Коноплева 2013

113

ТЕМА 8. САПОНИНЫ И ФИТОЭКДИЗОНЫ

Сапонинами (сапонизидами) называют большую группу природных высокомолекулярных соединений гликозидного характера, обладающих поверхностной и гемолитической активностью (детергенты), а также токсичностью для холоднокровных животных.

Термин "сапонин" или "сапонизид" был впервые предложен в 1819 г. Мэлоном для вещества, выделенного Шрайдером в 1811 г. из мыльнянки.

Водные растворы сапонинов образуют при встряхивании обильную стойкую пену (подобно мыльной), в результате чего эти вещества получили название сапонинов (от лат. sapo - мыло).

Молекула сапонина состоит из углеводной части и агликона, называемого сапогенином. Углеводная часть может содержать от 1 до 11 моносахаридов. Наиболее часто встречаются D-глюкоза, D- галактоза, L-рамноза, L-арабиноза, D-ксилоза, L-фруктоза, а также D- глюкуроновая и D-галактуроновая кислоты.

КЛАССИФИКАЦИЯ САПОНИНОВ

В зависимости от строения агликона сапонины делят на стероидные и тритерпеновые.

Стероидные сапонины, в свою очередь, подразделяются на:

1.Спиростаноловые (характеризуются наличием спирокетальной группировки из 8 углеродных атомов и замкнутого кольца F);

2.Фуростаноловые (где кольцо F раскрыто, и боковая цепь содержит глюкозу).

В результате гидролиза фуростаноловые гликозиды могут превращаться в спиростаноловые. В зависимости от ориентации кольца F относительно остальной части молекулы агликона последние подразделяют на спиростанолы «нормального» ряда и «изо»-ряда.

114

Наиболее характерным представителем стероидных агликонов является диосгенин, содержащийся в корневищах с корнями диоскореи ниппонской и в траве якорцев стелющихся:

O

O

HO

ДИОСГЕНИН

В настоящее время известно около 150 стероидных гликозидов, из них более 100 спиростаноловых и 40 - фуростаноловых.

Агликоны стероидных сапонинов всегда имеют ОН-группу у С3, и иногда в положениях С1, С2, С5 и С12. У многих стероидных сапонинов в положении 5-6 имеется двойная связь. Стероидные сапонины представляют собой 3-О-гликозиды.

Тритерпеновые сапонины в зависимости от количества циклов в составе агликона подразделяются на тетрациклические и пентациклические.

К тетрациклическим сапонинам относятся производные дам-

марана (даммарандиол), циклоартана (циклоартенол) и ланостана:

OH

HO

ЦИКЛОАРТЕНОЛ ДАММАРАНДИОЛ

Кподгруппе даммарана относятся сапонины женьшеня - панаксозиды (гинзенозиды); к группе циклоартана - сапонины астрагала шерстистоцветкового - дазиантозиды.

Кпентациклическим относятся сапонины, производные:

1) урсана:

115

2) олеанана:

COOH

(С-28-СООН-олеаноловаякислота)

Производные олеанана находятся в корнях солодки, аралии, в корневищах с корнями синюхи и др.

3) лупана:

R

R-H - ЛУПЕОЛ

R-CH2OH–БЕТУЛИН

R-COOH-БЕТУЛИНОВАЯК-ТА

HO

Производные лупана - бетулин, бетулиновая кислота выделены из березы.

4) гопана и др.:

ГОПАН

Сапогенины тритерпеновых сапонинов всегда имеют ОН-группу у С3, иногда в положениях С16, С21, С22, С24; карбоксильные группы могут быть у С28, С29 (урсоловая, олеаноловая и глицирретиновая кислоты); карбонильные - у С11. Двойная связь часто встречается в положении 12-13.

116

Тритерпеновые сапонины могут быть нейтральными и кислыми, кислотный характер обусловлен карбоксильной группой в агликоне или присутствием уроновых кислот в углеводной части. Гидроксильные группы могут быть ацилированы уксусной, пропионовой, ангеликовой и другими кислотами.

Углеводная часть может присоединяться к агликону по гидроксильной или карбоксильной группам; она может быть линейной и разветвленной.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ В РАСТИТЕЛЬНОМ МИРЕ

Сапонины широко распространены в растениях, в меньшей степени - в животном организме. Например, сапонины содержат морской огурец (трепанги), пиявки и продукты животного происхождения (змеиный и пчелиный яды).

Сапонины найдены в растениях, относящихся к сорока семействам. Чаще встречаются растения, содержащие тритерпеновые сапонины, в следующих семействах:

Стероидные сапонины встречаются реже в растениях сухого и жаркого климата. Они содержатся преимущественно в растениях семейств:

Лилейные (Liliaceae), Диоскорейные (Dioscoreaceae), Норичниковые (Scrophulariaceae) и др.

Часто стероидные сапонины находятся в тех же растениях, что и сердечные гликозиды.

Локализация в растениях. В растениях сапонины находятся в растворенном виде в клеточном соке. Содержание их в растениях колеблется в широких пределах от следов до 30% (мыльный корень).

Сапонины могут накапливаться в различных органах и частях

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1.Сапонины представляют собой бесцветные или желтоватые гигроскопические аморфные вещества без определенной температуры плавления. В кристаллическом виде получены отдельные представители, которые содержат не более 4 моносахаридов. Сапогенины являются кристаллическими веществами с четкой температурой плавления.

2.Сапонины обладают поверхностной активностью, это связано с наличием в одной молекуле гидрофильного (углеводная часть)

игидрофобного (агликон) остатков. Образование пены основано на том, что сапонины понижают поверхностное натяжение на границе двух сред: воды и воздуха; воды и жира - значит, они способны эмульгировать жиры.

3.Оптически активные соединения.

4.Как стероидные, так и тритерпеновые гликозиды растворимы в этиловом и метиловом спиртах. Причем 60% и 70% спирты растворяют сапонины на холоде; 80% и 95% - при кипячении, а при охлаждении сапонины выпадают в осадок. Они нерастворимы в органических растворителях (диэтиловом и петролейном эфирах, бензоле, аце-

тоне, дихлорэтане, ССl4).

Растворимость сапонинов в воде определяется количеством моносахаридов и увеличивается с возрастанием их числа. Сапонины с одним - четырьмя моносахаридами обычно плохо растворимы в воде. Остальные сапонины легко растворимы в воде с образованием коллоидных растворов.

5.Сапогенины растворимы в спиртах, в диэтиловом эфире, ацетоне, бензоле и нерастворимы в воде.

6.Многие сапонины образуют молекулярные комплексы со стеринами, липидами, белками, фенольными соединениями, которые часто не проявляют гемолитических свойств и могут быть разрушены хлороформом.

7.Из водных растворов сапонины осаждаются солями тяжелых металлов, гидроксидом бария или магния, белками и дубильными веществами.

8.Из спиртовых растворов сапонины осаждаются неполярными органическими растворителями (диэтиловым эфиром, этилацетатом и др.), стеринами и липидами.

9.Сапонины под действием кислот и ферментов гидролизуются на агликон и сахар, т.к. углеводная часть состоит из нескольких молекул моносахаридов, то гидролиз в определенных условиях может протекать ступенчато; продукты частичного гидролиза называются просапогенинами.

118

10.Сапонины дают окрашенные продукты с кислотными реагентами (концентрированная серная кислота, уксусный ангидрид, треххлористая сурьма, фосфорно-молибденовая кислота и др.).

11.Сапонины обладают жгучим, раздражающим вкусом. При работе с сапонинами и сырьем (измельчение) необходимо соблюдать осторожность, т.к. пыль действует на слизистые оболочки носоглотки

иглаз раздражающе, вызывая покраснение глаз и чихание.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1.Почти все сапонины обладают гемолитической активностью, за исключением сапонинов солодки, сои и конского каштана.

Гемолитическая активность - способность сапонинов образовывать комплексы со стеринами мембран эритроцитов, вследствие чего оболочка эритроцита становится проницаемой и гемоглобин выходит в плазму крови, окрашивая ее в красный цвет («лаковая» кровь). Гемолитические свойства сапонинов открыл врач Л. Федотов в 1875 г.

2.Сапонины вызывают гибель холоднокровных животных (рыб, лягушек, червей) даже в очень больших разведениях (1:1000000), это объясняется нарушением функционирования жабер.

3.Сапогенины не обладают гемолитической активностью и не токсичны для рыб.

4.При попадании в кровь сапонины очень токсичны.

ВЫДЕЛЕНИЕ САПОНИНОВ ИЗ ЛРС

Выделение сапонинов из ЛРС (схема 6) включает следующие стадии:

1.Разрушение комплекса сапонинов со стеринами, белками, фенольными соединениями.

2.Экстракция суммы сапонинов из ЛРС.

3.Очистка от балластных веществ.

4.Разделение суммы на индивидуальные компоненты.

1.Разрушение комплекса сапонинов со стеринами и другими соединениями достигается предварительным обезжириванием сырья органическим растворителем (петролейным эфиром, четыреххлористым углеродом и др.).

2.Выделяют сапонины путем экстракции сырья спиртоводными смесями (70% - 80%), метиловым, этиловым или изопропиловым спиртами или водой.

119

Схема 6

Схема выделения сапонинов из ЛРС

120

3. Упаривание полученной суммы сапонинов до водного остат-

ка.

4.Очистка от липофильных веществ - путем многократной обработки четыреххлористым углеродом.

5.Водный остаток последовательно экстрагируют хлороформом (фракция малополярных гликозидов), затем - бутанолом (фракция гликозидов средней полярности). Оставшийся водный остаток состоит из сильно полярных сапонинов, олигосахаров и минеральных солей.

6.Полученные фракции разделяют на индивидуальные вещества

спомощью колоночной хроматографии на оксиде алюминия, силикагеле, активированном угле; гельфильтрацией на сефадексе, ионообменной хроматографией. Провести разделение суммы сапонинов на отдельные компоненты удается только в результате многократного хроматографирования.

Для установления структуры сапонинов широко используют УФ-, ИК-, ПМР и масс-спектроскопию. Например, стероидные сапо-

нины имеют характерные полосы поглощения при длинах волн 852, 900, 922, 987 см-1 (ИК-спектроскопия).

Очистку и разделение сапонинов осуществляют различными методами:

1) из спиртовых растворов:

•образование холестеринового комплекса. Осадок отделяют и разрушают кипячением с бензолом, толуолом или пиридином (холестерин переходит в раствор, а сапонины остаются в осадке);

•осаждение суммы сапонинов большим количеством растворителя (эфир, ацетон, этилацетат, хлороформ), в осадок выпадают малополярные сапонины с небольшим числом моносахаридов в углеводной части;

2) из водных растворов:

•осаждение сапонинов гидроксидом бария или магния. Осадки солей отделяют, и полученные комплексы с сапонинами разрушают пропусканием через раствор углекислого газа или подкислением серной кислотой (сапонины переходят в раствор);

•осаждение сапонинов водным раствором таннина с последующим разрушением полученного комплекса кипячением с оксидом цинка (сапонины переходят в раствор, таннины остаются в осадке в виде комплексов с цинком);

•образование комплекса сапонинов с белками. Отделение осадка, разрушение полученного комплекса кипячением с этанолом (сапонины переходят в раствор, белок остается в осадке).

121

МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ САПОНИНОВ В ЛРС

Для обнаружения сапонинов в ЛРС используются реакции, основанные на:

1.физических;

2.химических;

3.биологических свойствах этих веществ.

Для качественных реакций на сапонины готовят водное извлечение из ЛРС (1:10) на кипящей водяной бане в течение 10 минут, после охлаждения и фильтрации проводят необходимые реакции.

1. Реакции, основанные на физических свойствах

Реакция пенообразования: При встряхивании в пробирке водного извлечения образуется довольно устойчивая пена.

По пенообразованию ориентировочно определяется и групповая принадлежность сапонинов. Для проведения реакции водное извлечение из ЛРС делят на две части: первую подкисляют до рН=1, вторую подщелачивают до рН=13. Оба раствора в пробирках встряхивают. Наблюдают образование столбиков пены. Если в обеих пробирках образуется примерно равные по величине и стойкости столбики пены или в пробирке с кислой средой, то сырье содержит тритерпеновые сапонины, если столбик пены больше при щелочном рН, то - стероидные.

2. Реакции, основанные на химических свойствах

1) Реакции осаждения:

• Из водных растворов сапонины осаждаются гидроксидом бария или магния, солями меди, ацетатом свинца, причем тритерпеновые сапонины осаждаются средним ацетатом свинца, а стероидные - основным.

• Из спиртовых извлечениий стероидные и тритерпеновые сапонины осаждаются спиртовым раствором холестерина в виде комплексов - холестеридов.

2) Цветные реакции:

•реакция Либермана-Бурхарда: сухой остаток растворяют в ледяной уксусной кислоте и добавляют смесь уксусного ангидрида с концентрированной серной кислотой (50:1). Наблюдают розовое окрашивание, переходящее в зеленое, а затем в синее;

•реакция с 10% раствором нитрита натрия и концентрированной серной кислотой, наблюдают кроваво-красное окрашивание;

122