Эфироносы. Классиф
икация эфирных масел и эфирно-масличного сырья.
Разделение на группы.
Эфирные масла являются сложными природными смесями различных органических соединений. В большинстве эфирных масел преобладают различные терпены. Эта группа эфирных масел наиболее обширна. Однако наряду с ними имеются растения, в эфирных маслах которых преобладают ароматические соединения. Эти растения имеют в медицине не меньшее значение.
В эфирных маслах часто содержатся соединения алифатического (жирного ряда). Они могут быть представлены углеводородами (гептан, ионан и др.), спиртами (изоамиловый спирт, ундециловый и др.), альдегидами и кетонами (изовалериановый альдегид, метилгептилкетон и др.), кислотами (ангеликовая и др.).
По этому принципу эфирно-масличное сырье и их эфирные масла можно разделить на группы, содержащие:
- ациклические монотерпены,
- моноциклические монотерпены,
- бициклические монотерпены,
- сесквитерпены,
- ароматические соединения,
- смолы и бальзамы,
- ациклические монотерпены.
Ациклические (или алифитические) монотерпены
Их можно рассматривать как ненасыщенные соединения жирного ряда с 3 двойными связями. В качестве примера можно привести довольно распространенное в эфирных маслах соединение — мирцен:
Наиболее распространенными кислородными производными алифатических терпенов являются: из спиртов — гераниол, линалоол, цитронеллол, а из альдегидов — цитронеллаль и цитраль.
Гераниол — первичный спирт, имеющий две двойные связи, по расположению которых различают α-форму (связи при С1 и С6) и β-форму (связи С2 и С6). Природный гераниол всегда представляет собой смесь со значительным преобладанием β-формы.
Цитронеллол — первичный спирт с одной непредельной связью, представляющей собой также смесь α- и β-форм с преобладанием последней. Как и гераниол, цитронеллол обладает запахом розы.
Монотерпеновые алифитические алкоголи часто встречаются в виде сложных эфиров с различными кислотами жирного ряда (муравьиной, уксусной, масляной, изовалериановой и др.).
Структура ациклических монотерпенов и их производных в равной степени может изображаться в «свернутом» виде, внешне напоминая моноциклические терпены, но с незамкнутым кольцом.
Биосинтез простейших монотерпенов протекает через мевалоновую кислоту. Под влиянием фермента киназы и АТФ мевалоновая кислота превращается в 5-фосфомевалоновую кислоту. При взаимодействии этого эфира с коэнзимом А получается новый эфир — 5-пирофосфомевалоновая кислота. Затем происходит образование изопентенилпирофосфата (или изопентенилдифосфата) — основного изопреноидного промежуточного соединения, которое лежит в основе биосинтеза различных групп терпеноидов, в том числе и ациклических терпенов.
В частности, при биосинтезе ациклических терпенов изопентенилпирофосфат изомеризуется в диметилаллилпирофосфат, а конденсация одноймолекулы последнего с одной молекулой изопетенилпирофосфата (по типу «голова к хвосту») приводит к образованию геранилпирофосфата, а затем свободного гераниола.
Моноциклические монотерпены.
Моноциклические терпены представляют собой циклические соединения с 2 двойными связями, преимущественно производные метилизопропилциклогексана.
Двойные связи могут быть обе в кольце (тип терпинена) или одна из них может быть в кольце, а другая — в изопропильной группе (тип лимонена). Из углеводородов в эфирных маслах наиболее распространены лимонен, фелландрен, терпинен, а из кислородсодержащих: спирты — терпинеол, ментол, кетоны — ментон, карвон, окиси — цинеол.
Моноциклические терпеновые спирты часто образуют с разными кислотами эфиры, например борнилформиат, борнилацетат, борнилизовалерианат, терпинилацетат, терпинилбутират и др.
Бициклические монотерпены.
Бициклические терпены представляют собой соединения с двумя конденсированными неароматическими кольцами и одной этиленовой связью. Известны четыре наиболее распространенных типа таких соединений: типы пинена, карена, сабинена и камфена.
Эти четыре углеводорода, имеющие общую формулу С10Н16, отличаются друг от друга по положению малого цикла или, как еще иначе называют, «мостика». У карена он «снаружи» между С3 и С4; у всех остальных он «внутренний»; между С2 и С4 — у пинена; C1 и С4 — у камфена и С6 и С4 — у сабинена. Карены различаются между собой по положению двойной связи. К типу сабинена относится также широко распространенный туйен, встречающийся в двух формах (α и β).
Кислородные производные бициклических терпенов отличаются большим разнообразием. Из спиртов весьма обычны сабинол, туйол, борнеол, миртенол, из кетонов — камфора, фенхон, туйон.
Камфора.
Длительное время основным источником камфоры считалось камфорное дерево, эфирное масло которого содержало значительные количества камфоры. В настоящее время, помимо природной камфоры, в медицине используется синтетическая камфора. Однако и для получения последней опять-таки нужны эфирные масла хвойных — пихты сибирской или сосны обыкновенной. Природная камфора — правовращающая, а синтетическая — левовращающая (из пихтового масла) или рацемическая (из скипидара).
Камфорное дерево, или камфорный лавр — Cinnamomum camphora (L.) J. Presl; семейство лавровые (Lauraceae) — вечнозеленое дерево с кожистыми, цельнокрайними, блестящими листьями, усеянными мелкими просвечивающимися точками (погруженные клетки с эфирным маслом). Цветки мелкие, желто-зеленые, собраны в метельчатые соцветия. Родина камфорного дерева — Южный Китай и Япония. Сплошными лесами растет на островах Тайвань и Хайнань. Разводится в Индии, Африке, Южной Америке, Южной Европе, особенно в Италии. Успешно произрастает в черноморских субтропиках.
Основное количество эфирного масла (и камфоры) содержится в древесине. Она локализуется в клетках-мешках, разбросанных в древесине; последние имеются также в ветках и листьях. В Китае и Японии камфору получают путем перегонки с водяным паром древесной стружки; выход камфоры (после ее отделения от жидкой части масла) может достигать 2—3 %.
На Черноморском побережье камфорный лавр выращивают как порослевую культуру. Сырьем для перегонки служат молодые побеги, срезаемые с дерева 2 раза в год (июнь — август и октябрь — февраль). Наиболее богаты камфорой пожелтевшие листья; в весенних листьях мало камфоры и много сафрола. Из полученного эфирного масла камфору выделяют вымораживанием, после чего ее очищают возгонкой.
При поисках более доступных сырьевых источников природной камфоры учеными были исследованы многие растения (камфорный базилик, камфорная полынь и т.д.). Однако в связи с более рентабельным способом получения камфоры из пихтового масла эти сырьевые источники камфоры перестали использовать.
Пихта сибирская Abies sibirica Ledeb. семейство Pinaceae. Вечнозеленое дерево высотой до 30 м. Хвоя душистая, неколючая, мягкая, плоская. На верхушке туповатая, с двумя беловатыми полосками на нижней стороне. Для пихты характерно, что по краям хвоя несет по одному крупному внутреннему канальцу с эфирным маслом.
Пихта сибирская широко распространена в Западной и Восточной Сибири от верховьев реки Алдан, притока реки Лены до Урала и далее, изреживаясь, достигает реки Северной Двины. Поднимается на горные склоны до границы леса (1000 м над уровнем моря и выше). Часто является преобладающей породой в таежных лесах (Западная Сибирь).
Камфора (право- и левовращающая одинаково) широко применяется в медицинской практике как средство, возбуждающее центральную нервную систему и усиливающее деятельность сердца при инфекционных и других заболеваниях, сопровождающихся острой сердечно-сосудистой недостаточностью, а также при шоковых состояниях в случае угнетения дыхания при пневмонии, при отравлении снотворными и наркотическими веществами. Используется в виде стерильного 20 % масляного раствора. Камфора сочетается с бромидами (бромкамфора), настойкой валерианы (капли камфорно-валериановые) с целью усиления седативного действия.
Для наружного применения используется камфора рацемическая. Ее полусинтез основан на пинене, содержащемся в большом количестве в скипидаре, добываемом из Pinus sylvestris. Применяют 10 % раствор камфоры в подсолнечном масле и 10 % мазь для растирания и компрессов при мышечных болях, ревматизме, артритах, 1 и 2 % спирт камфорный для предупреждения пролежней. Входит в состав некоторых зубных капель.
Сесквитерпены.
Сесквитерпены, содержащиеся в эфирных маслах, подобно монотерпенам, могут быть ациклическими и циклическими.
Ациклические сесквитерпены представляют собой ненасыщенные соединения жирного ряда с 4 двойными связями. Их структуру можно изображать линейно или в виде незамкнутого бициклического соединения.
Предшественником ациклических сесквитерпенов является геранилпирофосфат. Реактивноспособная аллильная группа геранилпирофосфата атакует двойную связь молекулы изопентенилпирофосфата, в результате чего алифатическая цепь удлиняется на один изопреновый остаток и по правилу «голова к хвосту» образуют фарнезилпирофосфат, а затем углеводород фарнезен.
Предшественниками циклических сесквитерпенов являются ациклические сесквитерпены — углеводород фарнезен или его кислородные производные — фарнезол, неролидол и др.
Циклизация моноциклических сесквитерпенов может протекать и по другой схеме (см., например, бетуленол), а также с образованием пяти- и шестичленных колец (тип акорана) или пяти- и семичленных колец (тип гвайана).
Производные акорана содержатся в эфирном масле аира. Высоконепредельные гвайанолиды, известные под названием азуленов, типичны для эфирных масел семейства астровых. Между собой они различаются по положению функциональных групп. Известны два основных типа производных азулена: 1) хамазулен — масло голубого цвета; 2) гвайазулен — масло или пластинки фиолетового цвета. При доступе воздуха и света азулены окисляются, происходит разрыв двойных связей с изменением цвета до желтого и коричневого.
Трициклические сесквитерпены — соединения с 3 конденсированными кольцами без этиленовых связей. Найдены в эфирных маслах эвкалиптов (аромадендрен), некоторых видов сосны (геераболен), санталовой древесины (сантален) и др. Трициклические сесквитерпены часто включают в себя бициклическую азуленовую систему, в частности в аромадендрене.
Ароматические соединения.
Ароматическими соединениями вначале называли различные вещества с «ароматическим» запахом, получаемые из природных продуктов (смол, бальзамов и т.д.). Однако вскоре это название потеряло свой первоначальный смысл. Так стали называться все вещества, содержащие бензольное кольцо.
В эфирных маслах из ароматических соединений преимущественно содержатся их кислородные производные. Из ароматических углеводородов чаще всего встречается п-цимол. Основные из кислородных соединений: 1) фенолы, имеющие гидроксильную группу, непосредственно связанную с ароматическими кольцами; 2) ароматические спирты — соединения, имеющие гидроксильную группу в боковой цепи.
Гидроксильные группы (которых может быть до 3) фенолов имеют некоторые особенности по сравнению с гидроксильными группами спиртов. Они, в частности, обладая ясно выраженными кислотными свойствами, образуют с щелочами соли фенолов (феноляты) и фенолоэфиров. Способность фенолов образовывать феноляты, растворимые в воде, широко используется при анализе эфирных масел и выделении из них фенольных компонентов в чистом виде.
Ароматические спирты могут быть с гидроксилом в метильном радикале при C4, но чаще гидроксил находится в радикале при С4. В зависимости от количества гидроксильных групп могут образовываться эфиры разной сложности, полностью или частично этерифицированные. Имеются соединения, содержащие одновременно с эфирными группами альдегидные и кетонные группы.
Из ароматических спиртов в эфирных маслах встречаются бензиловый спирт С6Н5-СН2ОН, анисовый спирт НО-С6Н4-СН2ОН, фенилпропиловый спирт С6Н5-(СН2)3-ОН.
Фенолы и фенольные эфиры представлены тимолом, карвакролом, анетолом, метилхавиколом, эвгенолом и другими соединениями.
Из ароматических альдегидов встречаются бензальдегид, анисовый альдегид, ванилин и некоторые другие соединения. В качестве примера ароматических кетонов можно назвать анискетон.
Смолы и бальзамы.
Смолы — природные вещества растительного происхождения. Подобно эфирным маслам, представляют собой сложные смеси различных органических соединений, большей частью обладающих запахом. Наряду с эфирными маслами душистые смолы и бальзамы издавна использовались человеком в качестве благовоний.
Обычно из растений смолы выделяются вместе с разными веществами — эфирными маслами, камедями, иногда каучуком, дубильными веществами и другими природными соединениями. Смолы, нашедшие применение в мировой фармацевтической практике, делятся на три группы:
1)смолы — Resina
2)масло-смолы, или бальзамы, — Olearesina, или Balsama. Это жидкие смолы, представляющие собой прижизненные растворы смол в собственном эфирном масле
3)камедесмолы — Gummiresina, имеются в виду жидкие (у живых растений) смеси камеди и смолы, растворенные в эфирном масле.
В состав собственно смол входят три группы дитерпеноидов:
1)резены — соединения, являющиеся дитерпеновыми (С20Н32) углеводородами (например, пимарадиен в смолах хвойных). Резены очень стойкие вещества — выдерживают действие щелочей и кислот, даже крепких. В некоторых смолах могут составлять 70 % (янтарь) и даже 93 % (смола некоторых видов молочая)
2)резиновые, или смоляные, кислоты — карбоксильные производные дитерпенов (например, абиетиновая кислота в смоле хвойных). Они обладают ясно выраженным кислым характером и могут давать хорошо кристаллизирующиеся соли. Смоляные кислоты находятся в смолах большей частью в свободном состоянии. Во многих смолах, например в живице хвойных, смоляные кислоты являются составной часть
3)резинолы, или смоляные спирты, обладающие одной или несколькими гидроксильными группами. Смоляные спирты находятся в смолах в свободном состоянии, но иногда встречаются в форме эфиров. Спиртами в смолах являются как дитерпеновые циклические, так и тритерпеновые спирты, производные α- и β-амирина, лупеола и других соединений с 30 углеродными атомами. Кроме резинолов, к смоляным спиртам относятся также резитанолы, или таннолы. В отличие от резинолов таннолы имеют характер дубильных веществ и дают реакции окрашивания с хлорным железом. Это окрашенные вещества (желтая и красная окраска всегда интенсивная), обладающие приятным запахом.
Процессы образования смолы в растениях пока полностью не раскрыты, но одно несомненно, что пути их биосинтеза сходны с биосинтезом терпеноидов. После образования геранилгеранилпирофосфата (алифатический дитерпен) следует его циклизация. О связи смол с эфирными маслами можно судить по тому, что многие эфирные масла на воздухе под влиянием кислорода и других факторов постепенно «осмоляются», т.е. становятся веществами, сходными со смолами.
Смолы присущи многим растениям. Наиболее богаты ими тропические растения. Значение смол для растений нужно рассматривать с тех же позиций, что и значение эфирных масел (нормальные, т.е. не патологические продукты обмена веществ). Смолы (в виде бальзамов или камедесмол) накапливаются в растениях в особых ходах, млечниках, желваках, вздутиях и прочих вместилищах в разных частях растений — корнях, стеблях, плодах, листьях, древесине.
Иногда бальзамы или камедесмолы, находящиеся под корой растения (например, живица у хвойных), выделяются на поверхность растений самопроизвольно. Однако чаще сильное выделение бальзама происходит при искусственных или естественных повреждениях коры — разрывах, надрезах или проколах. Истечение бальзама может являться реакцией организма на внезапное ранение растения. В этом явлении, возможно, заключается биологическое значение смол, поскольку смолистая пленка способствует заживлению раны, выполняя роль пластыря.
Большинство смол не растворимы в воде (кроме камедесмол, которые частично растворимы в ней); смолы хорошо растворяются в эфире, ацетоне, бензоле, хлороформе, дихлорэтане (кроме камедесмол, которые в органических растворителях растворяются частично); некоторые смолы легко растворяются в щелочах. При горении смолы дают коптящее пламя. Методика определения качества смол в принципе похожа на таковую при анализе эфирных масел.
В фармации физико-химические свойства смол используют главным образом при изготовлении липких пластырей. Соли некоторых смоляных кислот оказались неплохими эмульгаторами. У ряда смол выявлено специфическое лечебное действие (слабительное, седативное и др.).
Гораздо большее применение смолы находят в производстве лаков, пластмасс, красок, бумаги, мыл и т.п. Особое значение смолы имеют в технике для покрытия металлических, стеклянных, деревянных и других поверхностей в целях увеличения срока службы разных изделий, в том числе медицинского назначения. Некоторые смолы используются в качестве изоляционных материалов.
Имеется большое количество лекарственных растений, в которых наряду со специфическими для них действующими веществами (алкалоидами, эфирными маслами, гликозидами и др.) содержатся смолы, причем часто в значительных количествах. Эти смолистые вещества обычно фармакологически активны и участвуют в суммарном лечебном действии растения. Так, например, смолистые вещества имеются в березовых почках и вместе с эфирными маслами оказывают мочегонное действие. Трава зверобоя содержит сложный комплекс активных веществ, в том числе до 10 % смолы. В ревене, кроме антрахинонов, присутствуют смолы, дающие также сильный слабительный эффект. Однако в листьях сенны содержатся смолистые вещества, вызывающие при приеме боли в кишечнике и желудке.
Нужно иметь в виду, что в ряде растений к «смолам» относили малоизученные вещества, которые только внешне напоминали смолы. По мере изучения таких растений раскрывалась и химия этих «смол», из которой следовало, что их нельзя было считать смолами. Так, например, компоненты смолы подофилла являются лигнанами. Веществами этой же природы оказались смолистые вещества лимонника и др.
