35. Алкалоиды: группа тропана (атропин, кокаин) – строение, основные свойства, характеристика реакционной способности.

Алкалоиды группы тропана содержат в своей основе бициклическую структуру тропана и являются производными спирта тропина или гидрокси­кислоты экгонина.

Гиосциамин содержится в растениях семейства пасленовых—красавке, белене, дурмане, скополии. Гиосциамин представляет собой сложный эфир тропина и троповой кислоты. В растениях содержится оптически актив­ная форма алкалоида. В процессе выделения происходит рацемизация остатка троповой кислоты, рацемическая форма гиосциамина называется атропином. Атропин получают как из растительного сырья, так и синтетически. Атропин обладает холиноблокирующим действием (спазмолитическим и мидриатическим). В медицине используется атропина сульфат.

Кокаин — алкалоид из южноамериканского кустарника Erythroxylon coca Lam. — представляет собой бесцветное кристаллическое вещество горького вкуса, хорошо растворимое в воде и этаноле. Кокаин обладает сильным мест­но-анестезирующим действием, благодаря чему его гидрохлорид долгое время использовался в хирургической и зубоврачебной практике. Из-за высокой токсичности, и особенно из-за того, что его применение приводит к наркоти­ческой зависимости, в настоящее время медицинское использование ограни­чено. Последнее обстоятельство стимулировало поиск синтетических заме­нителей кокаина.

36. Липиды: классификация; воски – принцип строения, номенклатура, примеры; высшие одноатомные спирты; высшие жирные кислоты – особенности строения (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая).

Липиды — органические соединения растительного или животного происхождения, различные по химическому составу, строе­нию, выполняемым функциям и объединяемые на основе общих физико-хи­мических свойств.

Липиды принадлежат к числу важных в биологическом отношении веществ, входящих в состав всех живых клеток. В настоящее время липиды рассматри­ваются уже не только как форма запаса метаболического топлива и как ма­териал для построения мембран. Установлено, что липиды являются важней­шими биологическими эффекторами, регуляторами и медиаторами, участ­вующими во многих происходящих в организме физиологических процессах. Широкий спектр биологической активности липидов служит фундамен­том для создания лекарственный препаратов. Для фармации характерно прак­тическое использование некоторый специфических физико-химических свойств липидов. К их числу относится эмульгирующая функция, связанная с поверхностной активностью липидных молекул и используемая в производ­стве ряда лекарственных форм. Большой интерес представляет транспортная функция липидов, основанная на их способности образовывать липосомы. Создание липосомальных форм лекарственных веществ является перспектив­ным способом повышения безопасности и эффективности их действия.

В зависимости от компонентного состава липиды подразделяют на две большие группы:

• простые, продуктами гидролиза которых являются высшие карбоновые кислоты и спирты;

• сложные, продуктами гидролиза которых, кроме ВЖК и спиртов, являются и другие вещества.

(!) При всем разнообразии строения для большинства липидов характерно наличие в их составе двух обязательных компонентов — высших жирных кислот и спиртов.

Отдельные группы липидов могут также содержать аминоспирты и ами­нокислоты (фосфолипиды), длинноцепочечные альдегиды (плазмалогены), моносахариды (гликолипиды). По отношению к липидам часто можно встретить название «омыляемые» липиды. Такой термин связан с их способностью образовывать в щелочной среде мыла, т. е. соли высших карбоновых кислот. Другое назва­ние — «неомыляемые» липиды — закрепилось за группой негидролизующихся природных веществ (стероиды и др.), по сходному характеру растворимости также относимых к липидам.

Высшие жирные кислоты.

Многие известные высшие карбоновые кислоты были впервые выделены из жиров и в целом получили название жирных, а с учетом присущей им отно­сительно длинной углеводородной цепи их называют высшими жирными кис­лотами (ВЖК).

Как правило, природные высшие жирные кислоты характеризуются сле­дующими признаками:

• являются монокарбоновыми;

• содержат четное число атомов углерода;

• имеют неразветвленный углеводородный радикал;

• имеют цис-конфигурацию двойных связей (если они содержатся).

Однако существует и много исключений; например, известны кислоты с нечетным числом атомов углерода, с разветвленной углеводородной цепью, с транс-расположением двойных связей.

Насыщенные жирные кислоты. Несмотря на большой диапазон возмож­ной длины цепи, в составе липидов наиболее распространены кислоты с нераз­ветвленной цепью, включающей 16, 18, 20 или 22 атома углерода.

Наиболее распространенными являются пальмитиновая и стеариновая кислоты, особенно характерные для твердых жиров и некоторых твердых растигельных масел (масло какао, пальмовое масло и др.). В жидких раститель­ных маслах они содержатся в меньших количествах, при этом преобладающей является пальмитиновая кислота.

В углеводородном радикале насыщенных кислот все атомы углерода нахо­дятся в sp³-гибридизованном состоянии и имеют тетраэдрическую конфигу­рацию. За счет вращения вокруг σ-связей С—С углеродная цепь мо­жет принимать различные конформации. Энергетически наиболее выгодной является зигзагообразная конформация, так как в этом случае атомы углерода цепи находятся в антиперипланарной конформации.

Насыщенные жирные кислоты обладают слабыми кислотными свойства­ми и в малой степени диссоциированы в водных растворах.

Ненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные высшие жирные кис­лоты распространены в природе более широко, чем насыщенные. Число атомов углерода в ненасыщенный жирных кислотах может быть различным, но пре­обладающими являются кислоты с 18 и 20 атомами.

В организме мононенасыщенные кислоты могут образовываться из насы­щенных жирных кислот путем реакции дегидрирования. Основными синте­зируемыми в организме ненасыщенными кислотами являются олеиновая и пальмитолеиновая.

К полиеновым относят ненасыщенные высшие жирные кислоты, содер­жащие от двух до шести двойных связей. Каждая из них отделена от другой метиленовой группой.

В молекулах ненасыщенных кислот, наряду с sр³-гибридизованными, со­держатся sр²-гибридизованные атомы углерода. Поэтому участки углеводо­родной цепи относительно двойной связи могут иметь цис- или транс-распо­ложение:

В ненасыщенных высших жирных кислотах природного происхождения двойные связи преимущественно имеют цис-конфигурацию, хотя это обычно менее выгодно, чем транс-расположение. Однако в данном случае цис-форма приводит к возможности формирования нужной вторичной структуры в ли­пидной части клеточных мембран.

Ненасыщенные жирные кислоты могут подвергаться различным видам изомеризации, в частности пространственной — с изменением конфигурации двойных связей и позиционной — со смещением положения двойных связей.

Замещенные жирные кислоты. Такие кислоты встречаются редко; тем не менее известны соединения, содержащие в качестве заместителей гидрокси- и эпоксигруппы. Высшие жирные кислоты, содержащие гидроксильную группу, входят в состав липидов головного мозга, липидов молока, некоторых растений и мик­роорганизмов.

Номенклатура. В систематических названиях высших жирных кислот по номенклатуре ИЮПАК отражаются длина цепи, положение и конфигурация кратных связей, наличие и положение заместителей в соответствии с общими правилами этой номенклатуры.

При составлении названий липидов правилами ИЮПАК для некоторых кислот (лауриновая, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая) разрешено использование их тривиальных названий. В области ненасыщенных высших жирных кислот существуют разные способы обозначения положения и конфигурации двойных связей.

Способ 1. В сокращенном виде указывается число атомов углерода в угле­водородной цепи и через двоеточие число двойных связей; положение двойных связей обозначается цифрами с указанием цис- или транс-конфигурации латинскими буквами с или t соответственно. Буквы с и t в сокращенных названиях очень часто опускаются. Так, линоленовая кислота имеет сокращенное назва­ние 18:3 9,12,15.

Способ 2. В сокращенном виде указывается число атомов углерода в угле­водородной цепи и через двоеточие число двойных связей; положение двой­ных связей обозначается у буквы Δ в виде верхнего правого индекса. По этому способу линоленовая кислота обозначается как 18:3 Δ^9,12,15.

Способ 3. В настоящее время активно используется собственная номенк­латура ненасыщенных высших жирных кислот. По предлагаемому способу концевой атом углерода, независимо от длины цепи, обозначается последней буквой греческого алфавита ω (омега), иногда — латинской буквой n. Отсчет положения двойных связей производится не как обычно от карбоксильной группы, а от ω-метильной группы и обозначается, например, ω-3 (n-3), ω-6 (n-6), ω-9 (n-9).

Ненасыщенные жирные кислоты по «начальному» положению двойной связи подразделяют на следующие типы:

• ω-9 (омега 9) — тип олеиновой кислоты;

• ω-6 (омега 6) — тип линолевой кислоты;

• ω-3 (омега 3) — тип линоленовой кислоты.

Некоторые биологически важные полиеновые кислоты. Полиненасыщенные высшие жирные кислоты (ПНВЖК) играют исключительно важную роль в жизнеде­ятельности организма.

К полиненасыщенным высшим жирным кислотам относятся:

• линолевая (18:2 9,12 или ω-6);

• α-линоленовая (18:3 9,12,15 или ω-3);

• γ-линоленовая (18:3 6,9,12 или ω-6);

• арахидоновая (20:4 5,8,11,14 или ω-6).

Считалось, что большинство функций незаменимых жирных кислот — линоле­вой, линоленовой и их более длинноцепочечных гомологов — связано с их окислен­ными метаболитами, получившими обобщенное название «оксилипины», а сами кислоты лишь обеспечивают целостность мембраны и оптимальный уровень ненасыщенности тканевых липидов. Позднее было показано, что высшие жирные кислоты непосредственно участвуют во многих клеточных процессах. Перечисленные выше и родственные им полиненасыщенные кислоты ус­ловно называют «витамином F».

Спирты.

В составе липидов наиболее распространены следующие типы спиртов:

• высшие одноатомные спирты;

• полиолы (глицерин);

• аминоспирты (двухатомный спирт сфингозин).

Высшие одноатомные спирты. В состав природных липидов входят остатки длинноцепочечных спиртов в основном с четным числом атомов углерода и неразветвленной углеродной цепью. Высшие спирты могут быть насыщенными и ненасыщенными. Часто встречающимися являются цетило- вый, стеариловый, мелиссиловый, мирициловый спирты.

Высшие спирты являются характерными компонентами восков. Сами спирты, а также их смеси с другими веществами приме­няются в качестве структурообразующих веществ и неионогенных эмульгато­ров при изготовлении кремов и мазей, а также служат исходными соединениями для получения ионогенных эмульгаторов — алкилсульфатов. Наиболее широкое применение имеет так называемый цетостеариловый спирт, представляющий собой смесь цетилового и стеарилового спиртов.

Простые липиды.

Общим классификационным признаком простых липидов является двухкомпонентность их состава: в результате гидролиза получаются высшие жир­ные кислоты (или их соли) и спирты.

Принадлежность к той или иной группе определяется главным образом характером спиртового компонента:

• высшие одноатомные спирты — воски;

• глицерин — жиры, масла;

• сфингозин — церамиды.

Воски. Воски — это сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатом­ных спиртов. В состав восков входят, как правило, насыщенные высшие жирные кислоты (чаще других — пальмитиновая) и насыщенные спирты — цетиловый, цериловый, мелиссиловый, мирициловый. Природные воски обычно содержат некоторое количество свободных жирных кислот и спиртов, а также углеводороды.

В большинстве воски представляют собой твердые, упругопластичные, иногда хрупкие при комнатной температуре вещества, только очень немногие при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию (спермацетовое масло).

По происхождению воски разделяются на животные и растительные. Наиболее известны такие воски животного происхождения, как пчелиный воск, спермацет и ланолин.

Пчелиный воск более чем на 70% состоит из сложных эфиров высших жирных кислот, значительная доля который (более 30%) представлена мирицилпальмитатом. Пчелиный воск отличается также наличием свободных спиртов и кислот, чем объясняется его способность эмульгировать некоторое количество воды.

Спермацет выщеляется из жира, содержащегося в полостях черепной ко­робки кашалота и других китообразных. Он практически полностью состоит из сложных эфиров высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов. Преобладающим компонентом является цетилпальмитат. Благодаря плотной консистенции спермацет часто используется как уплотнитель для слишком мягких мазей.

Ланолин (шерстный или шерстяной воск) вырабатывается кожными же­лезами овец. Его получают при промывке шерсти овец. Ланолин отличается от других восков высоким содержанием стеринов (холестерин и др.), как сво­бодных, так и связанных в виде эфиров с высшими жирными кислотами — пальмитиновой, миристиновой, стеариновой.

Воски образуют защитную смазку на коже человека и животных, входят в состав защитного покрытия от высыхания листьев растений, кожуры фрук­тов, покровных тканей у насекомых. Воски находят применение в фармацевтической и парфюмерно-космети­ческой промышленности при изготовлении кремов и мазей.