Скачать бесплатно реферат:
«Природные флавоноиды. Методы исследования. Официнальные растительные источники терапевтически активных флавоноидов»


Введение

С древних времен людям известны благотворные свойства различных плодов: красные сорта винограда облегчают пищеварение, черника улучшает зрение и т.д. Причина же фармакологических механизмов, действующих при приеме этих лекарственных растений, была выяснена лишь в середине прошлого столетия. Оказывается, своим целебным действием лекарственные травы обязаны флавоноидам.
Эти вещества выполняют важнейшую функцию в жизненном цикле растений. Именно от флавоноидов зависит окраска ягод и цветов. Помимо этого, данные вещества принимают участие в фотосинтезе, защищают клетки растения от избыточного ультрафиолетового излучения в летний период, незаменимы в ходе подготовки растений к зиме (участвуют в процессах «консервации» почек, опадания листвы и прочее).
Разумеется, тема флавоноидов является актуальной в наше время, так как неоднократные исследования подтвердили, что флавоноиды проявляют биологическую активность и в организме человека, хотя и вырабатываются только в растениях.
Поэтому целью работы является изучение большинства природных флавоноидов, а также освоение их официнальных растительных источников. Изучить эффективность лекарственного растительного сырья различных морфологических групп (листьев, плодов, травы, семян, подземных органов и др.), содержащего природные флавоноиды при лечении того или иного заболевания.
Больше всего среди флавоноидов известен рутин (иначе называемый витамином С2 или Р), который оказывает благотворное действие на сосуды. Данное вещество (либо искусственный его аналог) является одним из компонентов множества препаратов, таких как аскорутин, которые снижают ломкость капилляров.
Однако оказалось, что подобные вещества присущи не только рутину, но и более чем сотне других флавоноидов! Они в большом количестве присутствуют в следующих продуктах: какао, зеленый чай, яблоки, абрикосы, айва, земляника, персики, малина, смородина и т.д.
В фармакологии широко используется экстракт черничных ягод, содержащий около 25% антоцианов (растительных пигментов). Черничный экстракт, богатый флавоноидами используется как диуретическое средство, при варикозном расширении вен, сердечно - сосудистых заболеваниях, лечении дистрофии и дегенерации сетчатки.
Подтверждено, что флавоноиды, содержащиеся в кожуре красных яблок и винограде, вишне, гранатах, баклажанах, красной капусте и других плодах фиолетового цвета, кожуре цитрусовых и зеленом чае, являются прекрасным антиоксидантом.
Природные антиоксиданты способны нейтрализовать свободные радикалы, образующиеся под воздействием радиации, ультрафиолетового излучения в организме человека, так же, как и в растениях. Тем самым флавоноиды защищают от разрушения внутриклеточные структуры и мембраны клеток. Именно поэтому продукты, содержащие натуральный экстракт флавоноидов рекомендованы в умеренных дозах людям, проживающих в зонах с повышенной радиацией (высокогорные районы, зона Чернобыля и т.д.).
Все те же флавоноиды способны и защитить ткани от повреждений, связанных с излишним выбросом гистамина (высвобождающегося при аллергии, воспалительных процессах). Это очень неплохое подспорье в лечении аллергии.
Ячменный солод и соя содержат флавоноиды, имеющие схожую с женскими половыми гормонами структуру. Некоторые исследователи считают, что данные вещества можно использовать при создании препаратов от климактерического синдрома.
Надо полагать, существует очень много биологически активных добавок, изобилующих флавоноидами, изготовленных на базе растительных экстрактов. По этой причине считается, что подобные БАДы способны замедлять старение, предупреждать образование рака.
Однако даже современная медицина пока еще не расшифровала в точности механизм старения клеток и их злокачественного предупреждения. Следовательно, до настоящего времени нет четкого понимания роли свободных радикалов в данных процессах. Как флавоноиды могут влиять на преждевременное старение, развитие онкологических болезней и накопление вредных мутаций в клетках, пока является загадкой.
Несмотря на то что способность флавоноидов замедлить старение достоверно не доказана, польза флавоноидов неоспорима. Кроме того, богатые флавоноидами овощи и фрукты - кладезь витаминов, пектиновых веществ, пищевых волокон и минералов, незаменимых в ежедневном рационе.
Таким образом, задачей работы является максимальное изучение растительных сообществ некоторых семейств лекарственных растений, в составе которых содержатся природные флавоноиды. Ознакомиться с физико - химическими свойствами флавоноидов, и методами их выделения и идентификации. Уяснить не только свое применение в медицине, но и роль в жизни растения.

1. Природные флавоноиды

Изучение флавоноидов относится к началу XIX в., когда в 1814 г. Шевроле выделил из коры особого вида дуба кристаллическое вещество, названное кверцетрином. Спустя 40 лет Риганд установил гликозидный характер этого вещества и агликон назвал кверцетином.
В 1903 г. Валяшко установил строение рутина.
Систематическое изучение строение природных флавоноидов многие годы проводили польские химики.
Большую работу по изучению антоцианов провел Вильштеттер.
Исследованиями катехинов занимались А.Л. Курсанов, М.Н. Запраметов, К. Фрейденберг.
Интерес к флавоноидным соединениям особенно возрос в 40-е годы прошлого столетия. После 1970 г. выделено свыше 1500 соединений относящихся к флавоноидам. И что же это за соединения, которые так привлекают внимание ученых своей разносторонней биологической активностью и чрезвычайно низкой токсичностью?
Флавоноидами называется группа природных фенольных соединений - производных бензо-гамма-пирона, в основе которых лежит скелет, состоящий из двух бензольных колец (А и В), соединенных между собой трехуглеродной цепочкой (пропановый скелет), т.е. состоящий из С6-С3-С6 углеродных единиц.
Это гетероциклические соединения с атомом кислорода в кольце.
Гамма - пирон бензо - гамма - пирон флавон
(хромон) (2 - фенилхромон)
При замещении в хромоне атома водорода в α - положении на фенильную группу образуется 2-фенил - (α) - бензо -γ - пирон или флавон, который состоит из 2 ароматических остатков А и В и трехуглеродного звена (пропановый скелет).
При участии пропанового мостика в большинстве флавоноидов образуется гетероцикл - производное пирана или гамма - пирона.
Под термином флавоноиды объединены различные соединения, генетически связанные друг с другом, но обладающие различным фармакологическим действием.
Свое название они получили от латинского слова flavus - желтый, так как первые выделенные из растений флавоноиды имели желтую окраску, позднее установлено, что многие из них бесцветны. [11]
Флавоноиды широко распространены в растительном мире. Они обнаружены почти во всех высших растениях (цветковых и споровых), а также в зеленых водорослях (ряски), споровых (мхи, папоротники), хвощах (хвощ полевой - Equisetum arvense), и у некоторых насекомых (мраморно - белая бабочка).
Особенно богаты флавоноидами высшие растения, относящиеся к семействам:
1. Розоцветные - Rosaceae
• Боярышник обыкновенный (Crataegus sanguinea Pall.)
• Рябина черноплодная (Aronia melanocarpa)
2. Бобовые - Fabaceae
• Софора японская (Sophorae japonicae L.)
• Стальник колючий (Ononis spinosa L.)
• Солодка голая (Glycyrrhiza glabra L.)
3. Гречишные - Polygonaceae
• Горец перечный (Polygonum hydropiper L.)
• Горец почечуйный (Polygonum persicaria L.)
• Горец птичий (Polygonum aviculare L.)
4. Астровые - Asteraceae
• Бессмертник песчаный (Helichrysum arenarium L.)
• Сушеница топяная (Gnaphalium uliginosum L.)
• Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.)
5. Яснотковые - Lamiaceae
• Пустырник сердечный (Leonurus cardiaca L.)
Более часто флавоноиды встречаются в тропических и альпийских растениях.
Значительно реже встречаются в микроорганизмах и насекомых.
Около 40% флавоноидов приходится на группу производных флавонола, несколько меньше группа производных флавона, значительно реже встречаются флаваноны, халконы, ауроны.

2. Классификация флавоноидов

Современная классификация флавоноидов основана на:
• Степени окисления и гидроксилирования пропанового скелета С6 - С3 - С6;
• Положении бокового фенильного радикала;
• Наличии или отсутствии гетероцикла.
Исходя из этого флавоноиды подразделяются на несколько групп:
1. Окисленные
.1. Флавоны - бесцветные или слегка желтого цвета, их гидроксилированные формы находятся в цветках пижмы (Flores Tanacetum vulgare), ромашки (Flores Chamomilla recutita) (флавон, апигенин). Фенильная группа расположена во 2-м положении.
Менее всего распространены в природе: изофлавоноиды, неофлавоноиды, бифлавоноиды.
1.2. Изофлавоноиды (корни стальника колючего - Radix Ononis spinosa). Фенильная группа находится в 3-м положении у С3. Образование изофлавоноидов характерно для представителей семейств бобовых (Fabaceae), подсемейства мотыльковых (Papilionoideae), реже для семейств касатиковых (Iridaceae) и розоцветных (Rosaceae).
1.3. Неофлавоноиды - производные 4 - фенилхромона.
1.4. Бифлавоноиды - димерные соединения, состоящие из связанных С-С - связью флавонов, флавононов и флавон - флаванонов.
К производным флавона принадлежат флавонолы, флаванонолы, флаваноны. Флавоны и флавонолы - это наиболее окисленные формы флавоноидов широко встречаемые у растений.
1.5. Флавонолы - бледно - желтого цвета.
Отличаются от флавонов наличием группы - ОН в 3-м положении.
Выделено более 210 флавоноловых агликонов.
Самые известные из них - кверцетин, кемпферол, изорамнетин, мирицетин. С увеличением количества гидроксильных групп и в зависимости от их положения возрастает густота окраски. Чаще встречаются соединения с 4 - 5 гидроксильными группами, например:
Кемпферол - 3,5,7,4' - тетрагидроксифлавонол
Кверцетин - 3,5,7,3', 4' - пентагидрооксифлавонол
(3,5,7,4' - тетрагидроксифлавонол) (3,5,7,3', 4' - пентагидрооксифлавонол)
Кемпферол Кверцетин
Из 20 известных гидроксилированных флавонов чаще всего встречаются апигенин и лютеолин:
(5,7,4' - тригидроксифлавон) (5,7,3', 4' - тетрагидроксифлавон)
Большое значение имеет для медицины гликозид рутин - агликоном которого является 3,5,7,3', 4' - тетрагидрооксифлавонол, сахаристая часть представлена глюкозой и рамнозой.
- рутинозид (глюкорамнозид) кверцетина
Рутин содержится в гречихе посевной (Fagopyrum sagittatum), горце перечном (Polygonum hydropiper), горце почечуйном (Polygonum persicaria), спорыше (Polygonum aviculare), траве фиалки (Herbae Viola tricolor), пустырника (Herbae Leonurus cardiaca), зверобоя (Herbae Hypericum perforatum), плодах и бутонах софоры японской (Fructus Sophorae japonicae), плодах рябины черноплодной (Fructus Aronia melanocarpa).

2. Восстановленные (производные флавана)

.1 Флаваны - производные 2 - фенилхромана

- фенилхроман флаван
К производным флавана относятся катехины (флаван - 3 - олы), лейкоантоцианидины (флаван - 3,4 - диолы) и антоцианидины.
Катехины - наиболее восстановленные флавоноидные соединения. Молекула флаван - 3 - олов содержит два ассиметрических атома углерода в пирановом кольце (С2 - С3), поэтому для каждой молекулы возможны четыре изомера и два рацемата. Так изомеры (+) - катехин и (-) - эпикатехин отличаются конфигурацией гидроксильной группы у 3 - его углеродного атома:
(+) - катехин (-) - эпикатехин
Катехины и лейкоантоцианидины обычно гликозилированных форм не образуют. В растениях они существуют в виде мономеров или в виде конденсированных соединений (дубильные вещества).
Катехины представляют собой наиболее восстановленные флавоноидные соединения, бесцветные соединения, легко поддаются окислению, в результате чего приобретают разную окраску (например, чай, различный цвет которого (черный, красный, желтый) обусловлен степенью окисленности катехинов).

.2 Лейкоцианидины

(флаван - 3,4 - диолы) бесцветны, это лабильные соединения, легко окисляющиеся до соответствующих антоцианидинов при нагревании с кислотами и при этом становятся окрашенными веществами.
Многие красные и синие окраски цветков с различными оттенками обусловлены присутствием антоцианидинов.
Особенностью строения антоцианидинов является наличие свободной валентности у кислорода в пирановом кольце. Благодаря положительному заряду антоцианидины в кислом растворе ведут себя как катионы и образуют соли с кислотами, в щелочном растворе - как анионы и образуют соли с основаниями. В зависимости от рН среды изменяется окраска антоцианидинов.
В зависимости от рН среды окраска цветков меняется. В кислотной среде они образуют розовую, красную окраску, в щелочной среде - от голубой до синей с разными оттенками.
Лейкоантоцианидин Цианидин
Антоцианидины - в растениях присутствуют в виде гликозидов (антоцианов). Придают растительным тканям разнообразную окраску - от розовой до черно - фиолетовой. Окраска антоцианов объясняется особенностями их строения - числом и расположением гидроксильных и метоксильных групп и особенностью образовывать комплексы с ионами металлов.
Встречаются соединения с семью гидроксильными группами. Метилирование гидроксилов ещё больше увеличивает разнообразие оттенков.

.3 Флаваноны

- небольшая группа флавоноидов, в основе структуры которых лежит дигидро - гамма - пироновое кольцо.
Флаваноны (гидрированное производное флавона) в отличие от флавона не имеют двойной связи между углеродами во 2-м и 3-м положениях.
В присутствии щелочей кольцо раскрывается и образуются халконы.
В кислой среде халконы превращаются в флаваноны.
Например, нарингенин (флаванон) и нарингенин (халкон) содержатся в соцветиях бессмертника (Helichrysum arenarium) в свободном состоянии и в виде 5 - моноглюкозида.
Нарингенин Халкон нарингенин
К производным ликвиритигенина (флаванона) и изоликвиритигенина (халкона) относится гликозид ликвиритин (находится в корне солодки и придает ей желтый цвет)
Ликвиритигенин Халкон Изоликвиритигинин
Представителем флаванона является гесперетин (находится в виде гликозида в плодах цитрусовых - лимонах)
Гесперетин
Флаваноны - это оптически активные вещества, в растениях обычно находятся в виде левовращающих форм.
Известно более 30 представителей этой группы флавоноидов (агликонов), которые обычно встречаются совместно с халконами в растениях семейств: розоцветных (Rosaceae), бобовых (Fabaceae), астровых (Asteraceae).

.4 Флаванонолы (дигидрофлавонолы)

отличаются от флаванонов наличием - ОН группы при С - 3 и, подобно катехинам, содержат два ассиметрических атома углерода в молекуле (С - 2 и С - 3).
Очень лабильны и поэтому в растениях не накапливаются в больших количествах.
Природные дигидрофлавононы, соответствующие флавонолам кемпферолу и кверцетину, называются аромадендрин и таксифолин:
Аромадендрин Таксифолин
(дигидрокемпферол) (дигидрокверцетин)
Большинство дигидрофлавонолов выделено из древесины хвойных (сосна - Pinus silvestris, ель - Picea abies, лиственница - Larix sibirica) и лиственных (эвкалипт - Eucalyptus globules, вишня - Cerasus vulgaris) пород.
Особую группу флавоноидов составляют соединения с пятичленным гетероциклическим кольцом, так называемые ауроны, это производные 2 - бензилиден кумаранона или 2 - бензфуранона:
Аурон
Считается, что ауроны могут образовываться из соответствующих халконов под действием, обнаруженного в растениях фермента - халконазы.
Они встречаются в растениях редко, например, в семействах астровых (Asteraceae), бобовых (Fabaceae), норичниковых (Scrophulariaceae).
В растениях присутствуют в форме гликозидов. Это желтые, оранжевые или оранжево - красные пигменты растений.

3. Физико-химические свойства флавоноидов

В чистом виде флавоноиды - кристаллические соединения, бесцветные (изофлавоны, катехины, лейкоантоцианидины, флаванонолы, флаваноны), желтые (флавоны, флавонолы, халконы, ауроны), а также окрашенные в красный, синий или фиолетовый цвета (антоцианидины). Без запаха, горького вкуса, с определенной температурой плавления (гликозиды 100 - 180°С, агликоны до 300°С). [2]
В зависимости от рН среды: в кислой среде они имеют оттенки красного или розового цветов; в щелочной - синего.
Гликозиды, катехины и лейкоантоцианидины хорошо растворимы в воде, этаноле и метаноле различной концентрации, но нерастворимы в полярных органических растворителях.
Агликоны, за исключением катехинов и лейкоантоцианидинов растворяются в этиловом эфире, ацетоне, этилацетате, спиртах, практически не растворимы в воде. Агликоны и гликозиды флавоноидов лишены запаха. Некоторые из них обладают горьким вкусом. Флавоноидные гликозиды обладают оптической активностью, способны к кислотному и ферментативному гидролизу. Скорость гидролиза и условия его проведения различны для различных групп флавоноидов.
О - гликозиды при действии разбавленных минеральных кислот и ферментов гидролизуются до агликона и углеводного остатка.
С - гликозиды с трудом расщепляются лишь при действии крепких кислот (конц. хлористоводородная или уксусная - смесь Килиани) при длительном нагревании.
Катехины и лейкоантоцианидины легко окисляются в присутствии кислорода воздуха, под действием света и щелочей, превращаясь в окрашенные соединения - продукты конденсации, вплоть до высокомолекулярных полимерных форм. При нагревании до температуры 200°С эти соединения возгоняются, а при более высокой температуре разрушаются.

4. Методы выделения и идентификации флавоноидов

Для выделения флавоноидов проводят экстракцию растительного материала этанолом или метанолом, учитывая растворимость агликонов и гликозидов флавоноидов в спирте.
Спиртовое извлечение упаривают, к остатку добавляют горячую воду и после охлаждения удаляют неполярные соединения (хлорофилл, жирные и эфирные масла), т.к. при охлаждении они выпадают в осадок, который отделяют.
Часто для отделения сопутствующих веществ сырье сначала обрабатывают хлороформом, т.е. «обезжиривают», а затем уже экстрагируют спиртом разной концентрации.
Спиртовое извлечение исследуют.
Проводят качественный и количественный анализ.
Флавоноиды из водной фазы извлекают последовательно этиловым эфиром (агликоны), этилацетатом (в основном монозиды) и бутанолом (биозиды, триозиды).
Для разделения компонентов каждой фракции используют колоночную хроматографию на силикагеле, полиамидном сорбенте или целлюлозе, что показывает таблица. [6]
Элюирование веществ проводят смесью хлороформа с метиловым спиртом с возрастающей концентрацией метилового спирта, спирто - водными смесями с возрастающей концентрацией спирта, если сорбентом служит полиамид, или 5 - 30% - ной уксусной кислотой в случае целлюлозы.
Для выделения отдельных флавоноидов существуют специфические методы.
Так, для выделения рутина из бутонов софоры японской (Fructus Sophorae japonicae) экстракцию проводят горячей водой. При охлаждении водных извлечений рутина выпадает в осадок, его отфильтровывают и очищают перекристаллизацией из спирта.
Софора японская (Sophorae japonicae)
Семейство бобовые (Fabaceae)
Описание:
Крупное дерево высотой до 20 м с округлой широкой кроной. Листья очередные, непарноперистые, до 25 см длиной, с короткими черешками, состоят из 5 - 7 пар продолговато - эллиптических листочков. Цветки бело - желтые, неправильные, типичного мотылькового строения, собраны в многоцветковые метелки. Плоды - четковидноперетянутые бобы длиной 3 - 7 см с мясистыми стенками и 2 - 8 семенами. Незрелые бобы зеленые, зрелые красноватые. Цветет в июне - июле. Плоды созревают в августе - сентябре и держатся на дереве всю зиму. От других деревьев семейства бобовых софора отличается четковидными невздутыми бобами и отсутствием колючек.
Распространение:
В диком виде встречается и в Китае и в Японии. Широко культивируется в городских насаждениях, парках, скверах, придорожных посадках. Растение теплолюбиво, поэтому разводится в южных областях России. [5]
Заготовка:
В медицинских целях используют бутоны и плоды дерева. Бутоны софоры японской собирают в сухую погоду после обсыхания росы в конце бутонизации этого растения (в июне - июле), когда часть бутонов у основания соцветия начинает распускаться. При этом осторожно отламывают соцветия с еще недозревшими светло - зелеными мясистыми и сочными плодами, семена которых лишь начинают темнеть. Перед сушкой от плодов отделяют и отбрасывают веточки соцветий. Как только веточки соцветий станут хрупкими, сушку прекращают.
Химический состав:
Наиболее ценное биологически активное вещество софоры японской - рутин, представляющий собой глюкорамногликозид кверцетина. Его наличие установлено в бутонах, цветках, листьях, молодых ветках и молодых плодах. Особенно много рутина накапливается в молодых, быстро развивающихся органах растения. Максимальное количество его отмечено в бутонах. В плодах в период их созревания содержится 8 флавоноидов, количество которых меняется в зависимости от места и времени сбора. Помимо рутина, обнаружены кемпферод-3-софорозид, кверцетин-3-рутинозид и генистеин-2-софорабиозид. В цветках обнаружены алкалоиды и гликозиды. В листьях найдены рутин (софорин) и до 47 мг% витамина С. Семена содержат до 10% жирного масла.
Применение:
Препараты софоры обладают ранозаживляющими свойствами, ускоряют регенерацию тканей, уменьшают проницаемость и хрупкость капилляров, повышают способность организма усваивать аскорбиновую кислоту. Плоды оказывают бактерицидный эффект по отношению к золотистому стафилококку и кишечной палочке.
Настойку софоры назначают внутрь для лечения и профилактики кровоизлияний, употребляют внутрь при повышенном давлении крови, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, дизентерии. Наружно применяют в виде примочек, орошений при острых и хронических гнойных воспалительных процессах (абсцессы, флегмоны, раны, трещины сосков грудных желез, ожоги, трофические язвы).
Для идентификации флавоноидов используют их физико-химические свойства:
• Определение температуры плавления
• Определение удельного вращения гликозидов
• Сравнение УФ, ИК, масс -, ПМР спектров со спектрами известных образцов.
УФ спектр флавоноидов характеризуется наличием, как правило, двух максимумов поглощения. УФ спектроскопия успешно используется для установления свободных ОН - групп в молекуле флавоноида путем добавления различных реактивов (ацетата натрия, метилата натрия, борной кислоты с ацетатом натрия, хлористого алюминия). [11]
При добавлении этих реактивов происходит смещение максимумов поглощения, характерное для гидроксильных групп в различных положениях.
В ИХ спектре флавоноидов имеются полосы поглощения, характерные для различных группировок.