Aromaty syntetyczne BASF

Koncern BASF jest jednym z liderów światowego rynku aromatów syntetycznych. Podstawowym produktem jest tu cytral, chemiczny aromat produkowany od czterech lat w Ludwigshafen - nowej fabryce BASF o rocznej zdolności produkcyjnej wynoszącej 40 tys. ton.

Cząstka tego związku, zawierająca atomy węgla (C), odpowiada też w naturze za aromat cytrusowy znany np. z owoców cytrusowych lub palczatki cytrynowej. Syntetyczny cytral z zakładów BASF daje jednak coś więcej niż aromat cytrusów. Po wprowadzeniu niewielkich zmian w strukturze molekularnej tej cząstki można uzyskać inne substancje ważne dla branży produktów aromatycznych, takie jak linalol dający zapach lawendy oraz geraniol wydzielający charakterystyczny zapach różany.

- Te kwiatowe aromaty są bardzo do siebie podobne pod względem struktury molekularnej. Wszystkie trzy mają identyczny szkielet, zbudowany z dziesięciu atomów węgla oraz, co jest ich cechą charakterystyczną, jednego atomu tlenu - wyjaśnia dr Klaus Ebel, Research Manager w BASF. - Kluczową różnicą jest umiejscowienie tlenu i rodzaj jego wiązania. W cytralu i geraniolu ulokowany jest on na końcu łańcucha węglowego, z tym że w cytralu połączony jest wiązaniem podwójnym, a w geraniolu pojedynczym. Z kolei w linalolu atom tlenu dołączony jest po prostu do innego atomu węgla, znajdującego się wewnątrz łańcucha.

Różnica jest mała, ale daje wielki efekt, tak jak zmiana choćby jednego nacięcia klucza. Każda z trzech cząsteczek pasuje do innego ludzkiego receptora węchowego i wywołuje odpowiadające jej wrażenie zapachu. Pod względem chemicznym te substancje aromatyczne są dokładnie takie same jak ich naturalne odpowiedniki, więc nawet najbardziej czuły nos nie jest w stanie wyczuć różnicy.

Co więcej identyczne z naturalnymi aromaty BASF mają dwie decydujące zalety. Po pierwsze, niezmiennie wysoką czystość, prawie niemożliwą do uzyskania w ekstrakcie naturalnym. Po drugie, synteza jest często jedyną metodą wyprodukowania potrzebnej ilości aromatu za możliwą do przyjęcia cenę. Do uzyskania z palczatki cytrynowej 40 tys. ton metrycznych cytralu produkowanego co roku w Ludwigshafen trzeba by uprawiać powierzchnię 40 tys. hektarów, czyli niemal równą śródziemnomorskiej Majorce.

Okazuje się jednak, że synteza cytralu i jego produktów pochodnych wymaga zaangażowania pokaźnych środków technicznych.

- W zakładzie produkującym cytral w Ludwigshafen, otwartym w 2004 r., w niektórych częściach instalacji panuje temperatura rzędu 300st. C i utrzymywane są wysokie ciśnienia sięgające 300 barów. W celu zainicjowania niezbędnych reakcji chemicznych i zminimalizowania ilości powstających niepożądanych produktów ubocznych trzeba było opracować specjalny katalizator zawierający srebro i inne metale szlachetne jako składniki aktywne.

Nawet połączenie materiałów wyjściowych do produkcji cytralu możliwe jest dopiero pod wysokim ciśnieniem. Najpierw trzeba połączyć ze sobą względnie proste molekuły izobutenu (zawiera cztery atomy węgla) i formaldehydu (z jednym atomem węgla), aby uzyskać produkty pośrednie w postaci prenolu i prenalu (każdy z pięcioma atomami C).

Następnie jedną cząsteczkę prenolu łączy się z jedną molekułą prenalu i otrzymuje w ten sposób cytral z dziesięcioma atomami węgla, z którego z kolei na dalszych etapach syntezy produkuje się pokrewne aromaty, to jest geraniol i linalol. Blisko jedna trzecia cytralu produkowanego w Ludwigshafen jest jednak wykorzystywana do produkcji substancji, które na pierwszy rzut oka mają niewiele wspólnego z wyrafinowanymi perfumami, a mianowicie witamin (konkretnie A i E) oraz karotenoidów wykorzystywanych w przemianie materii jako prekursory witamin i antyutleniacze.

Obie te witaminy mają główny łańcuch składający się z 20 i 29 atomów węgla, a w karotenoidach jest to nawet 40 takich atomów. W efekcie substancje te mają małą lotność i nie są wyczuwane zmysłem węchu.

Szczególnie wysokie wymagania stawia się przed związkami aromatycznymi na bazie cytralu, gdyż nawet najmniejsze zanieczyszczenie związane z zapachem może zepsuć, a nawet zniszczyć pożądane typowe wrażenie zapachowe. Z tego względu końcowym technicznym etapem produkcji jest specjalny proces destylacji opracowany przez BASF. W ten sposób zapewniona jest niezmienna jakość produktu.

- Jeżeli nawet produkt końcowy jest idealny pod względem składu chemicznego, ale nie ma odpowiedniego zapachu, to w tym miejscu kończy się droga danej partii materiału. Nabywcy substancji zapachowych BASF oczekują bezwzględnie nienagannej jakości aromatu. Tylko dzięki takiemu podejściu kompozycja zapachowa perfum, na którą składają się liczne składniki aromatyczne, może zagwarantować oczekiwane wrażenie. W innym wypadku nieuniknione jest rozczarowanie zapachem” - wyjaśnia Alfred ten Haaf z zespołu oceny organoleptycznej w BASF Competence Center Analytics.

Do nadania kremom, szamponom i proszkom do prania przyjemnego zapachu potrzebne są tylko niewielkie ilości czystych związków aromatycznych takich jak cytral. Okazuje się jednak, że w skali globalnej są to ilości niebagatelne.

Od ponad czterech lat obecna fabryka BASF w Ludwigshafen produkuje około 40 tys. ton metrycznych cytralu rocznie - to jest czterokrotnie więcej w porównaniu z poprzednimi możliwościami. Ta skala produkcji oznacza, że BASF jest największym na świecie producentem cytralu i związków pokrewnych. Głównymi odbiorcami substancji zapachowych są producenci kosmetyków i środków piorących, a w wypadku witamin - wytwórcy suplementów diety i karmy dla zwierząt.

BASF zajmuje się nie tylko cytralem i jego pochodnymi, ale też innymi substancjami zapachowymi. Interesującym przykładem może być tu tlenek różany wchodzący w skład zapachu różanego, a poza tym wykorzystywany jako "wzmacniacz aromatu" w innych perfumach. Obecnie przecież przyjemnie pachnące produkty traktowane są jako coś oczywistego i w efekcie substancje aromatyczne tworzą powoli, ale bez przerwy rosnący rynek.

Warto wiedzieć, że przez całe wieki producenci perfum musieli polegać wyłącznie na naturalnych substancjach zapachowych, czasami bardzo trudnych do zdobycia. Era syntetycznych aromatów zaczęła się wraz z wyprodukowaniem waniliny (1874 r.) i piżma (1888 r.).

W latach 30. ubiegłego wieku BASF dołączył do wytwórców związków zapachowych, wprowadzając na rynek alkohol etylowofenylowy, taki sam jak występujący w przyrodzie składnik olejku różanego o zapachu palisandru lub liści róży. W Ludwigshafen, począwszy od lat 60. ubiegłego wieku, cytral stał się podstawą produkcji witamin i substancji aromatycznych.

Spośród około 3000 syntetycznych związków zapachowych znanych na świecie, BASF ma w swej ofercie blisko 100 tych, których produkcja jest uzasadniona ekonomicznie. W wielu przypadkach potrzeba tak małej ilości związku zapachowego, że jego synteza, choć możliwa, jest nieopłacalna i rozsądniejsze jest sięgnięcie po substancję naturalną.