Uchebnik

При кислотном гидролизе в мягких условиях в качестве промежуточных продуктов описаны ди-, три-, тетра- и пентаглюкозамины и N-ацетил- глюкозамин, а в жестких условиях хитин полностью распадается на глюкозамин и уксусную кислоту. Отсюда был сделан вывод, что ацетогруппа хитина связана с атомом азота.

Вщелочной среде расщепление хитина приводит к уксусной кислоте и хитозану, обладающему слабыми основными свойствами, т.е. строение хитина

аналогично строению целлюлозы, но у С2 вместо ОН находится группа

NHCOCH3.

Гепарин, хондроитинсерная и гиалуроновая кислоты – полисахариды на основе D-глюкозамина и D-глюкуроновой кислоты.

Гепарин в виде соединений с протеинами содержится в животных тканях (сердце, мускулы, печень), увеличивает время свертывания крови и используется в медицине в качестве антикоагулянта.

Хондроитинсерная кислота с протеинами – составная часть хрящей. Дисахаридные фрагменты представляют собой 4-(2-амино-2-дезокси-D- галактопиранозил)-D-глюкуроновую кислоту. Мукоитинсерная кислота отличается тем, что вместо N-ацетил-D-галактозамина содержит N-ацетил-D-глюкоз- амин (слизистое вещество желудка, стекловидное тело глаза и др. органов).

Существенное защитное действие кожи от микроорганизмов принадлежит гиалуроновой кислоте, содержащейся в пуповине, в опухолях, в коже, стекловидном теле глаза, в синовиальной жидкости, в оболочках млекопитающих и др.

Вместе с тем, функции не всех полисахаридов выяснены до сих пор, например, камеди, полисахара многих растений, морской флоры и фауны.

Вподавляющем большинстве случаев различные полисахариды извлекают водой при комнатной или повышенной температуре, причем повышение температуры приводит к увеличению растворимости большинства полисахаридов.

Различная растворимость полисахаридов в воде иногда позволяет провести их фракционное извлечение. Так, при извлечении крахмала теплой водой в раствор переходит амилоза; сильно разбухающий и более высокомолекулярный амилопектин переходит в раствор лишь в очень малой степени. Для кислых, например сульфатированных полисахаридов, извлечение целесообразно вести разбавленными минеральными кислотами, которые вытесняют их из соответствующих солей.

Для разделения сложных полисахаров наиболее применимы приборные методы хроматографии – ГЖХ и ВЭЖХ с использованием различных подвижных фаз, так, при анализе нейтральных олиго- и полисахаров, в качестве подвижной фазы, наиболее применима вода; для анализа перметилированных сахаров оптимальной подвижной фазой может считаться 70% водный ацетонитрил; для анализа ацилированных форм олиго- и полисахаров используется линейный градиент концентрации подвижной фазы ацетонитрилвода от 10 до 70% ацетонитрила; кислые сахара принято делить в той же хроматографической системе с соотношением компонентов 1:1. Наиболее

411

широко используемым для детектирования в ВЭЖХ олиго- и полимерных сахаров является дифференциальный рефрактометр, либо УФ детектор при длине волны 192 нм.

Для ионообменной хроматографии полисахаридов чаще всего используются Саrbо Рас РА-1 или Сусlоbоnd I в качестве неподвижной фазы. Оптимальной подвижной фазой в анализе нейтральных поли- и олигосахаров является смесь: 75мМ натрия ацетата и 0.15М натрия гидроксида. Исследование N-замещенных сахаров принято проводить при линейном градиенте подвижной фазы: 1М натрия гидроксид - 1М натрия ацетат - вода от 10:2:88 до 10:14:76. Высокоэффективными в анализе кислых полисахаров признаны системы: 100мМ натрия гидроксида - 300мМ натрия ацетата и ацетонитрил-натрий ацетатный буферный раствор (100мМ, рН 5.0).

Олиго- и полисахара дают все реакции углеводов и только некоторые реакции, приведенные ниже, позволяют провести их групповую идентификацию (слизи, крахмал, инулин и др.), для этого к 1-3 мл извлечения:

Добавляют 1-3 капли 0.125% водного или спиртового раствора толуидинового синего, появляется красное на синем фоне окрашивание

(полисахариды со свободными СООН-группами).

Добавляют 1-5 капель раствора муцикармина, появляется красно-

карминовое окрашивание (смесь нейтральных и кислых полисахаридов).

Добавляют 1-3 капли свежеприготовленного спиртово-кислого раствора о- или п-аминофенола, подогревают до 1000С, появляется яркое окрашивание

(полисахариды, инулин, альдозы и кетозы).

Добавляют 1-2 капли раствора 1% йода, появляется сине-фиолетовое окрашивание (крахмал). Слизи и инулин этой реакции не дают!

Добавляют 1-3 мл кислоты хлороводородной концентрированной, появляется коагуляция или желто-зеленое окрашивание (слизи).

Добавляют 3-5 мл спирта этилового 95%, появляется коагуляция, затем при стоянии - осадок (слизи). Если осадок выпадает сразу (полисахариды).

Добавляют несколько капель 20% спиртового раствора -нафтола, затем, не перемешивая, несколько капель кислоты серной концентрированной, появляется фиолетово-розовое окрашивание (инулин, крахмал), коричневое

(дисахара).

Добавляют несколько капель 20% раствора резорцина и кислоты серной концентрированной, появляется красное окрашивание (инулин, крахмал).

Добавляют несколько капель 20% спиртового раствора тимола и кислоты серной концентрированной, появляется розовато-малиновое окрашивание

(инулин, крахмал), коричневое (дисахара).

Добавляют 1-3 мл раствора аммиака или натрия гидроксида, появляется лимонно-желтое окрашивание (слизи).

Добавляют 1-3 капли реактива анилинфталатного, появляется различное окрашивание (полисахариды, гликопротеиды, аминосахара).

412

Одной из характеристик полисахаридов является их средняя молекулярная масса, определяемая методами масс-спектрометрии, осмометрии, вискозиметрии, светорассеяния, седиментации и др.

При изучении строения полиоз, в общем, решаются те же задачи, что и при исследовании олигосахаридов, например, первым этапом исследования является полный гидролиз во времени с последующей идентификацией смеси образующихся при этом моносахаридов.

Для общей характеристики строения полисахаридов большое значение имеет определение средней единицы цепи (число моносахаридных фрагментов, приходящееся на одну не восстанавливающую концевую группу) и

степени ветвления.

Если единица цепи = степени полимеризации, значит полисахарид имеет линейное строение.

Если степень полимеризации а, число концевых групп в молекуле m, то средняя единица цепи = а/m.

Метилирование и гидролиз метоксипроизводных фрагментов осуществляют аналогично олигосахарам.

Изучение полиальдегидов – продуктов периодатного окисления по Смиту дает наибольшую информацию о строении полисахаров.

Распад по Бэрри (обработка периодатом или тетраацетатом свинца и последующее расщепление полиальдегида фенилгидразином) применим для сложных полисахаров.

Перспективным является метод специфического расщепления полисахаридов хромовым ангидридом, при этом полисахариды с β-D- гликопиранозными звеньями окисляются до дикарбонильных соединений, α-D- в тех же условиях устойчивы и с небольшим выходом могут образоваться 1-О- формилпроизводные; α- и β-метилгликофуранозиды окисляются с образованием 4-кетоальдоновых кислот:

Ферментативные методы позволяют точно определить конфигурацию гликозидных связей.

ИК-спектроскопия, как указано выше, надежна в определении размера циклов и позволяет различать α- и β-типы связей, например, полисахариды α-

413

производных с последующим гидролизом, диольное расщепление, окисление и др.), хроматографических (БХ, ТСХ, ВЭЖХ) и спектральных методов исследования.

Из всех спектральных наибольшей информативностью отличается массметод и хромато-масс- вариант.

Для этого полисахариды переводят в их силиловые эфиры, в спектрах которых найдены специфические фрагменты, указывающие на порядок связи моносахаридных звеньев, например, для полисахаридов, построенных из гексоз с 1 2 типом связи, характерен интенсивный пик m/z 259, 1 3 связи – 243, 1 6 связи – 377:

Ионы с m/z 317 указывают на наличие пиранозных колец, а m/е 245 – фуранозных.

13С-ЯМР – высших полиоз трудно идентифицировать без сравнения с аналогичными спектрами олигосахаров.

Например, по спектрам 13С-ЯМР целесообразно идентифицировать порядок связи между углеводными фрагментами в разном сочетании:

Полисахариды омелы белой, обладающие противовоспалительной и противоязвенной активностью выделяли из сырья настаиванием с перемешиванием при комнатной температуре с последующим осаждением двукратным объемом 96% этанола и центрифугированием.

Изучение их структуры проводили после полного кислотного гидролиза 2н трифторуксусной кислотой. Состав и строение продуктов гидролиза определяли углеводным анализатором LС 2000, с помощью 2,2-бицинхонината меди при 570 нм.

Водорастворимый полисахарид из Cardaria repens также изучали по продуктам полного кислотного гидролиза и методом ГЖХ.

415

Вопросы для самоконтроля студентов

1Классифицируйте углеводы и укажите их природные источники.

2Справедливо ли утверждение, что для любых углеводных молекул характерно явление мутаротации? Ответ поясните.

3Возможно ли проведение качественного функционального анализа углеводных молекул классическими химическими методами? Приведите примеры.

4Укажите основные реакционные центры углеводных молекул.

5Сравните общие химические свойства углеводов различных структурных типов.

6Какие химические трансформации углеводных молекул применимы в их структурном анализе. Приведите примеры.

7Выявите зависимость реакционной способности углеводных молекул от степени их полимеризации.

8Сравните возможности химического и физико-химического исследования структурных особенностей углеводных молекул.

9Составьте блок-схему выделения углеводных молекул из природных источников.

10Назовите основные промышленно-важные моно-, олиго- и полисахариды.

по расположению полуацетального гидроксила (α-, β-);

по расположению конфигурации последнего асимметричного углеродного атома (D-, L-);

416

по расположению заместителей только у соседнего с С=О группой углеродного атома (эпимеры);

по конформации циклов (кресло, полукресло, ванна, конверт, полуконверт).

3Особые свойства углеводов связаны, чаще всего, с их пространственным строением. Функциональные группы спецификой не отличаются, но строение молекул сказывается на реакцеспособности всех функциональных групп:

окисление, в зависимости от условий (см. текст);

лактонизация циклов;

удлинение и укорачивание углеродной цепи;

эпимеризация;

образование ангидросахаров;

ретроальдольный распад;

гидролиз в разных условиях;

восстанавливающие и невосстанавливающие сахара.

4■ Поляриметрия – знак и угол вращения, молекулярное вращение;

озотриазольное правило – конфигурация С3;

лактонное правило Хадсона – конфигурация С4 и С5;

ИК-спектры – размер цикла, тип связи (α-, β-);

ЯМР-спектры – число протонов, аномерные протоны, протоны других заместителей, кроме ОН, отличие альдоз от кетоз, число углеродных атомов, аномерный центр;

РСА – геометрия, пространственное расположение всех заместителей и конформация колец.

Для сложных сахаров:

Разные виды гидролиза + ГЖХ – размер циклов, С-С или С-О-С; 1 1, 1 2, 1 3, 1 4, 1 6 связи;

Периодатное окисление – расположение заместителей;

Осаждение – нейтральные солями, гидроксиды бария или кальция – кислые и нейтральные;

Растворимость в разных условиях – гомо-, гетеро-, зоо-, фито- и др. (набухание, коллоидные растворы, полуистинные);

РСА – линейные, разветвленные, смешанные структуры, циклы, заместители;

ГЖХ, ВЭЖХ с различными подвижными фазами – фракционирование полисахаров по типам, отделение от олиго и моносахаров, степень чистоты;

ВЭЖХ – количественный анализ всех компонентов, степень чистоты.

417

Рекомендуемая литература к главе

Основная

1Б.Н.Степаненко. Химия и биохимия углеводов (моносахара, поли-

сахариды). М., 1977, 223с.

2K.Bock. The carbohydrates. New York: Pergamon, 1990, 1246p.

3Н.К.Кочетков, А.Ф.Бочков, Б.А.Дмитриев. Химия углеводов. М., 1967,

672с.

4Д.Ю.Корулькин. Полисахариды растений. Алматы, 2000, 96с.

5Р.А. Музычкина, Д.Ю.Корулькин, Ж.А.Абилов и др. Биологически активные вещества растений. Выделение, разделение, анализ. Алматы, 2006, 438с.

Дополнительная

1Государственная фармакопея СССР, Х и ХI изд. М., 1968 и 1990 гг.

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

3М.И.Горяев. Химия природных биологически активных веществ. Алма-

Ата, 1977, 425с.

4K.Bock etc. Carbon 13С-NМR data for oligosaccharides // The advanced carbohyrate chemistry, 1982, Р. 163-228

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.

6Н.И.Гринкевич, Л.Н.Сафронич. Химический анализ лекарственных растений. М., 1983, 176с.

7Э.М.Хефтман. Хроматография. Практическое приложение метода. 1986

т.1, С. 130-134, 286-293

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

418

Глава 12. ФЛАВОНОИДЫ

Под термином флавоноиды объединены различные генетически связанные между собой соединения общей формулы углеродного скелета С6-С3- С6 и их производные.

Свое название флавоноиды получили от латинского flavus - желтый, хотя не все флавоноиды окрашены в желтый цвет.

К настоящему времени установлена структура и описаны физикохимические характеристики более 7500 природных флавоноидов. Наиболее богаты флавоноидами (от 1 до 30%) растения семейств: сложноцветные (астровые), бобовые, зонтичные (сельдерейные), губоцветные (яснотковые), розоцветные, гречишные, рутовые, березовые и др. Локализуясь, главным образом, в цветках, листьях, плодах, в меньшем количестве - в стеблях и корнях, флавоноиды достигают максимума содержания в фазы бутонизации и цветения в составе любых растений.

Значительно реже флавоноиды встречаются в микроорганизмах и насекомых. Простейшие флавоноиды, как отмечено выше, отвечают формуле С6-С3- С6, а многообразие их связано со:

степенью окисленности гетерокольца;

характером сочленения ароматических колец;

степенью их конденсации;

природой и количеством заместителей;

их (рас)положением.

Все флавоноиды можно рассматривать как производные хромона, хромана или флавана (2(3)(4)фенилхромана):

Наиболее принятая классификация структур С6-С3- С6 представлена ниже:

419

Производными от С6-С3-С6 являются:

оксиротеноид дегидроротеноид

420