Фенольные соединения — структура и свойства. Физические и химические свойства простых фенольных соединений Фенольные соединения растительного происхождения

Фенолы - это соединœения, в молекулах которых содержится ароматическое (бензольное) кольцо, свя­занное с одной или несколькими группами -ОН. Большое содержание фенолов характерно для расти­тельной клетки.

В животном организме бензольные кольца не син­тезируются, а могут только преобразовываться, по­этому они должны постоянно поступать в организм с пищей. При этом многие фенольные соединœения в животных тканях выполняют важные функции (убихинон, адреналин, тироксин, серотонин и др.).

Сегодня в растениях уже найдено несколько тысяч разнообразных фенольных соединœе­ний. Их классифицируют по строению углеродного скелœета:

1. С 6 -фенолы

2. С 6 -С 1 -фенольные кислоты

3. С 6 -С 3 -гидроксикоричные кислоты и кумарины

4. С 6 -С 3 -С 6 -флавоноиды

5. Олигомерные фенольные соединœения.

6. Полимерные фенольные соединœения.

С 6 -Фенолы. Соединœения, бензольное кольцо которых связа­но с несколькими гидроксильными группами, на­зывают полифенолами.

Свободные фенолы в растениях встречаются ред­ко и в малых количествах. Так, фенол обнаружен в иглах и шишках сосны, в эфирном масле черной смородины, пирокатехин - в чешуе лука, в лис­тьях бадана, гидрохинон - в коре и листьях груши, в листьях бадана. Чаще встречаются произ-водные фенолов, где они связаны с какой-либо уг­леродной цепью или циклом. К примеру, урушиол и тетрагидроканнабинол.

Урушиол - это токсическое вещество из листьв сумаха. Тетрагидроканнабинол является галлюциногенным началом конопли.

При окислении фенолов об­разуются хиноны (бензохиноны). В свободном состоянии хиноны в растениях не встре­чаются, зато распространены их производные. К примеру, производными бензохинонов являются переносчики электронов в ЭТЦ фо­тосинтеза и дыхания - пластохинон и убихинон. К производным бензохинона относятся также жгучее вещество примулы - примин и красный пигмент мухомора - мускаруфин.

С 6 -С 1 -фенольные кислоты. В растениях распространены фенольные кислоты. Чаще они находятся в тканях в связанном состоя­нии и освобождаются при выделœении и гидролизе.

Салициловая кислота выделяется в качестве аллелопатического агента в окружающую среду. Вместе с тем, в настоящее время обнаружено ее регулирующее действие на ряд физиологических и биохимических процессов в растении (образование этилена, восстановление нитратов и др.).

Протокатеховая кислота обнару­жена в чешуях лука.

Ванильная и галловая кислоты встречаются в древесинœе. Последняя входит в состав некоторых дубильных веществ и может образовывать диме-ры - дигалловую кислоту, в молекуле которой сложноэфирной связью соединœены 2 остатка гал­ловой кислоты.

Обнаружены в растениях производные фенольных кислот - альдегиды и спирты. К примеру, в коре ивы при­сутствует салициловый спирт. Но особенно известен ванилин - ванильный альдегид. Он обладает очень приятным запахом и в виде гликозида - глюкованилина содержится в плодах и ветвях ва­нильного дерева. Гликозид и сам ванилин широко применяются в кондитерской, мыловаренной и пар­фюмерной промышленности.

Фенольные кислоты могут связываться сложноэфирными связями с сахарами, чаще с глюко­зой. Из ряда растений (ревень, эвкалипт) выделœен гликогаллин, в котором карбоксильная группа гал­ловой кислоты связана с гликозидным гидроксилом глюкозы.

С 6 -С 3 -гидроксикоричные кислоты и кумарины. Широко распространены в растениях гидроксикоричные кислоты. Обычно они находятся в свя­занном состоянии, а в свободном, кроме кофейной, встречаются редко.

Показано, что цис-изомеры гидроксикоричных кислот являются активаторами ростовых процес­сов растений, а транс-изомеры такими свойствами не обладают.

В растениях встречаются гидроксикоричные спирты - производные соответствующих кислот: кумаровой - кумаровый спирт, феруловой - ко-нифериловый спирт, синаповой - синаповый спирт. Спирты обычно не накапливаются, а, оче­видно, используются на образование лигнина, мо­номерами которого они являются.

Гидроксикоричные кислоты могут образовы­вать сложные эфиры с органическими кислота­ми алифатического ряда. Так, кофейная кислота образует эфиры с яблочной и винной кислотами. Первый эфир называют фазеолиновой кислотой. Она присутствует в листьях фасоли. Второй - цикориновой кислотой. Она найдена в листьях цикория.

В растениях распространены эфиры гидроксикоричных кислот и сахаров, чаще глюкозы. Так, в цветках петунии и львиного зева обнаружены эфи­ры кофейной, кумаровой, феруловой кислот, а в злаках вообще большинство гидроксикоричных кислот представлены эфирами. Вместе с тем, гидро-ксикоричные кислоты входят в состав полисаха­ридов и белков. К примеру, феруловая кислота най­дена в ксиланах пшеничной муки и в полисахари­дах ананасов.

Кумарины - это лактоны, которые образуются при замыкании кольца между гидроксильной и карбоксильной группами в молекуле гидроксико-ричной кислоты.

Кумарин - бесцветное кристаллическое веще­ство с приятным запахом свежескошенного сена. В свободном виде кумарин в растениях не встреча­ется. Он обычно содержится в виде гликозидов (цве­ты и листья донника). У травянистых растений в клеточном соке присутствует гликозид, содержа-щий орто-кумаровую кислоту. При сенокосœе рас­тительные ткани повреждаются, нарушается про­ницаемость мембран. Гликозиды из клеточного сока соприкасаются с ферментами цитоплазмы. От гли­козидов отщепляются сахара, и кумаровая кисло­та после транс-цис-изомеризации замыкается в лактон-кумарин. При этом вянущая трава приоб­ретает запах сена.

В растениях часто встречаются гидроксилированные кумарины в составе гликозидов. К примеру, эскулетин из околоплодника конского каштана и скополетин из корней скополии японской. Оба эти кумарина обладают Р-витаминной активностью и используются в медицинœе как капилляроукрепля-ющие средства.

В доннике белом найден дикумарин, который препятствует свертыванию крови. Этот и другие дикумарины используются как лекарственные пре­параты, предотвращающие образование тромбов.

С 6 -С 3 -С 6 -флавоноиды . Это одна из наиболее разнообразных и распространенных групп фенольных соединœений. В корне строения молекул флавоноидов лежит структура флавана, который состоит из двух бен­зольных колец и одного гетеро­циклического (пиранового).

Флавоноиды делят на несколько групп.

1. Катехины.

2. Антоцианы.

3. Халконы.

Катехины - наиболее восстановленные флавоноиды. Οʜᴎ не образуют гликозидов. Катехин впер­вые был выделœен из древесины Acacia catechu, от­сюда его название. Катехины найдены у более чем 200 видов растений. Среди катехинов наиболее известны катехин и галлокатехин.

Οʜᴎ могут образовывать эфиры с галловой кис­лотой - катехингаллаты и галлокатехингаллаты. Катехины содержатся во многих плодах (яблоки, груши, айва, вишни, сливы, абрикосы, земляни­ка, ежевика, смородина, брусника, виноград), в бобах какао, зернах кофе, в коре и древесинœе мно­гих деревьев (ива, дуб, сосна, пихта͵ кедр, кипа­рис, акация, эвкалипт). Особенно много катехинов в листьях и молодых побегах чая (до 30%). Окислительные превращения катехинов играют важную роль в чайном производстве и виноделии. Продукты окисления, а это в основном димеры катехинов, имеют приятный слабовяжущий вкус и золотисто-коричневую окраску. Это определяет цвет и вкусовые качества конечного продукта. При этом катехины обладают высокой Р-витаминной активностью, укрепляют капилляры и нормализу­ют проницаемость стенок сосудов. Такой же ак­тивностью обладают и димеры катехинов в чае. Катехины в качестве мономеров входят в состав конденсированных дубильных веществ.

Антоцианы - важнейшие пигменты растений. Οʜᴎ окрашивают лепестки цветков, плоды, иногда листья в голубой, синий, розовый, красный, фио­летовый цвета с различными оттенками и перехо­дами. Все антоцианы - гликозиды. Их агликонами являются антоцианидины. Антоцианы раство­римы в воде и содержатся в клеточном соке.

Сегодня известно более 20 антоциа­нидинов, но наиболее широко распространены 4: пеларгонидин, цианидин, дельфинидин и мальви-дин (метилированное производное дельфинидина).

В качестве моносахаридов в антоцианах встречаются глюкоза, галактоза, рамноза, ксилоза, реже арабиноза, а в качестве дисахаридов - чаще всœего рутиноза, софороза, самбубиоза. Иногда антоцианы содержат трисахариды, обычно разветвленные. К примеру, в ягодах сморо­дины и малины найден антоциан, в котором с цианидином связан разветвленный трисахарид.

Окраска антоцианов зависит от ряда факторов:

1. концентрации антоцианов в клеточном соке;

2. рН клеточного сока;

3. комплексообразования антоцианов с катионами;

4. копигментации - смеси антоцианов и при­сутствия в клеточном соке других веществ фенольной природы;

5. сочетания с окраской пластидных пигментов.

Рассмотрим эти факторы подробнее.

1. Концентрация антоцианов в клеточном соке может меняться в широком диапазоне - от 0,01 до 15%. К примеру, в обычном синœем васильке со­держится 0,05% антоциана цианина, а в темно-пурпурном его 13-14%.

2. По причине того, что в молекулах антоциана име­ется свободная валентность, окраска может менять­ся исходя из величины рН. Обычно в кислой среде антоцианы имеют красный цвет различной интенсивности и оттенков, а в щелочной - синий. Такие изменения в окраске антоцианов можно наблюдать, добавляя кислоту или щелочь к окра­шенному соку смородины, вишни, столовой свеклы или краснокачанной капусты. В природе же резких изменений рН клеточного сока не происходит, и данный фактор в окраске антоцианов большой роли не игра­ет. Можно только заметить, что некоторые розовые и красные цветы при завядании синœеют. Это указы­вает на изменение рН в отмирающих клетках.

3. Большое значение в окраске цветков и плодов имеет способность антоцианов к хелатообразованию с ионами металлов. Это хорошо видно на примере василька и розы. В их лепестках содержится один и тот же антоциан - цианин. В лепестках синœего василька цианин образует комплекс с ионами Fe (4 молекулы цианина связаны с одним атомом Fe). В лепестках красных роз присутствует свободный цианин. Другой пример.
Размещено на реф.рф
В случае если обычную гортензию с розовыми цветками выращивать на минœеральной среде, содержащей алюминий и молибден, то цвет­ки приобретают синюю окраску.

4. Обычно в клеточном соке многих цветков и плодов присутствует не один, а несколько пиг­ментов. При этом окраска зависит от их смеси, и ее называют копигментацией. Так, окраска пло­дов черники обусловлена копигментацией дельфинина и мальвина. В фиолетовых цветках картофе­ля найдено 10 различных антоцианов.

Цветовой рисунок лепестков многих цветков оп­ределяется или локальным увеличением концент­рации одного пигмента (наперстянка), или наложе­нием дополнительного пигмента на основной (в цен­тре цветков мака на общем фоне пеларгонина на­кладывается высокая концентрация цианина).

На окраску влияет также копигментация анто­цианов с другими веществами, к примеру, с таннинами. Так, пурпурные и темно-красные розы содер­жат один и тот же цианин, но у темно-красных он копигментирован с большим количеством таннина.

5. При сочетании синих антоцианов клеточного сока и желто-оранжевых каротиноидов хромопла­стов получается коричневая окраска лепестков не­которых цветков.

Табл. Некоторые антоцианы растений

Антоциан	Агликон	Сахар	Растения
Пеларгонин	Пеларгонидин	2 глюкозы	Пеларгония, астры
Цианин	Цианидин	2 глюкозы	Розы, васильки
Керацианин	Цианидин	Глюкоза, рамноза	Вишни
Пруницианин	Цианидин	Рамноза, глюкоза	Сливы
Идаин	Цианидин	Галактоза	Брусника
Хризантемин	Цианидин	Глюкоза	Астры, черника, бузина
Мальвин	Мальвидин	2 глюкозы	Мальва
Энин	Мальвидин	Глюкоза	Виноград
Дельфиний	Дельфинидин	Рамноза, глюкоза	Шпорник
Вигланин	Дельфинидин	Глюкоза, рамноза	Мать-и-мачеха

Халконы , или антохлоры, - это флавоноиды с раскрытым гетероциклом. Οʜᴎ придают лепест­кам цветков желтую окраску. Их распространение ограничено девятью семействами. Встречаются они в виде гликозидов. Халконами, к примеру, явля­ются изосалипурпозид из желтых цветков гвозди­ки, флоридзин из коры и листьев яблони. Флорид­зин является ингибитором роста яблони. При при­еме внутрь человеком он вызывает одноразовое интенсивное выделœение глюкозы в кровь - ʼʼфлоридзиновый диабетʼʼ.

Олигомерные фенольные соединœения. Сюда относятся лишайниковые кислоты. Οʜᴎ обра­зуются в лишайниках из двух и более остатков орселлиновой кислоты. Леканоровая и эверновая кислоты состоят из двух остатков орселлиновой кислоты. Эверновая кислота - основной компо­нент комплекса кислот эвернии (ʼʼдубовый мохʼʼ), который используется в парфюмерии как душис­тое вещество и одновременно как фиксатор при изготовлении лучших сортов духов.

Среди лишайниковых кислот есть окрашенные. Οʜᴎ придают разнообразный цвет лишайникам - желтый, оранжевый, красный, фиолетовый. Лишайник уснея содержит усниновую кислоту, которая является эффективным бактерицидным средством.

Встречаются в коре, древесинœе, плодах и листь­ях многих растений димеры гидроксикоричных спиртов. Образуют олигомеры и флавоноиды, особенно катехины. Димеры катехина най­дены в яблоках, каш­танах, боярышнике, бо­бах какао, в древесинœе эвкалипта.

Полимерные фенольные соединœения. К полимерным фенольным соединœениям отно­сятся дубильные вещества, или таннины, лигнины и меланины.

Дубильные вещества, или танины. Свое название они получили благодаря способно­сти дубить шкуру животных, превращая ее в кожу. Дубление основано на взаимодействии дубильных веществ с белком кожи -коллагеном. При этом об­разуются многочисленные водородные связи между белком и таннином.

Природные дубильные вещества представляют из себясложную смесь близких по составу соединœе­ний с молекулярной массой 500-5000.

Много дубильных веществ содержится в коре и дре­весинœе дуба, эвкалипта͵ древесинœе каштана, в кор­невище щавеля, ревеня, в листьях сумаха. Их много в коре и древесинœе бобовых, миртовых, розовых. Осо­бенно высоким содержанием дубильных веществ от­личаются галлы, которые образуются на листьях при повреждении их орехотворкой (до 50-70%).

Дубильными (чаще пищевыми дубильными) на­зывают также более низкомолекулярные вещества, обладающие приятным вяжущим вкусом, но не способные к настоящему дублению. Οʜᴎ присут­ствуют во многих плодах (айва, яблоки, хурма, виноград), в листьях чая.

Дубильные вещества находят самое широкое при­менение не только в кожевенной промышленности. Их используют в производстве пластмасс, связующих веществ при изготовлении фанеры и плит из опи­лок, в качестве протравы при крашении. Οʜᴎ нахо­дят применение в установках для кипячения воды в качестве стабилизаторов коллоидов, для регули­рования вязкости растворов при бурении скважин.

Использование таннинов в виноделии связано с их ингибирующим действием на ферменты и мик­роорганизмы, что предотвращает помутнение вин и улучшает их качество. С помощью чайного таннина стабилизируют бетацианин - пищевой крас­ный краситель, получаемый из столовой свеклы.

В медицинœе дубильные вещества применяются как вяжущие, бактерицидные, противолучевые и противоопухолевые средства.

Лигнин входит в состав клеточных оболочек тканей древесины. Он откладывается между мик­рофибриллами целлюлозы, что придает клеточным оболочкам твердость, прочность. При этом при этом нарушается связь между клетками, что приводит к отмиранию живого содержимого, в связи с этим лиг-нификация является заключительным этапом он­тогенеза клетки.

Лигнин - аморфное вещество, нерастворимое в воде, органических растворителях и даже в кон­центрированной кислоте.

Лигнин имеет еще одно важное свойство: он ус­тойчив к микроорганизмам. Лишь немногие мик­роорганизмы, и то очень медленно, разлагают его.

Лигнин - трехмерный полимер, мономерами которого являются гидроксикоричные спирты. Так, у хвойных в лигнинœе преобладает ко-нифериловый спирт, у злаков - кумаровый, у мно­гих лиственных деревьев - синаповый.

В целлюлозно-бумажной промышленности и на гидролизных заводах накапливается в качестве отходов большое количество лигнина. Его исполь­зуют для получения активированного угля, пласт­масс, синтетических смол.

Меланины - полимеры фенольной природы, которые являются продуктом окисления тирози­на. Их строение еще до конца не выяснено.

Меланины имеют черный или коричнево-черный цвет. Их образованием объясняется быстрое потем­нение поверхности разрезанного яблока, клубня кар­тофеля, некоторых грибов. Меланины присутствуют и в животных организмах, обусловливая окраску шерсти и волос. При этом растительные и животные меланины отличаются по составу мономеров. Расти­тельные меланины при гидролизе образуют пирокатехин, а животные - дигидроксииндол. Ины­ми словами, растительные меланины, в отличии от животных являются безазотистыми веществами.

Функции фенольных соединœений в растении. 1. Фенолы участвуют в окислительно-восстано­вительных процессах: происходит превращение фенолов в хиноны и наоборот с участием фермента полифенолоксидазы. При этом попутно нефермен­тативным путем могут окисляться различные со­единœения (аминокислоты, органические кисло­ты, фенолы, цитохромы и др.).

2. Некоторые фенольные соединœения являются переносчиками электронов и протонов в ЭТЦ фо­тосинтеза и дыхания (пластохинон, убихинон).

3. Ряд фенолов оказывает влияние на ростовые процессы растений, иногда активирующее, чаще ингибирующее. Это влияние бывает опосредовано действием на фитогормоны. Так, известно, что одни фенольные соединœения необходимы при синтезе ауксина, другие - при его распаде. Для образова­ния этилена крайне важно присутствие эфи­ра кумаровой кислоты. Установлено, что при стрес­се растения накапливают большое количество фе-нолов, что приводит к ингибированию ростовых процессов и повышению их устойчивости к небла­гоприятным условиям.

4. Фенолы выполняют в растениях защитную функцию: Фенольные соединœения придают расте­ниям устойчивость к заболеваниям. К примеру, ус­тойчивость к ряду болезней лука с окрашенной ше­лухой связана с присутствием в нем протокатеховой кислоты. При механических повреждениях ра­стительных тканей в клетках накапливаются фе­нолы и, конденсируясь, образуют защитный слой. Некоторые растения в ответ на поражение пато­генными грибами образуют защитные вещества - фитоалексины, многие из которых имеют фенольную природу.

5. Многие фенолы являются антиоксидантами и защищают липиды мембран от окислительного разрушения. Некоторые из них используют в пи­щевой промышленности для предохранения жиров от прогоркания (эфиры галловой кислоты, флавоноиды и др.).

6. Очень важна роль фенольных соединœений в процессе размножения растений. Это не только связано с окраской цветков и плодов, но и с непос­редственным участием фенолов в оплодотворении. Так, в процессе оплодотворения водоросли хлами­домонады и высшего растения форзиции прини­мают участие флавоноиды.

7. Фенолы могут выступать у некоторых расте­ний в качестве аллелопатических веществ. Напри­мер, таким веществом у дуба должна быть салици­ловая кислота.

8. Некоторые фенолы действуют как активато­ры или ингибиторы на отдельные процессы и фер­менты (делœение клеток, синтез белка, окислитель­ное фосфррилирование и т. д.).

Фенольные соединения - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Фенольные соединения" 2017, 2018.

ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ И СЫРЬЕ, СОДЕРЖАЩИЕ ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (общая характеристика).

1. Понятие о фенольных соединениях, распространение в растительном мире.

2. Роль фенольных соединений для жизнедеятельности растений.

3. Классификация фенольных соединений.

4. Биосинтез фенольных соединений.

Понятие о фенольных соединениях, распространение в растительном мире, роль фенольных соединений для жизнедеятельности растений.

Растения способны синтезировать и накапливать огромное количество соединений фенольной природы.

Фенолы – это ароматические соединения, содержащие в своей молекуле бензольное ядро с одной или несколькими гидроксильными группами.

Соединения, содержащие несколько ароматических колец, с одной или несколькими гидроксильными группами называются полифенолами .

Они встречаются в различных частях многих растений – в покровных тканях в плодах, проростках, листьях, цветках и

Придают им окраску и аромат пигменты фенольной природы - антоцианы;

большинство полифенолов –

Активные метаболиты клеточного обмена,

Играют важную роль в различных физиологических процессах, таких как, фотосинтез, дыхание, рост, устойчивость растений к инфекционным болезням, рост и репродукция;

Защищают растения от патогенных микроорганизмов и грибковых заболеваний.

Распространение.

Из фенолокислот часто встречается галловая кислота и значительно реже - салициловая (фиалка трехцветная). Фенолокислоты и их гликозиды содержатся в родиоле розовой.

К группе фенолов с одним ароматическим кольцом относятся простые фенолы, фенолокислоты, фенолоспирты, оксикоричные кислоты .

Фенологликозидами называется группа гликозидов, агликоном которых являются простые фенолы, оказывающие дезинфицирующее действие на дыхательные пути, почки и мочевые пути.

Фенологликозиды в природе распространены довольно широко. Встречаются в семействах ивовых, брусничных, камнеломковых, толстянковых и др., имеются в листьях толокнянки и брусники.

Природные фенолы часто проявляют высокую биологическую активность:

Препараты на основе фенольных соединений широко используются в качестве

Противомикробных, противовоспалительных, кровоостанавливающих, желчегонных, диуретических, гипотензивных, тонизирующих, вяжущих и слабительных средств.

Фенольные соединения имеют универсальное распространение в растительном мире. Они свойственны каждому растению и даже каждой растительной клетке. В настоящее время известно свыше двух тысяч природных фенольных соединений. На долю веществ этой группы приходится до 2-3% массы органического вещества растений, а в некоторых случаях - до 10% и более. Фенольные соединения обнаружены как в низших; грибах, мхах, лишайниках, водорослях, так и в высших споровых (папоротниках, хвощах) и цветковых растениях. У высших растений - в листьях, цветках, плодах, подземных органах.

Синтез фенольных соединений происходит только в растениях, животные потребляют фенольные соединения в готовом виде и могут их только преобразовывать

В растениях фенольные соединения играют важную роль.

1. Они являются обязательными участниками всех метаболических процессов: дыхания, фотосинтеза, гликолиза, фосфорилирования.

Исследованиями русского ученого биохимика В.И.Палладина (1912) установлено и подтверждено современными исследова­ниями, что фенольные соединения - «дыхательные хромогены»,т.е. ониучавствуют в процессе клеточного дыхания. Фенольные соединения выступают в качестве переносчиков водорода на конечных этапах процесса дыхания, азатем вновь окисляются специфическими ферментами оксидазами.

2. Фенольные соединения являются регуляторами роста, развития, и репродукции растений. При этом, оказывают как стимулирующее, так и ингибирующее (замедляющее) действие.

3. Фенольные соединения используются растениями как энергетический материал, выполняют структурную, опорную и защитную функции (повышает устойчивость растений к грибковым заболеваниям, обладают антибиотическим и противовирусным действием).

Классификация фенольных соединений.

В основе классификации природных фенольных соединений лежит биогенетический принцип. В соответствии с современными представлениями о биосинтезе и, исходя из структурных особенностей углеродного скелета, все фенолы можно разбить на 8 групп:

Фенолы – ароматические соединения, которые имеют бензольное ядро с одной или несколькими гидроксильными группами. Фенольные соединения с одной ОН-группой называют монофенолами, с двумя ОН-группами – дифенолами, с тремя и более ОН-группами – полифенолами.

К этой группе относят фенольные соединения со структурой С6, С6-С1, С6-С2. Простейшие фенольные соединения с одним бензольным кольцом и одной или несколькими гидроксильными группами (например, фенол, катехол, гидрохинон, пирогаллол, флороглюцин и др.) в растениях встречаются редко. Чаще всего они находятся в связанном виде (в форме гликозидов или сложных эфиров) или же являются структурными единицами более сложных соединений, в том числе полимерных (флавоноиды, лигнаны, дубильные соединения и пр.).

Наиболее широко в растениях представлены фенологликозиды – соединения, в которых гидроксильная группа связана с сахаром. Простейшими формами такой комбинации являются фенил-О-гликозиды.

Фенолгликозидами называется группа гликозидов, агликоном которых являются фенолы, оказывающие дезинфицирующее действие на дыхательные пути, почки и мочевые пути. Фенольные соединения содержат ароматические кольца с гидроксильной группой. В этих соединениях сахара соединены с производными фенола .

Соединения, содержащие в ароматическом кольце больше одной гидроксильной группы, называются полифенолами. Они встречаются в различных частях многих растений - листьях, цветках (придают им окраску и аромат), плодах.

В природе распространены довольно широко. Встречаются в семействах ивовых, брусничных, камнеломковых, толстянковых и др .

1.2. Классификация фенольных соединений.

В зависимости от характера заместителей в бензольном кольце фенологликозиды можно разделить на 3 группы:

1 группа : С 6 - ряда

1) одноатомные фенолы

простые фенолы (монофенолы) – моногидроксипроизводные - встречаются в растениях нечасто.

Сам фенол обнаружен в иглах и шишках Pinus silvestris, эфирных маслах листьев Nicotiana tabacum, Ribes nigrum, лишайниках.

2) Дигидроксипроизводные – двухатомные фенолы (дифенолы)

а) Пирокатехин (1,2-диоксибензол) найден в листьях эфедры, чешуе лука, плодах грейпфрута (рис. 1.2.1).

б) Из диоксибензолов наиболее распространен гидрохинон (1,4-диоксибензол) (рис.1.2.2).

Его гликозид арбутин (рис. 1.2.3), содержащийся в представителях семейств: Ericaceae (листьях толокнянки), Vacciniaceae (брусники), Saxifragaceae (бадана).

Наряду с арбутином в этих растениях присутствует метиларбутин (рис. 1.2.4) Агликоном его является метилгидрохинон

в) Резорцин (1,3-диоксибензол) (или м-диоксибензол) (рис. 1.2.5) содержится в различных естественных смолах, таннинах.

3)Трехатомные фенолы (трифенолы).

Представителем триоксибензолов является флороглюцин (1,3,5-триоксибензол) (рис. 1.2.6), в свободном виде он обнаружен в шишках секвойи и чешуе лука, а в виде гликозида флорина – в околоплоднике плодов разных видов цитрусов.

Более сложные соединения - флороглюциды (гликозиды флороглюцина), они могут содержать одно кольцо флороглюцина (аспидинол) (рис. 1.2.7) или представляют собой димеры или тримеры (кислоты флаваспидиновая и филиксовая).

Значительные количества флороглюцидов накапливается в корневищах мужского папоротника.

2 группа :

С 6 – С 1 – ряда - Фенолкарбоновые кислоты

Фенолокислоты широко распространены в растениях, но не являются в них основными биологически активными веществами, это типичные сопутствующие вещества, участвующие в лечебном эффекте суммарных препаратов.

Широко распространены в растениях семейств: бобовые, сумаховые, фиалковые, брусничные.

Широко распространена n-гидроксибензойная кислота (рис. 1.2.8).

Например, пирокатеховая кислота (рис. 1.2.9) характерна для покрытосеменных.

Галловая кислота (рис. 1.2.10) может накапливаться в значительных количествах (в листьях толокнянки)

3 группа :

С 6 - С 2 – ряда - Фенолоспирты и их гликозиды содержатся в родиоле розовой

Салидрозид и салицин.

Агликоны этих гликозидов 4-оксифенилэтанол и 2-оксифенилметанол (салициловый спирт). Наряду с фенольными гидроксилами эти агликоны имеют спиртовые гидроксильные группы, и гликозидирование их может быть по фенольным и спиртовым группам:

Салициловый спирт (рис. 1.2.11)

Салицин (рис. 1.2.12) получил из коры ивы французский ученый Леру в 1828 г. Много его в листьях и побегах толокнянки, брусники, груши, бадана. Часто в растениях ему сопутствует метиларбутин.

Салидрозид (рис.1.2. 13) впервые был выделен в 1926 г. из коры ивы, а позднее обнаружен в подземных органах родиолы розовой.

Часто эту группу соединений называют растительными фенолами, поскольку большая часть ароматических природных производных содержит фенольную функцию или образуется из фенольных соединений, и продуцируются эти соединения, как правило, растениями. Действительно, фенольная функция наиболее распространена среди ароматических производных бензольного ряда (нафталиновые и антраценовые соединения с фенольными функциями распространены в несколько меньшей степени), но чаще всего фенольная группа сопутствует другим кислородным функциям.

И в связи с этим, основные группы этого класса природных соединений могут быть представлены следующим рядом: фенолы - содержат только гидроксифункции; фенолокислоты - содержат гидрокси- и карбоксифункции; ароматические соединения пиранового ряда - а-пироны, у-пироны, соли пирилия; хиноны бензольного, нафталинового и антраценового рядов, также содержащие фенольные группы. Определение “растительные” тоже можно опустить в настоящее время, поскольку различные представители вышеперечисленных групп найдены и в микроорганизмах, в грибах, в морских организмах.

8.1. Фенолы и фенолокислоты

Простые фенолы (схема 8.1.1) не столь широко распространены в природе: чаще всего встречается гидрохинон, иногда катехол, а также их производные. Так как фенольные соединения (особенно дигидроксипроизводные) легко окисляются, то в растениях они обычно представлены агликоновой компонентой гликозидов или этерифицированы другим способом: алкильными и циклоалкильными радикалами, например. Интересным и важным представителем последних является группа токоферолов витамины Е, выполняющих антиоксидантную функцию в мембранах клеток животных организмов, человека в том числе.

Ароматические карбоновые кислоты в чистом структурном виде в природе встречаются весьма редко. Бензойная кислота находится в достаточных количествах в ягодах клюквы и брусники, обуславливая их устойчивость к действию микроорганизмов (ягоды хорошо хранятся без каких-либо добавок и с древних времен используются в качестве консервантов других продуктов).

Фенолокислоты в растениях встречаются повсеместно и в достаточно широком структурном диапазоне. Во-первых, это моно-, ди- и тригидроксибензойные кислоты, широко распространенные в растениях, как накапливающиеся, так и в качестве промежуточных на биосинтетических путях. Другая группа - это гидроксифенилуксусные кислоты, распространенные в значительно меньшей степени. Третья группа - это коричные кислоты, широко распространенные, но как правило, присутствующие в небольших концентрациях и лежащие на биосинтетических путях к ароматическим кислородсодержащим гетероциклам. Весьма часто оксикислоты входят в состав эфирных масел многих растений в виде метиловых (простых) эфиров, а также встречаются производные с карбоксильной группой, восстановленной до альдегидной и спиртовой (схема 8.1.2).

Схема 8.1.1

(см. скан)

Схема 8.1.2.

(см. скан)

Схема 8.1.2 (продолжение).

(см. скан)

Химические свойства фенолов и фенолокислот обусловлены способностью фенольных соединений к окислению до соответствующих хинонов или подобных им соединений, образующих хиноноподобную систему. Что дает эта способность фенольных соединений растительному организму?

Во-первых, поскольку окисление фенолов протекает по радикальному механизму, т.е. они обладают определенным сродством к свободным радикалам, фенолы выполняют роль ловушек свободно-радикальных частиц (и в том числе, кислорода). Отдавая свой атом водорода от гидроксильной функции ароматического ядра, они образуют довольно устойчивый фенольный радикал, который в силу своей устойчивости и делокализованного характера не участвует в цепном радикальном процессе, т.е. он обрывает цепную радикальную реакцию, выполняя таким образом роль антиоксиданта и гасителя других радикальных процессов, которые обычно приводят к явлениям, ускоряющим гибель клеток (старение) и мутагенным эффектам.

Что является непосредственными продуктами окисления фенольных природных соединений? Во-первых, это орто- и парахиноны, их образование особенно характерно для простых фенолов и малозамещенных фенолокислот (схема 8.1.3).

Схема 8.1.3

Вторая группа реакций связана со способностью неспаренного электрона фенольного радикала делокализоваться по бензольному кольцу, образуя существенную спиновую плотность на углеродных атомах в орто- и пара-положениях к окисленному гидроксилу. Поскольку углеродные радикалы более активны, чем кислородные, они могут вступать в различные реакции, связанные с радикальной атакой другой молекулы или такого же феноксильного радикала. Продуктами таких реакций окислительного сочетания или окислительной конденсации являются меланины, структура которых составлена из фрагментов конденсированных хинонов типа А, В и С (схема 8.1.4).

Обычно меланины имеют глубокую окраску - от темно-коричневых до черных тонов, они обнаружены в семенах Helianthus annuus И Citrullus vulgaris, В спорах Ustilago maydis, в аскомицете Daldinia concentrica. Меланин последнего образуется окислительной конденсацией 1,8-дигидроксинафталина и предположительно имеет структуру D, ему сопутствует конденсированный черный хинон Е (схема 8.1.5).

Схема 8.1.4

(см. скан)

Схема 8.1.5

(см. скан)

Танины - другая группа ароматических производных, которые образуются в растениях, содержащих фенолокислоты. Танины возникают из галловой кислоты различными реакциями: окислительной димеризации и этерификации, как между функциями собственно галловой кислоты, так и с другими

Схема 8.1.6

(см. скан)

гидроксисоединениями - в основном, с глюкозой. В соответствии с этим их подразделяют на гидролизуемые танины - сложные эфиры галловой кислоты (или ее олигомеров) и углеводов и конденсированные танины, т.е. негидролизуемые (схема 8.1.6).

Галловая кислота образует олигомеры in vivo двух типов: димеры (или тетрамеры) с углерод-углеродной связью между фенильными кольцами (эллаго-вая, гексагидроксидифеновая кислота и др.), димеры и тримеры со сложной эфирной связью между фрагментами (тригалловые кислоты). В этом плане сами галловые кислоты подразделяются на гидролизуемые (сложные эфиры) и негидролизуемые (дифенильные производные). И те, и другие с углеводами образуют гидролизуемые танины, поскольку в водной среде в условиях кислотного, щелочного или ферментативного катализа образуют углеводы и фенолокислоты.

К таким танинам, в первую очередь, должны быть отнесены эфиры моносахаридов (обычно глюкоза) с галловой или тригалловой кислотами. Тогда как зфиры глюкозы с конденсированными галловыми кислотами (эллаговсй и др.) можно считать танинами двоякой природы, так как они содержат гидролизуемые и негидролизуемые фрагменты. Полностью негидролизованные танины ничего общего с галловой кислотой не имеют (кроме того, что они тоже полифенольные вещества), а являются производными флаванолов - соединений пирановой структуры, о которых будет сказано в следующем разделе.

Добывают танины из коры акации, ели, дуба, каштана и др. растений. Также они содержаться в чае. Это достаточно активная фуппа веществ по отношению к многим патогенным микробам, их дубящий эффект обязан легкости взаимодействия с белками, а фенольные группы обеспечивают существенный антиоксидантный эффект. Танины инактивируют многие ферменты.

Танины обладают свойством дубления кож, а также являются пропигментами, так как при действии окислителей (даже кислорода воздуха) образуют красители устойчивого черного цвета.

Третья группа производных фенолокислот, а точнее фенолоспиртов, образуется димеризацией и полимеризацией соединений типа кониферилового спирта. Это лигнаны и лигнины. Лигнаны представляют собой димеры кониферилового спирта, димеризация которого, очевидно, может протекать (судя по структуре продуктов) разными способами и с различным количеством последующих модифицирующих стадий. Но в общем плане это фенил-пропановые димеры, единицы которых связаны между собой связями между средними углеродами боковых -звеньев. Структурное разнообразие лигнанов обусловлено характером связи между мономерными молекулами (“голова к хвосту” или “хвост к хвосту”), степенью окисленности у-углеродных атомов и т.д. В растениях они накапливаются во всех органах, находятся в растворенном виде в эфирных маслах, смолах, особенно часто встречаются в семенах сосновых, барбарисовых, сложноцветных, аралиевых.

Лигнины представляют собой полимеры на основе тех же фенилпропановых блоков кониферилового спирта с тем же способом соединения этих блоков между собой, причем образование полимерной структуры характеризуется бессистемностью, т.е. присутствуют разные способы соединения фрагментов и сами фрагменты, как правило, неидентичны. Поэтому структуру лигнинов изучить трудно, а изобразить - тем более. Обычно это гипотетические структуры (схема 8.1.7). В растениях лигнины - это важные компоненты клеточной стенки опорных и проводящих тканей, выполняющие при этом двоякую роль: механическое укрепление ткани и защиту клетки от химических, физических и биологических воздействий.

16. Понятие о простых фенольных соединениях (гликозидах), их классификация. Физические и химические свойства. Особенности заготовки, сушки, хранения сырья. Оценка качества сырья, методы анализа. Пути использования сырья, медицинское применение.

Фенольные соединения

Природные фенольные соединения - вещества растительного происхождения, содержащие одно или несколько ароматических колец с одной или несколькими свободными или связанными гидроксильными группами.

Фенольные соединения имеют универсальное распространение в растительном мире. Они свойственны каждому растению и даже каждой растительной клетке. В настоящее время известно свыше двух тысяч природных фенольных соединений. На долю веществ этой группы приходится до 2-3 % массы органического вещества растений, а в некоторых случаях — до 10 % и более. Фенольные соединения обнаружены также в грибах, лишайниках, водорослях. Животные потребляют фенольные соединения в готовом виде и могут их только преобразовывать.

В растениях фенольные соединения играют очень важную роль. Они являются обязательными участниками всех метаболических процессов: дыхания, фотосинтеза, гликолиза, фосфорилирования.

1. Исследованиями русского ученого-биохимика В.И. Палладина (1912 г., Санкт-Петербург) установлено и подтверждено современными исследованиями, что фенольные соединения участвуют в процессе клеточного дыхания. Фенольные соединения выступают в качестве акцепторов (переносчиков) водорода на конечных этапах процесса дыхания, а затем вновь окисляются специфическими ферментами оксидазами.

2. Фенольные соединения являются регуляторами роста, развития и репродукции растений. При этом оказывают как стимулирующее, так и ингибирующее (замедляющее) действие.

3. Фенольные соединения используются растениями как энергетический материал, выполняют структурную, опорную и защитную функции (повышают устойчивость растений к грибковым заболеваниям, обладают антибиотическим и противовирусным действием).

Классификация фенольных соединений

В основу классификации природных фенольных соединений положен биогенетический принцип. В соответствии с современными представлениями о биосинтезе и, исходя из структурных особенностей углеродного скелета, можно выделить следующие классы растительных фенолов.

Физические и химические свойства простых фенольных соединений

Физические свойства.

Простые фенольные соединения — это бесцветные, реже слегка окрашенные, кристаллические вещества с определенной температурой плавления, оптически активны. Имеют специфический запах, иногда ароматный (тимол, карвакрол). В растениях чаще встречаются в виде гликозидов, которые хорошо растворимы в воде, спирте, ацетоне; нерастворимы в эфире, хлороформе. Агликоны слабо растворимы в воде, но хорошо растворимы в эфире, бензоле, хлороформе и этилацетате. Простые фенолы имеют характерные спектры поглощения в УФ и видимой областях спектра.

Фенольные кислоты — кристаллические вещества, растворимы в спирте, этилацетате, эфире, водных растворах натрия гидрокарбоната и ацетата.

Госсипол — мелкокристаллический порошок от светло-желтого до темно-желтого цвета с зеленоватым оттенком, практически нерастворим в воде, мало растворим в спирте, хорошо растворим в липидных фазах.

Химические свойства.

Химические свойства простых фенольных соединений обусловлены наличием:

• ароматического кольца, фенольного гидроксила, карбоксильной группы;
• гликозидной связи.

Для фенольных соединений характерны химические реакции:

1. Реакция гидролиза (за счет гликозидной связи). Фенольные гликозиды легко гидролизуются под действием кислот, щелочей или ферментов до агликона и сахаров.

2. Реакция окисления. Фенольные гликозиды легко окисляются, особенно в щелочной среде (даже кислородом воздуха), образуя хиноидные соединения.

3. Реакция солеобразования. Фенольные соединения, обладая кислотными свойствами, образуют со щелочами растворимые в воде феноляты.

4. Реакции комплексообразования. Фенольные соединения образуют с ионами металлов (железа, свинца, магния, алюминия, молибдена, меди, никеля) комплексы, окрашенные в различные цвета.

5. Реакция азосочетания с солями диазония. Фенольные соединения с солями диазония образуют азокрасители от оранжевого до вишнево-красного цвета.

6. Реакция образования сложных эфиров (депсидов). Депсиды образуют фенолокислоты (кислоты дигалловая, тригалловая).

Особенности сбора, сушки и хранения сырья, содержащего простые фенольные соединения

Заготовку сырья брусники и толокнянки проводят в два срока — ранней весной до цветения и осенью с начала созревания плодов до появления снежного покрова. Сушка воздушно-теневая или искусственная при температуре не более 50-60 °С в тонком слое. Повторная заготовка на одних и тех же зарослях возможна через 5-6 лет.

Сырье родиолы розовой (золотой корень) заготавливают в фазы конца цветения и плодоношения. Сушат при температуре 50-60 °С. Повторная заготовка на одних и тех же зарослях возможна через 10-15 лет.

Сырье щитовника мужского (RhizomataFilicismaris) собирают осенью, не моют, сушат в тени или в сушилках при температуре не более 40 °С. Повторная заготовка на одних и тех же зарослях возможна через 20 лет.

Сырье хлопчатника — кору корней (CortexradicumGossypii) — заготавливают после сбора урожая хлопка.

Хранят сырье по общему списку в сухом, хорошо проветриваемом помещении. Срок годности — 3 года. Корневища папоротника мужского хранят 1 год.

Оценка качества сырья, содержащего простые фенольные соединения. Методы анализа

Качественный и количественный анализ сырья основан на физических и химических свойствах.

Качественный анализ.

Фенольные соединения извлекают из растительного сырья водой. Водные извлечения очищают от сопутствующих веществ, осаждая их раствором свинца ацетата. С очищенным извлечением выполняют качественные реакции.

Фенологликозиды, имеющие свободный фенольный гидроксил, дают все реакции, характерные для фенолов (с солями железа, алюминия, молибдена и др.).

Специфические реакции (ГФ ХI):

1. на арбутин (сырье брусники и толокнянки):

а) с кристаллическим железа закисного сульфатом. Реакция основана на получении комплекса, изменяющего окраску от сиреневой до темно-фиолетовой, с дальнейшим образованием темно-фиолетового осадка.

б) с 10 % раствором натрия фосфорномолибденовокислого в кислоте хлористоводородной. Реакция основана на образовании комплексного соединения синего цвета.

1. на салидрозид (сырье родиолы розовой):

а) реакция азосочетания с диазотированным натрия сульфацилом с образованием азокрасителя вишнево-красного цвета

Хроматографическое исследование:

Используют различные виды хроматографии (бумажная, тонкослойная и др.). При хроматографическом анализе обычно используют системы растворителей:

• н-бутанол-уксусная кислота-вода (БУВ 4:1:2; 4:1:5);
• хлороформ-метанол-вода (26:14:3);
• 15 % кислота уксусная.

Хроматографическое исследование спиртового извлечения из сырья родиолы розовой.

Используется тонкослойная хроматография. Проба основана на разделении в тонком слое силикагеля (пластинки «Силуфол») метанольного извлечения из сырья в системе растворителей хлороформ-метанол-вода (26:14:3) с последующим проявлением хроматограммы диазотированным натрия сульфацилом. Пятно салидрозида с Rf= 0,42 окрашивается в красноватый цвет.

Количественное определение.

Для количественного определения фенологликозидов в лекарственном растительном сырье используют различные методы: гравиметрические, титриметрические и физико-химические.

1. Гравиметрическим методом определяют содержание флороглюцидов в корневищах папоротника мужского. Метод основан на извлечении флороглюцидов из сырья диэтиловым эфиром в аппарате Сокслета. Извлечение очищают, отгоняют эфир, полученный сухой остаток высушивают и доводят до постоянной массы. В пересчете на абсолютно сухое сырье содержание флороглюцидов должно быть не менее 1,8 %.

2. Титриметрический йодометрический метод используется для определения содержания арбутина в сырье брусники и толокнянки. Метод основан на окислении агликона гидрохинона до хинона 0,1 М раствором йода в кислой среде и в присутствии натрия гидрокарбоната после получения очищенного водного извлечения и проведения кислотного гидролиза арбутина. Гидролиз проводится кислотой серной концентрированной в присутствии цинковой пыли, чтобы выделившийся свободный водород предотвращал собственное окисление гидрохинона. В качестве индикатора используют раствор крахмала.

3. Спектрофотометрический метод используется для определения содержания салидрозида в сырье родиолы розовой. Метод основан на способности окрашенных азокрасителей поглощать монохроматический свет при длине волны 486 нм. Определяют оптическую плотность окрашенного раствора, полученного по реакции салидрозида с диазотированным натрия сульфацилом, с помощью спектрофотометра. Рассчитывают содержание салидрозида с учетом удельного показателя поглощения ГСО салидрозида Е 1% 1см = 253.

Пути использования сырья, содержащего простые фенольные соединения

Сырье брусники, толокнянки, родиолы розовой отпускают из аптеки без рецепта врача — приказ Министерства здравоохранения и социального развития РФ № 578 от 13.09.2005 — как лекарственные средства. Корневища папоротника мужского, корневища и корни родиолы розовой, кору корней хлопчатника используют как сырье для получения готовых лекарственных средств.

Из лекарственного растительного сырья, содержащего фенологликозиды, получают:

1. Экстемпоральные лекарственные формы:

• отвары (сырье брусники, толокнянки, родиолы розовой);
• сборы (сырье брусники, толокнянки, родиолы розовой).

2. Экстракционные (галеновые) препараты:

Экстракты:

• жидкий экстракт (корневища и корни родиолы розовой);
• густой эфирный экстракт (корневища папоротника мужского).

3. Новогаленовые препараты:

• «Родаскон» из сырья родиолы розовой.

4. Препараты индивидуальных веществ:

3 % линимент госсипола и глазные капли — 0,1 % раствор госсипола в 0,07 % растворе натрия тетрабората (кора корней хлопчатника).

Медицинское применение сырья и препаратов, содержащих простые фенольные соединения

1. Антимикробное, противовоспалительное, диуретическое (мочегонное) действие характерно для сырья брусники и толокнянки. Оно обусловлено наличием в сырье арбутина, который под влиянием ферментов желудочно-кишечного тракта расщепляется на гидрохинон и глюкозу. Гидрохинон, выделяясь с мочой, оказывает антимикробное и раздражающее действие на почки, что обусловливает диуретический эффект и противовоспалительное действие. Противовоспалительное действие обусловлено также наличием дубильных веществ.

Применяют лекарственные формы из сырья брусники и толокнянки для лечения воспалительных заболеваний почек, мочевого пузыря (циститы, уретриты, пиелиты) и мочевыводящих путей. Отвары из листьев брусники используют для лечения заболеваний, связанных с нарушением минерального обмена: мочекаменной болезни, ревматизма, подагры, остеохондроза.

Побочное действие : при приеме больших доз возможно обострение воспалительных процессов, тошнота, рвота, понос. В связи с этим, прием лекарственных форм из сырья брусники и толокнянки рекомендуют проводить в комплексе с другими растениями.

2. Противовирусное действие характерно для фенольных соединений коры корней хлопчатника. «Госсипол» применяют при лечении опоясывающего лишая, простого герпеса, псориаза (линимент); при герпетическом кератите (глазные капли).

3. Адаптогенное, стимулирующее итонизирующее действие оказывают препараты корневищ и корней родиолы розовой. Препараты повышают работоспособность при утомлении, выполнении тяжелой физической работы, оказывают активизирующее влияние на кору головного мозга. Фенольные соединения родиолы способны ингибировать перекисное окисление липидов, повышая устойчивость организма к экстремальным нагрузкам, тем самым проявляют адаптогенное действие. Применяют для лечения больных неврозами, гипотонией, вегето-сосудистой дистонией, шизофренией.

Противопоказания : гипертония, лихорадка, возбуждение. Не назначают летом в жаркое время и во второй половине дня.

Противопоказания : нарушения системы кровообращения, заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек, беременность, не назначают детям в возрасте до двух лет.