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化学者のつぶやき

香りの化学1

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世の中にはたくさんの「香り」にあふれています。

花の香り、食べ物の香り、体臭などの天然のものや香水、合成香料などの人工的なにおいまでさまざまな香りがあります。

それでは、今回はまずこれらの「香り」というものは一体何なのか?答えを先に行ってしまうと分子(化合物)が香りの正体です。

本記事では香りの具体的な化学構造とその関係を説明し、続く「香りの化学2」で有機合成化学の分野である「合成香料」について合成法、利用などをあげてみよう。

香料とはなにか?

「香料」(Perfumery Materials)とは一言でいうと「におい」を与える物質です。

「におい」とは揮発性物質が鼻膣の中の嗅細胞を刺激したときに起こる感覚(嗅覚)であることは明らかではですが、じつはその機構はまだ完全には解明されていません。「香料」といえば快いにおいをあたえる物質だけでなく、不快なにおいを持つ物質に対しても、ある目的をもって使用しているものなら香料といえます。
香りに当たる外国語は、perfume(英)、parfum(仏)、das Parfum(独)、profumo(伊)などであるがいずれもラテン語のPer Fume (through smoke 煙によって)に由来しています。

理由は昔からにおいの良い香木や香脂を燃やして香るの良い煙を天に昇らせ、清浄な、神にささげるにふさわしい落ち着いた雰囲気を作ろうとするという試みが、洋の東西を問わず広く行われてきたことからであるといわれています。

においと化学構造

においを構成する有機化合物は、炭素と水素からだけではなく、酸素や窒素、硫黄なども含んでいます。 においがなぜ感じるかということや、化学構造との関係については昔から多くの説が出されているがいまだ定説はありません。ただし有機化合物の化学的性質と化学構造との間に関連があることは明らかであり、また多くの薬理作用や物理的性質も化学構造に関連しています。

しかし、においの問題となると多くの努力がなされてきたにかかわらず、現在のところ化学構造とにおいを単純に系統付けることはできていません。一方で、簡単な化合物については、ある程度系統づけることができます。そして、一般的に、においは官能基の種類、シスートランス異性体、官能基の位置、光学活性体によって異なります。

官能基とにおい

分子量の小さい化合物においてはそれぞれ官能基の種類によって、アルコール臭、エステル臭、アルデヒド臭という感じににおいが分類できます。
例えばエステル類は、そのほとんどが軽い果実のような匂いをもっています。そのほかにもα-ジケトン(ケトンを分子内に二つ持っている化合物は、カラメルよう香気といわれる、砂糖の焦がしたような甘い匂いをもっています。

シスートランス異性体とにおい

幾何異性体にもにおいが関連している。たとえばジャスミンの花から取れるジャスモン酸メチルという化合物にいえます。この化合物は二重結合の置換基の位置の違いで、cia-ジャスモン酸メチルとtrans-ジャスモン酸メチルの2つのシスートランス異性体が存在します。

この物質ではcis-ジャスモン酸メチルがtrans-ジャスモン酸に比べてはるかににおいが強くジャスミン香気があります。trans-ジャスモンの方はシス体に比べて脂肪臭があるので、香料としては、あまり利用価値がありません。ジャスミンの花から単離されたのもcis-ジャスモン酸メチルです
一般に、植物中から単離された化合物はトランス体は脂肪臭があるので比較的シス体の方が優れているといわれています。
ただし例外も多数あり、バラの花から単離されたゲラニオールは、トランス体であるし、すみれの花の香りのするイオノンも二重結合はトランス体です。

官能基の位置とにおい

官能基自身や、二重結合そのものがにおいに大きな影響を与えているわけですが、におい分子の中における官能基や、二重結合の位置がにおいに与える影響も興味深いものもあります。
例えばバラの花から取れる精油のなかで65~80%の成分比を占める、βフェニルエチルアルコールという化合物がありますが、このアルコールの位置が異なったα-フェニルエチルアルコールは、バラの花からは程遠いにおいがします。この2つの関係を化学では位置異性体といいます。

また、ラズベリーから取れる成分にラズベリーケトンと呼ばれる化合物がありますが、この化合物も、官能基の位置の異なった異性体化合物では、ラズベリーの味も香りもなくなってしまいます。

光学異性体とにおい

鏡の関係、光学異性体でもにおいは異なります。その有名な例としてメントールという化合物があります。メントールははっかの味と香りのする化合物です。メントールには3つの不斉炭素があるため、立体化学が異なる2=8個の光学異性体が存在する。8種類の異性体のうち、天然のハッカからとれるのは、l-メントールと呼ばれる立体化学をもつものだけであります。また、他の光学異性体に比べて、強い匂いと長時間持続する清涼感があります。

その他にも、グレープフルーツから単離され、非常に強いグレープフルーツの香りのする、ヌートカトンがありますが、これについてもメントールと同じく、分子内に3つの不斉炭素を持っているので、8種類の光学異性体があります。天然のグレープフルーツから単離された異性体以外(+)-ヌートカトン以外は、グレープフルーツの味と香りは劣りますし、まったくグレープフルーツの香りすらない異性体もあります。

まとめ

このように、単に香料やにおいといっても実際は深く、まだかなりブラックボックス的なものが多いことがおわかりいただけたでしょうか。
ここに紹介したものはほんの一例、まだまだ様々な性質、においをもったもの、つまり化合物はたくさんあります。興味を持った人は、参考文献やその他の本や論文で勉強してみましょう。
続いて、「香りの化学2」でこれらの香料の合成方法について考えてみよう!

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Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

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