Природные флавоноиды. Методы исследования. Официнальные растительные источники терапевтически активных флавоноидов

Курсовая работа

Природные флавоноиды. Методы исследования. Официнальные растительные источники терапевтически активных флавоноидов

Введение

флавоноид растительный химический

С древних времен людям известны благотворные свойства различных плодов: красные сорта винограда облегчают пищеварение, черника улучшает зрение и т.д. Причина же фармакологических механизмов, действующих при приеме этих лекарственных растений, была выяснена лишь в середине прошлого столетия. Оказывается, своим целебным действием лекарственные травы обязаны флавоноидам.

Эти вещества выполняют важнейшую функцию в жизненном цикле растений. Именно от флавоноидов зависит окраска ягод и цветов. Помимо этого, данные вещества принимают участие в фотосинтезе, защищают клетки растения от избыточного ультрафиолетового излучения в летний период, незаменимы в ходе подготовки растений к зиме (участвуют в процессах «консервации» почек, опадания листвы и прочее).

Разумеется, тема флавоноидов является актуальной в наше время, так как неоднократные исследования подтвердили, что флавоноиды проявляют биологическую активность и в организме человека, хотя и вырабатываются только в растениях.

Поэтому целью работы является изучение большинства природных флавоноидов, а также освоение их официнальных растительных источников. Изучить эффективность лекарственного растительного сырья различных морфологических групп (листьев, плодов, травы, семян, подземных органов и др.), содержащего природные флавоноиды при лечении того или иного заболевания.

Больше всего среди флавоноидов известен рутин (иначе называемый витамином С2 или Р), который оказывает благотворное действие на сосуды. Данное вещество (либо искусственный его аналог) является одним из компонентов множества препаратов, таких как аскорутин, которые снижают ломкость капилляров.

Однако оказалось, что подобные вещества присущи не только рутину, но и более чем сотне других флавоноидов! Они в большом количестве присутствуют в следующих продуктах: какао, зеленый чай, яблоки, абрикосы, айва, земляника, персики, малина, смородина и т.д.

В фармакологии широко используется экстракт черничных ягод, содержащий около 25% антоцианов (растительных пигментов). Черничный экстракт, богатый флавоноидами используется как диуретическое средство, при варикозном расширении вен, сердечно - сосудистых заболеваниях, лечении дистрофии и дегенерации сетчатки.

Подтверждено, что флавоноиды, содержащиеся в кожуре красных яблок и винограде, вишне, гранатах, баклажанах, красной капусте и других плодах фиолетового цвета, кожуре цитрусовых и зеленом чае, являются прекрасным антиоксидантом.

Природные антиоксиданты способны нейтрализовать свободные радикалы, образующиеся под воздействием радиации, ультрафиолетового излучения в организме человека, так же, как и в растениях. Тем самым флавоноиды защищают от разрушения внутриклеточные структуры и мембраны клеток. Именно поэтому продукты, содержащие натуральный экстракт флавоноидов рекомендованы в умеренных дозах людям, проживающих в зонах с повышенной радиацией (высокогорные районы, зона Чернобыля и т.д.).

Все те же флавоноиды способны и защитить ткани от повреждений, связанных с излишним выбросом гистамина (высвобождающегося при аллергии, воспалительных процессах). Это очень неплохое подспорье в лечении аллергии.

Ячменный солод и соя содержат флавоноиды, имеющие схожую с женскими половыми гормонами структуру. Некоторые исследователи считают, что данные вещества можно использовать при создании препаратов от климактерического синдрома.

Надо полагать, существует очень много биологически активных добавок, изобилующих флавоноидами, изготовленных на базе растительных экстрактов. По этой причине считается, что подобные БАДы способны замедлять старение, предупреждать образование рака.

Однако даже современная медицина пока еще не расшифровала в точности механизм старения клеток и их злокачественного предупреждения. Следовательно, до настоящего времени нет четкого понимания роли свободных радикалов в данных процессах. Как флавоноиды могут влиять на преждевременное старение, развитие онкологических болезней и накопление вредных мутаций в клетках, пока является загадкой.

Несмотря на то что способность флавоноидов замедлить старение достоверно не доказана, польза флавоноидов неоспорима. Кроме того, богатые флавоноидами овощи и фрукты - кладезь витаминов, пектиновых веществ, пищевых волокон и минералов, незаменимых в ежедневном рационе.

Таким образом, задачей работы является максимальное изучение растительных сообществ некоторых семейств лекарственных растений, в составе которых содержатся природные флавоноиды. Ознакомиться с физико - химическими свойствами флавоноидов, и методами их выделения и идентификации. Уяснить не только свое применение в медицине, но и роль в жизни растения.

1. Природные флавоноиды

Изучение флавоноидов относится к началу XIX в., когда в 1814 г. Шевроле выделил из коры особого вида дуба кристаллическое вещество, названное кверцетрином. Спустя 40 лет Риганд установил гликозидный характер этого вещества и агликон назвал кверцетином.

В 1903 г. Валяшко установил строение рутина.

Систематическое изучение строение природных флавоноидов многие годы проводили польские химики.

Большую работу по изучению антоцианов провел Вильштеттер.

Исследованиями катехинов занимались А.Л. Курсанов, М.Н. Запраметов, К. Фрейденберг.

Интерес к флавоноидным соединениям особенно возрос в 40-е годы прошлого столетия. После 1970 г. выделено свыше 1500 соединений относящихся к флавоноидам. И что же это за соединения, которые так привлекают внимание ученых своей разносторонней биологической активностью и чрезвычайно низкой токсичностью?

Флавоноидами называется группа природных фенольных соединений - производных бензо-гамма-пирона, в основе которых лежит скелет, состоящий из двух бензольных колец (А и В), соединенных между собой трехуглеродной цепочкой (пропановый скелет), т.е. состоящий из С6-С3-С6 углеродных единиц.

Это гетероциклические соединения с атомом кислорода в кольце.

Гамма - пирон бензо - гамма - пирон флавон

(хромон) (2 - фенилхромон)

При замещении в хромоне атома водорода в б - положении на фенильную группу образуется 2-фенил - (б) - бензо -г - пирон или флавон, который состоит из 2 ароматических остатков А и В и трехуглеродного звена (пропановый скелет).

При участии пропанового мостика в большинстве флавоноидов образуется гетероцикл - производное пирана или гамма - пирона.

Под термином флавоноиды объединены различные соединения, генетически связанные друг с другом, но обладающие различным фармакологическим действием.

Свое название они получили от латинского слова flavus - желтый, так как первые выделенные из растений флавоноиды имели желтую окраску, позднее установлено, что многие из них бесцветны. [11]

Флавоноиды широко распространены в растительном мире. Они обнаружены почти во всех высших растениях (цветковых и споровых), а также в зеленых водорослях (ряски), споровых (мхи, папоротники), хвощах (хвощ полевой - Equisetum arvense), и у некоторых насекомых (мраморно - белая бабочка).

Особенно богаты флавоноидами высшие растения, относящиеся к семействам:

1. Розоцветные - Rosaceae

· Боярышник обыкновенный (Crataegus sanguinea Pall.)

· Рябина черноплодная (Aronia melanocarpa)

2. Бобовые - Fabaceae

· Софора японская (Sophorae japonicae L.)

· Стальник колючий (Ononis spinosa L.)

· Солодка голая (Glycyrrhiza glabra L.)

3. Гречишные - Polygonaceae

· Горец перечный (Polygonum hydropiper L.)

· Горец почечуйный (Polygonum persicaria L.)

· Горец птичий (Polygonum aviculare L.)

4. Астровые - Asteraceae

· Бессмертник песчаный (Helichrysum arenarium L.)

· Сушеница топяная (Gnaphalium uliginosum L.)

· Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.)

5. Яснотковые - Lamiaceae

· Пустырник сердечный (Leonurus cardiaca L.)

Более часто флавоноиды встречаются в тропических и альпийских растениях.

Значительно реже встречаются в микроорганизмах и насекомых.

Около 40% флавоноидов приходится на группу производных флавонола, несколько меньше группа производных флавона, значительно реже встречаются флаваноны, халконы, ауроны.

2. Классификация  флавоноидов

Современная классификация флавоноидов основана на:

· Степени окисления и гидроксилирования пропанового скелета С6 - С3 - С6;

· Положении бокового фенильного радикала;

· Наличии или отсутствии гетероцикла.

Исходя из этого флавоноиды подразделяются на несколько групп:

1. Окисленные

1.1. Флавоны - бесцветные или слегка желтого цвета, их гидроксилированные формы находятся в цветках пижмы (Flores Tanacetum vulgare), ромашки (Flores Chamomilla recutita) (флавон, апигенин). Фенильная группа расположена во 2-м положении.

Менее всего распространены в природе: изофлавоноиды, неофлавоноиды, бифлавоноиды.

1.2. Изофлавоноиды (корни стальника колючего - Radix Ononis spinosa). Фенильная группа находится в 3-м положении у С3. Образование изофлавоноидов характерно для представителей семейств бобовых (Fabaceae), подсемейства мотыльковых (Papilionoideae), реже для семейств касатиковых (Iridaceae) и розоцветных (Rosaceae).

1.3. Неофлавоноиды - производные 4 - фенилхромона.

1.4. Бифлавоноиды - димерные соединения, состоящие из связанных С-С - связью флавонов, флавононов и флавон - флаванонов.

К производным флавона принадлежат флавонолы, флаванонолы, флаваноны. Флавоны и флавонолы - это наиболее окисленные формы флавоноидов широко встречаемые у растений.

1.5. Флавонолы - бледно - желтого цвета.

Отличаются от флавонов наличием группы - ОН в 3-м положении.

Выделено более 210 флавоноловых агликонов.

Самые известные из них - кверцетин, кемпферол, изорамнетин, мирицетин. С увеличением количества гидроксильных групп и в зависимости от их положения возрастает густота окраски. Чаще встречаются соединения с 4 - 5 гидроксильными группами, например:

Кемпферол - 3,5,7,4' - тетрагидроксифлавонол

Кверцетин - 3,5,7,3', 4' - пентагидрооксифлавонол

(3,5,7,4' - тетрагидроксифлавонол) (3,5,7,3', 4' - пентагидрооксифлавонол)

Кемпферол Кверцетин

Из 20 известных гидроксилированных флавонов чаще всего встречаются апигенин и лютеолин:

(5,7,4' - тригидроксифлавон) (5,7,3', 4' - тетрагидроксифлавон)

Большое значение имеет для медицины гликозид рутин - агликоном которого является 3,5,7,3', 4' - тетрагидрооксифлавонол, сахаристая часть представлена глюкозой и рамнозой.

3 - рутинозид (глюкорамнозид) кверцетина

Рутин содержится в гречихе посевной (Fagopyrum sagittatum), горце перечном (Polygonum hydropiper), горце почечуйном (Polygonum persicaria), спорыше (Polygonum aviculare), траве фиалки (Herbae Viola tricolor), пустырника (Herbae Leonurus cardiaca), зверобоя (Herbae Hypericum perforatum), плодах и бутонах софоры японской (Fructus Sophorae japonicae), плодах рябины черноплодной (Fructus Aronia melanocarpa).

2. Восстановленные (производные флавана)

2.1 Флаваны - производные 2 - фенилхромана

2 - фенилхроман флаван

К производным флавана относятся катехины (флаван - 3 - олы), лейкоантоцианидины (флаван - 3,4 - диолы) и антоцианидины.

Катехины - наиболее восстановленные флавоноидные соединения. Молекула флаван - 3 - олов содержит два ассиметрических атома углерода в пирановом кольце (С2 - С3), поэтому для каждой молекулы возможны четыре изомера и два рацемата. Так изомеры (+) - катехин и (-) - эпикатехин отличаются конфигурацией гидроксильной группы у 3 - его углеродного атома:

(+) - катехин (-) - эпикатехин

Катехины и лейкоантоцианидины обычно гликозилированных форм не образуют. В растениях они существуют в виде мономеров или в виде конденсированных соединений (дубильные вещества).

Катехины представляют собой наиболее восстановленные флавоноидные соединения, бесцветные соединения, легко поддаются окислению, в результате чего приобретают разную окраску (например, чай, различный цвет которого (черный, красный, желтый) обусловлен степенью окисленности катехинов).

2.2 Лейкоцианидины

- (флаван - 3,4 - диолы) бесцветны, это лабильные соединения, легко окисляющиеся до соответствующих антоцианидинов при нагревании с кислотами и при этом становятся окрашенными веществами.

Многие красные и синие окраски цветков с различными оттенками обусловлены присутствием антоцианидинов.

Особенностью строения антоцианидинов является наличие свободной валентности у кислорода в пирановом кольце. Благодаря положительному заряду антоцианидины в кислом растворе ведут себя как катионы и образуют соли с кислотами, в щелочном растворе - как анионы и образуют соли с основаниями. В зависимости от рН среды изменяется окраска антоцианидинов.

В зависимости от рН среды окраска цветков меняется. В кислотной среде они образуют розовую, красную окраску, в щелочной среде - от голубой до синей с разными оттенками.

Лейкоантоцианидин Цианидин

Антоцианидины - в растениях присутствуют в виде гликозидов (антоцианов). Придают растительным тканям разнообразную окраску - от розовой до черно - фиолетовой. Окраска антоцианов объясняется особенностями их строения - числом и расположением гидроксильных и метоксильных групп и особенностью образовывать комплексы с ионами металлов.

Встречаются соединения с семью гидроксильными группами. Метилирование гидроксилов ещё больше увеличивает разнообразие оттенков.

2.3 Флаваноны

флавоноид растительный химический

- небольшая группа флавоноидов, в основе структуры которых лежит дигидро - гамма - пироновое кольцо.

Флаваноны (гидрированное производное флавона) в отличие от флавона не имеют двойной связи между углеродами во 2-м и 3-м положениях.

В присутствии щелочей кольцо раскрывается и образуются халконы.

В кислой среде халконы превращаются в флаваноны.

Например, нарингенин (флаванон) и нарингенин (халкон) содержатся в соцветиях бессмертника (Helichrysum arenarium) в свободном состоянии и в виде 5 - моноглюкозида.

Нарингенин Халкон нарингенин

К производным ликвиритигенина (флаванона) и изоликвиритигенина (халкона) относится гликозид ликвиритин (находится в корне солодки и придает ей желтый цвет)

Ликвиритигенин Халкон Изоликвиритигинин

Представителем флаванона является гесперетин (находится в виде гликозида в плодах цитрусовых - лимонах)

Гесперетин

Флаваноны - это оптически активные вещества, в растениях обычно находятся в виде левовращающих форм.

Известно более 30 представителей этой группы флавоноидов (агликонов), которые обычно встречаются совместно с халконами в растениях семейств: розоцветных (Rosaceae), бобовых (Fabaceae), астровых (Asteraceae).

2.4 Флаванонолы (дигидрофлавонолы)

отличаются от флаванонов наличием - ОН группы при С - 3 и, подобно катехинам, содержат два ассиметрических атома углерода в молекуле (С - 2 и С - 3).