Terpene - Terpene (English spelling)

Japanese: テルペン - てるぺん（英語表記）terpene

Among the main components of essential oils, compounds with a basic skeleton ( _C5H8 )n _in which isoprene _C5H8 is bonded at the head and end (head to tail bond) are collectively called terpenes. They are also called terpenoids or isoprenoids. Terpenes are _the main components of essential oils, and terpenes in essential oils are produced in the early stage of biosynthesis in plants, when acetic acid is converted into cholesterol (cholesterol) via squalene by the action of enzymes.

[Kikumasa Sato]

Basic structure and classification of terpenes

Terpenes are based on branched _C5 units (hereafter referred to as isoprene units). Linear and cyclic terpene hydrocarbons are classified into monoterpenes (n=2), sesquiterpenes (n=3), diterpenes (n=4) and triterpenes (n=6) according to the number of isoprene units, and cyclic terpene hydrocarbons are further classified into monocyclic, bicyclic and tricyclic terpene hydrocarbons. These terpene hydrocarbons include alcohols, aldehydes, ketones and carboxylic acids with the same carbon skeleton as these terpene hydrocarbons.

[Kikumasa Sato]

Terpene biosynthesis

Terpenes are widely distributed in the plant kingdom, and their biosynthetic mechanism made a significant advance with the discovery of mevalonic acid. Mevalonic acid is a precursor in the biosynthesis of all terpenes (mono-, sesqui-, and diterpene compounds). All steps in the biosynthesis of terpenes in plants via the mevalonic acid pathway have now been established.

[Kikumasa Sato]

Terpenes and essential oils

Terpenes are the main components of plant essential oils, which are the main natural fragrances. Among commercially produced essential oils, the most important and most widely produced ones and their main components are listed below.

[Citronella oil] Geraniol, citronellal, d-citronellol [Lemongrass oil] Citral [Needle leaf oil] α-pinene [Rose oil] Rhodinol, geraniol, nerol [Lavender oil] Linalool, linalyl acetate [Sandalwood oil] α- and β-santalol [Orange oil] Limonene [Peppermint oil] l-Menthol As can be seen from the above, terpenes are highly valuable as natural fragrances.

[Kikumasa Sato]

Synthesis and Applications

Mono- and sesquiterpene compounds are distilled from plant essential oils by steam distillation. Monoterpene compounds have a fragrant smell, but sesquiterpene compounds and above are odorless. Monoterpene compounds derived from plants are needed in large quantities as synthetic raw materials for fragrances and medicines, and the demand cannot be met by terpenes obtained from plants alone. Therefore, terpene compounds are mass-produced using unused natural resources such as α-pinene or petrochemical products such as acetylene, acetone, and isoprene as starting materials.

Currently, the main methods used for industrially producing terpene compounds are (1) the pinene method, (2) the acetone-acetylene method, (3) the isobutene-acetone-formaldehyde method, and (4) the isoprene method. Of these, all synthesis methods except (1) use methylheptenone as an intermediate, and the focus of each method is how to produce this methylheptenone. The synthesis of camphor, borneol, and linalool by (1), the synthesis of linalool by (2), and the synthesis of linalool by (4) have been industrialized.

Geraniol and patchouli alcohol, which are widely used as fragrances, are mono- and sesquiterpene compounds, while phytol, isophytol, and vitamin A, which are used as raw materials for the synthesis of vitamin E, are diterpene compounds. Triterpene compounds squalane and squalene are also produced as important cosmetic base materials. Carotene (a group of carotenoids), the pigment of carrots, is a tetraterpene compound. Another important polyterpene compound is solanesol, which is obtained from tobacco leaves and is used as a raw material for the synthesis of coenzyme _Q10 . Thus, terpenes have been used as raw materials for fragrances and medicines for a long time and occupy an important position as one of the natural organic compounds.

[Kikumasa Sato]

"Okuda Osamu, A Comprehensive Guide to the Chemistry of Fragrances I and II (1967, 68, Hirokawa Shoten)" ▽ "Tateoka Sueo, Ishii Shojiro, Ichikizaki Gen, et al., Modern Industrial Chemistry 15: Small Molecule Industrial Chemistry II (1968, Asakura Shoten)" ▽ "Suga Kyoichi and Watanabe Shoji, Chemistry of Fragrances (1972, Kodansha)" ▽ "Sonoda Noboru and Kameoka Hiroshi eds., Organic Industrial Chemistry (1993, Kagaku Dojin)" ▽ "Fushiya Nobuhiro, Hirota Hiroshi, et al., Structural Analysis of Natural Organic Compounds - Structure Determination Methods by Instrumental Analysis" (1994, Springer-Verlag Tokyo)"

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

精油の主要成分となっている化合物のなかで、イソプレンC₅H₈が先端と末端で結合（頭尾結合head to tail）した基本骨格(C₅H₈)nをもつ化合物を総称してテルペンとよぶ。テルペノイドterpenoid、イソプレノイドisoprenoidともよばれる。テルペンは精油の主要成分であり、精油中のテルペンは、植物の生体内で酢酸が酵素の作用によってスクアレンを経てコレステリン（コレステロール）となる生合成の初期段階で生成する。

［佐藤菊正］

テルペンの基本構造と分類

テルペンは枝鎖C₅単位（以下イソプレン単位という）が基礎となる。鎖状および環状テルペン系炭化水素は、イソプレン単位の数によって、モノテルペン（n＝2）、セスキテルペン（n＝3）、ジテルペン（n＝4）およびトリテルペン（n＝6）に分類され、さらに環状テルペン系炭化水素については単環性、双環性、三環性テルペン系炭化水素に分類される。そして、これらのテルペン系炭化水素と同じ炭素骨格をもつアルコール、アルデヒド、ケトンおよびカルボン酸が含まれる。

［佐藤菊正］

テルペンの生合成機構

テルペンは広く植物界に分布しており、その生合成機構はメバロン酸の発見によって著しい進展をした。メバロン酸はすべてのテルペン（モノ、セスキおよびジテルペン系化合物）の生合成における前駆物質である。現在では植物生体内でテルペンがメバロン酸経路によって生合成される全段階は確立されている。

［佐藤菊正］

テルペンと精油

テルペンは天然香料の主体となる植物精油の主成分である。商業生産される精油のうちで、とくに生産量も多く重要なものとその主成分を以下に示す。

〔シトロネラ油〕　ゲラニオール、シトロネラール、d-シトロネロール
〔レモングラス油〕　シトラール
〔針葉油〕　α-ピネン
〔ローズ油〕　ロジノール、ゲラニオール、ネロール
〔ラベンダー油〕　リナロール、酢酸リナリル
〔びゃくだん油〕　αおよびβ-サンタロール
〔オレンジ油〕　リモネン
〔はっか油〕　l-メントール
以上でわかるように、テルペン類は天然香料として高い価値をもっている。

［佐藤菊正］

合成法と用途

モノおよびセスキテルペン系化合物は植物精油から水蒸気蒸留などによって留出される。モノテルペン系化合物は芳香を有するが、セスキテルペン系化合物以上は無臭である。植物を資源とするモノテルペン系化合物は香料および医薬品の合成原料として多量に必要となり、植物から得られるテルペンのみでは需要に応じきれない状況となった。そこで天然の未利用資源、たとえばα(アルファ)-ピネンあるいは石油化学製品、たとえばアセチレン、アセトン、イソプレンなどを出発原料としてテルペン系化合物は大量生産されている。

　現在、テルペン化合物を工業的に製造するには、(1)ピネン法、(2)アセトン・アセチレン法、(3)イソブテン・アセトン・ホルマリン法、(4)イソプレン法がおもに行われている。これらのうちで(1)以外の合成法はすべてメチルヘプテノンを中間体とする方法であり、このメチルヘプテノンをどのように製造するかが各製法の焦点となっている。(1)によるカンファー（樟脳(しょうのう)）、ボルネオール、リナロールの合成、(2)によるリナロールの合成、(4)によるリナロールの合成が工業化されている。

　香料として多く使用されているゲラニオールやパチュリアルコールなどはモノおよびセスキテルペン系化合物であり、ビタミンEの合成原料であるフィトール、イソフィトールやビタミンAなどはジテルペン系化合物である。またトリテルペン系化合物であるスクアランおよびスクアレンは重要な化粧品基材としてともに生産されている。ニンジンの色素であるカロチン（カロチノイドのうちのある一群）はテトラテルペン系化合物である。さらに、ポリテルペン系化合物は補酵素Q₁₀の合成原料であるタバコの葉から得られるソラネソールが重要である。このように、テルペンは古くから香料および医薬品の原料として用いられ、天然有機化合物の一つの重要な位置を占めている。

［佐藤菊正］

『奥田治著『香料化学総覧Ⅰ・Ⅱ』（1967、68・広川書店）』▽『立岡末雄・石井象二郎・市来崎厳ほか著『近代工業化学15　低分子工業化学Ⅱ』（1968・朝倉書店）』▽『須賀恭一・渡辺昭次著『香料の化学』（1972・講談社）』▽『園田昇・亀岡弘編『有機工業化学』（1993・化学同人）』▽『伏谷伸宏・広田洋ほか著『天然有機化合物の構造解析――機器分析による構造決定法』（1994・シュプリンガー・フェアラーク東京）』