Зависимость структура –запах. Одорифорные группировки

В настоящее время, механизм восприятия запаха установлен физиологами в общих чертах. Однако различают несколько тысяч запахов и существуют многие тысячи пахучих веществ с самой разнообразной структурой, и до сих пор отсутствуют данные о том, каким же образом каждая из таких пахучих структур взаимодействует со своим хеморецептором. Насколько специфично это взаимодействие, каков потенциал возникающего при этом электрического нервного импульса, какова их последовательность в случае сложной смеси душистых веществ? Эти и подобные им вопросы остаются пока в большой мере открытыми, и теория, которая могла бы предсказать с достаточной точностью, какой запах будет иметь создаваемая молекула, до сих пор не разработана и находится на стадии накопления фактического материала. На настоящее время установлены не столь многочисленные (для того чтобы сделать обобщения эффективного предсказательного значения) конкретные зависимости запаха от состава, строения и стереохимии пахучих веществ. Рассмотрим некоторые примеры. Так, проявление ванильного запаха зависит от позиционной изомерии. Им обладает только изомер (1), у которого пара-ОН группа свободна. При её этерификации запах исчезает, что, по-видимому, связано с уменьшением дипольного момента при переходе к изованилину (2).

Геометрические изомеры значительной части душистых веществ обладают различными запахами. Например, у α-иононов Е-изомер (З) пахнет фиалкой, а Z-изомер (4) имеет запах древесины кедра.

При изучении зависимости структура – запах в одном и том же ряду веществ, изомерных относительно олефиновой связи и плоскости кольца и одновременно имеющих оптическую активность (наличие энантиомеров), было установлено, что каждый вид изомерии может в значительной мере определять наличие запаха, его интенсивность или отсутствие запаха у изомерных веществ и оптических антиподов. В качестве убедительного примера служат 3-санталолы, из которых лишь один оптический изомер (-) –энантиомер и только с экзо-расположенной алкенольной группой, в которой два старших заместителя должны иметь цис-конфигурацию относительно друг друга, обладают сильным сандаловым запахом.

Ниже приведены данные по изменению характера запаха у е,е,е-диастереомера ментола (б) в зависимости от оптической активности:

Остальные три диастереомера ментола обладают нечистым мятным запахом, имеющим камфорную ноту. Таким образом, при создании новых душистых веществ, имеющих хиральные центры, следует иметь в виду, что различные энантиомеры могут обладать

различным запахом или один из изомеров может оказаться даже без запаха. В случаях хиральной зависимости запаха асимметрический центр в молекулах душистого изомера должен ориентироваться тремя точками на хиральном участке осморецептора, чувствительном к асимметрии «пахучих» молекул. Отметим, что взаимодействие между веществом и его рецептором обеспечивается, как правило, слабыми связями — водородными (—О…Н—), электростатическими, ван-дер-ваальсоными (диполь-дипольными, стэкинговымии, гидрофобньими. При их «нормальном взаимодействии», то есть комплементарном трёхточечном контакте (рис.1.1, а), проявляется ожидаемый запаховый эффект. Другой же антипод оказывается некомллементарен активному участку рецептора (рис. 1.1, б) и может иметь менее выраженный запах (или совсем его не проявить).

Очевидно, что требование двухточечного контакта пахучего вещества с осморецептором снимает различия в запахе оптических изомеров. Заметный вклад в увеличение направленности синтеза душистых веществ внёс принцип одорифорных групп, то есть таких сочетаний атомов, введение которых в молекулу часто приводит к появлению у неё запаха. В ряду душистых производных алифатических (как насыщенных, так и ненасыщенных) углеводородов (7—9) одорифорными группами (взяты в пунктирные прямоугольники) являются следующие:

Аналогичные группировки могут генерировать душистые запахи в ряду алициклических (10—12) и арилалифатических производных (13—15).

В классе инданов (16, 17) и тетрагидронафталинов наличие изопропильных и особенно трет-бутильньая группа в сочетании с ацетильными придаёт ароматные мускусные свойства целой группе веществ.

Мускусный запах возникает у метил- и, трет-бутилпроизводных бензола, если в них ввести две или три нитрогруппы (соединения 18, 19):

Наконец, кетонные (вещество 20) и лактонные (21) функции в макро- циклах обеспечивают молекулам запах мускуса и свойства фиксаторов запаха.

Итак, мы знаем, что химическое и пространственное строение вещества определяет наличие у него запаха. Однако его уровень, интенсивность и эффективные концентрации вещества могут в значительной степени зависеть и от других разнообразных факторов. Для создания эффективной концентрации пахучего вещества, достаточной для приготовления запаха необходимой интенсивности, его молекула, кроме основной одорофорной группировки, непосредственно отвечающей за запаховый эффект, должна содержать гидрофильные фрагменты, чтобы осуществлялся её нормальный перенос в слизи носового эпителия к осморецепторам нейронных жгутиков-ресниц, которые погружены в водную слизь. При дизайне душистых веществ стараются учитывать эти требования, вводя соответствующие химические группировки в потенциально душистые вещества. Так, введение в структуру фенольных группировок, карбоксильных и спиртовых групп улучшает водорастворимость органической молекулы, изменяет её кислотность и полярность, усиливает, как правило, её запах. Наличие н-алкенильных цепей и циклоалкильных группировок может улучшить связываемость с осморецептором благодаря ван-дер-ваальсовым силам. Отметим, что при синтезе душистых веществ обычно избегают введения серосодержащих группировок, которые генерируют очень неприятные запахи. Следует отметить, что рассмотренные приёмы генерирования и модификации запахов у потенциального душистого вещества не являются абсолютными и не всегда могут обеспечить ожидаемый эффект.

Дата добавления: 2014-01-06