解密香水家族

黃陳辰，尹守春

杭州師范大學材料與化學化工學院，杭州311121

2021年第101屆香水大賽轟轟烈烈地開始了，誰是你心中的香水美人呢？

1 開幕式

在古埃及時期，最為傳奇的香水美人——克麗奧佩特拉。她舉止優雅，經常使用15種不同氣味的香水和香精油來洗澡[1]。因為在她那個時代，在公共場所不涂香水是違法的。因此，這塊古老的沃土孕育出了人類文明史上最早的香水“Kyphi”(科菲)，這一滴醇濃的香精油親啟了“芬芳”的卷宗，香水與美人便款款而來。

歐洲香水業實際上是從16世紀開始的，這個時候的法國正如法國文學家伏爾泰在《美化巴黎》的小冊子中寫到的那樣——“設在窄巷中的骯臟市場使人不敢駐足，到處散發著惡臭……街道昏暗、狹窄、丑陋不堪，似乎代表著一個最野蠻的時代。”沒有美麗浪漫可言，這時法國格拉斯的傳統手工業還是使用橄欖油鞣制生皮來制作手套的。然而這種方法處理后的手套氣味并不理想，因此不少匠人開始嘗試從鮮花中提取香精加入其中。加入香精制作的手套憑借其迷人的香味風靡一時，甚至路易十三的皇后在臨終時也要求在她死后用數百雙香味手套陪葬[1]。因此，這個在過去以皮革為主的小鎮也開始向養花轉型，花開之時便也是格拉斯最熱鬧的時候。

2 比賽開始

16世紀人們對于“香”的執著成就了一個世紀的美談，這不僅是化工技術的偉大成就，更是化學與人文情懷的浪漫碰撞。今日，我們再續這段香水前緣，走進香氣的分子世界，賞評經典[2]。

主持人：“如果說香水是氣味的載體，那么香調就是對氣味的分類。Michael Edwards Fragrance Wheel是目前在全球范圍內應用比較普遍的香調分類表[3]，該表對香水的大概內容物進行了較為準確的分類。其將香水大致分為4大類：花香調、東方香調、木質香調、清新香調。每個主調都可以進一步細分，產生一個相關的氣味分類(圖1)。例如，東方香調可以細分為以橙花、甜型香料為代表的東方花香調，以焚香、琥珀香為代表的柔和東方調和以檀香、廣藿香為代表的木質東方調等。普通人憑借嗅覺最容易鑒別的香調則是花香調。花香調的香水占據了香水市場的大部分，其中有以清新的單一花香為主調配而成，也有以濃郁的復合香調調制而成。它們的花香能夠讓人想到百花盛放的美景。首先讓我們一起來領略花香的美妙，有請花香調的代表出場！”

圖1 邁克爾·愛德華茲香水輪

茉莉花香水：“我是花香調的代表，由來自法國格拉斯的茉莉花萃取而成。請大家想象一下：你們漫步在夏日的清晨，晨風曉露，茉莉盈盈輕綻，幽幽淡淡的清香飄浮在空氣中，清婉柔淑，平和舒適，給你們帶來這種細致而清新之感的就是我。南宋詩人劉克莊曾經這么稱贊我：‘一卉能熏一室香，炎天猶覺玉肌涼’。我的香味不僅好聞，還能治病。《本草逢原》記載：‘茉莉花，古方罕用，近世白痢藥中用之，取其芳香散陳氣也。’這就是利用我的馥郁芬芳來達到理氣解郁的功效[3]。”

臺下觀眾b (糞便)自豪地說：“她和我可是一家人。”

臺下觀眾a：“人家香氣芬馥，你臭不可聞，怎么可能是一家呢？”

臺下觀眾b：“那是你孤陋寡聞了吧，你覺得我臭，而我身上氣味的主要來源是吲哚、糞臭素(3-甲基吲哚)，是由腸道微生物發酵色氨酸產生的物質，茉莉花的花香也是因為它哦[4]。有香水師把吲哚除去后發現氣味變得單調無趣[5]，而把吲哚或者糞臭素大量稀釋之后，就會呈現出類似茉莉的花香。可謂是‘臭至淡則香，香至濃則臭’。”

聞香師笑道：“此非謬論！茉莉花身上的吲哚成分恰到好處。多一分則臭，少一分又沒有那么濃郁的芳香。”

阿道夫·馮·拜爾(Adolf von Baeyer)說：“是啊，吲哚作為集惡臭與芳香于一身的化合物，在濃度極低時會有令人愉悅的花香；在濃度高時則會有令人厭惡的臭味[6]。吲哚還是我命名的呢！經過我反復的摸索，用鋅粉還原法得到了吲哚。研究發現吲哚是屬于芳香雜環有機化合物，由一個六元苯環和一個五元含氮的吡咯并聯而成，又稱苯并吡咯。”

“除了茉莉花，荷花、水仙、梔子、白蘭等花里也有微量的吲哚[7]。吲哚還作為食品添加劑被用于乳制品、酒、冰淇淋、巧克力等食物中[5]。”主持人忙著補充上自己的所見所識。

茉莉花香水：“確實如此，而且我所含有的吲哚及其衍生物還可以用于醫藥方面，如常用的降壓藥物利血平，亦可用作農藥，如吲哚乙腈是高效的植物生長調節劑。除此之外，吲哚也能用于制作染料、色氨酸等物質。總之，吲哚的用途十分廣泛[8]。”

“吲哚的用途這么廣泛，那這些都是從鮮花中提取的嗎？”主持人攜著底下觀眾的好奇與疑惑追問道。

茉莉花香水：“不是的，萃取鮮花是件非常繁重的工作，即使是采取現代高技術的蒸餾手段，提取能力也是相當有限的。因此，鮮花的萃取液相當昂貴。20世紀90年代以前，工業上生產吲哚主要是采用從煤焦油中分離提純得到，這就難免有一些奇奇怪怪的人喜歡汽油味呢。不過，現在的吲哚除了用煤焦油提取法，還會使用化學合成法。”

Emil Fischer補充道：“是的。18世紀末我就探索出了吲哚合成的方法，直到如今都還是合成吲哚及其衍生物最常用的方法之一[9]。這種合成方法的秘訣就是用醛、酮與苯腙類的衍生物進行環化生成吲哚及其衍生物(圖2)，非常簡單便捷。”

圖2 Fischer法合成吲哚[9]

“不過還是會有很多人追求‘純天然’，他們更喜歡從大自然中提取香料。你知道哪些提取的技術嗎？”這時，底下一位穿金戴銀的富貴家太太晃著她的白手臂，在觀眾席上發出急切提問，像是個香水行家。

茉莉花香水：“大約在8-10世紀，就有人用蒸餾法來分離提純香料了呢[10]。隨著科學技術的不斷進步，出現了許多新的提取技術來提取天然物質中的香料成分(表1)。”

表1 部分現代提取技術[11]

底下嘩然。

茉莉花香水：“正如‘東家之子，增之一分則太長，減之一分則太短。’吲哚恰如其分的含量輔之卓越的萃取技術，共同成就了如今的雅香可貴！”

“感謝茉莉花香水的精彩表演，天然型香料主要分為動物性天然香料和植物性天然香料兩種，動物性香料包括麝香、靈貓香、海貍香和龍涎香。接下來歡迎動物性天然香料的代表龍涎香出場。”主持人說道。

龍涎香香水：“‘五味雜陳’便可形容我！在我身上，你能嗅到甜甜的琥珀香，芳潤的木質香，清新的果香……重香相融的味道，此乃‘天國之香’。在漢代，漁民在海里撈到一些灰白色的蠟狀漂浮物，難掩腥臭之味，但是在干燥后卻能發出持久的香氣，點燃時更是香飄四溢。當地的一些官員收購后當作寶物獻給皇上，在宮廷里用作香料，甚至還作為藥物。當時宮中的煉丹術師(化學家)認為這是海里的龍睡覺時留下的口水，口水滴到海水里凝固起來，經過海浪的摩挲、陽光的曝曬，最后變得芳香撲鼻。”

海洋學家羅伯特·克拉克(Robert Clarke)：“‘龍涎香’其實是來自于抹香鯨腹中的一團消化物[12]。抹香鯨的腸胃非常強悍，但少數魷魚喙狀嘴、眼球、堅硬的內臟能逃過一劫，它們堆積在抹香鯨的大腸里，在微生物的作用下聚成硬塊，這種硬塊會被自然排出，經過海水的長期浸泡，以及陽光、空氣的作用，最終成為一塊‘灰色的石頭’。”

主持人：“還好人們認為這種動物性香料只有自然排出的品質才會好，這才讓抹香鯨避免慘遭屠殺，那么選手‘龍涎香’請準備，接著進入‘自我成分大百科’！”

龍涎香香水：“龍涎香的主要成分是龍涎香醇[13]，這個物質的本身不具有龍涎香香氣，但是龍涎香醇經過氧化或光降解可以產生具有龍涎香香氣的物質(圖3)，其中研究最多的就是降龍涎醚。”

圖3 龍涎香醇及其反應后具有龍涎香香氣的物質分子[13]

主持人：“我們知道能夠散發香氣的物質其分子一定具有一定的發香基團，單純的由C、H組成的化合物很少有怡人的芬芳。發香基團包括含氧基團：羥基、醛基、酮基、羧基、醚基等；含氮基團：氨基、硝基等；含芳香基團：芳香醇、芳香醛等；還有含硫、磷、砷等原子的化合物。那么以下含有羥基的化合物——CH3(CH2)4CH2OH、CH3(CH2)7CH2OH，你能預測它們的香氣嗎？”

“在同系列的化合物中，所含官能團決定低級化合物的香氣，而分子結構的形狀和大小決定高級化合物的香氣。像這種簡單的醇，碳原子數較少時無香氣，數量增加后出現香氣，多于一定數量香氣又會消失，而在這個范圍內，隨著碳鏈的增長，香氣會由果實香逐漸變化為花香，再由花香變化為脂肪香。所以前者應該是微弱的果香，而后者則會有花香的味道，甚至可能帶有油脂的香氣[14]。”龍涎香自信地回答。

“你說的非常對！像環酮的香氣也是會隨C原子數的增加而變化的(圖4)。”專家A點了點頭評價道。

圖4 環酮類分子及其與香氣類型

“那么當C原子數量相同時，如何判斷其香氣呢？”主持人順勢再次發問。

“雙鍵能夠增加氣味的強度，三鍵更強，甚至能產生刺激性。比如丙烯醇(CH2＝CHCH2OH)的香味要比丙醇(CH3CH2CH2OH)的濃。有支鏈的化合物比無支鏈的化合物香氣要強而且更加悅人[15]。”

“你說的很對，但是要注意同一化合物如存在異構體，異構體的香氣盡管相似，但也會存在不同的哦(圖5)。”專家A點評道。

圖5 部分異構體對香型的影響實例

龍涎香：“我因神獸的典故而得名，更是自生命體細胞隕落的最后饋贈。我的聞名不僅得益于碳鏈增長變化的美妙規律，更是被賦予了神秘且偉大的生命價值。當我附著于人體，就好像一個掉落的生命細胞被另一個鮮活的生命體所激活延續了：萬物皆長生，長生即敬畏自然與生命。”

“感謝各位專家的精彩點評。接下來出場的這位香水美人，大家都稱贊她空靈飄渺，清新怡人。下面有請水生調香水的代表出場，大家掌聲歡迎！”

“大家好，我是水生調的代表香水。我們水生調充滿了浪漫、柔性、縹緲，我們匯集了空氣、雨水、海洋的味道。”

這時候臺下發出一陣喧嘩聲。“快來人，有人暈香啦！”

“‘暈香’是被香暈了的意思嗎？”觀眾a發出了疑惑的聲音。

“準確地說是熏暈了。暈香是一種生理反應，會出現頭暈、昏沉，甚至胸悶、惡心、反胃等不適，就像是暈車一樣惡心想吐的感受。”觀眾c答道。

“為什么他會暈香呢？”觀眾a還是疑惑不解。

“空氣、雨水和海洋等本身就屬于抽象的元素。這種香水的原料是不能夠從大自然中提取的，需要靠人工合成，水生調的香水本質就是‘化工’，它使用的是人工香料——西瓜酮。這種添加了西瓜酮的水生調香水容易讓人暈香。”觀眾c答道。

“西瓜酮？是清甜潤口、甘甜多汁的西瓜味嗎？”觀眾a繼續問道。

“有點接近，是一種聞起來冰冰涼涼的氣味。”觀眾c回答。

“為了凸顯氣味的清新，里面還添加了臭氧。”觀眾d補充說。

“臭氧是有味道的嗎？”觀眾a繼續問道。

“臭氧是有味的。當它濃度較低時是一種淡淡的清香，我們可以在下過雨的郊外和樹林中聞到它，那是大自然清新的氣味，但是濃度較高或純凈的臭氧是很臭的，類似魚腥味。”觀眾d回答。

龍涎香：“我雖已濃香賽人，但也明白人工合成的偉大與創新，人工之物并非次品。調香師們也不再局限于自然界的標尺，他們可以充分發揮他們的想象，將抽象、無法捕捉卻值得存在的感覺制造成香水，像是地中海沿岸的海風、雨后濕潤的空氣、陽光直射的樹林等。人類收益于自然，也在自然的啟蒙下，開拓另一片熏香凈土，人工卻‘宛若天成’，妙哉！”

“所謂調香離不開化學。隨著化學的發展，現代香水也迎來了真正的春天。由于優質香料的稀有和提取成本的高昂，調香師開始從其他途徑獲取具有香氣的物質。在18世紀末，化學家對植物提取液的化學成分和結構進行了分析研究，發現這些香料由一些特殊的化學成分組成，具有一定的化學結構。由此，調香師們可以用人工方法調制自己想要的味道[12]。

如今，隨著質譜、氣相色譜、高效液相色譜、紫外分光光度計和紅外分光光度計等在有機化學結構分析中的廣泛應用[16]，人工合成香料的數量在不斷增加。有些人一味地追求‘純天然’‘無添加’，認為純天然的更顯尊貴，人工顯得廉價。大家怎么看呢？”主持人問道。

“在我看來人工香料不僅替代了昂貴難得的天然材料，而且也創造了自然界沒有的，充滿瑰麗想象的味道。更重要的是，人工香料的合成代表著一種生產力的進步[17]，也為香水業發展帶來了新的機遇。1834年，人們就人工合成了硝基苯，這是最早制造出的合成香料[18]。1988年，艾伯特·鮑爾制造出了‘鮑爾麝香’——2-叔丁基-4-甲基-1，3，5-三硝基苯(圖6)，使麝香的價格大幅降低[14]。1894年后，鮑爾還合成了葵子麝香、麝香酮、二甲苯麝香等。許多有機合成學家的參與使得更多具有麝香味的衍生物被合成(圖6)。原本獲得麝香香料的過程充滿血腥和暴力，而現在的人工合成則帶來了環保和便利。合成香料的生產成本比天然香料低，而且可以在酸性、堿性甚至氧化性介質中穩定存在，從而擁有更加廣泛的用途。”專家B回答道。

圖6 鮑爾麝香的合成與有麝香的衍生物[19]

3 閉幕式

主持人：“奇香難得千萬種，愛香之癖亦不同。選手們有其千姿百媚，難分伯仲。倘若我問誰哪一種香是最高等的，這是沒有標準答案的。2004年諾貝爾生理學獎和醫學獎獲得者阿克塞爾和巴克曾發現了嗅覺的奧秘：氣味進入鼻子，嗅上皮的粘液會將其吸收，擴散到嗅細胞的纖毛并與其表面膜上的特異性受體結合，嗅覺受體細胞把電信號通過神經突觸送到嗅球，通過嗅球氣味就直接被大腦感受到[20]。因此，不同的個人經歷和身體體質會影響香味給人帶來的感受，最終所選之香自然不同。比如，男士們中經常出現的皮革味是汽車中經常會出現的味道，而會暈車的人極易把這種香味和暈車時的感覺聯系在一起，就會產生想吐的感覺；在吃下一些伴隨高濃度氣味的變質食物引起不適后，身體也會自然地將這種氣味與痛苦的感受聯系起來。倘若此刻你正經歷暈船暈車之苦，回家時又為何將新做的皮鞋展露于外自我折磨呢？

所以，愛香之人擇的是過往的情懷、自我的品性愛好，每一種香都有存在的價值，每一種香都值得被尊重，因為其背后既有自然的饋贈，又有化工生產力的浪漫造詣。香水的誕生不僅滿足了社會的人文優雅，也成就了化工屆的新機遇。

不同人對各種氣味的感受都不一樣[21]，所以你心中的最棒香水美人是哪一位呢？”