Mentol

Mentol is 'n organiese verbinding wat sinteties vervaardig word, of uit natuurlike bronne soos byvoorbeeld kruisement of ander plantolies verkry word. Dit is 'n wasagtige, kristallyne stof. Dit is deurskynend of wit, en is by kamertemperatuur 'n vaste stof. Die belangrikste vorm van mentol wat in die natuur voorkom, is (−)-mentol, t.w. die (1R,2S,5R) konfigurasie. Mentol het effense plaaslike verdowingseffekte, en verminder irritasie. Om hierdie rede word dit wyd gebruik om keelirritasie teen te werk. Mentol is ook 'n swak kappa opioïedreseptor agonis.

Struktuur 
Natuurlike mentol bestaan as 'n enkele suiwer stereo-isomeer, byna altyd die (1R,2S,5R) vorm (links onder in die diagram hieronder). Die agt moontlike stereoisomere is:

In die natuurlike verbinding is die isopropiel groep is in die trans oriëntasie teenoor beide die metiel- en hidroksielgroep. Hierdie konfigurasie kan dus in enige van die volgende maniere getoon word:

 

Die (+)- en (–)- enantiomere van mentol is die mees stabiele vorms, gebaseer op hulle sikloheksaan konformasies. Met die ring self in 'n stoelvorm, is die drie groot substituënte ekwatoriaal gelëe.

Die twee kristalvorme van rasemiese mentol het smeltpunte van 28 °C en 38 °C. Suiwer (−)-mentol het vier kristalvorme, waarvan die mees stabiele die α vorm, is: die bekende breë naalde.

Biologiese eienskappe 

Mentol se vermoë om koue-sensitiewe TRPM8 reseptore in die vel te stimuleer is verantwoordelik vir die bekende koel sensasie wat dit ontlok wanneer dit ingeasem of geëet word, of kontak maak met die vel. In hierdie sin is dit soortgelyk aan capsaïsiene, die chemiese stowwe wat verantwoordelik is vir die brandgevoel wat deur brandrissies ontlok word: hulle stimuleer die hittereseptore, ook sonder dat 'n verandering in temperatuur plaasvind.

Mentol se analgetiese eienskappe word deur 'n selektiewe aktivering van k-opioïedreseptore bemiddel. Mentol blok ook spanningsensitiewe natriumkanale, en verminder sodoende neurale aktiwiteit wat spiere stimuleer. 'n Studie het getoon dat plaaslike absorpsie van ibuprofen nie verhoog word deur mentol nie, maar dat die twee middels egter 'n komplementêre pynstillende effek het.

Sommige studies toon dat mentol as 'n positiewe allosteriese modulator op GABAA reseptor inwerk, en GABAergiese oordrag in PAG neurone verhoog. Mentol het ook narkotiese eienskappe, soortgelyk aan propofol, deurdat hy dieselfde setels van die GABAA reseptor moduleer.

Mentol vind wye aanwending in die tandheelkunde as 'n plaaslike antibakteriese middel: dit is werksaam teen verskeie vorme van streptokokki en lactobasilli.

Voorkoms 
Mentha arvensis is die primêre spesie wat gebruik word in die produksie van natuurlike mentol kristalle en natuurlike mentol vlokkies. Dit word hoofsaaklik in die Uttar Pradesh streek van Indië verbou.

(−)-Mentol kom natuurlik in kruisementolie (die olie van Mentha x piperita) voor, saam met 'n klein hoevellheid mentoon, die ester mentielasetaat en ander verbindings. Japanese mentol bevat ook 'n klein persentasie van die 1-epimer, (+)-neomentol.

Biosintese 
Die biosintese van mentol is in M. x piperita ondersoek, en die betrokke ensieme is geïdentifiseer en gekarakteriseer. Die proses begin met die sintese van die terpeen limoneen, gevolg deur hidroksilering, en dan 'n reeks van reduksie- en isomerisasiereaksies.

Hierdie proses vind in die sekretoriese klierselle van die plant voor. Geranielpirofosfaat sintase (GPPS) kataliseer die reaksie van IPP en dimetiel-alliel-pirofosfaat (DMAPP) om geranielpirofosfaat te vorm. In die volgende stap kataliseer (−)-limoneen sintase (LS) die siklisering van geranielpirofosfaat om (−)-limoneen te vorm. (−)-Limoneen-3-hydroksilase (L3OH) kataliseer dan, met O2 en NADPH as kofaktore, die alliliese hidroksilering van (−)-limoneen op die 3-posisie om (−)-trans-isopiperitenol te lewer. (−)-Trans-isopiperitenol dehidrogenase (iPD) oksideer die hidroksi groep op die 3-posisie met behulp van NAD+ nog 'n keer om 'n ketoon, (−)-isopiperitenoon, te vorm. (−)-Isopiperitenoon reduktase (iPR) reduseer dan die dubbelbinding tussen koolstowwe 1 en 2 met behulp van NADPH na (+)-cis-isopulegoon. (+)-Cis-isopulegoon isomerase (iPI) isomeriseer dan die oorblywende dubbelbinding om (+)-pulegoon te lewer. (+)-Pulegoon reduktase (PR) reduseer dan daardie dubbelbinding met behulp van NADPH met (−)-mentoon as produk, wat dan deur (−)-mentoon reduktase (MNR), met behulp van NADPH gereduseer word om (−)-mentol te lewer.

Produksie 
Soos by baie natuurlike produkte, is die vraag vir mentol baie groter as die aanbod wat uit natuurlike bronne gelewer kan word. In die geval van mentol is dit is ook interessant om daarop te let dat 'n vergelykende analise van die totale lewensikluskoste vanuit 'n volhoubaarheidsperspektief getoon het dat die produksie vanuit natuurlike bronne 'n hoër verbruik van fossielbrandstowwe verg, meer koolstofdioksied produseer, en meer impak op die omgewing het as enigeen van die twee vernaamste sintetiese produksiemetodes.

3000 Ton per jaar mentol word as 'n enkele enantiomeer (94% ee) deur Takasago International Corporation vervaardig. Die proses behels 'n asimmetriese sintese wat ontwikkel is deur 'n span onder leiding van Ryōji Noyori, wat die 2001 Nobelprys vir Chemie in erkenning van sy werk op hierdie proses gewen het: 

Die proses begin deur die vorming van 'n alliliese amien vanaf mirseen, wat asimmetriese isomerisasie in die teenwoordigheid van'n BINAP rodiumkompleks ondergaan, en wat na hidrolise enantiomeries suiwer R-sitronellal lewer. Dit word gesikliseer in 'n karboniel-een-reaksie wat deur sink bromied geinisieer word om isopulegol te lewer, wat dan gehidrogeneer word na suiwer (1R,2S,5R)-mentol.

'n Ander kommersiële proses is die Haarmann-Reimer proses. Hierdie proses begin met m-kresol, wat met propeen gealkileer word om timol te vorm. Hierdie verbinding word in die volgende stap gehidrogeneer. Rasemiese mentol word dan deur fraksionele distillasie geïsoleer. Die enantiomere word dan geskei deur middel van 'n chirale resolusieproses wat 'n reaksie met metiel bensoaat, selektiewe kristallisasie en dan hidrolise behels.

Rasemiese mentol kan ook gevorm word deur die hidrogenering van pulegoon. In beide gevalle kan die L-enantiomeer deur verdere verwerking gekonsentreer word: hiervoor word kristallisatiewe meevoeringsresolusie van die mentiel bensoaat konglomeraat gebruik. Die proses is egter oor die algemeen minder effektief, alhoewel die hoër verwerkingskoste deur laer roumateriaalkoste teengewerk kan word. 'n Verdere voordeel van hierdie proses is dat die d-mentol neweproduk goedkoop beskikbaar gemaak word vir gebruik as 'n chirale hulpmiddel.

Toepassings 
Mentol word in baie produkte vir 'n verskeidenheid redes gebruik, onder andere:
 In oor-die-toonbank medikasies vir kort-termyn verligting van keelseer en geringe mond of keel irritasie, byvoorbeeld lipbalsems en hoesmedisyne.
 As 'n middel teen jeuk.
 As 'n plaaslike pynstiller word dit gebruik om te klein pyne en skete te verlig, soos byvoorbeeld spierkrampe, verstuitings of hoofpyn, hetsy alleen of in kombinasie met ander middels soos kamfer, bloekomolie of capsaïsiene. In Europa verskyn dit dikwels as 'n jel of room, terwyl plakkers en liggaamsmoue in die VSA meer dikwels voorkom.
 In dekongestante vir bors en sinus (room, pleister of neuspompie).
 In sonbrandmiddels, omdat dit 'n koel sensasie veroorsaak.
 In naskeermiddels om "skeermesbrand" te verlig.
 As 'n tabak bymiddel in sommige sigaret handelsmerke, gedeeltelik vir sy geur, maar ook om keel en sinus irritasie te verminder wat deur rook veroorsaak word. Mentol verhoog ook nikotienreseptordigtheid, wat die verslawende potensiaal van tabak produkte kan verhoog.
 Mentol vind wye aanwending in mondhigiëne produkte en asemverfrissers, bv. mondspoelmiddel, tandepasta, mond en tong-spuite, of kougom en suiglekkers.
 As 'n plaagdoder teen tracheale miete van heuningbye.
 In die parfuumwese word mentol gebruik om mentielesters te produseer wat blomgeure (veral roosegeur) versterk.
 In verskeie plakkers, vanaf koorsplakkers wat op kinders se voorhoofde gesit word tot "voet kolle" wat vir talle kwale in Asië, veral Japan verkoop word: sommige variëteite gebruik "funksionele uitsteeksels", of klein knoppe om kinders se voete te masseer terwyl die verkoelingseffek 'n strelende uitwerking het.
 In sommige skoonheidsprodukte soos haaropknappers wat gebaseer is op natuurlike bestanddele.
 As'n krampstillende middel en gladde spier verslapper in boonste gastro-intestinale endoskopie.
In organiese chemie word mentol gebruik as 'n chirale hulpmiddel in asimmetriese sintese. Byvoorbeeld, sulfinaatesters van sulfinielchloriede en mentol kan gebruik word om enantiomeries suiwer sulfoksiede te maak deur reaksie met organolitium reagense of Grignard-reagense. Mentol reageer met chirale karboksielsure om diastereomeriese mentielesters te vorm, wat nuttig is vir chirale resolusie.

Reaksies 
Mentol reageer op baie maniere soos 'n normale sekondêre alkohol. Dit kan geoksideer word om mentoon te vorm deur die aanwending van oksideermiddels soos chroomsuur of dichromaat, maar onder sekere omstandighede kan die oksidasie verder gaan en die ring oopbreek. Mentol word maklik deur 2% swaelsuur gedehidreer, 'n reaksie wat hoofsaaklik 3-menteen lewer. Fosfor pentachloried (PCl5) lewer mentielchloried.

Geskiedenis 
Daar is aanduidings dat mentol in Japan reeds 2000 jaar gelede bekend was, maar in die Weste is dit eers in 1771 deur Hieronymus David Gaubius geïsoleer. Vroeë karakteriserings is deur Oppenheim, Beckett, Moriya, en Atkinson gedoen. F. L. Alphons Oppenheim (1833-1877) het in 1861 vir mentol sy naam gegee.

Kompendiale status 
 United States Pharmacopeia 23 
 Japanese Pharmacopoeia 15 
 Food Chemicals Codex

Toksikologie 
Die inname van suiwer mentol kan toksiese uitwerkinge hê, en oordosis is ook moontlik wanneer produkte wat baie mentol bevat in oormat ingeneem word.  The mediaan orale dodilike dosis in rotte word by 192 mg/kg geskat, maar sekere bronne gee veel hoër waardes aan, byvoorbeeld 2900 mg/kg in rotte en 5001 mg/kg in koenyne.

Verwysings

Verdere leesstof 
 E. E. Turner, M. M. Harris, Organic Chemistry, Longmans, Green & Co., London, 1952.
 Handbook of Chemistry and Physics, 71st edition, CRC Press, Ann Arbor, Michigan, 1990.
 The Merck Index, 7th edition, Merck & Co, Rahway, New Jersey, 1960.
 Perfumer & Flavorist, December, 2007, vol. 32, no. 12, pp 38–47.

Eksterne skakels 
 
 Ryoji Noyori Nobel lesing (2001)
 Mentol Informasie
 'n Oorsig oor mentol in Science Creative Quarterly

Organiese verbindings