Uchebnik

Вопросы для самоконтроля студентов

1 Сравните возможности методов структурной идентификации природных карбоциклических молекул.

2Запишите основные химические свойства каротиноидов.

3Составьте схему извлечения каротиноидов из природных источников.

4В чем заключается комплексная химическая и физико-химическая идентификация структурных особенностей каротиноидов?

5Перечислите основные промышленно-важные стероидные карбоциклы

икаротиноиды.

6Сопоставьте взаимосвязь строения и реакционной способности стероидных молекул.

7Сравните основные химические свойства стероидных карбоциклов.

8Составьте схему обнаружения и выделения стероидных молекул.

9Опишите возможности структурного анализа стероидных молекул.

10Что такое фитостеролы, опишите их строение и химические свойства.

Примеры установления структур изопреноидов

3-О-β-D-глюкозид кампестерина является новым, не описанным в литературе соединением. Это белое кристаллическое вещество с температурой плавления 174-1760С, образует темно-зеленое окрашивание с реактивом Либермана-Бурхарда, бордовое с сульфатом церия (ТСХ) и красно-фиолетовое окрашивание с 1% ванилином в концентрированной серной кислоте, УФ

(MeOH) λmах 243 нм.

Три полосы поглощения в области 998-1037 см-1 и интенсивное поглощение в области 892 см-1, свидетельствуют о β-конфигурации гликозидной связи пиранозного цикла углеводного компонента.

Впродуктах кислотного гидролиза после нейтрализации и экстракции хлороформом идентифицирован кампестерол, в гидролизате методом хроматографии с достоверным образцом идентифицирована глюкоза.

В1Н-ЯМР-спектре аномерный протон глюкозы резонирует в области 5.05 м.д. в виде дублета с КССВ 7.6 Гц, что также указывает на β-конфигурацию сахара. Остальные протоны глюкозы прописываются в области 3.96-4.57 м.д.

Вспектре 13С-ЯМР обнаружено 34 сигнала углеродных атомов. Сигналы С-5 и С-6, связанных двойной связью резонируют в области 140.51 и 121.12 м.д.

Углеродные атомы глюкозы: 100.84 (С-1’), 73.50 (С-2’), 76.66 (С-3’), 70.20 (С- 4’), 77.09 (С-5’), 61.16 (С-6’) м.д., сигнал углеродного атома С-3 в области 76.78, другие сигналы в области от 11.64 до 56.2 принадлежат 25 углеродным атомам кампестеролового скелета.

Вмасс-спектре (метод положительных ионов) прописываются сигналы фрагментов с m/z 563 [М+1]+ и 401, соответствующие молекулярным формулам

С34Н58О6 и С28Н48О, последний указывает на отщепление глюкозидного фрагмента.

221

Таким образом, на основании физико-химических методов исследования для вещества предложено строение 3-О-β-D-глюкозид кампестерина:

Кислотный гидролиз 3-О-β-D-глюкозида кампестерина проходит действием 2н НСl в течение 2 ч на кипящей водяной бане.

β-ситостерол (R-стигмаст-5-ен-3-ол) - С29Н50О, М+= 414, Тпл. 142-1440С.

1Н-ЯМР (CDCl3, , м.д): 0.66 (s, СН3-18), 0.78 (d, 6.5 Гц, СН3-27), 0.80 (d, 6.5 Гц, СН3-26), 0.84 (t, 7 Гц, СН3-29), 0.89 (d, 6.5 Гц, СН3-21), 0.98 (s, СН3-19), 4.5 (m, 3α-Н), 5.33 (m, 6-Н).

Стигмастерол (стигмастерин) - С29Н48О, М+= 412, Tпл.168-1700С.

1Н-ЯМР (CDCl3, , м.д): 0.67 (s, СН3-18), 0.80 (d, 6.5 Гц, СН3-27), 0.82 (t, 7.1 Гц, СН3-29), 0.85 (d, 7 Гц, СН3-26), 0.87 (d, 6.5 Гц, СН3-21), 0.99 (s, СН3-19), 4.57 (m, 3α-Н), 5.29-5.33 (t, 6.3 Гц, 22-Н, 23-Н), 5.37 (d, 4 Гц, 6-Н).

Кампестерол (24α-метил-5-холестен-3β-ол) - С28Н48О, М+=400, Tпл. 1561580С.

1Н-ЯМР (CDCl3, , м.д): 0.66 (s, СН3-18), 0.79 (d, 7 Гц, СН3-28), 0.81 (d, 6.5 Гц, СН3-27), 0.87 (d, 6.5 Гц, СН3-26), 0,90 (d, 6.6 Гц, СН3-21), 1.01 (s, СН3-19), 4.56 (m, 3α-Н), 5.35 (m, 6-Н).

Эргостерол (5,7,22-эргостатриен-3β-ол) С28Н44О, М+=396, Tпл. 160-1620С.

1Н-ЯМР (CDCl3, , м.д): 0.66 (s, СН3-18), 0.80 (d, 8.3 Гц, СН3-26), 0.83 (d, 6.3 Гц, СН3-27), 0.87 (d, 6.3 Гц, СН3-28), 0.91 (d, 6.6 Гц, СН3-21), 1.00 (s, СН3-19), 4.03 (t, 6.7 Гц, 3α-Н), 4.57 (m, 22-Н, 23-Н), 5.29 (t, 6.3 Гц, 7-Н), 5.35 (d, 4 Гц, 6-Н).

3-O-β D глюкопиранозид кампестерина - C34H58O6, М+=562, Tпл. 174-1760С.

ИК (КВr, , см-1): 3440, 2860-2930, 1460, 1370, 1037, 1010, 998, 892, 730. m/z (70 eV): 563[М+1]+; 401, 316, 315, 290, 289, 274, 256, 214, 179, 163.

1Н-ЯМР (C5D5N, , м.д): 0.65 (s, СН3-18), 0.84 (d, 7 Гц, СН3-27), 0.86 (d, 6.9 Гц, СН3-26), 0.89 (d, 7.3 Гц, СН3-28), 0.92 (d, 6.5 Гц, СН3-21), 0.98 (s, СН3-19), 2.46 (t, 11.5 Гц, 4β-Н), 2.73 (dd, 13.1; 2.3 Гц, 4α-Н), 4.05 (m, Н-3), 3.93 (m, Н-2’),

222

3.99 (m, Н-5’), 4.28 (m, Н-3’, Н-4’), 4.41 (dd, 11.7; 5.2 Гц, Н-6’α), 4.57 (dd, 11.7; 1.7 Гц, Н-6’β),5.34 (brs, Н-6).

13С-ЯМР (DMSO, , м.д): 36.21 (1-С), 20.59 (2-С), 76.79 (3-С), 33.40 (4-С),

140.51(5-С), 121.12 (6-С), 36.83 (7-С), 55.49 (8-С), 56.19 (9-С), 41.83 (10-С),

22.67(11-С), 31.37 (12-С), 38.37 (13-С), 45.22 (14-С), 29.26 (15-С), 28.83 (16-С),

49.66(17-С), 18.60 (18-С), 18.95 (19-С), 35.44 (19-С), 11.76 (21-С), 25.61 (22-С),

27.73(23-С), 31.45 (24-С), 28.81 (25-С), 19.65 (26-С), 19.05 (27-С), 11.63 (28-С). Для глюкозы: 100.40 (1’-С), 73.50 (2’-С), 76.66 (3’-С), 70.2 (4’-С), 77.09 (5’-С),

61.16(6’-C).

Для ситостерина и кампестерина из хвойной древесины изучена реакция Байера-Виллигера, осуществлен синтез индоло-, пиразоло- и изаксозолостеринов, реакции формилирования, эпоксилирования и ацилирования изомерных 3-кетостеринов.

Большое распространение имеет циклоартенол, отличающийся от ситостерина только одним атомом углерода, хотя превращение в растении циклоартенола в ситостерин – это многостадийный процесс:

Врастениях рода Astragalus содержатся различные тритерпеноиды (циклоартановые, ланостановые, олеановые) генетически связанные между собой и/или с предшественником - сквален-2,3-оксидом. Особенность биосинтеза фитостероидов заключается в возникновении дополнительного 9,19трехчленного цикла на стадии циклизации сквален-2,3-оксида и последующем раскрытии этого цикла, что и определяет биогенетическую взаимосвязь циклоартановых и ланостановых тритерпеноидов.

До настоящего времени во многих научных центрах мира ведутся интенсивные исследования растений Astragalus на содержание циклоартановых метилстероидов и гликозидов, а метилстероиды, указанные ниже, найдены только в свободном виде:

223

Углеводные фрагменты чаще представлены D-глюкозой, D-ксилозой, L- арабинозой и L-рамнозой в положениях 3 и/или 6, 16, 25.

Описаны и ацилированные гликозиды и генины, причем ацетильные группы существенно влияют на химические сдвиги α и β- углеродных атомов.

Структура хедеракозида С, структурного компонента одноименных гликозидов растений Hedera доказана комплексом данных 13С-ЯМР в СD3ОD и масс-спектра с интенсивным сигналом при m/z 749, соответствующем α- хедериновому скелету после отщепления трех углеводных фрагментов от С28:

13С-ЯМР (СD3ОD, , м.д.): 39.83 (1-С), 26.55 (2-С), 82.55 (3-С), 44.08 (4-С),

48.43(5-С), 19.00 (6-С), 33.29 (7-С), 40.87 (8-С), 48.27 (9-С), 37.82 (10-С), 24.69 (11-С), 123.90 (12-С), 145.03 (13-С), 43.19 (14-С), 29.09 (15-С), 24.41 (16-С),

47.43(17-С), 42.69 (18-С), 47.43 (19-С), 31.60 (20-С), 35.05 (21-С), 33.29 (22-С),

64.36(23-С), 13.80 (24-С), 16.63 (25-С), 17.90 (26-С), 26.43 (27-С), 178.28 (28-С)

224

, 33.53 (29-С), 24.23 (30-С). Для 30-α-L-Ara: 104.05 (1’-С), 75.41 (2’-С), 73.84 (3’- С), 68.84 (4’-С), 64.97 (5’-С). Для 30-α-L-Rha: 101.94 (1”-С), 72.21 (2”-С), 72.53 (3”-С), 74.04 (4”-С), 70.45 (5”-С), 18.10 (6”-C). Для 28-β-D-Glc 1,6: 95.95 (1’”-С), 74.21 (2’”-С), 78.45 (3’”-С), 71.33 (4’”-С), 76.91 (5’”-С), 69.77 (6’”-C). Для 28-β- D-Glc 1,4: 104.48 (1””-С), 75.14 (2””-С), 76.93 (3””-С), 80.02 (4””-С), 78.18 (5””- С), 62.14 (6””-C). Для 28-α-L-Rha: 101.78 (1”’”-С), 72.08 (2”’”-С), 72.39 (3”’”-С), 73.94 (4”’”-С), 70.30 (5”’”-С), 18.01 (6”’”-C).

Из надземной части татарника колючего экстракцией хлороформом и последующего хроматографирования на колонке силикагеля с использованием элюата этилацетат-гексан выделены тараксастерол и его ацетат:

Химические сдвиги 1Н (500 МГц) и 13С (125 и 75 МГц) соединений (δ, м.д.)

225

Установление структур таких сложных молекул стало возможным с помощью комплекса физико-химических методов. Так, первый ланостановый гликозид из Astragalus был идентифицирован с помощью данных 1H-, 13C-ЯМР, DEPТ и 2М ЯМР 1Н-1Н COSY, HSQC, HMBC, как 3-О-β-D-ксилопирано- зиднозид-23ξ,24ξ-ланост-9(11)-ен-3β, 7β,16β,19,23,24,25-гептаола (орбикозид),

который выделен с известным ланостановым тритерпеноидом - орбигенином:

OH

OH

Химические сдвиги углеродных и водородных атомов молекулы орбикозида, данные экспериментов DEPT, показатели 2М ЯМР-спектров: 1Н-1Н COSY, HSQC, HMBC и химические сдвиги углеродных атомов орбигенина (δ, м.д., J/Гц, С5D5N, О-ТМС)

226

Структуры многих стероидов (генинов, гликозидов), особенно место гидроксилирования, их пространственная ориентация были установлены с участием культур микроорганизмов, которые специфично окисляют, восстанавливают, гидролизуют или гликозидируют молекулы, в зависимости от вида микроорганизмов и набора ферментов в них.

Сердечные гликозиды содержатся в семенах, листьях, стеблях, корнях и коре растений семейств: куртовые, норичковые, лилейные, лютиковые, в шелковицах, наперстянках, морском луке и др. Их агликоны и генины могут быть двух типов – карденолиды и буфадиенолиды, причем доминирует во всех растениях первый тип. Так, дигитоксигенин, строфантидин, ланатозиды, цимарин и др. являются карденолидами, С23-стероидами с пятичленным лактонным кольцом.

Буфадиенолиды – С24-стероиды с дважды ненасыщенным лактонным кольцом. Дигитоксигенин и дигитогенин – типичные структуры группы стероидов наперстянки представляют группу сердечных гликозидов и сапогенинов, соответственно. Углеродный скелет дигитоксигенина на один углеродный атом отличается от скелета желчных кислот, а скелет молекулы дигитогенина подобен холестерину:

O

O

227

Редкие структуры получены из растения Adonis vernalis, агликон и его рамнозид, по активности подобные цимарину и конваллотоксину – адонитоксин и адонитоксигенин с тремя ОН и альдегидной группами – 19альдогитоксигенины.

Из коры и корней дерева уабайо и семян строфанта выделен высокотоксичный гликозид уабаин, рамнозид уабагенина, редкого гексаоксипроизводного. Еще более редкими являются гликозиды и генины с кетогруппой, например: сармуто-, каудо- и сарверозиногенины:

уабагенин сармутогенин

Растительные буфадиенолиды представлены сциллареном А (из морского лука); геллебрином (морозник черный), сциллиглаукозидом, бовозидом А, боворубозидом, являющихся 19-альдегидами, и др.:

228

Сырье, содержащее гликозиды, содержит и ферменты, способные расщеплять С-О-С связи между сахарами, однако не описано ферментов, способных расщеплять связи между указанными выше молекулами редких сахаров или их связь с генинами. Поэтому, сухое, измельченное сырье обезжиривают обработкой петролейным эфиром, а затем настаивают с водой

при комнатной температуре или при охлаждении ( 00) для отделения гидролитических ферментов и полисахаров. Водное извлечение отделяют, сырье заливают толуолом и оставляют на несколько суток при 25-370С для ферментативного гидролиза, а затем исчерпывающе экстрагируют смесями вода:спирт, увеличивая содержание спирта до тех пор, пока сырье не потеряет горький вкус. Экстракты концентрируют в вакууме (500С), жиры удаляют обработкой петролейным эфиром, дубильные вещества и другие полифенолы осаждают свежеприготовленным гидроксидом или ацетатом свинца, фильтруют или центрифугируют. Прозрачный раствор доводят до рН=6, концентрируют в вакууме и фракционируют экстракцией эфиром, хлороформом и смесью последнего со спиртом 2:1 и 3:2.

Для выделения гликозидов, оставшуюся водную фазу насыщают натрия сульфатом, экстрагируют смесью хлороформа со спиртом и хроматографируют на нейтральном оксиде алюминия (менее полярные фракции) или подвергают ацилированию с последующим гидролизом раствором калия бикарбоната.

Качественное определение сердечных гликозидов:

Реакция Келлер-Килиани. Добавляют 1-2 капли уксусной кислоты, 1-2

капли сульфата железа окисного, встряхивают, после 3-5 минут на границе раздела появляется красное окрашивание (2-дезоксигексозы), синее

(моногликозиды).

Реакция Легаля. Добавляют 1 мл 5% раствора натрия гидроксида и 1-2 мл раствора натрия нитропруссида в пиридине, на границе растворов

появляется постепенно исчезающее красное окрашивание ( α,β-пятичленное лактонное кольцо; карденолиды).

 Реакция Раймонда. Добавляют 2-3 мл раствора м-динитробензола или 3,5-динитробензойной кислоты в горячем метанольном растворе щелочи, появляется фиолетовое, переходящее в синее окрашивание (карденолиды с С21

метиленовой группой).

Высокоспецифичных реакций для буфадиенолидов не описано, но их отличает полоса поглощения при 300 нм (ε 3.7) в УФ-спектре.

Большинство сердечных гликозидов и агликонов дают характерное окрашивание в концентрированной серной кислоте, при нагревании с трихлоруксусной кислотой и с раствором сурьмы хлорида (III).

Сердечные гликозиды с альдегидной группой разделяют реактивом Жирара.

229

Химические свойства сердечных гликозидов определяются углеродным скелетом (конформации) и функциональными группами. Соответственно, все известные специфические реакции используются для установления структуры молекул.

 Как все гликозиды, сердечные подвергаются стадийному и полному гидролизу для установления их структуры и активности. Так, строфантидин – действующее начало строфантозида, получают по реакции гидролиза по схеме:

Причем отмечено, что углеводные фрагменты сердечных гликозидов в разном сочетании представлены 20 альдозами, в т.ч.:

 Отмечено, что строфантидин плавится при разных температурах (136138; 177-178; 220-2300С) в зависимости от растворителя, использованного для кристаллизации, величины кристаллов и метода определения температуры плавления.

230