Кумарины и хромоны

КУМАРИНЫ И ХРОМОНЫ

1. Понятие о кумаринах,  общая характеристика.

2. Распространение кумаринов  в растительном мире, локализация,  значение их для растений.

3. Биосинтез кумаринов в растениях.

4. Классификация кумаринов.

5. Физические и химические свойства  кумаринов.

6. Оценка качества сырья, содержащего  кумарины. Методы анализа.

7. Сырьевая база растений, содержащих  кумарины.

8. Особенности сбора, сушки и  хранения сырья, содержащего кумарин,

9. Пути использования сырья,  медицинское применение препаратов, содержащих кумарины.

 

 

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).

 

    

 

(9,10-бензо-α-пирон)

цис-орто-оксикоричная кислота    Кумарин

 

Свое название кумарины получили от народного названия юн американского дерева тонка душистого (Dipteriх оdогаtа, сем. FаЬасеае)- 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 кумариновсчиталась   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.

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.

 

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.

 

 

 

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.

В растениях образование  ядра кумарина идет

через форму  гликозида-предшественника с одновременным переходом из транс-формы в цис-форму.

 

 

 

гидроксилирование     глюкози-

        лирование

п-кумаровая кислота     о-оксикумаровая кислота

(транс-форма)

 

 

 дегидроксилиро- 

ксилирование

глюкозид-о-оксикумаровой     глюкозид кумаровой кислоты

кислоты (транс-форма)      (цис-форма)

  

 

 

гидролиз          гидролиз

       лактонизация       лактонизация

            

         умбеллиферон                    кумарин 

 

 

Биосинтез   фурокумаринов

 

Фурокумарины образуются из 7-оксипроизводных, имеющих  у С-6 изопентильный заместитель.

  

 

                 6-изопентилкумарин    фурокумарин

 

 

Классификация.

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:

 

1. Собственно кумарины: кумарин, изокумарин, дигидрокумарин и их гликозиды:

 

               

         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)   

 

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)

 

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. 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 гидролзуемых дубильных веществ.

 Содержится в растениях сем.  розоцветных (кровохлебка лекарственная  – Sanguisorba officinalis;  лапчатка прямостоячая – Potentilla erecta)

 

 

  Эллаговая кислота

 

6. Бензофуранокумарины или  Куместаны (куместролы).

Кумарины, содержащие систему  бензофурана, сконденсированную с  кумарином в 3,4-положениях:

 

 

Куместрол

Куместролы выделены из различных видов клевера сем. Бобовых.

 

 

7. Некоторые другие более сложные  конденсированные  производные кумарина (афлатоксин), пока в медицине не используются.

 

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, по следующему типу:

 

 

Методы выделения.

Для выделения кумаринов  из растительного сырья обычно применяются различные растворители: метиловый и этиловый спирт, бензол, хлороформ, этиловый и петролейный эфиры. Спиртовое извлечение очищают от  сопутствующих веществ осаждением раствором основного ацетата свинца.

Наиболее  полная экстракция кумаринов как свободных, так и связанных (гликозидов) достигается этиловым спиртом.

Получаемый после отгонки  спирта густой экстракт чаще всего  последовательно обрабатывается  растворителями: хлороформом, этиловым эфиром.

В некоторых случаях  целесообразно растительный материал предварительно обрабатывать петролейным эфиром, а затем экстрагировать хлороформом, этиловым, метиловым спиртом.

 

КАЧЕСТВЕННОЕ  ОПРЕДЕЛЕНИЕ.

Для обнаружения кумаринов  в растительном сырье используют их лактонные свойства,

- 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;