Моноциклические терпены

Моноциклические терпены содержат в молекуле один цикл. Они присоединяют 4атома брома, т.е. имеют две двойные связи. Эти связи могут занимать различное положение в углеродном скелете ментана, лежащем в основе молекулы моноциклических терпенов. Представителем моноциклических терпенов – лимонен.

Лимоненимеет одну двойную связь в ядре между 1-м и 2-м атомом углерода, а вторую – в боковой трехуглеродной цепи. Лимонен содержится во многих эфирных маслах, в частности, в эфирном масле.

Строение лимонена было установлено русским ученым
Е.Е. Вагнером. Лимонен содержит ассиметрический атом углерода и поэтому встречается в виде двух оптически деятельных форм:
D – изомера, а L – изомера и одной оптически недеятельной – рацемической формы. В лимонном масле, масле апельсиновой корки, а также в сельдерейном и тминном масле содержится
D-лимонен.

D-Лимонен представляет собой жидкость, кипящую при 175°С, имеющую удельное вращение +125°. А L-лимонен содержится в эфирных маслах некоторых хвойных растений. При перегонке с водяным паром хвои сосны и пихты получают «лесную воду» – жидкость с приятным ароматическим запахом. Рацемический лимонен носит название дипентена. Название это возникло в связи с тем, что дипентен C₁₀H₁₆, по формуле являющийся как бы продуктом соединения двух молекул пентена С₅Н₈, может быть получен синтетически путем полимеризации пентена, или изопрена. Дипентен содержится в некоторых видах скипидара.

Бициклические терпены:

Бициклические терпены содержат в молекуле 2 цикла, имеют одну двойную связь.

Различные группы бициклических терпенов обычно производят от четырех углеводородов, не содержащих двойных связей – туйана, карана, пинана, камфана – которые, кроме шестичленного цикла содержат трех-, четырех- и пятичленные циклы.

Различают бициклические терпены четырех групп: туйана, карана, пинана и камфана. В строении их меньшего кольца принимает участие изопропильная группа , которая содержится также в цимоле.

^{туйан каран}

^{пинан камфан}

Наибольшее значение имеет пинен, относящийся к группе пинана. Пинен является частью скипидаров, или терпентинных масел, получаемых из хвойных растений.

Вещество нестойкое. Чистый пинен – жидкость, обладающая запахом скипидара. Обладает двумя ассиметрическими углеродными атомами и может существовать в виде лево- и правовращающего пинена и оптически неактивного – рацемического.

Скипидар: (терпентинное масло). Получается следующим образом. На коре хвойных деревьев делают разрезы. Из этих разрезов вытекает жидкая смола, называемая также бальзамом, или терпентином.

Собранный жидкий терпентин, а также подсохшую смолу перегоняют с водяным паром. При этом отгоняются жидкие вещества смола; полученный отгон, отделенный от воды, и называется скипидаром.

Скипидар, очищенный обработкой щелочью и перегонкой, состоит преимущественно из терпенов. Очищенный скипидар – бесцветная жидкость, легче воды со своеобразным запахом. Нерастворим в воде, но смешивается в любых отношениях с рядом органических растворителей (эфиром, хлороформом, бензином). Применяется в технике в качестве ценного растворителя. В медицине иногда применяют скипидар для втирания в кожу как раздражающее вещество при некоторых простудных заболеваниях. Особенно велико значение скипидара, или точнее, содержащегося в нем пинена, для синтеза терпингидрата и камфоры.

Синтез из пинена терпингидрата проводится путем длительного действия на пинен 25-30 %серной кислоты. При этом разрывается двойная связь молекулы пинена, и по месту разрыва связей присоединяются 2 молекулы воды.

Камфораочень ценный медицинский препарат, часто применяемый для улучшения сердечной деятельности.

Камфора имеет также важное промышленное значение. Длительное время камфору получали лишь из камфорного лавра, произрастающего преимущественно в Японии, и долгие годы Япония была монополистом камфоры.

Молекулярная формула камфоры С₁₀Н₁₆О, т.е. по своему составу камфора отличается от терпенов лишь наличием одного атома кислорода.

По своему строению камфора также оказалось очень близкой терпенам, а именно бициклическим терпенам группы камфана.

Камфора не содержит двойных связей, поэтому не присоединяет галогенов. В ней содержится кетонная группа >С=О. Свойства этой группы используются для количественного определения камфоры. Она представляет собой кристаллическое вещество. Обладает характерным запахом, своеобразный жгучим и горьким вкусом; она очень летуча и может быть очищена возгонкой. В воде камфора не растворяется, но легко растворяется в органических растворителях.

В молекуле имеется 2 асимметрических углеродных атома, в связи, с чем она существует в виде нескольких оптических изомеров.

В медицинской практике применяют все виды камфоры, если она достаточно чиста. Наиболее часто камфора применяется в качестве сердечного средства обычно в виде растворов в масле – Oleum camphorae, и также как отхаркивающее и раздражающее средство.

В технике большие количества камфоры применяются для приготовления целлулоида, а также при производстве бездымного пороха (для повышения его устойчивости).

Монобромкамфара (Camphora monobromata).Применяется в медицине как снотворное и успокаивающее средство.

Сексвитерпены– углеводороды, содержащие полуторократное по сравнению с терпенами количество углерода и водорода, т.е. углеводороды формулы С₁₅Н₂₄. Большинство сексвитерпенов имеет циклическое строение.

Важным в медицинском отношении кислородным производным бициклического сексвитерпена является сантонин, выделяемый из цитварного семени. Сантонин содержит лактонное кольцо, легко открывающееся при действий щелочей. Применяется как противоглистное средство.

Вопрос 4. Основные группы стероидов:

а) стерины – холестерин и витамины группы D;

б) жёлчные кислоты;

в) стероидные гормоны

Все стероиды имеют структурно общий циклический скелет. Они делятся на следующие большие группы: стерины (или стеролы), желчные кислоты, стероидные гормоны, генины (в виде гликозидов встречающиеся в растениях и находящие применение в качестве лечебных стимуляторов деятельности сердечной мышцы), яды жаб, сапогенины и стероидные алкалоиды, которые в отличие от предыдущих групп содержат азот.

Общим для всех стероидов является тетрациклический скелет циклопентанпергидрофенантрена

Углеродные атомы которого нумеруются нижеуказанным образом и который в большинстве случаев при углеродах 10 и 13 имеет ангулярные метальные группы, при углероде 17 – цепь из нескольких углеродных атомов. В желчных кислотах эта цепь оканчивается карбоксилом, в генинах она принимает форму кислородного гетероцикла, а в гормонах она обычно отсутствует и заменена на гидроксил или карбонильный кислород. Кроме того, весьма часто в положении 3 находится гидроксил (или карбонильный кислород).

Стероиды широко распространены в живой природе. Спирты - стерины (стеролы), у которых X — ОН, R — углеводородный остаток, находятся в животных и растительных тканях и играют важную, но не вполне ясную роль. Вещество мозга содержит до 7% холестерина в расчете на сухую массу. Он входит в состав животных жиров. Отложение холестерина в кровеносных сосудах считают причиной заболевания атеросклерозом. Вырабатываемый дрожжами эргостерин является провитамином D₂ и превращается в последний при облучении солнечным светом, а находимый в животных организмах 7-дегидрохолестерин является провитамином D₃. Желчные кислоты, вырабатываемые печенью, необходимы для усвоения жиров. Гормоны пола, вырабатываемые железами внутренней секреции самцов и самок (мужские — андрогенные и женские — эстрогенные гестогенные), регулируют нормальное развитие самцов и самок и их специфические для каждого пола нормальные отравления.

3.1 Родоночальные углеводы стероидов

Стеран (холестан)

Наиболее давно известны холестерин, выделенный впервые из желчных камней, и желчные кислот. Однако их строение было окончательно установлено лишь в 30-х годах нашего столетия в результате длительных исследований Виланда, Виндауса и ряда других ученых. В 1929 г. Буте Нантом и др. был выделен первый женский гормон, а в 1933г. – мужской гормон. Вслед за этим началось быстрое и широкое развитие всей области стероидов, которая теперь составляет обширную и своеобразную главу органической химии.

Холестерин – органическое соединение из класса стероидов, важнейший стерин животных. В основе его структуры лежит скелет углеводорода холестана, алифатический радикал R у С-17 которого включает 8 атомов углерода. Все стерины – предшественники желчных кислот и стероидных гормонов в организме.

Холестерин

Холестерин — важнейший представитель зоостеринов. Особенностью его структуры является наличие двойной связи в кольце В между С₅ и С₆. Восстановление этой двойной связи приводит к двум стереоизомерам – холестанолу и копростанолу.

Впервые холестерин был выделен из желчных камней (отсюда и название: греч. chole – желчь). Очищенный холестерин представляет собой бесцветные кристаллы с Тпл~149°С; нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных органических растворителях. Характерное химическое свойство холестерина – способность в образованию молекулярных комплексов со многими солями, кислотами, аминами, белками и такими нейтральными соединениями, как сапонины, витамин D₃ (холекальциферол). Холестерин присутствует практически во всех организмах, включая, бактерии и сине-зеленые водоросли. Содержание этого стерина в растениях обычно невелико; исключение составляют пыльца и масла семян. У позвоночных животных большое количество холестерина содержится в липидах нервной ткани, где он связан со структурными компонентами миелиновой оболочки нервных окончаний, яиц и клеток спермы, в печени, являющейся основным органом биосинтеза холестерина, в надпочечниках, в кожном сале и в клеточных стенках эритроцитов. В плазме крови холестерин находится в виде сложных эфиров с высшими жирными кислотами (олеиновой и проч.) и служит переносчиком при их транспорте. Образование этих эфиров происходит в стенках кишечника с участием фермента – холестерин-эстеразы.

Большинство организмов способны синтезировать холестерин из сквалена.

Нарушения питания, в частности содержание количества жиров, влияют на развитие атеросклероза. Научные опыты при введении кроликам с пищей большого количества холестерина доказали значение алиментарного фактора. Была сформулирована закономерность: атеросклероз может развиться без ожирения, но нет ожирения без атеросклероза.

Поскольку атеросклероз развивается медленно, иногда в течение десятков лет, и для него характерно волнообразное течение (т.е. за периодами обострения следуют периоды затишья болезни – ремиссии) профилактика атеросклероза не может ограничиваться каким-либо сроком или курсом, она должна начинаться в юношеском возрасте и продолжаться непрерывно на протяжении всей жизни человека. Меры профилактики – здоровый образ жизни, выполнение рекомендаций по сохранению в целости стенок артерий и предотвращению накопления в них холестерина. Отрицательными факторами в жизни современного человека являются: значительное уменьшение двигательной активности – гиподинамия, обильное питание с избытком жиров и углеводов.

3.2 Витамины группы D

Витамин D (кальциферол, антирахический витамин) существует в виде нескольких соединений, отличающихся по химическому строению и биологической активности, для человека и животных активными препаратами считаются витамины D₂ и D₃ ,хотя в литературе известен и витамин D₄ (дигидроэргокальциферол). В природных продуктах содержатся преимущественно – провитамины D₂ и D₃, соответственно – эргостерин и холестерин.

В 1924 г. Гесс и Стинбок из растительных масел и продуктов питания после облучения их УФ-лучами с длиной волны 280–310нм получили активный препарат, предотвращающий развитие рахита у детей. Оказалось, что активное начало связано с каким-то стерином, который был идентифицирован с эргостерином и назван витамином D₁.

В 1936 г. Виндаус выделил эргостерол из дрожжей и показал, что истинным витамином Д является не эргостерин, а продукт его превращения, образующийся при УФ облучении, который был обозначен витамином D₂ или кальциферолом.

В 1955 г. Международная комиссия по химической номенклатуре предложила для витамина D₂ новое название – эргокальциферол.

С химической точки зрения эргостерин представляет собой одноатомный ненасыщенный циклический спирт, в основе структуры которого лежит кольцо циклопентанопергидрофенантрена; под действием УФ лучей эргостерин через ряд промежуточных продуктов (люмистерин, тахистерин) превращается в витамин D₂.

Как видно, витамин D2 образуется из эргостерина в результате разрыва связи между C₉ и C₁₀ атомами кольца В под действием УФ лучей.

В 1936 г. Брокман выделил активный в отношении рахита препарат из рыбьего жира и назвал его витамином D₃. Выяснилось, кроме того, что предшественником витамина D₃ является не эргостерин, а холестерин. Виндаус в 1937 г. выделил из поверхностных слоев кожи свиньи 7-дегидрохолестерин, который при УФ облучении превращался в активный витамин D₃:

Витамины группы D предупреждают развитие рахита. Витамин D₂ содержится в молоке, сливочном масле, курином желтке и особенно много его содержится в рыбьем жире. Витамин D₂ – бесцветные иглы с
t_пл. =115–117°C, нерастворим в воде, легко растворим в жирах. Он обладает характерным поглощением в ультрафиолетовом свете, связанным с наличием системы трех сопряженных двойных связей.

3.3 Желчные кислоты – высокомолекулярные кислоты,
выделяемые из желчи.

Желчные кислоты близки по строению к холестерину; их можно рассматривать как производные холановой кислоты:

К ним относятся холевая, дезоксихолевая, литохолевая и хенодезоксихолевая кислоты:

	холевая кислота (3,7,12-тригидроксихолановая кислота)
	дезоксихолевая кислота (3,12-гидроксихолановая кислота
	литохолевая кислота (3-гидроксихолановая кислота)
	хенодезоксихолевая кислота (3,7-дигроксихолановая кислота)

В желчи человека содержатся главным образом натриевые соли парных желчных кислот: гликохолевой, гликодезоксихолевой (около 2/3 - 4/5 всех желчных кислот), таурохолевой и тауродезоксихолевой (около 1/5 - 1/3 всех желчных кислот). Эти соединения носят название парных, т.к. они состоят из двух компонентов: холевой или дезоксихолевой кислот и гликокола или таурина. Строение их может быть изображено следующим образом:

Биологическая роль желчных кислот:

– участвуют в эмульгировании жиров;

– активирует панкреатическую липазу;

– способствует всасыванию свободных жирных кислот.

3.4 Гормоны коры надпочечников

Корковый слой надпочечников вырабатывает ряд важных жирорастворимых гормонов. В коре надпочечников вырабатывается около 10 различных гормонов.

аллопрегнан прегнан

Наиболее важными гормонами являются следующие:

Общее сходство всех известных в настоящее время активных кортикостероидов состоит в том что, они имеют в кольце А двойную связь у С₄ и С₅ и кетонную группу у С₃.

Наличие кислорода у С₁₁ наблюдается у тех стероидов, которые активно влияют на белковый и углеводный обмен: к ним относятся кортизон, гидрокортизон (кортизол) и кортикостерон. Их называют глюкокортикоидами.

С другой стороны, кортикостероиды, не имеющие кислорода у С₁₁, оказались весьма активными в водно-солевом обмене и слабо влияли на углеводный и белковый обмен, а также на работоспособность мышц; к ним относятся, например, дезоксикортикостерон. Вещества этой группы именуют минералокортикостероидами.

Однако, альдостерон, например, совмещает функции обоих групп кортикостероидов. Он в 30–100 раз активнее дезоксикортикостерона в минеральном обмене и действует на углеводный обмен только в 3 раза слабее, чем кортизон.