Терпены и терпеноиды: состав, химическое и пространственное строение производных ментана (ментол, терпин), их реакционная способность.

Ментол среди спиртов ряда ментана имеет наибольшее значение. Важней­шим источником является эфирное масло мяты пере­чной. Ментол следует рассматривать как вторичный спирт ряда циклогексана. В устойчивой конформации ментола все три заместителя находятся в экваториальном положении.

Ментол используется в пищевой и парфюмерной промышленности. Меди­цинское применение ментола весьма разнообразно: он входит в состав мазей, средств для ингаляции. В состав таких известных лекарственных средств, как валокордин, корвалол и валосердин, входит сложный эфир ментола и 2-бромо-3-метилбутановой (α-бромоизовалериановой) кислоты. Валидол яв­ляется эфиром ментола и изовалериановой кислоты.

Терпин (ментандиол-1,8) в природных эфирных маслах не содержится, но образуется из других терпеноидов в момент выде­ления эфирных масел. Терпин существует в виде двух диастереомеров — цис - и транс -форм. Моногидрат цис-1,8-терпина называется терпингидратом и применяется в медицине в качестве отхаркивающего средства. При плавле­нии терпингидрат теряет кристаллизационную воду и превращается в цис-терпин, из которого на воздухе постепенно снова образуется терпингид­рат. Получают терпингидрат синтетически из α-пинена.

Терпин получают из α-пинена длительной (10-14 дн.) гидра­тацией разбавленной серной кислотой при температуре ниже комнатной. Вначале протонируется двойная связь, образующийся бициклический карбокатион перегруппировывается в карбокатион с углеродным скелетом ментана. Затем происходит присоединение воды, отщепление протона и образование α-терпинеола. Далее двойная связь α-терпинеола гидратируется по правилу Марковникова с образованием 1,8-терпина. На последнем этапе образуется гидратная форма терпина — терпингидрат.

41. Терпены и терпеноиды: состав и строение бициклических монотерпенов (a-пинен, борнеол, камфора), их реакционная способность.

Бициклические монотерпеноиды также содержатся в эфирных маслах растений, строение их углеродного скелета может быть весьма разнообраз­ным.

α-Пинен известен как один из самых распространенных в природе терпеноидов. Пинен входит в состав различных эфирных масел, является главным компонентом скипидаров хвойных растений. В основе пинена лежит бициклический насыщенный углеводород пинан.

В структуре пинена имеется довольно напряженный четырехчленный цикл, поэтому многие реакции пинена по двойной связи сопровождаются пе­регруппировками углеродного скелета. Пинен, будучи наиболее доступным, используется в качестве исходного соединения для получения других терпеноидов, например терпингидрата и камфоры.

Миртеналь — компонент эвкалип­тового масла, получается при окислении α-пинена оксидом селена(IV). Это пример региоселективного окисления алкенов по α-атому уг­лерода относительно двойной связи C=C.

Борнеол и камфора — бициклические терпеноиды группы борнана.

Борнеол содержится в эфирном масле валерианы, тимьяна, борнейского лавра. В эфирном масле хвои сибирской пихты содержится до 40% левовра­щающего борнилацетата, который используют для синтеза камфоры. Камфора (борнанон-2) содержится в древесине камфарного лавра. В медицине камфору применяют в основном в качестве антисептического средства.

Камфора — типичный кетон, образует оксим, замещенные гидразоны, но не образует гидросульфитного производного. Образование гидросульфитного производного не происходит из-за пространственных затруднений. В молеку­ле камфоры кетонная группа соединена со вторичным и четвертичным атома­ми углерода, и именно последний сильно затрудняет подход к карбонильной группе такого объемного нуклеофила, как гидросульфит-ион. Об­разование оксима и динитрофенилгидразона используется в фармацевтиче­ском анализе для количественного определения камфоры (качественная реакция).

При бромировании камфоры образуется эндо-3-бромокамфора, которая находит применение в медицине. Реакция протекает регио- и стереоселективно — замещение осу­ществляется в α-положение относительно кетонной группы и образуется эн­до-изомер бромокамфоры.

Восстановление камфоры. Камфора может быть восстановлена в борнеол различ­ными методами.

42. Терпены и терпеноиды: классификация по числу изопреновых звеньев; дитерпены и тетратерпены (ретинол, ретиналь, β–каротин) – строение, реакционная способность.

Ди- и тетратерпеноиды. Молекулы дитерпеноидов содержат четыре изопреновых звена, молеку­лы тетратерпеноидов (каротиноидов) — восемь.

Ретинол (витамин А) и ретиналь образуются из каротиноидов. Оба соеди­нения принимают участие в зрительном цикле.

β-Каротин является наиболее значимым и распространенным каротиноидом. Он содержится в листьях растений, где совместно с хлорофиллом уча­ствует в фотосинтезе, в большом количестве содержится в моркови, люцерне, гречихе и многих других растениях.

43. Стероиды: родоначальные углеводороды (эстран, андростан, прегнан, холан, холестан); стереоизомерия, цис–транссочленение циклогексановых колец, a–,β–стереохимические ряды.

Стероиды представляют собой большую группу природных соединений как животного, так и растительного происхождения, объединяемую общно­стью углеродного скелета и путями биогенеза. В основе стероидов лежит полициклическая система гонана. Стероиды делятся на следующие группы:

• стерины;

• желчные кислоты;

• кортикостероиды (гормоны коры надпочечников);

• женские половые гормоны;

• мужские половые гормоны;

• агликоны сердечных гликозидов.

Стереоизомерия.

Для обозначения конфигурации асимметрических ато­мов углерода используется α,β-система. Суть ее состоит в том, что лиганды, расположенные перед условно плоским гонановым скелетом, обозначаются буквой β, а те, которые располагаются за плоскостью, — буквой α. Непременным условием является то, что при напи­сании формулы кольца А и В при этом должны находиться в левом нижнем квадранте, а кольца С и D — в правом верхнем. Связи с β-лигандами обозна­чаются сплошными линиями, связи с α-лигандами — штриховыми. Необходимо отметить, что α- и β-заместители могут занимать в циклогексановых кольцах как аксиальные, так и экватори­альные положения. Конфигурация хиральных центров в боковых цепях сте­роидов обозначается по R,S-системе.

В большинстве стероидов насыщенные циклогексановые кольца в гонановом скелете находятся в форме кресла. Кольца А, В, С и D имеют общие связи и могут быть сочленены двумя способами — по транс- и по цис-типу.

Порядок сочленения циклогексановых колец можно рассмотреть на прос­той модели, в качестве которой обычно используют декалин. Декалин существует в виде двух диастереомеров: транс- и цис-декалинов. В транс-декалине второе кольцо строится при участии двух экваториальных связей первого кольца; при этом атомы водорода у узловых третичных атомов углерода занимают относительно друг друга анти-положение и оказываются по разные стороны условно плоского углеродного скелета.

В цис-декалине по­строение второго кольца происходит за счет одной аксиальной и одной эква­ториальной связи первого кольца; при этом атомы водорода у атомов углерода С-4а и С-8а оказываются в синклинальном положении и по одну сторону ус­ловной плоскости, что хорошо видно из рассмотрения трехмерных стереохимических и сдвоенных проекционных формул Ньюмена.

транс-Декалин является конформационно жесткой системой, в цис-декалине синхронно осуществляется инверсия циклогексановых колец.

В стероидах встречаются различные комбинации сочленения колец. Кольца А и В могут быть сочленены как по цис-, так и по транс-типу. Оба типа сочленения встречаются в природных стероидах. Кольца В и С почти всегда сочленены по транс-типу. Сочленение колец С и D обычно осуществляется по транс-типу, однако может встретиться и цис-сочленение, например в агликонах сердечных гликозидов. Чаще всего в основе природных стероидов ле­жат системы 5α- и 5β-гонана.

Как 5α-, так и 5β-гонаны представляют собой жесткие каркасные структу­ры, в которых не происходят конформационные превращения.

Номенклатура. Специфика номенклатуры стероидов состоит в том, что в основе их назва­ний лежат стереородоначальные углеводородные структуры гомологов гонана: холан, холестан, прегнан и др. В полусистематических названиях указанных насыщенных углеводородов заложено не только строение, но и конфигура­ция асимметрических атомов в конденсированной системе и положение бо­ковых цепей (α или β).

В названиях стероидов необходимо отражать порядок сочленения колец А и В, т. е. конфигурацию атома С-5. Конфигурация хиральных центров в полициклической системе обозначается помещением букв α или β перед соответ­ствующими префиксами или после суффиксов. В остальном построение на­званий проводится по общим правилам заместительной номенклатуры.

44. Стероиды: производные холестана (стерины) – холестерин, эргостерин, витамин D₂: номенклатура, строение, характеристика реакционной способности.

 

В основе стеринов лежат следующие углеводороды: холестан (С₂₇), эрго­стан (С₂₈) и стигмастан (С₂₉). Различают зоостерины, микостерины и фитостерины. Структурными особенностями стеринов являются:

• наличие разветвленного алкильного радикала С₈—С₁₀ в положении 17;

• наличие гидроксильной группы у атома С-3.

Важнейшим зоостерином является холестерин. Холестерин — основной стерин высших животных — встречается также в растениях и микроорганиз­мах; в основе его лежит углеводород холестан.

В животных организмах холестерин содержится в свободном виде или в виде сложных эфиров с карбоновыши кислотами, в том числе и с высшими. Холестерин или его сложные эфиры участвуют в построении клеточных мембран. Основное количество холестерина (-80%) человеческий организм синтезирует из ацетилкофермента А и лишь около 20% получает с пищей. Эн­догенный и алиментарный холестерин используется организмом для синтеза гормонов и желчнык кислот. Излишек холестерина выводится из организма главным образом через пищеварительный тракт, в небольшом количестве хо­лестерин экскретируется через сальные железы. Нарушение обмена холесте­рина приводит к отложению его на стенках кровеносных сосудов, что являет­ся одной из причин атеросклероза.

Получают холестерин из спинного мозга животных и из ланолина (жиро­подобного вещества, смываемого с овечьей шерсти), используют для синтеза стероидных гормонов и витамина D₃.

Эргостерин — важнейший представитель микостеринов (стеринов грибов и простейших) — имеет в своей структуре 28 атомов углерода. Эргостерин яв­ляется предшественником эргокальциферола (витамина D₂), последний обра­зуется из эргостерина в результате фотохимической изомеризации. Аналогич­ным образом из 7-дегидрохолестерина (холестадиен-5,7-ола-3β) синтезирует­ся холекальциферол (витамин D₃).

Изомеризация провитаминов D происходит в коже человека под действи­ем солнечных лучей в несколько стадий, причем каждая из них инициируется светом с определенной длиной волны. В результате реакции раскрывается кольцо В и образуется дополнительная двойная связь. Витамины группы D регулируют фосфорно-кальциевый обмен, недостаток витамина D является причиной возникновения рахита у детей.

В промышленности эргостерин получают из дрожжей экстракцией орга­ническим растворителем. 7-Дегидрохолестерин получают из холестерина двухстадийным синтезом. Вначале холестерин бромируют в аллильное положение по радикальному механизму, затем полученный бромид подверга­ют элиминированию.

Кальциферолы получают облучением провитаминов УФ-светом в органи­ческом растворителе.