Terpenip

Terpeni2

p• strukturno najraznolikija klasa biljnih prirodnih

produkata (preko 30 000 terpena)• ime terpenoid ili terpen izvedeno je iz činjenice

da su prvi članovi ove klase izolirani iz terpentina (lat balsamum terebinthinae)terpentina, (lat. balsamum terebinthinae),volatilnog ulja dobivenog iz drveta bora(Pinaceae), « smola borova drveta », čiji je glavni sastojak α-pinen.

α-pinen β-pinen

Terpenoidi3

p

• svi terpenoidi se izvode ponovljenom kondenzacijomrazgranatih peteročlanih karbonovih jedinicarazgranatih peteročlanih karbonovih jedinica zasnovanih na izopentanskom skeletu;

• ovi monomeri generalno se odnose na izoprenskeovi monomeri generalno se odnose na izoprenskejedinice jer termalnom razgradnjom mnoge terpenoidne supstance daju, kao produkt, gasoviti alken izopren.izopren.

Izopentan Izopren

Terpenoidi4

p

• pogodni hemijski uslovi mogu inducirati polimeriziraciju izoprena u višekratnike sa pet atomapolimeriziraciju izoprena u višekratnike sa pet atoma karbona, stvarajući brojne terpenoidne skelete.

• Iz ovih razloga terpenoidi se često nazivajuIz ovih razloga, terpenoidi se često nazivaju izoprenoidi,izoprenoidi, mada naučnici već više od 100 godina znaju da sam izopren nijenije biološki prekursor ove familije metabolita.

Izopren

5

Povezivanje izoprenskih jedinica

C. glava - rep

Termin glava-rep i rep –rep često se koristi da opiše način povezivanja izoprenskihjedinica

C C

C Cjedinica.

dodatna vezarep - rep

glava - rep

Terpenoidi6

p• Izoprenske jedinice sa pet karbonovih atoma C5 koje izgrađuju

terpenoide, često su vezane na tzv. “glava-rep” način, ali nijeterpenoide, često su vezane na tzv. glava rep način, ali nije neuobičajena varijanta “rep-rep”, a neki produkti su nastali kondenzacijom tipa “rep-sredina”:

rep-glava rep-rep rep-sredina

7

Terpenoidi p•

Terpenoidi8

p

Izopren

Izoprenska jedinica je karbonov skelet izoprena (bez dvostrukih veza)

Terpenoidi9

Gl

Terpenoidi

Glava

Rep Izopren

Glava

Rep

Terpenoidi10

Gl

Terpenoidi

Glava

Rep Izopren

Glava

Rep

Terpenoidi11

•Mircen (izoliran iz esencijalnih ulja) je tipični terpenCHCH CHCH

Terpenoidi

CHCH22

CHCH33

CHCH33CC CHCHCHCH22CHCH22CCHCCH

CHCH22

33 22 22

iliili

Mi d ži d ij i k j di iMircen sadrži dvije izoprenske jedinice.

Terpenoidi12

Izoprenske jedinice mircena vezane su po sistemu “glava – rep”g p

glavaglava reprep

reprep glavaglava

Terpenoidi13

Mi li i t

p

Mircen – linearni terpenglava repglava rep

C

CH3

CH

CH2

g p

C

CH3

CH

CH2

C

CH2

CH

CH2

C

CH3

CH

CH2

CH2 CH3 CH2CH2

Terpenoidi14

Limonen –ciklični terpen

Terpenoidi

CCH2CH3

CH2

CH2 CH

CH2CH

2C

CH3

LiLimonene

(skin of citrus fruits)

Terpenoidi15

CHC

p

Mentol –ciklički terpenoid

CH OH

CHCH3CH3

CH2 CH

CH2CH

CH2

CH3

Menthol

(peppermint)

Terpenoidi16

CH3CH3

p

Absint –ciklički terpenoidC

CHCH3CH3

CH2

CHCH

C

CH2

O

CH3

Th jThujone

(Absinthe)

Terpenoidi17

Terpenoidi

kamfor – ciklički terpenoidCCH3

CH3

CH2

CH2

CH

CC

CH2

CH2 C

OCH3

Camphor

(Camphor tree)

Terpenoidi18

p

OO

HH

OOHH

CitralCitral

HH

αα--FFelandrenelandrenMentolMentol

CitralCitral

Terpenoidi19

p

OO

HH

OHOH

CitralCitral

HH

αα--FFelandrenelandren MentolMentol

Terpenoidi20

p

αα--FFelandrenelandren MentolMentol CitralCitral

Terpenoidi21

α-Selinen – ciklički terpenCH3

p

3 izoprenske jedinice

15 atoma karbona

CH2CH2 C CH2

CH2CH3

CH2CH

CCH2 C

CCH2

HCH3 CH2

α-Selinene

Terpenoidi22

p

HH

αα--SelinenSelinen

Terpenoidi23

p

HH

αα--SelinenSelinen

Terpenoidi24

β-karoten – linearni terpen

p

p

CH2

CH2CH2

C

CCCH

CHC

CHCHCHCHCCHCCHC

CH3 CH3CH3 CH3

CH3

CCH3CH3

CHCCHCCHC

CHC

CHCH

CHC

CHCH

CC

CH2

CH2CH2

CCH3

CH3 CH3

β-carotene

8 i k j di i8 izoprenske jedinice

40 atoma karbona40 atoma karbona

Terpenoidi25

p• Zbog brojnih strukturnih modifikacija koje se dešavaju kao

rezultat premještanja C-C veza, ponekad je teško otkritirezultat premještanja C C veza, ponekad je teško otkriti originalnu shemu izoprenskih jedinica.

glava-rep

Skvalen (CSkvalen (C3030))

Terpenoidi26

p

Piretrin IPiretrin I (C(C1010))

glava-sredina

R'

R

OOO

C-10

Chrysanthemum cinerariifoliumPiretrini Piretrini –– insekticidiinsekticidi iziz

Klasifikacija terpenoida

27

Klasifikacija terpenoida• Nomenklatura glavnih klasa ovih spojeva reflektira broj

prisutnih izoprenskih jedinicaprisutnih izoprenskih jedinica.• Klasificirani su na temelju izoprenskog pravila prema

broju izoprenskih jedinica u molekuli:h it i C Hhemiterpeni C5H8

monoterpeni (C5H8)2

seskviterpeni (C5H8)3seskviterpeni (C5H8)3

diterpeni (C5H8)4

triterpeni (C5H8)6

i (C H ) k idi tetraterpeni (C5H8)8 karotenoidi pentaterpeni (C5H8)10

politerpeni (C5H8)npoliterpeni (C5H8)n

Hemiterpeni

28

Hemiterpeni

• (polu-terpeni): najmanji terpeni, sadrže jednu izoprensku jedinicu;

• najpoznatiji hemiterpen –izopren, volatilni produkt koji se oslobađa iz fotosintetski aktivnih tkiva;koji se oslobađa iz fotosintetski aktivnih tkiva;

• enzim izoprensintaza je prisutan u plastidima lista brojnih biljnih vrsta, ali metabolički razlog za proizvodnju izoprena koja zavisi od svjetlosti je nepoznat (aklimatizacija na visoke temperature je jedno od mogućih objašnjenja)jedno od mogućih objašnjenja).

Hemiterpeni29

• prirodni spojevi sa 5 C-atoma koji imaju izoprensku strukturu:p

β,β-dimetilalil alkohol 2-metilbut-3-en-2-ol izoamilni-alkohol

CHOCOOH

O

CH3

COOH

aldehid izovalerijanske kiseline angelična kiselina β-furankarboksilna kiselina

Monoterpeni

30

Monoterpeni

• C10 terpenoidi ––sastoje se iz dvijedvije izoprenske 10 jedinice.

• Prvi terpenoidi izolirani iz terpentina 1850-tih godina.

• Najpoznatiji su kao komponente esencijalnih ulja lj k itih biljk i či dj či j iš 5% hljekovitih biljka i začina gdje čine najviše 5% suhe težine biljnog materijala.

• Izoliraju se ili destilacijom ili ekstrakcijom i nalaze• Izoliraju se ili destilacijom ili ekstrakcijom i nalaze značajnu industrijsku primjenu kao aromatski dodaci i parfemi.p

Monoterpeni31

pOH OH

OH

HO

O

OH

trans-Geraniol (-)−β-citronellol (-) LinaloolOH

(+)-α-Terpineol (-)-Menthol (+)-Carvone Thymol

C-10OH C 10

OH

HOH

Tetrahidrokanabinol

Kanabinoidi iz Cannabis sativa (Hemp)

Monoterpeni32

Monoterpeni

Mircen- 1895. godine izoliran iz lovorovog lišćaOcimen- izomer mircena, Ocimumbasilicum (bosiljak)

Mircen Ocimen

CH2OH CHO

( j )

2 CHO

Citronelol - u prirodi u optički aktivnim oblicima i u obliku racemata (L-oblik izoliran iz

Citronelol Citronelal

racemata (L oblik izoliran izružinog ulja, D-oblik iz limunovog, a racemat iz ulja geranija)

Za proizvodnju 1 kg ružinog ulja potrebno je oko 4000 kg cvjetova!

Monoterpeni33

p• Cineol (1,8-cineol ili eukaliptol) je glavni konstituent

ulja eukaliptusa (~ 70 – 85%)• α-Pinen, (do 14%)

Cineol α-Pinen

Seskviterpeni

34

Seskviterpeni

• «Jedan i po-terpeni » – terpenoidi izvedeni iz tritriizoprenske jedinice – sadrže 15 karbonovih atoma.

• Kao i monoterpeni, mnogi seskviterpeni nađeni su u esencijalnim uljima.

• Brojni seskviterpenoidi djeluju kao fitoaleksinifitoaleksini, tibi t ki j i k j biljk i d k dantibiotski spojevi koje biljke proizvode kao odgovor

na napade mikroba ili za odvraćanje herbivora.

Monoterpeni & Seskviterpeni

35

Monoterpeni & Seskviterpeni7

Monoterpeni: 10 karbona1 2

Monoterpeni: 10 karbonaSeskviterpeni: 15 karbona

3

4

5 6

8 131415

4 8

910 2 4 6 8 10 12

13

Mentol1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Nerolidol

Diterpeni

36

• sadrže 20 karbonovih atoma- četiri C5

Diterpeni

5jedinice

• Fitol (hidrofobni bočni lanac hlorofila)

• Giberelinski hormoni - (neki imaju 19 C ( jatoma –norditerpenoidi – 1 C atom izgubili u metaboličkim reakcijama cijepanja)cijepanja)

• Smolne kiseline četinara i leguminoza• Fitoaleksini

Diterpeni T x s b if li N tt

37

p• Farmakološki važni

metaboliti – taksoltaksol, “ jb lji i k

Taxus brevifolia Nutt.

Pacific Yew

“najbolji anti-kancer agens” prema National Cancer Institute

• (0.01% suhe težine) u kori tise za tretman jednog pacijenta sa kancerom, potrebno je oko 30 kg kore tise, što je ekvivalentno tri drveta jstarosti 100 godina!!!

Triterpeni38

Triterpeni• Sadrže 30 C atoma – nastali

“glava-glava” vezivanjem dvaglava glava vezivanjem dva C15 lanca, od kojih se svaki sastoji od tri izoprenske jedinice vezane “glava-rep”jedinice vezane glava rep vezom

• Velika klasa molekula: fitosterolske komponentefitosterolske komponente membrane, različiti toksini, komponente površinskih voskova (oleanolna kiselina navoskova (oleanolna kiselina na grožđu)

Tetraterpeni39

p• karotenoidi - najzastupljenija vrsta tetraterpena (40 C-

atoma, 8 izoprenskih jedinica) - esencijalna funkcija u fotosintezi

• poznato preko 400 spojeva tipa karotenoida kojima je određena strukturaodređena struktura

LikopenLikopen- pigment rajčice

Tetraterpeni40

p

likopen - pigment paradajza

α-karoten

β-karoten

γ-karoten

Politerpeni

41

p

• Sadrže više od 8 izoprenskih jedinical ki i i biki i ( i i l k )• plastokinoni i ubikinoni (nosioci elektrona)

• Kaučuk (prosječna molekularna masa veća od 106 Da)

Izoprensko pravilo42

Izoprensko pravilo

• Otto Wallach – “izoprensko pravilo“ većina terpenoida može se konstruisati hipotetski ponovljenim uvezivanjem izoprenskih jedinicauvezivanjem izoprenskih jedinica –Nobelova nagrada 1910.

• Leopold Ružička “biogenetsko

1847-1931

Leopold Ružička biogenetsko izoprensko pravilo”- Nobelova nagrada 1939.g

1887-1976

“Biogenetsko izoprensko pravilo”

43

Biogenetsko izoprensko pravilo

44

Esencijalna uljaj j

• Esencijalna ulja se često povezuju sa terpenimaUljaste tekućine koje su volatilne bez raspadanja• Uljaste tekućine koje su volatilne bez raspadanja

• Heterogene smjese• Nalaze se u višim biljkama• Nalaze se u višim biljkama• Taksonomski markeri

45

Esencijalna ulja j j• Akumuliraju se u svim organima biljke

• cvijetu listu kori

Rosa Eucalyptus Cinnamomum

46

Esencijalna uljaj j

• Uloga ▫ Privlače insekte▫ Privlače insekte▫ Odbijaju herbivore▫ Štite biljku od hladnoće i vrućineŠtite biljku od hladnoće i vrućine▫ Antibakterijski su agensi

47

Esencijalna uljaj j

• Upotreba▫ Farmacija ▫ Farmacija ▫ Parfemska industrija▫ AromaterapijaAromaterapija▫ Industrija hrane

48

Esencijalna uljaj j

• Karakterističan mirisVolatilni na sobnoj temperaturi• Volatilni na sobnoj temperaturi

• Rastvorljivi u organskim rastvaračima• Slabo topivi u vodi• Slabo topivi u vodi• Uglavnom su lakši od vode

49

Esencijalna ulja • Ispitivanja esencijalnih ulja uključuju određivanja• Ispitivanja esencijalnih ulja uključuju određivanja▫ Sadržaja vode▫ Sadržaja masnih ulja j j▫ Miris i okus

• Određivanje fizičkih i hemijskih konstanti ▫ Tačka ključanja

R l i ć▫ Relativna gustoća▫ Ugao zakretanja ravni polarizovane svjetlosti ▫ Određivanja hemijskih komponenata u esencijalnim ▫ Određivanja hemijskih komponenata u esencijalnim

uljima

Mirisi

50

Mirisi • Miris predstavlja smjesu lakih, malih molkekula

koji pri niskoj koncentraciji u inhaliranom zraku dolaze u kontakt sa ljudskim osjetilom, i na taj način stimulira odgovor organizma; osjećaj način stimulira odgovor organizma; osjećaj percepcije mirisa

• Imaju strukturu • Imaju strukturu • Mogu se mjeriti• Headspace tehnikaHeadspace tehnika• Kemoreceptori

51

Dodir

Fizička Sluh

ČVid

Čula Vid

Miris Hemijska

Miris

Ukus

52

Mirisi • Mirisi su smjese laganih malih molekula, koji u maloj

koncentraciji u inhaliranom zraku u kontaktu saljudskim osjetilnim sistemom mogu dovesti doljudskim osjetilnim sistemom mogu dovesti dopercepcije mirisa.

• Mirisi se prepoznaju zahvaljujući memoriji o prethodnimiskustvima, što podrazumjeva subjektivni efekatpercepcije mirisapercepcije mirisa.

53

Mirisi • Imaju karakterističan sastav • Imaju karakterističan sastav

• Parfemi • Parfemi Smjese mirisnih nota

Mirisne note su smjese mirisnih komponenata j pMirisne komponente su pojedinačni hemijski spojevi

Gornju notu čine brzo isparljive komponente,

srednju notu postepeno isparljive note srednju notu, postepeno isparljive note, donju notu, čine teško isparljive komponente

54

Mirisi Od đi j k d i i d j j • Određivanja kod mirisa podrazumjevaju:

• Kakav je miris? Karakter (verbalni opis)• Kakav je miris? Karakter (verbalni opis)• Koliko dugo traje? Postojanost • Koja je količina? Koncentracija (detekcioni nivo, j j j ,

prepoznatljivi nivo)• Koliko je jak miris? Intenzitet

Č l i i

55

Čulo mirisa• Čulo mirisa prima hemijske podražaje od supstanci u

gasovitom stanju. • Kod čovjeka, receptori čula mirisa nalaze se u gornjem

dijelu nosne duplje u sluzokoži koja oblaže nosnudijelu nosne duplje, u sluzokoži koja oblaže nosnuškoljku i nosnu pregradu.

• Ta oblast je tamnožute boje i naziva se i i bl j ši j k ²mirisna oblast, a njena površina je oko 5 cm².

▫

▫ Miris koji čovjek osjeća uvjetovan je oblikom

▫ molekule, jer se samo molekule tačno odredenogo e u e, je se sa o o e u e tač o od ede og

▫ oblika mogu vezati na receptore čula mirisa.

lf

56

• Olfactometry – mjerenje mirisa▫ Olfaktometar je uređaj konstruisan tako da razblaženi

volatilni uzorak, bude prezentiran iskusnim ekspertima volatilni uzorak, bude prezentiran iskusnim ekspertima ▫ Dobiveni rezultati se statistički obrađuju .▫ Glavna prednost je direktna korelacija između mirisa i

osjetljivosti detektora npr nosaosjetljivosti detektora, npr nosa.▫ GC-MS/O vezani sistem gasna hromatografija –

spektrometrija masapovezana sa olfaktometrijom

57

• Spojevi koji se smatraju aromama su prisutni u koncentracijama većim od limita za detekciju j jmirisa

• Karakteristični mirisi pojednih aromatičnih spojeva • Karakteristični mirisi pojednih aromatičnih spojeva

58

Slijedeće predavanje

• BIOSINTEZA TERPENOIDA

...