香料的分子结构与香气的关系

香料化合物的分子结构与香气之间的关系，长期以来是人们感兴趣的研究课题。然而，由于存在以下3个方面的因素：

①香料香气的表现与评价因人而异；

②随着香料浓度的不同，香气也会发生变化；

③混合物的香气往往并不等于原香的复合，而是产生“相长相消”的效果。

因此，这一重要的理论课题的研究至今仍无定论。

要在香料化合物分子结构与香气之间，确定一种能肯定地预测某种新化合物香气特征的理论，现在也还没有取得成功。但是，大体上有这样的认识，即香料化合物中碳原子的个数、不饱和性、官能团、取代基及同分异构等因素对香气会产生影响。虽然这些因素对香气的影响暂时还不能从理论的角度予以解释，但对合成有香的化合物，仍然具有一些指导作用。

碳原子个数对香气的影响

香料化合物的相对分子质量一般均在50～300，这只相当于含有4～20个碳原子。在有机化合物中，若碳原子个数太少，那么沸点就会很低，挥发也就会较快，因此，这类化合物不适宜作香料使用。相反，若碳原子个数太多，则会因蒸气压减小而难以挥发，因而香气强度很弱，所以，此类化合物亦不宜作为香料使用。

一般来说，碳原子个数对香气的影响，在醇、醛、酮和羧酸等中，都有很明显的表现。

醇类化合物按其羟基所连结的主链不同，可分为脂肪醇、芳香醇、萜类醇，其香气也各不相同。

脂肪醇的香气随着碳原子数的增加而变化。低碳醇如甲醇、乙醇、丙醇具有酒香香气；C4和C5的醇类具有杂醇油的香气，当碳原子数增加到C6～C7时，除具有青香、果香外，开始带有油脂气味；C8的醇香气最强；当碳原子个数进一步增加时，则出现花香香气；C14以上的高级醇几乎无香味。

芳香醇类的香气一般比脂肪醇类要弱，以花香、皮香为主。

在萜类醇中开链的单萜烯醇及倍半萜烯醇其香气以花香为主，单环或双环单萜烯醇与环状倍半萜烯醇其香气均以木香为主。

在烃类香料化合物中，一般脂肪族烃类具有石油气息，且其中只有C8和C9的化合物香强度最大。随着相对分子质量的增加香气变弱，C16以上的脂肪族烃类系无香物质。通常链状烃比环状烃的香气要强。

在脂肪族醛类化合物中，低级醛具有强烈的刺激性气味；C8～C12的醛具有花香果香和油脂气味，常作香精的头香剂；其中C10的醛香气最强，C16的醛由于蒸气压减小，几乎没气味。

脂肪醛中具有侧链的醛类，香气要比它的直链异构体强，且更悦人。例如2-甲基十一醛具有柑橘果香，而十二醛只有在极稀的情况下才有类似紫罗兰的花香；再如2，6，10-三甲基十一醛具有强烈香气，而其直链异构体十四醛却只有极弱的油脂气息。

在芳香族醛中，官能团在环上的位置不同，香气也不一样，通常在3，4-位上有取代基的，都具有很好的香草香气。如：

但若醛基的邻位具有羟基则呈现酚的气息。

在环酮类化合物中，环的大小（即碳原子个数）不仅影响香气的强度，而且可以导致香气性质的改变。通常C5～C8的环酮具有类似薄荷的香气，而C9～C12的环酮则具樟脑香气，C13的环酮具有木香香气，C14～Cl8的大环酮具有麝香香气。

在脂肪族羧酸类化合物中，C4和C5的羧酸具有腐败的黄油香气，且C5的羧酸香气最强，C8和C10的羧酸有不愉快的汗臭气味，C14的羧酸几乎无味。

在酯类化合物中，一般情况下酯的香气介于醇和酸之间，但比原来的醇和酸香气要好，其香气与分子结构有一定关系。

通常由脂肪酸和脂肪醇所生成的酯具有果香。而由低级脂肪酸和萜烯醇所生成的酯则都具有花香与木香，例如乙酸芳樟酯和乙酸香叶酯等。

由芳香族羧酸和芳香族醇所生成的酯香气较弱，但因其沸点一般较高，粘度大，且有的是固体，所以此类酯具有很好的定香作用。

具有叁键结构的化合物一般带有臭气，但炔类的羧酸酯类如辛炔酸甲酯、庚炔酸甲酯等则具有优雅的紫罗兰香气。

内酯类化合物都具有特殊的果香，但当内酯的环状大小不同时，香气差别也很大，例如：γ—内酯具有果香，而δ-内酯则有奶香，大环内酯具有珍贵的麝香气味。通常环中的碳原子数为14～19时，其香气最强，当碳原子数多于或少于此数值范围时则香气变弱，且会产生其它异味，当环中碳原子被别的原子如O、N等取代后，仍具有麝香香气。

不饱和性对香气的影响

对于碳原子个数相同、结构也很类似的香料化合物，其香气与分子中是否存在不饱和键及其位置有关。随着不饱和性的增加，一般其香气会增强。例如，乙烷是无味的，乙烯具有醚的气味，而乙炔具有青香香气。在醇类香料中，若引入双键或叁键，则香气增强，当不饱和键的位置接近—OH时，香气显著增强。例如：

官能团对香气的影响

在香料化合物分子中，一般都有1个官能团，有的甚至具有2个或2个以上的官能团。当香料化合物分子中所含官能团不同时，其香气差别就会很大。例如，苯酚、苯甲醛和苯甲酸，虽然它们均含有苯环，但因官能团不同，其香味相差很远。又如，乙醇、乙酸和乙醛，虽然其碳原子个数相同，但因官能团不同，所以香气差别也很大。

取代基对香气的影响

在香料化合物中，取代基的类型、数量及其在分子中的位置，对香气均有影响。例如：

α-紫罗兰酮和α-鸢尾酮，两者基本结构完全相同，仅α-鸢尾酮多一个甲基，但其香气却有很大的区别。

又如在吡嗪类化合物中，随着取代基的增加，香气的特征和强度均会有所改变。

立体异构体对香气的影响

在香料分子中，化合物的立体结构不同，对香气也会产生影响。例如紫罗兰酮和茉莉酮，它们均各有一对顺反异构体，香气特征各不相同。

在香芹酮和薄荷醇香料中，均含有不对称碳原子，因此它们具有对映异构体，各个异构体之间香气差别很大。如：