Co so hoa hoc huu co huong lieu

Sách không bán – liên hệ [email protected] Vào năm 1916 đã đề ra một hệ thống phân loại mùi hương dựa trên cơ sở hình dạng lăng trụ tam giác (hình 1.4), trong đó, ứng với 6 đỉnh của hình lăng trụ là các mùi cơ bản - sơ cấp (1-6), còn tại những điểm trên các cạnh, trên các mặt và trong hình lăng trụ - tương ứng với các mùi thứ cấp được tạo thành từ hai (ví dụ 1-2 – mùi hương hoa – trái cây), ba, bốn và sáu mùi cơ bản trên. Hình 1.4. Lăng trụ tổ hợp mùi hương 1-6 – các mùi hương cơ bản 1 – hương hoa; 2 – hương trái cây; 3 – mùi hôi thối; 4 - mùi cháy; 5 – mùi nhựa thơm; 6 – mùi gia vị. Tồn tại một sự phân loại mùi hương đơn thuần theo hóa mỹ phẩm – công nghệ nước hoa. Ví dụ, sự phân loại của Ủy ban hương liệu (nước hoa) Pháp (Le Comité Français du Parfum) được đề ra vào năm 1999 chia mùi hương thành 7 nhóm (họ) và các nhóm (họ) lại chia nhỏ thành các tiểu nhóm, như sau: 1 - Nhóm mùi hương cam quýt (gồm có 5 tiểu nhóm – hương nồng, hương hoa, hương gỗ … ví dụ nước hoa Eau Sauvage của Christian Dior có mùi hương chanh – thảo mộc – cay nồng); 2 - Nhóm hương hoa (9 tiểu nhóm – hương hoa oải hương tinh khiết và mùi hương của các hoa thuộc họ oải hương, nhóm andehit, nhóm hương quả, nhóm thảo mộc, nhóm hương biển, ví dụ nước hoa L'air Du Temps, của Nina Ricci); 3 - Nhóm hương dương xỉ (5 nhóm nhỏ - hương hoa, hương long diên hương, hương nồng, hương trái cây … ví dụ nước hoa Enigme của Pierre Cardin); 4 - Chypre (7 nhóm nhỏ - hương trái cây, hoa, andehit, mùi da, hương thảo mộc, ví dụ nước hoa green chypres “Cơn gió thoảng” (Ветивер) của hãng “Tự do” (Свобода) và nước hoa floral chypres “Donna Trussardi” của hãng Trussardi); 5 - Hương gỗ (8 nhóm – hương cam quýt, mùi hương họ cây lá kim, hương nồng, long diên hương, mùi da, hương biển, hương trái cây, ví dụ như nước hoa hương gỗ Santal de Mysore của Shiseido); 6 - Long diên hương (6 tiểu nhóm – hương hoa, hương cay nồng, hương cam quýt, hương gỗ, hương trái cây, ví dụ nước hoa 51

Sách không bán – liên hệ [email protected] hương hoa-trái cây-long diên hương – Matxcơva đỏ (Красная Москва) của hãng “Tự do” (Свобода) và nước hoa Fou d'Elle của hãng Lapidus); 7. Hương da (3 tiểu nhóm – mùi thuốc lá, hương hoa, ví dụ nước hoa Herlen’s “Derby”. Theo hướng ứng dụng, các chất thơm có thể chia thành các nhóm chất với mục đích nước hoa (để tham gia vào hỗn hợp hương liệu, sử dụng cho việc sản xuất nước hoa, nước thơm hoặc các loại eau de parfum, eau de cologne, eau de toilet), các nhóm chất với mục đích mỹ phẩm trang điểm (nhằm tạo mùi thơm cho các sản phẩm mỹ phẩm như son môi, cream, chất thơm tạo bọt), các nhóm chất với mục đích tạo mùi thơm (được sử dụng cho xà bông, chất tẩy rửa tổng hợp và các sản phẩm hóa mỹ phẩm phục vụ sinh hoạt hàng ngày khác), và cuối cùng, nhóm các chất định hương (được sử dụng với mục đích giảm sự bay hơi các chất tạo mùi thơm cơ bản cũng như để tăng cường hương thơm trong trường hợp đồng vận, nghĩa là khi có tương tác qua lại của hai thành phần trong hợp phần hương liệu, sự tương tác làm tăng tác dụng hữu ích, trong ngữ cảnh này là tính chất thơm). Theo nguồn gốc xuất xứ, chất thơm được phân loại thành các nhóm chất có nguồn gốc tổng hợp, các nhóm chất bán tổng hợp – là các dẫn xuất của các hợp chất tự nhiên và các nhóm chất có nguồn gốc tự nhiên ví dụ như mentol, vanin, cumarin Theo cấu tạo hóa học, các hợp chất thơm được chia thành các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc tổng hợp là dẫn xuất của các hidrocacbon mạch thẳng, dẫn xuất của hidrocacbon mạch vòng, các dẫn xuất của aren và các dẫn xuất dị vòng (trong mỗi dãy lại chia thành các nhóm nhỏ hơn trên cơ sở (phụ thuộc vào) có mặt các nhóm chức hay các nhóm thế); các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên (các chất thơm tự nhiên – thành phần chính của rất nhiều tinh dầu thảo mộc). Tóm lại, một lần nữa cần nhấn mạnh rằng, trong lý thuyết hương thơm, rõ ràng việc thiếu vắng một nguyên lý về sự tương quan định lượng với những thông số vật lý xác định của các chất thơm (những thông số được biểu diễn trong các lý thuyết về âm thanh hoặc mầu sắc, ví dụ như, lý thuyết về mối liên hệ chặt chẽ và rõ ràng giữa mầu sắc của các chất với bước sóng của ánh sáng hấp thụ) để lại nhiều khoảng trống về lý thuyết trong lĩnh vực này và quá ít cơ sở lý thuyết cho các đánh giá khoa học chặt chẽ về hương thơm và những cơ sở lý thuyết để tổng hợp các hợp chất thơm. Trong mối tương quan đó, việc tổng hợp những chất thơm và các hỗn hợp hương liệu mới, thậm chí trong điều kiện hiện nay, với sự 52

Sách không bán – liên hệ [email protected] phát triển mạnh của các ngành khoa học và công nghệ cao, hiện đại, vẫn là công việc mang tính sáng tạo nghệ thuật, mang tính cá nhân. 53

Sách không bán – liên hệ [email protected] Chương 2. Tổng hợp hương liệu thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng Hương liệu thuộc nhóm hidrocacbon no mạch thẳng được coi là một trong những chất thơm quan trọng nhất để tạo ra tổ hợp mùi hương có giá trị cao trong công nghiệp mỹ phẩm. Trong số đó có thể nêu ra những hợp chất như rượu geraniol và nerol, các dẫn xuất axetal và sitral của chúng (geranial và neral), những hợp chất mang mùi hương đặc biệt của riêng mình. Thuộc về nhóm này còn có cả những chất rất đơn giản, có vai trò là chất hỗ trợ dung môi, là các propellent (chất trợ phóng) … 2.1. Các dẫn xuất parafin và ankylhalogen đơn giản với vai trò là propellent của các hỗn hợp hương liệu Propellent (chất trợ phóng) là các hợp chất, được sử dụng để tạo áp suất hơi phụ (dư thừa) trên lớp chất lỏng của các phần tử có hoạt tính và tạo áp lực đẩy chúng ra dưới dạng son khí từ các bình chứa. Trong công nghiệp mỹ phẩm, các parafin đơn giản thường được sử dụng cho mục đích này, như propan (1), butan (2, 3) và các hỗn hợp của chúng. Propan và butan thu được trong công nghiệp khai thác dầu khí từ hỗn hợp khí gas đồng hành, khí này chứa từ 8 – 22% thể tích propan và từ 4 – 7% butan. Các khí này cũng được thu từ hỗn hợp khí của quá trình cracking và nhiệt phân các sản phẩm dầu mỏ nhờ phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính, Al2O3 và các hoạt chất khác, cũng như bằng các phương pháp tinh cất - hấp thụ và tinh cất - ngưng tụ ở nhiệt độ thấp và áp suất cao. Isobutan (3) được tổng hợp từ quá trình isomer hóa n-butan (phản ứng thuận nghịch) với xúc tác platin hoặc paladi trên ôxít nhôm ở pha khí nhiệt độ 300 – 4000C. Phản ứng isomer hóa cũng được nghiên cứu kỹ trên xúc tác AlCl3 ở pha lỏng tại nhiệt độ 80 – 900C và áp suất 20 atm: Phản ứng isomer hóa ở nhiệt độ cao xảy ra theo cơ chế gốc tự do, còn ở nhiệt độ thấp – theo cơ chế ion, bởi ở trường hợp này để tạo thành cacbocation (B) và duy trì sự phát triển mạch cần có mặt anken (A) và HCl: 54

Sách không bán – liên hệ [email protected] Ngoài các ankan (1-3), các dẫn xuất halogen của metan và etan (4-7) cũng được sử dụng trong quá trình phân tán các thành phần của nước hoa, eau de cologne, sữa tắm, nước thơm, eau de toilet và các loại mỹ phẩm khác. Nhưng trong vòng 20 năm gần đây, propan và các dẫn xuất của butan đã dần dần thay thế các clorofloroankan (halon 4, 5) – những chất đã từng được sử dụng phổ biến với vai trò các chất propellent. Việc thay đổi này có liên qua tới tác dụng nguy hại của các dẫn xuất halon với lớp ozon trong khí quyển trái đất, lớp có tác dụng bảo vệ các sinh vật sống trên trái đất khỏi các tác dụng có hại của tia cực tím. Halon (4, 5) thu được từ metan. Trước tiên, metan được clo hóa ở nhiệt độ cao thành triclorometan và tetraclorometan. Sau đó tiến hành phản ứng thế nguyên tử H và/hoặc nguyên tử clo bằng nguyên tử flo bằng tác dụng với HF khi có mặt xúc tác HgO hoặc SbCl5. Tại bước cuối cùng, phản ứng hoặc được thực hiện trong pha lỏng với nhiệt độ từ 50 – 1000C và áp suất từ 1-30 atm, hoặc được tiến hành trong pha khí – nhiệt độ từ 200 – 4500C và 1atm. Halon (4, 5) sau đó được tách từ hỗn hợp phản ứng bằng phương pháp chưng cất: 55

Sách không bán – liên hệ [email protected] Tương tự, halon (6, 7) được tổng hợp từ hexacloroetan. Đã biết được một số lượng không nhiều các hidrocacbon có thể hiện những mùi đặc trưng. Có thể lấy một ví dụ là alloocimen (2,6-dimetylocta-2,4,6-trien, 9) có mùi cỏ đặc trưng. Chất này được tổng hợp α-pinen (8) bằng phương pháp isomer hóa dưới tác dụng nhiệt và được làm sạch khỏi các sản phẩm phụ là những hidrocacbon có cùng mức nhiệt độ hóa hơi. Để thực hiện điều này (làm sạch khỏi tạp chất), đầu tiên trien (9) bị polimer hóa dưới tác dụng nhiệt khi có mặt không khí và hỗn hợp không polimer hóa được cất loại dưới áp suất thấp. Sau đó tiến hành depolimer hóa sản phẩm polimer thu được và tách sản phẩm monomer alloocimen khỏi tạp chất có nhiệt độ sôi cao hơn bằng phương pháp chưng cất dưới áp suất thấp. Dưới dạng hỗn hợp đồng phân hình học, alloocimen (9) đã được ứng dụng trong vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các chất tẩy rửa khác. 2.2. Tổng hợp hương liệu là dẫn xuất của rượu và ête đơn giản mạch thẳng 2.2.1. Các rượu đơn giản C1 – C5 với vai trò là dung môi trong nước hoa Các dẫn xuất rượu đơn giản C1 – C5 được sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm với vai trò là dung môi (ngoại trừ rượu metanol do độc tố cao) và để tổng hợp các dẫn xuất ête hoặc este thơm. Metanol được sản xuất với số lượng lớn bằng phương pháp tổng hợp oxo (oxosynthesis) – chuyển hóa hỗn hợp mono ôxít cacbon với hidro, dưới áp suất cao và nhiệt độ cao (250оС, 250 atm) với hệ xúc tác dị thể (ZnO/Cr2O3). Etanol cũng tìm được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các loại nước hoa mỹ phẩm – eau de parfum, eau de toilet, eau de cologne, nước thơm và các loại hóa mỹ phẩm khác (trong kem dưỡng thể - lotion - hàm lượng của rượu dao động trong khoảng 30 – 60%, trong các dung dịch khử mùi (deodorants) nó chiếm tới 80% và trong dầu gội đầu sẽ dao động 56

Sách không bán – liên hệ [email protected] trong khoảng 5 – 10%, trong cream – từ 1 – 10%). Rượu etylic cũng được sử dụng trong y tế như là dung môi pha thuốc và chiết xuất các loại thảo mộc, như là chất khử trùng vết thương và bông gạc y tế. Trong công nghiệp etanol được tổng hợp bằng cách hidrat hóa etilen ở pha khí (trực tiếp) hoặc pha lỏng (gián tiếp qua hợp chất trung gian – etylsulfat): Etanol được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm chủ yếu được điều chế bằng quá trình lên men các nguồn nguyên liệu tự nhiên có chứa cacbohidrat (lúa mỳ, gạo, khoai, sắn). Cụ thể, từ tinh bột, có chứa trong các loại lương thực đã chỉ ra, dưới tác dụng của enzym amylase (mạch nha) tại giai đoạn đầu tiên sẽ tạo thành đường disaccarit mantozơ, sau đó dưới tác dụng của men maltase sẽ chuyển hóa thành đường glucozơ. Các quá trình lên men tiếp theo dưới tác dụng của enzym zymase sẽ hình thành etanol. Sản phẩm thu được có chứa 14 – 18% etanol được chưng cất và làm sạch bằng than họat tính. Trong quá trinh lên men rượu vang đã có vô số những hợp chất hữu cơ thuộc các lớp khác nhau được tạo thành, những dẫn xuất hữu cơ xác định hương vị của rượu. Như vậy, ngoài etanol trong dầu rượu tạp – sản phẩm của sự lên men, còn có mặt rất nhiều loại rượu khác như: n-propanol, n-butanol, isobutanol, 2-metylbutanol, 3-metylbutanol, n-pentanol, phenyletanol. Propan-1-ol thu được từ quá trình hyđro hóa propanal, cũng như từ quá trình hidro– cacbonyl hóa etilen với xúc tác coban- hay rhodi-cacbonyl hydrua[2000C, 200 atm (19,6 MPa)]: Ngoài ra, hợp chất này còn được tách từ hỗn hợp dầu rượu tạp. 2-Propanol được sản xuất bằng cách hydrat hóa propen. Butanol-1 và isobutanol (2-metylpropanol-1) được tổng hợp bằng phương pháp hidro-cacbonyl hóa propen: 57

Sách không bán – liên hệ [email protected] Các butanol cũng được tách ra với khối lượng lớn bằng chưng phân đoạn dầu rượu tạp. Trong số những đồng phân của pentanol, 3-metylbutan-1-ol (rượu isoamyloic) là có ý nghĩa thực tiễn nhất. Nó cũng được tách ra từ dầu rượu tạp hoặc điều chế từ 2-metylpropen bằng phương pháp hidrofomyl hóa: Các pentanol khác thu được bằng phương pháp hydrat hóa các amylen, clo hóa pentan rồi thủy phân cloropentan và tổng hợp oxobuten. 2.2.2. Tổng hợp các ankanol no C6 – C12 với hương thơm của hoa Trong thành phần nước hoa, lotions và các chất tẩy rửa khác thường có các hỗn hợp rượu bão hòa thuộc dãy hidrocacbon no với số lượng nguyên tử cacbon dao động từ 6 – 12. Chúng thường tạo mùi thơm của hoa quả (quả rừng và trái cây) và cũng được sử dụng với vai trò là dung môi giúp hòa tan các hóa chất tạo mùi vị - hương liệu - trong hóa thực phẩm. Các sản phẩm này được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau: oxy hóa hidrocacbon no, thủy phân este của các axít hữu cơ trên hệ xúc tác đồng – crôm, hidrofomyl hóa dẫn xuất anken, oligomer hóa etilen. Hexan-1-ol được tổng hợp bằng quá trình ngưng tụ croton giữa butanal với etanal, rồi sau đó là hidro hóa sản phẩm trung gian hexenal . Heptan-1-ol, Octan-1-ol và nonan-1-ol được điều chế α-anken bằng quá trình oxo hóa và hidro hóa các ankanal trung gian. Một phương pháp quan trọng để thu được rượu bậc nhất (5) với số lượng chính xác của các nguyên tử cacbon là quá trình bao gồm các bước: oligomer hóa etilen trên xúc tác nhôm hữu cơ (1), ôxy hóa tiếp các hợp chất triankyl-nhôm (2) thành các nhôm ancolat (4) và cuối cùng thủy phân các sản phẩm trung gian trong môi trường axít. Để tránh sự xuất hiện các trường hợp gây cháy nổ nguy hiểm, đã tiến hành quá trình oligomer hóa ở nhiệt độ không quá 1300C, nhiệt độ sôi của isopentan khan (nhằm hấp thụ nhiệt của phản ứng tỏa 58

Sách không bán – liên hệ [email protected] nhiệt và tránh sự có mặt của nước – thành phần dễ gây cháy nổ trong phản ứng). Quá trình ôxy hóa hợp chất (2) bằng không khí khô, xảy ra qua sự tạo thành peroxit (3) được thực hiện với sự kiểm soát chặt chẽ việc gia nhiệt chậm từ 20 đến 900C. Ancolat (4) được thủy phân khi xử lý bằng axít sulfuric, còn hỗn hợp tạo thành được phân tách bằng thành một hệ cột phân đoạn: Các n-ankanol béo với số lượng chẵn hoặc lẻ các nguyên tử cacbon (7) được tổng hợp bằng phương pháp chung là hidrofomyl hóa n-anken (6), anken có ít hơn 1nguyên tử cacbon so với sản phẩm cần thu được. Các anken này được đun nóng dưới áp suất cao với hỗn hợp ôxít cacbon (CO) và hidro cùng với sự có mặt của xúc tác cacbonyl triphenylphotphyl-rhodi-hydrua. Giả thiết rằng anken được kết nối với nguyên tử kim loại, rồi sau đó monoôxít được kết hợp vào liên kết ankyl-kim loại tạo thành tổ hợp phức axyl- kim loại. Giai đoạn tiếp theo hidro hóa –CO-Rh, nhóm chức oxo chuyển thành nhóm chức rượu và đứt gãy liên kết với nguyên tử kim loại, khi đấy xúc tác kim loại đã bão hòa hidro và lại tham gia vào quá trình cộng hợp với phân tử anken mới: Me(CH2)nMe Me(CH2)n-1-CH=CH2 CO, H2 , x/t (6) HRh(CO)(PPh3)3 Me(CH2)nCH2OH 100oC, 3 atm (0,29 MPa) (7) n = 4 -10 59

Sách không bán – liên hệ [email protected] Các chất xúc tác chứa rhodi có độ chọn lọc rất cao (chỉ cho ra những rượu bậc nhất) nhưng có giá thành rất cao. Trong công nghiệp, còn sử dụng các chất xúc tác khác là xúc tác coban có giá thành thấp hơn nhưng tạo ra sản phẩm là hỗn hợp các rượu bậc nhất và bậc hai. Các rượu bậc nhất là decanol, undecanol và dodecanol (11) và các este của chúng có mùi thơm của hương hoa và có mặt trong nhiều sản phẩm của công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm. Tùy theo mức độ gia tăng số lượng các nguyên tử cacbon trong dãy những ankanol này mà hương thơm giảm dần. Các dung dịch rượu thơm (11) được điều chế hoặc bằng phương pháp hidro hóa có chất xúc tác những este của các axít caprinoic (8), axít undecanoic (9) và axít lauric (axít dodecanoic) (10), hoặc bằng phương pháp tương tác giữa các axít đó với natri trong etanol. Một phương pháp khác được sử dụng trong công nghiệp để tổng hợp các ankanol có cấu trúc mạch thẳng là oxy hóa theo cơ chế gốc tự do các parafin (12). Khi đó thu được hợp chất các hidroperoxit (13) và các rượu (14), sau đó chúng bị chuyển hóa sâu hơn với sự phá vỡ các liên kết C-C và tạo thành các axít (16). Dưới đây dẫn ra các sơ đồ quá trình ôxy các parafin theo cơ chế gốc tự do: 60

Sách không bán – liên hệ [email protected] Để dừng quá trình tại giai đoạn tạo thành rượu (14) sử dụng phương pháp este hóa với axít boric. Thứ nhất, phản ứng này có hằng số tốc độ phản ứng tương đối lớn so với phản ứng chuyển hóa các hidroperoxit (13) hay rượu (14) thành xeton (15). Thứ hai, là các este này rất bền vững dưới tác dụng của các chất ôxy hóa, ví dụ, ôxy của không khí trong quá trình tổng hợp rượu, hoặc anion permanganat được sử dụng trong quá trình tổng hợp axít. Như vậy các dung dịch rượu bậc nhất hay bậc hai được tạo thành có cùng số nguyên tử cacbon so với parafin ban đầu. Rượu bậc nhất được tách bằng phương pháp tinh cất phân đoạn. Dãy những rượu bậc nhất được tổng hợp bằng phương pháp hidro hóa những este theo sơ đồ được dẫn ra dưới đây - oxy hóa cắt mạch các n-parafin bậc cao thành các axít hữu cơ, este hóa các axít này bằng butanol rồi tiếp tục hidro hóa sản phẩm este với sự có mặt của xúc tác. 61

Sách không bán – liên hệ [email protected] Trong số những hỗn hợp rượu C9-C10 phân nhánh, chưa bão hòa được sử dụng làm thành phần của mỹ phẩm có các rượu bậc ba (18, 20, 27) và rượu bậc nhất (35) dạng isoankanol. Hợp chất 2,6 -dimetyl-2-heptan-2-ol (4) có mùi hương hoa với vị dâu tây. Rượu bậc ba này được tổng hợp từ xeton (17) bằng phản ứng Grignard sau đó thủy phân tiếp sản phẩm rượu chưa bão hòa trung gian. Hai octanol bậc 3 – dẫn xuất thế 2,6-dimetyl (dẫn xuất tự nhiên tetrahidromircenol, 20) và dẫn xuất có nguồn gốc tổng hợp – đồng phân 2,7-dimetyl (27), được tổng hợp bằng phương pháp hidro hóa các rượu không no tương ứng (19 và 26): Ankenol (19) được điều chế từ pinan (21), dưới tác dụng nhiệt bị chuyển hóa thành dihidromircen (22). Chất này tiếp túc được xử lý bằng hỗn hợp axít fomic (hay axít axetic) với axít clohiđric sẽ tạo thành hỗn hợp este (23). Thủy phân hỗn hợp này sẽ thu được rượu (19): 62

Sách không bán – liên hệ [email protected] Me Me HCOOH/HCl Me 450oC Me Me Me (21) cis-pinan (22) dihidromircen Me Me CH2 H2O, H+, CH2 R -RH OH Me Me Me Me O (19) dihidromircenol O CH , Cl (23) R= Sản phẩm trung gian (26) được tổng hợp từ diaxetilen và axeton qua diindiol (24). Dẫn xuất này cũng được điều chế từ 2-metylpropanal (28) và 4-metyl-2-oxopentan (29) thông qua loạt phản ứng kế tiếp nhau, trùng ngưng aldol-croton (tạo thành xeton 30), hidro hóa có xúc tác thành sản phẩm rượu trung gian và thực hiện tách loại nước rượu này (bằng H3PO4/SiO2) thành dimetylocten (31) và cộng hợp nước vào dẫn xuất (31) này (có sử dụng cationit): 63

Sách không bán – liên hệ [email protected] Bằng cách hidro hóa toàn phần linalool (32) và heraniol (34), đã tổng hợp các rượu bậc ba tương ứng rượu (33), các dẫn xuất có thể tìm thấy trong mật ong, và rượu bậc nhất (34), có mặt trong các loại hoa quả có múi (các loại cây cam, quýt…) Cả hai loại rượu đều có hương thơm dễ chịu và được dùng làm thành phần của nước hoa, eau de cologne và xà phòng. 2.2.3. Rượu không no, đơn chức C6-C11. Citronellol và tinh dầu geranium với hương thơm hoa hồng. Hương trị liệu Một số những dẫn xuất rượu béo chưa bão hòa với cấu tạo mạch cacbon thẳng hay dạng nhánh iso là những phụ gia quan trọng để sản xuất những thành phần của mỹ phẩm. Những hexenol bậc nhất (2, 4), thường gặp trong các loại trái cây, đã thu được bằng phương pháp tổng hợp. Hexen-1-ol-3 (1) nếu bị nung nóng khi có mặt xúc tác là ôxít nhôm sẽ chuyển hóa thành trans-hexenol (2), có hương thơm hoa quả. Ankenol bậc hai (1) được tổng hợp bằng phương pháp Grignard từ propenal. 64

Sách không bán – liên hệ [email protected] Khác với hexenol (2), đồng phân iso của nó (theo vị trí liên kết đôi và nhóm thế tại liên kết đó) cis-hexen-3-ol-1(4) không còn mùi thơm của hoa quả, nhưng lại mang mùi hương cỏ và lá xanh. Hợp chất này với số lượng lớn (đến 30%) có trong tinh dầu trà xanh, cũng được sản xuất với các phương pháp khác nhau, hai trong số đó được trình bày dưới đây. Trong trường hợp thứ nhất xuất phát từ quá trình etyl hóa axetilen bằng hợp chất cơ kim trietyl nhôm rồi sau đó hidroxyankyl hóa sản phẩm trung gian ankylat nhôm (3) bằng oxiran. Trong một phương pháp khác, 1-metylbutadien (5) được ngưng tụ theo phản ứng Prins với fomanđehit tạo thành dihidropiran (6), sau đó bị mở vòng dưới tác dụng của liti với sự có mặt của dietylamin. Nhờ quá trình khử có chọn lọc nhóm este trong các dẫn xuất axít chưa bão hòa (7, 8) có thể tổng hợp được hai rượu bậc nhất không bão hòa (9, 10) rất có ý nghĩa thực tế đối với quá trình sản xuất hương liệu - mỹ phẩm. Những rượu béo này đã tìm được ứng dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm (fragrance) cho xà phòng và là thành phần mỹ phẩm, bởi decenol (9) có mùi thơm của hoa hồng khi được pha loãng, còn undecenol (10) cho mùi cam quýt. 65

Sách không bán – liên hệ [email protected] Rượu bậc nhất (citronellol, 11), bậc hai (12) và bậc ba (dihidromircenol, 13) thuộc họ các ankenol với mạch cacbon phân nhánh thuộc dãy monotecpenoit. 3,7-Dimetylocten-6-ol- 1 mang mùi hương hoa hồng và có mặt ở trong các loại tinh dầu hoa hồng và phong lữ. Dẫn xuất này còn tồn tại trong quả nho và tham gia vào việc tạo hương vị thơm đặc biệt của các loại rượu nho Muscat và Riesling. Khi rượu nho già tuổi hàm lượng rượu monotecpen có thể hạ xuống do quá trình cộng hợp vào liên kết đôi, chủ yếu là tại phần cuối mạch propyliden. Ví dụ, citronellol (11) chuyển hóa thành hidroxyl-citronellol (14) nhờ sự xúc tác proton của các axít hữu cơ tự nhiên. Ở quy mô công nghiệp citronellol được tổng hợp bằng phương pháp hidro hóa có chọn lọc geraniol (15) hoặc hỗn hợp của nó với nerol (16) hay là citral (hỗn hợp của heranial và neral, xem phần 2.3.4): 66

Sách không bán – liên hệ [email protected] Trong phương pháp tổng hợp khác, sử dụng cis-pinan (17) làm nguyên liệu. Hợp chất này bị nhiệt phân ở nhiệt độ 400 – 4500C thành 3,7-dimethyoctadien-1,6 (dihidromircen, 18), sau đó được xử lý bởi H-Al(i-Bu)2. Aluminat (19) vừa mới hình thành bị ôxy hóa bởi không khí thành ôxít (21) (qua sản phẩm trung gian peroxit 20), dẫn xuất sau đó bị thủy phân bởi axít sulfuric. Sự kết hợp của ankyl-nhôm hidrua tại nhóm vinyl và việc đưa ôxy vào liên kết C-Al chịu sự kiểm soát lập thể bởi các nhóm isobutyl có thể tích lớn. Đôi khi citronellol được tách ra từ tinh dầu geranium, được chiết tạo từ thực vật họ phong lữ thảo (thiên trúc quỳ - Pelargonium) được trồng chủ yếu ở Reunion. Loại dầu bình dân này mang mùi thơm của hoa hồng và thiên trúc quỳ với hương nhẹ nhàng. Nó được sử dụng rộng rãi trong vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và mỹ phẩm. Những thành phần chính của loại dầu này gồm (-)-citronellol (tới 50%), geraniol (tới 25%) và rượu bậc ba 67

Sách không bán – liên hệ [email protected] thuộc dãy linalool (tới 13%), phần còn lại gồm 120 chất khác nhau, chủ yếu là các dẫn xuất có cấu tạo của tecpenoit. Dầu thiên trúc quỳ có ứng dụng trong hương trị liệu bảo vệ khỏi các chứng cảm lạnh hay góp phần giảm nhẹ bệnh. Ngoài ra, nó còn nâng cao hoạt động trí óc, giảm căng thẳng thần kinh, kích thích hệ thống miễn dịch và các quá trình làm đổi mới tế bào, rất quan trọng đối với việc làm lành vết thương, vết bỏng, các mô bị bỏng lạnh và các vết loét. Cũng được biết đến các tác dụng chống bệnh đái tháo đường và chống viêm loét dạ dày của hoạt chất này. Việc sản xuất hai octenol thơm (12 và 13), những dẫn xuất được sử dụng với vai trò là chất thơm trong xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm, được dựa trên cơ sở nhiệt phân α- pinen (22) ở nhiệt độ 450 – 5500C. Cụ thể, rượu bậc hai (12) được tổng hợp theo sơ đồ sau: Sản phẩm trung gian trien (23), được tổng hợp với hiệu suất đến 40% khi xử lý bằng hidroperoxit chuyển hóa thành dẫn xuất 1,3-dioxiranyl buten (24). Cuối cùng, tiến hành hidro hóa liên kết đôi còn lại, kèm theo sự mở vòng oxiran. Sản phẩm 2,6- dimetyloctandiol-2,7 vừa tạo thành được tách loại 1 phân tử nước ở nhiệt độ 1000C với sự có mặt của axít photphoric. Elenol (12) vừa tạo thành được chưng cất cuốn hơi nước và chưng cất dưới áp suất thấp. Chuyển hóa trien (23) thành diepôxít (24) được tiến hành qua 2 giai đoạn - ôxy hóa bằng không khí (400C) thành poliperoxit, sau đó depolimer hóa ở 1100C thành diepôxít. Quá trình tổng hợp rượu bậc ba dehidromircenol (13) đã được xem xét phần 2.2.2 (xem hợp chất 19). 2.2.4. Tổng hợp rượu là dẫn xuất thuộc dãy alkadien Trong số những dienol có mạch cacbon không phân nhánh thì rượu bậc nhất (2) có một số giá trị nghĩa thực tế. Hợp chất này có cấu tạo từ chín nguyên tử cacbon và bao gồm một hệ thống liên kết đôi không liên hợp. Rượu (2) có mặt trong tinh dầu của các loại cây 68

Sách không bán – liên hệ [email protected] thuộc chi Hoa tím (viola) và có vị ngậy (béo), khi được pha rất loãng sẽ mang mùi hương đặc trưng của chi hoa tím. Thành phần hương liệu này được tổng hợp từ acrolein bằng phương pháp kéo dài mạch cacbon theo phản ứng Grignard và tiếp đó là thực hiện chuyển vị nhóm allyl của sản phẩm trung gian nona-1,6-dien-3-ol (1): Một nhóm quan trọng gồm nhiều rượu thơm chưa bão hòa với hai liên kết bội có giá trị trong hương liệu, mỹ phẩm và thực phẩm là các hợp chất thiên nhiên với mạch phân nhánh và có cấu tạo từ 10 nguyên tử cacbon trở lên. 2.2.4.1. Rượu bậc nhất geraniol và nerol với hương hoa hồng. Tinh dầu hoa hồng Hai dẫn xuất thế dimetyl của octadienol (3) nằm trong nhóm rượu thuộc dãy đồng đẳng monotecpenoit có mùi thơm của hoa mimosa. Chúng có trong tinh dầu quý hiếm của cây keo bạc (cây mimosa, Acacia dealbata L.), được bổ sung thêm vào một số loại nước hoa và sử dụng trong hương trị liệu để điều trị các trạng thái bị ảnh hưởng thần kinh. Những đại diện quan trọng nhất của nhóm rượu này (và của cả một tập hợp các chất thơm) là đồng phân trans-3,7-dimetyl-2,6-octadien-1-ol (geraniol, 4) và đồng phân cis- (nerol, 5), các hoạt chất này có mùi hương hoa hồng. Geraniol (4) có mặt trong tinh dầu thiên trúc quỳ, tinh dầu hoa hồng và một số loại tinh dầu khác. Nó cũng là thành phần cơ bản của tông mùi thơm dễ chịu của nho xạ (muscat). Tổng sản lượng của hoạt chất này đã vượt quá con số10 ngàn tấn một năm. Geraniol được sử dụng với vai trò là chất tạo hương thơm cho xà phòng, thành phần mỹ phẩm và các chất tẩy rửa và có thể là chất tạo hương trong nước hoa. Nerol (5) có trong tinh dầu hoa hồng, tinh dầu hoa hoàng lan và tinh dầu chanh. Nerol được sử dụng tương tự như geraniol. Các hương liệu này được chiết tách từ các loại tinh dầu nêu trên với quy mô công nghiệp. 69

Sách không bán – liên hệ [email protected] Rượu monotecpen (4) và (5) có trong quả nho và cùng với citronellol đã đem đến hương vị quyến rũ đặc trưng của rượu nho Muscat và Riesling. Geraniol – là thành phần chính của dầu hoa hồng, được điều chế từ thảo mộc Cymbopogon martini S. bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước và có mùi hương dễ chịu của mùi hoa hồng và thảo mộc. Bên cạnh geraniol, trong dầu này còn xác định được các ête của nó và một số lượng nhỏ các dẫn xuất của piriđin và pirazin. Các hợp chất dị vòng tương tự có ngưỡng cảm nhận (của khứu giác) rất thấp và được cho rằng, chúng tham gia vào việc tạo ra hương thơm cơ bản của loại tinh dầu rất có giá trị đối với mỹ phẩm và hương trị liệu này. Tinh dầu này được sử dụng làm giảm căng thẳng và diệt khuẩn, cũng còn được sử dụng để điều trị các bệnh về da và có tác dụng tăng lực. Mối tương quan của các thành phần tạo mùi thơm (4-6) trong nguyên liệu rượu vang bị thay đổi do quá trình isomer hóa nhóm allyl và trên cơ sở cân bằng động của quá trình hợp nước-tách nước, xảy ra từ từ khi bảo quản rượu vang: 70

Sách không bán – liên hệ [email protected] Trong công nghiệp geraniol (4), nerol (5) và cả linalool (6) được điều chế theo sơ đồ dựa trên nền tảng cơ sở các chuyển hóa của 6,6-dimetyl-2-metilen-bixiclo[3.1.1]-heptan (β- pinen, 7). Hợp chất này được tạo thành với hiệu suất cao trong quá trình nấu gỗ dăm theo phương pháp sulfat trong sản xuất giấy. Hỗn hợp pinen trong dầu nhựa thông - sulfat được tinh cất và tách thành α- và β- pinen. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao từ 400 đến 7000C β- pinen (7) bị mở vòng và tạo thành 7-metyl-3-metilenocta-1,6-dien (mircen, 8). Khi hidroclo hóa bằng HCl khô với sự có mặt của CuCl, mircen sẽ chuyển hóa thành hỗn hợp allylclorua (9-11). Cần phải nhấn mạnh rằng, khi thiếu vắng xúc tác CuCl thì phản ứng kết hợp HCl chỉ xảy ra tại đoạn mạch propeniliden, điều đó cho thấy vai trò tạo liên kết phối trí (templat) của muối đồng (I) trong phức (A) tại vị trí các liên kết dien liên hợp. 71

Sách không bán – liên hệ [email protected] CH2 CH2 Cu Cl 2 1 3 (A) Me Me 7 Me 400-700oC CH2 Cu/HCl 4 6 Me CH2 Cl 5 Me (7) pinen Me Me (8) mircen Me Cl Me CH2 + CH2 Cl + Me Me Me Me Me Me (9) linalyl- (10) neryl- (11) geranyl- clorua AcOH, NEt3 AcONa -NHEt3Cl -NaCl Me OAc Me Me CH2OAc CH2 CH2OAc + Me Me Me Me Me Me (12) (13) (14) + H+, H2O, , -AcOH Me CH2OH Me OH Me CH2 CH2OH + x/t Me Me Me Me Me Me (6) linalool NaOH (4) geraniol (5) nerol Allylclorua (9-11) dễ dàng isomer hóa và tỷ lệ của chúng trong hỗn hợp phản ứng có thể bị thay đổi trong một chừng mực đáng kể. Quá trình thế nucleophin nguyên tử clo bằng nhóm axetyl phụ thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng thế có thể tạo thành linalylaxetat (12) trong môi trường AcOH và có mặt trietylamin như là chất nhận HCl, phản ứng thế SN1), hoặc có thể tạo thành hỗn hợp neryl- và geranylaxetat (tương ứng với 13 và 14, 72

Sách không bán – liên hệ [email protected] AcONa khô và lượng xúc tác của trietylamin hay của urotropin (hexamin, phản ứng thế SN2). Bằng việc thủy phân tiếp các este (12-14) chúng ta thu được rượu (4-6). Linalool (6) có thể bị isomer hóa thành hỗn hợp nerol và geraniol khi đun nóng trên chất xúc tác vanadi. Đồng phân trans- (4) dễ chuyển hóa thành đồng phân dạng cis- (5) dưới tác dụng của kiềm. Hỗn hợp nerol và geraniol được phân tách ra thành các isomer riêng biệt qua quá trình chưng cất phân đoạn hoặc bằng cách xử lý với CaCl2, khi đó nerol sẽ còn lại trong dung dịch, còn phức geraniol với CaCl2 sẽ tách ra dưới dạng kết tủa. Nên nhớ rằng, quá trình thủy phân có chọn lọc hỗn hợp nerol và geraniol trên chất xúc tác Ni cho phép tổng hợp được citronellol với hiệu suất tốt (xem chương 2.2.3). 2.2.4.2. Dienol bậc ba C10. Linalool với mùi hương hoa linh lan. Tinh dầu chemotype linh lan từ rau mùi và húng quế 3,7-Dimetylocta-1,6-dien-3-ol (linalool, 6) với hương thơm của hoa linh lan, là một trong số các chất thơm quan trọng nhất của ngành công nghiệp sản xuất hương liệu. Khối lượng sản xuất của nó là hơn 7 nghìn tấn một năm, bởi vì linalool cũng được sử dụng trong quá trình tổng hợp các vitamin A, E và K. Tại phần trước, đã đề cập đến một trong những phương pháp chính tổng hợp linalool (tương tự quá trình tổng hợp geraniol), vì vậy sẽ rõ ràng hơn nếu bắt đầu phần này bằng việc xem xét thêm hai phương pháp tổng hợp toàn phần khác. Một trong những phương pháp đó đặt cơ sở trên phương pháp cộng hợp nucleophin giữa axetilen với axeton theo Favorskii (với sự có mặt của Na hay KOH trong amoniac lỏng). Phản ứng sẽ tạo thành 2-metyl-1-butyl-3-ol (15). Rượu axetilen bậc 3 này được hidro hóa chọn lọc thành butenol (16) tương ứng, dẫn xuất sau đó được axyl hóa bởi diketen thành este (17). 73

Sách không bán – liên hệ [email protected] Hợp chất (17) bị decacboxyl hóa bằng nhiệt, đi kèm với việc chuyển vị sigma (sigmatropic rearrangement) của nhóm axetonyl (di chuyển tới nhóm vinyl) và tạo thành xeton (18) (có 8 nguyên tử cacbon). Tiếp theo, thực hiện phản ứng, tương tự như giai đoạn đầu tiên cho phép tăng bộ khung cacbon lên thêm 2 nguyên tử. Rượu bậc ba vừa được tạo thành thuộc họ axetilen (19) gọi là dehidrolinalool được thủy phân có chọn lọc thành linalool (6) trên xúc tác Paladi/CaCO3 và có mặt kim loại chì (xúc tác Lindlar). Theo một phương pháp khác được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, linalool được tổng hợp từ α-pinen (20) bằng phương pháp hidro hóa đến bixiclo (21) và ôxy hóa tiếp bằng không khí với sự có mặt của axít naphtenoic thành hidroperoxít (22). Hợp chất này sau đó được khử thành rượu (23) rồi bị phân hủy nhiệt tại bước tiếp theo: 74

Sách không bán – liên hệ [email protected] Linalool và dẫn xuất axetat mang mùi hương của hoa linh lan, có mặt trong nhiều loại tinh dầu và trong nho khô. Tồn tại một loạt các tinh dầu thơm, được sử dụng trong hương trị liệu, có chứa linalool (6) với vai trò là một thành tố thơm chính (theo hàm lượng phần trăm). Đặc biệt đối với sinh viên và học viên, có thể nói rằng hương thơm hoa linh lan góp phần nâng cao kết quả đối với các kỳ thi và kiểm tra. Tinh dầu cây húng - một loại thực thuộc họ Ocimum basilicum L. được gieo trồng ở nhiều vùng đất châu Âu, có chứa khoảng 46 – 84% là (-)-linalool (1) và 5-30% là metylchavicol (24). Tinh dầu chemotype linalool với mùi hương linh lan và thêm sắc thái (tông) hương thơm cẩm chướng, trong hương trị liệu cho hiệu quả tích cực trong việc điều trị bệnh khó tiêu, ngộ độc thực phẩm, mất ngủ và trầm uất. Tinh dầu này kích thích sự ngon miệng và rất có lợi khi điều trị bệnh viêm dạ dày, cũng có tác dụng giảm đau khi điều trị viêm khớp, bệnh thống phong (bệnh gút), tê thấp và khi bị dập thương, co cơ (chuột rút). Tinh dầu húng còn giúp chữa trị khi bị cảm lạnh, cúm, viêm phổi và một loạt các bệnh khác. 75

Sách không bán – liên hệ [email protected] Từ lá cây của cây long não Cinnamomum Camphora đã tách ra được gần 1% tinh dầu và được làm giàu đến 80% linalool. Tinh dầu này có mùi hương hỗn hợp hoa–gỗ, dễ chịu và được sử dụng rộng rãi như các thành phần hương liệu. Tinh dầu rau mùi (từ hạt Coriandrum sativum L.) chứa đến 78% linalool, đến 25% là dẫn xuất axetat của linalool, tới 3% geraniol (4), đến 5% limonen (8) và tới 20% là các hidrocacbon dạng monotecpen khác. Loại tinh dầu có “mùi thơm đặc trưng dễ chịu” này được sử dụng làm thành phần hương liệu của xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm khác. Từ hỗn hợp này đã tách ra được linalool dưới dạng tinh khiết. Trong hương trị liệu, tinh dầu rau mùi có tác dụng giảm đau do phong thấp, giảm mệt mỏi và căng thẳng. Nó có tác dụng tăng cường trí nhớ và tác dụng an thần. Tinh dầu này còn được sử dụng như là thuốc sát trùng khi cảm lạnh, cúm, viêm phổi và viêm phế quản. Tinh dầu hạt mùi giúp ổn định quá trình tiêu hóa, giảm trướng bụng và các cơn co thắt dạ dày. Nó được chỉ định dùng khi viêm loét dạ dày và hoành tá tràng. Ngoài ra, tinh dầu này rất có hiệu quả khi điều trị để làm lành các vết thương. Đã có những bằng chứng cho thấy việc xông hương trong các đền thờ tôn giáo ở Ai Cập cổ và Hy Lạp bằng việc đốt hạt mùi. Tinh dầu mùi lần đầu tiên thu được từ thế kỷ XVI với vai trò là một dược thảo thuốc chữa bệnh, còn được sử dụng làm nước hoa – kể từ thế kỷ XIX. Tinh dầu hoa hồng Brazil (Aniba roseodora V. Amazonia D.) có chứa đến 85% linalool, đến 3% α-tecpineol (26) và đến 6% cineol (27). Nó được tách ra từ vỏ bào gỗ bằng cách chưng cất cuốn hơi nước và thu được gần 1,5%. Tinh dầu có mùi hương hoa – gỗ dễ chịu và trong các giáo trình hương trị liệu, nó được biết đến như là một loại thuốc an thần, một hỗn hợp giúp tăng trương lực và giảm căng thẳng. Tinh dầu này cũng còn có tác dụng giảm ho khi bị hen xuyễn, và các cảm giác đau đầu. Ở phần cuối của các dienol thơm, chúng ta dẫn ra một hợp chất thuộc dãy này- mircenol (29). Rượu bậc 3 có nguồn gốc tự nhiên này, mang hương hoa quả được làm chất 76

Sách không bán – liên hệ [email protected] tạo mùi thơm trong xà phòng và là cấu thành thơm trong mỹ phẩm. Nó được tổng hợp từ mircen (8) bằng phương pháp amin hóa kèm theo theo quá trình hiđrat hóa thành dẫn xuất aminol (28), sau đó, với sự có mặt của tổ hợp chất xúc tác trên cơ sở Pd, xảy ra quá trình tách loại nhóm amin và thu được sản phẩm cần thiết: 2.2.5. Rượu C15 với ba liên kết bội. Nerolidol, Farnesol với hương linh lan Rượu bậc nhất với ba nhóm thế metyl – dodecatrienol (farnesol, 1) có hương thơm của hoa linh lan. Nó có trong tinh dầu hoa hồng và loại tinh dầu khác (chủ yếu ở dạng trans- trans-isomer), các loại tinh dầu này đã được chiết tách từ hoa ở quy mô công nghiệp. Farnesol (1) và dẫn xuất axetat (2) có ý nghĩa thực tiễn với vai trò là các thành phần tạo mùi thơm và định hương trong quá trình sản xuất mỹ phẩm. Farnesolaxetat (2) dưới dạng hỗn hợp đồng phân hình học được tổng hợp bằng quá trình đồng phân hóa (chuyển vị nhóm allyl) từ dẫn xuất 3,7,11-trimetyldodeca -1,6,10-trien- 3-ol (nerolidol, 7) khi nung nóng trong axít axetic. Bằng việc thủy phân este (2), sẽ tổng hợp được farnesol (1). Nerolidol (7) là một đại diện của các dẫn xuất họ sesquitecpen. Dẫn xuất này được tổng hợp từ linalool (3). Ở giai đoạn đầu tiên, thực hiện phản ứng ngưng tụ linalool với 2-metoxypropen (4) tạo thành geranylaxeton (5), sau đó được xử lý tiếp với axetilen trong điều kiện của phản ứng Favorskii, thu được dehidronerolidol (6). Cuối cùng, hidro hóa có chọn lọc liên kết axetilen thành olephin. 77

Sách không bán – liên hệ [email protected] Ête (4) được tổng hợp bằng phương pháp O-vinyl hóa metanol bởi propin khi có mặt của kiềm (KOH, MeOK) và nung nóng dưới áp suất gần 5 atm: Nerolidol (7) được tìm thấy (với hàm lượng đến 50%) trong nhiều loại tinh dầu (cam và hoa quả khác), từ đó nó được tách ra với số lượng đáng kể. Nerolidol (7) được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm như là một chất tạo và ấn định mùi thơm. 2.2.6 Tổng hợp các ête thơm Số lượng các ête đơn giản được ứng dụng làm thành phần hương liệu khá hạn chế. Ví dụ, ête đơn giản nhất – dimetyl ête – được sử dụng làm chất propellant trong các bình xịt khí (aerosol) và lọ xịt nước hoa, eau de cologne, nước thơm, lotion. Với vai trò là chất tạo mùi hương bạch đàn trong các loại xà phòng, mỹ phẩm và hương liệu khác nhau, bổ sung dẫn xuất không có trong tự nhiên là 3,7-dimetyl-7- metoxyoctan-2-ol (ozirole, 4). Nó được tổng hợp từ 3,7-dimetyloct-1,6-dien (dihidromircen, 1) qua các dẫn xuất metoxy (2) và oxiran (3), các hợp chất được hình thành khi xảy ra phản ứng có chọn lọc tương ứng là metoxy hóa và oxy hóa tạo vòng epoxy. Giai đoạn cuối là quá trình hidro hóa có chất xúc tác vòng oxiran trong hợp chất (3): 78

Sách không bán – liên hệ [email protected] Me Me Me MeOH CH2 H2O2 O H2/Ni OMe AcOH CH2 OMe Me Me Me Me Me Me (2) (1) (3) Me Me OH MeOH OH Me Me OMe Me Me Me Me (4) ozirole, elesant (5) elenol (mï i hö¬ng b¹ch ®µn) Ozirole (4) cũng được điều chế bằng tác dụng của metanol đến rượu không no elenol (5), có mùi hương hoa đặc trưng (xem chương 2.2.3). Những chất tạo mùi thơm tốt cho chất tẩy rửa, bao gồm cả xà phòng là các axetal (8, 9) được điều chế bằng phương pháp ngưng tụ linalool (6) với các ête etyl- hay n-butylvinyl (7) với sự có mặt của etanal: Các ête ankylvinyl (7) được tổng hợp bằng cách đun nóng các ankanol tương ứng với axetilen [140 – 160 0C, 5atm (0,49 MPa)] 2.3 Tổng hợp các andehit và xeton thơm Nhiều dẫn xuất oxo của hidrocacbon no mạch thẳng có mùi hương dễ chịu, điều này cho phép chúng được sử dụng với vai trò là các nhân tố thơm để tạo ra nước hoa và eau de cologne, làm các chất phụ gia thực phẩm tạo mùi thơm, cũng như dưới dạng chất tạo mùi 79

Sách không bán – liên hệ [email protected] cho xà phòng, các sản phẩm mỹ phẩm và các hàng hóa gia dụng khác. Trong dãy các chất này, được ứng dụng nhiều và có tầm quan trọng phải kể đến: citral và citronellal. 2.3.1. Các ankanal bão hòa với hương thơm hoa quả. Hidroxycitronellal Trong số những ankanal thơm đơn giản nhất với cấu tạo mạch nhánh (dạng iso-) thì 3-metylbutanal (isovaleric andehit, 1) đã được ứng dụng như thành phần tạo mùi thơm với mùi hương của táo tươi. Cũng có nghiên cứu cho rằng, hoạt chất này được tạo ra từ các aminoaxít khi nướng bánh mỳ và cùng với các chất khác, tạo ra mùi thơm của vỏ bánh mỳ đen. Ở dạng tinh khiết nó có mùi thơm hoa quả và do đó được sử dụng để tạo hương táo cho các loại thực phẩm khác nhau. Andehit (1) được tổng hợp bằng phương pháp fomyl hóa 2- metylpropen bằng hỗn hợp CO/H2 với sự có mặt của coban tetracacbonyl hydrua dưới áp suất cao. Trong một phương pháp công nghiệp khác, dẫn xuất này được điều chế bằng quá trình ôxy hóa 3-metylbutanol-1 (2): Khi tạo ra tổ hợp các thành phần thơm của hương liệu, sử dụng nhóm các andehit thuộc dãy hidrocacbon no mạch thẳng (3 – 8). Thật thú vị là, ở dạng tinh khiết các andehit này có mùi thơm với vị béo ít dễ chịu, còn khi pha loãng mạnh thì chúng lại có hương thơm của hoa và quả thuộc họ cam quýt. Bên cạnh đó, việc có thêm hệ liên kết đôi C = C thường đem lại cho các andehit chưa bão hòa này hương thơm thảo mộc. (xem chương 2.3.2) (3) n = 5, heptanal (mùi hoa) (4) n = 6, octanal (hương cam) (5) n = 7, nonanal (mùi hoa hồng và cam) (6) n = 8, decanal ( mùi cam tươi) (7) n = 9, undecanal ( mùi hoa quả) (8) n = 10, dodecanal ( mùi hoa tím với sắc thái hoa hồng và cam quýt) Các andehit (4 – 8) có trong tinh dầu các loại cam quýt, heptanal (3) – có trong tinh dầu hoa hồng và trong sữa. Có hai phương pháp chung sản xuất các andehit (3 – 8) ở quy 80

Sách không bán – liên hệ [email protected] mô công nghiệp. Phương pháp thứ nhất là dehidro hóa ở pha khí các rượu bậc nhất mạch thẳng (9), có cùng số lượng nguyên tử cacbon. Quá trình tách hai nguyên tử hidro ra khỏi nhóm carbinol được thực hiện bằng xúc tác đồng kim loại ở nhiệt độ cao (250 – 3500C). Đôi khi để dịch chuyển sự cân bằng này sử dụng các chất ôxy hóa (quá trình oxy hóa với sự có mặt của ôxy hay MnO2), các chất oxy hóa có tác dụng liên kết với hidro tạo thành và tách ra dưới dạng phân tử nước. Phương pháp thứ hai, với vai trò là nguyên liệu ban đầu đã sử dụng α-olephin (10), có ít hơn một nguyên tử cacbon so với các andehit sản phẩm. Mạch cacbon được tăng thêm một nguyên tử C bằng quá trình hidrocacbonyl hóa ở pha lỏng với chất xúc tác rhodi(triphenylphotphin-tricacbonyl) hiđrua (RhH(PPh3)(CO) 3). Các phương pháp tổng hợp hai ankanal (3) và (8) đã được hiện thực hóa. Cụ thể, heptanal (3) được điều chế bằng quá trình nhiệt phân metylricinolat (11) trong chân không. Sản phẩm phụ thu được là este của axít 10-undecenoic. Este (11) được tách từ dầu thầu dầu, sau khi este hóa bằng metanol trong môi trường kiềm. Dầu thầu dầu được sản xuất bằng cách ép nén hay chiết xuất từ hạt thầu dầu thông thường (Ricinus communis L.), trong đó hàm lượng dầu đạt đến 50%. Hàm lượng chính trong dầu là glyceride của axít ricinoleic (hơn 80%), dẫn xuất bị este hóa lại bằng metanol rối qua chưng cất thu được metylricinolat (11). Andehit (8) có thể được tổng hợp bằng phương pháp gia nhiệt ở pha khí, giúp khử hóa một phần axít (12) bằng hệ hỗn hợp HCOOH/MeOH/MnCO3: Tinh dÇu MeOH Me(CH2)5CH CH2CH CH(CH2)7COOMe thÇu dÇu KOH, OH (11) metylricinolat Me(CH2)10COOH CH2 CH(CH2)8COOMe O (12) , ch©n kh«ng Me(CH2)n C (3, 8) H HCOOH/MeOH/MnCO3 (3) n = 5; (8) n = 10 300oC, -H2 Đại diện tốt nhất của các ankanal thơm với mạch cacbon phân nhánh là 7-hidroxy- 3,7-dimetyloctan-1-al (hidroxycitronellal, 17), cũng như dẫn xuất dimetylaxetal của nó (18). 81

Sách không bán – liên hệ [email protected] Chúng được đánh giá là các chất tạo mùi thơm có giá trị cho xà phòng và là thành phần của hỗn hợp hương liệu dùng cho mỹ phẩm bởi vì chúng có hương thơm của lá xanh, của hoa linh lan và cây gia (cây chi đoạn - Tilia). Sản lượng của chúng vượt một nghìn tấn mỗi năm và được sản xuất từ mircen (13), citronellal (20) hoặc citronellol (21). Trong trường hợp thứ nhất, gắn kết nhóm ankylamin (tại vị trí vinyl cuối cùng của đoạn dien liên hợp) với mircen (13), chúng ta thu được allylamin (14): 82

Sách không bán – liên hệ [email protected] CH2 CH2 + HNEt2 Me Me (13) mircen Me Me Me CH2NEt2 NEt2 CH2NEt2 H2O ®ång ph©n hãa H+ OH Pd(PPh3)2 OH Me Me Me Me (14) Me Me (15) (16) x/t ®ång ph©n hãa H2O H+, -HNEt2 Me NEt2 H2O/H+ Me Me -HNEt2 CHO Me Me H2O/H+ CHO (19) OH Me Me Me Me (20) citronellal (17) hydroxycitronellal Me MeOH HC OMe OMe (17, 18) (hö¬ng cña l¸ xanh OH vµ hoa linh lan) Me Me (18) dimetylaxetal Sau đó cộng hợp nước vào liên kết kép của đoạn propiliden và trong rượu (15) tạo thành, thực hiện chuyển hóa nhóm allylamin thành nhóm enamin dưới tác dụng của chất xúc tác triphenylphotphin paladi (II). Sau đó, sản phẩm enamin (16) thu được bị thủy phân cùng 83

Sách không bán – liên hệ [email protected] với sự tách nhóm ankylamin khi có mặt HCl. Trong thời gian gần đây, đã có những phương pháp sử dụng xúc tác quang học để chuyển hóa allylamin (15) thành các diastereomer (16), điều này cho phép sản xuất laurinal với mùi hương linh lan tinh khiết (xem chương 3.2.1). Phương pháp khác là chuyển hóa dien (14) thành hidroxycitronellal (17) có thể thông qua enamin (19) và citronellal (20). Trong trường hợp sử dụng với vai trò là chất ban đầu – dẫn xuất citronellol (21), trước tiên được hidro hóa thành sản phẩm trung gian 1,7-diol, sau đó được dehidro hóa trên chất xúc tác đồng: Trong một phương pháp dựa trên cơ sở hợp nước citronellal (20) thành laurinal (17), có thể bảo vệ nhóm andehit dưới dạng imin (22) hay dẫn xuất bisulfua, việc này cho phép tăng hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm (17) một cách đáng kể. 2.3.2. Ankenal. Citronellal với mùi hương chanh. Dầu citronellal chemotype Từ những andehit có cấu tạo mạch thẳng chỉ andehit hexen-2-al (4) có giá trị thực tiễn với mùi hương lá (xanh) tươi cùng một chút tông mùi hương táo. Dẫn xuất 2-trans-2- hexenal-1 có trong lá của nhiều loài cây và vì thế mà nó còn có tên gọi là andehit “lá xanh”. Hợp chất này được sử dụng chủ yếu làm thành phần tạo mùi của hương liệu. Andehit (4) được tổng hợp theo sơ đồ phản ứng sau. Trước tiên, bằng tương tác giữa n-butirylclorua (1) với axetilen ở nhiệt độ 0 – 50C, chúng ta tổng hợp propyl-β- clorovinylxeton (2). Ở giai đoạn hai của quá trình tổng hợp (nhóm clorovinyl trong xeton (2)) bị chuyển hóa thành nhóm dimetyloxy dưới tác dụng của hỗn hợp NaOH/MeOH khi làm lạnh. Trong dẫn xuất 3-oxo-hexan-1-al (3) thu được, nhóm chức andehit được hình thành dưới dạng nhóm O,O-dimetylaxetal. Sau đó nhóm xeton của oxoaxetal (3) bị khử bằng phức hydrua kim loại thành nhóm chức rượu. Ở giai đoạn kết thúc, thực hiện quá trình loại nước và đồng thời gỡ bỏ các nhóm bảo vệ. Cả hai phản ứng đều xảy ra với sự có mặt của axít sulfuric 10%, khi tiến hành chưng cất cuốn hơi nước sẽ thu được sản phẩm cần thiết. 84

Sách không bán – liên hệ [email protected] O O C NaOH/MeOH Me C + CH CH Me (2) Cl -10oC, -NaCl Cl AlCl3, CCl4 O (1) C O OMe Me H 1. LiAlH4; (4) andehit l¸ xanh C (mï i hö¬ng cña l¸ c©y tö¬i) Me OMe 2. H2SO4, , (3) - H2O, -MeOH Trong một sơ đồ khác, quá trình điều chế andehit thơm (4) được xuất phát từ butanal (5) và ête của rượu ethenol (6). Sản phẩm nhận được từ chúng theo phản ứng Princ là dẫn xuất 1,3-dioxan (7) bị thủy phân cho sản phẩm andehit mong muốn. Bằng quá trình khử hóa có chọn lọc citral (8) (phương pháp tổng hợp chất này tại phần 2.3.3) thu được một andehit thơm có mạch cacbon phân nhánh - citronellal (9) – có mùi hương chanh rất quan trọng đối với công nghiệp mỹ phẩm, sản xuất hương liệu, công nghiệp thực phẩm. Hợp chất này được tổng hợp bằng phương pháp ôxy hóa nhóm hidroxymetyl của citronellol (10) thành andehit nhờ piridinium cromat trong CH2Cl2 ở điều kiện êm dịu. Theo phương pháp khác, sự oxy hóa tách loại hidro được tiến hành ở pha khí bởi ôxy, khi nung nóng với sự có mặt của đồng: Quá trình tổng hợp bất đối xứng (R)-citronellal - một sản phẩm trung gian trong việc tổng hợp (-)-mentol, xuất phát từ mircen, với việc sử dụng các phức xúc tác quang học mới nhất trên cơ sở rhodi, được xem xét ở phần 3.2.1. 85

Sách không bán – liên hệ [email protected] Citronellal (9) có trong tinh dầu khuynh diệp (đến 85%), tinh dầu chanh và các loại tinh dầu khác, từ đó có thể tách được nó dưới dạng dẫn xuất bisulfua. Trong tinh dầu được gọi là khuynh diệp-chanh (Eucalyptus citriodora H.,) thành phần chính (đến 89%) là citronellal (9), đứng thứ hai về khối lượng là citronellol (10). Loại tinh dầu này có hương chanh tươi mát lẫn một chút tông balsam. Giá thành của tinh dầu citronell không cao (5 – 7 đô la Mỹ cho 1 kg), với hàm lượng chủ yếu là citronellal (đến 45%) và citronellol (tới 15%), geraniol và geranyl-axetat (với tổng số đến 33%) cho phép sử dụng nó dưới dạng chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các chất tẩy rửa tổng hợp, cũng như các sản phẩm hóa chất gia dụng khác. Từ tinh dầu này, có thể tách được các citronellal và geraniol tinh khiết. Bản thân tinh dầu được chiết từ thảo mộc Cymbopogon winterianus J. hay nardus R., được trồng chủ yếu ở Đài Loan, Việt Nam, Srilanca và một số nước Nam Á. Tinh dầu được tách ra khi cất cuốn hơi nước đạt hiệu suất khoảng 1%. Ứng dụng hương trị liệu của tinh dầu citronellol làm sảng khoái, tăng cường trương lực và có tác dụng kích thích tốt. Nó được chỉ định để điều trị các vết thương, cũng như khi bị ung nhọt và eczêma. Có ứng dụng thực tế rất quan trọng đối với ngành công nghiệp mỹ phẩm là các andehit chưa bão hòa (11, 12), các andehit này có mạch cacbon phân nhánh và có hương thơm thảo mộc. 2,2,5-Trimetylhex-4-en-1-al (11) và đồng đẳng của nó (12) được tổng hợp bằng phương pháp ngưng tụ 3-hidroxy-3-metylbut-1-en (13) với 2-metylpropanal (14) hoặc với andehit (15) (R1 = Et, R2 = n-Bu). Phản ứng được xúc tác bởi axít n-toluelsulfonic: 86

Sách không bán – liên hệ [email protected] Vẫn còn một hương liệu đại diện cho nhóm ankenal, chưa gặp trong tự nhiên - adoxal (18) là một hợp phần của hương liệu mỹ phẩm, bởi vì nó có mùi hương hoa dễ chịu và bền. Hợp chất (18) được tổng hợp qua 2 giai đoạn từ tetrahidro-psevdo-ionon (16) rồi sau đó được ngưng tụ theo phản ứng Darzen với etylcloroaxetat thành oxiran (17). Oxiran (17) bị chuyển hóa trong điều kiện phản ứng liên hoàn, thủy phân, decacboxyl và phản ứng mở vòng tạo thành andehit cần thiết. 2.3.3. Andehit với hai liên kết bội trở lên. Citral với hương chanh. Tinh dầu chemotype citral Hương thơm cơ bản của quả chanh được xác định bởi citral (3,7-dimetylacta-2,6- dien-1-al). Dưới tên gọi “citral” có thể hiểu đó là hỗn hợp của hai đồng phân andehit thuộc họ monotecpenoit (C10) – trans-geranial với cis-neral (1). Hỗn hợp các chất thơm này (hoặc geranial tinh khiết) được sử dụng như phụ gia thực phẩm và hoặc thành phần của mỹ phẩm. Đã xác định được rằng, citral cũng có tác dụng diệt khuẩn và chống tăng huyết áp. Tổng sản lượng hàng năm của hợp chất này khá lớn - hơn 10 ngàn tấn, điều đó chỉ ra tầm quan trọng 87

Sách không bán – liên hệ [email protected] của sản phẩm này trong công nghiệp mỹ phẩm và hương liệu. Citral có mặt với số lượng đáng kể trong tinh dầu sả chanh (đến 85%), tinh dầu chanh …, từ đó nó được tách ra dưới dạng tinh thể của sulfua hay là natri hidrosulfua, được tạo thành nhờ phản ứng cộng hợp nucleophin vào vị trí cacbonyl. Sản phẩm cộng hợp dạng bisulfua được nung nóng với dung dịch soda hay với NaOH cho phép dễ dàng tái tạo lại citral tinh khiết (tới 90% - dạng trans- isomer geranial, 1): Số lượng đáng kể citral được điều chế bằng phương pháp oxy hóa dầu rau mùi. Khi ôxy hóa dầu rau mùi bằng natri bicromat trong môi trường có axít, hợp chất linalool có trong đó bị đồng phân hóa thành geraniol và sau đó bị dehidro hóa thành đồng phân citral, được phân tách từ tinh dầu đã oxy hóa dưới dạng dẫn xuất bisulfat: Trong phương pháp công nghiệp khác, citral (1) được sản xuất bằng phương pháp oxy hóa hỗn hợp nerol và geraniol, các hợp chất được điều chế từ β-pinen (xem phần 2.2.4.1). Hỗn hợp này được ôxy hóa khi nung nóng ở pha khí trên xúc tác đồng, tạo thành hỗn hợp đồng phân hình học của citral. Theo một phương pháp công nghiệp khác, citral được tổng hợp theo sơ đồ dưới đây, xuất phát bằng phản ứng Princ giữa 2-metylpropen và fomandehit: 88

Sách không bán – liên hệ [email protected] 3-Metylbuten-3-ol-1 (2) trong các quá trình đồng phân hóa với xúc tác axít chuyển hóa thành 3-metylbuten-2-ol-1 (3), và dẫn xuất này bị hidro hóa khi nung nóng trên xúc tác đồng ta được dẫn xuất butenal (4). Ở bước thứ 4, thực hiện quá trình axetal hóa andehit (4) bằng rượu (3), khi đó axetal (5) thu được sẽ bị phân hủy nhiệt tại một liên kết C – O. Trong quá trình này sẽ hình thành ête (6), dẫn xuất bị chuyển vị theo cơ chế Claisen thành andehit chưa bão hòa (7). Tại giai đoạn cuối cùng, xảy ra quá trình chuyển vị - tạo vòng điện tử theo Cope của andehit (7) (qua trạng thái trung gian A), kết quả cuối cùng của quá trình là một sản phẩm cần thiết (1), bền với tác động nhiệt. Citral được tách ở quy mô công nghiệp từ dầu thu được bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước những trái thuộc họ cây nguyệt quế (Litsea cubeba P.). Dầu chứa đến 81% citral (2/3 geranial) và có mùi hương chanh, điều đó cho phép sử dụng nó như là chất tạo 89

Sách không bán – liên hệ [email protected] mùi cho xà phòng và các loại hàng hóa gia dụng khác. Một tấn dầu thơm này có giá trị vào khoảng 20.000 đô la và được sản xuất với khối lượng ngàn tấn mỗi năm tại Trung Quốc và In-đô-nê-xi-a. Sản lượng tinh dầu sả chanh (dầu cỏ chanh Cymbopogon flexuosus S.) thường vào khoảng hơn 2 nghìn tấn một năm (với trị giá 20.000 đôla/1 tấn). Nhu cầu lớn như vậy vì vitamin A có thể được sản xuất từ citral, có chứa đến 85% trong tinh dầu tự nhiên (về cơ bản là đồng phân E-geranial, còn đồng phân Z-neral chỉ có 3%). Tinh dầu thu được trong quá trình cất cuốn hơi nước thảo mộc mới thu hoạch với hiệu suất đến 0,7%. Nó có mùi hương chanh mạnh và được sử dụng làm chất tạo mùi cho nhiều sản phẩm gia dụng. Loại tinh dầu này có tác dụng kháng khuẩn và được sử dụng trong ngành hương trị liệu để chữa các bệnh đường hô hấp. Đã có những công bố về hiệu quả khả quan trong điều trị các bệnh nấm da. Nhiều andehit thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng hay ngay cả các xeton với nhiều hơn hai mối liên kết bội và trong thành phần có từ 9 – 15 nguyên tử cacbon đều có hương thơm dễ chịu. Biết rằng, rễ của cây thủy xương bồ (Acorus calamus L.) đã được sử dụng từ thế kỷ thứ II trước công nguyên tại Ai Cập để xông hương trong các đền thờ. Chúng được dùng để sản xuất hương liệu và thuốc sáp bôi. Vào thời điểm đó vẫn còn chưa biết rằng những chất thơm chủ yếu trong rễ cây và trong tinh dầu thực vật thuộc họ thủy xương bồ là Z,Z-alkadienal C9 – C11 (8) với hàm lượng không lớn. Ngày nay, tinh dầu thực vật thủy xương bồ được bổ sung thêm với lượng rất nhỏ vào các loại rượu mùi, thuốc lá và hóa mỹ phẩm như nước hoa, eau de cologne và xà phòng, còn giá trị của nó trong hương trị liệu pháp là tác dụng an thần và nâng cao trương lực. Từ linalool và metylpropanal tổng hợp được chất thơm ejenal (9) và phụ thuộc vào mối tương quan của đồng phân cis : trans mà hoạt chất này thể hiện mùi thơm của hoa hay lá xanh tươi: 90

Sách không bán – liên hệ [email protected] Trong số ít những xeton mang mùi thơm có ứng dụng quan trọng trong thực tế có thể kể đến geranylaxeton (10). Hợp chất này có mặt trong nhiều loại tinh dầu và hoa quả và có ý nghĩa rất thực tế với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và là cấu phần tạo hương thơm trong mỹ phẩm bởi nó có mùi thơm rất bền của lá xanh với chút tông của hương hoa hồng. Quá trình tổng hợp geranylaxeton (như một sản phẩm trung gian được xem xét ở phần 2.2.5). Trong phần cuối, chúng ta hãy xem xét một trong những sơ đồ tổng hợp andehit thuộc dãy hidrocacbon mạch thẳng là sinesal, bao gồm 4 mối liên kết bội (các đồng phân 2Z và 2E-sinesal là chất tạo mùi hương trong trái cam). Trước tiên, theo phản ứng Manich và phản ứng Wittig thu được vinylxeton (11) và dienbromua (12). Bromua (12) sau đó được kết hợp với enolat (13) tạo thành trien xeton (14). Tiếp theo, tiến hành quá trình kéo dài mạch cacbon bằng phản ứng giữa xeton (14) với hợp chất Grignard (vinylmagie bromua). Rượu (15) nhận được bị brom hóa bằng photphotribromua. Khi đó, xảy ra quá trình dịch chuyển liên kết đôi và nguyên tử brom xuất hiện ở nhóm metilen. Giai đoạn tiếp theo là quá trình tạo muối bậc bốn (16), sau đó qua dẫn xuất ylide trung gian (17) dưới tác dụng của kiềm mạnh chuyển vị thành nitrilamin (18) (chuyển vị [3.2]-sigma). Thủy phân (18) trong môi trường rượu cho andehit (19). Tại giai đoạn cuối cùng, hợp chất (19) bị chuyển vị dưới 91

Sách không bán – liên hệ [email protected] tác dụng nhiệt (1500C) khi có mặt K2CO3. Quá trình chuyển vị [3.3]-sigma xảy ra theo cơ chế Cope thông qua trạng thái bán vòng trung gian (19A): Me 1. CH2O/Me2NH; Me Me O O O Me 2. Mel Me3N OH, , -NMe3, -HI H2C I (11) 1. OH; NaO Me CH2Br Me (12) 2. H+, -H2O; Me Ph3P CHCH2Br H2C -Ph3PO 3. Na H2C (13) -NaBr O CH2 HO Me Me BrMg Me CH2 -MgBrOH H2C Me H2C Me CH2 (14) Me Me (15) 1. PBr3 CH2 N CH2CN 2. Me2N CH2 CN Me Br -PBr2OH Me tret-BuOK, -HBr CH2 (16) Me CH2 N(Me)2 CH2 CH2 CHNH2 O CN H+/H2O Me C Me N(Me)2 -NMe2,-CN H CH2 Me CH2 Me Me Me CH2 (18) Me Me CHO CHO , K2CO3 Me Me CH2 Me (20) hö¬ng liÖu sinesal CH2 CH2 (19A) Butan-2,3-dion (dimetylglyoxal, diaxetyl, 23) được sử dụng trong công nghiệp sản xuất nước hoa, mỹ phẩm và thực phẩm. Hợp chất có mùi thơm bơ (nấu chảy). Diaxetyl (23) có trong bơ, mỡ bò và được tạo thành khi rang cà phê hay hút thuốc lá. Điều chế diaxetyl 92

Sách không bán – liên hệ [email protected] (23) chủ yếu từ 2-butanon (21) có thể bằng quá trình oxim hóa và thủy phân oxim (22), hoặc oxy hóa trực tiếp butanon (21) trong điều kiện êm dịu. Một phương pháp lựa chọn khác là phản ứng cộng hợp nước vào diaxetilen (24) thành dixeton (23), hoặc còn có thể dehidro hóa hợp chất butan-2,3-diol (25) trên xúc tác đồng hoặc diôxít mangan. MeCH CMe NaNO2/HCl O H2O/H+ O O2 (21) -NH2OH MeC CMe 2 MeC CMe O O NOH (22) (23) -H2 (21) diacetyl CH C C CH HgSO4/H2O/H2SO4 (24) OH MeCH CHMe OH (25) Ngoài ra, đã phát triển một phương pháp tổng hợp 3 giai đoạn hợp chất diaxetyl (23) trên cơ sở axeton và fomandehit. Me2CO + CH2O O CH2 H2O2 MeCCH -H2O (26) O OO ZnCl2 Me C C Me MeC CH CH2 O (23) (27) Bằng phản ứng ngưng tụ giữa axeton và fomandehit theo cơ chế aldol-croton tổng hợp được metylvinylxeton (26). Hợp chất này, sau đó, bị oxy hóa bằng H2O2 thành axetyloxiran (27), tiếp theo dễ dàng đồng phân hóa khi có mặt chất xúc tác kẽm clorua cho sản phẩm cuối cùng (23). 2.4. Dẫn xuất của các axít béo Các axít béo tự do không được sử dụng làm thành phần hương liệu vì mùi vị chua gay gắt của chúng. Nhưng các este của chúng lại có hương thơm hoa quả dễ chịu và vì vậy các dẫn xuất este này có được ứng dụng rộng rãi. Từ các dẫn xuất khác của axít béo chỉ tách được hai nitril (1) và (2) được sử dụng rất phần phổ biến làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng cũng như chất thành phần tạo mùi của mỹ phẩm. Các nitril của các axít không bão hòa – 3,7-dimetylocthen-6 (citronellonitril, 1) và 3,7-dimetylocthadien-2,6 (hỗn hợp đồng phân cis- và trans- geranonitril, 2) được sản xuất bằng phương pháp dehidro hóa các oxim 93

Sách không bán – liên hệ [email protected] tương ứng của citronellal hoặc của citral. Ví dụ, nung nóng oxim (3) trong anhiđrit của axít axetic chúng ta thu được geranonitril (2): 2.4.1. Este của axít đơn chức với rượu đơn chức có số nguyên tử cacbon thấp mang mùi hương thơm hoa quả đặc trưng Este của axít và rượu phổ biến rộng rãi trong tự nhiên. Este của những axít đơn giản nhất là thành phần của nhiều loại tinh dầu thực vật và nhờ vào hương thơm hoa quả dễ chịu mà chúng được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm và thực phẩm. Mùi hương của các loại thực vật – của lá, hoa, quả, hạt, vỏ … thường được tạo nên bởi nhóm chất tạo hương (flavor). Trong thành phần của nhóm chất “tạo hương - flavor” này có thể có hàng chục, đôi khi hàng trăm hợp chất. Tuy nhiên, đôi khi một tông (tone) chủ yếu của hương thơm được xác định bởi một hoặc hai chất. Trong bảng 2.1 đã dẫn ra các ví dụ các este của các axít hữu cơ được sử dụng để sản xuất nước hoa, eau de cologne, nước vệ sinh, và làm chất tạo mùi cho xà phòng và các sản phẩm mỹ phẩm khác hoặc với vai trò là chất phụ gia thực phẩm để sản xuất đồ uống, nước hoa quả có ga, nước trái cây ép, caramen ... Một số ête dễ bay hơi được sử dụng như dung môi hữu cơ. 94

Sách không bán – liên hệ [email protected] Bảng 2.1 Các chất thơm (1-20) là este của axít và rượu đơn giản đơn chức No Công thức Tên gọi Mùi hương hợp chất Fomiat Trái cây, táo 1 Trái cây 2 HCOOMe1 Metylfomiat Mận 3 Trái cây 4 HCOOEt1 Etylfomiat Trái cây 5 HCOOCH2CH2CHMe21 Isoamylfomiat “ 6 HCOOCH2CH2CH=CHEt1,2 cis-hexen-3-yl-1- fomiat “ 7 “ 8 Axetat 9 Trái cây, lê 10 MeCOOEt1 Etylaxetat “ 11 MeCOOPr1 n-propylaxetat Trái cây, lá xanh MeCOO(CH2)3Me1 n-butylaxetat MeCOOCH2CHMe21 Isobutylaxetat Trái cây Isoamylaxetat Bergamot, mơ, MeCOOCH2CH2CHMe21 n-hexylaxetat mận cis-hexen-3-yl-1-axetat MeCOO(CH2)5Me1,2 Táo MeCOOCH2CH2CH=CHEt1,2 Dứa Trái cây Propionat Mận, lê Hoa quả 12 MeCH2COO(CH2)3Me1,2 Butylpropionat Trái cây Trái cây, táo 13 MeCH2COOCH2CH2CHMe2 Isoamylpropionat Butyrat 14 MeCH2CH2COOMe1 Metylbutirat 15 MeCH2CH2COOEt1,2 Etylbutirat 16 MeCH2CH2COO(CH2)3Me1 n-Butylbutirat 17 MeCH2CH2COOCH2CH2CHMe21 Isoamylbutirat3 18 Me2CHCOO(CH2)8Me2 n-nonylisobutirat 19 Me2CHCH2COOPr1,2 n-propyl(3-metyl)butirat 20 Me2CHCH2COOCH2CH2CHMe21,2 Isoamyl(3-metyl)butirat 1 Phụ gia thực phẩm tạo mùi thơm 2 Thành phần hương liệu mỹ phẩm trang điểm, nước hoa 3 Este 3-Metyl-1-butanol – chất tạo mùi thơm cho xà phòng và các hóa chất tẩy rửa khác Các este điều chế được chủ yếu bằng phương pháp este hóa – phản ứng giữa các axít với rượu trong điều kiện xúc tác axít (H2SO4, sulfocationit) theo sơ đồ sau: 95

Sách không bán – liên hệ [email protected] Phương pháp quan trọng khác tổng hợp các este (đối với các este khó có thể thu được bằng phản ứng este hóa trực tiếp) – là phản ứng este hóa lại, có sử dụng xúc tác kiềm. Ngoài ra, còn sử dụng các cách tiếp cận khác như: tác dụng lên rượu bằng các anhiđrit và bằng cloroanhiđrit của các hữu cơ (với sự có mặt của kiềm); tương tác giữa axít hữu cơ và các olephin (xúc tác axít với áp xuất cao); cacbonyl hóa các rượu khi có mặt olephin (xúc tác là coban- và rheni-cacbonyl). Các este thơm của axít metanoic (axít fomic) (1-4) được sử dụng với vai trò là chất tạo mùi thơm cho xà phòng và chất tạo hương vị cho thực phẩm. Các dẫn xuất này được điều chế bằng các phương pháp khác nhau, được chỉ ra dưới đây: Các ankylaxetat (5-10) và ankylpropionat (12) và (13) được sản xuất với khối lượng lớn (khoảng 1 triệu tấn mỗi năm). Sản lượng lớn nhất trong số đó là etylaxetat (5) được tổng hợp bằng 3 cách – este hóa axít axetic bằng rượu hoặc bằng etilen và bằng tự oxy hóa khử (disproportionation) etanal. Trong trường hợp cuối cùng, phản ứng Tischischenko-Claisen xảy ra khi có mặt nhôm alcoholat. Dường như, trong phức chất trung gian giữa hai phần tử andehit với phân tử chất xúc tác có xảy ra sự chuyển dịch ion hydrua từ một phân tử etanal sang phân tử khác. Sau đó, nhóm axyl MeCO+ vừa tạo thành sẽ cộng hợp theo cơ chế nucleophil với anion EtO- vừa tách ra khỏi xúc tác nhôm, còn vị trí của nó trong xúc tác với nhôm bị chiếm bởi phần tử mới MeCH2O-, tạo thành từ nguyên tử etanal thứ hai: MeCHO Al(OEt)3, O -Al(OEt)3 AcOEt 0oC MeC Et ( ) tinh dÇu chuèi HO Al OEt MeHC O OEt AcOH + EtOH (5) H2SO4, 150oC, 77 atm AcOH + H2C CH2 H2SO4, 100oC (7,54 MPa) 96

Sách không bán – liên hệ [email protected] Axetandehit ban đầu và axít axetic được tổng hợp trên cơ sở cộng hợp nước với axetilen hay ôxy hóa etilen: HC CH H2O MeCHO O2 MeCOOH , x/t x/t H2C CH2 H2O/PdCl2/HCl/O2 120oC, 7 atm, (0,68 MPa) Một lượng chủ yếu các axít etanoic, metanoic và propanoic (hai loại sau được tạo thành với tư cách là sản phẩm phụ) được điều chế bằng phương pháp ôxy hóa benzen: Axít propanoic cũng được điều chế bằng phương pháp hidroxycacbonyl hóa ethen. Butylaxetat (7, 8), thường sử dụng để tạo ra các thành phần hương liệu và với vai trò là các phụ gia hương vị cho thực phẩm, được tổng hợp với hiệu suất cao trong hệ thống cột hoạt động liên tục khi nung nóng hỗn hợp AcOH/BuOH/H2SO4. Các este được phân tách bằng cách phương pháp chưng cất đẳng phí và được rửa bằng nước để loại bỏ rượu không phản ứng: Trong quá trình tổng hợp chất làm thơm (9) có sử dụng 3-metyl-1-butanol (rượu isoamyloic, 21). Nó được tách từ dầu rượu tạp và tổng hợp theo các phương pháp công nghệ như: hidrocacbonyl hóa 2-metylpropen hoặc clo hóa 2-metylbutan và thủy phân hỗn hợp cloropentan và tiến hành tinh cất hỗn hợp rượu amyloic thu được: 97

Sách không bán – liên hệ [email protected] Các este của axít butanoic với các rượu đơn giản (tạo các dẫn xuất butanoat, 14-17), có hương thơm hoa quả dễ chịu, được tổng hợp theo sơ dưới đây. Axít butanoic được sản xuất bằng phương pháp ôxy hóa n-butanol hoặc butanal, những hợp chất này lại được tổng hợp bằng các phản ứng hidroxycacbonyl hóa propylen hoặc bằng một số phương pháp khác: CO/H2 Me O O O2 Me CH2OH O2 H2/Cu, O 100oC, Me OH Me H H 10 atm (0,98 MPa), ROH H2, x/t O x/t O MeCH CH2 Me H Me OR 1. OH; 2. H+, -H2O (14-17) butanoat MeCHO Trong công nghiệp hương liệu cũng sử dụng một loạt các este không có nguồn gốc tự nhiên, ví dụ như este được tổng hợp từ axít hexanoic và n-hexanol-1, dẫn xuất có mùi thảo mộc dễ chịu (tươi mát). 2.4.2. Geranyl-, Linalyl- và citronellylankaloat với các mùi hương hoa quả Trong số các hương liệu, về cơ bản là các este của axít hữu cơ với rượu thuộc dãy monotecpenoit (quá trình tổng hợp những rượu này đã được xem xét ở chương 2.2.4). Citronellylfomiat (1), -axetat (2) và –etyloxalat (3) được sử dụng làm thành phần hương liệu cũng như làm chất phụ gia tạo mùi thơm cho thực phẩm. Ankanoat geraniol - các hợp chất thiên nhiên (4-7), cũng đã được sử dụng để tạo làm thành phần hương liệu và đóng vai trò là các chất phụ gia thực phẩm tạo hương thơm. 98

Sách không bán – liên hệ [email protected] Các đồng phân hình học của ankanoat (8-11) – là các este của linalool với các axít hữu cơ (có số C thấp), đã tìm được sự ứng dụng với vai trò là các chất tạo mùi thơm cho xà phòng, mỹ phẩm và hương liệu. Fomiat (8) và axetat (9) tạo thực phẩm có mùi thơm của hoa quả và của rau mùi. Chúng có trong nhiều loại tinh dầu dạng linalyl chemotype. Dưới đây xem xét một số hợp chất thuộc nhóm này: Me O ( ) R = H, linalylfomiat OCR (mï i tr¸ i c©y) ( ) R = Me, linalylaxetat Me Me (mï i hoa linh lan vµ rau mï i) (8-11) linalylankanoat ( ) R = Et, linalylpropionat (mï i hö¬ng linh lan vµ chanh xanh (bergamote)) ( ) R = i-Bu, linalylisobutirat (hö¬ng tr¸ i c©y) Tinh dầu đan sâm-nhục đầu khấu có chứa đựng đến 73% linolylaxetat (9). Nó được tổng hợp bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước cụm hoa (Salva sclarea L.) và được sử dụng trong ngành công nghiệp hương liệu và hương trị liệu. Hợp chất này có tác dụng làm giảm huyết áp, giảm căng thẳng thần kinh, ngăn ngừa rụng tóc. Tinh dầu có mùi thơm đặc trưng dễ chịu nhờ sự có mặt của axetat (9) và linalool (đến 17%) và còn tông mùi long diên hương là do lượng vết ambroxide (12) có trong đó. Trong tinh dầu hồi (Pettigrain) hàm lượng linalylaxetat đạt đến 62%. Tinh dầu này được tổng hợp bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ lá và cành của cây cam đắng 99

Sách không bán – liên hệ [email protected] (Citrus aurantium L. amara). Nước cung cấp chủ yếu loại tinh dầu này là Pa-ra-goay. Tinh dầu có mùi hương linh lan rất mạnh. Nó được cấu thành từ một số lượng lớn các chất thành phần (hơn 400 chất). Mùi thơm của nó được hình thành chủ yếu là do linalool (đến 34%) và dẫn xuất axetat của nó, cũng như geraniol với nerol và dẫn xuất axetat của chúng với tổng khối lượng lên tới 10%. Tinh dầu pettigrain thể hiện các tác dụng tích cực đối với tình trạng mất ngủ và trạng thái căng thẳng vì vậy nó được sử dụng rộng rãi vào các mục đích hương trị liệu. Trong tinh dầu hoa oải hương (lavender) có tới 38% (-)linalool, còn dẫn xuất axetat của nó đến 48% (phần còn lại thuộc về 300 các hợp chất thành phần khác). Các tính chất về hương trị liệu của tinh dầu được thể hiện thông qua khả năng giảm huyết áp, làm lành vết thương, chữa đau dạ dày và viêm da, giảm stress. Tác dụng chữa bệnh và ứng dụng xông hương của tinh dầu này đã được biết đến từ rất lâu ở các quốc gia Địa Trung Hải từ hơn 2,5 nghìn năm. Tinh dầu oải hương chủ yếu được tách ra với hiệu suất đến 1% bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước từ hoa Lanvandula vera. Giá trị của nó trên thị trường hương liệu là 50 đôla cho 1kg. Theo thành phần hóa học, gần với loại tinh dầu oải hương là tinh dầu được tách ra từ cây Lavandula hybrid R bằng phương pháp chưng cất cuốn hơi nước với khối lượng hơn 1 nghìn tấn mỗi năm. Loại tinh dầu này có chứa lượng camphor (tới 12%) và 1,8-cineol (13), được ứng dụng làm chất tạo mùi thơm cho xà phòng tắm, mỹ phẩm, các chất tẩy rửa tổng hợp và sản phẩm hóa học gia dụng khác. Trong các khóa điều trị theo hương trị liệu, tinh dầu này có tác dụng bình thường hóa các hoạt động của tim, có tác dụng kháng khuẩn khi viêm phế quản, viêm tai, họng, mũi và khi bị hen suyễn; làm dịu các cơn đau khớp, đau cơ và đau răng; kích thích miễn dịch. Từ vỏ các loại cây thuộc họ cây cam quýt dạng Cytrus bergarma, đã tách ép được tinh dầu bergamot (cam hương, bưởi chum) có giá trị trong công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm và trong hương trị liệu (chữa lành vết thương, viêm da, giảm trạng thái căng 100