ハーブ向け化学とはハーブは、植物のエッセンスオイル(精油)の芳香を楽しみ、ハーブティーとして飲用して楽しめる植物の恵みの集大成です。植物の中のエッセンスは、炭素の化合物の集まりであり、有機物と呼ばれます。化学の中では有機化学という分野で扱います。炭素は、生き物の基本元素です。多様な結合が植物・動物によって作られます。その多種多様な結合によって様々な性質が現れます。その様々な性質を活用することがハーブの本質です。ハーブを使う癒しは、ハーバルセラピーと呼ばれて欧米では非常に盛んです。中でも香りを楽しむアロマセラピーは近年、日本でも人気を集めています。ハーブでは主に植物のエッセンシャルオイルを対象としているので、有機化学の知識が重要になります。炭素と種々の結合によって香りが生まれます。微量の酸素と結合した炭素が香りを特徴づけます。炭素以外の匂いでは、酸素の仲間のオゾンの匂い。窒素のアンモニア臭が有名です。結びついた化合物の化学です。有機物は、昔は生き物によってしか合成できないと考えられていました。それに対して金属などを非生物の鉱物などの化学を無機化学といいます。現代化学では、有機金属化学の研究が進み、有機と無機化学は融合しています。炭素とは、元素記号でCと表し、周期律表で6番目の元素です。6つの電子が原子核の周りにありますが、そのうち、4つの結合にかかわる電子をもっているため、4本の結合ができます。元素なかでも炭素だけが、複雑な化合物、つまり有機化合物をつくる能力を持っています。炭素は様々な元素や官能基と結合する。そのとき、正四面体の中心になるように配置される。結合できる電子を4つ持っているので、4つの結合ができる。炭素の周りには4つの結合ができる。炭素は4本の腕を持つと説明される。すべて水素と繋がるとCH4(メタンガス)となる。4本の腕は、等方的に広がるので、正四面体の中心に炭素原子核があると、その正四面体の頂点に、結合相手の水素や官能基などが配置される。右図は、炭素Cの周りに4つの結合がある様子を表しており、実線が紙面と同じ平面上にある。黒い▲で表す腕は手前に伸びている。点線で示す△は奥に伸びていることを示している。炭素同士が連続的につながることが多い。炭素だけを描くことを有機物の炭素骨格いう。炭素の周りは、水素が結合している。炭素がつながることを直鎖という。1つがメタン2つがエタン3つがプロパン4つがブタン5つがペンタン4つまっすぐ連なった炭素と水素の結合したものをブタンという。4つ以上の炭素が結合する場合には、枝分かれしたものもあり、直鎖の炭素骨格と分けて考えることもある。炭素同士の結合は固定されず回転する。自然の油脂は、一般に長い直鎖の炭素骨格をもつ。加水分解して、-COOHで表されるカルボン酸を一つ持つものを、脂肪酸という。CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3構造異性体。直鎖に対して枝分かれ構造があり、例えば3つの炭素を持つプロパンの真ん中の炭素に一つのメチル基がついたものがある。プロパンにメチル基がついているので、これをメチルプロパンと呼ぶ。枝分かれのことをイソといい、上記をイソブタンとも呼ぶ。1つの物質に対して命名法は1種類とは限らないことに注意すること。天然由来成分は、慣習的な名前がついている場合が多い。嗅覚で匂いを感知するのは、空気中に漂っている分子です。そのためにおい分子には、ある程度の揮発性が必要です。有機物を構成する元素の中で、水素H,炭素C,窒素N,酸素O,リンP,硫黄S,塩素Clの7つが常温で揮発性のある物質の構成元素となります。生体中では、リンの大部分はリン酸塩やリン酸エステルとして存在し、塩素は塩化物イオンとして存在します。そのため揮発性を持ちません。したがって、水素H,炭素C,窒素N,酸素O,硫黄Sの5元素がにおい物質の構成元素です。有機物質の分子の揮発性は分子量が大きくなると低下していくので、分子量350程度、炭素数で20程度がにおいをもつ上限です。炭素同士の距離も短い。炭素の4つの電子のうち二つを使った結合。炭素同士の結合が強く、単結合が回転できる自由な結合なのに対して二重結合は固定的である。右図のように二重結合は平面で固定される。二重結合を含むと「アルケン」類。脂肪酸の場合、二重結合を含むものを不飽和脂肪酸という。二重結合を含まない炭素同士の有機物を「アルカン」類という。脂肪酸の場合、飽和脂肪酸と呼ぶ。それに対して不飽和脂肪酸は二重結合部分が自然に空気中で酸化されて単結合になるので、劣化しやすい。三重結合を含むものは「アルキン」類という。二重結合の立体化学(アルケンの化学)平面的な配置をとるため、その位置によって別の性質をもつ。右図のような配置をシス型という。同じ側にR基がついているのでストレスが大きい。Rは、炭素の集まった官能基を省略して示す記号である。二重結合の左右でななめに主要骨格があるアルケンのことをトランス型という。シス型とは化学的性質が異なる。レモンの香り成分であるネラールと(シス)とゲラニアール(トランス)は異性体関係にあります。わずかに香りが違いますが、よく似た性質を持っています。炭素の4つの腕にそれぞれ異なる4種類の官能基があると光学異性がある。した炭素をキラルな状態という。光学異性体は、左右の手に対応して、鏡像の関係(鏡に映ったもの同士)にある。LとRと呼ばれ、自然界にはなぜか片方しか存在しない。化学合成だと両者の混合物が出来る場合が多い。L型が有益でもR型は毒性を持つことが多い。光学異性体を作り分ける有機合成でノーベル賞が授与されている。官能基においに大きく作用する部分。骨格炭素に付いて性質を変えるパーツ。炭化水素とよばれる化合物の骨格は弱く薄い香りで、したに示す官能基と呼ばれる原子団がつくことで香りの特徴と強さがでます。炭化水素プラスエーテル、ケトン、アルデヒド、アルコール、フェノール、酸、エステルにおい物質が、個々のにおい分子受容体に結合することでにおいが検知される。その際の、におい物質受容体に結合するかしないかに最も大きく影響するのは、官能基である。におい分子受容体はタンパク質であるので、静電的な力や水結結合によってにおい物質と相互作用していると考えられている。そのため分子の中の官能基が受容体と相互作用すれば、強く結合して、特徴的な匂いがするようになる。官能基が共通して、ある程度、分子骨格が似ている分子は類似したにおいをもっていることが多い。一般的には、香りの成分のうち、特に、酸素が含まれる官能基が匂いの特徴を決める。エーテル:炭素―炭素間の鎖の間に酸素が入った化合物。8シネオール(ユーカリの香り)ローズオキサイド(ローズのトップノート)ヒドロキシル基。アルコールの性質を示す官能基。ヒドロキシル基をもつ物質は、水に溶けやすい傾向がある。―OHエタノールC2H5OHは、CH3CH2OHとも書く。二つの炭素骨格に対してヒドロキシル基が一つ結合したもの。炭素数1から6と増えるにつれてメタノールエタノールプロパノールブタノールペンタノールヘキサノールと命名する。ヘキサノールが芝を刈ったばかりの匂い。酸化されてアルデヒド(ヘキサナール)になると油臭い草の匂い。酸化されてカルボン酸(ヘキサン酸)になると、古い油のような匂いを持つ。CH3-OHCH3CH2-OHCH3CH2CH2-OHCH3CH2CH2CH2-OHCH3CH2CH2CH2CH2-OHエチルアルコールエタノール(酒の成分)グリセリンヒドロキシル基が3つ結合している、3価のアルコール。石鹸を作るけん化の過程で生成せれる副産物。水にいくらでも溶ける。無色で粘性の大きい、やや甘味のある液体で吸湿性がある。3級アルコール:炭素骨格に枝分かれがあり、水酸基(ヒドロキシル基)がついた炭素のほかの結合がすべて炭素と結合しているもの。3級アルコールの例は、リナロール(フローラルグリーン)、α-ターピネオールやターピネン4オール(ややミント様のフローラル香気)HOC-C-CCCH3CHOはアセトアルデヒド。H3CCHOアルデヒド基。匂いがアルコールとは異なり、油臭い草のような匂いになる。酸化されやすく、周りを還元する還元剤。代表例は、レモンのシトラール(ネラールとゲラニアールの混合体)。カルボキシル基カルボン酸という酸の仲間。油の腐った匂いがすることが多い。CH3COOHが酢酸。