автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Фенольные соединения древесной зелени ели европейской Picea abies (L. ) Karst

'i ^ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

о-; г->

На правах рукописи

ФЕЛЕКЕ АСФЛУ СИСАЙ

ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ PICEA ADIES (L.) KARST

05.21.03: Технология и оборудование химической переработки древесины: химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена на кафедре Технологии лесохимических

продуктов и БАВ Санкт-Петербургской лесотехнической академии

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор, Ягодин В.И.

доктор химических наук, профессор Рощин В.И.

доктор химических наук, профессор Петропавловский Г.А

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Федоров А.Л.

Центральный научно- исследовательский лесохимический институт, г. Нижний Новогород

Защита диссертации состоится "30"сентябра 1997г. " часов на заседании

специализированного Совета Д063.50.02 в Санкт-Петербургской лесотехнической академии по адресу:

194021, Санкт-Петербург, Институтский пер.,5, библиотека кафедры Целлюлозно-бумажного производства.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " ¿Р " 1997г.

Ученый секретарь специализированного Совета

Калинин Н.Н.

Общая характеристика работы Актуальность проблемы. Древесная зелень(ДЗ) трех хвойных пород - сосны, пихты, ели является сырьем для; химической переработки с получением биологически активных продуктов, которые находят широкое использование в различных отраслях промышленности. Однако, го ДЗ ели европейской извлекается в 3 раза меньше экстрактивных веществ растворимых в бензине по сравнению с ДЗ сосны (10% от массы сухою сырья) при промышленной - переработке, что делает этот отход неконкурентоспособным. Повышение конкурентоспособности этого вида сырья можно достигнуть, в частности, увеличением выхода экстрактивных веществ при использовании полярного экстрагента и углублением .переработки экстракта с получением новых ионных продуктов, представляющих собой полярные соединения фенольной природы. .'•.'•■•

Из четырех наиболее промышленно значимых видов елей, произрастающих на территории России (е.европейская, ¿.сибирская, е.корейская,' е.аянская). наименее изучены полярные компоненты ДЗ ели европейской. Поэтому изучение состава простых фенольных соединений ДЗ е.европейской, как с то1!™ зрения футщаментальной науки, гак I! дга решения практических задач связанных с проблемой переработки ДЗ, является актуальным.

Принимая во внимание трудности решения поставленной задачи рамки исследования ограничили изучением растворимых в дюймовом эфире экстрактивных веществ элементов ДЗ - *Ьои и побегов (обесхвоешшх ветвей диаметром до 1см) го изопропанольного экстракта. ■

Целью исследований являлась разработка принципиальной технологической схемы использования эфнрорастворимых экстрактивных веществ древесной зелени ели европейской с получением новых продуктов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач:

-разработать схему и методику анализа экстрактивных веществ, извлекаемых из сырья полярным экстрагентом; \

-выделить и установить строение основных соединений: тезопропаиолыгого экстракта элементов ДЗ, растворимых в диэтиловом эфире; •

-определить биологическую активность фенольных соединении из ДЗ и возмоясиые направления их использования;

-исследовать некоторые пути переработки экстрактивных веществ ДЗ с получением гпвеспих и новых продуктов.

Научная новизна исследований заключается в установлении качественного и количественного составовфенолышх соединении, определении специфической акшвнЬсгн фенольных соединений,' выделенных из фракции растворимой в диэтиловом эфире жопролзнольшго экстракта, Установлено, чго,зфирорастворгаше вещества хвои -и обесхвоенных Побегов различаются по составу фенольных соедашетй. В хвое и ветвях (побегах) идентифицированы производные коричной кислоты и продукты их ' 0-окисления - производные бензойных кислот и ацетофенона. соответственно. В побегах е. европейской, в отличие от хвои, происходит синтез С-метилфлавонондов и димеризация феруловой кислоты с образованием гшнорезинола и его дпацегата. Найдено, что основным соединением экстракта хвои е. европейской является п-п!/1роксиацетофенон, составляющий около 40%. Уточнены стереохнмические

особенности в строении пинорезинола и его диацетата, синтезируемых деревьями вида е. европейской. Последние два соединения С-метилфлавоновда впервые выделены из растительного источника. Их нахождение в побегах е. европейской, возможно, могут служить хемотаксономическим признаком вида Picea abiesfL.) Kafst. Определено, что фенольные соединения обладают противовирусной (грипп А и Б), бактерицидной пь отношению к возбудителям дизентерии, стафилококкам и бактереостатической по отношению к возбудителям сааьмонсллеза активностями. Наиболее высокую активность показали фенольные соединения по отношению к патогенным грибам, особенно, дерматофшиам. ' •

Практическая ценность работы состоит в разработке схемы анализа и методик выделения индивидуальных фенольных соединений из зкетракшвных веществ древесной зелени, а также вариантов технологической схемы выделения экстракгнвных веществ из ДЗ с использованием б качестве экстрагента низкомолекулярных спиртов с дальнейшей их глубокой переработкой" и получением известных и новых продуктов. Предлагаемые варианты технологической схемы позволяют увеличить выход компонентов экстрактивных веществ растворимых в бензине и дополнительно получить л- етдрокешцетофенон 95-99% чистоты, а также ко£щенграт флавоиОвдов.

Объем работы: Диссертация изложена на страницах и содержит список используемой литераторы, состоящий из/^У-источиика. Диссертация содержит рисунка и-^<?таблицы.

В литературном обзоре обобщены проведенные ранее исследовашм российскими и зарубежными учеными по выделению фенольных соединений, установлению их строения, распространению в различных анатомических частях дерева еда европейской и других дркаесных растениях, биологической активности природных фенолов; рассмотрены технологии получения продуктов и?. ДЗ и фенолседержагцих препаратов из растительного сырья.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Втором международном симпозиуме то химии и использованию древесных экстрактов ( два доклада, Китай, Фуджоу 1995); Всероссийском совещании по лесохимии, (Г.Сыктывкар, 1996 т.) и на эколого-зкономнческие проблемы лесного комплекса (на примере Северо-Западное регионе России, Г.Санкт-Пегербург 1997) изложены в тезисах четрех докладов и одной обзорной статье. Результаты также докладывались на ежегодных научно-технических конференциях ЛТА. но. тогам года в январе 1996 и 1997 года, изложены в отчетах 1995 и 1996 года (разделы отчета темы ГНТП «Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья», направление 5, проект 5.1).

М<ггоды проведения эксперимента

Объект исследования ДЗ ель европейская Picea abies(L.) Karst. Она одна га самых ' распространенных видов хвойных семейства Pinaceae в Европе, имеющая практическое значение на Северо-Западе Российской Федерации, странах Прибалтики и Скандинавии. Дм отработки методик исследования химического состава использовали свежую'ДЗ е.европейской, заготовленная в декабре месяце 1994 года в районе лесосырьевой базы Лисинского УОЛХ Ленинградской области. Отбор среднего образца в количестве 20 кг ДЗ производился примерно от.50 промышлеиносрубленных деревьев возраста 80 - 100 лет на площадке подготовки сырья цеха переработки ДЗ перед её измельчением. Наработка фракции фенольных соединений для изучения специфической активности произведена из ДЗ срубленных деревьев в июне 1996 года, а разработка технологической

схемы получения продуктов го ДЗ, заготовленной в марте 1997года. Для изучения динамики фенольных соединений отбор образцов ДЗ производили с разных сторон 10 одних и тех же деревьев 26-28 числа' к июле, оюябре 1996, январе, апреле и июле 1997 года. Хвою от побегов отделяли вручную и измельчали их на лабораторной мельнице пота МРЛ-1. Для наработки экстракта из ДЗ использовали измельченную и отсортированную ДЗ после ИПС-1.0 цеха переработки ДЗ Лисшшского УОЛХ с последующим измельчением на лабораторной мельнице.

Экстракцию хвои и побегов проводили в аппаратах Сокслета в течение 4 часов на кшшцсй водяной бане. Наработку экстрактивных веществ из ДЗ осуществляли в экстракторе резонансно- пульсациошюго типа. Во всех случаях в качестве эксграгента использовали азеотропими изопропаиол (82% водны!} раствор).

Схема ана.Ги :?а злемепгои дреиеспой зелени хвои и' побегов. Схему анализа изопролзнольного экстракта выбирали исхода из литературных данных и собственных предварительных исследований. Она заключается в последовательной экстракции веществ пзопропанольного экстракта петролеппым эфиром, затем диэтиловым эфиром и этилацетатом. Остаток нерастворимый в органических растворителях содержал водорастворимые соединения. В дальнейшем исследовали только вещества растворимые в диэтиловои эфире. Контроль за ходом экстракции осуществляли методом ТСХ-и весовым методом. При наработке экстрактивных веществ из ДЗ, разработке вариантов технологических схем использовали фракцию тяжеяоктшцего пстролейного эфира (предел кипения 70-100 °С), и, после отделения веществ, растворимых в петролейном эфире, экстракцию остатка проводили сразу этилацетатом. Вещества изопропаиольного экстракта ДЗ, растворимые в петролейном эфире, разделили на известные продукты переработки ДЗ: хвойную хлорофилло-каротнновую пасту,, хлорофиллнн натрия хвойный, провитаминный концентрат, бальзамическую пасту. Полученные продукты знал тиров л ли на соответствие .показателям'Технических условий. При наработке фракции фенольных соединений пз ДЗ для определения бнологггоеской активности,' после экстракции пзопропанольного экстракта иетролейным эфиром, выделяли вещества растворимые х в диэтиловои эфире.

Вещества пзопропанольного экстракта хвои и побегов, растворимые в диэтиловои эфире, разделили последовательной обработкой раствора в диэтиловом эфире водным раствором насыщенного бикарбоната натрия и 3%-го раствора едкого натра на фракции, условно названные фенолокислоты, фенолы, нейтральные вещества, соответственно. Необходимо ' отметить, что данное разделение не позволило полностью отделить фенолы от фенолокислот, но позво.'зио сконцентрировать эти компонехпы в той ш другой фракции. Последнее оказалось полезным при выделении индивидуальных соединештй, в том числе , находящихся во фракциях в «следовых» количествах. ,

В дальнейшем исследовали фракции фенолокислот и фенолов, извлеченных го хвои и. побегов. Индивидуальные вещества выделяли методом колоночной хроматографии. Для «грубого» разделения на фракции в качестве элюента использовали хлороформ с возрастающей добавкой до 20% (об.) этанола , а затем-полученные фракции разделяли 'петролейным эфиром с добавкой от 20 до'50 % (об.) этилацетата, в зависимости от полярности первично выделенной фракции. В некоторых случаях первично выделенные фракции перед повторным хроматографированием ацетилнрова.^и при 20-22 °С - уксусным ангидридом в пиридине. Соотношение ацетилируемая фракция- уксусный ангидрид- пиридин составляло 0.02: 1: 1.

Выбор систем растворителей подбирали методом ТСХ. Это было вызвано тем, что рекомендуемые в литературе системы для разделения аналогичных фракций из коры или стволовой часта Дерева, травянистых растений не дали положительного результата. Это, вероятно, связано с особенностями исследуемого нами сырья , а именно, высокого содержания воскоподобных соединений разной полярности. Вероятно, эти соединения, сорбируясь на силикагеле, выполняли роль своеобразной «обращенной» фазы, что не позволяло разделить феноломпле соединения, за некоторым исключением, на индивидуальные вещества. И только использование второй системы растворителей, подобранной методом двумерной ТСХ, позволило выделить индивидуальные компонента. ТСХ проводили на пластинках «81Мо1 ЦУ-254 /364», колоночную хроматографию на силйкагеле марки Ь 100-200 ммк (ЧССР). Все используемые растворители предварительно очищали по известным методикам или перегоняли.

Предложенное соотношение реагентов при ацетилировании С-метилфлавоноидов, может явиться селективным методом ацетилирования С4-щдроксильной группы флавоноидов без « затрагивали«» гадроксила при С3. В этих же условиях не ацетилируется и щдроксильная группа у Су кольца Б. В литературе мы не нашли данных о селективном ацетилировании фснолышх гадроксилов уксусным, ангидридом в пиридине. Другие, ранее использованные соотношения: вещество -уксусный анщдрид-пиридин, суда по литературным источникам, приводят к ацегилированию всех свободных щдроксильных групп в различных типах флавоноидов. . -

Методы анализа. Для определения чистоты выделяемых компонентов, количества соединений во фракциях, количественного содержания компонентов в экстрактах из хвои, при изучении динамики их накопления, а также отработки технологических параметров и условий разделения смеси соединений выделенных фракций перед анализом методом хроматомасс-спекгромстрии использовали ГЖХ-апалш. ГЖХ-анализ проводили на приборе «Хроматон. Цвет-550», колонка стеклянная, длина 2.0м, внутренний диаметр - 2мм, жидкая фаза 5%- БЕ-ЗО, программирование температуры от 60 °С до 270 °С со скоростью 5 °С в минуту. В качестве внутреннего стандарта использовали алкан С2о, относительно которого для основных соединений устанавливали коэффициент отклика. ГЖХ-анализ и анализ методом хроматомасс-спектрометрии проводили в виде силиловых эфиров. Сшшловыс эфиры получали в хроматографической колонке, используя реагент бистримегилсилилтрифторацетамид производства Германии. •

Спектры ЯМР Н1 и С13 записывали на приборе Вгакег-АМ500 с рабочей частотой 500 и 125.76 МГц, соответственно, в. растворах СБС13, (СВ3)2СО, СЕ>3СЖ и (СЕ^БО (5-шкала); масс-спектры снимали на приборе МХ-1321 с прямым вводом, энергией ионизации 30 и 70 эВ. Хроматощсс-спектрометрию соединений проводили на приборе НР- 5995. Условия хроматографии: колонка капиллярная стеклянная с поперечносшигым ■ метилсилшсоном, содержащим 5% фенилметилсилкона, длинной 25м и внутренним диаметром 0.32мм; программирование температуры от 30 до 270 °С со скоростью 5 °С в минуту, энергия ионизации 70 эВ.

Состав соединений, растворимых в диэтилойом эфире из изопропанольного экстракта хвои и побегов ели европейской

Компоненты изучаемых фракций экстрактивных веществ из хвои и побегов состоят, в основном, го фенолышх соединений различных классов.

Содержание экстрактивных веществ, извлекаемых изопропанолом из хвои и побегов, составило, соответственно 36-38% и 15-17%, здесь и далее % от массы сухого сырья. Вещества, переходящие из изопропанольного экстракта в петролейный эфир, составили 5-6 и 6-7%, в диэтиловый эфир 3-5 и 2-3%, в этилацетат- 3 и 4 % , соответственно.

Вещества растворимые в диэтиловом эфире: фенолокислоты (50-52 и 48-50%), фенолы(35-38 и 30-35%) и нейтральные. вещества (10-12 и. 12-20%). При разделении фракций на группы веществ, фенолыше соединения распределялись преимущественно в одной из групп. Например, п-гидроксиацетофенон на 60% перешел во фракцию фенолокислот, а 65% феруловой кислоты осталось во фракции фенолов. Состав соединений, выделенных го' отдельнных групп веществ , приведен в табл. 3. Количественное содержание индивидуальных соединений суммировано после выделения соединений из той и другой группы методом колоночной хроматографии.

Основной группой фенольных соединений в хвое и, в меньшей степени, в побегах является фракция ацетофенонов. В хвое от! составляют половину веществ, растворимых в диэтиловом эфире, и более 8% - в побегах. Среди ацетофенонов основной компонент -п-пздроксиацетофенон (1). Другие ацетофенонм - 3,4-дишдроксиацетофенон (2) и 3-метокси-4-щпроксиацетофенон (3) содержатся в меньших количествах. Строение ацетофенонов установлено спектральными методами и подтверждено сравнением' физических констант с литературными данными. Получены ацетаты выделенных соединений. '

Вторую, относительно большую группу фенольных соединений, около 10%, составляют фенолокислоты.. Среди этого класса соединений выделены п-кумаровая, феруловая и С6 - Сг кислоты. В хвое С6 - С3- и С6 - Сгкислоты содержатся примерно в равных количествах, в побегах содержание С6 - Сз-кислот выше, по сравнении») с С6 ' Сгкислотами.

Содержание феруловой кислоты(4) в побегах более чем в 2.5 раза выше, чем кумаровой (5). В хвое соотношение этих компонентов близко к 2:1. Эти соединения, по данным ПМР-спектров, имеНот транс-конфигурацию двойной связи боковой цепи.

1.11=11

2. И-ОН

3. И=ОСЦ

ОН

<роон

4. R=OH, = OCHi

5.R=OH,^ = H

6. R=Rj=H '

7. R= OH,

8. R= OH, ^

)

= H = ОСЦ

Кислоты состава C6- C1 в хвое представлены тремя соединениями - бензойной (6), п-пщроксибензойной (7) и ванилиновой (8) кислотами. Спектры, выделенных фенолокислот тождественны таковым, приведенным в литературе. Ванилиновая и п-гидроксибензойная кислоты найдены во всех исследованных видах хвойных семейства Pinaceae, произрастающих в России. Сообщение о выделение бензойной кислоты из рода Picea в литературе не найдено, но имеется много данных о наличии этого соединения в плодах, кустарниках и некоторых видах деревьев.

ДищцрокмшферилЬвый спирт (9) выделен только то хвои. Его строение установлено методами спектрального анализа. Сообщений о его выделении из хвои или других анатомических частей дерева рода Picea в литературе не обнаружено. Имеется

сообщение о - выделении дигидрокониферилового глюкозида(кониферин) из сосны Pinus contorta, ClI;OIT

спирта в виде О-

10. R= Н

11.R-COCH,

Вещества из побегов, растворимые в диэтиловом эфире, отличаются от таковых из хвои наличием липинов и флавоноидов. '

Лигнаны. строение которых устанавливали спектральными методами, представлены двумя соединениями - пинорезинолом (10) и его диацетатом (11). Пинорезинол широко распространен в хвойных древесных растениях, в том числе и рода Picea. Пинорезинол найден в древесине P.obovata, P.ajanesis и F.sibirica, а также в других анатомических частях деревьев рода Picea, Pinus, Larix. В своих работах >авторы редко уделяют внимание стереохимическии особенностям пшюрезинола. Из-за наличия двух симметричных пар четырех ассимртрических центров в молекуле, пинорезинол. в природных' источниках может находиться в 'трех различных стереохимических коиформациях А, В, С. Сравнение ПМР- спектров (табл. 1) выделенного нами из побегов шшорезинола и литературных данных для надежно установленных конформаций пшюрезинола го других растительных источников, позволило установить, что абсолютная конфигурация атомов углерода в молекуле такова, как , представлена для соединения 10 и 11 (структура А).

Аг"

Н-

ш

II

н ° н

-н -н

-Аг

Но. Аг-^

н

"II -II

Н Аг

Н*

н-

Аго Н

1Н^Н

Н Аг,

Данные ПМР-спекгров изомеров пинорезинола

Таблица 1

протоны А В С

Н-1 2.9, м

Н-5 3.1 , м 3.3, м 3.15, и

Н-2 4.75, д 4.95, дц 4.90, д

Н-6 1= 4.0 Гц 1= 5.5 Гц I- 5.0 Гц

Ни-4

3.8-4.0, м 3.25-3.45 (1Н) 3.3-3.65, м

Н,,-4 3.70 - 3.90 (2Н)

Нео-8 4.20 - 4.40, м 4.10-4.40 (1Н) 3.65 - 4.00 ,м

Флавоноиды. Два соединения группы фенолов из побегов, выделенные из наиболее полярных фракций первичной колоночной хроматографией, имели близкие ПМР-спектры. Эти соединения выделяли после ацетилирования фракции первичной хроматографии и повторного многократного хроматографирования полученных моноацетатов. В ПМР-спектре (рнс.1) первого из них в слабом поле наблюдались сигналы, характерные для протопоп трехзамещенного бензольного ядра в виде дублетов с центром 7.90 м.д. (1-8.5Гц, 2Н) и 7.25 м.д. (1=8.5Гц, 1Н). По наличию в ПМР-спектре соединения енпглетов на 1Н каждый с центром 6.64 м.д. и 6.49 м.д. и сигнала протона фенольного гидроксила на 1Н с центром 12.75 м.д., а также сигналов группы СН3-ароматическое ядро, синглет на ЗН с центром 2.11 м.д., ацетата связного с ароматическим ядром - синглет на ЗН с центром 2.34 м.д и мегоксильной группы - ЗН, синглет, 3.92 м.д. можно предположить в его структуре второе пяти-замещеиное бензольное ядро. Таким соединением, отвечающим сигналам ПМР-спектра, может быть флавоноид со строением флавона, на что указывает наличие сигнала 12.75м.д. характерного для фрагмента с фенольньш гидроксилом в положении 5 и кетонной группы у С, шфонового кольца. Стлал с центром 6.64м.д. соответствует протону у атома углерода трехзамещишой двойной связи пиронового крльца. Данные масс-спектра с молекулярным ионым 356 и спектр ЯМР-С13 (табл.2) подтверждает, что выделенное соединение является С-мстилфлавоном.. Причрм, кольцо Б происходит из феруловой Кислоты, а кольцо А обычное для флавойоидов, имеющих 5,7- замещение фенольными гидроксилами. Метальная группа связанная с ароматтиеским ядром находится у С6 кольцаА. Таким образом , соединение, выделенное из побегов ели европейской, является 5,7,4'-трищдрокси-3'-метокси-6-метилфлавоном.

Таблица 2

Данные ЯМР С1'-спектра гащеалина А (СБСЬ, 8)

углерод хим. сдвиг углерод хим. сдвиг углерод хим. сдвиг

С-2 168.92 С-8 89.45 С-4' 153.33

С-3 106.07 С-9 156.08 С-5' 122.39

С-4 182.40 С-10 106.07 С-6' 127.63

С-5 158.58 С-1' 127.63 СНЗ-СО 168.92

С-6 106.07 С-2' 122.39 ОСНЗ 55.08

С-7 168.92 С-3' 156.08 енз- 29.73

снз-со 21.17

ОН

ОСНз

ОН О

Н3СО

Н3С' ^ч^ ^ОСНз

ОН о

пицеални А

пицеалинВ

Второе соединение отличалось от первого замещением в кольце Б и наличием второй метоксильной группы у атома Сз (отсутствие сигнала протона у атома углерода трехзамещенной двойной связи и Появление сигнала протонов метоксильной группы в виде синглета с химическим сдвигом 3.86 м.д.). Сигналы протонов у атомов углерода кольца Б проявляются в виде дублетов на 2Н каждый с центром 8.12 и 7.24 м.д. 1=8.5Гц, , характерных для производных п-кумаровой кислоты. Масс-спсктр т/с(%): 370(М+,100), 369(18), 327(59), 309(26), 181(5), 180(5), 121(5). Данные спектров позволяют дм второго соединения из побегов е.европейской предположить структуру флавонола 5,4'-дипщрокси-3,7-диметокси-6-метидфлавон (шщеалин В). . •

Флавоноиды с С-метилзамсщснием ароматического ядра крайне редко встречаются в природе. Данных о выделении указанных соединений го природных растительных источников в литературе не найдено. Предлагаем выделенный флавон называть пицеалнн А и флавонол- пицеалин В. ' ..

Таблица 3

Состав и количественное соотношение фенойьных соединений хвои и побегов,

% от фракции

Соединения Хвоя Побеги

1 .Фенолокислоты: 0.7

бензойная кислота

п-гидроксибегоойная 2.3 0.8

ванилиновая кислота. 1.7

п-кумаровая кислота 2.0 2.0

феруловая кислота 3.7 5.1

!

!JU . ! г. И ni) 1(1.0 S.0

8.0

• 7.Я ' PPM

I' ■ 'ТГ''

Б.И 5.0 «.И 3.0 2.

ф!

Uíífd.

т '

и. a я .11.0 10.0 s .ti s.0

7.0 6. 0

ГГИ

-.,--п—................т"!

S. 0 1, 0 i. 0 2. 0 ¡

Рис.1. ПМР-спектры моноацетатов пицеалина А ( I ) и пицеалина В ( 2 ) в

Л

2.Кетоны: 38.5 8.0

п-гидрокеиацетофеион

3,4-дигидроксиадетоф енон: 10.0 4.0

4-гидрокси-З-метоксиацетофенон 0.7 —

3. Спирты: 0.1

дигддрокониЬ ериловый

4.Лигнаны: 10.0

пинорезинол

диацетат пинорезинола 0.3

5, Флавоноиды: 0.01

пицеалин А .

пицеалин В 0.01

Возможные пути образования фенольных соединений в ели европейской

Исходя из состава феяольных соединений в хвое н побегах ели европейской и црогресса в области изучения путей биосинтеза феистън"т' '*»» "^ит^я » пяегянижх . СООН , ■ .........■........

НО"

у он он

V

бензойная кислота

а-о: сисление

шикимовая кислота •

' ССЮН

:н2

\^о-с-соон ¿н

хоризмовая кислот а

ТАЛ, ФАЛ -ЛН3

тирозин, Я=ОН фенилаланш, Я=Н

Ь-окисление

производит ацетофенот

ОН п-кумаровая кислота ■

восстановление гидроксилирование до спирта и метилирование

дигвдрокони-фериловый -а1ирт | димеризация

н^сси^Дт--0^

Е^О

Н3С

ОН о

СН=СН-СОвКс +

ЗНООС-СНг -СХЖоА

„_ флавоноиды

СНз -в-метионин

пинорезинол, 11=Н ОСН3 диацетатпшорезинола, К=Ац

' пицеалин А(Д=Н,'111=ОН, й2=ОСН3) пицеалин В ( 11=5.,-ОСЩ, )

Рис. 2 Возможные пути образования фенольных соединений в хвое и побегах е. европейской '

13 •

можно предположить следующие направления в образовании фенолъных соединений в элементах ДЗ ели европейской (рис. 2). •

В элементах ДЗ основным направлением образования фенольных соединений является, вероятно, шшашаткый и комбинированный - шикимагно-ацетатный пути биосинтеза. Так как среди фешшпропановых кислот не найдено коричной кислоты, то образоватие бензойной кислоты в хвое, возможно, происходит непосредственно из шикимовой кислоты. Кислоты п-гидроксибензойиая и ванилиновая мшут образоваться из соответствующих фенилпропановых кислот, а первая также и т шикимовой кислоты. Основной путь превращения фешшпропановых кислот в хзое связан с их окислением и получением соответствующих ацетофенонов. В побегах, наряду с окислением фенилпропановых кислот, активно протекает их восстановление с -последующей, димеризацси до 4 лигаанов, и конечно, полимеризацией до лнгаина. Часть фенилпропановых кислот участвует в образовании флавоноидов; Последовательная конденсация трех молекул малонил КоА с кумароил-, феруил- КоА приводит к образованию соответствующего' феиилполикетида, циклизация которого дает соответствующий флавоноид. Последующее О- и С-метилирование флавоноидов СНз-Э-метионином, гидроксшптрование и метилирование образовавшейся Сз-ОН группы флакона приводит к биосинтезу соответствующих С-метил флавоноидов, крагагс редко встречающихся в древесных хвойных и других растениях. Метилирование флавоноидов, вероятно, строго специфично и протекает по С,,- атому флаг,она или флавонола.

Биологическая активность фенольных; соединений из ДЗ ели европейской

Фенольные соединения в растениях выполняют многообразные функции. Исследовали специфическую активность фенольных соединений ДЗ к ряду патогенных по отношению к человеку вирусов (грипп А и Б, Гонконг), микрооргангомов и грибов (14 штаммов). Также изучали влияние фенольных соединений на насеюмшх и микроорганизмы, вызывающие заболевания сельскохозяйственных растений. Эти исследования могут иметь в дальнейшем определенное значение в выборе направлений использования фенольных соединений из ДЗ е. европейской. '

В результате проведенных исследований определено, что фракции фенольных соединений обладают активностью по отношению к ¡пученным видам тлед отрицательно влияют на развитие некоторых видов насекомых- вредителей сельскохозяйственных растений на ста/сип развития личинок. Также фенольные соединения проявили ростподавляющую активность по отношению к микроорганизмам и грибам, вызывающим -заболевания сельхозяйственных растений.- Но. в целом, активность фенольных соединений оказалась ниже, чем терпеноидов из древесной зелени, что показало параллельное сравнение с препаратом «Хвойный-2».

Более высокую активность фенольные соединенна показали по отношению к возбудителям заболеваний человека. Так, количество шпгелл - возбудителей дизентрии уменьшалось в кулмуралыюй жидкости в течение 18 часоф в 30 млн. раз, а стафилококков в 200 млн. раз. По отношению к сальмонеллам фенольные соединения показали бакгериосгатическую активность (снижение в 2 млн. раз). Особенно высока акшвность фенольных соединений по отношению к ряд,' патогенных грибов. К некоторым видам грибов - дерматофиллам, активность фенольных, соединений была выше, чем у известных медицинских препаратов- антибиотиков.

Технологи :еские аспекты переработки ДЗ ■ ели европейской

Предлагается несколько вариантов переработки полярных экстрактов ю ДЗ. Проверен вариант, основанный на извлечении экстрактивных веществ из ДЗ изопропанолом, разделении экстракта на три группы веществ последовательной экстракцией бензином и этилацетатом. Остаток от экстракции представлял вещества. растворимые в воде: Определено, что для извлечения веществ, растворимых в углеводородном растворителе, необходимо проведение двухступенчатой экстракции, позволяющей извлечь 92-95% веществ от теоретически возможного. Для достижения такой же степени извлечения веществ, растворимых в этилацетате, нужно 4-5 экстракций. ■ " .

Из веществ, растворимых в углеводородном растворителе, получены известные продукты: хлорофиллин натрия хвойный (XIIX), бальзамическая паста (БП), провигамшшый концентрат (ПК), хлорофилло-каротиновая паста (ХКП). Проведен их анализ на соответствие показателям ТУ на эти продукты. Аналогичная работа проведена и с водорастворимой частью экстракта на соответствие ФС 42-2699-89 на «Экстракт хвойный натуральный» (ЭХН). Результаты анализа показали соответствие указанных продуктов требованиям ТУ, а по содержанию производных хлорофилла и каротина в них превысили эти показатели ш 30-50%.

Для веществ, растворимых в эшлацегате, подобраны условия их разделения методом селаспшной экстракции С использованием системы двух - не сманивающихся. органических растворителей и методом дистилляции при пониженном даилешш па просрые фенольные соединения(КА), содержащие 95 - 97% п-гидроксиацетофенона, и концентрат флавенкящов и,лигаанов(КФ) (табл.4).

Таблица 4

Результаты разделения полярных экстрактов на известные и новые продукты

■ Технологии . выход продуктов из 1т ДЗ, кг.

ХКП ПК ■ хнх Ш ЭХН. КА ' КФ ТйкГ

предлагаемая 50-60 10.3 0.249 13.5 * 1802 00 3.5-5.0

водно-бениновая 20-22 ' 4.5 0.140 4.7 200 . - . -

Из данных табл. 4 следует, что использование полярного экстрагента позволяет увеличить в 1.8-2.0 раза выход известных продуктов и получить новые продукты: коцентраг флавоиоидов и концентрат п-шдроксиацетофенона. Чистота последнего продукта при выделении методом,дистилляции превышает 95% с выходом 2.5кг из 1т ДЗ, а при селективной экстракции - более 80%, «о с выходом 4,0кг из 1т сырья.

Выводы

1. Изучен состав фенольных соединений, растворимых в диэтнловом эфире, го шопропанольного экстракта хвои и побегов ели европейской. Фенольные соединения из хвои на 50% состоят из производных ацетофенонов, побеги отличаются от хвои наличием в гак лигнанов и флавоноидов.

2. Установлено строение двух новых природных С-метнлфлавоноидов: пицеалин А и ттицеалин В. Из побегов выделено новое природное соединение диацетат шшорезинола. Уточнено пространственное строение шшорезинола, синтезируемого побегами ели европейской (2р_ж)-2,б-д1гарил-3,7-д11оксаб1пппсло[3,3,0]-окта11. Установлено, что бензойная иге лота и днпщроконифериловый спирт характерны для хвои ели европейской. Наличие С-метилфлавонондов в обесхвоетпшх побегах ели европейской может явиться хемотаксономическим признаком вида Picea abies (L.) Karst.

3. Изучена биологическая активность фенольных соединений. Показано, что фенольные соединения обладают внрулицидной активностью по отношению к вирусам гриппа А и Б, сильной бактерицидной активностью к возбудителям дизентерии и стафилококкам и мощной фуипщидной активностью к ряду патогенных грибов, особенно, дерматофиллов.

4. Предложены варианты перерабопси экстрактивных веществ, извлекаемых полярным экстрактом (изопропанолом) из ДЗ. Установлено, что предлагаемые варианты перерабопси позволяют на 20-30% увеличить выход известных продуктов, подучить хвойный натуральный экстракт, соответствующий показателям ФС, и новые продукты. Предлагаемые варианты технологической схемы получения продуктов из ДЗ ели позволят увеличить степень использования экстрактивных веществ из ДЗ и конкурентоспособность ДЗ ели как сырья для перерабопси.

5. Определены некоторые параметры процесса извлечения веществ, растворимых в углеводородсодержащем экстрагенге и этилацетате, и разделите этилацетатной фракции методами дистилляции и селективной экстракции. Найдено, что двухкратная экстракция углеводородсодержащим экстрагешгом и 4-5-крзтная экстракции этилацетатом позволяет извлечь 92-95% веществ, растворимых в соответствующих экстрагентах. Метод дистилляции этилацеташой фракции дает возможность получить концентрат ацетофенонов с выходом 2.5кг из 1т ДЗ и степенью чистоты более 95% а метод селективной экстракции - 4.0кг со степенью чистоты более 80%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следуюпдгх работах:

1. Vasiliev Sergey, Roschin Victor, Feiece Sisay «Study on the extraction process of biologically active substances from conifer needles.» // 2-nd International symposium on chemistry and utilization of tree extractives. Fuzhou, CHINA 1995. - P.175

2. Vasiliev Sergey, Roschin Victor, Feiece Sisay, Jagodin Vladimir. Extractive substances in needles of Picea abies ( L.) karst. // 2-nd International symposium on chemistry and utilization of tree extractives. Fuzhou, CHINA 1995. - P.200

3. Фелеке С., Рощин В.И., Васильев С.И., Ягодин В.И. .Состав фенольных соединений древесной зелени ели европейской. //«Лесохимия и органический синтез» - Сыктывкар , 1996. - С.30

4. Фелекс С., Рощин В.И, Ягодин В.И, Артемкина Н.А. Переработка древесной зелени ели европейской. // Эколого-зконешгюскив проблемы лесного комплекса ( на примере Северо-Западного региона России). - Санкт-Петербург, 1997. - С.116.

S. Васильев C.H., Ронцш В.И., и Фелеке С. Состав экстрактивных вещестг древес: зелени Picea abies (L.) Karst. // Раепгтелыные ресурса. - 1995. - Вып. 1/2. - С. 150- ISO.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенной подписью тапразлять адресу: 194021, Санкт-Петербург. Инетшутсюш пер., 5, Ученый совет.

S* акадеи

Лицензия ЛР К 020578 от 04.07.97

Подписано в печать с оригинал-шкета 04.09.97. Формат 60x90 1/16. Бумага газетная. Печать трафаретная.

Печ.л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ I 146. С 9а._

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая акадек Издательско-полиграфический отдел ЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3