分子结构与香味之间的关系,一直是人们所感兴趣的研究课题。但是,由于香料分子结构本身的复杂性和鉴定器官的主观性的影响,要在有机化合物分子结构与香味之间,确定一种能够肯定的预测某种新化合物香味特征的理论是很困难的。在此只能简单地分析有机化合物分子的结构,包括分子骨架、分子中原子个数、不饱和性、官能团、取代基、异构体等因素对香料化合物香味产生的影响。
1.碳原子个数对香味的影响
香料化合物的相对分子质量一般在50~300,相当于含有4~20个碳原子。在有机化合物中,碳原子个数太少,则沸点太低,挥发过快,不易作香料使用。如果碳原子个数太多,由于蒸气压减小而特别难挥发,香气强度太弱,也不宜作香料使用。
碳原子个数对香气的影响,在醇、醛、酮、酸等化合物中,均有明显的表现。在此,举几个具有代表性的例子加以说明。
脂肪族醇化合物的气味,随着碳原子个数增加而变化。C1~C3的低碳醇,具有酒香香气;C6~C9的醇,除具有青香果香外,开始带有油脂气味;当碳原子个数进一步增加时,则出现花香香气;C14以上的高碳醇,气味几乎消失。
在脂肪族醛类化合物中,低碳醛具有强烈的刺激性气味;C8~C12醛,具有花香、果香和油脂气味,常作香精的头香剂;C16高碳醛几乎没有气味。
碳原子个数对大环酮香气的影响是很有趣的。它们不但影响香气的强度,而且可以导致香气性质的改变。C5~C8的环酮具有类似薄荷的香气,C9~C12的环酮转为樟脑香气,C13的环酮具有木香香气,C14~C18大环酮具有麝香香气(图9-1)。
图9-1 碳原子个数对大环酮香气的影响
2.不饱和性对香味的影响
同样的碳原子个数,而且结构非常类似的有机化合物,双键存在与否,位置处于何处,对化合物的香味均可产生影响。以醇和醛为例(图9-2)。
图9-2 不饱和性对香味的影响
3.取代基对香味的影响
取代基对香味的影响也是显而易见的,取代基的类型、数量及位置,对香味都有影响。例如在吡嗪类化合物中,随着取代基的增加,香味的强度和香味特征都有所变化(表9-3)。
表9-3 吡嗪类化合物香味强度和香味特征
紫罗兰酮和鸢尾酮相比较,基本结构完全相同,只差一个甲基取代基,它们的香味有很大的差别(图9-3)。
图9-3 紫罗兰酮和鸢尾酮(www.xing528.com)
4.官能团对香味的影响
市售香料化合物分子中几乎都有数个官能团,官能团对有机化合物香味的影响是非常显著的。例如,乙醇、乙醛和乙酸的碳原子个数虽然相同,但官能团不同,香味则有很大差别。再如,苯酚、苯甲醛和苯甲酸,它们都具有相同的苯环,但取代官能团不同,它们的香味相差甚远。
5.异构体对香味的影响
在香料分子中,由于双键的存在,而引起的顺式和反式几何异构体,或者由于含有不对称碳原子而引起的左旋和右旋光学异构体,它们对香味的影响也是比较普遍的。例如,在薄荷醇、香芹酮分子中,都含有不对称碳原子,因此具有旋光异构体,其左旋和右旋体香味有很大差别。
图9-4 异构体对香味的影响
6.分子骨架对香味的影响
(1)含有环酮结构类化合物 具有焦糖香味,这类香料中最典型的代表性化合物的名称和结构如表9-4所示。
表9-4 具有焦糖香味化合物的代表及分子骨架结构
(2)含有混合共轭双键结构的化合物 具有烤香香味,这类香料中最典型的代表性化合物的名称和结构如表9-5所示。
表9-5 具有烤香香味化合物的代表及分子骨架结构
(3)分子中含有下面特征骨架的含硫化合物 具有肉香味,这类香料中最典型的代表性化合物的名称和结构如表9-6所示。
表9-6 具有肉香香味化合物的代表及分子骨架结构
(4)分子中含有图9-5骨架结构的酚类香料 具有烟熏香味,具有代表性的烟熏香味香料有丁香酚、异丁香酚、香芹酚、对甲酚、愈创木酚、4-乙基愈创木酚、对-乙基苯酚、2-异丙基苯酚、4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚、4-甲基-2,6-二甲氧基苯酚等。
图9-5 酚类香料的骨架结构
(5)具有丙硫基(CH3—CH2—CH2—S—)或烯丙硫基(CH2=CH2—CH2—S—)基团的化合物 一般具有葱蒜香味,符合这一规律的葱蒜香味香料有烯丙硫醇、烯丙基硫醚、甲基烯丙基硫醚、丙基烯丙基硫醚、烯丙基二硫醚、甲基烯丙基二硫醚、丙基烯丙基二硫醚、烯丙基三硫、甲基烯丙基三硫、丙基烯丙基三硫、二丙基硫醚、甲基丙基硫醚、二丙基二硫醚、甲基丙基二硫醚、二丙基二硫醚、甲基丙基二硫醚等。
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