CHE 151
Голям брой природни вещества са неразтворими или слабо разтворими във вода, но се разтварят в етер или други неполярни разтворители. Най-важните от тези вещества са липидите ("мазнини"), терпените и стероидите.
17.1 Липиди, мазнини, мазни масла
Този термин се използва за обобщаване на мазнините, "мастните масла", восъците и фосфолипидите. Те са съединения, които са широко разпространени както в растителното, така и в животинското царство и които всички са естери на висшите карбоксилни киселини.
Естерите на дълговерижните карбоксилни киселини и алкохоли са основните компоненти на животински и растителни восъци:
Растителните и животинските масла и мазнини са тристери на 1,2,3-пропантриол (глицерин):
Те са известни още като триглицериди. Няма химическа разлика между мазнините и маслата; Мазнините са твърди при стайна температура. Маслата обикновено съдържат по-висок дял на ненаситени мастни киселини. Те могат да бъдат превърнати в твърди мазнини чрез каталитично хидрогениране.
Някои от естествените мастни киселини са дадени по-долу:
Ненаситените мастни киселини обикновено имат по-ниска точка на топене от напълно наситените мастни киселини. Много важен клас природни вещества е биосинтезиран от арахидонова киселина:
Простагландините, тромбоксаните и простациклинът контролират забележително разнообразие от физиологични функции, включително тези на жлезите и нервите, репродукцията, храносмилането, дишането, натрупването на кръвни тромбоцити и функциите на сърдечно-съдовата и бъбречната системи. Биосинтезата на тези метаболити се инхибира от аспирин и други нестероидни противовъзпалителни лекарства (НСПВС).
Ако готвите мазнини с разтвор на хидроксид или карбонат, алкалните соли на мастните киселини (сапуни) се образуват:
Голяма част от сапуна се произвежда и до днес чрез кипене на мазнини с водни разтвори на NaOH. След завършване на осапуняването продуктът се утаява чрез добавяне на натриев хлорид.
Почистващият ефект на сапуна се основава на специалната структура на молекулите на сапуна. Единият край на молекулата съдържа хидрофилна, отрицателно заредена и водоразтворима -COO - група, другият край съдържа дълга алифатна, хидрофобна и неразтворима във вода въглеродна верига. Тъй като тази молекула съдържа дълга хидрофобна верига на мастните киселини и група на полярни глави, те могат да образуват мицели във воден разтвор:
Молекулите на сапуна също покриват по-малки капчици мазнини на повърхността с тънък филм от сапунени аниони, като липофилните вериги от своя страна са насочени към вътрешността на мазнината. По този начин обаче мастните капчици се зареждат електрически и се отблъскват, така че да не текат заедно, а да образуват емулсия, която може да се държи във вода. Калциевите и магнезиевите соли на мастните молекули са слабо разтворими във вода и утайка (калцификация на електрически устройства като перални машини и др.).
В наши дни се използват синтетични детергенти, които не образуват такива неразтворими във вода метални соли.
Восъците и мазнините са липиди. Те служат като „гориво“ и енергийно депо и са компоненти на биологичните мембрани. Важен клас мембранни липиди са фосфолипидите, ди- и тристерите, в които алкохолите се естерифицират с карбоксилни киселини и фосфорна киселина. Във фосфоглицеридите една молекула глицерин се естерифицира с две молекули на мастни киселини в съседни позиции и фосфатна единица, към която е свързан друг алкохолен заместител като холин или етаноламин, напр .:
Най-важните фосфоглицериди се наричат лецитин и цефалин
Фосфоглицеридите могат не само да образуват мицели, но и да образуват слой, в който две липидни молекули винаги са една срещу друга. Те се наричат липиден двуслой:
Това свойство е много забележително, тъй като размерът на мицелите обикновено е ограничен (диаметър на сфинголипидите, които са особено разпространени в нервната тъкан. Тези липиди имат сложен дихидроксиамин като гръбначен стълб:
17,2 терпена
От древни времена многобройни растения като Евкалипт, мента, лимонена трева, лимоново дърво, мащерка и др. Получават повече или по-малко летливи масла с интензивна, предимно приятна миризма. Първоначално настърганите растителни части се дестилират директно, по-късно "етеричните масла" се отделят чрез дестилация с пара. Днес са идентифицирани общо над 30 000 терпена от всички форми на живот.
Доста рано беше признато, че по-голямата част от терпените съдържат кратни на 5C атоми в своите молекули. Най-простите типове с 10 въглеродни атома бяха наречени монотерпени, напр. Б.:
Терпените с 15 въглеродни атома се наричат сесквитерпени:
Терпените с 20 въглеродни атома са посочени като дитерпени, тези с 30 въглеродни атома - тритерпени, а тези с 40 въглеродни атома - тетратерпени:
За разлика от останалите терпени, които са разделени на групи въз основа на техния молекулен размер и естествената им поява, но се различават значително по своята молекулна форма, стероидите (тритерпените) се класифицират въз основа на общата обща структура:
През 1921 г. Ruzicka (ETH Zurich) признава, че за молекулите на повечето терпени може да се мисли, че са съставени от две или повече изопренови молекули, като изопреновите остатъци обикновено са свързани помежду си в позиция глава до опашка:
Това правило за изопрен беше от голяма полза за изясняване на конституцията на новите терпени:
Много по-късно (около 1955 г.) се оказва, че биосинтезата на терпените всъщност започва от две изопреноподобни С5 съединения (IPP и DMAPP).
За разлика от останалите терпени, които са разделени на групи въз основа на техния молекулен размер и естествената им поява, но се различават значително по своята молекулна форма, стероидите (тритерпените) са класифицирани въз основа на общата обща структура.
17.3 стероиди
Стероидите са често срещани в природата и много от тези съединения имат физиологична активност. Редица стероиди действат като хормони, например в човешкото тяло полово съзряване и плодовитост, контролирани от стероидни хормони. В стероидите три циклохексанови пръстена са слети един с друг под формата на стол и обикновено са свързани помежду си. Четвъртият пръстен е циклопентан. Общото за всички стероиди е тетрацикличната пръстенна структура. Транс свързването на пръстените позволява до голяма степен без напрежение конформация на всички столове, при която метиловите групи и водородните атоми заемат аксиални позиции в свързващите точки на пръстените:
Групи, които са над нивото на стероидната молекула, се наричат β-заместители, групи под нивото се наричат α-заместители.
Всички естествено срещащи се стероиди са биосинтезирани от сквален и следователно трябва да се разглеждат като тритерпенови производни.
Холестеролът се намира в почти всички животински и човешки тъкани, особено в мозъка и гръбначния мозък. Камъните в жлъчката могат да се състоят изцяло от него. Смята се, че този стероид е отговорен за някои заболявания на кръвообращението, тъй като се натрупва върху артериалните стени, причинявайки атеросклероза и сърдечни заболявания:
Кортизонът, който се използва широко при лечението на ревматични заболявания, е един от хормоните на надбъбречната кора. Тези хормони участват в регулирането на електролитния и водния баланс и в протеиновия и въглехидратния метаболизъм.
Половите хормони могат да бъдат разделени на три групи; 1) мъжките андрогени; 2) женските естрогени; и 3) хормоните на бременността или прогестините:
Структурните прилики на стероидните хормони са забележителни, когато се вземат предвид напълно различните им начини на действие.
Много модифицирани стероиди също са синтезирани в търсене на нови лекарства. Синтетичните стероиди са активните съставки в "хапчето", които действат като контрацептиви, като контролират менструалния цикъл и овулацията на жената.