История открытия витамина Е. Строение токоферолов, их физическо-химические свойства. Биологическая активность витамина Е. Методы выделения токоферолов из природных объектов. Промышленные методы синтеза триметилгидрохинона из псевдокумола сульфированием.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1. История открытия

Открытие витамина Е произошло в 1922 году Гербертом Эвансом и Кэтрин Скотт Бишоп. В своих экспериментах они показали, что крысы, которые питались лишь смесью казеина, сала, молочного жира, соли и дрожжей были бесплодными. Репродуктивную функцию можно было восстановить добавив листья салата или масло из зародышей пшеницы. Добавление рыбьего жира или муки не приводило ни к каким улучшениям. Из этого был сделан вывод, что «фактор X», содержащийся в определённых растительных маслах, был очень важным составляющим пищи. Так был обнаружен жирорастворимый витамин Е.

В 1931 году Маттилл и Олкотт описали антиоксидантную функцию витамина Е. В том же году было выяснено, что недостаток витамина Е вызывает мышечную недостаточность и энцефаломаляцию (поражение головного мозга).

В 1936 году ?-токоферол был впервые выделен Эвансом. Название токоферол (от греч. tokos - потомство, phero - несу) было предложено Джорджем Калхауном, профессором греческого языка Калифорнийского университета.

В 1938 году была описана химическая структура ?-токоферола, а Пауль Каррер смог его синтезировать.

Первое терапевтическое использование витамина Е был проведено в 1938 году Виденбауэром, который использовал масло зародышей пшеницы как добавку для 17 недоношенных новорожденных младенцев, страдающих от нарушений роста. Одиннадцать из них выздоровели и смогли возобновить нормальные темпы роста.

2. Строение

Витамин Е - группа природных и синтетических соединений - производных токола. Важнейшими соединениями этой группы являются токоферолы и токотриенолы. Последние значительно менее активны, чем токоферолы, и отличаются от них тремя двойными связями в положениях 3', 7' и 11'. Все асимметрические центры молекул природных токоферолов (положения 2, 4' и 8') имеют R-конфигурацию.

Токол является производным хромана (бензо [b] дигидропиран или бензо [b] оксинан) и представляет собой 6-гидрокси-2-метил-2 - (4', 8', 12'-триметилтридецил) - хроман.

В пищевых продуктах обнаружены ?-, ?- и ?-токоферолы, наиболее активным из них является ?-токоферол. В настоящее время выделены из природных источников или получены синтетическим путем 7 химических аналогов ?-токоферола, обладающих витаминной активностью.

Строение токоферолов

№ п/п	Соединение 1	R(C5)	R' (с7)	R» (С8)
1	Токол	Н	Н	Н
2	?-токоферол	СН3	СН3	СН3
3	?-токоферол	СН3	Н	СН3
4	?-токоферол	Н	СН3	СН3
5	?-токоферол	СН3	СН3	Н
6	?-токоферол	Н	Н	СН3
7	?-токоферол	СН3	Н	Н
8	?-токоферол	Н	СН3	Н

В молекуле токола и, следовательно, всех токоферолов имеются три асимметрических атомов углерода в положениях 2, 4' и 8'. В природном ?-токофероле все асимметрические атомы имеют D (R) - конфигурацию. При химическом синтезе его получают смесь всех возможных стереоизомеров (2-Д L-, 4'-DL-, 8'-DL-), которую принято называть D, L-?-токоферол, или полный рацемат ?-токоферола. Естественно, что природный и синтетический витамины, как по физическим, так и по биологическим свойствам несколько отличаются.

В настоящее время все перечисленные химические аналоги ?-токоферола выделены в очищенном виде из растительных масел или получены синтетически. Установлено, что количество метильных групп, а также конфигурация асимметрических центров оказывают существенное влияние на биологическую активность токоферолов. Биологическая активность синтетического D, L-?-токоферола составляет 40% от активности природного a-токоферола, а ?-, ?- и ?-токоферолов - соответственно 20-30, 10 и 1%. С уменьшением метильных групп в молекулах токоферолов их витаминная активность снижается, однако антиоксидантная эффективность - увеличивается.

3. Физические свойства

Токоферолы представляют собой светло-желтые вязкие жидкости, не растворимые в воде, хорошо растворимые в большинстве органических растворителей: хлороформе, эфире, гексане и др., хуже - в ацетоне и этаноле, разлагаются при облучении УФ-светом, устойчивы при нагревании до 100 °С в атмосфере инертного газа. Растворы интенсивно флуоресцируют (максимум возбуждения 295 нм, излучения - 320-340 нм). Устойчивы к действию минеральных кислот и щелочей. При взаимодействии с O2 и другими окислителями превращаются в хиноны (сложные эфиры витамина значительно более устойчивы к окислению). Разлагаются при действии ультрафиолета. В атмосфере инертного газа стабильны при нагревании до 100 °С.

4. Химические свойства

Важнейшие соединения группы витамина Е: токоферолы и токотриенолы. Последние значительно менее активны и отличаются от них тремя связями в положениях 3', 7' и 11'. Все асимметричные центры природных токоферолов имеют R-конфигурацию. Натуральный токоферол обозначают как RRR-?-токоферол (раньше также использовалось d-?-токоферол), а полученный синтетически - all-rac-?-токоферол (он является смесью восьми стереоизомеров, 7 из которых в природе не найдены). Если для синтеза используется фитол, то получается смесь RRR-?-токоферола и 2S, 4'R, 8'R-?-токоферола (2-epi-?-токоферола) называется 2-ambo-?-токоферол (раньше dl-?-токоферол). Все формы являются активными антиоксидантами, однако только изомеры с 2R-конфигурацией имеют высокую биологическую активность.

Все токоферолы легко окисляются, но устойчивы к восстановителям. В зависимости от природы окислителя образуют производные хинонов или продукты расщепления хроманового цикла:

Токоферолы легко образуют сложные и простые эфиры.

С изоформой циановой кислоты (изоциановой кислотой HN=C=0) токоферолы образуют так называемые аллофанаты, которые хорошо кристаллизуются и служат для идентификации витамина Е.

Кислоты и щелочи не оказывают разрушающего действия на токоферолы. Витамин Е содержится главным образом в липопротеиновых мембранах клеток и субклеточных органелл, где локализован благодаря межмолекулярному взаимодействию с жирными ненасыщенными кислотами.

Витамин Е находится практически во всех пищевых продуктах. Наиболее богаты витамином Е растительные масла, особенно кукурузное (40-80 мг в 100 г.), подсолнечное (40-70 мг), хлопковое (50-100 мг) и масло из пшеничных зародышей (100 - 400 мг).

5. Значение и применение

Биологическая активность витамина обусловлена его способностью образовывать устойчивые свободные радикалы за счет отщепления атома водорода от гидроксильной группы, которые могут взаимодействовать со свободными радикалами, участвующими в образовании органических пероксидов. Тем самым витамин Е предотвращает окисление ненасыщенных липидов (а также витамина А) и предохраняет от разрушения биологические мембраны. ?-Токоферол является антикоагулянтом и предотвращает свертывание крови в сосудах. При недостатке витамина Е возникают мышечная дистрофия, некроз печени и др.

В медицинской практике витамин Е применяется в виде ?-токоферилацетата («А-токоферола ацетата») для лечения мышечной дистрофии, при угрозе выкидыша, нарушении функций половых желез, сердечных заболеваний, сосудистых расстройствах, ревматоидных артритах и др. В последнее время витамин Е находит применение в косметике, пищевой промышленности и животноводстве.

Существует мнение, что витамин Е является эликсиром молодости, так как имеются данные о взаимосвязи между витамином и старением организма.

6. Методы выделения токоферолов из природных объектов

Существуют раз...