304- Органическая химия_Черных В.П. и др_Х., 2007 -776с

алКалОИДЫ

41

33.5.1. хИнИн

в основе структуры молекулы хинина лежит ядро хинолина, связанное через вторичную спиртовую группу с хинуклидиновым ядром.

хинин является бесцветным кристаллическим веществом (т. пл. 177 с), горького вкуса, малорастворимым в воде, оптически активен (вращает плоскость поляризации влево).

являясь двутретичным двукислотным основанием, хинин образует с минеральными кислотами два ряда солей. хинин с одним эквивалентом минеральной кислоты образует соль по атому азота хинуклидинового ядра, с двумя эквивалентами — по обоим атомам азота.

хинин — специфическое средство для лечения малярии. в акушерской практике его применяют для усиления родовой деятельности. фармакопейными пре-

паратами являются хинина гидрохлорид, хинина дигидрохлорид и хинина сульфат.

33.6. алКалОиды груППы иЗОХинОлина и ФенанТрениЗОХинОлина

важное значение из этой группы соединений имеют алкалоиды папаверин, морфин и кодеин, которые широко применяются в качестве лекарственных средств. основным источником получения указанных алкалоидов является опий, представляющий собой загустевший млечный сок незрелых головок мака (Papaver somniferum).

33. .1. ПаПаВерИн

алкалоид папаверин [6,7-диметокси-1-(3 ,4 -диметокси- бензил)изохинолин] впервые был выделен в 1884 году из опия, а в 1910-м — получен синтетически.

Папаверин — бесцветное кристаллическое вещество (т. пл. 147 с), нерастворимое в воде, растворимое в горячем этаноле и хлороформе.

в виде хлороводородной соли папаверин применяется в медицине в качестве спазмолитического и сосудорасширяющего средства.

33. .2. мОрФИн

алкалоид морфин впервые выделен из опия в 1804 году французским фармацевтом сегэном. среди алкалоидов он был открыт первым. Молекула морфина

Глава 33

42

имеет сложное строение. над установлением структуры

морфина работали многие химики в течение более ста

лет. только в 1925 году английским химиком-органи-

ком робертом робинсоном строение его молекулы было

установлено.

По химической структуре морфин является произ-

водным фенантренизохинолина. частично гидрирован-

ные ядра фенантрена и изохинолина соединены в молекулы морфина таким образом, что один шестичленный карбоцикл (III) является общим как для фенантренового, так и изохинолинового

циклов.

Морфин — бесцветное кристаллическое вещество (т. пл. 254 с), малорастворим в воде, этаноле, диэтиловом эфире, хлороформе, бензоле; оптически активен (вращает плоскость поляризации влево).

Молекула морфина содержит две гидроксильные группы, которые обладают разными свойствами. Гидроксильная группа в положении 3 является фенольной, так как находится в бензольном ядре, а гидроксильная группа в положении 6 связана с частично гидрированным кольцом и поэтому является вторичной спиртовой. у атома азота находится метильная группа.

в отличие от большинства алкалоидов, морфин обладает не только основными, но и слабыми кислотными свойствами. с минеральными кислотами он образует соли по атому азота, с участием фенольного гидроксила — растворяется в щелочах. аналогично фенолу, морфин с железа (III) хлоридом образует хелатный комплекс

синего цвета.

в виде хлороводородной соли морфин используется в качестве обезболивающего средства. При длительном применении к нему быстро развивается болезненное пристрастие — нар-

комания. Это свойство морфина в ряде случаев

ограничивает его использование.

диацетильное производное морфина — ге-

роин является наиболее распространенным наркотиком.

33. .3. КОДеИн

По химическому строению кодеин представляет собой метиловый эфир морфина, образованный с участием фенольного гидроксила.

содержание кодеина в опии невелико (0,5—1 %), поэтому значительную часть его производства осуществляют полусинтетически — путем метилирова-

ния морфина.

кодеин представляет собой бесцветное кристаллическое вещество (т. пл. 154—157 с), горького вкуса, плохо растворимое в воде, хорошо растворимое

в этаноле, диэтиловом эфире, оптически активное (вращает плоскость поляризации влево).

алКалОИДЫ

43

вотличие от морфина, кодеин нерастворим в щелочах и не дает окрашивания

сжелеза (III) хлоридом. незначительное изменение структуры молекулы кодеина по сравнению с морфином приводит к изменению фармакологической активности. болеутоляющее действие кодеина в 6—7 раз слабее, чем морфина. кодеин, в отличие от морфина, уменьшает возбудимость кашлевого центра, что позволяет использовать его в основном как противокашлевое средство. При длительном применении кодеин вызывает к себе привыкание.

33.7. алКалОиды груППы ТрОПана

в основе структуры алкалоидов этой группы лежит бициклическая система тропана, состоящая из пирролидинового и пиперидинового колец, имеющих общий атом азота.

алкалоиды группы тропана являются производными аминоспиртов — тропина и скопина, а также гидроксикислоты — экгонина.

Главные представители тропановых алкалоидов — атропин, скополамин и кокаин.

33.7.1. аТрОПИн

алкалоид атропин [тропиновый эфир (±)-тропо- вой кислоты]  содержится в растениях красавке (Atropa belladonna), дурмане (Datura stramonium) и др.

По химической структуре атропин представляет собой сложный эфир, образованный спиртом тропином и троповой кислотой ( -гидрокси- -фенилпропионовая кис-

лота).

Троповая кислота содержит асимметрический атом углерода, поэтому существует в виде двух оптически активных изомеров (D- и L-) и оптически неактивной ра-

цемической формы. атропин оптически неактивен, так как в его молекуле спирт тропин этерифицирован рацемической троповой кислотой.

в растениях содержатся лишь следы атропина. Главной же формой, в которой находится алкалоид в растениях, является гиосциамин, представляющий собой сложный эфир тропина и левовращающего изомера троповой кислоты. При получении из растений гиосциамин подвергают рацемизации нагреванием до 114— 116 с. в этих условиях левовращающий гиосциамин превращается в рацемат, то

Глава 33

44

есть атропин. атропин является одним из сильнейших ядов. в очень малых дозах в виде сернокислой соли он применяется в медицине в качестве холинолитического и спазмолитического средства. кроме того, атропин проявляет мидриатический эффект, то есть

способность расширять зрачок, что широко используется в глазной практике для обследования глазного дна. атропин также применяется в качестве противоядия при отравлениях ацетилхолином и фосфорорганическими соединениями.

33.7.2. СКОПОламИн

алкалоид скополамин [скопиновый эфир (–)-троповой кислоты] содержится вместе с атропином и гиосциамином в растениях (красавке, белене, дурмане). По химической структуре он имеет сходство с атропином. Молекула представляет собой сложный эфир,

образованный аминоспиртом скопином и троповой кислотой.

Cкополамин напоминает атропин и по фармакологическому действию. он тоже относится к холинолитическим средствам, так же, как атропин, способен расширять зрачок, но мидриатический эффект скополамина менее продолжительный. в медицине скополамин применяется в виде бромоводородной соли.

33.7.3. КОКаИн

алкалоид кокаин (метиловый эфир бензоилэкгонина) содержится в листьях кустарника кока (Erythroxylon coca), произрастающего в южной америке. По хими-

ческой структуре кокаин представляет собой сложный

эфир, образованный гидроксикислотой экгонином, ме-

тиловым спиртом и бензойной кислотой.

кокаин оказывает сильное местноанестезирующее действие. однако из-за высокой токсичности и способности вызывать кокаинизм (наркомания) он имеет

ограниченное применение. в виде хлороводородной соли кокаин используют главным образом в качестве местноанестезирующего средства в глазной практике, а также для местного обезболивания слизистых оболочек полости рта, носа, горла, анестезии пульпы зуба.

33.8. алКалОиды груППы индОла

конденсированная система индола входит в состав многих алкалоидов. большинство алкалоидов группы индола содержит два атома азота, один из которых входит в индольное ядро, а другой — находится на расстоянии двух углерод-уг- леродных связей от -положения индольного цикла. наибольшую практическую ценность из этой группы представляют алкалоиды резерпин и стрихнин.

алКалОИДЫ

45

33.8.1. реЗерПИн

алкалоид резерпин содержится в корнях растения раувольфия змеиная (Rauwolfia serpentina), произрастающего в индии.

резерпин — желтоватый мелкокристаллический порошок, малорастворим в воде, этаноле и диэтиловом эфире, легкорастворим в хлороформе и уксусной кислоте. резерпин обладает гипотензивным действием и оказывает успокаивающее действие на центральную нервную систему. Применяется в медицине преимущественно для лечения гипертонической болезни и психических расстройств.

33.8.2. СТрИхнИн

алкалоид стрихнин содержится в семенах тропическо-

го растения чилибухи (Strychnos nux vomica). он является

сложным конденсированным многоядерным соединени-

ем, состоящим из семи колец. из двух атомов азота в мо-

лекуле стрихнина основными свойствами обладает только

атом азота в положении 19. с участием этого атома азота

стрихнин образует соли с кислотами. атом азота в поло-

жении 9 входит в состав лактамного кольца, которое под действием растворов щелочей размыкается. из-за наличия

в структуре стрихнина двойной связи он способен гидрироваться, обесцвечивать бромную воду и калия перманганат. стрихнин является очень ядовитым веществом. в малых дозах он действует возбуждающе на центральную нервную систему, тонизирует скелетную мускулатуру, мышцу сердца, в больших дозах вызывает судороги. в виде соли с азотной кислотой применяется в качестве тонизирующего средства.

глава 34

углевОды

термин «углеводы» предложен в 1844 году русским химиком карлом Генриховичем шмидтом на основании данных элементного состава первых представителей этого класса соединений, так как было установлено, что их молекулы состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем соотношение атомов водорода и кислорода такое же, как в молекуле воды [Cx(H2O)y].

дальнейшее изучение строения этих соединений и открытие веществ с составом, не отвечающим указанной эмпирической формуле (метилпентоза, дезоксисахара), показали, что отнесение их к «гидратам углерода» является лишь формальным, но принятое название «углеводы» сохранилось.

Углеводы (сахара, карбогидраты) — обширная группа природных и синтетических соединений, являющихся по химическому строению полигидроксильными веществами, содержащими альдегидную или кетонную группы, или образующие их в результате гидролиза.

углеводы (сахара) составляют основную массу органических веществ нашей планеты. в растительном и животном мире они широко распространены главным образом в виде различных производных и значительно реже — в свободном виде. углеводы, выполняя различные жизненно важные функции, служат исходным материалом для биосинтеза многих органических соединений живых организмов.

в природе углеводы образуются в результате фотосинтеза, осуществляемого растениями с участием углерода (IV) оксида, воды и поглощающих солнечный свет пигментов (хлорофилл и др.).

для растений одни виды углеводов служат строительным материалом, выполняя опорную функцию (целлюлоза), другие — источником резервной энергии (крахмал, инулин). для человека и животных углеводы являются продуктами питания с высокой энергетической ценностью. в организме крахмал, дисахариды, а в некоторых случаях и целлюлоза под влиянием ферментов распадаются с образованием в основном глюкозы, которая окисляется в тканях до углерода (IV) оксида и воды с выделением энергии. избыток глюкозы превращается в гликоген, запасаемый в печени и мышцах. Гликоген снабжает организм глюкозой при выполнении физических нагрузок, а также при недостатке или отсутствии пищи. углеводы входят в состав гликолипидов, гликопротеидов, нуклеотидов, нуклеозидов и нуклеиновых кислот, составляющих, как известно, основу живой материи.

углеводы составляют сырьевую базу для текстильной, целлюлозно-бумажной, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности.

углеводы делят на простые и сложные в зависимости от количества моносахаридных единиц, связанных в молекулу.

Простые углеводы, или моносахариды (монозы), не способны гидролизоваться.

сложные углеводы при гидролизе образуют моносахариды. Сложные углеводы, в свою очередь, хотя и условно, подразделяют на олигосахариды, образующие при

	УГлеВОДЫ				47
	гидролизе от двух до десяти молекул моноса-
	харидов, и полисахариды (полиозы), гидролизу-
	ющиеся с образованием более десяти молекул
	моносахаридов.
	34.1. МОнОсаХариды
	Моносахариды (монозы) — полигидроксиль-
	ные соединения, содержащие альдегидную
	или кетонную группы.
	Моносахариды, за исключением глюкозы	Карл Генрихович
	и фруктозы, редко встречаются в природе	(Карл Эрнст  Генрих) ШмИДТ
	в свободном виде. в основном они входят		(1822—18 4)
	в состав олиго- и полисахаридов, гликози-	русский	химик.	образование
	дов, гликолипидов, нуклеозидов и других	получил в	берлинском, Гисенском
	высокомолекулярных соединений.	и Геттингенском университетах. док-
		тор философии (1844). основные на-
	34.1.1. КлаССИФИКаЦИя.	учные исследования проводил в об-
		ласти аналитической,		органической
	нОменКлаТУра
		химии и физиологии. Предложил
	Моносахариды классифицируют с уче-	(1844) термин «углеводы». открыл
	том двух признаков — характера оксогруппы	в желудочном соке «свободную» хло-
		роводородную кислоту, в крови — мо-
	(альдегидная или кетонная) и длины углерод-
		чевину и виноградный сахар.
	ной цепи.

в зависимости от наличия в структуре моносахаридов альдегидной или кетонной группы их подразделяют на альдозы и кетозы. в соответствии с количеством атомов углерода в молекуле, моносахариды классифицируют на триозы  (с3),

тетрозы (с4), пентозы (с5), гексозы (с6) и т. д. Моносахариды, в состав которых входит более шести атомов углерода, называют высшими сахарами. большинство природных моносахаридов являются пентозами и гексозами. обычно при классификации учитываются одновременно оба классификационных признака (аль-

допентоза, альдогексоза, кетопентоза, кетогексоза).

в названиях моносахаридов, как правило, используют тривиальную номенклатуру. все тривиальные названия имеют окончание -оза — глюкоза, фруктоза,

					34.1.2. СТереОИЗОмерИя
				Молекулы моносахаридов содержат не-
				сколько	асимметрических	атомов	углеро-
				да и поэтому существуют в виде различных
				пространственных изомеров. альдопентоза
				имеет три асимметрических атома углерода,
	Эмиль Герман ФИШер			а следовательно, одной и той же структур-
				ной формуле соответствует восемь			стерео-
	(1852—1 1 )
				изомеров (23), альдогексоза содержит четыре
	немецкий химик-органик. науч-
				асимметрических углеродных атома и может
	ные работы посвящены химии углево-			существовать в виде 16 стереоизомеров (24)
	дов, белков, пуриновых соединений.			(N = 2n, где n — количество асимметрических
	открыл реакцию образования озазо-			атомов углерода).
	нов (1884). Предложил (1890) класси-			для	изображения стереоизомеров на
	фикацию и номенклатуру углеводов.
				плоскости используют проекционные фор-
	синтезировал (1890) маннозу, глюко-			мулы фишера (см. с. 74 ).
	зу и фруктозу. впервые синтезировал
	(1893) - и -глюкозиды, а также при-			изомеры моносахаридов подразделяют на
	менил ферменты в органическом син-			D- и L-стереохимические ряды, принадлеж-
	тезе. Положил начало (1902) синтезам			ность к которым определяется по конфи-
	полипептидов и получил первый чис-			гурации асимметрического атома углерода,
	тый дипептид.			максимально удаленного		от карбонильной
	лауреат	нобелевской	премии	группы (для пентоз — с-4, для гексоз —
	(1902). немецкое химическое обще-			с-5). если конфигурация этого хирального
	ство учредило	(1912) медаль	Эмиля	атома углерода совпадает с конфигурацией
	48						Глава 34

галактоза, рибоза и др. номенклатура IUPAC в названии углеводов практически не применяется.

	фишера за выдающиеся достижения	D-глицеринового альдегида, то моносахарид
	в области органической химии.
		относят к D-ряду, если же с конфигурацией
		L-глицеринового альдегида — то к L-ряду:

УГлеВОДЫ	4

так, из 16 стереоизомеров альдогексозы восемь относятся к D-ряду, а восемь — к L-ряду. Представители D-ряда являются оптическими антиподами L-ряда, то есть альдогексоза существует в виде восьми пар энантиомеров. D-Глю- коза и L-глюкоза являются энантиомерами.

большинство природных моносахаридов относится к D-ряду.

Важнейшие представители природных моносахаридов:

Пространственные изомеры моносахаридов, отличающиеся конфигурацией одного или нескольких атомов углерода и не являющиеся зеркальными изомерами (энантио-

мерами), называются диастереомерами. так, D-глюкоза и D-галактоза, D-манноза

иD-глюкоза, D-манноза и D-галактоза составляют пары диастереомеров.

Диастереомеры, различающиеся конфигурацией только одного асимметрическо-

го атома углерода, называются эпимерами. например, D-глюкоза и D-галактоза,

а также D-глюкоза и D-манноза составляют пары эпимеров. таким образом, эпимерия является частным случаем диастереомерии.

важнейшим свойством веществ, молекулы которых имеют асимметрический атом углерода или асимметричны в целом, является их способность вращать

50

александр андреевич КОллИ 

(1840—1 1 )

русский химик-органик. окончил Московский университет. впервые установил (1869—1870) строение глюкозы и осуществил синтез дисахаридов из моносахаридов. изучал процессы брожения сахаридов.

Глава 34

плоскость поляризованного луча света. Моносахариды обладают оптической активностью. вращение плоскости поляризованного света вправо обозначают знаком (+), а вле-

во — знаком (–). Однако следует помнить,

что направление вращения определяется экспериментально и никаким образом не связано с конфигурацией, то есть принадлежностью к D- или L-ряду. так, встречающаяся

в природе форма D-глюкозы является правовращающей, а природная форма D-фруктозы — левовращающей.

34.1.3. СТрОенИе мОнОСахарИДОВ

долгое время в науке господствовало представление, что моносахариды являются соединениями с открытой углеродной цепью, содержащие в своем составе альдегидную или кетонную группу и несколько спиртовых гидроксилов. однако при более глубоком изучении их строения было установлено, что ряд свойств моносахаридов не согласуется с существовавшими представлениями. так, оказалось,

что моносахариды, являясь альдегидами, не дают некоторых характерных реакций на альдегидную группу. в частности, они не образуют при обычных условиях гидросульфитные производные, не дают окрашивания с фуксинсернистой кислотой. При нагревании моносахаридов со спиртами в присутствии сухого хлороводорода в реакцию вступает только одна гидроксильная группа углевода, хотя, исходя из линейной структуры, в этих условиях должно образоваться соединение типа простого эфира по всем гидроксильным группам. не имело объяснения характерное для моносахаридов явление мутаротации (от лат. muto — изменяю, rotatio —вра-

щение) — изменение величины оптического вращения свежеприготовленных раство-

ров. для объяснения этих фактов русским химиком александром андреевичем колли (1870), а позднее — немецким химиком бернгардом христианом толлен-

сом (1883) было высказано предположение о циклическом строении моносахаридов.

как известно, альдегиды реагируют со спиртами с образованием полуацеталей

(см. с. 399).

Моносахариды, являясь полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами, образуют циклические полуацетали в результате внутримолекулярного взаимодействия карбонильной и пространственно сближенной с ней спиртовой групп. Причем, в соответствии с теорией напряжения циклов, наиболее благоприятно взаимодействие, если оно приводит к образованию пятиили шестичленных циклов. При взаимодействии оксогруппы с гидроксильной группой при с-5 альдогексоз или с-6 кетогексоз  образуется пира-

нозный  шестичленный цикл (от названия шестичленного гетероцикла пиран + окончание -оза).