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

лИПИДЫ

741

для этого разработаны различные синтетические и полусинтетические методы получения, часто отличающиеся между собой лишь исходным сырьем.

в нашей стране промышленное значение приобрел метод получения (–)-кам- форы из пихтового масла, разработанный н. в. вершининым. в состав пихтового масла входят -пинен, камфен, фелландрен и 30—40 % борнилацетата. Последний при фракционной разгонке получают, собирая фракцию, кипящую выше 180 °с, подвергают омылению, а образовавшийся (–)-борнеол окисляют хромовой смесью в (–)-камфору. Промышленный синтез рацемической камфоры из пинена осуществляется по способу в. е. тищенко. синтез протекает в несколько стадий. на первой стадии пинен превращают (изомеризуют) в камфен с помощью катализаторов (борнофосфорной кислоты, титана (IV) оксида, магния или никеля сульфатов):

камфора представляет собой бесцветное кристаллическое вещество (т. пл. 178 °с) с резким характерным запахом, летучее (сублимируется), легко перегоняемое с водяным паром. легко растворяется в спирте, малорастворимо в воде. флуоресцирует в уф-свете.

По химическим свойствам камфора — типичный кетон: она образует оксимы, семикарбазоны, фенилгидразоны, дает другие реакции на кетонную группу (см. подразд. 21.1.4). Метиленовая группа в -положении к карбонильной проявляет CH-кислотные свойства, взаимодействуя с галогенами, образует галогенокамфору:

окисление камфоры азотной кислотой вначале ведет к камфорной кислоте,

азатем — к смеси камфановой и камфароновой кислот:

вмедицине нашли широкое применение как оптически активные, так и рацемическая формы камфоры. растворы камфоры используют наружно как антисептическое и местнораздражающее средство, подкожно — стимулируют дыхательный и сосудодвигательный центры, обменные процессы в сердечной мышце,

Глава 37

742

препятствуют образованию тромбов и др. камфора служит исходным веществом для синтеза бромкамфоры.

Помимо медицинского применения, камфора широко используется в промышленности как пластификатор в производстве целлулоида, компонент бездымных порохов, является репеллентом против моли, комаров и др. бромкамфора применяется как успокаивающее средство при заболеваниях центральной нервной системы, улучшает сердечную деятельность.

КарОТИнОИДЫ

Каротиноидами  называют группу природных пигментов, сходных по строению с каротином (пигмент, впервые выделенный из моркови).

Молекулы каротиноидов содержат в своем составе значительное число сопряженных двойных связей, чем и объясняется их окраска. двойные связи имеют транс-конфигурацию. большинство каротиноидов относятся к тетратерпенам, то есть их молекулы содержат 40 атомов углерода. каротиноиды растворимы в растительных и животных жирах, многие из них легко окисляются кислородом воздуха.

Каротин — пигмент желто-красного цвета, содержащийся в большом количестве в моркови, а также молоке, сливочном масле, листьях растений и многих плодах. Появление желто-красной окраски на листьях деревьев осенью обусловлено наличием каротина, который становится заметным вследствие разрушения зеленого пигмента — хлорофилла.

При установлении строения каротина оказалось, что он представляет собой не индивидуальное вещество, а смесь трех изомеров — -каротина,  -каротина и -каротина. в большинстве случаев в смеси преобладает -каротин. в химическом отношении молекулы -, - и -каротинов характеризуются наличием одного или двух триметилциклогексеновых колец и полиеновой углеродной цепи.

все изомеры каротина являются предшественниками витаминов группы а, то есть провитаминами. Под влиянием ферментов в организме они расщепляются по связи с-15—с-16 с образованием витамина а1 — ретинола. наибольшую биологическую ценность представляет -каротин, из которого при распаде в организме образуется две молекулы витамина а1.

лИПИДЫ

743

Молекулы - и -каротинов не симметричны, поэтому при ферментативном расщеплении их образуется только по одной молекуле витамина а1.

Витамин а1  (ретинол).  витамин а1  содержится только в продуктах животного происхождения. богатыми его источниками являются сливочное масло, яичный желток, печень животных и морских рыб, рыбий жир. в растениях витамин а1

не встречается, но многие из них содержат его предшественник (провитамин) — каротин, из которого в организме человека и животных образуется витамин а1.

По физическим свойствам — кристаллическое вещество желтого цвета (т. пл. 63—64 с), легкорастворимое в жирах.

витамин а1 считается фактором роста. При недостатке его в пище наблюдается задержка роста, исхудание, высыхание роговицы глаза (ксерофтальмия), понижается сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям. ранним признаком а-витаминной недостаточности является ослабление сумеречного зрения (куриная слепота).

СТерОИДЫ

к стероидам относят вещества животного и растительного происхождения, в основе структуры которых находится система циклопентанопергидрофенантрена (стерана).

Приведенная в формуле нумерация атомов углерода не отвечает правилам систематической номенклатуры циклоалканов, но является общепринятой в химии стероидов.

входящие в структуру стероидов циклогексановые кольца а, в и с находятся в конформации «кресло». в природных стероидах кольца а и в могут иметь цис- или транс- сочленения; кольца в и с всегда, а кольца с и D почти всегда имеют транс-сочленение.

Глава 37

744

циклический скелет стероидов является конформационно жесткой системой, поэтому для него не характерны конформационные превращения.

При написании формул стероидов систему циклопентанопергидрофенантрена условно изображают плоской.

незамещенный циклопентанопергидрофенантрен имеет шесть асимметрических атомов углерода (узловые атомы с-5, с-8, с-9-, с-10, с-13, с-14) и может существовать в виде 64 стереоизомеров (26 = 64). При наличии заместителей у неузловых атомов углерода количество возможных стереоизомеров значительно возрастает, однако в природе из них встречается лишь небольшое количество.

для обозначения конфигурации заместителей и атомов водорода при асимметрических центрах циклического скелета стероидов применяют , -систему. согласно этой системе, конфигурацию заместителей и атомов водорода, расположенных под плоскостью циклического скелета, принято обозначать -конфигура- цией, а расположенных над плоскостью — -конфигурацией. связи над плоскостью изображают сплошной линией или клином, а под плоскостью — прерывистой ли-

Полиены как природные красители

каротиноиды — группа полиенов, являющихся природными красителями и придающих желтые, оранжевые и красные оттенки большому количеству растений и некоторым животным тканям.

Помидоры окрашены в красный цвет в основном из-за присутствия ликопена

(λмакс = 469 нм).

β-каротин приводит к появлению оранжевой окраски моркови и манго (λмакс = 452 нм); зеаксантин присутствует также в манго и придает желтый цвет яичным желткам.

α-каротин и виолаксантин присутствуют в апельсинах.

розовая окраска лосося и омаров связана с присутствием астаксантина.

лИПИДЫ

745

нией или штриховым клином. у большинства природных стероидов при атомах углерода с-10 и с-13 находятся «ангулярные» метильные группы, а при с-17 — боковая углеродная цепь, имеющие -конфигурацию. часто в положении с-3 находится гидроксильная или карбонильная группа.

в ряду стероидов различают следующие группы соединений: 

стерины;

желчные кислоты;

стероидные гормоны;

агликоны сердечных гликозидов;

агликоны стероидных сапонинов и др.

Стерины (стеролы) представляют собой стероидные спирты, в основе структу-

ры которых находится ядро углеводорода холестана.

в номенклатуре производных холестана принята нумерация атомов углеро-

да, как показано на формуле. стерины являются

3-гидроксипроизводными холестана. разные сте-

рины отличаются друг от друга степенью ненасы-

щенности углеродного скелета (могут содержать

одну или несколько двойных связей), а также

разной длиной углеродной цепи радикала у с-17

(8—10 атомов углерода). различают животные сте-

рины (зоостерины), растительные (фитостерины)

и стерины грибов (микостерины). зоостерины встречаются в организмах человека и животных. их углеродный скелет содержит 27 атомов углерода. фитостерины находятся в растениях, а микостерины — в дрожжевых грибках. в отличие от зоостеринов их молекулы содержат 28 или 29 атомов углерода. важным представителем зоостеринов является холестерин.

холестерин (холестерол, 5-холестен-3 -ол) — производное холестана, в котором при с-3 находится гидроксильная группа в -конфигурации, а при с-5 — двойная связь. таким образом, холестерин является непредельным спиртом. за счет гидроксильной группы он проявляет химические свойства спиртов, а по двойной связи — вступает в реакции, свойственные алкенам. холестерин впервые выделен в 1775 году из желчных камней. он входит в состав клеточных мембран, в больших количествах содержится в нервной ткани (головном и спинном мозгу), присутствует в крови и желчи. нормальное содержание холестерина в крови человека составляет 180—260 мг%. При нарушении холестеринового обмена он откладывается на стенках кровеносных сосудов и способствует развитию атеросклероза. холестерин является биогенетическим предшественником стероидных гормонов, желчных кислот, витамина D3. в организме холестерин находится как

в свободном виде, так и в виде сложных

эфиров.

в жире морских рыб и животных, а также

в липидах кожи человека содержится 7-де-

гидрохолестерин, который при облучении

уф-светом превращается в витамин D3 (хо-

лекальциферол). в процессе изомеризации разрывается связь между с-9 и с-10.

Глава 37

74

Поэтому 7-дегидрохолестерин является провитамином D3. близким по строению к витамину D3 является витамин D2 (см. ниже).

витамины группы D регулируют обмен кальция и фосфора в организме. При недостатке витамина D в рационе детей развивается заболевание рахит.

Эргостерин (эргостерол, 24-метил-5,7,22-

холестантриен-3 -ол) относится к группе

микостеринов. По химическому строению

эргостерин, как и холестерин, представляет

собой одноатомный ненасыщенный спирт.

но эргостерин, в отличие от холестерина,

содержит три двойные связи в положениях 5, 7 и 22, а также метильную группу в положении 24.

Под действием уф-света эргостерин изомеризуется в витамин D2 (эргокальциферол). в процессе изомеризации происходит разрыв связи между с-9

и с-10.

Поэтому эргостерин является провитамином D2. он содержится в большом количестве в дрожжах. витамин D2, как и витамин D3, регулирует обмен кальция и фосфора в организме, а следовательно, обладает антирахитическим действием.

желчные кислоты. Желчные кислоты находятся в желчи человека и животных. они вырабатываются печенью из холестерина. По химическому строению желчные кислоты являются гидроксипроизводными

холановой кислоты.

из желчи человека выделены четыре кислоты, из которых наиболее распространены холевая и дез-

оксихолевая кислоты.

лИПИДЫ

747

холевая кислота имеет три спиртовых гидроксила в положениях 3, 7 и 12, дезоксихолевая — два в положениях 3 и 12 (отсутствует в положении 7). все гидроксильные группы имеют -конфигурацию, а циклы а и в — цис-сочленение. в желчи желчные кислоты находятся обычно не в свободном виде, а в виде амидов с аминокислотой глицином H2NCH2COOH или таурином H2NCH2CH2SO3H. так, холевая кислота находится в виде гликохолевой и таурохолевой кислот.

натриевые и калиевые соли этих кислот, благодаря поверхностно-активным свойствам, способны эмульгировать жиры и тем самым облегчают их переваривание и всасывание.

Стероидные  гормоны. к стероидным гормонам относятся кортикостероиды (гормоны коры надпочечников) и половые гормоны.

Кортикостероиды  вырабатываются в коре надпочечников. По химической природе они являются производными углеводорода прегнана. По характеру воздействия на процессы обмена кортикостероиды

делят на две группы: глюкокортикоиды, регулирую-

щие углеводный обмен, и минералокортикоиды, влияющие на солевой обмен (обмен Na+, K+ и воды).

важными представителями глюкокортикоидов являются гидрокортизон и кортизон.

Глава 37

748

Эти соединения содержат в положениях с-3 кетонную, C-17 — гидроксильную и гидроксиацетильные группы, а в положении с-4 — двойную связь. Гидрокортизон, кроме того, имеет у с-11 гидроксильную группу, а кортизон, в отличие от него, содержит при с-11 карбонильную группу.

Глюкокортикоиды оказывают активное влияние на углеводы и белковый обмен. они повышают содержание глюкозы в крови, способствуют накоплению гликогена в печени, вызывают увеличение выделения азота с мочой. Глюкокортикоиды проявляют противовоспалительное и антиаллергическое действие.

основными представителями минералокортикоидов являются альдостерон

и дезоксикортикостерон.

Эти соединения содержат в положениях с-3 — кетонную, с-17 — гидроксиацетильную группы, а в положении с-4 — двойную связь. альдостерон, кроме того, имеет в положении с-11 гидроксильную группу, а в положении с-13 вместо метильной группы содержит альдегидную группу (отсюда и происходит его название).

Минералокортикоиды регулируют главным образом обмен натрия, калия, хлора и воды. они способствуют удержанию ионов натрия и хлора в организме и выведению с мочой ионов калия.

из природных кортикоидов в качестве лекарственных средств применяется

гидрокортизон, кортизон и дезоксикортикостерон.

в настоящее время в медицине широко применяются синтетические аналоги кортизона и гидрокортизона — преднизон, преднизолон, дексаметазон, триамцино-

лон и др. Эти соединения более активны, чем природные кортикостероиды, действуют в меньших дозах, оказывают меньшее влияние на минеральный обмен.

характерной особенностью химического строения дексаметазона и триамцинолона является наличие в их молекулах атома фтора в положении с-9.

Половые гормоны. у мужчин половые гормоны вырабатываются в семенниках (тестикулах), у женщин — в яичниках. Мужские половые гормоны называют андрогенами (от греч. андрос — мужчина). Женские половые гормоны подразделяют на эстрогены, которые образуются в фолликулах яичников, поэтому их еще

лИПИДЫ

74

называют фолликулярные гормоны, и гестагены (гормоны беременности), образующиеся в желтом теле яичников.

Половые гормоны начинают вырабатываться с периода полового созревания. Под их влиянием происходит формирование вторичных половых признаков. кроме того, они принимают участие в регуляции белкового обмена, способствуют улучшению адаптации, повышают устойчивость организма к изменяющимся условиям внешней среды, замедляют процессы старения.

Андрогены. важнейшими андрогенами являются тестостерон и андростерон.

оба гормона имеют две ангулярные метильные группы. тестостерон содержит в положениях с-3 — кетогруппу, с-17 — гидроксильную группу, а в положении с-4 — двойную связь. андростерон имеет в положении с-3 — гидроксильную, а в положении

с-17 — карбонильную группы. андрогены оказывают

влияние на развитие вторичных половых признаков

у мужчин, содействуют формированию мужского телосложения.

в настоящее время получены синтетические стероиды, обладающие андроген-

ной активностью (метилтестостерон).

Эстрогены. наиболее важными эстрогенами являются эстрон (фолликулин)

и эстрадиол.

вотличие от андрогенов, в молекулах эстрона и эстрадиола кольцо а является ароматическим и отсутствует ангулярная метильная группа у с-10.

внастоящее время получен ряд весьма активных синтетических эстрогенов нестероидной структуры (синэстрол, диэтилстильбэстрол, димэстрол и др.).

Глава 37

750

Преимущество эстрогенов нестероидного строения состоит в том, что они более устойчивы, поэтому их можно применять перорально.

Гестагены. Гормоном желтого тела является прогестерон. По химической структуре прогестeрон сходен с мужским половым гормоном — тестостероном. Прогестерон в отличие от тестостерона в положении с-17 содержит ацетильную группу вместо

гидроксильной.

Прогестерон способствует протеканию беременности. Под его влиянием прекращается созревание фолликулов и овуляция. для медицинского применения он получается синтетическим путем. Прогес-

терон и его аналоги применяют при маточных кровотечениях, бесплодии, недонашивании беременности.

агликоны сердечных гликозидов. сердечные гликозиды содержатся в некоторых растениях: различные виды наперстянки, горицвет весенний, ландыш майский, строфант, олеандр и др. в больших дозах эти соединения являются чрезвычайно ядовитыми веществами, а в весьма малых — они оказывают кардиотоническое действие (стимулируют деятельность сердечной мышцы).

По химической структуре сердечные гликозиды представляют собой о-глико- зиды, в молекулах которых агликон имеет стероидную структуру, а углеводный фрагмент представлен остатками моно-, ди-, триили тетрасахарида.

связь между углеводом и агликоном является -гликозидной и осуществляется за счет гидроксильной группы у с-3 циклопентанопергидрофенантренового ядра. кроме того, агликоны (генины) содержат у с-14 гидроксильную, у с-13 —

метильную группы, а у с-17 — ненасыщенное лактонное кольцо.

По характеру лактонного кольца сердечные гликозиды делят на две группы:

карденолиды, содержащие у с-17 пятичленное ненасыщенное лактонное кольцо;

буфадиенолиды, имеющие у с-17 шестичленное ненасыщенное лактонное кольцо.

наличие ненасыщенных лактонных колец обусловливает неустойчивость сердечных гликозидов в щелочных растворах, легко гидролизующих лактоны.

в состав углеводной компоненты гликозидов входят широко распространенные в растительном мире D-глюкоза, D-фруктоза, D-ксилоза, D-рамноза, а также встречающиеся только в сердечных гликозидах метилпентозы — D-дигитоксоза, D-дигиталоза, D-цимароза, D-фукоза и др.