1.2 Piranon Malthol với mùi hương trái – caremen Coumarin với mùi hương cỏ cắt 230 6.2 Dẫn xuất pyridin Tinh dầu hạt tiêu đen 233 6.3 Dẫn xuất 1,3-dioxan pirazin 235 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com 6.4 Mononucleotit thuộc dãy purin Muối inosinat guanylat vai trò 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 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com LỜI NÓI ĐẦU Trong hai trăm năm tồn phát triển, ngành hóa học hữa cơ, cụ thể tổng hợp hữu điều chế tạo 20 triệu hợp chất hữu Các số thống kê hoàn toàn khơng phóng đại, đặc biệt, kể từ phát minh kỹ thuật hóa học tổ hợp vào thập niên cuối kỷ XX, cho phép tổng hợp hàng trăm chí hàng nghìn hợp chất ngày Tổng hợp hữu ngày trở nên phổ biến rộng rãi, chủ yếu xuất phát từ nhu cầu đa dạng phát triển thường xuyên xã hội, bao gồm nhu cầu thẩm mỹ Để đáp ứng nhu cầu ấy, ngành hóa hữu cần xây dựng kịp thời, giải thành công vấn đề như: nghiên cứu phát triển phản ứng có hiệu suất cao, tìm kiếm chất xúc tác có khả đảm bảo tính chọn lọc phản ứng; giải thích, xác định mối quan hệ cấu tạo hóa học khả phản ứng chất tính chất hữu ích hoạt tính sinh học, màu sắc, hương thơm v.v Một hướng phát triển tiềm công nghiệp sản xuất hóa chất có mùi hương dễ chịu, sử dụng công nghiệp nước hoa, mỹ phẩm, sản phẩm vệ sinh, làm hương liệu phụ gia thực phẩm Ngoài ra, cần phải liên tục tiến hành nghiên cứu để phát triển hệ hương liệu có hiệu cao – với lượng nhỏ cỡ vài µg có mùi thơm sâu, đậm, bền Nhiều nghiên cứu cho thấy có nhiều loại nước hoa thể hoạt tính sinh học mạnh Vì thế, hai thập kỷ qua, người ta quan tâm ngày nhiều tới y học cổ truyền phòng chống chữa trị loại chất thơm, tinh dầu – hợp chất gọi chung hương liệu Trong công nghệ mỹ phẩm, làm đẹp, vật lý trị liệu, nhà hóa học, tổng hợp hữu cần quan hệ hợp tác chặt chẽ với nhà dược học, chuyên gia hóa sinh, nhà sinh học, y bác sĩ chuyên gia ngành công nghiệp nước hoa, hóa mỹ phẩm cơng nghệ hóa học Cuốn sách bổ sung kiến thức hóa học hữu cơ, chứa đựng câu trả lời cho vấn đề hóa học, là: lại cần đến ngành khoa học với tên gọi "Hóa học hữu cơ"? Cuốn sách bao gồm vấn đề tinh vi hóa học hợp chất thơm – hương liệu, bao gồm hợp chất có hoạt tính sinh học loại tinh dầu tự nhiên sử dụng ngành công nghiệp sản xuất nước hoa (nước hoa, eau de cologne loại nước thơm); cơng nghiệp hóa mỹ phẩm sản phẩm vệ sinh (mùi thơm, hương thơm cho loại kem, son mơi, mascara, xà phịng, sữa tắm, chất tẩy rửa tổng hợp sản phẩm hóa chất khác); công nghiệp thực phẩm (tạo hương vị cho thực phẩm – phụ gia hương liệu); lĩnh vực khác Cuốn sách chủ yếu trình bày phương pháp tổng hợp Sách khơng bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com hóa chất kiểm nghiệm cho phép sử dụng rộng rãi thực tế với ứng dụng hóa mỹ phẩm nước hoa, nước thơm, hương liệu, phụ gia thực phẩm Cuốn sách tập trung vào đối tượng sinh viên hóa học với cấp học khác chuyên ngành đào tạo thuộc lĩnh vực khác nông nghiệp, dược học, y học, sinh học, hóa dược … cho đối tượng sau đại học Đặc biệt, sách giúp sinh viên giáo viên hướng dẫn lựa chọn đề tài cho nghiên cứu khoa học sinh viên chủ đề cho khóa luận tốt nghiệp Cuốn sách hữu ích cho sinh viên cao học, giáo viên nhà nghiên cứu làm việc lĩnh vực hóa hữu cơ, tổng hợp hóa học tinh vi, hóa hương liệu, hóa sinh học hương liệu hóa học hợp chất có hoạt tính sinh học Nội dung sách trình bày với người đọc phát triển thực tế việc tổng hợp tinh vi hợp chất hữu ích, giúp tạo điều kiện giải vấn đề đặc biệt đặt theo yêu cầu, kế hoạch đường hướng tổng hợp hợp chất hữu ích Nhìn chung, sách sử dụng sách giáo khoa cho nghiên cứu ứng dụng hóa học hữu cơ, tài liệu tham khảo cho đào tạo nghiên cứu lĩnh vực Dữ liệu sách, phân bố theo nhóm lớp hợp chất hóa học, có tương thích cao với trật tự chương trình đào tạo hóa học hữu Chúng tơi trình bày kiến thức theo trật tự nhằm tạo thuận lợi việc so sánh tiếp thu kiến thức cho sinh viên đại học học viên cao học năm đầu Trong lớp hợp chất có trình bày, lựa chọn đơn vị cấu trúc đem lại hương thơm xác định hương liệu Chúng đề cập đến chế phản ứng có tương tác chất trình tổng hợp riêng biệt Chương (phần giới thiệu) trình bày ngắn gọn lịch sử phát triển hóa học chất thơm – hương liệu, cung cấp chế xuất mùi hương tương tác phân tử hương liệu với bio-receptor, cho phép hiểu mối liên hệ (sự tương quan) cấu trúc hóa học phân tử với mùi hương Ngồi ta xem xét ngun tắc tổng hợp chất thơm, phân loại theo hóa học theo mùi hương, tình hình thị trường sản phẩm mỹ phẩm hương liệu Cơ sở liệu hóa học nhóm chất thơm cụ thể trình bày sáu chương Thành phần, tính chất, hương thơm đặc tính hương trị liệu loại dầu thơm, đặc tả theo nhóm cấu trúc, tương ứng với cấu trúc thành phần dầu thơm Chương thứ hai dành cho việc tổng hợp hợp chất hidrocabon mạch thẳng (aliphatic) Trong chương này, ta xem xét hương liệu có nguồn gốc từ anken, rượu khơng no andehit, este axít hữu Chương thứ ba trình bày trình tổng hợp hương liệu ứng dụng sản xuất nước hoa, mỹ phẩm hương liệu hoạt động khác thuộc nhóm hidrocacbon mạch vòng (alicyclic) - chủ yếu dẫn xuất xiclohexan Trong chương thứ tư, đề Sách khơng bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com cập trình bày liệu trình tổng hợp hương liệu dẫn xuất hidrocacbon thơm - vòng aren chất dẫn xuất benzen, indan naphtalen (nhằm tránh nhầm lẫn, sau khái niệm aren sử dụng chung cho hidrocacbon thơm) Trong ba chương cuối, chúng tơi trình bày thảo luận hóa học chất thơm, với cấu tạo có liên quan đến hợp chất dị vịng (dị vòng năm sáu cạnh) dẫn xuất đại dị vòng Các tác giả sách (tiếng Nga – năm 2006): GS TSKH A.T.Soldatenkov; PGS TS N.M Kolyadina PGS TS A.N Levov – công tác trường Đại học Hữu nghị Mátxcơva (PFUR), Liên bang Nga; TS Lê Tuấn Anh – công tác trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; GS TSKH G.V Avramenko – Chủ nhiệm môn Công nghệ Hóa dược Mỹ phẩm, Hiệu phó trường Đại học Cơng nghệ hóa học Liên bang Nga mang tên D I Mendeleev Các tác giả xin hoan nghênh chân thành cảm ơn tất ý kiến đóng góp từ độc giả giúp chỉnh sửa hồn thiện sách Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com sản phẩm công nghiệp mỹ phẩm hương liệu Citral có mặt với số lượng đáng kể tinh dầu sả chanh (đến 85%), tinh dầu chanh …, từ tách dạng tinh thể sulfua natri hidrosulfua, tạo thành nhờ phản ứng cộng hợp nucleophin vào vị trí cacbonyl Sản phẩm cộng hợp dạng bisulfua 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 điều chế phương pháp oxy hóa dầu rau mùi Khi ôxy hóa dầu rau mùi natri bicromat môi trường có axít, hợp chất linalool có bị đồng phân hóa thành geraniol sau bị dehidro hóa thành đồng phân citral, phân tách từ tinh dầu oxy hóa dạng dẫn xuất bisulfat: Trong phương pháp công nghiệp khác, citral (1) sản xuất phương pháp oxy hóa hỗn hợp nerol geraniol, hợp chất điều chế từ β-pinen (xem phần 2.2.4.1) Hỗn hợp ơxy hóa nung nóng pha khí xúc tác đồng, tạo thành hỗn hợp đồng phân hình học citral Theo phương pháp công nghiệp khác, citral tổng hợp theo sơ đồ đây, xuất phát phản ứng Princ 2-metylpropen fomandehit: 88 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com 3-Metylbuten-3-ol-1 (2) q trình đồng phân hóa với xúc tác axít chuyển hóa thành 3-metylbuten-2-ol-1 (3), dẫn xuất bị hidro hóa nung nóng xúc tác đồng ta dẫn xuất butenal (4) Ở bước thứ 4, thực q trình axetal hóa andehit (4) rượu (3), axetal (5) thu bị phân hủy nhiệt liên kết C – O Trong trình hình thành ête (6), dẫn xuất bị chuyển vị theo chế Claisen thành andehit chưa bão hòa (7) Tại giai đoạn cuối cùng, xảy q trình chuyển vị - tạo vịng điện tử theo Cope andehit (7) (qua trạng thái trung gian A), kết cuối trình sản phẩm cần thiết (1), bền với tác động nhiệt Citral tách quy mô công nghiệp từ dầu thu phương pháp chưng cất nước trái thuộc họ nguyệt quế (Litsea cubeba P.) Dầu chứa đến 81% citral (2/3 geranial) có mùi hương chanh, điều cho phép sử dụng chất tạo 89 Sách khơng bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com mùi cho xà phòng loại hàng hóa gia dụng khác Một dầu thơm có giá trị vào khoảng 20.000 la sản xuất với khối lượng ngàn năm Trung Quốc In-đô-nê-xi-a Sản lượng tinh dầu sả chanh (dầu cỏ chanh Cymbopogon flexuosus S.) thường vào khoảng nghìn năm (với trị giá 20.000 đơla/1 tấn) Nhu cầu lớn vitamin A sản xuất từ citral, có chứa đến 85% tinh dầu tự nhiên (về đồng phân E-geranial, cịn đồng phân Z-neral có 3%) Tinh dầu thu trình cất nước thảo mộc thu hoạch với hiệu suất đến 0,7% Nó có mùi hương chanh mạnh sử dụng làm chất tạo mùi cho nhiều sản phẩm gia dụng Loại tinh dầu có tác dụng kháng khuẩn sử dụng ngành hương trị liệu để chữa bệnh đường hơ hấp Đã có cơng bố hiệu khả quan điều trị bệnh nấm da Nhiều andehit thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng hay xeton với nhiều hai mối liên kết bội thành phần có từ – 15 nguyên tử cacbon có hương thơm dễ chịu Biết rằng, rễ thủy xương bồ (Acorus calamus L.) sử dụng từ kỷ thứ II trước công nguyên Ai Cập để xông hương đền thờ Chúng dùng để sản xuất hương liệu thuốc sáp bơi Vào thời điểm chưa biết chất thơm chủ yếu rễ tinh dầu thực vật thuộc họ thủy xương bồ Z,Z-alkadienal C9 – C11 (8) với hàm lượng không lớn Ngày nay, tinh dầu thực vật thủy xương bồ bổ sung thêm với lượng nhỏ vào loại rượu mùi, thuốc hóa mỹ phẩm nước hoa, eau de cologne xà phịng, cịn giá trị hương trị liệu pháp tác dụng an thần nâng cao trương lực Từ linalool metylpropanal tổng hợp chất thơm ejenal (9) phụ thuộc vào mối tương quan đồng phân cis : trans mà hoạt chất thể mùi thơm hoa hay xanh tươi: 90 Sách khơng bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Trong số xeton mang mùi thơm có ứng dụng quan trọng thực tế kể đến geranylaxeton (10) Hợp chất có mặt nhiều loại tinh dầu hoa có ý nghĩa thực tế với vai trò chất tạo mùi thơm cho xà phòng cấu phần tạo hương thơm mỹ phẩm có mùi thơm bền xanh với chút tơng hương hoa hồng Q trình tổng hợp geranylaxeton (như sản phẩm trung gian xem xét phần 2.2.5) Trong phần cuối, xem xét sơ đồ tổng hợp andehit thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng sinesal, bao gồm mối liên kết bội (các đồng phân 2Z 2E-sinesal chất tạo mùi hương trái cam) Trước tiên, theo phản ứng Manich phản ứng Wittig thu vinylxeton (11) dienbromua (12) Bromua (12) sau kết hợp với enolat (13) tạo thành trien xeton (14) Tiếp theo, tiến hành trình kéo dài mạch cacbon phản ứng xeton (14) với hợp chất Grignard (vinylmagie bromua) Rượu (15) nhận bị brom hóa photphotribromua Khi đó, xảy q trình dịch chuyển liên kết đơi ngun tử brom xuất nhóm metilen Giai đoạn trình tạo muối bậc bốn (16), sau qua dẫn xuất ylide trung gian (17) tác dụng kiềm mạnh chuyển vị thành nitrilamin (18) (chuyển vị [3.2]-sigma) Thủy phân (18) môi trường rượu cho andehit (19) Tại giai đoạn cuối cùng, hợp chất (19) bị chuyển vị 91 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com tác dụng nhiệt (1500C) có mặt K2CO3 Q trình chuyển vị [3.3]-sigma xảy theo chế Cope thông qua trạng thái bán vòng trung gian (19A): Me O Me Me CH2O/Me2NH; Mel OH; H+, -H2O; Na Me3N H2C Me Me H2C (13) OH, , -NMe3, -HI I NaO Me Me O CH2Br Ph3P (12) O -NaBr HO Me Me BrMg H2C CH2 CN Br Me Me CH2 N CH2CN Me -PBr2OH CH2 N(Me)2 CH2 CH2 CN Me CH2 Me Me tret-BuOK, -HBr (16) CHNH2 Me Me N(Me)2 CH2 CH2 (19A) H+/H2O C -NMe2,-CN Me Me (18) O H CH2 Me CHO CHO Me , K2CO3 Me Me (15) Me Me2N CH2 CH2 CH2 H 2C PBr3 (11) CHCH2Br -Ph3PO Me Me (14) O Me -MgBrOH CH2 H 2C CH2 Me CH2 (20) hư¬ng liƯu sinesal Butan-2,3-dion (dimetylglyoxal, diaxetyl, 23) sử dụng công nghiệp sản xuất nước hoa, mỹ phẩm thực phẩm Hợp chất có mùi thơm bơ (nấu chảy) Diaxetyl (23) có bơ, mỡ bò tạo thành rang cà phê hay hút thuốc Điều chế diaxetyl 92 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com (23) chủ yếu từ 2-butanon (21) q trình oxim hóa thủy phân oxim (22), oxy hóa trực tiếp butanon (21) điều kiện êm dịu Một phương pháp lựa chọn khác phản ứng cộng hợp nước vào diaxetilen (24) thành dixeton (23), cịn dehidro hóa hợp chất butan-2,3-diol (25) xúc tác đồng diơxít mangan O MeCH CMe NaNO2/HCl H2O/H+ MeC CMe 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, phát triển phương pháp tổng hợp giai đoạn hợp chất diaxetyl (23) sở axeton fomandehit O Me2CO + CH2O MeCCH -H2O (26) O O O MeC CH (27) H2O2 CH2 CH2 ZnCl2 O Me C C Me (23) Bằng phản ứng ngưng tụ axeton fomandehit theo chế aldol-croton tổng hợp metylvinylxeton (26) Hợp chất này, sau đó, bị oxy hóa H2O2 thành axetyloxiran (27), dễ dàng đồng phân hóa có mặt chất xúc tác kẽm clorua cho sản phẩm cuối (23) 2.4 Dẫn xuất axít béo Các axít béo tự khơng sử dụng làm thành phần hương liệu mùi vị chua gay gắt chúng Nhưng este chúng lại có hương thơm hoa dễ chịu dẫn xuất este có ứng dụng rộng rãi Từ dẫn xuất khác axít béo tách hai nitril (1) (2) sử dụng phần phổ biến làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng chất thành phần tạo mùi mỹ phẩm Các nitril axít khơng bão hịa – 3,7-dimetylocthen-6 (citronellonitril, 1) 3,7-dimetylocthadien-2,6 (hỗn hợp đồng phân cis- trans- geranonitril, 2) sản xuất phương pháp dehidro hóa oxim 93 Sách khơng bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com tương ứng citronellal citral Ví dụ, nung nóng oxim (3) anhiđrit axít axetic thu geranonitril (2): 2.4.1 Este axít đơn chức với rượu đơn chức có số nguyên tử cacbon thấp mang mùi hương thơm hoa đặc trưng Este axít rượu phổ biến rộng rãi tự nhiên Este axít đơn giản thành phần nhiều loại tinh dầu thực vật nhờ vào hương thơm hoa dễ chịu mà chúng sử dụng phổ biến công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm thực phẩm Mùi hương loại thực vật – lá, hoa, quả, hạt, vỏ … thường tạo nên nhóm chất tạo hương (flavor) Trong thành phần nhóm chất “tạo hương - flavor” có hàng chục, đơi hàng trăm hợp chất Tuy nhiên, tông (tone) chủ yếu hương thơm xác định hai chất Trong bảng 2.1 dẫn ví dụ este axít hữu sử dụng để sản xuất nước hoa, eau de cologne, nước vệ sinh, làm chất tạo mùi cho xà phòng sản phẩm mỹ phẩm khác với vai trò chất phụ gia thực phẩm để sản xuất đồ uống, nước hoa có ga, nước trái ép, caramen Một số ête dễ bay sử dụng dung môi hữu 94 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Bảng 2.1 Các chất thơm (1-20) este axít rượu đơn giản đơn chức No hợp chất Tên gọi 10 11 Fomiat HCOOMe1 Metylfomiat HCOOEt Etylfomiat Isoamylfomiat HCOOCH2CH2CHMe21 HCOOCH2CH2CH=CHEt1,2 cis-hexen-3-yl-1- fomiat Axetat Etylaxetat MeCOOEt1 MeCOOPr n-propylaxetat MeCOO(CH2)3Me1 n-butylaxetat Isobutylaxetat MeCOOCH2CHMe2 Isoamylaxetat MeCOOCH2CH2CHMe2 n-hexylaxetat MeCOO(CH2)5Me1,2 1,2 cis-hexen-3-yl-1-axetat MeCOOCH2CH2CH=CHEt 12 13 Propionat MeCH2COO(CH2)3Me1,2 Butylpropionat MeCH2COOCH2CH2CHMe2 Isoamylpropionat 14 15 16 17 18 19 20 Butyrat Metylbutirat MeCH2CH2COOMe1 1,2 Etylbutirat MeCH2CH2COOEt MeCH2CH2COO(CH2)3Me n-Butylbutirat MeCH2CH2COOCH2CH2CHMe21 Isoamylbutirat3 n-nonylisobutirat Me2CHCOO(CH2)8Me2 n-propyl(3-metyl)butirat Me2CHCH2COOPr1,2 Me2CHCH2COOCH2CH2CHMe21,2 Isoamyl(3-metyl)butirat Công thức Mùi hương Trái cây, táo Trái Mận Trái Trái “ “ “ Trái cây, lê “ Trái cây, xanh Trái Bergamot, mơ, mận Phụ gia thực phẩm tạo mùi thơm Thành phần hương liệu mỹ phẩm trang điểm, nước hoa Este 3-Metyl-1-butanol – chất tạo mùi thơm cho xà phịng hóa chất tẩy rửa khác Táo Dứa Trái Mận, lê Hoa Trái Trái cây, táo Các este điều chế chủ yếu phương pháp este hóa – phản ứng axít với rượu điều kiện xúc tác axít (H2SO4, sulfocationit) theo sơ đồ sau: 95 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Phương pháp quan trọng khác tổng hợp este (đối với este khó thu phản ứng este hóa trực tiếp) – phản ứng este hóa lại, có sử dụng xúc tác kiềm Ngồi ra, cịn sử dụng cách tiếp cận khác như: tác dụng lên rượu anhiđrit cloroanhiđrit hữu (với có mặt kiềm); tương tác axít hữu olephin (xúc tác axít với áp xuất cao); cacbonyl hóa rượu có mặt olephin (xúc tác coban- rheni-cacbonyl) Các este thơm axít metanoic (axít fomic) (1-4) sử dụng với vai trò chất tạo mùi thơm cho xà phòng chất tạo hương vị cho thực phẩm Các dẫn xuất điều chế phương pháp khác nhau, đây: Các ankylaxetat (5-10) ankylpropionat (12) (13) sản xuất với khối lượng lớn (khoảng triệu năm) Sản lượng lớn số etylaxetat (5) tổng hợp cách – este hóa axít axetic rượu etilen tự oxy hóa khử (disproportionation) etanal Trong trường hợp cuối cùng, phản ứng Tischischenko-Claisen xảy có mặt nhơm alcoholat Dường như, phức chất trung gian hai phần tử andehit với phân tử chất xúc tác có xảy chuyển dịch ion hydrua từ phân tử etanal sang phân tử khác Sau đó, nhóm axyl MeCO+ vừa tạo thành cộng hợp theo chế nucleophil với anion EtO- vừa tách khỏi xúc tác nhơm, cịn vị trí xúc tác với nhôm bị chiếm phần tử MeCH2O-, tạo thành từ nguyên tử etanal thứ hai: MeCHO AcOH + EtOH Al(OEt)3, 0oC MeC O Et H MeHC H2SO4, 100oC (5) O O Al OEt -Al(OEt)3 OEt H2SO4, 150oC, 77 atm (7,54 MPa) 96 AcOEt ( ) tinh dÇu chi AcOH + H2C CH2 Sách khơng bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Axetandehit ban đầu axít axetic tổng hợp sở cộng hợp nước với axetilen hay ơxy hóa etilen: HC CH H2C CH2 H2O MeCHO , x/t O2 x/t MeCOOH H2O/PdCl2/HCl/O2 120oC, atm, (0,68 MPa) Một lượng chủ yếu axít etanoic, metanoic propanoic (hai loại sau tạo thành với tư cách sản phẩm phụ) điều chế phương pháp ơxy hóa benzen: Axít propanoic điều chế phương pháp hidroxycacbonyl hóa ethen Butylaxetat (7, 8), thường sử dụng để tạo thành phần hương liệu với vai trò phụ gia hương vị cho thực phẩm, tổng hợp với hiệu suất cao hệ thống cột hoạt động liên tục nung nóng hỗn hợp AcOH/BuOH/H2SO4 Các este phân tách cách phương pháp chưng cất đẳng phí rửa nước để loại bỏ rượu không phản ứng: Trong q trình tổng hợp chất làm thơm (9) có sử dụng 3-metyl-1-butanol (rượu isoamyloic, 21) Nó tách từ dầu rượu tạp tổng hợp theo phương pháp công nghệ như: hidrocacbonyl hóa 2-metylpropen clo hóa 2-metylbutan thủy phân hỗn hợp cloropentan tiến hành tinh cất hỗn hợp rượu amyloic thu được: 97 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Các este axít butanoic với rượu đơn giản (tạo dẫn xuất butanoat, 14-17), có hương thơm hoa dễ chịu, tổng hợp theo sơ Axít butanoic sản xuất phương pháp ơxy hóa n-butanol butanal, hợp chất lại tổng hợp phản ứng hidroxycacbonyl hóa propylen số phương pháp khác: O CO/H2 Me o 100 C, 10 atm (0,98 MPa), x/t MeCH CH2 Me O2 H O Me H2, x/t O OH O Me CH2OH Me O H2/Cu, ROH H O2 Me OR (14-17) butanoat H OH; H+, -H2O MeCHO Trong công nghiệp hương liệu sử dụng loạt este khơng có nguồn gốc tự nhiên, ví dụ este tổng hợp từ axít hexanoic n-hexanol-1, dẫn xuất có mùi thảo mộc dễ chịu (tươi mát) 2.4.2 Geranyl-, Linalyl- citronellylankaloat với mùi hương hoa Trong số hương liệu, este axít hữu với rượu thuộc dãy monotecpenoit (quá trình tổng hợp rượu xem xét chương 2.2.4) Citronellylfomiat (1), -axetat (2) –etyloxalat (3) sử dụng làm thành phần hương liệu làm chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm Ankanoat geraniol - hợp chất thiên nhiên (4-7), sử dụng để tạo làm thành phần hương liệu đóng vai trị chất phụ gia thực phẩm tạo hương thơm 98 Sách khơng bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Các đồng phân hình học ankanoat (8-11) – este linalool với axít hữu (có số C thấp), tìm ứng dụng với vai trị chất tạo mùi thơm cho xà phòng, mỹ phẩm hương liệu Fomiat (8) axetat (9) tạo thực phẩm có mùi thơm hoa rau mùi Chúng có nhiều loại tinh dầu dạng linalyl chemotype Dưới xem xét số hợp chất thuộc nhóm này: Me Me O ( ) R = H, linalylfomiat (mù i trá i cây) ( ) R = Me, linalylaxetat (mï i hoa linh lan vµ rau mï i) ( ) R = Et, linalylpropionat (mï i hư¬ng linh lan vµ chanh xanh (bergamote)) ( ) R = i-Bu, linalylisobutirat (hửơng trá i cây) O C R Me (8-11) linalylankanoat Tinh dầu đan sâm-nhục đầu khấu có chứa đựng đến 73% linolylaxetat (9) Nó tổng hợp phương pháp chưng cất nước cụm hoa (Salva sclarea L.) sử dụng ngành công nghiệp hương liệu hương trị liệu Hợp chất 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 có mặt axetat (9) linalool (đến 17%) cịn tơng mùi long diên hương lượng vết ambroxide (12) có Trong tinh dầu hồi (Pettigrain) hàm lượng linalylaxetat đạt đến 62% Tinh dầu tổng hợp phương pháp chưng cất nước từ cành cam đắng 99 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com (Citrus aurantium L amara) Nước cung cấp chủ yếu loại tinh dầu Pa-ra-goay Tinh dầu có mùi hương linh lan mạnh Nó cấu thành từ số lượng lớn chất thành phần (hơn 400 chất) Mùi thơm hình thành chủ yếu linalool (đến 34%) dẫn xuất axetat nó, geraniol với nerol dẫn xuất axetat chúng với tổng khối lượng lên tới 10% Tinh dầu pettigrain thể tác dụng tích cực tình trạng ngủ trạng thái căng thẳng sử dụng rộng rãi vào mục đích hương trị liệu Trong tinh dầu hoa oải hương (lavender) có tới 38% (-)linalool, cịn dẫn xuất axetat đến 48% (phần cịn lại thuộc 300 hợp chất thành phần khác) Các tính chất hương trị liệu tinh dầu thể thông qua khả giảm huyết áp, làm lành vết thương, chữa đau dày viêm da, giảm stress Tác dụng chữa bệnh ứng dụng xông hương tinh dầu biết đến từ lâu quốc gia Địa Trung Hải từ 2,5 nghìn năm Tinh dầu oải hương chủ yếu tách với hiệu suất đến 1% phương pháp chưng cất nước từ hoa Lanvandula vera Giá trị thị trường hương liệu 50 đơla cho 1kg Theo thành phần hóa học, gần với loại tinh dầu oải hương tinh dầu tách từ Lavandula hybrid R phương pháp chưng cất nước với khối lượng nghìn năm Loại tinh dầu có chứa lượng camphor (tới 12%) 1,8-cineol (13), ứng dụng làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng tắm, mỹ phẩm, chất tẩy rửa tổng hợp sản phẩm hóa học gia dụng khác Trong khóa điều trị theo hương trị liệu, tinh dầu có tác dụng bình thường hóa hoạt động tim, có tác dụng kháng khuẩn viêm phế quản, viêm tai, họng, mũi bị hen suyễn; làm dịu đau khớp, đau đau răng; kích thích miễn dịch Từ vỏ loại thuộc họ cam quýt dạng Cytrus bergarma, tách ép tinh dầu bergamot (cam hương, bưởi chum) có giá trị cơng nghiệp hương liệu, mỹ phẩm hương trị liệu (chữa lành vết thương, viêm da, giảm trạng thái căng 100 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com thẳng).Trong tinh dầu có chứa 170 chất; linalool (đến 15%) dạng axetat (đến 49%), limonen (14), γ-tecpinen (15) β-pinen (16) Đã biết rằng, phần lớn loại hương liệu có chứa tinh dầu bergamot, cho nước hoa, lotion, eau de cologne với tông mùi cam quýt tươi mát đặc trưng Từ este rượu thuộc nhóm sesqui-tecpen có axetat farnesole (17) có ứng dụng làm hương liệu cơng nghiệp mỹ phẩm Nó tổng hợp phương pháp axetyl hóa thân farnesole phản ứng chuyển vị nung nóng nerolidole mơi trường axít axetic, trình bày phần 2.2.5 Axetat farnesole có mùi hương hoa linh lan, ngồi cịn thể đặc tính định hương sử dụng rộng rãi sản xuất nước hoa eau de cologne 2.4.3 Este axít hữu (có số nguyên tử cacbon lớn) với mùi hương thảo mộc linh lan Thuộc nhóm chất có hương liệu có cấu trúc este axít hữu với mạch cacbon gồm nhiều nguyên tử thuộc dãy parafin, etilen axetilen Cụ thể, este axít heptanoic với rượu allyl có mùi thơm hoa nhẹ nhàng, cịn este axít n-nonenoic2 với metanol (2) – có mùi hương thảo mộc hoa viola (chi hoa tím) Ester (2) tổng hợp từ heptanal (1) axít malonoic theo sơ đồ sau: 101 Sách không bán – liên hệ tuananhchem@gmail.com Este (4) bị pha lỗng có mùi thơm xanh tươi Este n-octinoic-2 sản xuất từ 1-heptin (3), dẫn xuất natri este xử lý với CO2; este hóa axít thu metanol: Este (4) làm chất phụ tạo thêm hương thơm cho sản phẩm hương liệu kẹo cao su 102