Изопреноиды

1. ИЗОПРЕНОИДЫ

HO
HO
Подготовил:
Студент 1 курса
Группы 31ПГОБ-м
Егиазарян Хануи
O
OH

2.

Изопреноидами называют обширную
группу природных в-в, С-скелет которых
можно представить как комбинацию из
различного количества пятиуглеродных
единиц со скелетом изопрена.
Структура любого изопреноида может
быть условно разбита на изопентановые
(изопреновые) остатки, которые чаще
всего соединены между собой по
принципу «голова к хвосту» (изопреновое
правило).

3.

Изопреноиды обладают широким спектром биологического
действия. Изопреноидные соединения в природе найдены
практически во всех формах живого. Они образуются в живых
клетках из мевалоновой (R-3,5-дигидрокси-3-метилпентановой)
кислоты:
HO
HO
O
OH

4.

В растениях на основе изопрена
синтезируется множество душистых веществ и
эфирных масел. Напр. терпены ментол,
камфора и др.
Сод-ие изопреноидов в природных
объектах колеблется в широких пределах.
Так, напр. растения хвойных пород
древесины содержат много соединений
данного класса, что позволяет выделять
многие из них в промышленном масштабе
(пинены, терпинены, камфора, смоляные
кислоты, каучук и т. п.).

5.

В то же время растения семейства
сложноцветных выделяют в виде
эфирных масел богатую гамму
изопреноидных в-в, но обычно с
небольшим, а зачастую с крайне низким
сод-ем каждого из них.
В животных организмах изопреноиды
содержатся в небольших кол-вах и в
очень малом ассортименте.

6.

КЛАССИФИКАЦИЯ,
НОМЕНКЛАТУРА, СТРОЕНИЕ
Изопреноиды подразделяют на:
терпены,
терпеноиды,
каротиноиды,
каучуки,
некоторые витамины и др.

7.

Терпены – углеводороды,
преимущественно ненасыщенные,
соответствующие по структуре и составу
изопреновому правилу.
Термин «терпены» происходит от латинского
слова turpentine – скипидар.
Терпеноиды – функциональные
производные терпеновых углеводородов
(преимущественно O-содержащие –
гидроксил-, карбонил-,
карбоксилпроизводные, эфирные и
сложноэфирные) и соединения с
нарушенной изопреноидной структурой.

8.

Большинство терпеновых
углеводородов имеют общую формулу
(С5Н8)n
Терпены и их О-содержащие производные
классифицируют на группы в зависимости
от:
– количества изопреновых остатков;
– строения С-скелета.
По кол-ву изопреновых остатков
различают:

9.

Количество
С-атомов
Класс
С5
Гемитерпены
С10
Монотерпены
С15
Сеcквитерпены
С20
Дитерпены
С30
Тритерпены
С40
Тетратерпены
(каротиноиды)
Политерпены (каучук,
гуттаперча)
(С5)n

10.

В зависимости от строения C-скелета
терпены и терпеноиды подразделяют на:
алифатические (ациклические)
циклические (моно-, ди- и
полициклические).
Изопреновые звенья в большинстве
терпенов, как линейного, так и
циклического строения, последовательно
связаны друг с другом по типу «голова к
хвосту».

11.

+
голова
хвост
изопрен
мирцен

12.

Номенклатура изопреноидов основана
на симбиозе тривиальных названий и
номенклатуры IUPAC.
Наименования ключевых соединений
обычно имеют тривиальные названия,
определяющиеся, как правило, по
природному источнику, в котором они
были впервые обнаружены.
Названия производных строят по
правилам номенклатуры IUPAC,
используя эти тривиальные названия в
качестве родоначальных.

13.

ГЕМИТЕРПЕНЫ
Гемитерпены являются самым
немногочисленным классом
изопреноидов.
(Представители гемитерпенов были найдены в природных
источниках лишь в последнее время, причем отнесение некоторых из них
к классу изопреноидов является спорным.)

14.

Простейший представитель гемитерпенов
изопрен был найден в природных объектах
повсеместно (в высших растениях, плесневых грибах,
водорослях, животных, гетеротропных бактериях и др.) в
очень малых кол-вах.
На основании общности C-скелета к гемитерпенам могут
быть формально отнесены некоторые природные
карбоновые к-ты.

15.

O
O
OH
OH
изовалериановая
ангелиновая
O
O
O
OH
сенецивая
OH
итаконовая
OH
O
O
OH
OH
OH
тиглиновая
сарациновая

16.

Монотерпены
Практически все терпены и терпеноиды, кроме гемитерпенов,
внутри каждого класса подразделяют
по типу C-скелета и,
в первую очередь, по степени его цикличности.
Различают ациклические,
моно- и бициклические монотерпены.

17.

Ациклические монотерпены
в природе представлены
ненасыщенными соединениями и
отличаются друг от друга кол-вом и
положением двойных связей и наличием
функциональных гр. (преимущественно
спиртовых, реже карбонильных и
карбоксильных).
Их С-скелет, как правило, имеет
структуру 2,6-диметилоктана.

18.

Циклические монотерпены
Наиболее распространены в природе
моноциклические терпены
ментанового ряда:
7
6
5
10
1
4
8
2
3
9
1-метил-4-изопропилциклогексан

19.

• Бициклические
Наибольшим содержанием
бициклических монотерпенов
характеризуется живица хвойных
пород деревьев.
Наибольший интерес представляют
производные углеводородов карана,
пинана и камфана.

20.

каран
пинан
камфан

21.

Сеcквитерпены
- самая обширная группа среди всех
изопреноидов.
Сеcквитерпены классифицируют
по степени циклизации С-скелета:
ациклические (фарнезаны),
циклические (моно- и бициклические).
Кроме того в классификации
учитывается также и пространственная
структура молекул.

22.

Дитерпены
В отличие от сеcквитерпенов значительно в
меньшей степени представлены в растительном мире.
Они в значительных кол-вах сод-ся в
смоле хвойных пород растений, а также
входят в состав морских организмов и
микроорганизмов. В основу
классификации дитерпенов также
положена степень циклизации
С-скелета.

23.

К этой группе терпенов (трициклические)
относятся
• смоляные кислоты С19Н29СООН.
Главным компонентом смоляных кислот
явл-ся левопимаровая кислота.
• При производстве скипидара под
действием Т и повышенной кислотности
она изомеризуется в
• абиетиновую к-ту.

24.

Тритерпены
Широко распространены в природе –
находятся в растениях, животных, морских
организмах, микроорганизмах. От других
изопреноидов они отличаются меньшим
разнообразием структурных типов.
Другой отличительной особенностью
тритерпеноидов явл-ся наличие в их
структуре
деградированного
С-скелета.
Такие
деградированные
соединения
образуют особую группу изопреноидов,
называемую стероидами.

25.

Наиболее простым и единственным
ациклическим представителем
тритерпеноидов явл-ся ациклический
полиненасыщенный углеводород
сквален
сквален С30Н50 (дигидротритерпен)

26.

К важным природным стероидам
относятся желчные к-ты, мужские и
женские половые гормоны, гормоны
надпочечников, сердечные гликозиды,
алколоиды.
К стероидам растительного
происхождения, так называемым
фитостеролам или фитостеринам,
относятся ситостерол, стигмастерол
(сод-ся в масле зародышей семян
пшеницы, соевом масле), фукостерол (в
бурых водорослях).

27.

НО
Стигмастерол

28.

Тетратерпены
Представлены одной структурной группой–
каротиноидами (растительными пигментами).
Название каротиноиды происходит от латинского слова carota –
морковь – и греческого eidos – вид.
В природе они синтезируются в основном
растительными
организмами,
причем
встречаются как в свободном состоянии, так и
в виде гликозидов, каротинпротеинов или
эфиров, образованных с одной или более
молекулами жирных кислот.

29.

Животные организмы получают
каротиноиды с питанием.
Молекулы всех каротиноидов включают
длинные цепи сопряженных двойных связей –
явл--ся полиенами.
Их сопряженные системы представляют
собой хромофорную группировку, благодаря
чему они имеют окраску от желтого до
красного цвета.
На цвет также оказывают влияние число
кратных связей и различные функциональные
группы (OH, C=O и др.).

30.

Все каротиноиды по степени
поглощения света подразделяются на
каротины и ксантофилы.
К каротинам относятся незамещенные
каротиноиды (углеводороды), не сод-ие
кислород. Они обычно окрашены в
оранжевый цвет, например β-каротин.
Каротиноиды, в молекулах которых
имеются О-содержащие функц. гр.,
называются ксантофилами. Ксантофилы
имеют более широкий диапазон
окраски – от желтой до красной.

31.

Продукты биотрансформации
каротиноидов (апо-, секо- и норкаротиноиды)
явл-ся ароматными в-вами, которые
определяют запах цветов и пищевых
продуктов.
Многие каротиноиды явл-ся
предшественниками витамина А.

32.

В зависимости от степени циклизации
С-скелета каротиноиды подразделяют на
3 подгруппы:
ациклические,
моноциклогексановые – каротиноиды,
молекулы которых имеют на одном
конце С-цепи циклогексановый
фрагмент;
дициклогексановые – каротиноиды,
имеющие два циклогексановых
фрагмента на концах С-цепи.

33.

Политерпены
• Главными представителями
политерпенов явл-ся натуральный
каучук и гуттаперча.
• Каучук добывают из млечного сока
(латекса) растений каучуконосов (гевея,
кок-сагыз и др.). Сод-ся каучук также в
фикусе и одуванчике обыкновенном.
• Для извлечения каучука латекс
коагулируют орг. к-ами.

34.

СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ
ИЗОПРЕНОИДОВ
Для извлечения и выделения
изопреноидов из натурального сырья
применяется много технологий,
использующих в том числе и
классические приемы
экспериментальной органической
химии:

35.

экстракцию органическими
растворителями;
ректификацию;
перегонку с водяным паром;
высаливание;
осаждение;
кристаллизацию;
хроматографию.

36.

Синтетическим путем в пром-сти
получают лишь ограниченное число
изопреноидных соединений, сод-ие
которых в природных объектах невелико
и технология синтеза которых имеет
преимущества перед технологиями
выделения из природных источников.

37.

Гидратацией
лимонена
получают
терпин (двухатомный спирт), который
образует с водой кристаллогидрат –
терпингидрат,
используемый
в
медицине как отхаркивающее средство
при
хроническом
бронхите.
Дегидратацией
терпина
или
терпингидрата получают смесь спиртов
α-, β-, γ-терпинеолов:

38.

НО
НО
2НОН
. Н2О
Н2О
ОН
ОН
лимонен
терпин
терпингидрат
H3PO4
- Н2О

39.

Строение
изопреноидов
(наличие
двойных
связей
и
различных
функциональных групп) предопределяет
их химические свойства.
Кроме
того,
для
изопреноидных
соединений реакции зачастую сопровождаются
различными перегруппировками и сложными
превращениями стереохимической природы,
которые
обусловлены
структурными
особенностями каждого типа изопреноидов.

40.

Как было отмечено выше, многие
терпены и терпеноиды входят в состав
эфирных масел растений и придают им
своеобразные запахи, на чем и основано
их применение в парфюмерной и
косметической промышленности.

41.

Установлено,
что
отдельные
терпеноиды
по
сути
являются
биорегуляторами,
используемыми
насекомыми как средство передачи
внутривидовой
информации.
Так,
цитраль и гераниол выделяются в
небольших кол-вах пчелами при поиске
нектара и привлекают других пчел. Такие
соединения называют феромонами.