СЕКЦИЯ ХИМИИ

Простейшие химические методы модификации усниновой кислоты

     Известны лечебные свойства  некоторых  простейших  растений.  К
числу таких растений относятся многие виды лишайников. Издавна лишай-
ники использовались в народной медицине,  как целебные  растения.  В
последние годы было обнаружено, что лишайники являются своеобразными
индикаторами чистоты окружающей среды.
     Лишайники - это простейшие растения,  которые можно встретить в
различных тепловых поясах.  Усниновая кислота является одним из спе-
цифических лишайниковых веществ, которые образуются в процессе мета-
болизма и не стречаются в других группах организма.
     Среди свойств усниновой кислоты, как биологически активной, для
человека наибольший интерес представляет ее антибактериальная актив-
ность,  которая  уже  нашла применение в медицине:  препарат бинан (
натриевая соль усниновой кислоты) применяется при лечении многих за-
болеваний,  в том числе, против туберкулеза, а также как противоожо-
говое средство, которое можно купить в аптеках. Это и определило ин-
терес к усниновой кислоте.
         Целью нашей работы явилось на первой стадии работы  выделе-
ние ее из лишайников разного происхождения,  очистка и идентификация
с помощью методов хроматографии и ИК-спектроскопии.
         ИК-спектр выделенного желтого кристаллического вещества
имел следующие полосы поглощения:
     3400 - 3100 смљ5-1љ0 -  валентные колебания OH группы,
     1693 смљ5-1љ0        - валентные колебания C=O группы,
     1500 и 1600љ5 љ0смљ5-1љ0 - валентные колебания C=C связи в  ароматичес-
ком ядре,
     3070 - 3021 смљ5-1љ0 - валентные колебания C-H в ароматическом ядре.
     Сравнение с литературными данными дало возможность доказать, что
ИК-спектр выделенного образца  принадлежит усниновой кислоте.
     Далее нами была поставлена задача модифицировать структуру усниновой
кислоты с целью придания ей других свойств как биологически активно-
го вещества.
     Первоначально нами была изучена реферативная литература по ус-
ниновой кислоте и ее производным.  С этой целью был просмотрен рефе-
ративный журнал "Химия" за годы, прошедшие после установления струк-
туры усниновой кислоты до настоящего времени (1979-1998 г.  г.).  До
1997 года модификаций усниновой кислоты не проводилось. Единственная
работа, которая содержит сведения о  модификации  усниновой  кислоты
является патентом,  в котором указана структура полученного соедине-
ния. Это дитартрат 5,7-О-бис(диэтиламиноэтил) усниновой  кислоты.  В
работе указано, что полученное соединение обладает противоопухолевой
активностью. Таким образом мы могли сделать вывод о важности и перс-
пективности выбранного  нами  направления проведения работ на основе
природного вещества - усниновой кислоты.
    Для того  чтобы провести химические превращения усниновой кисло-
ты, мы подробно рассмотрели ее структуру с целью нахождения активных
реакционных центров.
     Итак, усниновая кислота по своей структуре  представляет  собой
сложное соединение  с конденсированными кольцами.  Одно из них носит
является производным бензола с тремя функциональными  группами:  две
гидроксильных группы,  находящихся друг к другу в мета-положении и в
орто-положении по отношению к одной из них имеется ацетильная  груп-
па. Другой шестичленный цикл не имеет ароматического характера,  так
как один из атомов углерода находится в sp3- гибридации, имеются две
кето-группы (мета-положение)  и  находящаяся  между  ними  ацетилная
группировка. Оба кольца соединены и  образующийся  пятичленный  цикл
содержит атом кислорода.  Этот пятичленный цикл является гидрирован-
ным фураном с метильной группой у одного из атомов углерода.
     Усниновая кислота:
          ОН           О
          Ѓ        СН3 Ѓ
                   Ѓ        СОСН3
       Ѓ    ЃЃ     Ѓ     Ѓ
                О          О
   НО     Ѓ
          СОСН3

      Таким образом в структуре усниновой кислоты есть один резорци-
новый цикл с ацето-группой и и второй резорциновый цикл,  являющийся
его кето-формой и с другим расположением ацето-группы. Активными ре-
акционными центрами  являются гидрокси-группы в ароматическом кольце
и ацето-группы. Нами были выбраны в качестве реакционных центров эти
гидроксильные группы.  Прежде всего гидроксильные группы такого типа
(фенольного типа) проявляют довольно сильные кислотные  свойства,  а
также могут вступать в реакции алкилирования и ацилирования.  Другим
типом реакций этого ароматического ядра могут быть реакции  электро-
фильного замещения   в  самом  ядре.  Проявление  сильных  кислотных
свойств усниновой кислоты известно из литературных данных [  ]:  при
добавлении щелочи  происходит растворение усниновой кислоты,  сопро-
вождающееся изменением усилением окраски усниновой кислоты. Сохраня-
ется также качественная реакция с хлорным железом,  свойственная фе-
нолам.  Благодаря этим свойствам усниновой кислоты мы поставили цель
модификации ее структуры путем алкилирования по реакции Вильямсона.
     Нами в качестве модельного вещества был выбран резорцин для от-
работки реакции алкилирования в условиях реакции Вильямсона.  Обычно
реакция Вильямсона в случае фенолов  выполняется  при  использовании
фенолятов натрия с алкилирующим реагентом:  алкилгалогенидом или ди-
алкилсульфатом [ ].  Кроме того,  известно,  что реакция может  быть
осуществлена без предварительного получения фенолята, если использо-
вать поташ в среде диметилсульфоксида и  соответствующего  активного
реагента. Диметилсульфоксид  является великолепным растворителем для
проведения реакций между веществами  органического и неорганического
характера. Свежепрокаленный  поташ  помещается  в диметилсульфоксид,
загружаются остальные реагенты и при нагревании  происходит  реакция
алкилирования. Такая  реакция неописана для резорцина в этих услови-
ях. Поэтому мы исследовали возможность алкилирования резорцина мето-
дом тонкослойной  хроматографии в небольших количествах исходных ве-
ществ. Превращение проводили следующим образом.
     Методика опыта.  В трехгорлую колбу помещали 10 мл диметилсуль-
фоксида, 1 г резорцина (моль), 2,7 г поташа, 2, 8 г йодистого метила
инагревали при постоянном перемешивании до 50 градусов Цельсия.  Ход
реакции контролировали с помощью метода ТСХ. Реакция закончилась че-
рез через  8  часов.  На хроматограмме (система растворителей хлоро-
форм:этилацетат 6:1) были обнаружены два пятна новых  веществ,  одно
из которых по мере протекания реакции уменьшалось. Поскольку функци-
ональных групп две, поэтому алкилировании сначала проходило по одной
из них, а при накоплении метилорованнной гидроксигруппе, параллельно
проходило алкилировании другой гидроксигруппы,  поэтому на хроматог-
рамме мы  обнаружили два новых пятна моно- и диалкилированных произ-
водных резорцина.
     Далее был  использован  этот опыт для этилирования бромэтаном в
присутствии поташа и в среде диметилсульфоксида усниновой кислоты.
     Методика опыта.  В трехгорлую колбу помещали 10 мл диметсульфок-
сида, 1 г усниновой кислоты, 0,2 г поташа и 0,2 г бромэтана. Реакцию
проводили при  постоянном  перемешивании и нагревании до температуры
не более 50 градусов Цельсия. Перемешивание продолжали  в  течение  5
часов. Хроматография показала наличие двух новых пятен,  которые мо-
гут принадлежать производным усниновой кислоты: моно- и диэтилуснино-
вой кислоте.
     Хроматографический контроль реакций.
     ‚ЂЂЂЂЂЂЂѓ                        ‚ЂЂЂЂЂЂЂѓ
     Ѓ       Ѓ                        Ѓ       Ѓ
     Ѓ       Ѓ                        Ѓ       Ѓ
     Ѓ       Ѓ                        Ѓ       Ѓ
     Ѓ       Ѓ                        Ѓ       Ѓ
     Ѓ.  .  .Ѓ                        Ѓ.  .  .Ѓ
     „ЂЂЂЂЂЂЂ…                        „ЂЂЂЂЂЂЂ…
     Рис. 1. Хроматограмма            Рис. 2. Хроматограмма
     реакциии алкилирования           реакциии алкилирования
     резорцина.                       усниновой кислоты
     1 - резорцин;                    1 - усниновая кислота;
     2 - реакционная смесь;           2 - реакционная смесь;
     3 - диметилсульфоксид.           3 - диметилсульфоксид.

     Методика выделения веществ из реакции. После окончания проведе-
ния реакций алкилирования как резорцина, так и усниновой кислоты ре-
акционную смесь охлаждали и добавляли воду  до  полного  растворения
осадка. В  случае  усниновой  кислоты оставался осадок органического
типа. К этому раствору добавляли бензол (или хлороформ) для экстрак-
циии органических веществ из водного раствора. Раствор встряхивали и
наблюдали расслоение жидкости.  Органический слой отделяли, а водный
слой еще  дважды экстрагировали растворителем.  Объединенные органи-
ческие вытяжки промывали водой и сушили над хлористым кальцием. Пос-
ле высушивания,  упаривали  растворитель и получали органические ве-
щества. В случае усниновой кислоты выделено кристаллическое  вещест-
во. Анализ этого вещества проводится.
     Проделанная работа позволяет сделать вывод о возможности  моди-
фицирования структуры усниновой кислоты.  Можно использовать различ-
ные алкилирующие средства для  получения  широкого  спектра  веществ,
изучение биологической  активности  которых можно показать среди них
наиболее перспективные.

© ярославский областной Центр Дистанционного Обучения школьников, 1999