Каннабиноиды


Специфические вещества конопли – каннабиноиды



бет2/5
Дата02.07.2016
өлшемі2.1 Mb.
#172793
1   2   3   4   5

3. Специфические вещества конопли – каннабиноиды

Своеобразное действие гашиша на организм животных и человека издавна интересовало ботаников, химиков фармакологов, врачей. Прежде всего необходимо было выявить химическую природу веществ, являющихся носителями наркотических свойств, а также пути их образования в растении, определить их содержание в зависимости от почвенно-климатических условий, разработать методы обнаружения и другие вопросы. В ранее опубликованных статьях было немало ошибочных данных и толкований отдельных наблюдений, что частично объясняется лабильностью физиологически активных соединений конопли.

Реальные результаты в химии гашиша были достигнуты лишь в 30-е годы нашего столетия; описаны способы выделения трех индивидуальных соединений (каннабинол, каннабидиол и тетрагидроканнабинол) и впервые приведены их правильные суммарные формулы.

Природа этих веществ была установлена в большой серии работ таких известных химиков, как Адаме (США) и Тодд (Англия). Они же осуществили первые синтезы каннабиноидов [15, 16. 17].

За последнее десятилетие в экстрактах гашиша было обнаружено еще несколько индивидуальных соединений. Все эти соединения оказались производными дифенила, содержащими в одном из циклов два фенольных гидроксила и радикал C5H11 (амилрезорцин). Другой цикл в пара-положении алкилирован метильным и изопропенильным радикалами. В некоторых веществах этот цикл частично гидрирован, а один из фенольных гидроксилов с изопропенилом образует третий окисный цикл. В этом случае вещества могут рассматриваться как производные дибензопирана. Наконец, в конопле были обнаружены также фенолокислоты и соединения, в которых циклогексановое кольцо раскрыто.

В исследованиях 30-х и 40-х годов разделение смеси фенольных соединений проводилось разгонкой в вакууме. Выход конечных продуктов был крайне низким и они не были свободны от примесей; при термическом воздействии возможны изомеризация, декарбоксилирование и другие реакции, приводящие к образованию вторичных продуктов.

Даже очищенная многократной перегонкой в вакууме сумма каннабиноидов — это красно-бурое масло, темнеющее при хранении. Ацетилирование частично стабилизирует его и облегчает процесс разделения. В работах ученых за последние десять лет было показано, что фенольные соединения конопли фактически представляют собой трудно разделяемую смесь структурных, оптических и геометрических изомеров. Расшифровать эти тонкие детали строения оказалось возможным лишь при использовании новейших физических методов и хроматографии.

Успехи в этой заключительной стадии исследования были достигнуты главным образом в Химическом институте университета в Бонне (ФРГ) под руководством Кортэ [20] и в Институте Вейзмаша под руководством Гаопи и Мехулэма (Израиль). Последние опубликовали наиболее полный обзор по химии гашиша[18].

Нами приведены формулы 9-фенольных соединений, выделенных из конопли, строение доказано с полной достоверностью, а также их важнейшие константы и сокращенные обозначения, которыми в дальнейшем мы будем пользоваться.

Среди фенольных соединений конопли описай также каннабициклол (КБЦ)21Н30О2) с т. пл. 152-1530С, строение которого показано ниже, но оно не сразу было строго установлено [18]. В 1971 г. в спиртовом экстракте листьев и цветочных головок конопли обнаружен «необычный» пропильный гомолог ТГК (C19H26О2), названный тетрагидроканнабидиваролом (ТГКВ) [19].



Как видно из приведенных формул, все каннабиноиды имеют родственное строение и с полным основанием могут быть объединены в одну группу природных фенолов.




Формула

Радикал

R=H

R= СООН



Каннабинол

(КБН),

С21Н26О2,

Тпл=75-760С



Каннабиноловая кислота (КБНК), С22Н26О4.



Каннабидиол

(КЕД)

С21Н30О2

Тпл=.66-670С

[α]D-123;-174



Каннабидиоловая кислота

(КВДК)

С22Н30О4





Тетрагидроканнабинол

(ТГК)

С21Н30О2

Масло [α]D-120;-263


Тетрагидроканнабиоловая кислота

(ТГКК)

С22И30°4

[α]D -206,8°





Каннабигерол

(Ш)

С21Н32О2

Тпл.=51-530С


Каннабигероловая кислота

(КБГК)

С22Н32О4





Каннабихромен

(КБХ)

С21Н30О2

Тпл.=144-1460С

Следует отметить, что у многих авторов, публикующих химические работы по гашишу, до последнего времени не было единообразия в терминологии. В работах Адамса применялась нумерация, установленная для дибензопирана, Кортэ с сотрудниками обозначали те же вещества, как принято для производных дифенила. Мы будем пользоваться наиболее удачной номенклатурой, предложенной Гаони и Мехулэмом, в которой природные каннабиноиды и их синтетические аналоги рассматриваются как фенилированные монотерпены. Это согласуется с требованиями современной рациональной номенклатуры.

В количественном содержании каннабиноидов в конопле нет постоянства. Варьирует также и соотношение между отдельными веществами в зависимости от сорта и места произрастания растения, сроков и способов сбора гашиша, продолжительности и условий хранения.

Однако, как правило, в смеси преобладают три вещества — КБН, КБД и ТГК и некоторые их кислотные производные. Остальные каннабиноиды содержатся в минорных и следовых количествах.

Из всех фенольных компонентов гашиша только КБН отличается химической устойчивостью и сравнительно легко выделяется в кристаллическом состоянии. Это объясняется полной его ароматичностью и отсутствием изомеров. В случаях, где циклогексановое кольцо частично дегидрировано, вещества могут быть в виде структурных, геометрических и пространственных изомеров. Смеси их представляют собой вязкие масла, трудно поддающиеся разделению на индивидуальные соединения.

Не просто установить и место локализации двойной связи в цикле из-за возможной ее миграции.

Строение КБН безупречно доказано на основании аналитических данных и встречного синтеза, схема которого приведена ниже[15]. Дигидрооливетол, полученный при каталитическом восстановлении оливетола, конденсировался с 2-бром-4метилбензойной кислотой в присутствии алкоголята натрия и ацетата меди. Образовавшийся лактон дегидрировался серой и обрабатывался иодидом метилмагния.

Это вещество в дальнейшем неоднократно использовалось для доказательства строения углеродного скелета изомеров ТГК, которые при дегидрировании превращались в легко идентифицируемый КБН.

Формула КБД выводится из дачных анализа, наличия двух фенольных гидроксилов (получение диметиловых эфиров), двух легко гидрируемых кратных связей, на основании образования муравьиной кислоты при окислении, свидетельствующей о том, что одна из кратных связей находится на конце боковой цепи.

Переход КБД в ТГК при нагревании с кислыми катализаторами, сопровождающийся уменьшением числа двойных связей и фенольных гидроксилов, свидетельствует о происходящей циклизации в производное бензопирана.

Положение двойной связи в циклогексановом кольце КБД было установлено Мехулэмом с помощью спектров ПМР [18], сопоставляемых со спектрами тетрагидроканнабидиола и моноэпоксида. В первом случае химический сдвиг1 протона при С3 составляет 3,0 м. д., во втором — 3,14 м. д. Это может быть объяснено только тем, что двойная связь находится при Δ1(2).

Окисление тетрагидроканнабидиола (ТГКБД) перманганатом калия в ацетоне дало ментанкарбоновую кислоту, анилид которой оказался идентичным с анилидом вещества, полученного из транс-ментанхлорида по реакции Гриньяра с углекислым газом.

Мягкие условия окисления не должны изменять конфигурацию у С3, поэтому следует принять и для КБД транс-размещение изопропенильной группы по отношению к остатку оливетола. Абсолютная конфигурация ментанкарбоновой кислоты, а, следовательно, и всех природных каннабиноидов, установлена сопоставлением с глицериновым альдегидом и оказалась R-конфигурацией.

Строение КБД было неоднократно подтверждено синтезами, причем получены вещества, полностью совпадающие по свойствам с КБД из гашиша, а также его изомерами с двойной связью в положении Δ3(4). Синтез диметилового эфира КБД, близкого к природному, приведен на стр. 24 (схема 1).

Структура ТГК вытекает из взаимосвязи его с КБН и КБД (стр. 18-19). Описаны также многовариантные синтезы структурных, геометрических и пространственных изомеров. Из всех известных каннабиноидов только изомеры ТГК отличаются высокой психотомиметической активностью; остальные фактически не являются наркотиками, хотя рассматриваются как биогенетические предшественники или как потенциальные их источники. Поэтому изучению строения изомеров ТГК уделялось особенно большое внимание.

Вместе с тем возникли трудности, обусловленные лабильностью ТГК и множеством изомеров. Преодоление этих трудностей является одним из крупных достижением современной органической химии.

Удельное вращение ТГК, полученного из разных образцов гашиша, колеблется в широких пределах; от [α]D – 1200 до 2100 для полусинтетического вещества из КБД достигает -2600. Синтезированный Тоддом ТГК имел [α]D - +81. Значения длин волн максимума поглощения в УФ-спектре λ макс. 208-227 нм [20] также непостоянны. Это можно объяснить различным соотношением изомеров ТГК в гашише разного происхождения.

Положение двойной связи в циклогексеновом кольце было постулировано еще Адамсом, который на основании химических превращений показал невозможность локализации двойной связи при Δ4(5), Δ5(6), Δ2(3). Синтезированный им Δ3(4) ТГК оптически недеятельный.

Альтернативное положение двойной связи при Δ1(2) и Δ1(6) в природном ТГК устанавливалось на основании спектров ПМР [21], где выявляется триплет 0,88 м.д. (алифатическая метильная группа), синглеты 1,08; 1,38, 1,65 м.д. (три метальные группы, при двойной связи или по соседству с кислородом), широкий дуплет 3,14 м.д. (протон при третичном углеродном атоме), широкий синглет 6,35 м.д. (олефиновый протон), дуплеть 6,00; 6,18 м.д. (два ароматических протона).

Сопоставляя химические сдвиги протонов при С2 и С3 в природном транс-ТГК и в синтезированном цис-ТГК, а также в КБД (где имеет место свободное вращение циклов), авторы делают вывод о преобладании транс-Δ1(2) ТГК в анализируемых образцах.

Казалось, что изомеры ТГК можно получить направленным синтезом, где положение двойной связи должно быть фиксировано в зависимости от строения исходных веществ (стр.24, схема III, IV). Однако в действительности всегда получались смеси, обогащенные тем или иным изомером. Методом газовой хроматографии Кортэ и Зипер обнаружили в гашише минимум три разных по свойствам ТГК [22]. При высокой температуре (около 200°) КБД превращается по меньшей мере в пять веществ, различающихся по хроматографической подвижности.

Превращение КБД и ТГК под действием кислых реагентов было подтверждено и нашими опытами. Более того, мы обнаружили и противоположный процесс, свидетельствующий о лабильности ТГК. Хроматографически однородный ТГК был оставлен на длительное хранение. По истечении 8 месяцев появились ранее отсутствовавшие примеси (пятна на хроматограмме) других фенольных соединеий, в том числе и КБД, то есть зафиксирована реакция размыкания окисного кольца

Гаони и Мехулэм [18] установили, что КБД при взаимодействии с кислыми реагентами частично циклизуются в ТГК. Если реакцию проводить в абсолютном спирте насыщенным хлористым водородом, то образуется преимущественно Δ1(2) ТГК, если же в бензоле с пара-толуолсульфокислотой, то Δ1(6) ТГК. Второй изомер считается более стабильным, при хранении его содержание возрастает за счет уменьшения первого. При проведении реакции с хлористым водородом в присутствии хлористого цинка в растворе хлористого метилена из оптически деятельного стабильного изомера (-)-транс Δ1(6) ТГК образуется (-)-хлоргексагидроканнабинол, который при нагревании при нагревании с амилатом калия в бензоле вновь отщепляет хлористый водород и превращается в нестабильный ()-транс-Δ1(2) ТГК.

Однако в процессе очистки и хранения проходит обратная изомеризация. поэтому дальнейшая работа по разделению изомеров была признана бессмысленной. В каждом образце ТГК можно лишь ориентировочно определить соотношение двух изомеров, с этой целью и в случае оптически деятельных соединений достаточно замерить удильное вращение, которое выше для (-)-Δ1(6) ТГК.

Пропильный гомолог ТГКВ [19] gри противоточном разделении экстракта конопли но .Крейгу получен в виде масла, дающего симметричный пик на ГЖХ, но время удерживания его было меньше, чем у Δ1(2) ГГ'К. Цветные реакции оказались одинаковыми, ИK-спектры практически совпали, отсутствовало лишь поглощение при 2850 см-1. ПМР-спектры идентичны.

Масс-спсктрометрически показано, что молекулярный вес ТГКВ ранен 286, что на C2Н4-группу меньше молекулярного веса ТГК(314).

При сравнении масс-спектров ТГКВ и ГГ'К установлено, что относительные интенсивности пиков их молекулярных ионов являются величинами одного порядка (соответственно 0,68 и 0,81). В области высоких массовых чисел в обоих случаях наблюдается доброе 15 m/е (происходит потеря метильной группы), причем интенсивности пиков с m/е 271 соответственно тm/е 299 также соизмеримы. Учитывая идентичность масс-спектров, можно утверждать, что ТГ'КВ, так же как и ТГK, имеет Δ1(2) двойную связь и циклогексановом кольце.

Строение каннабигерола (КВГ) было выяснено на основании следующих фактов: он имеет на 2 атома водорода больше, чем КВД, но такое же количество легко гидрируемых двойных связей. Следовательно, один из циклов должен быть раскрыт. КБГ оптически неактивен — асимметрические центры в нем отсутствуют. Вместе с тем УФ-спектр идентичен со спектром КБД. Это указывает на то, что двойные связи не сопряжены ни между собой, ни с ароматическим ядром. Структура КБГ подтверждена синтезом.

Каннабихромен (КБХ) заметно отличается от других каннабиноидов. УФ-спектр доказывает сопряжение с оливетоловым (ароматическим) кольцом. В спектре ПМР одна двойная связь имеет вторично-вторичный характер, другая находиться в α-положении к атому кислорода, две другие – при двойной связи. Описан тетрагидроканнабихромен, полученный при гидрировании КБХ.

Среди компонентов гашиша обнаружены фенолокислоты. Строение КБДК установлено на основании перехода в КБД при декарбоксилировании и в КБНК при дегидрировании. Под влиянием кислых реагентов КБДК циклизуется в ТГКК. Эти превращении показаны на стр. 21. Положение кислотной группы доказано спектральным анализом. В ИК-спектре полоса 1098 см-1 соответствует ароматической кислотной группе. В спектре ПМР зафиксирован только один ароматический протон. Среди природных каннабиноидов не было обнаружено ни одной фенолокислоты, в которой бы отсутствовали водородные связи. Следовательно, фенольные и кислотные группы всегда находятся по отношению друг к другу в ортоположении.

Материалы о выделении и доказательстве строения кислот приведены в работе Мехулэма и Гаоип [18].

Ранее было высказано предположение, что КБД не входит в состав свежего гашиша, а образуется из КБДК ферментативным декарбоксилированием в процессе хранения. Однако КБД обнаружен в экстрактах, полученных непосредственно из цветущих метелок конопли, причем не только индийской, но и обыкновенной, особенно богатой КБДК [22, 23].

Нами этот же факт был установлен на образцах сорной конопли, произрастающей в Молдавии. Во всех случаях (в цветущих частях и листьях) при анализе на хроматограммах фиксировался КБД как непременная составная часть свежего экстракта.

Синтезы каннабиноидов описаны в большой серии работ: они проводились главным образом с целью доказательства или подтверждения их строения и только в отдельных случаях могут претендовать на препаративную значимость. Природные каннабиноиды все же следует считать пока более доступными, чем синтетические. Последние получаются далеко не всегда с хорошими выходами и также, нуждаются в очистке от неизбежных побочных продуктов. Эта операция не менее трудоемка, чем разделение природных соединений. Синтетически воспроизведены все каннабиноиды; более того, получены производные и не встречающиеся в конопле, например, ТГК с двойной связью между 3 и 4 углеродными атомами в циклогексеновом кольце. Мы приводим упрощенные схемы только 4 вариантов синтезов, выбранные из обширного литературного материала.

Схема I. Исходные вещества изопрен и диметоксиамилкоричная кислота [24]. Получен диметиловый эфир КБД с точно фиксированной двойной связью Δ1(6).

Схема 11. Исходные вещества пулегон и оливетол [25]. Получена смесь структурных изомеров Δ5(4) ТГК-

Схема III. Исходные вещества цитраль и оливетол [18]. Получена смесь цис- и транс-изомеров ТГК.

Схема IV. Исходные вещества (—)-вербенол к оливетол [18]. Получен идентичный с природным (—)-транс-Δ1(6) ТГК.

При синтезе КБД и ТГК обычно получаются рацемические соединения. Только в случае оптически деятельных исходных веществ сразу образуются определенные оптические антиподы. Так, из правовращающего вербенола (схема IV) синтезирован правый изомер ТГК.

На схеме показаны только исходные вещества и главные продукты реакции. В действительности при синтезах протекают весьма сложные процессы, о которых можно судить по обилию промежуточных и побочных веществ, обнаруживаемых с помощью различных методов хроматографии. Одна подобная реакция недавно была обстоятельно изучена [26]. Проводилась конденсация эквивалентных количеств оливетола с цитралем под каталитическим воздействием разных количеств пиридина.




В продуктах реакции был идентифицирован КБХ (15%), полученный из смеси многократной очисткой на флоризиле и молекулярной перегонкой в высоком вакууме в виде бесцветного масла. Три характерных максимума в УФ-спектре точно совпали с максимумами природного КБХ. Для синтезированного вещества снят спектр ПМР: два протона при двойной связи (5,44; 6,62 м. д.), два ароматических протона (6,10; 6,23 м. д.), характерный изопропилиденовый протон в виде триплета (5,08 м. д.), два олефиновых метила (1,58; 1,66 м. д.) и один метил в α-положении к кислороду (1,38 м. д.). На основании этих данных не только показана полная идентичность синтези­рованного и природного КБХ, но убедительно подтверждена его структура.

Подобным же образом доказана и структура КБЦ. Среди сложной смеси продуктов этой реакции, кроме уже приведенных компонентов гашиша КБЦ и КБХ, авторы обнаружили свыше десяти новых каннабиноидов — бис-каниабихромен, изоканнабициклол и другие. Особый интерес представляют вещества, в которых оба фенольных гидроксила оказываются «зациклизованными» в форме пирановых производных (окисей). В другой работе [27], проводимой с теми же реагентами, но в иных условиях, получен каниабиноид, содержащий пероксидную группу и цис-сочленение циклогексанового кольца с пирановым.



Петржилка с сотрудниками [28] также провели интересную серию исследований по получению оптически деятельных каннабиноидов, в том числе и входящих в состав гашиша, что явилось окончательным доказательством их строения и стереохимии. Синтетическим путем были получены неизвестные ранее аналоги каннабиноидов, в которых варьирует состав боковой цепи в резорциновом ядре.

Примечательно, что в этом ряду каннабиноидов, полученных сначала синтезом, оказался н-пропильный аналог, обнаруженный недавно в конопле [19].

Описан также «азотный» аналог Δ3(4) ТГК, не встречающийся в природе. Исходным соединением в этом синтезе был гидрохлорид 4-карбэтокси-N-метил-3-пиперидона, который конденсировался с оливетолом [29].



По своей психотомиметической активности азотный аналог оказался соизмеримым с ТГК.

В последние годы отмечается повышенный интерес к фенолокислотам из конопли. Многие авторы считают, что именно они являются первичными соединениями, и в процессе метаболизма в растении (или при курении) превращаются в собственно каннабиноиды.

Из работы Кимура и Окамото [30] следует, что главной coставной частью нативных каннабиноидов конопли, произрастающей в районе Саппоро в Японии, является ТГКК, которая легко декарбоксилируется уже при нагревании до 110°.

Ученые, изучавшие каннабиноиды, высказывали различны гипотезы относительно механизма их биосинтеза. Ниже приведена умозрительная схема образования каннабиноидов в растении, основанная на успехах в области биогенеза терпенов и химии фенолокислот конопли [18].

Все эти превращения, осуществляемые под воздействием ферментов, конечно, не являются случайными в обмене веществ конопли. Видимо, они каким-то образом включаются в качестве непременных элементов в механизм окислительно-восстановительных реакций и тем выполняют свою функцию. Конечным продуктом этих превращений является КБН, который отличается химической стабильностью и не принимает активного участия в биохимических процессах.



4 Методы обнаружения гашиша и его фенольных компонентов.

Для анализа гашиша могут быть использованы различные методы в зависимости от поставленных задач и обстоятельств. Следует иметь в виду, что гашиш является запрещенным наркотиком, поэтому никаких ГОСТов на него не имеется. Показателем «достоинства» гашиша в подпольных операциях служит субъективная физиологическая оценка, то есть эффективность одурманивающего действия.




Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5




©www.dereksiz.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет