О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Терпеноиды и фенольные соединения биомассы березы повислой : диссертация ... доктора химических наук : 05.21.03

Год: 2013

Номер работы: 8778

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Береза повислая и пушистая относятся к роду Betula, к семейству березовых {Betulaceae). Род-Betula представлен в северном полушарии 140 видами. На территории бывшего Советского Союза произрастает 98 видов берез. Максимум видов сосредоточен в Забайкалье и на Дальнем Востоке. На СевероЗападе России основными промышленными видами являются - береза повислая и береза пушистая, а остальные виды берез имеют лишь небольшие ареалы произрастания [16]. Береза повислая или бородавчатая - дерево до 26 -

Ствол состоит из древесины, камбия и коры. Под корой подразумевается наружный слой ствола, который отделяется камбием от древесины ствола. В зависимости от анатомического строения и физиологической активности ткани коры можно разделить на две группы: внутренний слой (луб) и наружный (береста, корка). h s ' Внешняя кора (береста, корка) Наружный слой коры, состоящий в основном из мертвых тканей, физиологически неактивен. Его роль заключается в защите древесины от внешних воздействий березов

березы [ Отходом лесозаготовок кроме коры являтся ветви, в осоенности интересны ' ветви, входящие в состав древесной зелени - сырья для лесохимической > переработки. Химический состав побегов должен отличаться от состава ствола, | так как побеги, например, должны обладать большей гибкостью, содержать большее количество экстрактивных веществ, так как содержат более молодые ткани. Цвет корки ветвей отличается от белого цвета бересты. Строение побегов березы Строение побегов зависит от возр

4

39.2

25.2 Ветви Кора Целлюлоза Кюршнеру Лигнин Пентозаны Зола Вещества, по

45.9

20.4

25.3

0.2

20.8

24.8

0.26

20.6

26.6

0.31

22.1

27.1

0.37

37.9

25.9

2.3 экстрагируемые: ^ Водой 1%-biMNaOH Спиртобензольной смесью Эфиром

2.08

1.31

3

16.4 \ 1 /

2.05

17.5

2.44

20.3

2.81

22.8

3.8

27.5

2.21

1.04

2.63

1.88

4.04

2.47

5.7

2.6 Морфология волокон: волокна ветвей имеют наименьшую толщину клеточной стенки (

1.9 мкм), а по длине (

0.912

мм) занимают промежуточное положение между" волокнами ствола и корней [71]. Исходя из данных о химическом составе отдельных частей дерева, можно сделать следующее<

заключение: побеги вполне пригодны для получения волокнистых полуфабрикатов, биологически-активных веществ, а также веществ для фармацевтической и косметической отрасли. ^ v 1 / 33 I Состав экстрактивных веществ Сведения о составе экстрактивных веществ ветвей, как отдельной составляющей дерева, в литературе не найдены. В некоторых источниках были обнаружены соединения, выделенные экстракцией из древесной зелени, то есть \ ветвей вместе с листьями или листвы отдельно. В обзоре также при

35.70 ! Нейтральные вещества Необходимо отметить высокое содержание сложных эфиров в составе нейтральных веществ, кислотная составляющая которых представляет собой \ 1 жирные кислоты (таблица 9). ' Таблица 9. Состав нейтральных веществ углеводородного экстракта березы ! плосколистой [63] Класс соединений Содержание, % от массы нейтральных веществ Углеводороды В том числе: Алканы Сквален Сложные эфиры - В том числе: Кислоты Стерины Жирные спирты Бетулопренолы Триглицериды Карбонильные соедине

3.2

26.7 36 ! августа. Поскольку интенсивность накопления каротина зависит от ! освещенности [75]. Побеги у березы в среднем составляют

2.6% от массы древесной зелени, а | примесь их к листьям снижает содержание каротина на 15% (140 против

119.2 мг/кг) (таблица 10). V Таблица 10. Содержание каротина в разных частях древесной зелени, мг/кг \ массы а.с.сырья [75] Сырье Содержание Число наблюдений 18 22 20 21 ь Побеги Листья Древесная зелень Древесная зелень с толщино

/ Согласно ГОСТ почки входят в состав древесной зелени [15]. Почки, вероятно, являются той частью кроны березы, которая исследовалась раньше всех из-за высокого содержания эфирного масла. Положили начало исследованиям масла работы Treibs W. [77] V Березовые почки, о которых пойдет речь в данной работе, представляют \ собой зачаточные, еще не развернувшиеся побеги, расположенные на ветках ' березы (Betula pendula Roth.), размером от 3 до 7 мм. Они состоят в соответствии с рисунком 3 из стебл

V Листья березы повислой содержат 20% жилок, мезофилл доззовентального типа состоит из 1 слоя палисадных клеток и 4 слоев губчатых, в соответствии с рисунком 4 [100J, по другим данным от 5 до 6 слоев [101]. Эпидерма однослойная, верхняя намного толще нижней. Устьичный аппарат беспорядочно-клеточный [101]. На эпидерме видны гландулярные трихомы, содержащие липофильные вещества: терпены, агликоны флавоноидов, липиды, воски [102]. " i 4 Рисунок 4. Часть поперечного среза первого листа

9.09 Нейтральные вещества Углеводороды Алканы обнаружены в составе эпикутикулярных восков (27% от воска) Betula papyrifera. Гомологический ряд включает в себя алканы от 20 и до 36 V \ атомов углерода [104]. Главный гомолог - углеводород с 31 атомами углерода. Непредельные углеводороды Как необходимый участник^ фотосинтетической единицы в листьях присутствуют каротин и каротиноиды (до

0.018%) [105]. Сложные эфиры В состав эпикутикулярных восков входят гомологи алкиловых сложных эфиров

Образцы заготавливали в Ленинградской области. Вид березы определяли на кафедре ботаники Санкт-Петербургского лесотехнического университета к.б.н. \ Егоровым А.А. Береста и луб. Отбор проводили со свежесрубленного дерева в виде отрубков длиной 33-54 см из разных частей ствола: на высоте 0.

-1;

0.3;

0.6;

0.9 от общей ! высоты дерева (26 м). Возраст березы около 55 лет. С каждой части ствола собрали отдельно бересту и луб с тканями прикамбиальной зоны, удаляя ' посторонн

2.2 Методы анализа состава исходных образцов частей березы Массовое содержание частей ствола и веток определялось V в^ свежезаготовленных образцах в пере счете на сухое сырье. Влажность определяли стандартным методом высушивания, зольность методом сжигания [138]. Бересту и луб, почки, листья, луб, древесину и корку веток анализировали согласно схеме на рисунке 5. Растительное сырье Экстракция петролейным эфиром Экстракция водой Углеводородный экстракт Остаток Водный экстракт I Экстрак

В качестве сорбентов для колоночной хроматографии использовали силикагель фирмы Merck с размером зерен 100-200 меш Выделенные петролейным эфиром вещества разделяли на фракции методом колоночной хроматографии на силикагеле градиентным элюированием ПЭ с \ добавкой от 1 до 50%> ДЭ, а затем с добавкой от 20 до 90%> ацетона. фракций повторным ^ хроматографированием v Из этих извлекали индивидуальные I \ соединения. f Выделенные ДЭ вещества' разделяли на фракции методом колоночной хро

Лцетилирование. ' 10-100 мг смеси или чистого соединения растворяли в

1.5 мл пиридина и добавляли

1.5 мл уксусного ангидрида, оставляли на 24 ч при комнатной температуре. Затем добавляли в колбу 10 мл теплой воды. Далее всю смесь переносили в делительную воронку и экстрагировали диэтиловым эфиром. Полученный экстракт обрабатывали 1%-ным раствором НС1 для удаления V остатков пиридина, а затем раствором соды для удаления кислот, сушили над \ безводным Na2S04i Щелочной гидролиз (ом

2.5 Инструментальные методы анализа Спектральные соединений. Для хромато-масс-спектрометирческого методы установления строения выделенных \ анализа использовали хромато- ' масс-спектрометр с газовым хроматографом 6850А, модели - G2629A с i селективным масе-спектрометричееким детектором НР5973 Network, модели - , G2577A фирмы "Agilent Technologies, Inc." Энергия ионизации 70 эВ. Температура сепаратора 280°С, ионного источника 230°С. Колонка кварцевая HP-5MS 30000x

0.25 мм со

3.1 Состав терпеноидов и фенольных соединений разных частей кроны.

3.1.1 Структурные компоненты и экстрактивные вещества частей кроны дерева Химический состав почек собранных в конце марта, перед распусканием, и листьев собранных в мае, через три недели поле распускания приведен в таблице 12. Основное отличие в схеме анализа почек и других анатомичеких, элементов от анализа компонентов древесины заключается в предварительной \ экстракции сырья щелочью, которое позволяет удалить вещества, мешающие как определению лигнина, так и целлюлозы. Если проводить опр

3.2

22.1

4.0

28.8

6.6

0.9

8.0

29.2

29.1

46.4

1.8

11.8

12.4

22.3 Так как побеги диаметром 3-10 мм представляют собой стволы растения возрастом 2-6 лет, то было целесообразно разделить их на: древесину, луб и корку, которые выполняют различные функции и, соответственно, имеют» различный химический состав. Исследуя групповой состав побегов, сравнили части органов березы - побегов и ствола. Количество древесины в побег

3.1.2 Групповой состав экстрактивных веществ разных частей кроны V Для определения состава экстрактивных веществ, почки собирались \ перед распусканием в конце марта, когда почки набухли, но еще не распустились, как рекомендуется в справочнике по сбору лекарственных растений [173]. Главным критерием для определения времени сбора листьев также служили рекомендации справочника. Листья были заготовлены через 3 недели после распускания, когда они еще были мягкими, клейкими. Перед хроматографичес

3.1.3 Экстракты частей кроны дерева, полученные экстрагированием ПЭ

Остаток от экстракта после отделения кислот - НВ разделили жидкостной колоночной хроматографией на силикагеле с использованием градиентного ' элюирования (Таблица].6). Контроль за ходом хроматографии осуществляли ' методом ТСХ. Выделяемые фракции анализировали с применением ИКспектроскопии и ГЖХ-МС. Таблица 16. Результаты жидкостной колоночной хроматографии нейтральных веществ, % от массы НВ Класс № фракции соединений и элюент 1 1 ПЭ 2 2 Насыщенные углеводороды Ненасыщенные углеводороды 3 2

0.1 Почки [174] 3

1.5 4

11.7 Листья Древесина 5

2.3 ) / Побеги Флоэма Корка 6

9.0 7

1.4

1.5

14.3 \ \ \ 1 9 „ l 4

4.2 Алифатические Спирты и фитол Стерины, тритерпеновые соединения, токоферол

1.9 ,' / 7

0.8 10% д э 10 11%ДЭ

1.7

19.5

23.1

21.1 Флавоноиддиметил эфир

5.8

0.7

0.1

0.1 нарингенина 12 13%ДЭ 13 ПЭ+15% ацетона 14 15 Сесквитерпеновые спирты Сложные эфиры кумараты Флавоноид

3.2

0.2

22.9

0.2

26.2

0.5

45.4 _

4.0

16.3 - ^

3.0

11.0

3.1

23.8

2.7

3.9 1 / -

15.9 -

60.4 -

3.4 - Пики алкенов на хроматограммах находятся рядом с пиками соответсвующиху алканов, а молекулярный ион на масс-спектре имеет массу на 2 единицы меньше. Возможно, эти углеводороды являются метаболитами жирных кислот - пальмитиновой и стеариновой, преобладающих в составе кислот древесины. / \ Фракция 2. Ненасыщенные углевороды. Так как фракции углеводородов, кроме насыщенных соединений (Rf=

1.00 в ПЭ на ТСХ) сод

1]гепт-2-ен). ИК-спектр и основные сигналы ЯМР *Н спектра совпали с литературными данными [189], но отнесение сигналов атомов углерода и водорода в молекуле не было сделано. Точное отнесение сигналов атомов углерода и водорода в молекуле ос-транс-бергамотена было сделано после анализа двумерного С - Н корреляционного спектра (таблица 21). ^ Данные спектров выделенного соединения (138) соответствуют литературным спектральным данным для (3-транс-бергамотена (6-метил-2-метилен-6-(4- i метил-пен

1] гептан), выделенного из Pseudorotium ovalis [190] и синтезированного [191] . Таким образом, основными соединениями фракции ненасыщенных V углеводородов бересты являются а-сантален (136), а-транс-бергамотен (137) и Р-транс-бергамотен (138). Данные о наличие в бересте сесквитерпе-ноидов в литературе отсутствуют. Выделенные из фракции сесквитерпены относятся к сесквипинановому и сесквикамфановому типам и не были обнаружены в почках и листьях березы. 2 137 Состав сесквитерпеновых метаболитов

3.1

25.55 <

0.1

26.92 <

0.1 Ранее этиловый, пропиловый, метилпропиловый эфиры пальмитиновой ' кислоты выделяли из рисового вина. Идентифицированные сложные эфиры были отнесены к продуктам ферментации [203]. Производные кислот: 5-додецилдигидро 2(ЗН)фуранон (у-пальмитоил лактон) )(140)

0.3% от НВ ПЭ древесины и 4, 8,12,16- тетраметилгептадекан-4-олид -

1.5 % от НВ, обнаруженные во фракцииу древесины, были отделены от других соединений фракции с

3.2

7.3

0.4 Y Фракция 16. Альдегидо и кетоспирты. Фракция корки была повторно разделена на две фракции. Первая фракция элюировалась пр добавлении 20% ДЭ к ПЭ. Из-за малых количеств фракций идентификация соединений проводилась после анализа ЯМР'Н-спектров^ суммарных фракций, масс-спектров полученных при анализе фракций методом ГЖХ-МС, сравнением масс-спектров и индексов удерживания продуктов | восстановления ^известными соединениями. ^ На хроматограмме первой .фракции (ГЖХ-МС) наб

3.2 Особенности секвитерпеноидов почек других видов берез. Основными направлениями биосинтетических превращений \ сесквитерпеновых, углеводородов: ^кариофиллена и гумулена почек и листьев березы повислой являетря эпоксидирование, гидроксилирование, ацетилирование, циклизация. Существуют березы, в которых основным сесквитерпеноидом является изокариофилленовая кислота (188) (Betula grandifolia Litv., В. krylowii G. Kryl., В. albo-sinensis Burk., B.fusca Pall.ex Georg, B. obscura A. Kotula,

/ Фракцию ИВ ДЭ разных частей кроны дерева разделили на колонке с силикагеле градиентным эюированием системами элюентов: ПЭ-ДЭ; ПЭацетон; ацетон-этанол (Таблица 63). Таблица 63. Результаты жидкостной колоночной хроматографии нейтральных веществ Класс*1 № фракции соединений и элюент Почки Листья Йобеги / Древесина % от НВ Флоэма Корка 1 1 ПЭ+5%ДЭ 2 7% ДЭ 2 Каротиноиды 4 6 сложные эфиры У У / \ 3 9%ДЭ Алифатические ненасыщенные спирты ~ 1 4 ПЭ+10%Д Тритерпеновые спирты 11 э \ \ 1 5

4.2 Состав «сильных» кислот ДЭ экстракта Экстрактивные вещества, извлекаемые из экстракта, полученного V \ экстрагированием диэтиловым эфиром, водным раствором NaHCOs состоят из ароматических кислот, алифатических двухосновных кислот, тритерпеновых I кислот, жирных короткоцепочечных кислот, низкомолекулярных фенолов, сесквитерпенового триола (Таблица 69). Идентификацию большинства соединений проводили сравнением масс-спектров и индексов удерживания, приведенных в банке данных NIST, после а

4.3 Состав «слабых» кислот ДЭ экстракта Компонентный состав фракций «слабых» кислот определялся после \ предварительного метилирования диазометаном методом ГЖХ-МС. Кислоты ' идентифицировали сранением масс-спектров и инднексов удерживания/Из ДЭ [ листьев и древесины раствор щелочи извлекает жирные кислоты. Из ДЭ . экстракта коры веток раствор 1% NaOH извлекает жирные и тритерпеновые кислоты. Состав жирных кислот аналогичен составу кислот ПЭ (Таблица 70). Способность фенольных соединени

Соотношение частей коры и древесины в зависимости от высоты отбора пробы исследуемого дерева высотой 26 м приведено в таблице 72 [334]. Таблица 72. Соотношение частей ствола березы повислой в зависимости от высоты отбора пробы, % от массы сухой пробы Высота, доля от Древесина Луб* Береста* общей высоты ствола

0.1

86.3 6Л

44.6

0.3

83.6

10.7

65.1

0.6

81.9

12.8

70.6

0.9

81.9

13.5

74.6 * - над чертой % от

Также как и в флоэме побегов, в лубе, по сравнению с коркой, значительно больше сложных эфиров, что приводит при анализе к повышенному количеству «связанных» кислот (Таблица 76). С возрастом доля сложных эфиров возрастает, так как соотношение неомыляемые вещества «связанные» кислоты в флоэме побегов - 69 к 28 (Таблица 15), а в лубе - 45 к 44. Береста отличается от корки побегов увеличением количества кислот - 24% в ПЭ экстракте в бересте и 16% в ПЭ корки побегов. Таблица 76. Групповой соста

3.2.

3.1 Нейтральные вещества Экстрактивные вещества бересты изучали в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 6. После охлаждения экстракта бересты, выпавшие кристаллы (72% от экстракта) отделили от части экстрактивных веществ, оставшихся в растворе. Методом газожидкостной (ГЖХ) хроматографии определили, что основным компонентом кристаллической части экстракта бересты является бетулин (18) (95% от массы кристаллов) с примесью (4%) лупеола (19), 2% бетулиново й кислоты (

3.2.4 Состав экстрактов из бересты и луба, полученных экстракцией ДЭ Экстракты получили экстрагированием диэтилдовым эфиром сырья предварительно проэкстрагированного ПЭ.

3.2.

4.1 Нейтральные вещества Диэтиловым эфиром после экстракции петролейным извлекаются соединения с одной или двумя кислородсодержащими функциональными группами (таблица 87). Таблица 87. Результаты жидкостной колоночной хроматографии нейтральных веществ № фракции и элюент 1 Класс соединени

4.2 Состав «свободных» кислот «Сильные» кислоты Из ДЭ частей коры выделили «сильные» кислоты промывкой экстракта водным раствором 5% NaHC0 3 : 3% от экстракта бересты и 17% от экстракта луба. Состав кислот (таблица

88) определили методом ГЖХ-МС после предварительного метилирования диазометаном. Идентификацию провели, сравнивая индексы удерживания и масс-спектры. Таблица 88. Состав «сильных» кислот ДЭ из разных частей кроны. Соединение Береста Луб Октановая Ванилин 4-Гидрокси-Зметокс

Так как в составе экстрактов, полученных последовательной экстракцией ПЭ и ДЭ частей коры, присутствуют одни и те же соединения,

29.9% из бересты и 3% из луба. приводим суммарный состав экстрактов (Таблица 90). Выход суммарных экстрактов - Таблица 90. Суммарный состав экстрактов частей коры Группы соединений 1 Нейтральные вещества Насыщенные углеводороды Ненасыщенные углеводороды Сложные кислот Карбонильные соединения Ацетаты секвитерпеновых спиртов Оксираны сесквитерпеновых спиртов Тр

Сталкиваясь с проблемами лечения многочисленных заболеваний, ученые озабочены поиском лекарственных средств широкого спектра действия. К таким веществам относятся полипренолы, содержащиеся в древесной зелени. Полипренолы выполняют в организмах целый ряд важнейших функций. Гомологи полипренолов с различным количеством изопреновых звеньев являются составными частями разных важнейших для организмов молекул (Убихиноны, менахиноны) [175, с.385-386 ]. Полипренолы обладают противоопухолевой, против

4.3 Определение способа получения бетулина Как показали исследования, основным компонентом экстрактивных веществ бересты является бетулин. Из литературных данных известно (см.

Введение, а также Лит. обзор п.

1.2.1), что бетулин а также проявляет обладает противовоспалительное, противоопухолевое действие, антивирусными и желчегонными свойствами. Бетулин также представляет интерес как сырье для синтеза производных, в частности, бетулиновой кислоты, которая показала специфичес

Содержание бетулиновой кислоты (36) в коре березы и других растительных источниках незначительное. Однако в бересте содержится бетулин (18) биосинтетический предшественник бетулиновой кислоты. бетулин R,=H R2=OH R,=R 2 =0 R^H R3=CH2OH R3=COOH бетулоновая кислота • / \ бетулиновая кислота R2=OH R3=COOH Известные способы получения бетулиновой кислоты из бетулина можно разделить на две группы. К первой группе способов [145, 358] относятся многостадийные схемы, позволяющие избежать измене