Кумарины и хромоны
| Вид материала | Документы |
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)
- 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)
- 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)
- 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
- 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.
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.
- 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.
- 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).
Идентифицируют кумарины по характерной флюоресценции в УФ свете или проявляют хромогенными реактивами. В качестве проявляющих реактивов служат 1%-ный спиртовый раствор алюминия хлорида, 10%-ный раствор щелочи или пары аммиака.
Широкие возможности для обнаружения в растениях и сырье кумаринов, не только их суммы, но и отдельных соединений, открылись после внедрения хроматографического анализа. При этом указанные реактивы используют и для обработки хроматограмм.
4. Хроматографические методы удобны для выделения индивидуальных кумаринов.
Количественное определение.
Для количественного определения кумаринов в лекарственном РС используют гравиметрические, титриметрические и физико- химические методы анализа.
1. Гравиметрический (весовой) метод.
Основан на избирательной растворимости отдельных кумаринов в различных растворителях и способности лактонного кольца кумарина к раскрытию и обратному замыканию в зависимости от рН среды.
Используется редко только для определения суммы кумаринов.
2. Фотоэпектроколориметрический метод.
Основан на измерении оптической плотности окрашенного раствора, полученного
по реакции азосочетания с солями диазония при определенной длине волны.
Содержание суммы кумаринов рассчитывают по калибровочному графику, построенному по известному веществу.
3. Спектрофотометрический метод.
Основан на способности кумаринов поглощать монохроматический свет при определенной длине волны в зависимости от концентрации исследуемого раствора.
Метод используется как для определения содержания суммы кумаринов, так и индивидуальных веществ.
Для определения содержания бергаптена и изопимпинеллина в плодах амми большой используют хроматоспектрофотометрический метод.
Получают хлороформное извлечение из плодов амми большой в аппарате Сокслета. Затем методом хроматографии на бумаге в системе растворителей н-гептабензол (4:1) проводят разделение кумаринов, после разделения бергаптен и, изопимпинеллин идентифицируют в УФ-свете по характерному свечению. Каждое вещество отдельно элюируют 95%-ным этанолом и измеряют оптическую плотность растворов с помощью спектрофотометра: бергаптен при длине волны 313 нм, изопимпинеллин - 311 нм. Рассчитывают содержание каждого соединения с учетом удельного показателя поглощения.
Сырьевая база растений, содержащих кумарины.
Лекарственное сырье заготавливают как от дикорастущих, так и культивируемых лекарственных растений.
В диком виде произрастают;
- псоралея костянковая, сем. бобовые (Psoralea drupacea, c. Fabaceae). Встречается в предгорьях Средней Азии и Южного Казахстана;
- вздутоплодник сибирский, сем. сельдерейные (Phlojodicarus sibiricus, c. Apiaceae).
Растет в горно-степных районах Восточной Сибири по склонам сопок;
- донник лекарственный, сем. бобовые (Melilotus officinalis, c. Fabaceae).
Растет по лугам, на пустырях в средней и южной полосе по всей Европейской части, в степных районах Кавказа, Западной Сибири, Средней Азии;
- смоковница обыкновенная (инжир), сем. тутовые (Ficus carica, с. Moraceae) растет в Крыму, на Кавказе, в Средней Азии.
В культуре выращиваются:
- каштан конский, сем. конскокаштановые (Aesculus hippocatanum, с.Hippocastanaceae), широко возделывается как декоративная культура.
- пастернак посевной, сем. сельдерейные (Pastinaca sativa, c. Apiaceae) широко возделывается как пищевое растение. В одичавшем виде встречается на лугах и травянистых склонах.
- амми большая, сем. сельдерейные (Ammi major, c. Apiaceae) возделывается в Краснодарском крае (Северный Кавказ) как промышленная культура.
Особенности сбора, сушки и хранения сырья, содержащего кумарины.
Заготовку сырья, содержащего кумарины, проводят с соблюдением определенных правил техники безопасности.
Кумарины обладают способностью повышать чувствительность кожи к действию УФ-лучей.
В солнечную погоду даже незначительное прикосновение к кумариносодержащим растениям вызывает ожоги. Поэтому, в целях соблюдения техники безопасности, сбор сырья проводят в сухую, но не солнечную погоду, с использованием рукавиц.
Траву донника заготавливают в период цветения, после сушки сырье обмолачивают.
Листья инжира (собирают осенью, после заготовки плодов.
Плоды пастернака и амми большой (заготавливают в период восковой спелости. Плоды псоралеи и плоды и семена каштана конского (собирают в период созревания.
Подземные органы заготавливают в конце лета и осенью.
Сушат сырье в тени или в сушилках при t =50-60 0С.
Хранят сырье в хорошо проветриваемых помещениях без доступа солнечного света.
Пути использования сырья, медицинское применение препаратов, содержащих кумарины.
Сырье, содержащее кумарины, поступает на химико-фармацевтичкские заводы, где получают готовые препараты.
Природные производные кумарина обладают многосторонней биологической активностью.
- Сырье, содержащее простые кумарины, обладает мягчительным действием.
Трава донника используется в виде припарок, способствующих вскрытию и рассасыванию нарывов. Также она входит в состав успокоительный сборов, проявляет успокаивающее и противосудорожное действие.
- Сырье, содержащее оксикумарины, обладает антикоагулянтным действием, оксикумарины препятствуют свертываемости крови, оказывают тонизирующее и Р-витаминное действие.
Для профилактики и лечения тромбозов, тромбофлебитов, тромбоэмболии, геморроя назначают: 1
- «Эсфлазид» - содержит сумму кумаринов (из плодов) и флавоноидов (из листьев) каштана конского (табл. 0,1 N 30); |
- «Эскузан-ликвидум» (Германия) - водно-спиртовый экстракт из каштана конского (по 20 мл). Под названием «Эскузан» выпускается виде драже.
3. Фотосенсибилизирующее (антилейкодермическое) действие.
Фуракумарины обладают способностью повышать чувствительность кожи к действиюУФ-лучей, стимулировать образование пигмента меланина (т.е. способствовать восстановлению пигментации кожи и волос).
4. Также фуранокумарины способствуют росту волос. Для лечения болезни витилиго (лекодермия), гнездовой плешивости, тотального облысения, псориаза назначают препараты:
«Бероксан» - представляет собой смесь ксантотоксина и бергаптена из плодов пастернака посевного (табл. 0,02 N 50; 0,25% и 0,5% растворы по 50 мл).
В Финляндии ксантотоксин выпускают в виде препарата «Пувален» (табл.0,015 N50; 0,01% эмульсия по 50г);
«Аммифурин» - смесь бергаптена, ксантотоксина и изопимпинеллина, выделенных из сырья амми большой (табл.0,02 N 100; 0,3% раствор по 50 мл);
- «Псорален» - смесь псоралена и ангелицина, выделенных из плодов и корней псоралеи костянковой (табл.0,01 N 50; 0,1% спиртовый раствор по 15 мл);
- «Псоберан» - смесь фуранокумаринов псоралена и бергаптена, выделенных из листьев инжира (табл.0,01 N 50; 0,1% раствор по 50 мл). Применяются за 30 минут до еды внутрь или наружно, затем облучают ртутно-кваарцевой лампой или летом выходят на солнце.
5. Коронарорасширяющее и спазмолитическое действие.
Характерно для пиранокумаринов и некоторых фуранокумаринов, на основе которых созданы препараты:
- «Фловерин» - содержит смесь пиранокумаринов (дигидросамидина и виснадина) из корней вздутоплодника сибирского (табл. 0,05 N 100). Применяется при неспецифических ангиоспазмах и эндартериитах различной этиологии;
- «Сафинор» - комбинированный препарат, в состав которого входят:
фловерин, сапарал, рибоксин и калия оротат (табл.0,65 N 50).
Применяется при ишемической болезни сердца, инфаркте миокарда, при тяжелых заболеваниях и нагрузках, которые сопровождаются астеноневротическими реакциями и вегетативной дистонией; для лечения алкоголизма и абстинентных состояний.
- В настоящее время известна противоопухолевая (выражена у кумаринов, выделенных из дягиля лекарственного);
- Р-витаминная (обнаружена у эскулина ), гипотензивная, мочегонная, желчегонная, гармональная и курареподобная активность кумаринов.
Кумарины и фурокумарины токсичны для рыб.
Кумарин оказывает наркотическое действие на земляных червей и кроликов, седативное и гипнотическое действие на мышей, является ядом для овец, собак и лошадей.
Лекарственные растения и сырье,
содержащие хромоны
- Понятие о хромонах.
- Физико-химические свойства хромонов.
- Качественный анализ.
- Сырьевая база, особенности заготовки, сушки, хранения сырья, содержащего хромоны.
- Применение сырья, содержащего хромоны.
Хромоны – это природные фенольные гетероциклические соединения, производные бензо-гамма-пирона.
Хромоны можно рассматривать как продукт конденсации гамма-пиронового и бензольного колец.
хромон (5,6-бензо-γ -пирон)
Фенольные соединения, называемые хромонами, по структуре близки как к кумаринам, так и к флавоноидам, но реже встречаются. В настоящее время известно более 50 производных хромона.
Подобно кумаринам хромоны образуют окси-, метокси- и другие окси-производные.
Хромоны, конденсируясь с фурановым кольцом, образуют фуранохромоны.
келлин виснагин
Фуранохромоны содержатся в плодах амми зубной.
Физико-химические свойства хромонов.
Фуранохромоны – белые или желтоватые кристаллические вещества без запаха, горького вкуса. Не растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях (эфир, хлороформ, метанол, этанол).
Большинство хромонов флуоресцируют в УФ-свете желтым или желтовато-зеленым цветом. Интенсивность флуоресценции усиливается под воздействием паров аммиака или после обработки спиртовыми растворами щелочей.
В отличие от кумаринов, хромоны усиливают флуоресценцию в УФ-свете после обработки серной кислотой.
.
Качественный анализ.
В природе обычно присутствуют производные оксихромонов и оксифуранохромонов.
1. Если группа 5-ОН не замещена, то для их идентификации может быть использована реакция с 0,1 % водным раствором уранилацетата (красное, фиолетовое или оранжевое окрашивание или желтый осадок).
- В отличие от флавоноидов хромоны не дают окраски со смесью борной и лимонной кислот.
Количественный анализ.
- Фотоэлектроколориметрический метод.
Используется для определения суммы хромонов в плодах амми зубной.
Получают хлороформное извлечение, удаляют растворитель, сухой остаток хромонов растворяют в серной кислоте и у полученного раствора измеряют оптическую плотность с помощью фотоэлектроколориметра.
- Хроматоспектрофотометрический метод.
Используется для определения келлина в плодах амми зубной.
Метод основан на получении спиртового извлечения, разделения суммы хромонов методом тонкослойной хроматографии и определении оптической плотности элюата келлина с помощью спектрофотометра.
Сырьевая база, особенности заготовки, сушки,
хранения сырья, содержащего хромоны.
Медицинское применение нашли фуранохромоны, выделенные из плодов амми зубной (Ammi visnaga).
Родина амми зубной – страны Средиземноморья. В одичавшем виде встречается на Кавказе.
Для медицинских целей амми зубная культивируется в Молдавии, на Украине, Северном Кавказе.
Сырье заготавливают на плантациях во время созревания плодов. Растения скашивают и после подсыхания обмолачивают
Плоды в сырье могут быть как целыми, так и распавшимися на полуплодики (мерикарпии).
Применение сырья, содержащего хромоны
Из сырья амми зубной на фармацевтических заводах получают препараты, расширяющие коронарные сосуды сердца и бронхи, а также расслабляющие мышечную ткань органов брюшной полости и мускулатуру мочеточников:
- «Келлин» используется как спазмолитическое и седативное средство при стенокардии и бронхиальной астме;
- «Ависан» - препарат, содержащий сумму фуранохромонов, пиранокумаринов и флавоноидов амми зубной.
Является эффективным спазмолитическим средством при спазмах мочеточников, почечных коликах и выведению почечных камней.