Die aromatischen Bestandteile von essentiellen Ölen (z.B.: Terpene (sekundäre Inhaltsstoffe), Monoterpene, Phenole, Aldehyde, ect.) bestehen aus langen Ketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, die vorwiegend ringförmige chemische Struktur besitzen. Zusammenschlüsse aus Kohlenstoffatomen formen das Rückgrat für diese Ketten, gemeinsam mit Sauerstoff, Wasserstoff, Nitrogen, Schwefel und anderen Kohlenstoffatomen, die an verschiedenen Punkten an der Kette angebracht sind.
Essentielle Öle unterscheiden sich chemisch von fetten Ölen (auch als Fettsäuren bekannt). Im Gegensatz zur einfachen, linearen Kohlensauerstoffstruktur von fetten Ölen, haben essentielle Öle eine weit komplexere Ringstruktur und enthalten auch Schwefel- und Nitrogenatome, die in fetten Ölen nicht vorkommen.
Die Terpenoiden in vielen essentiellen Ölen sind eigentlich aus dem gleichen Grundmodel aufgebaut- einem Fünfkohlenstoffmolekül, Isopren genannt.
Wenn sich zwei Isopreneinheiten zusammenschließen, entsteht ein Monoterpen. Wenn es drei sind, ein Sesquiterpen; und so weiter. Zu den größten Molekülen in essentiellen Ölen gehören Triterpenoide. Sie bestehen aus 30 Kohlenstoffatome und 6 Isoprene, die zusammengehängen. Karotinoide bestehen aus 40 Kohlenstoffe oder 8 Isopreneinheiten und sind nur in kleinen Mengen in essentiellen Ölen vorhanden, da sie zu schwer sind, um via Dampfdestillation extrahiert zu werden.
Die verschiedenen Moleküle in einem essentiellen Öl können unterschiedliche Wirkungen hervorrufen.
So beinhaltet zum Beispiel die Deutsche Kamille (Matricaria recutita) das Azulen, eine dunkelblaue Verbindung mit kraftvollen, entzündungshemmenden Eigenschaften. Deutsche Kamille enthält auch Bisobolol, ein Stoff, der wegen seiner beruhigenden und stimmungsausgleichenden Eigenschaften schon gut untersucht wurde. Es gibt noch viele andere Verbindungen in der Deutschen Kamille. Sie beschleunigen zum Beispiel neben anderen Prozessen auch die Gewebsregeneration.
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