Uchebnik

выделена серия бромированных полиэфиров скваленового типа, которые обладают антивирусным и цитотоксическим действием:

В отличие от галогенотерпенов, которые, преимущественно, синтезируются морской флорой и фауной, галогеностероиды обнаружены не только в морских организмах, но и в высших растениях. Первые хлорсодержащие стероиды были описаны в растении Jaborsa, Withania и Physalis семейства пасленовых, которые обладают цитостатической активностью:

Из приведенного краткого обзора многообразия терпеноидов видно, что они являются производными углеводородов с различными функциональными группами, лактонами, простыми и сложными эфирами, гликозидами и др. Поэтому все они практически не растворимы в воде, растворимы в спирте, жирных маслах, эфире, хлороформе, диоксане, хуже в этилацетате. Многие из них оптически активны.

Вопросы для самоконтроля студентов

1Опишите классификацию природных карбоциклов.

2Перечислите основные структурные особенности каждой группы природных карбоциклов.

3Укажите взаимосвязь строения, химических свойств и биоактивности гемитерпенов.

4На примерах покажите особенности строения алициклических терпенов

иих химических свойств.

5Что такое сесквитерпеноиды, каковы особенности их строения и химических свойств?

6Каковы особенности строения и химических свойств бициклических терпенов?

7Опишите основные методы качественного обнаружения али-, моно-, сескви- и бициклических терпенов в различных источниках.

171

8На примерах покажите особенности строения и химических свойств сестерпеноидов.

9Напишите реакции основных молекулярных перегруппировок тритерпеноидов.

10Каковы особенности химического строения и свойств гопаноидов.

Общие методы извлечения эфирных масел и других терпеноидов из растительного сырья

Эфирные масла извлекают перегонкой с паром, отдувкой воздухом, отжимом или экстракцией растворителями (летучими и нелетучими). Для извлечения связанных форм эфирных масел требуется предварительное высвобождение эфирного масла с помощью ферментативного гидролиза, для этого растительное сырье выдерживается в течение суток при температуре 50600С. После проведения ферментации эфирные масла отгоняются.

В некоторых случаях перед паровой дистилляцией, сырье выдерживают в солевых растворах с концентрацией 5-20%, при этом происходит разрушение растительных клеток и высвобождение эфирного масла.

Перегонка с водяным паром используется при высоком содержании эфирных масел в сырье. Она может быть осуществлена либо путем перегонки смеси сырья и воды (гидродистилляция), либо непосредственным воздействием пара на сырье (паровая дистилляция).

Для многих промышленно используемых ароматических растений (роза, жасмин, резеда, нарцисс и жонкилла, фиалка, гелиотроп, левкои, ладан, гиацинт, сирень) перегонка с паром вообще не дает результата или приводит к получению масла совершенно непригодного для использования. В этом случае применяется экстракция летучими органическими растворителями (этиловым спиртом или очищенным петролейным эфиром). Процесс экстракции состоит из двух этапов: собственно извлечения компонентов из растительного сырья и удаления растворителя. Суммарный экстракт, в этом случае, наряду с летучими соединениями содержит большое количество нелетучих компонентов (парафины, воск, эфиры высших жирных кислот и смолы). Для выделения фракции эфирных масел экстракт обрабатывают этиловым спиртом. Остаток отфильтровывают при сильном охлаждении для отделения от восков, а спиртовый раствор обесцвечивают активированным углем и суммарную фракцию эфирных масел концентрируют в мягких условиях.

Более редким методом извлечения эфирных масел из растительного сырья является мацерация. Сущность метода мацерации заключается в экстракции эфиросодержащих частей растения (цветки, плоды) в течение 48 часов нагретым до 50-700С животным жиром или растительным маслом. Для получения максимально возможных количеств эфирных масел, экстракцию следует проводить многократно (до 20-25 раз).

Современным и технологичным способом извлечения эфирных масел некоторых цветковых растений (жасмин) является динамическая адсорбция, то

172

есть поглощение ароматических веществ активированным углем или другими твердыми адсорбентами. Для этого лепестки цветков загружают в камеру и продувают их увлажненным воздухом. Насыщенный ароматами воздух направляется в адсорбер с активированным углем, где происходит насыщение угля эфирным маслом. Затем уголь промывают диэтиловым эфиром, а эфир выпаривают.

В некоторых случаях (особенно в случае цитрусовых) выгодно получать масло простым отжимом сырья. Для этого целые плоды подвергают прессованию, а выделившуюся эмульсию эфирного масла в соке центрифугируют.

Для идентификации эфирных масел используют следующие показатели:

цвет, прозрачность, вкус;

температура застывания и кипения;

содержание жирных и минеральных масел;

плотность;

угол вращения;

показатель преломления;

кислотное число;

эфирное число;

содержание сложных эфиров, фенолов, спиртов.

Реакция Сабетая. Добавляют 1 мл 1% раствора брома в хлороформе, появляется окрашивание от голубого до синего (сесквитерпены).

Методами хроматографии в настоящее время определяют не только полный состав компонентов эфирных масел, но и доминирующий компонент (в эвкалипте - цинеол, в мяте - ментол, в фенхеле - фенхон, в кориандре - линалоол и т.д.).

Наиболее подходящими системами для ТСХ хроматографии являются:

петролейный эфир (40-700С)

хлороформ - метиловый спирт от (4:1) до (19:1);

хлороформ - этиловый спирт (20:1);

хлороформ - ацетон (9:1);

толуол - этилацетат (1:1);

н-гексан - этилацетат (1:1).

Поскольку эфирные масла не однородны по составу, то оптимальным методом оценки качественного и количественного состава является метод газовой или газо-жидкостной хроматографии.

Для проведения газохроматографического исследования компонентного состава в хроматограф при температуре 200-2500С испаряют анализируемую пробу. Под действием постоянно протекающего через эту трубку газа-носителя (обычно гелий или водород) проба в виде пара движется по колонке с SЕ-30,

Саrbowах 20М, Сhrompack СР Sil 5СВ или Сhrompack СР - Wax 52СВ сорбентом. Температура колонки в ходе анализа повышается от 600С до 2100С со скоростью 3-40/мин. Выход компонентов регистрируется пламенноионизационным детектором. Ниже представлена хроматограмма эфирного масла полыни Филатовой:

173

1- экзо-2-норборнеол; 2- трициклен; 3- α-туйен; 4- 4,5-диметилтиазол; 5- тетрагидроцитронеллен; 6- α-пинен; 7- α-фенхен; 8- камфен; 9- н-гептанол; 11- сабинен + β-пинен; 12-

α-фелландрен; 13- α-терпинен; 14- п-цимен; 15- 1,8-цинеол; 16- β-оцимен; 17- -терпинен + артемизиа кетон; 18- цис-линолоол оксид; 19- камфенилон + артемизиа спирт; 20- линадоол; 21- α-туйон; 22- β-туйон; 23- хризантенон; 24- аллооцимен; 25- цис-β- дигидротерпинеол; 26- камфора; 27- изоборнеол; 28- борнеол; 29- п-цимен-8-ол; 30- α- терпинеол; 31- транс-пиперитол; 32- нерол + цитронеллол; 33- транс-хризантенилацетат; 34- гераниол; 35- гераниаль; 36- борнилацетат + изоборнилацетат; 37- карвакрол; 38- 2Е,4Е-декадиеналь; 39- цис-пиперитолацетат; 40- Z-β-дамасцснон; 41- геранилацетат; 42-

цис-жасмон; 43- β-кариофиллен; 44- α-гвайен; 45- -декалактон; 46- н-пентадекан; 47- - кадинен; 48- α-кадинен; 49- геранилбутират; 50- спатуленол; 51- кариофиллен оксид; 52-

транс-изоевгенолацетат; 53- -кадинол; 54- α-бизаболоксид; 55- α-бизаболол; 56- хамазулен; 57- (цис, транс)фарнезол; 58- гвайазулен; 59- эпи-α-бизабололацетат; 60- Е,Е- фарнезолацетат.

Ди- и тритерпеновые структуры, в зависимости от наличия, числа, характера заместителей и их расположения извлекают хлороформом, петролейным эфиром, углеводородами (до гептана), диоксаном, этилацетатом; тетратерпеноиды описаны в главе «Каротиноиды».

Качественные реакции на терпены и стероиды

Для обнаружения терпенов других групп ТС хроматограммы или пробы веществ на бумаге обрабатывают раствором кислоты фосфорновольфрамовой образуются малиновые пятна на белом фоне, при обработке хроматограммы раствором кислоты фосфорномолибденовой, образуются темно-синие пятна на желтом фоне (терпены).

 Реакция Карра-Прайса. К 1 мл раствора в хлороформе или тетрахлорэтане добавляют 2 мл 30% раствора сурьмы хлорида (III) в том же

174

растврорителе, появляется синее окрашивание (холестановые производные, витамин А). 7-кетохолестерилацетат этой реакции не дает.

 Реакция Физера. К 1 мл раствора в толуоле (растворить при 1000С!) добавляют 2 мл 0.1М раствора SeO2, появляется желтое, переходящее в красное окрашивание (5αили 5-стероиды с С=С связью рядом с С14).

Реакция Хаммарстена. К 1 мл раствора в кислоте уксусной добавляют 3-4 капли кислоты хлороводородной, нагревают при 1000С, появляется муть, при охлаждении - желтое, переходящее в фиолетовое окрашивание (желчные кислоты).

Реакция Либермана-Бурхарда. К 1 мл раствора в кислоте уксусной добавляют 2 мл ангидрида уксусного в кислоте серной (50:1), появляется от зеленого до сине-зеленого окрашивание, иногда через красное или синее

(стероиды с сопряженными С=С связями).

Реакция Петтенкофера. К 1 мл раствора в кислоте уксусной добавляют 1 мл кислоты серной и 1 мл фурфурола, нагревают, появляется синее окрашивание или осадок (желчные кислоты с С=С или ОН в кольце В). 7-

кетопроизводные этой реакции не дают.

Реакция Кобера. К 1 мл раствора добавляют 1 мл 5% раствора фенола в кислоте серной, появляется муть (эстрон, эстрадиол, эстриол и родственные соединения).

Реакция Каленберга. К 1 мл раствора в хлороформе добавляют 1 мл раствора сурьмы хлорида (V), появляется яркое окрашивание или осадок

(тритерпеноиды и стероиды).

Реакция Этифшутца. К 1 мл раствора добавляют 1 мл раствора кислоты бензойной в кислоте серной, появляется муть или осадок (холестерин

ипродукты его окисления).

Реакция Ноллера. К 1 мл раствора добавляют 1 мл раствора олова (железа или сурьмы) хлорида (III) и 1 мл тионилхлорида, появляется окрашивание или осадок (тритерпеноиды).

Реакция Чугаева. К 1 мл раствора добавляют 2 мл раствора цинка хлорида и 1 мл хлорангидрида кислоты уксусной в хлороформе, появляется окрашивание или осадок (стероиды и тритерпеноиды).

Реакция Портера-Зильбера. К 1 мл метанольного раствора добавляют 8 мл фенилгидразина в кислоте серной (31:19), охлаждают, появляется желтое окрашивание, при стоянии - осадок (17, 21-диокси-20-кетостероиды).

Реакция Дише. К 1 мл раствора добавляют 5 мл реактива (54 мл

кислоты уксусной, 6 мл кислоты серной, 10 мл воды очищенной, 0,6 г дифениламина), нагревают до 1000С, появляется зеленое или фиолетовое окрашивание (стероиды с α-кетогруппой в боковой цепи).

Добавляют 1 мл кислоты серной концентрированной и 1 мл раствора ванилина или п-диметиламинобензальдегида в кислоте серной концентрированной, появляется яркое окрашивание (терпены).

175

Общие химические свойства терпеноидов

Химические свойства терпеноидов обусловлены свойствами основных структурных элементов молекул и функциональных групп.

Так, для терпенов характерны реакции радикального типа, обусловленные олефиновыми фрагментами и бициклическим фрагментом с

третичным атомом углерода. Они могут взаимодействовать с элементарными радикальными частицами атмосферы (•NO, •O, •OH и т.д.):

В реакции гераниолалегко проходит реакция эпоксидирования либо по С2=С3, либо по С6=С7, в зависимости от условий:

 Аллооцимен – сопряженный триен вступает в реакцию Дильса-Альдера, а при каталитическом присоединении тиолов образуются продукты 1,2 и 1,6- присоединения:

CN										RS
	CN								RSH	1,6-
										+
									BF3

1,4-присоединение

SR 1,2-

 Реакция дегидрирования и дегидратации легко проходит в присутствии катализаторов: например меди или ее солей:

Этот же процесс легко осуществляется in vivo, поэтому все три терпена являются спутниками в большинстве растений.

В структуре лимонена особенностью является наличие экзо- и эндоолефинового фрагмента. Большинство реакций электрофильного присоединения легко проходит по обеим С=С связям и выделяются бисаддукты. Если регулировать соотношение реагирующих молекул 1:1, чаще

реакция идет по С8=С9 (экзо-) циклической связи, а иногда реакция продолжается, например, до образования 1,8-цинеола (см. выше!).

Для бициклов процесс окисления необходимо регулировать, если необходимо получить один из целевых продуктов, число которых может быть несколько, например:

176

 Важным фактором,определяющим химические свойства бициклических терпенов, является существенное байеровское напряжение их углеродного скелета. Это характерно для каранов, туйанов, пинанов, камфанов, фенханов, борнанов и др.

Этот фактор особенно важен в реакциях термолиза, когда происходит разрыв малых циклов, а иногда обоих циклов бициклической системы:

Гидрирование бициклических и алифатических терпенов происходит с хорошими выходами в присутствии Ni-, Pt- и Pd-катализаторов:

Перегруппировка Вагнера-Меервейна хорошо изучена на примере α-

пинена в реакции с электрофильными реагентами (НХ).

На первой стадии, в соответствии с правилом Марковникова, протон присоединяется по С=С связи, образуя третичный устойчивый карбокатион. Соседняя С=С связь, перекрывающая р-орбиталь карбокатионного центра, переносит свою пару электронов на этот центр, что приводит к образованию новой С-С связи с одновременным отрывом предыдущей:

177

 Среди монотерпеноидов различной природы интерес представляют борнеол, цис-вербенол, 4-(оксиэтил)карбен-2 и миртенол, которые проявляют выраженную бактерицидную и фунгицидную активность. Их биодоступность достигается гликозидированием по методу Кеннигса-Кнорре:

OH	HO	OH

борнеол		HO	цис-			миртенол			4-(1-оксиэтил)-
			вербенол						карен-2
		OAc
	AcO			O	/ Ag2CO3
				Br
	AcO
				OAc
	OAc				AcO
	OAc				AcO	OAc		O	AcO
AcO
			O							OAc
									O
						O				OAc
	O OAc			OAc	AcO
									AcO
			O

O O

OAc AcO OAc

 Синтез гликозида β-ситостерина проведен с использованием в качестве гликозилирующего агента меркаптопроизводного глюкозы – 2,3,4,6-тетра-О- ацетил-β-метилтио-D-глюкопиранозид, в качестве катализатора использован кристаллический йод:

178

По этой же реакции получен гликозид α-экдизона из серпухи венценосной:

Изучение реакционной способности изостевиола (I) – тетрациклического дитерпенового соединения каурановой структуры (Stevia rebaudiana) представляет интерес с точки зрения получения новых биологически активных соединений и сложных каркасных молекул, являющихся молекулярными рецепторами. Синтезирован оксим изостевиола (II) и далее, с целью получения пинцетообразных структур, проведено алкилирование его по оксимной группе дибромпропаном в среде КОН-DMSО. Реакция пошла по пути алкилирования карбоксильной группы с образованием диоксима (III). Аналогично протекает реакция и самого изостевиола с дибромалканами Br(CH2)nBr (n= 2, 3, 4). В зависимости от соотношения исходных реагентов образуется либо только диэфир изостевиола (IVa-b), либо смесь моно- (Va-b) и ди- (IVa-b) эфиров. Взаимодействием (IVb, n=3) с гидроксиламином в водно-спиртовой среде получен диоксим, спектральные характеристики которого идентичны продукту

(III):

 Реакция с хлором с высоким выходом проходит в среде метанола с образованием промежуточных продуктов, доказанных комплексом физикохимических методов:

179

 α-гумулен легко изомеризуется на оксиде алюминия в β-изомер, гваянолиды при температуре кипения воды отщепляют Н2О, СО2 и СН3СООН, образуя ароматический углеводород хамазулен синего цвета.

Специфичность химических трансформаций сесквитерпеновых лактонов определяется структурными особенностями представителей этого класса соединений, разнообразием функциональных групп, их расположением

исочетанием.

Наиболее типичными реакциями в химических превращениях гермакранолидов и эвдесманолидов являются ацетилирование, окисление, элиминирование гидроксильной группы, гидрирование, галоидирование.

Наличие -лактонного кольца – общий признак сесквитерпеновых лактонов. Это кольцо при обработке щелочами раскрывается с образованием

соли -оксикислоты, а при подкислении вновь замыкается в исходный лактон.

Большая реакционная способность экзометиленовой группы, сопряженной с лактонным карбонилом, характерна для всех групп сесквитерпеновых лактонов. Она легко вступает в различные реакции, например, с диазометаном образует пиразолиновое производное, с пиридином – четвертичное соединение,

ссимметричным диметилэтилендиамином – азотсодержащее основание, а также присоединяет метанол и соединяется с вторичными аминами, образуя соответствующие аддукты.

В химии гермакранолидов широко известны перегруппировка Коупа и циклизация:

Природа продуктов фотохимии сантонина зависит от природы растворителя. Так, облучение сантонина в этаноле дает люмисантонин, который после дальнейшего облучения в уксусной кислоте дает фотосантониновую кислоту:

180