Понятие о кумаринах , общая характеристика

1. 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.

 

2. 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:

1. 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

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.

 

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).