Белянин М.Л. Биологически активные вещества природного происхождения
Подождите немного. Документ загружается.
14
диеналем 8. Огуречный запах ощущается при концентрациях порядка
10
-8
%.
OH
SCH
3
OH
OH
5 6
7
O
H
8
Растительный мир также богат
галогенпроизводными углеводородов.
Особенно большое разнообразие можно
увидеть у водорослей. Из них выделены
почти все возможные галогенметаны:
хлороформ, бромоформ, иодоформ, CHBr
2
I,
CHClBrI и другие. Водоросли синтезируют
BrCH
2
COCH
3
, Br
2
CHCOCH
3
, Br
3
CCOCH
3
,
тетрабромбутенон 9.
Непредельный спирт 10, названый бомбиколом, является половым
аттрактантом бабочки тутового шелкопряда (Bombix mori). Это был
один из первых феромонов (1961 г.), выделенных в чистом виде. Для
выделения 12 г бомбикола потребовалось обработать 0,5 млн. самок
насекомого, а вся работа заняла 20 лет! Свойствами половых
аттрактантов обладают диеновые спирты и их ацетаты 11, 12, а также
содержащее оксирановый цикл соединение 13.
C
10
H
21
O
1
3
OH
10
O
O
12
O
O
11
Некоторые привлекающие насекомых вещества содержат в своем
составе альдегидные и кетонные группы. Альдегид ундеканаль
Br
2
C
B
r
Br
O
9
O
15
C
18
H
37
O
1
4
15
(С
10
Н
21
СНО) - аттрактант восковой моли, паразитирующей в пчелиных
ульях. Кетонная функциональная группа присутствует в половом
аттрактанте таракана-пруссака. Этот феромон имеет строение 3,11-
диметилнонакозан-2-она 14, в то же самое время другой кетон - 4-
метилгексан-3-он 15 является феромоном тревоги, выделяемый
некоторыми видами муравьев в случае опасности.
Длинноцепочечные алифатические соединения, содержащие одну
или несколько СО, ОН - групп, могут также выступать в роли ядов для
млекопитающих (токсины), растений (фитотоксины) или насекомых
(детерренты или антифиданты). Листья томата покрыты мелкими
волосками – трихомами, содержащими токсичный для насекомых 2-
тридеканон 16. Длинноцепные кетоноспирты 17 и 18, продуцируемые
грибком (Phillostica maydis), относятся к фитотоксинам, вызывая
пожелтение и опадание листьев кукурузы.
O
16
C
5
H
11
OH O OH O
O
H
OOHO
17
C
5
H
11
OH OH OH
18
O O O
OOHOO
O
Некоторые соединения обладают отпугивающим действием
(репелленты). Так, например, таракан избегает
близости свежих огурцов из-за присутствия в
кожуре них транс-2-ноненаля 19.
2.3.1. Алифатические кислоты
Для всех живых организмов характерно наличие большого числа
органических кислот. Часть из них участвует в процессах основного
метаболизма – это уксусная, яблочная, фумаровая, лимонная, изо-
лимонная, длинноцпные алифатические кислоты. Помимо этого имеется
большое количество специфических предельных и непредельных моно-
COH
1
9
16
и полифункциональных кислот. В таблице 1 представлен перечень часто
встречающихся приодных кислот.
Таблица 1
Часто встречающиеся природные кислоты
Формула Название
C
O
O
H
Сорбиновая
C
O
O
H
Метакриловая
COOH
Ангеликовая
COOH
Тиглиновая
COOH
HO
2-Гидроксиметилакриловая
C
O
O
H
Сенециновая
COOH
O
H
Саррациновая
COOH
H
O
4-Гидроксисенециновая
COOH
OH
2-Гидрокси-2-метил-3-
оксобутановая
Некоторые растения, произрастающие в жарких странах,
продуцируют высокотоксичную для теплокровных монофторуксусную
кислоту, тем самым, «защищаясь» от поедания травоядными
животными.
17
Каприловая кислота (С
15
Н
11
СООН) выступает в роли так
называемого «следового вещества», с помощью нее термиты
(Zooteropsis nevadensis) отмечают путь домой или к источнику пищи.
Многие природные жирные кислоты являются
полифункциональными, т.е помимо карбоксильной группы содержат
спиртовые, кетонные, альдегидные и другие группы. Например, под
слоем воска в растениях расположен кутин - высокомолекулярный
продукт поликонденсации кислоты 20. Кислоты могут отличаться
длиной цепи, характером насыщенности, наличием нескольких
функциональных групп в разных сочетаниях, цис, транс-изомерией,
а также иметь несколько хиральных центров. Так, метаболит
лишайников семибургиановая кислота 21 имеет четыре
ассиметрических атома углерода, а саррагосовая кислота 22,
производимая микроскопическими грибами, может служить
иллюстрацией, сколь сложным может быть строение природных кислот:
H
O
OH
HOOC
20
CO
OH
OH
21
OCOCH
3
O
O
HO O
COOH
COOH
COOH
O
2
2
2.3.2. Длинноцочечные жирные кислоты и их производные
Предельные и непредельные жирные кислоты играют важную
роль в живой природе. Они входят в состав глицеридов, образующих
основу клеточных мембран. Непредельные алифатические кислоты –
18
линолевая, линоленовая и арахидоновая, кроме этой функции
выполняют и другую, не менее важную. Высвобождаясь из состава
глицеридов и подвергаясь действию ферментов, они дают начало
последовательностям реакций, приводящих в конечном итоге к
гидроксилированным непредельным соединениям с высокой
биологической активностью. Из линоленовой и линолевой кислоты
образуются метаболиты с восемнадцатью атомами углерода в цепи
(С
18
), из арахидоновой – двадцатиуглеродные цепи (С
20
).
Например, известны такие метаболиты болезнетворных грибков,
как 12-гидрокси-9Z-13Е-октадекадиеновая 23 и 10-гидрокси-8Е-
октадекаеновая кислоты 24. Изомеры кислоты 23, кориоловая 25 и
диморфофеколовая 26 были найдены в таких разных объектах, как
сердце быка и рис, пораженный педикулариозом (возбудитель - гниль
метелки (Pedicularia orizae)). Здоровые растения риса их не
продуцируют. Кислоты 25 и 26 угнетают рост грибка. Они образуются
как ответная защитная реакция на патоген. Подобное явление
распространено в растительном мире. Вещества, которые вырабатывают
растения в ответ на инфекцию и направлены на борьбу с
болезнетворным началом, называются фитоалексинами. Кроме
соединений 25 и 26 в комплекс фитоалексинов входят другие С
18
–
метаболиты, например, 9,12,13-тригидрокси-10Е,15Z-октадекадиеновая
кислота 27
.
Эта же кислота в смеси с ее позиционными и
стереохимическими изомерами присутствует в растении бриония белая
(Brionia alba). В малых дозах смесь кислот оказывает на человека
тонизирующее действие.
OH
O
OH
23
O
OH
OH
24
O
OH
OH
25
O
OH
HO
2
7
O
OH
OH
HO
HO
26
19
Арахидоновая кислота 28 в растениях встречается редко, но
всегда присутствует в глицеридах животных. В результате
определенных, внутренних и внешних стимулов кислота 28
высвобождается и подвергается серии метаболических реакций,
называемых каскадом арахидоновой кислоты. При этом образуются
свыше тридцати биологически активных веществ, объединяемых под
общим названием эйкозаноидов. В алифатическом ряду их
подразделяют на липоксины и лейкотриены. Они синтезируются в
белых клетках крови, лейкоцитах и, подобно гормонам, воздействуют
на многие органы и ткани. Известны два липоксина LXA 29 и LXB 30.
Более сильное и разнообразное физиологическое действие наблюдается
у лейкотриенов. По признаку химической структуры их делят на два
класса: неконъюгированные (родоначальник – лейкотриен В
4
(LTB
4
) 31)
и конъюгированные, с аминокислотными остатками (лейкотриен С
4
(LTC
4
) 32.
O
OH
28
OH
OH
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
O
C
5
H
11
OH
S
HN
H
N
OH
O
O
NH
2
HO
O
O
29
30
3
2
Количество известных метаболитов арахидоновой кислоты
постоянно возрастает. Так, не так давно обнаружены гепатоксилины 33,
регулирующие выработку инсулина поджелудочной железой. Из
роговицы глаза выделено вещество 34, которое способствует росту
капилляров и транспортировке белков в водную среду глаза.
20
COOH
OHOH
31
C
5
H
11
O
OH
COO
H
33
C
5
H
11
OH
COOH
3
4
3. Ацетиленовые и алленовые соединения
В особую группу природных продуктов можно выделить
соединения, содержащие тройную углерод - углеродную связь. Большое
число их найдено в растениях, грибах, беспозвоночных. В живых
организмах ацетиленовые соединения могут образовываться из
непредельной олеиновой кислоты (С
18
). В результате метаболических
реакций идут процессы дегидрирования, декарбоксилирования и
окисления, в результате чего образуются продукты с 9 - 18 атомами
углерода. Как правило, эти продукты имеют неразветвленную цепь и
различное сочетание кратных (двойных и тройных) связей. Причем
количество тройных связей может доходить до пяти.
Например, простое строение имеет таририновая кислота 35 и
симметричный относительно тройной связи углеводород 36,
выделенный из растения атузия (Athusa cynapium). Природные
продукты, в основном, содержат двойные связи, имеющие транс-
конфигурацию, как в дииновом углеводороде 37 и моноиновом 36, но
возможны исключения. Так, метаболит красных водорослей, лауренцин
38, содержит метиленразделенные цис – соединения.
OHO
35
36
37
3
8
В различных травах (тясячелистник, полыни, пижма) обнаружен
триацетилен с оксирановым циклом - понтикаэпоксид 39. Среди других
представителей полииновых соединений можно отметить часто
встречаемый тетраацетилен 40 и пентаиновый углеводород 41.
21
40
4
1
O
39
Для грибных и растительных метаболитов также характерно
наличие кислород- и серосодержащих функциональных групп. Так,
растение флаверия (Flaveria reponda) содержит триацетиленовый
тиоэфир 42, а клещевина (Ricinus communis) трииновый спирт 43.
В ходе метаболических превращений прямые углеродные цепи
полиацетиленов могут подвергаться реакциям циклизации. При этом
образуются ароматические и гетероциклические соединения. Пырей
(Aergopyrum repens) содержит бензоидные диины – углеводород
капиллен 44 и кетон капиллин 45, а листья сорняка череды волосистой
(Bidens pilosa) – фенилгептатриин 46.
S
OH
O
42
43
44
45
4
6
Гетероциклы представлены в основном производными фурана и
тиофена. Многие виды хризантем продуцируют полиацетилены с
фурановым кольцом на конце молекулы 47, или в середине 48.
48
O
O
O
H
47
22
S
S
O
O
S
O
O
4
9
50
Производные тиофена, такие как метиловый эфир
тиофенкарбоновой кислоты 49, выделенный из лопуха (Arctium lappa) и
эфир 50, содержащийся в пижме (Tanacetum vulgare) образовались из
линейных полиацетиленов (схема 1).
Схема 1.
O
HO
H
O
H
2
S
HS
H
S
Небольшую по количеству группу составляют вещества с
алленовым структурным фрагментом. Их подразделяют на два типа.
Один из них содержит диацетиленовую группировку, как в антибиотике
- микомицине 51. Биосинтез подобных веществ характерен для
некоторых грибов и микроорганизмов.
Другой тип природных алленов может не содержать тройных
связей. Например, 8-гидроксидиен-5,6-овая кислота 52.
23
C
H
C C
H
HO
O
C
H
C C
H
OH
HO
O
51
52
4. Производные с малыми, средними и большими
углеродными циклами, лактоны и лактамы
4.1. Производные циклопропана
К малым циклам в органической химии относят трех- и
четырехчленные. В природе они относительно часто встречаются у
изопреноидов. В других типах природных соединений они достаточно
редки.
Половой процесс у водорослей имеет ряд отличительных
особенностей от растений, живущих на суше. Для встречи
сперматозоида и яйцеклетки последняя выделяет хемотаксические
вещества, по градиенту которых сперматозоид находит женскую
гамету. В состав этих веществ входят циклопропановые углеводороды:
диктиоптерен А и В 53, хормосирен 54.
5
3
54