Юглоне - Juglone

Юглоне
Формула скелета
Шариковая модель
Имена
Название ИЮПАК
5-гидрокси-1,4-нафталиндион
Другие имена
  • 5-гидрокси-1,4-нафтохинон
  • 5-гидрокси-п-нафтохинон
  • Регианин
  • 5-гидроксинафтохинон
  • Нуцин
  • NCI 2323
  • Масло Red BS
  • C.I. Натуральный коричневый 7
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.006.880 Отредактируйте это в Викиданных
Номер RTECS
  • QJ5775000
UNII
Характеристики
C10ЧАС6О3
Молярная масса174.155 г · моль−1
ВнешностьЖелтое твердое вещество
Температура плавления От 162 до 163 ° C (от 324 до 325 ° F, от 435 до 436 K)
Слегка сол.
Опасности
R-фразы (устарело)R25
S-фразы (устарело)S28 S45
Родственные соединения
Родственные соединения
хинон
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Юглоне, также называемый 5-гидрокси-1,4-нафталиндион (ИЮПАК ) является органическое соединение с молекулярная формула C10ЧАС6О3. В пищевой промышленности юглон также известен как C.I. Натуральный коричневый 7 и C.I. 75500. Он не растворим в бензоле, но растворим в диоксан, из которых он кристаллизуется в виде желтых игл. Это изомер из Lawone, который является окрашивающим веществом в хна лист.

Юглон естественным образом содержится в листьях, корнях, шелухе, фруктах (эпикарп ) и кора растений в Juglandaceae семья, особенно черный орех (Juglans nigra), токсичен или задерживает рост многих типов растений.[1] Иногда его используют как гербицид, как краситель для ткани и чернила, и как краситель для пищевых продуктов и косметика.

История

Вредные эффекты грецкий орех деревья на других растениях наблюдаются не менее двух тысячелетий. Древние цивилизации Греции и Рима использовали грецкий орех для цитотоксический свойства, как и жители американского Юга для легкого сбора рыбы, когда они бросали разрезанную шелуху в воду вместе с рыбой.[2] Однако юглон не был изолирован до 1850-х годов. Двое мужчин, А. Фогель-младший и К. Рейшауэр, смогли выделить это соединение из орехового дерева в 1851 году. В то время это соединение было известно как нуклеин. Затем юглон был синтезирован и впервые охарактеризован в 1887 году А. Бернтсеном и А. Семпером.

Находясь в 1921 году на сельскохозяйственной опытной станции Вирджинии, М. Кук обнаружил, что растения томатов в окрестностях Juglans nigra пострадали, особенно их увядшие листья.[3] Шнейдерхан обнаружил, что Juglans nigra и Juglans cinerea повреждали яблони в Вирджинии. Деревья, которые находились в пределах 11,9 метра от ореховых деревьев, были найдены мертвыми. Все поврежденные деревья в их окрестностях в среднем на расстоянии около 14,3 метра. Кроме того, он обнаружил, что некоторые местные разновидности яблонь, как правило, более устойчивы к грецким орехам.[4]

А.Б. Мэсси заметил, что деревья грецкого ореха на полях люцерны вызвали отмирание люцерны вместо травы. После нескольких других экспериментов Мэсси пришел к выводу, что токсичное соединение, содержащееся в деревьях грецкого ореха, плохо растворяется в воде, поэтому соединение в корнях и коре должно химически измениться после того, как покинет дерево.[5] Только в 1928 году соединение было идентифицировано и подтверждено, что токсичный к другим растениям Э.Ф. Дэвисом.[6]

После того, как научные новости о вреде ореховых деревьев нанесли определенным культурам и деревьям, научное сообщество вызвало негативную реакцию, чтобы опровергнуть эти выводы. В одном из рассказов А.Г. Миллер утверждал, что деревья, которые, по наблюдениям Шнайдерхана, наносят вред яблоням в Вирджинии, на самом деле не являются ореховыми деревьями.[7]

К 1942 г. Б.И. Браун показал, что прорастание томатов и люцерны и рост рассады замедлялись из-за контакта с кусочками корней грецкого ореха, добавив дополнительные научные доказательства биологического повреждения юглона.[8]

Ореховое дерево исторически использовалось в традиционная медицина. В Америке в начале 1900-х годов врачи прописывали юглон для лечения различных заболеваний. кожные заболевания.[9]

Химия

Синтез

Юглон получают путем окисления нетоксичного гидроджуглона, 1,5-дигидроксинафталин, после ферментативного гидролиза.[10] Его также можно получить окислением 5,8-дигидрокси-1-тетралона с оксид серебра (Ag2O), диоксид марганца (MnO2), или же 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон (DDQ).[11]

Добыча

Юглон был извлечен из шелухи грецкий орех плоды которых в нем содержится 2-4% от веса свежего.[12][13]

Деградация

До окисления юглон существует в растениях, таких как грецкие орехи, в виде бесцветных гидроксижуглон, с заменой обеих О-групп на ОН-группы. При контакте с воздухом он быстро окисляется до юглона. Свидетельство того, что гидроксижуглон быстро разлагается, наиболее очевидно в изменении цвета скорлупы грецкого ореха с желтого на черный после свежей резки.[14]

Местные бактерии, обнаруженные в почве корней черного грецкого ореха, в первую очередь Pseudomonas putida J1, способны метаболизировать юглон и использовать его в качестве основного источника энергии и углерода.[15] Из-за этого юглон не так активен как цитотоксин в хорошо аэрированных почвах.[16]

Биологические эффекты

Юглоне - это аллелопатический соединение, вещество, вырабатываемое одним растением, чтобы остановить рост другого растения. Юглоне влияет прорастание растений меньше, чем влияет на рост корневой и стеблевой систем. В концентрациях ниже средних он увеличивает скорость прорастания некоторых хвойный семена.[17]

Juglone оказывает свое влияние подавление определенный ферменты необходим для метаболической функции. Это, в свою очередь, подавляет эффекты дыхания митохондрий и подавляет фотосинтез, характерный для обычных сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза и соя при концентрациях юглона, равных или ниже обычных в природе.[18][19] В дополнение к этим запретам, юглон, как было показано, изменяет взаимоотношения между растениями и водой из-за его влияния на устьичный функционирует.[20]

Рост популярности обрезка аллеи с деревьями черного грецкого ореха и кукурузы в умеренном климате Среднего Запада из-за высокой ценности деревьев черного грецкого ореха, привело к определенным исследованиям, проводимым в отношении конкретных отношений между двумя видами. Исследования показали, что юглон влияет на урожайность кукурузы; однако практика обрезка и использование корневые барьеры значительно уменьшить эти эффекты.[21]

Ряд растений и деревьев устойчивы к юглону, в том числе некоторые виды клен (Acer), береза (Betula), и бук (Fagus).

Он очень токсичен для многих насекомых-травоядных. Однако некоторые из них, например Actias luna (Luna moth), может детоксифицировать юглон (и родственные нафтохиноны) до нетоксичного 1,4,5-тригидроксинафталин. Он также показал глистогонное средство (изгнание паразитических червей) активность на зрелых и неполовозрелых Гименолепис нана у мышей.[22] Нафтохиноновые соединения также проявляют антимикробную активность.[23][24][25]

Использует

Юглон иногда используется как гербицид. Традиционно юглон использовался в качестве натурального красителя для одежды и тканей, особенно шерсть, и как тушь. Из-за своей тенденции к образованию темно-оранжево-коричневых пятен юглон также нашел применение в качестве красителя для пищевых продуктов и косметики, таких как краски для волос.

Юглон в настоящее время изучается на предмет его противораковых свойств.[26] Было показано, что он снижает вероятность опухолей кишечника у крыс, подвергшихся воздействию канцерогенов.[27] Один из потенциальных путей, посредством которых юглон достигает своих противораковых свойств, - это образование семихинон радикальный; Семихиноновый радикал вызывает супероксид анион-радикалы, которые могут привести к апоптоз при наличии в больших концентрациях.[28] Это превращение юглона в семихиноновый радикал, вызывающее образование супероксид-анион-радикала, происходит в митохондриях, а также цитозоль.[29]

Спектральные данные

Спектральные данные юглона подтверждают его бициклическую структуру, которая содержит гидроксильную группу, а также две карбонильные группы. ИК-спектр юглона показывает пики при 3400 см-1, 1662 см-1 и 1641 см-1, которые характерны для гидроксильных и карбонильных групп.[30] В 13C ЯМР показывает 10 пиков, указывающих правильное количество уникальных атомов углерода в молекуле, а также пики при 160,6 ppm, 183,2 ppm и 189,3 ppm для углерода, присоединенного к гидроксильной группе и двух углеродных составляющих двух карбонильных групп.[30][11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Токсичность юглона В архиве 2015-02-12 в Wayback Machine
  2. ^ Содерквист, Чарльз Дж. (1973). «Юглон и аллелопатия». Журнал химического образования. 50 (11): 782–3. Bibcode:1973JChEd..50..782S. Дои:10.1021 / ed050p782. PMID  4747927.
  3. ^ Кук, М. (1921). «Увядание от ореховых деревьев». Фитопатология. 11: 346.
  4. ^ Шнейдерхан, Ф.Дж. (1926). «Исследования болезней яблок в северной Вирджинии». Бюллетень сельскохозяйственной экспериментальной станции Вирджинии. 245: 1–35.
  5. ^ Мэсси, А. (1928). «Ядовиты ли ореховые деревья для других деревьев и растений?». Цветовод. 15: 4.
  6. ^ Уиллис, Рик Дж. (2007-10-12). История аллелопатии. Springer Science & Business Media. ISBN  9781402040931.
  7. ^ Миллер, А.Г. (1926). «Грецкие орехи и яблоки». Журнал фермы. 1926 (июль): 17.
  8. ^ Браун, Б. (1942). «Вредное влияние коры черного грецкого ореха на сеянцы томата и люцерны». Годовой отчет Ассоциации производителей северных орехов. 33: 97–102.
  9. ^ М. Стругстад ​​(2012). «Краткое изложение экстракции, синтеза, свойств и потенциального использования юглона: обзор литературы». Журнал экосистем и управления. 13 (3): 72–82.
  10. ^ Джеральд Бут «Производные нафталина» в Энциклопедия промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a17_009.
  11. ^ а б Дж. Халафи; Дж. М. Брюс (2002). «Окислительное дегидрирование 1-тетралонов: синтез юглона, нафтазарина и α-гидроксиантрахинонов». Журнал наук, Исламская Республика Иран. 13 (2): 131–139.
  12. ^ Комб, М. Р. (1907). "Вестник химического общества Франции". Расчески, Бык. Soc. Чим. (На французском). 1 (4): 800–816. Получено 14 октября 2016.
  13. ^ Космулеску, Сина Никулина; Трандафир, Ион; Ахим, Георге; Боту, Михай; Бачу, Адриан; Груя, Мариус (15 июня 2010 г.). «Фенолики зеленой шелухи в зрелых плодах грецкого ореха». Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Клуж-Напока. 38 (1): 53–56. Дои:10.15835 / nbha3814624 (неактивно 10.11.2020). ISSN  1842-4309. Получено 11 октября 2016.CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2020 г. (связь)
  14. ^ Грис, Г.А. (1943). «Юглон - активный агент при токсичности грецкого ореха». Годовой отчет Северной ассоциации производителей орехов. 34: 52–55.
  15. ^ Шмидт, С. (1988). «Разложение юглона почвенными бактериями». Журнал химической экологии. 14 (7): 1561–1571. Дои:10.1007 / bf01012522. PMID  24276429. S2CID  527864.
  16. ^ Фишер, Р.Ф. (1987). «Юглон подавляет рост сосны при определенных режимах влажности». Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 42 (5): 801–803. Дои:10.2136 / sssaj1978.03615995004200050030x.
  17. ^ Ритвельд, В. Дж. (1983). «Аллелопатические эффекты юглона на прорастание и рост некоторых травянистых и древесных видов». J. Chem. Ecol. 9 (2): 295–308. CiteSeerX  10.1.1.550.5739. Дои:10.1007 / bf00988047. PMID  24407348. S2CID  23491349.
  18. ^ Коппе, Д. (1972). «Некоторые реакции изолированных митохондрий кукурузы под влиянием юглона». Physiol. Растение. 27: 89–94. Дои:10.1111 / j.1399-3054.1972.tb08573.x.
  19. ^ Hejl, A.M .; Einhellig, F.A .; Расмуссен, Дж. (1993). «Влияние юглона на рост, фотосинтез и дыхание». J. Chem. Ecol. 19 (3): 559–568. Дои:10.1007 / bf00994325. PMID  24248956. S2CID  22740992.
  20. ^ Эйнхеллинг Ф.А. 1986 Механизмы и способы действия аллелохимических веществ. В науке аллелопатии. Ред. А. Р. Патнэм и К. С. Тан. С. 171–188. John Wiley & Sons, Нью-Йорк
  21. ^ «Аллелопатия при выращивании аллей черного грецкого ореха (Juglans nigra L.). I. Пространственно-временные вариации почвенного юглона в системе выращивания аллей черного грецкого ореха и кукурузы (Zea mays L.) на Среднем Западе США (доступна загрузка PDF). ResearchGate. Получено 2017-04-20.
  22. ^ Dama L.B .; Джадхав Б.В. (1997). «Антигельминтный эффект юглона на зрелых и незрелых Hymenolepis nana у мышей». Рив. Ди Парасситол. 2: 301–302.
  23. ^ Dama L.B .; Poul B.N .; Джадхав Б.В. (1998). «Антимикробная активность нафтохиноновых соединений». J. Ecotoxicol.Environ. Монит. 8: 213–215.
  24. ^ Dama L.B .; Poul B.N .; Jadhav B.V; Хафиз MD. (1999). "Влияние" Юглона "на развитие нематоды-паразита растений (Meloidogyne Spp.) На Arachis hypogaea L". J. Ecotoxicol. Environ. Монит. 9: 73–75.
  25. ^ Дама Л. Б. (2002). «Влияние природных нафтохинонов на узловатую нематоду Meloidogyne spp». Индийская фитопатология. 55 (1): 67–69.
  26. ^ Чен, L; Na-Shun, B. Y .; Чжан, Дж; Ю, Дж; Гу, В. В. (июнь 2009 г.). «Влияние юглона на ультраструктуру клеток рака печени человека BEL-7402». Нан Фан И Кэ да Сюэ Сюэ Бао. 29 (6): 1208–11. PMID  19726363.
  27. ^ Sugie, S .; Окамото, К .; Рахман, К. М. В .; Танака, Т .; Kawai, K .; Yamahara, J .; Мори, Х. (1998). «Ингибирующее действие плумбагина и юглона на индуцированный азоксиметаном канцерогенез кишечника у крыс». Рак Lett. 127 (1–2): 177–183. Дои:10.1016 / с0304-3835 (98) 00035-4. PMID  9619875.
  28. ^ Джи, Ю-Бин; Цюй, Чжун-Юань; Цзоу, Сян (2011). «Juglone-индуцированный апоптоз в клетках SGC-7901 рака желудка человека через митохондриальный путь». Экспериментальная и токсикологическая патология. 63 (1–2): 69–78. Дои:10.1016 / j.etp.2009.09.010. PMID  19815401.
  29. ^ Инбарадж, Дж. Джонсон; Чигнелл, Колин Ф. (2004). «Цитотоксическое действие юглона и плюмбагина: механическое исследование с использованием кератиноцитов HaCaT». Химические исследования в токсикологии. 17 (1): 55–62. Дои:10.1021 / tx034132s. PMID  14727919.
  30. ^ а б Сушард, Оливер; Кейн, Ронан; Роу, Бернард Дж .; Циммерманн, Эльмар; Юнг, Кристиан; Waske, Prashant A .; Маттай, Йохен; Ольгемёллер, Майкл (2006). «Фотооксигенация 1-нафтолов: экологически чистый доступ к 1,4-нафтохинонам». Тетраэдр. 62 (7): 1467. Дои:10.1016 / j.tet.2005.11.021.