Методические указания. Под душистыми веществами обычно понимают приятно пахнущие органические вещества

Под душистыми веществами обычно понимают приятно пахнущие органические вещества. С точки зрения химической - разницы нет. Но если наука изучает вообще пахнущие вещества, то промышленность (и в первую очередь парфюмерную) интересуют в основном душистые вещества. Правда, здесь трудно провести четкую границу. Знаменитый мускус — основа основ парфюмерии — сам по себе пахнет резко, даже неприятно, но, добавленный в ничтожных количествах в духи, усиливает, улучшает их запах. Индол обладает фекальным запахом, а разведенный — в духах "Белая сирень" — таких ассоциаций не вызывает.

индонол

Кстати, душистые вещества отличаются не только запахом, все они обладают также и физиологическим действием: некоторые через органы обоняния на центральную нервную систему, другие при введении внутрь. Например, цитраль — вещество с приятным лимонным запахом, употребляемое в парфюмерии, является также сосудорасширяющим средством и используется при гипертонии и глаукоме.

Многие душистые вещества обладают и антисептическим действием: ветка черемухи, помещенная под колпак с болотной водой, через 30 минут уничтожает все микроорганизмы.

Всякое деление веществ по запаху не очень строго: оно основывается на наших субъективных ощущениях. И часто то, что нравится одному, не нравится другому. Пока еще невозможно сколько-нибудь объективно оценить, выразить запах вещества,

Его обычно с чем-нибудь сравнивают, скажем, с запахом фиалки, апельсина, розы. Наука накопила много эмпирических данных, связывающих запах со строением молекул. Некоторые авторы приводят до 50 и более таких "мостиков" между строением и запахом. Несомненным является тот факт, что душистые вещества, как правило, содержат одну из так называемых функциональных групп: карбонильную —С—ОН, карбонильную >С=О, сложноэфирную и некоторые другие.

Сложные эфиры обладают обычно фруктовым или фруктово-цветочным запахом, это делает их незаменимыми в пищевой промышленности. Ведь они придают многим кондитерским изделиям и безалкогольным напиткам запах фруктов. Не обошли своим вниманием сложные эфиры и парфюмерную промышленность: нет практически ни одной композиции, куда бы они не входили.

На первый взгляд может показаться, что чем больше в молекуле функциональных групп, тем лучше или сильнее она пахнет. Как раз часто бывает наоборот. Для соединений жирного ряда (они содержат цепочки углеродных атомов) накопление разных групп ослабляет запах. Рост числа одинаковых групп "убивает" запах в душистых веществах всех классов.

Большое влияние на запах оказывает величина молекулы. Обычно сходные соединения, принадлежащие к одному гомологическому ряду, пахнут одинаково, но сила запаха уменьшается с увеличением числа атомов. Соединения с 17-18 углеродными атомами, как правило, лишены запаха.

Запах циклических соединений зависит от числа членов кольца. Если их 5-6, вещество пахнет горьким миндалем или ментолом, 6-9 — дает переходный запах, 9-12 — запах камфоры или мяты, 13 — запах смолы или кедра, 14-16 — членов кольца обуславливают запах мускуса или персика, 17-18 — лука, соединения с 18 членами и более либо не пахнут вообще, либо очень слабо.

Зависит сила аромата и от строения углеродной цепи. Например, альдегиды с разветвленной цепью пахнут более сильно и приятно, чем изомерные им альдегиды нормального строения. Это положение хорошо иллюстрируется примером: миристиновый альдегид

пахнет очень слабо, а его изомер

Соединения группы ионона обладают в сильном разведении нежным запахом фиалок. Очевидно, одна из причин этого — две метальные группы, присоединенные к одному углероду в циклогексановом кольце. Вот как выглядит альфаирон, обладающий наиболее тонким фиалковым запахом:

Эти соединения — ценнейшие душистые вещества, широко используемые в парфюмерной промышленности.

Вот еще один "мостик" между строением и запахом. Установлено, что важнейший для всей парфюмерной промышленности мускусный запах имеют соединения ароматического ряда с третичнобутильной группой, например, мускус амбровый:

Третичные атомы углерода могут обусловливать камфорный запах. Им обладают многие третичные спирты жирного ряда, а также гексаметилэтан и метилизобутилкетон:

Замещение атомов водорода на хлор, очевидно, действует так же, как разветвление. Поэтому запах камфары присущ и гексахлорэтану ССI3 — СCI3.

Большое влияние на залах оказывает положение заместителей в молекуле. Эфиры b-нафтола с приятным и сильным запахом широко используются в парфюмерии, а эфиры а-нафтола вообще не пахнут:

метиловый эфир b-нафтола метиловый эфир а-нафтола

Этот же эффект можно наблюдать и у полизамещенных бензолов;

ВАНИЛИН

изованилин

Ванилин — одно из самых известных душистых веществ, а изованилин пахнет подобно фенолу (карболке), да и то при повышенной температуре. Ванилин является искусственным заменителем ванили. Он представляет собой порошок и применяется для приготовления пудингов, кремов, пирогов, печенья. Особенно хорошо сочетается он с творожными и молочно-творожными блюдами и начинками, молочными и молочно-шоколадными напитками и коктейлями. Используют его в приготовлении различных видов сдобного теста, бисквита и всевозможных заготовок для тортов, а также для ароматизации компотов, в которых плоды не имеют своего ярко выраженного аромата. Применяют ванилин также в кондитерской промышленности в качестве ароматической добавки при изготовлении шоколада и различных видов конфет, в которые добавляют порошок какао или глазируют шоколадом.

Часто неприятным запахом вещества обязаны тройной связи. Однако и здесь есть исключение. Фолион (необходимая составная часть многих парфюмерных композиций) — вещество, в котором запах свежей зелени прекрасно уживается с тройной связью:

Основной "поставщик" натуральных душистых веществ с давних времен — эфирные масла. Это сложные по своему составу смеси, образующиеся в специальных клетках и каналах растений. В состав эфирных масел входят различные классы химических соединений: и ароматические, и гетероциклические, но главный, ответственный за запах компонент — терпены. Природные терпены можно рассматривать как вещества, построенные из кирпичей изопрена с общей формулой:

Ментол

Ментол. Кристаллическое вещество с характерным запахом, является главной составной частью мятного масла. Это предельный спирт циклогексанового ряда. Ментол обладает слабым дезинфицирующим действием. Его применяют в медицине и при изготовлении зубной пасты.

С глубокой древности известны людям розовое масло, масло сандалового дерева, мускус. Искусство получения запахов было развито у древних очень высоко: благовония, найденные в гробнице фараона Тутанхамона, сохранили свой аромат до наших дней.

Как ни хороши натуральные душистые вещества, на них нельзя рассчитывать, создавая парфюмерную промьшленность: их слишком мало, и добываются они нелегкой ценой, а некоторые приходится ввозить из-за границы. Поэтому перед химиками встала задача: создать их искусственно.

Красители.

Природные красители, органические соединения, которые вырабатываются живыми организмами и окрашивают животные и растительные клетки и ткани. В основном соединения желтых, коричневых и черных и красных цветов разных оттенков, очень мало синих и фиолетовых, зеленые, как правило, отсутствуют,

Природные красители широко распространены в природе и крайне многообразны. Часто в различных природных источниках встречаются одни и те же или близкие по строению природные красители, поэтому наиболее целесообразно классифицировать их по типам химических соединений.

Алифатические и алициклические красители. Включают каратиноиды, обусловливающие желтую, оранжевую и красную окраски цветов и плодов. С удлинением цепи сопряженных двойных связей окраска углубляется. Среди природных красителей этого ряда - углеводороды, например, ликопин (красный), алюфа-, 6еттакгамма - каротины(фиолетовый); спирты, например, криптоксантин и ксантофил (желтый), зеаксантин (желтовато-красный); кетоны, например, родоксантин (синевато-черный) и астицин (фиолетовый); кето-спирты, например, кантаксантин и астаксантин (красный);альдегиды,альдегидоспирты и др..

Встречаются каротиноиды в растительном и животном мире. Многие из них, например, каротин, обладают высокой физиологической активностью, ретиналь (альдегид, образующийся из витамина А) входит в состав зрительного белка родопсина. К полиенам относится ряд антибиотиков (канацидин, пентамицин, трихомицин и др.), продуцируемых актиномицетами.

Ароматические красители. В основном это гидрокси- и алкокси- замещенные непредельные кетоны: 1)производные коричной и феруловой кислот - 4,4-дигидроксидициннамоияметан (желтый), гидроксициннамоилферулоилметан (оранжевый) и диферулоилметан, или уркумин (оранжево-красный), встречающиеся в корнях куркумы и др.; 2) производные халкона С6Н5СН=СНСОС6Н5 и хинонов, например, лавсон и юглон, выделенные соответственно из листьев хны и из кожуры незрелых грецких орехов, - желтые красители для шерсти и щелка; хризаробин - желтый краситель бразильских видов древесины, эмодинантрон - желтый краситель древесины жостера даурского; гиперицин и псевдогиперицин - темно-фиолетовый и темно-красный красители цветов зверобоя продырявленного, обладающие способностью убивать микроорганизмы и простейшие даже при слабом УФ облучении.

Многие природные красители обладают физиологической активностью,

витамины группы К - противовоспалительным действием. К частично гидрированным ароматичным природным красителям относятся антибиотики группы тетрациклина и хромомицина, окрашенные в желтый цвет. Некоторые из красителей этого ряда все еще применяют для крашения; например, в реставрационных рабо тах используют ализарин - основное красящее вещество краппа, или марены красильной, содержащее также пурпурин - красный краситель, который применяют в гистохимии для выявления Са в замороженных средах, а также как реактив в аналитической химии: картамин - желтый краситель пыльцы цветов сафлора красильного; кармин, выделяемый из кошенили (самок насекомых каюусовая ложнощитовка); и применяемый в пищевой и парфюмерной промышленностях. Действующее начало кармина - карминовая кислота; ее применяют в цитологии.

Наиболее древние природные красители - индиго и пурпур античный. Производные поррола включают три важные группы красителей:

1. Красный пигмент эритроцитов крови гемоглобин - железосодержащий комплекс протопорфирина и белка глобина.

2. Пигменты зеленых частей растений, содержащиеся в хлоропластах наряду с каротиноидами (в соотношении 3:1), сине-зеленый хлорофилл и желто-зеленый хлорофилл, играющие важную роль в процессах фотосинтеза.

3. Желчные пигменты.

Производные птеридина - широко распространенные пигменты, содержащиеся в крыльях бабочек и птиц.

К желирующим веществам относят:

а) пектиновые – соединения, содержащиеся в растительных соках, плодах ягодах, корнеплодах, осаждающиеся спиртом из водных растворов. С сахарами икислотами они образуют студни. Пектиновые кислоты представляют собой гетерополисахариды, состоящие не только из уроновых кислот, но содержащие еще и нейтральные моносахариды: галактозу, рамнозу и арабинозу.

Изучите консерванты пищевых продуктов: бензойную, сорбиновую кислоты, уротропин, низин, тетрациклин по учебнику.

Антиоксиданты – вещества, добавление которых приводит к обрыву цепей окисления веществ. Среди них наибольшее значение имеют соединения фенольной природы: бутилокситолуол, бутилоксианизол, пропилгаллаты. Из природных антиоксидантов важная роль принадлежит токоферолам. Накопление продуктов окисления в жирах приводит к снижению их пищевой ценности, а некоторые из них оказывают вредное воздействие на организм. Поэтому введение антиоксидантов замедляет или преостанавливает процессы окисления жиров и масел.

Классификацию и отдельных представителей антиоксидантов изучите самостоятельно.

Органические заменители сахара: сахарин, пищевой сорбит и ксилит вы рассмотрите в разделе “Углеводы”.

Вопросы для самопроверки:

1. Охарактеризуйте природные пищевые красители: индиго, кармин, куркумин.

2. Охарактеризуйте механизм действия антиоксидантов.

3.Объясните роль представителей пищевых кислот, заменителей сахара, ароматизаторв, пряностей, консервантов в повышении пищевой ценности, улучшения вкуса, усилении аромата, увеличении сроков хранения продуктов.

Методические указания к решению задач.

Задача 1.

Сколько граммов этанола можно получить из 400 г технической глюкозы, содержащей 10% примесей?

Решение:

Записываем уравнение реакции:

C H O 2C H OH + 2CO

1 моль 2 моль

M = 180 г/моль; M = 46 г/моль;

1) определяем массу чистой глюкозы:

ω =100 - ω = 100 - 10 = 90%

ω = ·100%

m = =360 (г);

2) рассматриваем возможный выход этанола:

n = = 2 моль

1 моль C₆H₁₂O₆ - 2 моль С₂Н₅ОН

2 моль C₆H₁₂O₆ - η моль С₂Н₅ОН

n = =4 (моль)

m = M · n =46 г/моль·4 моль=184г.

Задача 2.

Сколько инвертного сахара получится при инверсии 100 кг сахарозы, если выход составляет 90% от теоретически возможного?

Решение:

C H O +H O ;

1 моль 1 моль + 1 моль

2 моль

1) находим теоретически возможный выход инвертного сахара:

M =342 г/моль

M =180 г/моль

n = =0,3·10³ моль

Из 1 моль C H O - 2 моль C H O

Из 0,3·10³ моль - n

m =0,6·10³ моль·180 г/моль=1,08·10³ г

Рассчитываем практический выход инвертного сахара:

ω = ·100%

m = =97, 2·10³ (г)

Задача 3.

Сколько тонн тристеарина можно получить при действии 13,44 м³ водорода на 176,8 триолеина в присутствии никелевого катализатора?

Решение:

СН₂ОСОС₁₇Н₃₃ СН₂ОСОС₁₇Н₃₅

| |

СНОСОС₁₇Н₃₃ + 3Н₂ СНОСОС₁₇Н₃₅

| |

СН₂ОСОС₁₇Н₃₃ СН₂ОСОС₁₇Н₃₅

1 моль 3 моль 1 моль

M = 884 г/моль

M = 890 г/моль

Определяем, какое из исходных веществ находится в недостатке:

n = =0,2·10² (моль)

n = =0,6·10² (моль)

Вещества взяты в эквивалентных соотношениях.

Расчет можно производить по любому из исходных веществ.

Рассчитываем массу образующегося тристеарина:

1 моль триолеина- 1 моль тристеарина

0,2·10² моль триолеина- υ моль тристеарина

n =0,2·10² (моль)

m =0,2·10² моль·890 г/моль=17,8·10 кг

Задача 4.

Определите выход молочной кислоты в процентах, если при брожении 240 г глюкозы образовалось 180 г молочной кислоты.

Решение:

C H O 2 CH – CH – COOH

|

OH

M =180 г/моль

M =90 г/моль

Определяем, сколько теоретически можно получить молочной кислоты из 240 г глюкозы.

n = =1,33 (моль)

Из 1 моль C H O - 2 моль C H O

Из 1,33 моль C H O - n моль C H O

n =2,67(моль)

m =2,67·90=240 (г)

Определяем массовую долю выхода молочной кислоты:

ω = ·100%=60%

Задача 5.

В результате спиртового брожения глюкозы получено 56 л оксида углерода (IV), что составило 74,4% от теоретически возможного выхода. Сколько граммов глюкозы было подвергнуто брожению?

Решение:

C H O 2C H OH + 2CO

1 моль 2 моль 2 моль

Находим, сколько литров составил теоретически возможный выход.

ω = ·100%

V = =67,2 (л)

По уравнению рассчитываем, сколько граммов глюкозы вступило в реакцию.

n = =3 (моль)

Из 1 моль C H O - 2 моль CO

Из n моль C H O - 3 моль СО₂

n = =1,5(моль)

m = n ·M =1,5 моль·180 г/моль=270 (г)

Список используемой литературы:

1. Нечаев А. П. «Органическая химия»: Учебник для учащихся пищевых техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Высш. шк., 1988.

2. Потапов В. М., Татаринчик С. Н. «Органическая химия». – М.: Химия, 1989.

3. Гурецкая В.Л. «Органическая химия». – М.: Высш. школа, 1983.