C-6不饱和无环单萜醇的结构-气味关系研究：一种比较的方法

摘要：无环单萜类化合物是一类有价值的化合物，对香精和香料工业很有用[1]。其中有C-6不饱和单萜醇，即芳樟醇、香叶醇、橙花醇和β-香茅醇。这些物质表现出令人愉快的气味特性，在许多植物的精油中普遍存在，并且具有药理学和生理学上的活性。因此，值得注意的是，特别是芳樟醇和香叶醇，不仅可以激活嗅觉受体，还具有其他生理活性，例如作为抗癌剂[2，3]。然而，对这一物质组的代谢衍生物的感官特征的系统阐释非常有限，因为直到今天，大多数工作都集中在基本的无环单萜化合物上。我们的研究表明，这一系列代谢物是气味活跃的化合物，有时会表现出特别令人愉快的气味[4, 5]。在我们的研究过程中，我们从各自的单萜醇及其相应的醋酸盐开始，通过不同的合成策略，共产生了24种含氧衍生物，并对其嗅觉特性进行了描述。具体来说，我们对这些化合物的气味质量、在空气中的相对气味阈值（OT），以及每个单一物质在人类感官上的潜在个体间差异进行了测试。最后，建立了一个全面的物质库，包括各自的保留指数数据（RI值）以及质谱和核磁共振数据，以帮助今后对这一具有感官吸引力的物质类别进行分析研究。

前言

除了是芳香化合物外，芳樟醇、香叶醇、橙花醇和香茅醇还具有一些药理学和生理学特性。薰衣草植物中的芳樟醇能增强中枢神经系统中GABAA受体的调节活动；这种机制应该是诱导人类睡眠和平衡作用的基本原理[6]。同样，存在于柠檬香脂中的橙花醇在小鼠中显示出抗焦虑的作用[7]。棕榈草中的香叶醇是一种植物性驱虫剂，对蚊子特别有效[8]。β-香茅醇是柠檬草叶的主要成分，显示出血管扩张的作用，因此被认为是一种降血压剂[9]。这些单萜类化合物和它们的乙酸酯以前已经根据它们的气味特征进行了研究，但没有全面地将这些气味特性与它们的化学结构联系起来。此外，这些化合物在植物和动物中的代谢衍生物也得到了研究[10, 11]。主要的代谢途径包括这些单萜类化合物的C-8羟基化，产生8-羟基化合物，进一步氧化为相应的8-羧基衍生物。由于缺乏这些代谢物的商业供应，本工作旨在合成总共24个C-8含氧化合物，并使用气相色谱-醇类测定法（GC-O）确定它们在空气中的气味质量和气味阈值（OT）。结果发现，这些衍生物中的大多数都能引起不同的气味[4, 5, 12]。因此，我们用比较的方法建立了一个结构-气味关系研究，包括所有上述的单萜类化合物、它们的醋酸盐和它们的衍生物，突出了影响这类物质的气味质量和效力的主要结构特征和功能团。

实验材料与方法

合成路线

一般的合成途径见图1。合成所需的化学品购自Sigma-Aldrich或Fischer Scientific。记录了包括核磁共振谱（1H和13C）、质谱以及保留指数在内的数据，并在Elsharif, Banerjee [4], Elsharif and Buettner [5], Elsharif and Buettner [12]中进行了描述。

图1：含氧衍生物的一般合成途径

气味质量和气味阈值的评估

根据Czerny, Brueckner[13]的程序，使用GC-O测定空气中的气味质量和阈值，有五位小组成员参与，他们是来自埃朗根大学的训练有素的志愿者。每个小组成员在不同的日子里对不同的毛细管柱（DB-FFAP和DB-5）上的化合物进行反复评估。小组成员被要求将他们的感官印象与内部开发的风味语言联系起来。

结果与讨论

表1（单萜醇及其含氧衍生物）和表2（单萜醋酸盐及其含氧衍生物）显示了至少有60%的小组成员感知到的气味属性的比较，以及作为小组成员个人阈值的几何平均值计算的小组气味阈值。  我们发现，母体单萜醇及其8-羟基衍生物引起了类似柑橘的新鲜气味属性（表1）。只有两种8-氧代衍生物，8-氧代芳樟醇和8-氧代香茅醇表现出类似的气味属性，即柑橘类和新鲜。另一方面，8-氧代香叶醇和8-氧代橙花醇表现出一种脂肪的、发霉的气味。该组的所有8-羧基衍生物都是无味的，唯一的例外是8-羧基橙花醇，它引起了一种脂肪的、蜡质的气味。母体单萜醇的气味效力比其相应的含氧衍生物的气味效力高得多。尽管在C-8处增加的OH基团保留了母体单萜醇的柑橘类气味，但它极大地降低了它们的效力。对于8-氧代香叶醇和8-氧代橙花醇来说，醛基使其气味变成了霉味。在芳樟醇、香叶醇或香茅醇中加入C-8羧基，则产生无味的物质。总结一下。1）C-1或C-3的OH基团负责柑橘类气味和母体单萜的低OT，2）C-8的额外OH只保留了气味属性，而不是效力，3）C-8的OH氧化为相应的醛基，通常将气味变成霉味和脂肪味，4）醛进一步氧化为相应的酸导致无味的化合物。

母体的单萜类醋酸盐引起了与其单萜类醇密切相关的类似的气味特征（柑橘类），唯一的例外是乙酸橙花酯，它闻起来有甜味和酚味（表2）。同样，8-羟基乙酸酯也会产生类似柑橘的肥皂味。8-氧代甘油酯和8-氧代柠檬酸酯被认为是脂肪、霉味和腐烂、发霉的。有趣的是，所有的8-羧基醋酸盐都被发现是气味活跃的化合物，唯一的例外是8-羧基香茅酯。专家组将它们的气味描述为：8-羧基芳樟乙酸酯为脂肪味，8-羧基香叶乙酸酯为甜味和椰子味，8-羧基橙花乙酸酯为青滋香。

研究结果可归纳如下。1）C-1或C-3的醋酸酯基团使气味效力降低至少5倍，但保留了母体单萜醇的柑橘气味，只有乙酸橙花酯除外；2）在C-8添加一个OH-基团，增强了柑橘的气味，效力增加。3）C-8醛基导致8-氧代甘油酯和8-氧代柠檬酸酯出现霉味，以及4）醋酸盐C-8的酸基诱发了柑橘味以外的气味属性，但气味效力进一步增加。值得注意的是，在使用以下化合物的个体中，观察到了单一的无嗅症案例，即给受试者嗅闻8-羟基橙花醇、乙酸橙花酯和8-羟基橙花乙酸酯。

参考文献

1. King, A.J. and J.R. Dickinson, (2003) FEMS Yeast Research, 3(1): p. 53-62.

2. Sun, X.-B., Wang, S.M., Li, T., and Yang Y.Q., (2015) Trop. J. Pharm. Res., 2015. 14(4): p. 619-625.

3. Madan, K.A. and T. Devaki, (2015) Int. J. Pharm. Pharm. Sci., 7(4): p. 67-70.

4. Elsharif, S.A., A. Banerjee, and A. Buettner, (2015) Frontiers in chemistry, 3: p. 57.

5. Elsharif, S.A. and A. Buettner, (2016) Journal of Agricultural and Food Chemistry,

6. Kessler, A., H. Sahin-Nadeem, S.C.R. Lummis, I. Weigel, M. Pischetsrieder, A. Buettner, and C. Villmann (2014) Mol Nutr Food Res, 58(4): p. 851-62.

7. Marques, T.H.C.,et.al., (2013) World Journal of Neuroscience, 2013. 03(01): p. 32-38.

8. Omolo, M.O., M.O.Omolo, D. Okinyo, I.O. Ndiege, W. Lwande, and A. Hassanali, (2004) Phytochemistry, 65(20): p. 2797-802.

9. Ribeiro-Filho, H.V., de Souza Silva C.M., de Siqueira R.J., Lahlou S., dos Santos A.A., and Magalhães P.J., (2016) European Journal of Pharmacology, 775: p. 96-105.

10. Luan, F., A. Mosandl, A. Degenhardt, M. Gubesch, and M.Wüst, (2006) Analytica Chimica Acta, 563(1-2): p. 353-364.

11. Chadha, A. and K.M. Madyastha, (1984) Xenobiotica, 14(5): p. 365-74.

12. Elsharif, S.A. and A. Buettner, (2017) Food Chemistry, 232: p. 704-711.

13. Czerny, M., R. Brueckner, E. Kirchhoff, R. Schmitt, and A., (2011) Chem Senses, 36(6): p. 539-53.

14. Ullrich, F. and W. Grosch, (1987) Zeitschrift für Lebensmittel-Untersuchung und Forschung, 184(4): p. 277-282.