однако, в отличие от последней, простагландины имеют в своем составе циклопентановое кольцо, а поэтому их можно рассматривать также как производные простановой кислоты, содержащие от одной до трех двойных углерод-углеродных связей, одну или две гидроксильные, а иногда — карбонильные группы.
в зависимости от наличия двойных связей и заместителей в пятичленном цикле и боковых цепях простагландины обозначают буквами A, B, C, D, E и F.
По количеству двойных связей в боковых цепях каждая из указанных групп делится на серии, обозначающиеся индексами. например, простагландин ПГе, содержащий двойную связь в транс-конфигурации (транс-C-13—C-14), обозначается ПГе1; имеющий еще одну двойную связь — (цис-C-5—C-6) — ПГе2:
Простагландин ПГе3 содержит еще одну двойную связь (цис-C-17—C-18).
в названиях простагландинов D и F ориентацию гидроксильной группы в положении 9 по отношению к углеродной цепи при C-8 обозначают греческими буквами или буква ука-
зывает на цис-, а — на транс-конфигурацию. биосинтез простагландинов в организме осуществляется на основе полиненасыщенных
жирных кислот, и прежде всего арахидоновой:
в чрезвычайно малых концентрациях простагландины содержатся во всех клетках организма человека и животных, однако наибольшее их количество находится в сперме ( 0,3 мг/г).
Глава 37
732
Простагландины проявляют целый ряд разнообразных физиологических и фармакологических свойств.
ученые предполагают, что простагландины регулируют обмен веществ в клетках организма, то есть являются «клеточными гормонами». известно, что они влияют на процессы свертывания крови, снижают кровяное давление, угнетают выделение желудочного сока и т. д. важнейшим свойством простагландинов является их способность стимулировать сокращение гладкой мускулатуры. наибольшая активность отмечена у простагландинов групп е, F и а.
в настоящее время приведенные ПГе2 и ПГF2 (динопростон, динопрост) применяются в медицинской практике как средства для возбуждения и стимуляции родовой деятельности. имеются сведения о возможности применения простагландинов и в качестве бронхолитических, противоязвенных и других средств.
Механизм действия простагландинов до настоящего времени не выяснен, однако установлено, что ряд противовоспалительных средств тормозят биосинтез и ослабляют физиологическое действие простагландинов. с этим явлением связывают противовоспалительное действие ацетилсалициловой кислоты, индометацина и др.
37.3.2. ИЗОПренОИДЫ
Изопреноиды — это группа природных соединений, рассматриваемых как продукты превращения изопрена CH2=C(CH3)—CH=сH2.
структуру изопреноидов имеют некоторые лекарственные средства, витамины, гормоны, душистые вещества и др.
По химической классификации изопреноиды относят к разным классам соединений, но выделены они в одну группу по биогенетическому признаку, поскольку общим звеном их молекул выступает изопреновый фрагмент. однако биосинтез изопреноидов осуществляется не из свободного изопрена, что вполне выполнимо in vitro, а происходит с участием растворимых фосфорилированных производных — изопентенилпирофосфата и его изомера — 3,3-диметилаллилпи- рофосфата:
к изопреноидам относятся терпены, каротиноидыи стероиды.
При изучении терпенов установлено, что их молекулы построены из фрагментов изопрена, связанных между собой по принципу «голова1 к хвосту» (изопреновое правило, леопольд ружичка, 1921 г.):
1 «Головой» принято называть часть молекулы изопрена с метильной группой.
ЛИПИДЫ
733
Хотя это правило и не является строгим, то есть известны так называемые нерегулярные изопреноиды, образованные по типу «голова к голове» или «хвост к хвосту», оно помогло выяснить строение многих терпенов и родственных им соединений.
ТерПенЫ
Группа терпенов включает терпеновые углеводороды и их кислородсодержащие производные (спирты, альдегиды и кетоны), называемые терпеноидами.
Терпеновыми углеводородами называют ненасыщенные углеводороды состава (C5H8)n, где n указывает на количество изопреновых фрагментов и обычно колеблется от 2 до 8.
Изопрен (n = 1) не принято относить к терпенам.
Классифицируют терпены в зависимости от количества изопреновых фрагментов:
монотерпены (2 изопреновых фрагмента, n = 2);
сесквитерпены (3 изопреновых фрагмента, n = 3);
дитерпены (4 изопреновых фрагмента, n = 4);
тритерпены (6 изопреновых фрагментов, n = 6);
тетратерпены (8 изопреновых фрагментов, n = 8);
политерпены (более 8 изопреновых фрагментов, n > 8).
По наличию или отсутствию цикла в молекуле терпены, кроме того, делят на
алифатические (ациклические) и циклические, причем сами циклические, в зависимости от количества циклов, подразделяют на моноциклические, бициклические
итрициклические.
Вприроде терпены встречаются в составе эфирных масел. В отличие от жирных масел, эфирные масла являются летучими и полностью испаряются, не оставляя жирных пятен. Эфирные масла — источники запахов различных растений. Так, аромат земляники обусловлен содержанием в эфирном масле около 50 различных терпенов, причем некоторых — в очень малых количествах.
Ациклические терпены1. В основе углеродного скелета ряда ациклических монотерпенов лежат структуры изомерных димеров изопрена — мирцена и ранее упомянутого оцимена :
1 Как отмечалось ранее (см. с. 22), необозначенными заместителями в углеродном скелете соединений терпеновой природы являются метильные (метиленовые) группы.
Глава 37
734
Мирцен содержится в эфирных маслах лавра благородного и хмеля обыкновенного, а оцимен — в эфирном масле листьев базилика обыкновенного.
к производным этих монотерпеновых угле-
водородов относятся спирты гераниол и нерол. они являются геометрическими изомерами, причем гераниолу соответствует цис-форма, а неро-
лу — транс-форма.
Эти спирты находятся в гераниевом, розовом и других эфирных маслах как в свободном виде, так и в виде сложных эфиров. Гераниол — бесцветная или светло-желтая жидкость с запахом розы. нерол отличается от гера-
ниола более тонким ароматом розы.
нерол в кислой среде легко циклизуется в циклический терпеноид — -тер- пинеол:
Гераниол и нерол применяются как душистые вещества в парфюмерной промышленности. альдегидами, получаемыми при окислении гераниола
и нерола, являются цитраль А и цитраль В.
Природный цитраль является смесью обеих форм и находится в многочисленных эфирных маслах, особенно в лимонном. Желтая маслянис-
тая жидкость (т. кип. 228—229 с) с характерным лимонным запахом. Проявляет антисептическое, болеутоляющее и противовоспалительное действие, в медицине применяется
главным образом в глазной практике. в качестве душистого вещества применяется в парфюмерной и пищевой промышленности.
Гераниол и цитраль выделяют в окружающую среду рабочие пчелы для привлечения других особей к источнику пищи, поэтому эти вещества называют пищевыми аттрактантами (от лат. attraho — притягиваю). цитраль же отпугивает муравьев некоторых видов, то есть является для них репеллентом (от лат. repello — отпугиваю). Природные аттарактанты и репелленты объединены в группу феромонов — летучих соединений, способных влиять на поведение живых организмов. таких средств «химического общения» известно множество — феромоны тревоги, пищевые, половые и др. использование ловушек с половыми феромонами, привлекающими самцов насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур, позволяет сократить расход ядохимикатов.
среди разнообразных ациклических терпенов следует отметить сесквитерпеновый спирт фарнезол, который обусловливает аромат липы и ландыша, служит аттрактантом для некоторых насекомых, а в виде пирофосфата является полупродуктом в биосинтезе тритерпенового углеводорода сквалена C30H50:
лИПИДЫ
735
сквален — непосредственный предшественник стероидов в процессе их биосинтеза. он может быть выделен из дрожжей, семян злаков, оливкового масла. особенно богат им жир печени акулы (до 40 % по массе).
моноциклические терпены. важнейшими представителями моноциклических терпенов являются лимонен и ментан.
Молекула лимонена имеет один асимметрический атом углерода и существует в виде двух зеркальных изомеров. (–)-лимонен и его рацемическая форма — дипентен содержатся в составе скипидара и эфирных масел хвойных пород деревьев.
(+)-лимонен находится в померанцевом масле (до 90 %), является компонентом апельсинового, бергамотного, тминного и сельдерейного масел. он же обусловливает запах лимонного масла.
оптически активные формы лимонена получают из названных эфирных масел. ( )-лимонен (дипентен) можно получить димеризацией изопрена при нагревании в запаянной ампуле до 150 с (с. в. лебедев, 1908—1913 гг.). При 500—700 с происходит обратный процесс — крекинг дипентена с образованием изопрена.
возможность как цепной, так и циклической димеризации изопрена наглядно иллюстрирует генетическую взаимосвязь ациклических и циклических монотерпенов.
каталитическая гидрогенизация лимонена позволяет получить предельный монотерпеновый углеводород ментан, являющийся родоначальником группы моноциклических терпеноидов. дегидрогенизация лимонена приводит к ароматическому углеводороду n-цимолу1.
1 цимол содержится в эвкалиптовом и тминном эфирных маслах, откуда его можно выделить; может быть также получен путем синтеза из лимонена, -пинена.
Глава 37
73
Гидратация лимонена в кислой среде протекает по правилу Марковникова и приводит к двухатомному спирту терпину.
лимонен используют как душистое вещество в парфюмерной промышленности, а дипентен — еще и как растворитель для лаков, восков и т. п.
как уже упоминалось, в основе строения молекул большинства моноциклических терпеноидов лежит скелет ментана (1-изопропил-4-метилциклогексан). как и лимонен, ментан включает два фрагмента изопрена, однако, в отличие от лимонена, в молекуле ментана отсутствуют двойные связи и, кроме того, последний обнаружен лишь в некоторых эфирных маслах.
Ментан получают гидрированием цимола (n-изопропилметилбензола). образуется преимущественно цис-изомер.
Ментан — жидкость, растворимая в этаноле, нерастворимая в воде.
к гидроксипроизводным ментана относится терпеноид ментол (3-мента- нол) — основной компонент эфирного масла мяты перечной. имеет три асимметрических центра и поэтому может существовать в виде восьми оптических изомеров.
наибольшее значение из них имеет (–)-ментол, у которого гидроксильная, метильная и изопропильная группы расположены экваториально.
левовращающий ментол добывают вымораживанием мятного масла или синтезируют восстановлением (–)-ментона, до 20 % которого содержится в эфирных маслах мяты.
в промышленности ( )-ментол получают алкилированием м-крезола с последующим гидрированием полученного тимола в присутствии катализатора.
лИПИДЫ
737
известны и другие способы получения.
Ментол — летучее кристаллическое вещество (т. пл. 41—43 с) с сильным мятным запахом, холодящим вкусом, вызывающее характерное чувство холода
ипокалывания при втирании в кожу. растворяется в этаноле, ограниченно — в воде, перегоняется с водяным паром.
Проявляет химические свойства вторичных спиртов.
Применяется как слабое антисептическое, успокаивающее и обезболивающее средство в составе целого ряда лекарственных препаратов (бороментол, пектусин
имногие другие). 30 %-ный раствор ментола в его эфире с изовалериановой кислотой — ментилизовалерианат — используют при стенокардии как сосудорасширяющий препарат под названием «Валидол». благодаря приятному запаху и вкусу ментол нашел широкое применение в кондитерской и парфюмерно-косметиче- ской промышленности.
дигидроксипроизводным ментана является терпеноид терпин (1,8-ментанди- ол). Это двутретичный двухатомный спирт, существующий в виде цис- и транс- изомеров. в цис-изомере обе гидроксильные группы находятся по одну сторону цикла, в транс-изомере — по разные. обыкновенный терпин представлен цис- формой.
терпин можно синтезировать гидратацией лимонена. в промышленности же его получают из пинена, который в большом количестве содержится в скипидаре. в результате этих реакций образуется кристаллогидрат терпина, содержащий одну молекулу воды — терпингидрат.
Терпингидрат (1,8-ментандиола моногидрат) — бесцветное кристаллическое вещество (т. пл. 115—117 с), почти без запаха, слабогорького вкуса, растворимое в этаноле, малорастворимое в воде. При нагревании до 100 с возгоняется (сублимирует).
Применяется в медицине при хроническом бронхите как отхаркивающее средство. Проявляет также антисептическое и сла-
бое мочегонное действие.
При обработке терпина растворами кислот весьма легко происходит отщепление одной молекулы воды и образование ненасыщенных спиртов — терпи-
неолов:
наиболее широко распространенный в растениях -терпинеол содержит один асимметрический атом углерода, из-за чего существует в двух энантиомерных
Глава 37
738
формах, представленных в составе различных масел: гераниевого — ( )-форма, камфорного — (–)-форма, скипидара — (+)-форма.
терпинеолы — низкоплавкие кристаллические вещества с запахом сирени, что обусловило их применение в парфюмерии.
Бициклические терпены. в основе строения молекул терпеноидов этой группы выступают четыре важнейших представителя циклических терпеновых углеводо-
родов — пинан, камфан(борнан),каран и туйан (сабинан):
чаще других производных этой группы терпенов в природе встречается -пинен1.
-Пиненнаходится в различных эфирных маслах, но наибольшее его количество содержится в терпентинном масле — скипидаре (до 75 %).
Получают скипидар перегонкой с водяным паром живицы, которая выделяется при надрезах коры («подсочка») хвойных деревьев, главным образом сосны. неперегоняемый остаток, состоящий из смоляных кислот состава C19H29COOH, называется канифолью.
Молекула -пинена обладает оптической активностью и содержит два асимметрических центра. состав терпентинного масла различен и зависит от ботанического вида растения. Может преобладать левовращающий -пинен из сосны приморской — Pinus pinaster и правовраща-
ющий — из сосны лесной (Pinus sylvestris).
При нагревании с разбавленными минеральными кислотами (азотной, серной) -пинен превращается в -терпинеол и терпин.
При выдерживании на воздухе пинен и скипидар окисляются кислородом с образованием пероксида, который можно обнаружить по его окислительным свойствам (по отношению, например, к HI). затем пероксид превращается в кетон группы пинана — вербенон, содержащийся в некоторых эфирных маслах.
1 существует и -пинен, который отличается от -пинена положением двойной связи.
лИПИДЫ
73
Пинен и соответственно скипидар широко используются в качестве растворителей для лаков и красок. они выполняют роль ускорителя затвердевания (высыхания) красок благодаря присутствию
примеси вышеупомянутых пероксидов, стимулирующих пероксидное окисление ненасыщенных цепей высших жирных кислот и об-
разование полимерных соединений из жиров (олифы).
Пинен используют также в качестве исходного вещества для получения синтетической камфоры. скипидар часто применяют для втирания в кожу как раздражающее, обезболивающее и антисептическое средство.
спиртом борнанового (камфанового) ряда является борнеол (борниловый спирт, или 2-камфанол).
он имеет три асимметрических атома углерода в молекуле, и поэтому оптические изомеры у него представлены, помимо энантиомеров, парой диастереомеров — борнеолом и изоборнеолом.
При кипячении с металлическим натрием в ксилоле борнеол и изоборнеол превращаются друг в друга.
Энантиомерные или рацемические формы борнеолов содержатся во многих эфирных маслах как в свободном состоянии, так и в виде сложных эфиров.
своим названием борнеол обязан борнейскому лавру (Dryobalanops aromatica), в выделениях и эфирном масле которого содержится его правовращающий изомер.
(–)-борнеол получают омылением борнилацетата, который в количестве 30— 40 % входит в состав пихтового масла (эфирное масло пихты сибирской — Abies sibirica). сложные эфиры борнеола можно синтезировать, хотя и с невысокими выходами, путем присоединения органических кислот к -пинену:
борнеолы представляют собой бесцветные кристаллические вещества со специфическим «камфорно-хвойным» запахом, растворимые в спиртах и эфире, практически нерастворимые в воде. сублимируются ниже температуры плавления.
борнеолы проявляют химические свойства вторичных спиртов. При окислении хромовой кислотой H2CrO4 образуют кетон — камфору.
Глава 37
740
Под действием кислот борнеолы (особенно изоборнеол) легко отщепляют воду и превращаются в камфен. реакция протекает через стадию перегруппировки образующегося борнил-катиона в изоборнил-катион.
Полученный камфен способен гидратироваться в кислой среде с образованием изоборнеола.
Эта реакция является обратной синтезу камфена из борнеола и носит название
«перегруппировки Вагнера—Меервейна» или «камфеновой перегруппировки I рода».
борнеолы и их эфиры применяют как душистые вещества в парфюмерной, мыловаренной и кондитерской промышленности. Понижают кровяное давление, малотоксичны. (–)-борнеол и (–)-борнилацетат, выделяемые из пихтового масла, служат сырьем для получения (–)-камфоры.
Камфора (камфара) — бициклический кетон на основе камфана (борнана).
в структуре ее молекул имеется два асимметрических атома углерода, однако вместо четырех ожидаемых оптических изомеров кам-
фора имеет лишь пару антиподов. отсутствие
диастереомеров у камфоры вызвано тем, что
асимметрические атомы жестко связаны между собой тремя углеродными цепями, что исключает возможность иной конфигурации только
у одного из этих атомов с сохранением прежней конфигурации у другого.
было установлено, что правовращающий изомер камфоры стереохимически соответствует конфигурации D-глюкозы.
Правовращающую камфору добывают из древесины камфорного дерева Cinnamomum Camphora, произрастающего во вьетнаме, китае, на тайване и в японии. его культивируют в тропических районах. камфора также входит в состав эфирных масел сибирской пихты, базилика, полыни, камфорного шалфея и др. Потребность в камфоре не удовлетворяется только природными ее источниками.
и других эфирных маслах как в свободном виде, так и в виде сложных эфиров. Гераниол — бесцветная или светло-желтая жидкость с запахом розы. нерол отличается от гера-
тая жидкость (т. кип. 228—229 с) с характерным лимонным запахом. Проявляет антисептическое, болеутоляющее и противовоспалительное действие, в медицине применяется
