Terpenoidid

Terpenoidid (ka isoprenoidid) on arvukas (looduslike) orgaaniliste ühendite klass, mille molekulis sisaldub isopreeni molekulile vastavaid viit süsiniku aatomit sisaldavaid lülisid ning mis võivad olla funktsionaalrühmadega modifitseeritud mitmel viisil. Kõige sagedamini esinevad hapnikuaatomit sisaldavad rühmad: hüdroksü-, okso- või alkoksürühmad. Isopreeni molekulile vastavad struktuuriüksused võivad olla aine molekulis otsmised või keskel, enamasti järgmised:

СН₃–С(СН₃)=СН–СH₂–
СН₂=С(СН₃)-СН₂–СH₂–
[–CH₂–С(СН₃)=СН–СH₂]_n– , kus n = 1, 2, 3 jne

Terpenoide võib klassifitseerida ka kui alküül- või funktsionaalrühmadega modifitseeritud terpeene. Näiteks monoterpenoidid (C₁₀) tsitraal ja geraniool, seskviterpenoidid (C₁₅) farnesool ja nerolidool, diterpenoid (C₂₀) retinool, tetraterpeen (C₄₀) karoteen. Kondenseerunud tsüklitega steroidid on vaadeldavad triterpeeni (C₃₀) skvaleeni derivaatidena. Taimsest materjalist eraldatud eeterlikes õlides sisaldub mitmesuguseid terpenoide, näiteks linalool, tsitraal, jonoonid, terpeniool jm.

Terpenoidide biosüntees

Isopreeni kui sellist looduses ei esine. Isoprenoidide biosüntees algab äädikhappe molekulidest, millest mitme etapi läbi moodustub bioloogiline isopreeniühik – isopentenüüldifosfaat ehkisopentenüülpürofosfaat (IPP).

Kõigis elusorganismides esinevad metabolismi intermediaatidena dimetüülallüülpürofosfaat (DMAPP) ja selle isomeer isopentenüülpürofosfaat (IPP). Taimedes osalevad need pürofosfaadid terpeenide ja terpenoidide sünteesi protsessides. Looduslike monoterpenoidide, diterpenoidide, karotenoidide, klorofülli jt biosünteesis on IPP ja DMAPP nendeks intermediaatideks, mille vahendusel viiakse prenüülrühm (isopreeni lüli) biomolekulidesse.

Terpenoidide süntees Eestis

Terpenoidsete saaduste keemiline süntees sai Eestis alguse 1960, kui Eesti NSV TA Keemia Instituuti asus tööle Koit Lääts, kes oli selle valdkonnaga tegelenud Leningradis. Tema esitatud sünteesiskeemi aluseks oli odav naftasaadus isopreen. Koit Läätse rajatud orgaanilise sünteesi sektori töö eesmärgiks sai välja töötada hinnaliste terpenoidsete saaduste sünteesi komplekssed tootmistehnoloogiad lõppeesmärgiga koostada lähteandmed vastava tehase projekteerimiseks.

Sünteesi võtmeprotsessiks oli isopreeni ja tema hüdrokloriidide telomerisatsioon katalüsaatori SnCl₄ juuresolekul. Reaktsiooni tulemusel moodustus ühinemissaaduste komplitseeritud segu – isomeersetest C₁₀-, C₁₅-, C₂₀- jne kloriididest. Mitmeetapiline lõppsaaduste saamise lihtsustatud skeem (vahesaadusi ja isomeerseid kõrvalsaadusi näitamata) võiks olla järgmine:

СН₂=С(СН₃)–СН=СН₂ → СН₃–С(СН₃)=СН–СH₂[–CH₂–С(СН₃)=СН–СH₂]_n–Y , kus n = 1, 2, 3, jne.

Mitmeetapilise käitlemise tulemusena (Sommelet' reaktsioon) saadi põhilised saadused – geranüüli (n=1) ja farnesüüli (n=2) hapnikderivaadid: tsitraal ja farnesaal (CH₂Y = CHO); geraniool ja farnesool (Y = OH); geranüüleetrid (Y = OAr); geranüülestrid ja farnesüülatsetaat (Y = OCOR). Selleks töötati välja mitmeid originaalseid meetodeid. Nende sünteesiskeemide suureks puuduseks olid väga madalad saagised, vastuargumendiks teiste paremate meetodite puudumine.

Laiendades telomerisatsiooni lähteainete valikut töötati välja suur hulk sünteetilisi lõhnaaineid ja taimekaitsevahendeid (feromoonid, juvenoidid, retardandid) ning nende analoogühendeid, mille efektiivsust ka testiti. Naksurmardikate enamlevinud liikidele töötati välja suguferomoonide (geraniooli ja farnesooli estrid) preparatiivsed vormid. Juvenüülhormooni analoogidest lülitati preparaat efokseen Nõukogude Liidu taimekaitsevahendite nimekirja kasvuhoonekarilase tõrjeks. Retardantsete preparaatide väljatöötamine teraviljade lamandumise vältimiseks katkes seoses sektori likvideerimisega 1992. aastal. Kokku saadi uutele ainetele, tootmismeetoditele ja preparatiivsetele vormidele poolsada Nõukogude Liidu autoritunnistust ja mitmeid patente. 1982. aastal pälvis sektori töö Eesti NSV riikliku preemia.

Tootmistehnoloogiate katsetamine ja katsepartiide tootmine toimus pooltööstuslikul katseseadmel Männikul TA Tehnilises Katsebaasis. Esimesed kilogrammid sünteetilist tsitraali saadi 1966. aasta lõpus. Aastate jooksul eesmärk-saaduste fookus nihkus: tsitraali ja lõhnaainete asemele tulid taimekaitsevahendid. Katseseadmel toodeti tsitraali, irooni (see on jonooni 5-metüülanaloog), efokseeni, feromoone, retardante jm. Need olid hinnalised sünteesisaadused, ehkki kogused olid väikesed. Koostöös katsetehasega koostati tehniline projekt tehase ehitamiseks Maardusse. Tehase ehitamiseni nõukogude aja lõpus siiski ei jõutud.

Kaitstud kandidaadiväitekirjad

Orgaanilise sünteesi sektori temaatikaga seotud kandidaadiväitekirjad, juhendaja Koit Lääts koos kaasjuhendajatega:

Ants Erm (1967): Isopreeni ja äädikhappe telomerisatsioonireaktsiooni uurimine happeliste katalüsaatorite manulusel.
Avo-Paul Kogerman (1970): Individuaalsete terpeensete ühendite isopreeni klorotelomeeridest sünteesi võimalused kasutades reaktsiooni dimetüülaniliiniga.
Signe Teng (1972): Allüülset tüüpi terpeensete halogeenühendite keemiliste muutuste mõningatest seaduspärasustest.
Elvi Muks (1975): Isopreeni ja tema hüdrokloriidide katioonse telomerisatsiooni uurimine.
Vladimir Tšernõšov (1980): Asendatud eteenide katioonne telomerisatsioon allüülhalogeniididega.
Kaarel Siirde (1983): Mono- ja seskviterpeensete hapnikderivaatide selektiivne saamine isopreeni klorotelomeeridest.
Malle Schmidt (1990): Konjugeeritud alkadieenide telomerisatsioon alkoksüklorometaanidega ja juvenoidide süntees.

Valik teadusartikleid

К.В. Лээтс, А.К. Шумейко, А.А. Розеноер, Н.В. Кудряшева, А.И. Пилявская. Новый синтез цитраля из изопрена. – Ж. Общей Химии 1957, 27, 1510–1512.
К.В. Лээтс. Синтез терпеновых производных из изопрена методом теломеризации. – Изв. АН ЭССР. Хим. Геол. 1968, 17(4), 355–360.
К.В. Лээтс, Т.А. Каал, И.А. Калья, И.Б. Кудрявцев, Э.А. Мукс, М.А.Тали, С.Э. Тенг. К изучению ионно-каталитической теломеризации. 5. Определение изомерного состава фракции С10 теломера изопрена. – Ж. Орг. Химии 1974, 10(2), 159–161.
А.Ю. Эрм, К.Э. Сийрде, Т.И. Пехк, К.В. Лээтс. К изучению ионно-каталитической теломеризации. 7. О составе синтетического цитраля. – Ж. Орг. Химии 1979, 15(8), 1593.
К.Э. Сийрде, А.Ю. Эрм, Э.А. Мукс, Т.К. Вялимяэ, Л.Л. Крумм, К.В. Лээтс. К изучению ионно-каталитической теломеризации. 24. О составе сесквитерпеновых хлоридов–диаддуктов изопрена с его монодигидрохлоридами. – Ж. Орг. Химии 1987, 23(5), 922–926.
M. Schmidt, T. Kaal, L. Bitter, L. Tammeraid, I. Kirjanen, K. Lääts. Cationic Telomerization of 2-Methyl-1,3-butadiene with Isoprpoxymethyl Chloride. A Model of Kinetics. – Proc. Estonian Acad. Sci. Chem. 1990, 39(2), 78–83.
K. Siirde, A. Erm, H. Rang, A. Kogerman, I. Kudrjavtsev, K.Lääts. Stereoselective Separation of Substituted Allylic Chloroderivatives. – Proc. Estonian Acad. Sci. Chem. 1991, 40(4), 200–204.
H. Rang, T. Pehk, S. Viitmaa, L. Lahe, A. Erm, I. Lõiveke, K. Lääts. Synthesis of Juvenile Hormone Analogues. 15. Synthesis of Novel 1-Aroxy-3-methyl-5-(mono-, di-, and trioxa-alkyl)-2-pentenes. – Proc. Estonian Acad. Sci. Chem. 1992, 41(4), 175–184.
K. Siirde, K. Lääts, A. Erm, A. Kogerman, I. Kudrjavtsev, V. Ismailov, V. Pristavko. Structure-activity Relationship of Synthetic Pheromone Components in Sex Communication of Click Beetles (Coleoptera Elateridae). – J. Chem. Ecology 1993, 19(8), 1597–1606.
K. Lääts, H. Rang, T. Kaal, S. Viitmaa. A Novel Method for Synthesing Alkoxy-2-alkenals. – Proc. Estonian Acad. Sci. Chem. 1994, 43(4), 170–173.

Vaata ka

Välislingid

Terpenoidide süntees TA Keemia Instituudis