ZWIĄZKI BIOLOGICZNIE CZYNNE POCHODZENIA NATURALNEGO

Transkrypt

1 ZWIĄZKI BIOLOGICZNIE CZYNNE POCHODZENIA NATURALNEGO WYKŁAD DLA SPECJALIZACJI: BIOTECHNOLOGIA LEKÓW DR INŻ. TOMASZ LASKOWSKI KATEDRA TECHNOLOGII LEKÓW I BIOCHEMII WYDZIAŁ CHEMICZNY POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ

2 CZĘŚĆ VI: TERPENY I TERPENOIDY

3 RANGA ZWIĄZKÓW NATURALNYCH Pod względem rangi, związki naturalne można podzielić na trzy grupy: BIOMAKROMOLEKUŁY RANGA ZWIĄZKÓW NATURALNYCH 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 i inne (?) oraz wiele ich pochodnych pochodne poliketydów steroidy oraz niezliczone ilości ich pochodnych

4 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 (C 5 H 8 ) n, które na cześć terpentyny nazwano terpenami. Pochodne terpenów, tj. związki zawierające prócz szkieletu węglowodorowego terpenu dowolne heteroatomy nazywa się terpenoidami.

5 IZOPREN JEDNOSTKA BUDULCOWA Ogólny wzór sumaryczny terpenów - (C 5 H 8 ) n - wyraźne sugeruje, że terpeny zbudowane są z jakiejś jednostki budulcowej. Tą jednostką jest izopren.

6 IZOPREN JEDNOSTKA BUDULCOWA Izopren, a także pozostałe terpeny są produktami szlaku kwasu mewalonowego, który jest jednym z najstarszych ewolucyjnie szlaków.

7 IZOPREN JEDNOSTKA BUDULCOWA Izopren, a także pozostałe terpeny są produktami szlaku kwasu mewalonowego, który jest jednym z najstarszych ewolucyjnie szlaków.

8 IZOPREN JEDNOSTKA BUDULCOWA Izopren, a także pozostałe terpeny są produktami szlaku kwasu mewalonowego, który jest jednym z najstarszych ewolucyjnie szlaków.

9 TERPENY I TERPENOIDY 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.

10 LIMONEN (4R)-(+)-1-metylo-4-(1-metyloetenylo)cykoheksan Skąd: olejek ze słodkich pomarańczy brazylijskich, Citrus sinensis L. (Rutaceae) C 10 H 16, MW Bezbarwa ciecz, bp C, bp C (900 Pa) [α] 25 D (c g/ml, etanol) Limonen jest dostępny komercyjnie. Synonimy: D-(+)-Limonen, (+)-α-limonen, (+)-Dipenten, (R)-p-Menta-1,8-dien.

11 LIMONEN - IZOLACJA

12 LIMONEN BADANIA STRUKTURALNE UV-VIS + DICHROIZM KOŁOWY Absoprcja w UV-VIS charakterystyczna dla wiązań C=C. Słaby dodatni efekt Cottona = obecność chiralnie zaburzonego chromoforu.

13 LIMONEN BADANIA STRUKTURALNE IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI) Charakterystyczne drgania: rozciągające =C-H, -C-H, C=C, nożycowe symetryczne i asymetryczne CH 3.

14 LIMONEN BADANIA STRUKTURALNE NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)

15 LIMONEN BADANIA STRUKTURALNE NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) - GCOSY

16 LIMONEN BADANIA STRUKTURALNE NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) DEPT, HSQC, HMBC

17 LIMONEN BADANIA STRUKTURALNE SPEKTROMETRIA MAS W rozpadach jonów fragmentacyjnych preferowane jest odrzucanie obojętnych cząstek. Odrzucenie izoprenu to główna ścieżka rozpadu limonenu.

18 LIMONEN BIOGENEZA 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.

19 MENTOL (1R,2S,5R)-5-metylo-2-izopropylocykloheksanol Skąd: olejek z mięty pieprzowej, Mentha arvensis var. piperascens L. (Lamiaceae) C 10 H 20 O, MW Bezbarwne kryształy, mp C, [α] 25 D 50.7 (c g/ml, etanol) Dostępny komercyjnie. Synonimy: alkohol mentylowy, (-)-mentol.

20 MENTOL (1R,2S,5R)-5-metylo-2-izopropylocykloheksanol Istnieje 8 diastereoizomerycznych form mentolu i każda posiada aktywność biologiczną.

21 MENTOL - IZOLACJA

22 MENTOL BADANIA STRUKTURALNE UV-VIS + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI) Brak charakterystycznych pasm absorpcji w UV-VIS. IR: rozciągające O-H, -C-H, -C-O; deformacyjne nożycowe symetryczne i asymetryczne CH 3, -CH 2 -; prawdopodobnie deformacyjne O-H poza płaszczyznę.

23 MENTOL BADANIA STRUKTURALNE NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dublet septetów

24 MENTOL BADANIA STRUKTURALNE NMR DQF-COSY (C 6 D 6 ) e 2 6a 9 8 6a 2 6e 7 1

25 MENTOL BADANIA STRUKTURALNE NMR EDYTOWANE HSQC (CDCl 3 )

26 MENTOL BADANIA STRUKTURALNE NMR NOESY (CDCl 3 )

27 MENTOL BADANIA STRUKTURALNE SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS) + odrzucenie rodnika izoprenowego (?), m/z = 71

28 MENTOL BIOGENEZA 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.

29 TUJONY (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] C 10 H 16 O, 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 Dostępny komercyjnie. β-tujon Skąd: bylica piołun (W), Artemisia absinthium L. (Asteraceae) [α] 20 D Niedostępny komercyjnie.

30 TUJONY - IZOLACJA

31 TUJONY BADANIA STRUKTURALNE UV-VIS + CD + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI) 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 CH 3, -CH 2 -, drgania C-C cyklopropanu.

32 TUJONY BADANIA STRUKTURALNE NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) S W

33 TUJONY BADANIA STRUKTURALNE NMR DQF-COSY + HSQC

34 TUJONY BADANIA STRUKTURALNE NMR HMBC S W Zaznaczone sygnały korelacyjne dowodzą istnienia pierścienia bicyklicznego [3.1.0].

35 TUJONY BADANIA STRUKTURALNE SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS)

36 TUJONY BIOGENEZA 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.

37 KNICYNA 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 Skąd: liście drapacza lekarskiego, Cnicus benedictus L. (Asteraceae) C 20 H 26 O 7, MW Białawe, eleganckie szpilki, mp C [α] 20 D +142 (c = 0.01 g/ml, etanol) Knicyna jest dostępna komercyjnie.

38 KNICYNA - IZOLACJA

39 KNICYNA BADANIA STRUKTURALNE UV-VIS + CD + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI) 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 CH 3, -CH 2 -, deformacyjne O-H poza płaszczyznę.

40 KNICYNA BADANIA STRUKTURALNE NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)

41 KNICYNA BADANIA STRUKTURALNE NMR DQF-COSY + HSQC

42 KNICYNA BADANIA STRUKTURALNE NMR HMBC

43 KNICYNA BADANIA STRUKTURALNE NMR NOESY

44 KNICYNA BADANIA STRUKTURALNE SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS)

45 KNICYNA BIOGENEZA

46 ONOCERYNA (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) Skąd: korzeń wilżyny ciernistej, Ononis spinosa L. (Fabaceae or Leguminosae) C 30 H 50 O 2, MW Bezbarwne kryształy, mp C [α] 21 D (c g/ml, chloroform) α-onoceryna jest dostępna komercyjnie.

47 ONOCERYNA - IZOLACJA

48 ONOCERYNA BADANIA STRUKTURALNE UV-VIS + CD + IR (SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI) 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 CH 3, -CH 2 -, deformacyjne O-H poza płaszczyznę.

49 ONOCERYNA BADANIA STRUKTURALNE NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY)

50 ONOCERYNA BADANIA STRUKTURALNE NMR DQF-COSY + NOESY

51 ONOCERYNA BADANIA STRUKTURALNE SPEKTROMETRIA MAS (ESI-MS)

52 ONOCERYNA BIOGENEZA OH HO