Лекарственные растения и сырье, содержащие дубильные вещества

Тема лекции

Лекция № 11

1. Понятие о дубильных веществах.

2. Распространение дубильных веществ в растительном мире.

3. Роль дубильных веществ для жизни растений.

4. Классификация дубильных веществ.

5. Биосинтез, локализация и накопление дубильных веществ в растениях.

6. Особенности сбора» сушки и хранения сырья, содержащего дубильные вещества.

7. Физические и химические свойства дубильных веществ.

8. Оценка качества сырья, содержащего дубильные вещества. Методы анализа.

9. Сырьевая база лекарственных растений, содержащих дубильные вещества.

10.Пути использования сырья, содержащего дубильные вещества.

11..Медицинское применение и препаратов, содержащих дубильные вещества.

12.Лекарственные растения и сырье, содержащие дубильные вещества

Понятие о дубильных веществах

Дубильные вещества ДВ (танниды) - это сложные смеси раститель­ных высокомолекулярных полимеров фенольных соединений с молекулярной массой от 500 до 3000, обладающие вяжущим вкусом, способные образовы­вать прочные связи с белками, превращая невыделанную шкуру животных в дубленую кожу.

Сущность процесса дубления заключается в образовании прочных водо­родных связей между фенольными гидроксилами ДВ и атомами водорода и азота молекул белка - коллагена. В результате возникает прочная поперечно связанная структура - кожа, устойчивая к воздействию тепла, влаги, микроор­ганизмов, ферментов, т.е. не поддающаяся гниению.

Полифенольные соединения с более низкой М.м. (менее 500) только ад­сорбируются на белках, но не способны образовывать устойчивые комплексы, и в качестве дубителей не используются. Высокомолекулярные полифенолы (с М.м. более 3000) также не являются дубителями, так как их молекулы слишком велики и не проникают между фибриллами коллагена.

Таким образом, главное отличие ДВ от других полифенол ьных соедине­ний - это способность образовывать прочные водородные связи с белками.

Термин «дубильные вещества» был впервые использован французским ученым Сегеном в 1796 году для обозначения присутствующих в экстрактах некоторых растений веществ, способных осуществлять процесс дубления. Дру­гое название ДВ - «танниды» — происходит от латинизированной формы кельт­ского названия дуба - «тан», кору которого издавна использовали для обработ­ки кож.

Первые научные исследования в области химии ДВ относятся ко второй половине 18 века. Они были вызваны практическими запросами кожевенной промышленности. Первая опубликованная работа - работа Гледича в 1754 году «Об использовании плодов черники, как сырья для получения дубильных ве­ществ». Первой монографией была монография Деккера в 1913 году, которая обобщала весь накопленный материал по дубильным веществам. Поиском, вы­делением и установлением структуры ДВ занимались отечественные ученые Л. Ф. Ильин, А. Л. Курсанов, М. Н. Запрометов, Ф. М. Флавицкий, Г. Поварнин А. И. Опарин и др.; зарубежные ученые Г. Проктер, К. Фрейденберг, Э. Фишер, П. Каррер и др.

Распространение дубильных веществ в растительном мире

ДВ широко распространены в растительном мире. Встречаются преиму­щественно в высших растениях, наиболее распространены в представителях двудольных, где они накапливаются в максимальных количествах. Однодоль­ные обычно не содержат ДВ, в папоротниках ДВ встречаются, а у хвощей, мхов, плаунов их почти нет, или они находятся в минимальных количествах. Наиболее высоким содержанием ДВ отличаются семейства: сумаховые -Anacardiaceae (сумах дубильный, скумпия кожевенная), розоцветные - Rosaceae (кровохлебка лекарственная, лапчатка прямостоячая), буковые - Fagaceae (дуб черешчатый и скальный), гречишные - Polygonaceae (горец змеиный и мясо-красный, вересковые - Ericaceae (толокнянка, брусника), березовые - Betulaceae (ольха серая и клейкая) и др.

Содержание таннидов в растениях доходит до 20-30%, наивысшее со­держание ДВ найдено в патологических образованиях - галлах (до 50-70%).

Роль дубильных веществ для жизни растений

Биологическая роль для жизни растений до конца не выяснена. Существует несколько гипотез:

1). ДВ выполняют защитную функцию, т.к. при повреждении растений они образуют комплексы с белками, которые создают защитную пленку, пре­пятствующую проникновению фитопатогенных организмов. Обладают бакте­рицидными и фунгицидными свойствами;

2). ДВ участвуют в окислительно-восстановительных процессах, являют­ся переносчиками кислорода в растениях;

3). ДВ - одна из форм запасных питательных веществ. На это указывает их локализация в подземных органах и коре;

4). ДВ - отбросы жизнедеятельности растительных организмов.

Классификация дубильных веществ

Так как ДВ это смеси различных полифенолов, из-за разнообразия их хи­мического состава классификация затруднена.

Наибольшее признание получила классификация Г. Поварнина (1911) и К. Фрейденберга (1920), основанная на химической природе ДВ и их отношении к гидролизующим агентам. Согласно этой классификации ДВ делятся на 2 большие группы:

1) гидролизуемые ДВ;

2) конденсированные ДВ.

1. Гидролизуемые ДВ

Гидролизуемые ДВ - это смеси сложных эфиров фенолкарбоновых ки­слот с сахарами и несахаридами. В водных растворах под действием кислот, щелочей и ферментов они способны гидролизоваться на составные фрагменты фенольной и нефенольной природы. Гидролизуемые ДВ можно разделить на 3 группы.

1.1. Галлотаннины -эфиры галловой, дигалловой кислот и других ее по­лимеров с циклическими формами Сахаров.

м-дигалловая кислота (депсид - D)

Важнейшие источники галлотаннинов, применяемых в медицине - галлы турецкие, образующиеся на дубе лузитанском и китайские, образующиеся на сумахе полукрылатом, листья сумаха дубильного и скумпии кожевенной.

Танин представляет собой гетерогенную смесь веществ различного строения. Встречаются моно-, да-, три-, тетра-, пента- и полигаллоильные эфи­ры.

По мнению Л. Ф. Ильина, Э. Фишера и К. Фрейденберга китайский танин представляет собой пента-М-дигаллоил-β-D-глюкозу, т.е. β-D-глюкозу, гидроксильные группы которой этерифицированы М-дигалловой кислотой.

По мнению П. Каррера китайский танин представляет собой гетерогенную смесь веществ различного строения, гидроксильные группы глюкозы могут быть этерифицированы галловой, дигалловой и тригалловой кислотами.

К. Фрейденберг предполагал, что у турецкого таннина в среднем одна из пяти гидроксильных групп глюкозы свободна, другая этерифицирована М-дигалловой кислотой, а остальные - галловой кислотой.

ДВ этой, группы содержатся и преобладают в корневищах и корнях кро­вохлебки» корневищах змеевика, бадана, соплодиях ольхи, коре дуба, листьях гамамелиса.

1.2. Эллаготапнины -эфиры эллаговой и других кислот, имеющих с нейбиогенетическое родство, с циклическими формами Сахаров. Содержатся в кор­ке плодов гранатника, коре эвкалипта, кожуре грецкого ореха, листьях и соцве­тиях кипрея (иван-чая).

1.3. Несахаридные эфиры фенолкарбоновых кислот -эфиры галловой ки­слоты с хинной, хлорогеновой, кофейной, оксикоричной кислотами и с флава-нами.

Пример: теогаллин, обнаруженный в листьях чая китайского, представ­ляющий собой эфир хинной и галловой кислот (3-О-галлоилхинная кислота).

2. Конденсированные ДВ

Конденсированные ДВ не обладают эфирным характером, полимерная цепь этих соединений образована посредством углерод-углеродных связей (-C-С-), что обусловливает их прочность к воздействию кислот, щелочей и фермен­тов. При действии минеральных кислот они не расщепляются, а увеличивают М.м. с образованием продуктов окислительной конденсации - флобафенов или красеней красно-коричневого цвета.

Конденсированные ДВ -это продукты конденсации катехинов (флаван-3-олов), лейкоантоцианидинов (флаван-3,4-диолов), реже оксистильбенов (фенилэтиленов).

Образование конденсированных ДВ может идти двумя путями. По К. Фрейденбергу, оно сопровождается разрывом пиранового кольца катехинов, и С2-атом одной молекулы соединяется углерод-углеродной связью с С6- или C8-атомом другой молекулы.

По Д. Е. Хатуэю, конденсированные ДВ образуются в результате фермен­тативной окислительной конденсации молекул по -типу «голова к хвосту» (кольцо А к кольцу В) или «хвост к хвосту» (кольцо В к кольцу В) по положениям 6'-8; 6 -2` и др.

Конденсированные ДВ содержатся и преобладают в коре калины, корне­вищах лапчатки, плодах черники, черемухи, траве зверобоя, листьях чая.

В состав смесей ДВ входят также простые фенолы (резорцин, пирокате­хин, пирогаллол, флороглюцин и др.) и свободные фенолкарбоновые кислоты (галловая, эллаговая, протокатеховая и др.).

Чаще всего в растениях встречается смесь гидролизуемых и конденсиро­ванных ДВ с преобладанием той или иной группы, поэтому классифицировать их по типу ДВ достаточно сложно, В некоторых видах сырья почти одинаковое содержание обеих групп ДВ (например, корневища змеевика).

Биосинтез, локализация и накопление дубильных веществ в растениях

Биосинтез гидролизуемых ДВ идет по шикиматному пути, конденсиро­ванные ДВ образуются по смешанному пути (шикиматному и ацетатно-малонатному). ДВ находятся в растворенном состоянии в вакуолях раститель­ных клеток и отделены от цитоплазмы белково-липоидной мембраной - танопластом, при старении клеток адсорбируются на клеточных стенках.

Локализуются в клетках эпидермиса, обкладочных клетках, окружающих сосудисто-волокнистые пучки (жилки листьев), в паренхимных клетках сердце­винных лучей, коры, древесины и флоэмы.

ДВ накапливаются, главным образом, в подземных органах многолетних травянистых растений (корневища бадана, змеевика, лапчатки, корневища и корни кровохлебки), в корен древесине деревьев и кустарников (кора дуба, ка­лины), в плодах (плоды черемухи, черники, соплодия ольхи), реже в листьях (листья скумпии, сумаха, чая).

Накопление таннидов зависит от генетических факторов, климатических и экологических условий. У травянистых растений, как правило, минимальное количество ДВ отмечается весной в период отрастания, затем их содержание увеличивается и достигает максимума в период бутонизации и цветения (на­пример, корневища лапчатки). К концу вегетации количество ДВ постепенно снижается. У кровохлебки максимум ДВ накапливается в фазу развития розеточных листьев, в фазу цветения их содержание снижается, а осенью вновь увеличивается. Фаза вегетации влияет не только на количество, но и на качест­венный состав ДВ. Весной, в период сокодвижения, в коре деревьев и кустар­ников и в фазу отрастания у травянистых растений преимущественно накапли­ваются гидролизуемые ДВ, а осенью в фазу отмирания растений - конденсиро­ванные ДВ и продукты их полимеризации - флобафены (красени).

Наиболее благоприятными для накопления таннидов являются условия умеренного климата (лесная зона и высокогорный альпийский пояс).

Наибольшее содержание ДВ отмечено у растений, произрастающих на плотных известковых почвах, на рыхлых черноземных и песчаных почвах их содержание меньше. Способствуют накоплению ДВ богатые фосфором почвы, богатые азотом почвы снижают содержание таннидов.

Особенности сбора, сушки и хранения сырья, содержащего дубильные вещества

Заготовку сырья проводят в период максимального накопления ДВ.

Собранное сырье сушат на воздухе в тени или в сушилках при темпера­туре 50-60 градусов. Подземные органы и кору дуба можно сушить на солнце.

Хранят в сухих, хорошо проветриваемых помещениях без доступа пря­мых солнечных лучей по общему списку в течение 2-6 лет.

Физические и химические свойства дубильных веществ

ДВ выделяются из растительного сырья в виде смеси полимеров и пред­ставляют собой аморфные вещества желтого или желто-бурого цвета, без запа­ха, вяжущего вкуса, очень гигроскопичные. Хорошо растворяются в воде (осо­бенно в горячей) с образованием коллоидных растворов, растворимы также в этиловом и метиловом спирте, ацетоне, этилацетате, бутаноле, пиридине. Не растворимы в хлороформе, бензоле, диэтиловом эфире и других неполярных растворителях, оптически активны.

Легко окисляются на воздухе. Способны образовывать прочные межмо­лекулярные связи с белками и другими полимерами (пектиновые вещества, целлюлоза и др.). Под действием фермента таназы и кислот гидролизуемые ДВ распадаются на составные части, конденсированные ДВ - укрупняются.

Из водных растворов осаждаются желатином, алкалоидами, основным ацетатом свинца, бихроматом калия, сердечными гликозидами.

Как вещества фенольной природы, ДВ легко окисляются перманганатом калия в кислой среде и другими окислителями, образуют окрашенные комплек­сы с солями тяжелых металлов, трехвалентного железа, бромной водой.

Способны легко адсорбироваться на кожном порошке, целлюлозе, клет­чатке, вате.

Оценка качества сырья, содержащего дубильные вещества,

Методы анализа

Для получения суммы ДВ растительное сырье экстрагируют горячей во­дой в соотношении 1:30или 1:10.

Качественный анализ

Используют качественные реакции (осаждения и цветные) и хроматографическое исследование.

1. Специфической реакцией является реакция осаждения желатином, ис­пользуют 1%-ный раствор желатина на 10%-ном растворе хлорида натрия. По­является хлопьевидный осадок или муть, растворимые в избытке желатина. От­рицательная реакция с желатином свидетельствует об отсутствии ДВ.

2. Реакция с солями алкалоидов, используют 1% раствор солянокислого хинина. Появляется аморфный осадок за счет образования водородных связей между гидроксильными группами ДВ и атомами азота алкалоида.

Эти реакции дают одинаковый эффект независимо от группы ДВ, Ряд реакций позволяют определить группу ДВ.

Качественные реакции на ДВ

Реакция с 1%-ным спиртовым раствором железоаммониевых квасцов - эта реакция фармакопейная, проводится как с отваром из сырья (ГФ-XI - кора дуба, корневище змеевика, соплодия ольхи, плоды черники), так и для откры­тия ДВ непосредственно в сухом сырье (ГФ-XI - кора дуба, кора калины, кор­невища бадана).

Количественное определение

Известно около 100 различных методов количественного определения ДВ, которые можно разделить на следующие основные группы.

1. Гравиметрические или весовые — основаны на количественном осаж­дении ДВ желатином, ионами тяжелых металлов или адсорбцией кожным (гольевым) порошком.

Для технических целей во всем мире стандартным является гравиметри­ческий метод с применением гольевого порошка - весовой единый метод (ВЕМ).

Водный экстракт ДВ делят на две равные части. Одну часть экстракта выпаривают и высушивают до постоянной массы. Другую часть экстракта об­рабатывают кожным порошком и фильтруют. ДВ адсорбируются на кожном порошке и остаются на фильтре. Фильтрат и промывные воды выпаривают ивысушивают до постоянной массы. Содержание ДВ рассчитывают по разнице в массе сухих остатков.

Метод неточный, т.к. кожный порошок адсорбирует и низкомолекуляр­ные фенольные соединения, довольно трудоемкий и дорогой.

2. Титринетрические методы. К ним относятся:

а) Желатиновый метод - основан на способности ДВ образовывать нерас­творимые комплексы с белками. Водные извлечения из сырья титруют 1% рас­твором желатина, в точке эквивалентности комплексы желатино-таннаты рас­творяются в избытке реактива. Титр устанавливают по чистому таннину. Точку эквивалентности определяют путем отбора наименьшего объема титрованного раствора, вызывающего полное осаждение ДВ.

Метод наиболее точный, т.к. позволяет определить количество истинных ДВ. Недостатки: длительность определения и трудность установления точки эквивалентности.

б) Перманганатометрический метод (метод Левенталя в модификации А. П. Курсанова). Это фармакопейный метод, основан на легкой окисляемости ДВ перманганатом калия в кислой среде в присутствии индикатора и катализа­тора индигосульфокислоты, которая в точке эквивалентности переходит в иза­тин, и цвет раствора меняется от синего до золотисто-желтого.

Особенности определения, позволяющие оттитровать только макромоле­кулы ДВ: титрование проводится в сильно разбавленных растворах (извлечение разбавляется в 20 раз) при комнатной температуре в кислой среде, перманганат калия добавляется медленно, по каплям, при интенсивном перемешивании.

Метод экономичный, быстрый, прост в исполнении, но недостаточно точный, т.к. перманганат калия окисляет частично и низкомолекулярные фенольные соединения.