А Е Щеголев Органическая химия 2016 / 08 Алициклические углеводороды и их производные

8.7. СТЕРОИДЫ

Стероиды — важные природные вещества, выполняющие в организме разнообразные функции. В настоящее время известно около 20 000 стероидов. Как уже упоминалось (гл. 6.5.6), стероиды, так же, как и терпены и каротиноиды, относятся к неомыляемым липидам.

В основе стероидов лежит структура, которая имеет тривиальные названия «стеран» и «гонан». Нумерация атомов углерода (принятая в химии стероидов):

4 6

стеран, гонан, циклопентанопергидрофенантрен

(Циклопентанопергидрофенантрен — название этого углеводорода как производного полициклической ароматической системы фенантрена —

гл. 11.4.)

В молекулах стероидов шестичленные кольца имеют преимущественно конформацию кресла, бицикл декалина BC имеет транс-строение, а бицикл декалина AB может иметь как транс-, так и цис-сочленение.

По химической структуре стероиды делятся на несколько групп, наиболее важными из них являются стерины, желчные кислоты, стероидные гормоны и сердечные гликозиды.

Стерины являются производными углеводорода холестана.

CH3

холестан

Примерами могут служить холестерин, холестанол, копростанол, эргостерин и витамин D2.

404

Холестанол и копростанол отличаются друг от друга пространственным расположением циклов A и B: в холестаноле они находятся в транс- конфигурации, а в копростаноле — в цис-конфигурации.

Холестерин — наиболее распространѐнный представитель стеринов. Он присутствует почти во всех органах животных, особенно в мозге и нервных тканях. Он представляет собой белое кристаллическое вещество с температурой плавления 150 С. Нарушение обмена холестерина приводит к его отложению на стенках артерий и, как следствие, к атеросклерозу. Кроме того, желчные камни обычно содержат в качестве основной составной части холестерин.

Холестанол содержится во многих животных клетках.

Копростанол, или копростерин, образуется из холестерина в кишечнике при действии бактерий и поэтому содержится в фекалиях.

Эргостерин относится к растительным стеринам (фитостеринам). Он встречается в бактериях (особенно много в дрожжевых клетках) и при облучении ультрафиолетом может быть превращѐн в витамин D2 (эргокальциферол).

Витамины группы D — это антирахитические витамины. Кроме витамина D2 существуют близкие по структуре витамины D3 (холекальциферол) и D4. Витамины D содержатся в яичном желтке, сливочном масле, пе-

405

чени животных, рыбьем жире. Кроме того, провитамин холекальциферола, дегидрохолестерин, содержится в коже человека.

Основная функция витамина D — поддержание в организме постоянной концентрации Са2+ и фосфора, что осуществляется благодаря участию витамина в регуляции всасывания этих элементов в кишечнике.

Желчные кислоты являются производными углеводорода холана. Наиболее распространѐнной из желчных кислот является холевая кислота.

Желчные кислоты образуются в результате расщепления и последующего окисления стеринов в печени. Натриевые и калиевые соли желчных кислот обладают поверхностно-активными свойствами. Они эмульгируют жиры, поступающие с пищей в организм, и тем самым улучшают их усвоение.

Стероидные гормоны. Гормоны — это вещества, образующиеся в железах внутренней секреции и принимающие участие в регулировании обмена веществ и физиологических функций организма. В одних случаях они повышают каталитическую активность ферментов, в других — ускоряют их биосинтез.

Стероидные гормоны могут быть представлены несколькими подгруппами.

Кортикостероиды — производные углеводорода прегнана. Представителями кортикостероидов являются кортикостерон, гидрокортизон,

преднизолон.

406

Кортикостероиды образуются в корковом веществе надпочечников и принимают участие в регулировании водного и солевого обмена.

Кортикостерон является антагонистом инсулина и повышает концентрацию глюкозы в крови.

Гидрокортизон способствует накоплению гликогена в печени и также регулирует поступление глюкозы в кровь.

Преднизолон — это синтетический кортикостероид; он обладает бόльшей активностью, чем его природные аналоги. Используется для лечения ревматизма, бронхиальной астмы, воспалительных процессов кожи.

Женские половые гормоны: гестагены и эстрогены. Гестагены, так же, как и кортикостероиды, являются производными прегнана. Гестагены

— это гормоны беременности; они образуются в жѐлтом теле (Corpus luteum) яичников. Наиболее активным гестагеном является прогестерон.

CH3

CH3 C O

CH3

O

прогестерон

Эстрогены — это производные углеводорода эстрана.

CH3

эстран

407

Эстрогены контролируют менструальный цикл у женщин. Наиболее важными эстрогенами являются эстрон и эстрадиол.

Мужские половые гормоны (андрогены) — это производные углево-

дорода андростана.

CH3

CH3

андростан

Они стимулируют развитие вторичных мужских половых признаков и выработку спермы. Важнейшими среди них являются андростерон и тесто-

стерон.

Сердечные гликозиды имеют в своѐм составе структурные элементы стероидов и углеводов. Стероидная составляющая, так называемый генин, представляет собой различные производные стерана, в 17-м положении которого имеется ненасыщенное лактонное кольцо (фрагмент - или - лактона). Примерами таких генинов являются дигитоксигенин и сцилларе-

нин.

408

O

Сердечные гликозиды в небольших количествах возбуждают сердечную деятельность и используются в кардиологии. В больших количествах они являются сердечными ядами. Например, гликозид дигитоксин был выделен из листьев наперстянки (дигиталиса, Digitalis purpurea), его стероидная составляющая дигитоксигенин. Сцилларен — один из гликозидов белого морского лука (Scilla maritime L.), обладающих высокой кардиотонической активностью; стероидная часть молекулы сцилларена — сцилларенин.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Приведите наиболее стабильные конформации соединений: а) цис- 1,2-диметилциклогексан, б) транс-1,2-диметилциклогексан, в) транс-1,3-диметилциклогексан, г) транс-1,4-диметилцикло- гексан.

2.Приведите механизмы реакций взаимодействия метилциклопропана со следующими веществами: а) с водородом на никелевом катализаторе, б) с бромом, в) с бромоводородом.

3.Какие соединения будут реагировать с бромоводородом: а) этилциклопропан, б) метилциклобутан, в) 1-метилциклобутен, г) циклогексан, д) циклопентен? Приведите механизмы возможных реакций.

4.Приведите механизм следующего превращения:

5.Из ацетилацетона, 1,2-дибромэтана и других необходимых реагентов получите 1,1-дициклопропилциклопропан.

6.Из бицикло[2.2.1]гепт-2-ена (норборнен), малонового эфира и дру-

409

гих необходимых реагентов получите бицикло[3.2.1]октан-3- карбоновую кислоту.

7.Для гераниола приведите схемы реакций: а) окисления диоксидом марганца, б) ацетилирования.

8.Для лимонена приведите механизмы реакций: а) бромирования, б) гидробромирования, в) гидратации.

б) взаимодействия с гидроксиламином.

410