Элементы химии эфирных масел

Элементы химии эфирных масел.

Химические соединения эфирных масел могут быть подразделены на две группы: углеводы, которые построены из терпенов (монотерпены, циклические терпены и дитерпены), и кислородсодержащие соединения, а именно эфиры, альдегиды, кетоны, спирты, фенолы и оксиды (иногда также присутствуют кислоты, лактоны и соединения серы и азота).

У каждого эфирного масла и соединения своя уникальная составляющая структура: форма, размер и расположение химических связей молекулы. Молекулы содержат атомы углерода и водорода.  Одни молекулы, которые состоят из цепочки атомов углерода, называется углеродной основой или углеродным скелетом.

Углеродная основа определяет форму молекулы, а количество атомов углерода — ее размер.
 
Зная форму и размер молекулы, мы понимаем куда может проникнуть молекула, оказавшись на слизистой оболочке или на коже.

Тип составляющих, содержащихся в эфирном масле, определяет не только его запах, но и воздействие на человека. Виды ароматических молекул, которые синтезируются растениями, называются терпенами.

Каждое растение имеет сотни специальных ферментов, называемых терпенсинтазами, эти ферменты создают терпены из более мелких строительных блоков — изопреновых единиц, которые имеют пять атомов углерода.

Основные составляющие эфирных масел это терпены и терпеноиды — большая группа природных соединений, преимущественно растительного происхождения.
 
Терпены —  углеводороды, терпеноиды —  их кислородсодержащие производные, чаще спирты, альдегиды и кетоны.

Классифицируют терпены и терпеноиды по составу (по числу изопреновых звеньев) на монотерпены, сесквитерпены, ди-, сестер-, три-, тетра- и политерпены.

По строению углеродного скелета различают ациклические и циклические терпены.

Терпены — химические соединения, углеводороды, молекулы которых состоят из атомов двух элементов — углерода и водорода. Они присутствуют почти во всех эфирных маслах в довольно больших количествах. Терпены быстро испаряются (высокая летучесть), легко окисляются и распадаются, а под воздействием света и кислорода осмоляются. При этом масло может стать вязким, мутным, а на дне возможно выпадение осадка. Вот почему цитрусовые эфирные масла, имеющие высокую долю терпенов, следует хранить не более года. Терпены легко распознать, они все имеют суффикс «ен».

Молекулы терпенов очень невелики, обладают высокой проникающей способностью. Именно они «отвечают» за высокую биологическую активность эфирного масла. Проникая в кожу, часть эфирного масла растворяется в поверхностном слое клетки. При этом происходит изменение свойств клеточных мембран. Учитывая, что мембраны клеток синхронизируют все биохимические реакции в организме, с нарушением их целостности запускается каскадный процесс разбалансировки метаболических процессов, вплоть до полной потери работоспособности клетки. Поэтому, несмотря на то, что терпены считаются довольно безопасными, они могут раздражать кожу и слизистые оболочки, вызывать индивидуальные аллергические реакции.

Особенно часто возникают аллергические реакции на присутствие д-3-карена. Поэтому для обработки высокочувствительной или подверженной аллергии кожи цитрусовые масла следует немного разбавлять.
 
Цитрусовые эфирные масла содержат большое (до 90%) количество d-лимонена, использовать их надо в разведенном виде и с осторожностью, особенно лицам с чувствительной кожей.

Терпен камфен, содержащийся раздражая паренхиму почек, усиливает мочеотделение, поэтому не рекомендуется применять эти масла при нефритах.

Терпен бергамотен (5-метоксипсорален), также содержащийся в цитрусовых эфирных маслах, повышает чувствительность кожи к солнечному свету и ультрафиолетовым лучам, что может вызвать потемнение кожи и ожоги (фотосенсибилизирующее и фототоксическое действие). Поэтому не рекомендуется использовать его перед выходом на солнце или перед посещением искусственного солярия.

В зависимости от количества изопреновых звеньев терпеноиды делятся на: полутерпены С5Н8; монотерпены С10Н16; сесквитериены С15Н24.

Монотерпены: в них находится 10 атомов углерода, и это довольно маленькие молекулы.

Монотерпены содержатся в некотором количестве практически во всех маслах. Они имеют структуру из 10 атомов углерода, полученных из двух изопреновых звеньев. Их углеродная основа может иметь форму кольца или прямой цепи. Благодаря небольшому размеру монотерпены быстро реагируют на воздействие воздуха и тепла и быстрее разрушаются.

Монотерпены воздействуют на клеточную мембрану; малый размер позволяет им разместиться между молекулами жиров, составляющих мембрану. Они также достаточно мелкие, чтобы пройти насквозь и попасть в цель внутри клетки.
Существует более 2000 разновидностей монотерпенов с уникальной биологической активностью.

Монотерпены находятся почти во всех эфирных маслах и могут оказывать следующие биологические действия: антисептическое (антибактериальное, противогрибковое, противовирусное), отхаркивающее, мочегонное.
 
Монотерпены очень широко представлены у высших растений, они часто содержатся в особых секоеторных железках как важные компоненты эфирных масел.

Свободные монотерпены — достаточно летучие вещества с сильным и оригинальным ароматом, что используется в производстве душистых веществ. В силу своей летучести, они постоянно испаряются растениями в процессе вегетации, а в лаборатории их выделяют из растительного сырья перегонкой с водяным паром.
Монотерпены, содержащие спиртовые группы, могут находиться в растениях в связанной форме — в виде гликозидов, что способствует их удерживанию и пролонгированному использованию.

Широкий спектр активности монотерпенолов: линалоол, терпинеол, гераниол, туйанол и ментол — являются эффективными и полезными средствами в борьбе с бактериальными инфекциями.

Сесквитерпены: в них содержится 15 атомов углерода.

В структуре сесквитерпенов — 15 атомов углерода, полученных из трех изопреновых звеньев. Молекулы сесквитерпенов более тяжелые и менее летучие, чем молекулы монотерпенов, поэтому они содержатся в эфирном масле в меньшем количестве. Существует более 10 000 разновидностей сесквитерпенов. Их углеродная основа может иметь форму прямой цепи, одного или двух колец. Из-за большего размера они не проникают в клеточную мембрану так же эффективно, как монотерпены, но уникальная форма позволяет им вставать в карманы трехмерных белковых структур и влиять на активность белка. Сесквитерпены активируют трансмембранные рецепторы.
Сесквитерпены более устойчивы к окислению и менее летучи, чем монотерпены. Типичными представителями сесквитерпенов являются азулен, хамазулен, кариофиллен.

 Сесквитерпены обладают антисептическим действием, останавливая рост бактерий, вирусов, грибков или убивая их, оказывают обезболивающее, противовоспалительное действие, способствуют снятию или уменьшению спазмов и тем самым снижению артериального давления, успокаивающе действуют на центральную нервную систему. Они также обладают против инфекционными, мочегонными, возбуждающими свойствами и стимулируют работу иммунной системы.

Фарнесол замедляют рост бактерий, то есть представляют собой бактериостатики, но не убивают их, поэтому они считаются идеальными составными частями дезодорантов. Каротол и виридифлорол — являются очень сильными против инфекционными веществами.

Монотерпены и сесквитерпены — основные компоненты эфирных масел. Из-за различий в размере и структуре молекулы монотерпены и сесквитерпены оказывают различное действие на тело.

Дитерпены: 20 атомов углерода.

Дитерпенолы встречаются в эфирных маслах в малых дозах, благотворно воздействуют на гормональную систему, гармонизируют ее. Структура дитерпенолов подобна структуре гормонов человека. Ученые выяснили: когда человек вдыхает, к примеру, цитрусовый аромат, в его слюне происходит рост плотности иммуноглобулина, что способствует восстановлению после стресса.

Кислородсодержащие соединения

Терпеноиды — химические соединения, которые помимо углерода и водорода содержат еще и кислород. К таким соединениям относятся спирты, альдегиды, эфиры (простые и сложные), кетоны, фенолы, кислоты и окислы.

Полутерпены. В основном представлены кислотами и альдегидами.

Альдегиды — химические соединения, содержащие карбонильную группу в конце углеводородной цепочки, легко окисляются, чем объясняются их активные свойства. Альдегиды обычно имеют окончание «ал» или «альдегид». Предельные жирные альдегиды изредка сопровождают эфирные масла как нежелательная примесь; ввиду низкой температуры их кипения, они легко отделяются. Важной составной частью являются непредельные альдегиды: цитраль и цитронелаль, отвечающие вышеупомянутым терпеновым спиртам, гераниолу и др. Из альдегидов ароматических, как ценные составные части масел, встречаются: альдегиды бензойный, салициловый, анисовый, куминовый, коричный и некоторые др. Как нежелательная примесь, сопровождающая иногда эфирные масла, является фурфурол.

Высокая антисептическая активность альдегидов направлена на бактерии, вирусы, патогенные грибки, паразитов. Они не так безопасны, как терпены или алкоголи. Некоторые альдегиды — раздражители, то есть могут вызвать аллергическую реакцию у чувствительных людей. Другие могут быть сенсибилизаторами, то есть вызывать местное раздражение кожи или слизистых оболочек. Альдегид может быть токсичным сам по себе, а в ансамбле всех компонентов эфирного масла токсичность не проявлять.

Биологическое действие альдегидов: антисептическое, расслабляющее (релаксирующее), противовоспалительное, противоспазматическое, жаропонижающее. Альдегиды в больших концентрациях могут оказывать раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки, у чувствительных лиц вызывать аллергические реакции. Поэтому требуется особая осторожность в использовании эфирных масел, содержащих большое количество альдегидов. Не рекомендуется использовать такие масла без контроля врача, особенно для терапии детей и лиц с аллергическими реакциями.
Никогда не наносите на кожу и слизистые в неразбавленном виде эфирные масла с высоким содержанием альдегидов.

В некоторых эфирных маслах довольно много альдегидов: в коричном из коры — до 75% (коричный альдегид), в лемонграссовом — до 70% (цитраль).

Альдегид: цитраль, цитронеллаль и куминаль — являются важными антибактериальными веществами; бензойный альдегид; гераниал; нерал. Коричный альдегид — такой же сильный, как и фенолы (используются в качестве противоинфекционных средств). Щелочные составы, вступая в реакцию с альдегидами окрашивают кожу рук в стойкий желтый цвет.

Алкоголи (спирты) — наиболее часто встречаемое соединение в эфирных маслах.

Жирного ряда предельные алкоголи в эфирных маслах содержатся только в виде сложных эфиров. Всего чаще встречаются эфиры метилового спирта. Из других до сих пор известны эфиры этилового, изобутилового, изоамилового, нормального гексилового, метилэтилпропилового и, наконец, нормального октилового спиртов.

Гораздо большее значение имеют три спирта терпеновых с открытыми цепями: цитронелол, линалол и гераниол. Спирты эти входят в состав различных эфирных масел и сами по себе, и в виде сложных эфиров, представляя в том и другом случае очень важную составную часть, так как являются носителями запаха. Из ароматических спиртов в эфирных маслах встречаются в виде эфиров спирты бензиловый, коричный и фенилпропиловый. Из непредельных спиртов с замкнутым, но не ароматическим строением очень часто встречаются и составляют, как сами по себе, так и в виде сложных эфиров, существенную составную часть борнеол и терпинеол, реже ментол. Существуют и встречаются спирты, отвечающие сесквитерпенам, но они плохо еще изучены. Большинство из них твердые соединения с температурой плавления от 85° до 135°, кипящие при 250° и выше.

В зависимости от пространственного строения молекулы (стереометрии) они делятся на монотерпенолы, сескви- и дитерпенолы. Спирты диффузны, легко испаряются, часто их аромат является ведущей нотой в характеристике запаха эфирного масла. Алкоголи легко распознать по суффиксу «ол». Они очень разнообразны и широко применяются в аромапсихологии. Они безопасны, не вызывают раздражения кожи — это достаточно безобидная составляющая эфирного. Поэтому и считают, что эфирные масла с высоким содержанием алкоголей неопасны даже для детей и пожилых людей.
Монотерпенолы: борнеол; гераниол; лавандулол; ментол; миртенол; нерол; альфа-терпинеол; терпинен-4-ол.

Спирт гераниол характеризует запах герани.

Линалоол, имеющий в чистом виде запах ландыша, привносит в характеристику аромата тонкую цветочную ноту.

Запах ментола невозможно перепутать ни с каким другим, он тесно связан с мятой.
 
Лавандулол, несущий тонкий аромат лаванды, входит в состав многих эфирных масел.
Биологическое действие спиртов.

Спирты в составе эфирных масел не только привносят своеобразность аромата, но и способствуют проявлению антисептической активности в борьбе с бактериальной и вирусной инфекциями, оказывают обезболивающее, анестезирующее, а также диуретическое (мочегонное) и тонизирующее действие, способствуют стимуляции иммунной системы, регулируют гормональную деятельность.

Весьма важно отсутствие токсичности, поэтому эфирные масла с преимущественным содержанием спиртов относительно безопасны.

Эфиры — химические соединения, содержащие кислотные радикалы, которые обеспечивают их биологическую активность. Эфиры содержатся в большинстве эфирных масел, их присутствие придает аромату масел фруктовую ноту и оттенки сладостей, как правило, содержание эфиров в масле весьма невелико. Эфиры малотоксичны и относительно безопасны. Эфиры оканчиваются на «ат», обычно «ацетат». Они безопасны, есть лишь немного неблагоприятных эффектов.

Эфир бензилбензоат — сильно цветочный и легкий фруктовый запах; фенилэтилтиглат —приятно травянисто-цветочный запах; куминилацетат — свежим фруктовый запах, с оттенками запаха бергамота.

Биологическое действие эфиров разносторонне, но ведущими являются расслабляющее, спазмолитическое, противовоспалительное, согревающее и успокаивающее. За счет тесной связи с органическими кислотами эфиры обладают ранозаживляющим, противогрибковым эффектом и проявляют антипаразитарные свойства.

Эфиры очень хорошо уравновешивают и эффективно воздействуют на нервную систему — они оказывают успокаивающее и одновременно возбуждающее действие.

Высокое содержание эфиров в эфирном масле может вызывать раздражающее действие на кожу и требует осторожности и соблюдения допустимых концентраций.

Кетоны представляют собой химические соединения, содержащие карбонильную группу в середине углеводородной цепи. Существуют кетоны ароматические, ненасыщенные, оксикетоны и насыщенные (гексан). Названия кетонов оканчиваются на -он.

Из жирных предельных кетонов ацетон встречается в небольших количествах во всех маслах, получаемых из листьев разнообразнейших растений. Чаще в маслах из жирных кетонов попадается непредельный кетон — метилгептенон C8H14O. Важную роль в маслах играют обладающие в большинстве случаев тонким и ароматическим запахом терпенные кетоны. Из них наиболее распространенным надо признать камфару. Она составляет главную часть масел, получаемых из растений Laurus Camphora и Cinnamonum Camphora, но, сверх того, встречается в целом ряде других масел. Реже встречаются карвон, пулегон, фенхон, туйон и ментон.

Биологическое действие кетонов разнообразно: антисептическое (особенно противогрибковое), ранозаживляющее, обезболивающее, противовоспалительное, жаропонижающее. Кетоны защищают клетки, способствуя развитию тканей. Они очень хороши для заживления ран и обработки кожи. Кетоны разрушают слизистые оболочки, вызывают нервные расстройства, усиливают поток слизи, полезны при затрудненном дыхании.
Изучено также возможное влияние кетонов на свертываемость крови — снижая ее, они оказывают антикоагулирующее (противосвертывающее) действие; кетоны обладают муколитическим (стимулируют выработку слизи), липолитическим (растворяют жиры), седативным (успокаивающе действуют на нервную систему) эффектами. Кетоны обладают уникальной способностью стимулировать рост новых клеток. Камфарное масло – это практически чистый кетон. При всех положительных свойствах кетонов необходимо отметить и их возможное токсическое действие. Безопасны для взрослого человека, но требуют крайне осторожного применения во время беременности. Так как в редких случаях продолжительного применения могут спровоцировать патологии внутриутробного развития.

Однако не стоит слишком сильно волноваться — большинство эфирных масел со значительным содержанием кетонов не используются в аромапсихологии и, к счастью, не распространены широко. Некоторые кетоны совершенно безопасны.
Эфирные масла с большим содержанием кетонов надо использовать очень осторожно. Конечно, если выдержаны пропорции и не вышел срок годности, они не опасны.
Ароматерапевт из Германии доктор Д. Вабнер на основании результатов исследований предложил классификацию эфирных масел сильного действия, основанную на их химическом составе и токсикологических свойствах.

Было отмечено, что эфирные масла с высоким содержанием кетона могут вызывать побочные отрицательные действия: нейротоксичность (негативно влияют на функции нервной системы), эмбриотропный эффект (опасны во время беременности), гепатотропный эффект (нарушают функцию печени). Такими свойствами обладают эфирные масла с высоким содержанием кетона. С осторожностью рекомендует применять эфирные масла со средним содержанием кетона и относительно безопасны эфирные масла с низким и минимальным содержанием кетона.

Кетоны: вербенон, туйон, камфара, пинокамфон, криптон, фенхон, ментон, пиперитон и карвон — эффективны при инфекциях, сопровождаемых слизистыми выделениями.
Фенолы — циклические соединения, содержащие гидроксильную группу ОН. Фенолы, подобно алкоголям, имеют суффикс «ол». Соединения имеют большое значение, обладая в большинстве случаев ценным запахом. Наибольшим распространением отличается тимол; затем идут: карвакрол, хавикол, анетол и сафрол.

Фенольные соединения, в ароматическом кольце которых имеется больше одной гидроксильной группы, называются полифенолами. Число природных фенольных соединений растительного происхождения велико, и функции их многообразны. В составе эфирных масел они считаются наиболее опасными по реактивности компонентами. Окисляясь, придают маслу характерный оттенок затхлости. Фенолы очень чувствительны к повышенным значениям рН, влажности и свету.

Некоторые фенолы токсичны, при неправильном использовании могут вызывать токсические реакции — головокружение, общую слабость, раздражение кожи и слизистых оболочек дыхательных путей, расстройства дыхания, коллапс, аллергические реакции, а при хронической интоксикации могут оказывать гепатотропное и нейротоксическое действие, стимулировать рост опухолей. В то же время грамотное, профессиональное использование эфирных масел фенольной группы позволяет решать большое количество проблем с нарушением здоровья. Эфирные масла с большим содержанием фенолов надо сильно разбавлять и применять кратковременно.
Биологическое действие фенолов: им свойственна высокая антисептическая, антибактериальная, бактерицидная (в отношении вегетативных форм микроорганизмов), антивирусная, антипаразитарная, антигрибковая активность.

Существует понятие «фенольный коэффициент», показывающий антисептическую активность эфирных масел по сравнению с фенолом. Эфирным маслам с высоким содержанием фенолов свойственно оказывать антисептическое (против инфекционное), иммуностимулирующее, противоопухолевое, спазмолитическое, антисклеротическое, диуретическое, муколитическое, отхаркивающее и прижигающее действия, а также действие, стимулирующее нервную систему и пищеварение. Фенолы хорошо возбуждают и прекрасно стимулируют иммунную систему, повышают кровяное давление.
Фенолы: карвакрол, тимол и эвгенол — являются чрезвычайно сильными антибактериальными веществами. При аккуратном применении — это мощный инструмент.

Окислы. Изучение свойств окислов, в частности 1,8-цинеола (эвкалиптол) в эвкалиптовом эфирном масле и во многих других, подтверждает, по мнению Г. Фенароли (1963), катализирующую активность, то есть усиление биологической активности других компонентов эфирных масел, особенно терпенов. К этой группе относятся эфирные масла, содержащие 1,8-цинеол в количестве (%).
Окислы, как жирные, так и ароматические, встречаются в маслах в виде сложных эфиров, и если иногда могут быть открыты в свободном состоянии, то образованием своим обязаны распадению этих эфиров. Лактоны попадаются в маслах, но, за малыми исключениями, плохо изучены.

Из окисей в маслах встречается только одна — цинеол, но зато она содержится в громадном количестве разнообразнейших масел. Соединения, содержащие азот и серу, имеются в тех маслах, который получаются перегонкой из частей растений, богатых белковыми веществами. Аммиак, триметиламин, цианистый и сернистый водород при этом чаще всего улетают вовсе, реже растворяются и остаются в воде и очень редко переходят в масло. Горько-миндальное масло содержит нитрил муравьиной кислоты; настурциевое масло почти исключительно состоит из нитрила фенилуксусной кислоты, а масло жирухи — из нитрила фенилпропионовой кислоты. Сернистые соединения в небольших количествах встречаются в маслах нередко; изородановый аллил — составляет главную составную часть различных сортов горчичного масла.
Эфирные масла, содержащие эвкалиптол, обладают антисептической активностью (антибактериальной, антивирусной) и являются прекрасными средствами профилактики воздушно-капельных бактериальных и вирусных инфекций. Отмечено омолаживающее действие эфирных масел, содержащих цинеольную группу. Экспериментальные биохимические исследования позволили объяснить это свойство: в процессе биотрансформации 1,8-цинеол образует в организме различные формы гиалуроновой кислоты, которая препятствует обезвоживанию и высыханию биологических тканей, стимулирует обновление клеток.

Оксиды: особенно 1,8-цинеол — являются важной против инфекционной молекулой и средством, тонизирующим лимфатическую систему. Тимол, карвакрол и эвгенол хорошо известны как мощные противогрибковые вещества.
Лактоны представляют собой внутренние эфиры оксикарбоновых кислот. Биологическое действие лактонов объясняется свойствами кислот и эфиров; они оказывают противовирусное, противогрибковое, муколитическое, отхаркивающее, жаропонижающее, седативное (успокаивающее) действие.

Кумарины и фурокумарины — природные соединения, в основе которых лежит соединение бензольного и пиронового колец (кумарины) и фуранового кольца (фурокумарины).

Кумарины наиболее типичны для растений семейств зонтичных (корни и семена дягиля), рутовых (кожура цитрусовых), бобовых. Накапливаются кумарины в основном в корнях, коре и плодах и в меньших количествах в листьях и стеблях. Наиболее значима фотосенсибилизирующая активность фурокумаринов — повышение чувствительности к солнечному свету и ультрафиолетовым лучам. Фотосенсибилизация проявляется не только в потемнении кожи, но и в возникновении ожогов и фототоксических реакций у лиц с чувствительной кожей. Ряд кумаринов и фурокумаринов оказывает бактериостатическое и антигрибковое действие. Выявлена против свёртывающая (антикоагулирующая) и некоторая противоопухолевая активность ряда фурокумаринов.

Фотосенсибилизирующее действие эфирных масел из кожуры цитрусовых обусловлено наличием бергамотена (5-метоксипсоралена).

Эфирные масла – это многокомпонентные, сложные по химическому составу вещества и естественно, на описанных элементах состав эфирных масел не ограничивается. Он намного разнообразнее и богаче. В составе эфирных маслах были обнаружены и остатки редких элементов.
 
Зная действие отдельных (преобладающих) составных частей, можно предположить, какими свойствами обладает то или иное масло, то есть можно «читать» эфирные масла — какую концентрацию брать, возможна ли аллергия, как долго хранится масло, где его лучше хранить (в тепле или прохладе).

В аромапсихологии, как и в ароматерапии используют масло в целом, как оно есть, эффект дает именно совместное взаимодействие всех составных частей. Смешивая несколько эфирных масел можно предполагать, как себя поведет смесь, заранее точно предсказать действие смеси невозможно.

«Колесо» химического состава эфирных масел

Зная химический профиль каждого масла, мы будем прекрасно понимать, когда и как лучше его использовать, чтобы получить необходимый эффект. В каждом круге масла разделены на функциональные группы, под каждым из них указаны один или два основных химических компонента.