CHE 151
Велика кількість природних речовин нерозчинні або слабо розчиняються у воді, але розчиняються в ефірі або інших неполярних розчинниках. Найважливішими з цих речовин є ліпіди («жири»), терпени та стероїди.
17.1 Ліпіди, жири, жирні олії
Цей термін використовується для узагальнення жирів, "жирних олій", воску та фосфоліпідів. Вони є сполуками, які широко поширені як у рослинному, так і в царстві тварин, і всі вони є складними ефірами вищих карбонових кислот.
Ефіри довголанцюгових карбонових кислот та спиртів є основними компонентами тваринного та рослинного воску:
Рослинні та тваринні олії та жири є тристерами 1,2,3-пропантріолу (гліцерину):
Вони також відомі як тригліцериди. Немає хімічної різниці між жирами та оліями; Жири тверді при кімнатній температурі. Масла зазвичай містять більшу частку ненасичених жирних кислот. Їх можна перетворити в тверді жири шляхом каталітичного гідрування.
Деякі з природних жирних кислот наведені нижче:
Ненасичені жирні кислоти зазвичай мають нижчу температуру плавлення, ніж повністю насичені жирні кислоти. Дуже важливим класом природних речовин є біосинтез з арахідонової кислоти:
Простагландини, тромбоксани та простациклін контролюють значне різноманіття фізіологічних функцій, включаючи функції залоз і нервів, розмноження, травлення, дихання, агрегацію тромбоцитів та функції серцево-судинної та ниркової систем. Біосинтез цих метаболітів пригнічується аспірином та іншими нестероїдними протизапальними препаратами (НПЗЗ).
Якщо варити жири з розчином гідроксиду або карбонату, утворюються лужні солі жирних кислот (мила):
Значна частина мила і сьогодні виготовляється шляхом кип’ятіння жирів з водними розчинами NaOH. Після завершення омилення продукт осаджують додаванням хлориду натрію.
Ефект очищення мила заснований на особливій структурі молекул мила. Один кінець молекули містить гідрофільну, негативно заряджену та водорозчинну -COO- групу, інший кінець містить довгий аліфатичний, гідрофобний та нерозчинний у воді вуглецевий ланцюг. Оскільки ця молекула містить довгий гідрофобний ланцюг жирних кислот і полярну головну групу, вони можуть утворювати міцели у водному розчині:
Молекули мила також покривають дрібні крапельки жиру на поверхні тонкою плівкою мильних аніонів, причому ліпофільні ланцюги, в свою чергу, спрямовані всередину жиру. Однак таким чином крапельки жиру заряджаються електрично і відштовхують одна одну, щоб вони не стікали разом, а утворювали емульсію, яку можна тримати у воді. Солі кальцію та магнію молекул жиру погано розчиняються у воді та осаді (кальцифікація електричних приладів, таких як пральні машини тощо).
У наш час застосовуються синтетичні миючі засоби, які не утворюють таких нерозчинних у воді солей металів.
Віск і жири - це ліпіди. Вони служать "паливом" та енергетичним депо та є компонентами біологічних мембран. Важливим класом мембранних ліпідів є фосфоліпіди, ді- та тристери, у яких спирти етерифікуються карбоновими кислотами та фосфорною кислотою. У фосфогліцеридах одна молекула гліцерину естерифікується двома молекулами жирних кислот у сусідніх положеннях та фосфатною одиницею, до якої зв’язаний інший спиртовий заступник, такий як холін або етаноламін, наприклад:
Найважливішими фосфогліцеридами є лецитин і цефалін
Фосфогліцериди можуть не лише утворювати міцели, але й утворювати шар, в якому дві молекули ліпідів завжди знаходяться навпроти один одного. Їх називають ліпідним бішаром:
Ця властивість є надзвичайно чудовою, оскільки розмір міцел зазвичай обмежений (діаметр Сфінголіпідів, які особливо часто зустрічаються в нервовій тканині. Ці ліпіди мають складний дигідроксиамін як основу:
17,2 терпени
З давніх часів з численних рослин, таких як евкаліпт, м’ята перцева, лимонна трава, лимонне дерево, чебрець тощо, добувають більш-менш летючі олії з інтенсивним, переважно приємним запахом. Спочатку подрібнені частини рослини дистилювали безпосередньо, пізніше "ефірні олії" відокремлювали паровою дистиляцією. Сьогодні виявлено понад 30 000 терпенів з усіх форм життя.
Досить рано було визнано, що переважна більшість терпенів містять у своїх молекулах кратні атоми 5С. Найпростіші типи з 10 атомами вуглецю називали монотерпенами, напр. Б.:
Терпени з 15 атомами вуглецю називаються сесквітерпенами:
Терпени з 20 атомами вуглецю називаються дитерпенами, ті з 30 атомами вуглецю - тритерпенами, а ті, що мають 40 атомів вуглецю, - тетратерпенами:
На відміну від інших терпенів, які поділяються на групи залежно від їх молекулярного розміру та природного характеру, але сильно відрізняються за своєю молекулярною формою, стероїди (тритерпени) класифікуються на основі спільної структурної спільності:
У 1921 році Рузічка (ETH Цюріх) визнав, що молекули більшості терпенів можна вважати такими, що складаються з двох або більше молекул ізопрену, причому залишки ізопрену, як правило, пов'язані між собою в положенні головою до хвоста:
Це правило ізопрену було дуже корисним для з'ясування конституції нових терпенів:
Значно пізніше (близько 1955 р.) Виявилося, що біосинтез терпенів насправді починається з двох ізопреноподібних сполук С5 (IPP і DMAPP).
На відміну від інших терпенів, які поділяються на групи залежно від їх молекулярного розміру та природного поширення, але сильно відрізняються за своєю молекулярною формою, стероїди (тритерпени) класифікуються на основі спільної структурної спільності.
17,3 стероїдів
Стероїди поширені в природі, і багато з цих сполук мають фізіологічну активність. Ряд стероїдів діє як гормони; наприклад, статеве дозрівання та фертильність в організмі людини контролюються стероїдними гормонами. У стероїдах три циклогексанові кільця злиті між собою у формі стільця і зазвичай зшиті між собою. Четверте кільце - циклопентан. Загальним для всіх стероїдів є тетрациклічна кільцева структура. Транс-з'єднання кілець забезпечує конформацію повного крісла, в якій метилові групи та атоми водню займають осьове положення в місцях з'єднання кілець:
Групи, які перевищують рівень молекули стероїдів, називаються β-замісниками, групи нижче рівня називаються α-замісниками.
Всі природні стероїди біосинтезуються із сквалену, і тому їх слід розглядати як похідні тритерпену.
Холестерин міститься майже у всіх тканинах тварин і людини, особливо в головному та спинному мозку. Камені в жовчному міхурі можуть повністю складатися з цього. Вважається, що цей стероїд відповідальний за деякі захворювання кровообігу, оскільки він накопичується на артеріальних стінках, викликаючи атеросклероз та серцеві захворювання:
Кортизон, який широко використовується при лікуванні ревматичних захворювань, є одним з гормонів кори надниркових залоз. Ці гормони беруть участь у регуляції електролітного та водного балансу, а також у білковому та вуглеводному обміні.
Статеві гормони можна розділити на три групи; 1) чоловічі андрогени; 2) жіночі естрогени; і 3) гормони вагітності або прогестини:
Структурна подібність стероїдних гормонів надзвичайна, якщо врахувати їх абсолютно різні способи дії.
Багато модифікованих стероїдів також синтезовано у пошуках нових препаратів. Синтетичні стероїди - це активні інгредієнти «таблетки», які діють як контрацептиви, контролюючи менструальний цикл і овуляцію жінки.