Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Все они – натуральные соединения, ответственные за узнаваемый аромат цветов, цитрусовых листьев и некоторые другие не менее приятные ноты. Еще к этому же семейству принадлежат ментол и ментон, хотя форма у них совершенно другая. Достаточно будет добавить одну-единственную связь между первым и шестым атомами углерода, чтобы получить циклическую структуру цитронеллола и иже с ним. Форма у этих циклических соединений все равно будет не плоская: лучше всего представить ее себе в виде эдакого удлиненного стульчика. На самом деле мы, химики, так эту структуру и называем: «конформация кресла». Ментол и ментон обладают сильным и безошибочно узнаваемым ароматом мяты – неудивительно, что они входят в летучие соединения, содержащиеся в листьях этого растения. Есть там, однако, и другие соединения: пулегон, пиперитон (чье название произошло от ботанического наименования мяты, Mentha piperita) и другие. Все они делают природный букет разных сортов мяты богаче, сложнее и характернее. Точно так же музыкальная нота обретает глубину и комплексность в сопровождении своих высших гармоник.

В природе встречается бесчисленное количество терпеноидов, и у каждого – свой уникальный ольфакторный профиль, но есть и общие черты. Давайте чуть-чуть модифицируем молекулу ментола и посмотрим, что получится. Если передвинуть – ОН-группу на позицию 8, получится α-терпинеол, интересный одорант с цветочным запахом. Вот вам еще одно свидетельство родства между пахучими веществами с открытой цепочкой (такими как линалоол) и циклическими.

Еще два дериватива, с – SH-группой на том же скелете, пахнут совсем не плохо, как можно было бы предположить по гнилостному запаху малых меркаптанов (см. рис. 3). Р-ментен-8-тиол пахнет грейпфрутом, а если добавить кетоновую группу на позицию 3 этой молекулы, получится типичная интенсивная нота черной смородины. И снова в определении запаха бо́льшую роль играет сама форма молекулы, а не тип ее функциональной группы.

От мяты не так уж далеко до камфары. Эти две ноты вместе присутствуют в запахе некоторых растений. Когда кого-то просят узнать и назвать запах, их даже часто путают между собой. А потому, стоит нам только завернуть за угол, мы окажемся в квартале, населенном очень интересными химическими структурами. Все это выглядит как странные архитектурные эксперименты, но, если приглядеться пристальнее, сразу станет видно, как они на самом деле похожи на ментол и прочие уже изученные нами терпеноиды. Ментон очень легко превратить в изомер камфары (разница будет только в положении карбонильной группы), соединив два атома углерода одной связью. На рисунке 6 ментон показан в конформации «лодочка» – она менее стабильна, чем «стульчик», но более удобна для демонстрации сходства между двумя одорантами.

Рисунок 6. Соединения с камфарным запахом уникальны в своем роде, так как по форме они почти круглые. Саму камфару можно представить как ментон с дополнительной связью между двумя атомами углерода. Другие соединения с камфарным запахом принадлежат к разным химическим классам и обладают на первый взгляд разными структурами. Все они, однако, имеют общие черты с камфарой: средний размер и сферическую форму.

В итоге мы получили почти сферическую молекулу – это видно по пространственной модели. Учитывая такую симметричную структуру, положение функциональной группы (кислород, соединенный с кольцом двойной связью) становится неважным – все точки на поверхности сферы эквивалентны друг другу. Поэтому в природе встречается множество соединений среднего размера (около десяти атомов углерода) и круглой формы с типичным запахом камфары.

Весьма распространенные примеры – цинеол (его еще называют эвкалиптол; это, как явствует из названия, основной ароматический компонент эвкалиптовых листьев) и фенхон; оба они очень близки к камфаре по структуре. А вот что уже более удивительно (но совершенно объяснимо на основании того, что мы с вами уже знаем), так это всякие синтетические химические вещества: не будучи связаны с камфарой, они тем не менее издают очень похожий запах. Таковы, например, адамантан или соединения наподобие триметилпентанола, вообще обладающие открытой цепочкой. Молекула адамантана имеет интересную структуру: если воспроизвести ее в трех измерениях много раз, она образует скелет, где соединенные друг с другом атомы углерода повторяют решетку алмаза. Адамантан можно поворачивать в любом направлении на 90 градусов, и выглядеть он при этом будет одинаково – в точности как кристалл алмаза.

У других натуральных и синтетических веществ общий камфарный характер может включать и другие ноты, как, например, у двух изомеров пинена, α– и β-. Один из них показан на рисунке 6, другой отличается от него только положением двойной связи. Запах таких соединений описывается как «скипидарный»: эта нота похожа на камфарную, но не идентична ей. Эти два пинена – редкие примеры углеводородов с приятным узнаваемым запахом. Название химикатов выдает их происхождение – сосновую смолу, основными ингредиентами которой оба и являются, отвечая за свежий аромат соснового бора.

Еще одна странная с виду молекула – туйон, содержащий необычное и характерное кольцо из трех элементов, посаженное на уже знакомый нам ментоновый скелет. Туйон – основной ароматический компонент шалфея: он хорошо пахнет, но при этом ядовит – хотя и не в тех малых дозах, которые добавляют аромата мясу и прочей гастрономии.

А тем временем мы покидаем сад с цветочными терпенами и неторопливо продвигаемся в сторону главного городского рынка, где нас окутывает свежий аромат трав: мятные ментол и пиперитон, камфарный розмарин, туйоновый шалфей. Прежде чем уйти от травяного прилавка, давайте приглядимся повнимательнее к молекуле ментола.

Не довольствуясь пухлой, почти сферической структурой с камфарным запахом, мы можем попробовать сплющить шесть углеродов кольца, сделав композицию плоской, одномерной – и превратив ее в то, что химики называют ароматическим соединением. Вещества, о которых мы уже говорили раньше в этой главе, представляют собой производные бензола (или других сходных с ним колец) – плоские и отвечающие ряду других структурных требований. Сам термин «ароматический» свидетельствует об их происхождении. Соединения, придающие аромат специям, жареному мясу, жареной картошке и большинству других прошедших термическую обработку блюд, являются ароматическими в химическом смысле слова именно потому, что они родственны бензолу, однако термин в чистом виде указывает, что они в большинстве своем еще и приятно пахнут.

Уплощенный ментол превращается в тимол: эту молекулу можно рассматривать как связующее звено между травами (производными терпена) и специями (ароматическими молекулами). Название «тимол» происходит от тимьяна: аромат этой травы состоит почти исключительно из него.

Тимол принадлежит к классу фенолов: это соединения, у которых гидроксильная группа связана непосредственно с бензольным кольцом. Химические свойства этой группы – ОН совсем не такие, как у алкогольной группы того же ментола. Фенолы более кислые, чем спирты, лучше растворяются в воде и легко вступают в реакцию со многими соединениями. Особенно охотно они окисляются, и некоторые их производные, как натуральные, так и синтетические, используются как акцепторы свободных радикалов. Многие пищевые продукты очень богаты фенолами.