Uchebnik

ОН-группа в положении 3 не реагирует с диазометаном, но алкилируется при взаимодействии с йодистым метилом в присутствии поташа или солей серебра. Позднее методом ПМР было показано, что в димеризации участвуют протоны С2 и С4.

Наличие свободных 3- и 5-ОН в конденсированных дубильных веществах, также как и у мономерных флавоноидов может быть подтверждено комплексами с алюминия и циркония хлоридами, если один из мономеров содержит С=О группу.

Для дубильных веществ характерны описанные выше реакции сочетания

сдиазосоединениями с образованием окрашенных продуктов реакции; с

ванилином в присутствии концентрированной НСl или 70% Н2SO4 появляется яркая красная окраска соединений типа:

При восстановлении по Робинсону образуются бифлавилиденпроизводные со структурой кверцетиленацетата, который при обработке кислотой превращается в 4-флавенилантоцианидин:

		OAc								OH
		OAc								OH
AcO	O				HO	O
		OAc		H+						OH
OAc		A								B
					OH
OAc					OH
		OAc								OH
AcO	O				HO	O
		OAc								OH
		OAc								OH

Яркость и цвет образующихся, при этом, соединений зависят от распределения положительного заряда в кольце С, рН и степени гидроксилирования колец.

Из растений таволга, кизильник и можжевельник были выделены четыре димера флаванолов, образующие при действии соляной кислоты краситель цианидин. Все четыре соединения имели одинаковый состав С30Н28О12 и расщеплялись при каталитическом действии разбавленной кислоты до 5,7,3’,4’- тетраоксифлаван-3-олов, т.е. являлись изомерными димерами этого флаванола с одинаковой межфлавановой связью.

Все они давали декаацетильные производные, октаметиловые эфиры с диазометаном и диацетилоктаметиловые эфиры. Их димерность подтвердилась

141

масс-спектрами, а структурные различия - химическими превращениями, 1Н- и 13С-ЯМР спектральными данными.

В можжевельнике димерные проантоцианидины представлены и гексаоксипроизводными, например, аментофлавон с редким 5’,8- С-С типом связи:

Как видно, отнесение вещества к той или иной группе возможно с использованием специфических химических реакций. При наличии стандартных образцов возможна идентификация соединений при их хроматографическом сравнении, а более тонкие особенности строения устанавливают комплексом химических и спектральных методов.

Из Раraтеriа laevigata выделено и идентифицировано более 10 проантоцианидинов (димеров, тримеров, тетрамеров), структуры которых идентифицировать химическими методами оказалось невозможно. Это проантоцианидины А1, А2, А6, В1, В3, 3-тримера, и 2 тетрамера.

Вопросы для самоконтроля студентов

1Перечислите основные сырьевые источники полифлаванов и опишите специфику работы с ними.

2Опишите основные направления промышленного использования конденсированных дубильных веществ.

3Выявите зависимость реакционной способности полифлаванов от типа межфлавановой связи.

4Выявите зависимость реакционной способности полифлаванов от степени полимеризации и характера замещения колец.

5Составьте схему выделения конденсированных дубильных веществ.

6Сравните возможности различных хроматографических методов в исследовании конденсированных дубильных веществ.

7Выявите сходства и различия в химических свойствах моно- и полифлаванов.

8Составьте схему качественного химического функционального анализа полифлаванов.

9Составьте схему кислотно-основных взаимодействий полифлаванов.

10Сравните методы определения конфигурации межфлавановой связи.

142

Примеры установления структур конденсированных дубильных веществ

Редкий тип структур 3,3”-бифлавоноидов установлен комплексом химических и спектральных данных. Так, методами полевой десорбции и отрицательных ионов определено одно значение массы, а цис-положение протонов Н2/Н3 и Н2”/Н3” подтверждено 1Н- и 13С-ЯМР-спектрами.

Структуры 3,3”-димеров 4-арилкумарина (неофлавоноидов) установлены комплексом физико-химических характеристик:

УФ (EtОН, λmax, нм): 278.	УФ (EtОН, λmax, нм): 278.
ИК (КВr, , см-1): 1752.	ИК (КВr, , см-1): 1752.

1Н-ЯМР (DMSO-D6, , м.д.): 2.99 (dd, Н- 1Н-ЯМР (DMSO-D6, , м.д.): 3.09 3), 3.97 (d, H-4), 6.97 (s, H-5), 6.50 (dd, H- (d, Н-3), 4.41 (d, H-4), 7.00 (d, H-

6), 6.49 (s, H-8), 7.01 (d, H-2’,6’), 6.66 (d, 5), 6.51 (dd, H-6), 6.52 (s, H-8), H-3’,5’), 3.20 (dd, H-3”), 4.73 (d, H-4”), 7.12 (d, H-2’,6’), 6.72 (d, H3’,5’). 6.97(s, H-5”), 6.60(dd, H-6”), 6.55(d, H-8”)

Установление структуры двух димеров группы В: исследуемые вещества, как и все флаваны, давали красное окрашивание с ванилином в концентрированной кислоте, нерастворимый флобафен при нагревании с разбавленной минеральной кислотой, при щелочном расщеплении каждого из соединений был получен флороглюцин и протокатеховая кислота. Нагревание с 2н НСl в метаноле привело к образованию цианидина, идентифицированного методом БХ в системе растворителей НСl – СН3СООН - Н2О 5:1:5 и по УФ- спектру в этаноле (535 нм). При кислотном расщеплении 0.05н НСl из флавана I получен (+)-катехин и следы (-)-эпикатехина, а из флавана II - (-)-эпикатехин.

Расщепление в мягких условиях в кислой среде дает катехин из «нижней» части молекулы и из «верхней» части - карбкатион (1). Затем карбкатион в более кислой среде (2н НСl) окисляется до флавилий-катиона (3):

143

Легкое отщепление катехина при кислотном гидролизе исследуемых флаванов I и II с разбавленной кислотой и образование цианидина при действии более концентрированной кислоты свидетельствует о том, что флаваны являются димерами с С4-С8- межфлавановой связью.

Элементный состав двух флаванов одинаков С30Н26О12, вещества лабильны, розовеют при хранении, поэтому дальнейшее их исследование проводили с их ацетильными производными, которые получали при взаимодействии с уксусным ангидридом в среде сухого пиридина. При определении числа ацетильных групп было обнаружено, что оба продукта являются декаацетатами состава С50Н46О22.

Перацетат I димера имел [α]D= +85.5 (с 0.7, этанол), II - +44.0 (с 0.32,

хлороформ). Хроматографическая подвижность на бумаге и в тонком слое - различная.

В13С-ЯМР-спектрах декаацетатов присутствует по 50 сигналов

углеродных атомов, сгруппированных в 4 основные группы: узловые, по С- 3(3’), С-2(2’), ароматических колец и углеродные атомы ацетокси-групп без отклонения от их характеристичного положения.

ВПМР-спектрах присутствует по 24 протона ароматических ацетильных групп в области 2.12-2.32 и 2.18-2.32 м.д., сигналы шести протонов алифатических ацетокси-групп при 1.78-1.82 и 1.82 м.д. Наличие 10 ацетильных групп в обоих веществах свидетельствует о том, что по 10 ОН-групп свободны

ине участвуют в межфлавановой связи, а это, в свою очередь, указывает на принадлежность исследуемых веществ к группе димеров В (связь С-С).

Вспектрах производных обоих флаванов наблюдаются сигналы шести протонов колец В и В’ при 6.80-7.24 и 6.84-7.40 м.д. соответственно. Протоны колец А и А’ дают по два однопротонных дублета с константой в 2 Гц при 5.88

и6.20 (декаацетат димера I) и 5.92 6.18 м.д. для декаацетата димера II; константы в 2 Гц указывают на мета-расположение протонов. Кроме того, в спектрах имеется по одному однопротонному синглету при 6.50 и 6.55 м.д.,

которые могут принадлежать протонам С6 и С6’, что может указывать на участие протонов С8 в межфлавановой связи. Протоны гетероколец С и С’ представлены сигналами 5.42 для С2 и 4.34 м.д. для протона С2’ и 5.12 м.д. для протонов С3 и С3’, а также два однопротонных мультиплета при 2.50 и 3.10 м.д. для метиленовой группы и Н-4 при 4.33 м.д. Отсутствие одного из сигналов при

С4 указывает на его участие в межфлавановой связи. У второго декаацетата соответствующие сигналы прописались в области 5.58 и 4.62 (С2 и С2’), 5.12 м.д. (С3 и С3’), 4.42 м.д. (Н-4), а также сигнал протонов метиленовой группы в виде двухпротонного дублета при 2.88 м.д. Таким образом, отсутствие сигналов

протонов С4 и С8 указывает на их участие в связи.

Димерная природа соединений нашла свое подтверждение и в массспектре октаметилдиацетильного производного вещества II, где прописался М+ 774. Под электронным ударом происходит отщепление двух молекул уксусной кислоты с образованием флавена с m/z 714, затем дифлавена с m/z 654. Ион с массой 714 далее расщепляется по ретродиеновому механизму, образуя фрагменты с m/z 492, 327 и 165, указывая на разрыв С4-С8 связи.

144

Для установления конфигураций обеих флавановых единиц («верхней» и «нижней») был использован специфический метод расщепления димеров тиогликолевой кислотой по схеме:

Как видно, из «нижней» половины димера I был получен (+)-катехин, что свидетельствует о ее 2R, 3S конфигурации. В этих же условиях из «нижней» половины молекулы флавана II был получен (-)-эпикатехин, определяющий ее конфигурацию как 2R, 3R, а катионы, образующиеся из «верхних» половин димеров дают тиоэфир.

После восстановления тиоэфиров на катализаторе (никель Ренея) идентифицируется «верхняя» флавановая половина, представленная для обеих веществ (-)-эпикатехином, что указывает на 2R,3R-конфигурацию обеих «верхних» половин молекул исследуемых димеров.

Константы спин-спинового взаимодействия протонов гетероколец подтверждают конфигурации и конформации асимметрических центров у С2 и С3 углеводных атомов (уширенный синглет у флавана I, соответствующий Н-2 и Н-3 «верхней» половины говорит о цисоидном - а,е-положении центров 2R,3R (-)-эпикатехина.

Дублет с константой 10 Гц Н-2 и мультиплет Н-3 «нижней» половины указывают на трансоидную - а,а-конформацию этих протонов – 2R,3S характерную для (+)-катехина.

В спектре декаацетата димера II уширенные синглеты Н-2 «верхней» и «нижней» половин свидетельствуют о их цисоидном - а,е-положении по отношению к Н-3. На цис-форму «нижней» половины молекулы указывает также двухпротонный дублет метиленовой группы при 2.88 м.д. Следовательно, обе половины, молекулы имеют 2R,3R – конфигурацию. По Вейнгесу это могут быть димеры B1 и В2.

145

Полимерный проантоцианидин из верблюжьей колючки - аморфное вещество светло коричневого цвета, трудно растворим в ацетоне, спиртах, нерастворим в бензоле и хлороформе, Тразл. 3000С.

При нагревании с 2М НСl на кипящей водяной бане образуется цианидин и дельфинидин, идентифицированные с метчиками на хроматограмме и по и УФспектрам. При мягком гидролизе с 0.1М НСl получены (+)-катехин и (-)- эпикатехин, что свидетельствует об аналогичной степени гидроксилирования «нижних» половин.

Расщепление кислотой тиогликолевой в течение 48 час. привело к образованию (+)-катехина и (-)-эпигаллокатехина. Способность расщепляться под действием тиогликолевой кислоты в мягких условиях с образованием катехина и тиоэфира указывает на С4-С8 (или С6) характер межфлавановой связи.

Используя гель-хроматографию на сефадексе G-15, получена одна фракция, соответствующая молекулярной массе порядка 10000 м.е. На основании полученных данных веществу приписана структура:

Из корней кенафа (Hibiscus саппаbiпиs) выделено два димерных проантоцианидина, предположительно В5 и В6, которые были разделены между собой колоночной хроматографией на силикагеле и полиамиде из этилацетатной фракции метанольного концентрата.

Оба димера при нагревании с 2н НСl образовывали цианидин. Для установления структуры «верхней» и «нижней» половин димеров проводили расщепление тиогликолевой кислотой при комнатной температуре. Контроль за ходом реакции осуществляли методом бумажной хроматографии и уже через 10 минут наблюдали образование (-)-эпикатехина и тиоэфира флавана, которые проявляются ванилиновым реактивом, при этом тиоэфиры дают желтое быстро исчезающее окрашивание.

При восстановлении тиоэфира над никелем Ренея был получен, (-)- эпикатехингаллат. Способность расщепляться под действием тиогликолевой кислоты в легких условиях с образованием катехина и тиоэфира свидетельствует о лабильности С4-С8 или С6 связи между флавановыми единицами. По реакции с диазометаном был получен ундекаметиловый эфир, при ацилировании которого получено моноацетильное производное, доказывающее С-С связь между мономерами.

146

В ПМР-спектре ацетильного производного обнаружено 33 протона ароматических ацетокси-групп в области 2.2-2.8 м.д., 3 алифатических протона при 1.82 м.д., что подтверждает наличие 12 ОН-групп в структуре.

Ниже приведена схема химических превращений димера В6:

(-)-Эпигаллокатехин-(4β 8)-3,5,7,3’,4’,6’-гексагидроксифлаван:

В спектре 1Н-ЯМР перацетильного производного исследуемого димера, протоны С-2 гетероколец обеих половин молекулы резонируют в виде синглетов при 5.56 и 4.56 м.д., что свидетельствует о цис-аксиально- экваториальной ориентации протонов у С-2 и С-3. Протон у С-3 ориентирован экваториально, о чем свидетельствует дублет метиленовых протонов с J3,4 = 1 Гц (2.88 м.д.). Протон у С-4 «верхней» флавановой единицы дает сигнал в виде дуплета с J3.4=1 Гц при 4.43 м.д., что не позволяет однозначно определить конфигурацию у С-4. Положительный вклад оптического вращения С-4 флавана, рассчитанный по разности его оптического вращения и составляющих мономеров (-)-эпигаллокатехина и (-)-3,5,7,3’,4’,6’-гексагидроксифлавана,

указывает на 4R-конфигурацию: +600 - [(-570) + (-35.20)] = +152.20.

Асимметрические центры гетероколец обеих флавановых единиц имеют 2R, 3R-конфигурацию, о чем свидетельствует резонанс сигналов С-2 при 75.0 и 78.5 м.д. в спектре 13С-ЯМР. О β-ориентации «нижней» флавановой единицы говорит отрицательный γ-эффект (Δδ - 3.6 м.д.), испытываемый углеродным атомом С-2 «верхней» половины молекулы. Межфлавановая связь С4-С8, на что указывает химический сдвиг сигналов атомов С-8 (107.2 м.д.) и С-10 (101.7 м.д.). Значения химических сдвигов ароматических углеродных атомов «верхней» флавановой единицы свидетельствуют об (-)-эпигаллокатехиновой верхней половины димера. Однако, сигналы атомов углерода бокового

147

фенильного кольца Е «нижней» половины молекулы отличаются от сигналов углеродных атомов кольца В и интерпретированы следующим образом, м.д.: 131.3 (С-1’), 117.0 (С-2’), 145.0 (С-3’), 146.5 (С-4’), 113.0 (С-5’), 146.0 (С-6’).

OH

			OH
HO	O		OH
		OH	OH
			OH
OH
HO		O
			OHOH
	OH

Вещество отнесено к олигомерному проантоцианидину; с ванилином дает темно-красное окрашивание, с солями железа (III) – синее.

Под действием 0.1н HCl гидролизуется с образованием (-)-эпигалло- катехингаллата, с 2н НСl образуется дельфинидин. В продуктах щелочной деструкции обнаружены флороглюцин и галловая кислота. Под действием тиогликолевой кислоты происходит отщепление «нижней» концевой флавановой единицы, идентичной с (-)-эпигаллокатехингаллатом. Образующиеся при этом из «верхних» блоков тиоэфиры восстанавливаются на никеле Ренея до (+)- галлокатехина и (-)-эпигаллокатехина, т.е. вещество является олигомерным продельфинидином.

В ИК-спектре присутствуют 2 полосы поглощения при 1520 и 1535 см-1 и полоса при 730 см-1, что свидетельствует о продельфинидиновой природе олигомера. Наличие полосы поглощения при 800 см-1 такой же интенсивности, что и полоса 730 см-1 указывают на преобладание в олигомере флавановых

единиц с 2,3-цис-конфигурацией.

OH

В спектре 13С-ЯМР вещества широкий

OH

резонансный

сигнал

в области

155.5-157.6

HO

O

OH

м.д.

относится

к

кислород-замещенным

OH

OH

атомам углерода

С-5, С-7

и С-9. Сигналы

OH

атомов С-6 и С-8 флороглюциновых колец, не

OH

HO

O

OH

5

принимающих

участие

в

образовании

OH

межфлавановой связи, резонируют при 97.5 и

OH

OH

96.8

м.д.

соответственно.

О

том,

что

OH

межфлавановая связь проходит по С4-С8-

HO

O

OH

положению

свидетельствует

наличие

в

O

спектре сигнала замещенного атома углерода

OH

OH

O

С-8 при 107.7 м.д. и характеристичного

сигнала атома С-10 при 101.3 м.д. В случае

OH

реализации межфлавановой связи по типу С4-

OH

С6 сигнал последнего атома углерода прописался бы в области 98.6-99.4 м.д. В спектре присутствуют сигналы атомов углерода, свидетельствующие о галлоильном типе окисления боковых фенильных колец: сигналы атомов

148

углерода С-2’ и С-6’ резонируют при 110.0 м.д., атомов С-3’ и С-5’ – при 147.0 м.д., а характеристичный сигнал С-4’ – при 134.5 м.д. Резонансные сигналы симметрично расположенных атомов углерода С-2”, С-6” и С-3”, С-5” остатка галловой кислоты совпадают с сигналами таковых атомов боковых фенильных колец. Сигналы атомов С-1” и С-4” и карбоксильного атома углерода прописались при 121.0, 138.8 и 166.4 м.д. соответственно. Присутствие в спектре сигналов при 83.9, 77.5 и 78.0 м.д., отнесенные к сигналам атома углерода С-2 гетероколец, свидетельствует о наличии флавановых единиц с 2,3- транс- и 2,3-цис-конфигурацией асимметрических центров. Атомы углерода С- 3 тех же колец резонируют при 73.6, 72.5 и 69.1 м.д. Замещенные атомы С-4 дают сигналы при 39.0, 35.6 м.д., тогда как незамещенный атом С-4 – при 25.4 м.д. «Верхнее» положение в молекуле проантоцианидина занимает (+)- галлокатехин, так как химические связи атомов углерода пиранового кольца С- 2, С-3 и С-4 соответствуют значениям негаллоилированных проантоцианиди-

нов с 2,3-транс-, 3,4-цис- конфигурацией (83.2-83.9, 73.2-73.9, 37.6-38.3 м.д.). «Нижней» флавановой единицей является (-)-эпигаллокатехингаллат. Диамагнитный сдвиг сигнала атома углерода С-3 (69.1 м.д.) обусловлен галлоилированием по этому положению.

«Среднее» положение занимают молекулы (-)-эпигаллокатехина, о чем свидетельствует резонансные сигналы атомов углерода гетерокольца: 77.5 (С- 2), 72.6 (С-3) и 35.6 м.д. (С-4). На основании физико-химических методов исследования олигомера, его относительной молекулярной массы, установленной методом ультра-центрифугирования, и анализа литературных данных вещество идентифицировано как (+)-галлокатехин-(4α 8)-[(-)- эпигаллокатехин]5-(4β 8) -(-)-эпигаллокатехингаллат.

Проантоцианидины группы Т (тримеры и тетрамеры), трудно-

идентифицируемая группа соединений, тем не менее имеет характеристические особенности в масс-спектрах и спектрах 13С-ЯМР, по которым их можно идентифицировать. Например, проантоцианидин Т2 разлагается при 290-3000С, [α]D= +77.6 (с 1.1, ацетон-вода 2:1).

УФ (МеОН, λmах, нм): 220, 243, 258, 280, 305.

Под действием КОН в атмосфере N2 (расплав) образуются флороглюцин, протокатеховая и галловая кислоты.

Кислотный гидролиз 0.01н НСl приводит к получению из «верхних блоков» цианидина и дельфинидина, из «нижнего» - (+)-катехина.

При тиорасщеплении в присутствии фенилмеркаптана в слабокислой среде из «нижнего блока» получен (+)-катехин, а из «верхнего» - смесь 2-х тиоэфиров, после каталитического восстановления которых получены (-)- эпигаллокатехин-3-О-галлат и (-)-эпикатехин, т.е. все данные в сумме свидетельствуют о том, что Т2 состоит из (-)-эпикатехина, (-)-эпигалло- катехина-3-О-галлата и (+)-катехина.

В масс-спектре были подтверждены все структурные элементы:

149

C H SH H+

2

5

OH

OH

OH

HO

O

OH

HO

O

HO

O

OH

OH +

OH

+

OGall

OH

OH

OH

S

OH

S

OH

H2/Ni

O

H2/Ni

OH

Gall =

OH

OH

HO

O

OH

HO

O

OH

OH

OH

OH

OGall

OH

OH

OH

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА

1Опишите классификацию конденсированных дубильных веществ.

2Укажите отличия конденсированных дубильных веществ от гидролизуемых.

3Перечислите специфические химические свойства конденсированных дубильных веществ.

4Опишите алгоритм идентификации структур конденсированных дубильных веществ.

150