Алкалоиды

6.3 Алкалоиды

Алкало́иды — группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения (чаще всего растительного), большинство из которых обладает свойствами слабого основания. Некоторые нейтральныеи даже слабокислотные соединения также относятся к алкалоидам. Иногда алкалоидами называются и синтетические соединения аналогичного строения.

Помимо углерода, водорода и азота в молекулы алкалоидов могут входить атомы серы, реже — хлора, брома или фосфора. Многие алкалоиды обладают выраженной физиологической активностью. К алкалоидам относятся, например, такие вещества, как морфин, кофеин, кокаин, стрихнин, хинин и никотин.

Граница между алкалоидами и другими азотсодержащими природными соединениями различными авторами проводится по-разному. Такие соединения, как аминокислоты, пептиды, белки, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, аминосахара и антибиотики обычно не называются алкалоидами. Иногда считается, что природные соединения, содержащие азот в экзоциклической позиции (мескалин, серотонин, дофамин и др.), относятся к аминам, но не к алкалоидам. Другие же авторы, напротив, считают алкалоиды частным случаем аминов или причисляют биогенные амины к алкалоидам

Алкалоиды, молекулы которых содержат атомы кислорода (что справедливо для подавляющего большинства алкалоидов) при стандартных условиях, как правило, представляют собой бесцветные кристаллы. Алкалоиды, молекулы которых не содержат атомов кислорода, чаще всего являются летучими бесцветными маслянистыми жидкостями (как никотин или кониин). Некоторые алкалоиды не являются бесцветными: так, берберин жёлтый, сангвинарин оранжевый.

Большинство алкалоидов обладает свойствами слабых оснований, но некоторые из них амфотерны (как теобромин и теофиллин).

Как правило, алкалоиды плохо растворимы в воде, но хорошо растворимы во многих органических растворителях (диэтиловом эфире, хлороформе и 1,2-дихлорэтане). Исключением является, например, кофеин, хорошо растворимый в кипящей воде. При взаимодействии с кислотами алкалоиды образуют соли различной степени прочности. Соли алкалоидов, как правило, хорошо растворимы в воде и спиртах и плохо растворимы в большинстве органических растворителей, хотя известны соли, плохо растворимые в воде (сульфат хинина) и хорошо растворимые в органических растворителях (гидробромид скополамина).

6.4 Жиры и растительные масла

ЖИРЫ, в-ва животного (см. Жиры животные), растительного (см. Растительные масла) и микробного происхождения, состоящие в осн. (до 98%) из триглицеридов (ацилглицеринов) полных эфиров глицерина и жирных к-т. Содержат также ди- и моноглицериды (1-3%), фосфолипиды, гликолипиды и диольные липиды (0,5-3%), своб. жирные к-ты, стерины и их эфиры (0,05 1,7%), красящие в-ва (каротин, ксантофилл), витамины A, D, Е и К, полифенолы и их эфиры. Хим., физ. и биол. св-ва жиров определяются входящими в его состав триглицеридами и, в первую очередь, длиной цепи, степенью ненасыщенности жирных к-т и их расположением в триглицериде. В состав жиров входят в осн. неразветвленные жирные к-ты, содержащие четное число атомов С (от 4 до 26) как насыщенные, так моно- и полиненасыщенные; в осн. это миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, 9-гексадеценовая, олеиновая, линолевая и линоленовая к-ты. Почти все ненасыщ. к-ты растит. жиров и большинства животных жиров являются цис-изомерами. Жиры жвачных животных содержат транс-изомеры. Триглицериды, содержащие остатки разл. к-т, существуют в виде неск. изомеров положения, а также в виде разл. стереоизомеров, напр.:

Триглицериды прир. жиров содержат по крайней мере две разл. жирные к-ты. Различают Триглицериды, содержащие три насыщ. к-ты (S3), две насыщ. и одну ненасыщ. (соотв. SSU и SUS), одну насыщ. и две ненасыщ. (соотв. SUU и USU) и три ненасыщ. к-ты (U3) (см. табл.).

Химические свойства. Гидролиз жиров, конечные продукты к-рого глицерин и жирные к-ты, осуществляют в пром-сти нагреванием их с водой до 200-225 °С при 2-2,5.106 Па (безреактивный способ) или нагреванием при нормальном давлении в присут. сульфокислот (катализатор Твитчела и контакт Петрова). Щелочной катализ применяют в процессах мыловарения (см. Мыла) и при наличии в жирнокислотных цепях гидроксильных групп. Скорости ферментативного гидролиза a- и b-сложноэфирных групп ферментом панкреатич. липазой различны, что используют для установления строения триглицеридов жиров. Алкоголиз жиров, в частности метанолиз, используется как первая ступень непрерывного метода мыловарения. Глицеролиз действием глицерина применяют для получения моно-и диглицеридов, используемых в качестве эмульгаторов. Ацидолиз, напр., ацетолиз кокосового жира с послед. этерификацией избытка уксусной к-ты глицерином, приводит к смеси, состоящей из лауроилдиацетина, миристоилдиацетина и др. смешанных триглицеридов, применяемой в качестве мягчителей нитроцеллюлозы. Большое практич. значение имеет р-ция двойного обмена ацильными радикалами в триглицеридах (переэтерификация), протекающая как внутри-, так и межмолекулярно и приводящая к перераспределению остатков жирных к-т. При проведении этой р-ции в однофазной жидкой системе (ненаправленная переэтерификация) происходит статистич. перераспределение кислотных остатков в образующейся смеси триглицеридов. Направленная (многофазная) переэтерификация осуществляется при такой т-ре, при к-рой высокоплавкие триглицериды находятся в твердом, а низкоплавкие - в жидком состоянии. При направленной переэтерификации жиры обогащаются наиб. высокоплавкими (S3) и наиб. низкоплавкими (U3) триглицеридами. Ненаправленная и особенно направленная переэтерификация натуральных жиров используется для изменения их физ. св-в - т-ры плавления, пластичности, вязкости. Ацидолиз и алкоголиз жиров проводят преим. в присут. кислотных катализаторов, переэтерификацию - в присут. основных. Большое значение имеют восстановление (см. Гидрогенизация жиров) и цис-, транс-изомеризация непредельных ацильных остатков триглицеридов. Изомеризацию цис-изомеров ненасыщ. к-т в транс-изомеры (э л а и д и р о в а н и е) проводят при 100-200 °С в присут. кат. - Ni, Se, оксидов N, S. При изомеризации полиненасыщ. к-т (рыбий жир) образуются к-ты с сопряженными двойными связями, обладающие высокой способностью к высыханию. Прогоркание жиров, проявляющееся в появлении специфич. запаха и неприятного вкуса, вызвано образованием низкомол. карбонильных соед. и обусловлено рядом хим. процессов. Различают два вида прогоркания - биохим. и химическое. Биохим. прогоркание характерно для жиров, содержащих значительное кол-во воды и примеси белков и углеводов (напр., для коровьего масла). Под воздействием содержащихся в белках ферментов (липаз) происходит гидролиз жиров и образование своб. жирных к-т. Увеличение кислотности может не сопровождаться появлением прогорклости. Микроорганизмы, развивающиеся в жирах, выделяют др. ферменты - липооксидазы, под действием к-рых жирные к-ты окисляются до b-кетокислот. Метилалкилкетоны, образующиеся при распаде последних, являются причиной изменения вкуса и запаха жиров. Во избежание этого производится тщательная очистка жиров от примесей белковых в-в, хранение в условиях, исключающих попадание микроорганизмов, и при низкой т-ре, а также добавка консервантов (NaCl, бензойная к-та). Хим. прогоркание - результат окисления жиров под действием О₂ воздуха (автоокисление). Первая стадия - образование пероксильных радикалов при атаке молекулярным О₂ углеводородных остатков как насыщ., так и ненасыщ. жирных к-т. Р-ция промотирустся светом, теплом и соед., образующими своб. радикалы (пероксиды, переходные металлы). Пероксильные радикалы инициируют неразветвленные и разветвленные цепные р-ции, а также распадаются с образованием ряда вторичных продуктов - гидроксикислот, эпоксидов, кетонов и альдегидов. Последние и вызывают изменение вкуса и запаха жиров. Для жиров, в к-рых преобладают насыщ. жирные к-ты, характерно образование кетонов (кетонное прогоркание), для жиров с высоким содержанием ненасыщ. к-т - альдегидное прогоркание. Для замедления и предотвращения хим. прогоркания используют ингибиторы радикальных р-ций: смесь 2- и 3-трет-бутил-4-гидроксианизола (БОА), 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокситолуол (БОТ), эфиры галловой к-ты, а также соед., образующие комплексы с тяжелыми металлами (напр., лимонная, аскорбиновая к-ты).

РАСТИТЕЛЬНЫЕ МАСЛА жирные (жиры растительные), продукты, извлекаемые из растит. сырья и состоящие в осн. из триглицеридов высших жирных к-т. Осн. источники растительных масел - масличные растения (масличные культуры). Растительные масла содержатся также в косточках нек-рых плодовых деревьев (абрикос, персик, вишня, черешня, миндаль), семенах винограда, арбуза, томатов, табака, чая, а также в разл. маслосодсржащих отходах пищ. произ-в, перерабатывающих с.-х. сырье. К последним относят гл. обр. отруби и зародыши семян зерновых культур. В оболочке зерна пшеницы и ржи содержится 5-6% масла, в зародыше-11-13 и 10-17% соотв.; в зародыше кукурузы 30-48% масла, проса-ок. 27%, риса-24-25%. Содержание масла в растениях и его качество зависят от сорта растения, условий произрастания (удобрения, обработка почвы), степени зрелости плодов и семян.

Свойства. Растительные масла на 94-96% состоят из смесей триглицеридов высших жирных кислот (табл. 1). Оставшуюся часть составляют в-ва, близкие к жирам (напр., фосфо-липиды, стерины, витамины), своб. жирные к-ты и др. компоненты.

Плотность растительных масел 0,87-0,98 г/см3 (табл. 2); большинство из них раств. в бензине, бензоле, дихлорэтане, сероуглероде, ацетоне, диэтиловом эфире, ССl₄; ограниченно раств. в этаноле и метаноле, не раств. в воде.

Св-ва растительных масел определяются гл. обр. составом и содержанием жирных к-т, образующих триглицериды (см. Жиры). Обычно это насыщ. и ненасыщ. одноосновные жирные к-ты с неразветвленной углеродной цепью и четным числом атомов углерода (преим. С₁₆ и С₁₈). В подавляющем большинстве растительные масла содержат смеси глицеридов разл. к-т, в нек-рых присутствуют и глицериды одной к-ты. Кроме того, в растительных маслах обнаружены в небольших кол-вах глицериды жирных к-т с нечетным числом атомов углерода.

В зависимости от состава триглицеридов растительные масла могут быть жидкими (подсолнечное, хлопковое, соевое, рапсовое, кукурузное, льняное и др.) и твердыми (кокосовое, пальмовое, пальмоядровое и др.). У жидких масел, содержащих гл. обр. непредельные к-ты, т-ра застывания ниже 0°С, у твердых - достигает 40 °С. При контакте с О₂ воздуха или при нагр. до 250-300°С многие растительные масла подвергаются окислит. полимеризации ("высыхают"), образуя пленки. По способности к высыханию растительные масла условно подразделяют на высыхающие, полувысыхающие и невысыхающие. Первые, напр. льняное масло, конопляное и тунговое масла, содержат гл. обр. триглицериды к-т с двумя или тремя двойными связями (линолевой, линоленовой, элеостеариновой); вторые, напр. подсолнечное масло, соевое и маковое масла,-триглицериды к-т с одной или двумя двойными связями (олеиновой, линолевой); третьи, напр. кокосовое и пальмовое масла,-преим. триглицериды насыщ. к-т (лауриновой, пальмитиновой, стеариновой) и небольшое кол-во монрненасыщ. олеиновой. Невысыхающее касторовое масло содержит тригли-церид рицинолевой к-ты.

При анализе состава растительных масел кол-во высших жирных к-т, образующихся при омылении, характеризуют числом омыления, степень ненасыщенности - йодным и родановым числами.

Компоненты растительных масел, отличные от триглицеридов, подразделяют на омыляемые и неомыляемые. К первым относят своб. жирные к-ты (содержание 1-2%), фосфолипиды (0,5-4%), стерины (0,3-1,3%), воски и воскообразные в-ва (0,002-0,4%), пигменты (не более 0,16%), ко вторым-белки (0,1-1,5%), витамины (до 0,5%), углеводороды и др.

Свободные жирные к-ты могут содержаться в растит. сырье (семена недозревших растений или семена, самосозревающие при хранении во влажном состоянии) или образовываться в процессе выделения масла в результате частичного гидролиза триглицеридов (высшие жирные к-ты) и их окисления под действием света и при длит. хранении (низкомол. жирные к-ты - масляная, каприновая, капроновая, каприло-вая, ацетоуксусная, уксусная). Суммарное содержание своб. к-т в % по массе в растительных маслах определяет их кислотность и характеризуется кислотным числом. Наличие своб. низкомол. жирных к-т, р-римых в воде и испаряющихся при нагр., характеризуется числом Рейхарта-Мейсля; наличие к-т, не растворяющихся в воде, но способных испаряться при нагр.,-числом Поленске. Оба этих числа определяются кол-вом мл 0,1 н. р-ра КОН, расходуемого на нейтрализацию 5 г растительного масла в определенных условиях. Содержание нерастворимых к-т и неомыляемых компонентов характеризуется числом Генера (содержание их в % в 100 г растительного масла).

Фосфолипиды в растительных маслах представлены гл. обр. глицеро-фосфатидами (лецитины), в меньшем кол-ве -инозитфосфа-тидами и сфингомиелинами. Фосфолипиды растительных масел участвуют в биол. окислении масел в организме и сами по себе представляют большую ценность (см. Фосфолипиды). Однако в растительных маслах они образуют коллоидные р-ры, из к-рых при поглощении воды коагулируют с образованием осадков, наз. фузами. В таких осадках могут происходить гидроли-тич. процессы, приводящие к потере масел и затруднениям при переработке. Под действием О2 воздуха фосфолипиды легко окисляются с образованием темноокрашенных соед., ухудшающих качество масел. Поэтому растительные масла, не идущие непосредственно в пищу или подвергающиеся дальнейшей переработке (напр., рафинированию), очищают-вт фосфоли-пидов, подвергая масло гидратации, или связывая с помощью разл. хим. агентов, напр. диметилдиаллиламмоний-хлорида. Выделенные фосфолипиды, учитывая их биол. и пищ. ценность, используют для произ-ва фосфолипидных концентратов, к-рые добавляют во мн. пищ. продукты (напр., маргарин) и корма для животных.

Из стеринов растит. происхождения (фитостеринов) в растительных маслах наиб. часто содержатся ситостерин и стигмастерин, являющиеся предшественниками витамина D (см. Стерины). Холестерин в растительных маслах практически не содержится. Наиб. кол-во стеринов содержится в кукурузном масле-0,42-1,38%, в подсолнечном их 0,25-0,53%, в хлопковом 0,26-0,57%, в соевом 0,35-0,40%. При переработке и очистке растительных масел потери стеринов стараются свести к минимуму. При необходимости стерины из растительных масел могут быть извлечены с помощью алкалоида дигитонина, с к-рым они дают нерастворимые в этаноле соединения.

Воски и воскообразные вещества в растительных маслах образуют эмульсии и вызывают помутнение масла. Для их удаления масло обычно охлаждают до 8-12°С и осадок отфильтровывают (способ "вымораживания").

Пигменты, содержащиеся в семенах и плодах масличных растений, придают растительным маслам разл. окраску. Красные и желтые оттенки в цвете растительных масел определяются присутствием в них каротиноидов (красный оттенок-каротин, желтый-ксантофилл), наиб. их кол-во содержится в кукурузном масле (0,058-0,15%). Зеленый оттенок, характерный для соевого, кукурузного, рапсового, горчичного и др. масел, определяется присутствием в них смеси хлорофиллов А и В. В хлопковом масле содержится токсичный пигмент госсипол (0,14-2,5% по массе), наиб. содержание к-рого отмечается в масле, подученном из низкосортных и незрелых хлопковых семян. При переработке масла госсипол дает разл. темно-окрашенные продукты. Удаляют госсипол из масла с помощью антраниловой к-ты, с к-рой он образует нерастворимое соединение. При очистке растительных масел с помощью адсорбентов происходит удаление пигментов и осветление масла.

Осн. массу белковых веществ, переходящих в растительные масла из семян, составляют альбумины и глобулины. Поскольку наличие белков ухудшает товарный вид масел и увеличивает его потери при очистке и хранении, белковые примеси (вместе с фосфолипидами) удаляют при гидратации масла, а также под действием щелочей или минер. к-т. Углеводы, моно-, ди- и олигосахариды, декстрины, крахмал, клетчатка и гемицеллюлоза, содержащиеся в растительных маслах в кол-ве 0,02-0,5%, образуют стабильные эмульсии, способствуют потемнению масла при термич. обработке, придают маслам неприятный вкус и запах.

Часть неомыляемых в-в, входящих в растительные масла, составляют витамины Е, A, D и К. Витамин Е содержится в растительных маслах в виде a-, b-, g-, и d-токоферолов. Кол-во D-a-токоферола в подсолнечном масле составляет ок. 0,05%. Высоким содержанием токоферолов характеризуются также масла пшеничных отрубей (100-400 мг в 100 г масла), соевое (74-160 мг в 100 г масла) и кукурузное (87-200 мг) масла; до 100 мг токоферолов в 100 г подсолнечного, хлопкового, рапсового и нек-рых др. маслах, до 60 мг-в арахисовом, до 30 мг-в оливковом и кокосовом.

Витамин А встречается в растительных маслах в виде провитаминов; содержится преим. в облепиховом, абрикосовом, персиковом и др. маслах. Витамин D содержится гл. обр. в соевом и кунжутном маслах, витамин К (К1, К2, К3)-в конопляном, подсолнечном, льняном и сурепном маслах.

В растительных маслах присутствуют также незначит. кол-ва насыщ. и не-насыщ. углеводородов с разветвленной цепью. В частности, в состав подсолнечного, хлопкового и соевого масел входит сквален (0,008-0,012%). Углеводороды, совместно с белками, в значит. степени определяют вкус и запах масла.

В результате длит. хранения на свету, при повыш. т-ре или под действием микроорганизмов растительные масла портятся-прогоркают. Неприятный запах и вкус растительным маслам сообщают продукты окисления жирных к-т (альдегиды, кетоны, гидроксикисло-ты), низкомол. жирные к-ты и их глицериды, продукты распада каротиноидов, стеринов, витаминов, фосфолипи-дов.

Иногда в растительных маслах могут находиться пестициды, используемые в с. х-ве. Их обычно удаляют из масла вместе с одорирующими в-вами в процессе перегонки с паром при 200-250 °С в вакууме.

Похожие работы

Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды

Скачать

40715

1

5

... -либо внешнего воздействия, и, наоборот, иногда требуются интенсивные внешние воздействия (катализаторы) для того, чтобы вызвать обратимые переходы изомеров друг в друга. Распространенное в органической химии явление, заключающееся в существовании двух или нескольких изомерных форм молекул, находящихся в состоянии динамического равновесия, называется таутомерией. В настоящее время установлено, ...

Игровые методы обучения при изучении органической химии как средство повышения познавательной активности и качества знаний

Скачать

102222

6

0

... деятельность. Поиск методов и форм обучения, способствующих воспитанию творческой личности, привел к появлению некоторых специфических способов обучения, одним из которых являются игровые методы. Реализация игровых методов обучения при изучении химии в условиях соблюдения дидактических и психолого-педагогических особенностей, повышает уровень подготовки учащихся. Слово «игра» в русском языке ...

Учебно-тематическое планирование к курсу "Органическая химия в 10классе" по новому учебнику О.С. Габриеляна

Скачать

64575

39

0

... на новые программы и учебники этот вопрос становится наиболее острым. Наша школа перешла на новое учебники О.С. Габриеляна и новую программу, как и большинство школ Заволжского района, поэтому мы представляем календарно-тематическое планирование к курсу "Органическая химия" 10 класс. Тематическое планирование составлено согласно программе разработанной Департамента образовательных программ и ...

Элективный курс для учащихся 10-х классов "Решение задач по органической химии повышенного уровня сложности"

Скачать

54878

13

0

... .  Работа предназначена учителям химии, а также может быть полезна студентам педагогических вузов и колледжей. 2.2.ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Необходимость разработки элективного курса для учащихся 10-х классов «Решение задач по органической химии повышенного уровня сложности» обусловлена несколькими причинами. В соответствии с базисным учебным планом полной средней школы на изучение химии за 2 ...