Glykosider

Glykosider  är organiska föreningar vars molekyler består av två delar: en kolhydratrest (pyranosid eller furanosid) och ett icke-kolhydratfragment (den så kallade aglykonen ). I en mer allmän mening kan kolhydrater som består av två eller flera monosackaridrester också betraktas som glykosider. Mestadels kristallina, mer sällan amorfa ämnen , lättlösliga i vatten och alkohol .

Glykosider är en omfattande grupp av organiska ämnen som finns i växtvärlden (sällan i djurvärlden) och/eller erhålls syntetiskt. Med syra , alkali , enzymatisk hydrolys delas de upp i två eller flera komponenter - aglykon och kolhydrat (eller flera kolhydrater). Många av glykosiderna är giftiga eller har starka fysiologiska effekter, såsom digitalisglykosider , strophanthus och andra.

Glykosider har fått sitt namn från de grekiska orden glykys  - sweet och eidos  - look, eftersom de bryts ner till en sockerhaltig och icke-sockerdel under hydrolys . Oftast finns glykosider i växternas blad och blommor, mer sällan i andra organ. Sammansättningen av glykosider inkluderar kol , väte , syre , mer sällan kväve ( amygdalin ) och endast några innehåller svavel ( sinalbin , myrosin ).

Studiens historia

Växter som innehåller glykosider har väckt uppmärksamhet sedan urminnes tider. Sålunda använde egyptierna och romarna snäckan ( Drimia maritima ) för att hetsa upp hjärtat. Preparat från frön och bark av strofanthus ( Strophantus hispidus ) användes inte bara för att excitera hjärtaktivitet, utan också för att förgifta pilar. Användningen av fingerborgsblom ( Digitalis purpurea ) för behandling av vattot var känd redan 1785 , när W. Withering först introducerade det i praktisk medicin.

De första försöken att studera ämnen som isolerats från fingerborgsblad går tillbaka till 1809. År 1841 isolerades en blandning av ämnen från samma fingerborgshandske, kallad digitalin [1] ; ännu tidigare isolerade P. Robike (1830) amygdalin från mandlar .

År 1869 isolerade Nativell ganska rent digitoxin från fingerborgsblomma . Åren 1889-1892. E. A. Shatsky publicerade ett antal verk relaterade till glykosider och alkaloider . Glykosidernas kemi fick dock en speciell utveckling sedan 1915, då studierna av Windaus, Jacobs, Stoll och Chesche och andra inom området hjärtglykosider publicerades. Från ryska arbeten är N. N. Zinins studier om bittermandelolja (bitra glykosider), Leman på periplocin , Kurrot på ett antal glykosider, A. E. Chichibabin , som först fick syntetisk amygdalin 1913, kända.

Kemiska och fysikaliska egenskaper

Från den kemiska sidan är glykosider sockerestrar som inte ger karbonylreaktioner, vilket betyder att deras karbonylgrupp av socker är bunden till aglykon, på samma sätt som alkylglykosiderna i syntetiska glykosider.

I glykosidmolekyler är sockerrester kopplade till aglykonen, som är den farmakologiskt aktiva delen av glykosiden, genom en O-, N- eller S-atom.

Sammansättningen av aglykoner inkluderar mestadels hydroxylderivat av den alifatiska eller aromatiska serien. Strukturen hos många naturliga glykosider är inte väl förstått.

När sockerarter interagerar med alkoholer , merkaptaner , fenoler och andra ämnen i närvaro av saltsyra erhålls syntetiska glykosider. Föreningar av detta slag bildas särskilt lätt genom interaktion av hydroxyl eller andra derivat med acetoklor- eller acetobromglukos.

I det fall då glukos bildas under hydrolysen av glykosider , kallas sådana föreningar vanligtvis glukosider , när andra sockerarter bildas, glykosider .

Glykosider är fasta, icke-flyktiga, mestadels välkristalliserade, mindre ofta amorfa ämnen, lättlösliga i vatten och alkohol. Vattenhaltiga lösningar av glykosider har en neutral reaktion.

Även om deras nedbrytning till sockerarter och aglykoner är mycket lätt, finns det även kända glykosider ( saponiner ) som inte sönderdelas ens med utspädda syror (H 2 SO 4 ) under långvarig uppvärmning. När glykosider klyvs av enzymer observeras en viss selektivitet; endast ett visst enzym kan sönderdela en viss glykosid. Mer sällan klyver ett enzym flera glykosider, till exempel klyver emulsin inte bara amygdalin, utan även salicin , esculin [2] , coniferin och några andra glykosider, men klyver inte sinigrin . Jästenzymet bryter ner amygdalin till prunosin , tvärtom, emulsinet bryter ner det till bensaldehydcyanohydrin.

Den hydrolyserande verkan av enzymer är nära relaterad till strukturen hos glykosidmolekylen och asymmetrin hos kolatomerna i sockerarter. Så till exempel spjälkas högervridande α-metylglukosid av invertin, medan dess vänstervridande isomer inte förändras, tvärtom, β-metylglukosid klyvs av emulsin utan att påverka α-isomeren. Naturliga glykosider, klyvda av emulsin, har en vänsterrotation.

Partiell nedbrytning av glykosider sker delvis i själva växten, eftersom enzymet som finns i den (om än i olika celler) ibland kommer i kontakt med den. Detsamma inträffar under vissa omständigheter när växter torkas eller glykosider isoleras från dem. Därför skiljer sig glykosider erhållna från torkade växter ofta kraftigt från glykosider som finns i en färsk växt. I en torkad växt visar enzymer vanligtvis inte sin hydrolytiska verkan, men när de fuktas med vatten, särskilt vid 35-50 ° C, uppstår en intensiv hydrolysreaktion . Vid låga temperaturer, i närvaro av fukt, saktar enzymernas verkan, och vid 0 ° C detekteras det nästan inte. Över 70 °C sker tvärtom inaktivering och förstörelse av enzymer.

I nära anslutning till glukosider, det vill säga glukosestrar, är pentosider eller ramnosider, som vid hydrolys tillsammans med aglykoner bildar ramnos (t.ex. frangulin , quercetin ), ramnoglukosider, som vid hydrolys bildar ramnos, glukos och annat sockerarter (till exempel rutin , hesperidin ).

Klassificering av glykosider

Den tidigare mycket vanliga botaniska klassificeringen används för närvarande endast för glykosider av oidentifierad struktur. Farmakologisk klassificering baserad på den biologiska effekten av glykosider misslyckades också. Den mest lämpliga kemiska klassificeringen baseras på den kemiska strukturen hos aglykoner eller sockerarter som bildas under hydrolysen av glykosider. I det här fallet kallas glykosider sockerarter med tillägg av suffixet "id". Således kallas glykosider som delar av pentos pentosider , och de som delar av hexos  kallas hexosider. De sistnämnda är i sin tur indelade i undergrupper, till exempel kallas de som delar av glukos glukosider, de som delar av fruktos eller galaktos kallas  fruktosider, galaktosider och så vidare.

Kemisk klassificering baserad på arten av de mest karakteristiska grupperna av aglykoner:

  1. Cyanogena eller cyanofora glykosider - bildar cyanvätesyra under hydrolys; t ex amygdalin , prunazin .
  2. Fenolglykosider  - som innehåller en fenolgrupp eller bildar den under hydrolys.
  3. Glykosider från kumaringruppen . Dessa glykosider är utbredda i naturen; dessa inkluderar till exempel kumaringlykosid, skimmine , esculin , daphnin , fraxin . Alla av dem, när de hydrolyseras, sönderdelas till kumarin och socker.
  4. Oxyantrakinonglykosider är brett distribuerade i naturen; de är oftast färgade röda eller gula. Dessa inkluderar många laxermedel, såsom rabarber , senna , havtorn , aloe , som innehåller oxyantrakinonderivat . Vid hydrolys sönderdelas de till di-, trihydroxiantrakinoner och socker.
  5. Glykosinapider  är glykosider som innehåller svavel. För det mesta finns de bland korsblommiga . När de hydrolyseras bildar de senapsolja (eterisk) med deltagande av enzymet myrosin.
  6. Hjärtglykosider som innehåller en perhydrocyklopentanofenantrenstruktur i aglykon och en femledad (lakton) cykel som är karakteristisk för dessa glykosider, tillsammans med en kantig metyl- eller aldehydgrupp vid C10.
  7. Cerebrosider härrörande från djurhjärnor; de är sfingosin d-galaktosider .
  8. Fytosteroliner  är glykosider av steroler (de är brett spridda i naturen, men lite studerade).

Enligt en annan klassificering, beroende på arten av atomerna som bildar en bindning med en aglykon, finns det:

Beroende på aglykonens kemiska natur är medicinska O-glykosider indelade i grupper:

Bildning av glykosider i växter och deras roll

Rollen och betydelsen av glykosider i växter har inte klarlagts tillräckligt. Även om glykosider har olika kemiska sammansättningar är föreningar med lägre molekylvikt mycket vanligare i naturen. Så, till exempel, phaseolunatin (eller lymarin ), som finns i bönor , finns bland familjerna smörblomma , liljor och euphorbia .

Ännu vanligare i naturen är aromatiska glykosider, som är fenoler eller fenolestrar, såsom arbutin , metylarbutin, coniferin . Hesperidin är också nära coniferin , som kan betraktas som en chalcone, "besläktad" med antocyaniner och flavoner. Bildandet av den enklaste chalconen kan ses som kondensation av acetofenon med bensaldehyd .

Under påverkan av oxidationsmedel kan chalkon cyklisera med förlust av två väteatomer och bildandet av flavoner. De senare, i form av föreningar med d-glukos eller ramnos, finns i cellsaven hos många växter; de kan absorbera ultravioletta strålar och skydda klorofyll i växtceller från förstörelse.

Från andra klasser av organiska föreningar är alizarinderivat kända, som bildar ruberitricsyra med två glukospartiklar, som är färgämnet för madder . Detta inkluderar även frangulin (rhamnosid), som är ett derivat av aglukonemodin ( 1,6,8-trioxi-3-metylantrakinon).

När det gäller andra glykosider, med undantag för steroida (hjärtglykosider), har deras roll inte klarlagts tillräckligt. Bland enhjärtbladiga växter hittades representanter med en toxisk effekt, till exempel avenein  - C 14 H 10 O 8 , acorin  - C 36 H 60 O 8 ; bland tvåhjärtbladiga - glykosider av peppar, vattenpeppar, några av dem, såsom fam. Leguminosae , har en toxisk effekt.

Vissa glykosider, såsom Loganiceae- familjen , innehåller kväve och representerar, så att säga, en övergång till alkaloider. De inkluderar purin- och pyrimidinderivat, som spelar en viktig roll i interstitiell andningsprocess; dessa inkluderar guanin d-riboside , känd som vernina . Det finns i groddar från olika växter, i sockerbetsjuice, i hasselnöts- och tallpollen .

Glykosider sprids inte slumpmässigt, men spelar liksom alkaloider eller eteriska oljor en viktig roll i växtlivet. En studie av flavoner ur denna synvinkel har visat att de påskyndar reaktionen mellan väteperoxid , peroxidas och askorbinsyra , och omvandlar den senare till dehydroaskorbinsyra.

Det visade sig att flavoner katalyserar oxidationsreaktionen 50–100 gånger kraftigare än pyrokatekol.

Den energi som frigörs under växtrespiration förbrukas i olika endotermiska syntesprocesser; på grund av denna energi sker syntesen av organiska syror i suckulenter .

När det gäller steroidglykosider är de enligt Rosenheim bildade av kolhydrater. Wieland, tvärtom, tror att modersubstansen i steroler är oljesyra , som under biologiska processer förvandlas till cibeton , som oxiderar och samtidigt formas till dimetylhexahydrocybeton. Robinson associerar steroler med skvalen, som är nära terpener och karotenoider . Neuberg tillåter bildandet av steroler från kolhydrater; under biokemisk klyvning isolerades lykopen och dess mono- och bicykliska kondensationsprodukter från dem . Eftersom asafron, som bildas under nedbrytningen av karoten under cyklisering och hydrering, övergår till en tetracyklisk syra relaterad till kolansyra, kan man anta att steroler verkligen bildas av kolhydrater.

Isolering av glykosider från växter

Metoder för att isolera glykosider från växter är mycket olika och beror på glykosidernas natur och deras förhållande till lösningsmedel. Ofta är isolering förenad med stora svårigheter på grund av deras lätta nedbrytbarhet. Vanligtvis, vid isolering av glykosider, är användningen av syror och alkalier, såväl som enzymer som bryter ned glykosider, utesluten. För detta ändamål behandlas växten med alkohol i närvaro av alkaliska medel (soda, kaliumklorid , etc.) och extraheras sedan med lämpliga lösningsmedel (vatten, alkohol, eter, kloroform , dikloretan , etylacetat, etc.) vid en lämplig temperatur. Ibland omvandlas glykosider till olösliga, lättrenade föreningar och sönderdelas sedan för att isolera dem i sin rena form.

Det krossade växtmaterialet utsätts för extraktion i diffusorer (perkolatorer) och sedan rening för att avlägsna tanniner, färgämnen, slemhinnor, protein och andra ämnen, så kallade "ballast".

Med tanke på det vanligtvis låga innehållet av glykosider i växter är det ofta begränsat till att isolera inte enskilda ämnen, utan deras blandningar i form av vattenlösningar standardiserade för biologisk verkan på djur. Sådana preparat kallas neogaleniska eller novogaleniska. Vanligtvis innehåller 1 ml av en sådan lösning en viss mängd glykosider, uttryckt i verkningsenheter (ED). Så, till exempel, aktiviteten av glykosider i hjärtgruppen uttrycks i groda (ICE) eller katt (CED) enheter, som kännetecknar den minsta mängden av ett ämne som uppvisar en biologisk effekt på djur. Naturligtvis, om det är möjligt att uttrycka aktiviteten av glykosider i viktenheter, uttrycks de senare i gram (eller milligram).

Särskilt stora svårigheter uppstår vid studiet av växter för att söka efter glykosider. I det här fallet används två huvudriktningar: "lead-metoden" eller differentiell sekventiell extraktion. "Blymetoden" bygger på isolering av växtens beståndsdelar i form av blysalter och separering av de senare efter deras olika löslighet i olika lösningsmedel.

Vid differentiell extraktion extraheras växtmaterialet sekventiellt med olika lösningsmedel och kemikalier och vart och ett av extrakten undersöks.

Kvalitativa reaktioner av glykosider

Glykosider behandlas olika som kemiska medel. Till skillnad från alkaloider ger de vanligtvis inga specifika reaktioner; de reducerar varken Fehlings lösning eller ammoniaklösning av silveroxid. Undantaget är de glykosider vars aglykoner innehåller reducerande grupper. Efter hydrolys av glykosiden genom att koka en vattenlösning med en utspädd lösning av svavelsyra, detekteras det resulterande sockret genom dess reducerande förmåga med Fehlings lösning .

Mer allmänt är enzymatisk klyvning, som inte bara gör det möjligt att fastställa närvaron av en glykosid, utan också att bevisa dess identitet genom att jämföra den med en känd. Oftast görs detta med hjälp av ett emulsinenzym. Alla sådana glykosider har en vänsterrotation i vattenlösningar, medan glukos som härrör från hydrolys har en högerrotation. Baserat på dessa två positioner kännetecknas varje glykosid av sitt enzymolytiska återvinningsindex. Med detta index menas innehållet av glukos, uttryckt i milligram i 100 ml av testlösningen, som bildas under nedbrytningen av glykosiden i den mängd som krävs för att ändra rotationen åt höger med 1° i ett rör 20 cm långt.

Färgreaktioner av glykosider är vanligtvis endast lämpliga i frånvaro av fritt socker. Sålunda ger många glykosider med renad bovin galla och svavelsyra en röd färg, och en alkoholhaltig 20% ​​lösning av α-naftol med koncentrerad svavelsyra ger en blå, violett eller röd färg. En liknande färg uppstår också när β-naftol eller resorcinol används. Glykosider som innehåller fenol eller föreningar med fenolisk hydroxyl som aglykon ger färg med järnklorid. Med vissa glykosider fortskrider reaktionen tydligare när man använder alkoholhaltiga lösningar av reagenset.

Glykosider vars aglykoner innehåller en karbonylgrupp identifieras som hydrazoner , semikarbazoner eller oximer . Vid noggrann acetylering med ättiksyraanhydrid ger många glukosider karakteristiska acetylderivat. Verkan av en acetylerande blandning används ibland för att upptäcka glukos som sockerkomponenten i en glykosid. Dess upptäckt är baserad på omvandlingen av pentaacetylglukos erhållen genom acetylering till pentaacetylglukosyl-p-toluidid under inverkan av p-toluidin. Denna förening är olöslig i alkohol, har en vänsterrotation och har en skarp smältpunkt.

Metoder för kvantitativ bestämning av glykosider

Kvantitativ bestämning av glykosider är viktig vid studiet av växtmaterial och främst medicinska råvaror.

Bestämning av glykosider i vikt efter extraktion med lösningsmedel är mycket svårt, eftersom det först måste isoleras från växtmaterial i en tillräckligt ren form. Därför är det i vissa fall lämpligt att bestämma mängden aglykon som bildas under hydrolys. Så, mängden sinigrin i senap eller senap bestäms argentometriskt eller jodometriskt av mängden split och destillerad allylsenapsolja.

Glykosider innehållande vätecyanid kan också bestämmas av mängden av det senare efter spjälkning och destillation.

I många fall kan mängden glykosid bestämmas baserat på förändringen i rotationsvinkeln efter enzymatisk klyvning.

I vissa fall bestäms fluorescensegenskaperna för en viss glykosid genom jämförelse med en känd glykosid.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Tarkhanov I. R. ,. Hjärtgifter // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
  2. ↑ Kremlev , Mendeleev D. I. Eskulin // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 volymer (82 volymer och 4 ytterligare). - St Petersburg. 1890-1907.

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger