المواد الخام: طريق طويل من المختبر إلى زجاجات العطور

أول المواد العطرية التي تم تركيبها عضويا والتي ظهرت على رفوف الكيميائيين في القرن التاسع عشر غيرت وجه صناعة العطور مرة واحدة وإلى الأبد. في ذلك الوقت كان من المهم أن نسعى بجد لنسخ الطبيعة الأم وخلق مركبات “مطابقة للطبيعة”(مثل الفانيلين والكومارين والبينزالدهيد و الهيليوتروبين والإيونات وغيرها)، ولكن مع مطلع القرن، شهدت أول المواد التي صنعها الإنسان النور، وهذه المواد لا يمكن العثور عليها في العالم الحقيقي، أو خارج المختبر.

Vanilla & Vanillin

إن التقدم اللاحق في العلوم الكيميائية كان البشري للعديد من المواد العطرة الجديدة في مختبرات البحوث، ويقدر الآن عددهم بالآلاف. يواصل الكيميائيون العمل بلا هوادة، ولديهم أسبابهم خاصة. ويبدو أننا قد اخترعنا بالفعل كل شيء يمكن للمرء أن يحتاج اليه في نمذجة كل صورة شمية وعطرية يمكننا أن نتصورها، ولكن لا يزال – ما هو مصدر الإلهام للجزيئات الجديدة؟

ويمكن للمادة الجديدة أن تجد تطبيقات صناعية عندما تتناسب مع مقياس بروكروستيان لمعيار واحد على الأقل من المعايير التالية:

أولا، عندما يكون من الواضح أنها أرخص بكثير من سابقتها. هذا يتعلق بتطوير طرق بديلة للتوليف لأن هذا الإجراء لا طائل منه للمقارنة بين اثنين من مواد مختلفة: لا يوجد اثنين من المواد ذو رائحة متطابقة.

علي سبيل المثال الفانيلين: البروتوكولات الأولىة للتصنيع سمحت لنا بالحصول على منتج يكلف تقريبا نفس قدر المستخلص الطبيعي، ولكن تم اختراع طرق جديدة وفي الوقت الحاضر البدائل الاصطناعية للفانيلين غير مكلفة نهائيا (فقط قم بزيارة متجر البقالة القريب منك).

وثانيا، يفضل عادة أن تكون المادة يسهل إنتاجها (على سبيل المثال، المادة التي تتطلب خطوات إنتاج أقل ويكون العائد والناتج أعلى لتقليص النفقات الإضافية من الآلات والمواد الكيميائية التفاعلية، وما إلى ذلك).

flasks of colored liquid

ثالثا، يفضل المرء بالتأكيد المادة التي تحتوي على رائحة أكثر كثافة: على سبيل المثال، رائحة إيثيل فانيلين الاصطناعية مشبعة أربعة أضعاف من رائحة الفانيلين “العضوية” (على الرغم من أن الرائحة مختلفة بشكل ما، وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع).

وأود أن أشير أيضا إلى أن البحث في مجال المركبات العطرة عالية الكثافة هو مهمة ذات أولوية قصوى لدار سيمريز، وهي علامة تجارية ومؤسسه ألمانية لتصنيع النكهات والعطور. نفس الشيء صالح للتوليف وطرق الإنتاج الأخرى التي تسمح لنا بخلق خليط مخصب وأكثر ثباتا (على سبيل المثال، مقارنة جزئ هيديون “المعتاد”، هيديون اتش سي، و باراديسون). العطار دائما ما يكون أسعد بالعمل مع مكونات أكثر استقرارا وقوة ثبات أعلي، وهذا هو السبب في تطوير مواد جديدة “أكثر ثباتا” هسبريديك، خضراء، وزهرية، التي تعتبر عادة الأكثر تقلبا، وهو واحد من التحديات الرئيسية للكيميائيين المعاصرين في مجال المواد الإصطناعية وهؤلاء الذين يعملون مع الروائح.

رابعا، إن مسألة السلامة مهمة أيضا. وفي المختبر ومراحل التطوير، يتم طمس مركبات جديدة وفعالة، يمكن أن تكون ضارة للبشر وتسبب أضرارا بيئية؛ المخاوف البيئية هي الأساس، لأن كل المركبات العطرة عاجلا أم آجلا تتبخر لتعود وتترسب وتسلل إلى التربة والمياه الجوفية مرة أخرى. ولا يتعلق الأمر فقط بالإنتاج “النظيف” مع النفايات السمية والخطورة المنخفضة (ما يسمى ب “الكيمياء الخضراء” تكتسب اهتماما عالميا مؤخرا)، ولكن أيضا عن الكيانات المستقرة كيميائيا التي تصنف على أنها ثابتة أو بالكاد حيوية أو بسيطة التحلل وبالتالي لا تخلق تراكميا أحيائيا: هذا هو بالضبط حالة بعض روائح المسك متعدد الحلقات. بعض الشركات (فيرمينيتش من بينها) تمتنع عن استخدام هذه المواد الكيميائية، في حين أن بعض الشركات المصنعة لمستحضرات التجميل تشير إلى أن التركيبات العطرية لمنتجاتها يجب أن تكون خالية من المكونات ذات العيوب الهيكلية المذكورة.

Green Chemistry logos and chemical structures

خامسا، القاعدة العامة هي أن تكون المواد ذات رد فعل كيميائي بسيط، وهذا هو السبب في أن العلماء يبحثون عن مركبات أكثر استقرارا، وتعيش لفترة أطول داخل التكوين ككل. مستقرة كيميائيا إلى درجة معينة – انظر النقطة السابقة. والمركب الذي يتحلل تحت 50 درجة مئوية بالكاد سيناسب أغراض تصنيع العطور.

وأخيرا – المركب الذي يمتلك رائحة غير عادية وفريدة من نوعها، أو يخلق ملفا عطريا مختلفا، ضربا من الحظ. تذكر التغير الجذري في صناعة العطور في التسعينيات، عندما تم إدخال جزئ كالون وغيره من الاتفاقات المائية؟ انت بالطبع تستوعب الان.

ملاحظة: بعض الوظائف والخصائص الإضافية تعطي للمركب الجديد فضلا أيضا. ويمكن أن يصبح ذو مقومات مبيد للجراثيم أو يوفر بعض المنافع كطارد للحشرات – على سبيل المثال، النوتكاتون، مركب ذو رائحة حمضية ومرارة بارزة تشبه الجريب فروت، يمكن أن يعمل كمبيد حشري عند استخدامه بعناية واعتدال (يمكن استخدامه في منتجات إزالة البقع، أو محلول طارد للبعوض والشموع، إذا لم تكن تكاليفه مرتفعة جدا).


البحث عن رائحة جديدة هو مهمة كثيفة العمالة. واقتراح هياكل جديدة عموما يكون على أساس المواد المعروفة بالفعل، استنتاج بعض الأنماط القائمة على الأدلة المتوقعة للبنية الجزيئية – ما يسمى مجموعة الأوزموفوريك (روابط الهيدروجين محتملة القبول والكيانات الكيميائية التي تضفي رائحة على مركب عديم الرائحة) وغيرها من وسائل بينية محددة أثبتت كونها مفيدة. تحليل الحقائق يعطي الأساس لإقتراح هيكل مماثل. وعادة ما توصف وسائل التوليف الممكنة أيضا.

في كتاب لوكا تورينو “سر الرائحة” يمكن للمرء أن يجد صورة لصفحة من مجلة مختبر جاك فيلان، الكيمياء الاصطناعية: كان يبحث عن مواد ذات رائحة خشب الصندل. حدث ذلك في السبعينات، وهناك 45 صيغة هيكلية للكيانات الجزيئية التي يمكن أن تمتلك الرائحة المطلوبة.

يمكن للمرء أن يتصور انها ليست الصفحة الوحيدة، ولكن صيغة واحدة تتطلب أسبوعا على الأقل من العمل: مصدر تنقية المواد، والتوليف، ومتابعة العمل، وتقييم الهيكل، وتحليل الخصائص. صفحة واحدة توضح ما لا يقل عن عام من العمل اليومي للكيميائي – ولكن مادة واحدة فقط من 45 حقا تمتلك رائحة خشب الصندل.

a photo of a page from the lab journal of Jacques Vaillant, synthetic chemist

مع التقدم في منهجيات الحوسبة، خففت صعوبة وظائف الكيميائيين الاصطناعيين قليلا، حيث أن بعض المهام في عملية البحث والمطابقة يتم استزراعها من خلال برامج متخصصة. وتقوم أجهزة الكمبيوتر بتحليل الهياكل الموجودة وحساب الواصفات الجزيئية، أي الموضع المكاني، وتكوين مركز المرايا، ومعلمات التوافق، وثنائية القطب، وإمكانات خفض الأكسدة، والاستقطاب الجزيئي، وإمكانات التأين، والهندسة، وما إلى ذلك.

بالإشارة إلى هذه المعلومات، يخلص الكمبيوتر ما إذا كان الهيكل المحتمل يمكن أن يمتلك رائحة معينة ويقترح طريقة للتوليف إذا ما كان من الضروري لهذا الجزيء القيام بإجراء دراسة في المختبر. هذه الحسابات تسرع بشكل ملحوظ البحث عن مادة ما تحمل الخصائص المطلوبة. ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار أن هذه الطريقة غير فعالة تقريبا عندما يتم السعى لتقديم ملف عطري فريد من نوعه.

Structure and property relation of javanol

رحلة الرائحة الاصطناعية من الملفات المخبرية إلى زجاجة العطور طويلة ومرهقة: عادة ما تجرى مثل هذه البحوث من قبل بعض الشركات الكبرى مع نفقات تصل إلى عشرات الملايين من الدولارات.

إن الإجراء المذكور أعلاه لما يسمى بالفحص، أو تعداد الهياكل المحتملة (بمساعدة الحاسوب أو نظريا)، هو الخطوة الأولى في رحلة طويلة وصعبة. في هذه المرحلة، يتم وصف الأهداف والخصائص المرجوة للكيان المطلوب. ويشارك فريق كبير من العلماء في سياق تطوير بنية أي رائحة جديدة: الكيميائيين الاصطناعيين، والكيمياء الحيوية (وبالتالي العديد من المواد مستمدة من المواد العضوية الخام)، المتخصصين في تكنولوجيا المعلومات، وما إلى ذلك.

يختارون ويطورون إجراءات المختبر لأحد المركبات ويختبرون القيم التي تشير إلى أقرب نظائره البنيوية: وهي هذه الخطوة، حيث يتم تحديد المادة، والتي هي أسهل وأكثر أمنا للإنتاج، مع ارتفاع العائد المحتمل وانخفاض تكاليف الطاقة، وما إلى ذلك وهذه هي اللحظة، التي تسمي التقدير الأولي للكفاءة الاقتصادية .

Organic Synthesis

بعد التوليف المختبري، يتم دراسة رائحة المادة – يمكن للمرء أن يخمن أن غالبية المركبات يتم إلغاء تحديدها في هذه المرحلة. المواد عديمة الرائحة والمواد ذات الرائحة البعيدة كل البعد عن المفهوم الأولي، بالكاد عطرة أو مواد كريهة الراحة تختفي في الحال، في حين تسير العينات التجريبية في تطوير متقدم آخر. أولا، يتم إجراء اختبارات السموم: يتم التخلص من المواد السامة للغاية أو العينات ذات الخصائص السيئة على الفور.

وتخضع المواد المحددة لختبار رائحة دقيق آخر: فهي تساعد على تحديد الخصائص الكمية للرائحة التي تمتلكها وتأكيد قيمتها العديمة الرائحة. اختبارات محددة تتطلب الكثير من الوقت، وبالتالي فإن احتمالات الآثار السلبية طويلة الأجل على صحة الإنسان تخضع للفحص بالضرورة، ما يسمى مخاطر السمية دون المزمنة (الحساسية، السرطنة، الطفرات، وما إلى ذلك)؛ فإن هذا الجزء يتطلب 20-30٪ من إجمالي الميزانية. انها واحدة من أطول المراحل: سمية عينة جديدة من المختبر يتم تقييمها علي مدى ثلاثة أجيال من الفئران، على الأقل، وتستغرق ما بين 2-3 سنوات، كونها واحدة من عدة مراحل تنمو تدريجيا وهي الأكثر تعقيدا. وتقلص عشرات العينات إلى حفنة قليلة، وتبدأ الإجراءات البيروقراطية: المواد الخاضعة للتسجيل والترخيص وإصدار الشهادات.

خلال المرحلة النهائية، تخضع المادة الجديدة لاختبار القبول الإجباري للدولة. في حالة الرد الإيجابي للخبراء، يتم تسجيل المادة رسميا وتكتسب وضعا قانونيا واضحا، وبعد ذلك يتم تطوير تقنية التوليف الصناعي: العلماء “يقيمون” آليه المختبر، وأخيرا يتم تجميع كامل النطاق الصناعي للمنشأة. هذه المرحلة من تطوير التوليف الصناعي هي الأكثر تكلفة، وبالتالي الكيميائيين والفنيين والفيزيائيين، ومقدري التكلفة والمهندسين، وغيرهم من المتخصصين يحتاجون إلى أداء كما الأوركسترا – متناغم تماما.

عندما يتم إطلاق دفعة من مادة عطرية رسميا، تخضع هذه المادة لعملية التحقق من صحة الدولة وإصدار الشهادات مرة أخرى: يجب أن تستوفي المركبات معايير محدثة، وبالتالي يتم إجراء اختبارات التأهيل للمنتجات والمواد للاستخدام البشري. وبعد ذلك – هي الآن مادة جديدة معتمدة لاستخدامها في صناعة العطور ومستحضرات التجميل.

يحاول مخترعي المركبات الجديدة القضاء على جميع المشاكل التي لا داعي لها والتي يمكن أن تظهر: المواد الجديدة تمثل براءة اختراع لفترة طويلة من الزمن (30 عاما)، والمركبات الحصرية لا تزال أسيرة، وهذا يعني أنها ليست متاحة تجاريا لغير العاملين والمطلعين في شركة التصنيع: فقط أفضل الأنوف العطرية والذين يحملون لقب ماستر بيرفيمير يستطيعون الوصول إليها، في حين أن هذه المركبات تبقى متاحة للاستخدام خلال المشروع فقط.

Firmenich Captive Molecules Patent

في الواقع، الآن نحن نقترب من الفصل الأكثر إثارة في تاريخ العطور المتخصصة المعاصرة. كل الابداع والابتكارات “سرية للغاية، مقفلة في خزائن الشركات الكبرى، التي لا يمكن للشخص العادي الوصول إليها. شركات التصنيع تعمل علي الحفاظ على سرية المكونات، وعلى الرغم من أن أفضل العطارين يمكنهم الوصول الي تلك المكونات السرية فلا يمكن تصور أن العطور الآن تتكون من اثنين من الأسر المختلفة من المكونات، والأنوف العطرية المستقلة يمكنها الحصول فقط علي المكونات المتاحة تجاريا والتي في الواقع تستخدم نفس السلسلة منذ 30 عاما مضت، وحقا – قد تغير الكثير في هذه الأثناء.

في معرض Simppar كل عامين في باريس، جميع الشركات المصنعة الكبرى تطرح أفضل المكونات والنكهات والمركبات العطرية. الشركات والمؤسسات الدولية مثل أي إف إف، جيفودان، فيرمينيتش، سيمريز، تاكاساجو، وما إلى ذلك، ليست حقا حريصة على إظهار المكونات السرية الخاصة بهم – أنها تظهر في الغالب المواد المتاحة تجاريا وتقديم شيئا جديدا وغير عادي أمر نادر جدا. ولن يكون من قبيل المبالغة القول بأن المواد العضوية تظهر بمزيد من الحذر عن نظيراتها التركيبية أو الإصطناعية – وذلك في الغالب لأنه من الأسهل بكثير التصديق على المواد العضوية والتحقق منها في معظم أنحاء الاتحاد الأوروبي وحتي البلدان غير الأعضاء في الاتحاد الأوروبي.

وأخيرا، يجب أن أعترف أن هناك الكثير من القضايا المعلقة والمهام المثيرة للاهتمام في مجال تصنيع النكهات وكيمياء العطور، وهذا هو السبب في أن هذا المجال لا يزال رائعا ولا يزال ينتظر العديد من المهتمين والمعجبين للإنضمام لصفوف محبي الكيمياء العطرية.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

يرجى تحديد عملة بلدك