- Понятие о кумаринах , общая характеристика.
Кумарин — лактон о-оксикоричной кислоты. Кумарины - природные фенольные
гетероциклические соединия производные
цис-ортооксикоричной кислоты, в основе
строения которых лежит 9,10-бензо-α-пирон
(ненасыщенный ароматический лактон цис-
ортооксикоричной кислоты).
Свое название кумарины получили
от народного названия юн американского
дерева тонка душистого (Dipteriх оdогаtа)-
кумарун, из плодов которого в 1820 г. Фогель
впервые выделил кумарин.
К началу XX в. было выделено
26 соединений этой природы. С развитием
физико-химических методов анализа развивалась
и химия кумаринов. В 30-40-х годах центром по изучению
кумаринов считалась Вена (Австрия), где
под руководством Е.Шпета было проведено
более 50 фундаментальных работ по выделению,
изучению и разработке методов анализа
кумаринов. Начиная с 50-х годов, крупные
исследования по изучению кумаринов развернулись
в США, Египте, Италии.
Систематические изучения кумаринов
в нашей стране начаты в 1946 году в Ботническом
институте им. Комарова (г. Санкт-Петербург)
под руководством профессора Т.А.Кузнецовой,
написана монография «Природные кумарины
и фурокумарины». В ВИЛРе известна школа
Г,К.Никонова, исследования которого направлены
на поиск веществ с высокой биологической
активностью и создание на их основе лекарственных
препаратов.
- Распространение,
локализация кумаринов.
Кумарины широко распространены
в растительном мире. Они обнаружены в
более, чем в 200 видах высших и низших растений
из 34 семейств. Наиболее богаты кумаринами
растения семейств Fаbасеае, Аstегасеае,
Арiасеае, Rutaсеае, Saxifragaсеае, Нiрросаstапасеае. Некоторые кумарины встречаются
в продуктах животного происхождения
(желчь бобра, сельди и другие). По органам и тканям растений
кумарины распространены неравномерно.
3
В природе чаще всего встречаются
наиболее простые производные
кумарина и фурокумарина.
Основное количество представителей соединений
этой группы найдено в виде агликонов
и лишь незначительное число в виде гликозидов.
Кумарины локализуются в различных
органах растений, чаще всего в корнях,
коре, плодах и семенах, меньше их в листьях,
стеблях. Содержание их в разных растениях
колеблется от 0,2 до 10 %, причем часто можно
встретить 5-10 кумаринов различной структуры
в одном растении. У зонтичных кумариновые соединения
обычно локализуются в эфирно-масличных
канальцах.
Качественный и количественный
состав кумаринов различен у разных видов
внутри одного рода, даже и внутри одного
вида. Состав кумаринов изменяется и в
онтогенезе растения максимально накапливаются
в многолетних видах. По данным Г.К.Никонова
в растениях южных широт наиболее часто
встречаются кумарины, содержащие в качестве
заместителей изопреноидные цепи и их
производные.
В растениях умеренного климата
и северных широт наблюдается преимущественное
накопление кумаринов, обогашенных кислородом,
содержащих в своем составе окси- метокси-,
сложно- эфирные и окисные группировки
и остатки сахаров.
3.Биологическая
роль кумаринов для растений.
Биологическая роль кумаринов
для растений пока еще до конца не выяснена.
Предполагают, что кумарины:
- являются регуляторами роста
(в больших концентрациях угнетают рост
растений, в малых — стимулируют рост);
- выступают в роли защитных
факторов против заболеваний и вредителей
растений;
- предохраняют молодые органы
растения от избыточного действия ультрафиолетовых
лучей.
4.Биосинтез кумаринов.
Структура кумаринов впервые
была установлена А.Г.Перкиным в 1877 году. Он же осуществил синтез кумарина
из салицилового альдегида и установил
его связь с ортооксикоричной кислотой.
В дальнейшем биосинтез был
изучен более подробно и установлено,
что он идет по шикиматному пути. Идет по общей схеме биосинтеза
растительных фенолов, т.е. из углеводов идет синтез 5-дегидрохинной
кислоты – 5-дегидрошикимовой кислоты
– шикимовой кислоты – хоризмовой кислоты
– префеновой кислоты – гидроксипировиноградной
кислоты – тирозин – Кумаровых кислот
(оксикоричных), после гидроксилирования
и лактонизации которых образуется ядро
кумарина.
4
В растениях образование ядра
кумарина идет через форму гликозида-предшественника с
одновременным переходом из транс-формы
в цис-форму.
гидроксилирование
п-кумаровая кислота
глюкозилирование
о-оксикумаровая кислота
(транс-форма)
дегидроксилиро-
ксилирование
глюкозид-о-оксикумаровой глюкозид
кумаровой кислоты
кислоты (транс-форма) (цис-форма)
гидролиз лактонизация
Умбеллиферон
гидролиз лактонизация
Кумарин
5.Классификация
кумаринов.
Химическая классификация кумаринов
предложена в 1938 г. Е.Шпетом дополнена
отечественными учеными Г.К.Никоновым
и Г.А.Кузнецовой.
В зависимости от своей химической
структуры, все кумарины делят на 7 групп:
- Кумарины: кумарин, изокумарин, дигидрокумарин и их гликозиды:
5
кумарин
дигидрокумарин изокумарин
мелилотозид
Все эти соединения обнаружены
в траве донника лекарственного (Melilotus
officinalis, c. Fabaceae).
2.Окси-, метокси-(алкокси-) и
метилендиоксикумарины.
7-оксикумарин
6,7-диоксикумарин
7-метокси-8-изопентенил- (Умбеллиферон)
(Эскулетин) кумарин (остхол)
(с.Apiaceae, Fabaceae: (c. Hippocastanaceae: (дягель
лекарственный, пастернак посевной, плоды и
семена обладает противоопухолевой амми большая, каштана конского)
активностью) псоралея костянковая) (Aesculus
hippocatanum)
3.Фурокумарины, или кумарон-альфа-пироны.
Образуются в результате
конденсации кольца фурана и ядра кумарина. В зависимости от места
конденсации подразделяются на группы:
а) производные псоралена,
т.е. фурокумарины, фурановое ядро которых
сконденсировано с кумарином в 6,7-положении
(псорален, ксантотоксин, бергаптен, изопимпинеллин);
фуро- 21,31: 6,7-кумарин
или 6,7-фурокумарин (Псорален)
6
Содержится в плодах
псоралеи костянковой (Psoralea drupacea, c. Fabaceae) и в листьях инжира,
с. тутовых (Ficus carica, с. Moraceae). К производным псоралена
относятся его метоксипроизводные:
Ксантотоксин
Бергаптен
Изопимпинеллин
Пеуцеданин
Ксантотоксин, бергаптен,
изопимпинеллин выделены из плодов амми
большой (Ammi major,) и пастернака посевного
(Pastinaca sativa); пеуцеданин – из корней горичника
Мориссона (Peucedanum morisonii,) c. Apiaceae
б) производные ангелицина,
т.е. фурокумарина, фурановое ядро которого
сконденсировано с кумарином в 7,8-положении
: например, ангелицин, атамантин
7,8-фурокумарин или
фуро-2131:7,8-кумарин (ангелицин) (изопсорален)
Содержится в плодах
псоралеи костянковой (Psoralea drupacea, c. Fabaceae) и пастернака посевного
(Pastinaca sativa, c. Apiaceae)
7
4.Пиранокумарины, или хроменопироны.
Образованы в результате
конденсации кольца пирана и ядра кумарина. В зависимости от места
конденсации подразделяются на 3 группы:
а) производные 5,6-пиранокумарина;
б) производные 6,7-пиранокумарина;
в) производные 7,8-пиранокумарина
виснадин (2,21-диметил-31-бутирил-41-ацетил-7,8-пиранокумарин)
Содержится в корневищах
и корнях вздутоплодника сибирского (Phlojodicarus
sibiricus) и укропа огородного (Anethum graveolens)
c. Apiaceae.
5.Бензокумарины
3,4-бензокумарины - образуются в результате
конденсации в положении 3,4 бензольного
кольца и ядра кумарина.Соединения, образовавшиеся
в результате конденсации кумарина с бензольным
кольцом в положении 3,4, например, эллаговая
кислота. Занимает промежуточное
положение между кумаринами и оксибензойными
кислотами. Эллаговая кислота
является структурным элементом гидролизуемых
дубильных веществ.
Содержится в растениях
сем. розоцветных (кровохлебка лекарственная
– Sanguisorba officinalis; лапчатка прямостоячая
– Potentilla erecta)
Эллаговая кислота
8
Бензофуранокумарины или Куместаны (куместролы).
Кумарины, содержащие
систему бензофурана, сконденсированную
с кумарином в 3,4-положениях:
Куместрол
Куместролы выделены
из различных видов клевера сем. Бобовых.
Некоторые другие более сложные
конденсированные производные кумарина
(афлатоксин), пока в медицине не
используются.
6. Физико-химические
свойства.
Выделенные в индивидуальном состоянии
кумарины – кристаллические вещества
или аморфные, бесцветные или слегка желтоватые. При нагревании большинство
кумаринов способно возгоняться.
Простые кумарины,
их окси- и метоксипроизводные и гликозиды
растворимы в воде, спирте. Фурокумарины и пиранокумарины
растворяются только в органических растворителях
(хлороформе, этаноле, диэтиловом эфире)
и жирных маслах. Кумарины хорошо растворяются
в водных растворах щелочей (особенно
при нагревании) за счет образования солей
оксикоричных кислот. Многие кумарины проявляют
очень характерную флуоресценцию при
УФ возбуждении в нейтральных спиртовых
растворах, в растворах щелочей и концентрированной
серной кислоте в видимой области спектра. Особенно этим отличаются
производные умбеллиферона, проявляя
ярко-голубую флуоресценцию. В щелочной среде флуоресценция
наиболее интенсивная, при подкислении
флуоресценция становится менее интенсивной
и характер флуоресценции меняется. Некоторые кумарины
димеризуются под действием ультрафиолетового
света, образуя циклобутановые структуры.
7. Качественное
определение кумаринов.
Для обнаружения кумаринов
в растительном сырье используют их
лактонные свойства:
9
- вступать в реакцию
разрыва лактонного кольца (лактонная
проба);
- давать окрашенные
растворы с диазосоединениями;
- флуоресцировать в
УФ-свете.
1.Лактонная проба (предложена Г.А-Кузнецовой).
Реакция проводится
c контрольным опытом. Извлечение, содержащее
кумарины, наливают в две пробирки. В одну из них добавляют
несколько капель 10%-ного раствора натрия
гидроксида. Обе пробирки нагревают на
водяной бане, затем в обе прибавляют 5
мл дистиллированной воды и хорошо перемешивают. Если в пробирке, куда
добавляли щелочь, раствор остался желтым
и прозрачным, значит реакция положительна,
так как образуется желтая растворимая
в воде соль кумаровой кислоты. В контрольной пробирке
при добавлении воды раствор мутнеет, кумарины
не растворяются в воде и выпадают в осадок. При подкислении щелочного
раствора лактонное кольцо замыкается
и кумарины выпадают в осадок.
2.Реакция образования азокрасителя.
Реакция проводится
с продуктами, полученными после разрыва
лактонного кольца. В пробирку добавляют
несколько капель свежеприготовленного
диазореактива. Чаще всего в качестве
диазореактива используют диазосульфаниловую
кислоту. Образуется краситель от желтого
до вишнево-красного цвета.
3. Для идентификации
кумаринов используют методы бумажной
и тонкослойной хроматографии.
При этом используют
системы растворителей;
- н-гексан-бензол-метанол
(5:4:1);
- петролейный эфир-бензол-метанол
(5:4:1);
- н-бутанол-уксусная
кислота-вода (4:1:5).