Фенольные соединения — структура и свойства

Открытие витамина Р привлекло внимание ученых — биохимиков и фармакологов, физиологов растений и животных, а потом и химиков — к фенольным соединениям, этим, казалось бы, хороню известным и ничем не примечательным компонентам растительных тканей. Более 100 лет тому назад в физиологии и биохимии растений укоренилось представление, что фенольные соединения — это конечные продукты обмена веществ, своего рода «отходы» растительного организма, не представляющие поэтому никакого интереса.

Чтож, для такого вывода были определенные фактические основания. Дело в том, что высшие растения в отличие от животных не имеют эффективной системы удаления «отходов», побочных и конечных продуктов обмена веществ. Лишь частично эти продукты удаляются во внешнюю среду через корни и листья. Главная же масса шлаков не удаляется из растительного организма, остается в его тканях, накапливаясь в так называемых органах локального выделения. Роль своеобразных хранилищ выполняют вакуоли — внутриклеточные пузырьки, отграниченные от основной массы клеточного вещества, а также оболочки клеток, клеточные стенки. У растений они значительно толще и плотнее, чем в животных тканях, лучше видны в микроскоп и образуют своего рода микроскопический скелет растительных тканей.

Такие полимерные фенолы, как дубильные вещества, лигнины, меланины, несомненно, сами являясь продуктом окислительных превращений более простых фенольных соединений, дальше в растительном организме, видимо, не изменяются. Так что их можно считать конечными продуктами обмена веществ растений. Это, впрочем, не означает, что они биологически совершенно инертны. Как мы увидим далее, в последующих главах книги, они выполняют в растениях важные и довольно разнообразные биологические функции и, следовательно, небесполезны. А при попадании в животный организм с растительной пищей полифенолы приобретают новую возможность действовать и изменяться.

Обнаружение капилляроукрепляющего действия фенолов растений открыло наличие у этого важного класса органических соединений высокой и важной биологической активности, пробудило интерес к их изучению и использованию.

Начались систематические исследования. Тогда-то и обнаружилось, что, как подчеркивает Запрометов, эти вещества присутствуют, по существу, во всех растениях, где их поиски велись достаточно тщательно и с применением современных методов анализа. Было установлено, что представители этого класса органических соединений весьма многочисленны и разнообразны, что среди них встречаются как сравнительно простые, состоящие всего из 6—7 атомов углерода, так и сложные полимерные вещества, поведение и свойства которых достаточно различны. И в наши дни ежегодно открывают десятки новых соединений этого класса, а синтезируют и того больше.

В конечном счете возникла потребность и даже необходимость разобраться в этом множестве, «разложить по полочкам», классифицировать фенольные соединения, что облегчило бы изучение их свойств.

Основа структуры всех фенольных соединений — шестичленное углеродное кольцо бензола с присоединенными к его атомам гидроксильными группами. Количество колец и гидроксильных групп может быть различным. Но эти два основных структурных элемента присутствуют всегда. Они и придают фенольным соединениям их наиболее характерные свойства.

Рассмотрим сначала структуру и свойства фенольных соединений, обусловленные их углеродным скелетом, и прежде всего бензольными кольцами.

Бензол — одно из самых распространенных и прочных органических соединений. То, что его молекулы состоят из шести атомов углерода, удалось установить сравнительно легко. Но как они связаны между собой? Бензол резко отличался по своим свойствам от других шестиуглеродных молекул, построенных в виде нити или разветвленной цепочки. Да и атомов водорода в его молекуле было тоже всего шесть — значит, четырехвалентные атомы углерода связаны в основном между собой. Только четвертая часть их связей расходуется на соединение с водородом.

Но углеводороды с двойными и тройными связями — так называемые непредельные соединения — обычно нестойки, легко вступают в реакции и присоединяют водород или другие атомы по месту разрыва двойной или тройной связи, насыщают эти связи до предела. При этом атомы углерода, соединенные между собой множественными связями, легче вступают в реакцию, чем их соседи, обладавшие с самого начала предельно насыщенными связями. Бензол же достаточно стоек, а если и вступает в химические реакции, то все его углеродные атомы в этом смысле совершенно равноправны. К тому же удалось установить, что все атомы бензола лежат в одной плоскости. Объяснить все эти свойства бензола удалось, только допустив, что шестичленная углеродная цепочка замкнута в кольцо и образует систему сопряженных связей.

Особенности химической структуры различных производных бензола, разумеется, накладывают определенный отпечаток на их свойства и активность.

Важнейшее химическое свойство фенолов — это способность к обратимому окислению, или восстановительному и антиоксидантному (противоокислительному) действию на другие соединения.

Склонность к избирательному поглощению света определенной длины волны, обусловленная циклической структурой и наличием системы сопряженных связей, объясняет, почему большинство веществ, относимых к классу фенолов, являются красителями. Выше упоминалась такая группа фенольных соединений, как флавоноиды; они придают тканям желтую или светло-желтую (лимонную) окраску. Другая группа фенольных соединений — антоцианы — основные пигменты цветов, придающие им красную, розовую, синюю или фиолетовую окраску. Полимерные фенолы меланины в растениях играют роль черных или темно-коричневых пигментов, у животных придают окраску шерсти, у птиц — оперению, у человека ответственны за цвет глаз, волос, окраску кожи, загар.