ZWIĄZKI BIOLOGICZNIE CZYNNE POCHODZENIA … · zwiĄzki biologicznie czynne pochodzenia...
Transcript of ZWIĄZKI BIOLOGICZNIE CZYNNE POCHODZENIA … · zwiĄzki biologicznie czynne pochodzenia...
ZWIĄZKI BIOLOGICZNIE CZYNNE POCHODZENIA NATURALNEGO
DR INŻ. TOMASZ LASKOWSKI
KATEDRA TECHNOLOGII LEKÓW I BIOCHEMII
WYDZIAŁ CHEMICZNY POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ
WYKŁAD DLA SPECJALIZACJI: BIOTECHNOLOGIA LEKÓW
CZĘŚĆ VI: TERPENY I TERPENOIDY
RANGA ZWIĄZKÓW NATURALNYCH
RANGA ZWIĄZKÓW NATURALNYCH
BIOMAKROMOLEKUŁY METABOLITY PIERWOTNE
METABOLITY WTÓRNE
RNA (mRNA, tRNA, etc.) aminokwasy i peptydy fenole i polifenole
DNA cukry flawonoidy
białka strukturalne lipidy terpeny i terpenoidy
enzymy nukleotydy alkaloidy
rybozymy
…oraz wiele ich pochodnych
pochodne poliketydów
…i inne (?) steroidy
…oraz niezliczone ilości ich pochodnych
Pod względem rangi, związki naturalne można podzielić na trzy grupy:
„KREW” DRZEWA W miejscach uszkodzenia drzew (głównie iglastych) pojawia się żywica.
Jej funkcja polega na zabezpieczaniu „ran” drzewa, pełni więc podobną funkcję, co płytki krwi. Dodatkowo, w celu lepszej ochrony organizmu, jej składniki powinny działać bakteriobójczo. Żywica znajduje się specjalnych przestrzeniach międzykomórkowych lub w dedykowanych kanalikach, które biegną przez cały pień oraz gałęzie drzewa.
Destylat z żywicy (destylacja z parą wodną) nazywa się terpentyną.
Jednym z głównych składników terpentyny są węglowodory o wzorze sumarycznym (C5H8)n, które na cześć terpentyny nazwano terpenami.
Pochodne terpenów, tj. związki zawierające – prócz szkieletu węglowodorowego terpenu – dowolne heteroatomy nazywa się terpenoidami.
Ogólny wzór sumaryczny terpenów - (C5H8)n - wyraźne sugeruje, że terpeny zbudowane są z jakiejś jednostki budulcowej. Tą jednostką jest izopren.
IZOPREN – JEDNOSTKA BUDULCOWA
Izopren, a także pozostałe terpeny są produktami szlaku kwasu mewalonowego, który jest jednym z najstarszych ewolucyjnie szlaków.
IZOPREN – JEDNOSTKA BUDULCOWA
Izopren, a także pozostałe terpeny są produktami szlaku kwasu mewalonowego, który jest jednym z najstarszych ewolucyjnie szlaków.
IZOPREN – JEDNOSTKA BUDULCOWA
Izopren, a także pozostałe terpeny są produktami szlaku kwasu mewalonowego, który jest jednym z najstarszych ewolucyjnie szlaków.
IZOPREN – JEDNOSTKA BUDULCOWA
Terpeny i terpenoidy to jedna z najbardziej licznych grup metabolitów wtórnych. Zawiera dosłownie tysiące przedstawicieli, m.in.:
monoterpeny: ocymen, myrcen, limonen, p-cymen, α- i β-pinen, karen, sabinen, kamfen;
monoterpenoidy: geraniol, cytral, cytronellol, linalool, halomon, mentol, tymol, karwakrol, kamfora, borneol, eukaliptol, tujon;
seskwiterpeny: zingiberen, humulen, kariofilen, kadinen, wetiwazulen, gwajazulen, longifolen, kopaen, eudesman;
seskwiterpenoidy: paczulol, farnezol, santonina, diktioforyna A i B, knicyna;
diterpeny: sklaren, stemaren, taksadien, labdan, cembren A;
diterpenoidy: kwas abietynowy, afidiokolina, kafestol, ferruginol, forskolina, guanakastafen A, kahweol, stewiol, tiamulina;
triterpeny: skwalen, oleanan, ursan;
triterpenoidy: ambreina, kwas ganoderowy, lanosterol, cholesterol, ergosterol, progesteron i wszystkie amiryny, onoceryna, kwas betulinowy, kwas ursolowy…
…i wiele, wiele innych.
TERPENY I TERPENOIDY
(4R)-(+)-1-metylo-4-(1-metyloetenylo)cykoheksan
LIMONEN
Skąd: olejek ze słodkich pomarańczy brazylijskich, Citrus sinensis L. (Rutaceae)
C10H16, MW 136.23
Bezbarwa ciecz, bp 177-178°C, bp 42-43 °C (900 Pa)
[α]25D +114.0° (c 0.264 g/mL, etanol)
Limonen jest dostępny komercyjnie.
Synonimy: D-(+)-Limonen, (+)-α-Limonen, (+)-Dipenten, (R)-p-Menta-1,8-dien.
LIMONEN - IZOLACJA
UV-VIS + DICHROIZM KOŁOWY
Absoprcja w UV-VIS charakterystyczna dla wiązań C=C.
Słaby dodatni efekt Cottona = obecność chiralnie zaburzonego chromoforu.
LIMONEN – BADANIA STRUKTURALNE
IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI)
Charakterystyczne drgania: rozciągające =C-H, -C-H, C=C, nożycowe symetryczne i asymetryczne –CH3.
LIMONEN – BADANIA STRUKTURALNE
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)
LIMONEN – BADANIA STRUKTURALNE
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) - GCOSY
LIMONEN – BADANIA STRUKTURALNE
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) – DEPT, HSQC, HMBC
LIMONEN – BADANIA STRUKTURALNE
SPEKTROMETRIA MAS
LIMONEN – BADANIA STRUKTURALNE
W rozpadach jonów fragmentacyjnych preferowane jest odrzucanie obojętnych cząstek. Odrzucenie izoprenu to główna ścieżka rozpadu limonenu.
Limonen występuje w dwóch formach (R i S, zwyczajowo L i D). Ich mieszaninę racemiczną nazywa się często dipentenem.
Ekologia chemiczna: limonen odpowiada za zapach owoców cytrusowych i jest uwalniany do atmosfery, gdzie odpowiada za tworzenie „smogu” fotochemicznego.
LIMONEN – BIOGENEZA
(1R,2S,5R)-5-metylo-2-izopropylocykloheksanol
MENTOL
Skąd: olejek z mięty pieprzowej, Mentha arvensis var. piperascens L. (Lamiaceae)
C10H20O, MW 156.26
Bezbarwne kryształy, mp 40-42 °C,
[α]25D –50.7° (c 0.050 g/mL, etanol)
Dostępny komercyjnie.
Synonimy: alkohol mentylowy, (-)-mentol.
(1R,2S,5R)-5-metylo-2-izopropylocykloheksanol
Istnieje 8 diastereoizomerycznych form mentolu i każda posiada aktywność biologiczną.
MENTOL
MENTOL - IZOLACJA
UV-VIS + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI)
MENTOL – BADANIA STRUKTURALNE
Brak charakterystycznych pasm absorpcji w UV-VIS.
IR: rozciągające O-H, -C-H, -C-O; deformacyjne nożycowe symetryczne i asymetryczne –CH3, -CH2-; prawdopodobnie deformacyjne O-H poza płaszczyznę.
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)
MENTOL – BADANIA STRUKTURALNE
dublet septetów
NMR – DQF-COSY (C6D6)
MENTOL – BADANIA STRUKTURALNE
1
1
7
7
2
2
6e
6e
6a
6a
8
8
9
9
NMR – EDYTOWANE HSQC (CDCl3)
MENTOL – BADANIA STRUKTURALNE
NMR – NOESY (CDCl3)
MENTOL – BADANIA STRUKTURALNE
SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS)
MENTOL – BADANIA STRUKTURALNE
+
odrzucenie rodnika izoprenowego (?), m/z = 71
Generowanie centrum asymetrii na węglu 2 odbywa się na etapie 3, na węglu 1 – na etapie 4, zaś na węglu 5 – na etapie transformacji izopiperitenolu do mentolu.
MENTOL – BIOGENEZA
(1S,4R,5R)-4-metylo-1-izopropylobicyklo[3.1.0]heksan-3-on [α-tujon] (1S,4S,5R)-4-metylo-1-izopropylobicyklo[3.1.0]heksan-3-on [β-tujon]
TUJONY
C10H16O, MW 152,24
Bezbarwna, lepka ciecz, bp 198 do 203 °C [pod ciśnieniem otoczenia]
Uwaga! W stanie wolnym tujony są toksyczne.
α-tujon Skąd: szałwia lekarska (S), Salvia officinalis L. (Lamiaceae) [α]20
D -19.2°. Dostępny komercyjnie.
β-tujon Skąd: bylica piołun (W), Artemisia absinthium L. (Asteraceae) [α]20
D +72.5°. Niedostępny komercyjnie.
TUJONY - IZOLACJA
UV-VIS + CD + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI)
TUJONY – BADANIA STRUKTURALNE
Absorpcja UV-VIS charakterystyczna dla ketonu. α-tujon (S) i β-tujon (W) w widmach CD wykazują przeciwne efekty Cottona.
IR: rozciągające -C-H, -C=O; deformacyjne nożycowe symetryczne i asymetryczne –CH3, -CH2-, drgania C-C cyklopropanu.
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)
TUJONY – BADANIA STRUKTURALNE
S W
NMR – DQF-COSY + HSQC
TUJONY – BADANIA STRUKTURALNE
NMR – HMBC
TUJONY – BADANIA STRUKTURALNE
S W
Zaznaczone sygnały korelacyjne dowodzą istnienia pierścienia bicyklicznego [3.1.0].
SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS)
TUJONY – BADANIA STRUKTURALNE
Ekologia chemiczna: tujony mają właśności przeciwpasożytnicze, fungistatyczne i antybakteryjne. Działanie przeciwpasożytnicze jest możliwe w obliczu faktu, że tujon jest neurotoksyną oddziałującą na receptory GABA.
Tujon nie może być dodawany do żywności, może jednak występować w niej naturalnie w stężeniach określanych przez odpowiednie normy.
TUJONY – BIOGENEZA
Ester (3R)-(3aR,4S,6E,10Z,11aR)-2,3,3a,4,5,8,9,11,a-oktahydro-10-(hydroksymetylo)-6-metylo-3-metyleno-2-oksocyklodeka[b]furan-4-ylowy kwasu 3,4-dihydroksy-2-metylenobutanowego
KNICYNA
Skąd: liście drapacza lekarskiego, Cnicus benedictus L. (Asteraceae)
C20H26O7, MW 378.42
Białawe, eleganckie szpilki, mp 330-335 °C
[α]20D +142° (c = 0.01 g/mL, etanol)
Knicyna jest dostępna komercyjnie.
KNICYNA - IZOLACJA
UV-VIS + CD + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI)
KNICYNA – BADANIA STRUKTURALNE
Absorpcja UV-VIS charakterystyczna dla estru ze sprzężonym wiązaniem podwójnym. Widmo CD: silny, dodatni efekt Cottona.
IR: rozciągające –O-H, -C-H, -C=O, -C-O; deformacyjne nożycowe symetryczne i asymetryczne –CH3, -CH2-, deformacyjne –O-H poza płaszczyznę.
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)
KNICYNA – BADANIA STRUKTURALNE
NMR – DQF-COSY + HSQC
KNICYNA – BADANIA STRUKTURALNE
NMR – HMBC
KNICYNA – BADANIA STRUKTURALNE
NMR – NOESY
KNICYNA – BADANIA STRUKTURALNE
SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS)
KNICYNA – BADANIA STRUKTURALNE
KNICYNA – BIOGENEZA
(2S,2’S,4aR,4’aR,5S,5’S,8aR,8’aR)-5,5’-(1,2-etanodiylo)bis(dekahydro-1,1,4a-trimetylo-6-metyleno-2-naftalenol)
ONOCERYNA
Skąd: korzeń wilżyny ciernistej, Ononis spinosa L. (Fabaceae or Leguminosae)
C30H50O2, MW 442.72
Bezbarwne kryształy, mp 208-210 °C
[α]21D +17.1° (c 0.0007 g/mL, chloroform)
α-onoceryna jest dostępna komercyjnie.
ONOCERYNA - IZOLACJA
UV-VIS + CD + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI)
ONOCERYNA – BADANIA STRUKTURALNE
Absorpcja UV-VIS charakterystyczna dla wiązania podwójnego. Widmo CD: silny, ujemny efekt Cottona.
IR: rozciągające –O-H, =C-H, -C-H, -C=C-, -C-O; deformacyjne nożycowe symetryczne i asymetryczne –CH3, -CH2-, deformacyjne –O-H poza płaszczyznę.
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)
ONOCERYNA – BADANIA STRUKTURALNE
NMR – DQF-COSY + NOESY
ONOCERYNA – BADANIA STRUKTURALNE
SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS)
ONOCERYNA – BADANIA STRUKTURALNE
ONOCERYNA – BIOGENEZA
HO
OH