Uchebnik

Примеры установления структур ксантонов

УФ (МеОН, λmax, нм): 246, 259, 322, 365 нм, +AlCl3: 14 32 нм.

подтверждает фрагмент

ИК (КВr, ν, см-1): 3260-3362 (ОН), 1668 (С=О), 1129, 1091 (С-О-С).

m/z (70eV): М+ 258, 257, 256, 243 (М-СН3), 230 (М-СО), 215, 202, 187, 174, 158.

Характер ПМР спектра гентизеина указывает на наличие 5 ароматических протонов, т.е. на наличие 3 заместителей, а характер сигналов указывает, что 3 заместителя находятся в разных кольцах. 2 сигнала dм (1Н) указывают на наличие в одном кольце двух заместителей в мета-положениях.

Если бы взаимное расположение заместителей было:

то, для структур 1, 2 и 3 – нет комлекса от добавления алюминия хлорида и в УФ-спектре. Для структуры 3 наблюдалось бы смещение полосы скелета С-О-С за счет рядом стоящей ОН (ВМВС) в ИК-спектре. В структурах 1, 2 и 3

– разное положение сигналов dм из-за их различного экранирования. Положение сигналов в другом кольце отразилось бы на сдвигах и КССВ

ароматических протонов при разном экранировании:

Ксантоны казахстанских видов растений Sedum и Pseudosedum выделялись последовательной экстракцией сырья в аппарате Сокслета гексаном, хлороформом и этилацетатом с последующим хроматографированием на силикагеле L60/120, гель-хроматографией на сефадексе LH-20 и ВЭЖХ хроматографией.

В результате удалось выделить и установить структуру 9 ксантонов, один из которых - 2-(2’-О-галлоил)-С- -D-глюкопиранозил-1,3,6,7-тетраоксиксантон - оказался новым.

Вещество, пурпурное в УФ-свете, зелено-голубое c 5% раствором алюминия хлорида и синее с раствором железа окисного хлорида. В продуктах щелочного гидролиза обнаружена галловая кислота и полупродукт ксантоновой

331

природы, а затем 3,4-диоксибензойная кислота и 1,2,4-триоксибензол. Анализ полупродуктов проводился ВЭЖХ в системе: подвижная фаза А - 2% уксусная кислота, В - 0.5% уксусная кислота-ацетонитрил (1:1) с градиентным элюированием (А:В) от 10:55 до 55:100 и по физико-химическим константам.

Полосы 3500-3260, 1720, 1647, 1638, 1687 см-1, а также поглощение при

893 см-1 в ИК-спектре, являются характеристичными для ксантон-С- гликозидов.

Максимумы 243, 256, 315 и 364 нм в УФ-спектре характеристичны для ксантоновых молекул. Батохромный сдвиг максимума IV полосы (+35 нм) от добавления алюминия хлорида и кислоты хлороводородной указывает на наличие орто-триоксигруппировки, а батохромный сдвиг III максимума от добавления натрия ацетата (+23 нм) подтверждает наличие свободных 3- и 6- ОН групп.

Сравнение 1H- и 13С-ЯМР-спектров со спектрами мангиферина показало разницу в наличии группы сигналов галловой кислоты: 7.03 (2H, s, H-2”,6”) и 119.2 (C-1”), 108.9 (C-2”,6”), 145.5 (C-3”,5”), 165.1 (C-4”), 164.5 (C-7”).

Место присоединения остатка галловой кислоты к углеводному фрагменту молекулы устанавливали сравнением 13С-ЯМР спектра вещества с аналогичным спектром D-глюкозы. Длинноволновое смещение резонансного сигнала (+1.8 м.д.) С-2 атома глюкозы и коротковолновое – (-2.5 и -2.6 м.д.) для С-1 и С-3 соответственно указывает на ацилирование молекулы мангиферина галловой кислотой по С-2 D-глюкозы.

332

Наличие галлоильного фрагмента в структуре вещества подтверждается в масс-спектре (осколочные ионы: 407 [M-Gal]+, 169 [Gal]+).

В растениях Sedum присутствуют как агликоны, так и О-гликозиды, тогда как в видах Pseudosedum, О-гликозиды ксантонов установить не удалось, а общим признаком их являются С-гликозиды ксантонов.

Таким образом, используя химические свойства, поведение ксантоновых соединений при хроматографировании, спектральные свойства в определенной области излучения или в комплексе, устанавливаются тонкие особенности даже сложных конденсированных структур на основе ксантонов с различным числом и расположением заместителей.

Вопросы для самоконтроля студентов

1Классифицируйте ксантоны и укажите их природные источники.

2Укажите основные реакционные центры ксантоновых молекул.

3Выявите взаимосвязь строения ксантонов и их реакционной способности.

4Составьте блок-схему выделения ксантоновых молекул из природных источников.

5Опишите возможности препаративной хроматографии ксантонов.

6Сравните общие химические свойства ксантонов различных структурных типов.

7Сравните возможности кислотной и щелочной деструкции в структурном анализе ксантонов.

8Составьте схему окислительно-восстановительных трансформаций ксантоновых молекул.

9Сравните возможности химического и физико-химического исследования структурных особенностей ксантоновых молекул.

10Назовите основные промышленно-важные ксантоны.

333

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА

1Укажите основные структурные элементы молекул ксантонов

2Опишите основные формы нахождения ксантонов в природе

3Опишите методы выделения молекул ксантонов

4Опишите методы разделения молекул ксантонов

5Дайте краткую характеристику химическим свойствам ксантонов

6Покажите возможные пути химической трансформации молекул ксантонов

7Опишите методы доказательства тонких структурных особенностей молекул ксантонов

1Основные структурные элементы молекул ксантонов: 2 ароматических кольца, простая эфирная связь и карбонильная группа кетонного типа.

2В природе молекулы ксантонов чаще встречаются в виде окси-, метоксигалоген- (чаще хлор-), метилендиокси-, фурано- и пиранопроизводных, гликозидированных и пренилированных форм.

3Для выделения ксантонов обычно используют метод фракционной экстракции разнополярными растворителями, начиная от неполярных.

4В разделении ксантонов наиболее эффективны методы адсорбционнораспределительной хроматографии, гель-фильтрации, препаративные варианты ТСХ, ГЖХ и ВЭЖХ.

5Основные типы реакций, характерных для ксантонов: электрофильный обмен водорода в ароматических кольцах, гидролиз С-О-С связи, присоединение по С=О связи и нуклеофильный обмен кислорода С=О группы.

6Для усиления биологической активности молекул ксантонов осуществляют реакции электрофильного замещения по ароматическим кольцам, реакции с участием С=О групп, реакции алкилирования, алкенилирования, алкинилирования, ацилирования, аминирования, фосфорилирования, галогенирования, гликозидирования с участием ОН-заместителей, димеризации.

7Для доказательства тонкой структуры ксантонов наиболее применимы методы дифференциальной УФ-спектроскопии с диагностическими добавками, ИК- и ЯМР-спектроскопии.

 метод ИК-спектроскопии информативен в идентификации ароматических систем, С-О-С и С=О связей, фенольных гидроксилов в молекулах

ксантонов.

 1Н-ЯМР-спектроскопия информативна в определении строения алифатических, углеводных фрагментов (в области от 1 до 6 м.д.), ароматических колец в зависимости от наличия и расположения заместителей

(от 6 до 8.5 м.д.), водородсодержащих функциональных групп (>9.5 м.д.).

 13С-ЯМР-спектроскопия дает однозначную информацию о числе углеродных атомов в структуре ксантона (соответствует числу сигналов), о характере экранирования алифатических (0-100 м.д.), ароматических и С=О (>100 м.д.) фрагментов.

334

Рекомендуемая литература к главе

Основная

1В.И.Глызин, Г.Г.Николаева, Т.Д.Даргаева Природные ксантоны. Новосибирск, 1986, 175с.

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

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

Дополнительная

1Ю.А.Овчинников. Биоорганическая химия. М., 1987, 815с.

2Р.А.Музычкина, Д.Ю.Корулькин, Ж.А.Абилов и др. Биологически активные вещества растений. Выделение, разделение, анализ. Алматы, 2006, 438с.

3Э.М.Хефтман. Хроматография. Практическое приложение метода. 1986

т.1, С. 130-134, 286-293

4Р.А.Музычкина, Д.Ю.Корулькин, Ж.А.Абилов. Качественный и количественный анализ основных групп БАВ в лекарственном растительном сырье и фитопрепаратах. Алматы, 2004, 283с.

5М.Е.Перельсон. Спектры и строение кумаринов, хромонов и ксантонов. М., 1975, 230с.

6А.Вайсбергер. Установление структуры органических соединений физическими и химическими методами. М., 1967, т.1, 531с.

335

Глава 9. КУМАРИНЫ

Термин кумарины произошел от народного названия южноамериканского растения «кумаруна» (Dipteryx odorata) семейства Leguminosae, из которого впервые было выделено душистое вещество, названное кумарином.

Общая формула скелета С6-С3 включает 2 атома кислорода фрагмента C3 (циклический сложный эфир, лактон).

Т.е. в основе разнообразия кумаринов лежит бензольное и пироновое кольцо, составляющие скелет любого кумарина (9,10-бензо- -пирон):

С другой стороны, кумарин является лактоном орто-оксикоричной кислоты (фенолокислота). Поэтому спутниками кумаринов в растениях являются оксикоричные кислоты, из которых они образуются в процессе биогенеза:

В растениях чаще присутствуют кумарин, его оксипроизводные, фуро-, пиранокумарины и гликозидированные формы, из них пираноформ больше фурокумаринов.

Наиболее распространены:

336

В меньших количествах в растениях присутствуют пиранокумарины 5,6; 6,7 и 7,8 с заместителями во всех кольцах, бензокумарины, куместаны (куместролы), афлотоксины.

Существует несколько подходов к классификации кумаринов. По одной из классификаций все кумарины делят на:

кумарин и простейшие производные (дигидрокумарин, кумаровая и кумариновая кислоты, их гликозиды);

окси-, метокси-, эфиры, гликозиды;

окси-, метокси-, алкилированные производные по обеим кольцам;

фурокумарины (кумарин-кумароны) по 6,7 или 7,8- положениям;

пиранокумарины;

3,4-бензокумарины (дифенил метилолиды);

куместролы (куместаны);

хроменкумарины.

Другой вариант классификации все кумарины делит на:

 окси-, метокси-, метилендиокси- и другие алкилзамещенные по бензольному кольцу;

фурокумарины;

хромено-α-пироны;

изокумарины. Например:

Во всех структурах ОН-группы, как правило, находятся в ароматическом ядре и являются фенольными.

Большинство растительных кумаринов представлено пренильными производными веществ, перечисленных выше и продуктами их дальнейших превращений. Особенно много О-пренилпроизводных, С-алкилированные кумарины встречаются реже. С-пренилированные фрагменты подвергаются окислительным превращениям легче, чем О-пренилированные.

Типичный представитель последних - остол повышает кровяное давление, стимулирует дыхание, проявляет антибактериальную и ихтиоцидную активность:

337

Из коры американского ясеня выделен пиранокумарин линейного строения - ксантилетин, описанный также из цитрусовых и других видов растений; описаны и пространственно сочлененные структуры:

ксантилетин сеселин

Из семян Mammea americana выделены необычные структуры, содержащие изопренильный и изовалериановый заместители:

Кумарины накапливаются в плодах, коре, корневой системе, тогда как в листьях и стеблях они присутствуют в минорных количествах или вообще отсутствуют.

Максимальное содержание кумаринов накапливается в фазу цветения, снижаясь к фазе покоя.

Умбеллиферон в свободном виде содержится в коре дикого перца и многих высших и злаковых растениях; его метиловый эфир герниарин выделен из грыжника (Herniaria hirsuta).

Эскулетин в виде глюкозида эскулина содержится в коре конского каштана, в жасмине и др. растениях и отличается синей флуоресценцией водных растворов. 6-метиловый эфир эскулетина – скополетин в свободном виде и в виде глюкозида содержится в корнях скополии и др. растений.

Дафнетин и его 7-глюкозид дафнин в значительных количествах содержатся во многих видах Daphnea.

5,7-диметоксикумарин - лиметтин выделен из цитрусовых; 6-метокси-7,8- диокси-кумарин - фраксетин выделен из коры ясеня.

Кроме того, кумарины найдены в желчи сельди и бобра, в морской фауне, в злаках. Кумарины содержат пастернак, цикорий, померанец, инжир, дягиль, донник, каштан, амми, табак и др. Чаще их обнаруживают в растениях семейств зонтичные, рутовые, бобовые, пасленовые, реже в сложноцветных, губоцветных и мареновых в количествах от 0.02 до 10%.

338

Наиболее выраженное биологическое действие кумаринов – рострегулирующее, антигрибковое. Разжижают кровь дикумарин и дикумарол. Меньшее число производных кумарина обладают успокаивающим и снотворным действием, а фурокумарины способствуют распаду желчных камней, куместролы обладают эстрогенной активностью и стимулируют рост животных.

Некоторые кумарины вызывают задержку роста растений (псорален, бергаптен и др.), в связи с этим кумарины и фурокумарины отнесены к регуляторам роста растений. Отмечено, что содержание кумаринов увеличивается при заболеваниях, например, риса черной гнилью, отсюда был сделан вывод о защитной роли кумаринов и об их антигрибковой активности.

На рыб, лягушек и червей кумарины оказывают наркотическое действие, на крупных животных и человека – токсическое.

При поедании животными сладкого клевера, в их организме фиксируется дикумарол, который препятствует свертыванию крови, причем при замене

ОН ОСН3 или ОСОСН3 это действие исчезает. Описано антигельминтное, противовирусное, успокаивающее, снотворное, спазмолитическое, коронарорасширяющее и др. действие кумаринов и их производных.

Особый интерес представляет фотодинамическая активность некоторых фурокумаринов (УФ-облучение) амми, пастернака, петрушки, инжира и др.

Кроме того, фурокумарины способствуют росту волос, благодаря чему применяются при лечении облысения и плешивости.

В качестве противоопухолевых и сенсибилизирующих средств используются пеуцеданин, ксантотоксин и др. кумарины.

Самым ценным свойством фурокумаринов является их противоопухолевое действие, причем максимально активны 8-замещенные – ксантотоксин, пронгенин, пеуцеданин и его аминопроизводное. Отмечено также, что отсутствие сопряжения в лактонном кольце приводит к снижению активности.

Следует отметить, что пеуцеданин, как и келлин увеличивает продолжительность сна, вызываемого барбитуратами и обеспечивает фотосенсибилизирующие действие.

Кумарины легко димеризуются при освещении УФ или солнечным светом и in vitro в грибах и в растениях. При этом могут образоваться С-С и С-О-С связи.

339

Дикумарин – фармакопейный препарат из донника лекарственного (Mеlilotus) - токсичное вещество, уменьшающее свертываемость крови – антикоагулянт, используется при инфарктах, инсультах, тромбофлебите, снижая опасность тромбообразования.

Получены синтетические аналоги на основе природного 4-оксикумарина по реакции с бензоацетофеноном - варфарин, более сильный антикоагулянт, чем дикумарин. Одновременно варфарин служит активным компонентом крысиного яда – зоокумарина:

Действие дикумарина и аналогов, может корректироваться не только введением заместителей в кумариновый фрагмент но и характером сочетания бензопирановых циклов. Первые природные бис-кумарины сочетались 8,8’, 5,5’ и 5,8’- С-С связями. Такого типа бискумарины были выделены из молочая, но среди природных описаны и другие типы сочетания колец:

Однако, наиболее типичными и распространенными в растениях являются довольно простые структуры:

340