本文来自Chem-Station日文版 フィブロイン Fibroin cosine
翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu
蚕丝蛋白（Fibroin）是丝绸的主要成分，为纤维蛋白的一种。
化学结构
丝绸纤维主要由蚕丝蛋白和丝胶构成。
作为主要成分之一的蚕丝蛋白是由分子量约为35万的H链和分子量约为2万7千的L链衔接而成的。其中，重复按Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser/Tyr这样的氨基酸排列顺序形成的结晶区域（具有疏水性且紧密）连接上氨基酸无序排列形成的非结晶区域（具有亲水性，柔软）构成了H链。这四种氨基酸占了蚕丝蛋白90%以上的氨基酸种类。结晶区域采用β薄片构造，形成了坚固的链间相互作用从而构成了纤维。另一种成分丝胶起到覆盖蚕丝蛋白的作用（下图来自论文[7]）。
材料特性
作为原材料和材料的特征和优点
- 低环境负荷，循环型材料，脱石油工艺，水系制造工艺
- 生物体亲和性、生物分解性、低抗原性、低毒性、低发炎性
- 多孔性，水/氧通透性，保湿性
- 轻盈，力学特点（强度，延展性，弹性）兼具柔软性，高加工性，表面平滑
- 高折射率，可见光透过性
- 绝缘性，介电性
分子水平的结构特性反映在作为集合体的丝绸的材料特性上。例如如果分子水平的结构同时拥有柔软的亲水区域和刚直的疏水区域，则物质水平的材料有望具有保湿性和独特的力学特性。理解了这个原理就可以通过改变氨基酸序列来调整材料特性。比方说侧链尺寸小且Gly (Ala)的比例高的话，链间相互作用的紧密度就会提高，材料的力学特性就会增强。
通过化学修饰和架桥处理，可以人工改良材料的性质甚至可以赋予材料新的功能。
蚕丝蛋白的生物亲和性、可降解性、低抗原性等特性都是特别受医疗青睐的特性。鸟苷中的糖蛋白可能会成为过敏源，因此必须提取出纯净的蚕丝蛋白(degumming)。
缺点
- 天然来源品质量参差不齐
- 不能大量供给
- 难以构建蛋白质表达系统(链增长会发生缩聚)
- 成本
- 探索效率低
- 化学修饰位点少
科学家们正在研究利用基因重组的异种生产和生物信息学以改善数量供给、质量均一性等问题，提高探索效率。
来自不同生物的蚕丝蛋白的差异性
自然界有20万种不同种类的丝绸，但历史上研究的最多的是来自蚕和蜘蛛的蚕丝蛋白。近年来蓑虫丝中的蚕丝蛋白的结构特性逐渐明了。研究发现它之所以比蜘蛛丝的蚕丝蛋白强度高，是因为氨基酸序列的规则性更高，所以施加上丝上的力能很好地被均匀分散开[2]。
不同种丝绸的物理性质比较（图片引用自这里）
用途・应用
化妆品、健康食品、纤维・原材料
利用蚕丝蛋白的高强度和生物分解特性，可应用于降落伞带、防弹背心、航空材料、可食用食物包装等领域。
组织工程学/再生医疗（血管、骨头、软骨、神经等）[3]
适合做成细胞培养基，因为蚕丝蛋白同时也具有生物分解性所以也是研究热门之一。但是由于大多数蚕丝蛋白缺乏细胞粘接所必需的氨基酸序列（RGD元件等），为了提高培养效率也会考虑引进合适的氨基酸序列。
现在正在努力尝试将蚕丝蛋白充当手术缝合材料。借助3D打印技术，参考干细胞建模来制作人造器官的研究也在进行中。
药物输送，基因输送[4]
常规药物主要由合成高分子构成，因为药物往往具有免疫原性，所以正在研究用丝绸代替一些药物。虽然用丝绸替代药物时需要调节药物释放速度和分解速度，但是可以通过交联反应和退火等处理来调节丝绸的结晶度。也可以通过形状加工和化学修饰（授予组织定位能力等）改良丝绸。
光学材料[5]
蚕丝丝绸无色透明，但通过掺入色素/荧光材料也可应用于光学材料。制造方法大致分为三种类：基因修饰，色素饲料和染色。
导电材料/设备应用[6]
对的应用研究正在热火朝天进行中。丝绸是绝缘体，所以主要研究电子电路的保护和永久性移植物方面的用途。随着时间的流逝而分解的特性也会根据不同用途有所好处。因为丝绸也可以作为介电体来使用，所以正在研究作为半导体的应用，并将其应用于有机晶体管、存储器、传感装置上。
为了使丝绸本身成为导电性和蓄电物质，正在研究碳化加工。期待应用于超级电容器和锂离子电池等。当然同时，作为丝绸的材料特性会消失。
合成方法
目前，适合工业生产的蚕丝蛋白的制法只有两种：从蚕丝中提取和大肠菌的基因工程。
从蚕丝中提取适合廉价的大量生产，但是存在一些缺点，比如生产率依赖于季节/气候，不能密集性劳动和进行分子水平上的加工，除去丝胶会使结构受损蚕丝蛋白会凝集，产品品质变得非常参差不齐等。
通过基因工程生产蚕丝蛋白可以改变氨基酸序列和调节分子量，却不能大量生产分子量高的蚕丝蛋白。
虽然这些问题可以通过使用更高级的动物/植物细胞的基因工程技术来解决，但是技术上存在难度，现在仍在继续研究。
化学合成拟蚕丝蛋白高分子[7]
不依靠基因工程，科学家们也尝试依靠化学合成来构建拟蚕丝蛋白高分子。经常采用以丝绸中含有的特征性氨基酸序列为基础的肽单体与其他人工单体共聚。这样可以赋予合成蚕丝蛋白以天然蚕丝蛋白所不具有的结构多样性和自由度，有希望能赋予人工性能，改善蚕丝蛋白品质的不均一性。
但是这种合成途径现存问题实在太多了，需要通过基础研究才能解决这些现实问题。比如，如果化合物在溶剂中的溶解性差，则聚合物成型性将成为问题。如果尝试严格控制序列，则难以合成高分子量聚合物，成本变高，并且难以扩大规模。如何在共聚过程中加入发剂/添加剂也是一个问题。
参考文献
- [1] (a)「フィブロインの利用」玉田靖、蚕糸・昆虫バイオテック 2007, 76, 3-8. [PDF] (b) “Design, Fabrication, and Function of Silk-Based Nanomaterial” Wang, Y. et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1805305. doi:10.1002/adfm.201805305 (c) “Engineering the Future of Silk Materials through Advanced Manufacturing” Zhou, Z. et al. Adv. Mater. 2018, 30, 1706983. doi:10.1002/adma.201706983
- [2] “A study of the extraordinarily strong and tough silk produced by bagworms” Yoshioka, T.; Tsubota, T.; Tashiro, K.; Jouraku, A.; Kameda, T. Nat. Commun. 2019, 10, 1469. DOI: 10.1038/s41467-019-09350-3
- [3] (a)”Biomedical Applications of Recombinant Silk-Based Materials” Aigner, T. B. et al. Adv. Mater. 2018, 30, 1704636. doi:10.1002/adma.201704636 (b) “Silk Fibroin-Based Biomaterials for Biomedical Applications: A Review” Polymers 2019, 11, 1933. doi: 10.3390/polym11121933 (c) “Spider Silk for Tissue Engineering Applications” Salehi, S.; Koeck, K.; Scheibel, T. Molecules 2020, 25, 73. DOI: 10.3390/molecules25030737 (d) “Silkworm silk-based materials and devices generated using bio-nanotechnology” Huang, W.; Ling, S.; Li, C.; Omenetto, F. G.; Kaplan, D. L. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 6486. doi:10.1039/C8CS00187A
- [4] (a) “Silk nanoparticles—an emerging anticancer nanomedicine” Seib, F. P. AIMS Bioengineering 2017, 4, 239. DOI: 10.3934/bioeng.2017.2.239 (b) “Functionalized silk fibroin nanofibers as drug carriers: Advantages and challenges” Farokhi, M.; Mottaghitalab, F.; Reis, R. L.; Ramakrishna, S.; Kundu, S. C. J. Controlled Release 2020, 321, 324-347. doi:10.1016/j.jconrel.2020.02.022
- [5] “Functional Silk: Colored and Luminescent” Tansil, N. C.; Koh, L. D.; Han, M.-Y. Adv. Mater. 2012, 24, 1338. doi:10.1002/adma.201104118
- [6] “Silk Fibroin for Flexible Electronic Devices” Zhu, B. et al. Adv. Mater. 2016, 28, 4250. doi:10.1002/adma.201504276
- [7] “Chemical Synthesis of Silk-Mimetic Polymers” Sarkar, A.; Connor, A. J.; Koffas, M.; Zha, R. H. Materials 2019, 12, 4086. DOI: 10.3390/ma12244086
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本文来自Chem-Station日文版 香りの化学4 Gakushi
翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu
上一篇《香气中的化学3》带大家了解了有关香料行业的一些信息，今天《香气中的化学》系列篇之第四篇将和大家聊聊香料行业未来的发展。
香料的需求
如上回《香气中的化学3》所说，随着全球人口猛增，经济飞速发展，香料的需求也在日益增加。但是一个突出的问题是天然香料的供给完全满足不了市场需求，或者天然香料一直无法供给。例如，全球的玫瑰味的香气需求量很高，如果全部采摘自然生长玫瑰的话则我们至少需要40万平方公里大的玫瑰园（大约相当于日本的国土面积）。显而易见，在地球上开辟这么大面积的玫瑰园是不现实的，所以现在主要是合成出玫瑰气味的香料。
还有薄荷醇。薄荷醇是世界上最畅销的香料之一，牙膏，口香糖和糖果等无数日用品中都可以找到薄荷醇的身影。薄荷醇除了具有清新的味道外，它还对皮肤和粘膜有清凉作用，可以添加到药品和化妆品中，例如清凉药膏，吸入剂，除臭剂和沐浴露。当今全球薄荷醇的年需求量约为40000吨左右，而且年需求量还在不断攀升。为了应对逐年增大的需求量，BASF（德国的一家香料公司）于2012年提高了位于路德维希港的工厂的生产能力，BASF现在也开始在马来西亚开设工厂以满足全球薄荷醇庞大的需求量，并且化学合成工艺也在不断增加。
香料的合成，发酵法
为了应对天然香料旺盛的需求量，近年来开发了一种新的香料生产方法——发酵法（一种生物技术），通过发酵法生产的香料都在市面上有售卖。在实际生产过程中，会从其他生物物种引入生产香料所必须的基因片段或是更好的酶的基因片段导入到酵母细胞中，通过这种方式得到的香料被冠以“天然”的标签出售。这种方法虽然说是“天然的”，但毕竟利用了生物技术，所以不免让人心生疑问，因为这种方式得到的香料是通过生物合成得到的，所以被冠以“天然”的标签也合情合理。例如，可以使用一种名为酯酶的酶缩合由乙醇发酵产生的AcOH（乙酸）和EtOH（乙醇）来合成天然乙酸乙酯（AcOEt，乙酸乙酯）。
目前与化学合成相比，虽然通过生物合成或生物催化合成的香料在成本和规模上仍然处于绝对不利的地位， 但因为有“天然”这个招牌，所以在市场价值方面，生物合成和生物催化合成的香料要比化学合成香料占优势。虽然这两种方法尚不能替代传统的化学合成法，但现在还是有一些公司专门研究生物合成法或生物催化合成法，笔者非常期待这些公司以后的发展。
香料里的非专利
和医药品行业一样，香料行业里的非专利香料（指专利香料的专利到期了，然后生产出来的香料）也存在很久了，比如合成香料的原料如Galaxolide、Iso E Super、Hedione、Lilial等，这些合成香料的原料几乎都是非专利产品，医药品药获得专利必须得到厚生劳动省（日本的一种行政机构）的批准，香料如果申请专利也必须得到相关机关的批准。但是和医药品专利申请不一样，专利的判定是按物质划分的（香气专利是按物质划分），就非专利香料而言，由于不需要特殊的额外应用，因此进入新市场的门槛很低。
正因为上述原因，所以当专利到期后，各家香料公司比拼的就是谁的生产成本更低，非专利香料的生产才有了出头之日。从化合物合成的角度来看，因为很多香料的结构简单，其他厂家能用更简单，更低成本的合成方法也不无可能。以前有很多生产维生素的公司，这些公司也从事很多香料有关业务，但随着芳樟醇（生产维生素K，E的原料）的价格逐渐升高，很多化学公司和制药公司承受不住高昂的成本纷纷停止生产维生素了。
混合和制剂
在医药品行业里，制剂有口腔内速溶片、肠溶性制剂等，香料行业的制剂也受到了关注。比如食品业里，为了防止易挥发的香气组分不被挥发掉（可以制成真空冻结干燥保存的食品）发明了可以长久地维味道和香气的口香糖。还有洗衣服时添加到柔软剂中的微型胶囊的制剂化也受到了关注。将香料微胶囊化后，能否在毛巾晒干后香料成分以胶囊形式保留在衣物上，衣物的香味能否持久且有抗菌作用，这些效果还正在实验中（不过，假如这项功能实现了，会不会有消费者投诉说香味太浓烈了呢？）。
近年来也特别关注了与医药相类似的且是专利级别的，相当于前体药物的香料的开发。比方说这个制剂类似于我们上文讲的柔软剂，但不同的是这个制剂能在日光或水解酶作用下分解并释放出香气分子。它可以用在毛巾之类的物品上：用来掩盖毛巾消毒后的残留的消毒水味。
气味感知系统和香料开发
人体约有1000万个嗅觉感受器神经元(olfactry receptor neurons)，约占人体全部基因片段总数的5%的约1000的基因片段负责编码与嗅觉相关的蛋白质，其中只有350-400个基因片段发挥实际作用。嗅觉受体具有复合机能。也就是说，平时我们闻到的气味实际上是多种化学物质的气味混合组成的，我们体内的各个嗅觉受体的活性化度随着闻到的气味中的化学物质的种类和数量改变，集成的激活模式可以识别出相应的气味。
近年来持续研究了像这样根据气体小分子而调整的嗅觉受体和神经的整合系统，嗅觉与受体基因之间的关系正在明了。在受体变得越来越清晰的同时，人们有望像在药物中的分子靶标药物一样，寻找基于受体的香料。但是，所有受体都是GPCR的膜蛋白，它们是否像医药中的靶向药物对应的受体那样简单仍是未知之数。
本篇中的化合物结构均来自这里。
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本文来自Chem-Station日文版 香料：香りの化学3 Gakushi
翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu
今天带大家走进香气，香料背后故事，谈谈关于香料行业的那些事儿。关于香料是什么等基本的话题请参看香气中的化学1，关于合成香料的历史、合成法、怎么应用的请参看香气中的化学2。
香气
嗅觉是人体五大感觉之一，人类有390个嗅觉受体(GPCR)可以感知空气中的物质。这些嗅觉受体就相当于一个个灵敏度超高的检测器，比方说只要空气之中含柚子酮类[1]的酮和部分硫醇类物质的浓度达到100pt左右，人就能感知到。浓度10ppt相当于在25米标准泳池中滴入1滴化合物后泳池内化合物的浓度。
YuzunoneTM
香料的分类
香料大致可分为合成香料和天然香料这两大类。
天然香料是通过水蒸汽蒸馏，萃取，压榨等方法获得的香料，所以价格，收集量和品质会发生变化，香料的价格也会有波动，容易变高。比如从雄性麝鹿中获取的天然香料muscone ((R)-3-methylcyclopentadecanone)因为其独特的香气和稀有性所以一直被当作珍稀香料。为了获得麝香，人们曾一度大肆捕杀麝鹿让麝鹿濒临灭绝，之后出台了华盛顿条约，捕杀行为才得到了节制与管束。因此，麝香这种天然香料多是通过合成得到的。
合成香料的产量，香气，品质等都很稳定，所以价格波动不大，价格偏低。主要的合成香料有500种，如果把一些小种类算进去的话就多达3000种以上，现在合成香料的生产种类已经大大超过天然香料的种类了。
香料还有其他用途，大致分为我们吃的食品的风味（食品香料，调味品）和香水，花露水的芳香气、洗涤剂的香气等（化妆品香料，香水）这两大类。这两大类香料的市场规模在世界上是差不多的，但是日本的香料企业都把重点放在前者上。
香料公司
读者想必对医药品企业很熟悉，但是对香料企业了解多少呢？我调查了一些香料公司，有点令我意外的是大多是欧洲的，瑞士和法国的企业几乎撑起香料界的一片天。这也是意料之中，毕竟香水的尖端流行都来自巴黎时装周嘛。%表示市场占有率。
第一名，Givaudan（瑞士香料公司），19%
Givaudan是世界上最大的香料制造商，在瑞士的苏黎世郊外有一家研究所。
第二名，Firmenich（瑞士香料公司），14%
未上市经营公司。
第三名，IFF (International Flavors and Fragrances)，位于美国新泽西州，12%
第四名，位于德国霍尔兹明登的Symrise，12%
1874年Tiemann和Haarmann开始工业合成香兰素，2002年两家合并成立Symrise香料公司。
第五名，高砂香料（日本），5%
以使用Ru-BINAP催化剂生产薄荷醇工业工艺而闻名。
其他的香料公司有法国的大型香料公司V. Mane Fils和美国的Sensient Technologies等，日本除了高砂香料以外，还有长谷川香料、小川香料、曾田香料等。
香料化合物的特性
什么样的化合物能当作香料呢？一般的香料多为分子量在100-300之间的可挥发性物质，碳原子数不超过20，为疏水性但也能微溶于水且能和嗅觉受体结合的物质。
在香料里，API (Active Pharmaceutical Ingredients：活性药物成分即医药品的原药)和Agrochemical（农用化学的香料）相比，含有芳香环的分子或含有很多杂原子的分子非常少（如果分子中含有很多个杂原子那么分子就没有气味了），大多数香料分子都由碳原子，氢原子，氧原子所构成，也有部分香料分子含氮原子或硫原子。虽然在分子量较低的分子中拥有光学活性的分子很少，但也有例外：薄荷醇，在一些具有光学活性的分子中不同的光学异构体分子构成的物质的气味也不同。
Sniff-GC
Sniff-GC是用来分析由合成或萃取制得的香料的。虽然近年来分析仪器在不断进步，但是人类的嗅觉还是要比分析仪器的检测器要灵敏，Sniff-GC是分析香气不可缺少的手段。已知物质的香气（嗅觉）和分子质量就不难推断出是哪种物质了（GC-MS-O）。
我们通常生活中闻到的气味是来自数十种或数百种化合物的混合物，因此即使我们感到非常难闻，但GC-MS-O分析也表明混合物中混有具有香气的物质。当然这一堆混合物中也有气味非常难闻的物质。具体的来自可以参看巨花魔芋散发的异味成分的研究[2]
Sniff-GC，来自日立化成HP
不同化合物组合搭配所散发的香气
对香料化合物来说最重要的莫过于化合物的组合搭配了。香料是由多种化合物按一定比例混合而成的，这样能得到单个化合物不能散发的复杂香气。这种将不同化合物搭配组合的技术来自调香师的培养过程和过程性知识（know-how）的累积，所以这种搭配技术并没有我们想的那么简单和容易。
法国等国家有专门的调香师专科学校，要想成为一名调香师首先要记住2000多种的原料名称和它们对应的香气，再反复练习用几种到数十种香料调配出香气，积累10年左右的经验就可以成为一名合格的调香师了。要成为一名调香师还真的不容易呢。
香料的合成工艺
大家在合成挥发性物质时，如果溶剂的量少了，因为挥发性物质会立即挥发消失掉，明明合成的只是个简单的物质却意外失败了，大家有没有遇到过诸如此类的事情呢？曾经有位后辈问我如果合成挥发性化合物的时候不小心抽了真空导致化合物都没了该怎么办呢？（笑）
因为香料的易挥发性，所以不像API或Agrochemical那样用结晶的方法来精制粗产品，而是用蒸馏的方法精制。香料制造的困难之处在于杂质的分布会对产品质量产生不利影响。特别是对于原本香气就不太浓郁的物质来讲，这个问题就更严重，即使对香料安全性不构成威胁的0.1%的杂质也会使产品的香气变得十分怪异。为了除杂，先将分离收率降低10%，再用精密蒸馏法去除0.1%的杂质。
在制造成本方面，没有必要将成本控制在像Agrochemical样的低水平，但如果香料的成本与API一样高，则它将无法销售，因此成本需要控制在这两个水平之间。另外，在合成香料的时候，因为需要含氧的官能团和充当连接分子片段的据点的杂原子实在是太少，所以高效，短路径合成小分子是有很大难度的，所以开发合成工艺就靠化学家们开动脑筋了。
香料业界
香料界可不仅仅是售卖合成的或者从动植物分离出来的化合物，它还包括将不同化合物混合做成香料然后售卖，所以行业门槛很高。
对于整个香料工业来说，约3000种调味剂化合物用于调味剂，大约相等种类的化合物用于香料生产。这乍一看仿佛香料的来源十分丰富，但其实不然，就拿香料市场较小的日本来说，绝大多数香料在日本国内全年使用量不到一吨。更有甚者，因为气味强烈，一年只用得到一克就足够了。因此就做不到薄利多销，相反作为小众市场却能安然存在。
现在医药界自己合成化合物进入市场售卖的机会几乎很少，但香料界自己合成香料放到市场上售卖却大有可能。尽管很难合成一蒸发就立即挥发的有气味的化合物，但是香料行业不就是一个充满挑战和吸引力的行业吗？
参考文献
- [1] Miyazawa, N.; Tomita, N.; Kurobayashi, K.; Nakanishi, K.; Ohkubo, Y.; Maeda, T.; Fujita, A.; J. Agric. Food Chem., 2009, 57, 1990–1996. DOI : 10.1021/jf803257x
- [2] Shirasu, M.; Fujioka, K.; Kakishima, S.; Nagai, S.; Tomizawa, Y.; Tsukaya, H.; Murata, J.; Manome, Y.; Touhara, K.; Biosci. Biotechnol. Biochem., 2010, 74, 2550-2554. DOI: 10.1271/bbb.100692
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本文来自Chem-Station日文版 AIが作った香水、ブラジルで発売Zeolinite
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AI设计的香水首次在巴西发售。虽说AI没有嗅觉，但是AI拥有迄今为止所有的香水配方数据，AI会列举出多个香水的配方，然后由调香师调整一下香水配方，最后就有了几个香水配方。根据消费者人气产品调查显示，反而是没有经过调香师调整的香水配方最受欢迎。(引用：AI新聞2019年7月30日)
这款香水AI是由德国香料公司symrise和IBM共同研发的。名字为Philyra的AI不仅有170万种香水的配方数据，还有各个国家，性别，年龄消费人群的香水偏好的数据，只要输入购买者的国家，性别，年龄，AI就能显示出适合这位顾客的最优的香水配方。实际上，巴西化妆品公司O’ Boticario还依靠symrise推出情人节新品，symrise有1. Philyra配方，2. Philyra配方+调香师改良，3.调香师独自开发的配方，这三大类配方。据O’ Boticario的调查显示，在不告知人们香水配方是通过哪种方式得来的情况下，人们普遍选择1. Philyra配方调制出的香水。
symrise公司的实验室内使用的Philyra（来自：dw.com）
调香师是化妆品，芳香剂或是洗涤剂等产品的香气调配方面的专家，调香师能依照产品的要求将上千种香料以不同的组合方式混合在一起，创造出新的香料。在symrise从事香水工作已有39年的David Apel，曾学习使用Philyra。起初，是David Apel教Phillyra如何选择香水配方，但是现在 Phillyra调制香水的能力已经很高了，Phillyra甚至有时会提出从未有过香水配方。
香水部门主管Achim Daub表示，就人们的评价而言，人们的性别，国籍和居住地不可避免地会影响人们对于香水的评价的客观性与公正性，但Philyra的香水配方选择机能就十分公正。而且就算对于调香师而言，嗅觉并不是最重要的，最重要的是通晓什么样的香料的组合会产生怎样的香气，所以即使是Philyra这样一个全然无“嗅觉”的机器，它的存在也不无道理。对像David Apel这样的调香师来说，Philyra的出现并不会抢走他们的饭碗，反而人类和人工智能的合作能调制出新的香气。一个人的知识和经验不可避免地会限制一个人的创造力，比方说一个调香师为了能调制出新的香气总会无意识地倾向于使用几种固定的香料。再者，人工智能能提出人类完全没想到的香水配方。
由Philyra发明的香水Egeo ON Me和Egeo ON You，于巴西的情人节6月12日发售。
Philyra开发的香水：Egeo ON Me和Egeo ON You
人机合作能让David Apel调制出更好的香水，O’Boticario的市场调查也显示不经调香师调整的单纯由AI调配的香水更受人们的青睐，是不是可以说只要依靠AI就能创造出好的产品了呢？其实不尽然，这要分情况讨论，对于还未被录入数据的产品比如猫喜欢的香水，AI需要和人合作才能开发出适用于猫的香水配方。在基于经验的开发中，一个人要等到独当一面的程度是要很长时间的积累的。因为仅仅是学习过去的知识是不能学以致用的，必须在实践中积累知识才能真正掌握知识。但是机器和人类不同，因为机器可以存储并学习所有的信息，所以只要整理信息并输入机器内机器就能掌握所有的知识了。职场中，也许不缺技术纯熟经验老道的员工，但是培养一位技术纯熟经验老道的员工却非常不容易。在现实情况下，引入AI这样一位“新员工”可以改善这种现状。
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本文来自Chem-Station日文版 香りの化学2 webmaster
翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu
在上一篇《香气中的化学1》中，我带大家了解了“香气”是什么以及化合物香气与它们分子结构之间的关系。
这次的文章带大家了解人工制造的香料即“合成香料”的历史演变，合成方法和实际应用。
合成香料的历史
早在19世纪人们就开始研究麝香的香气了。来自麝鹿的麝香是一种性信息素，而且特别受女性的青睐，所以很早之前，麝香就走进人类的生活了。
1906年，麝香的主要成分被Walbaum首次分离出来，麝香主要成分是化学式为C16H30O的一种酮。但在当时的科学水平下是不可能准确探得分子式的。所以人们就把Musk（麝香的意思）和Ketone（酮）结合在一起，组成复合名词Muscone，这就是这个物质的名字。
后来由1926年诺贝尔化学奖得主斯维德伯格探明Muscone的分子式为3–甲基环戊酮（(R)-(-)-Muscone）。从那以后，关于人工合成这种化合物的研究就一发不可收拾了。
1934年，齐格勒首次人工合成出了Muscone（斯蒂伯格只合成出了Muscone的一种光学异构体（不对称合成））。之后很多课题组也相继开始研究开发更为简单，低成本的Muscone合成方法。
现在我们进入正题吧。现在合成香料的种类已经非常多了，合成方法也是五花八门。
当然在这里我们不可能一一全部介绍它们的合成方法，所以我们按照分子的化学结构：萜烯类合成香料，芳香族类合成香料和其他类来向读者们介绍每类合成香料的合成方法。关于合成香料分子的化学结构，我们在香气中的化学1中详细讲解过。
萜烯类合成香料
萜烯(Telpenes)是指从天然树脂中分离出来的化合物的母体化合物，简单说就是一类分子式为(C5H8)n的锁状和环状的碳氢化合物。而且还包括和母体萜烯碳骨架相同的碳骨架的醛酮类衍生物。这类萜烯的特征是含有数个2-甲基丁烷结构(2methylbutane)。
首先丙酮和炔烃发生乙炔化反应生成3-甲基-1-丁炔-3-羟基。产物经过部分还原后与丙酮反应并发生Carroll重排，生成甲基庚酮。然后和乙酸酯反应，在特殊的催化剂分解下得到柠檬醛，之后柠檬醛和丙酮再度缩合得到假紫罗酮。假紫罗酮闭环就得到了α-紫罗酮和β-紫罗酮。α-紫罗酮就是我们在《香气中的化学1》中提到过的香料，β-紫罗酮则是维生素A，维生素E，类胡萝卜素的重要合成原料。
芳香族类合成香料
顾名思义，由于芳香族类化合物具有芳香性，因此可以作为香料来使用。
来看看芳香族类化合物的合成路径吧。在《香气中的化学1》中提到的β-苯乙醇可从苄氯或者苯环出发得到。苄基氯与氰化钾反应，然后在氢氧化钠作用下转化为羧酸。羧酸酯化后，用钠还原得到苯乙醇。从苯环出发的话，会在环氧乙烷和氯化铝存在下，通过Friedel-Crafts烷基化反应得到苯乙醇。
肉桂醇（肉桂皮醇）不仅是一种优质的香料而且还是氯霉素等药品的制造原料，所以肉桂醇已经被工业化大量生产了。传统生产方法是用异丙酸铝通过Meerwein-Ponndorf–Verley还原法还原肉桂醛得到肉桂醇。
其他合成香料
《香气中的化学1》中提到过关于茉莉酸（茉莉酸甲酯的类似物）的合成，在工业生产中仍然存在一些问题。最初是以顺己烯醇为原料，经过格氏反应，氯化钯氧化（Wacker氧化反应）和分子内的aldol缩合得到顺式茉莉酮。
尽管现在顺式茉莉酮的合成路径也仍然存在些许问题，但自20世纪下半叶以来，它已有别的工业合成方法。同样通过这种方法，已经合成了相对容易合成并且具有接近于顺式茉莉酮香气的二氢茉莉酮。二氢茉莉酮的合成以庚酸作为起始原料。
总结
当今我们已经知道了很多种化合物的化学结构，再加上化学合成方法日益成熟，所以越来越多的香料被我们合成出来并被使用。如果纯度为100%那么我们可以确认就是这个物质的香气。但是天然提取物往往会混合少量杂质，会掩盖或改变原本的气味，使我们很难判断哪种才是原本的香气。
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本文来自Chem-Station日文版 香りの化学1 webmaster
翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu
我们所处的世界中充满了各式各样的“香气”。
从来自天然的花香，食物的香，体味到人工制造的香水，合成香料，总之有各种各样的“香气”。
那么这些“香气”到底是什么呢，告诉你答案之前，我得先说明其实分子（化合物）才是这些香气的“本尊”。
这篇文章将会阐明分子的化学结构和它们所散发的香气之间的关系，在接下来的系列篇“香气中的化学2”里，我会告诉你们在有机合成化学中是怎么合成香料的，如何使用香料的。
香料是什么？
“香料”(Perfumery Materials)指的就是有香气的物质。
我们虽然知道“气味”是挥发性物质刺激鼻腔内的嗅觉细胞而引起的一种感觉（嗅觉），但具体机能尚未完全查明。说起“香料”，它不仅是一种能带来美好香气的物质，还有哪些虽然味道不被人喜欢，却有特定的作用的气味也被称为香料。
香气有perfume（英语），parfum（法语），das Parfum（德语）， profumo（意大利语）等，这些都是从Per Fume（拉丁语，意为through smoke）衍生而来的。
为什么香气的外文词是从“through smoke”而来呢？因为自古以来无论东西方文化中，人们都会尝试燃烧各种好闻的木头或蜡脂从而产生带有香气的烟雾，而这种纯净的缓缓上升的烟雾被当做是最适合静心向神明奉献的物质。
香气和化学结构
具有香气的化合物不仅含有C和H，还有O，N，S等元素。以前就有很多种学说试图解释为什么我们会闻到香气及香气和化学结构之间的关系，但至今还没有一个统一的说法。很明显有机化合物的化学性质和化学结构之间存在关系，许多药理作用和物理性质也与化学结构有关。
尽管化学家们做了很多努力来试图解释香气的问题，但现在化学结构和香气之间还没有建立起一种系统性的关系。但是对于简单的化合物与香气之间还是有一些系统性的关联。一般来说，物质的气味会随着化合物官能团，顺反异构，官能团的位置，光学活性的变化而变化。
官能团和香气
根据小分子量化合物中官能团的类型，化合物气味可分为醇味，酯味和醛味。
例如，大多数酯都具有淡淡的水果味。另外，α-二酮（分子中具有两个酮）类化合物据说有像焦糖的香气散发着砂糖被烤焦时的甜味。
顺反异构和香气
化合物的顺反异构也和香气有关。比如从茉莉花中提取的茉莉酸甲酯。由于双键取代基的位置不同，该化合物具有两个顺反异构体，分别为顺式-茉莉酸甲酯和反式-茉莉酸甲酯。
顺式-茉莉酸甲酯和反式-茉莉酸甲酯相比香气能传的更远，茉莉花香气也更浓烈。反-茉莉酸甲酯则有一股脂肪臭味，作为香料是没有很大使用价值的。从茉莉花中提取的也是顺式-茉莉酸甲酯。
从植物中分离出的化合物，反式体一般都具有脂肪臭味，所以相比较而言，顺式体一般比较受青睐。
但是也有许多例外，比如从玫瑰花中分离得到的香叶醇的反式体具有香气，具有紫花地丁香气的紫罗酮也是反式体具有香气。
官能团的位置和香气
官能团和双键会给化合物的气味带来极大的影响，但官能团的位置和双键的位置也会影响化合物的气味。
比如在玫瑰花精油占到65~80％成分的β–苯乙醇，和它羟基位置不同的α–苯乙醇的气味和玫瑰花香相距甚远。这就是官能团位置差异造成的。
还有从山莓中提取的树莓酮，官能团位置不同的异构物是没有山莓味香气的。
光学异构体和香气
不同的光学异构体气味也不同。比较典型的例子有薄荷醇。薄荷醇是具有薄荷味和薄荷香气的化合物。因为薄荷醇分子有3个手性碳，所以一共有23=8个光学异构体。在这8个异构体中，只有L-薄荷醇这一种立体异构体是从天然薄荷叶中提取的。和其他7种光学异构体比，具有更强烈的薄荷气味和长时间的清凉感。
另外，从西柚中分离的具有强烈西柚香的诺卡酮，和薄荷脑一样，分子有3个手性碳原子，共有8个旋光异构体。除了从西柚中分离的(+)-诺卡酮之外，其余的旋光异构体都几乎没有西柚的香味或者只有很淡的西柚香味。
总结
像这样，香味不单单是一种气味，事实上内在有着很深的学问，甚至有很多未解之谜。小朋友们明白了吗？
今天的介绍只是冰山一角，还有很多性质各异，气味不同的化合物有待介绍。对这方面感兴趣的童鞋可以自行阅读相关文献，相关著作和论文学习一下~
下一篇里，将会带来“香气中的化学2”，在下一篇里将会给大家介绍香料的合成方法！不见不散~
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本文来自Chem-Station日文版 ミドリムシが燃料を作る！？ 石油由来の軽油を100％代替可能な次世代バイオディーゼル燃料が完成 Zeolinite
翻译投稿 炸鸡 校对 HAO HU（胡博士）
五十铃汽车制造股份有限公司和Euglena股份有限公司宣布已经发现一种可以完全取代轻油燃料（介于煤油与重油之间。经精馏而得的油，来源于石油）的新一代生物油燃料。这一发现将真正引领新一代生物燃料供应方式，Euglena公司已在2020年3月完成对五十铃汽车制造公司的生物柴油燃料的供应链，五十铃汽车制造公司的藤泽工厂的接送巴士已于2020年4月1日正式使用这种燃料。(摘自：MoTA 4月２日)
Euglena股份有限公司成立于2005年，正如它的名字所表示的意思一样（Euglena为眼虫藻的意思的意思，下文中Euglena为公司名，眼虫藻属裸藻科），该公司主要致力于开发和销售有关裸藻的商品。2011年时，东京大学的学生在连锁拉面店“山手拉面馆”推出的加了裸藻粉末的“裸藻拉面”，一度引起了广泛的关注。Euglena公司正致力于生物柴油燃料生产的行业，Euglena公司早在2014年就和作为在生产，销售卡车和公交车的巨头——五十铃汽车制造股份有限公司，签署了共同研究合同，一起致力于将新一代生物柴油燃料变成现实。
经过双方的努力，可以完全取代轻油的划时代生物柴油燃料已经横空出世了，并于2020年4月1日投入使用，充作五十铃公司湘南站到藤泽工厂的往返公交的全部燃料来源。在研究的初始阶段，尝试将生物燃料用作汽车燃料时，只向轻油里添加了1%的生物燃料。在正式运行前，五十铃公司还进行了全负荷性能实验（确认引擎有没有问题）和WHTC尾气量实验（测定在模拟的正常行驶情况下引擎工作时的尾气排放量），实验在确认生物燃料和来自石油的轻油具有同样的性能的基础上，终于开始将生物燃料全部用于公交车的燃料。
因为在厌氧状态下，线粒体因为无法生产ATP，于是通过分解自身储存的糖类来生产ATP，眼虫藻的裸藻淀粉（β-1,3-葡聚糖）中有糖，并在厌氧条件下分解糖类生产ATP。
之后丙酮酸通过糖酵解分解为脂肪酸和醇，再通过蜡酯发酵从而合成蜡酯。蜡酯因为不溶于水并且存在于细胞中，所以干燥裸藻后通过萃取很容易得到油层，油层里面的蜡酯被甲酯化之后变为了被广泛使用的生物燃料——脂肪酸甲酯（FAME：Fatty acid methyl ester）。
其实在很早的时候就人们就已经开始研究含有裸藻的各种各样的生物寄望于能从微型藻类身上生产出燃料，但是因为生产效率等问题一直没有投入实际生产中。Euglena公司已经拥有利用裸藻来大量生产保健食品的技术，并想在利用裸藻生产燃料方面扩大生产规模。要想得到大量的蜡酯，首先要创造一种条件能促进裸藻大量合成裸藻淀粉，随后将裸藻转移到厌氧环境下就能得到蜡酯。这样技术开发的结果和实验工厂的成功昭示着Euglena公司成功进入了生物燃料的量产阶段。
除此之外，Euglena公司还涉猎于生物燃料相关的各种行业，比如关于生物燃料生产，Euglena公司在2019年2月20日和大型汽车零件制造商DENSO公司达成了商业合作伙伴关系，合作领域涉及共同研究生产生物燃料，培养微型藻类，用于食品和化妆品用途的藻类应用等等。通过微型藻类生产物质等技术。DENSO公司于2008年致力于研究绿球藻KJ一类的藻类的生产效率的提高和关键成分的探明。Euglena公司也在实验工厂里测试绿球藻KJ能否应用于生物燃料，想实现生物燃料的稳定生产。Euglena公司不仅计划将生物燃料用于汽车也计划将生物燃料用于航空燃料。2020年1月30日Euglena公司已经拥有可以替代航空燃料的ASTM D7566，并将其应用于民航。这一发现表明离2020年实现民航飞机的燃料改革近了一步，所有的ANA金融控股集团对生物燃料的高度重视表明今年由裸藻生产得来的航空燃料会给天空旅行带来无穷的乐趣。
现在世界正积极开发可以减少交通排放的二氧化碳的技术，在生物燃料方面寄望于通过光合作用将以前视为“废弃物”的二氧化碳转变为一种燃料以来减轻环境压力。在一些大量生产棕榈树，油菜籽和大豆作物的国家，可以借政策之力大力推行上述所说的生物法——转换二氧化碳为能源，以及使用混合种燃料，但是对于日本而言，因为没有生产大量上述作物的地理空间，所以这一方面的应用前景并不广阔。但Euglena公司的技术不仅为日本能源的自给自足，减轻全球变暖提供了思路，还为本国能源的稳定供应做出了贡献。
因为原油含有各种各样的长链分子，蒸馏原油时会得到各种产品。因此，即使一部分石油被其他能源所替代，因为其他方面的需求不变原油的使用量也不会改变，这在未来很长的一段时间里将会是一种常态。虽然目前裸藻能合成适合作为生物燃料的蜡酯，单将来随着代替石油的其他能源技术的发展，一定会发现拥有更长碳链的其他种类的蜡酯，也可能需要新的微生物来生产油脂。一次一次的技术革新势必会给原来依存于石油的各个产业带来巨大的变革。
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本文来自Chem-Station日文版 自宅で抽出実験も？自宅で使える理化学ガラス「リカシツ」 GEN
翻译投稿 炸鸡 校对 HAO HU（胡博士）
因为新型冠状病毒的原因，许多大学和研究机构不得不进入紧急状态，相信很多人都无法继续做实验吧。前些日子学校停课的时候，我在科学技术宣传研究会网站上看各种各样的实验动画，看的久了也萌生出想自己动手做的想法。我想向大家介绍前几天我在东京发现的，可以在家里过一把化学实验瘾的“理科室”玻璃仪器。
用做实验的方式来泡杯咖啡如何呢？理科生
乍一看像是小学中学里学的用来过滤液体的漏斗，烧杯，铁架台等一套仪器，实际上它是一套用于滴流咖啡的仪器。要是你仔细观察的话会发现锥形烧杯上有把手。烧杯和锥形瓶也同样带有把手（如下图所示）。打发在家办公闲暇之余的时光也不错。购买的话请点击这里（样子如上图所示）。
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目前正在众筹募集资金购买芳香提取机。现在已经筹够了目标金额。在家里使用未免有点奇怪，但是给小孩子们做兴趣研究还是可以的。购买的话请点击这里。
这个也是理科室的产品，在清澄白河有店铺售卖。很遗憾，不在我住的地方，如果有机会我倒很想去看看。经营商是关谷理化的玻璃制品销售商。（本站不做代理贩卖）
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