Uchebnik

реактивом Шталя и синее, переходящее в бесцветное – с кислотой серной концентрированной и 0.5% водным раствором аммония ванадата. В динамике щелочного гидролиза обоих веществ отмечено накопление полупродукта, что указывает на наличие ацильных остатков в структуре исследуемых соединений. Полупродукт выделен методом препаративной ТСХ в системе: хлороформ – метанол – вода 7:2:1, для него записаны ПМР и масс-спектры:

1Н-ЯМР (СD3ОD, δ, м.д.): 7.41 (s, Н-3), 5.42 (d, J=3.4, Н-1), 4.75 (d, J=8.5, H- 1’), 4.12 (m, H-7), 3.92 (2H, dd, J=1.7, J=12.5, H-6’), 3.51 (t, J=9.2, Н-3’), 3.47 (m, H-5’), 3.40 (t, J=9.2, H-4’), 3.28 (t, J=9.2, H-2’), 3.08 (dd, J=7.5, J=8.0, H-5), 2.18 (m, H-6a), 2.11 (m, H-9), 1.91 (m, H-8), 1.77 (m, H-6b), 1.07 (d, J=7.2, Н-10).

m/z (70 eV): 376 [M]+, 375, 341, 213, 197, 179, 163, 85, 84, 57, 55, 41, 31.

Сравнение спектральных характеристик полупродукта щелочного гидролиза с литературными данными выявило его сходство с ПМР- и массспектрами известного иридоида 1-О-β-D-галактопиранозилокси-8-метил-7- окситетрагидроциклопента[C]пиран-4-карбоновой кислоты. Величина молекулярной массы вещества 2 на 42 ед., а вещества 3 на 84 единицы больше чем у модельного соединения, что указывает на моно- и диацилирование веществ 2 и 3 остатками уксусной кислоты.

Места ацилирования в исследуемых молекулах устанавливали сравнением ПМР-спектров веществ 2 и 3 со спектрами известного соединения. Сдвиг сигнала Н-4 остатка D-галактозы в высокочастотную область для вещества 2

(3.40 4.81 м.д.), Н-4 и Н-6 для вещества 3 (3.40 4.82 и 3.91 4.94 м.д.)

указывает на ацилирование вещества 2 по 4-ОН галактозы, а вещества 3 – по 4- и 6-ОН-группам.

Из приведенного анализа следует, что вещество 2 является 4’-О-ацетатом вещества модельного соединения, а 3 – его 4’,6’-ди-О-ацетатом.

Вмасс-спектрах веществ 2 и 3 присутствуют осколочные ионы

характеристичные для фрагментации найденных структурных особенностей: (376 [M-42]+ - для вещества 2) и (418 [M-42]+, 376 [M-42–42]+ - для вещества 3).

Наличие углеводного фрагмента подтверждается по осколочным ионам: 213 [M-Gal-Ас]+, 179 [Gal-Н]+ и 163 [Gal-ОН]+ m/z, а осколочные ионы при 85, 84, 83, 57, 55, 41 и 39 m/z соответствуют наличию пиранового фрагмента в структурах обеих молекул.

В13С-ЯМР-спектрах веществ 2 и 3 имеются 3 группы сигналов: 6 сигналов углеродных атомов D-галактозы в области от 101.2 до 62.8 м.д.; 10 сигналов – иридоида и сигналы СН3СО- (23.1 (4-CH3CO), 176.4 (4-CH3CO) - для вещества

2)и (23.1 (4-CH3CO), 176.4 (4-CH3CO), 22.9 (6-CH3CO), 175.9 (6-CH3CO) - для вещества 3). Отсутствие сдвига резонансных сигналов остальных углеродных атомов D-галактозы по сравнению с 13С-ЯМР-спектром D-галактозы является доказательством их незамещенности. Количество остатков уксусной кислоты в структурах обеих молекул можно отметить также из ПМР-спектров веществ, в которых помимо резонансных сигналов галактозы и иридоида-агликона имеются сигналы ацетильной группы: (2.17 (3H, s, 4-OAc) - для вещества 2) и (2.19 (3H, s, 4-OAc), 2.10 (3H, s, 6-OAc) - для вещества 3).

251

Сигнал аномерного протона галактозы при 4.85 в веществе 2 и 4.87 м.д. – в веществе 3, свидетельствует о β–конформации аномерных центров в исследуемых соединениях.

На основании представленных данных, соединение 2 идентифицировано как 1-О-β-D-(4’-О-ацетил)галактопиранозилокси-8-метил-7-окситетрагидро- циклопента-[C]пиран-4-карбоновая кислота, а вещество 3 как - 1-О-β-D-(4’,6’- ди-О-ацетил)-галактопиранозилокси-8-метил-7-окситетрагидроциклопента[C]- пиран-4-карбоновая кислота.

Вопросы для самоконтроля студентов

1Классифицируйте иридоиды, укажите их природные источники.

2Сопоставьте основные структурные особенности иридоидных гликозидов.

3Перечислите качественные реакции иридоидов различных структурных

групп.

4Составьте схему выделения иридоидов из природных источников.

5Составьте схему основных типов химических трансформаций иридоидных молекул.

6На примерах покажите значимость реакций полимеризации иридоидов в промышленности.

7Опишите технологические особенности и механизм реакций присоединения в модификации иридоидов.

8Сравните различные гидролитические методы исследования иридоидов.

9Сравните различные методы каталитического гидрирования иридоидов.

10Перечислите основные промышленно-важные иридоиды.

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА

1Опишите классификацию иридоидных соединений

2Опишите специфические отличия иридоидов

3Покажите взаимосвязь структурных особенностей молекул иридоидов и их химических свойств

4Опишите полезные свойства иридоидных растений и препаратов из них

1Все иридоидные соединения объединяет углеводородный скелет – иридан, 8С, это производные монотерпенов, отличающиеся:

 степенью окисленности (одна, две, реже три С=С связи в скелете);  4 подгруппы по общности углеродного скелета и расположения

заместителей (разное расположение С=С, наличие/отсутствие эпоксицикла, одно положение углеводных фрагментов).

252

2 ■ Горький вкус большинства иридоидов;

преобладание гликозидированных форм в положении 1;

изменение цвета сырья «явление черной пигментации»;

легкость полимеризации.

3 ■ Насыщенный или нет скелет иридана:

отсюда участие этих соединений в реакциях окисления, гидратации (дегидратации), восстановления, галогенирования;

конформации двух конденсированных колец (карбоцикл + гетероцикл);

гликозидная форма – гидролиз (кислотный, ферментативный, щелочной);

ОН-заместители в кольцах или в боковой цепи – спиртового характера;

(окисление, алкилирование, ацилирование). Для гликозидов – перметилаты, перацетаты.

4.■ Синтоны в биосинтезе других растительных веществ (хемосистематика)

антистрессовая, антимикробная, седативная, желчегонная (горечи), антивирусная, противоопухолевая, спазмолитическая и др. виды биоактивности;

для сельского хозяйства – антимикробная и инсектицидная активность.

Рекомендуемая литература к главе

Основная

1B.A.Mнацаканян. Иридоидные гликозиды. Ереван, 1986, 186с.

2В.В.Племенков. Введение в химию природных соединений. Казань, 2001, 376с.

3А.А.Семенов. Очерк химии природных соединений. Н., 2000, 664с.

4Ю.А.Овчинников. Биоорганическая химия. М., 1987, 815с.

Дополнительная

1Р.А.Музычкина, Д.Ю.Корулькин, Ж.А.Абилов и др. Биологически активные вещества растений. Выделение, разделение, анализ. Алматы, 2006, 438с.

2З.С.Сеитов. Биохимия. Алматы, 2000, 898с.

3И.И.Грандберг. Органическая химия, М., 1980; М., 2002, 684с.

4В.М.Дембицкий, Г.А.Толстиков. Природные галогенированные органические соединения. Новосибирск, 2003, 366с.

5Р.А.Музычкина, Д.Ю.Корулькин, Ж.А.Абилов. Качественный и количественный анализ основных групп БАВ в лекарственном растительном сырье и фитопрепаратах. Алматы, 2004, 283с.

6Э.М.Хефтман. Хроматография. Практическое приложение метода. 1986

т.1, С. 130-134, 286-293

7Г.А.Мелентьева, М.А.Краснова. Учебное пособие по фармхимии. М., 1979, 122с.

8А.Вайсбергер. Установление структуры органических соединений физическими и химическими методами. М., 1967, т. 1, 531с.

253

Глава 7. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

К карбоновым относят многообразие органических кислот от С1 до высших, включающих С30 и более, в том числе ароматические и функционально замещенные.

Среди природных карбоновых кислот описаны представители от монодо полифункциональных, отличающиеся углеродным скелетом (величина, насыщенность, изомерия, алифатические и ароматические, конденсированные), основностью, разным относительным расположением функциональных групп. Все эти факторы сказываются на распространении кислот в природных объектах, на их ценности и роли в организме.

Органические кислоты разных групп одновременно могут быть в составе одних и тех же растений. Они находятся в клеточном соке и присутствуют во всех органах, особенно много их в листьях и незрелых плодах.

Наиболее распространены: уксусная (начало «ацетатного» пути биосинтеза многих других соединений), муравьиная, масляная, щавелевая, малоновая, яблочная, винная, валериановая и изовалериановая, лимонная, аскорбиновая кислоты.

Наряду с одно-, двух-, трехосновными карбоновыми и оксикислотами, во многих растениях содержатся амино-, ароматические, коричные, феноло- и «лишайниковые» кислоты.

Являясь обязательной составной частью растений, они в большем или в меньшем количестве извлекаются водой и полярными растворителями и переходят в состав многих фитопрепаратов (настоев, настоек, экстрактов, сиропов, соков, субстанций, фиточая).

Хотя не все кислоты имеют самостоятельное значение как биологически активные вещества, но они дополняют или усиливают биоактивность и биодоступность других веществ растений.

Муравьиная кислота содержится в организме красных муравьев, в мышцах и крови гусениц, в крапиве, хвое, фруктах.

Уксусная кислота наиболее распространена в растениях в свободном виде, в виде солей и эфиров.

Изомасляная кислота в свободном виде содержится в стручках рожечника, в эфирном масле Arnica montana, а в виде изобутилового эфира- в масле римской ромашки и в кротоновом масле.

Изовалериановая кислота содержится в корнях валерианы, а в виде эфиров

– во многих эфирных маслах. Валериановая и метилэтилуксусная кислоты являются спутниками изовалериановой кислоты в корнях многих видов валерианы и др. растений.

Высшие жирные кислоты, особенно пальмитиновая и стеариновая, их глицериды и другие кислоты с четным числом «С» образуют основную массу растительных масел и природных жиров, а в свободном виде содержатся в аирном, кокосовом, гераниевом, коровьем, лавровом, арахисовом и других маслах.

254

Щавелевая кислота и ее производные содержатся в водорослях, грибах, лишайниках, папоротниках, во всех видах щавелей, большинстве ревеней, причем ее соли преобладают в надземной части растений или в листьях.

Малоновая кислота содержится в свекольном соке. Большой интерес представляет уреид малоновой кислоты – барбитуровая кислота - снотворное средство.

HOOC(CH2)2COOH – янтарная кислота найдена в незрелых ягодах крыжовника, винограде, в свекольном соке, в стеблях ревеня и в янтаре.

В больших количествах она образуется при разложении яблочной и винной кислот, а также при брожении белковых веществ.

Глутаровая кислота (HOOC(CH2)3COOH) также в значительном количестве найдена в свекольном соке, образуется в организме животных при окислении жиров и касторового масла.

Адипиновая кислота HOOC(CH2)4COOH - является спутником глутаровой

ипимелиновой кислот – HOOC(CH2)5COOH, получается из касторового масла в процессе его окисления в организме.

Из ненасыщенных карбоновых кислот, помимо упомянутых высших, которые являются фрагментами жиров и масел, в грибах, лишайниках, низших

ивысших растениях, описана фумаровая кислота.

Малеиновая кислота в свободном виде не описана, но ее эфиры и галогенопроизводные являются продуцентами микроорганизмов и морских животных.

Присоединяя воду, обе кислоты превращаются в яблочную кислоту, компонент многих плодов и ягод:

Наиболее часто встречаются α-оксикислоты, а β-оксикислоты играют важную роль в биосинтезе и катаболизме жирных кислот.

255

В масле тополя содержится смесь высших непредельных и низших, преимущественно, оксикислот: яблочная, лимонная, адипиновая, гликолевая, стеариновая, олеиновая, пальмитиновая, линолевая, линоленовая, миристиновая и др. кислоты.

Пантовая кислота входит в состав кофермента А, гликолевая содержится в незрелом винограде, свекле, сахарном тростнике, (-)-L-яблочная – в кислых плодах (яблоки, крыжовник, рябина), в ревене и т.д.

Классификация оксикислот построена по общему принципу классификации бифункциональных соединений – согласно количеству и взаимному расположению функциональных групп. В структурах многих таких кислот имеется асимметричный атом углерода и они существуют в форме (+), (-) и (±)

– рацемат. Например, молочная кислота образуется при молочнокислом брожении лактозы в виде рацемата, а в животных организмах, в результате гликолиза, образуется (+)-D-молочная кислота, которая накапливается в мышцах при интенсивной работе, вызывая характерную мышечную боль («усталость мышц»).

По химическим свойствам все оксикислоты проявляют свойства спиртов (первичных, втор-, трет-) и карбоновых кислот (разной основности и атомности).

 Особые свойства - образование циклических диэфиров, лактидов, лактонов и др. соединений, отношение к нагреванию:

 Лактонная форма часто более устойчивая, чем открытая.

Мевалоновая, шикимовая, хинная кислоты являются ключевыми соединениями в биосинтезе изопреноидов, α- и γ- пирролов, фенолокислот и др. полифенольных соединений. Значительную биоактивность имеют аконитовая и трикарбаллиновая кислоты:

256

Лактоны высших оксикислот описаны в составе эфирных масел, например, обладающее мускусным запахом душистое вещество эфирного масла корней дягиля аптечного (Angelica archangelica L.) является лактоном пентадеканол-15- овой кислоты:

В мускусном масле содержится лактон гексадецен-7-ол-16-овой кислоты – амбреттолид, который также имеет запах мускуса:

Кислота аскорбиновая, витамин С, является циклическим сложным эфиром, лактоном ненасыщенной оксикислоты. Содержится она во многих овощах и фруктах, хорошо растворима в воде и водно-органических растворителях, в которых ее идентифицируют по реакции с 2,6-дихлор- фенолиндофенолятом:

С=С - связь в структуре аскорбиновой кислоты участвует в реакциях присоединения (обесцвечивание бромной воды), окисления с раствором перманганата. При этом енольная форма аскорбиновой кислоты переходит в кетонную, как показано в реакции выше, но в 2 стадии:

При осторожном нагревании в присутствии CaCl2 или К2СО3 отщепляется вода с образованием неустойчивого эпоксилактона:

При добавлении к аскорбиновой кислоте или к препаратам на ее основе

NaHCO3 и FeSO4, появляется темно-фиолетовое окрашивание, исчезающее при добавлении разбавленной H2SO4:

257

В зависимости от молекулярной массы, числа и расположения ОН и СООН-групп, все оксикислоты переходят в водно-спиртовые извлечения растений и идентифицируются качественными реакциями на СООН-группу, по показателю [α]D, по времени удерживания (выхода) методом ВЭЖХ.

Ди- и тетракислоты выделены из норвежского лишайника Haematomma ventosum.

Альдегидо- и кетонокарбоновые кислоты

Альдегидокарбоновые кислоты обладают всеми свойствами альдегидов и кислот, а специфичные свойства связаны с взаимным расположением функциональных групп. В природе часто встречается глиоксиловая кислота (НООС-СHO), особенно в незрелых фруктах, а по мере их созревания количество ее резко снижается.

 В экстрактах она легко определяется по реакции «серебряного O зеркала» и образованию желтых гидразонов, обусловленных наличием в C структуре группы, а при осторожном нагревании со щелочью можно вместо H соли получить смесь кислот:

 При наличии α-водородных атомов альдегидокислоты могут существовать в таутомерной форме:

Оксокислоты в растениях встречаются значительно реже, поскольку они расходуются в процессах биосинтеза многочисленных вторичных метаболитов.

Классификация их также осуществляется по числу, характеру и взаимному расположению функциональных групп.

Простейшей природной кетокислотой является пировиноградная кислота

В промышленности из пировиноградной кислоты долгие годы производился атофан и его производные для лечения подагры.

258

Ацетоуксусная кислота в свободном виде не устойчива и в природе участвует во многих процессах метаболизма.

Кетокислоты состава С10-С25 продуцируют более 10 видов лишайников, а серусодержащая кетокислота состава:

выделена не только из лишайников, но и из нескольких видов грибов.

Оновые, аровые, уроновые кислоты в свободном виде из природных источников не выделены (за исключением глюкуроновой кислоты), но образуются в животных и растительных клетках в процессе окисления альдоз. Это многоатомные одноосновные кислоты типа НОСН2-(СНОН)4-СООН - глюконовой (манноновой) и других кислот.

Аровые - многоатомные двухосновные кислоты - довольно устойчивые соединения и описаны во многих природных объектах:

НООС-(СНОН)4-СООН - сахарная, глюкаровая кислота (из глюкозы) НООС-(СНОН)3-СООН - триоксиглутаровая кислота (из арабинозы) Наибольшее биологическое значение имеют уроновые кислоты, которые

также являются продуктами окисления углеводов, но по конечной первичной спиртовой группе. Более устойчивыми являются их циклические формы, которые легко связываются с другими молекулами, образуя соответствующие гликозиды.

Наиболее давно описана и известна в растениях и в организме всех животных - D-глюкуроновая кислота, которая выделяется в свободном и в связанном состоянии с фенолами, индолами и ксантонами.

Благодаря легкости взаимодействия с другими веществами (гликозидирование), уроновые кислоты играют роль противоядия от некоторых веществ, которые, соединяясь с глюкуроновой кислотой, выводятся из организма в виде:

При этом кислотная группа также может связывать тяжелые металлы или основания и выводить их из организма.

Многие уроновые кислоты являются составной частью пектинов, они оптически активны, т. к. содержат асимметрические атомы углерода, хорошо растворяются в воде и водных спиртах, в виде лактонов имеют четкие температуры плавления.

259

При нагревании в кислой среде распадаются на воду, углекислый газ и

пентозы (глюкуроновая кислота Н2О + СО2 + фурфурол). По количеству выделившегося СО2 определяют количество уроновых кислот.

Для выделения суммы уроновых кислот из растений проводится их экстракция водой при температуре 50-600С в течение 2-3 часов. Водный экстракт концентрируют в мягких условиях, к концентрату добавляют четырехкратный объем спирта этилового 96%. Образовавшийся осадок сахаров отделяют центрифугированием. Для удаления белков к осадку добавляют 5-10 мл 10% кислоты трихлоруксусной, перемешивают, центрифугируют. Маточный раствор нейтрализуют добавлением насыщенного раствора натрия карбоната и концентрируют. Для осаждения уроновых кислот к концентрату добавляют насыщенный раствор кальция (бария) хлорида, осадок кальциевых (бариевых) солей отделяют центрифугированием, уроновые кислоты получают из солей действием натрия сульфата.

Все уроновые кислоты, в составе которых содержится меньше С5, имеют открытую углеродную цепь и отличаются большой реакцеспособностью:

Для обнаружения карбоновых кислот, вследствие их многообразия, нет строго специфичных реагентов, однако для некоторых групп возможна идентификация следующими реакциями:

Прибавляют 4 мл раствора аммиака и 1 мл 10% раствора натрия фосфорномолибденовокислого в 10% кислоте хлороводородной, появляется синее окрашивание (аскорбиновая кислота).

Добавляют 2 мл воды и бикарбонат натрия до щелочной реакции раствора, затем добавляют 50 мг фумарата железа, встряхивают и оставляют на 5-10 минут, появляется кольцо фиолетового цвета (аскорбиновая кислота).

Добавляют 1 мл 1% раствора ферроцианида калия и 1 мл железоаммониевых квасцов появляется темное или синее окрашивание (окси-, ди- и

трикарбоновые кислоты).

Добавляют 1-3 капли бромкрезолового зеленого, появляется желтое окрашивание на зеленом фоне (алифатические кислоты).

В парах йода появляются коричневое или темное окрашивание (ненасыщенные кислоты). Проба на бумаге или БХ – соответственно окрашивание пятна.

Добавляют 1-3 мл 0.03% раствора о-фенилендиамина в 10% водном растворе кислоты трихлоруксусной, появляется от синего до зеленого окрашивание и флюоресценция (кетокислоты).

260